Tìm hiểu công nghệ RFCC Dung Quất

Công suất thiết kế của phân xưởng là 69.700 thùng ngày (BPSD) (hoạt động liên tục 8.000hnăm), xử lý cặn chưng cất khí quyển từ các loại dầu thô sau: Dầu Bạch Hổ Hỗn hợp dầu Bạch Hổ và dầu Dubai Phân xưởng RFCC được thiết kế để xử lý cả hai loại dầu thô Bạch Hổ và dầu mixed crude với tỷ lệ dầu Bạch Hổdầu Dubai là 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai. Phân xưởng RFCC có khả năng vận hành ở 2 chế độ khác nhau: + Maximine RFCC Naphtha (Max Gasoline) + Maximine LCO (Max Distillate) Phân xưởng RFCC có thể xử lý 100% dầu cặn nóng trực tiếp từ phân xưởng CDU hay có thể xử lý đến 100% dầu cặn nguội từ bể chứa nhờ hệ thống gia nhiệt và thu hồi nhiệt.

CHƯƠNG III: PHÂN XƯỞNG RFCC-015 (Residue Fluid Catalytic Cracking)

3.1 Mục đích và công suất của phân xưởng:

Công suất thiết kế của phân xưởng là 69.700 thùng ngày (BPSD) (hoạt động liên tục 8.000h/năm), xử

lý cặn chưng cất khí quyển từ các loại dầu thô sau:

- Dầu Bạch Hổ

- Hỗn hợp dầu Bạch Hổ và dầu Dubai

Phân xưởng RFCC được thiết kế để xử lý cả hai loại dầu thô Bạch Hổ và dầu mixed crude với tỷ lệ dầu Bạch Hổ/dầu Dubai là 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai

Phân xưởng RFCC có khả năng vận hành ở 2 chế độ khác nhau:

+ Maximine RFCC Naphtha (Max Gasoline)

+ Maximine LCO (Max Distillate) Phân xưởng RFCC có thể xử lý 100% dầu cặn nóng trực tiếp từ phân xưởng CDU hay có thể xử lý đến 100% dầu cặn nguội từ bể chứa nhờ hệ thống gia nhiệt và thu hồi nhiệt

Mục đích chính của phân xưởng craking xúc tác tầng sôi dầu cặn (Residue Fluid Catalytic Craking) công nghệ R2R là chuyển hóa nguyên liệu cặn thành các sản phẩm phân đoạn nhẹ, có giá trị như: LPG, xăng, nguyên liệu Diesel (light cycle oil) Nhờ các phản ứng hóa học ở dạng hơi với sự có mặt của xúc tác, các phân tử hydrocacbon mạch dài trong nguyên liệu sẽ được bẻ gãy thành các phân tử mạch ngắn Xúc tác tái sinh nóng cung cấp nhiệt cho quá trình cracking, làm bay hơi nguyên liệu dầu đã được nguyên

tử hóa và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình cracking nhanh và có tính chọn lọc Sự hóa hơi nguyên liệu

và các phản ứng cracking xảy ra trong reactor-riser trong khoảng 2 giây Các sản phẩm của phản ứng như khí đốt, dầu cặn (slurry) và cốc cũng được tạo thành trong reactor-riser Phần lớn các thiết bị trong phân xưởng FCC dùng để chứa xúc tác, phân tách hơi sản phẩm và tách cốc khỏi xúc tác, trong khi đó chỉ một phần nhỏ trong hệ thống được sử dụng trực tiếp cho phản ứng cracking

Công nghệ RFCC của AXENS kết hợp 2 tầng tái sinh xúc tác, hệ thống phun nhiên liệu đồng nhất, dòng điều khiển nhiệt (mixed temperature control), hệ thống tách cuối riser và các thiết bị phân phối không khí, hơi nước Công nghệ thực nghiệm RFCC của AXENS có thể chuyển hóa cặn chưng cất thành sản phẩm với độ linh hoạt cao

Phần tháp chưng cất phân tách sản phẩm hơi từ thiết bị phản ứng Các sản phẩm gồm dầu cặn

(clarified oil), LCO và xăng nặng Để tối đa sản phẩm xăng, phần xăng nặng được trộn với xăng nhẹ từ phân xưởng thu hồi khí Để tối đa sản phẩm Diesel, phần xăng nặng sẽ được trộn với LCO

Phần hơi và lỏng ở đỉnh tháp chưng cất được xử lý tại phân xưởng thu hồi khí Sản phẩm của phân xưởng này gồm xăng nhẹ, khí đốt và LPG được xử lý amine.

Hình 13: Cụm phân xưởng RFCC/LTU/NTU/PRU

3.2 Lý thuyết công nghệ:

Hình 14: Sơ đồ công nghệ của RFCC  Sử dụng xúc tác tầng sôi: với xúc tác dạng bột mịn là Zeolite loại Y (8-9Ao) trên nền hoạt tính (silica-alumine) được duy trì ở trạng thái huyền phù và được kéo theo bởi dòng hydrocacbon dạng hơi và hơi nước ở TBPW hoặc bằng dòng không khí đốt cốc ở TBTS Sử dụng xúc tác tầng sôi với mục đích tăng diện tích tiếp xúc giữa chất phản ứng và chất xúc tác đồng thời tăng nhanh thời gian tiếp xúc để hạn chế quá trình tạo cốc trong thời gian phản ứng (2s trong ống riser)  Các phản ứng xảy ra trong quá trìnhCracking xúc tác:

 Các phản ứng Cracking nhiệt: các phản ứng này là không thể tránh khỏi, nó tạo thành một lượng lớn các hydrocacbon nhẹ trong phân đoạn C1-C4 đồng thời xăng thu được có chất lượng xấu( chỉ số octanthấp và độ ổn định ôxy Hóa kém) Vì vậy cần hạn chế những phản ứng này  Các phản ứng xảy ra dưới

sự tác dụng của chất xúc tác: các phản ứng này xảy ra với sự tham gia của các ion cacboni trung gian không bền Các phản ứng chính xảy ra theo cơ chế này là:

Sơ đồ công nghệ của phân xưởng RFCC:

Phân xưởng này có các thiết bị chính sau: Thiết bị phản ứng, 2 tầng thiết bị tái sinh, thiết bị phân tách sản phẩm, cụm xử lý khí, hệ thống gia nhiệt nguyên liệu, cụm economize…

3.2.1 Nguyên liệu và sản phẩm của RFCC:

Nguyên liệu của RFCC là cặn của chưng cất khí quyển từ phân xưởng CDU (Crude Distillation Unit).Nguyên liệu nóng lấy trực tiếp từ CDU có nhiệt độ 115oC, nguyên liệu nguội được lấy từ các bể chứa trung gian có nhiệt độ 70oC

Trong chế độ dầu Bạch Hổ, quá trình gia nhiệt cho nguyên liệu được thực hiện bởi dòng LCO

pumparound, các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng MP và HP steam và cuối cùng là bởi dòng slurry để đạt được nhiệt độ cần thiết của nguyên liệu là 2900C Trong chế độ dầu Mixed Crude, khi 100% nguyên liệu tới surge drum là nóng, nguyên liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ 170°C bởi dòng LCO pumparound Ngoài

ra khi một phần hoặc toàn bộ nguyên liệu là nguội thì MP steam sẽ được sử dụng để gia nhiệt

3.2.1.1 Tính chất của nguyên liệu:

3.2.1.1A Tính chất của cặn chưng cất khí quyển:

3.2.1.1B Tính chất của off-gas từ stabilizer của phân xưởng CDU:

Dòng khí này lấy từ tháp stabilizer của phân xưởng CDU và đưa trực tiếp vào đầu hút của máy nén khí ẩm của phân xưởng xử lý khí thuộc RFCC

Lưu ý: các thông số của dầu trộn dựa trên 100% dầu Dubai

3.2.1.1C Tính chất của off-gas từ tháp stripper của phân xưởng NHT:

3.2.1.1D Tính chất của dòng LPG từ CDU:

3.2.1.1E Nguyên liệu từ slops:

Tháp chưng cất của RFCC có thể xử lý các dòng slops Slops nặng: 5.000 thùng/ngày Slops nhẹ: 5.000thùng/ngày

3.2.1.2C Tính chất dòng khí thải: (sau cụm tách tĩnh điện và DeSOx)

Lưu ý cụm DeSOx sẽ được lắp đặt sau này, vì trong giai đoạn đầu xử lý dàu Bạch Hổ hàm lượng Sox trong khí thải nhỏ hơn 500mg/m3

3.2.1.2D Tính chất khí đốt:

Hàm lượng H2S: tối đa 50ppm trọng lượng

3.2.1.2E Tính chất dầu cặn:(sau khi tách Slurry)

Hàm lượng xúc tác: tối đa 100ppm khối lượng

3.2.1.2F Tính chất sản phẩm dự tính:

Hình 15: Ống riser

Đi vào ống riser có dòng Backflush Oil từ thiết bị phân tách chính Dòng Backflush Oil được lấy từ dòng HCO và Slurry sau khi qua Slurry Separator, dòng này được đưa lại ống riser nhằm thu hồi lượng xúc tác bị cuốn theo

• Vùng nạp liệu xúc tác có đặc điểm sau:

Dầu nguyên liệu được gia nhiệt trước khi đưa vào hệ thống phản ứng Nhiệt độ gia nhiệt nguyên liệu

và nhiệt độ của xúc tác đã tái sinh được điều khiển để đạt được một tỷ lệ tối ưu Catalyst/Oil Chất thụ động hóa Antimory được phun vào để hạn chế các ảnh hưởng không mong muốn của Ni trong nguyên liệu Trong trường hợp Emergency Shutdown, shutdown valves sẽ chặn dòng nguyên liệu vào riser và chuyển dòng dầu sang bể chứa

Hơi nước phân tán được cung cấp cho mỗi đầu phun để thúc đẩy khả năng phân tán và hóa hơi nguyên liệu Phía trên điểm phun nguyên liệu, một dòng hơi ổn định (Stabilization Steam) được phun vào riser để làm tăng khả năng chuyển động đều và liên tục của dòng xúc tác tại điểm phun nguyên liệu Một đặc điểm của công nghệ R2R là việc sử dụng dòng MTC (Mix Feed Temperature Control) Dòng MTC được phun vào tại điểm sau của vùng phun nguyên liệu, sử dụng dòng Recycled Heavy FCC Naphtha Dòng MTC chỉ được sử dụng trong chế độ vận hành Mix Max Gasoline

MTC đóng một vai trò quan trọng trong việc giám sát cân bằng nhiệt lượng và tăng khả năng hóa hơi nguyên liệu để giảm thiểu sản phẩm coke không mong muốn do sự hóa hơi nguyên liệu không hoàn toàn Mục đích chính của MTC là để điều chỉnh làm giảm nhiệt độ tại vị trí ngay sau điểm nạp liệu Điều này giúp tăng nhiệt độ tại điểm nạp liệu để làm tăng khả năng hóa hơi nguyên liệu

Hiện tại thì phân xưởng RFCC của nhà máy với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ thì không sử dụngdòng MTC

Sau khi thực hiện phản ứng trong ống Riser, hỗn hợp sản phẩm sẽ tiếp tục đi lên vùng stripper bằng hơi nước MPS nhằm tách các hydrocacbon bị kéo theo hoặc còn bị hấp phụ trên bề mặt và lỗ xốp của hạt xúc tác Dòng hơi tiếp tục được đi vào thiết bị ROSS (cấu tạo gồm 2 cyclon kín úp ngược), dòng khí sản phẩm và xúc tác sẽ đi vào khoảng giữa 2 cyclon và lực va đập sẽ được nhân đôi, xúc tác nhanh chóng được tách ra từ hỗn hợp hydrocacbon/hơi nước tại ROSS nằm ở đỉnh ống phản ứng Quá trình phân tách này cần thiết nhằm ngăn chặn các phản ứng không mong muốn tạo ra khí từ xăng (hạn chế phản ứng tạo cốc) Hệ thống này làm giảm đáng kể thời gian tiếp xúc giữa xúc tác và hydrocacbon sau ống phản ứng Sau khi ra khỏi ROSS, dòng hơi đi qua các xyclo nhằm tách xúc tác ra khỏi hơi, vì vậy giảm thiếu lượng xúc tác mất đi do cuốn vào sản phẩm Hơi sản phẩm từ lò phản ứng chứa một lượng nhỏ các chất trơ, xúc tác và hơi nước, đi vào vùng nạp liệu của tháp chưng chất chính Một lượng nhỏ xúc tác trong hơi sản phẩm đi vào dòng slurry ở đáy tháp

Các phản ứng cracking xảy ra trong thiết bị phản ứng là phản ứng thu nhiệt nên nó xảy ra thuận lợi ở nhiệt độ cao, áp suất thấp Do vậy nguyên liệu trước khi vào ống riser phải được gia nhiệt và tận dụng nhiệt xúc tác mang vào để thực hiện phản ứng

Áp suất của thiết bị phản ứng sẽ dao động theo áp suất của thiết bị phân tách chính và áp suất này không được điều khiển trực tiếp từ cụm phản ứng mà nó được điều khiển từ một thiết bị điều áp trên bình hồi lưu ở đỉnh của tháp phân tách chính

3.2.2.2 Thiết bị tái sinh:

Sử dụng 2 tầng tái sinh xúc tác: đảm bảo tái sinh hoàn toàn xúc tác, khôi phục hoạt tính của chất xúc tác, duy trì cân bằng nhiệt trong phân xưởng nhưng không bị phá hủy thủy nhiệt ở nhiệt độ cao, có mặt hơi nước và kim loại V

Xúc tác đã sử dụng sau khi được stripping “chảy” xuống ống xúc tác đã sử dụng và đi qua van trượt xúc tác đã sử dụng SV-1502 và đi vào thiết bị tái sinh tầng thứ nhất Quá trình thổi bằng khí nhiên liệu (hoặc nitơ) được thêm vào ống dẫn xúc tác ở những điểm khác nhau nhằm duy trì tỉ trọng cần thiết và các tính chất giả sôi của xúc tác đã sử dụng

Lò tái sinh này vận hành theo chế độ dòng ngược (không khí từ dưới lên và xúc tác đã sử dụng từ trên xuống) giúp cho xúc tác khỏi bị quá nhiệt Điều kiện tái sinh được giữ ở mức ôn hoà nhằm giới hạn quá trình làm giảm hoạt tính xúc tác vì nhiệt Tổng lượng không khí vào lò tái sinh thứ nhất được điều khiển

để giới hạn nhiệt độ ở tầng tái sinh thứ nhất cao nhất là 730oC

Dòng Torch Oil được đưa vào nhằm mục đích trong giai đoạn khởi động, phun dòng Torch Oil để cung cấp nhiệt cho dòng xúc tác và hạn chế quá trình cháy sau

Đối với tầng tái sinh thứ 1 của nhà máy, nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ nên lượng cốc tạo ra đưa qua quá trình tái sinh không đủ để đốt cung cấp nhiệt cho dòng nguyên liệu do vậy cần phải thêm dòng Torch Oil vào để đốt, dòng này được trích một phần từ nguồn nguyên liệu sau khi gia nhiệt của RFCC (trước khitrộn HCO recycle)

Xúc tác tái sinh một phần đi xuống thông qua tầng tái sinh thứ nhất đến điểm vào của khí nâng Quá trình thổi không khí tại khu vực này được thực hiện nhằm đảm bảo cho dòng xúc tác trong ống nâng đượctrơn tru

Các xyclon hai tầng tách xúc tác khỏi dòng khói thải đi ra từ tầng tái sinh thứ nhất Tại đầu ra của lò tái sinh, áp suất khói thải được giảm xuống thông qua van trượt hai đĩa SV-1503 điều chỉnh áp suất của lò tái sinh Khói thải sẽ được sử lý ở hệ thống CO Boiler Quá trình rút xúc tác liên tục rất cần thiết nhằm duy trì lượng xúc tác trong khoảng vận hành bình thường

• Tầng thứ 2:

Cốc còn lại bám trên chất xúc tác sau khi đã được đốt 1 phần ở tầng tái sinh thứ 1 sẽ tiếp tục được đốt hoàn toàn ở tầng thứ 2 Xúc tác ở tầng tái sinh thứ 1 được nâng lên tầng tái sinh thứ 2 thông qua Air Lift,

bộ phận phân phối ở đầu ống nâng phân phối xúc tác và không khí vào trong Air Lift 1 cách hiệu quả Sau

đó xúc tác sẽ tiếp tục được tái sinh hoàn toàn tới dưới 0.05% cacbon ở điều kiện khắc nghiệt hơn so với điều kiện trong thiết bị tái sinh thứ nhất Rất ít CO được tạo ra trong tầng tái sinh thứ hai và oxy dư được khống chế bởi bộ điều khiển lưu lượng không khí vào thiết bị tái sinh thứ hai sao cho quá trình cháy được hoàn toàn và hiệu quả Do phần lớn hơi nước được lấy ra theo dòng khói thải ở tầng tái sinh thứ 1, do vậy

ở tầng thứ tái sinh thứ 2, nhiệt độ tỏa ra lớn >760oC nhưng lượng hơi nước ít nên hạn chế được quá trình phá hủy thủy nhiệt của Vanadium

Xúc tác được thu hồi trong các cyclon 2 bậc sẽ quay trở lại thiết bị tái sinh ở phía dưới mức xúc tác khi vận hành bình thường thông qua diplegs Các dip legs của cyclon nằm bên ngoài thiết bị tái sinh thứ hai Không khí được cung cấp tới các diplegs nhằm tạo dòng chảy trơn tru của xúc tác giả sôi Đầu ra của diplegs được lắp flapper (trickle) valve để chống xúc tác và khí đi ngược vào trong cyclon Áp suất của thiết bị tái sinh thứ hai được điều khiển bởi double disc slide valve SV1504, thông qua bộ điều khiển chênh lệnh áp suất PDIC-172 giữa thiết bị tái sinh thứ nhất và thiết bị tái sinh thứ hai

3.2.4.Hệ thống tồn chứa và vận chuyển xúc tác

Hệ thống tồn chứa và vận chuyển xúc tác gồm các hoppers chứa xúc tác mới và xúc tác đã sử dụng, các thiết bị nạp xúc tác và thiết bị tháo liên tục xúc tác cân bằng Ba hoppers được lắp đặt là: D-1505 chứaxúc tác mới, D-1506 chứa xúc tác đã qua sử dụng và D-1507 chứa xúc tác hỗn hợp Mỗi hopper được cung cấp một cyclon và hệ thống sục khí ở đáy hình côn để trợ giúp cho quá trình tuần hoàn xúc tác tới các đường ống vận chuyển xúc tác

• Nạp và rút xúc tác khỏi hopper:

Xúc tác mới và xúc tác cân bằng được vận chuyển bằng xe tải Xúc tác mới sẽ được nạp vào hopper chứa xúc tác mới D-1505 Xúc tác cân bằng được nạp vào hopper chứa xúc tác đã qua sử dụng Quá trình nạp xúc tác được thực hiện nhờ ejector sử dụng hơi nước EJ-1501 để giảm áp suất của hopper

Xúc tác đã sử dụng được tháo khỏi hopper chứa xúc tác đã sử dụng D-1506 vào các túi mềm bằng cách tăng áp suất hopper bằng dòng plant air

• Bổ sung và rút xúc tác:

Trong suốt quá trình vận hành, xúc tác mới sẽ được tự động nạp vào phân xưởng ở tốc độ mong muốn

sử dụng feeder nạp xúc tác (X-1502 or X-1503) Có thể điều chỉnh được khối lượng của mẻ xúc tác và tầnsuất nạp xúc tác

Lượng xúc tác nạp vào luôn cao hơn lượng xúc tác tổn thất khỏi phân xưởng Xúc tác phải được rút ra

để giữ cho tổng lượng xúc tác trong phân xưởng là không đổi Hoạt động này được thực hiện bằng hệ thống rút xúc tác X-1501 lắp đặt trên thiết bị tái sinh thứ nhất D-1502 Xúc tác nóng được rút ra, được làm mát thông qua finned tube và được đưa vào hopper chứa xúc tác đã sử dụng D-1506 ở nhiệt độ dưới 400°C

3.3 Sơ đồ công nghệ của cụm tháp phân tách chính:

Phần chính của dòng slurry pumparound sau khi được làm lạnh được đưa trở lại vùng grid section (bed 5) để làm giảm nhiệt trực tiếp dòng hơi sản phẩm từ thiết bị phản ứng và làm ngưng tụ slurry đáy tháp Một phần slurry đã được làm nguội được quay trở lại đáy của tháp tách chính để hạ nhiệt độ đáy TIC- 439 (dòng quench) xuống khoảng 340°C để giảm thiểu hiện tượng tạo cốc

Một phần của dòng slurry này được lấy qua bộ điều khiển dòng từ đầu ra của E-1502A/B/C hoặc từ đầu ra của E-1503A/B/C, tùy vào chế độ vận hành Phần còn lại của dòng quench được lấy từ đầu ra của E-1505A/B qua bộ điểu khiển dòng nhận giá trị setpoint từ bộ điều khiển nhiệt độ ra ở đáy tháp T-1501 Dòng sản phẩm slurry được lấy từ đầu ra của thiết bị sản xuất hơi trung áp E1505 A/B và chảy tới thùng chứa D-1515

Sản phẩm slurry được bơm bởi bơm P-1504 A/B và được làm nguội trong thiết bị tạo hơi nước thấp

áp E-1506 A/B và sau đó đi tới thiết bị tách X-1504 để loại bỏ các hạt xúc tác mịn Clarified Oil rời khỏi thiết bị tách được làm nguội trong các thiết bị làm mát bằng nước ấm E-1507 A/B/C/D trước khi đi tới bể chứa

Thiết bị tách slurry X-1504 bao gồm 10 thiết bị làm việc một cách tự động và tuần tự Mỗi thiết bị được thổi rửa bởi bơm P-1505 A/B sử dụng HCO từ thùng chứa D-1516 Dầu sau khi thổi rửa cuốn theo các hạt xúc tác được tuần hoàn trở lại riser của thiết bị phản ứng bởi bơm P-1506 A/Bvới lưu lượng khôngđổi