ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAY THẾ XÚC TÁC MỚI R-264 CHO R-234 HIỆN ĐANG SỬ DỤNG TẠI PHÂN XƯỞNG CCR NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN VĂN TUÂN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAY THẾ XÚC TÁC MỚI R-264 CHO R-234 HIỆN ĐANG SỬ DỤNG TẠI PHÂN XƯỞNG CCR NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TRẦN VĂN TUÂN ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAY THẾ XÚC TÁC MỚI R-264 CHO R-234 HIỆN ĐANG SỬ DỤNG TẠI PHÂN XƯỞNG CCR NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA HỌC Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THỊ DIỆU HẰNG Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAY THẾ XÚC TÁC MỚI R-264 CHO R-234 HIỆN ĐANG SỬ DỤNG TẠI PHÂN XƯỞNG CCR NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Học viên: Trần Văn Tuân Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Khóa 35 Mã số: 8520301 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Xúc tác R-264 xúc tác hệ UOP, đời từ năm 2004, sau hệ xúc tác R-234 Đây xúc tác có tỷ trọng cao ứng dụng rộng rãi cho nhà máy lọc dầu giới, với ưu điểm có tỷ trọng cao hạn chế tượng “Catalyst Pinning” vận hành công suất cao công suất thiết kế Xúc tác R-264 với chế độ hoạt tính cao sản lượng cao, đáp ứng nhu cầu thực tế vận hành yêu cầu Với nhu cầu thị trường xăng, công suất phân xưởng CCR yêu cầu phải vận hành cao công suất thiết kế để đáp ứng nhu cầu thị trường thách thức xúc tác R-234 Do việc nghiên cứu đánh giá khả thay xúc tác R-264 cho R-234 sử dụng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất cần thiết, làm tiền đề cho dự án nâng cấp mở rộng nhà máy Từ khóa: Catalyst pinning; Hoạt tính cao; Sản lượng cao; xúc tác R-234; xúc tác R-264; Reforming xúc tác ASSESSMENT OF NEW R-264 RIGHT TO REPLACEMENT FOR R-234 CURRENTLY USED IN THE CCR WORKSHOP DUNG QUAT OILEXTRACTING FACTORY Abstract: R-264 catalyst, a new generation of UOP Licensor, was commercial from 2004 Compared with previous catalyst R-234 it has higher density to debottleneck units that are pinning constrained when increasing catalytic reforming yields This catalyst has modes of operation including High Activity (HA) and High Yield (HY) With current market demand on quantity of gasoline, the capacity of the CCR unit will be required to operate higher than the design capacity and will be a challenge with R-234 current catalyst So it’s necessary to evaluate and study the abililty of R-264 to replace R-234 to increase reliability and ready for increasing CCR capacity in the future This study is the basic for the expansion project of Dung Quat Refinery Key words: Catalyst pinning; High activity; High Yield; R-234 catalyst; R-264 catalyst; Reforming catalyst MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan Nhà máy lọc dầu Dung Quất 1.1.1 Địa điểm diện tích sử dụng 1.1.2 Sơ đồ vị trí Nhà máy .3 1.1.3 Công suất chế biến nguyên liệu 1.1.4 Cấu hình nhà máy 1.1.5 Cơ cấu sản phẩm nhà máy 1.2 Tổng uan phân xưởng Reforming xúc tác 1.2.1 Mục đích phân xưởng Reforming xúc tác 1.2.2 Xúc tác sử dụng 1.2.3 Các phản ứng xảy 1.2.4 Sơ đồ công nghệ phân xưởng CCR 10 1.3 Tổng uan tượng “Catalyst Pinning” 26 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TĂNG CÔNG SUẤT PHÂN XƯỞNG CCR VỚI XÚC TÁC HIỆN TẠI R-234 VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG XÚC TÁC MỚI R-264 31 2.1 Điều kiện vận hành phân xưởng CCR 31 2.2 Thơng số xúc tác R-234 31 2.3 Thử nghiệm tăng công suất phân xưởng CCR với xúc tác R-234 31 2.3.1 Thử nghiệm tăng công suất phân xưởng CCR từ 100% lên 103% công suất thiết kế 31 2.3.2 Thử nghiệm tăng công suất phân xưởng CCR từ 103% lên 105% công suất thiết kế 35 2.3.3 Hiệu suất thu hồi sản phẩm xúc tác R-234 .41 2.3.4 Các vấn đề xúc tác R-234 41 2.4 Nghiên cứu khả sử dụng xúc tác R-264 44 2.4.1 Thơng số xúc tác R-264 44 2.4.2 Hiệu suất thu hồi sản phẩm 44 2.4.3 Các ưu điểm so sánh xúc tác R-264 với R-234 45 2.4.4 Một số vấn đề thiết bị cần quan tâm thay xúc tác R-264 47 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAY THẾ XÚC TÁC MỚI R-264 CHO R-234 HIỆN TẠI ĐANG SỬ DỤNG 50 3.1 So sánh đặc tính xúc tác R-264 R-234 50 3.2 So sánh hiệu kinh tế xúc tác R-264 R-234 50 3.3 Chi phí xúc tác R-264 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU H2: Hydrogen kPa: Đơn vị đo áp suất bão hòa Reid N: Nitơ Nm3/hr: Đơn vị đo lưu lượng, mét khối điều kiện bình thường/giờ O: Oxy S: Lưu huỳnh Sm3/hr: Đơn vị đo lưu lượng, mét khối tiêu chuẩn/giờ %: Phần trăm $: Đơn vị tiền tệ, USD CÁC TỪ VIẾT TẮT BPSD: Barrels Per Stream Day CCR: Continuous Catalyst Reforming CF: Cubic Feed FV: Flow Control Valve HA: High Activity HC: Hydrocarbon HIC: Hand Indicator Control HY: High Yield LBS: Pounds LPG: Liquefied Petroleum gas LV: Liquid Volume MM: Million Mol: Molecular MTD: Metric Tonnes Per Day NHT: Naphtha Hydro Treating Unit N + 2A: Naphthene + 2*Aromatic PERC: PerChloride Etylene PPB: Part Per Billion PPM: Part Per Million RON: Research Octane Number UOP: Universal Oil Product Vol: Volume Wt: Weight WAIT: Weighted Average Inlet Temperature DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng 1.1: 2.1: 2.2: Trang Bảng cấu sản phẩm Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Các bước tăng công suất phân xưởng CCR từ 100% lên 103% công suất thiết kế Các loại dầu thô chế biến uá trình chạy thử nghiệm từ 100% lên 103% công suất thiết kế 32 32 Các thông số vận hành hiệu suất sản phẩm phân 2.3: xưởng CCR uá trình chạy thử nghiệm từ 100% lên 32 103% công suất thiết kế 2.4: 2.5: Các bước tăng công suất phân xưởng CCR từ 103% lên 105% công suất thiết kế Các loại dầu thô chế biến uá trình chạy thử nghiệm từ 103% lên 105% công suất thiết kế 35 36 Các thơng số vận hành hiệu suất sản phẩm phân 2.6: xưởng CCR uá trình chạy thử nghiệm từ 103% lên 36 105% công suất thiết kế Bảng thống kê ngưỡng giá trị “Catalyst Pinning” uá 2.7: trình chạy thử nghiệm cơng suất CCR tương ứng 103 & 105% 39 công suất thiết kế 2.8: 3.1: 3.2: 3.3: Thông số vận hành với xúc tác R-234 xúc tác R-264 Sản lượng xúc tác R-234 dự đoán sản lượng xúc tác R-264 Bảng so sánh hiệu uả kinh tế xúc tác R-264 HY xúc tác cũ R-234 tương ứng với trường hợp RON 103 Chi phí ước tính mua xúc tác Pt R-264 46 51 51 52 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình Trang 1.1: Sơ đồ vị trí Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 1.2: Sơ đồ cơng nghệ vị trí phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 1.3: Sơ đồ phản ứng trình Reforming xúc tác 1.4: Sơ đồ công nghệ phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Khu vực Platforming) 11 1.5: Thiết bị trao đổi nhiệt nguyên liệu vào 14 1.6: Dòng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng 15 1.7: Dòng sản phẩm thiết bị phản ứng đến bình tách pha 16 1.8: Máy nén khí H2 tuần hồn 17 1.9: Cụm thu hồi lỏng (Recovery Plus System) 18 1.10: Tháp tách Debutanizer 19 1.11: Sơ đồ khu vực tái sinh xúc tác phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 20 1.12: Xúc tác sau khỏi thiết bị phản ứng cuối đến khu vực tái sinh 22 1.13: Tách bụi xúc tác tạo môi trường ngăn cách 23 1.14: Tháp tái sinh xúc tác CCR 24 1.15: Xúc tác sau tái sinh đưa đến thiết bị phản ứng 25 1.16: Xúc tác khử sau tái sinh 26 1.17: Dòng nguyên liệu ua lớp xúc tác thiết bị phản ứng 27 1.18: Hiện tượng Catalyst pinning 28 1.19: Giản đồ để tính lưu lượng dịng tối thiểu để tạo tượng Catalyst pinning 29 2.1: Bề mặt xúc tác giảm theo chu kỳ tái sinh 41 2.2: Hàm lượng Clo xúc tác trước tái sinh (), sau tái sinh () lượng PERC phun vào () 42 2.3: Sản lượng xăng Reformate nhà máy, từ 16/03 đến 15/05/2019 43 2.4: Cân vật chất phân xưởng CCR ngày 14/05/2019 44 2.5: So sánh hiệu suất thu hồi sản phẩm R-234 R-264 theo UOP 45 Số hiệu Tên hình hình 2.6: 2.7: Nhiệt độ đầu vào thiết bị phản ứng R-1301 nhiệt độ bề mặt thành ống lò đốt H-1301 từ ngày 01-06-201 đến 30-06-2019 Độ mở van 013-FV-512 013-FV-513 tương ứng với tốc độ tuần hoàn xúc tác từ 50 đến 0% khoảng thời gian từ ngày 01-06-201 đến ngày 30-06-201 xúc tác R-234 Độ mở van 013- 2.8: Trang - 535 013- 47 -53 tương ứng với tốc độ tuần hoàn xúc tác từ 50 đến 0% khoảng thời gian từ ngày 01-06-201 đến ngày 30-06-201 xúc tác R-234 46 48 50 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG THAY THẾ XÚC TÁC MỚI R-264 CHO R-234 HIỆN TẠI ĐANG SỬ DỤNG 3.1 So sánh đặc tính c tác R-264 R-234 So sánh đặc tính xúc tác R-264 R-234, nhận thấy sau: - Xúc tác R-264 có hoạt tính khối lượng riêng cao nên phù hợp cho phân xưởng CCR vận hành cơng suất cao, nhờ có khối lượng riêng lớn khắc phục tượng “Catalyst Pining”, với đặc tính cho thấy xúc tác R-264 BSR sau nâng cấp mở rộng, theo tài liệu thiết kế phân xưởng CCR tăng - lên đến 130% công suất [1], [11] cụ thể:  Cơng suất tăng thêm 10% trì tỷ lệ H2/HC khơng đổi  Cơng suất tăng thêm % trì dịng khí tuần hồn khơng đổi Xúc tác R-264 vận hành chế độ: Tối đa sản lượng (High Yied – hàm lượng Clo xúc tác trì thấp) Tối đa hoạt tính (High Activity – hàm lượng Clo xúc tác trì cao) Đặc tính chế độ sau:  Xúc tác R-264 vận hành chế độ sản lượng cao (R-264 HY) cho sản lượng xăng Reformate Hydrogen cao tương đương R-234 có hoạt tính cao so với R-234 khoảng 2oC  Xúc tác R-264 vận hành chế độ hoạt tính cao (R-264 HA) cho sản lượng xăng Reformate thấp R-234 khoảng 0.6%wt có hoạt tính cao R-234 khoảng  6oC 3.2 So sánh hiệu kinh tế c tác R-264 R-234 Q trình mơ để dự đoán sản lượng (Yied Estimate) phân tích kinh tế áp dụng cho trường hợp: Xúc tác R-234, xúc tác R-264 HY R-264 HA loại nguyên liệu Nhà máy Mẫu nguyên liệu lấy vào tháng 072018, cho trường hợp RON 103 Mục đích việc mơ để lợi ích thay xúc tác R-264 Kết dự đoán sản lượng bảng 3.1 51 Bảng 3.1: Sả lượng xúc tác t i R-234 dự [13] sả lượng xúc tác R-264 Xúc tác Công suất phân ng C5+ RONC C5+ LV% R-234 100% 103 78.5 R-234 100% 103 79.3 R-264 HY 100% 103 79.3 R-264 HA 110% 103 79 Thông số Với số liệu giá nhiên liệu năm 2018, kết mô UOP đưa kết luận lợi ích kinh tế mang lại thay xúc tác R-234 R-264 mang lại khoảng lợi nhuận 3.4 triệu USD/năm xúc tác R-264 HY 15 triệu USD/năm xúc tác R-264 HA [13] Như thay xúc tác R-234 xúc tác R-234 R-264 tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm C5+ lên 1%wt Nhưng thay R-264 khơng cịn quan ngại tượng “catalyst pinning” dễ dàng tăng công suất lên 100% công suất thiết kế Bảng 3.2: Bảng so sánh hiệu kinh tế xúc tác R-264 HY v ũ ươ g ứng v rường hợp RON 103 [13] Xúc tác Nguyên liệu MTD RONC R-234 R-264 HY R-264 HA 2479 2479 2727 103 103 103 + wt % 88.7 88.8 88.4 Sản lượng H2 wt % 3.9 4.0 4.0 $MM/năm 653 656.4 720.2 Chi phí cho nguyên liệu $MM/năm 522.9 522.9 575.1 Lợi nhuận $MM/năm 130.1 133.5 145.1 Lợi nhuận $MM/thùng 18.5 19 18.8 Lợi nhuận tăng lên $MM/năm 3.4 15 Sản lượng C5 Tổng giá trị sản phẩm 3.3 Chi phí xúc tác R-264 Số liệu liên uan đến khối lượng chi phí xúc tác cần mua thể bảng 3.3 52 Bảng 3.3: Ch hí c tính mua xúc tác Pt R-264 [7] Các thơng số tính toán Đơn vị R-264 Khối lượng riêng Kg/m3 670 Thể tích xúc tác cần nạp m3 80 Khối lượng xúc tác cần nạp Kg 53600 Khối lượng xúc tác cần cho dự phòng (5%) Kg 2680 Tổng xúc tác cần Kg 56280 Khối lượng xúc tác/thùng Kg 125 Tổng số thùng xúc tác cần mua Thùng 451 Lượng platinum cần để sản xuất xúc tác, chiếm 0.25% khối lượng xúc tác Kg 140.7 Chi phí mua xúc tác triệu USD ~ 2.5 Chi phí mua Platinum triệu USD ~ 4.7 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Với kết thu từ việc phân tích liệu phân xưởng CCR hành với xúc tác R-234 liệu cung cấp UOP cho xúc tác R-264, cho phép rút kết luận sau: - Về mặt kỹ thuật:  Với xúc tác R-264, khơng thay đổi khí hay thiết kế phân xưởng CCR Xúc tác R-264 hoàn toàn vận hành với điều kiện thiết kế phân xưởng CCR Nhà máy Lọc dầu Dung Quất  Bên cạnh đó, với điều kiện nguyên liệu yêu cầu số RON giống nhiệt độ phản ứng xúc tác R-264 thấp  60C so với xúc tác R-234 Điều làm giảm tải lò đốt H-1301, H-1302, H-1303, H-1304, giúp ổn định vận hành tăng độ tin cậy thiết bị Mặt khác giảm lượng khí đốt tiêu thụ lò đốt  Giảm lượng Perchloride Etylene (C2Cl4) phun vào xúc tác, làm giảm tiêu tốn hóa chất giảm khả tạo muối Amonia Clorua khu vực phản ứng Tăng độ tin cậy vận hành thiết bị phân tác hạ nguồn tháp tách Debutanizer T-1301, Thiết bị phân tách pha D-1301, thiết bị hấp phụ HCl dịng khí tuần hồn D-1302A/B… - Về mặt kinh kế  Chi phí đầu tư ban đầu để thay xúc tác R-264 khoảng 7.2 triệu USD [7]  Tăng sản lượng xăng hàng năm lên đem lại lợi nhuận ước tính khoảng 3.4 triệu USD/năm, lên đến 15 triệu USD/năm vận hành với R264HA 110% công suất thiết kế [7] Kiến nghị Với yếu tố kinh tế kỹ thuật phân tích trên, kết kiến nghị làm sở cho việc thay xúc tác R-264 cho R-234 sử dụng phân xưởng CCR Nhà máy lọc Dầu Dung Quất 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2016), “243/TTr-K rì h v v ệ lự họ xúc tác Rể h hế r g ợ bả ưỡ g ổ g hể h lọ u u g uấ l hằ ứ g khả ă g ă g g suấ phân g CC r g ươ g l [2] Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2018), CCR Platforming 105% Capacity Test Run Report [3] Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2018), CCR Platforming 103% Capacity Test Run Report [4] Công ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2018), Debutanizer T-1301 Online Water Wash [5] Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2019), 1A Performance Daily Report, CCR Unit [6] Công ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2019), Debutanizer T-1301 Online Water Wash [7] Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn (2019), Bá á h g v xuất thay xúc h ng NHT CCR BDTT l n Tiếng Anh [8] Jenny Ozmen (2017), Advance CCR Platforming Process Technology Training catalyst hangup/pinning [9] UOP (2007), CCR Operating Manual, Dung Quat Refinery [10] UOP (2014), CCR Operating Manual, Nghi Son Refinery [11] UOP (2016), R-264TM & R-262TM Catalysts: Excellence in CCR Catalyst Innovation [12] UOP (2018), CCR Platforming Capacity Test Run at 103% & 105% UOP CPS Online Monitoring Report [13] UOP (2019), BSR Naphtha complex catalyst performance evaluations and recommendations