Bài viết giới thiệu giải pháp giảm độ tinh khiết của dòng sản phẩm propylene từ Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) để tăng thu hồi cấu tử propylene. Quá trình thử nghiệm giải pháp này đã đạt được kết quả tốt, làm tăng thu hồi lượng khí propylene, tăng nguồn nguyên liệu chế biến cho Phân xưởng hạt nhựa Polypropylene (PP) vận hành ở công suất cao hơn công suất thiết kế khoảng 3%.
HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2021, trang 28 - 32 ISSN 2615-9902 TỐI ĐA THU HỒI CẤU TỬ PROPYLENE BẰNG GIẢI PHÁP GIẢM ĐỘ TINH KHIẾT DỊNG SẢN PHẨM PROPYLENE, TĂNG CƠNG SUẤT CHẾ BIẾN CỦA PHÂN XƯỞNG POLYPROPYLENE TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Nguyễn Thành Bông Công ty Cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn Email: bongnt@bsr.com.vn https://doi.org/10.47800/PVJ.2021.02-04 Tóm tắt Áp dụng phân tích số liệu cơng cụ mô công nghệ để nghiên cứu khả thu hồi tối đa cấu tử khí propylene LPG sản xuất từ Phân xưởng cracking xúc tác (RFCC) Bài báo giới thiệu giải pháp giảm độ tinh khiết dòng sản phẩm propylene từ Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) để tăng thu hồi cấu tử propylene Quá trình thử nghiệm giải pháp đạt kết tốt, làm tăng thu hồi lượng khí propylene, tăng nguồn nguyên liệu chế biến cho Phân xưởng hạt nhựa Polypropylene (PP) vận hành công suất cao công suất thiết kế khoảng 3% Giải pháp áp dụng vào thực tế sản xuất Nhà máy Lọc dầu Dung Quất từ tháng 8/2018, mang lại hiệu kinh tế cao với giá trị làm lợi ước tính khoảng 2,5 triệu USD/năm Từ khóa: Propylene, hiệu suất thu hồi, độ tinh khiết, polypropylene, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Giới thiệu Phân xưởng PRU (Hình 1) Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thiết kế để phân tách dịng sản phẩm khí hóa lỏng LPG qua xử lý sản xuất từ Phân xưởng RFCC thành sản phẩm hỗn hợp khí butane + butene (hỗn hợp C4), khí propane (C3) khí propylene (C3=) Dịng khí propylene tách đến độ tinh khiết 99,5% khối lượng làm nguyên liệu cho Phân xưởng PP [1] Trong thực tế vận hành, lưu lượng LPG sản xuất từ Phân xưởng RFCC thường mức cao nên Phân xưởng PRU thường vận hành công suất cao hơn, khoảng 110% khối lượng công suất thiết kế Từ tháng 4/2018, Phân xưởng RFCC sử dụng phụ gia ZSM-5 để tăng sản xuất propylene/ LPG xăng RON nên công suất Phân xưởng PRU tăng lên đến mức 115% khối lượng công suất thiết kế Khi công suất Phân xưởng PRU tăng, độ thu hồi (recovery) cấu tử C3= bị giảm, làm tăng lượng C3= lẫn dòng propane từ Phân xưởng PRU (được phối trộn vào sản phẩm LPG nhà máy lọc dầu) (Hình 2) Ngày nhận bài: 20/5/2020 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 20/5 - 10/10/2020 Ngày báo duyệt đăng: 2/2/2021 28 DẦU KHÍ - SỐ 2/2021 Propylene có giá trị kinh tế cao LPG nguồn nguyên liệu Phân xưởng PP Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Phân xưởng PP tăng cơng suất chế biến lên đến 110% công suất thiết kế thời điểm nghiên cứu Thay mua thêm nguyên liệu propylene từ bên ngoài, việc nghiên cứu giải pháp tăng sản xuất C3=/LPG RFCC tăng độ thu hồi C3= PRU để tăng nguồn nguyên liệu chế biến cho Phân xưởng PP làm tăng lợi ích kinh tế cho Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Áp dụng phương pháp phân tích số liệu sử dụng cơng cụ mơ cơng nghệ trình bày Mục 3, giải pháp giảm độ tinh khiết (purity) dòng C3= từ tháp tách propylene/propane T-2103 Phân xưởng PRU, từ giá trị thiết kế 99,5% khối lượng xuống đến 99,4% khối lượng giúp làm tăng thu hồi cấu tử C3= lẫn dòng propane từ T-2103 mà không làm thay đổi điều kiện vận hành bình thường Phân xưởng PRU Phân xưởng PP Giải pháp thử nghiệm thành công đưa vào vận hành thực tế từ tháng 8/2018 Tóm tắt q trình nghiên cứu thực giải pháp Hình PETROVIETNAM Phân xưởng PRU Offgas giàu ethane C3= T-2102 Phân xưởng RFCC & LTU C3+C3= Hỗn hợp C4s Phân xưởng PP Bình hấp phụ T-2103 T-2101 LPG xử lý Xây dựng tinh chỉnh mơ hình mơ cơng nghệ Phân xưởng PRU Propylene C3 LPG thành phẩm Bồn chứa LPG Hỗn hợp C4 thành phẩm Bồn chứa hỗn hợp C4 Hình Tổng quan sơ đồ công nghệ Phân xưởng PRU Lượng sản phẩm propylene C3= sản phẩm LPG 21000 20800 3000 20600 20400 2500 20200 2000 20000 19800 1500 19600 1000 19400 19200 Sử dụng phụ gia ZSM-5 500 19000 18800 10/1/18 30/1/18 19/2/18 11/3/18 31/3/18 20/4/18 10/5/18 30/5/18 C3= LPG Sản phẩm propylene (kg/giờ) C3=/LPG (kg/giờ) 3500 Sản phẩm propylene Hình Lưu lượng dòng propylene C3= chưa thu hồi LPG Phân tích số liệu vận hành Xây dựng tinh chỉnh mơ hình mơ Mơ giải pháp đánh giá kết Báo cáo áp dụng vào thực tế sản xuất Đánh giá kết thử nghiệm Thử nghiệm giải pháp Hình Quá trình thực giải pháp Mơ hình thiết bị dịng cơng nghệ Phân xưởng PRU xây dựng phần mềm Petrosim (KBC) (Hình 4) Sau mơ hình hiệu chỉnh theo số liệu vận hành tiêu biểu thực tế Phân xưởng PRU Dựa kết hiệu chỉnh đạt được, đánh giá kết mô mơ hình sát với thực tế vận hành phân xưởng sử dụng để dự đoán, định lượng thay đổi lưu lượng đặc tính dịng cơng nghệ thơng số vận hành theo hàm mục tiêu Mô giải pháp đánh giá kết Thực mô thay đổi tiêu độ tinh khiết dòng propylene từ tháp tách T-2103, từ 99,5% khối lượng xuống 99,4% khối lượng; dự báo lưu lượng đặc tính dòng sản phẩm propylene propane, thay đổi thông số vận hành tháp tách, điều chỉnh cần thiết nhằm đạt mục tiêu Kết mô giải pháp Bảng Kết mô cho thấy, điều kiện lưu lượng đặc tính ngun liệu LPG đầu vào khơng thay đổi điều kiện vận hành tháp tách T-2101 T-2102 giữ ổn định, giảm tiêu độ tinh khiết dòng propylene tháp T-2103 thu hồi thêm lượng cấu tử C3= dòng propane đáy tháp tách, làm tăng lưu lượng dòng sản phẩm propylene lên thêm khoảng 800 kg/giờ Để đạt độ tinh khiết thấp hơn, thông số vận hành tháp T-2103 điều chỉnh như: - Tăng nhiệt độ đun sôi đáy tháp lên khoảng 0,5 oC; Hình Mơ hình cửa sổ mơ mơ hình - Giảm lưu lượng tuần hoàn đỉnh tháp (reflux) khoảng 23 m3/giờ; DẦU KHÍ - SỐ 2/2021 29 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng Các dịng ngun liệu sản phẩm Lưu lượng Đơn vị tính Dịng ngun liệu LPG Dòng C2 offgas Dòng propane T-2103 Dòng sản phẩm hỗn hợp C4 Dòng sản phẩm propylene Dòng sản phẩm LPG 100 95 90 85 80 75 70 65 60 CE 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 50% tấn/giờ tấn/giờ m3/giờ tấn/giờ tấn/giờ tấn/giờ Độ tinh khiết 99,5% khối lượng 88 0,5 10,9 20,3 64,2 giờ, phần dư offgas xả tự động phía đuốc đốt (flare) y = 1O1,67x2 - 2,7672x + 0,0371 Như vậy, lưu lượng offgas cần xả giảm độ tinh khiết từ 99,5% xuống 99,4% đảm bảo ngưỡng thiết kế van xả Với ngưỡng thiết kế van xả, độ tinh khiết giảm sâu xuống 99,4% Tuy nhiên độ tinh khiết giảm sâu làm tăng đáng kể lưu lượng offgas cần xả, vượt khả xử lý van xả Việc xả offgas trực tiếp đuốc đốt gây tổn thất hydrocarbon 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% Nồng độ propylene (mol.) 90% 95% 100% Hình Ảnh hưởng hàm lượng propane đến hiệu suất phản ứng polymer - Có thể kết hợp vừa tăng nhiệt độ đun sơi vừa điều chỉnh lưu lượng tuần hồn để đạt kết mục tiêu Về ảnh hưởng, hệ số ngập lụt (jet flood) tháp tăng nhẹ không đáng kể Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng propane dòng propylene nguyên liệu PP Hiệu suất phản ứng tạo polymer bị giảm hàm lượng propane dịng ngun liệu tăng tích lũy thiết bị phản ứng cấu tử propane không tham gia vào phản ứng tạo polymer, minh họa giản đồ theo số liệu thực nghiệm Grace (Hình 5) Để trì nồng độ propylene thiết bị phản ứng, propane cần xả qua offgas thông qua van điều khiển lưu lượng FV-3204 Lưu lượng offgas qua FV-3204 thiết kế tối đa 600 kg/giờ lưu lượng xả bình thường khoảng 480 kg/giờ, sử dụng nguyên liệu propylene với hàm lượng propane cao Theo tính tốn, lưu lượng offgas tăng lên khoảng 80 kg/giờ nồng độ propane nguyên liệu tăng tương ứng từ 0,5% lên 0,6%, tương ứng độ tinh khiết nguyên liệu propylene giảm từ 99,5% khối lượng xuống 99,4% khối lượng Bên cạnh đó, lưu lượng offgas dao động cao 600 kg/ 30 Độ tinh khiết 99,4% khối lượng 88 0,5 10,2 21,1 63,4 DẦU KHÍ - SỐ 2/2021 Hàm lượng tạp chất dòng propylene khơng tăng trước dịng propylene đưa sang Phân xưởng PP xử lý qua thiết bị hấp phụ (Purifier) Phân xưởng PRU để khử tạp chất như: arsine, phosphine, COS Bên cạnh đó, dịng sản phẩm propylene ln lấy mẫu giám sát ngày đảm bảo tiêu tạp chất ngưỡng cho phép Kết Giải pháp thử nghiệm áp dụng từ tháng 8/2018 Bảng thể số liệu cân vật chất Phân xưởng PRU Phân xưởng PP sau áp dụng giải pháp Các biểu đồ Hình thể mức tăng thực tế độ thu hồi C3= Phân xưởng PRU công suất chế biến Phân xưởng PP từ áp dụng giải pháp Giải pháp tăng thu hồi C3= thông qua việc giảm độ tinh khiết dịng propylene mang lại lợi ích thiết thực cho Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, đặc biệt hiệu kinh tế Việc áp dụng giải pháp thực tế sản xuất giúp thu hồi tối đa cấu tử propylene có giá trị kinh tế cao, giúp nâng PETROVIETNAM Bảng Cân vật chất Phân xưởng PRU Phân xưởng PP áp dụng giải pháp Nguyên liệu LPG Công suất Phân xưởng PRU Sản phẩm hỗn hợp C4 C2 offgas Sản phẩm LPG tấn/giờ % khối lượng tấn/giờ tấn/giờ tấn/giờ Độ tinh khiết 99,5% 86,9 112,6 3,2 1,1 62,3 Sản phẩm propylene Độ tinh khiết propylene tấn/giờ % khối lượng 20,57 21,11 +0,54 99,51 99,42 -0,09 Độ thu hồi C3= % khối lượng 92,6 95,3 +2,7 % khối lượng polypropylene/tấn propylene 109,1 111,7 +2,6 97,99% 97,86% -0,12% Đơn vị tính Công suất cân phân xưởng polypropylene Hiệu suất chuyển hóa polypropylene Thay đổi -0,3 -0,40 +2,3 -0,2 -2,9 99,6 Độ thu hồi C3= Độ tinh khiết 99 Độ thu hồi (%wt) Độ tinh khiết 99,4% 86,6 112,2 5,5 0,9 59,4 97 99,55 95 99,5 93 99,45 91 99,4 89 99,35 87 85 31/ 12/2017 Độ tinh khiết (%wt) Thông số 10/4/2018 19/7/2018 27/10/2018 4/2/2019 15/5/2019 99,3 23/8/2019 Hình Độ thu hồi C3= độ tinh khiết propylene Công suất phân xưởng PP lưu lượng offgas 115 16 113 Công suất (%) 109 12 107 10 105 103 101 99 97 95 43100 Offgas (tấn/ngày) 14 111 43200 43300 Công suất (%) 43400 43500 Lưu lượng xả offgas (tấn/ngày) 43600 43700 Hình Cơng suất Phân xưởng PP DẦU KHÍ - SỐ 2/2021 31 HĨA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng Ước tính hiệu kinh tế giải pháp Lợi nhuận Phân xưởng PRU tăng thu hồi C3= Lợi nhuận phần tăng công suất 2,6 % Phân xưởng PP Tổng lợi nhuận cao công suất chế biến Phân xưởng PP mà khơng tốn chi phí mua thêm ngun liệu propylene từ bên Hiệu kinh tế ước tính dựa số liệu thực tế trước trình thử nghiệm Bảng Kết luận Ngồi lợi ích kinh tế, giải pháp “giảm độ tinh khiết dòng sản phẩm propylene từ Phân xưởng PRU để tăng thu hồi cấu tử propylene” cịn có ưu điểm như: thực đơn giản, không cải hốn nên khơng tốn chi phí Đơn vị tính USD/ngày USD/ngày USD/ngày USD/năm Lợi nhuận +4.449 +2.462 6.911 2.453.542 thời gian đầu tư; giảm lưu lượng LPG thành phẩm từ Phân xưởng PRU, góp phần giải tình trạng tải thủy lực đường ống dẫn LPG bể chứa sản phẩm LPG Bên cạnh đó, việc giảm hàm lượng olefins C3= sản phẩm LPG từ Phân xưởng PRU giúp nâng cao chất lượng sản phẩm LPG Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Tài liệu tham khảo [1] Technip, JGC, Dung Quat refinery project, operating manual of propylene recovery Unit (Unit 021), 2007 OPTIMISATION OF C3= RECOVERY BY LOWERING PURITY SETTING FOR PROPYLENE PRODUCT TO INCREASE THE CAPACITY OF POLYPROPYLENE PLANT AT DUNG QUAT REFINERY Nguyen Thanh Bong Binh Son Refining and Petrochemical Joint Stock Company Email: bongnt@bsr.com.vn Summary Applying data analysis and process modelling, the study proposed a good way to maximise the C3= recovery in LPG produced from the RFCC unit Via a solution of lowering the purity setting for the propylene product in the Propylene Recovery Unit, more propylene has been recovered which enables the PP Plant to process at a higher capacity (3% over the designed capacity) The solution, which has been implemented since August 2018, gives Dung Quat Refinery an estimated economic benefit of about USD 2.5 mil/year Key words: Propylene, recovery, purity, polypropylene, Dung Quat Refinery 32 DẦU KHÍ - SỐ 2/2021 ... dụng giải pháp Các biểu đồ Hình thể mức tăng thực tế độ thu hồi C3= Phân xưởng PRU công suất chế biến Phân xưởng PP từ áp dụng giải pháp Giải pháp tăng thu hồi C3= thơng qua việc giảm độ tinh khiết. .. - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ Bảng Ước tính hiệu kinh tế giải pháp Lợi nhuận Phân xưởng PRU tăng thu hồi C3= Lợi nhuận phần tăng công suất 2,6 % Phân xưởng PP Tổng lợi nhuận cao công suất chế biến Phân xưởng. .. vị tính Cơng suất cân phân xưởng polypropylene Hiệu suất chuyển hóa polypropylene Thay đổi -0,3 -0,40 +2,3 -0,2 -2,9 99,6 Độ thu hồi C3= Độ tinh khiết 99 Độ thu hồi (%wt) Độ tinh khiết 99,4% 86,6