Nghiên cứu loại sâu lưu huỳnh trong khí thải của nhà máy lọc dầu dung quất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU LOẠI SÂU LƯU HUỲNH TRONG KHÍ THẢI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA DẦU HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT PHẠM NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU LOẠI SÂU LƯU HUỲNH TRONG KHÍ THẢI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA DẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Tống Thị Thanh Hương HÀ NỘI – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tơi xin hồn toàn chịu trách nhiệm với cam kết Hà nội, ngày tháng 02 năm 2014 Tác giả Phạm Ngọc Hà LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả giúp đỡ nhiệt tình tạo điều kiện nhiều người, sau lời cảm ơn chân thành tác giả: Trước hết, tác giả xin cảm ơn sâu sắc cô giáo hướng dẫn: TS Tống Thị Thanh Hương - Khoa Dầu khí, Trường đại học Mỏ Địa chất hướng dẫn nhiệt tình cho tơi q trình xây dựng đề cương, tìm kiếm tài liệu, tổ chức nghiên cứu hồn thành luận văn; Xin chân thành cảm ơn Thầy, Cơ giáo Khoa Dầu khí, Trường Đại học Mỏ Địa chất truyền đạt kiến thức chương trình cao học Xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp Cơng ty TNHH MTV Lọc hóa dầu Bình Sơn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình làm luận văn Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn tới người thân gia đình động viên, ủng hộ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành luận văn Hà nội, ngày tháng 02 năm 2014 Tác giả Phạm Ngọc Hà MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh mục bảng biểu MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CLAUS 1.1 Đihidro sulfua 1.2 Các cơng nghệ tách loại H2S khỏi dịng khí chưa qua xử lý 1.3 Lịch sử hình thành phát triển cơng nghệ Claus 10 1.4 Cấu hình phân xưởng Claus 14 1.4.1 Đưa tồn dịng khí axit vào thiết bị phản ứng nhiệt 14 1.4.2 Đưa phần dịng khí axit vào thiết bị phản ứng nhiệt 15 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG THU HỒI LƯU HUỲNH CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 16 2.1 Nhiệm vụ phân xưởng thu hồi lưu huỳnh 16 2.2 Tính chất dịng ngun liệu đầu vào 17 2.2.1 Thành phần suất nguyên liệu cho trình sản xuất lưu huỳnh lỏng tách khí 17 2.2.2 Thành phần suất nguyên liệu cho lò đốt 18 2.2.3 Thành phần nguyên liệu suất thiết kế cho trình sản xuất lưu huỳnh lỏng tách khí 20 2.3 Tiêu chuẩn sản phẩm, điều kiện đầu vào số đặc điểm thiết kế 20 2.3.1 Tiêu chuẩn sản phẩm lưu huỳnh 20 2.3.2 Tiêu chuẩn khí thải từ lò đốt 20 2.3.3 Các điều kiện đầu vào hàng rào phân xưởng 21 2.3.4 Đặc điểm thiết kế 21 2.4 Mô tả công nghệ 22 2.4.1 Mơ tả dịng cơng nghệ 22 2.4.2 Cơ sở lý thuyết 31 2.5 Các yếu tố làm ảnh hưởng đến vận hành ổn định phân xưởng 38 2.5.1 Sử dụng khí hydro làm khí nhiên liệu 38 2.5.2 Nguyên liệu đầu vào bị thay đổi thành phần 40 2.5.3 Áp suất hoạt động thiết bị phản ứng nhiệt R-01 41 CHƯƠNG 3: CÁC GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU SUẤT CỦA PHÂN XƯỞNG SRU, GIẢM LƯỢNG KHÍ SO2 XẢ RA MƠI TRƯỜNG 42 3.1 Sử dụng chất hấp thụ phân xưởng tái sinh amin 42 3.1.1 Các loại amine sử dụng phổ biến cơng nghiệp dầu khí 43 3.1.2 Cơ chế việc tiến hành xử lý dịng khí chua amin 44 3.1.3 Phân loại ưu điểm, nhược điểm amin thông dụng 46 3.1.4 Chạy mô việc thay DEA MDEA 50 3.1.5 Lợi ích việc sử dụng chất hấp thụ phân xưởng tái sinh amin 58 3.2 Sử dụng dịng khơng khí giàu oxy thiết bị phản ứng nhiệt R-01 60 3.2.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ 62 3.2.2 Các cơng nghệ sử dụng dịng khơng khí giàu oxy 63 3.2.3 Lợi ích cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu 66 3.3 Đề xuất công nghệ tối ưu để giảm lượng khí SO2 xả mơi trường 67 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARU : Amine Regenneration Unit (Phân xưởng tái sinh amine) BSR : Binh Son Refining and Petrochemical Company Limited (Cơng ty TNHH MTV Lọc – Hóa dầu Bình Sơn) BTX : Benzen, Toluen, Xylen CNU : Caustic Neutrelised Unit (Phân xưởng trung hòa kiềm) DEA : Diethanolamine DGA :Diglycolamine DIPA :Diisopropanolamine LCO : Light Cycle Oil (Dầu nhẹ tuần hoàn) LCO-HDT : LCO Hydrotreating Unit (Phân xưởng xử lý LCO hydro) LPG :Liquid Petrolium Gas (Khí hóa lỏng) MDEA : Methyl Diethanolamine MEA : Monoethanolamine RFCC : Residue Fluid Catalytic Craking Unit (Phân xưởng craking xúc tác tầng sôi) SRU : Sulfur Recovery Unit (Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh) SWS : Sour Water Stripper Unit (Phân xưởng xử lý nước chua) TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam WHB : Waste Heat Boiler (Lò tận dụng nhiệt thải) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT TÊN HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TRANG Hình 1.1 Cơng nghệ Stredford Hình 1.2 Cơng nghệ Lo-Cat Hình 1.3: Sơ đồ cơng nghệ tách loại khí axit amine Hình 1.4: Hệ thống tách loại khí H2S dung mơi Hình 1.5: Cơng nghệ Claus 11 Hình 1.6: Sơ đồ cơng nghệ Claus cải tiến 12 Hình 1.7: Cơng nghệ đưa tồn dịng khí axit vào thiết bị phản ứng nhiệt 14 Hình 1.8: Cơng nghệ đưa phần dịng khí axit vào thiết bị phản ứng nhiệt 15 Hình 2.1: Sơ đồ phân xưởng SRU Nhà máy Dung Quất 23 Hình 2.2: Xúc tác phân xưởng SRU trước đưa vào sử dụng 38 Hình 2.3: Xúc tác phân xưởng SRU sau đưa vào sử dụng 39 Hình 3.1 Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ thấp 64 Hình 3.2 Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức trung bình 65 Hình 3.3: Cơng nghệ sử dụng dòng oxy làm giàu mức cao 66 Biểu đồ 2.1: Hàm lượng khí CO2 dịng khí axit từ phân xưởng SWS Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 40 Biểu đồ 3.1: Hàm lượng khí CO2 dịng khí chua từ phân xưởng ARU Nhà máy Lọc dầu Dung Quất 43 Biểu đồ 3.2 : Lưu huỳnh dịng khí giàu H2S từ phân xưởng SWS…………59 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TT TÊN BẢNG BIỂU TRANG Bảng 2.1: Đặc điểm dịng khí chua đến từ phân xưởng ARU [6] 17 Bảng 2.2: Đặc điểm dịng khí giàu H2S từ phân xưởng SWS [6] 18 Bảng 2.3: Đặc điểm dịng khí giàu amoniac (NH3) từ phân xưởng SWS [6] 18 Bảng 2.4: Đặc điểm dịng khí chua từ phân xưởng CNU [6] 19 Bảng 2.5: Tiêu chuẩn lưu huỳnh từ phân xưởng SRU [6] 20 Bảng 2.6: Tiêu chuẩn khói thải từ lị đốt [6] 20 Bảng 2.7: Điều kiện đầu vào cho dịng ngun liệu 21 Bảng 3.1: Tháp hấp thụ khí nhiên liệu DEA 52 Bảng 3.2: Tháp hấp thụ khí nhiên liệu MDEA với lưu lượng 18,6 m3/h 54 Bảng 3.3: Tháp hấp thụ khí nhiên liệu MDEA với lưu lượng 10,0 m3/h 56 Bảng 3.4: Thành phần nguyên liệu từ ARU sang SRU 58 Bảng 3.5: So sánh thành phần dòng đến Thiết bị phản ứng nhiệt sử dụng dịng khí giàu oxy dịng khí từ khí 63 Bảng 3.6: Chi phí đầu tư cho phương án nâng cao công suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh 68 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lưu huỳnh chất khơng mong muốn có dầu mỏ, nguồn gốc hình thành dầu mỏ định đến hàm lượng lưu huỳnh có dầu mỏ.Lưu huỳnh nguyên nhân chủ yếu gây tượng ăn mòn máy móc, thiết bị nhà máy lọc dầu động sử dụng nguyên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ Do đó, lưu huỳnh loại bỏ khỏi sản phẩm nhà máy lọc dầu giai đoạn công nghệ khác nhau, sản phẩm q trình xử lý khí chua Khí chua cần xử lý trước thải môi trường để tránh ảnh hưởng đến sức khỏe người gây ô nhiễm môi trường.Thu hồi lưu huỳnh dạng nguyên chất phương pháp áp dụng phổ biến nhà máy lọc dầu giới Nhà máy lọc dầu Dung Quất Lượng lưu huỳnh thu sau thu hồi sử dụng làm ngun liệu đầu vào ngành cơng nghiệp hóa chất Hiện hiệu suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Nhà máy lọc dầu Dung Quất không cao nhiều nguyên nhân Mặc dù lượng khí SOx thải môi trường đạt tiêu chuẩn môi trường, việc giảm hiệu suất thu hồi phân xưởng nguyên nhân làm giảm lợi nhuận Nhà máy Việc nghiên cứu xử lý nguồn khí chua đầu vào nhu cầu cấp thiết Nhà máy Kiểm soát nâng cao chất lượng khí chua giúp nâng cao cơng suất phân xưởng thu huỳnh, giảm lượng khí SOx thải mơi trường tăng lợi nhuận cho Nhà máy, việc “Nghiên cứu loại sâu lưu huỳnh khí thải Nhà máy lọc dầu Dung Quất” cấp bách, cần thiết Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài luận văn nhằm hiểu rõ nguồn gốc tạo khí chua, phương pháp xử lý khí chua từ đưa phương pháp xử lý thích hợp để nâng cao cơng suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Nhà máy lọc dầu Dung Quất hạn chế lượng khí thải độc hại thải mơi trường 57 Dịng Thành phần Khí nhiên liệu Khí nhiên liệu Amine dùng chưa xử lý xử lý hấp thụ Amine hấp thụ kmol/h % mol kmol/h % mol kmol/h % mol kmol/h % mol Iso-Butan 1,92 0,003 1,92 0,003 0,00 0,000 0,00 0,000 n-Pentan 0,85 0,001 0,85 0,001 0,00 0,000 0,00 0,000 n-Hexan 0,54 0,001 0,54 0,001 0,00 0,000 0,00 0,000 n-Heptan 0,22 0,000 0,22 0,000 0,00 0,000 0,00 0,000 n-Octan 0,58 0,001 0,58 0,001 0,00 0,000 0,00 0,000 215,05 0,355 215,02 0,355 0,00 0,000 0,03 0,000 6,03 0,010 6,03 0,010 0,00 0,000 0,00 0,000 70,86 0,117 70,85 0,117 0,00 0,000 0,01 0,000 Hydro CO Ni tơ Tổng dòng Nhiệt độ, 0C Áp suất, kg/cm2g Khối lượng dòng, kg/h 605,81 605,67 447,17 447,29 40 57,4 55 44,8 14,1 13,7 13,7 13,8 10340,5 10228,1 10087 10199,2 58 Kết chạy mô bảng 3.1, 3.2, 3.3 cho thấy chất hấp phụ có khả tách loại CO2 tơt chất hấp phụ cũ, sử dụng chất hấp thụ lượng lớn khí CO2 vào dịng khí nhiên liệu khơng bị hấp thụ vào amin (khoảng 65 -75%) Nhưng chất hấp phụ có khả tách loại CO2 tốt tuần hoàn với lưu lượng thấp (10 m3/h) So sánh bảng 3.1, 3.2, 3.3 bảng 2.1 tác giả nhận thấy hàm lượng khí H2S dịng khí chua từ phân xưởng ARU vào phân xưởng thu hồi lưu huỳnh giữ nguyên so với thiết kế ban đầu sử dụng chất hấp phụ MDEA, hàm lượng khí CO2 giảm xuống đáng kể sau sử dụng MDEA Dịng khí axit từ phân xưởng ARU sang phân xưởng SRU giảm khoảng 50% khối lượng so với thiết kế ban đầu kết trình tính tốn tóm tắt bảng 3.4 đây: Bảng 3.4: Thành phần nguyên liệu từ ARU sang SRU Chế độ Thành phần H2S Thiết kế ban đầu Dòng MDEA Dòng MDEA với lưu với lưu lượng 18,6 m3/h lượng 10,0 m3/h kg/h kmol/h mol% kg/h kmol/h mol% kg/h kmol/h mol% 119,6 3,51 20,66 119,6 3,51 37,3 119,6 3,51 41,54 NH3 0,0 0,00 0,00 0,0 0,00 0,00 0,0 0,00 0,00 H2O 19,0 1,05 6,21 19,0 1,05 6,21 19,0 1,05 12,43 Cyanide 0,0 0,00 0,00 0,0 0,00 11,16 0,0 0,00 0,00 531,4 12,08 71,11 198,0 4,50 47,82 155,8 3,54 41,89 CO2 N2 1,0 0,04 0,21 1,0 0,04 0,43 1,0 0,04 0,47 CO 0,1 0,00 0,02 0,1 0,00 0,00 0,1 0,00 0,00 H2 0,3 0,15 0,87 0,3 0,15 1,59 0,3 0,15 1,77 C1 1,6 0,10 0,59 1,6 0,10 1,06 1,6 0,10 1,18 59 C2 1,1 0,04 0,22 1,1 0,04 0,42 1,1 0,04 0,47 C3 0,8 0,02 0,11 0,8 0,02 0,21 0,8 0,02 0,23 341,5 9,41 100,00 229,26 8,45 100 Tổng 674,9 16.98 100,00 Theo thực tế vận hành, toàn dịng khí giàu H2S đốt lị đốt H-01, xả môi trường thu hồi lưu huỳnh Nhưng sử dụng MDEA, lưu lượng dòng khí axit từ phân xưởng tái sinh amine giảm 50% khối lượng so với (từ 675 kg/h xuống 229 – 341.5 kg/h, bảng 3.4), lượng khí giàu H2S đến thiết bị phản ứng nhiệt R-01 87 kg/h (dịng khí chứa khoảng 0.8 -1.2 lưu huỳnh/ngày, biểu đồ 3.2) Điều có nghĩa thiết bị phản ứng nhiệt R-01 có khả xử lý tồn lượng khí axit đến từ phân xưởng SWS để thu hồi lưu huỳnh mà không bị ảnh hưởng đến hoạt động ổn định phân xưởng Biểu đồ 3.2: Lưu huỳnh dịng khí giàu H2S từ phân xưởng SWS Khi hàm lượng khí SOx dịng khí thải từ ống khói lị đốt giảm xuống khoảng 350 - 400 mg/Nm3 60 3.1.5 Lợi ích việc sử dụng chất hấp thụ phân xưởng tái sinh amine Vì khí CO2 khí trơ nên khơng tham gia phản ứng cháy, khơng tạo nhiệt, cần phải cung cấp lượng lớn khơng khí khí hydro để gia nhiệt chúng, tránh tượng nhiệt độ thấp thiết bị phản ứng nhiệt, làm không phân hủy hồn tồn chất gây hoạt tính xúc tác gây ăn mòn (amoniac, hydrocarbon, BTX,…) Với việc MDEA có khả hấp thụ khí H2S hấp thụ chậm khí CO2 nên phần lớn lượng khí CO2 theo dịng khí nhiên liệu vào hệ thống khí nhiên liệu Nhà máy khơng có nhiều dịng khí axit từ phân xưởng tái sinh amine Hệ giảm áp suất thiết bị phản ứng nhiệt giảm thể tích CO2, lượng khơng khí hydro dùng gia nhiệt cho CO2 Qua ta xử lý tồn lượng khí axit thiết bị phản ứng nhiệt mà khơng làm ảnh hưởng đến áp suất hệ thống tăng khả thu hồi lưu huỳnh Ngoài ưu điểm nêu trên, sử dụng chất hấp thụ MDEA ta khơng phải tiến hành cải hốn thiết bị tại, chi phí cho việc thay chất hấp thụ (DEA) chất hấp thụ tương đối thấp Do nồng độ chất hấp thụ cao nên lưu lượng tuần hoàn tháp hấp thụ thấp hơn, lượng chất hấp thụ sử dụng 3.2 Sử dụng dịng khơng khí giàu oxy thiết bị phản ứng nhiệt R-01 Hiện tại, Nhà máy lọc dầu Dung Quất sử dụng dòng khơng khí hút trực tiếp từ mơi trường, sau lọc bụi gia nhiệt đưa vào phục vụ trình cháy thiết bị phản ứng nhiệt R-01, hàm lượng khí oxy thiết bị phản ứng khoảng 20.9% thể tích Một biện pháp áp dụng để tăng khả thu hồi lưu huỳnh tăng nồng độ oxy dịng khơng khí phục vụ q trình cháy Nồng độ oxy dịng khí phục vụ q trình cháy thiết bị phản ứng nhiệt R-01 Nhà máy tăng việc pha trộn dịng khơng khí có với dịng oxy 100% thể tích từ phân xưởng sản xuất ni tơ (hiện dịng khí xả mơi trường) Cơng nghệ sử dụng dịng khơng khí có hàm lượng oxy cao oxy 61 khí gọi công nghệ giàu oxy, việc sử dụng dịng khí giàu oxy làm giảm lượng khí ni tơ trơ có, giảm lượng khí oxy khí hidro đưa vào gia nhiệt cho khí ni tơ để nhiệt độ khí ni tơ nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt Khái niệm tăng cơng suất phân xưởng SRU dịng khơng khí giàu oxy xuất đầu năm 1970 Tuy nhiên, mục đích ban đầu cơng nghệ tăng nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt chế biến dịng khí axit có hàm lượng khí H2S nhỏ 10% thể tích Gray Svrcek (1981) người chứng minh lợi ích kinh tế sử dụng dịng khí giàu oxy Cơng nghệ ứng dụng thương mại vào năm 1985 Công ty Goar Allison and Asoc./Air Products nhà máy lọc dầu Conoco Lake Charles Công ty Lurgi nhà máy lọc dầu châu Âu [3] Phân xưởng SRU điển hình đạt lượng sản phẩm lưu huỳnh lớn áp suất tối đa phân xưởng đầu nguồn thiết bị phản ứng nhiệt không cho phép tăng thêm nguyên liệu vào thiết bị phản ứng nhiệt Cơng nghệ sử dụng dịng khơng khí giàu oxy giảm lưu lượng dịng khí cơng nghệ cách giảm lượng khí nitơ có dịng khơng khí phục vụ q trình cháy Việc giảm lưu lượng dịng khí cơng nghệ cho phép tăng lưu lượng khí axit đến thiết bị phản ứng nhiệt kết tăng công suất phân xưởng SRU Ứng dụng thương mại công nghệ sử dụng dịng khí giàu oxy bị giới hạn nhiệt độ tối đa lớp tường chịu nhiệt thiết bị phản ứng nhiệt Các tường chịu nhiệt có thị trường hoạt động tối đa nhiệt độ 1540 oC Do đó, nhiều cơng ty chọn giới hạn nhiệt độ vận hành khoảng (1370 - 1430 oC) Lựa chọn nhiệt độ hoạt động tối đa thiết bị phản ứng nhiệt giúp thiết bị có khả vận hành ổn định mà không cần áp dụng kỹ thuật đặc biệt liên quan đến nhiệt độ Nhiệt độ lò đốt tăng đến khả ngăng chịu đựng tối đa nhằm tăng khả xử lý khí H2S (phản ứng phân hủy H2S phản ứng thu nhiệt) Phản ứng phân hủy làm giảm lượng H2S tham gia phản ứng, giảm lượng khơng khí phục 62 vụ trình cháy, sau giảm lượng nhiệt sinh từ phản ứng giảm nhiệt độ thiết bị phản ứng 3.2.1 Cơ sở lý thuyết công nghệ Trong công nghệ Claus, khoảng 1/3 lượng khí H2S dịng khí axit đốt để chuyển hóa thành khí SO2, sau tham gia với lượng khí H2S cịn lại để tạo thành lưu huỳnh dạng nguyên tố nước pha Sau tham gia phản ứng thiết bị phản ứng nhiệt khoảng 60 - 70% khí H2S chuyển hóa thành lưu huỳnh, nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt giao động khoảng 1100 - 1400 oC tùy theo tính chất dịng khí axit nhà máy khác Lượng khí H2S cịn lại chuyển hóa thành lưu huỳnh chuỗi thiết bị phản ứng xúc tác nhiệt độ thấp Quá trình phản ứng tổng hợp phản ứng 1.1 1.2 viết tổng quát phản ứng 3.4 [5]: 3H2S + 3/2 O2 3S + 3H2O (3.4) Theo phản ứng 3.4, 100 kmol/h khí H2S cần 50 kmol/h khí oxy Nếu tồn oxy cung cấp từ khơng khí, có 189 kmol/h khí ni tơ Lượng khí nitơ (chiếm 50% thể tích so với lượng khí axit vào) gây tác động lớn đến chênh lệch áp suất thiết bị phản ứng nhiệt SRU Sử dụng dịng khí giàu oxy giảm lượng khí ni tơ khơng mong muốn vào thiết bị phản ứng nhiệt Bảng 3.5 cho thấy so với trường hợp (dịng khơng khí phục vụ q trình cháy lấy trực tiếp từ mơi trường) tăng mức độ làm giàu oxy, % thể tích lượng khí ni tơ chiếm trường hợp đầu giảm, đồng thời lượng khơng khí (bao gồm oxy ni tơ) giảm theo mức độ dịng khơng khí giàu oxy, dẫn đến tăng lượng lớn khí axit đến từ phân xưởng tái sinh amin dịng khí giàu H2S đến từ phân xưởng SWS, giữ lưu lượng thể tích vào phân xưởng SRU thấp sử dụng dòng khơng khí từ khí quyển, sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ khác Lưu lượng nguyên liệu không đổi thiết bị phản ứng nhiệt lưu lượng thấp từ thiết bị cung cấp khơng khí phục vụ q trình cháy (nếu so sánh với sử dụng khơng khí từ khí quyển) làm 63 chênh áp qua phân xưởng SRU thấp lượng khí axit đến phân xưởng nhiều làm phân xưởng hoạt động ổn định hiệu Tùy theo mức độ làm giàu dịng khơng khí mà cơng suất phân xưởng tăng từ 13 – 126% Do sử dụng dịng khí giàu oxy coi giải pháp cho khó khăn mà nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa chất lĩnh vực khác cơng nghiệp Bảng 3.5: So sánh thành phần dòng đến Thiết bị phản ứng nhiệt sử dụng dịng khí giàu oxy dịng khí từ khí Dịng khí oxy vào thiết bị phản 20.9 (khơng khí) 25 50 100 Dịng khí axit (kmol/h) 100 113 170 226 Ơ xy (kmol/h) 50 57 85 113 Ni tơ (kmol/h) 189 169 84 339 339 339 339 ứng nhiệt (%) Tổng lưu lượng đến thiết bị phản ứng (kmol/h) 3.2.2 Các cơng nghệ sử dụng dịng khơng khí giàu oxy Tùy theo mức độ dịng khơng khí giàu oxy khả tăng công suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh khác Nồng độ dịng khí giàu oxy thay đổi từ 21% -100% tùy theo cơng nghệ khác u cầu dịng oxy làm giàu khác 3.2.2.1 Cơng nghệ sử dụng dòng oxy làm giàu mức độ thấp (< 28% thể tích) Oxy đưa vào với dịng khơng khí phục q trình cháy (hình 3.1) thơng qua khuếch tán nhằm đảm bảo phối trộn tốt an toàn Tuy nhiên cần ý đến tương hợp oxy, độ tinh khiết dòng khơng khí cấu tử bị giới hạn công nghệ để đảm bảo lượng oxy dịng khơng khí đạt 28% Cơng nghệ u cầu giá thành đầu tư thấp phải cải hốn thiết bị 64 có, dễ tiến hành tăng công suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh khoảng 10 -30% so với thiết kế ban đầu Hình 3.1 Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ thấp 3.2.2.2 Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ trung bình Dịng oxy làm giàu mức độ trung bình (oxy dịng khơng khí phục vụ q trình cháy giao động khoảng 28 - 45%) yêu cầu sử dụng đầu đốt đặc biệt với đầu hút khơng khí riêng biệt nhằm đảm bảo an toàn cho việc tiếp nhận oxy Khơng khí cho q trình cháy dịng oxy khơng trộn lẫn cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ thấp, quan ngại tính chất nguyên liệu, vật liệu khác vào thiết bị phản ứng nhiệt riêng rẽ thong qua đầu đốt đặc biệt (hình 3.2) Các đầu đốt tiếp nhận an tồn dịng khí đến, phối trộn tốt phá hủy tốt khí NH3 Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức trung bình cho phép tăng cơng suất phân xưởng SRU tới 70% với mức độ làm giàu khoảng 40 -45% Nếu mức độ oxy làm giàu cao công nghệ 65 bị giới hạn nhiệt độ tới hạn tường chịu nhiệt thiết bị phản ứng nhiệt Cơng nghệ trình bày hình 3.2 Hình 3.2 Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức trung bình 3.2.2.3 Cơng nghệ sử dụng dòng oxy làm giàu mức cao (> 45% thể tích) Trong cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ cao, thường xuyên gặp tình trạng nhiệt độ cao thiết bị phản ứng nhiệt, cần áp dụng số cơng nghệ chịu nhiệt đặc biệt sử dụng cơng nghệ Có hai khác biệt sản phẩm thương mại cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức độ cao: - Sử dụng dịng khí tuần hồn lạnh để làm hạ nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt - Áp dụng việc đốt cháy theo giai đoạn với thiết bị làm lạnh trung gian Công nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu cao sử dụng dòng oxy làm giàu cao 45% công suất tăng lên gấp đôi so với phân xưởng tại.Công nghệ sử dụng thêm đầu đốt, thiết bị hút nước (steam ejector) quạt tuần hoàn hạ nguồn thiết bị ngưng tụ để tuần hồn phần dịng khí cơng nghệ làm mát quay lại đầu đốt thiết bị phản ứng 66 nhiệt, nhằm đảm bảo nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt không q cao Dịng khí tuần hồn dễ vận hành không làm tăng chênh lệch áp suất toàn hệ thống, tăng áp thiết bị phản ứng nhiệt lò tận dụng nhiệt bù chênh áp thấp hạ nguồn Cơng nghệthu hồi lưu huỳnh có sử dụng dịng oxy làm giàu mức cao trình bày hình 3.3: Hình 3.3: Cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu mức cao Cơng nghệ có chế độ hoạt động linh hoạt, cho phép phân xưởng thu hồi lưu huỳnh hoạt động với dịng oxy từ khơng khí đến dịng oxy làm giàu 100% Oxy làm giàu sử dụng cần thiết việc chuyển từ chế độ oxy có khí sang oxy làm giàu dễ dàng 3.2.3 Lợi ích cơng nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu Sử dụng dịng khí giàu oxy phân xưởng thu hồi lưu huỳnh làm giảm lượng khí ni tơ trơ có dịng khơng khí phục vụ q trình cháy, giảm lượng nhiệt không cần thiết để gia nhiệt cho khí ni tơ để nhiệt độ khí ni tơ nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt, dẫn đến giảm lượng lớn khơng khí phục vụ q trình cháy, khí hydro Do giảm lượng khí ni tơ, khí hidro, 67 khơng khí phục vụ q trình cháy làm tăng đáng kể lượng khí axit vào phân xưởng mà không làm thay đổi áp suất thiết bị phản ứng nhiệt Việc phân hủy khơng hồn tồn amoniac (khi nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt thấp 1200 - 1260 oC) dẫn đến tạo thành muối amoni nguyên nhân gây tắc, tăng chênh áp thiết bị làm mát phân xưởng Khi sử dụng dịng khơng khí giàu oxy, nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt cao nên dễ dàng phân hủy amoniac có dịng khí axit mà khơng cần sử dụng nhiều nhiên liệu trường hợp sử dụng dịng khơng khí hút từ mơi trường Vì hàm lượng khí CO2 hydrocarbon nặng dịng khí giàu H2S từ phân xưởng SWS cao nên dịng khí khơng đưa vào thiết bị phản ứng nhiệt theo thiết kế Do xử lý khí H2S từ phân xưởng tái sinh amin nên hàm lượng H2S khí axit nguyên liệu thấp nhiều so với thiết kế Điều dẫn đến lửa không thiết bị phản ứng nhiệt R-01 khơng phân hủy hồn tồn hydrocarbon nặng, dẫn đến việc tạo lớp cốc bề mặt xúc tác trình bày mục 2.5.1 Nhưng sử dụng dịng khơng khí giàu oxy nhiệt độ thiết bị phản ứng nhiệt R-01 đủ để phân hủy hoàn toàn hydrocarbon nặng, kéo dài tuổi thọ xúc tác dẫn đến giảm lượng SO2 xả mơi trường Bằng việc sử dụng dịng khí giàu oxy pha trộn dịng khơng khí từ mơi trường với dịng oxy từ phân xưởng sản xuất ni tơ, phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Nhà máy lọc dầu Dung Quất xử lý dịng khí axit đến từ phân xưởng khác nhau, tăng khả thu hồi lưu huỳnh phân xưởng thu hồi lưu huỳnh mà không cần tiến hành cải hốn q nhiều, dẫn đến Nhà máy xử lý lượng nhiều dầu chua Nhà máy chi thêm tiền để xây dựng phân xưởng SRU Tùy thuộc vào công nghệ sử dụng dịng oxy làm giàu, giá cơng nghệ ÷ 20% giá xây phân xưởng thu hồi lưu huỳnh 3.3 Đề xuất công nghệ tối ưu để giảm lượng khí SO2 xả mơi trường Sau tiến hành nghiên cứu đánh giá ưu nhược điểm cơng nghệ sử dụng dịng khí giàu oxy phân xưởng SRU dùng chất hấp thụ phân xưởng tái sinh amin, tác giả nhận thấy hai cơng nghệ có khả tăng cơng suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh tại, cách giảm lượng khí CO2 có 68 dịng khí axit tới phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (sử dụng MDEA) giảm lượng khí ni tơ vào thiết bị phản ứng nhiệt (sử dụng dịng khơng khí giàu oxy) Hệ giảm lượng lớn khí SO2 dịng khí thải Tuy nhiên phương án sử dụng chất hấp thụ phân xưởng tái sinh amin có giá chi phí đầu tư thấp so sánh chi phí đầu tư cho hai phương án (bảng 3.6 cho thấy rõ điều này) Đồng thời có hiệu Nhà máy tiến hành nâng cấp mở rọng sử dụng loại dầu thơ có hàm lượng lưu huỳnh cao Bảng 3.6: Chi phí đầu tư cho phương án nâng cao công suất phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Cơng nghệ Các chi phí Giá thành ước tính Sử dụng chất hấp thụ Thay toàn DEA cũ Sử dụng dịng khí giàu oxy - 20% giá thành xây 650 000 - 120 000 USD 160 000 USD Ngoài việc giá thành đầu tư cao hơn, áp dụng phương án sử dụng dịng khí giàu oxy phân xưởng thu hồi lưu huỳnh, Nhà máy cần phải tiến hành nghiên cứu, đánh giá sâu tiến hành nhiều cải hốn cơng trường Vì sử dụng dịng khí làm giàu oxy mức độ thấp khơng phải sửa đổi nhiều cơng suất tăng khơng đáng kể, cịn sử dụng cơng nghệ làm giàu oxy mức trung bình cao hiệu thu hồi lưu huỳnh cao cơng nghệ phức tạp (vật liệu, thiết kế phân xưởng tại…) Từ so sánh đánh giá trên, tác giả nhận thấy việc sử dụng chất hấp thụ (MDEA) phân xưởng tái sinh amin phương án tối ưu, giúp nâng cao công suất phân xưởng SRU đồng thời làm giảm lượng khí SO2 dịng khí thải, tiết kiệm chi phí đầu tư 69 KẾT LUẬN Sau 04 năm Nhà máy lọc dầu Dung Quất vào hoạt động thương mại, tình hình sản xuất kinh doanh Cơng ty TNHH MTV lọc hóa dầu Bình Sơn đạt số kết quan trọng, góp phần vào phát triển kinh tế chung đất nước, góp phần đảm bảo an ninh lượng Quốc gia Tuy nhiên, q trình hoạt động sản xuất kinh doanh cịn nhiều điểm yếu, chậm đổi mới, chưa tận dụng tối đa lợi doanh nghiệp Để đạt mục tiêu phát triển, thân thiện với môi trường, Công ty cần phải thực đồng chiến lược với hệ thống giải pháp hữu hiệu, vấn đề cải tiến nâng cao công nghệ kỹ thuật công việc quan trọng q trình phát triển Cơng ty đặc biệt là thời gian tới mà số Nhà máy lọc dầu nước chuẩn bị vào hoạt động Nghi Sơn, Vũng Rô…Luận văn “Nghiên cứu loại sâu lưu huỳnh khí thải Nhà máy Lọc dầu Dung Quất” nhằm góp phần thực mục tiêu Luận văn tiến hành tìm hiểu nguồn gốc tạo khí H2S, cơng nghệ sử dụng giới để xử lý khí H2S, qua nắm hiểu rõ ưu nhược điểm phương pháp Sau luận văn tiến hành tìm hiểu chi tiết thiết kế phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Nhà máy lọc dầu Dung Quất Cơ sở lý thuyết Công nghệ thu hồi lưu huỳnh áp dụng Nhà máy lọc dầu Dung Quất Phân tích vấn đề mà phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Nhà máy lọc dầu Dung Quất gặp phải khiến khả thu hồi lưu huỳnh không đạt thiết kế, dẫn đến hàm lượng lưu huỳnh khí thải tăng Để giải vấn đề mà phân xưởng thu hồi lưu huỳnh gặp phải nhằm giảm sâu lưu huỳnh có khí thải, tác giả tiến hành tìm hiểu khả áp dụng chất thụ phân xưởng tái sinh amin nhằm giảm lượng khí CO2 đưa đến phân xưởng thu hồi lưu huỳnh qua đó, thơng qua so sánh, tính tốn dựa vào kết q trình chạy mơ tác giả nhận thấy hàm lượng khí SOx xả mơi trường giảm xuống 350 – 400 mg/Nm3 Đồng thời tác giả tiến hành 70 nghiên cứu việc sử dụng dịng khơng khí giàu oxy phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Sau tác giả tiến hành so sánh hai phương án trên, kết tác giả lựa chọn phương án sử dụng chất hấp thụ MDEA phân xưởng tái sinh amine Phương án có ưu điểm chi phí đầu tư thấp, khơng cần sửa đổi thiết bị đặc biệt có khả xử lý tồn lượng khí axit đốt lị đốt, thơng qua làm giảm lượng lớn lưu huỳnh thải môi trường tiết kiệm chi phí đầu tư cho Nhà máy lọc dầu Dung Quất TÀI LIỆU THAM KHẢO ARU Operating Manual - Plant at BSR refinery Athur L.Kohn, Richard B.Nielsen, Gas purity – Fith Edition, Gulf Publishing Company, Houston Taxes Michael H.Sheilan, Amine treating and Sour Water Stripping, Ben H.Spooner, Egbert van Hoorn P.Leprince, Petroleum Refining - Vol - Conversion Processes; Edition Technip Refining Process Handbook By Parkash, Surinder - 2003 Elsevier SRU Operating Manual - Plant at BSR refinery Sulfur; Wolfgang Nehb, Lurgi GmbH, Frankfurt/Main, Germany ... cho Nhà máy, việc ? ?Nghiên cứu loại sâu lưu huỳnh khí thải Nhà máy lọc dầu Dung Quất? ?? cấp bách, cần thiết Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài luận văn nhằm hiểu rõ nguồn gốc tạo khí. .. HỒI LƯU HUỲNH CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT 2.1 Nhiệm vụ phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) Nhà máy lọc dầu Dung Quất thiết kế để chuyển hoá tất hợp chất lưu huỳnh. .. ĐỊA CHẤT PHẠM NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU LOẠI SÂU LƯU HUỲNH TRONG KHÍ THẢI CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA DẦU NGƯỜI HƯỚNG DẪN