Luận văn tốt nghiệp mô phỏng công nghệ CCR

Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BPSD - Barel Per Stream Day CCR - Catalytic Contimous Reforming NHT - Naphtha Hydrotreating RON - Research Octane Number MON - Motor Octan Number MCP Ai Ni Pi Ci NP IP LPG - Liquefied Học viên: Trang Thùng / ngày Reforming xúc tác liên tục Phân xưởng xử lý Naphtha hydro Trị số octan nghiên cứu Trị số octan động Methylcyclopentane Aromatic có i nguyên tử carbon Naphthene có i nguyên tử carbon Paraffin có i nguyên tử carbon Hydrocacbon có i nguyên tử carbon Normal paraffin Iso – paraffin Khí dầu mỏ hóa lỏng Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR Petroleum Gas NMLD DQ HC PFR - Plug flow reactor BTX LHSV Liquid Hourly Space velocity MW - Molecular weight Wt-ppm SV Ke ki ∆Ti Học viên: Trang GVHD: PGS Nhà máy Lọc dầu Nhà máy lọc dầu Dung Quất Hydrocarbon Mơ hình thiết bị dịng đẩy liên tục Benzene, Toluene, Xylene Tốc độ thể tích lỏng Khối lượng phân tử Phần triệu theo khối lượng Space velocity Hằng số cân phản ứng Hằng số tốc độ phản ứng phản ứng thứ i Độ giảm nhiệt độ thiết bị phản ứng thứ i Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS DANH MỤC BẢNG MỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS MỞ ĐẦU Trong năm gần ngành Dầu khí có phát triển vượt bậc, nhiều nhà máy vào hoạt động Nhà máy lọc dầu Dung Quất, Nhà máy Xơ sợi Đình Vũ, nhà máy sản xuất đạm, nhiên liệu sinh học cung ứng nhiều sản phẩm/nguyên liệu thiết thực cho kinh tế quốc dân tạo tiền đề cho nhiều ngành công nghiệp, dịch vụ khác phát triển Nhiều dự án quy mơ lớn Liên hợp Lọc hố dầu Nghi Sơn, Tổ hợp Hoá dầu miền Nam, Nâng cấp mở rộng NMLD Dung Quất đầu tư xây dựng đưa vào vận hành giai đoạn tới Tuy nhiên, khủng hoảng kinh tế giới sụt giảm dự báo giá dầu tác động mạnh đến hoạt động chế biến dầu khí Các nhà máy chế biến dầu khí vận hành điều kiện thị trường diễn biến phức tạp, chịu sức ép biến động thất thường giá dầu thô, cạnh tranh mạnh mẽ nguyên liệu, thị trường tiêu thụ, nhân lực, dịch vụ… yêu cầu ngày khắt khe tiêu chuẩn sản phẩm môi trường Tại Việt Nam nhiều dự án đầu tư lọc hoá dầu tập đồn đa quốc gia có tiềm lực tài mạnh phát triển lâu đời đẩy mạnh thời gian gần dẫn đến cạnh tranh gay gắt tương lai gần Ngoài ra, xu tồn cầu hố việc thực cam kết quốc tế Việt Nam thời gian tới mở cửa hoàn toàn thị trường sản phẩm lọc hoá dầu nước thách thức to lớn Để tăng khả cạnh tranh, nhà máy lọc dầu phải tiến hành tối ưu hóa, tận dụng Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS hội tiết giảm chi phí sản xuất thơng qua lựa chọn, pha trộn dầu thô, xác định cấu sản phẩm, tiết kiệm lượng… sở định hướng chế độ vận hành tốt cho q trình Q trình tối ưu hóa nhà máy thường tiến hành cấp phân xưởng toàn nhà máy hỗ trợ phần mềm mơ Vì vậy, luận văn tiến hành xây dựng mơ hình mơ phân xưởng CCR phân xưởng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, thơng qua mơ hình mơ xây dựng được, đưa đề xuất nhằm tối ưu hóa hoạt động phân xưởng CCR Nhà máy lọc dầu Dung Quất CHƯƠNG I TỔNG QUAN I.1 Phương pháp luận nghiên cứu Thông tin thương mại (giá, khả cung cấp, khả tiêu thụ) Các ràng buộc (công suất, tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm…) Thông tin chất lượng nhiên liệu, mức tiêu thụ lượng Lựa chọn đối tượng tối ưu Số liệu thiết kế Nhà quyền công nghệ, số liệu vận hành thực tế phân xưởng (điều kiện vận hành, tính chất ngun liệu, tính chất sản phẩm) Xây dựng mơ hình mô phân xưởng CCR NMLD Dung Quất Hiệu chỉnh mơ hình mơ phân xưởng CCR Thực tối ưu mơ hình mơ phân xưởng CCR Thực ứng dụng: – Đánh giá khả tối ưu hóa sản lượng hiệu kinh tế Học viên: Trang thu được; – Đánh giá khả tối ưu hóa sử dụng lượng hiệu học kinh Lớp: tế thuCao được; – … Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS Hình I.1: Phương pháp luận nghiên cứu I.2 Tổng quan NMLD Dung Quất I.2.1 Địa điểm sơ đồ bố trí Nhà máy I.2.1.1 Địa điểm diện tích sử dụng: Địa điểm: Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất đặt Khu kinh tế Dung Quất, thuộc địa bàn xã Bình Thuận Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Diện tích sử dụng: Mặt đất khoảng 338 ha; mặt biển khoảng 471 ha, đó: – Khu nhà máy = 110 ha; – Khu bể chứa dầu thô = 42 ha; – Khu bể chứa sản phẩm = 43,83 ha; – Khu tuyến dẫn dầu thô, cấp xả nước biển = 17 ha; – Tuyến ống dẫn sản phẩm = 77,46 ha; – Cảng xuất sản phẩm = 135 ha; – Hệ thống phao rót dầu khơng bến, tuyến ống ngầm biển khu vực vòng quay tàu = 336 I.2.1.2 Sơ đồ vị trí nhà máy: Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS Hình I.2: Sơ đồ vị trí nhà máy Mặt dự án gồm có khu vực chính: phân xưởng cơng nghệ phụ trợ; khu bể chứa dầu thô; khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm; phao rót dầu khơng bến hệ thống lấy xả nước biển Những khu vực nối với hệ thống ống với đường phụ liền kề I.2.2 Nguyên liệu sản phẩm I.2.2.1 Nguyên liệu Nhà máy thiết kế với công suất 6,5 triệu dầu thơ năm vận hành với chế độ nguyên liệu khác nhau: – Chế độ dầu thô Bạch Hổ; – Chế độ dầu thô hỗn hợp gồm dầu thô Bạch Hổ (5,5 triệu tấn/năm) dầu thô Dubai (1,0 triệu tấn/năm) Trong giai đoạn đầu, nhà máy vận hành với 100% dầu thô Bạch Hổ dầu thay tương đương I.2.2.2 Sản phẩm Các sản phẩm nhà máy bao gồm: Propylene, LPG, Xăng 92/95, Nhiên liệu phản lực, Dầu diesel, FO propylene sử dụng làm nguyên liệu cho nhà máy sản xuất hạt nhựa PolyPropylene với công suất tương đương Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS Bảng I.1 Sản phẩm Nhà máy lọc dầu Dung Quất Tên sản phẩm (Nghìn tấn/năm) Propylene/Polypropylene 110 - 150 LPG 280 - 300 Xăng Mogas 92/95 2000 - 2500 Dầu hỏa/nhiên liệu phản lực Jet A1 400 - 410 Diesel ôtô 2500 - 3000 Dầu nhiên liệu (FO) 300 - 350 Nhiên liệu cho nhà máy 470 - 490 I.2.3 Sơ đồ công nghệ NMLD Dung Quất bao gồm 14 phân xưởng cơng nghệ sau (hình I.3): Các phân xưởng quyền Phân xưởng Xử lý Naphtha (NHT) Reforming xúc Công suất tác Bản quyền Hydro 23,500 BPSD liên UOP tục 21,100 BPSD UOP (CCR) Phân xưởng xử lý Kerosene 10,000 BPSD Merichem (KTU) Phân xưởng Cracking xúc tác 69,700 BPSD IFP/AXENS (RFCC) Phân xưởng xử lý LPG (LTU) 21,000 BPSD Xử lý Naphtha RFCC (NTU) 45,000 BPSD Phân xưởng trung hòa kiềm 1.5 m3/hr Merichem Merichem Merichem (CNU) Phân xưởng đồng phân hóa 6,500 BPSD (ISOM) Phân xưởng xử lý LCO 28,828 BPSD UOP IFP/AXENS Hydro Các phân xưởng không quyền Phân xưởng chưng cất khí (CDU) 147,976 BPSD Phân xưởng xử lý nước chua (SWS) 81.6 T/hr Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS Phân xưởng tái sinh Amin (ARU) 101.01 m3/hr Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) 6,000 BPSD Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) TPSD Các hệ thống, phân xưởng phụ trợ Hệ thống cấp nước (nước uống, nước cơng nghệ nước khử khống), Hệ thống nước nước ngưng, Phân xưởng nước làm mát, Hệ thống lấy nước biển, Phân xưởng khí điều khiển khí cơng nghệ, Phân xưởng sản xuất Nitơ, Phân xưởng Khí nhiên liệu, Hệ thống dầu nhiên liệu, Phân xưởng cung cấp kiềm, Nhà máy điện Các hệ thống bên hàng rào Nhà máy: Khu bể chứa trung gian, Khu bể chứa sản phẩm, Khu xuất xe bồn, Phân xưởng phối trộn sản phẩm, Phân xưởng Flushing Oil, Phân xưởng dầu thải, Hệ thống đuốc đốt, Phân xưởng xử lý nước thải, Hệ thống nước cứu hỏa, Khu bể chứa dầu thô, Hệ thống ống dẫn sản phẩm Các thiết bị biển: Cảng xuất sản phẩm bảo vệ Đê chắn sóng, Bến phao điểm neo để tiếp nhận dầu thô Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô cơng nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Hình I.3: Sơ đồ công nghệ NMLD Dung Quất (Nguồn: Sổ tay vận hành nhà máy lọc dầu Dung Quất) Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 10 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền tục vào thiết bị liên tục làm nhiệt lớp xúc tác nên cần lượng nhiệt đáng kể sử dụng để làm nóng xúc tác nên độ giảm nhiệt độ thực tế cao so với mô III.3.2 Khảo sát thay đổi thành phần cấu tử Theo tài liệu [3][5] xăng thu từ nguyên liệu có hàm lượng parafin thấp (naphtha giàu) có thành phần phân đoạn nặng nhiều so với xăng nhận từ nguyên liệu có hàm lượng parafin cao (naphtha nghèo) Nguyên ngun liệu naphtha giàu qua hydro hóa (thích hợp áp suất thấp) tạo thành nhiều hydrocacbon thơm thuộc phân đoạn có nhiệt độ sơi cao, cịn ngun liệu có hàm lượng parafin cao thơng qua phản ứng hydrocracking (thích hợp áp suất cao) tạo hydrocacbon có nhiệt độ sơi thấp Vì hydrocacbon thơm có nhiệt độ sơi cao nên phần có nhiệt độ sơi cao có trị số octan cao Hình III.5 thể thay đổi nồng độ thành phần pararaffin – naphthene – aromatic hỗn hợp theo khối lượng xúc tác chúng qua Thành phần có ích cho phản ứng reforming naphthene, chúng tham gia phản ứng dehydro hóa tạo aromatic, phản ứng dễ xảy thu nhiệt mạnh Hình III.5: Sự thay đổi thành phần hydrocarbon thiết bị phản ứng Ở hai thiết bị đầu, nồng độ naphthene lớn, phản ứng dehydro hóa mạnh nên nồng độ naphthene giảm mạnh từ 34.754% xuống 18.455% sau khỏi thiết bị thứ 7.628% sau qua thiết bị phản ứng thứ 2, nồng độ aromatic tăng nhanh từ 8.721% lên 45.660% qua 02 thiết bị phản ứng đầu Sang thiết bị thứ ba, nồng độ naphthene thấp nên tốc độ phản ứng dehydro hóa giảm Nhưng tiếp tục xảy phản ứng dehydro hóa đóng vịng paraffin, phản ứng xảy chậm tỏa nhiệt nên nồng độ aromatic tăng chậm thiết bị thứ ba thứ tư Đồng thời hai thiết bị cuối, phản ứng hydrocracking xảy tăng, làm tăng thêm lượng paraffin nhẹ, nên thiết bị thứ tư, số mol pararaffin tạo thành tăng lên nên thành phần paraffin giảm nhẹ Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 89 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Hình III 6: Sự thay đổi nồng độ paraffin thiết bị phản ứng Hình III.6 cho thấy thay đổi nồng độ paraffin thiết bị phản ứng, paraffin giảm thiết bị đầu giảm nhẹ không đổi thiết bị thứ tư riêng trường hợp hexane ban đầu có tăng nồng độ MCP chuyển hóa ngược lại Hình III.7: Sự thay đổi nồng độ naphthene thiết bị phản ứng Hình III.7 III.8 cho thấy naphthene thiết bị phản ứng đầu giảm mạnh nồng độ aromatic tăng mạnh nồng độ Hình III.8: Sự thay đổi thành phần aromatic thiết bị phản ứng Hình III.9: Sự thay đổi thành phần hydro hydrocarbon thiết bị Hình III.9 thể thay đổi thành phần hydro hydrocarbon Nếu sản phẩm nhiều hydrocarbon nhẹ thu nhiều LPG, lượng hydrocarbon nặng lớn thu nhiều sản phẩm xăng reformate Theo khối lượng xúc tác tăng phần mol hydro tăng phản ứng sinh hydro Trong phần mol hydrocarbon nặng giảm phần mol hydrocarbon nhẹ tăng nhẹ III.4 Khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ III.4.1 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ Hình III.10: Sự thay đổi lưu lượng sản phẩm theo nhiệt độ đầu vào Khi nhiệt độ tăng, lượng reformate giảm, lượng hydro tinh khiết LPG tăng (hình III.10) Nguyên nhiệt độ tăng thúc đẩy phản ứng hydrocracking Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 90 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Hình III.11: Sự thay đổi chất lượng reformate theo nhiệt độ đầu vào Khi nhiệt độ phản ứng tăng hàm lượng aromatic RON reformate lại tăng, làm tăng chất lượng sản phẩm (hình III.11) Bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 540oC reformate đạt tiêu RON > 102 theo thiết kế Hình III.12 cho thấy tăng nhiệt độ ngồi phản ứng hydrocracking tăng phản ứng dehydro vịng hóa paraffin tăng nên thành phần aromatic tiếp tục tăng Đối với phản ứng hydrocracking làm làm lượng paraffin tăng paraffin nhẹ chủ yếu hydrocacbon thuộc phân đoạn LPG nên không xuất reformate (làm giảm lượng reformate) thành phần reformate thể tổng lượng hydrocacbone thơm (và nặng nên nằm reformate) tăng Hình III.12: Thành phần hydrocarbon sau phản ứng nhiệt độ vào thay đổi Hình III.13: Sự thay đổi độ giảm nhiệt độ thay đổi nhiệt độ đầu vào Hình III.13 cho thấy nhiệt độ tăng, phản ứng hydrocracking xảy mạnh hơn, đặc biệt thiết bị phản ứng cuối làm giảm độ giảm nhiệt độ phản ứng hydrocracking tỏa nhiệt Tuy nhiên, tăng nhiệt độ phản ứng lên cao 550 oC tổng độ giảm nhiệt độ có xu hướng chậm lại Nhìn chung, chất lượng sản lượng reformate thay đổi ngược chiều nhau, cần ý chọn nhiệt độ vận hành thích hợp đảm bảo khả chuyển hóa tạo hydrocacbon thơm đảm bảo số octan theo yêu cầu tránh việc tạo cốc tăng nhiệt độ Dựa vào phân tích nhiệt độ tối ưu 540 – 555oC III.4.2 Khảo sát ảnh hưởng áp suất Các phản ứng reforming xúc tác phản ứng tăng thể tích, điển hình phản ứng dehydro hóa naphthene thành aromatic phản ứng dehydro hóa đóng vịng paraffin thành aromatic Vì theo quan điểm nhiệt động học áp suất tăng cản trở trình tăng thể tích, có nghĩa cản trở phản ứng tạo aromatic reforming xúc tác Do làm giảm chất lượng sản phẩm, điều Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 91 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền phù hợp tiến hành kiểm tra mơ hình mơ hình III.14 tăng áp suất hàm lượng aromatic giảm nên ghỉ số RON giảm Hình III.14: Sự thay đổi chất lượng reformate áp suất thay đổi Theo tài liệu [42] áp suất phản ứng ảnh hưởng đến cấu trúc sản phẩm, yêu cầu nhiệt độ thiết bị phản ứng tốc độ tạo cốc Giảm áp suất tăng hydro hiệu suất reformate, giảm nhiệt độ đòi hỏi để tạo số octan sản phẩm tăng tốc độ tạo cốc phản ứng cracking xảy mạnh làm tăng khả tạo cốc, cần chọn áp suất làm việc phù hợp để khống chế việc tạo cốc đáp ứng yêu cầu sản phẩm Hình III.15: Độ giảm nhiệt độ áp suất thay đổi Hình III.15 cho thấy độ giảm nhiệt độ thiết bị phản ứng đi, thể phản ứng thu nhiệt có ích xảy chậm tăng áp suất Vì vậy, tăng áp suất sản phẩm thu có hàm lượng parafine tăng aromatic giảm (do phản ứng dehydro hóa naphten bị cản trở điều thể hình III.16 Vì vậy, nên lựa chọn áp suất vận hành khoảng 5-6.5kg/cm 2-g (phù hợp với nhận xét áp suất thiết kế hệ thống thiết bị phân xưởng này) Hình III.16: Sự thay đổi thành phần sản phẩm sau phản ứng theo áp suất III.4.3 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ nạp liệu thể tích (LHSV) Để khảo sát ảnh hương tốc độ nạp liêu thể tích ta cố định nhiệt độ áp suất phản ứng Khi tăng lưu lượng nguyên liệu giảm thể tích xúc tác thiết bị phản ứng làm tốc độ nạp liệu riêng thể tích, làm giảm thời gian tiếp xúc nguyên liệu với xúc tác hay nói cách khác làm giảm thời gian phản ứng Hình III.17: Sự thay đổi lượng sản phẩm theo tốc độ nạp liệu Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 92 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô cơng nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Hình III.17 cho thấy tốc độ nạp liệu tăng lưu lượng khối lượng tất dòng sản phẩm tăng lên Riêng lưu lượng dòng “Total H 2” có xu hướng tăng Điều giải thích sau: Khi tốc độ nạp liệu tăng lên, lưu lượng dòng H2 tuần hoàn vào thiết bị phản ứng giữ cố định dịng sản phẩm khác xăng Reformate LPG tăng lên thực chất tăng công suất, nghĩa nguyên liệu đầu vào tăng lên sản phẩm đầu tăng theo chất lượng sản phẩm xăng Reformate thấy dưới; dòng H tổng tăng nhẹ cố định lưu lượng dòng H2 Recycle Tiến hành khảo sát ảnh hưởng thay đổi LHSV đến chất lượng sản phẩm (hàm lượng Aromatic RON dòng xăng Reformate) ta thu kết sau: Khi tăng tốc độ nạp liệu làm tăng hiệu suất tạo xăng Reformate đồng thời làm giảm chất lượng xăng, điều ro hình III.18 Hình III.18: Sự thay đổi thành phần hydrocarbon theo tốc độ nạp liệu Khi LHSV tăng lên thành phần Aromatic giảm, Naphthene tăng nhẹ Paraffin tăng lên Điều giải thích tăng LHSV thời gian phản ứng nguyên liệu giảm dẫn đến q trình chuyển hóa thành sản phẩm Aromatic giảm (có thể nói cách đơn giản nguyên liệu chưa chuyển hóa triệt để) mà hàm lượng Paraffin tăng lên cịn Aromatic giảm xuống Hình III.19: Sự thay đổi chất lượng reformate theo tốc độ nạp liệu Đồ thị hình III.19 cho thấy RON giảm mạnh từ 105 xuống 101.7 LHSV tăng từ 1.5 lên 3.5 Khi tăng tốc độ nạp liệu > 3.0 h -1 RON Reformate giảm không đạt giá trị >102 theo yêu cầu Vì vậy, áp suất nhiệt độ khảo sát cần trì tốc độ nạp liệu LHSV ≤ 3.0 h-1 để đạt giá trị RON mong muốn Hình III.20: Sự thay đổi độ giảm nhiệt độ theo tốc độ nạp liệu Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 93 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Từ đồ thị hình III.20, ta thấy tăng giá trị LHSV độ giảm nhiệt độ thiết bị phản ứng tăng lên dẫn đến Delta T tổng thiết bị phản ứng tăng theo chứng tỏ phản ứng có lợi tiếp tục xảy thiết bị phản ứng sau chưa phản ứng hết thiết bị đầu tốc độ nạp liệu cao Tuy nhiên, lập luận trên, cần trì LHSV để reformate có RON >102 Vì giá trị LHSV nên nằm khoảng 2.5 – 3.0 h-1 gần 3.0 h-1 tốt III.4.4 Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H2/Hydrocarbon Từ khảo sát ảnh hưởng thay đổi LHSV đến thông số công nghệ mục trên, ta thấy giá trị LHSV tối ưu xấp xỉ 3.0 h -1 Để xem xét tiếp ảnh hưởng tỷ lệ H2/HC đến thông số công nghệ ta cố định giá trị LHSV=2.891 h-1 theo điều kiện vận hành phân xưởng CCR NMLD Dung Quất để tiến hành khảo sát Khi tăng tỷ lệ H2/HC (bằng cách cố định giá trị dòng H Recycle giảm lưu lượng dòng Feed vào thiết bị phản ứng cố định lưu lượng dòng Feed tăng lưu lượng dịng H2 Recycle), nhìn chung theo tài liệu [42] việc tăng tỷ lệ H2/HC đồng nghĩa với việc đẩy nguyên liệu naphtha qua thiết bị nhanh làm tăng độ giảm nhiệt độ qua thiết bị phản ứng phản ứng thu nhiệt tạo Ngoài ra, tăng H2/HC gây ảnh hưởng sau: – Ức chế phản ứng tạo nhiều H2, ví dụ phản ứng n-C7 tạo thành Toluene phản ứng làm tăng ON từ lên xấp xỉ 120 Khiến cân phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch làm giảm sản phẩm có lợi – Kích thích phản ứng tiêu thụ hydro phản ứng hydrocracking Làm phản ứng xảy nhanh sản phẩm no nhiều sản phẩm nhẹ tăng (cụ thể thu nhiều LPG hơn) Ngoài ra, phản ứng Hydrocracking cịn tạo sản phẩm khơng có tính chọn lọc Tuy vậy, lượng khí Hydro quay vịng lớn có tác dụng “cuốn” sản phẩm chất ngưng tụ khỏi xúc tác cung cấp hydro sẵn sàng cho phản ứng nên giảm tốc độ tạo cốc Đồ thị hình III.21 thể thay đổi thành phần sản phẩm tăng tỷ lệ H2/HC Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 94 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Hình III.21: Sự thay đổi thành phần dòng sau phải ứng theo tỷ lệ H2/HC Từ đồ thị ta thấy, tăng tỷ lệ H 2/HC hàm lượng Paraffin dịng Reformate tăng lên, thành phần Naphthene gần khơng có thay đổi thành phần Aromatic giảm Điều giải thích sau, tăng tỷ lệ H 2/HC lưu lượng H2 thiết bị phản ứng tăng lên khiến sản phẩm đói (chứa nơi đơi vịng) bị no hóa tạo thành Paraffin Ngoài ra, tỷ lệ H 2/HC tăng làm tăng phản ứng hydrocracking phản ứng tạo nhiều paraffin Bên cạnh thúc đẩy phản ứng hydrocracking xảy nhanh mạnh tỷ lệ H 2/HC tăng lại gây ức chế cho cân phản ứng tạo Aromatic mà hàm lượng Aromatic dịng xăng Reformate giảm xuống Hình III.22: Sự thay đổi lượng sản phẩm theo tỷ lệ H2/HC Hình III.22 cho thấy tăng tỷ lệ H 2/HC, lượng hydro tuần hoàn cần nhiều tỷ lệ với H2/HC nồng độ hydro dịng tuần hồn ổn định Lượng sản phẩm reformate tăng nhẹ chất lượng giảm mạnh thể hình III.23 Vì vậy, cần phải khảo sát reformate có đảm bảo yêu cầu chất lượng (RON > 102) hay không Khi tỷ lệ H2/HC cao tốc độ tạo cốc xúc tác giảm thời gian làm việc xúc tác kéo dài Tuy vậy, tỷ lệ lớn dẫn tới giảm sản lượng nhà máy, tiêu tốn lượng nhiệt đáng kể, đồng thời làm tăng trở lực thủy động thể tích thiết bị ống dẫn Mặt khác hầu hết nhà máy sử dụng công nghệ tái sinh liên tục, làm việc tỷ lệ H 2/HC tương đối thấp mà không bị ảnh hưởng trình tạo cốc gây hoạt tính xúc tác Theo kết đồ thị hình III.22, tỷ lệ H 2/HC tăng lên lưu lượng dịng Reformate tăng nhẹ khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ H 2/HC đến chất lượng Reformate thấy chất lượng dịng Reformate giảm xuống ro rệt Cụ thể, dựa vào đồ thị hình III.23 hàm lượng Aromatic RON Reformate giảm mạnh tỷ lệ H2/HC tăng lên Điều giải thích sau: tăng tỷ Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 95 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền lệ H2/HC sản phẩm no thúc đẩy phản ứng hydrocracking phản ứng tạo Aromatic mà hàm lượng Aromatic dòng Refomate giảm mạnh dẫn đến RON xăng Reformate giảm Hình III.23: Sự thay đổi chất lượng reformate theo tỷ lệ H2/HC Từ kết luận tỷ lệ H 2/HC tăng lưu lượng dòng xăng Reformate tăng, để đảm bảo RON lớn 102 ta lựa chọn tỷ lệ H 2/HC khoảng từ 3.0 đến 3.5 đảm bảo lượng chất dòng Reformate III.5 Tối ưu hóa thơng số cơng nghệ III.5.1 Tối ưu hóa cơng nghệ để tăng sản lượng xăng reformate Như vậy, phần mô ta tiến hành mô phân xưởng CCR Platforming NMLD Dung Quất điều kiện vận hành quy 100% công suất thiết kế, kết cho thấy công suất đầu vào công suất thiết kế 139.8m3/h, dịng ngun liệu có khối lượng 104262.8kg/h điều kiện LHSV = 2.891; tỷ lệ H2/HC=3.15 dòng reformate thu 96348.02 kg/h có RON= 101.8 dịng Reformate thu từ NMLD Dung Quất 92566 kg/h có RON= 102.43 thiết kế 92224 kg/h RON=102 Như vậy, ta thấy có khả tối ưu lượng Reformate cho nhà máy mà đạt RON=102 yêu cầu thiết kế, cách thay đổi nhiệt độ phản ứng tỷ lệ H2/HC Ở không khảo sát đến áp suất thiết bị chế tạo để hoạt động khoảng áp suất định, tùy tiện tăng áp suất Để thay đổi nhiệt độ ta thêm dòng optimizer stream cho phép thay đổi nhiệt độ sử dụng spread sheet để xuất giá trị nhiệt độ dòng optimizer stream cho dịng vào reactor Qua khảo sát mục II.4.1 nhiệt độ thích hợp khoảng 540-555oC Sử dụng cơng cụ Optimiser để tìm điều kiện tối ưu cho lưu lượng reformate thu lớn Nhập 03 biến cơng nghệ thay đổi là, LHSV, nhiệt độ đầu vào tỷ lệ H2/HC (hình III.24) Sử dụng 02 tiêu chất lượng sản phẩm cần Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 96 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền khống chế RON reformate ≥102, hàm lượng H2 hydro tinh khiết dịng net H2 ≥ 0.933 Hình III.24: Giao diện cơng cụ Optimiser Kết tóm tắt bảng III.5 cho thấy thay đổi LHSV, nhiệt độ, tỷ lệ H 2/HC ta thu dịng Reformate tối ưu có lưu lượng 107399.67kg/h RON=102 với LHSV=3.217 (h-1) H2/HC = 2.771 nhiệt độ phản ứng T=547.2oC Bảng III.5: Tối ưu sản lượng xăng Reformate Thông số III.5.2 feed Nhiệt độ(oC) LHSV H2/HC Reformat e Tối ưu RON Giá trị trước tối ưu 104262.8kg/h 549 2.891(h-1) 3.15 96348.02 kg/h 102.43 Giá trị tối ưu 116026.2kg/h Tối ưu 547.2 hóa -1 3.217 (h ) lượng 2.771 107399.67kg/h phân xưởng 102 hóa lượng mục tiêu quan trọng vận hành, góp phần trực tiếp giảm lượng tiêu dẫn đến giảm chi phí sản xuất, tăng khả cạnh tranh sản phẩm Để tiến hành tối ưu hóa lượng, luận văn tập trung vào tối ưu hóa lượng lị gia nhiệt Sử dụng thơng số nhiệt (heat flow) dịng optimizer stream tính theo cơng thức: Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 97 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Trong đó: QE1, QE2,QE3, QE4: dịng lượng cung cấp từ 04 lò gia nhiệt cho 04 dòng nguyên liệu vào thiết bị phản ứng (kJ/h) Kết thể Bảng III.6 Bảng III.6: Tối ưu hóa tiêu thụ lượng Thơng số Như feed Nhiệt độ LHSV H2/HC Reformate RON Năng lượng tiêu thụ Năng lượng tiết kiệm Giá trị trước tối Giá trị tối ưu ưu 104262.8kg/h 62560 kg/h 549 550 2.891(h-1) 1.734 (h-1) 3.15 4.427 96348.02 kg/h 57246.4kg/h 102.43 104.67 98167326.3 kJ/h 64117492.8 kJ/h 34049833.5 kJ/h vậy, qua tối ưu, lượng nhiệt tiết kiệm Delta Q = 34049833.5 kJ/h Qua khảo sát mở lựa chọn nhà máy khơng có nhu cầu sử dụng lượng reformate 100% công suất (để tránh thừa RON) xăng thương phẩm tiến hành giảm cơng suất xuống LHSV = 1.734h -1 để tiết kiệm chi phí vận hành thơng qua tiết kiệm lượng Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 98 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền CHƯƠNG IV KẾT LUẬN Luận văn lựa chọn phát triển mô hình động học Krane, mơ thành cơng tồn thiết bị phân xưởng CCR, kết mô thu phù hợp với liệu thu từ phân xưởng CCR Platforming nhà máy lọc dầu Dung Quất Đã tiến hành nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ Reforming nhiệt độ, áp suất, tốc độ thể tích, tỷ lệ H 2/HC, kết nghiên cứu tương đối phù hợp với kết nghiên cứu nhà quyền cơng nghệ UOP Đã tiến hành tối ưu hóa sản lượng Reformate, kết thu dịng Reformate có sản lượng cao đồng thời đáp ứng yêu cầu chất lượng sản phẩm Đã tiến hành tối ưu hóa lượng, kết cho thấy trường hợp xăng thương phẩm dư thừa RON, tiến hành giảm công suất phân xưởng để tối ưu hóa lượng tiêu thụ, qua giảm chi phí vận hành Tuy nhiên, q trình thực hiện, mơ hình mơ cịn số hạn chế cần hồn thiện thêm: • Mơ hình động học phản ánh phản ứng reforming xúc tác, bỏ qua số phản ứng phụ liên quan đến olefin hydrocarbon nặng C11 • Chưa mơ ảnh hưởng dòng xúc tác thiết bị phản ứng đến động học phản ứng phần tái sinh xúc tác phân xưởng • Chưa tiến hành hiệu chỉnh nhiều mẫu nguyên liệu mơ hình mơ phù hợp với thực tế Những định hướng nghiên cứu để tiếp tục hồn thiện mơ hình mơ này: • Mơ tồn q trình CCR, bao gồm chu trình xúc tác trình tái sinh xúc tác, mở rộng sang mơ tổ hợp hydrocarbon thơm • Xây dựng mơ hình thiết bị phản ứng xun tâm UniSim công cụ Thiết bị phản ứng tùy chỉnh (User Ops) Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 99 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô cơng nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền • Thực mơ động q trình, tiến hành hiệu chỉnh, đưa đề xuất thay đổi điều kiện vận hành nhằm tối ưu hóa vận hành kiểm chứng phân xưởng CCR Platforming • Hồn thiện mơ hình động học: thêm vào phản ứng liên quan q trình chuyển hóa thành olefin hydrocarbon nặng (C 11+); thêm vào mơ hình ba cấu tử đồng phân xylene mơ hình phản ứng cân chúng để phục vụ mô tổ hợp hydrocarbon thơm Để nâng cao độ xác việc tối ưu hóa vận hành điều kiện nguyên liệu đầu vào liên tục thay đổi NMLD Dung Quất, hồn thiện việc tối ưu hóa phân xưởng nói riêng hồn thiện quy trình tối ưu hóa tồn nhà máy nói chung, mơ hình mơ cần kết hợp với mơ hình mơ phân xưởng khác nhằm tăng hiệu vận hành, từ góp phần mang lại lợi nhuận cho Nhà máy Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 100 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Tử Bằng (1999), Hóa học dầu mỏ khí tự nhiên, NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội [2] Nguyễn Thị Minh Hiền (2014), Mô q trình cơng nghệ hố học, NXB Bách Khoa Hà Nội [3] Lê Văn Hiếu (2008), Công nghệ chế biến dầu mỏ, NXB Khoa học kỹ thuật, [4] Phạm Thanh Huyền & Nguyễn Hồng Liên (2006), Cơng nghệ tổng hợp hữu - Hóa dầu, NXB Khoa học kỹ thuật [5] Đinh Thị Ngọ & Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2012), Hóa học dầu mỏ khí, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Hồ Sĩ Thoảng (2007), Giáo trình xúc tác dị thể, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [7] Aboalfazl Askari, Hajir Karimi, M.Reza Rahimi, Mehdi Ghanbari (2012), “Simulation and Modeling of Catalytic Reforming Process”, Petroleum & Coal 54(1) 76-84, [8] Anton Perdih and Franc Perdih (2006), "Chemical Interpretation of Octane Number", Acta Chim Slov., no 53, pp 306–315 [9] Beatrix Ellis, Bryan Glover, Stephen Metro Anthony Poparad (2011), Reforming solutions for improved profits in an up-down world Des Plaines, Illinois, USA: UOP LLC [10] Davood Iranshahi, Ali Mohammad Bahmanpour, Ehsan Pourazadi,Mohammad Reza Rahimpour, (2010), “Mathematical modeling of a multi-stage naphtha reforming process using novel thermally coupled recuperative reactors to enhance aromatic production”, international journal of hydrogen energy 35, pp 10984-10993 [11] E Bruce Nauman (2001), “Chemical Reactor Design, Optimization and Scaleup”, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, New York [12] George J Antos and Abdullah M Aitani (2004), Catalytic Naphtha Reforming, CRC Press [13] Gene J Yeh and Fehed Al-Nafisee (2009) “Model Development for Monitoring Semi-Regen Naphtha Reforming Catalyst Activity and Predicting Reformate Yield”, Journal of Technology, Saudi Aramco [14] Gerald L.Kaes (2000), Refinery Process Modeling - A practical guide to steady state modeling of petroleum processes.: Kaes Enterprises, Inc [15] Henningsen J and Bundgaard-Nielson M (1970), "Catalytic reforming", Brit Chem Eng, no 15, pp 1433–6 [16] H.F Rase (1977), Chemical Reactor Design for Process Plants, vol 2, John Wiley & Sons, Inc, Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 101 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền [17] H.G Krane, A B Groh, B L Schulman, and J H Sinfelt (1959), "4 Reactions in Catalytic Reforming of Naphthas", World Petroleum Congress, New York [18] H.M.Arani, S.Shokri, M.Shirvani (2010), Dynamic Modeling and Simulation of Catalytic Naphtha Reforming”, International Journal of Chemical Engineering and Applications, Vol 1, No [19] Hou Weifeng, Su Hongye, Hu Yongyou, and Chu Jian (2006), "Modeling, Simulation and Optimization of a Whole Industrial Catalytic Naphtha Reforming Process on Aspen Plus Platform", Chinese J Chem Eng., vol 5, no 14, pp 584-591 [20] James G Speight PhD, DSc (2011), “Handbook of Inductrial Hydrocarbon Process”, Gulf Professional Publishing, Oxford OX5 1GB, UK, pp 92-107 [21] James H Gary & Glenn E Handwerk (2001), Petroleum refining technology and economics, Marcel Dekker publisher [22] James Speight (2005), Lange's Handbook of Chemistry (16th Edition), McGraw-Hill [23] J W Lee, Y C Ko, Y K Jung and K S Lee (1997), “A Modeling and Simulation Study on a Naphtha Reforming Unit with a Catalyst Circulation and Regeneration System”, Coraputers chem Engng, Vol 21, Suppl., pp S1105-S1110, 1997 [24] Jones D.S.J (1995), “Elements Petroleum Processing”, John Wiley and Son, pp 181-205 [25] Liang Ke-min, Guo Hai-yan, and Pan Shi-wei (2004), “A study on naphtha catalytic reforming reactor simulation and analysis”, Science Journal of Zhejiang University, pp 590-596 [26] Majid Sa'idi, Navid Mostoufi, Rahmat Sotudeh Gharebagh “Modeling and simulation of continuous Catalytic Regeneration (CCR) Process”, International Journal of Applied Engineering Research, Dindigul Volume 2, No 1, 2011, pp 115-124 [27] M.R.Riazi (2005), Characterization and Properties of Petroleum Fractions, 1st ed Philadelphia, PA: American Society for Testing & Materials [28] Maria S Gyngazova, Anatoliy V Kravtsov, Emilia D Ivanchina, Mikhail V Korolenko, and Nikita V Chekantsev (2011), "Reactor modeling and simulation of moving-bed catalytic reforming process", Chemical Engineering Journal, no 176-177, pp 134-143 [29] Michael P Ramage, Kenneth R Graziani, and F.J Krambeck (1980), "Development of mobil's kinetic reforming model", Chemical Engineering Science, vol 15, no 1-2, pp 41–48 [30] Miguel A Rodríguez and Jorge Ancheyta (2011), "Detailed description of kinetic and reactor modeling for naphtha catalytic reforming," Fuel, no 90, pp 3492-3508 [31] Mohamed A Fahim, Taher A Al-Sahhaf (2010), and Amal Elkilani, Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 102 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền Fundamentals of Petroleum Refining, Elsevier B.V [32] Petrovietnam (2007), Dung Quat Refinery Operating Manual – Continuous Catalytic Reformer Unit, Technip [33] Ramgopal Uppaluri (2010), Refinery Process Design (Lecture Notes), Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology Guwahati [34] Reid RC, Prausnitz JM, and Sherwood TK (1977), The Properties of Gases and Liquids, 3rd ed New York, Mc-Graw Hill [35] Robert Meyers (2004), Handbook of Petroleum Refining Processes, 3rd ed.: McGraw Hill [36] Smith RB (1959), "Kinetic analysis of naphtha reforming with platinum catalyst", Chem Eng Progr., no 55, pp 76-80 [37] Sepehr Sadighi and S Reza Seif Mohaddecy (2013) “Simulation, Sensitivity analysis and Optimization of an Industrial Continuous Catalytics Naphtha Reforming Process”, Eur Chem Bull., 2(10), pp.777-781 [38] Surinder Parkash (2003), “Refining Process Handbook”, Gulf Professional Publishing, 200 Wheeler Road Burlington, MA 01803, pp.109-114 [39] Takashiro Muroi (2012), “Role of Precious Metal Catalysts”, Noble Metals., Industrial Catalysts Laboratory Japan, InTech, pp.305 [40] Tareq A Albahri (2003), "Structural Group Contribution Method for Predicting the Octane Number of Pure Hydrocarbon Liquids", Ind Eng Chem Res, no 42, pp 657-662 [41] T A Albahri, M R Riazi and A A Alqattan (2002), “Octane Number and Aniline Point of Petroleum Fuels”, Fuel Chemistry Division Preprints, 47(2), pp.710-711 [42] Univesal Oil Products (2002), CCR Platforming - General Operating Manual, UOP LLC [43] Virgin B Guthrie (1960), Petroleum Products Handbook, first edition, McGraw-Hill Book Company, Inc pp.4.1-8 [44] W.L Nelson (1958), Petroleum Refinery Engineering, 4th ed.: McGraw-Hill [45] Yongyou Hu, Hongye Su, Jian Chu (2003), “Modeling, Simulation and Optimization of Commercial Naphtha Catalytic Reforming Process”, Conference on Decision and Control, Maui, Hawaii USA, pp 6206-6211 [46] Zaidoon M Shakoor (2011), "Catalytic reforming of heavy naphtha, analysis and simulation", Diyala Journal of Engineering Sciences, vol 04, no 02, pp 86-104 Học viên: Nguyễn Duy Thắng Trang 103 Lớp: Cao học KTHH 2013B ... ứng thứ i Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS DANH MỤC BẢNG MỤC HÌNH VẼ MỤC LỤC Học viên: Trang Lớp: Cao học Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS MỞ ĐẦU Trong... 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền I.3.6 Một số công nghệ Reforming Hiện giới tồn loại công nghệ reforming chủ yếu công nghệ bán tái sinh công nghệ tái... Duy Thắng Trang 35 Lớp: Cao học KTHH 2013B Luận văn tốt nghiệp: Mô công nghệ CCR GVHD: PGS.TS.Nguyễn Thị Minh Hiền b, Công nghệ tái sinh liên tục (CCR) Đặc điểm : − Hệ thống vận hành liên tục,