- Chưng cất dầu thô thành các phân đoạn khác nhau về nhiệt độ sôi, mỗi phân đoạn sau đó được xử lý sâu trong phân xưởng khác của nhà máy lọc
1.2.2.5. Chưng cất dầu thô
Được thể hiện trong các bản vẽ P&ID: 8474L-011-PID- 103/109/112/113/114/115/116/116/125/126/128/129 [8].
Nguyên liệu dầu thô hóa hơi một phần đi vào Tháp chưng cất chính T-1101 (Main Fractionator), tại vùng nạp liệu nơi mà xảy ra quá trình phân tách giữa hai pha lỏng và hơi. Dòng lỏng rời khỏi vùng nạp liệu được strip bởi dòng hơi quá nhiệt nhằm thu hồi những cấu tử nhẹ từ đáy tháp. Dòng hơi rời khỏi vùng nạp liệu và được chưng tách thành các sản phẩm nhẹ hơn và 3 dòng sản phẩm cạnh sườn:
Heavy Gas Oil (HGO), Light Gas Oil (LGO) và Kerosene.
Các sản phẩm nhẹ hơn (Gas, LPG va Naphtha) từ phần đỉnh của tháp chưng cất được ngưng tụ, dẫn đến bình tách 3 pha (Accumulator) để tách dòng Naphtha ra
khỏi nước và khí, sau đó Naphtha được làm cho tinh khiết hơn tại tháp ổn định xăng T-1107 và dòng LPG được thu hồi ở phần đỉnh tháp .
Các sản phẩm nặng hơn được lấy ra bên cạnh sườn tháp bởi quá trình nội hồi lưu nội xảy ra bên trong tháp và dòng hơi quá nhiệt được sử dụng để tách các thành phần nhẹ tại các tháp stripper T-1102/1103/1104.
Đặc tính của mỗi phân đoạn có thể được thay đổi theo yêu cầu nhưng sẽ làm ảnh hưởng đến phân đoạn liền kề nó. Về cơ bản, hầu hết các tiêu chuẩn về sản phẩm chưng cất dầu thô xuất phát từ phương pháp ASTM. Phương pháp này cho biết nhiệt độ và thành phần cấu tử bay hơi tương ứng. Một cách khác nhằm điều chỉnh các chỉ tiêu của sản phẩm đó là xác định điểm sôi cuối tối đa cho phép (ASTM End Point) đối với mỗi phân đoạn.
Điểm sôi cuối của mỗi phân đoạn phụ thuộc nhiều vào khối lượng dòng được lấy ra từ tháp chưng cất. Thay đổi lưu lượng sản phẩm lấy ra là một phương thức nhằm giữ cho điểm sôi cuối của sản phẩm đạt tiêu chuẩn. Nhiệt độ của đĩa mà tại đó dòng sản phẩm bên được rút ra hiển thị điểm sôi cuối của sản phẩm và người vận hành có kinh nghiệm sẽ thay đổi lưu lượng dòng sản phẩm được rút ra nhằm giữ nhiệt độ tại đĩa rút sản phẩm là không đổi và vì thế sản phẩm sẽ đạt tiêu chuẩn.
Nhằm giảm lưu lượng hơi và lỏng lưu thông trong tháp, tận dụng thu hồi nhiệt cũng như tăng hiệu suất tách, có 4 dòng hồi lưu tuần hoàn được sử dụng đến: dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh, dòng hồi lưu tuần hoàn Kerosene, dòng hồi lưu tuần hoàn LGO và dòng hồi lưu tuần hoàn HGO.
Tháp chưng cất chính có 48 đĩa được chia ra làm 2 vùng với đường kính tháp là khác nhau: vùng thứ nhất từ đĩa số 1 đến đĩa 42 với đường kính trong tháp là 6700mm và vùng thứ hai từ đĩa 43 đến đĩa 48 với đường kính là 4000mm với tổng chiều cao của thân tháp là 42850 mm.
Tháp được vận hành với áp suất nằm trong dải từ 1,5 (đỉnh tháp) đến 1,9 (đáy tháp) kg/cm2.g và nhiệt độ nằm trong khoảng 130-124oC (trên đỉnh) đến 349-354oC (dưới đáy).
Tháp chưng cất có thể được chia thành 6 vùng và được mô tả như sau: Vùng sản phẩm đỉnh
Vùng Kerosene. Vùng Light Gas Oil.
Vùng Heavy Gas Oil.
Vùng Overflash (vùng nạp liệu). Vùng cặn.
Vùng sản phẩm đỉnh (overhead section) [8]:
Dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh của tháp chưng cất cung cấp lượng hồi lưu đến vùng đỉnh của T-1101 và giữ cho nhiệt độ tại đỉnh tháp ổn định. Bơm hồi lưu tuần hoàn đỉnh (Top pumparound pump) P-1102A/B rút dòng lỏng từ đĩa số 4 của tháp và bơm đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1112. Tại E-1112, dòng lỏng được làm lạnh bằng không khí, sau đó quay trở lại tháp chưng cất chính tại đĩa số 1. Quá trình tách nhiệt từ dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh ở cụm trao đổi nhiệt bằng không khí (E-1112) được điều chỉnh để kiểm soát nhiệt độ tại đỉnh thông qua các van điều khiển UV- 079 và UV-080.
Dòng hơi từ đỉnh tháp (124oC), sau khi được bổ sung hóa chất chống ăn mòn và hóa chất trung hòa sẽ được ngưng tụ hoàn toàn tại thiết bị làm lạnh E-1111 (Main Fractionator Condenser) đến 50oC. Dòng sản phẩm sau khi ra khỏi cụm trao đổi nhiệt được ngưng tụ chảy đến bình tách ba pha D-1103 (Main Fractionator Accumulator Drum).
Tại bình tách ba pha D-1103, nước được tách ra từ dòng Naphtha chưa xử lý (unstabilised naphtha) và chảy đến bình D-1106 thông qua van điều khiển mức 011-LV-040. Dòng Naphtha chưa xử lý được gia nhiệt bởi dòng sản phẩm Naphtha
từ đáy của tháp ổn định xăng T-1107 tại thiết bị trao đổi nhiệt E-1118A/B (Stabiliser feed/Bottom Exchanger) trước khi đưa vào làm nguyên liệu cho tháp ổn định xăng T-1107 thông qua bơm P-1110A/B.
Bộ điều khiển 011-PIC-064 duy trì áp suất không đổi là 1.3kg/cm2.g trong bình tách 3 pha D-1103 bởi van điều khiển PV-064 A/B/C. Trong trường hợp áp suất tại bình tách 3 pha D-1103 thấp, van điều kiển 011-PV-064A sẽ mở để đưa dòng khí nhiên liệu đi vào bình nhằm nâng áp suất của bình. Trong trường hợp áp suất trong bình cao, dòng khí dư (off gas) từ bình sẽ được đưa đến phân xưởng RFCC (phân xưởng Cracking xúc tác) bởi van điều khiển 011-PV-064B. Ngoài ra, khi van điều khiển 011-PV-064B được mở hoàn toàn nhưng áp suất tại bình tách vẫn tăng lên, dòng khí dư (off gas) được dẫn đến hệ thống đốt đuốc (flare system) thông qua van điều khiển 011-PV-064C.
Vùng Kerosene (Kerosene Section):
Kerosene được lấy ra tại đĩa 15 và một phần tuần hoàn đến dãy các thiết bị gia nhiệt sơ bộ (E-1102) thông qua bơm hồi lưu tuần hoàn dòng Kerosene P- 1103A/B (Kerosene pumparound pump). Để đạt được hiệu quả tách tốt của quá trình chưng cất trong tháp T-1101 cũng như đáp ứng được điểm cắt giữa hai phân đoạn Naphtha và Kerosene theo yêu cầu thì lượng nhiệt cần lấy ra từ dòng Kerosene tuần hoàn được điều khiển bởi công suất của thiết bị trao đổi nhiệt E-1102 thông qua bộ điều khiển công suất nhiệt 011-UIC-029 bằng cách sử dụng các van điều khiển 011-UV-083/084 để điều khiển dòng Kerosene đi qua thiết bị trao đổi nhiệt và đường nối tắt (bypass). Sau đó dòng Kerosene quay trở lại tháp chưng cất chính T- 1101 tại đĩa 12.
Phần còn lại của dòng Kerosene được đưa đến tháp Kerosene Stripper T-1102 thông qua van điều khiển 011-LV-011. Tháp T-1102 này gồm có 10 đĩa và thiết bị tái đun sôi Kerosene (E-1110), là thiết bị trao đổi nhiệt bằng cách dùng dòng hồi lưu tuần hoàn HGO để gia nhiệt. Có thể sử dụng dòng hơi quá nhiệt (Superheated LP Steam) tại đáy tháp nhưng không cần thiết trong điều kiện vận hành bình thường.
Dòng hơi từ đỉnh của tháp T-1102 quay trở lại tháp chưng cất chính tại đĩa 12. Sản phẩm Kerosene tại đáy tháp được bơm đến thiết bị làm lạnh bằng không khí E- 1114 (Kerosene Air Cooler), sau đó được làm nguội bởi nước làm lạnh tại E-1115 (Kerosene Water Cooler) đến khoảng 40oC thông qua bơm P-1107A/B ( Kerosene Product Pump). (điều chỉnh bởi thiết bị điều khiển nhiệt độ 011-TIC-122) trước khi đi đến làm nguyên liệu cho phân xưởng xử lý Kerosene (Kerosene Treating Unit). Vùng Light Gas Oil (Light Gas Oil Section) [8]:
Dòng Light Gas Oil (LGO) được lấy ra tại đĩa 26 của tháp chưng cất và một phần được bơm hồi lưu tuần hoàn thông qua bơm P-1104A/B, phần còn lại được đưa đến LGO Stripper.
Bơm hồi lưu tuần hoàn LGO P-1104 (LGO Pumparound Pump) đưa một phần của dòng LGO đến dãy tiền gia nhiệt nóng (Hot Preheat Train) tại E-1106A-F. Để đạt được hiệu quả tách tốt của quá trình chưng cất trong tháp T-1101 cũng như đáp ứng được điểm cắt giữa hai phân đoạn LGO và HGO theo yêu cầu thì lượng nhiệt cần lấy ra từ dòng LGO tuần hoàn được điều khiển bởi công suất của thiết bị trao đổi nhiệt E-1106A-E thông qua bộ điều khiển công suất nhiệt 011-UIC-032 bằng cách sử dụng các van điều khiển 011-UV-087/088 để điều khiển dòng LGO đi qua thiết bị trao đổi nhiệt và đường nối tắt (bypass). Sau đó dòng LGO quay trở lại tháp chưng cất chính T-1101 tại đĩa 23.
Phần còn lại của dòng LGO được điều chỉnh bởi van điều khiển 011-LV-013 và được đưa đến tháp tách cạnh sườn LGO Stripper T-1103. Tháp T-1103 gồm có 6 đĩa và dòng hơi quá nhiệt (Superheated LP Steam) phun vào đáy tháp được điều khiển thông qua van 011-FV-017.
Dòng khí từ đỉnh của T-1103 quay trở lại tháp T-1101 tại đĩa 23. Sản phẩm LGO tại đáy tháp T-1103 đi đến E-1103 để trao đổi nhiệt với dòng dầu thô trước khi đi đến tháp làm khô LGO bằng chân không (T-1105).
Vùng Heavy Gas Oil (Heavy Gas Oil Section)[8]:
Dòng Heavy Gas Oil (HGO) được lấy ra tại đĩa 38 của tháp chưng cất, một phần được đưa đến bơm hồi lưu tuần hoàn HGO (HGO pumparound Pump) P- 1105A/B và phần còn lại chuyển đến tháp tách cạnh sườn T-1104 (HGO Stripper).
Bơm hồi lưu tuần hoàn HGO P-1105 (HGO Pumparound Pump) đưa một phần của dòng HGO đến dãy tiền gia nhiệt nóng (Hot Preheat Train) tại E-1109. Sau đó HGO được đưa đến thiết bị tái đun sôi E-1110 để cho để gia nhiệt cho dòng Kerosene từ đáy của tháp T-1102. Để đạt được hiệu quả tách tốt của quá trình chưng cất trong tháp T-1101 cũng như đáp ứng được điểm cắt giữa hai phân đoạn HGO và phân đoạn cặn theo yêu cầu thì lượng nhiệt cần lấy ra từ dòng HGO tuần hoàn được điều khiển bởi công suất của thiết bị trao đổi nhiệt E-1109 thông qua bộ điều khiển công suất nhiệt 011-UIC-031 (điều khiển lượng nhiệt lấy ra ở thiết bị trao đổi nhiệt E-1109) và 011-UIC-033 (điều khiển lượng nhiệt tổng lấy ra của dòng hồi lưu tuần hoàn HGO) bằng cách sử dụng các van điều khiển 011-UV- 085/086/089/090 để điều khiển dòng HGO đi qua thiết bị trao đổi nhiệt và đường nối tắt (bypass). Sau đó dòng HGO quay trở lại tháp chưng cất chính T-1101 tại đĩa 35. Phần còn lại của dòng HGO đi đến tháp tách cạnh sườn HGO Stripper T-1104, dòng này được điều khiển bởi cụm điều khiển 011-LV-016. Tháp T-1104 gồm có 6 đĩa và dòng hơi nước quá nhiệt (Superheated LP Steam) phun vào đáy tháp được điều khiển bởi van 011-FV-019.
Dòng hơi từ đỉnh của tháp T-1104 quay trở lại tháp chưng cất chính tại đĩa 35. Sản phẩm HGO từ đáy của tháp tách cạnh sườn T-1104 chảy đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1107 và E-1104 trước khi đưa đến tháp làm khô HGO bằng chân không T- 1106.
Vùng Nạp Liệu (Overflash Section) [8]:
Vùng nạp liệu là điểm mà nguyên liệu dầu thô đi vào tháp chưng cất sau khi ra khỏi lò gia nhiệt. Vùng nạp liệu là khu vực nằm giữa đĩa thứ 42 và 43. Dòng
nguyên liệu dầu thô đi vào tháp chưng cất thông qua các miệng ống đặt theo tiếp tuyến của tháp (tangential nozzle) đảm bảo sự phân bố tốt cho cả hai pha lỏng và hơi tại vùng nạp liệu.
Dòng hơi nóng đi lên phía trên của tháp và tiếp xúc pha với dòng lỏng hồi lưu từ trên xuống dọc theo thân tháp.
Dòng lỏng từ vùng nạp liệu chảy tràn xuống đáy tháp và dòng hơi quá nhiệt được đưa vào từ đáy tháp để tách các cấu tử nhẹ ra khỏi vùng cặn.
Vùng cặn chưng cất (Residue section) [8]:
Để tách những phần nhẹ ra khỏi dòng cặn chưng cất, hơi quá nhiệt (superheated LP steam) được phun vào liên tục ở đáy tháp chưng cất chính. Lưu lượng của dòng hơi quá nhiệt được điều chỉnh bởi van điều khiển 011-FV-012.
Mức chất lỏng tại đáy của tháp chưng cất chính T-1101 được điều khiển bởi bộ điều khiển 011-LIC-007 thông qua các van 011-FV-026/027/029 trên dòng cặn (residue) sau khi ra khỏi dãy tiền gia nhiệt nguội. Quá trình điều khiển được thực hiện theo yêu cầu cung cấp lượng dầu cặn đi đến làm nguyên liệu cho phân xưởng RFCC thông qua van điều khiển 011-FV-029 (trước thiết bị trao đổi nhiệt E-1120A- D); phần còn lại của cặn chưng cất, sau khi được làm lạnh đến nhiệt độ 85oC tại thiết bị trao đổi nhiệt E-1120A-D sẽ được đưa đến bể chứa thông qua cụm van điều khiển 011-FV-026/027 (điều khiển theo kiểu chia khoảng).
Cặn chưng cất từ đáy của tháp chưng cất chính (tại nhiệt độ 349-354oC) được bơm đến dãy các thiết bị trao đổi nhiệt bởi bơm cặn chưng cất (Residue Pump) P- 1106A/B. Cụ thể, dòng cặn chưng cất dầu thô được bơm đến các thiết bị trao đổi nhiệt theo trình tự như sau: E-1134A/B, E-1108A-D, E-1105 A-J, E-1101 A-H ( xem mục 1.2.2.2 tiền gia nhiệt cho dầu thô).
Nhiệt của dòng cặn được loại bỏ bởi quá trình trao đổi nhiệt với dòng nước ấm (tempered water) tại cụm thiết bị trao đổi nhiệt E-1120 A-D (Residue /Tempered Water Cooler). Sau đó dòng nước ấm được làm nguội lại tại thiết bị làm lạnh bằng không khí E-1133 (Tempered Water Air Cooler). Bơm P-1122 A/B (Tempered Water Pump) sẽ tuần hoàn dòng nước ấm được làm nguội từ thiết bị làm lạnh bằng không khí E-1133, trong trường hợp cần thiết bổ sung nước từ bình chứa nước ấm D-1115 (Tempered Water Drum), đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1120A/B như một lưu chất làm lạnh.
Cụm tháp ổn định xăng (Stabilizer Section) [8]:
Được thể hiện trong các bản vẽ P&ID: 8474L-011-PID-0021-130/131/132 [8]. Xăng chưa ổn định (Unstabilised Naphtha) từ bình tách 3 pha D-1103 được tiền gia nhiệt tại thiết bị trao đổi nhiệt E-1118 trước khi đi vào tháp ổn định xăng T- 1107 (Stabilizer Column), là nơi mà LPG được tách ra từ dòng Naphtha. Tháp ổn định xăng chia thành 2 vùng với các đường kính của tháp là:1500mm tại vùng đỉnh và 2600mm tại dáy của tháp, với 32 đĩa cùng với thiết bị tái đun sôi E-1121 (Stabilizer Reboiler) tại đáy và hệ thống hồi lưu ngoại tại đỉnh tháp.
Dòng hơi ở trên đỉnh tháp được ngưng tụ một phần tại cụm thiết bị làm lạnh bằng không khí E-1122 (stabiliser Condenser), sau đó đi đến bình tách 3 pha D- 1104 (Stabilizer Reflux Drum). Tại bình tách D-1104, dòng khí dư (off gas), LPG và nước được tách ra.
Áp suất tại tháp ổn định xăng T-1107 được điều khiển bởi van 011-PV-068B, bằng cách điều chỉnh dòng khí dư (off gas) xả đến phân xưởng RFCC. Trong trường hợp van PV-068B đã mở nhưng áp suất vẫn vượt quá giới hạn, van điều khiển 011- PV-068C được mở ra để xả đến hệ thống đuốc đốt (Flare). Mức nước tại đáy của bình tách D-1104 được điều khiển bởi cụm điều khiển 011-LV-050 và nước được đưa đến bình tách D-1103.
Một phần LPG được hồi lưu trở lại đỉnh của tháp ổn định xăng T-1107 bởi bơm P-1114A/B (Stabilizer Reflux Pump). Dòng hồi lưu này được điều khiển bởi van 011-FV-036.
Phần còn lại của LPG được bơm P-1115A/B (stabilizer LPG pump) đưa đến cụm thu hồi khí tại phân xưởng RFCC. Chất lượng dòng LPG được điều khiển thông qua bộ tính toán về tỉ lệ của dòng nguyên liệu đi vào tháp ổn định xăng (dòng nguyên liệu được điều khiển bởi van 011-FIC-032) với hàm lượng Pentane có trong dòng LPG (được xác định bởi thiết bị phân tích 011-AIC-004). Ngoài ra còn có đường dẫn dòng LPG đến bể chứa LPG không đạt tiêu chuẩn.
Dòng lỏng từ đáy của tháp ổn định xăng T-1107 được đun nóng thông qua thiết bị tái đun sôi E-1121 (Stabilizer Reboiler). Thiết bị này sử dụng hơi cao áp (High Pressure Steam) như một dòng nóng để gia nhiệt. Dòng hơi cao áp này được giảm sự quá nhiệt tại thiết bị Desuperheater (DS-1101) bởi dòng nước cao áp cấp cho nồi hơi (BFW).
Dòng Full Range Naphtha đi ra từ đáy tháp được dùng để gia nhiệt cho dòng nguyên liệu đầu vào của tháp ổn định xăng tại thiết bị trao đổi nhiệt E-1118A/B. Mức chất lỏng tại đáy của tháp ổn định xăng T-1107 được điều khiển bởi bộ điều khiển 011-UC-042 thông qua các van 011-FV-040 và 011-FV-041. Dòng naphtha được làm lạnh sâu hơn tại thiết bị làm lạnh bằng không khí E-1126 (Full Range Naphtha Air Cooler) và tiếp theo đó là làm nguội bằng nước làm lạnh tại thiết bị trao đổi nhiệt E-1127 (Full Range Naphtha Water Cooler) trước khi đưa đến bể lưu trữ.