Etan là 1 loại nguyên liệu đặc biệt, chủ yếu sử dụng trong ngành hóa dầu. Từ nguyên liệu đầu vào là Etan, người ta có thể thu được nhiều loại sản phẩm quan trọng khác nhau, trong đó nổi bật nhất là sản phẩm Etylen, là một trong những nguyên liệu trung gian quan trọng nhất trong công nghiệp sản xuất các sản phẩm hóa dầu. Theo đánh giá, các sản phẩm hóa dầu có nguồn gốc Etylen chiếm khoảng 40% các sản phẩm hóa dầu hiện nay, Etylen có thể được sản xuất từ phản ứng cracking nhiệt các nguyên liệu lỏng như Naphta, từ khí hóa lỏng LPG hoặc từ Etan.
Trong những năm gần đây, việc sử dụng Etan trong công nghiệp hóa dầu ngày càng tăng lên đáng kể. Một trong những nguyên nhân quan trọng nhất là giá thành cạnh tranh của Etan so với các nguyên liệu khác. Ngoài ra, một nguyên nhân khác có thể kể đến là hiệu suất của quá trình sản xuất Etylen đi từ Etan cho hiệu suất cao hơn các loại nguyên liệu khác. Theo thống kê hiệu suất thu hồi Etylen từ Etan đạt khoảng 84%, trong khi nếu sản xuất Etylen từ LPG thì hiệu suất của quá trình chỉ đạt khoảng 45%, từ Naphta chỉ đạt 38%. Từ nguyên liệu khí dầu mỏ, chỉ có Etan là nguyên liệu đầu vào lý tưởng để sản xuất Etylen nhờ vào các đặc điểm sau:
- Nguyên liệu đầu vào Etan dễ thu hồi, có sẵn trữ lượng lớn trong tự nhiên.
- Hiệu suất quá trình chuyển hóa Etan thành Etylen cao (trên 80%), ít sản phẩm phụ nhất.
- Điều kiện chuyển đổi đỡ khắc nghiệt hơn, chi phí thiết bị công nghệ, vận hành thấp hơn so với sử dụng nguyên liệu khác.
Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đã có định hướng dành 20% nguồn khí cho chế biến hóa dầu. Hiện nay lĩnh vực hóa dầu từ khí mới chỉ có 02 nhà máy đạm tại Phú Mỹ và Cà Mau, tiêu thụ khoảng 1 tỷ m3 khí/năm (trên tổng số 10 tỷ m3/năm vào năm 2012 và tăng lên 15 tỷ m3/năm vào 2015-2016).
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 32 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Theo qui hoạch tổng thể về phát triển ngành công nghiệp lọc hóa dầu của Việt Nam giai đoạn 2010-2015 đã được Tập đoàn Dầu khí Quốc gia phê duyệt thì dự kiến sẽ xây dựng 01 tổ hợp lọc hóa dầu miền Nam đặt tại bán đảo Long Sơn thuộc tỉnh Bà rịa Vũng Tàu. Một trong những nhà máy quan trọng trong tổ hợp lọc hóa dầu Miền Nam là nhà máy sản xuất Olefin do Tập đoàn Dầu khí Việt Nam liên doanh với Tập đoàn hóa chất công nghiệp Việt Nam và đối tác SCG của Thái Lan (gọi tắt là LSP – Long Sơn Petrochemical) đầu tư xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 2015 - 2017 với tổng mức đầu tư khoảng 4 tỷ USD.
Theo thiết kế thì LSP sẽ đầu tư công nghệ Cracking nhiệt để sản xuất Olefin từ Naphta, Propan/Butan và Etan. Trong đó Etan là nguyên liệu mà LSP ưu tiên sử dụng nhất do chi phí đầu tư và vận hành lò Cracking nhiệt thấp nhất. Theo yêu cầu ban đầu LSP mong muốn PVGAS có thể cung cấp tối thiểu khoảng 200.000 tấn Ethane/năm (tương đương khoảng gần 600 tấn/ngày). Nguyên liệu Ethane này chiếm 1/3 trong cơ cấu nguyên liệu của LSP, 2/3 còn lại là nguyên liệu Naphtha /LPG. Theo LSP sản xuất từ Ethane có chi phí thấp hơn vì vậy vẫn có thể tiếp nhận nhiều hơn (lên đến 300.000 tấn/năm) nếu PVGAS có khả năng cung cấp.
Do Nhà máy của LSP dự kiến đến 2015-2015 mới có thể vào vận hành, trong khi dự án đường ống khí NCS2 dự kiến sẽ được hoàn thành công tác đầu tư lắp đặt đường ống và đưa vào vận hành vào cuối năm 2014 đầu 2015. Vì vậy để đảm bảo có thể sẵn sàng cung cấp Etan từ Nhà máy NCS2 cần tính toán bắt đầu thực hiện dự án xây dựng nhà máy NCS2 có tính đến việc tách Etan để cung cấp cho LSP đồng bộ với việc lắp đặt hệ thống tách LPG từ khí NCS2 để kịp tiến độ của dự án và tránh phải nâng cấp cải tạo sau khi nhà máy đi vào hoạt động.
4.2.Xác định qui mô công suất hệ thống tách Etan.
Qui mô công suất của nhà máy tách Etan từ khí NCS2 được lựa chọn trên cơ sở sau:
- Dựa theo nhu cầu sử dụng Etan của Tổ hợp Lọc Hóa Dầu Long Sơn theo cam kết vào khoảng 200.000 tấn/năm và có thể tăng lên đến 300.000 tấn/nằm nếu nguồn nguyên liệu đảm bảo.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 33 SVTH: Hoàng Trung Kiên
- Sản lượng khí đầu vào tối đa cho 1 nhà máy NCS2 là 10 triệu m3 khí/ngày, theo đó sản lượng Etan thu được với giả định hiệu suất tách Etan trung bình vào khoảng 80 % là khoảng 300.000 tấn/năm.
Vì vậy, để đảm bảo sản lượng Etan cung cấp cho khu liên hiệp lọc hóa dầu Long Sơn và hiệu quả kinh tế của dự án, đề xuất lựa chọn công suất Nhà máy chế biến khí NCS2 để thu hồi Etan với công suất thiết kế tối đa là 10 triệu m3 khí/ngày, tương đương với 01 Train của hệ thống khí NCS2.
4.3.Tổng quan về dự án khí NCS2 dự kiến 4.3.1. Nguyên liệu đầu vào Nhà máy NCS2
Khí đồng hành thu gom được từ các mỏ Đại Hùng, Hải Thạch, Mộc Tinh, Thiên Ưng, Mãng Cầu. Dòng này được dẫn về nhà máy Nam Côn Sơn 2 theo đường ống ngầm có đường kính 26” với chiều dài 370 km để xử lý nhằm thu hồi LPG, Condensate, Etan và khí khô (chủ yếu là methane). Hiện nay, nguồn nguyên liệu vào Nhà máy từ bể Nam Côn Sơn. Thành phần nguyên liệu vào nhà máy được thống kê trong bảng 4.1 như sau:
Bảng 4.1. Thành phần các mỏ khí về bờ Nhà máy NCS2 (%mol)
Tên mỏ Hải Thạch,
Mộc Tinh
Thiên Ưng,
Mãng Cầu Đại Hùng
Tên cấu tử % mol % mol % mol
N2 0.129 0.31 0.2 CO2 3.041 9.48 0.07 Methane 86.045 71.2 80.5 Ethane 5.463 9.53 11.91 Propane 2.932 5.23 5.08 I-Buthane 0.672 1.18 0.83 N-Buthane 0.863 1.38 1.02 I-Penthane 0.304 0.56 0.17 N-Penthane 0.214 0.36 0.15 Hexane 0.211 0.44 0.05 Hepthane (C7+) 0.124 0.26 0.01 Octhane - 0.06 -
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 34 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Nonane - 0.01 -
Decane - 0.001 -
Nước 0.003 0.01 -
Tổng hàm lượng 100.001 100.011 99.99 4.3.2. Đặc điểm nguyên liệu đầu vào Nhà máy Nam Côn Sơn 2
Trên cơ sở thành phần các mỏ khí đưa vào đường ống NCS2 và trên cơ sở (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tỷ lệ lưu lượng của các mỏ này. Dự báo thành phần khí đưa vào chế biến ở Nhà máy NCS2 như sau:
Bảng 4.2. Thành phần khí dự kiến đưa vào Nhà máy NCS2
Cấu tử Thành phần trung bình (mole) Cấu tử Thành phần trung bình (mole) H2O 0.0043 i- C5 0.345 CO2 4.197 n-C5 0.241 N2 0.213 C6 0.234 C1 79.248 C7 0.131 C2 8.968 C8 0.02 C3 4.414 C9 0.0033 i-C4 0.894 C10 0.0003 n- C4 1.088 Nhận xét:
- Khí NCS2 có hàm lượng Etan lên đến rất cao khoảng 9% mol, tổng hàm lượng C3 và C4 lên đến khoảng 6% nên có hiệu quả kinh tế để đưa qua chế biến nhằm thu hồi Etan và các cấu tử nặng hơn.
- Dựa vào thành phần các hợp chất của nguyên liệu vào Nhà máy, ta thấy
hàm lượng CO2 khoảng 4.197% với hàm lượng này thì khí nguyên liệu vào
Nhà máy thuộc loại khí chua (hàm lượng CO2 > 2%). Hàm lượng CO2
trong khí cao sẽ gây ăn mòn thiết bị vận chuyển, do tạo ra môi trường acid theo phương trình sau:
H2O + CO2 → H2CO3 H+ + HCO3-
- Ngoài ra với hàm lượng CO2 sẽ dẫn đến giảm nhiệt trị của khí, giảm giá trị sử dụng khí và CO2 còn tạo hỗn hợp đẳng phí với Etan do vậy cần phải
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 35 SVTH: Hoàng Trung Kiên
tách loại hoàn toàn nếu sơ đồ công nghệ có cụm thiết bị tách Etan. Từ những tác hại mà hợp chất CO2 có trong khí mang lại thì yêu cầu trong thiết kế, Nhà máy cần có hệ thống làm ngọt khí để tách bỏ CO2 trước khi vào chế biến.
- Dựa vào kết quả chạy mô phỏng, với thành phần khí nêu trên thì nhiệt độ điểm sương đối với nước là -15.2 0C. Trong khi theo yêu cầu của quá trình làm lạnh để tách Etan thì khí nguyên liệu phải được làm lạnh đến nhiệt độ -90 OC đến -100 OC là thấp hơn nhiều so với nhiệt độ điểm sương của nước trong khí nên có nguy cơ hình thành hydrate trong quá trình chế biến, do đó khí này được xếp vào loại khí có hàm ẩm cao, không đảm bảo chất lượng để chế biến và cần phải được tách loại nước.
- Với thành phần khí nêu trên, nhiệt độ điểm sương của các hydrocarbon ở áp suất 70 – 100 bar là 0.6 0C. Nhiệt độ điểm sương của khí thấp hơn so với nhiệt độ vận hành của khí đầu vào nhà máy (phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường 25 – 320C) nên tại đầu vào nhà máy sẽ hình thành lỏng do vậy cần phải có thiết bị tách khí lỏng đầu vào.
4.4.Đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu 4.4.1.Đặc tính nguyên liệu mỏ Đại Hùng 4.4.1.Đặc tính nguyên liệu mỏ Đại Hùng
Bảng 4.3. Đặc tính kỹ thuật dầu mỏ Đại Hùng
STT TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DẦU ĐƠN VỊ KẾT QUẢ
1
Khối lượng riêng ở 15oC Tỷ trọng d60/60 Tỷ trọng oAPI g/ml - 0 API 0.8708 0.8713 30.90 2 Độ nhớt động học ở 50oC Độ nhớt động học ở 70oC cSt 7.09 4.67 3 Điểm chảy oC 27 4 Hàm lượng paraffin %KL 17.60 5 Trọng lượng phân tử - 260.71
6 Hàm lượng Cặn Carbon Conradson %KL 3.61
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 36 SVTH: Hoàng Trung Kiên
8 Hàm lượng Asphalten %KL 1.75
9 Hàm lượng tro %KL 0.33
10 Hàm lượng muối Clo mg/kg 1608.33
11 Hàm lượng lưu huỳnh tổng số %KL 0.11
12 Hàm lượng Nitơ %KL 0.039
13 Hàm lượng cacbon %KL 85.46
14 Hàm lượng Hydro %KL 12.62
15 Hằng số đặc trưng KUOP - 12
16 Áp suất hơi bảo hòa psi 1.96 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
17 Chỉ số acid mgKOH/g 0.15
18 Hàm lượng tạp chất cơ học %KL 0.092
19 Hàm lượng Vanadium ppm 0.06
20 Hàm lượng Niken ppm 2.36
4.4.2. Đặc tính khí và Condensate đầu vào Nhà máy NCS2
Bảng 4.4. Đặc tính kỹ thuật của khí và Condensate đầu vào Nhà máy GPP2
STT Chỉ tiêu chung Đơn vị tính Đặc tính kỹ thuật
1 Nhiệt độ điểm sương, Max oC -10oC
2 Áp suất lớn nhất Bar 157 3 Áp suất nhỏ nhất Bar 80 4 Nhiệt độ lớn nhất oC 85 5 Nhiệt độ nhỏ nhất oC -10 6 Hàm lượng S tổng ppm 30 7 Hàm lượng H2S, Max ppm 20 8 Hàm lượng O2, Max ppm 7.5
9 Hàm lượng khí trơ % mole 6
10 Tỷ lệ Condensate/khí
Hàm lượng Condensate tối đa sao cho Condensate sau xử lý không lớn hơn 0.05 kg/s.m3 khí sau khi xử lý
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 37 SVTH: Hoàng Trung Kiên
4.5. Đặc tính kỹ thuật các sản phẩm khí từ nhà máy NCS2
Căn cứ vào các yêu cầu về đặc tính kỹ thuật của các sản phẩm khí khô, LPG và Condensate do Tổng Công ty Khí sản xuất và cung cấp phải đáp ứng tối thiểu các yêu cầu kỹ thuật sau đây:
4.5.1. Đặc tính kỹ thuật của khí khô thương phẩm
Bảng 4.5. Đặc tính kỹ thuật của khí khô
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức chất lượng
Phương pháp thử
ASTM
1
Nhiệt độ điểm sương của nước ở 45 bar, nhỏ hơn
o
C < 5 D1141-95
2
Nhiệt độ điểm sương của Hydrocacbon ở 45 bar, nhỏ hơn o C < 5 Theo thành phần khí 3 Hàm lượng chất rắn ppm < 30 Phương pháp trọng lượng 4 Hàm lượng lưu huỳnh tổng, không lớn hơn ppm < 36 D2385-81 5 Hàm lượng H 2S ppm 24 D4810-99 6 Nhiệt trị toàn phần (GHV), không bé hơn MJ/m3 37<GHV<47 D3588-98 7 Thành phần khí D1945-96 8 O2 ppm < 7,5 9 N2 và CO2 % mole < 6,6 10 C6+ % mole < 1
4.5.2. Đặc tính kỹ thuật của Etan thương phẩm
Căn cứ vào yêu cầu của nhà máy sản xuất olefin tại khu công nghiệp Long Sơn, yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm Etan cung cấp cho nhà máy như bảng 4.6.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 38 SVTH: Hoàng Trung Kiên Bảng 4.6. Đặc tính kỹ thuật của Etan STT Thành phần Đơn vị Mức chất lượng 1 Ethane, min %wt 96 2 Methane, max %wt 2 3 C3+, max %wt 2
4 Hợp chất lưu huỳnh, max ppm 400 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.5.3. Đặc tính kỹ thuật của LPG thương phẩm
Bảng 4.7. Đặc tính kỹ thuật của LPG
Mức chất lượng
Tên chỉ tiêu
Propan Butan Bu-pro
Phương
pháp phân tích
Áp suất hơi ở 37.80C, max (KPa) 1430 485 1430 ASTM D1267-87 Hàm lượng lưu huỳnh (max),
(ppm) 185 140 140
ASTM D2784-89 Hàm lượng nước tự do, (%kl) Không
có Không có Không có ASTM D95 Độ ăn mòn tấm đồng trong 1h ở 37.80 C Số 1 Số 1 Số 1 ASTM D 1838-91 Thành phần cặn sau khi bốc hơi
100 ml, max (ml) 0.05 0.05 0.05
ASTM D1657-91
Tỷ trọng ở 150C (kg/l) - - - ASTM
D1657-91
Hàm lượng etan (%mol) - - -
Hàm lượng butan và các chất nặng
hơn, max (%mol) 2.5 - -
Hàm lượng pentan và các chất
nặng hơn, max (%mol) - 2 2
ASTM D2158-97
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 39 SVTH: Hoàng Trung Kiên
4.5.4. Đặc tính kỹ thuật của condensate thương phẩm
Bảng 4.8. Đặc tính kỹ thuật của condensate
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức chất lượng
Phương pháp thử (ASTM) 1 Tỷ trọng ở 15oC Kg/l D1298-99 2 Áp suất hơi ở 37.8 oC, max Psi 11.2 D323-99
3 Hàm lượng lưu huỳnh,
max % Gr 0.15 D1266-98 4 Hàm lượng nước tự do % Gr 0 D95-99 5 Hàm lượng axit tổng, Max Mg KOH/g 0.033 D974-95 6 Độ ăn mòn tấm đồng trong 3h ở 50oC Số 1 D130-94
7 Trị số (RON), min 55 D2699-95a
4.6.Biện luận lựa chọn công nghệ, thiết bị cho nhà máy NCS 2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Căn cứ vào các đặc điểm của khí NCS2 nêu tại mục 4.2 và yêu cầu chất lượng các sản phẩm khí khô, Etan, LPG, Condensate có thể xác định cấu hình hệ thống các thiết bị công nghệ chính của nhà máy NCS2 bao gồm các hạng mục sau:
Hình 4.1. Sơ đồ khối công nghệ chế biến khí NCS2
4.6.1. Lựa chọn thiết bị tách lỏng khí đầu vào
Do nguyên liệu đầu vào của Nhà máy là dòng khí có nhiệt độ là 26 0C, áp suất là 70 - 100 bar. Tại nhiệt độ và áp suất này thì nhiệt độ điểm sương của hydrocarbon là -100C thấp hơn nhiệt độ đầu vào Nhà máy là 260C, do vậy dòng
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 40 SVTH: Hoàng Trung Kiên
khí tại đầu vào của Nhà máy có khả năng tạo lỏng . Do đó phải có thiết bị tách lỏng/khí đặt ngay đầu vào Nhà máy.
Có bốn loại bình tách cơ bản là bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách hình cầu và Slug Catcher. Do hệ thống đường ống vận chuyển nguyên liệu từ mỏ vào bờ thay đổi cao độ liên tục theo địa hình nên trong đường ống có hiện tượng tích tụ lỏng tại những điểm có cao độ thấp của đường ống khi lưu lượng và áp suất của khí trong đường ống nhỏ không đủ áp lực để đẩy lỏng về bờ. Khi lưu lượng khí đầu vào lớn và áp suất cao, lượng lỏng bị tích tụ cuốn theo dẫn đến lượng lỏng vào Nhà máy tăng đột ngột. Vì vậy ta phải lựa chọn thiết bị tách lỏng/khí có thể tích đủ lớn để chứa lượng lỏng này. Căn cứ theo tài liệu Sổ tay thiết kế vận hành và xử lý khí của hiệp hội chế biến khí Mỹ (GPSA) thì Slug Catcher là thiết bị phù hợp nhất vì có khả năng chứa và tách lỏng lớn do cấu tạo là hệ thống các dãy ống