Bảng 2. 39 Cân bằng vật chất phân xưởng CCR
Feed Product HN 986.95 Gasoline_VB_HDS 49.31 H2 25.67 C1 16.85 C2 31.33 C3 44.07 iC4 31.75 nC4 31.75 Reformat 854.84 Total 1036.26 1036.26 2.6.5 Tóm tắt phân xưởng CCR
Nguyên liệu là dòng heavy naphtha từ phân xưởng ADUvà dòng Gasoline VB đã xử lý bằng hydro ( Gasoline VB-HDS) được đưa vào phân đoạn thiết bị phản ứng để thực hiện quá trình reforming, dòng sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng được đưa đi xử lý phân tách dòng khí nhẹ và hydrocacbon lỏng. Dòng khí đi lên trên được đưa sang Gas
Plantđể loại bỏ H2S và đưa ra sản phẩm là khí hydro kỹ thuật cùng dòng mix C3, C4. Ta
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 62
2.7 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi – Fluidized Catalytic Cracking (FCC) Mục đích của phân xưởng Mục đích của phân xưởng
Quá trình cracking xúc tác hoạt động với các phân tử hydrocacbon nặng nằm trong khoảng sôi trên khoảng 350°C. Nó phá vỡ chúng thành các hydrocacbon có trọng lượng
phân tử thấp hơn, chủ yếu bao gồm xăng cắt từ C5+ đến 200 hoặc 220°C, ở áp suất thấp
trên chất xúc tác axit ở nhiệt độ khoảng 500°C. Ngày nay, đây là quy trình chuyển đổi tinh chế hàng đầu về số tấn nguyên liệu được chế biến và lượng chất xúc tác được sử dụng.
Nguyên liệu và sản phẩm
Nguồn cấp nguyên liệu điển hình đi vào FCC là sản phẩm chưng cất chân không (VCO hoặc Gasoil chân không), có điểm sôi đầu tiên là 350-380°C và điểm cuối khoảng 550-560°C. Tuy nhiên, nhà tinh chế rất thường thêm các nguyên liệu khác có trọng lượng phân tử tương đương nâng cấp từ các đơn vị chuyển đổi khác nhau. Kể từ đầu những năm 80, xu hướng hướng tới nguyên liệu nặng hơn bằng cách bổ sung các lượng khác nhau
(10 đến 50% nói chung) dư lượng khí quyển (AR) 350+ hoặc 380oC +.
Có thể thu được rất nhiều loại sản phẩm, từ khí nhẹ (C4-) đến các phân đoạn rất
nặng (HCO: 350-550°C, Slurry 550°C +) và thậm chí cả coke. Thông thường, sản phẩm có giá trị cao nhất là xăng với một năng suất trung bình khoảng 50% trọng lượng liên quan đến nguyên liệu.
Nguyên lý hoạt động của phân xưởng
Dù là công nghệ nào, nó về cơ bản được tạo thành từ một lò phản ứng và một bộ tái sinh. Do vận tốc bề mặt của không khí trong bộ tái sinh hoặc của hơi nước trong vùng stripping của lò phản ứng, chất xúc tác tan ra và tạo thành một pha đậm đặc được phân tách rõ ràng khỏi pha loãng bao gồm phần trên trong cả hai bình. Bằng cách này, các cấp độ được thiết lập và có thể được kiểm soát. Chất xúc tác được giữ ở trạng thái sôi và tuần hoàn liên tục giống như chất lỏng giữa thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh. Quá trình tầng sôi được đặc trưng bởi động lực hoạt động rất nhanh. Thông thường, chất xúc tác chạy một chu trình hoàn chỉnh trong vòng chưa đầy 15 phút, tức là phản ứng, tách các sản phẩm phản ứng khỏi chất xúc tác, tách chất xúc tác và tái sinh.
Nguyên tắc hoạt động cơ bản của FCC dựa trên sự cân bằng nhiệt đạt được liên tục giữa lò phản ứng và thiết bị tái sinh. Tuần hoàn chất xúc tác là véc tơ năng lượng, nó cung cấp năng lượng cần thiết để hóa hơi nguyên liệu trong lò phản ứng và để xảy ra phản ứng cracking thu nhiệt. Năng lượng đến từ bộ tái sinh trong đó than coke, một sản phẩm phụ của phản ứng cracking, bị đốt cháy. Than coke được đặt trên chất xúc tác trong lò phản ứng và vô hiệu hóa nó, vì vậy khi chất xúc tác đã qua sử dụng đến từ lò phản ứng hoạt động của nó phải được phục hồi bằng cách loại bỏ than coke.
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 63
Sự cân bằng nhiệt phụ thuộc vào các đặc tính của nguyên liệu được chế biến. Đối với nguyên liệu có Conradson carbon thấp, chẳng hạn như sản phẩm chưng cất chân không, năng suất than coke quá thấp để đáp ứng nhu cầu của đơn vị. Năng lượng phải được cung cấp cho hệ thống bằng bộ gia nhiệt sơ bộ cấp liệu. Đối với nguyên liệu có chứa tỷ lệ cặn ít hơn hoặc lớn hơn, năng lượng có sẵn từ quá trình đốt than coke có thể là quá mức và nhiệt sẽ phải được xuất ra để quá trình có thể hoạt động được.
Lượng chất xúc tác trong tuần hoàn kiểm soát mức độ nghiêm trọng của phản ứng và lần lượt chuyển đổi đối với một nguồn cấp nguyên liệu nhất định. Do đó, điều tối thiểu quan trọng là duy trì cân bằng giữa quá trình cháy và cân bằng nhiệt của phản ứng. Sự cân bằng này xác định động học hóa học của phản ứng chuyển hóa xảy ra trong lò phản ứng.
2.7.1 Tính toán nguyên liệu cho phân xưởng FCC
Nguyên liệu của phân xưởng FCC sử dụng trong dự án bao gồm VD (Vacuum Distillate) đã xử lý HDS và VD chưa xử lý HDS. Ta tính toán phần trăm nguyên liệu sử dụng, tính chất của nguyên liệu là hỗn hợp của 2 phân đoạn trên.
Bảng 2. 40 Tính toán nguyên liệu cho phân xưởng FCC
Nguyên liệu VD không xử lý HDS VD Đã Khử S TOTAL
m, kt/y 235.82 2122.21 2358.03
V, 103 m3/y 258.53 2394.82 2653.36
Hiệu suất xử lí, % 100 100
% Trong nguyên liệu FCC 10.00 90.00 100
VD qua FCC, kt/y 235.82 2122.21 2358.03 V , 103 m3/y 258.53 2394.82 2653.36 d154 0.9122 0.8862 0.8887 SG 0.9140 0.8905 KUOP 11.85 11.85 oAPI 23.32 27.40 %S 2.403 0.087 0.318 VD còn lại 0 0 0 Tvmav 432.8 432.8
2.7.2 Tra hiệu suất chuyển hóa, lượng cốc, LCO tạo thành, tính lượng cặn HCO tạo thành, hiệu suất thu xăng, thành phần khí khô.
Sử dụng biểu đồ 1 của FCC: Từ giá trị của °API và KUOP của nguyên liệu, ta suy ra được : Hiệu suất chuyển hóa theo % thể tích của nguyên liệu, % khối lượng cốc tạo thành, % thể tích gasoil sản phẩm LCO.
Cặn HCO = 100 - hiệu suất chuyển hóa theo % vol nguyên liệu - % vol gasoil sản phẩm.
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 64
Bảng 2. 41 Bảng tra hiệu suất chuyển hóa, lượng cốc, LCO tạo thành, tính lượng cặn HCO tạo thành
Feed VD đã và chưa xử lý HDS
Processing mass flow, kt/y 2358.03
Processing vol flow, 103m3/y 2653.36
d154 0.8887 Kuop 11.85 API 27.40 Conv, %vol 72.03 %m COKE, %wt 5.26 %LCO, %vol 15.97
%HGO + Slurry, %vol 12.00
2.7.3 Tra hiệu suất thu xăng và thành phần khí khô.
Theo dữ liệu ban đầu, sản phẩm xăng của phân xưởng FCC có RON claire = 93 Như vậy, từ giá trị RON cl và hiệu suất chuyển hóa theo % thể tích của nguyên liệu, ta sử dụng biểu đồ 2 của FCC và suy ra được: hiệu suất thu xăng 10 RVP, thành phần khí khô.
Bảng 2. 42 Hiệu suất thu xăng và thành phần khí khô
Conversion, %vol 72.03
Select RON 93
FCC Naphtha (10 RVP) Yield, % vol 56.03
Dry gas Yield, %wt 8.80
2.7.4 Tra thành phần của khí.
Sử dụng biểu đồ 3, từ % khối lượng của khí khô tra được thành phần của khí như sau:
Bảng 2. 43 Tra thành phần của khí
Dry gas composition, %wt 8.80
C2- Yield, %wt 1.99
C3= Yield, %wt 5.03
C3 Yield, %wt 1.91
C4= Yield, %vol 5.25
(iC4+nC4 ) Yield, %vol 10.54
2.7.5 Xác định hàm lượng lưu huỳnh trong các sản phẩm của phân xưởng FCC.
Xăng 10 RVP là xăng có áp suất hơi bão hòa ≈ 0,69 bar
Xác định % S trong các sản phẩm của quá trình FCC (sử dụng biểu đồ số 3 FCC),
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 65
Bảng 2. 44 Hàm lượng lưu huỳnh trong các sản phẩm của phân xưởng FCC
%S FCC Feed, %wt 0.318
%S FCC Naphtha, %wt 0.034
%S LCO, %wt 0.495
%S (HCO+Slurry), %wt 1.214
2.7.6 Tính toán lượng sản phẩm cho phân xưởng FCC.
Bảng 2. 45 Tính toán lượng sản phẩm cho phân xưởng FCC
PRODUCT %wt %vol d154 Flowrate kt/y 103m3/y C2- 1.99 47.02 C3= 5.03 0.523 118.58 226.73 C3 1.91 0.508 44.94 88.46 C4= 3.55 5.25 0.601 83.71 139.29 iC4 3.39 0.563 79.83 nC4 3.39 0.585 79.83 iC4 + nC4 6.77 10.54 0.571 159.65 279.61 ΣGAS 19.25 453.90 FCC Naphtha (10RVP) 45.08 56.03 0.7151 1063.04 1486.57 LCO 16.57 15.97 0.922 390.61 423.65 HCO+Slurry 13.84 12.00 1.025 326.39 318.43 Coke 5.26 124.09 ΣLIQUID 80.75 1904.13 TOTAL 100 2358.03
2.7.7 Điều chỉnh áp suất hơi bão hòa bằng C4
Dựa theo tài liệu thực nghiệm, ta có áp suất hơi bão hòa Reid của xăng thu được
(chưa bổ sung C4) là 330 mbar. Trong khi đó, mong muốn xăng thu được là xăng 10 RVP
có giá trị áp suất hơi bão hòa là 690 mbar. Do đó, cần phải ổn định áp suất hơi bão hòa cho xăng FCC, tức là kể đến việc bổ sung thêm C4 vào để đạt được xăng 10 RVP. Theo
thực nghiệm, cứ thêm 1% thể tích C4 thì áp suất tăng lên 50 mbar. Do vậy, phần trăm thể
tích C4 cần thêm vào:
%volC4 (thêm vào) = 𝟔𝟗𝟎−𝟑𝟑𝟎
𝟓𝟎 = 𝟕, 𝟐% (so với xăng)
Phần trăm thể tích C4 thêm vào so với nguyên liệu:
%vol C4 (thêm vào) = 7.20%*56,03% = 4,03% (so với nguyên liệu)
Lượng C4 thêm vào xăng là iC4 và nC4.
Hàm lượng khí còn lại so với nguyên liệu ban đầu:
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 66
Khi tính cân bằng vật chất, ta phải trừ đi lượng C4 hòa tan trong xăng.
2.7.8 Tính chất của các sản phẩm phân xưởng FCC.
Bảng 2. 46 Tính chất của các sản phẩm phân xưởng FCC
Properties d15 4 %S RON clair M (g/mol) TP (oC) Cetane Index RVP, bar Vis 20oC, cSt Vis 50oC, cSt Vis 100oC, cSt Tflash, oC FCC Naphtha 10 RVP 0.7151 0.034 93 104 - - 0.69 - - - - LCO 0.922 0.495 - 173 -19 21.1 - 4.5 2.79 1.2 71 HCO + Slurry 1.025 1.214 - - 15 - - - 45 6.09 132.8
2.7.9 Cân bằng vật chất cho phân xưởng FCC.
Bảng 2. 47 Cân bằng vật chất cho phân xưởng FCC
Product/Fraction Feed Product VD không xử lý HDS 235.82 VD đã qua HDS 2122.21 C2- 47.02 C3= 118.58 C3 44.94 C4= 83.71 iC4 79.83 nC4 79.83 iC4 + nC4 159.65 ΣGAS 453.90 FCC Naphtha (10RVP) 1063.04 LCO 390.61 HCO+Slurry 326.39 Coke 124.09 ΣLIQUID 1904.13 TOTAL 2358.03 2358.03 2.7.10 Tóm tắt phân xưởng FCC.
Phân xưởng FCC thực hiện cracking phân đoạn nặng VD (Vacuum Distillate) nhằm tăng lượng sản phẩm thương phẩm có giá trị cho nhà máy (xăng FCC, LCO, HCO, Khí và Olefins).
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 67
2.8 Phân xưởng đồng phân hóa – Isomerisation. Mục đích: Mục đích:
chuyển hóa các cấu tử mạch thẳng thành các cấu tử mạch nhánh, có chỉ số octane cao để phối trộn xăng.
Nguyên liệu điển hình:
Light Naphtha
Sản phẩm:
Isomerate, C2-, C3, iC4, nC4.
2.8.1 Tính toán nguyên liệu phân xưởng Isomerisation.
Bảng 2. 48 Nguyên liệu phân xưởng Isomerisation
Nguyên Liệu Light Naphtha nC4 - 20 Total Lưu lượng ban đầu (kt/năm) 342.91 35.26 378.17
Năng suất xử lý (%m) 75.52 75.52 75.52
Lưu lượng qua ISOM (kt/năm) 258.97 26.63 285.59
Còn lại 83.94 8.63 92.58
Năng suất (103 m3/năm) 526.47 57.62 441.11
d154 0.6513 0.6119 0.6474
Tmav (oC) 47.1
KUOP 12.8
2.8.2 Tính toán sản phẩm phân xưởng Isomerisation.
Bảng 2. 49 Tính toán sản phẩm phân xưởng Isomerisation
Product/Fraction Feed Product Yield, wt%
LN + nC4-20 285.59 C2- 0.01 0.002 C3 0.99 0.348 iC4 1.77 0.619 nC4 5.06 1.77 Isomerate 277.77 97.261 Total 285.59 285.59 100
2.8.4 Tính chất sản phẩm phân xưởng Isomerisation.
Bảng 2. 50 Tính chất sản phẩm phân xưởng Isomerisation
d154 RON TVP, bar RVP MW SENSIBILITE %S Isomerate 0.647 87.36 1.009 0.952 85.56 2 0
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 68
2.8.5 Cân bằng vật chất cho phân xưởng Isomerisation.
Bảng 2. 51 Cân bằng vật chất cho phân xưởng Isomerisation
Feed Product LN 258.97 nC4-20 26.63 C2- 0.01 C3 0.99 iC4 1.77 nC4 5.06 Isomerate 277.77 Total 285.59 285.59
2.8.6 Tóm tắt phân xưởng Isomerisaton.
Phân xưởng Isomerisation (hay còn gọi là phân xưởng đồng phân hóa) chuyển hóa các cấu tử mạch thẳng thành các cấu tử mạch nhánh (n-parafin thành iso-parafin), có chỉ số octane cao để phối trộn xăng. Sản phẩm chính của phân xưởng là Isomerate.
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 69
2.9 Phân xưởng Alkylation.
Mục đích của phân xưởng Alkylation.
Quá trình Alkylation là quá trình đưa các nhóm alkyl vào phân tử các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ.
Các phản ứng alkylation có giá trị thực tế cao trong việc đưa các nhóm alkyl vào hợp chất thơm , iso parafine , mercaptan , sunfid , amine , các hợp chất chứa liên kết ete ... ngoài ra trong quá trình alkylation còn là những giai đoạn trung gian trong sản xuất các monome , các chất tẩy rửa. Sử dụng quá trình alkylation đã sản suất được một số sản phẩm với quy mô lớn. Trong lọc dầu, quá trình này giúp làm tăng khả năng thu hồi phân đoạn xăng từ các cứ tử nhẹ hơn giúp nâng cao tính kinh tế cho nhà máy.
Nguyên liệu và sản phẩm:
Người ta dùng isobutane và oleffin như propylene hay butene hoặc cả hai trong phân đoạn khí sau Gas Plants làm nguyên liệu cho quá trình Alkylation.
Sản phẩm của quá trình này là dòng Alkylate i-C7 hoặc Alkylate i-C8 theo nguyên
liệu
Nguyên lý hoạt động của phân xưởng.
Quá trình Alkylation trong nhà máy lọc dầu là quá trình thế những nguyên tử Hydro nối với C bằng các nhóm Alkyl.
Các phản ứng này có thể bao gồm 1 trong 2 phản ứng chính sau:
Hình 2. 1 Phản ứng Alkyl hóa
hoặc
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 70
2.9.1 Tính toán nguyên liệu cho phân xưởng Alkylation.
Bảng 2. 52 Nguồn nguyên liệu cho phân xưởng Alkylation
Feed kt/y iC4 C3= ADU 12.04 - KER_HDS 0.00 - LGO_HDS 0.30 - HGO_HDS 0.28 - VD_HDS 0.46 - VB 3.17 - HDS_GVB 0.02 - ISOMER 1.77 - CCR 31.75 - FCC 79.83 118.58 LCO_HDS 0.22 - Total 129.83 118.58
Bảng 2. 53 Nguyên liệu cho phân xưởng Alkylation
Feed iso Butane Propylene Lượng nguyên liệu, kt/y 129.83 118.58
Lượng xử lý, kt/y 129.83 99.19
Phần trăm xử lý, % 100 83.65
Lượng còn lại, kt/y 0 19.38
Lượng xử lý, 103 m3/y 231.06 226.73
d154 0.5619 0.523
2.9.2 Tính toán sản phẩm cho phân xưởng Alkylation.
Bảng 2. 54 Tính toán sản phẩm cho phân xưởng Alkylation
Product Yield, %wt Flowrate, kt/y Alkylate iC7 97.74 223.85
C3 2.26 5.18
2.9.3 Tính chất sản phẩm phân xưởng Alkylation.
Bảng 2. 55 Tính chất sản phẩm phân xưởng Alkylation
d154 RON MW TVP, bar RVP, bar
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 71
2.9.4 Cân bằng vật chất cho phân xưởng Alkylation.
Bảng 2. 56 Cân bằng vật chất cho phân xưởng Alkylation
Product/Fraction Feed Product
C3= 99.19
iC4 129.83
Alkylate iC7 223.85
C3 5.18
Total 229.03 229.03
2.9.5 Tóm tắt phân xưởng Alkyltaion.
Nguyên liệu là dòng khí mix C3, C4 từ phân xưởng PRU được đưa vào thiết bị phản ứng để thực hiện quá trình alkylation, dòng sản phẩm sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng được đưa đi xử lý phân tách dòng khí nhẹ chứa các cấu tử C3 và Alkylation. Dòng khí đi lên trên được đưa đi phối trộn LPG. Ta thu được dòng Alkylate từ đáy tháp sẵn sàng để tham gia phối trộn cho các sản phẩm xăng.
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 72
2.10 Tổng kết tính toán các phân xưởng
Sau khi tính toán công nghệ cho các phân xưởng, tính toán cân bằng vật chất, tính chất các sản phẩm của các phân xưởng và lập bảng cân bằng vật chất và bảng tính chất các sản phẩm cho mỗi phân xưởng. Ta tiến hành tổng hợp và thiết lập bảng cân bằng vật chất cho toàn nhà máy. Thể hiện trực quan các nội dung sau: Các phân xưởng có trong nhà máy, nguồn nguyên liệu dầu thô vào nhà máy, nguồn nguyên liệu dầu vào và sản phẩm đầu ra cho từng phân xưởng, tất cả các sản phẩm có mặt trong nhà máy trước khi phối trộn, tổng hợp tất cả các sản phẩm đó và tổng lưu lượng của tất cả các sản phẩm trung gian phải bằng với lưu lượng dầu thô ban đầu đi vào nhà máy. Thể hiện được việc tính toán và liên kết dữ liệu chính xác. Và thiết lập bảng các tính chất của các sản phẩm trung gian. Quan sát tổng quát được tính chất của các sản phẩm biến đổi như thế nào qua các phân xưởng. So sánh tính chất các sản phẩm trung gian.
Nhóm 7 – Conson Storm Refinery 73
Bảng 2. 57 Cân bằng vất chất nhà máy lọc dầu trước phối trộn
DIST\UNIT ADU VDU FCC CCR HDS(KER) HDS(LGO) HDS(HGO) HDS(LCO) HDS(VD) HDS(GVB) VB ISOMER ALKYL SPTG
H2 25.67 0 -2.40 -2.19 -0.92 -10.39 -0.10 0.07 9.74