CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH HDS–LCO DUNG QUẤT
RFCC Phương pháp
Phương pháp thử /ASTM Mixed Crude/Max Distilate EOR Tỷ trọng tiêu chuẩn 150C D4052 0.865
Điểm cắt phân đoạn TBP,0C 165+
Đường cong chưng cất 90% vol D86 < 370
Nitrogen, ppm wt max D4629 200
Sulfur, ppm wt max D4294 350
Ăn mòn thùng chứa D130 1A max
Điểm chảy,0C D97 (1)
Điểm chớp cháy,0C D93 > 66
Chỉ số Cetan D4737 (2)
Hàm lượng nước, wt ppm
(max) D1744 100
Độ ổn định oxy hóa,mg/l (max) D2274 25
Màu ASTM D1500 <= 2
(1) Bằng với điểm chảy của nguyên liệu
(2) Không nhỏ hơn chỉ số Cetan của nguyên liệu
Bảng 2.6: Tiêu chuẩn LCO sản phẩm:
2.3.3. Khí ngọt (Sweet Gas)
Sau quá trình HDS,KHí ngọt sẽ được đem đi đốt.Do đó,để đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường,khí ngọt phải gần như loại bỏ hết H2S và NH3
Nguyên liệu nhà máy lọc dầu/ chế độ hoạt động phân xưởng RFCC
Mixed Crude/Max Distilate EOR Thành phần (%thể tích) H2 63.6 H2S 0 NH3 0 H20 2.3 C1 12.2 C2 11.2 C3 6.7 iC4 1 nC4 0.7 C5+ 2.3 Total 100
khối lượng phân tử 12.6
Bảng 2.7: Tiêu chuẩn khí ngọt của phân xưởng HDS [5]:
2.4. Lựa chọn sơ đồ công nghệ
2.4.1. Lựa chọn sơ đồ công nghệ
Như đã giới thiệu ở phần tổng quan thì có 2 sơ đồ công nghệ cho phân xưởng HDS (sơ đồ lạnh và sơ đồ nóng ). Cả 2 sơ đồ đều chia làm 2 khu vực:
- Khu vực phản ứng - Khu vực phân tách
+ Các phản ứng trong quá trình HDS là phản ứng tỏa nhiệt mạnh mà sơ đồ này có khả năng thu hồi nhiệt lớn.
+ Lượng khí tuần hoàn tương đối sạch hơn so với sơ đồ nóng. + Ít mất mát H2.
+ Áp suất hoạt động thấp hơn sơ đồ nóng nên hoạt động an toàn hơn. + Có khả năng khử sâu hơn.
Trong khu vực phân tách ta chọn sơ đồ dùng hơi nước stripping và thiết bị sấy chân không vì:
+ Chi phí hoạt động thấp hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Tránh sự phân hủy HC ở nhiệt độ cao ở đáy tháp nhờ có hơi nước stripping.
Vậy ta có sơ đồ công nghệ như sau [hình 2.1 ]:
2.4.2. Mô tả công nghệ
Nguyên liệu là LCO đến từ phân xưởng RFCC, LCO đầu tiên được đưa qua thiết bị lọc S-2401 A/B . Sau đó được đưa đến thiết bị tách D- 2401 .
Nguyên liệu được bơm bằng bơm nguyên liệu P- 2401 A/B và được trôn lẫn với dòng khí hồi lưu cùng với hydro mới. Hỗn hợp này trước tiên được gia nhiệt với dòng sản phẩm đi ra từ tầng thứ 2 của thiết bị phản ứng E- 2402 A/B/C/D/E ,
E-2401 và đi qua lò đốt H- 2401 để nâng nhiệt độ của nguyên liệu lên đến nhiệt độ của phản ứng trước khi vào tầng thứ nhất.
Nhiệt độ vào thiết bị phản ứng được điều khiển bằng lưu lương dòng Fuel gas vào đốt.
Trong thiết bị phản ứng R-2401 xảy ra các phản ứng no hóa olefine, khử S, Khử N, và bảo hòa Aromatic thông qua các lớp xúc tác.
Sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng được dùng để gia nhiệt cho dòng nguyên liệu thông qua 2 thiết bị trao đổi nhiệt E-2401 và E-2402 A/B/C/D/E . Một phần sẽ được stripping nguyên liệu thông qua E-2404 .
Dòng đi ra khỏi thiết bị phản ứng sau đó được làm lạnh và ngưng tụ một phần trong thiết bị làm lạnh bằng không khí E-2403 . Để tránh sự lắng dọng muối amoni và gây ăn mòn trong E-2403 , người ta phun nước rửa ở đầu vào của E-2403 bằng bơm washing water P-2402 A/B . Nước rửa này là hỗn hợp của nước lạnh mới, nước thu hồi từ thiết bị tách áp suất cao và nước từ khu vực stripping. Hỗn hợp này sẽ được góp tại D-2405 . Dòng tiền sản phẩm sau khi ra khỏi E-2403 được đưa vào thiết bi tách 3 pha ở áp suất cao D-2402 . Áp suất làm việc của D-2402 được điều khiển thông qua lưu lượng của dòng H2 make-up từ máy nén C-2402 A/B và thông qua lưu lượng dòng khí sach đi ra từ thiết bị tách áp suất cao. Một phần pha khí sẽ được đưa qua hệ thống Fuel gas thông qua tháp rữa amin T-2402 , phần còn lại được đưa qua bình tách D-2403 trước khi hồi lưu về máy nén C-2401 .
Một phần nước chứa muối amin sẽ được lấy ra thông qua điều khiển mức và được đưa đến sour water, một phần khác được đưa về D-2405 bằng điều khiển lưu lượng.
Hydrocacbon lỏng được đưa đến thiết bị stripping băng hơi nước T-2401 bằng vale điều khiển mức. Hơi đi ra ở đỉnh T-2401 được ngưng tụ làm lạnh một phần trong D-2406 , hơi đi ra khỏi bình tách được đưa qua bình tách D-2407 trước khi vào tháp hấp thụ amin. Lỏng ra khỏi D-2406 được bơm hồi lưu một phần về lại T-2401 , một phần được lấy ra như dòng sản phẩm Naphtha. Phần đáy T-2401 được dùng gia nhiệt cho dòng nguyên liệu trước khi qua tháp sấy chân không T- 2403 . Lỏng lấy ra ở đấy T-2403 được làm lạnh đến nhiệt độ tồn chứa và đưa về bồn chứa LCO.
2.5. Lựa chọn thiết bị
2.5.1. Thiết bị phản ứng
Trong phân xưởng HDS thì thiết bị phản ứng đóng một vai trò rất quan trọng. Do đó cần lựa chọn để đạt hiệu quả tốt nhất.
Như đã biết các phản ứng HDS là các phản ứng tỏa nhiệt mạnh, nên ta chọn thiết bị phản ứng với nhiều tầng xúc tác cố định có làm mát xen kẻ bằng dòng Quench (H2 hồi lưu về ), loại dọc trục. Thiết bị có dạng hình trụ dứng, hoạt động liên tục trong mổi chu kỳ làm việc của xúc tác. Sở dĩ ta chọn thiết bị phản ứng tầng xúc tác cố định là vì nó có cấu tạo đơn giản, giảm được sự mài mòn của chất xúc tác. Chọn dòng lưu thể đi từ trên xuống, nguyên liệu đi vào dạng 2 pha lỏng- khí (lỏng la gasoil, khí là dòng H2 ), nên ta chọn thiết bị phản ứng có đĩa phân phối lỏng hơi.
2.5.2. Thiết bị trao đổi nhiệt
Đối với thiết bị trao đổi nhiệt, do đặc điểm của quá trình là làm việc ở nhiệt độ cao và áp suất cao nên chọn lưu thể nóng đi trong ống nhằm hạn chế tổn thất
nhiệt và chế tạo dể dàng hơn. Khi nhiệt độ hạ xuống thấp ta chon thiết bị ngưng tụ làm nguội bằng không khí, hoặc thiết bị làm nguội bằng nước để làm lành đến nhiệt độ của bình tách, hoặc nhiệt độ tồn chứa của sản phẩm nhằm giảm chi phí vận hành.
+ Thiết bị thu hồi nhiệt E- 2402: Ta chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng. Số lượng 4 cái.
+ Thiết bị ngưng tụ làm lạnh bằng không khí :với số lượng 3 cái E-2403, E-2405, E-2409.
+ Lò đốt: do nhiệt độ xảy ra phản ứng HDS là khá cao, nên ta cần sử dụng lò đốt để nâng nhiệt độ của dòng nguyên liệu lên đến nhiệt độ phản ứng trước khi vào thiết bị phản ứng. Ở đây ta chọn lò đứng vì nhiệt độ khí đốt vùng bức xạ 700o- 800o phù hợp cấp nhiệt cho nguyên liệu vào thiết bị phản ứng. Số lượng 1 cái.
2.5.3. Bơm
Ở đây ta sử dụng bơm để vận chuyển nguyên liệu gasoil vào thiết bị phản ứng và vận chuyển sản phẩm vào các thiết bị tiếp theo và vào bồn chứa dưới dạng lỏng. Do đó ta chọn bơm ly tâm có trục nằm ngang nối tiếp với động cơ, vỏ bơm có hình xoắn ốc. Loại này có hiệu suất cao, trở lực nhỏ. Số lượng 14 cái (7 cái hoạt động, 7 cái dự trử ).[hinh 2.2 ]
Hình 2.2. Bơm ly tâm
2.5.4. Máy nén
Ở đây máy nén được dùng để nén khí H2 vào thiết bị phản ứng ở áp suất cao 61 bar, nên ta chọn máy nén kiểu pittong nhiều cấp, có làm lạnh trung gian để tao ra áp suất cần thiết. Số lượng 3 cái, 2 cái dùng để nén dòng khí H2 nạp liệu (trong đó có một cái hoạt động, một cái dự trử ) và 1 cái dùng để nén khí hồi lưu[hình 2.3].
Hình 2.3. Máy nén pittong [23 ]
2.5.5. Ballon
Nguyên liệu vào thiết bị tách dưới dạng 2 pha lỏng- hơi trong đó có lẩn nước nên ta chọn thiết bị tách 3 pha nằm ngang có botte tách nước. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Số lượng 3 cái.
+ D-2402: Bình tách áp suất cao.
Hình 2.4. Ballon tách [24 ]
2.6. Lựa chọn chất xúc tác
Tiêu chuẩn của một chất xúc tác trong công nghiệp rất nghiêp ngặt. Trong đó có 2 chỉ tiêu quan trọng nhất là hoạt tính của chất xúc tác và tuổi thọ của chất xúc tác, nó quyết định đến hiệu suất phản ứng và chất lượng sản phẩm.
Trước tiên chất xúc tác phải làm tăng tốc độ của phản ứng mong muốn trong những điều kiên nhiệt độ, áp suất nhất định. Bên cạnh đó xúc tác phải có tác dụng hạn chế đến mức thấp nhất các phản ứng phụ không mong muốn, đặc biệt là các phản ứng làm ngộ độc xúc tác hay tạo lớp cốc bám trên bề mặt xúc tác.
Chất xúc tác yêu cầu phải có giá thành hợp lý, tuổi thọ cao, có khả năng tái sinh dễ dàng.
Trong nhà máy lọc dầu Dung Quất có hai loại xúc tác được nhồi vào thiết bị phản ứng với pha hoạt động xúc tác là hỗn hợp của NiMo.
Một loại xúc tác tiền xử lý được dùng để no hóa thành phần không no trong nguyên liệu do nguyên liệu đi ra từ RFCC hàm lượng olefin và diolefin lớn, hạn chế các phản ứng polyme hóa và sự hình thành cốc ngay cả khi ppH2 thấp, kết quả làm cho chu kì sử dụng xúc tác dài hơn. Xúc tác này có tên là HR-945.
Các đặc tính của loại xúc tác như sau:
Hầu như tất cả các phản ứng mong muốn của quá trình đều được xúc tác bởi loại thứ hai có tên là HR-448 được sản xuất bởi Axen. Một điểm nổi bật rất được quan tâm của loại xúc tác này là hoạt tính khử N và no hóa các aromatic rất cao, siêu hoạt tính khử lưu huỳnh làm nổi bật khả năng xử lý các loại nguyên liệu có nguồn gốc từ các quá trình chuyển hóa bởi nhiệt hoặc xúc tác như FCC.
Tất nhiên người ta lựa chọn loại xúc tác này vì những tính năng ưu việt của nó:
- Vận tốc của các phản ứng khử N và S lớn. - Khả năng no hóa các Aromatic.
- Thời gian sử dụng xúc tác dài
Để có hoạt tính khử lưu huỳnh cao thì loại xúc tác thích hợp nhất là HR-448 bao gồm hổn hợp của Ni và Mo ở dạng sulfure gắn trên chất mang alumin với bề mặt riêng lớn và sự có mặt của chức acide. Trong điều kiện của quá trình, pha sulfure của Ni và Mo ở trạng thái cân bằng, dạng bền vững của pha sulfure là Ni3S2 và MoS2. Đường kính Bề mặt riêng Tổng thể tích lổ mao quản 2-4 mm 140m2/g 0.4cm3/g Nikel (NiO) Molibdenum (MoO3) Đường kính d Bề mặt riêng Tổng thể tích lổ mao quản 3,3 %wt 16,5 %wt 1,2-1,6-2.5 mm 250 m2/g 0.44 cm3/g
Thời gian hoạt động của xúc tác tối thiểu là 2 năm, xúc tác được tái sinh ngay trong thiết bị phản ứng để đốt cốc và chuyển xúc tác từ pha sulfure về lại pha oxyde. • Do nguyên liệu: Chất Kiểu chất độc Nguồn gốc H/l max f H/l max cata Loại bỏ Chú ý Ni, V Vĩnh viễn Feed nặng 4 % wt (3) Asphalten Chất ức chế 200 ppm Tái sinh xúc tác (1) Gôm Tạm thời Cốc hóa,
Tồn chứa 5mg/100ml Tái sinh (2) As, Sb, Pb Vĩnh viễn Do p/ứ khư KL 50 ppb 5000 ppm (3) Nước tự do Tạm thời Ô nhiễm từ bên ngoài Loại theo cách riêng Clorid, muối khoáng Vĩnh viễn Ô nhiễm từ bên ngoài 1% wt (3) Na Vĩnh viễn Ô nhiễm từ bên ngoài 5000 ppm (3) Si Vĩnh viễn Ô nhiễm từ bên ngoài 2 ppm 4 % wt (3),(4) Bảng 2.8: Những chất độc của xúc tác HR-448.
• Do dòng H2 make-up: CO,
CO2
Chất ức chế 50ppm vol Loại theo cách riêng
O2 Chất ức chế 50 ppm vol Loại theo cách riêng
HCl Chất ức chế 1 ppm vol Loại theo cách riêng (5)
Chú ý: (1) Asphalten ức chế hoạt tính no hóa của xúc tác và xúc tiến phản ứng tạo cốc.
(2) Gôm là do đóng kết trong lò đốt rồi tăng nhanh trên bề mặt của lớp xúc tác trên cùng của thiết bị phản ứng.
(3) Xúc tác phải được tháo bỏ và thay xúc tác mới.
(4) Si đến từ chất phụ gia ức chế tạo bọt từ phân xưởng coke hóa, giảm nhớt.