Nhà cung cấp John Zink sử dụng công nghệ ADABTM (Adsorption-Absorption) cho hệ thống thu hồi hơi của mình. Trong cơng nghệ ADABTM, John Zink có thể cung cấp hai tùy chọn công nghệ: công nghệ bơm chân khơng vịng chất lỏng (LRVP – Liquid Ring Vacuum Pump) và công nghệ bơm chân không khô DVP – Dry Vacuum Pump). Đặc trưng của các cơng nghệ này được trình bày dưới đây.
3.1.1. Cơng nghệ LRVP
VRU được lắp đặt với hai bình hấp phụ giống nhau và được điền đầy bởi than hoạt tính. Một bình hoạt động ở chế độ nhận hơi hydrocacbon và thực hiện quá trình hấp phụ. Trong khi đó, bình cịn lại sẽ được hoạt động ở chế độ giải hấp. Những van chuyển đổi sẽ được lắp đặt để tự động thay thế những bình hấp phụ trong quá trình hấp phụ và giải hấp. Điều này giúp cho hệ thống hoạt động liên tục mà khơng bị gián đoạn trong suốt q trình thu hồi hơi.
Hình 3.1 Sơ đồ cơng nghệ LRVP –Jonh Zink [21]
Hỗn hợp hơi hydrocacbon và khơng khí được đưa vào bình hoạt động ở chế độ hấp phụ. Tại đây, than hoạt tính sẽ hấp phụ hơi hydrocacbon và cho phép khơng khí sạch đi ra khỏi tháp hấp phụ chỉ với một lượng hydrocacbon tối thiểu. Trong khi một bình hấp phụ được dùng để hấp phụ hơi hydrocacbon thì bình cịn lại sẽ được thực hiện quá trình giải hấp. Quá trình giải hấp được thực hiện kết hợp giữa điều kiện chân khơng cao và thổi khơng khí vào để loại bỏ lượng hydrocacbon đã được hấp phụ trước đó trên than hoạt tính và khơi phục khả năng hấp phụ hơi hydrocacbon của than hoạt tính.
Máy bơm chân khơng vịng chất lỏng (LRVP) được sử dụng để tạo ra chân khơng trong q trình giải hấp. Ngồi ra một quạt hút chân khơng cũng có thể được lắp đặt để nâng cao hiệu quả giải hấp. LRVP hút hơi hydrocacbon tích tụ trên than hoạt tính và được vận hành bằng lưu chất làm kín đặc biệt có gốc ethylene-glycole để nâng cao tuổi thọ của thiết bị quay. Từ LRVP các hơi hydrocacbon không ngưng tụ cùng với hydrocacbon ngưng tụ và lưu chất làm kín được đưa tới một bình tách 3 pha, tại đây lưu chất làm kín sẽ được tách ra. Nhiệt tạo ra trong quá trình nén sẽ được loại bỏ bằng cách cho lưu chất làm kín tuần hồn qua một thiết bị trao đổi nhiệt.
Hơi hydrocacbon không ngưng tụ cùng với một lượng nhỏ khơng khí cịn dư lại được tách ra từ bình tách và sẽ đi vào một tháp đệm hấp thụ. Ngoài ra, lượng hydrocacbon lỏng ngưng tụ được sẽ nổi lên trên bề mặt của lưu chất làm kín trong bình tách như một pha lỏng thứ hai. Nó sẽ được tích tụ dần dần để tạo thành một cột chất lỏng đủ cao để nó có thể chảy thơng qua đường ống gạt để đi vào tháp hấp thụ
Trong tháp hấp thụ, dịng hơi giàu hydrocacbon khơng ngưng tụ từ bình tách được đi qua lớp đệm, tại đây nó sẽ được hóa lỏng, sau đó được thu hồi bởi sự hấp thụ và theo dòng chất hấp thụ lỏng chảy xuống. Chất hấp thụ tuần hồn, có chứa hydrocacbon thu hồi được trong đáy của tháp hấp thụ, từ đó nó được đưa về bể chứa chất hấp thụ như chất hấp thụ đã qua sử dụng. Một dịng nhỏ khơng khí có chứa một lượng hơi hydrocacbon bão hịa khơng bị hấp thụ thốt ra phía trên cùng của tháp hấp thụ và được tuần hồn trở lại bình hấp phụ, tại đây hơi hydrocacbon sẽ được tái hấp phụ.
Một dòng liên tục của chất hấp thụ lỏng mới phải được vận chuyển tới VRU. Dòng chất lỏng hấp thụ này thơng thường là hydrocacbon lỏng mà nó là nguồn gốc của hơi tạo thành. Ví dụ, trong các áp dụng để thu hồi hơi xăng, thì sản phẩm xăng từ các bể chứa xăng bên ngoài thường được sử dụng làm chất hấp thụ. Một máy bơm cung cấp chất hấp thụ mới thường được sử dụng để vận chuyển chất hấp thụ mới đến VRU. Chất hấp thụ mới này có thể được sử dụng với hai mục đích. Một phần của chất hấp thụ mới có thể được đưa đến đỉnh tháp hấp thụ, ở đó nó được sử dụng như là chất hấp thụ sơ cấp để thu hồi hơi hydrocacbon. Phần còn lại của chất hấp thụ mới có thể được sử dụng như là chất làm lạnh trong thiết bị làm lạnh chất làm kín (seal fluid cooler) và sau đó chảy xuống phần đáy của tháp hấp thụ, tại đây nó được sử dụng như là một chất thụ hơi hydrocacbon thứ cấp. Chất hấp thụ đã qua sử dụng có chứa hơi hydrocacbon thu hồi được và sau đó được bơm quay lại bể chứa chất hấp thụ.
VRU được thiết kế để hoạt động tự động mà không cần giám sát. Phân xưởng sẽ được khởi động và chạy tự động khi xe bồn hoặc tàu được nạp xăng. Tương tự như vậy khi quá trình nạp xăng kết thúc thì VRU sẽ tự động tắt và ở chế độ chờ.
3.1.2. Công nghệ DVP
Nguyên tắc hoạt động của công nghệ DVP và LRVP là tương tự nhau, điểm khác nhau duy nhất là trong khi công nghệ LRVP sử dụng bơm chân khơng vịng chất lỏng thì cơng nghệ DVP sử dụng bơm chân khơng khơ để tạo chân khơng cho q trình giải hấp. Cơng nghệ DVP có một số ưu điểm so với cơng nghệ LRVP như sau:
▪ Khơng sử dụng chất lỏng làm kín nên khơng cần hệ thống bơm và thiết bị trao đổi nhiệt phục vụ mục đích bơm và làm mát chất lỏng làm kín.
▪ Tiêu thụ điện năng ít hơn do khơng cần hệ thống làm mát chất lỏng làm kín
▪ Chi phí bảo dưỡng thấp hơn.
▪ Không quan ngại về nhiễm bẩn sản phẩm bởi chất lỏng làm kín.
Hình 3.2 – Sơ đồ Công nghệ DVP của John Zink [22]
Bên cạnh đó cơng nghệ DVP cũng có một số nhược điểm so với công nghệ LRVP như sau:
▪ Chi phí đầu tư ban đầu lớn hơn do bơm chân không khơ đắt hơn bơm vịng chất lỏng cộng với các thiết bị đi kèm.
▪ Một số loại bơm chân không khô không cho phép chạy liên tục trong một thời gian dài. Điều này đặc biệt không phù hợp với những ứng dụng thu hồi hơi trong đó thời gian xuất sản phẩm kéo dài, ví dụ xuất xăng ra tàu biển.
Từ những so sánh ưu nhược điểm giữa hai công nghệ LRVP và DVP của John Zink nói trên, tác giả đề xuất tập trung nghiên cứu và thiết kế và lựu chọn công nghệ LRVP để triển khai thực tế.
3.2. Công nghệ VRU của Borsig
Hỗn hợp hơi hydrocacbon/ khơng khí được hút vào các máy nén vòng chất lỏng, C1, và được trộn với xăng từ bồn. Máy nén thực hiện nén hỗn hợp tới áp suất vận hành (thông thường là 3,5 barG). Máy nén vòng chất lỏng sử dụng hydrocarbon lỏng để làm kín, điều này giúp tạo ra một vòng làm kín và loại bỏ nhiệt của q trình nén khỏi dịng khí. Khí nén cùng với chất lỏng từ máy nén được đưa đến bình hấp thụ (scrubber) V1, tại đây chất lỏng được tách ra khỏi hơi nén.
Máy nén vòng chất lỏng
Bơm chân không
Bể chứa Chất hấp thụ và sản phẩm thu hồi Bơm Hơi hydrocacbon từ xuất hàng Màng lọc Chất hấp thụ Khí sạch Khách hàng
Hỗn hợp hơi xăng sẽ được cấp từ phía dưới lên của bình hấp thụ và tiếp xúc với xăng dạng lỏng được phun từ phía trên xuống, việc này sẽ làm tăng hiệu quả hấp thụ và thu hồi được hydrocarbon. Hỗn hợp hơi khơng khí cịn lại đi ra khỏi bình hấp thụ từ phía trên của bình hấp thụ và sẽ được đưa tới các mơ-đun màng lọc.
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý thu hồi hơi bằng phương pháp màng [23]
Các mô-đun màng lọc là các hộp màng được sắp xếp song song trên hệ thống phân phối (số lượng đơn vị màng phụ thuộc vào công suất của trạm xuất và hiệu suất thu hồi). Bơm chân không tạo ra một áp suất chân khơng phía bên kia của màng do đó tạo ra một sự khác biệt áp suất giữa hai phía của màng lọc. Sự chênh lệch áp suất này dẫn đến việc hơi xăng dầu được ưu tiên thấm qua màng. Do đó, màng tách hỗn hợp hơi xăng thành hai luồng, một dịng khơng thấm qua màng với hàm lượng hơi hydrocacbon thấp và một dòng thấm qua màng lọc với hàm lượng hơi hydrocacbon cao.
Dịng hơi khơng thấm được qua màng đã được làm sạch dưới sự tách lọc một cấp sẽ được tập trung lại và được hoặc thải vào khí quyển hoặc đưa đến giai đoạn thứ hai để đạt được hiệu quả thu hồi mong muốn. Dòng thấm qua màng được cung cấp tới đầu vào của máy nén, trộn lẫn với đầu vào hơi xăng từ bồn chứa, các họng xuất để tạo ra một dòng hơi giàu lượng xăng như mơ tả ở trên. Hiệu suất hấp thụ của bình hấp thụ là khá cao do áp suất hoạt động cao và hơi đi vào được làm giàu hydrocacbon bởi dịng tái sinh.
Hình 3.4. Ngun lý tách của màng lọc [24]
Hệ thống này sử dụng sản phẩm lỏng như là một tiện ích cho máy nén vịng chất lỏng và cho bình hấp thụ, dịng đi vào bình hấp thụ là dòng hai pha, hơi giàu hydrocacbon và hydrocacbon lỏng. Trong bình hấp thụ, các chất lỏng được tách ra từ pha khí cùng với chất lỏng được bổ sung được xuất ra khỏi bình hấp thụ thơng qua các van xả phía dưới và được điều khiển bởi một hệ thống kiểm tra mức tương ứng. Các sản phẩm thu hồi được hấp thụ bởi bình hấp thụ và cũng được tích trữ ở đáy của bình này sau đó đưa trở về hệ thống tồn chứa nhờ bơm và hệ thống kiểm soát mức.
3.3. Đánh giá 02 Nhà cung cấp cung cấp bản quyền công nghệ thu hồi hơi
Để triển khai đánh giá lựa chọn nhà cung cấp bản quyền, tác giả đã gửi các yêu cầu đầu bài và thông số thiết kế, vận hành của trạm xuất sản phẩm của NMLD để 02 Nhà cung cấp Công nghệ VRU là Jonk Zink và Borsig cung cấp các thơng tin.
Bảng 3.1 - Tiêu chí đánh giá lựa chọn cơng nghệ thu hồi hơi cho NMLD Dung Quất.
TT Hạng mục
đánh giá Tiêu chí đánh giá
Đáp ứng của nhà cung cấp
Ghi chú
John Zink Borsig
1 Yêu cầu an toàn
Đảm bảo các yêu cầu an toàn cháy nổ như: - Phân vùng thiết kế - Van chống cháy nổ ngược Các thiết bị được thiết kế ở phân vùng 1 và 2 Cung cấp và lắp đặt các van chống cháy nổ ngược tại khu vực cần xuất và gần cụm VRU.
Các thiết bị được thiết kế ở phân vùng 1 và 2
Cung cấp và lắp đặt các van chống cháy nổ ngược tại khu vực cần xuất và gần cụm VRU.
Cả hai nhà cung cấp đều đảm bảo yêu cầu.
2 Hiệu suất thu hồi hơi
- Đảm bảo hiệu suất thu hồi hơi ≥ 98%. - Đảm bảo lắp đặt hệ thống kiểm sốt khí thải liên tục (CEMS) lắp đặt ở ống xả ra môi trường √ √ √ √
Cả hai nhà cung cấp đều đảm bảo yêu cầu. Các cụm VRU đảm bảo hiệu suất thu hồi ít nhất là 98 tương đương với khoảng 17g hydrocacbon/ m3 khí thải). Thành phần khí thải phụ thuộc vào thành phần xăng, áp suất hơi, nhiệt độ, nhưng cơ bản bao gồm C3 ~ C5 (khoảng 85%), phần còn lại là C1, C2, và C6+. 3 Tận dụng các cơ sở hiện hữu của nhà máy Tận dụng tối đa các cơ sở hiện hữu của nhà máy: - Xăng hấp thụ (m3 /hr) VRU khu cảng VRU khu xe 120 30 150 17
Lượng xăng hấp thụ của cả hai nhà cung cấp đều đủ thấp để có thể tận dụng được bơm xuất xăng đồng thời là bơm cấp chất hấp thụ.
- Bồn chứa hơi trung gian VRU khu xe bồn)
bồn chứa hơi trung gian có dung tích 100 (m3) 4 Tiêu thụ tiện ích phụ trợ - Tiêu thụ điện ước tính kWh): VRU khu cảng VRU khu xe bồn - Tiêu thụ khí điều khiển ước tính IA, N m3 /hr): VRU khu cảng VRU khu xe bồn - Tiêu thụ nước công nghiệp VRU khu cảng VRU khu xe bồn - Tiêu thụ nước N2 VRU khu cảng VRU khu xe bồn 321 61 30 – 35 4– 5 1 – 2 0 – 0.5 12 – 15 3 – 5 893 95 3 – 5 1 – 3 0 0 0 0
Các thông tin tiêu thụ tiện ích phụ trợ chỉ mang tính tham khảo. Lượng tiêu thụ thực tế sẽ được thông tin từ các nhà cung cấp ở các giai đoạn dự án sau khi các nhà cung cấp tiến hành nghiên cứu chi tiết. 5 Diện tích sử dụng VRU cần nằm trọn vẹn trong khu đất hiện hữu, cụ thể: 50m x 10m đối với
√ √ Cả hai nhà cung cấp đều đảm bảo bố trí hệ thống VRU nằm trọn vẹn trong khu đất hiện hữu của nhà máy.
VRU khu cảng 14m x 7m đối vớiVRU khu xe bồn 6 Vận hành, bảo dưỡng Quy trình vận hành đơn giản; dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa; vật tư phụ tùng thay thế sẵn có
√ √ Cả hai công nghệ đều cho phép VRU hoạt động tự động khi có hoạt động xuất xăng.
Cả hai nhà cung cấp đều cung cấp các vật tư cần thiết cho công tác sửa chữa, bảo dưỡng trong vịng 2 năm.
Qua mơ tả công nghệ ở mục 3.1 và 3.2 cùng với việc so sánh, đánh giá cơng nghệ trong phần 3.3 có thể thấy rằng cả hai cơng nghệ than hoạt tính và màng đều phù hợp về mặt kỹ thuật để sử dụng cho mục đích thu hồi hơi xăng từ khu cảng và khu xuất xe bồn. Do đó về mặt kỹ thuật, cả hai công nghệ đều phù hợp, việc lựa chọn công nghệ nào sẽ tùy thuộc vào các đánh giá chi tiết khi triển khai dự án EPC khi tính đến giá thành và cơng suất của hệ thống thu hồi hơi.
Chương 4
KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP KẾT NỐI
4.1. Hệ thống đường ống công nghệ
Tại trạm xuất đường biển, hơi được thu hồi thông qua các cần (loading arm) thu hồi hơi nối với các đường ống thu hồi hơi (các cần thu hồi hơi sẽ được lắp đặt mới kết nối vào các cần xuất xăng hiện hữu). Các đường ống thu hồi hơi sẽ được đi qua các van chống cháy trước khi nhập vào đường ống chính và đi vào cụm VRU. Hệ thống đường ống hơi sẽ được sắp đặt bên cạnh các hệ thống ống và giá đỡ có sẵn, đã được khảo sát thực tế. Ngồi ra, các vị trí đấu nối đường ống đường ống xuất sản phẩm xăng hiện hữu dự kiến triển khai ở vị trí gần VRU, giảm chi phí, dễ kết nối, thuận tiện cho việc vận hành hệ thống gần với cụm VRU. Chi tiết bản vẽ kết nối như hình bên dưới.
Tại bến 1& 2 trang bị bổ sung kết nối đường hơi vào 02 cần xuất xăng cho mỗi bến hiện hữu. Lượng hơi hydrocacbon thu hồi trong quá trình xuất sản phẩm xuống tàu sẽ được gom chung và được đẩy trở về cụm VRU đặt tại đầu cảng xuất Jetty.
Hình 4.2 – Kết nối thu hồi hơi từ bến 3&4 Trạmxuất đường biển về hệ thống VRU [26] Tại bến 3& 4 cũng tương tự, trang bị bổ sung kết nối đường hơi vào 02 cần xuất xăng cho bến 4 và 01 cần xuất xăng cho bến 3 hiện hữu. Lượng hơi hydrocacbon thu hồi trong quá trình xuất sản phẩm xuống tàu sẽ được gom chung và được đẩy trờ về cụm VRU đặt tại đầu cảng xuất Jetty.
Hình 4.3 – Kết nối thu hồi hơi tổng thể Trạmxuất đường biển về hệ thống VRU [27] Các đường hòi hơi từ bến 1&2, bến 3&4 được nhập chung lại đưa vào cụm VRU (A8103) đặt tại vị trí bên trong cảng Jetty. Lượng hydrocacbon lỏng thu hồi được sẽ được bơm trở lại bồn chứa xăng tại khu bể chứa sản phẩm. Hơi sau khi thu hồi hydrocacbon sẽ được kiểm tra nồng độ đạt yêu cầu trước khi thải ra môi trường.