4.2.1. Giới thiệu chung
Phân xưởng cracking cặn xúc tác tầng sôi NMLD Dung Quất nằm trong khu vực công nghệ chính của nhà máy [5].
Mục đích chính của phân xưởng RFCC là chuyển hóa cặn dầu thô các loại thành các sản phẩm có nhiệt độ sôi thấp hơn, có giá trị cao hơn, chủ yếu là LPG C3-C4, gasoilin, và LCO. Trong đó naphta được đưa tới phân xưởng NTU, LCO được đưa tới phân xưởng LCO HDT, LPG được đưa tới phân xưởng LTU, một phần được dự trữ trong các bể chứa.
• Bản quyền công nghệ
Phân xưởng RFCC NMLD Dung Quất sử dụng công nghệ cracking cặn xúc tác tầng sôi R.2.R thuộc bản quyền của IFP.
• Nguyên liệu
Phân xưởng cracking cặn xúc tác tầng sôi (RFCC) trong NMLD Dung Quất được thiết kế để xử lý cặn chưng cất khí quyển từ 2 loại dầu thô:
- Dầu thô Bạch Hổ (100% dầu Bạch Hổ)
- Dầu thô hỗn hợp Bạch Hổ và Dubai (tỷ lệ 1 tấn Dubai/5,5 tấn Bạch Hổ)
• Chế độ vận hành
Phân xưởng RFCC có thể linh hoạt hoạt động theo 2 chế độ: - Chế độ maximize RFCC naphta (tối đa xăng)
- Chế độ maximize LCO (tối đa phần cất) • Sản phầm
Các sản phẩm của phân xưởng RFCC đã tìm hi ểu ở mục 2.3. • Chất xúc tác [6]
Xúc tác mới (Fresh Catalyst)
Bảng 4.1.Tính chất của xúc tác mới [6]
Tính chất Yêu cầu
Phân bố kích thước hạt PSD, mm Giảm các hạt có PSD <40mm tránh mất mát xúc tác
Diện tích bề mặt SA, m2/g Theo nhà sản xuất
Hàm lượng Na (%kl) Hàm lượng Na càng thấp càng tốt (<0,2% khối lượng)
Hàm lượng kl đất hiếm Theo nhà sản xuất
Xúc tác cân bằng
Xúc tác cân bằng được rút ra từ phân xưởng RFCC có thể được tái sử dụng hay loại bỏ. Trong trường hợp xúc tác cân bằng có chất lượng tốt thì sẽ được sử dụng khi khởi động phân xưởng để bù vào sự mất mát hay khi rửa xúc tác.
Xúc tác sau khi tái sinh có chất lượng đảm bảo có thể được sử dụng lại: - Tổng hàm lượng kim loại Ni,V tối đa là : 3000÷5000 ppm - Hoạt tính MAT khoảng : 67 wt%
- Kích thước phân tử trung bình khoảng : 70.10-6 m - Lượng xúc tác có kích thước phân tử 0-40.10-6m : trên 10 % - SA(bề mặt riêng) : trên 125 m2/g - CRC (carbon regenerated catalyst) : dưới 0.1 wt% - Hàm lượng các nguyên tố đất hiếm : dưới 1 wt%
Xúc tác bị loại bỏ
Khu vực công nghệ chính của phân xưởng RFCC được chia thành 4 khu vực chính bao gồm [6]:
- Khu vực phản ứng - Khu vực tái sinh xúc tác - Khu vực tách sản phẩm - Khu vực thu hồi khí.
Công nghệ cracking xúc tác với 2 tầng tái sinh xúc tác, hệ thống phun nguyên liệu và hệ thống tác xúc tác độc quyền. Công nghệ này đã lo ại bỏ được nhiều hạn chế của công nghệ FCC trước đó, giúp phân xưởng FCC hoạt động linh hoạt tối đa quá trình chuyển hóa các nguyên liệu cặn dầu thô, cũng như hỗn hợp của khí dầu mỏ và cặn chưng cất chân không.
4.2.2.1. Hệ thống phản ứng
Nguyên liệu được đưa tới đáy của ống nâng D-1501 và được chia thành các dòng có lưu lượng bằng nhau được điều khiển bởi các điều khiển lưu lượng FIC-003A-F tới 6 vòi phun nguyên liệu I-1501A-F, góc tạo bởi 2 vòi phun cạnh nhau là 60 độ, vòi phun hướng một góc 45o với trục của ống nâng. Nguyên liệu được gia nhiệt để đảm bảo sự phân tán tốt và được phối trộn với dòng hơi nước phân tán trong các vòi phun nguyên liệu I- 1501A-F và được phun vào bên trong ống nâng D-1501. Các giọt nguyên liệu được phân tán nhỏ kết hợp xúc tác nóng đã tái sinh theo hư ớng ngược nhau và bị hóa hơi ngay lập tức. Sau khi các phản ứng cracking xảy ra, sản phẩm hơi di chuyển lên phía trên của ống nâng mang theo cả xúc tác. Thời gian lưu trong ống nâng xấp xỉ 2 giây theo ở các điều kiện thiết kế. Hệ thống phun nguyên liệu được thiết kế một cách đặc biệt đảm bảo phản ứng được thực hiện có hiệu suất cao, tối thiểu hóa sự hình thành sản phẩm cốc, khí và dầu slurry [6].
• Khu vực phun nguyên liệu
Dầu nguyên liệu tới ống nâng được gia nhiệt sơ bộ trước khi đưa vào hệ thống phản ứng. Nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ cùng với nhiệt độ của xúc tác tái sinh được điều khiển để có kết quả tối ưu tỉ lệ xúc tác trên dầu. Chất ức chế kim loại được phun vào trong nguyên liệu mới ngay phía đầu của các vòi phun nguyên liệu hoạt động ức chế các ảnh hưởng không mong muốn của Nikel trong nguyên liệu đối với xúc tác. Các điều khiển lưu lượng FIC-003A-F điều chỉnh lưu lượng tới mỗi vòi phun trong hệ thống 6 vòi phun nguyên liệu. Các điều khiển áp suất PG-003A-F trên mỗi vòi phun đư ợc giám sát kiểm tra lưu lượng và chỉ thị trạng thái của các vòi phun.
Tùy thuộc vào chế độ vận hành mà chất lượng của quá trình tuần hoàn tới nguyên liệu là khác nhau được sử dụng. Trong trường hợp chế độ hoạt động đối với nguyên liệu hỗn hợp dầu thô để tối đa lượng gasoline thì quá trình tuần hoàn dòng Naphta nặng được sử dụng với mục đích điều chỉnh độ nhớt của nguyên liệu và cải thiện đáng kể quá trình nguyên tử hóa nguyên liệu. Tác dụng phụ của dòng naphta nặng cũng làm giảm áp suất cục bộ của dầu nặng dẫn đến quá trình hóa hơi diễn ra tốt hơn. Trong trường hợp tối đa distillate (phần cất), quá trình tuần hoàn HCO được sử dụng với mục đích cải thiện chuyển hóa ở đáy (HCO và nặng hơn).
Hơi nước phân tán được cung cấp tới mỗi vòi phun thúc đẩy sự nguyên tử hóa và hóa hơi của nguyên liệu. Lưu lượng tới mỗi vòi phun được điều chỉnh bởi các điều khiển lưu lượng FIC-005-A-F. Phía dưới vòi phun nguyên liệu, hơi nước ổn định cũng được phun vào trong ống nâng, thông qua bốn vòi phun hơi nước ổn định I-1503A-D, với mục đích để thúc đẩy dòng xúc tác được trơn trượt và đồng đều ở điểm đầu vòi phun nguyên liệu. Lưu lượng tới vòi phun đư ợc điều chỉnh bởi điều khiển lưu lượng FIC-007A-D.
Các vòi phun điều khiển nhiệt độ hỗn hợp (Mix Temperature Control) MTC I-1502A- D được đặt ở phía bên trên khu vực phun nguyên liệu để phun dòng Naphta FCC nặng được tuần hoàn. Lưu lượng dòng MTC và lưu lượng dòng hơi nư ớc phân tán tới mỗi vòi phun trong 4 vòi phun được điều chỉnh bởi các điều khiển lưu lượng (FIC-010A-D, FIC- 011A-D).
Áp suất phản ứng phụ thuộc vào áp suất của tháp tách phân đoạn chính và không được điều khiển trực tiếp ở khu vực phản ứng. Một điều khiển áp suất ở bể chứa D-1514 phía trên đỉnh của tháp phân đoạn chính cho phép thực hiện việc điều khiển áp suất hoạt động từ từ trong hệ thống phản ứng.
Thiết bị tách ROSS và các xyclon tách CY-1501A-F phân tách hơi sản phẩm từ xúc tác đã phản ứng và đưa trở lại lớp nhả hấp phụ (stripper). Các ống rút (dipleg) ở phía chân các xyclone được trang bị các van tia nhỏ (trickle-valve) chống lại sự ngược dòng của khí lên các ống rút. Cũng v ậy, thiết bị ROSS được trang bị với các ống rút phù hợp với các ngăn tiền hấp phụ (pre-stripping) của nó. Các ống rút này được bịt kín vào bên trong lớp xúc tác nhả hấp phụ với mục đích ngăn hơi phối trộn trở lại.
• Thiết bị nhả hấp phụ (stripper)
hấp phụ. Vòng hơi nước dưới được đặt ở dưới đáy của đỉnh thiết bị nhả hấp phụ thực hiện duy trì sự giả sôi ổn định ở lối vào của đường ống dẫn chất xúc tác đã sử dụng. Tổng lưu lượng của hơi nước được thiết kế để cung cấp 6kg hơi nước trên mỗi tấn xúc tác được tuần hoàn. Sự tiếp xúc giữa xúc tác và hơi nước được tăng lên bởi sự có mặt của lớp đệm giả sôi (Hình 4.8) cho phép hơi nước và xúc tác ngược dòng đi qua. Sự tiếp xúc hiệu suất cao chiếm chỗ các hydrocacbon dễ bay hơi được chứa trên và trong các hạt xúc tác trước khi đi vào tầng thứ nhất của thiết bị tái sinh xúc tác D-1502. Cốc còn lại trên xúc tác được đốt cháy trong thiết bị tái sinh. Xúc tác được vận chuyển trong đường ống dẫn xúc tác đã s ử dụng với mật độ hợp lý.
• Vận chuyển xúc tác đã sử dụng
4.2.2.2. Hệ thống tái sinh xúc tác
Hình 4.10. Thiết bị tái sinh xúc tác [4]
Tầng tái sinh thứ nhất D-1502 đốt cháy từ 50 tới 80% cốc, lượng cốc còn lại được đốt cháy trong tầng tái sinh thứ hai D-1503. Lượng cốc được đốt trong tầng thứ nhất có thể được thay đổi bằng cách điều chỉnh tốc độ dòng khí nhằm mục đích thực hiện được sự linh động trong vận hành cho phân xưởng với các loại nguyên liệu khác nhau.
Các thiết bị gia nhiệt đốt cháy không khí trực tiếp (H-1501/H-1502) được đặt trong các đường ống dẫn khí đốt tới vòng khí đốt ở tầng tái sinh thứ nhất và vòng khí đốt ở ở tầng tái sinh thứ hai. Các thiết bị gia nhiệt được sử dụng trong suốt quá trình khởi động và tăng nhiệt của thiết bị bao gồm cả quá trình làm khô vật liệu chịu lửa. Các trang thiết bị được cung cấp để chống lại sự quá nhiệt cho các thiết bị trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị gia nhiệt bằng không khí và khống chế an toàn ngọn lửa chống lại các yếu tố không an toàn trong suốt quá trình đốt.
• Tầng tái sinh thứ nhất
Xúc tác đã sử dụng ước chừng từ 1 tới 5% khối lượng cốc chảy từ thiết bị phân phối xúc tác đã s ử dụng và được phát tán khắp trong tầng tái sinh thứ nhất D-1502. Một phần cốc được đốt cháy bằng không khí từ các vòng khí. Thiết bị tái sinh này hoạt động theo mô hình ngư ợc dòng (không khí ở dưới đáy và xúc tác đã s ử dụng ở đỉnh) chống lại sự quá nhiệt của xúc tác. Điều kiện tái sinh mềm để hạn chế sự thủy nhiệt của xúc tác dẫn đến mất hoạt tính xúc tác. Tổng lượng không khí được sử dụng cho tầng tái sinh thứ nhất được điều khiển để giới hạn nhiệt độ trong tầng tái sinh thứ nhất tối đa là 730 oC. Xúc tác được tái sinh một phần chảy xuống phía dưới thông qua lớp nền của tầng tái sinh thứ nhất tới lối vào của dòng khí nâng. Quá trình thông khí trong khu vực này nhằm đảm bảo sự trơn trượt của dòng xúc tác tới ống nâng. Van nút điều chỉnh lưu lượng của dòng xúc tác tới ống nâng và được điều khiển bởi các điều khiển mức LIC-004 trong tầng tái sinh đầu tiên D-1502. Không khí được phun vào bên trong, khí nâng được điều khiển lưu lượng ở một tỉ lệ đủ để nâng xúc tác trong pha loãng (dilute phase) tới tầng tái sinh xúc tác thứ hai D-1503.
Hình 4.11. Bố trí hệ thống xyclon [6]
Dầu đốt được sử dụng để cung cấp nhiệt tới nhiệt độ hoạt động của thiết bị trong quá trình khởi động thiết bị. Dầu và hơi nước trên các điều khiển lưu lượng (FIC-069/077A- C) được điều khiển tới 3 vòi phun SPR-1501A-C phun vào trong lớp xúc tác được gia nhiệt sơ bộ bằng không khí.
• Tầng tái sinh thứ hai
Xúc tác được tái sinh một phần được đưa lên ống nâng và vào trong tầng tái sinh thứ hai D-1503 dưới vòng không khí (air ring). Một thiết bị phân phối ở cuối của ống nâng có nhiệm vụ phân phối xúc tác và không khí từ ống nâng. Xúc tác sau đó được tái sinh hoàn toàn ở điều kiện khắc nghiệt hơn trong thiết bị tái sinh tầng thứ nhất, chỉ còn lại ít hơn
Các xyclon CY-1504A-D được tráng lớp vật liệu chịu nhiệt bên ngoài được sử dụng ở tầng thứ hai loại bỏ xúc tác bị hút vào. Thiết kế của tầng tái sinh thứ hai cho phép lớp vỏ co giãn trong quá trình vận hành với nhiệt độ tái sinh có xu hướng cao hơn đối với từng nguyên liệu dạng cặn. Các ống rút của xyclon ở phía ngoài thiết bị tái sinh. Xúc tác được thu hồi trong xyclon được đưa trở lại lớp nền của thiết bị tái sinh. Quá trình làm thông khí cho ống rút đảm bảo cho dòng xúc tác giả sôi trơn trượt, bên ngoài các ống rút được lắp đặt các van tia nhỏ (trickle) để cản trở xúc tác và khí ngược vào xyclon.
Áp suất của tầng tái sinh thứ hai được điều khiển bởi một dòng khí nhiên liệu thông qua van SV-1504 thông qua áp suất chênh lệch giữa tầng thứ nhất và tầng thứ hai thiết bị tái sinh PDIC-172.
• Vận chuyển xúc tác đã tái sinh
Chất xúc tác đã hoàn nguyên và còn nóng từ tầng thứ 2 chảy vào một thùng chứa xúc tác. Thùng này điều chỉnh mật độ chất xúc tác trước khi vào ống thẳng đứng (standpipe). Thiết kế này đảm bảo sự di chuyển đều đặn, tuần tự của chất xúc tác khi vào ống nâng. Các mào khí (không khí) được đặt ở các vị trí khác nhau của ống đứng để đảm bảo sự cung cấp không khí theo các chế độ lưu chuyển khác nhau của chất xúc tác hoặc khi thay đổi chủng loại chất xúc tác. Chất xúc tác đi qua van điều chỉnh SV-1501, van này khống chế nhiệt độ lò phản ứng bằng cách điều chỉnh lưu lượng xúc tác. Sau đó, chất xúc tác đi qua một đoạn ống nghiêng 45o nối với đáy ống phản ứng. Ở đây có các mào phun hơi nước ổn định làm phân tán chất xúc tác, trước khi đến vùng phun nguyên liệu. Bộ phận phía dưới vòi phun nguyên liệu có nhiệm vụ ổn định dòng chất xúc tác và ngăn không cho nguyên liệu chuyển động ngược dòng.
Hình 4.12. Hệ thống cung cấp và rút xúc tác
• Phần trên cùng tháp (overhead section)
Quá trình ngưng tụ ở đỉnh được thực hiện nhờ thiết bị ngưng tụ không khí, tiếp sau đó là thiết bị ngưng tụ bằng nước. Phần hơi trên cùng đuợc ngưng tụ từng phần, các hydrocacbon lỏng, nước và hơi được tách riêng trong thiết bị phân tách (splitter) hình ống trên cùng. Nước ngưng được bơm tới phân xưởng xử lý nuớc chua. Dòng chất lỏng và khí trên cùng còn lại được đưa tới thiết bị thu hồi khí (gas plant).
• Phần đỉnh tháp (top section)
Dòng LCO/naphtha nặng được đưa đến đỉnh của cột phân đoạn chính, nhiệt thu hồi từ dòng này đu ợc sử dụng trong thiết bị đun sôi lại hơi, thiết bị tách và gia nhiệt cho nuớc của nồi hơi. Dòng naphtha nặng đuợc tháo ra và đuợc phân chia thành 2 phần: phần dầu sạch được đưa tới thiết bị hấp thụ khí thứ cấp (secondary absorber), phần sản phẩm naphta nặng được đưa tới thiết bị tách naphtha nặng để điều chỉnh điểm chớp cháy trước khi đưa dòng naphtha nặng này đến bể chứa. Ở chế độ vận hành tối đa xăng (maximize gasoline), phân đoạn naphtha nặng được đưa đi sản xuất xăng (trong trường hợp này tỷ lệ đun sôi lại là ít nhất). Điểm cắt đuợc điều chỉnh giữa phân đoạn naphtha nặng và phân đoạn xăng nhẹ nhờ bơm dòng hồi lưu tại đĩa trên cùng của tháp.
• Phần giữa tháp (mid section)
Nhiệt được lấy ra xung quanh vùng HCO/LCO. Dòng sản phẩm sẽ được làm lạnh trong thiết bị tách butan, thiết bị chưng lại naphtha nặng, và gia nhiệt cho nước của nồi hơi. Dòng HCO đư ợc tháo ra bên dưới vùng LCO và được đưa đến thiết bị tách HCO. Dòng HCO đã đư ợc tách được làm lạnh nhờ thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt cho sản xuất hơi cao áp. Một phần dòng HCO đã làm l ạnh được đưa lại làm dầu rửa cho thiết