M là khối lượng phân tử trung bình của phân đoạn, g/mol ν100 là độ nhớt ở 100oF, cSt
BẢNG TỔNG KẾT TÍNH CHẤT CÁC PHÂN ĐOẠN.
BẢNG TÍNH CHẤT CÁC PHÂN ĐOẠN
GAZ GAS BZN KER LGO HGO RA
Ti-Tf <20 20-70 70-180 180-230 230-310 310-380 >380 Khoảng %m 0-1,5 1,5-5.14 5.14-20,79 20,79-28.5 28.5-42.66 42.66-55.48 55.48-100 %m 1.50 3.64 15.65 7.71 14.16 12.83 44.52 Khoảng %V 0-2,22 2,22-6.96 6.96-24,93 24,93-33.23 33.23-47.9 47.9-60.33 60.33-100 %Vol 2.220 4.74 17.97 8.30 14.66 12.44 39.67 d15/4 0.574 0.647 0.742 0.793 0.847 0.848 0.959 SG 0.575 0.648 0.743 0.795 0.849 0.850 0.961 API 114.572 86.765 58.877 46.581 35.243 34.946 15.755 %S - 0.024 0.035 0.103 0.736 1.184 3.220 RON 64 23.56 %ARO (vol) 1.1 12.47 20,94 TVR(bars) 0.8 0.070 TVV (bars) 0.848 0.071
M 77.5 117.396 158.827 211.762 278.798 431.144IC - - 44.693 44.170 52.953 - IC - - 44.693 44.170 52.953 - Vis 20(cst) 1.750 5.000 15.000 4000 Vis 50 (Cst) 1.130 2.550 5.500 365 Vis 100 0.610 1.120 1.980 25 Pt Ecoul - - - -53.10 -19.20 5.00 10 Kw 12.86 12.05 11.96 11.71 12.15 11.55 Pt eclair -45.84 -0.71 58.73 100.24 132.77 157.08 Tmav ASTM(C) - 49.1 126.0 204.079 272.643 339.028 485.7 RC 8.3
2.2. Phân xưởng chưng cất chân không
2.2.1. Tính cân bằng vật chất
Tùy thuộc điều kiện vận hành của tháp chưng cất chân không, điểm cắt của phần cất chân không và cặn chưng cất chân không có thể điều chỉnh được. Ở đây, ta lấy điểm cắt bằng 550oC. Dựa vào Assay dầu thô, ta lập được bảng sau:
Phân
đoạn Ti-Tf Khoảng %wt % wt %wt vs RA Khoảng %vol % vol % vol vs RA
DSV 380-550 55,48 - 82 26.52 59.6 60,33-84,9 24.57 61.9
RSV >550 80,74-100 18.00 40.4 84,9-100 15.10 38.1
RA 380+ 55,48-100 44.52 100.0 60,33-100 39.67 100
Lưu lượng RA thu được từ phân xưởng chưng cất khí quyển:
mRA = (kt/năm)
Gọi x là phần RA được xử lý tại phân xưởng VDU. Ở đây, ta sử dụng lượng RA đem đi phối trộn các sản phẩm về sau và làm nhiên liệu cho nhà máy là 550 kt/năm.
Khi đó:
Lượng RA được xử lý tại phân xưởng VDU: 3383,27 – 550 = 2833,27 (kt/năm) Bảng đặc điểm nguyên liệu cho phân xưởng VDU:
Khối lượng RA ban đầu, kt/năm 3383,27
Lượng RA được xử lý, kt/năm 2833,27
Phần trăm RA được xử lý, %wt 83,74
Lượng RA dùng để phối liệu, kt/năm 550
Tỷ trọng, d15/4 0,959
Thể tích RA được xử lý, km3/năm 2954,4
Hàm lượng S, %wt 3,23
Độ nhớt ở 100oC, cSt 25
Độ nhớt ở 20oC, cSt 4000
Từ năng suất của RA, ta tính được năng suất của DSV và RSV: mDSV = 0,596. 2833,27= 1687,66 (kt/năm) mRSV = 0,404. 2833,27= 1145,61 (kt/năm)
2.2.2. Tỷ trọng và lưu lượng thể tích của phân đoạn
Ta tính tỷ trọng của DSV theo phương pháp cộng tính thể tích, dựa vào Assay dầu thô (bảng phụ lục I), ta tính được d15/4 DSV = 0,922
Từ đó tính được VDSV = (km3/năm)
Tỷ trọng của RSV có thể được tra theo hiệu suất thu cặn. Từ hiệu suất thu cặn ta tra được d15/4RSV = 1,018
Từ đó tính được: VRSV = (km3/năm)
2.2.3. Nhiệt độ sôi trung bình thể tích của phân đoạn DSV
Tương tự như phương pháp tính nhiệt độ sôi trung bình thể tích cho các phân đoạn ở phân xưởng CDU, ta tính Tmav của phân đoạn DSV theo 3 bước: chuyển đổi từ TBP dầu thô sang TBP phân đoạn DSV, chuyển TBP phân đoạn DSV sang ASTM phân đoạn bằng công thức Riazi – Daubert, cuối cùng tính Tv theo công thức:
Giá trị Tmav = Tv + ΔTv
Kết quả tính toán được cho ở bảng sau:
Bảng 15:
DSV T10 T30 T50 T70 T90 Tv Tmav
TBP 385.06 417.44 450.83 486.66 527.50 - -
ASTM 386.42 413.71 442.36 468.67 505.90 444.26 444.26
2.2.4. Các tính chất của phân đoạn
Hàm lượng lưu huỳnh:
Hàm lượng lưu huỳnh trong phân đoạn DSV được tính theo phương pháp cộng tính khối lượng, dựa vào Assay dầu thô (bảng phụ lục I), ta tính được %SDSV = 2,45% khối lượng.
Hàm lượng lưu huỳnh trong RA bằng 3,23% khối lượng. Từ đó tính được hàm lượng S trong phân đoạn RSV:
Độ nhớt:
Tính độ nhớt ở 100oF và 210oF theo công thức (4.11/97 – [3]) và (4.12/97– [3]). Các giá trị Kw và độ API được tính như sau:
API =
Từ đó ta tính được ν100oF = 74,58 cSt và ν210oF = 8,36 cSt
Dựa vào bảng tiêu chuẩn ASTM Độ nhớt – Nhiệt độ, ta suy ra độ nhớt tại các nhiệt độ cần thiết: ν20oC = 187 cSt; ν50oC = 40 cSt; ν100oC = 7,3 cSt
Điểm chớp cháy:
Điểm chớp cháy của các phân đoạn được tính theo công thức (4.102/164 – [3]):
PE =
Với: T10 là nhiệt độ tương ứng với 10% chưng cât trên đường ASTM, K
T10 = 386,42K (đã tính ở phần trên) → PEDSV = 153,02oC Chỉ số cetane:
Giá trị chỉ số cetane được tính theo công thức (3.129/138 – [2]):
Với ρ = 0,914 kg/l và T50 = 422,36oC → IC = 36,23
Khối lượng phân tử :
Tính theo công thức Riazi như đối với phân đoạn LGO và HGO của phân xưởng chưng cất khí quyển. Ta được giá trị PMDSV = 399,077(kg/kmol)
Điểm chảy (PP) :
Bảng 5 :Cân bằng vật chất phân xưởng VDU
Phân đoạn %wt/RA m(kt/an) v(km3/an) d15/4 %S wt
DSV 59.57 1687.66 1829.59 0.922 2.450
RSV 40.43 1145.61 1124.80 1.019 4.260
Bảng 6 : Tính chất của phân đoạn DSV
Tmav vis 20oC Vis 50oC Vis 100oC Kw Flash Point API PM Pour Point
444.26 187 40 7.3 11.78 153.02 21.59 399.08 22.22
2.3. Phân xưởng giảm nhớt
Phân xưởng giảm nhớt VBU hoạt động với nguồn nguyên liệu là cặn chưng cất chân không (một phần hay hoàn toàn). Mục đích chủ yếu của phân xưởng này là nâng cao giá trị sử dụng của phân đoạn cặn chưng cất chân không, tạo ra cặn giảm nhớt là nguồn phối liệu cho dầu đốt công nghiệp và có thể cho dầu đốt dân dụng.
Các đặc điểm về nguyên liệu như sau:
− Lượng RSV từ phân xưởng VDU: 1145,611(kt/năm) − Tỷ trọng RSV: 1,019
− Hàm lượng lưu huỳnh: 4,26 % khối lượng − Chọn phần trăm RSV xử lý: 48%
− Lượng RSV xử lý tại VBU: 444,29 (kt/năm)
− Lượng RSV làm bitumen (theo nhu cầu): 220 kt/năm − Lượng RSV còn lại: 481,32 (kt/năm)
− Thể tích RSV được xử lý: 436,22 (km3/năm)
Quá trình giảm nhớt tạo ra các sản phẩm là: khí C2-, C3, C4, xăng giảm nhớt, và chủ yếu là cặn giảm nhớt. Hiệu suất thu các sản phẩm được lấy theo số liệu thực nghiệm.
Bảng 7 : Cân bằng vật chất phân xưởng giảm nhớt
Phân đoạn %m %v m(kt/năm) v(km3/năm) d15/4 %S
C2- 0,927 2,393 4,12 11,03 0,373 C3 0,816 1,551 3,63 7,15 0,507 I,n-C4 0,4 0,673 1,78 3,11 0,572 ESS VB 5,878 7,306 26,12 33,68 0,776 1,948 RVB 91,979 88,076 408,66 406,06 1,000 4,507 Total 100 100 444,29 618,72
Các đặc điểm của xăng giảm nhớt và cặn giảm nhớt:
− Áp suất hơi bão hòa thực của xăng giảm nhớt: 0,517 bars − Khối lượng phân tử của xăng giảm nhớt: 89,014 g/mol − Điểm chớp cháy của cặn RVB: 70oC
− Độ nhớt ở 100oC của RVB: 163,689cSt − Độ nhớt ở 50oC của RVB: 40,5 cSt
2.4. Phân xưởng HDS
2.4.1. Tổng quan về phân xưởng HDS
Chức năng của phân xưởng:
- Xử lý lưu huỳnh các phân đoạn sản phẩm trung gian (bán sản phẩm) để đảm bảo hàm lượng S trong sản phẩm thương phẩm dưới mức tiêu chuẩn quy định.
- Xử lý lưu huỳnh trong các phân đoạn là nguyên liệu của các quá trình chuyển hóa, nhằm tránh hiện tượng ngộ độc xúc tác, ăn mòn thiết bị và đảm bảo tiêu chuẩn hàm lượng S trong các sản phẩm của quá trình chuyển hóa. Ví dụ như xử lý HDS cho phân đoạn DSV trước khi làm nguyên liệu cho phân xưởng FCC, xử lý tạp chất bằng Hydro cho phân đoạn xăng nặng và xăng giảm nhớt trước khi làm nguyên liệu cho phân xưởng reforming xúc tác.
Nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS là các phân đoạn từ các quá trình lọc tách vật lý và các quá trình chuyển hóa. Nguyên liệu có thể là các phân đoạn Kerosene, Gasoil nhẹ, Gasoil nặng, các sản phẩm của quá trình chuyển hóa như LCO từ FCC, xăng và gasoil giảm nhớt,…Do đó, vị trí của phân xưởng HDS có thể được minh họa trong sơ đồ sau:
Điều kiện tiến hành quá trình: áp suất thay đổi từ 10 200 bar, nhiệt độ 250 450 oC
Xúc tác của quá trình xử lý bằng H2 được hợp thành từ chất mang γ-Al2O3 và pha hoạt động dưới dạng sunfua Molipđen hay Vonfram(W) được tăng cường bởi Ni, Co. Hàm lượng kim loại: 12-15%, chất tăng cường 3-5%. Tùy theo mục đích của từng quá trình mà thành phần của chất xúc tác sẽ khác nhau:
- Co + Mo: mục đích chính HDS
- Ni + Mo: mục đích chính HDN, HDO, HDAr - Ni + W: mục đích chính HDN, HAD, HDOx
2.4.2. Nguyên liệu
Ta sử dụng 4 nguồn nguyên liệu được xử lý HDS là: KER,LGO, HGO, và LCO. tính toán trên Excel, lượng tối ưu của mỗi loại nguyên liệu là: 0% KER, 45% LGO, 32,5 % HGO, và 0% LCO.
Các số liệu về 4 loại nguyên liệu trên được tổng hợp trong bảng sau:
Số liệu cơ bản của nguyên liệu: KER LGO HGO LCO
Lượng nguyên liệu, kt/năm 586.213 1080.720 970.013 234.285
Lượng xử lý, kt/năm 0.000 486.324 315.254 0.000
Năng suất xử lý, % 0.000 45.000 32.500 0.000
Lượng còn lại, kt/năm 586.213 594.396 654.759 234.285 Lượng xử lý, 1000m3/năm 0.000 574.228 371.575 0.000
d 15/4 , g/cm3 0.793 0.847 0.848 0.961
% S nguyên liệu 0.103 0.723 1.680 0.210
T cuối phân đoạn 230.000 310.000 380.000 376.412
Tf (oC) (theo ASTM) 220.590 296.207 362.078 358.708
S 0.795 0.849 0.850 0.963
KLPT 158.827 211.762 278.798 182.000
Chỉ số Cétane 44.693 44.170 52.953 18.200
Đối với phân đoạn LGO (230 – 310oC) và HGO (310 – 380oC)
- Các số liệu về lưu lượng, tỷ trọng, hàm lượng lưu huỳnh , chỉ số cetane, khối lượng phân tử được lấy kết quả từ phân xưởng CDU.
- Nhiệt độ cuối phân đoạn ASTM được tính theo công thức Riazi – Daubert, với các hệ số a,b được lấy theo T95, a = 1,2146 và b = 0,9657
Đối với phân đoạn DSV:
- Các số liệu về lưu lượng, tỷ trọng, hàm lượng lưu huỳnh , chỉ số cetane được lấy kết quả từ phân xưởng CDU.
- Nhiệt độ cuối phân đoạn ASTM được tính theo công thức Riazi – Daubert, với các hệ số a,b được lấy theo T95, a = 1,2146 và b = 0,9657
- Khối lượng phân tử của DSV được tính theo công thức Lee – Kesler (tr14 – [1])
Với: M là khối lượng phân tử, kg/kmol
Tb là nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn của phân đoạn, K S là tỷ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn
Từ đó, ta tính được M = 391,81 kg/kmol
2.4.3. Tính toán lượng hydro tiêu thụ
2.4.3.1. Lượng H2 để khử S:
Lượng H2 khử S phụ thuộc vào điều kiện tiến hành quá trình, cụ thể hơn là hiệu suất chuyển hóa của quá trình. Từ hiệu suất chuyển hóa của quá trình được giả thiết, tra biểu đồ 1 trong phần HDS, ta có thể tích H2 tiêu thụ ứng với 1% lưu huỳnh bị khử.
Đối với LGO:
Chọn hiệu suất khử S là 97%. Hàm lượng S ban đầu bằng 0,7226%, ta tính được hàm lượng S còn lại và hàm lượng S bị khử:
%S (còn lại) = 2%.0,7226 = 0,022%
%S (bị khử) = 0,7226% - 0,022% = 0,7006%
Từ hiệu suất chuyển hóa ta tra được thể tích H2 tiêu thụ ứng với 1% S bị khử là 13,69 Sm3/m3 nguyên liệu/1%S bị khử. Từ đó, thể tích H2 tương ứng trên 1 m3 nguyên liệu: 13,69.0,7006 = 9,59 (Sm3/m3 nguyên liệu).
Thể tích H2 để khử S tính trên tấn nguyên liệu:
Đối với HGO và DSV, tương tự như đối với LGO, kết quả cho ở bảng sau:
Nguyên liệu KER LGO HGO LCO
Hiệu suất khử S 98 97 96 97 %S ban đầu (%wt) 0.1030 0.7226 1.6798 0.2100 %S còn lại trong sản phẩm (%wt) 0.002 0.022 0.067 0.006 % S bị khử (%wt) 0.1009 0.7009 1.6126 0.2037 Tỉ trọng 0.7930 0.8469 0.8484 0.9610 V H2 tiêu thụ / 1% S (Sm3 H2/m3 charge) 13 13.69 13.71 15.203 V H2 khử S (Sm3 H2/m3 nguyên liệu) 1.312 9.596 22.108 3.097 Lượng H2 khử S (tấn H2/tấn nguyên liệu) 0.148 1.012 2.327 0.288
2.4.3.2. Lượng H2 no hóa Aromatic:
Lượng H2 để no hóa Aromatic tính cho 1 m3 nguyên liệu được tra vào giản đồ, dựa vào điểm cuối trên đường ASTM của các phân đoạn. Kết quả cho ở bảng sau:
Nguyên liệu KER LGO HGO LCO
Tf (oC) (theo ASTM) 220.59 296.21 362.08 358.71 Lượng H2 no hóa vòng thơm m3/ m3charge 3.87 6.3 8.57 8.46 Lượng H2 no hóa vòng thơm ( /tấn ngl) 0.436 0.664 0.902 0.786
2.4.3.3. Lượng H2 no hóa olefin:
Đối với các phân đoạn như LGO, HGO và DSV, vì các quá trình trước đó không có mục đích là bẻ gãy mạch phân tử, do đó có thể xem là hàm lượng olefin trong các phân đoạn này bằng 0, tức là không cần H2 no hóa olefin.
2.4.3.4. Tổng lượng H2 tiêu thụ:
Như vậy, lượng H2 tiêu thụ tổng cho mỗi loại nguyên liệu bằng lượng H2 khử S và H2 no hóa aromatic, olefin.
Ví dụ tính cho trường hợp LGO:
- Tổng lượng H2 tiêu thụ trên 1 m3 nguyên liệu: 9,596 + 6,3 = 15,896
- Lượng H2 tiêu thụ trên năm: 15,896.574,228 = 9127,762 (km3/năm)
- Lượng H2 tiêu thụ: 9127,762.2/22400 = 0,815 (kt/năm)
- Lượng H2S tạo ra: (0,745.486,324)/100 = 3,62 (kt/năm) Tính toán tương tự cho HGO và DSV ta có bảng sau:
Nguyên liệu KER LGO HGO DSV
Tổng H2 tiêu thụ m3/m3 charge 5.182 15.896 30.678 47,53 Tổng H2 tiêu thụ km3/năm 0.000 9127.762 11399.290 36520,54 Tổng H2 tiêu thụ kt/năm 0.0000 0.8150 1.0178 3,26
% H2S tạo thành 0.107 0.745 1.713 2,42
2.4.4. Tính toán lượng khí và xăng thu được
Hiệu suất thu khí: Từ %S bị khử và phân tử lượng của nguyên liệu, tra đồ thị Procedes HDS, ta được hiệu suất thu các khí (so với phân đoạn khí):
Khí C1 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5
Hiệu suất (%) 14 18,5 20 8,5 13 15,5 10,5
Và hiệu suất thu phân đoạn C1 – C5 tra được từ quan hệ phụ thuộc vào phân tử lượng của nguyên liệu và %S bị khử. Ta có hiệu suất thu phân đoạn C1 – C5 của mỗi loại nguyên liệu như sau:
Từ đó ta tính được hiệu suất thu mỗi loại khí so với nguyên liệu, bằng cách nhân hiệu suất thu khí so với phân đoạn khí C1 – C5 với hiệu suất thu phân đoạn C1 – C5.
Hiệu suất thu xăng: Từ hàm lượng S bị khử, tra đồ thị quan hệ giữa %S bị khử với hiệu suất thu xăng (80 – 150oC), ta được hiệu suất thu xăng 80 – 150oC, hiệu suất thu xăng tổng sẽ bằng hiệu suất thu xăng 80 – 150oC cộng với hiệu suất thu iC5 và nC5.
Hiệu suất thu xăng 80 – 150oC đối với trường hợp nguyên liệu là LGO được tra từ phần trăm S bị khử, khoảng 0,48%.
Hiệu suất thu xăng 80 – 150oC đối với trường hợp nguyên liệu là HGO và DSV được
ngoại suy, đối với HGO là 1,064% , với DSV là 1,584% và LCO là 0,097%.
%S bị khử 0.701 Lưu lượng 1.613 Lưu lượng 2.279 Lưu lượng Hiệu suất thu phân
doạn C1- C5 %m 0.334 0.000 0.345 0.000 0.276 1.959 C1 0.044 0.590 0.077 0.468 0.039 0.274 C2 0.058 0.780 0.102 0.619 0.051 0.362 C3 0.063 0.843 0.110 0.669 0.055 0.392 iC4 0.027 0.358 0.047 0.284 0.023 0.166 nC4 0.041 0.548 0.071 0.435 0.036 0.255 iC5 0.049 0.653 0.085 0.519 0.043 0.304 nC5 0.033 0.442 0.058 0.351 0.029 0.206
Hiệu suất thu xăng
80-150oC 0.480 3.225 1.064 2.972 1.584 11.231
Tính toán ta được bảng hiệu suất thu xăng và khí đối với các loại nguyên liệu :
2.4.5. Sản phẩm chính sau HDS
Sau quá trình HDS, bằng các kết quả kinh nghiệm tra từ trang 411 – [3], ta có được các tính chất của sản phẩm khử S. Độ nhớt ở 50oC của LGO giảm đi 0,2 cSt và của HGO giảm đi 0,25 cSt so với LGO và HGO chưa khử S ; độ nhớt 50oC của DSV giảm 0,3 đơn vị so với DSV chưa khử S. Xem như nhiệt độ chớp cháy của các sản phẩm không đổi. Tỷ trọng DSV và LCO giảm đi 0,043 đơn vị ([3]) và chỉ số cetane của DSV tăng 7 đơn vị (ước lượng). Ta có bảng sau:
