Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện vận hành đến hiệu quả hoạt động của phân xưởng thu hồi lưu huỳnh tại BSR khi thay đổi nguồn dầu thô bằng mô phỏng (tt)

Tuy nhiên, với cấu hình của NMLD Dung Quất được thiết kế để chế biến các loại dầu thô tương đối ngọt và ít cặn bẩn, hàm lượng các tạp chất như lưu huỳnh, nitơ, clo rất thấp, … nên đã dẫn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

ĐỒNG LÂM XUÂN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH ĐẾN HIỆU QUẢ HOẠT ĐỘNG CỦA PHÂN XƯỞNG THU HỒI LƯU HUỲNH TẠI BSR KHI THAY ĐỔI NGUỒN

DẦU THÔ BẰNG MÔ PHỎNG Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học

Mã số : 8520301

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Đà Nẵng – 2022

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học:

TS Nguyễn Thanh Bình PGS TS Nguyễn Đình Lâm Phản biện 1: TS NGUYỄN THỊ THANH XUẬN

Phản biện 2: TS ĐẶNG QUANG VINH

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ (ngành Kỹ thuật hóa học) họp tại Trường Đại học Bách khoa

vào ngày 27 tháng 07 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

− Trung tâm Học liệu và Truyền Thông tại Trường Đại học

Bách khoa_ Đại học Đà Nẵng

− Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa – Đại học

Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp tại Việt Nam thì nhu cầu về sản phẩm xăng dầu trong nước ngày càng tăng mạnh Để đáp ứng được nhu cầu này, đòi hỏi các NMLD trên thế giới, trong đó có NMLD Dung Quất tại Việt Nam, phải tìm kiếm các giải pháp để nâng cao hiệu quả kinh tế, như tăng công suất chế biến, đa dạng hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm, tìm kiếm các giải pháp tối ưu để tiết giảm chi phí sản xuất trong bối cảnh thị trường xăng dầu đang cạnh tranh rất khốc liệt Trên cơ sở đó, mục tiêu hàng đầu của Công ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn là tập trung duy trì tuyệt đối tính ổn định và an toàn trong vận hành của nhà máy, chế biến ra các sản phẩm đạt chất lượng theo yêu cầu của thị trường Tuy nhiên, với cấu hình của NMLD Dung Quất được thiết kế để chế biến các loại dầu thô tương đối ngọt và ít cặn bẩn, hàm lượng các tạp chất như lưu huỳnh, nitơ, clo rất thấp, … nên đã dẫn đến nhiều hạn chế trong việc chế biến các chủng loại dầu thô khác nhau có thành phần tạp chất cao hơn Đặc biệt trong bối cảnh trữ lượng khai thác dầu thô trong nước đang giảm mạnh và các mỏ dầu đang trong giai đoạn cuối của quá trình khai thác nên chứa rất nhiều tạp chất lẫn theo Điều này buộc nhà máy phải tìm kiếm một số loại dầu thô tương đương từ nước ngoài để thay thế như dầu thô Azeri light, Ruby, Espo, WTI, …

để đảm bảo công suất chế biến của nhà máy

Với việc NMLD Dung Quất phải chế biến các loại dầu thô trong nước tại các mỏ ở giai đoạn cuối của quá trình khai thác, cũng như lựa chọn các loại dầu thô thay thế có nguồn gốc từ nước ngoài với hàm lượng tạp chất cao hơn so với thiết kế ban đầu đã gây ra một số ảnh hưởng khá lớn đối với các phân xưởng công nghệ như ARU, SWS, CNU, và RFCC

Trong thời gian vừa qua phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) đã phải đối mặt với vấn đề quá tải trong việc xử lý lượng khí chua của nhà máy Hậu quả của vấn đề này là nhà máy phải xả một phần

lượng khí chua ra ngoài môi trường, nhằm đảm bảo an toàn trong vận hành và tuổi thọ của thiết bị Việc xả thải đã gây hậu quả ảnh hưởng tới môi trường về các hàm lượng khí thải ( NOx, SOx) xả ra môi trường

Với những lý do được nêu ở trên, thì việc “Nghiên cứu ảnh

hưởng của các điều kiện vận hành đến hiệu quả hoạt động của phân xưởng thu hồi lưu huỳnh tại BSR khi thay đổi nguồn dầu thô bằng

mô phỏng” là nhiệm vụ thật sự cấp bách và cần thiết hiện nay tại

NMLD Dung Quất Kết quả của đề tài là cơ sở để từ đó đưa ra các giải pháp xử lý phù hợp giúp duy trì an toàn và ổn định vận hành các cụm phân xưởng của nhà máy trong bối cảnh phải chế biến các loại dầu thô thay thế chứa nhiều thành phần tạp chất hơn so với các loại dầu thô theo thiết kế ban đầu

Chương 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về NMLD Dung Quất

1.1.1 Địa điểm xây dựng NMLD Dung Quất

NMLD Dung Quất thuộc địa bàn các xã Bình Trị và Bình Thuận, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi, nằm trong Khu kinh tế Dung Quất

1.1.2 Công suất chế biến của NMLD Dung Quất

NMLD Dung Quất được thiết kế với công suất chế biến 6,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 148.000 thùng/ngày Dự kiến sau khi đầu tư mở rộng, công suất chế biến sẽ tăng lên 8,5 triệu tấn/năm

1.1.3 Cấu hình NMLD Dung Quất

Gồm 14 phân xưởng công nghệ chính: Phân xưởng chưng cất dầu thô (011 - CDU), Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hydro (012

- NHT), Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (013 - CCR), Phân xưởng xử lý Kerosen (014 - KTU), Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển (015 - RFCC), Phân xưởng xử lý LPG (016 - LTU), Phân xưởng xử lý Naphta của phân xưởng RFCC (017 - NTU), Phân xưởng xử lý nước chua (018 - SWS), Phân xưởng tái sinh Amin (019 - ARU), Phân xưởng trung hòa kiềm thải (020 - CNU), Phân xưởng thu hồi Propylene (021 - PRU), Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (022 - SRU), Phân xưởng đồng phân hóa Naphta nhẹ (023 - ISOM), Phân xưởng xử lý LCO bằng Hydro (024 - LCO HDT)

Ngoài ra, nhà máy có 10 phân xưởng phụ trợ như cụm phân xưởng điện, các phân xưởng cung cấp khí nén và khí điều khiển, hóa

chất, nước làm mát, nước cứu hỏa và nước sinh hoạt, khí nhiên liệu,…

1.1.4 Cơ cấu sản phẩm của nhà máy

Bảng 1.1- Sản lượng các sản phẩm Nhà máy Lọc đầu Dung Quất

Sản lượng (nghìn tấn/

năm)

Phương phức xuất sản phẩm

bồn

3 Xăng máy bay (Jet

Xuất Tàu + Xuất xe

bồn

4 Dầu Diesel ô tô

(DO)

2700 - 2800 Xuất Tàu + Xuất xe

bồn

(FO)

bồn

1.2 Tổng Quan về Khí H2S:

Khái niệm:

Hydro sunfua (H2S) là một chất khí không màu, có mùi thối khó chịu (mùi trứng thối), cấu trúc H2S tương tự cấu trúc phân tử nước H2O, H2S bị phân cực khả năng tạo thành liên kết Hydro của H2S yếu hơn H2O H2S ít tan trong nước nhưng lại tan nhiều trong dung môi hữu cơ, các chất điện li không điện li trong H2S lỏng H2S rất độc, nó độc không kém HCN, ở trạng thái lỏng H2S bị oxy hóa một phần:

H S+H SSH +SH−

Trong nước H2S bị oxy hóa nhiều hơn:[2]

H S+H OH O++SH−

Trong dung dịch nước H2S là một acid yếu

Tính chất hóa học:

Hydro sunfua có tính khử mạnh và tính acid yếu

- Tính khử:

Khí H2S là một chất không bền, dễ bị phân hủy cho lưu huỳnh

và Hydro ở 3000C

Dung dịch H2S không bền, để trong không khí vẫn đục do có lưu huỳnh kết tủa Quá trình trên giải thích tại sao H2S không tích tụ trong không khí mặc dù hằng ngày có nhiều nguồn phát sinh ra nó H2S là chất khử mạnh ngay ở dạng khí hay trong dung dịch

- Tính acid:

Trong dung dịch H2S điện li theo 2 nấc:

2

2

+ −

− + −

Tính chất vật lý:

- H2S là chất khí không màu, mùi trứng thối, nặng hơn không khí

- Khối lượng riêng = 1,5392 kg/l

- Khối lượng phân tử M= 34,08 kg/kmol

- Nhiệt độ nóng chảy tnc= -85,60C

- Nhiệt độ sôi ts= -60,750C

- H2S kém bền, dễ phân hủy, ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi

Nguồn gốc:

- Trong tự nhiên:

H2S sinh ra do chất hữu cơ thối rữa tạo thành, đặc biệt là ở nơi nước cạn, bờ biển và sông hồ nông cạn, các vết nứt núi lửa, ở các suối, cống rãnh, hầm lò khai thác than Ước lượng từ mặt biển phát

ra 30 triệu tấn H2S mỗi năm, và từ mặt đất phát ra khoảng 50-60 triệu tấn mỗi năm

- Trong sản xuất công nghiệp:

H2S sinh ra trong quá trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh

Ảnh hưởng của khí H2S

Trong các khu đô thị nồng độ khí H2S trong không khí thường dưới 0.001 ppm, nhưng ở gần các khu công nghiệp nồng độ khí H2S

có thể lên đến 0.13 ppm Ngưỡng nhận biết của H2S dao động trong khoảng 0.0005-0.13 ppm

a) Tác hại đối với thực vật:

• Thương tổn lá cây

• Rụng lá

• Giảm sinh trưởng

b) Đối với con người:

▪ Nồng độ thấp

• Gây nhức đầu

• Tinh thần mệt mỏi

▪ Nồng độ cao

• Gây hôn mê, tử vong

• Ở nồng độ 150 ppm hoặc lớn hơn gây tê liệt cơ quan khứu giác, đường hô hấp, niêm mạc và giác mạc

1.3 Tổng Quan về lưu huỳnh rắn

Lưu huỳnh còn có tên gọi khác là Sulfur, là một nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn, có ký hiệu là S và có số nguyên tử là 16 Nguyên tố này là một phi kim phổ biến, không mùi, không vị và có nhiều hoá trị

Dạng gốc của phi kim này là chất rắn kết tinh màu vàng chanh

Trong tự nhiên, phi kim này có thể tìm thấy ở dạng đơn chất hoặc trong các khoáng chất sulfua và sulfat Lưu huỳnh được xem là một nguyên tố thiết yếu cho sự sống và chúng được tìm thấy trong 2 axit amin Trong thương mại, chúng được sử dụng trong phân bón hoặc dùng trong thuốc súng, diêm, thuốc trừ sâu và thuốc diệt nấm

Vị trí: Ô thứ 16, chu kì 3, nhóm VIA

Kí hiệu: S

Cấu hình e: 1s22s22p63s23p4

Độ âm điện: 2,58

Đặc Trưng Của Lưu Huỳnh

Ở điều kiện nhiệt độ phòng, lưu huỳnh ở trạng thái rắn xốp và

có màu vàng nhạt và ở trạng thái đơn chất không có mùi Phi kim này khi cháy có ngọn lửa màu xanh lam và toả ra đioxit lưu huỳnh có mùi ngột ngạt, khác thường và tạo cảm giác khó chịu Sulfur không hòa tan trong nước nhưng hòa tan trong đisulfua cacbon và các dung môi không phân cực khác Một số trạng thái ôxi hóa phổ biến của Sulfur là -2, -1(pirit sắt…), +2, +4 và +6 Sulfur tạo thành các hợp chất ổn định với gần như mọi nguyên tố, chỉ ngoại trừ các khí trơ – Ở trạng thái rắn, Sulfur tồn tại như các phân tử vòng dạng vòng hoa S8 và bên cạnh đó nó cũng có nhiều hình thù khác Màu vàng đặc trưng của lưu huỳnh được tạo nên từ việc loại một nguyên tử từ vòng S7 Ngược lại, nguyên tố oxy cùng phân nhóm nhưng lại nhẹ hơn về cơ bản chỉ tổn tại trong 2 dạng là: O2 và O3

Sulfur có tinh thể rất phức tạp, phục thuộc vào các điều kiện cụ thể, các thù hình của chúng tạo thành các cấu trúc tinh thể khác nhau, các dạng hình thoi và xiên đơn S8 là các dạng được nghiên cứu tỉ mỉ nhất

Sulfur nóng chảy có độ nhớt, đây cũng là tính chất nổi bật của phi kim này, độ nhớt này tăng lên theo nhiệt độ do sự hình thành các chuỗi polyme Tuy nhiên, sau khi đã đạt được một khoảng nhiệt độ nhất định thì độ nhớt lại bị giảm do đã đủ năng lượng để phá vỡ chuỗi polymer

Sulfur vô định hình hay còn gọi là “dẻo” có thể tạo ra khi làm nguội nhanh Sulfur nóng chảy Theo nghiên cứu tinh thể bằng tia X, dạng

vô định hình có thể có cấu trúc xoắn ốc với 8 nguyên tử trên một vòng Đây là dạng ổn định ở nhiệt độ phòng và dần chuyển thành dạng kết tinh Quá trình này diễn ra trong vài giờ hoặc vài ngày nhưng có thể tăng tốc nếu có xúc tác

Ứng Dụng Của Lưu Huỳnh

Lưu huỳnh được dùng nhiều trong công nghiệp với các ứng dụng khác nhau Sulfur có dẫn xuất chính là axít sulfuric (H2SO4), được đánh giá là một trong những nguyên tố quan trọng nhất được dùng như nguyên liệu công nghiệp và được xem là quan trọng bậc nhất với mọi lĩnh vực của kinh tế thế giới

Một số ứng dụng chủ yếu của lưu huỳnh:

- Sản xuất axit sulfuric

- Sử dụng trong ắc quy, bột giặt, lưu hoá cao su, thuốc diệt nấm và dùng trong sản xuất phân bóng phốtphat

- Sulfit được sử dụng để làm trắng giấy và làm chất bảo quản trong rượu vang và làm khô hoa quả

Với bản chất dễ cháy, nó còn được dùng trong các loại diêm, thuốc súng và pháo hoa

Sulfat magiê (muối Epsom) có thể được dùng như thuốc nhuận tràng, chất bổ sung cho các bình ngâm (xử lý hóa học), tác nhân làm tróc

vỏ cây, hay để bổ sung magiê cho cây trồng

Lưu huỳnh nóng chảy còn được dùng để tạo các lớp khảm trang trí trong sản phẩm đồ gỗ

1.4 Tổng Quan Về Phân Xưởng Thu Hồi Lưu Huỳnh

Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) được đặt xây dựng tại khu vực A3 nhà máy lọc hóa dầu Bình Sơn, Quảng Ngãi, với công suất thiết

kế thu hồi lưu huỳnh 13 tấn / ngày Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh SRU đang sử dụng công nghệ bản quyền của JACOBS Phân xưởng được thiết kế để xử lý các dòng khí chua từ các phân xưởng xử lý nước chua (SWS), phân xưởng tái sinh amine (ARU), xử lý đốt cháy các dòng khí thải NH3 từ phân xưởng nước chua và dòng khí thải từ phân xưởng trung hòa kiềm (CNU).Dòng khí chua giàu H2S từ phân xưởng xử lý nước chua (SWS) và phân xưởng tái sinh amine (ARU) được đưa tới thiết bị phản ứng nhiệt, nơi sẽ thu hồi lại lưu huỳnh từ các dòng khí này Khí giàu NH3 từ phân xưởng SWS và khí thải của phân xưởng CNU sẽ được đưa tới lò đốt khí thải của phân xưởng SRU Lưu huỳnh được thu hồi từ các dòng khí chua sẽ được thu gom

về các sulfur trap, rồi được chuyển tới bể tách khí D-2508, tại đây sẽ dùng dòng khí stripping để loại bỏ lượng khí H2S còn dư trong lưu huỳnh lỏng ra đuốc đốt khí chua Lưu huỳnh sau khi được tách khí sẽ được bơm lên hai bể chứa sản phẩm lưu huỳnh lỏng TK-2501A/B để lưu trữ và chờ xuất ra xe bồn cho nhà thầu DMC

Chương 2

MÔ PHỎNG 2.1 Giới Thiệu Về Phần Mềm Mô Phỏng

Ngày nay trên thế giới, hầu hết các quốc gia kể cả các quốc gia không có dầu mỏ cũng đã xây dựng cho mình một ngành công nghiệp Lọc – Hóa Dầu nhằm ổn định,phát triển kinh tế và các vấn đề liên quan đến an ninh năng lượng Ngành công nghiệp này đóng vai trò hết sức quan trọng trong công cuộc phát triển đất nước và quốc phòng Sản phẩm dầu mỏ là nguồn năng lượng trụ cột cho hầu hết các ngành công nghiệp trên toàn thế giới Con người ngày càng có những bước tiến xa hơn trong công nghệ nhằm thu hồi triệt để các sản phẩm dầu mỏ Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ thông tin thì việc xây dựng các phần mềm mô phỏng để khảo sát cũng như tìm ra một quy trình phù hợp đã trở nên dễ dàng hơn Trước đây, để lên kế hoạch cho một dự án đòi hỏi nhiều thời gian và khả năng thực hiện dự án đó là khó có thể biết trước được Tuy nhiên, khi các phần mềm mô phỏng ra đời, thì công việc trở nên đơn giản đi rất nhiều Chúng ta có thể thiết kế được nhiều dự án khác nhau và tìm được phương án tối ưu một cách nhanh chóng, cho kết quả chính xác và đạt hiệu quả cao nhất Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình hoạt động của nhà máy

Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm việc và chế độ hoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một đơn vị hoạt động nào đó

2.2 Mô Phỏng Công Nghệ Phân Xưởng Thu Hồi Lưu Huỳnh

Bằng Hysys

2.2.1 Các Thiết Bị Chính

Các thiết bị chính tại phân xưởng thu hồi lưu huỳnh bao gồm :

Thiết bị phản ứng nhiệt : H-2501 và H-2502

Quạt gió cấp khí chính : B-2501A/B

Thiết bị phản ứng claus thứ nhất : R-2501

Thiết bị phản ứng claus thứ hai : R-2502

Thiết bị phản ứng superclaus : R-2503

Thiết bị trao đổi nhiệt : E-2501 , E-2502, E-2503, E-2504, E-2505 Thiết bị thu hồi nhiệt và sinh hơi : SG-2501, SG-2502

2.2.2 Mô tả sơ đồ công nghệ

Dòng khí công nghệ chứa H2S được trộn lẫn với dòng không khí đưa tới thiết bị phản ứng nhiệt ( combustion chamber), tại đây một phần dòng khí H2S sẽ được đốt cháy thành SO2 Lượng nhiệt dư được đưa tới thiết bị thu hồi nhiệt thải ( Waste heat boiler) tạo ra dòng hơi nước thấp áp đưa lên mang hơi của nhà máy Dòng công nghệ sau thiết bị phản ứng nhiệt được đưa tới thiết bị ngưng tụ Condenser và lưu huỳnh ngưng tụ được đưa ra khỏi thiết bị tới hệ thống thu gom lưu huỳnh lỏng Lượng khí công nghệ còn lại được tới thiết bị gia nhiệt trước khi tới thiết bị phản ứng Claus thứ nhất, sau đó được đưa tới thiết bị ngưng tụ Condenser , lượng lưu huỳnh lỏng được rút ra và đưa tới hệ thống thu gom lưu huỳnh lỏng Khí công nghệ sau đó được đưa tới thiết bị gia nhiệt thứ hai, trước khi vào thiết bị phản ứng Claus thứ hai, sau khi phản ứng tại xong thì được đưa tới thiết bị ngưng tụ thứ ba, lưu huỳnh lỏng được rút ra và đưa về hệ thống thu gom lưu huỳnh lỏng Lượng khí còn lại sẽ được đưa tới lò đốt để đốt cháy hoàn toàn lượng khí lưu huỳnh dư thành SO2 trước khi thải ra ngoài môi trường

2.2.3 Thông số các thiết bị chính

Thiết bị phản ứng nhiệt chính H-2502 :

Các dòng khí chua công nghệ từ các phân xưởng xử lý nước chua SWS và phân xưởng tái sinh amine ARU sẽ được đốt cháy một phần tại thiết bị phản ứng nhiệt này ( H-2502 ), nhiệt độ phản ứng trong buồng đốt từ 1200 độ C tới 1250 độ C Tại đây một phần lượng khí H2S sẽ được đốt cháy thành SO2