BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Dầu khí là nguồn năng lượng quan trọng trong quá khứ, hiện tại và tương lai của thế giới. Sản phẩm của chúng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các ngành kinh tế thế giới. Ý nghĩa của dầu và sản phẩm của dầu đặc biệt tăng nhanh vào những năm gần đây, nhất là sau cuộc khủng hoảng năng lượng xảy ra tại nhiều nước phát triển. Trữ lượng và tiềm năng dầu khí các bể trầm tích của Việt Nam dự báo là rất đáng kể (khoảng 4600 triệu tấn quy dầu, khí chiếm khoảng 50%, phân bố chủ yếu ở thềm lục địa). Trữ lượng dầu khí đã phát hiện vào khoảng trên 1200 triệu tấn quy dầu, trong đó đã phát triển và đưa vào khai thác 11 mỏ dầu, khí: Đại Hùng, Bạch Hổ, Rạng Đông…. Tiềm năng dầu khí chưa phát hiện ở các diện tích còn lại khá lớn.

Bộ môn: Lọc Hóa - Dầu

BÀI TẬP LỚN MÔN

THIẾT KẾ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Đề tài:

Thiết kế quá trình chưng cất khí quyển của nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn

Giảng viên giảng dạy: Sinh viên thực hiện

ThS Phạm Trung Kiên Lê Thị Ngọc Anh

Lê Tuấn Anh

Mục lục

TỔNG QUAN 3

Chương 1: Nghiên cứu và thiết kế sản phẩm cho quá trình thiết kế 5

1.1 Chọn cơ cấu và chất lượng sản phẩm cho nhà máy lọc dầu [1] 5

1.2 Lựa chọn nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu [1] 12

1.3 Lựa chọn địa điểm xây dựng 15

Chương 2: Khởi tạo và phát triển quá trình thiết kế phân xưởng chưng cất 16

2.1 Tính toán phân xưởng chưng cất dầu thô 16

2.1.1 Hiệu suất thu hồi các phân đoạn theo giá trị điểm cắt phân đoạn 16

2.1.2 Bảng cân bằng vật chất cho phân xưởng chưng cất khí quyển 17

2.1.3 Tính tiêu hao hơi nước 18

2.1.3.1 Lượng hơi nước dùng cho đáy tháp chưng cất 18

2.1.3.2 Lượng hơi nước dùng để tách các sản phẩm 18

2.2 Đánh giá lựa chọn công nghệ 18

2.3 Thiết kế dây chuyền công nghệ 19

2 3.1 Tháp chưng cất chính 19

2.3.2 Các thiết bị phụ trợ trong phân xưởng chưng cất khí quyển 19

2.3 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 21

Chương 3 Xây dựng sơ đồ công nghệ và các chiến lược thiết kế cụ thể 21

3.1 Quy trình công nghệ 21

3.2 Sơ đồ khối hệ thống phân xưởng chưng cất trong nhà máy lọc dầu 21

3.2 Sơ đồ công nghệ hệ thống phân xưởng chưng cất 22

Sơ đồ công nghệ phân xưởng chưng cất khí quyển 23

Chương 4 Thiết kế điều khiển đo 23

4.1 Hệ thống đo và điều khiển quá trình trong phân xưởng chưng cất khí quyển 23

Chương 5: Mô phỏng Hysys 25

5.1 Nguyên liệu dầu thô Kuwait 25

Chương 6 Ước tính cấu hình thiết bị, tối ưu hóa, tính toán kinh tế 29

6.1 Tính toán kinh tế 29

6.1.1 Nhu cầu vê nguyên liệu và năng lượng 30

6.1.1.1 Nhu vầu về nguyên liệu 30

6.1.1.2 Nhu cầu năng lượng 30

6.1.2 Xác định nhu cầu công nhân cho phân xưởng 31

6.1.3 Tính khấu hao cho phân xưởng 32

6.1.4 Chi phí khác cho 1 thùng sản phẩm 32

6.1.5 Hiệu quả kinh tế 33

KẾT LUẬN 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 35

TỔNG QUAN

Dầu khí là nguồn năng lượng quan trọng trong quá khứ, hiện tại và tương lai của thế giới Sản phẩm của chúng được sử dụng rộng rãi trong tất cả các nghành kinh tế thế giới Ý nghĩa của dầu và sản phẩm của dầu đặc biệt tăng nhanh vào những năm gần đây, nhất là sau cuộc khủng hoảng năng lượng xảy ra tại nhiều nước phát triển

Trữ lượng và tiềm năng dầu khí các bể trầm tích của Việt Nam dự báo là rất đáng

kể (khoảng 4600 triệu tấn quy dầu, khí chiếm khoảng 50%, phân bố chủ yếu ở thềm lục địa) Trữ lượng dầu khí đã phát hiện vào khoảng trên 1200 triệu tấn quy dầu, trong đó đã phát triển và đưa vào khai thác 11 mỏ dầu, khí: Đại Hùng, Bạch Hổ, Rạng Đông… Tiềm năng dầu khí chưa phát hiện ở các diện tích còn lại khá lớn

Nhưng một điều đáng tiếc của ngành năng lượng nước nhà đó là chúng ta chỉ mới dừng lại ở giai đoạn khai thác và xuất khẩu dầu thô trong khi đó vẫn phải nhập một lượng ngày càng lớn các sản phẩm dầu mỏ thương phẩm từ nước ngoài gây thất thu một nguồn lợi ngoại tệ lớn Trước tình hình như vậy năm 1998 nhà nước ta quyết định xây dựng nhà máy lọc dầu dầu tiên nhà máy lọc dầu Dung Quất Nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ tập trung sản xuất nhiên liệu, quy mô công suất 6.5 triệu tấn dầu thô/năm và đáp ứng 30% nhu cầu trong nước Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, đã chọn dầu thô Bạch Hổ làm nguyên liệu cơ sở, khi thiết kế tính toán cho 2 trường hợp: vận hành với 100% dầu thô Bạch Hổ

và vận hành với dầu hỗn hợp (85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dầu chua Dubai) Tuy nhiên hiện nay nhà máy lọc dầu Dung Quất mắc phải một số lỗi rất nguy hiểm trong thiết kế quá trình như lựa chọn nguyên liệu, chất lượng sản phẩm Có thể do điều kiện lịch sử,

Việt Nam xây dựng nhà máy đầu tiên khi mà dầu thô Bạch Hổ đang được sản xuất trên

10 triệu tấn/năm, do tình hình kinh tế còn khó khăn, cần mức đầu tư càng thấp càng tốt nên dự án đã chọn nguyên liệu như vậy (Theo các số liệu đã biết là nhà máy chế biến dầu ngọt cần vốn đầu tư ban đầu thường thấp hơn 20 – 25% so với chế biến dầu chua nếu cùng quy mô công suất) [1]

Để đáp ứng yêu cầu phát triển, cũng như đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Đảng và nhà nước ta quyết định xây dựng nhà máy lọc dầu thứ 2, nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn có tổng vốn đầu tư là hơn

9 tỷ USD Dự án có công suất lọc dầu là 200 nghìn thùng/ngày (tương đương với 10 triệu tấn/năm); nguyên liệu dầu thô nhập khẩu từ Cô-Oét (KEC) Từ những sai lầm và kinh nghiệm xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất chúng ta sẽ đúc rút được nhiều bài học trong việc thiết kế và xây dựng nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn Từ những điều phân tích

ở trên, em đã quyết định chọn đề tài: “Thiết kế quá trình chưng cất khí quyển của nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn”

Trong nhà máy lọc dầu có rất nhiều phân xưởng, trong đó phân xưởng chưng cất khí quyển là một phân xưởng quan trọng và luôn hiện diện trong bất kỳ nhà máy lọc dầu nào, xử lý lượng nguyên liệu lớn nhất so với các phân xưởng khác Nếu như phân xưởng Cracking (FCC) là trái tim của nhà máy lọc dầu thì phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU) được xem như cửa vào chính của 1 ngôi nhà Đây là quá trình xử

lý sơ bộ đầu tiên được thực hiện bằng phương pháp chưng cất với thiết bị chính là tháp chưng luyện nhằm tách dầu thô thành các phân đoạn khác nhau, các phân đoạn này có nhiệt độ sôi xấp xỉ khoảng nhiệt độ sôi của các sản phẩm thương phẩm, chỉ một vài phân đoạn được sử dụng trực tiếp như là sản phẩm thương phẩm hoặc dùng phối liệu tạo sản phẩm thương phẩm Phần lớn các phân đoạn đều trải qua quá trình chuyển hóa hóa học hoặc xử lý tiếp theo Đồng thời đây cũng là cơ hội để chúng ta nhìn lại 1 cách toàn diện

về quá trình lựa chọn nguyên liệu, cơ cấu và chất lượng sản, địa điểm xây dựng….phân xưởng chưng cất của nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn

Chương 1: Nghiên cứu và thiết kế sản phẩm cho quá trình thiết kế Các dự án thuộc công nghiệp chế biến dầu khí thường có quy mô dầu tư rất lớn (hàng tỷ USD), có tầm ảnh hưởng quan trọng đến kinh tế xã hội của quốc gia Có 3 điều kiện cần đủ để 1 dự án nói chung đạt được thành công [1]

 Sản phẩm có thị trường tiêu thụ

 Có đủ nguyên liệu cho nhà máy hoạt động suốt đời dự án

 Có đủ tài lực để thực hiện dự án (vốn và nhân lực)

1.1 Chọn cơ cấu và chất lượng sản phẩm cho nhà máy lọc dầu [1]

Khi nghiên cứu dầu tư dự án việc phải làm trước tiên là: Xác định những sản phẩm

gì, khối lượng và chất lượng như thế nào thì nhà máy hoạt đông? Việc chọn những sản phẩm cho nhà máy lọc dầu có 2 mục đích:

 Nhằm đáp ứng, thỏa mãn nhu cầu thị trường trong nước, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

 Mục tiêu nhà máy có lợi nhuận cao nhất (sản phẩm có thể xuất khẩu nếu chât lượng, những ưu điểm của sản phẩm có tính cạnh tranh cao cả trong và ngoài nước)

Các dự án nhà máy lọc dầu của Việt Nam hiện nay chủ yếu nhằm vào mục tiêu đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước Việt Nam vẫn là thị trường tiêu thụ sản phẩm lọc dầu Vì vậy mà nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ tập trung sản xuất nhiên liệu Quy mô công suất 6.5 triệu tấn dầu thô/năm chỉ mới đáp ứng đủ 30% nhu cầu trong nước do đó việc xác định cơ cấu sản phẩm cũng không gặp khó khăn gì Sản phẩm lọc dầu gồm có:

 Khí nhiên liệu

 Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)

 Nhiên liệu cho động cơ đốt trong (Xăng ôtô, xăng máy bay)

 Nhiên liệu máy bay phản lực J-A1

 Nhiên liệu cho động cơ Diesel (cho ôtô và các máy công nghiệp)

 Nhiên liệu cho các lò công nghiệp (FO)

Nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ tập trung sản xuất nhiên liệu, không sản xuất dầu nhờn và nhựa đường Mặc dù 2 sản phẩm này thị trường Việt Nam đang rất cần vì đặc trưng của dầu thô Bạch Hổ là có tính parafin rất cao Việc sản xuất nhựa đường không thể sản xuất từ loại dầu parafin như dầu thô Bạch Hổ vì tỷ lệ nhựa và asphalten trong dầu rất thấp nên nếu sản xuất nhựa đường thì thu được hiệu suất rất thấp, chất lượng (độ kéo dài, độ xuyên kim, độ chảy mềm không tốt) Vì mục tiêu sản xuất nhiên liệu nên toàn bộ cặn chưng cất khí quyển đã được làm nguyên liệu cho phân xưởng Cracking xúc tác, không sản xuất dầu nhờn

Sản phẩm hóa dầu của nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ có 150.000 tấn PP (Polypropylen) do tận dụng Propylen có trong thành phần sản phẩm của phân xưởng

Cracking xúc tác Quy mô công xuất phân xưởng sản xuất PP này quá nhỏ nên hiệu quả kinh tế thấp

Chọn tiêu chuẩn chất lượng các sản phẩm cho nhà máy lọc dầu là rất quan trọng, không chỉ đáp ứng yêu cầu hiện tại mà phải cho cả đời dự án (ít nhất 20 năm) Không chỉ đáp ứng yêu cầu trong nước mà phải tính đến yêu cầu của thế giới vì nước ta đã là thành viên của WTO Để đáp ứng quy định khắt khe đối với chất lượng nhiên liệu, các nhà máy lọc dầu đang phải đối dầu với những thử thách: phải hướng tới sản xuất nhiên liệu sạch

do đó cần công nghệ hiện đại hơn, kéo theo vốn dầu tư cao hơn

Tiêu chuẩn chất lượng xăng Chỉ tiêu TCVN 2005 Euro II Euro IV/V

RON 92

Euro IV/V RON 95 RON, tối thiểu 90/92/95 - 92 95

Chỉ tiêu TCVN 2005 Euro II Euro IV/V

với tiêu chuẩn Euro II Vì vậy nhà máy lọc dầu Dung Quất lại phải dầu tư nâng cấp để theo được yêu cầu này, thật là khó khăn cho nhà máy

Vì vậy khi chọn cơ cấu và chỉ tiêu chất lượng sản phẩm khi nghiên cứu dự án phải dựa trên đặc điểm “toàn cầu hóa”, thế giới yêu cầu sản phẩm ngày càng nhẹ hơn, sạch hơn, có giá trị cao hơn Tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của nhà máy phải xác định ở cấp

độ cao hơn hiện tại, đảm bảo không phải thay đổi cho cả đồi dự án Từ những số liệu thu thập được qua nghiên cứu (luật môi trường, quy định về tiêu chuẩn chất lượng quốc gia

và thế giới ta có thể dự kiến quy mô công suât, cơ cấu và chất lượng của sản phẩm) ta mới xác định loại và chất lượng sản phẩm của nhà máy Cần số liệu thống kê từ trước đến nay và những dự báo những thay đổi về tiêu chuẩn chất lượng cho cả thời gian hoạt động của nhà máy Tuy nhiên chỉ tiêu chất lượng sản phẩm của nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn vẫn dựa trên nền tảng tiêu chuẩn Euro 3, Euro 4

Sản phẩm thương mại của Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn gồm:

 Các sản phẩm năng lượng như: LPG, xăng, jet A1, diesel, FO

 Các sản phẩm phi năng lượng như: benzen, para-xylene, poly- propylene, lưu huỳnh

Vì giới hạn của bài nên ta chỉ đưa ra các tiêu chuẩn đánh giá sản phẩm của tháp chưng cất khí quyển

 LPG

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG được tách ra từ phân đoạn nhẹ khi chưng cất dầu thô, thành phần gồm propan C3 và butan C4 được phối trộn theo tỉ lệ: C3/C4 = 7:3 hay C3/C4 = 5:5 tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.Khi sử dụng LPG làm chất đốt thì tính chất quan trọng cần phải quan tâm là tỉ lệ giữa C3/C4, do tỉ lệ C3/C4 ảnh hưởng đến áp suất hơi bão hòa Áp suất hơi bão hòa của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài mà không phụ thuộc vào lượng LPG chứa bên trong Nếu nhiệt độ LPG lỏng tăng lên lập tức LPG lỏng sẽ sôi hóa hơi để cân bằng lại áp suất bão hòa Do vậy, áp suất hơi bão hòa là một yếu tố quan trọng để đánh giá tính an toàn khi sử dụng LPG làm chất đốt[3]

Hàm lượng lưu huỳnh trong LPG đòi hỏi ngày càng khắt khe vì yêu cầu về chống

ô nhiễm môi trường ngày càng cao Một số chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng của LPG đối với nhà máy được cho trong bảng sau

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng LPG [2]

Tên chỉ tiêu Áp dụng cho dự án Phương pháp thử Khối lượng riêng (15oC) (kg/l) 0,5 ASTM D1657

Áp xuất hơi (Reid) ở 37,8oC (kPa) 1430 ASTM D1267

Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg, max 100 ASTM D2784

Hiện nay, trên thị trường Việt Nam loại xăng RON95 có thị phần không đáng kể, tuy nhiên tuy nhiên nhu cầu về loại xăng này có khả năng tăng rất lớn trong thời gian tới

và giai đoạn sau năm 2015 sẽ chiếm phần lớn thị trường xăng Trong tương lai, nhu cầu

sử dụng xăng RON98 cũng sẽ xuất hiện do số lượng xe hơi cao cấp sẽ tăng dần Xuất phát từ nhu cầu như vậy nhà máy được thiết kế sao cho có thể sản xuất được loại xăng này đáp ứng nhu cầu sử dụng Dưới đây là bảng chỉ tiêu đánh giá chất lượng xăng không chì

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng xăng không chì [2]

Hàm lượng chì, g/l, max 0

TCVN 7143 : 2002 (ASTM D 3237)

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm,

TCVN6701: 2000 ASTMD 5453

Hàm lượng Benzene 1

TCVN 6703 : 2000 ASTMD 4420

Áp xuất hơi (Reid) ở 37,8oC,kPa 43-75 TCVN 7023 : 2002

(ASTMD4953)

Khối lượng riêng (15oC), kg/l 0,72-0,76 TCVN 6594 : 2000

(ASTMD1298)

 Nhiên liệu phản lực JET A1

Nhiên liệu cho động cơ phản lực là một loại nhiên liệu được sử dụng cho các động

cơ trên máy bay phản lực, loại động cơ này làm việc trong điều kiện rất đặc biệt (nhiệt độ

và áp suất môi trường thấp, ở độ cao lớn) Vì vậy, nhiên liệu cho nó đòi hỏi một sự khắt khe nhất trong tất cả các loại phương tiện giao thông Nhiên liệu dùng trong động cơ phản lực được phối trộn từ phân đoạn kerosene hoặc từ hỗn hợp giữa phân đoạn kerosene với phân đoạn xăng [5] Yêu cầu của nhiên liệu phản lực là dễ cháy ở bất kỳ điều kiện áp suất và nhiệt độ nào, cháy điều hòa, không bị tắt trong dòng không khí có tốc độ xoáy lớn [3]

Nguyên lý hoạt động của động cơ phản lực khác với nguyên lý làm việc của động

cơ piston, đó là nhờ năng lượng dòng khí để biến đổi thành cơ năng chạy turbin Không khí được đưa từ máy nén vào buồng cháy, ở đây nhiên liệu đã được phun và bay hơi, hòa trộn với không khí tạo thành hỗn hợp cháy Sau đó, tia lửa điện được bật lên một lần làm toàn bộ khối nhiên liệu bùng cháy Vì vậy, thành phần của nhiên liệu cần có nhiều paraphinic mạch thẳng Để đảm bảo có nhiệt trị cao, nhiên liệu không được chứa nhiều thành phần aromatic mà chủ yếu là paraphin và naphten

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu phản lực JET A1 áp dụng cho dự án [2]

Tên chỉ tiêu Áp dụng cho dự án Phương pháp thử

Hàm lượng lưu huỳnh %kl, max 0,1 TCVN 2708 : 2002

(ASTM D1266-98) Lưu huỳnh mercaptan%kl,max 0,003 ASTM D3227

Khối lượng riêng (ở15oC), kg/l 0,775-0,84 TCVN 6594 : 2002

(ASTM D1298)

Điểm chớp cháy flash point, 0C 38 TCVN 6608 : 2002

(ASTM D3828)

Điểm đông đặc Freezing Point, 0C -47 TCVN 7170 : 2002

(ASTM D2386)

 Nhiên liệu Diesel:

Nhiên liệu diesel là một loại nhiên liệu lỏng được sử dụng cho động cơ diesel, động cơ diesel là một động cơ nhiệt dùng để biến năng lượng hóa học của nhiên liệu khi cháy thành năng lượng cơ học dưới dạng chuyển động quay Quá trình cháy trong động

cơ diesel là khả năng tự bốc cháy Hỗn hợp nhiên liệu được phun vào xylanh, ở đó không khí đã được nén trước và đang ở nhiệt độ cao Với nhiệt độ này nhiên liệu sẽ tự bốc cháy

Do đó, dầu diesel cần có nhiều cấu tử dễ bắt cháy như parafin hay có trị số cetane (IC) cao [5], [6]

Nhiên liệu Diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil của quá trình chưng cất dầu mỏ có khoảng nhiệt độ sôi trong khoảng 2500C-3500C, với thành phần gồm các hydrocacbon từ C16-C20 [3] Các tính chất sử dụng đối với nhiên liệu diesel thương phẩm cần lưu ý là: chỉ số cetane, thành phần phân đoạn, độ nhớt, điểm chớp cháy, điểm vẩn đục, điểm chảy, hàm lượng gommer và hàm lượng các hợp chất ăn mòn,

Tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu diesel áp dụng cho dự án [2]

Tên chỉ tiêu Diezen cao

cấp/diezen thường Phương pháp thử Hàm lượng lưu

huỳnh, ppm, max 50 350

TCVN 6701: 2000 (ASTM D 2622)

ASTM D 5453 Chỉ số cetane, min 48 46 ASTM D 976

(ở15oC), kg/l 0,82-0,85

TCVN6594 : 2000 (ASTMD1298)

ASTM D 4052

 Nhiên liệu đốt lò FO:

Nhiên liệu đốt lò (Fuel Oils – FO) là sản phẩm chủ yếu của phân đoạn cặn dầu thô

có nhiệt độ sôi tương ứng lớn hơn 3500C Hai tiêu chuẩn quan trọng góp phần vào việc phân loại FO là độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh

 Độ nhớt của chất lỏng là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra ngay trong lòng chất lỏng khi có sự chuyển động tương đối của các phân tử với nhau Độ nhớt có thể biễu diễn dưới dạng ba dạng chính như sau: độ nhớt động lực (cP),

độ nhớt động học (cSt) và độ nhớt quy ước

Độ nhớt nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của động cơ, khi độ nhớt quá lớn sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong bơm và trong kim phun, làm tăng kích thước của các hạt sương nhiên liệu sẽ bay xa nên nó có thể va đập vào thành của buồng cháy Khi

độ nhớt quá thấp sẽ làm tăng lưu lượng thoát ra ở bơm nạp liệu, như vậy sẽ làm giảm lưu lượng thể tích thực thoát ra ở kim phun [5] Đối với dầu đốt FO, theo tiêu chuẩn Việt nam hiện nay có 4 loại dầu đốt khác nhau tương ứng với các giá trị độ nhớt quy định (độ nhớt động học ở 40o

C) là 87, 180, 180 và 380 cSt [3] Đối với dầu FO theo quy định của dự án

có giá trị độ nhớt động học ở 40oC là 380 cSt, tương ứng với loại dầu đốt công nghiệp nặng, sử dụng chủ yếu vào mục đích cung cấp năng lượng cho nhà máy

 Hàm lượng lưu huỳnh cũng là một tiêu chuẩn quyết định chất lượng dầu đốt FO Theo dự án Nghi Sơn, hàm lượng lưu huỳnh trong FO được quy định với hàm lượng < 1% khối lượng để thỏa mãn chỉ tiêu về ô nhiễm môi trường

Ngoài hai tính chất trên thì dầu đốt FO khi sử dụng cũng cần phải đáp ứng những tiêu chuẩn quy định khác như: nhiệt độ bắt cháy, điểm đông đặc, cặn cacbon, hàm lượng tro, nước và tạp chất cơ học,…

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng dầu đốt FO áp dụng cho dự án [2]

Tên chỉ tiêu Áp dụng cho dự án Phương pháp thử

Khối lượng riêng (ở15oC),kg/l,max 0,991 TCVN 6594:2002

(ASTM D1298)

Hàm lượng lưu huỳnh%kl,max 1 TCVN 6701:2002

(ASTM D2622) Điểm đông đặc Pour Point 0

1.2 Lựa chọn nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu [1]

Từ cơ cấu, chất lượng sản phẩm đã được xác định ta phải lự chọn nguyên liệu (dầu thô) nào sẽ được sử dụng cho nhà máy lọc dầu trong suốt cả đời dự án Đây là vấn đề quan trọng hàng đầu mà khi nghiên cứu dự án cần được xác định để qua đó ta mới có thể lựa chọn được công nghệ thích hợp cho nhà máy

Khi lựa chọn nguyên liệu dầu thô làm cơ sở để thiết kế nhà máy cần quan tâm các vấn đề sau:

 Nguồn dầu có khả năng được cung cấp cho nhà máy hoạt động trong cả đời dự án

 Loại dầu cơ sở thiết kế có tính đại diện cao, đảm bảo tính linh động của nhà máy,

có thể đáp ứng tốt nhất các yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm và dễ thích ứng với nhiều loại dầu thô khác

 Nguồn dầu cung cấp từ gần nhà máy

Để đảm bảo an toàn trong việc cung cấp nguyên liệu cho nhà máy, khi nghiên cứu, thiết kế nhà máy cần phải lựa chọn loại dầu cơ sở mang tính đại diện cao dễ mua, không

có những tính chất cá biệt Tối kỵ là những loại dầu cá biệt không có nhiều trên thị trường thế giới như dầu cực nhẹ, cực nặng, cực chua hay cực ngọt Như nhà máy lọc dầu Dung Quất đã chọn dầu thô Bạch Hổ làm nguyên liệu cơ sở, khi thiết kế tính toán cho 2 trường hợp: vận hành với 100% dầu thô Bạch Hổ và vận hành với dầu hỗn hợp (85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dầu chua Dubai) Nhưng dầu thô Bạch Hổ,nguyên liệu cho NMLD Dung Quất, đang có sản lượng khai thác giảm dần hàng năm

Năm: - 2009: 5.4 triệu tấn/năm

- 2010: 4.82 triệu tấn/năm

- 2011: 4.26 triệu tấn/năm

- 2012: 3.81 triệu tấn/năm

- 2014: 3.11 triệu tấn/năm

- 2015: 2.78 triệu tấn/năm

Vì vậy trong tương lai không xa, nguồn dầu thô Bạch Hổ không thể đáp ứng đủ nhu cầu nguyên liệu của nhà máy Do đó, việc tìm kiếm và lựa chọn dầu thay thế dầu thô Bạch Hổ có ý nghĩa quan trọng đối với hoạt động của nhà máy trong tương lai Tuy nhiên dầu thô Bạch hổ là dầu thô thuộc loại cá biệt (là loại dầu siêu ngọt chỉ có hàm lượng lưu huỳnh là 0.3%), nếu theo bảng xếp hạng thì dứng hạng 2/9 Coi như loại tốt hàng đầu vì loại số 1 có trong phân loại xếp hạng nhưng ít có trên thị trường thế giới Chính do tính

cá biệt (siêu ngọt) này của dầu thô Bạch hổ mà việc lựa chọn dầu thô thay thế nó đối với nhà máy Lọc dầu Dung Quất hiện nay là rất khó khăn Kết quả nghiên cứu của PVPro (Viện dầu khí Việt Nam) nhằm tìm kiếm nguồn dầu thô thay thế dầu thô Bạch Hổ làm nguyên liệu cho nhà máy Lọc dầu Dung Quất đã cho thấy:

 Chỉ có 7 mẫu dầu (trong số 3068 mẫu dầu trên thế giới có thông tin về chất lượng)

và dầu thô Việt Nam như dầu thô thuộc mỏ Cá Ngừ Vàng, Sư Tử Vàng có đủ điều kiện làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất

Theo thống kê trên, thế giới loại dầu chua chiếm 70%, dầu ngọt chiếm 30% Nguồn dầu thô tiềm năng nhất, chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng lượng dầu thô sản xuất của toàn thế giới là từ khu vực Trung Đông và Nam Mỹ đều là loại dầu chua Ở khu vực Trung Đông có nhiều loại dầu chua nhẹ và trung bình, là nguồn cung cấp nguyên liệu cho phần lớn cho các nhà máy lọc dầu trên thế giới hiện nay Như vậy, khi chọn dầu thô cơ sở làm nguyên liệu để thiết kế cho nhà máy lọc dầu thì dầu chua Trung Đông vẫn là lựa chọn dễ đáp ứng các yêu cầu của dự án lọc dầu đối với nước ta Nhà máy liên hiệp lọc hóa dầu Nghi sơn đã chọn dầu chua Trung Đông làm nguyên liệu (cơ bản là dầu thô Kuwait) Bởi vì:

 Dầu thô Kuwait thuộc khu vưc Trung Đông chiếm tỷ trọng lớn trên thị trường

 Có tính đại diện cao

 Ít loại có tính cá biệt

Nên nhà máy dễ thích ứng với nhiều loại dầu khác khi thay thế Vì những ưu điểm trên mà nhà máy liên hiệp lọc hóa dầu Nghi sơn đã chọn dầu chua Trung Đông làm nguyên liệu Các phương án pha trộn dầu thô Kuwait, Dubai và Sư Tử Đen đã được nghiên cứu và cho ta thấy rằng phương án 100% dầu Kuwait là cho lợi nhuận thô lớn nhất là 1041 triệu USD/năm[1] Chính vì vậy, dầu thô Kuwait được lựa chọn làm nguồn nguyên liệu chính cho liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn

Nhưng bên cạnh đó ta cần chú ý dầu thô Kuwait thuộc loại dầu trung bình (d = 0,8760 và oAPI =29,9) và là dầu chua do có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 2,65%) Vì vậy, khi chế biến loại dầu thô này cần xử lý lưu huỳnh sâu để sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng Dầu Kuwait có chứa hàm lượng kim loại nặng tương đối cao như hàm lượng Ni là 10,1ppm, Vanadi 31,1ppm và Iron 0,7ppm Với hàm lượng các kim loại cao như vậy thì sẽ có hại cho quá trình chế biến vì sự có mặt của các kim loại này sẽ gây

ngộ độc xúc tác, phá hủy thiết bị và làm giảm chất lượng thành phẩm Hàm lượng Nitơ trong dầu Kuwait, cao khoảng 372 ppm, do vậy dễ gây ngộ độc xúc tác và làm cho dầu

có tính ổn định không cao khi tồn chứa

Một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait được cho trong bảng sau

Tóm tắt một số tính chất đặc trưng của dầu thô Kuwait [2]

Khối lượng riêng ở 15 0C kg/dm3 0,8760

2 Hàm lượng lưu huỳnh tổng % khối lượng 2,65

3 Hàm lượng nước %Vol 0,00

4 Áp suất hơi Ried kPa 26,2

1.3 Lựa chọn địa điểm xây dựng

Vì nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn đã và đang đi vào quá trình thi công và xây dựng Nên chúng ta chỉ đánh giá lại vì sao nhà máy lọc hóa dầu Nghi sơn lại được đặt ở khu kinh tế Nghi Sơn tỉnh Thanh Hóa

 Khu kinh tế Nghi Sơn nằm ở phía Nam của tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200 km,

có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua Có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng

đến 30.000 DWT (Dead Weight Tonnage) cập bến

 Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan

Khu kinh tế Nghi Sơn đóng vai trò và ý nghĩa đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Thanh Hoá và cả nước Chính phủ đã xác định mục tiêu xây dựng và phát triển khu kinh tế Nghi Sơn thành một khu kinh tế tổng hợp đa ngành, đa lĩnh vực với trọng tâm là công nghiệp nặng và công nghiệp cơ bản như: công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp luyện cán thép cao cấp, cơ khí chế tạo, sửa chữa và đóng mới tàu biển, công nghiệp điện, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất hàng tiêu dùng, chế biến xuất khẩu,… gắn với việc xây dựng và khai thác có hiệu quả cảng biển Nghi Sơn, hình thành các sản phẩm mũi nhọn, có chất lượng và khả năng cạnh tranh cao, các loại hình dịch vụ cao cấp đẩy mạnh xuất khẩu mở rộng ra thị trường khu vực và thế giới

Sơ đồ tổng thể khu liên hiệp lọc hóa dầu Nghi Sơn

Chương 2: Khởi tạo và phát triển quá trình thiết kế phân xưởng chưng cất

Phân xưởng chưng cất khí quyển là một phân xưởng quan trọng và luôn hiện diện trong bất kỳ nhà máy lọc dầu nào, xử lý lượng nguyên liệu lớn nhất so với các phân xưởng khác Đây là quá trình xử lý sơ bộ đầu tiên được thực hiện bằng phương pháp chưng cất với thiết bị chính là tháp chưng luyện nhằm tách dầu thô thành các phân đoạn khác nhau, các phân đoạn này có nhiệt độ sôi xấp xỉ khoảng nhiệt độ sôi của các sản phẩm thương phẩm, chỉ một vài phân đoạn được sử dụng trực tiếp như là sản phẩm thương phẩm hoặc dùng phối liệu tạo sản phẩm thương phẩm Phần lớn các phân đoạn đều trải qua quá trình chuyển hóa hóa học hoặc xử lý tiếp theo

Đa số thiết bị trong phân xưởng chưng cất đều được chế tạo từ thép carbon thường, ngoại trừ các vùng bị đốt nóng ở nhiệt độ cao phải chế tạo bằng hợp kim Một phần của tháp thông thường được phủ lớp thép có 12% crom Trong các vùng chịu ăn mòn ở trạng thái lạnh như đỉnh tháp, thiết bị hồi lưu phải chế tạo bằng vật liệu quý hoặc phải phủ các hợp kim đặc biệt

2.1 Tính toán phân xưởng chưng cất dầu thô

2.1.1 Hiệu suất thu hồi các phân đoạn theo giá trị điểm cắt phân đoạn

Điểm cắt là nhiệt độ mà tại đó mà một hỗn hợp được chia thành hai phân đoạn tương ứng với hai khoảng nhiệt độ sôi khác nhau:

Các giá trị của điểm cắt:

Phân đoạn Gas Gasoline Kerosen LGO HGO AGO RA Nhiệt đội sôi,

oC

< 70

70 ÷ 180 180 ÷ 240 240÷290 290÷340 340÷370 >370

Từ giá trị các điểm cắt ta có hiệu suất thu hồi của các phân đoạn sẽ là:

Phân đoạn Gas Gasoline Kerosen LGO HGO AGO RA

%thể tích 1.9 21.8 9.3 7.8 7.8 4.6 46.7 N.s bbl/day 3800 43600 18400 15600 15600 9200 93400

Đồ thị biểu diễn % thể tích phân đoạn thu được theo điểm cắt

2.1.2 Bảng cân bằng vật chất cho phân xưởng chưng cất khí quyển

Từ số liệu đường cong chưng cất, điểm cắt của từng phân đoạn của dầu thô Kuwait và tỷ trọng tính được ở trên ta có bảng số liệu như sau:

Gas Gasoline Kerosene LGO HGO AGO Residue