Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong nhà máy lọc dầu dung quất

Dầu thô là hỗn hợp hữu cơ phức tạp, chứa nhiều tạp chất như các muối của clo NaCl, MgCl2, CaCl2… đất, sét, axit hữu cơ…. , nó chưa đáp ứng được yêu cầu của con người. Để sử dụng được nguồn vàng đen này, dầu thô cần trải qua quá trình chế biến để trở thành sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng. Quá trình chế biến dầu thô này được thực hiện ở nhà máy lọc dầu. Trong bất kì một nhà máy lọc dầu nào, phân xưởng CDU gần như là bắt buộc phải có trong nhà máy, nó có vai trò phân tách dầu thô thành các phân đoạn nhỏ hơn cho các xử lý sâu, đồng thời loại bỏ tạp chất như muối, chất rắn... ra khỏi dầu thô. Nước ta đã có nhà máy lọc dầu đầu tiên vào năm 2008, với công suất 6,5 triệu tấnnăm. Nguồn dầu thô vận hành nhà máy của chúng ta đã, đang và sẽ thay đổi, chúng ta không phải chỉ dùng dầu thô của mỏ Bạch Hổ, mà hiện nay đã dùng tới 15 loại dầu thô. Các loại dầu, có những đặc tính, tính chất khác nhau, ảnh hưởng đến hiệu quả của vận hành nhà máy, đặc biệt là nhiệt độ. Việc tối ưu nhiệt độ hoạt động cho thiết bị loại muối của phân xưởng CDU là một vấn đề nóng của các nhà máy lọc dầu nói chung và nhà máy lọc dầu Dung Quất nói riêng. Việc tối ưu nhiệt độ cho phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất giúp cho nhà máy tiết kiệm được chi phí vận hành đồng thời nâng cao được hiệu quả quá trình. Trước tình hình thực tế như vậy, em thực hiện đề tài “Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong phân xưởng CDU tại nhà máy lọc dầu Dung Quất”. Đề tài không chỉ là thực hiện để tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối, nó còn là một tài liệu giúp cho người đọc có hiểu biết thêm về quá trình loại muối. Nội dung của đề tài gồm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT CHƯƠNG 3: TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ CHO THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KẾT LUẬN 

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HỒNG HẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong phân xưởng CDU tại

nhà máy lọc dầu Dung Quất

Hà Nội-tháng 6/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

NGUYỄN HỒNG HẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong phân xưởng CDU tại

nhà máy lọc dầu Dung Quất

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là tác phẩm của một sinh viên trước khi rời khỏi trường đạihọc Để hoàn thành đồ án, sinh viên cần phải áp dụng tất cả các kiến thức và hiểubiết mà mình đã tích lũy được trong suốt những năm học ở trường Chính vì vậynhững kiến thức mà em đã tiếp thu được trong 5 năm học tại Trường Đại học Mỏ -Địa Chất là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành đồ án này Em xin chân thànhcảm ơn các thầy cô trong khoa Dầu Khí nói chung và các thầy cô trong bộ môn Lọc– Hóa Dầu nói riêng vì đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt những năm vừaqua Em xin chân thành cảm ơn các anh chị đang làm việc tại nhà máy lọc dầuDung Quất, đã hướng dẫn tận tình, bày biểu cho em suốt thời gian thực tập vừa qua,giúp em học hỏi được nhiều kiến thức rất quý báu

Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Hồ Văn Sơn, thầy là người đã giúp emđến với hướng nghiên cứu này, đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạtkiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN

ST

T

2 Hình 1.2 Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ khu vực châu Á 4

3 Hình 1.3 Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ của thế giới 5

4 Hình 1.4 Mô hình tổng quát một nhà máy lọc dầu 7

6 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên tắc một nhà máy lọc dầu nhẹ

(USA) thập kỉ 60

12

7 Hình 1.7 Sơ đồ đơn giản hóa một nhà máy lọc dầu ở Châu Âu vào những năm 1950-1970 13

8 Hình 1.8 Sơ đồ đơn giản hóa nhà máy lọc dầu thập kỉ 90 thế kỉ XX 14

10 Hình 1.10 Sơ đồ mặt bằng nhà máy lọc dầu Tokuyama

–Nhật Bản (công suất 6,5 triệu tấn/năm)

19

11 Hình 1.11 Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất theo hướng đông nam 20

12 Hình 1.12 Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất theo hướng Tây nam 20

13 Hình 1.13

Sơ đồ khối phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất (nét đất chỉ cụm phân xưởng bổ sung khi mở rộng công suất nhà máy)

21

14 Hình 1.14 Thiết bị trao đổi nhiệt phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất 24

15 Hình 1.15 Cực tĩnh điện của thiết bị loại muối 27

16 Hình 1.16

Sơ đồ PFD tiền gia nhiệt lạnh và thiết bị loại muối của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất

36

17 Hình 1.17

Sơ đồ PFD tiền gia nhiệt nóng và gia nhiệt của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất

37

18 Hình 1.18

Sơ đồ PFD tháp chưng cất chính và tháp stripper phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất

48

19 Hình 1.19

Sơ đồ PFD của thiết bị sấy khô trong phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất

49

20 Hình 1.20 Sơ đồ PFD hơi đỉnh (overhead) của phân

xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất

23 Hình 1.23 Hiện tượng GAP và OVERLAP trong chưng cất dầu thô 43

24 Hình 2.1 Cụm thiết bị loại muối 2 giai đoạn 46

26 Hình 2.3 Hệ thống rửa mùn, bùn ở đáy thiết bị loại muối 50

27 Hình 2.4 Quá trình kết dính các giọt nước với nhau trong thiết bị loại muối 51

28 Hình 2.5 Quá trình kết dính và lắng các giọt nước

trong thiết bị loại muối

52

29 Hình 2.6 Mật độ các giọt nước trong dầu thô ở các tỉ lệ 1%, 5%, 10% ở cùng điều kiện 53

30 Hình 2.7 Ảnh hưởng của tổn thất áp suất qua van mix

tới hiệu quả quá trình loại muối, rắn

54

31 Hình 3.1 Sơ đồ khối cho phương pháp tính toán tối ưu nhiệt độ của thiết bị loại muối 57

32 Hình 3.2 Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của vận tốc lắng vào nhiệt độ 62

33 Hình 3.3 Kết quả ước tính nhiệt độ tối ưu theo hàm lợi

nhuận

69

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

2 Bảng 3.1 Những điều kiện biên của phân xưởng

3 Bảng 3.2 Phân bố sản phẩm của nhà máy lọc dầu

Dung Quất hiện tại

64

4 Bảng 3.3 Năng lượng tiêu thụ của các thiết bị

trong phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất

65

5 Bảng 3.4 Giá của các sản phẩm phân xưởng CDU 66

HGO Heavey gas oil (gas oil nặng

HVGO Heavey vacumn gas oil (gas oil chân không nặng)LGO Light gas oil (gas oil nhẹ)

LPG: Khí hóa lỏng

LVGO Light vacumn gas oil (gas oil chân không nhẹ)

ON Chỉ số octan

PTB Pound/nghìn thùng

SWS Phân xưởng xử lý nước chua (unit 18)

VR Cặn chưng cất chân không

MỞ ĐẦU

Dầu thô là hỗn hợp hữu cơ phức tạp, chứa nhiều tạp chất như các muối của cloNaCl, MgCl2, CaCl2… đất, sét, axit hữu cơ… , nó chưa đáp ứng được yêu cầu củacon người Để sử dụng được nguồn vàng đen này, dầu thô cần trải qua quá trình chếbiến để trở thành sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng Quá trình chế biến dầuthô này được thực hiện ở nhà máy lọc dầu

Trong bất kì một nhà máy lọc dầu nào, phân xưởng CDU gần như là bắt buộcphải có trong nhà máy, nó có vai trò phân tách dầu thô thành các phân đoạn nhỏ hơncho các xử lý sâu, đồng thời loại bỏ tạp chất như muối, chất rắn ra khỏi dầu thô.Nước ta đã có nhà máy lọc dầu đầu tiên vào năm 2008, với công suất 6,5 triệutấn/năm Nguồn dầu thô vận hành nhà máy của chúng ta đã, đang và sẽ thay đổi,chúng ta không phải chỉ dùng dầu thô của mỏ Bạch Hổ, mà hiện nay đã dùng tới 15loại dầu thô Các loại dầu, có những đặc tính, tính chất khác nhau, ảnh hưởng đếnhiệu quả của vận hành nhà máy, đặc biệt là nhiệt độ Việc tối ưu nhiệt độ hoạt độngcho thiết bị loại muối của phân xưởng CDU là một vấn đề nóng của các nhà máylọc dầu nói chung và nhà máy lọc dầu Dung Quất nói riêng Việc tối ưu nhiệt độcho phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất giúp cho nhà máy tiết kiệmđược chi phí vận hành đồng thời nâng cao được hiệu quả quá trình Trước tình hình

thực tế như vậy, em thực hiện đề tài “Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong phân xưởng CDU tại nhà máy lọc dầu Dung Quất” Đề tài không chỉ là

thực hiện để tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối, nó còn là một tài liệu giúpcho người đọc có hiểu biết thêm về quá trình loại muối

Nội dung của đề tài gồm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY

LỌC DẦUCHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY

LỌC DẦU DUNG QUẤT CHƯƠNG 3: TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ CHO THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG

NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KẾT LUẬN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

1.1 Tổng quan về nhà máy lọc dầu

1.1.1 Đại cương về dầu mỏ

Dầu mỏ là những hỗn hợp phức tạp có thành phần định tính định lượng rất khácnhau tùy theo nguồn gốc của nó, nên để sử dụng tiện lợi và hiệu quả cần chế biến

nó thành những sản phẩm sao cho mỗi sản phẩm dùng trong máy móc thiết bị cùngloại và cùng một mục đích phải có những đặc tính kĩ thuật tương đối cố định dùchúng được sản xuất từ những nguồn dầu mỏ khác nhau, bằng cách này hay cáchkhác Ví dụ, có thể sản xuất xăng bằng reforming, cracking, alkyl hóa,… từ cácphân đoạn nào đó thu được từ bất kì dầu mỏ nào, từ dầu paraffin hay dầu naphten,

từ dầu giàu lưu huỳnh hay dầu ít lưu huỳnh, từ dầu Trung Cận Đông, dầu Nga haydầu Việt Nam cũng như bất kì quốc gia nào, xăng đó đều phải thỏa mãn nhiều tínhchất kĩ thuật như ON phải đủ cao, đường cong chưng cất phải nằm trong những giớihạn nhiệt độ quy định tùy thuộc theo mỗi quốc gia, tỉ khối phải thích hợp…

Lọc dầu là lĩnh vực công nghiệp chế biến dầu mỏ thành những sản phẩm mà cácchất hóa học cơ bản tạo ra chúng đã có sẵn trong dầu mỏ hoặc tương tự những chấttrong dầu mỏ Xăng, DO, FO, nhiên liệu phản lực, dầu bôi trơn, dung môi là nhữngsản phẩm chủ yếu của công nghiệp lọc dầu Công nghiệp lọc dầu còn cho ra nhiềusản phẩm khác: nhựa đường, sáp, parafin, LPG, khí đốt, dầu thắp… và ở một mứcnào đó thì than cốc dầu mỏ, muội than cũng được coi là sản phẩm của lọc dầu Công nghiệp lọc dầu cũng liên quan đến công nghiệp hóa dầu vì các phân đoạnkhí, phụ phẩm thu được ở nhà máy lọc dầu có thể được sử dụng để sản xuất nhữngchất đầu cho công nghiệp hóa dầu Khí propylene, khí etylen… vốn có trong khícracking, BTX trong sản phẩm reforming,… là những chất đầu quan trọng nhất củacông nghiệp hóa dầu Có thể chế biến hóa học các hydrocacbon no đơn giản trongkhí nhà máy lọc dầu, trong phân đoạn xăng nhẹ để có các chất đầu của công nghiệphóa dầu

Dù với mục đích gì, dù dầu mỏ nguyên liệu ra sao, công nghệ lọc dầu cũngđược bắt đầu bằng việc làm sạch đầu thô khỏi các tạp chất cơ học, khỏi nướckhoáng Dầu thô đã làm sạch sẽ được chưng cất thành các phân đoạn thích hợp cả

về mặt kĩ thuật và kinh tế Các phân đoạn thu được thường chưa có đủ những đặctính kĩ thuật để có thể dùng như là một sản phẩm, tuy vậy cũng có những phân đoạn

được dùng như là sản phẩm dân dụng sau một số bước chế biến tiếp Đó là giaiđoạn chế biến nông

Việc chế biến các phân đoạn thành các sản phẩm dân dụng có những phẩm chất

kĩ thuật cao đóng vai trò ngày càng quan trọng trong công nghiệp lọc dầu, đặc biệt

là dưới áp lực ngày càng gia tăng của vấn đề bảo vệ môi trường Đó là giai đoạn chếbiến sâu

Giai đoạn chế biến nông là bắt buộc, thì giai đoạn chế biến sâu cũng gần nhưbắt buộc Phương pháp, công nghệ của giai đoạn chế biến nông đã được nghiên cứu,

đã khá hoàn chỉnh, về cơ bản không có những thay đổi cách mạng đáng kể hàngchục năm nay, trong khi đó thì công nghệ chế biến sâu đang và vẫn sẽ ở trong thời

kì biến đổi mạnh mẽ trên con đường hoàn thiện để có thể đáp ứng được yêu cầu vềchất lượng ngày càng cao, càng khắt khe đối với các sản phẩm, bởi vì chính giaiđoạn chế biến sâu góp phần chủ yếu và quyết định trong việc nâng cao chất lượngcủa các sản phẩm, nâng cao giá trị của dầu mỏ, đem lại lợi nhuận nhiều hơn

Để thực hiện quá trình chế biến nông người ta chủ yếu dùng các phương phápvật lí, chủ yếu là phương pháp chưng cất Giai đoạn chế biến sâu sử dụng tổng hợpcác phương pháp hóa học và vật lí Trong bất kì một quá trình chế biến hóa học nàocũng xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, cho nên hỗn hợp tạo ra luôn bao gồm từ rấtnhiều hợp chất có bản chất phân tử lượng rất khác nhau, nghĩa là bao giờ cũng cầntiến hành phân tách hỗn hợp sau phản ứng để có được những sản phẩm mong muốn.Trong hầu hết trường hợp người ta còn phải sử dụng các chất phụ gia nhằm cảithiện một số tính chất kĩ thuật của các sản phẩm lọc dầu Do đó quá trình sản xuấtcác chất phụ gia cũng là một phần của giai đoạn chế biến sâu, mặc dù việc sản xuấtcác chất phụ gia lại thường xuyên được sản xuất tại các nhà máy hóa chất

1.1.2 Vai trò của nhà máy lọc dầu

Nhà máy lọc dầu có vai trò rất to lớn trong đời sống xã hội của còn người Nhàmáy cung cấp những sản phẩm năng lượng và phi năng lượng phục vụ cho nền côngnghiệp của các quốc gia, ảnh hưởng một cách gián tiếp đến nền an ninh khu vực.Ngoài ra nó còn ảnh hưởng tới thu nhập của xã hội thông qua tạo một lượng lớnviệc làm cho khu vực

 Vai trò cung cấp sản phẩm năng lượng và phi năng lượng của nhà máy lọc dầu

Hình 1.1 Nhu cầu dầu thô trên thế giới [2]

Hình 1.2 Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ khu vực châu Á [3]

Hình 1.3 Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ của thế giới [3]

Như chúng ta đã biết, dầu mỏ là hỗn hợp lỏng của các hợp chất hữu cơ, vớithành phần chính là những hydrocacbon lỏng, hydrocacbon rắn cũng như nhiều hợpchất dị nguyên tố, tức những hợp chất hữu cơ tạo ra từ cacbon, hydro và các nguyên

tố khác như lưu huỳnh, nitơ, oxy, các kim loại như Na, Ca… Như vậy dầu mỏ làmột hỗn hợp rất phức tạp chứa hàng nghìn hợp chất, nó vừa là nhũ vừa là huyềnphù Do đó dầu mỏ không thể trực tiếp sử dụng cho các hoạt động công nghiệp, dândụng bao gồm các sản phẩm năng lượng và phi năng lượng Để sử dụng, dầu mỏcần phải được chế biến nông và sâu thành các sản phẩm phù hợp với mục đích sửdụng

Về chính trị-an ninh - quốc phòng, việc đầu tư xây dựng nhà máy lọc dầu chophép các quốc gia chế biến dầu thô trong nước, đảm bảo từng bước về an ninh nănglượng, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp xăng dầu từ nước ngoài, gópphần vào sự nghiệp đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa của các quốc gia

 Vai trò về kinh tế, an sinh xã hội

Việc xây dựng nhà máy lọc dầu, góp phần tạo công ăn việc làm, thu hút nguồnnhân lực chất lượng cao cho khu vực, nâng cao đời sống nhân dân khu vực Đồngthời ngoài nhà máy lọc dầu, các nhà máy sau lọc dầu đi sau, tiếp tục đẩy mạnh nềnkinh tế khu vực, góp phần giải quyết công ăn việc làm cho các lao động

Như sau khi có nhà máy lọc dầu Dung Quất, thì có các dự án công nghiệpnặng, các nhà máy thép, nhà máy đóng tàu, hóa dầu vệ tinh, nhiên liệu sinh học, hạ

tầng giao thông… phát triển rất nhanh kéo theo đó là những dịch vụ ăn theo rất lớncủa các tỉnh xung quanh như Quảng Nam, Đà Nẵng cũng phát triển rất mạnh Dự án

đã tạo việc làm cho gần 2000 lao động, hầu hết là lực lượng trình độ cao và lànhnghề

1.1.3 Mô hình một nhà máy lọc dầu

 Mô hình hệ thống các phân xưởng chế biến

Phân xưởng chế biến là phân xưởng mà ở đó dầu mỏ được chế biến thành cácsản phẩm nghĩa là ở đó dầu mỏ chịu những biến đổi vật lí và hóa học để chế biếnthành sản phẩm Ta gọi tắt đó là phân xưởng

Một nhà máy lọc dầu (Refinery, Oil Refinery) tương đối hoàn chỉnh ngày nay

có bao gồm nhiều phân xưởng và có công suất chế biến từ vài ba đến trên chục triệutấn dầu thô một năm Mỗi phân xưởng bao gồm một phần chủ yếu hoặc thường làtoàn bộ như thiết bị để thực hiện một quá trình, một công nghệ chế biến tương đốihoàn chỉnh [1]

Những phân xưởng chủ yếu của một nhà máy lọc dầu tương đối hoàn chỉnh nhưhình 1.4

Hình 1.4 Mô hình tổng quát một nhà máy lọc dầu [1].

a: Phân xưởng làm sạch, loại muối khỏi dầu thô

b: Phân xưởng chưng cất dầu thô thành các phân đoạn ở áp suất khí quyển (b1)

và ở áp suất chân không (b2)

Có thể coi tập hợp (a) và (b1) là một phân xưởng-phân xưởng chưng cất sơ cấp dầu thô

c: Phân xưởng chế biến phân đoạn khí lọc dầu

c1 – Tháp loại H2S (CO2) bằng amin

c2 – Tháp loại propan

c3 - Tháp loại etan

d: Phân xưởng oxy hóa H2S để sản xuất S, H2SO4

e: Phân xưởng đồng phân hóa

s: Phân xưởng hydrotreating

g: Phân xưởng cracking xúc tác VGO hoặc AR

h: Phân xưởng hydrocracking

i: Phân xưởng cracking nhiệt, cracking giảm độ nhớt, steam cracking

k: Phân xưởng chưng cất sản phẩm cracking

l: Phân xưởng polymer hóa

m: Phân xưởng alkyl hóa

n: Phân xưởng loại chất nhựa đường

o: Phân xưởng loại paraffin

q: Phân xưởng sản xuất mỡ

r1, r2: Các phân xưởng sản xuất nhựa đường (thổi không khí, pha trộn)

t: Phân xưởng sản xuất than cốc

Hình 1.5 cho ta thấy một cách tổng quát hơn mô hình một nhà máy lọc dầu

Hình 1.5 Sơ đồ rút gọn một nhà máy lọc dầu [1].

Các kí hiệu như đã cho ở hình 1.4 Ngoài ra có thêm các kí hiệu: k’: các thiết bịchưng cất các sản phẩm của các quá trình chế biến hóa học: reforming, alkyl hóa,isome hóa…; u: các phân xưởng khác như phân xưởng sản xuất hơi nước, phânxưởng sản xuất nitơ…

Cần chú ý là mô hình ở hình 1.4 và 1.5 chỉ là một mô hình chung chung, vừathừa vừa thiếu, không bắt buộc, càng không phải là một mô hình tối ưu Nhiều phânxưởng chưa có trong mô hình đó, một số phân xưởng trong đó sẽ không có trongnhà máy lọc dầu này hoặc nhà máy lọc dầu kia, một số phân xưởng có thể kết hợplại hoặc phần nào thay thế lẫn nhau

Số phân xưởng, bản chất và quy mô của mỗi phân xưởng, mối liên hệ về mặtcông nghệ và về mặt địa điểm giữa các phân xưởng phụ thuộc vào những yếu tốsau: bản chất của dầu thô, khả năng kĩ thuật và khả năng tài chính của chúng ta, nhucầu về tiêu dùng của khách hàng về khối lượng và phẩm chất của sản phẩm Để hiểu

rõ hơn về những yếu tố này, có thể tham khảo về giáo trình hóa học dầu mỏ và cácsản phẩm dầu mỏ Một số ví dụ cụ thể dưới đây

Khi dầu thô nguyên liệu chứa ít hợp chất dị nguyên tố, tức là thường thường nó

là dầu ngọt, thì các phân xưởng hydrotreating sẽ bớt phần quan trọng, số lượng vàcông suất các phân xưởng hydrotreating sẽ ít đi

Trong trường hợp dầu thô nguyên liệu là dầu paraffin, hàm lượng asphaltentrong nó có ít, thì nhà máy sẽ không có các phân xưởng sản xuất nhựa đường

Ví dụ nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất chủ yếu là dầu ngọtgiàu paraffin và sạch (chứa rất ít dị nguyên tố) nên ở nhà máy đó không có phânxưởng sản xuất nhựa đường, không có phân xưởng hydrotreating phân đoạn LGOcũng như phân đoạn HGO, không có phân xưởng chưng cất chân không để lấyHVGO, LVGO làm nguyên liệu cho phân xưởng cracking xúc tác, vì cặn chưng cất

khí quyển AR đã rất sạch nên được dùng làm nguyên liệu trực tiếp cho phân xưởngRFCC.

Những vùng mà dầu diesel DO có nhu cầu lớn, như ở hầu hết các nước đangphát triển, cụ thể là ở Việt Nam chẳng hạn, thì các phân đoạn LCO, HCO thu được

từ phân xưởng chưng cất sản phẩm cracking (k) ở hình 1.4 có thể được chú tronghơn, nghĩa là phân xưởng cracking có nhiệm vụ tạo ra nhiều LCO, HCO hơn Ví dụnhư ở nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất, LCO có thể được tạo ra với hiệu suất tối đa,LCO đó được dẫn trực tiếp đến bồn bể chứa với tư cách là một hợp phần để pha chế

DO thương phẩm

Nhiều nhà máy lọc dầu được thiết kế không phải để sản xuất dầu bôi trơn màchủ yếu để sản xuất các sản phẩm năng lượng Trong trường hợp đó sẽ không cócác phân xưởng liên quan đến dầu bôi trơn như các phân xưởng (o), (p) (n), (q)…Tháp chưng cất chân không ở (b2) có cấu trúc đơn giản hơn

Ngoài ra trong bất kì một nhà máy lọc dầu nào cũng phải có hệ thống đốt đuốc(Flare System) ở đó có các khí hydrocacbon thừa hoặc khó sử dụng một cách tinh

tế được đốt bỏ, tránh việc thải chúng vào không khí làm ô nhiễm môi trường

Mô hình một nhà máy lọc dầu cũng như quy mô của nó thay đổi theo thời đại,Trình độ công nghệ, theo bản chất dầu thô nguyên liệu, theo nhu cầu về chất lượngcủa sản phẩm cần có

Ngày nay, tất cả các sản phẩm nhà máy lọc dầu làm việc một cách liên tục vàliên hoàn, trong đó, ở thế kỉ trước, chúng hoạt động theo hình thức gián đoạn Năm

1912 được coi là mở đầu của tháp chưng cất liên tục dầu thô, nghĩa là khoảng nữathế kỉ sau khi nhà máy lọc dầu đầu tiên được xây dựng ở Titusville (Pensylvania,USA) bởi W.Barnsdall và W.A.Abbott và gần 2 thế kỉ sau khi người Nga chưng cấtdầu mỏ vào năm 1735

Ngày nay các kĩ sư lọc dầu tìm mọi cách để sản xuất được nhiều nhất 2 sảnphẩm là xăng và DO, thì trước thập kỉ cuối cùng của thế kỉ XIX, kerosene dùng làmdầu thắp sáng lại là sản phẩm quan trọng nhất Hồi đó người ta ca thán dầu mỏ chứaquá nhiều phân đoạn xăng

Trước và trong đại chiến thế giới lần thứ hai phân xưởng cracking nhiệt là mộttrong những phân xưởng quan trọng nhất của một nhà máy lọc dầu, vì người ta chưanắm bắt được công nghệ cracking xúc tác, vì nhu cầu xăng tăng lên rất mạnh, cònbây giờ vai trò của cracking nhiệt đã giảm hẳn và thay đổi về cơ bản Người ta

cracking giảm độ nhớt, steam cracking những phân đoạn nặng nhất để có FO, để tạonguyên liệu cho cracking xúc tác và có dầu DO nặng

Trong những năm 1950-1970 việc sản xuất xăng, DO, FO vẫn là nhiệm vụchính của một nhà máy lọc dầu, nhưng ngoài những công nghệ sau chưng cất dầuthô để tăng chất lượng xăng cũng như những cố gắng điều chế các chất đầu chocông nghiệp hóa dầu thì gần như không có một sự biến đổi sâu sắc thật sự nào liênquan đến việc chế biến các phân đoạn khác, ngoài công nghệ hydrotreating đang ởtrong giai đoạn đầu của sự phát triển hình 1.6, 1.7 là những sơ đồ điển hình của mộtnhà máy lọc dầu thời đó

Ở hình 1.7 ta thấy công nghệ cracking giảm độ nhớt chưa phải là phổ biến, côngnghệ cracking xúc tác chưa được ứng dụng nhiều ở châu Âu

Hình 1.6 là sơ đồ một nhà máy lọc dầu nhẹ của Mỹ vào thập kỉ 60 có mục đíchsản xuất nhiên liệu nhẹ Vào thời kì đó công nghệ hydrotreating chưa phát triển Sảnphẩm chính của nhà máy là xăng ô tô, xăng máy bay, DO vì nước Mỹ dùng rấtnhiều xăng so với các sản phẩm năng lượng dầu mỏ khác

Do nhu cầu tăng, đặc biệt là nhu cầu cải thiện phẩm chất các sản phẩm dầu mỏnhư những vấn đề loại bớt aromatic độc hại trong xăng, trong nhiên liệu phản lực,giảm mạnh hàm lượng lưu huỳnh… ta thấy là ở mô hình nhà máy lọc dầu ngày nay(xem hình 1.4…1.7), kĩ thuật hydrotreating, công nghệ cracking giảm độ nhớt VR,công nghệ FCC… được sử dụng rộng rãi hơn

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên tắc một nhà máy lọc dầu nhẹ (USA) thập kỉ 60

[1]

1.Tháp chưng cất dầu thô; 2.Tháp stripping; 3.Lò cracking xúc tác; 4.Lòreforming xúc tác; 5.Lò cracking nhiệt; 6.Lò cracking giảm độ nhớt; 7.Tháp chưngcất sản phẩm cracking xúc tác; 8.Tháp chưng cất sản phẩm cracking nhiệt; 9.Bềnhóa phân đoạn xăng; 10.Bền hóa xăng cracking; 11.Bền hóa xăng cracking nhiệt;12.Chưng cất sản phẩm alkyl hóa; 13.Chưng cất sản phẩm polime hóa; 14.Bìnhalkyl hóa; 15.Thiết bị polymer hóa; 16.Tháp hấp thụ; 17 Tháp khử hấp thụ

Hình 1.7 Sơ đồ đơn giản hóa một nhà máy lọc dầu ở Châu Âu vào

những năm 1950-1970 [1]

1.Tháp chưng cất khí quyển; 2.lò hydrotreating; 3.Lò reforming; 4.Tháp hấp thụamin; 5.Phân xưởng Claus; 6.phân xưởng LPG; 7.Ngọt hóa kerosen; 8.Lòhydrotreating; 9.Lò cracking giảm độ nhớt

Trong tương lại không xa mô hình một nhà máy lọc dầu có lẽ khác bây giờnhiều, các biện pháp làm sạch khỏi dị nguyên tố, loại bỏ những hợp chất độc hại,tận dụng triệt để cặn chân không… sẽ được sử dụng một cách sâu rộng hơn

 Các phân xưởng phụ trợ

Phân xưởng phụ trợ là những phân xưởng mà ở đó không tiến hành sự chế biếndầu mỏ mà chỉ xảy ra những quá trình sản xuất các chất, vật liệu dùng để hỗ trợ chocác quá trình xảy ra ở các phân xưởng chế biến

Những phân xưởng phụ trợ quan trọng và bắt buộc phải có là:

- Phân xưởng xử lí nước

- Phân xưởng sản xuất hơi nước

- Phân xưởng cung cấp các khí nitơ, không khí, hydro…

- Phân xưởng cung cấp điện (nhà máy điện)

- Hệ thống bồn chứa và đường ống

Hình 1.8 Sơ đồ đơn giản hóa nhà máy lọc dầu thập kỉ 90 thế kỉ XX [1]

1.Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển; 2.Phân xưởng chưng cất

AR ở áp suất chân không; 3.Phân xưởng chưng cất phân đoạn khí; 4.Phân xưởng hydrotreating; 5.Phân xưởng cracking giảm độ nhớt; 6.Phân xưởng reforming; 7.Tháp loại LPG 8.Phân xưởng isome hóa; 9.Phân xưởng FCC; 10.Phân xưởng loại khí H 2 S; 11 Phân xưởng làm ngọt; 12.Phân xưởng Claus; 13.Phân xưởng tách

C 3 H 8 khỏi C 4 H 10 ; 14.Phân xưởng sản xuất MTBE; 15.Phân xưởng alkyl hóa

- Phân xưởng xử lí nước và phân xưởng sản xuất hơi nước

Một lượng nước rất lớn cần được cung cấp thường xuyên cho nhà máy lọc dầu.Nước được dùng vào những mục đích sau: tham gia các quá trình công nghệ, cho hệthống phòng hỏa, để làm vệ sinh, ăn uống, cho các phòng thí nghiệm.

Tùy theo điều kiện thủy địa chất mà có thể chỉ dùng nước ngọt hoặc dùng cảnước biển

Các thiết bị làm lạnh, làm lạnh ngưng tụ các dòng dầu nóng bằng nước lạnh làrất phổ biến trong các nhà máy lọc dầu Chúng tiêu thụ rất nhiều nước

Nước ngọt và nước sạch được dùng cho phân xưởng sản xuất hơi nước Hơinước được dùng trong rất nhiều quy trình công nghệ, trong các tháp stripping bằnghơi nước, trong tháp chưng cất dầu thô, trong lò phản ứng cracking như là phươngtiện truyền nhiệt, cung cấp nhiệt làm giảm áp suất hơi riêng phần của hydrocacbon.Nước và hơi nước được dùng trong nhà máy điện

Trong nhà máy lọc dầu thường có hệ thống sản xuất và phân phối 3 loại hơinước quá nhiệt:

+ Hơi nước cao áp có áp suất 25-40atm ở nhiệt độ 250-435oC được dùng đểchạy tuôc bin, máy nén và đun nóng các phân đoạn dầu đến trên 160oC Các phânxưởng reforming, alkyl hóa, polymer hóa cũng sử dụng nó

+ Hơi nước trung áp có áp suất 10-13 atm và nhiệt độ 200-3000C được dùng đểhâm nóng các phân đoạn dầu quá nhớt

+ Hơi nước hạ áp có áp suất 2-7 atm, nhiệt độ 120-2200C được dùng trong cácthiết bị phản ứng, trong tháp stripping, tháp chưng cất

Nước được sử dụng để hòa tan các chất vô cơ sinh ra trong quá trình chế biếndầu Nước rất cần cho các thiết bị loại muối khỏi dầu thô

Nước và nước ngưng tụ (từ hơi nước) trong các nhà máy lọc dầu luôn bị nhiễmbẩn bởi các cấu tử dầu, các hóa chất sử dụng và hóa chất sinh ra trong quá trình chếbiến Do đó để nhà máy tồn tại và bảo vệ môi trường sống những ông chủ nhà máylọc dầu luôn đầu tư công sức và tiền của nhằm làm sạch nước thải trước khi xả rangoài Việc xử lí nước thải khá tốn kém

- Vấn đề năng lượng

Nhà máy lọc dầu đầu tiên tiêu thụ rất nhiều năng lượng dưới dạng điện năng vànhiệt năng

Trung bình một nhà máy lọc dầu cần một nguồn điện có công suất 300MW Ngoài việc sử dụng hệ thống điện quốc gia, mỗi nhà máy lọc dầu cần cómột nhà máy điện riêng, vì nhà máy lọc dầu luôn phải hoạt động, không thể ngừng,không thể phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống điện quốc gia Hơn nữa chính nhà máyđiện riêng cũng góp phần tận dụng những năng lương dư ở bộ phận này hoặc bộphận kia của nhà máy

200-Hệ thống điện phải đảm bảo cung cấp các dòng điện 380/220V và 6000V.Nhiệt năng cần cho nhà máy lọc dầu có được nhờ việc đốt các phân đoạn dầu cógiá trị thấp, khó chế biến một cách kinh tế Đó thường là một phân đoạn khí đốt C1-

C2, phân đoạn cặn chảy ra từ một số tháp chưng cất như cặn bùn từ phân xưởngcracking xúc tác, cặn chưng cất chân không Trung bình cần đốt 50-70kg nhiên liệu

để chế biến 1 tấn dầu thô Việc đốt nhiên liệu xảy ra trong các lò đốt-lò gia nhiệt

- Vấn đề cung cấp không khí và khí trơ nitơ

Nhà máy lọc dầu đòi hỏi một lượng lớn không khí chủ yếu ở dạng nén Nóđược sử dụng trong hệ thống điều khiển và khống chế tự động bằng khí động học,trong việc tái sinh các chất xúc tác, loại bỏ cốc bám dính trong các lò đốt và sảnxuất nhựa đường… Không khí nén sử dụng trong cách nhà máy lọc dầu thường phải

có áp suất 6-8atm, nhiệt độ 30-400C Lượng không khí nén cần dùng lên tới hàngchục mét khối trong một phút Khí trơ N2 được dùng chủ yếu để loại bỏ oxy, khíhydro trong các bồn chứa cũng như trong các thiết bị trước khi thực hiện việc nạpliệu, để đuổi khí hydro, khí oxy trong các thiết bị tái sinh chất xúc tác reforming vàhydrotreating… Có 2 phương pháp chính sản xuất N2 Theo phương pháp thứ nhấtngười ta đốt hydrocacbon bằng không khí dư, sau đó loại bỏ nước và các oxitcacbon Phương pháp thứ hai là làm lạnh sâu không khí để tách O2 khỏi N2 Một nhàmáy lọc dầu công suất trung bình, cỡ sáu hay bảy triệu tấn một năm, tiêu thụ 20-30ngàn mét khối khí trơ N2/năm Không khí nén, khí trơ N2 được sản xuất trong nhữngphân xưởng riêng

1.1.4 Sơ đồ mặt bằng một nhà máy lọc dầu

Nhà máy lọc dầu có quy mô lớn, được xây dựng ở nơi có nguồn nước dồi dào,gần những trung tâm tiêu thụ sản phẩm dầu mỏ, tương đối thuận tiện về giao thôngđường thủy hay đường sắt Nhà máy lọc dầu cần được thiết kế và xây dựng sao chotổng độ dài các đường ống công nghệ là tối thiểu, số máy bơm cần dùng ít nhất, các

phân xưởng có liên quan trực tiếp trong dây chuyền công nghệ ở gần nhau tới mức

có thể, đảm bảo sự tiện lợi trong vận hành, phòng cháy chữa cháy, cung cấp nguyênvật liệu và xuất sản phẩm

Nhà máy lọc dầu được xây dựng thành một tổng thể gồm nhiều phân khu nằmtrong một khu vực khép kín Các phân khu là:

- Phân khu sản xuất gồm các phân xưởng Đó là phân khu chính của nhà máy

- Phân khu bồn chứa nguyên liệu và sản phẩm Các bồn chứa nguyên liệu phải

có tổng dung tích lớn để đảm bảo nguyên liệu (dầu thô) đủ cung cấp cho nhà máytrong vòng hàng tuần Phân khu này thường ở phía sau của nhà máy, nơi có cảngbiển hoặc ga tàu hỏa

- Phân khu kho bãi và sữa chữa

- Phân khu hành chính ở lối vào của nhà máy

- Phân khu bảo vệ gồm cây xanh vườn cỏ ở xung quanh

Hình 1.9 Sơ đồ mặt bằng nhà máy lọc dầu [1]

1.Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển; 2.Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển và ở áp suất chân không; 3,4.Phân xưởng reforming; 5,6.Phân xưởng hydrotreating; 7.Phân xưởng chiết để sản xuất dầu bôi trơn; 11.Phân xưởng loại paraffin từ phân đoạn dầu bôi trơn 14.Phân xưởng chế biến paraffin và ceresin; 15.Phân xưởng sản xuất lưu huỳnh đơn chất; 16.Phân xưởng sản xuất nhựa đường; phân xưởng đồng phân hóa; 18.Phân xưởng cung cấp và xử

lí nước; 19.Kho chứa nguyên liệu cho vùng sản xuất dầu bôi trơn; 20.Phân xưởng sửa chữa và cơ khí; 21.Khu hành chính; 22.Nhà máy điện và cung cấp nhiệt; 23,24.Trạm pha chế nhiên liệu sản phẩm; 25.Kho; 26.Khu bồn chứa; 27.Trung tâm khí nén; 28,30.Thiết bị phục vụ đuốc đốt và đuốc đốt 29.Vùng chứa hóa chất; 31.Đường sắt

Hình 1.10 Sơ đồ mặt bằng nhà máy lọc dầu Tokuyama –Nhật Bản (công

suất 6,5 triệu tấn/năm)[1]

1.Các phòng thí nghiệm; 2.phân xưởng FCC; 3.Phân xưởng CDU; 4.Các phân xưởng hydrotreating các phân xưởng xử lí phân đoạn khí, phân xưởng Claus; 5.Phân xưởng chưng cất chân không; Phân xưởng hydrotreating VGO; Phân xưởng sản xuất hydro; 6.Phân xưởng sản xuất nhựa đường; 7.Phân xưởng xử lí nước; 8.Các cầu cảng; 9.Phân khu các bồn chứa; 9a.Trạm xuất xăng cho thành phố; 10.Phân khu hành chính; 11.Vườn cây-bãi cỏ; 12.Biển; 13.Lối vào-đường giao thông

1.2 Tổng quan về phân xưởng CDU

Phân xưởng CDU là phân xưởng xử lý đầu tiên trong tất cả các nhà máy lọcdầu Nó phân tách dầu thô thành các phân đoạn nhỏ hơn, loại bỏ các tạp chất trongdầu thô Thiết kế phân xưởng CDU dựa trên đặc tính của dầu thô: dầu thô nhẹ/dầuthô nặng và/hoặc dầu thô ngọt/chua Thiết kế phân xưởng cần chú ý đến sự chênhlệch nhiệt độ giữa các mùa, bởi tùy vào quốc gia, sự chênh lệch nhiệt độ giữa mùađông và mùa hè có thể lên tới 200C Phân xưởng nên vận hành khoảng 60% côngsuất thiết kế Công suất của một phân xưởng CDU trong khoảng 10000 thùng/ngày-

400000 thùng/ngày Công suất thích hợp nhất thường khoảng 200000 thùng/ngày[6]

Hình 1.11 Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung

Quất theo hướng đông nam [7].

Hình 1.12 Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung

Quất theo hướng Tây nam [7].

1.2.1 Vai trò của phân xưởng CDU

Phân xưởng chưng cất dầu thô CDU trong nhà máy lọc dầu có 2 vai trò chính:

- Chưng cất dầu thô thành các phân đoạn khác nhau về nhiệt độ sôi, mỗi phân đoạn sau đó được xử lý sâu trong phân xưởng khác của nhà máy lọc dầu.

- Loại bỏ tạp chất trong dầu thô (muôi, chất rắn, kim loại…) mà ảnh hưởng xấutới hoạt động, hiệu quả của các phân xưởng hạ nguồn.

1.2.2 Sơ đồ công nghệ của phân xưởng CDU

Tùy theo công suất của phân xưởng, đặc tính của dầu thô nguyên liệu mà cáccụm phân xưởng trong CDU có thể thay đổi phù hợp Ngoài ra tùy theo từng điềukiện của nhà máy, mà nó có thể thay đổi cho phù hợp với thực tế Nên có thể nhàmáy này có cụm này, nhưng lại không có cụm kia, và ngược lại

Hình 1.13 Sơ đồ khối phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất (nét đất chỉ

cụm phân xưởng bổ sung khi mở rộng công suất nhà máy)

Sơ đồ hình 1.13 thiết kế cho loại dầu ngọt, nhẹ nên không có tháp chưng cấtchân không để lấy các phân đoạn làm dầu bôi trơn Với các nhà máy xử lý dầu nặng

họ có thêm tháp chưng cất chân không để thu hồi phân đoạn làm dầu bôi trơn Những hình 1.16-1.22 ( hình vẽ PFD) của phân xưởng CDU của nhà máy lọcdầu Dung Quất mô tả rõ hơn

Thuyết minh sơ đồ công nghệ của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất

1.2.2.1 Mô tả dòng công nghệ

Phân xưởng chưng cất khí quyển sẽ phân tách dầu thô thành những phân đoạnsản phẩm khác nhau Dãy tiền gia nhiệt cho dầu thô và lò gia nhiệt được sử dụng đểtăng nhiệt độ của dầu thô đến điều kiện cần thiết của quá trình chưng cất Ngoài racòn có các cụm thiết bị và phân xưởng phụ khác như thiết bị tách muối, tháp ổnđịnh xăng hay như là hệ thống tạo chân không

Mô tả chi tiết từng cụm thiết bị được chỉ ra dưới đây và được phân loại theodòng vào và dòng ra của dầu thô

1.2.2.2 Tiền Gia nhiệt cho dầu thô

Được thể hiện trong các bản vẽ P&ID 101/102/103/106/107/108/109 của của nhà máy lọc dầu Dung Quất [8]

8474L-011-PID-0021-Dầu thô được bơm từ bể chứa đến phân xưởng chưng cất dầu thô bởi bơmnguyên liệu P-6001A/B/C Sau khi đi vào cụm phân xưởng, dầu thô được gia nhiệttại 2 dãy thiết bị trao đổi nhiệt (mỗi dãy bao gồm 2 nhánh song song nhau) bị phâncách bởi thiết bị tách muối để thu hồi nhiệt nhằm nâng nhiệt độ của dầu thô

Tại dãy trao đổi nhiệt đầu tiên (dãy tiền gia nhiệt nguội), nhiệt độ của dầu thô từ

50oC được nâng lên 138 – 133oC tùy theo nguyên liệu là dầu thô Bạch Hổ hayDubai Để giữ cho nhiệt độ đầu ra của dầu thô ở hai nhánh song song là tươngđương nhau, dòng dầu thô đi vào mỗi nhánh được điều chỉnh bằng các van điều

khiển 011-TV-007A và 011-TV-007B đặt tại đầu vào của các thiết bị trao đổi nhiệt E-1101 và E-1102 tương ứng.

Sau khi ra khỏi thiết bị tách muối, dầu thô được bơm bởi Booster bơm

P-1101A/B đến dãy tiền gia nhiệt nóng (Hot Preheat Crude Train) (dãy thứ hai), nhiệt

độ của dầu thô được nâng lên từ 136-131oC đến 283-277oC tương ứng với từng loạidầu thô Bạch Hổ và dầu Dubai Nhằm duy trì nhiệt độ đầu ra của dầu thô tại nhánhsong song là tương đương nhau, dòng dầu vào được điều chỉnh bởi hai van điều

khiển 011-TV-015A và 011-TV- 015B đặt tại đầu vào của các thiết bị trao đổi nhiệt E-1105A-J và E-1106A-F tương ứng.

Bảng 1.1 tóm tắt các thiết bị trao đổi nhiệt cũng như các dòng sản phẩm nóngđược sử dụng trong mỗi thiết bị trao đổi nhiệt

Bảng 1.1 Dãy các thiết bị trao đổi nhiệt [8].

Trao đổi với dòng Heavy Gas Oil hồi

lưu tuần hoàn từ bơm P-1105

E-1108A-D*

Trao đổi với dòng cặn chưng cất

đi từ E-1134

E-1134 A/B*

Trao đổi với dòng cặn chưng cất đi từ

1.2.2.3 Cụm thiết bị tách muối

Được thể hiện rõ hơn trong các bản vẽ P&ID: 104/105/119/120 của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất [8]

8474L-011-0021-Muối vô cơ được tách ra từ quá trình nhũ tương hóa nước với dầu và được tách

ra ở thiết bị tách muối Hệ thống tách muối bao gồm 2 thiết bị tách muối mắc nốitiếp nhau (A-1101-D-01/02), tại đó hàm lượng muối hòa tan được tách ra cùng vớinước nhằm đạt tiêu chuẩn là 2,0 ppm khối lượng (tối đa) và nước tự do là 0,2% thểtích (tối đa) tại nhiệt độ vận hành của thiết bị tách muối

Dầu thô có chứa các chất cặn đến từ dãy tiền gia nhiệt nguội (1101A/H,

E-1102, E-1103 A/B và E-1104) đi vào thiết bị tách muối Nước tuần hoàn đi từ thiết

bị tách muối cấp thứ hai (A-1101-D-02) được đưa vào dòng dầu thô trước khi đi vàothiết bị tách muối thứ nhất Dầu thô tiếp tục qua thiết bị trộn tĩnh thứ nhất (A-1101-M-01) như là thiết bị phân tán dầu thô/nước nhằm tăng diện tích tiếp xúc bề mặtgiữa hai chất lỏng để đạt đến giá trị tối ưu Sau khi ra khỏi thiết bị trộn, hỗn hợp dầu

và nước được hợp nhất ở trạng thái nhũ tương tại van trộn 011-PDV-503 đặt ở dòngvào của thiết bị tách muối cấp thứ nhất A-1101-D01 Dòng lưu thể đi vào thiết bịtách muối cấp thứ nhất và được tách ra làm 2 pha khác nhau (dầu thô và nước) dướitác động của lực tĩnh điện Dầu thô đã được tách muối dịch chuyển lên phần đỉnhcủa bình tách còn nước hòa tan muối đi xuống phần đáy của bình tách và được đưađến phân xưởng xử lý nước thải ETP

Dầu thô từ thiết bị tách muối cấp thứ nhất A-1101-D-01 được trộn với nước rửamuối đến từ thiết bị trao đổi nhiệt E-1128 tại thiết bị trộn tĩnh thứ hai A-1101-M-02

và đi vào bình tách thứ hai qua van trộn 011-PDV-506 (nước tuần hoàn từ thiết bịtách muối thứ hai có thể được đưa trở lại trước thiết bị trộn tĩnh thứ hai thông quavan FV-164 nhờ bơm nước tuần hoàn P-1118A/B nhằm cải thiện quá trình táchmuối)

Độ nhũ trong mỗi thiết bị tách muối được điều chỉnh và kiểm soát bằng bộ điềukhiển chênh áp ở 011-PDIC-503/506

Dưới tác động của lực tĩnh điện, dầu thô được tách muối thêm một lần nữa triệt

để hơn tại thiết bị tách muối A-1101-D-02 Dòng dầu đã được tách muối đi ra từđỉnh của bể tách còn nước đi ra từ đáy của thiết bị tách muối, tuần hoàn trở lại ởthiết bị tách muối thứ nhất bởi bơm P-1118 A/B

Hệ thống tách muối được thiết kế có thể vận hành với chỉ một cấp (một tronghai thiết bị tách có thể ngừng) Ngoài ra, không cho phép việc ngừng hoàn toàn cả

hai thiết bị tách muối cùng lúc, các van tại đầu hút của Booster bơm P-1101 sẽ đóng lại khi cả hai van ở đường bypass đều mở thông qua khóa liên hợp 011-SP-815.

Nhằm tăng hiệu quả tách muối và nước ở thiết bị tách muối cũng như giảmthiểu lượng dầu cuốn theo dòng nước thải, hóa chất phá nhũ từ bể chứa A-1104-D-

12 được bơm A-1104-P-23A/B đưa đến cho cả dòng nguyên liệu dầu thô trước dãytiền gia nhiệt nguội và trước khi vào thiết bị tách muối cấp thứ hai

Hệ thống rửa bùn được dùng định kỳ để tách các chất rắn có trong dầu thôtích tụ tại đáy của thiết bị tách muối Nước rửa bùn được trích ra từ một phần củanước rửa muối đi từ E-1128 để sục vào phần chất rắn tích tụ tại đáy của bể tách vàcác chất rắn được rửa đi ra khỏi bể cùng với dòng nước thải

Nước thải trong quá trình rửa muối bao gồm nước rửa bùn, nước trongnguyên liệu dầu thô ban đầu cũng như nước thải ra từ quá trình tách muối, muối vàcác tạp chất thải ra trong quá trình tách muối Nước thải được làm nguội, đầu tiên làgia nhiệt cho dòng nước sạch cung cấp cho quá trình tách muối tại thiết bị trao đổinhiệt E-1128 A-E và tiếp tục được làm nguội sâu hơn tại thiết bị làm nguội bằngkhông khí (E-1129) Cuối cùng dòng nước thải được đưa đến phân xưởng xử lýnước thải ETP

Bơm nước rửa muối P-1119A/B được sử dụng để bơm nước sạch từ bìnhchứa nước rửa muối D-1109 đến các thiết bị trao đổi nhiệt E-1128 A-E nhằm nângnhiệt độ của nước rửa muối lên 120oC trước khi đi vào thiết bị tách muối thứ nhất(A-1101-D-01)

Nguồn nước sạch dùng cho quá trình rửa muối được đưa đến bình D-1109 có

thể được cấp bởi nước từ phân xưởng xử lý nước chua Sour Water Stripper Unit

(Unit 18), nước sinh hoạt hoặc nước công nghệ từ bơm P-1121A/B Tuy nhiên, việc

sử dụng dòng nước công nghệ để rửa muối bị hạn chế trong trường hợp chế biếndầu ngọt

Hình 1.15 Cực tĩnh điện của thiết bị loại muối [9]

Lò gia nhiệt H-1101 được thiết kế với công suất 83740 kW Lò đốt bao gồm

02 buồng đốt bức xạ hình trụ và chỉ duy nhất 1 vùng đối lưu Khi đi vào vùng đốilưu, dòng dầu thô được chia ra làm 8 nhánh đối xứng nhau Sau khi ra khỏi vùng đốilưu, 4 nhánh được chuyển tiếp về buồng đốt thứ nhất và 4 nhánh còn lại đi về buồngđốt thứ 2 Đường ra của mỗi nhánh đặt tại đỉnh của vùng bức xạ

Ngoài ra, một lượng nhiệt từ dòng khí thải còn được dùng để tạo hơi quánhiệt thấp áp với 3 dãy ống trên vùng đối lưu

Vùng bức xạ được bố trí hai buồng đốt giống hệt nhau với hệ thống ống gianhiệt cho dầu thô đặt thẳng đứng Có 72 ống trong mỗi buồng đốt, mỗi ống có chiềudài là 17,9m Những ống này có các giá đỡ đặt tại đỉnh, các điểm neo ở khoảng giữa

và đáy của ống Bước chuyển tiếp của các ống từ vùng đối lưu đến vùng bức xạ đặt

ở bên ngoài lò đốt và được hàn kín

Vùng đối lưu đặt ở phía trên 2 buồng đốt bao gồm 18 lớp ống của 8 dãyống dầu thô và 3 lớp ống để sản xuất hơi quá nhiệt 3 lớp ống công nghệ tại cuốivùng đối lưu là các ống trần còn 15 dãy ống còn lại ở phía trên cũng như 3 dãy ống

để sản xuất hơi quá nhiệt đều được lắp thêm các cánh tản nhiệt với chiều cao ¾”dọc theo thân ống nhằm tăng bề mặt hấp thu nhiệt từ quá trình đốt nhiên liệu (FuelGas và Fuel Oil)

Mỗi đầu đốt được trang bị hệ thống đánh lửa tự động và thiết bị dò ngọn lửa

Dòng không khí cấp cho các đầu mồi (pilot) được điều khiển bởi Venturi

011-FI-066, là một cánh cửa đón gió và có thể điều chỉnh trực tiếp tại lò đốt Dòng không

khí cho phép đi vào đầu mồi (pilot) được điều chỉnh phụ thuộc vào khối lượng phân

tử của nhiên liệu đốt Khi dùng LPG để mồi thì Venturi sẽ được mở một phần và

điều chỉnh bằng cách quan sát màu sắc của ngọn lửa Tuy nhiên khi sử dụng nhiên

liệu với khối lượng phân tử thấp hơn, Venturi sẽ đóng không cho dòng không khí đi

vào đầu mồi Đầu mồi được sử dụng nhiên liệu có khối lượng phân tử thấp với khí

dư quá nhiều, sẽ phát ra tiếng ồn và người vận hành trong trường hợp này phải đóng

Venturi lại.

Có 3 damper đặt ở phía trên vùng đối lưu nhằm điều chỉnh mức độ lưu thông khí (draft) trong lò đốt Để điều chỉnh draft một cách hợp lý, người vận hành phải kiểm tra draft tại đỉnh của vùng bức xạ thông qua số đo của thiết bị hiển thị áp suất

011-PG-511 (giá trị thích hợp là -2,5 mm w.g) Người vận hành có thể tác động đến

draft trong lò đốt bằng 3 hệ thống điều khiển bằng tay 011-HIC-510 A/B/C được

lắp đặt ở ngoài field cũng như xử lý tình trạng dòng khí thải phân phối không đồng

đều trong lò đốt Các damper được thiết kế với chế độ ngừng hoàn toàn để cho dòng

khí thải có thể đi ra ngoài một cách thông suốt Vị trí của damper mở hoàn toàntrong trường hợp dòng không khí hoặc dòng điện bị hư hỏng

Lò gia nhiệt H-1101 được thiết kế để vận hành với chế độ lưu thông cưỡngbức Lò gia nhiệt có 2 quạt thổi (blower) (B-1101A/B) được đặt song song nhau (1

blower hoạt động và 1 damper còn lại dự phòng) Cả hai blower được thiết kế với

120% công suất thiết kế cho dòng không khí Lưu lượng dòng không khí được điều

chỉnh bởi các cánh dẫn lưu không khí ở mỗi blower Có một thiết bị chuyển hướng (011-XV-500) được lắp đặt nhằm cách ly giữa blower dự phòng và blower đang

chạy Vị trí của thiết bị chuyển hướng được điều chỉnh bằng tay và bảng điều chỉnh011-XZL-500 được lắp đặt nhằm cho biết thông tin về vị trí hiện tại của thiết bịchuyển hướng.

Công suất của lò gia nhiệt được điều khiển bởi nhiệt độ của dầu thô ra khỏi

lò Nhiệt độ dầu thô đi vào tháp chưng cất chính được điều khiển thông qua bộ điềukhiển 011-TIC-070 Bộ điều khiển này sẽ thông qua bộ tính toán nhằm đặt ra giá trịmong muốn (setpoint) cho thiết bị điều khiển dòng dầu đốt, khí đốt cũng như dòngkhông khí cần cung cấp Nói một cách khác, khi muốn tăng công suất của lò gianhiệt theo yêu cầu, dòng không khí cấp vào sẽ tăng trước khi tăng dòng khí nhiênliệu Ngược lại, khi giảm công suất của lò gia nhiệt, dòng khí đốt phải giảm trướckhi giảm dòng không khí Dòng không khí phải luôn được cung cấp một cách đầy

đủ và đảm bảo trong suốt quá trình vận hành

Nguyên tắc điều khiển lò gia nhiệt phải được tuân thủ trong suốt quá trìnhvận hành bình thường Tuy nhiên, khi khởi động, nguyên tắc này có thể đượcchuyển sang chế độ vận hành bằng tay dưới sự giám sát chặt chẽ của người vậnhành

Không khí dư theo tính toán (tối ưu) phải được duy trì tại mọi thời điểm.Điều này có thể thực hiện được bằng cách điều chỉnh tỷ lệ không khí/nhiên liệu

(air/fuel ratio) bởi bộ điều khiển 011-HIC-077 trong suốt quá trình vận hành.

Dòng hơi thấp áp đi vào các ống hơi quá nhiệt được điều khiển để đạt đượcgiá trị nhiệt độ đầu ra của dòng hơi quá nhiệt theo mong muốn Các giá trị cần điềuchỉnh được thực hiện thông qua vòng điều khiển 011-TT/TIC/TV-063

1.2.2.5 Chưng cất dầu thô

Được thể hiện trong các bản vẽ P&ID: 103/109/112/113/114/115/116/116/125/126/128/129 [8]

8474L-011-PID-Nguyên liệu dầu thô hóa hơi một phần đi vào Tháp chưng cất chính T-1101

(Main Fractionator), tại vùng nạp liệu nơi mà xảy ra quá trình phân tách giữa hai pha lỏng và hơi Dòng lỏng rời khỏi vùng nạp liệu được strip bởi dòng hơi quá nhiệt

nhằm thu hồi những cấu tử nhẹ từ đáy tháp Dòng hơi rời khỏi vùng nạp liệu vàđược chưng tách thành các sản phẩm nhẹ hơn và 3 dòng sản phẩm cạnh sườn:

Heavy Gas Oil (HGO), Light Gas Oil (LGO) và Kerosene.

Các sản phẩm nhẹ hơn (Gas, LPG va Naphtha) từ phần đỉnh của tháp chưng cất

được ngưng tụ, dẫn đến bình tách 3 pha (Accumulator) để tách dòng Naphtha ra

khỏi nước và khí, sau đó Naphtha được làm cho tinh khiết hơn tại tháp ổn định xăngT-1107 và dòng LPG được thu hồi ở phần đỉnh tháp

Các sản phẩm nặng hơn được lấy ra bên cạnh sườn tháp bởi quá trình nội hồilưu nội xảy ra bên trong tháp và dòng hơi quá nhiệt được sử dụng để tách các thànhphần nhẹ tại các tháp stripper T-1102/1103/1104

Đặc tính của mỗi phân đoạn có thể được thay đổi theo yêu cầu nhưng sẽ làmảnh hưởng đến phân đoạn liền kề nó Về cơ bản, hầu hết các tiêu chuẩn về sản phẩmchưng cất dầu thô xuất phát từ phương pháp ASTM Phương pháp này cho biếtnhiệt độ và thành phần cấu tử bay hơi tương ứng Một cách khác nhằm điều chỉnh

các chỉ tiêu của sản phẩm đó là xác định điểm sôi cuối tối đa cho phép (ASTM End Point) đối với mỗi phân đoạn.

Điểm sôi cuối của mỗi phân đoạn phụ thuộc nhiều vào khối lượng dòng đượclấy ra từ tháp chưng cất Thay đổi lưu lượng sản phẩm lấy ra là một phương thứcnhằm giữ cho điểm sôi cuối của sản phẩm đạt tiêu chuẩn Nhiệt độ của đĩa mà tại đódòng sản phẩm bên được rút ra hiển thị điểm sôi cuối của sản phẩm và người vậnhành có kinh nghiệm sẽ thay đổi lưu lượng dòng sản phẩm được rút ra nhằm giữnhiệt độ tại đĩa rút sản phẩm là không đổi và vì thế sản phẩm sẽ đạt tiêu chuẩn

Nhằm giảm lưu lượng hơi và lỏng lưu thông trong tháp, tận dụng thu hồinhiệt cũng như tăng hiệu suất tách, có 4 dòng hồi lưu tuần hoàn được sử dụng đến:dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh, dòng hồi lưu tuần hoàn Kerosene, dòng hồi lưu tuần

hoàn LGO và dòng hồi lưu tuần hoàn HGO.

Tháp chưng cất chính có 48 đĩa được chia ra làm 2 vùng với đường kính tháp

là khác nhau: vùng thứ nhất từ đĩa số 1 đến đĩa 42 với đường kính trong tháp là6700mm và vùng thứ hai từ đĩa 43 đến đĩa 48 với đường kính là 4000mm với tổngchiều cao của thân tháp là 42850 mm

Tháp được vận hành với áp suất nằm trong dải từ 1,5 (đỉnh tháp) đến 1,9 (đáytháp) kg/cm2.g và nhiệt độ nằm trong khoảng 130-124oC (trên đỉnh) đến 349-354oC(dưới đáy)

Tháp chưng cất có thể được chia thành 6 vùng và được mô tả như sau:

Vùng sản phẩm đỉnh

Vùng Kerosene

Vùng Light Gas Oil

Vùng Heavy Gas Oil.

và bơm đến thiết bị trao đổi nhiệt E-1112 Tại E-1112, dòng lỏng được làm lạnhbằng không khí, sau đó quay trở lại tháp chưng cất chính tại đĩa số 1 Quá trình táchnhiệt từ dòng hồi lưu tuần hoàn đỉnh ở cụm trao đổi nhiệt bằng không khí (E-1112)được điều chỉnh để kiểm soát nhiệt độ tại đỉnh thông qua các van điều khiển UV-

079 và UV-080

Dòng hơi từ đỉnh tháp (124oC), sau khi được bổ sung hóa chất chống ăn mòn và

hóa chất trung hòa sẽ được ngưng tụ hoàn toàn tại thiết bị làm lạnh E-1111 (Main Fractionator Condenser) đến 50oC Dòng sản phẩm sau khi ra khỏi cụm trao đổi

nhiệt được ngưng tụ chảy đến bình tách ba pha D-1103 (Main Fractionator Accumulator Drum).

Tại bình tách ba pha D-1103, nước được tách ra từ dòng Naphtha chưa xử lý (unstabilised naphtha) và chảy đến bình D-1106 thông qua van điều khiển mức 011-LV-040 Dòng Naphtha chưa xử lý được gia nhiệt bởi dòng sản phẩm Naphtha

từ đáy của tháp ổn định xăng T-1107 tại thiết bị trao đổi nhiệt E-1118A/B

(Stabiliser feed/Bottom Exchanger) trước khi đưa vào làm nguyên liệu cho tháp ổn

định xăng T-1107 thông qua bơm P-1110A/B

Bộ điều khiển 011-PIC-064 duy trì áp suất không đổi là 1.3kg/cm2.g trong bìnhtách 3 pha D-1103 bởi van điều khiển PV-064 A/B/C Trong trường hợp áp suất tạibình tách 3 pha D-1103 thấp, van điều kiển 011-PV-064A sẽ mở để đưa dòng khínhiên liệu đi vào bình nhằm nâng áp suất của bình Trong trường hợp áp suất trong

bình cao, dòng khí dư (off gas) từ bình sẽ được đưa đến phân xưởng RFCC (phân

xưởng Cracking xúc tác) bởi van điều khiển 011-PV-064B Ngoài ra, khi van điềukhiển 011-PV-064B được mở hoàn toàn nhưng áp suất tại bình tách vẫn tăng lên,

dòng khí dư (off gas) được dẫn đến hệ thống đốt đuốc (flare system) thông qua van

điều khiển 011-PV-064C