thiết kế một nhà máy lọc dầu với năng suất 6.5 triệu tấn/năm với nguyên liệu dầu thô ả rập nhẹ

thiết kế một nhà máy lọc dầu với năng suất 6.5 triệu tấn/năm với nguyên liệu dầu thô ả rập nhẹ

Đồ án công nghệ I GVHD : PGS.TS Nguyễn Đình Lâm

MỤC LỤC

Trang 1

DANH MỤC CÁC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU

Việc ứng dụng rộng rãi các động cơ đốt trong, động cơ diesel, tuabin khí,tuabin phản lực và tuabin cánh quạt đã ảnh hưởng sâu rộng đến sự phát triển của côngnghiệp dầu và khí Cung cấp dầu đã trở thành một trong những vấn đề chính trị vàkinh tế quan trọng trên thế giới

Ngành công nghiệp dầu khí đã và đang phát triển vượt bậc để đáp ứng cho haimục tiêu chính:

Cung cấp các sản phẩm năng lượng đáp ứng nhu cầu về nhiên liệu động cơ,chất đốt công nghiệp và cung cấp các sản phẩm dầu mỡ bôi trơn

Cung cấp các hoá chất cơ bản cho công nghiệp hoá dầu, tạo ra sự thay đổi lớnvề cơ cấu các loại sản phẩm của ngành hoá chất, vật liệu

Để thực hiện được điều đó, người ta cần phải xây dựng những nhà máy lọc dầuhiện đại với một loạt các phân xưởng để xử lý nguồn nguyên liệu dầu thô ban đầu, từphân xưởng lọc tách vật lý, phân xưởng chuyển hoá hoá học đến những phân xưởngphối trộn để cuối cùng đưa ra những sản phẩm thương phẩm cung cấp cho nhu cầucủa thị trường Với chức năng như vậy, một nhà máy lọc dầu được xem là hiệu quảkhi nó hoạt động đúng với năng suất thiết kế, tạo ra nhiều sản phẩm thương phẩm cógiá trị kinh tế cao và đảm bảo các chỉ tiêu, ràng buộc về môi trường

Với đồ án công nghệ được giao, chúng em thực hiện việc thiết kế một nhà máylọc dầu với năng suất 6.5 triệu tấn/năm, xử lý nguyên liệu là dầu thô Ả rập nhẹ để tạo

ra các sản phẩm thương phẩm:

- Propane (PR)

- Butane (BU)

- Nhiên liệu hóa dầu (PC)

- Xăng Super không chì 95 (SU95)

- Xăng Super không chì 92 (SU92)

- Nhiên liệu cho động cơ phản lực (JA1)

- Nhiên liệu cho động cơ Diesel (GOM)

- Dầu đốt dân dụng (FOD)

- Nhiên liệu đốt lò (FO2)

- Bitume (BI)

Ngoài ra, còn cung cấp nguyên liệu làm năng lượng cho toàn bộ hoạt động của nhàmáy (ENER)

1 MỞ ĐẦU

GIỚI THIỆU VỀ DẦU THÔ VÀ CÁC SẢN PHẨM.

CHỨC NĂNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU.

NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT

1.1 Giới thiệu về dầu thô.

Dầu thô là một chất lỏng có nguồn gốc từ những vật liệu hữu cơ là nguồn cácxác sinh vật nổi và chất mùn qua quá trình lắng đọng trầm tích và tích tụ tạo nên các

mỏ dầu

1.1.1 Tính chất vật lý của dầu thô.

Một số đặc trưng vật lý quan trọng của dầu thô:

 Tỷ trọng

 Độ nhớt

 Áp suất hơi và điểm chớp cháy của dầu thô

 Điểm chảy, điểm vẩn đục của dầu thô

 Thành phần phân đoạn

1.1.2 Bản chất hóa học của dầu thô.

Về bản chất hóa học, dầu thô là một hỗn hợp rất phức tạp chứa chủ yếu là cáchợp chất hydrocarbon, bao gồm các họ hydrocarbon: paraffin, naphtene và aromatic.Người ta thường dựa vào thành phần các họ hydrocarbon này để phân loại dầu thô.Ngoài ra, thành phần dầu thô còn chứa các hợp chất phi hydrocarbon là những hợpchất ngoài hydro và carbon, còn chứa các nguyên tố O, N, S và các kim loại như Ni,

V, Na,…

1.2 Các sản phẩm.

Các sản phẩm của quá trình lọc dầu nói chung được chia làm 2 loại: các sản phẩm

sử dụng cho mục đích năng lượng và những sản phẩm không năng lượng

1.2.1 Sản phẩm năng lượng.

Các sản phẩm năng lượng gồm có nhiên liệu và chất đốt

Các sản phẩm năng lượng bao gồm:

 Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)

 Xăng

 Nhiên liệu phản lực

 Diesel

 Nhiên liệu đốt lò

Các sản phẩm năng lượng dùng làm chất đốt:

 Khí dầu mỏ

 Dầu hỏa

 Dầu đốt nhẹ

 Dầu nặng

1.2.2 Các sản phẩm phi năng lượng.

 Sản phẩm hóa dầu: nhựa, chất dẻo, dung môi pha sơn, thuốc nhuộm, …

 Dầu nhờn

 Bitume

 Parafine và sáp

1.3 Chức năng và nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu.

Dầu thô sau khi khai thác lên được sử dụng trực tiếp mà không qua công đoạnchế biến nào cả nên có giá trị sử dụng rất hạn chế, trong khi thành phần của nó có rấtnhiều cấu tử quý sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.Vì vậy vấn đề đặt ra cần phảixây dựng các nhà máy lọc dầu

Đầu tiên dầu thô trải qua các quá trình lọc tách vật lý nhằm mục đích phânriêng hỗn hợp nhiều cấu tử thành các phân đoạn có nhiệt độ sôi khác nhau, sản phẩmtrung gian khác nhau nhờ vào các quá trình sau:

Quá trình chưng cất (khí quyển, chân không, các tháp phân tách):

Quá trình hấp thụ

Quá trình hấp phụ

Quá trình trích ly

Quá trình kết tinh

Trong các quá trình trên thì quá trình chưng cất đóng vai trò chủ đạo và quantrọng bậc nhất đối với một nhà máy lọc dầu

Tuy nhiên các sản phẩm thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp như Xăng,

Gasoil chưa thể sử dụng được, do xăng có trị số Octane thấp (30 60), trong khi yêucầu tối thiểu 70, Gasoil có trị số Cetane thấp, hàm lượng S, Ar cao Vì vậy đòi hỏiphải có các phân xưởng chuyển hoá:

Phân xưởng Reforming cho phép tăng chỉ số Octane và cải thiện tính chất củaphân đoạn xăng, đồng thời là nguồn cung cấp Hydro cho nhà máy

Phân xưởng HDS nhằm khử S cho Gasoil, Kerosene và một số bán sản phẩmkhác nếu cần thiết như VD (phần cất chân không)…

Phân xưởng xử lý khí acid cho khí

Nhu cầu ngày càng tăng của các sản phẩm trắng, cùng với việc cải thiện chấtlượng sản phẩm, đồng thời tận dụng tối đa phần cặn → các phân xưởng chuyển hoásâu đã ra đời:

Phân xuởng cracking (FCC) cho phép sản xuất xăng có chỉ số Octane cao hơn,với lượng lớn hơn

Phân xưởng HDC cho phép tăng các sản phẩm trung bình (Kerosene, Gasoil)

có IC cao, hàm lượng Ar, S thấp

Phân xưởng giảm nhớt, nhằm giảm độ nhớt của VR, đồng thời thu thêm đượcmột lượng xăng, Gasoil

Hiện nay và trong tương lai, các quy định khắt khe về môi trường, yêu cầu chấtlượng sản phẩm ngày càng cao, giảm hàm lượng S, Ar, Olefine Vì vậy nhiều phânxưởng chế biến sâu đã được bổ sung nhằm hoàn thiện và hiện đại nhà máy lọc dầu:

Phân xưởng Isomer hoá, có chức năng chuyển các n-parafine thành các parafine có trị số Octane cao

Phân xưởng Alkyl hoá nhằm sản xuất xăng Alkylat sạch có trị số Octane cao,

độ nhạy thấp, chất lượng tốt

Phân xưởng Ether hoá sản xuất MTBE, ETBE, TAME

Phân xưởng Oligomer hoá

Các phân xưởng xử lý và chuyển hoá bằng Hydro

Như vậy chức năng và nhiệm vụ của một nhà máy lọc dầu hiện đại là làm tănggiá trị sử dụng của dầu thô, từ nguyên liệu dầu thô ban đầu qua các quá trình chế biến,chuyển hoá tạo ra nhiều loại sản phẩm ngày càng đa dạng có chất lượng ngày càng tốt

đáp ứng được nhu cầu của thị trường và các tiêu chuẩn về môi trường, đồng thời manglại hiệu quả kinh tế cao nhất.

1.4 Nhiệm vụ của đồ án và hướng giải quyết.

1.4.1 Nhiệm vụ của đồ án

Nguồn nguyên liệu là dầu thô Arabe nhẹ với các số liệu đã cho về các phânđoạn sản phẩm, chất lượng yêu cầu cùng với nhu cầu thị trường về lưu lượng vàchủng loại sản phẩm Đồ án phải tính được lượng các sản phẩm có thể thu được, giảthiết các phân xưởng có thể để tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao nhằm phối liệusản phẩm Biện luận cách phối liệu tối ưu đảm bảo được số lượng cũng như chấtlượng các sản phẩm Từ đó chọn được năng suất làm việc của mỗi phân xưởng, thiếtbị và đề nghị sơ đồ công nghệ cho nhà máy

Nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô Arabe nhẹ, năng suất 6,5 triệutấn/năm

Tháp chưng cất khí quyển (DA) thu được các phân đoạn sau:

Phân đoạn Khoảng nhiệt độ sôi (oC)

Sơ đồ công nghệ nhà máy gồm có:

- Một phân xưởng chưng cất chân không để xử lý phần cặn khí quyển để tách khívà các phân đoạn dầu thô

- Một phân xưởng chưng cất chân không để xử lý phần cặn khí quyển (AR) đểchuẩn bị nguyên liệu:

o Phần cất chân không cung cấp cho phân xưởng FCC

o Phần cặn chân không cung cấp cho phân xưởng giảm nhớt (VB) và sản xuấtbitume

- Một phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) với nguồn nguyên liệu có thể là:

o Phân đoạn xăng nặng thu đươc từ quá trình chưng cất khí quyển

o Xăng thu được từ quá trình giảm nhớt, quá trình xử lý lưu huỳnh

- Một phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi (FCC) để xử lý phần cất chânkhông

- Một phân xưởng giảm nhớt (VB) để xử lý phần cặn của chưng cất chân không

- Một phân xưởng HDS để xử lý các loại nguyên liệu cần thiết

Tính cân bằng vật liệu cho mỗi công đoạn, từng phân xưởng và toàn bộ nhàmáy

Tính phối liệu sán phẩm, đảm bảo được nhu cầu thị trường (số lượng cũng nhưchất lượng sản phẩm)

Tính cân bằng nhiệt lượng cho nhà máy

1.4.2 Hướng giải quyết

1.4.2.1 Cân bằng vật liệu của từng phân xưởng.

o Phân xưởng chưng cất khí quyển

Từ các số liệu ban đầu về dầu thô Arabe (từ số liệu trong bảng, từ đồ thị) và điểmcắt đã cho xác định lưu lượng của các phân đoạn

Sử dụng đồ thị, tra bảng, các công thức cho tính toán để xác định các tính chất củacác phân đoạn như: trị số octan, cetan, tỷ trọng, áp suất hơi, hàm lượng S…

o Phân xưởng chưng cất chân không

Nguyên liệu là toàn bộ phần cặn của chưng cất khí quyển

Tính toán lưu lượng và tính chất của các sản phẩm

Năng suất của phân xưởng ban đầu cũng chọn lớn nhất, nguyên liệu là distillat của

VD, tuỳ thuộc vào lưu lượng xăng thương phẩm mà thay đổi năng suất cúa phânxưởng

Ban đầu chọn RON bằng 95, có thể thay đổi tăng hay giảm tuỳ thuộc vào tiêuchuẩn kỹ thuật của sản phấm sau này

o Phân xưởng giảm nhớt:

Phần còn lại sau khi đảm bảo lưu lưọng của Bitum, nhằm giảm độ nhớt của VR đểphối liệu FO2

1.4.2.2 Phối liệu sản phẩm

Lựa chọn nguồn phối liệu sao cho đúng và thích hợp

Dùng Solver để phối liệu cho từng sản phẩm, sao cho đảm bảo được lưu lượngcũng như chất lượng sản phẩm

Lựa chọn năng suất làm việc của từng phân xưởng sao cho tối ưu

Đưa ra sơ đồ công nghệ cho nhà máy

Cân bằng nhiệt lượng cho nhà máy: đảm bảo sao cho cung cấp đủ năng lượng chonhà máy, không được để thiếu hay thừa quá nhiều

CHƯƠNG 2 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Tính cân bằng vật chất cho mỗi công đoạn theo năng suất tối đa mỗi phân xưởngvà cho toàn nhà máy

2.1 PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN

Phân xưởng chưng cất khí quyển là phân xưởng xử lý một lượng nguyên liệu lớnnhất so với các phân xưởng khác trong nhà máy Đây là quá trình xử lý sơ bộ đầu tiênthực hiện quá trình vật lý chưng cất nhằm phân tách dầu thô ra làm các phân đoạn: khí(GAS), xăng nhẹ (LG), xăng nặng (HG), kerosen (KER), Gasoil nhẹ (LGO), Gasoilnặng (HGO) và cặn của quá trình chưng cất khí quyển (AR).Từ các phân đoạn thuđược này ta có thể đem phối liệu để tạo các sản phẩm nếu thoả mãn các tiêu chuẩnhoặc được làm nguyên liệu cho các quá trình chuyển hoá tiếp theo

Nguyên liệu của quá trình này là dầu thô sau khi đã qua các quá trình tiền xử lý đểtách muối, tạp chất cơ học và ổn định dầu Tháp chưng cất khí quyển dùng để tách cácsản phẩm có nhiệt độ sôi thấp hơn 370-380 oC

Phân xưởng chưng cất khí quyển là phân xưởng cơ bản nhất của một nhà máylọc dầu và có vai trò quyết định đến nhà máy

 Tính cân bằng vật chất cho phân xưởng chưng cất khí quyển

Khoảng nhiệt độ sôi của các phân đoạn sản phẩm: Ti - Tf

Theo các số liệu khoảng nhiệt độ (oC) các phân đoạn sản phẩm được lấy ra tạitháp chưng cất khí quyển như sau:

m = m1 + (m2-m1)

Trong đó T là giá trị nhiệt độ cần nội suy ở giữa hai giá trị nhiệt độ T1, T2

Bảng 2-1: Phần trăm thể tích (%Vol) và phần trăm khối lượng (%Mass) các sản

Khối lượng các phân đoạn được tính theo công thức sau:

Nên tỷ trọng các phân đoạn tính theo phương pháp cộng tính về thể tích

Tỷ trọng các phân đoạn sẽ được tính số liệu Bảng 2-1 và các đồ thị như sau

Với phân đoạn GAS:

Với phân đoạn LGO

Bảng 2-2 : Tỷ trọng các phân đoạn tính toán và tra đồ thị

 Nhận xét: Ta thấy sai số giữa kết quả giữa tính toán và tra đồ thị là rất nhỏ.

2.1.2 Tỉ trọng tiêu chuẩn S (Standard density) và độ API:

• Tỉ trọng tiêu chuẩn S: S = 1.002

Bảng 2-3 : Tỷ trọng tiêu chuẩn và độ API của các phân đoạn

2.1.3 Nhiệt độ sôi trung bình thể tích của từng phân đoạn t mav

: được xác định dựa vào quan hệ độ dốc s và nhiệt độ trung bình tv

Độ dốc s được tính

Theo đường cong TBP xác định được các giá trị nhiệt độ theo các phần trăm chưngcất t10, t30,t50, t70, t90 của từng phân đoạn, từ đó xác định tv, s theo công thức trên và tragiản đồ, ta có bảng sau:

Ở đây, ta xét đường cong chưng cất cho từng phân đoạn chỉ là phương pháp gần đúng.

Vì thực tế trong chưng cất có sự pha trộn giữa các phân đoạn (giá trị GAP,OVERLAP)

Bảng 2-4 : Nhiệt độ sôi trung bình thể tích t mav của các phân đoạn

Người ta có thể xác định Kuop dựa vào công thức sau:

Bảng 2-5 : Hằng số đặc trưng K uop của các phân đoạn

T mav (K) 374.37 399.81 482.76 553.44 614.95 722.37

SG 0.6522 0.7415 0.7955 0.8345 0.8841 0.9243

K uop 13.44 12.09 12.00 11.97 11.70 11.81

2.1.5 Hàm lượng lưu huỳnh trong các phân đoạn sản phẩm (%m S ).

Hàm lượng lưu huỳnh trong mỗi phân đoạn dầu thô được tính theo phương pháp cộngtính về khối lượng

Tra đồ thị và tính theo phương pháp cộng tính khối lượng ta có

Bảng 2-6: Hàm lượng lưu huỳnh trong các phân đoạn:

2.1.6 Chỉ số Octane của xăng không pha chì: RON Clair

Xác định RON Clair dựa vào giản đồ 3 RON Clair phụ thuộc vào năng suất của phânđoạn (theo % mass)

Chỉ số Octan được xác định cộng tính theo thể tích

V.RON = Vi.RONi

RON2 = Như vậy ta thu được chỉ số Octane của phân đoạn LG và HG theo bảng sau:

%m tổng RON tổng phân đoạn %vol phân đoạn RON

2.1.7 Hàm lượng hợp chất thơm: Aromatic (% Vol).

Tính cho ba phân đoạn là LG, HG, KER

Hàm lượng hợp chất thơm được xác định theo giản đồ và tính chất cộng tính theo thểtích

Mối liên hệ giữa độ nhớt động lực μ và độ nhớt động học ν : ν =

Với là khối lượng thể tích

Người ta có thể xác định gần đúng giá trị của độ nhớt dựa vào các công thức củaAbbott và Al (1971) :

ν100 - độ nhớt động học ở 100oF, mm2/s hay cSt ;

Từ các độ nhớt tính toán được ν210và ν100 , muốn chuyển sang các giá trị

độ nhớt ở 20oC, 50oC, 100oC ta phải sử dụng biểu đồ ASTM tiêu chuẩn độ nhớt nhiệtđộ

Ta có : 20oC = 68oF

50oC = 122oF

100oC = 212oF

Riêng đối với cặn của quá trình chưng cất khí quyển, độ hớt được xác định dựa vào

biểu đồ Độ nhớt động học (cSt) – hiệu suất thu cặn (% khối lượng)

Vậy, ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2-7: Độ nhớt của các phân đoạn ở các nhiệt độ khác nhau

2.1.9 Khối lượng trung bình của phân đoạn M

• Khối lượng phân tử trung bình của xăng nhẹ, xăng nặng, Kerosene:

Để xác định khối lượng phân tử cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ “Masse

molaire - hiệu suất thu xăng C5 + theo % khối lượng”.

Khối lượng phân tử của xăng nặng và Kerosene sẽ được xác định theo phươngpháp cộng tính về khối lượng

• Khối lượng phân tử trung bình của Gasoil nhẹ, Gasoil nặng:

Đối với những phân đoạn có tỉ trọng tiêu chuẩn S< 0.97 và nhiệt độ sôi

Tb<840K, ta có thể xác định khối lượng phân tử trung bình của chúng theo công thứcRiazi:

Trong đó: Tb: nhiệt độ sôi của phân đoạn (oK)

S: tỷ trọng tiêu chuẩn Khối lượng phân tử cũng có thể được xác định tương đối chính xác đối vớinhững phân đoạn không xác định được nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn mà chỉ xácđịnh được độ nhớt ở 100oF và 210oF theo công thức sau :

Với : M - khối lượng phân tử, kg/kmol ;

ν100 - độ nhớt động lực ở 100oF (37,8oC)

ν210 - độ nhớt động lực ở 210oF (98,9oC)

S - tỉ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn

Vậy, ta có bảng số liệu sau:

2.1.10 Áp suất hơi bão hoà Reid: RVP (bar).

• Với phân đoạn LG: Áp suất hơi bão hoà Ried (RVP) xác định theo biểu đồ

RVP-% khối lượng của xăng

• Với phân đoạn HG : Áp suất hơi bão hoà Ried (RVP) xác định theo tính chất cộng

tính phần mol :

Với năng suất tổng của phân đoạn LG và HG là 18.33 (% mass) thì theo giản đồ tacó

Năng suất(% mass)

RVP(bar)

Bảng 2-8: Áp suất hơi thực của phân đoạn LG và HG

IC = 454.74 - 1641.416x - 774.74x 2 - 0.554xT50 + 97.083x(log T50) 2

Trong đó: - khối lượng riêng ở 15 oC (kg/l)

T50- nhiệt độ (oC) ứng với 50 % chưng cất theo phương pháp ASTM-D86,được tính theo công thức trang 165 - T1 - Petroleum Refining

T ASTM = a.Tb

TBP

T ASTM, TTBP (oK)Với các hệ số a, b xác định theo số liệu Trang 165 - T1 - Petroleum Refining

Bảng 2-9 : Chỉ số Cetane IC của các phân đoạn

d 15

T 50 , o C 205.06 274.43 341.41 447.87

2.1.13 Điểm chảy (T pour ).

• Đối với các phân đoạn trung gian như Gasoil  xác định điểm chảy theo biểu

đồ Điểm chảy ( o C) - % khối lượng của phân đoạn ở điểm đầu, % khối lượng của phân đoạn ở điểm cuối.

• Đối với RA  xác định điểm chảy theo biểu đồ Điểm chảy ( o C) - % khối lượng của cặn AR

• Đối với KER, ta áp dụng công thức [4.113] được đưa ra bởi API (I - 174) :

[Trang 132- Petroleum Refining]

Với: S - tỉ trọng chuẩn

M - khối lượng mol, kg/kmol

100 - độ nhớt động học ở 100oF, mm2/s

Tpour: nhiệt độ điểm chảy, K

Bảng 2-10: Điểm chảy của các phân đoạn

2.1.14 Điểm chớp cháy (T flash ).

Điểm chớp cháy của phân đoạn được tính theo công thức [4.102] được đưa ra bởiAPI:

Từ công thức và dữ liệu, ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2-6 : Nhiệt độ chớp cháy của các phân đoạn

T 10 , o C (ASTM)

195.971 259.215 327.65 395.48

T 10 ,K (ASTM)

468.971 532.215 600.65 668.48

T flash , K 340.82 378.02 408.21 428.29

T flash , o C 67.82 105.02 135.21 155.29

Bảng 2-7 : Tổng kết các bán sản phẩm chưng cất khí quyển

Bảng2-8 : Cân bằng vật chất của chưng cất khí quyển

2.2 PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG

Mục đích của phân xưởng chưng cất chân không là để thu tối đa phần phân đoạnGasoil nặng (tăng tối đa sản phẩm trắng) từ nguyên liệu dầu thô ban đầu.Quá trìnhlàm việc ở điều kiện chân không cho phép giảm nhiệt độ chưng cất, nhờ đó tránhđược sự phân huỷ hay cracking nhiệt khi chưng cất ở nhiệt độ cao Nhiệt độ cho phép

của tháp không vượt quá 400 430oC là khoảng giới hạn ổn định nhiệt của cáchydrocacbon

Phân xưởng chưng cất chân không tách phấn cặn của phân xưởng chưng cất trựctiếp thành nhiều phân đoạn Việc phân tách các phân đoạn này tuỳ thuộc vào thànhphần của AR, khuynh hướng cũng như mục đích sử dụng sau này Các phần cất vàcặn chân không có thể đáp ứng được nhiều mục đích sử dụng khác nhau tuỳ vào bảnchất nguyên liệu dầu thô, kiểu nhà máy lọc dầu, sự có mặt và công suất của các phânxưởng phía sau, và quan trọng nhất là sản phẩm thương mại và nhu cầu thị trường Nhu cầu ngày càng tăng của các sản phẩm trắng (xăng, diesel) do các phươngtiện giao thông vận chuyển ngày càng tăng thì đối với một nhà máy lọc dầu, phânxưởng VD là rất cần thiết Tuy nhiên đối với nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầuthô nhẹ thì có thể không cần phân xưởng này Như nhà máy lọc dầu Dung Quất ARđược đưa trực tiếp qua phân xưởng FCC

Các sản phẩm của phân xưởng chưng cất chân không có những ứng dụng sau:

+ Phần cất Distillat làm nguyên liệu để sản xuất các sản phẩm trắng, quaphân xưởng FCC (thu xăng) hay phân xưởng HDC (thu Kerosene, Gasoil)

+ Phần VD và dầu DAO trích ly từ VR đươc sử dụng để sản xuất dầugốc HDB

+ VR dùng làm nguyên liệu để sản xuất Bitume

Với đồ án này, phân xưởng chưng cất chân không tách phần cặn khí quyển thànhhai phân đoạn với mục đích như sau:

+ Phần cất VD làm nguyên liệu cho quá trình FCC

+ Phần cặn VR làm nguyên liệu cho phân xưởng giảm nhớt

2.2.1 Phần trăm khối lượng, thể tích các phân đoạn sản phẩm

Phần cặn chưng cất khí quyển sau khi qua phân xưởng chân cất chân không thuđược hai phân đoạn VD (380-550oC) và VR (>550oC )

• Phần trăm khối lượng, thể tích của VD

2.2.2 Tính năng suất khối lượng, thể tích các phân đoạn.

Trong đồ án này ta cho toàn bộ lượng AR tạo ra từ phân xưởng chưng cất khíquyển đưa qua phân xưởng chưng cất chân không

Lưu lượng AR ban đầu: 2893.58 (ktấn/ năm)

Lưu lượng của AR đi qua VD là : 2893.58 (ktấn/ năm)

mVD = = 1723.58 (ktấn/ năm)

mVR = = 1170 (ktấn/ năm)

VVD = = 1868.42x10 3 (m3/năm).

VVR = = 1148.18x103 (m3/năm)

2.2.3 Tính hàm lượng lưu huỳnh trong các phân đoạn.

Hàm lượng lưu huỳnh trong phân đoan VR được xác định theo giản đồ 1:

%mVR(trong dầu thô) = 18 → %SVR = 4.27

Hàm luợng lưu huỳnh trong phân đoạn

VD được tính theo cộng tính khối lượng

→

2.2.4 Một vài tính chất của VD

• Nhiệt độ sôi trung bình thể tích của phân đoạn VD (T mav ):

Ta tính Tmav của phân đoạn VD theo 3 bước: chuyển đổi từ TBP dầu thô sang TBPphân đoạn VD, chuyển TBP phân đoạn VD sang ASTM phân đoạn bằng công thứcRiazi – Daubert, cuối cùng tính Tv theo công thức:

Giá trị Tmav = Tv + ΔTv

Kết quả tính toán được cho ở bảng sau:

VD T10 T30 T50 T70 T90 Tv (oC) ΔTv Tmav(oC)ASTM 420.95 447.87 472.12 506.25 449.37 0 449.37

• Tỉ trọng tiêu chuẩn S = x1.002=0.924

• Khối lượng phân tử trung bình

M = -12272.6+9486.4S+Tb(8.3741+5.9917xS)+107/T b(1-0.77084S- 0.02058xS2)x(0.7465-222.466/Tb)+1012/Tb3(1-0.80882xS+0.02226xS2)(0.32284-

Từ đó ta tính được ν100oF = 82.42 cSt và ν210oF = 8.83 cSt

Dựa vào bảng tiêu chuẩn ASTM Độ nhớt – Nhiệt độ, ta suy ra độ nhớt tại cácnhiệt độ cần thiết: ν20oC = 250 cSt; ν50oC = 43.82 cSt; ν100oC = 7.488 cSt

• Điểm chớp cháy:

Điểm chớp cháy của các phân đoạn được tính theo công thức (4.102/164 – [3]):

Tflash =Với: T10 là nhiệt độ tương ứng với 10% chưng cất trên đường ASTM, K

T10 = 668.48 K (đã tính ở phần trên) → Tflash = 155.29oC

• Điểm chảy (Tpour) :

Tính theo công thức API như đối với phân đoạn RA, ta đượcTpour(VD) =20.75oC

Bảng 2-9 : Cân bằng vật chất phân xưởng chưng cất chân không

Phân

đoạn

m(kt/năm)

%m

so với RA

V (km3/năm) %S

cSt Vis50

o C

cSt Vis100

o C

cSt Kw API kg/kmoM

l

TFlash

oC ToPourC449.3

7 250 43.82 7.488 11.81 21.58 398.15

155.2

9 20.75

2.3 PHÂN XƯỞNG CRACKING XÚC TÁC TẦNG SÔI FCC

2.3.1 Tổng quan về phân xưởng FCC

- Mục đích: chuyển hóa các phân đoạn nặng dưới tác dụng của chất xúc tác, nhằm tănghiệu suất thu hồi xăng và LPG

- Nguyên liệu: nguồn nguyên liệu điển hình là VD (Vacuum Distilate – gasoil chânkhông) với điểm sôi đầu từ 350-380oC và điểm sôi cuối khoảng 550-560oC Ngoài ra,người ta còn có thể trộn thêm các nguồn distillate nhẹ của chưng cất khí quyển, quá

trình giảm nhớt, cốc hóa, hoặc cặn chân không đã tách asphalt (> 550oC) và từ 10 –50% khối lượng cặn chưng cất khí quyển Nguyên liệu có tỷ trọng khoảng 0,9 – 0,98.

• Xăng: 40 – 60% khối lượng, có RON cao (90 – 95) nhưng độ nhạy lớn (khoảng 12)

• LCO (Light Cycle Oil): khoảng phân đoạn 220 – 380oC, chiếm 10 – 20% khối lượng,giàu các hợp chất thơm nên chỉ số cetane thấp

• HCO (Heavy Cycle Oil): 380 – 550oC, chiếm 5 – 10% khối lượng, nhiều hợp chấtthơm đa vòng, chủ yếu phối liệu cho FO

• Cặn (Slurry): > 550oC, chiếm từ 5 – 20% khối lượng, là sản phẩm rất nặng ở dạnghuyền phù chứa những thành phần nặng nhất chưa chuyển hóa và những hạt rắn nhỏcác hạt xúc tác bị kéo theo Phần huyền phù rắn được tách ra và phối trộn FO

• Cốc: chiếm từ 3 – 7% khối lượng, là sản phẩm quan trọng vì làm nhiên liệu đốt trựctiếp cung cấp cho toàn bộ quá trình

Độ chuyển hóa được tính như sau:

2.3.2 Nguyên liệu phân xưởng FCC

Trong đồ án này nguyên liệu của phân xưởng FCC là phân đoạn VD phối trộnvới VD đã xử lý HDS với tỉ lệ tương ứng là 44 : 56 (so với tổng lượng VD tạo ra từphân xưởng chưng cất chân không)

Mục đích của việc phối trộn nguyên liệu này nhằm đảm bảo hàm lượng lưuhuỳnh của xăng FCC thu được đủ nhỏ để phối trộn xăng thương phẩm đạt chỉ tiêu kĩthuật

Lưu ý rằng lượng VD đưa đi xử lý HDS trước khi đưa vào FCC không đượclớn quá để giảm chi phí cho phân xưởng HDS

Đặc điểm nguyên liệu FCC

Từ phần trăm chuyển hóa là 70.42% thể tích và RON của xăng thu được chọn là

95, ta tra được hiệu suất thu khí khô (C2-) là 7.27% khối lượng

Hiệu suất thu (khối lượng hay thể tích) của các khí C2-, C3=, C3, C4=, i,nC4

được tra theo hiệu suất thu khí khô C2- Hiệu suất thu xăng (theo thể tích) được tratheo RON của xăng, ở đây ta chọn RON = 95 thì hiệu suất thu xăng (10 RVP) là48.74% thể tích

Hiệu suất thu LCO (% thể tích) được tra theo API và Kw của nguyên liệu, ở đây

ta tra được hiệu suất thu LCO là 14.5% thể tích Hiệu suất thu HCO + slurry bằng:

%V (HCO +Slurry) = 100 - %V (LCO) – CONV = 14% thể tích

Với CONV là hiệu suất chuyển hóa của quá trình, bằng 70.42% thể tích

Phần trăm lưu huỳnh trong các phân đoạn xăng FCC, LCO, HCO + Slury đượctra theo phần trăm S trong nguyên liệu Ta có bảng sau:

iC 4 + nC 4 9.67 (%V)

2.3.4 Ổn định áp suất hơi bão hòa của xăng FCC

Ta biết xăng FCC có áp suất hơi bão hòa thấp, do đó để đạt được áp suất hơi bão

hòa của xăng thì phải bổ sung thêm C4 vào để được xăng 10RVP (áp suất xăng

10RVP bằng 690 mmbar)

Xăng chưa pha C4 có áp suất là 330 mmbar

Xăng đã pha C4 có áp suất là 690 mmbar

Biết 1%V C4 (gồm iC4+nC4+C4 ) sẽ làm tăng áp suất hơi bão hòa lên 50 mmbar

(Tài liệu sản phẩm dầu mỏ thương phẩm – TS Nguyễn Thị Diệu Hằng)

Vậy %V C4 thêm vào xăng là = (690 - 330)/50 = 7.2

%V C4 thêm vào so với nguyên liệu là = (7.2x48.74)/100 = 3.51 %V

Vậy hàm lượng khí còn lại so với lượng nhiên liệu ban đầu

%vol C4 = %vol C4total - %vol C4hiệu chỉnh = (4.51 + 9.67) – 3.51 = 10.67 %V

2.3.5 Cân bằng chung phân xưởng FCC

Sau khi ổn định áp suất hơi bão hòa của xăng FCC, ta xác định lại cân bằng vật

chất như sau:

Bảng 2-11 : Cân bằng vật chất phân xưởng FCC Thành phần %m %V m (kt/năm) Năng suất Năng suất V (km 3 /năm) (%m) %S

Bảng 2-12 : Đặc điểm các phân đoạn sản phẩm của FCC RON RVP (bar) TVP T flash ( o C) M ν 50 o C T pour ( o C) IC Xăng

-2.4 PHÂN XƯỞNG KHỬ LƯU HUỲNH (HDS)

2.4.1 Tổng quan về phân xưởng HDS

Các quá trình xử lý bằng H2 nhằm xử lý các phân đoạn dầu mỏ từ xăng nhẹ cho

đến cặn chân không, với sự có mặt của hydro và nhờ vào chất xúc tác rắn

 Quá trình xử lý bằng hydro nhằm hai mục đích chính:

- Một mặt cải thiện tính chất của các sản phẩm cuối nhằm đạt được các chỉ

tiêu kỹ thuật đề ra cho các sản phẩm thương phẩm và thoả mãn các ràng buộc về môi

trường

- Mặt khác, xử lý các phân đoạn trung gian, các phân đoạn này làm nguyên

liệu cho các phân xưởng chuyển hoá tiếp theo (hydrocracking, FCC, CCR ), do xúc

tác của các quá trình này nhạy cảm với các chất gây ngộ độc như: S (đối với xúc tác

kim loại), Nitơ (đối với xúc tác axit)

 Điều kiện tiến hành: thay đổi phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu, phản

ứng mong muốn, áp suất thay đổi từ 10 200 bar., nhiệt độ 250 450 oC

 Các phản ứng chính của quá trình xử lý bằng H2: khử S (HDS), khử N (HDN),

khử oxy (HDO), ngoài ra còn có các phản ứng khử olefin, khử kim loại

 Xúc tác của quá trình xử lý bằng H2 được hợp thành từ chất mang oxyt (Al2O3) và pha

hoạt động dưới dạng sunfua Molipden 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

- CoMo: mục đích chính HDS

- NiMo: mục đích chính HDN, HDO, HDAr

- NiW: mục đích chính HDN, HAD, HDOx

2.4.2 Nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu của phân xưởng HDS là các phân đoạn từ các quá trình lọctách vật lý và các quá trình chuyển hóa Nguyên liệu có thể là các phân đoạnKerosene, Gasoil nhẹ, Gasoil nặng, các sản phẩm của quá trình chuyển hóa như LCO

từ FCC, xăng và gasoil giảm nhớt,…

Trong đồ án này nguyên liệu cho phân xưởng HDS là Gasoil nhẹ (LGO),Gasoil nặng (HGO), phần cất chân không (VD), LCO của quá trình Cracking xúc táctầng sôi

Để tối ưu hóa công suất nhà máy thì đối với mỗi loại nguyên liệu ta chọn mộtcông suất xử lý thích hợp như đã chọn trong bảng sau:

Lượng nguyên liệu có, m, 1000 m3/ năm 1051.76 874.22 228.03 1037.9Lượng nguyên liệu có, V, k tấn/năm 875.98 771.33 237.28 957.45

Năng suất xử lý, % 60.00 80.00 100.00 56.00

Lượng nguyên liệu xử lý, m, k tấn/năm 525.59 617.07 237.28 957.46Lượng nguyên liệu còn lại, V, k tấn/năm 350.39 154.27 0.00 0.00Lượng nguyên liệu xử lý,V, 1000m3/năm 631.05 699.38 228.03 1037.90

Các tính toán chi tiết như sau :

 Đối với phân đoạn LGO (230 – 310 o C), HGO (310 – 380 o C) và VD