Hướng tiếp cận mới trọng lọc hóa dầu

7.1. Các dự án lọc dầu7.2. Xử lý khí và LPG7.3. Các quá trình chuyển hóa sâu gasoil chân không (VGO)7.4. Quá trình nâng cấp cặn nặng7.5. Kết hợp các phân xưởng hóa dầu7.6. Quản lý, sử dụng, chế biến hydro7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản phẩm nặng của NMLD

CÁC QUÁ TRÌNH XÚC TÁC TRONG LỌC HÓA DẦU

GS.TS Đinh Thị Ngọ

Chương 7 Hướng tiếp cận mới trong công nghệ lọc hóa dầu trên thế giới

7.1 Các dự án lọc dầu

7.2 Xử lý khí và LPG

7.3 Các quá trình chuyển hóa sâu gasoil chân không (VGO)

7.4 Quá trình nâng cấp cặn nặng

7.5 Kết hợp các phân xưởng hóa dầu

7.6 Quản lý, sử dụng, chế biến hydro

7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản phẩm nặng của NMLD

Chương này có sử dụng số liệu mới của hãng dầu mỏ UOP Mỹ

Yêu cầu:

*Tối ưu hóa khả năng tái đầu tư; các dự án lọc dầu mới, cải tạo hoặc tối ưu hóa các nhà máy đang hoạt động sao cho đáp ứng tốt nhất với quá trình thay đổi nguồn nguyên liệu, thỏa mãn các yêu cầu hiện tại và tương lai về các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm Tất cả nhằm giảm thiểu vốn đầu tư, giá vận hành công nghệ và tác động tới môi trường.

*Ứng dụng những phần mềm hay quá trình mô phỏng và các ứng dụng có khả năng đánh giá hiệu quả kinh tế - sử dụng Vận dụng những nghiên cứu một cách tốt nhất để đẩy nhanh hơn các công đoạn thiết kế - công đoạn chủ yếu để xúc tiến tốc độ của một dự án.

*Tối ưu hóa các thiết kế cơ bản: từ các yêu cầu thiết yếu của một hệ thống lọc dầu, cần thiết phải tối ưu hóa các quy trình thiết kế cơ bản để tiếp tục cải tiến hơn nữa các đơn vị lọc dầu đa phân xưởng, đồng thời cải tiến hiệu quả của từng phân xưởng riêng rẽ

7.1 Các dự án lọc dầu

Những yêu cầu cơ bản bao gồm:

+ Phù hợp với tình hình kinh tế theo từng thời kỳ

+ Vẫn đạt được các đặc tính của sản phẩm cuối cùng với giá thành thấp nhất, đáp ứng sự thay đổi theo từng vùng miền

+ Đồng bộ hóa các thiết kế kỹ thuật cơ bản cho mọi quy trình, mọi phân xưởng

+ Thiết kế có tính lặp lại cao cho các dự án sau này

Từ đó, các quá trình tối ưu hóa thiết kế cơ bản tập trung vào một số điểm sau:

+ Tối ưu các phân đoạn sản phẩm

+ Tối ưu các dòng sản phẩm trung gian

+ Tối ưu và phân tích phối trộn các loại sản phẩm

+ Giảm thiểu các trang thiết bị chủ yếu

+ Tối ưu sơ bộ hệ thống hydro trong nhà máy lọc dầu

Mục đích cuối cùng của những công việc này là đưa ra các thông số thiết kế cơ bản cho từng đơn vị vận hành, cho phép thực thi nhanh nhất dự án, các công việc được đảm bảo thực hiện song song và không có sự lặp lại.

12.1 Các dự án lọc dầu

- Xử lý khí: Công nghệ xử lý khí của UOP có tên là quá trình trích ly MeroxTM ứng dụng khả năng tương tác lỏng – khí hiệu quả cao để tách các phân tử mecaptan có trong các dòng khí của nhà máy Dung môi sử dụng là dung dịch kiềm mạnh Mercaptan sau đó bị oxi hóa thành disunfua và tách ra khỏi dung môi Khí ra chỉ chứa mercaptan với hàm lượng thấp hơn 10 wppm UOP đã ứng dụng công nghệ này vào hơn 1700 dây chuyền trên khắp thế giới

- Xử lý LPG: Công nghệ trích ly LPG được thiết kế với mục đích tách H2S, COS và mercaptan khỏi LPG – nguyên liệu cho quá trình alkyl hóa, polyme và tổng hợp hóa dầu từ C3, C4 Hàm lượng mercaptan giảm còn 5 wppm

7.2 Xử lý khí và LPG

- FCC : công nghệ FCC có thể chuyển hóa các phân đoạn gasoil khí quyển hay chân không, cặn chưng cất khí quyển và những nguyên liệu nặng thu được từ các phân xưởng khác thành xăng có trị số octan cao, các loại FO và khí giàu olefin cho công nghiệp hóa dầu hay cho quá trình alkyl hóa Quá trình này vẫn đang phát triển từng ngày để nâng cao hiệu quả cracking xúc tác, giảm cracking nhiệt để thu các sản phẩm chất lượng cao.

- Hydrocracking : Quá trình này có thể chuyển hóa những loại nguyên liệu nặng hơn, cho sản phẩm đa dạng hơn

từ xăng, kerosen đến diesel hay dầu nhờn, tạo nguyên liệu cho phân xưởng FCC.

- Xử lý có mặt hydro : nhằm mục đích tạo ra hiệu suất xăng FCC cao hơn và chất lượng tốt hơn Đây là bước tiền xử lý nguyên liệu khi đưa vào phân xưởng FCC, nguyên liệu giảm được hàm lượng S và các dị nguyên tố khác Quá trình này cũng được ứng dụng cho công nghệ hydrocracking nhằm làm sạch nguyên liệu cũng như sản phẩm của quá trình, tạo ra sự cân bằng trong việc sản xuất xăng với các loại nhiên liệu lỏng khác như diesel.

7.3 Các quá trình chuyển hóa sâu gasoil chân không (VGO)

• Nhằm đáp ứng nhu cầu nhiên liệu tăng cao, trong đó nhu cầu cho nhiên liệu diesel ngày càng lớn đồng thời giảm lượng cặn trong các nhà máy chế biến dầu Sự chuyển hướng này, cùng với yêu cầu giảm thiểu hàm lượng S trong nhiên liệu đặt ra mục tiêu tăng mức độ chuyển hóa, đặc biệt chuyển hóa để tạo ra diesel

• Giải pháp nâng cấp cặn nặng của UOP bao gồm nhiều công nghệ: công nghệ UniflexTM sử dụng quá trình hydrocracking huyền phù để tăng độ chuyển hóa lên trên 90% và chọn lọc tạo ra các loại nhiên liệu, đồng thời giảm thiểu sản phẩm phụ, đáp ứng hầu hết các tiêu chuẩn về nhiên liệu trong tương lai Quá trình RFCC (cracking xúc tác với nguyên liệu cặn nặng) chuyển hóa những nguyên liệu rất xấu thành xăng và sản phẩm nhẹ Quá trình RCD Unionfining dung hydro để xử lý loại bỏ các tạp chất và tăng hydro cho RFCC, giảm S Ngoài ra còn có các quá trình xử lý nhiệt sâu để chuyển hóa cặn nặng, hay công nghệ tách asphanten bằng dung môi làm nguyên liệu cho các quá trình chuyển hóa

.

7.4 Quá trình nâng cấp cặn nặng

• Công nghệ FCC ngày nay cung cấp một hướng rất quan trọng giữa sản xuất nhiên liệu với sản xuất các olefin và aromatic cho các ứng dụng trong hóa dầu

• Công nghệ mới nhất cho phép nâng cao lượng propylen của UOP là công nghệ RxProTM, sử dụng thiết bị phản ứng nhiều lớp để tăng hiệu suất propylene trong các phân xướng FCC hay RFCC lên tới trên 20%, sử dụng nguyên liệu rất đa dạng từ cặn nặng chưng cất khí quyển đến gasoil chân không Các sản phẩm aromatic tạo ra trong quá trình này cũng được ứng dụng để sản xuất benzen hay p-xylen

• Sự kết hợp giữa các phân xưởng chế biến dầu với hóa dầu mang lại rất nhiều lợi ích về mặt kinh tế Thông thường các sản phẩm hóa dầu có lợi nhuận cao hơn sản phẩm nhiên liệu nhiều nên sự kết hợp này tạo ra khả năng tăng lượng sản phẩm thu được cũng như tối ưu hóa tái đầu tư.

• Một quy trình rất đáng quan tâm khác là LCO-X, sử dụng một phân đoạn giá trị thấp trong các phân xưởng lọc dầu là phân đoạn LCO để sản xuất các hydrocacbon thơm giá trị cao (BTX) Công nghệ này mới được đưa vào sử dụng từ năm 2008 và là một hướng đi rất mới.

7.5 Kết hợp các phân xưởng hóa dầu

• Hydro đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất nhiên liệu sạch Tối ưu hóa việc sử dụng hydro sẽ tăng tối đa lợi nhuận của các dự án chế biến dầu

• Thu hồi và tinh chế hydro: hydro thường sinh ra từ các nguồn và các quá trình sau: reforming hơi nước, reforming xúc tác, hydrocracking, hydrotreating Hai công nghệ được UOP sử dụng là công nghệ Polybed PSA và công nghệ Polysep Membrane

+ Công nghệ Polybed PSA: các tạp chất có trong hydro được hấp phụ tại áp suất cao, sau đó được tách ra dưới áp suất thấp Độ tinh khiết của H2 lên tới hơn 99,9% với khả năng thu hồi

từ 60 đến hơn 90% UOP cung cấp hơn 900 dây chuyền này cho hơn 70 quốc gia trên thế giới

7.6 Quản lý, sử dụng, chế biến hydro

+ Công nghệ Polysep Membrane: tách hỗn hợp khí dựa trên sự khác biệt về tốc độ thẩm thấu của các khí qua màng polymer H2 có khả năng thẩm thấu tốt nhất sẽ được tách ra Dựa trên nguyên tắc này, H2 được tinh chế rất hiệu quả về mặt kinh tế

- Tạo hydro: có nhiều công nghệ sinh ra H2 trong phân xưởng lọc hóa dâu: CCR, reforming hơi nước, hydrocracking…, H2 sinh ra từ các quá trình này đều phải qua quá trình tinh chế trước khi có thể sử dụng dưới dạng H2 kỹ thuật

- Giảm tiêu thụ H2: bằng cách tăng hiệu quả sử dụng hydro trong khi vẫn đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng sản phẩm Một số xúc tác hiệu quả được nghiên cứu cho quá trình này như xúc tác cho quá trình Unicracking, Unionfining của UOP

7.6 Quản lý, sử dụng, chế biến hydro

a. Công nghệ RFCC:

•. Công nghệ RFCC của UOP về cơ bản giống với công nghê FCC Điểm khác biệt lớn nhất là sử dụng một thiết bị tái sinh 2 giai đoạn với các thiết bị làm mát xúc tác, để có thể chuyển hóa từ sâu đến rất sâu những nguyên liệu nặng thành xăng và các sản phẩm nhẹ hơn Những tinh năng này kết hợp với các thiết kế quan trọng khác giúp điều chỉnh nhiệt cháy, sự lắng đọng kim loại dòng xúc tác tuần hoàn.

•. Thiết bị tái sinh 2 cấp có hiệu quả rất cao khi điều khiển nhiệt độ của quá trình tái sinh xúc tác, nhờ đó giảm thiểu sự phá hủy xúc tác khi đốt cốc, duy trì hoạt tính xúc tác Các thiết bị làm mát xúc tác nhanh chóng lấy nhiệt

ra khỏi quá trình, đây là một hệ thống phụ trợ phát triển hơn so với các quy trình thiết kế truyền thống.

•. Công nghệ RFCC được thiết kế để tối ưu hóa tỷ lệ nguyên liệu/xúc tác, tách xúc tác với dầu sau khi qua ống phản ứng, thụ động hóa kim loại và các kỹ thuật vận hành tạo ra độ chọn lọc cao với nhiên liệu xăng cùng các sản phẩm giá trị khác Quy trình này còn có khả năng đáp ứng rất tốt với sự thay đổi nguyên liệu, kể các các loại chứa nhiều cốc conradson hay kim loại.

a.

7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản phẩm nặng của NMLD

b Công nghệ Hydrocracking huyền phù

• Đây là công nghệ nâng cấp cặn mới nhất được phát triển bởi UOP – quá trình UniflexTM Quá trình này tối đa hóa độ chuyển hóa của cặn thành các loại nhiên liệu giao thông đồng thời giảm tới 70% các sản phẩm phụ so với công nghệ cốc hóa chậm

• Công nghệ Uniflex có thể tăng lợi nhuận lên từ 2 đến 4 USD trên một thùng sản phẩm nếu so sánh với các công nghệ chuyển hóa cặn truyền thống Quá trình đạt độ chuyển hóa rất cao với cặn chưng cất chân không bằng cách đưa thêm một xúc tác phân tán pha thích hợp vào trong nguyên liệu ở điều kiện nhiệt độ và áp suất phản ứng trong khí quyển hydro

• Các sản phẩm chính của quá trình bao gồm naphta, diesel và gasoil – chính là nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa FCC

7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản phẩm nặng của NMLD

c Công nghệ xử lý cặn có hydro

• Công nghệ RCD UnionfiningTM của UOP có thể loại bỏ lưu huỳnh, nitơ, các hợp chất cơ kim

và asphalten trong các loại nguyên liệu thô như cặn chưng cất khí quyển, cặn chưng cất chân không hay các dòng sản phẩm nặng khác

• Trong những năm gần đây, công nghệ này được ứng dụng để tiền xử lý nguyên liệu trước đi đưa vào các quá trình chuyển hóa cặn nặng như RFCC, sản xuất FO với hàm lượng S thấp

• Công nghệ RCD là công nghệ xử lý hydro xúc tác tầng cố định, kết hợp các thông số thiết kế công nghệ đặc thù với các nghiên cứu về xúc tác trong xử lý hydro

7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản phẩm nặng của NMLD

d Công nghệ cốc hóa

• Công nghệ cốc hóa chậm chọn lọc Foster Wheeler (SYDEC) hoạt động dưới áp suất thấp, ít tuần hoàn để tối đa hóa hiệu suất lỏng và giảm thiểu lượng cốc tạo thành Quá trình này tạo ra nhiều sản phẩm như: gasoil cho các phân xưởng chuyển hóa, diesel, xăng

• Công nghệ SYDEC có thể chuyển hóa hoàn toàn tất cả các loại cặn Với mục đích tăng lượng sản phẩm diesel, công nghệ này thường được kết hợp với quá trình hydrocracking phân đoạn VGO

7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản phẩm nặng của NMLD

e Công nghệ trích ly tách asphanten sử dụng dung môi

• Quy trình tách asphanten sử dụng dung môi (SDA) có khả năng phân tách cặn theo phân tử khối thay vì theo nhiệt độ sôi để sản xuất các loại dầu sạch asphanten ít tạp chất, giàu các phân tử parafin và tạo ra sản phẩm phụ là cặn có độ nhớt cao

• Công nghệ SDA có khả năng phân tách rất hiệu quả cặn chưng cất chân không thành những loại gasoil chất lượng cao phục vụ cho các phân xưởng chuyển hóa như FCC, hydrocracking Công nghệ này ứng dụng quá trình trích ly và hệ thống thu hồi dung môi cho phép tối ưu hóa chất lượng dầu sạch và giảm thiểu giá thành UOP cùng với Foster Wheeler đã thiết kế và thực hiện trên 70 dự

án SDA, với năng suất từ 7000 đến 48000 thùng một ngày

7.7.Xây dựng qui trình công nghệ tối đa hóa sản phẩm lỏng có giá trị từ các sản

phẩm nặng của NMLD

KẾT THÚC CHƯƠNG 7