Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số hoạt động của phân xưởng reforming xúc tác (ccr) trong nhà máy lọc dầu dung quất khi nguyên liệu dầu vào thay đổi

--- --- NGUYỄN TRUNG THÔNG NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC CCR TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KHI NGUYÊN LIỆU DẦU VÀO THAY ĐỔI LUẬN VĂ

- -

NGUYỄN TRUNG THÔNG

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC (CCR) TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KHI

NGUYÊN LIỆU DẦU VÀO THAY ĐỔI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2014

- -

NGUYỄN TRUNG THÔNG

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ HOẠT ĐỘNG CỦA PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC (CCR) TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT KHI

NGUYÊN LIỆU DẦU VÀO THAY ĐỔI

Ngành: Kỹ thuật hóa lọc

Mã số: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Công Ngọc Thắng

HÀ NỘI - 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Hà Nội, tháng 01 năm 2014

Tác giả

Nguyễn Trung Thông

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục từ viết tắt

Danh mục bảng biểu

Danh mục hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC 5

1.1 Tầm quan trọng của quá trình reforming xúc tác trong công nghệ lọc dầu 5

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 9

1.3 Mục đích quá trình 11

1.4 Nguyên liệu và sản phẩm 11

1.5 Thành phần và tính chất nguyên liệu 12

1.6 Tạp chất và các bước xử lý sơ bộ nguyên liệu 12

1.7 Cơ chế các phản ứng xảy ra trong quá trình Reforming 13

1.7.1 Các phản ứng chính 13

1.7.2 Các phản ứng phụ 15

1.8 Xúc tác của quá trình 16

1.8.1 Lịch sử phát triển 16

1.8.2 Xúc tác hai chức 17

1.8.3 Các chất gây ngộ độc xúc tác 18

1.8.4 Tái sinh xúc tác 20

1.9 Công nghệ của quá trình 21

1.9.1 Công nghệ tái sinh bán liên tục 21

1.9.2 Công nghệ tái sinh liên tục 22

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC LIÊN TỤC (CCR) CỦA NMLD DUNG QUẤT 24

2.2 Sơ đồ tổ chức 25

2.2.1 Sơ đồ tổ chức bộ máy công ty lọc hóa dầu Bình Sơn 25

2.2.2 Sơ đồ tổ chức nhà máy 26

2.3 Các phân xưởng công nghệ và phụ trợ 26

2.4 Nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy 28

2.5 Vị trí và mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR) 29

2.6 Tính chất của nguyên liệu 30

2.7 Tiêu chuẩn của sản phẩm 31

2.8 Công nghệ của phân xưởng Reforming xúc tác liên tục NMLD Dung Quất 31

2.8.1 Mô tả quá trình 32

2.8.2 Các thông số vận hành chính của phân xưởng 61

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG Petro-Sim 65

3.1 Giới thiệu về phần mềm Petro-Sim 65

3.2 Môi trường mô phỏng của Petro-SIM 65

3.3 Các bước khi tiến hành khi mô phỏng phân xưởng CCR NMLD Dung Quất bằng phần mềm Petro-Sim 69

CHƯƠNG 4: CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 71

4.1 Dòng nguyên liệu 71

4.2 Các thông số của Reformer section 79

4.2.1 Khối lượng xúc tác trong các thiết bị phản ứng 79

4.2.2 Vận tốc truyền nguyên liệu LHSV (Liquid Hourly Space Velocity) 79

4.2.3 Nhiệt độ trung bình đầu vào các thiết bị phản ứng WAIT (Weight Average Intial Temperature) 79

4.2.4 Các thông số vận hành khác 81

CHƯƠNG 5: QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG CÁC THIẾT BỊ 82

5.1 Mô phỏng hệ thống các thiết bị phản ứng 82

5.2 Mô phỏng máy nén Recycle Compressor C-1301 84

5.4 Mô phỏng tháp Debutanizer T-1301 86

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TỪ PHẦN MỀM PETRO SIM 89

6.1 CCR Reactor 89

6.2 Tháp tách debutanizer T-1301 90

6.3 Tháp hấp phụ X-1301 V01 91

6.4 CCR Reactor 91

6.5 Tháp tách debutanizer T-1301 92

6.6 Tháp hấp phụ X-1301 V01 93

6.7 Đánh giá kết quả mô phỏng của hai trường hợp nguyên liệu dầu thô đầu vào 93

KẾT LUẬN 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

BTX : Benzene Toluene Xylene

RVP : Reid Vapor Pressure

MTBE : Methyl Tert Buthyl Ether

TAME : Tert Amyl Methyl Ether

LPG : Liquefied Petroleum Gas

WAIT : Weight Average Intial Temperature LHSV : Liquid Hourly Space Velocity

FIC : Flow Indicator Control

LIC : Level Indicator Control

TIC : Temperature Indicator Control

IBP : Intial Boling Point

EBP : End Boling Point

RON : Research octane Number

MON : Motor octane Number

CDU : Crude Distillation Unit

KTU : Kerosene Treater Unit

LTU : LPG Treater Unit

RFCC : Residue Fluid Catalytic Cracking NTU : Naphtha Treater Unit

PRU : Propylene Recycle Unit

SRU : Sulfur Recycle Unit

ARU : Amine Recycle Unit

LCO-HDT : Light Cycle Oil Hydrotreater Unit

Số hiệu Tên bảng Trang

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn xăng thương phẩm 6

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của chức kim loại và axit đến cơ chế phản ứng 17

Bảng 1.3: Hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu 30

Bảng 1.4: Tính chất của nguyên liệu 30

Bảng 1.5: Tính chất của sản phẩm reformate 31

Bảng 1.6: Thông số chính của các lò gia nhiệt 35

Bảng 1.7: Thể tích xúc tác trong các thiết bị phản ứng 50

Bảng 4.1: Thành phần từng cấu tử trong nguyên liệu trong hai trường hợp 71

Bảng 4.2: Thành phần theo khối lượng và thể tích của các loại hợp chất trong nguyên liệu trong hai trường hợp 72

Bảng 4.3: Khối lượng xúc tác trong các thiết bị phản ứng 79

Bảng 4.4: Thành phần họ hydrocarbon trong nguyên liệu 79

Bảng 6.1: Kết quả mô phỏng tại thiết bị phản ứng 89

Bảng 6.2: Tính chất dòng nguyên liệu và sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng 89

Bảng 6.3: Hiệu suất thu các sản phẩm theo thể tích (%) 90

Bảng 6.4: So sánh tính chất sản phẩm LPG với số liệu thực tế 90

Bảng 6.5: So sánh tính chất sản phẩm Reformate với số liệu thực tế 90

Bảng 6.6: Độ sạch của dòng H2 ra khỏi tháp hấp phụ X-1301 V01 (%mol) 91

Bảng 6.7: Kết quả mô phỏng tại thiết bị phản ứng 91

Bảng 6.8: Tính chất dòng nguyên liệu và sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng 92

Bảng 6.9: Hiệu suất thu các sản phẩm theo thể tích (%) 92

Bảng 6.10: So sánh tính chất sản phẩm LPG với số liệu thực tế 93

Bảng 6.11: So sánh tính chất sản phẩm Reformate với số liệu thực tế 93

Bảng 6.12: Độ sạch của dòng H2 ra khỏi tháp hấp phụ X-1301 V01 (%mol) 93

Số hiệu Tên hình Trang

Hình 1.1: Phối liệu xăng thương phẩm ở Châu Âu năm 2005 7

Hình 1.2: Vị trí phân xưởng Reforming Xúc Tác trong nhà máy Lọc Dầu 8

Hình 1.3: Các quá trình chuyển hóa chủ yếu các paraffin xảy ra trên bề mặt CXT 18

Hình 1.4: Sơ đồ đơn giản công nghệ Reforming tái sinh bán liên tục 22

Hình 1.5: Sơ đồ đơn giản công nghệ Reforming tái sinh liên tục 23

Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất 24

Hình 2.2: Sơ đồ tổ chức bộ máy công ty lọc hoá dầu Bình Sơn 25

Hình 2.3: Sơ đồ tổ chức nhà máy 26

Hình 2.4: Sơ đồ dòng công nghệ của nhà máy 28

Hình 2.5: Vị trí của phân xưởng CCR trong nhà máy 29

Hình 2.6: Sơ đồ công nghệ của khu vực phản ứng 32

Hình 2.7: Lò gia nhiệt 34

Hình 2.8: Thiết bị phản ứng Platforming 35

Hình 2.9: Thiết bị phản ứng Platforming 36

Hình 2.10: Đường đi của xúc tác và hỗn hợp phản ứng 37

Hình 2.11: Sơ đồ công nghệ cụm thu hồi (Recovery Plus System) 41

Hình 2.12: Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý Clo cho Net Gas 45

Hình 2.13: Sơ đồ công nghệ của tháp tách Butane 46

Hình 2.14: Sơ đồ công nghệ của khu vực tái sinh 49

Hình 2.15: Zone đốt 51

Hình 2.16: Zone clo hóa 52

Hình 2.17: Zone sấy 53

Hình 2.18: Zone làm lạnh 54

Hình 2.19: Zone khử 55

Hình 2.20: Sơ đồ vận chuyển xúc tác đã tái sinh 57

Hình 2.22: Lift line 61

Hình 2.23: Sự thay đổi chỉ số octane theo TSOR 62

Hình 2.24: Ảnh hưởng của áp suất và nguyên liệu đến hiệu suất thu xăng 62

Hình 2.25: Ảnh hưởng của tốc độ truyền nguyên liệu lên chỉ số octane của xăng reformate 63

Hình 2.26: Ảnh hưởng của tỷ số H2/HC lên sự tạo coke 64

Hình 4.1: Biểu đồ SOR WAIT ứng với LHSV bằng 1 80

Hình 4.2: Độ hiệu chỉnh nhiệt độ WAIT ứng với LHSV 80

Hình 5.1: Sơ đồ mô hình mô phỏng bằng PETRO-SIM 82

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên của nước ta, là công trình trọng điểm quốc gia, có ý nghĩa chiến lược về đảm bảo an ninh năng lượng Việc đưa nhà máy vào hoạt động ổn định, an toàn, hiệu quả là ưu tiên hàng đầu của toàn thể cán bộ công nhân viên nhà máy Kể từ khi đưa vào hoạt động và cho sản phẩm thương mại đầu tiên vào ngày 22 tháng 2 năm 2009, nhà máy đã đạt được những thành tựu đáng khích lệ Bên cạnh đó, nhà máy đang đối mặt với không ít khó khăn, thách thức Đó là vấn đề trữ lượng dầu thô ngày càng giảm và việc tìm kiếm các nguồn dầu thô từ bên ngoài thay thế được đặt ra, và khả năng phù hợp của các nguồn dầu thô cho nhà máy cần được nghiên cứu về tính khả thi và áp dụng

Sau hơn 5 năm vận hành, với nhiều nguồn dầu thô được nhập về và được chế biến, trộn lẫn với dầu thô bạch hổ làm nguyên liệu đầu vào cho nhà máy đã phát sinh nhiều điểm bất cập

Có rất nhiều điểm bất cập, nhưng chủ yếu gồm:

- Bản chất dầu thô thay đổi liên tục: Dầu thô Bạch Hổ cung cấp không ổn định, phải nhập nhiều loại dầu thô với hàm lượng tạp chất khác nhau (hàm lượng muối, cặn lơ lửng, lưu huỳnh, nitơ, kim loại,…), cùng lúc đưa vào chế biến nhiều loại dầu khác nhau với tỉ lệ không ổn định dẫn đến bản chất dòng công nghệ thay đổi liên tục, gây khó khăn trong việc kiểm soát, điều chỉnh các thông số vận hành phù hợp

- Việc điều khiển bị động do thành phần nguyên liệu thay đổi đột ngột và thiếu kinh nghiệm gây khó khăn cho quá trình sản xuất và làm chủ công nghệ

- Nguồn nhân lực: Đây là nhà máy lọc dầu đầu tiên ở nước ta nên đội ngũ vận hành, giám sát còn hạn chế về kiến thức về chuyên môn

- Do vậy, việc nghiên cứu về sự thay đổi thành phần, tính toán trước các thông số vận hành, đưa ra các hướng dẫn vận hành để đưa quá trình sản xuất đạt

trạng thái ổn định nhanh, cho sản phẩm ổn định tại nhà máy lọc dầu Dung Quất do thay đổi dầu thô được đặt

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của Luận văn “Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số hoạt động

của phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) trong NMLD Dung Quất khi nguyên liệu đầu vào thay đổi” thông qua phần mềm mô phỏng PETRO SIM, khảo sát sự

thay đổi của các thông số vận hành của phân xưởng, cũng như tối ưu hóa hoạt động của phân xưởng CCR khi thành phần nguyên liệu đầu vào thay đổi Từ mục đích này, chúng ta sẽ chủ động hơn, và có phương án kịp thời để đưa ra những hướng dẫn vẫn hành và đáp ứng được nhu cầu sản xuất, khi nguồn dầu thô mỏ Bạch Hổ đang ngày giảm sản lượng, việc mua dâu thô bên ngoài để thay thế sẽ ảnh hưởng đến chế độ hoạt động của phân xưởng, thì việc mô phỏng sự thay đổi thành phần nguyên liệu là việc làm rất có ý nghĩa Mục đích của đề tài luận văn tốt nghiệp là hướng đi đúng đắn

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Các nguồn dầu thô trên lảnh thổ Việt Nam và trên thế giới;

- Thành phần cấu tử Các chất gây ăn mòn tồn tại trong nhà máy lọc dầu Dung Quất và cơ chế gây ăn mòn đối với các thiết bị, đường ống;

- Tính chất thay đổi của dầu thô và các tác động của nó đến thông số vận hành

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tối ưu hoá các thông số hoạt động của phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) trong NMLD Dung Quất khi nguyên liệu đầu vào thay đổi

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Xác định được sự thay đổi thành phần của nguyên liệu đầu vào ảnh hưởng như thế nào đến quá trình vận hành;

Xác định được các thông số vận hành thay đổi, và có điều chỉnh vận hành kịp thời, đưa quá trình vận hành về điều kiện vận hành theo thiết kế nhanh chóng ổn định và an toàn;

Đưa ra các giải pháp phù hợp với sự biến đổi tính chất dầu thô

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phần mềm mô phỏng có bản quyền đang được sử dụng tại nhà máy như PETRO SIM và các thông sồ vận hành thực tiễn để so sánh, từ thành phần cấu

tử sẵn có và các tính năng của phần mềm mô phỏng tác giả đưa ra được các phương

án vận hành và tối ưu thông số vận hành cho phân xưởng,… Ngoài ra, tác giả còn

sử dụng phương pháp mô phỏng công nghệ khác như Hysys để xác định hiệu quả lẫn nhau giữa các phần mềm mô phỏng

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

6.1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn đã hệ thống hóa và bổ sung những vấn đề lý luận, cơ sở khoa học liên quan đến công tác quản lý và kiểm soát vận hành và phương pháp nghiên cứu, tối ưu hoá chủ động tại nhà máy lọc dầu nói riêng, và công nghiệp hóa học của Việt Nam nói chung

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Luận văn đã chỉ ra những hạn chế của việc quản lý, kiểm soát, kinh nghiệm vận hành tại nhà máy lọc dầu Dung Quất, trên cơ sở thực trạng đó tác giả đưa ra các phương án thay thế, các yếu tố tác động đến quá trình vận hành, từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp, nhanh chóng và hiệu quả Vì vậy, đề tài luận văn là tài liệu tham khảo bổ ích cho các nhà lãnh đạo Công ty lọc hóa dầu Bình Sơn trong việc hoạch định chiến lược của Công ty về sử dụng dầu thô, về giám sát vận hành, bảo dưỡng, Và là tài liệu tham khảo hữu hiệu cho nhân viên vận hành, nhân viên giám sát công nghệ và đặc biệt là nhân viên điều khiển trong phòng điều khiển trung tâm

7 Kết cấu của luận văn

Luận văn gồm phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, kết cấu nội dung luận văn trong 96 trang, 23 bảng và 34 hình vẽ với 6 chương:

Chương 1: Tổng quan về quá trình Reforming xúc tác

Chương 2: Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất; Giới thiệu phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR)

Chương 3: Giới thiệu phần mềm mô phỏng PETRO SIM;

Chương 4: Các thông số ban đầu

Chương 5: Qúa trình mô phỏng thiết bị

Chương 6: Kết quả mô phỏng từ phần mềm PETRO SIM;

Kết luận và kiến nghị

Sau gần bốn tháng làm việc dưới sự hướng dẫn tận tình của tiến sĩ Công Ngọc Thắng, tôi đã cơ bản hoàn thành xong đề tài luận văn tốt nghiệp cao học

“Nghiên cứu tối ưu hóa các thông số hoạt động của phân xưởng Reforming xúc tác

(CCR) trong nhà máy lọc dầu Dung Quất khi nguyên liệu đầu vào thay đổi” Đề tài

luận văn tốt nghiệp cao học là những gì đúc kết lại một quá trình học tập, nghiên cứu tìm hiểu của học viên dưới sự chỉ bảo của thầy Luận văn tổng kết lại những kiến thức, những gì thu hoạch được sau gần một năm rưỡi học

Không chỉ là những kiến thức chuyên ngành dầu khí mà còn là lối sống, là những quy tắc ứng xử mà thầy cô truyền đạt Đó cũng là hành trang và tài sản quý báu của tôi trong công việc xây dựng nhà máy Lọc Dầu Dung Quất mai sau và mãi

về sau

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC

1.1 Tầm quan trọng của quá trình reforming xúc tác trong công nghệ lọc dầu

Công nghiệp dầu khí đã có những bước thay đổi và phát triển không ngừng, đặc biệt là vào những năm cuối thế kỷ XX Sự phát triển không ngừng của một số quá trình chế biến dầu thô tạo ra các nhiên liệu trong đó không thể không nhắc đến quá trình quá trình reforming xúc tác để sản xuất ra xăng chất lượng cao Ngày nay việc sử dụng các động cơ xăng có hệ số nén cao đòi hỏi chất lượng xăng nhiên liệu

có chỉ số octane cao Để đáp ứng yêu cầu đó, người ta pha trộn vào xăng các phụ gia hoặc tăng cường các hợp phần hydrocarbon cho chỉ số octane cao

Hiện tại với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về môi trường thì một loại phụ gia truyền thống là tetraetyl chì, tuy làm tăng chỉ số octane lên 15-20 số nhưng lại gây độc hại đối với sức khỏe con người, nên gần như được loại bỏ hoàn toàn Đối với các phụ gia thay thế hữu hiệu như MTBE, TAME cũng đã có một số ý kiến nghi ngờ về khả năng chậm phân hủy của chúng trong môi trường

Việc tăng cường các hợp phần pha chế từ các quá trình chế biến sâu như cracking, reforming, đồng phân hóa… Các hợp phần này cho chỉ số octane cao hơn nhiều so với xăng từ chưng cất trực tiếp, mà lại ít gây ô nhiễm môi trường

Xăng pha trộn nhằm mục đích đạt những chỉ tiêu quan trọng sau:

- Áp suất hơi bão hòa (RVP - Reid Vapor Pressure): Đo áp suất hơi của các hydrocarbon, cần thiết cho sự khởi động của động cơ

- Chỉ số octane: Đo mức độ chống kích nổ của xăng, chỉ tiêu quan trọng vì động cơ kích nổ thấp sẽ hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm được năng lượng

- Độ độc hại: Đo các hợp phần độc hại trong xăng Các nhà máy lọc dầu thường chú ý đến hàm lượng benzen, các hydrocarbon thơm khác, lưu huỳnh

Chỉ số octane là đại lượng được quan tâm hơn cả và thường được lựa chọn

để đánh giá và điều chỉnh chất lượng xăng

Với các phân đoạn xăng nặng (tsđ > 80oC) giàu paraffin và naphten có thể làm

tăng chỉ số octane nếu chuyển hóa chúng thành các hydrocarbon thơm (aromatics) Đây chính là nguyên tắc của quá trình reforming xúc tác

Reforming xúc tác là quá trình chuyển hoá hoá học nhằm chuyển hóa phân đoạn naphta nặng được chưng cất trực tiếp từ dầu thô hoặc từ một số quá trình chế biến thứ cấp khác như FCC, hydrocracking, visbreaking, có chỉ số octane thấp (RON =30-50) thành hợp phần cơ sở của xăng thương phẩm có chỉ số octane cao (RON =95-104)

Về mặt bản chất hóa học đây là quá trình chuyển hóa các n-paraffin và naphten có mặt trong phân đoạn thành các hydrocarbon thơm Chính các hydrocarbon thơm với chỉ số octane rất cao đã làm cho xăng reforming có chỉ số octane cao đứng hàng đầu trong số các xăng thành phần

Thành phần xăng thông dụng hiện nay trên thế giới thường chứa [1]:

- Xăng cracking xúc tác : 35% vol

- Xăng reforming xúc tác : 30% vol

- Xăng alkyl hóa : 20% vol

- Xăng isomer hóa : 15% vol

Các số liệu trên cho thấy, xăng reforming đứng thứ hai trong phối liệu xăng chỉ sau xăng cracking Thậm chí ở một số khu vực như Mỹ, Tây Âu, xăng reforming có phần vượt trội

Tiêu chuẩn xăng thương phẩm ở Việt Nam và các nước khác trên thế giới không giống nhau Dưới đây là bảng so sánh các tiêu chuẩn của xăng thương phẩm theo TCVN 2005, Euro II và Euro IV/V

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn xăng thương phẩm [1]

Euro II TCVN 2005 IV/V

RON 92

IV/V RON 95

Euro II TCVN 2005 IV/V

RON 92

IV/V RON 95

RVP, kPa 35 - 100 43 - 75 45 - 100 45 - 100

Hình 1.1: Phối liệu xăng thương phẩm ở Châu Âu năm 2005 [8]

Do tầm quan trọng của quá trình Refoming xúc tác trong công nghiệp lọc hoá dầu hiện nay trên thế giới, nên các nhà máy lọc dầu hiện nay đều trang bị một phân xưởng Reforming xúc tác Công suất chế biến nằm trong khoảng 40 tấn/giờ đến 150 tấn/giờ Tổng công suất của các phân xưởng Reforming xúc tác trong tất cả các nhà máy lọc dầu ở Pháp lên tới 18 triệu tấn trong một năm

Ngoài ra, quá trình Reforming còn cung cấp nguyên liệu BTX cho hoá dầu

và cung cấp H2 cho quá trình xử lý và chuyển hoá bằng H2 trong nhà máy lọc dầu

1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Với sự phát triển nhanh chóng của việc sử dụng ô tô trong những năm 1930, nhu cầu xăng dầu tăng cả về số lượng và chất lượng Quá trình cracking xúc tác ra đời và các quá trình Reforming (nhiệt + xúc tác) đã trở thành phổ biến cho sản xuất xăng Một số lượng lớn các quá trình Reforming xúc tác đã được hoạt động ngay cả trong Thế chiến thứ hai Tại thời điểm này, thiết bị phản ứng sử dụng tầng xúc tác cố định hoặc di động với chất mang là alumina, chất hoạt động là crôm hoặc oxit molypden và oxit molypden có thể được pha tạp với coban để tăng hoạt tính xúc tác

Đến năm 1949, hãng UOP của Mỹ đã đưa vào sử dụng hệ thống Reforming xúc tác (quá trình Platforming) với chất xúc tác là Pt trên chất mang là Al2O3 được clo hoá với hoạt tính xúc tác cao Quá trình được tiến hành ở áp suất 70 bar, xúc tác được tái sinh trong thời gian vài tháng Hàm lượng Pt trong xúc tác từ 0,2 ÷ 0,6 wt%,

do độ axit của Al2O3 giảm dần nên cần phải tiến hành clo hoá để tăng độ axit Quá trình này còn có tên gọi là Semi-Regenerative (SCRR) Có thể nói rằng sự phát triển của hãng UOP trong công nghiệp chế biến dầu mỏ nói chung và trong công nghệ Reforming nói riêng có thể đưa ra gần như đầy đủ nhất về công nghệ này trên toàn thế giới và là dấu son khởi điểm cho những thiết bị cùng kiểu tiếp theo được ra đời

Từ 1950 - 1960 có rất nhiều quá trình Reforming xúc tác được phát triển từ xúc tác Pt, chất xúc tác sử dụng là Pt/silice alumine, được gọi là xúc tác một chức kim loại, đã giảm áp suất vận hành của thiết bị xuống còn 30 bar Mục đích của việc thêm kim loại vào là để tăng hoạt tính cho xúc tác hoặc giảm giá thành xúc tác Tất

cả các quá trình Reforming xúc tác trên đây đều sử dụng thiết bị phản ứng với lớp xúc tác cố định nên nó phải định kỳ dừng làm việc để tái sinh xúc tác bị coke hoá Một số quá trình sử dụng reactor có đường van song song để dễ tái sinh xúc tác ở từng reactor riêng biệt mà không cần phải dừng làm việc toàn bộ hệ thống (quá trình Power Former) Xúc tác hai chức kim loại (bimetalic) đã được cải tiến sau năm

1960 có độ bền cao, chống lại sự tạo coke đã góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm áp suất vận hành của thiết bị còn 10 bar

Đầu những năm 1970, một cải tiến nổi bật của quá trình Reforming xúc tác

đó là sự ra đời của quá trình có tái sinh liên tục xúc tác của UOP và tiếp theo là của IFP Xúc tác bị coke hoá được tháo ra liên tục khỏi thiết bị phản ứng và quay trở lại sau khi đã được tái sinh trong thiết bị tái sinh riêng Quá trình này được gọi là quá trình tái sinh liên tục xúc tác (CCR-Continuous Catalyst Regeneration) Nhờ khả năng tái sinh liên tục xúc tác bị coke hoá, quá trình CCR cho phép dùng áp suất thấp

và thao tác liên tục Cũng nhờ giảm áp mà hiệu suất thu hydrocarbon thơm và H2

tăng lên đáng kể

Năm 1988, UOP tiếp tục giới thiệu quá trình Platforming tái sinh xúc tác liên tục thế hệ thứ hai mà đặc điểm chính là thiết bị Lock Hopper không dùng van, hoạt động ở áp suất cao Thiết bị thế hệ mới này cho phép phục hồi gần như hoàn toàn hoạt tính xúc tác chỉ hao hụt khoảng 0,02 wt%, tăng cường khả năng sản xuất xăng và khí hydro

Ngày nay, quá trình CCR với áp suất siêu thấp có thể làm việc ở áp suất 3,5 bar Hầu như tất cả các quá trình Reforming xúc tác mới được xây dựng đều là quá trình CCR Các hãng đi đầu trong quá trình này là UOP và IFP, đến năm 1996 UOP lắp đặt 139 nhà máy và IFP lắp đặt 48 nhà máy CCR trên thế giới

Sau một thời gian dài phát triển, công nghiệp lọc hoá dầu đã thiết lập công nghệ mới có khả năng Reforming chọn lọc khí hóa lỏng và naphtha nhẹ thành các cấu tử có chỉ số octane cao cho phép pha trộn tạo xăng có chất lượng cao và các sản phẩm hydrocarbon thơm Khí hoá lỏng trở thành một vấn đề lớn của lọc dầu vì khí hoá lỏng đã vượt quá mức tiêu thụ và trở nên khó bán trên thị trường, naphtha nhẹ cũng thừa do số lượng trộn vào xăng có chỉ số octane cao ngày một giảm xuống do

nó có trị số octane quá thấp Năm 1997, UOP đã cho ra đời quá trình “New Reforming” Xúc tác sử dụng cho công nghệ mới của UOP là zeolite, xúc tác này có tính chọn lọc hình học cho quá trình vòng hoá Tính chọn lọc hình học của zeolite làm hạn chế kích thước phân tử của các hợp chất sản phẩm trung gian và cho sản phẩm chủ yếu là hydrocarbon thơm một vòng So với các phản ứng Reforming bình thường khác, quá trình “New Reforming” tạo coke bám trên xúc tác nhiều hơn do

đó việc tái sinh xúc tác phải áp dụng công nghệ CCR hay sử dụng lò dự trữ

1.3 Mục đích quá trình

Mục đích chính của quá trình CR là biến đổi thành phần hydrocarbon các phân đoạn nhẹ của dầu mỏ, chủ yếu là paraffin và naphthene có từ 6 đến 10 nguyên tử Carbon (chủ yếu là 7,8,9) thành các hydrocarbon thơm có số nguyên tử C tương ứng

Tùy theo nguồn nguyên liệu mà CR có thể sản xuất được các loại sản phẩm sau:

- Khí giàu H2 (70 – 90 % thể tích): sử dụng phổ biến cho các quá trình làm sạch sản phẩm và cho quá trình HDT (Hydrotreatment), HDC (Hydrocracking)

- Phân đoạn C3, C4: 5 ÷ 14 wt% dùng sản xuất LPG Hiệu suất thu C4 đạt tối

đa khi sử dụng xúc tác Pt/alumino silicate và đạt mức tối thiểu khi sử dụng xúc tác Pt/alumin đồng thời giảm áp suất riêng phần H2

- Xăng reformate: có RON cao (98 – 100), loại xăng này không cần phải pha chì, tránh độc hại cho người tiêu dùng Tuy nhiên, xăng reformate có hàm lượng aromatic cao nên không thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu động cơ mà phải pha trộn với các loại xăng khác để thu hàm lượng benzen tổng nhỏ hơn 1% thể tích

- Các loại hydrocarbon thơm (B, T, X): làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu Chất lượng và hiệu suất thu sản phẩm phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu và điều kiện tiến hành quá trình

1.4 Nguyên liệu và sản phẩm

Quá trình CR có thể sử dụng các loại nguyên liệu sau:

- Xăng nặng của các quá trình chưng cất trực tiếp

- Xăng thu được của các quá trình chế biến thứ cấp khác như Cracking nhiệt, FCC, Coke hóa, Giảm nhớt, HDC

Chất lượng và hiệu suất thu sản phẩm phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu và điều kiện tiến hành quá trình Thông thường ta thu được các sản phẩm sau:

+ Khí giàu H2: 2  4 wt%, một phần được tuần hoàn lại quá trình, còn phần lớn được đưa qua các phân xưởng HDT, HDC

+ Khí đốt (C1  C2): 1  4 wt%

+ LPG (C3  C4): 5  14 wt%

+ Xăng Reformate: 8090 wt%, RON = 98100, S = 10, %Ar = 6070 wt%

1.6 Tạp chất và các bước xử lý sơ bộ nguyên liệu

Xúc tác rất nhạy cảm với các chất độc có trong nguyên liệu, do đó cần thiết phải làm sạch nguyên liệu (dùng công nghệ làm sạch bằng hydro HDS, HDN, HDM) Giới hạn tạp chất cho phép trong nguyên liệu (sau khi làm sạch):

- Metals (Pb, As, Sb, Cu ) < 1ppb

Nhằm để loại bỏ các tạp chất có trong thành phần nguyên liệu người ta tiến hành các bước xử lý sơ bộ nguyên liệu sau:

- Cho nguyên liệu và hydro đi qua thiết bị phản ứng có chứa xúc tác NiMo (hoặc CoMo) nhằm loại trừ các kim loại, các hợp chất chứa lưu huỳnh và hợp chất chứa nitơ (gọi chung là các quá trình xử lý dùng hydro)

- Trong trường hợp nguyên liệu là các phân đoạn xăng cracking cần thêm giai đoạn xử lý làm no hóa olefin nhằm loại trừ khả năng tạo nhựa

- Tiếp theo cho nguyên liệu qua cột tách loại H2S và nước

- Trong nhiều trường hợp, cần tách phân đoạn xăng nhẹ (đưa vào phân xưởng isomer C5/C6) ra khỏi phân đoạn xăng nặng (dùng cho Reforming xúc tác)

1.7 Cơ chế các phản ứng xảy ra trong quá trình Reforming

1.7.1 Các phản ứng chính

- Phản ứng dehydro hoá naphthene thành hydrocarbon thơm:

Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh (H khoảng 210 kJ/mol) và tăng entropy Phản ứng chính xảy ra hoàn toàn nhất và chọn lựa nhất trong điều kiện vận hành reforming xúc tác là phản ứng khử hydro các naphthene sáu cạnh

Việc tăng tỷ số H2/RH có ảnh hưởng không nhiều đến cân bằng của phản ứng dehydro hoá naphthene và sự ảnh hưởng này có thể bù lại bằng việc tăng nhiệt

độ của quá trình Khi hàm lượng của naphthene trong nguyên liệu cao, quá trình reforming sẽ làm tăng hàm lượng của hydrocarbon thơm Do đó cho phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt mục đích mong muốn: hoặc tăng hydrocarbon thơm có RON cao cho xăng, hoặc để nhận các hydrocarbon thơm riêng biệt (B, T, X)

Các phản ứng trên là các phản ứng thuận nghịch: khi tăng nhiệt độ và giảm

áp suất thì phản ứng dịch chuyển sang phải và ngược lại, khi tăng áp suất và giảm nhiệt độ thì phản ứng dịch chuyển sang trái Như vậy hiệu suất thu của hydrocarbon thơm sẽ tăng lên khi tăng nhiệt độ và giảm áp suất Nhiệt độ tối ưu của các phản ứng này trong quá trình reforming xúc tác là khoảng 5000C

Nhờ phản ứng dehydro hoá naphthene có tốc độ cao mà trong quá trình reforming xúc tác ta sẽ nhận được nhiều hydrocarbon thơm và hydro Do phản ứng thu nhiệt mạnh, người ta phải tiến hành phản ứng nối tiếp nhau trong nhiều thiết bị phản ứng để đạt được độ chuyển hoá cần thiết

- Phản ứng dehydro hoá các paraffin

Đây là phản ứng thu nhiệt khá mạnh (H khoảng 125 kJ/mol)

- Phản ứng dehydro hoá và khép vòng các paraffin

Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh nhất (H khoảng 250 kJ/mol) và tăng entropy Phản ứng có sự hoá hơi chậm ở nhiệt độ cao và áp suất thấp nên vận tốc hơi chậm Như vậy, đây cũng là phản ứng tương đối quan trọng của quá trình reforming xúc tác để làm tăng chất lượng và hiệu suất cho xăng reformate

Phản ứng dehydro vòng hoá n-paraffin xảy ra khó hơn so với phản ứng của naphthene Chỉ ở nhiệt độ cao mới có thể đạt được hiệu suất thu hydrocarbon thơm đáng kể Khi tăng nhiệt độ, hằng số cân bằng của phản ứng dehydro vòng hoá paraffin tăng lên rất nhanh, nhanh hơn so với phản ứng dehydro hoá naphthene Nhưng tốc độ phản ứng dehydro vòng hoá rất nhạy với sự thay đổi áp suất hoặc tỷ

số H2/RH nguyên liệu Khi H2/RH tăng từ 4 - 10 ở P = 18 kg/cm2 thì %mol benzene khi chuyển hoá nC6H14 giảm khoảng 12%, còn P tăng từ 18 kg/cm2 đến 35 kg/cm2 ở nhiệt độ 5000C thì %mol benzene giảm rất nhanh từ 83 %mol xuống 22 %mol

Tốc độ phản ứng tăng khi số nguyên tử cacbon trong phân tử paraffin tăng lên, điều đó dẫn đến hàm lượng hydrocarbon thơm trong sản phẩm phản ứng cũng tăng lên

- Phản ứng isomer hoá n-paraffin thành i-paraffin

Đây là phản ứng toả nhiệt H khoảng -10 kJ/mol

Phản ứng này đạt cân bằng trong vùng làm việc của thiết bị phản ứng ở điều kiện 5000C với xúc tác Pt/Al2O3 Các phản ứng này có vai trò tương đối quan trọng trong reforming xúc tác chính bởi lẽ:

+ Với các n-paraffin nhẹ, sản phẩm tạo thành là iso-paraffin sẽ cải thiện trị số octane trong reformate, i-C5 có RON 80 trong khi n-C5 có RON = 62

+ Với các n-paraffin cao hơn n-C5 thì phản ứng xảy ra dễ dàng nhưng nó chỉ làm tăng không nhiều RON vì còn có mặt các n-paraffin chưa biến đổi trong sản

phẩm phản ứng Do đó mà phản ứng isomer hoá tốt nhất nên tiến hành với paraffin nhẹ (C5 hay C6)

n-+ Phản ứng isomer hoá và khử hydro (dehydroisomer) các alkyl naphthene

Đây là phản ứng toả nhiệt nhẹ H khoảng -15 kJ/mol

Do các olefin, hydrocarbon thơm ngưng tụ Phản ứng tạo cốc xảy ra thuận lợi

ở điều kiện nhiệt độ cao, áp suất thấp và tỷ lệ H2/RH thấp

Để hàm lượng cốc hạn chế ở mức 3-4% chất xúc tác từ 6-12 tháng, tiến hành phản ứng ở điều kiện nhiết độ thấp, áp suất cao và tỉ lệ H2/RH cao Tuy nhiên phải khống chế tỉ số H2/RH thích hợp để không gây trở ngại cho các phản ứng dehydro hoá

ra mạnh Để tăng độ chọn lọc của quá trình thì duy trì áp suất thấp 14-20 at Nhưng

sự giảm áp lại thúc đẩy quá trình tạo cốc do vậy không kéo dài thời gian làm việc của xúc tác

Năm 1949, xúc tác Pt/Al2O3 (Al2O3 gọi là acid rắn) ra đời Hàm lượng Pt trong xúc tác 0,2-0,6 wt%, nhiệt độ phản ứng 500oC, áp suất 30-35 at Sau một thời gian làm việc hoạt tính của chất xúc tác giảm do độ acid của Al2O3 giảm, vì vậy cần phải tiến hành clo hóa để tăng độ acid

Cho đến năm 1968, khi người ta nhận thấy rằng trong quá trình hoạt động các vi tinh thể của Pt bị thiêu kết lại tạo thành những tinh thể lớn hơn làm giảm số trung tâm kim loại, giảm độ phân tán đồng nghĩa với giảm tính oxy hóa-khử, lúc đó người ta cho thêm các kim loại đất hiếm kết hợp cùng Pt Người ta giải thích rằng: hoặc sự kết hợp này làm giảm sự thiêu kết Pt hoặc cũng có thể tạo một phức hợp mới có hoạt tính xúc tác mạnh hơn Pt nguyên chất Các kim loại đất hiếm này thường dùng là Pt, Ge, Sn, Ir, v.v Đối với reforming xúc tác liên tục thì xúc tác này có nhiều ưu điểm:

- Tăng hiệu suất thu C5+ và H2

- Tăng độ lựa chọn của hydrocarbon thơm

- Độ lắng đọng của cốc thấp

- Giảm sự mất mát chất xúc tác

- Có khả năng tái sinh nhiều lần hơn xúc tác cũ

- Ổn định hiệu suất reformate trong suốt thời gian sử dụng

Bảng 1.2: Ảnh hưởng của chức kim loại và axit đến cơ chế phản ứng [6]

Pt hoặc chất mang acid

Pt + chất mang acid

Chất xúc tác được sử dụng hiện nay được chia làm 2 loại:

+ Chất xúc tác Pt trên chất mang γ-Al2O3 (monométallique)

+ Chất xúc tác 2 chức kim loại Pt-Sn hoặc Pt-Re trên chất mang γ-Al2O3

(bimétallique)

Hình 1.3: Các quá trình chuyển hóa chủ yếu các paraffin xảy ra trên bề mặt

CXT [6]

1.8.3 Các chất gây ngộ độc xúc tác

Chất xúc tác Reforming rất nhạy với các tạp chất có trong nguyên liệu và khí tuần hoàn Ảnh hưởng đầu độc có thể là thuận nghịch và không thuận nghịch Ảnh hưởng thuận nghịch là sau khi chất gây ngộ độc thôi tác dụng, bằng biện pháp xử lý đặc biệt (quá trình tái sinh xúc tác), bề mặt và tính chất xúc tác được phục hồi trở lại Ảnh hưởng không thuận nghịch là bề mặt và tính chất xúc tác không thể khôi phục lại được

- Các hợp chất chứa lưu huỳnh

Các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu làm giảm hoạt tính của xúc tác Pt, ảnh hưởng xấu đến chức năng dehydro và dehydro vòng hóa Ngoài ra còn làm biến đổi Al2O3 tạo thành kết tủa sunfat nhôm Al2(SO4)3 Mức độ ngộ độc của mỗi hợp chất lưu huỳnh khác nhau sẽ khác nhau: mercaphtan > sunfit > thiophen > H2S > S nguyên tố Khi hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng thì hiệu suất và chất lượng xăng sẽ giảm khi đó cần phải nâng tỷ lệ H2/RH Chính H2S trong khí tuần hoàn sẽ làm tăng khả năng ăn mòn thiết bị, đường ống và nhất là ống xoắn trong lò đốt Để khôi phục hoạt tính xúc tác, ta tiến hành hydro hoá nhẹ chất xúc tác trong quá trình tái sinh

Yêu cầu hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu tuỳ thuộc vào loại xúc tác

- Ảnh hưởng của nước

Chính sự có mặt của nước trong nguyên liệu sẽ làm giảm tính acid của xúc tác và gây ăn mòn thiết bị ở điều kiện vận hành Hàm lượng nước trong nguyên liệu được khống chế nhỏ hơn 4 ppm Do đó cần phải sấy bằng rây phân tử hoặc phun khí clo vào nguyên liệu chứa nước Có thể sử dụng 1,5 ppm hợp chất diclopropylene phun vào khi hàm lượng nước lên đến 50 ppm

- Hợp chất kim loại nặng

Các kim loại As, Cu, Pb, Zn, Hg, Si, Fe kết hợp với Pt tạo mối liên kết bền, làm ngộ độc vĩnh viễn tâm kim loại không phục hồi lại được, từ đó làm mất chức

năng chính là hydo-dehydro hoá của xúc tác Các kim loại này còn tích tụ trong cả 4 thiết bị phản ứng làm giảm nhiệt độ vùng phản ứng, dẫn tới mất hoạt tính xúc tác tổng thể Hàm lượng cho phép đối với mỗi kim loại là 5 ppb

- Ảnh hưởng của hàm lượng olefin và cốc

Các hợp chất hydrocarbon olefin trong thành phần nguyên liệu hoặc do trong quá trình phản ứng tạo ra sẽ không bền, dễ bị oxy hoá tạo nhựa và thúc đẩy nhanh quá trình tạo cốc, che phủ các tâm acid làm giảm hoạt tính xúc tác

Như vậy sự cần thiết phải xử lý nguyên liệu bằng H2 (Hydrotreatment) sao cho hàm lượng các tạp chất phải thỏa mãn theo yêu cầu của nguyên liệu reforming xúc tác (nhỏ hơn 2 ppm)

1.8.4 Tái sinh xúc tác

Khi hàm lượng coke trên bề mặt chất xúc tác đạt khoảng 15-20 %wt, thực hiện quá trình tái sinh xúc tác với 5 giai đoạn sau:

1, Đuổi các hydrocarbon ra khỏi chất xúc tác bằng một luồng khí trơ N2

2, Thổi không khí nóng vào để đốt cháy cốc Cần phải khống chế nhiệt độ T= 370 - 480OC và nồng độ O2 trong dòng khói thải 0,5-2 %vol

3, Clo hóa nhẹ chất xúc tác với hàm lượng Cl 1 wt% ở nhiệt độ T= 510oC và nồng độ O2 8 %vol

4, Sấy chất xúc tác ở nhiệt độ T= 510oC và nồng độ O2 5 %vol trong thời gian 4 giờ

5, Đuổi hết O2 ra khỏi chất xúc tác bằng một luồng khí trơ N2, sau đó là H2

để chuyển từ môi trường oxy hóa sang môi trường khử ở nhiệt độ T= 480oC và nồng độ H2 50 %vol trong thời gian 4 giờ

- Chu kỳ tái sinh xúc tác:

Chu kỳ tái sinh xúc tác phụ thuộc vào điều kiện vận hành hệ thống Sau mỗi lần tái sinh, hoạt tính xúc tác trở về trạng thái ban đầu Tuy nhiên, sau nhiều chu kỳ tái sinh xúc tác sẽ già hóa và giảm khả năng xúc tác dẫn đến việc tái sinh xúc tác sẽ trở nên thường xuyên hơn cho đến khi cần phải thay thế xúc tác mới Thời gian tồn tại của xúc tác Reforming thường khoảng vài năm

Đối với công nghệ tái sinh bán liên tục, chu kỳ tái sinh khoảng 6-15 tháng, trung bình là 1 năm, tuổi thọ xúc tác đạt 5-7 năm

Đối với công nghệ tái sinh liên tục, chu kỳ tái sinh khoảng 2-10 ngày, trung bình 100 lần/năm, tuổi thọ xúc tác đạt 2-4 năm do bị mài mòn và phá hủy trong các tầng xúc tác di động

1.9 Công nghệ của quá trình

Hiện nay trên thế giới tồn tại 2 loại công nghệ Reforming chủ yếu là công nghệ tái sinh bán liên tục và công nghệ tái sinh liên tục (CCR)

1.9.1 Công nghệ tái sinh bán liên tục

Công nghệ tái sinh bán liên tục tương đối lâu đời (công nghệ truyền thống), các cải tiến chủ yếu công nghệ này chỉ tập trung vào xúc tác Thường thì chu kỳ làm việc của xúc tác trong khoảng 6 tháng đến 1 năm Thời gian tái sinh xúc tác khoảng

2 tuần lễ

Hình 1.4: Sơ đồ đơn giản công nghệ Reforming tái sinh bán liên tục [6]

1.9.2 Công nghệ tái sinh liên tục

Một số đặc điểm cơ bản:

- Lớp xúc tác được chuyển động nhẹ nhàng, liên tục trong hệ thống thiết bị phản ứng với vận tốc vừa phải (trong khoảng 3-10 ngày)

- Toàn bộ hệ thống được vận hành liên tục

- Lớp xúc tác sau khi ra khỏi hệ thống phản ứng được đưa ra ngoài để tái sinh trong một hệ thống tái sinh riêng, sau đó quay trở lại hệ thống phản ứng

Hình 1.5: Sơ đồ đơn giản công nghệ Reforming tái sinh liên tục [6]

Một số công nghệ Reforming tiêu biểu với chất xúc tác được tái sinh liên tục:

- Công nghệ Dualforming của IFP

- Công nghệ cải tiến của IFP

- Công nghệ Aromizing của IFP

- Công nghệ Cyclar của UOP

- Công nghệ RZ Platforming của UOP

- Công nghệ CCR Platforming của UOP

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC LIÊN TỤC (CCR) CỦA

NMLD DUNG QUẤT

2.1 Tổng quan

Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam với tổng mức đầu tư 2,5 tỷ USD, được xây dựng tại hai xã Bình Thuận và Bình Trị huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Có tổng diện tích sử dụng khoảng 338ha mặt đất

và 471ha mặt biển Công suất thiết kế của nhà máy là 6,5 triệu tấn dầu thô/năm (148000 BPD) Mục đích của nhà máy là chế biến 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu Mixed (85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dầu chua Dubai) thành các sản phẩm dầu mỏ thỏa mãn yêu cầu của thị trường

Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất

Diện tích tổng dự án được tính toán xấp xỉ là 338 hecta mặt đất, bao gồm:

- Toàn bộ các phân xưởng công nghệ, phụ trợ và thiết bị ngoại vi: khoảng

110 hecta

- Diện tích mặt biển: 471 hecta

- Khu bể chứa dầu thô và đuốc đốt: khoảng 42 hecta

- Khu bể chứa sản phẩm: khoảng 44 hecta

Ngoài ra, còn có khu vực cảng xuất sản phẩm chiếm khoảng 35 hecta

2.2 Sơ đồ tổ chức

2.2.1 Sơ đồ tổ chức bộ máy công ty lọc hóa dầu Bình Sơn

Hình 2.2: Sơ đồ tổ chức bộ máy công ty lọc hoá dầu Bình Sơn

2.2.2 Sơ đồ tổ chức nhà máy

Hình 2.3: Sơ đồ tổ chức nhà máy 2.3 Các phân xưởng công nghệ và phụ trợ

- Cụm phân xưởng 1A

Phân xưởng 012 xử lý Naphtha bằng Hydro (NHT)

Phân xưởng 013 Reforming xúc tác liên tục (CCR)

Phân xưởng 023 đồng phân hóa Naphtha nhẹ (ISOM)

- Cụm phân xưởng 1B

Phân xưởng 011 chưng cất dầu thô (CDU)

Phân xưởng 014 xử lý Kerosene (KTU)

- Cụm phân xưởng 2

Phân xưởng 015 Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển (RFCC) Phân xưởng 016 xử lý LPG (LTU)

Phân xưởng 017 xử lý Naphtha của phân xưởng RFCC (NTU)

Phân xưởng 021 tách Propylene (PRU)

- Cụm phân xưởng 3A

Phân xưởng 018 xử lý nước chua (SWS)

Phân xưởng 019 tái sinh Amine (ARU)

Phân xưởng 020 trung hòa kiềm thải (CNU)

Phân xưởng 022 thu hồi lưu huỳnh (SRU)

Phân xưởng 024 xử lý LCO bằng H2 (LCO_HDT)

Phân xưởng 058 xử lý nước thải (ETP)

- Cụm phân xưởng phụ trợ nóng

Phân xưởng 032 hệ thống hơi nước và nước ngưng

Phân xưởng 040 nhà máy điện

- Cụm phân xưởng phụ trợ nguội

Phân xưởng 031 hệ thống cấp nước

Phân xưởng 033 cung cấp nước làm mát

Phân xưởng 034 hệ thống lấy nước biển

Phân xưởng 035 cung cấp khí điều khiển và khí công nghệ

Phân xưởng 036 sản xuất khí Nitơ

Phân xưởng 039 cung cấp kiềm

Phân xưởng 100 lọc nước Reserve Osmosis (RO)

- Cụm phân xưởng P1 Offsite

Phân xưởng 038 hệ thống dầu nhiên liệu

Phân xưởng 051 hệ thống bể chứa trung gian

Phân xưởng 054 phối trộn sản phẩm

Phân xưởng 055 bể chứa Flushing Oil

Phân xưởng 056 bể chứa dầu thải

Phân xưởng 060 bể chứa dầu thô

Phân xưởng 082 phao rót dầu không bến một điểm neo SPM (Single Point Mooring)

- Cụm phân xưởng P3-Jetty

Phân xưởng 052 bể chứa sản phẩm

Phân xưởng 053 trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ

Phân xưởng 081 cảng xuất sản phẩm

Hình 2.4: Sơ đồ dòng công nghệ của nhà máy 2.4 Nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy

Nguyên liệu của nhà máy lọc dầu Dung Quất: 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc 80% dầu thô Bạch Hổ + 20% dầu thô (Dubai, Azeri, Champion, Đại Hùng, ) với công suất chế biến 6.5 triệu tấn dầu thô/năm

Các sản phẩm chính của nhà máy:

Khí hóa lỏng (LPG) Propylene

Xăng Mogas 92/95 Dầu hỏa

Nhiên liệu phản lực Jet A1 Diesel

Dầu đốt (FO) Lưu huỳnh 2.5 Vị trí và mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR)

7

TPC-DQR-002-TRM-OPS-013 – SECT 1 Rev: 0 Date: 24 MAR 2008

UNIT 13

Hình 2.5: Vị trí của phân xưởng CCR trong nhà máy Mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác nhằm chế biến phân đoạn naphtha nặng đã được xử lý bằng hydro của dầu thô Bạch Hổ để sử dụng làm cấu tử pha trộn xăng có chỉ số octane cao

Công suất của phân xưởng là 21100 BPD (tương đương 103496 kg/h) chế biến naphtha nặng từ phân xưởng NHT (012) và naphtha ngọt

Công nghệ reforming xúc tác sử dụng xúc tác lưỡng chức để chuyển hóa phân đoạn naphtha có chỉ số octane thấp thành cấu tử pha trộn xăng có chỉ số octane cao hơn Phản ứng chính của reforming xúc tác là chuyển hóa naphthen thành các hợp chất aromatic (phản ứng nhanh và có hiệu suất cao) Sự chuyển hóa của parafin

là rất nhỏ và các hợp chất aromatic hầu như không thay đổi khi đi qua phân xưởng

Chỉ số octane RON yêu cầu của sản phẩm reformate là 102

LPG là một sản phẩm có giá trị, nên cần phải thu hồi tối đa LPG trong naphtha

Khí giàu hydro (Hydrogen rich gas) là một sản phẩm khác của các phản ứng reforming xúc tác, được sử dụng cho việc vận hành các phân xưởng khác như: NHT, ISOM, LCO-HDT, PP (Poly Propylene) và một phần trộn vào mạng Fuel gas của nhà máy để làm nguyên liệu đốt cho các lò đốt cho toàn nhà máy Do đó, CCR

là một phân xưởng mang tính quyết định trong nhà máy

2.6 Tính chất của nguyên liệu

Bảng 1.3: Hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu [6]

Giá trị

Olefin, kim loại, hợp chất

Nguyên liệu của phân xưởng reforming xúc tác là phân đoạn naphtha nặng từ phân xưởng NHT Hàm lượng của lưu huỳnh (S) và nitrogen (N) trong naphtha nặng từ phân xưởng NHT phải nhỏ hơn 0.5 wt ppm (phương pháp đo D-4045 đối với S và phương pháp: D-4629 đối với N)

Bảng 1.4: Tính chất của nguyên liệu [3]

Nguyên liệu nghèo Nguyên liệu giàu Min Max P/N/A (% V) 66.3/23.1/10.6 55.1/35.8/9.1