Tài liệu Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ hóa dầu Sử dụng phần mềm Hysys để mô phỏng phân xưởng xử lý Naphtha bằng hydro (NHT-Unit 012) của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) LỜI MỞ ĐẦU Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất là công trình dầu khí trọng điểm quốc gia có ý nghĩa hết sức to lớn với việc phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Ngãi và các tỉnh, thành phố khu vực miền Trung – Tây Nguyên. Việc đầu tư xây dựng NMLD Dung Quất cho phép nước ta chế biến dầu thô trong nước, đảm bảo từng bước về an ninh năng lượng, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp các sản phẩm dầu mỏ thương phẩm từ nước ngoài, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Với công suất 6,5 triệu tấn dầu thô một năm, NMLD Dung Quất đã đáp ứng được khoảng 30% nhu cầu sử dụng trong nước gồm Propylene, LPG, xăng, dầu Diesel, nhiên liệu phản lực Jet A1, dầu hỏa, dầu đốt lò đạt chất lượng theo yêu cầu của Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về sản phẩm xăng dầu. Trong các phân xưởng công nghệ của NMLD Dung Quất, phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro (NHT) được thiết kế để xử lý các tạp chất trong phân đoạn Naphtha nhằm đảm bảo chất lượng nguyên liệu đầu vào cho hai phân xưởng Isomer hóa và CCR. Để tìm hiểu kỹ hơn về phân xưởng NHT này, em được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Sử dụng phần mềm Hysys để mô phỏng phân xưởng xử lý Naphtha bằng hydro (NHT-Unit 012) của nhà máy lọc dầu Dung Quất”. SVTH: Trương Công Minh 1 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) DANH MỤC HÌ Hình 1.1 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến phản ứng loại bỏ lưu huỳnh......................16 Hình 1.2 Vị trí phân xưởng NHT..................................................................................17 Hình 1.3 Sơ đồ kết nối các dòng công nghệ phân xưởng NHT.....................................18 Hình 1.4 Sơ đồ kết nối các dòng phụ trợ, năng lượng, hóa học ở cụm phân xưởng NHT/CCR/ISOM....................................................................................................23 Y Hình 3. 1 thiết lập hệ đơn vị...........................................................................................43 Hình 3. 2 nhập cấu tử......................................................................................................43 Hình 3. 3 chọn mô hình nhiệt động................................................................................44 Hình 3. 4 thiết lập phương trình phản ứng.....................................................................44 Hình 3. 5 sơ đồ mô phỏng...............................................................................................45 Hình 3. 6 dòng Straight Run Naphtha (201)..................................................................46 Hình 3. 7 dòng Hydro bổ sung.......................................................................................46 Hình 3. 8 dòng nước làm mát.........................................................................................47 Hình 3. 9 thiết bị phản ứng.............................................................................................47 Hình 3. 10 các thông số của thiết bị phản ứng...............................................................48 Hình 3. 11 thông số các dòng kết nối với tháp Stripper.................................................49 Hình 3. 12 thông số tháp Stripper...................................................................................49 Hình 3. 13 thông số tháp Stripper (T-100)....................................................................50 Hình 3. 14 thông số tháp Splitter....................................................................................51 Hình 3. 15 thông số các dòng kết nối với tháp Splitter.................................................52 Hình 3. 16 thông số bình tách........................................................................................52 Hình 3. 17 thông số thiết bị trao đổi nhiệt E-1201.........................................................53 Hình 3. 18 thiết bị trao đổi nhiệt E-1202.......................................................................53 Hình 3. 19 thiết bị trao đổi nhiệt E-1207........................................................................54 Hình 3. 20 thiết bị trao đổi nhiệt E-1206........................................................................55 Hình 3. 21 thiết bị trao đổi nhiệt E-105..........................................................................55 Hình 3. 22 lò đốt.............................................................................................................56 Hình 3. 23 bơm Pump-1..................................................................................................56 Hình 3. 24 bơm Pump-2..................................................................................................57 Hình 3. 25 bơm Pump-3..................................................................................................57 Hình 3. 26 bơm Pump-4..................................................................................................58 Hình 4. 1 Thể tích lỏng trong các dòng ra vào bình ngưng tụ.......................................65 Hình 4. 2 thông số thiết kế bình ngưng tụ......................................................................66 Hình 4. 3 đồ thị điểm nhạy cảm tháp splitter.................................................................68 Hình 4. 4 nhập kích thước tháp.......................................................................................77 Hình 4. 5 nhập thể tích condenser..................................................................................77 Hình 4. 6 nhập thể thích reboiler....................................................................................78 Hình 4. 7 sơ đồ điều khiển..............................................................................................78 SVTH: Trương Công Minh 2 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Trương Công Minh Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) 3 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) DANH MỤC BẢ Bảng 1.1 Nhiệt phản ứng................................................................................................13 Bảng 1.2 Điều kiện hoạt động đặc trưng quá trình khử S của Distillats và cặn............16 Bảng 1.3 Tính chất của Naphtha nguyên liệu...............................................................19 Bảng 1.4 Áp suất dòng khí Hydro..................................................................................20 Bảng 1.5 Thành phần dòng khí Hydro bổ sung..............................................................20 Bảng 1.6 Thành phần khí Off Gas..................................................................................21 Bảng 1.7 Các tính chất xăng nhẹ....................................................................................21 Bảng 1.8 Cân bằng vật chất của phân xưởng.................................................................32 Bảng 1.9 Giả sử các chất chứa lưu huỳnh......................................................................35 Bảng 1.10 Cân bằng vật chất mới của phân xưởng........................................................36 Y Bảng 3.1 Kết quả và so sánh dòng Off Gas....................................................................57 Bảng 3.2 Kết quả và so sánh dòng Light Naphtha.........................................................59 Bảng 3.3 Kết quả và so sánh dòng Heavy Naphtha.......................................................60 Bảng 4.1 Các thông số thiết kế tháp Splitter..................................................................63 Bảng 4. 2 Các thông số thiết kế tháp..............................................................................65 Bảng 4.3 Bảng biến thiên nhiệt độ để xác định đĩa nhạy cảm.......................................66 Bảng 4.4 Thông số điều khiển........................................................................................78 SVTH: Trương Công Minh 4 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Tên đầy đủ Ý nghĩa BFW Boiling Feed Water Nước cấp cho nồi hơi CDU Crude Distillation Unit Phân xưởng chưng cất khí quyển HCO Heavy Cycle Oil Phần cất nặng HDT Hydrotreatment Xử lý bằng Hydro HN Heavy Naphtha Xăng nặng LCO Light Cycle Oil Phần cất nhẹ LN Light Naphtha Xăng nhẹ LPG Liquefied Petroleum Gas Khí dầu mỏ hóa lỏng LTU LPG Treater Unit Phân xưởng xử lý LPG NTU Naphtha Treater Unit NHT Naphtha Hydro Treater Phân xưởng xử lý Naphtha của RFCC Phân xưởng xử lý Naphtha bằng P&ID Piping and Instrument Diagram Hydro Sơ đồ đường ống và điều khiển PFD Process Flow Diagram Sơ đô công nghệ RON Research octane number Chỉ số octane PRU Propylene Recovery Unit Phân xưởng thu hồi Propylene RFCC Residue Fluid Catalytic Cracking Cracking xúc tác tầng sôi dầu cặn CCR Continous Catalytic Reforming Phân xưởng Reforming xúc tác SWS Sour Water Storage Phân xử lý nước chua ISOM Isomerization Đồng phân hóa Naphtha nhẹ OP Out Put Biến ra PV Process variable Biến quá trình SP Set Point Cài đặt SVTH: Trương Công Minh 5 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 DANH MỤC HÌNH..........................................................................................................2 DANH MỤC BẢNG.........................................................................................................3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................................4 MỤC LỤC.........................................................................................................................5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI...............................................................................8 I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ NAPHTHA (NHT) BẰNG HYDRO CỦA NMLD DUNG QUẤT..........................................................................8 1. Các phản ứng chính..............................................................................................9 a) Phản ứng khử lưu huỳnh (HDS)......................................................................9 b) Phản ứng khử Nitơ (HDN).............................................................................10 c) Phản ứng khử Oxy (HDO).............................................................................11 d) Phản ứng bão hòa các Olefin.........................................................................11 e) Phản ứng bão hòa các Aromatic.....................................................................11 f) Phản ứng khử các Halogen (HDX)................................................................11 g) Phản ứng khử kim loại (HDM)......................................................................12 2. Hiệu suất phản ứng và nhiệt của phản ứng:.......................................................12 3. Xúc tác................................................................................................................13 4. Hóa chất sử dụng................................................................................................13 5. Thông số vận hành của quá trình.......................................................................13 a) Áp suất riêng phần của H2 (ppH )..................................................................13 b) Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng....................................................................14 c) Tốc độ nạp liệu thể tích VVH:.......................................................................15 d) Chỉ số tuần hoàn của H2.................................................................................15 e) Áp suất riêng phần của H2S...........................................................................15 II. TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ NAPHTHA (NHT 012).................16 1. Vị trí phân xưởng...............................................................................................16 2. Mục đích phân xưởng.........................................................................................17 a) Bản quyền.......................................................................................................17 b) Chức năng của phân xưởng...........................................................................17 3. Cơ sở thiết kế......................................................................................................18 SVTH: Trương Công Minh 6 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) a) Đặc tính của nguyên liệu................................................................................18 b) Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm......................................................................20 4. Các dòng phụ trợ, năng lượng, hóa học được tiêu thụ......................................22 5. Sơ đồ dòng công nghệ........................................................................................23 a) Khu vực phản ứng..........................................................................................23 b) Khu vực stripper (T-1201).............................................................................27 c) Khu vực phân tách Naphtha (Naphtha Splitter T-1202)................................28 6. Cân bằng vật chất tổng thể của phân xưởng......................................................31 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM HYSYS.......................................................39 I. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM HYSYS...............................................................39 1. Giới thiệu sơ lược về Hysys...............................................................................39 2. Các ứng dụng của Hysys....................................................................................39 3. Những ưu điểm của phần mềm Hysys...............................................................40 II. CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM HYSYS...................................41 CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG PHẦN MỀM HYSYS MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ NAPHTHA BẰNG HYDRO CỦA NMLD DUNG QUẤT....................................43 I. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG..............................................................43 1. Chọn hệ đơn vị đo:.............................................................................................43 2. Nhập cấu tử:.......................................................................................................43 3. Chọn mô hình nhiệt động:..................................................................................44 4. Thiết lập phản ứng cho thiết bị phản ứng..........................................................44 II. SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG..............................................................................................44 III. TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG................................................................................46 1. Thiết lập các dòng nguyên liệu:.........................................................................46 a) Dòng Straight Run Naphtha (201):................................................................46 b) Dòng Make up Hydrogene:............................................................................46 c) Dòng nước làm mát:.......................................................................................47 2. Thiết bị phản ứng...............................................................................................47 3. Tháp Stripper Naphtha (T-100)..........................................................................48 4. Tháp Splitter Naphtha........................................................................................50 5. Bình tách V-100..................................................................................................52 6. Các thiết bị trao đổi nhiệt...................................................................................53 a) Thiết bị trao đổi nhiệt E-1201........................................................................53 SVTH: Trương Công Minh 7 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) b) Thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí E-1202.............................................53 c) Thiết bị trao đổi nhiệt E-1207........................................................................54 d) Thiết bị trao đổi nhiệt E-1206........................................................................54 e) Thiết bị trao đổi nhiệt E-1213........................................................................55 7. Lò đốt..................................................................................................................56 8. Bơm và các thiết bị Mixer..................................................................................56 a) Bơm Pump-1:.................................................................................................56 b) Bơm Pump-2:.................................................................................................57 c) Bơm Pump-3..................................................................................................57 d) Bơm Pump-4..................................................................................................58 IV. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN.........................................................58 1. Dòng Off Gas:....................................................................................................58 2. Dòng Light Naphtha...........................................................................................60 3. Dòng Heavy Naphtha:........................................................................................61 4. Nhận xét kết quả.................................................................................................63 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG THÁP SPLITER...................................................64 I. THIẾT KẾ THÁP SPLITTER................................................................................64 II. XÁC ĐỊNH ĐĨA NHẠY CẢM THÁP SPLITTER NAPHTHA...........................66 III. CÁC BƯỚC CHUYỂN TỪ TRẠNG THÁI TĨNH SANG TRẠNG THÁI ĐỘNG..........................................................................................................................69 1. Các chú ý quan trọng khi xây dựng trạng thái động..........................................70 2. Troubleshooting (Xử lý sự cố)...........................................................................71 3. Công cụ kiểm tra trước khi chuyển sang trạng thái động Dynamics Assistant 72 4. Integrator............................................................................................................73 IV.TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PID...................................................74 V. MÔ PHỎNG...........................................................................................................77 1. Nhập kích thước tháp.........................................................................................77 2. Lắp bơm, van, thiết bị điều khiển......................................................................78 3. Xuất biểu đồ Strip Chart....................................................................................79 KẾT LUẬN.....................................................................................................................81 TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................82 PHỤ LỤC........................................................................................................................83 SVTH: Trương Công Minh 8 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ NAPHTHA (NHT) BẰNG HYDRO CỦA NMLD DUNG QUẤT Quá trình xử lý Hydro thường được sử dụng để loại trừ các chất gây ngộ độc xúc tác phân xưởng Platforming từ Naphtha trực tiếp hay Naphtha qua các quá trình chế biến được đưa đến nạp liệu cho phân xưởng công nghệ Platforming. Các hợp chất cơ kim, Arsen và Chì là những chất gây ngộ độc vĩnh viễn xúc tác có chứa Platin. Sự loại trừ hoàn toàn các chất này bằng quá trình xử lý Hydro sẽ kéo dài tuổi thọ xúc tác phân xưởng Platforming. Lưu huỳnh là chất gây ngộ độc tạm thời đối với xúc tác của xưởng Platforming. Hoạt tính của xúc tác Platforming chính là nguyên nhân làm thay đổi sản phẩm không mong muốn và tăng hàm lượng cốc. Hợp chất Nitơ hữu cơ cũng gây ngộ độc tạm thời xúc tác Platforming. Nó cũng là 1 thông số quan trọng, tuy nhiên với nồng độ của Nitơ tương đối nhỏ trong nguyên liệu của Platforming sẽ là nguyên nhân gây nên chênh lệnh rộng hoạt tính của xúc tác như việc lắng đọng muối Clo trong những khu vực lạnh của xưởng Platforming. Các hợp chất của Oxy cũng gây thiệt hại cho quá trình vận hành phân xưởng Platforming. Bất kì hợp chất Oxy mà không được loại trừ trong phân xưởng xử lý Hydro sẽ được chuyển hóa thành nước trong phân xưởng Platforming, chính vì thế ảnh hưởng đến cân bằng nước/Clo của xúc tác Platforming. Hàm lượng lớn các Olefin sẽ làm tăng cốc bám lên xúc tác Platforming. Đồng thời nó cũng có thể kết hợp lại ở điều kiện vận hành của phân xưởng Platforming và tạo cặn trong thiết bị phản ứng và thiết bị trao đổi nhiệt. Quá trình xử lý Naphtha bằng Hydro góp phần lớn để vận hành phân xưởng Platforming một cách dễ dàng và kinh tế. Sự dao động lớn là điều kiện trong việc lựa chọn nguyên liệu đến phân xưởng Platforming. Bởi vì phân xưởng này bảo vệ xúc tác Platforming, nên rất quan trọng để duy trì vận hành tốt phân xưởng xử lý xăng bằng Hydro. Thêm vào đó Naphtha xử lý làm nguyên liệu cho phân xưởng Platforming có nhiều nguồn khác như Naphtha sản xuất từ các quá trình nhiệt như delayed coking, thường có hàm lượng olefin cao và các tạp chất khác và có thể không ổn định trong bể chứa. Những loại Naphtha này có thể được xử lý bằng Hydro để loại bỏ các olefin và làm giảm các hợp chất kim loại và hữu cơ cung cấp sản phẩm cho thị trường. Như đã đề cập, mục đích chính của phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro là để làm sạch phân đoạn Naphtha để thích hợp làm nguyên liệu cho phân xưởng Platforming. Có 6 phản ứng cơ bản xảy ra trong phân xưởng xử lý Hydro. SVTH: Trương Công Minh 9 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) 1. Các phản ứng chính a) Phản ứng khử lưu huỳnh (HDS) (i) Mercaptan SH H3C + H3C H2 CH3 + H2S (i) Sulfide H3C CH3 S + 2 H3C 2H2 CH3 + H2S (ii) Disulfide H3C S S CH3 + 2 H3C 2H2 + CH3 H2S (iii) Cyclic sulfide H3C CH3 + H3C 2H 2 CH3 H3C + H2S CH3 + H2S S (iv) Thiophenic H3C CH3 + H3C 4H2 H3C S Tuy nhiên, trong quá trình khử lưu huỳnh ở nhiệt độ khá cao thì có thể xẩy ra sự kết hợp lại các H2S với hàm lượng nhỏ của các olefin hay các Olefin trung gian có thể tạo nên Mercaptan trong sản phẩm. H3C CH3 + H2S H3C CH3 S Để hạn chế phản ứng này xảy ra, nhiệt độ của phản ứng phải hạ thấp xuống. Nói chung nhiệt độ vận hành trung bình của thiết bị phản ứng là 315-340 0C sẽ cho tỉ lệ phản ứng Hydro hóa mong muốn thích hợp và sẽ không có lượng lớn Olefin/H 2S kết hợp lại. Nhiệt độ này phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu, áp suất vận hành và tốc độ truyền nguyên liệu. SVTH: Trương Công Minh 10 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) b) Phản ứng khử Nitơ (HDN) Phản ứng loại bỏ Nitơ được xem là khó hơn phản ứng loại bỏ lưu huỳnh trong quá trình xử lý Naphtha bằng Hydro. Tỉ lệ phản ứng khử Nitơ chỉ bằng 1/5 phản ứng khử Lưu huỳnh. Hầu hết Naphtha trực tiếp chứa hàm lượng Nitơ ít hơn Lưu huỳnh, nhưng chú ý phải chắc rằng Naphtha nguyên liệu đến xúc tác lưỡng kim Platforming chứa tối đa hàm lượng Nitơ là 0.5ppm khối lượng và thường ít hơn. Bất kì Nitơ hữu cơ mà đi đến phân xưởng Platforming sẽ phản ứng tạo Amonia và tiếp tục phản ứng với Clo trong dòng khí tuần hoàn để tạo muối Amonia Clo. Muối Amonia Clo sẽ lắng đọng trong dòng khí tuần hoàn hay hệ thống đỉnh của tháp ổn định. Muối Amonia Clo có thể được làm sạch bởi việc rửa bằng nước nhưng trong sản phẩm thì đưa đến Slop. Muối Amonia Clo có thể được hạn chế nhờ việc loại trừ tối đa Nitơ ở phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro. Phản ứng loại trừ Nitơ đặc biệt quan trọng hơn khi phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro xử lý Naphtha từ các quá trình nhiệt (như Coker Naphtha), những loại nguyên liệu này thường chứa Nitơ nhiều hơn Naphtha trực tiếp. Amonia tạo thành trong phản ứng khử Nitơ dưới đây tiếp tục được loại bỏ bằng dòng nước rửa trong phản ứng xử lý Hydro. (i) Pyridine + 5H2 H3C CH3 + NH3 N (ii) Quinoline + CH3 4H2 + + NH3 NH3 N (iii) Pyrrole H3C CH3 + N (iv) CH3 H3C 4H2 CH3 CH3 Methylamine CH3 NH2 + H2 CH4 + NH3 c) Phản ứng khử Oxy (HDO) Các chất hữu cơ với Oxy như Phenol, Alcolhol được loại trừ trong phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro bởi phản ứng Hydro hoá của các nhánh Hydroxit cacbon tạo thành nước và Hydrocacbon tương ứng: SVTH: Trương Công Minh 11 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) OH + + H2 H2O R R d) Phản ứng bão hòa các Olefin Phản ứng bão hòa Olefin thì hầu hết xảy ra nhanh như phản ứng khử Lưu huỳnh. Hầu hết Naphtha trực tiếp chứa chỉ lượng Olefin dưới dạng vết nhưng Naphtha của các quá trình nhiệt như Coker Naphtha thường có hàm lượng Olefin cao. Xử lý hàm lượng Olefin cao trong phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro phải được theo dõi (approach) cẩn thận bởi vì nhiệt toả ra cao của phản ứng liên quan đến phản ứng bão hòa. (i) Linear Olefine H3C CH3 + H3C H2 CH3 (ii) Cyclic Olefine + H2 e) Phản ứng bão hòa các Aromatic f) Phản ứng khử các Halogen (HDX) Các Halide hữu cơ có thể được tách ra trong phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro tạo thành hợp chất với Hydro tương ứng hoặc hấp thụ trong dòng nước rửa, dòng ra của thiết bị phản ứng hoặc đi theo dòng đỉnh của stripper gas. Phản ứng khử các Halide hữu cơ thì khó hơn phản ứng khử Lưu huỳnh. Lượng Halide hữu cơ loại trừ tối đa khoảng 90% nhưng ít so với phản ứng khử Lưu huỳnh và Nitơ ở điều kiện vận hành cài đặt trước. Chính vì lý do này nên phải phân tích định kỳ hàm lượng Clo trong Naphtha đã xử lý, mức Clo này phải được sử dụng để cài đặt tỉ lệ phun Clo vào phân xưởng Platforming. H3C SVTH: Trương Công Minh Cl + H2 12 HCl + H3C CH3 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) g) Phản ứng khử kim loại (HDM) Hầu hết các kim loại không tinh khiết chiếm khoảng phần tỉ trong Naphtha. Xúc tác của UOP có khả năng loại bỏ các hợp chất này ở nồng độ khá cao lên đến 5 ppm khối lượng hoặc hơn thế nữa, trên cơ sở gián đoạn ở điều kiện vận hành bình thường. Các kim loại sẽ được giữ lại trên xúc tác NHT trong khi loại trừ từ xăng. Các cấu tử thường được tìm thấy trong xúc tác đã xử dụng là Arsenic, Fe, Ca, Mg, P, Pb, Si, Cu, Na. Phản ứng loại bỏ các kim loại từ nguyên liệu thường xảy ra ở plug flow ứng với tầng xúc tác. Sắt được tìm thấy dưới dạng sắt sulfid ở trên đỉnh của tầng xúc tác. Arsen, thậm chí tỉ lệ hiếm khi vượt quá 1ppb khối lượng trong Naphtha trực tiếp, thì rất quan trọng bởi vì gây ngộ độc Platin. Hàm lượng Arsen khoảng 3%khối lượng và cao hơn được phát hiện ra trên xúc tác Hydrocacbon đã sử dụng mà duy trì hoạt tính của chúng cho phản ứng khử Lưu huỳnh. Sự nhiễm bẩn của các bể chứa bởi Naphtha nhiễm chì và quá trình xử lý lại Naphtha nhiễm chì trong tháp chưng cất dầu thô là nguồn gốc của Chì trong xúc tác Hydrocacbon đã sử dụng. Na, Ca và Mg là do sự tiếp xúc của nguyên liệu với nước muối hay phụ gia. Việc sử dụng chất phụ gia để bảo vệ hệ thống đỉnh của tháp tách từ việc ăn mòn hay để điều khiển quá trình tạo bọt không chính xác là nguồn gốc của P và Si. Phản ứng loại trừ các kim loại hoàn toàn phải trên 315 0C lên đến 2-3% tổng xúc tác. Trên mức này xúc tác bắt đầu đạt đến mức bão hoà cân bằng nhanh chóng và loại bỏ kim loại (Metal breakthrough) hầu như xảy ra. Mối quan tâm lúc này là vấn đề cơ khí bên trong thiết bị phản ứng như chảy dòng (Channeling) là điều không tốt, dòng chảy chỉ qua (tiếp xúc) lượng nhỏ của xúc tác trong thiết bị phản ứng. 2. Hiệu suất phản ứng và nhiệt của phản ứng: Hiệu suất phản ứng tương đối cho 3 loại phản ứng là: Phản ứng khử Lưu huỳnh 100% Phản ứng no hóa Olefin 80% Phản ứng khử Nitơ 20% Lượng nhiệt xấp xỉ của phản ứng (kJ/Kg nguyên liệu trên m 3 Hydro tiêu thụ ) và lượng nhiệt tương đối của phản ứng: Bảng 1.1 Nhiệt phản ứng SVTH: Trương Công Minh Nhiệt của phản ứng Nhiệt tương đối của (kJ/Kg nguyên liệu trên m3 H2) Các Phản ứng phản ứng 13 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) Phản ứng khử Lưu huỳnh 8.1 1 Phản ứng bão hòa Olefin 40.6 5 Phản ứng khử Nitơ 0.8 0.1 Như trên thì phản ứng khử Lưu huỳnh xảy ra nhanh nhất nhưng phản ứng bão hòa Olefin sinh nhiệt lớn nhất. Tất nhiên khi mức Lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng thì nhiệt của phản ứng cũng tăng. Tuy nhiên trong phần lớn quá trình xử lý nguyên liệu, nhiệt của phản ứng, được tính thông qua nhiệt độ đầu vào và đầu ra của thiết bị phản ứng xử lý Naphtha bằng Hydro, thì luôn cân bằng. Hiệu suất chuyển hoá các hợp chất hữu cơ chứa Clo và Oxy cũng khó khăn như phản ứng khử Nitơ. Kết quả là khi có sự hiện diện của các hợp chất này thì điều kiện vận hành phải nghiêm ngặt hơn. 3. Xúc tác Xúc tác của phân xưởng NHT là S-120 UOP có thành phần Co(Ni)-Mo/Al 2O3, được nạp vào thiết bị phản ứng R-1201. Khối lượng xúc tác 15300 kg Tỷ trọng xúc tác 850 kg/m3 Thời gian thay thế xúc tác: 4 năm 4. Hóa chất sử dụng Phụ gia chống ăn mòn (Package X-1212) được thêm vào để chống ăn mòn tại đỉnh tháp Stripper T-100 (do sự có mặt của khí H2S). Sulfide (Package X-1252) được bơm vào cho quá trình sulfiding cho xúc tác NHT trong quá trình khởi động và cũng được bơm liên tục thông qua cụm X1252. Nó được đưa vào trong nguyên liệu tại đầu hút của bơm P-1201A/B với tên thương mại DES. 5. Thông số vận hành của quá trình a) Áp suất riêng phần của H2 (ppH ) Hydro là một trong những chất phản ứng chính, việc lựa chọn áp suất riêng phần của H2 là rất quan trọng để cho quá trình tiến hành tốt. PpH 2 càng tăng thì hiệu suất phản ứng càng cao do H 2 được hấp phụ trên bề mặt xúc tác càng nhiều kéo theo việc tăng vận tốc phản ứng. Tuy nhiên, viêc tăng vận tốc phản ứng là có giới hạn do sự bảo hòa H2 trên bề mặt xúc tác, chính vì thế mà ta không tăng ppH 2 lên quá cao vì sẽ tăng chi phí vận hành. Tăng ppH2 nhằm mục đích làm tăng chuyển dịch các phản ứng theo hướng có lợi và giảm thiểu các phản ứng thứ cấp hình thành khí và coke bám trên bề mặt xúc tác để đảm bảo cho thời gian hoạt động của xúc tác bền vững được kéo dài. SVTH: Trương Công Minh 14 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) Khi ppH càng tăng thì phản ứng xảy ra càng nhanh và xúc tác càng ít bị giảm hoạt tính. Ngoài ra, H2 còn có tác dụng ức chế các phản ứng cracking nhiệt và Polyme hoá. Áp suất riêng phần của H 2 càng tăng khi xử lý nguyên liệu càng nặng và nó thay đổi tuỳ theo mục đích chính của quá trình như: - HDS No hoá olefin : 15 ÷ 25 bar : 25 ÷ 35 bar - No hoá các hợp chất thơm b) Nhiệt độ trong thiết bị phản ứng : 35 ÷ 60 bar Do năng lượng hoạt hóa của phản ứng HDS lớn nên nếu ta tăng nhiệt độ thì phản ứng xảy ra thuận lợi. Tuy nhiên, các phản ứng đều tỏa nhiệt rất mạnh nên nhiệt độ trong thiết bị phản ứng sẻ tăng lên rất nhanh. Cùng với sự tăng nhiệt độ dẫn đến tăng phản ứng phụ như phản ứng cracking nhiệt và phản ứng ngưng tụ dẫn đến sự bám coke trên bề mặt xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác và làm giảm chất lượng sản phẩm. Khi nhiệt độ đi ra từ thiết bị phản ứng đạt từ 410-420 oC, các phản ứng phụ xảy ra rất mạnh. Đó là lý do phải giảm nhanh nhiệt độ sau mỗi tầng xúc tác hay giảm nhiệt độ cuối quá trình. Nhiệt độ ban đầu quá trình hay nhiệt độ vào thiết bị phản ứng phụ thuộc vào tính chất hoá lý của nguyên liệu. Khi khối lượng phân tử trung bình tăng, phản ứng tách lưu huỳnh càng khó xảy ra. Điều này dẫn tới giảm tốc độ truyền nguyên liệu và phải tăng nhiệt độ đầu quá trình. Nói chung, người ta cố định nhiệt độ cuối của chu trình, việc lựa chọn này đảm bảo chênh lệch nhiệt độ vào ra thiết bị phản ứng thay đổi tối thiểu trong cả chu trình là 30 oC. Nhiệt độ ảnh hưởng nhiều đến hiệu suất và thời gian làm việc của xúc tác. Thêm nữa, các phản ứng tách lưu huỳnh bằng H2 (HDS) là các phản ứng toả nhiệt nên hình thành một Gradient tăng nhiệt độ trong các tầng xúc tác, do đó xúc tác thường được chia ra làm nhiều tầng. c) Tốc độ nạp liệu thể tích VVH: 3 m nguy ê n li ệ u s ạ ch tr ê n gi ờ VVH  m3 x ú c t á c trong m ộ t gi ờ Nghịch đảo của VVH là thời gian lưu (). Nếu thời gian lưu càng lớn tức là VVH càng nhỏ thì hiệu suất chuyển hóa càng lớn. Hình dưới đây biểu diễn ảnh hưởng của thời gian lưu đến hiệu suất phản ứng loại bỏ lưu huỳnh trong điều kiện xúc tác, áp suất riêng phần hydro, nhiệt độ phản ứng, tốc độ nạp H2, phần trăm lưu huỳnh trong nguyên liệu là cố định. Hiệu quả của phản ứng loại bỏ lưu huỳnh càng tăng khi ta tăng SVTH: Trương Công Minh 15 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) thời gian lưu, và thời gian lưu càng dài thì sự tăng khả năng loại bỏ lưu huỳnh càng giảm đi. Thông số VHH sẽ cho biết lượng xúc tác được sử dụng để đạt được hiệu suất cho trước. VVH phụ thuộc vào hoạt tính riêng của xúc tác, bản chất của nguyên liệu và áp suất riêng phần của H 2. Với một nguyên liệu cho trước cần có sự điều chỉnh phối hợp các thông số như áp suất riêng phần H 2, VVH và chênh lệch nhiệt độ đầu và cuối quá trình. Nói chung VVH biến thiên nhiều trong quá trình hoạt động của phân xưởng. Hình 1.1 Ảnh hưởng của thời gian lưu đến phản ứng loại bỏ lưu huỳnh d) Chỉ số tuần hoàn của H2 Nó cho phép giữ được áp suất riêng phần H 2 và đảm bảo sự tiếp xúc giữa H2 và hydrocarbone trên xúc tác. Như vậy, cần thiết đưa vào lượng H 2 đủ lớn và đủ để tiêu tốn cho các phản ứng hoá học. Đối với một áp suất tổng cố định, áp suất riêng phần H 2 phụ thuộc vào tỷ số giữa lưu lượng H 2 tinh khiết và lưu lượng hydrocarbone, độ sạch của khí H2 thêm vào và sự tiêu thụ H2 hóa học đã cho. e) Áp suất riêng phần của H2S Trong khí tuần hoàn có chứa H2S, đây là một chất ức chế cho quá trình khử lưu huỳnh. Tuy nhiên, việc duy trì một hàm lượng nhất định H 2S trong khí hồi lưu để duy trì áp suất riêng phần của H2S trong thiết bị phản ứng đảm bảo trạng thái sulfure hóa của pha hoạt động xúc tác. Bảng 1.2 Điều kiện hoạt động đặc trưng quá trình khử S của Distillats và cặn Phân Khoảng đoạn dầu nhiệt độ sôi mỏ 70-180 ppH2 (h -1) (bar) T SOR SVTH: Trương Công Minh 4-10 5-10 16 260-300 H2 tiêu H2/HC C Tỷ lệ tốn (Nm 3/m 3) o (oC) Naphta VVH (%kl) 0.05-0.1 100 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) KO 160-240 1-4 15-30 300-340 150 0.1-0.2 GO 230-350 1-3 15-40 150-300 150-300 0.3-0.5 GO ck 350-550 1-2 40-70 300-500 300-500 0.4-0.7 RA 350+ 0.3-0.5 100-130 1000 1000 1-1.5 RSV 550+ 0.15-0.3 120-160 1000 1000 1.5-2 II. TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ NAPHTHA (NHT 012) 1. Vị trí phân xưởng Hình 1.2 Vị trí phân xưởng NHT 2. Mục đích phân xưởng a) Bản quyền Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydrogen dựa trên bản quyền công nghệ của UOP (Universal Oil Products). b) Chức năng của phân xưởng Chức năng của phân xưởng xử lý xăng bằng Hydro là để xử lý naphtha trực tiếp từ tháp chưng cất khí quyển (unit 011), công suất thiết kế của cụm thiết bị phản ứng là 23500 thùng/ngày 100% dầu Bạch Hổ. Trong trường hợp sự cố hoặc dừng phân xưởng 11, phân xưởng xử lý naphtha bằng Hydro có thể sử dụng nguyên liệu là naphtha (Full range Naphtha) từ bể chứa TK_5112. SVTH: Trương Công Minh 17 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) Công nghệ xử lý naphtha bằng Hydro là quá trình xử lý bằng xúc tác được thực hiện với xúc tác chọn lọc và dòng khí giàu Hydro để tách loại các hợp chất Lưu huỳnh hữu cơ, Oxy và Nitơ chứa trong các phân đoạn Hydrocacbon. Thêm vào đó quá trình này còn loại trừ các hợp chất Cơ kim và Olefin không no. Phân xưởng NHT thường được sử dụng để loại bỏ các chất gây ngộ độc xúc tác tại phân xưởng CCR hoặc bẻ gãy mạch xăng trước khi vào phân xưởng CCR. Trong phân xưởng NHT, xăng đã được xử lý bằng hydro được tách thành xăng nhẹ đi đến phân xưởng isomer hóa (unit 023) và xăng nặng đi đến phân xưởng CCR (unit 013). Ngoài ra phân xưởng NHT còn cung cấp dòng hydro yêu cầu cho các phản ứng xảy ra tại các phân xưởng ISOM (unit 023) và phân xưởng LCO HDT (unit 024). Khí bổ sung đếến phân xưởng 013 Xăng từ CDU (unit 011) Khí bổ sung đếến phân xưởng 024 Khí bổ sung đếến phân xưởng 023 PHÂN XƯỞNG Xăng từ TK-5104 NHT (UNIT 012) Khí chưa đạt tếu chuẩn đếến xưởng 015 Lỏng không ổn định đếến phân xưởng 011 Xăng nhẹ đếến phân xưởng 023 Xăng từ TK-5112 Xăng nhẹ đếến bể chứa TK-5106 Xăng nặng đếến phân xưởng 013 Hydro từ CCR(unit 013) Xăng nặng đếến bể chứa TK-5104 Nước chua đếến phân xưởng 018 Hình 1.3 Sơ đồ kết nối các dòng công nghệ phân xưởng NHT SVTH: Trương Công Minh 18 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) 3. Cơ sở thiết kế a) Đặc tính của nguyên liệu (i) Tính chất của Naphtha Phân xưởng xử lý naphtha bằng Hydro được thiết kế để xử lý naphtha trực tiếp từ 100% dầu Bạch Hổ với công suất thiết kế 23500 thùng/ngày. Bảng đánh giá phân đoạn naphtha của UOP dưới đây cho trường hợp 100% dầu Bạch Hổ. Cơ sở thiết kế dựa trên 100% dầu Bạch Hổ với hàm lượng lưu huỳnh là 100 ppm sẽ được sử dụng như là cơ sở thiết kế cho tổ hợp phân xưởng NHT/Penex-DIH và CCR Platformer. Nguồn nguyên liệu: Phân xưởng chưng cất khí quyển (Unit 11) Công suất thiết kế: Dòng vào 23215 thùng/ngày Bảng 1.3 Tính chất của Naphtha nguyên liệu Tính chất Giá trị 0.745 Tỉ trọng ở 150C Phương pháp kiểm tra ASTM D-287 Chưng cất, 0C ASTM D-86 Điểm sôi đầu 85 Điểm sôi 10% 102 Điểm sôi 30% 115 Điểm sôi 50% 127 Điểm sôi 70% 134 Điểm sôi 90% 145 Điểm sôi cuối 160 Paraffin, %khối lượng 52.5 UOP 880 0 UOP 880 Naphthene, %khối lượng 36.9 UOP 880 Aromatic, %khối lượng 10.6 UOP 880 Lưu huỳnh, ppm khối lượng 100 ASTM D-4045 1 max ASTM D-4629 0.1 max UOP 787 5 max UOP 350 Olefin, %khối lượng Nitơ, ppm khối lượng Silicon, ppm khối lượng Chì, ppb khối lượng SVTH: Trương Công Minh 19 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Phỏng Phân Xưởng xử lý xăng (NHT) Đồng, ppb khối lượng 20 max UOP 114 Arsenic, ppb khối lượng 2 max UOP 946 Tổng hàm lượng Oxy, ppm 2 max UOP 678 0.5 max UOP 395 Clo, ppm khối lượng (ii) Khí Hydro bổ sung Dòng khí giàu Hydro được lấy từ phân xưởng Reforming xúc tác (unit 013) được tiếp xúc lại để thu hồi Hydrocacbon ở cụm thu hồi thêm-Recovery Plus Package (X1301) và loại trừ Clo. Sau khi loại bỏ khí Clo, khí Hydro từ phân xưởng CCR được đưa đến các máy nén đa cấp C-1202A/B/C nơi mà dòng khí này được nén đến áp suất yêu cầu của các nơi tiêu thụ như sau: Bảng 1.4 Áp suất dòng khí Hydro Áp suất Kg/cm2g Nơi tiêu thụ Đầu hút cấp thứ 1 4 - Đầu xả cấp thứ 1 10.5 - Đầu xả cấp thứ 2 23.9 - Khu tái sinh của CCR (Unit 013) - Khu vực phản ứng của NHT - Phân xưởng ISOM (Unit 023) Đầu xả cấp thứ 3 43.4 - Phân xưởng LCO HDT (024) - Bình chứa Hydro D-1251A/B Đối với khởi động lần đầu tiên của nhà máy lọc dầu thì Hydro được cung cấp bởi bình chứa Hydro D-1251A/B. Phân xưởng CCR Platforming là phân xưởng được khởi động đầu tiên cũng là nơi duy nhất sản xuất Hydro cho nhà máy lọc dầu và cần thiết cho việc khởi động tất cả các xưởng cần Hydro. Khi xưởng CCR Platforming bắt đầu sản xuất ra Hydro thì phân xưởng NHT có thể khởi động. Trong quá trình vận hành bình thường, bình chứa Hydro D-1251A/B được điền đầy với dòng khí đi ra khỏi cấp nén thứ 3 của máy nén khí bổ sung C-1202A/B/C. Hai bình chứa này đủ lớn để đảm bảo khởi động 2 lần cho xưởng CCR sau khi dừng xưởng. Thành phần của khí Hydro trong điều kiện vận hành bình thường như bảng sau: Bảng 1.5 Thành phần dòng khí Hydro bổ sung SVTH: Trương Công Minh 20 GVHD: GVC.TS. Lê Thị Như Ý