TỔNG QUAN NHÀ MÁY NGHI SƠN
Tổng quan về Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
1.1.1 Giới thiệu Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.[14]
Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nằm trong khu kinh tế Nghi Sơn ở huyện Gia Tĩnh, tỉnh Thanh Hóa, có tổng diện tích hơn 500ha Khu kinh tế Nghi Sơn được coi là một trong những điểm trọng yếu phía Nam của Vùng kinh tế Bắc Bộ, đóng vai trò là cầu nối quan trọng giữa các vùng miền Bắc.
Vào ngày 23/10/2013, dự án Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn đã chính thức khởi công với sự tham dự của Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Tấn Dũng Dự án do Công ty TNHH Lọc Hóa dầu Nghi Sơn làm chủ đầu tư, với tổng vốn đầu tư lên đến hơn 9 tỷ USD Các nhà đầu tư bao gồm Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PetroVietnam - PVN) chiếm 21,1% vốn, Công ty Dầu khí Quốc tế Cô- Oét (Kuwait Petroleum International - KPI) và Công ty Idemitsu Kosan Nhật Bản (Idemitsu Kosan Company - IKC) mỗi công ty chiếm 35,1%, cùng với Công ty Hóa chất Mitsui Nhật Bản (Mitsui Chemicals) chiếm 4,7% Dự kiến, dự án sẽ hoàn thành và đi vào vận hành vào giữa năm 2017.
• Đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia (50%).
• Cung cấp nguyên liệu phát triển ngành công nghiệp Hóa Dầu.
• Tạo tiền đề cho ngành công nghiệp phụ trợ và các ngành dịch vụ phát triển.
• Góp phần phát triển kinh tế khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển đồng đều của cả nước.
Dự án dự kiến sẽ bắt đầu hoạt động thương mại vào giữa năm 2017, với công suất lọc dầu đạt 200 nghìn thùng/ngày, tương đương 10 triệu tấn/năm Nguyên liệu dầu thô sẽ được nhập khẩu từ Kuwait Các sản phẩm chính bao gồm: khí hóa lỏng LPG với 32 nghìn tấn/năm, xăng RON 92 và RON 95 mỗi loại 1.131 nghìn tấn/năm.
Diesel thường: 1.441 nghìn tấn/năm; Paraxylene: 670 nghìn tấn/năm; Benzene: 238 nghìn tấn/năm; Polypropylene: 366 nghìn tấn/năm; Lưu huỳnh rắn: 244 nghìn tấn/năm.
Trong liên hợp còn có các cụm phân xưởng hóa dầu để sản xuất ra các sản phẩm hydrocarbon thơm (benzene, paraxylene) và polypropylene.
Nguyên liệu dùng cho Nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn
1.2.1 Lý do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy.
Dầu thô tại mỏ Bạch Hổ ở Vũng Tàu có chất lượng tốt với hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.041%wt), nhưng trước khi có nhà máy lọc dầu, nguồn dầu này chủ yếu được xuất khẩu Khi nhà máy lọc dầu Dung Quất đi vào hoạt động năm 2009, dầu Bạch Hổ trở thành nguồn nguyên liệu chính Để đảm bảo hoạt động ổn định cho nhà máy lọc hóa dầu Nghi Sơn, dầu thô từ Trung Đông được lựa chọn, trong đó phương án 100% dầu Kuwait đã cho thấy lợi nhuận cao nhất, dẫn đến việc dầu thô Kuwait trở thành nguyên liệu chủ yếu cho nhà máy này tại Thanh Hóa.
1.2.2 Tính chất dầu thô Kuwait [1].
Các thông số của nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong thiết kế của phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) Việc xác định các thông số thiết kế cho các phân xưởng chế biến sâu được thực hiện dựa trên dữ liệu thu thập từ các thử nghiệm dầu thô, bao gồm cả việc mô phỏng quá trình và các phương tiện khác.
Kin.Viscosity dầu thô có hàm lượng Nitơ và kim loại như sắt, niken, vanadi cao, dẫn đến ngộ độc xúc tác và làm sẫm màu sản phẩm Để khắc phục tình trạng này, trước khi đưa vào phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU), dầu thô được xử lý từ để loại bỏ kim loại Ngoài ra, nhà máy còn được trang bị thêm phân xưởng HDS và RHDS để khử lưu huỳnh và xử lý sâu các hợp chất lưu huỳnh trong dầu thô.
Các dữ liệu thử nghiệm của dầu thô trong bảng này được thu thập thông qua kỹ thuật thẩm định và kiểm tra, nhằm đảm bảo tính chính xác của dữ liệu trong phòng thí nghiệm nguyên.
Chương trình Haverly System’iCDM và phần mềm Petro Tech Intel được sử dụng để xây dựng đường cong chưng cất từ dữ liệu phòng thí nghiệm Quá trình này bao gồm việc đánh giá năng suất chưng cất và cân bằng các thuộc tính riêng lẻ, đồng thời kiểm tra sự chẩn đoán lại của dữ liệu nhằm đảm bảo chất lượng dầu thô được đánh giá chính xác Sự tương quan công việc đã khẳng định rằng phương pháp chưng cất trong cân bằng vật chất, cân bằng tỷ trọng và dữ liệu các phân đoạn là nhất quán.
1.3 Các sản phẩm thương mại của nhà máy.
LPG được chiết xuất từ phân đoạn nhẹ trong quá trình chưng cất dầu thô, bao gồm hai thành phần chính là propan (C3) và butan (C4) Tỷ lệ phối trộn giữa C3 và C4 thường là 7:3 hoặc 5:5, tùy thuộc vào điều kiện sử dụng cụ thể.
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn LPG, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để có thể phối trộn LPG thương phẩm:
Bảng 1.2: Tính chất của sản phẩm LPG
Phân đoạn xăng với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180 o C bao gồm các hydrocacbon từ C 5 - C 11
Tính chất quan trọng của nhiên liệu xăng:
• Có khả năng chống lại sự kích nổ (gọi là chỉ số octane).
• Hàm lượng lưu huỳnh trong xăng.
• Áp suất hơi bão hòa.
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn xăng RON92, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để phối trộn xăng RON92:
Bảng 1.3: Tính chất của xăng RON92
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn xăng RON95, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để phối trộn xăng RON95:
Bảng 1.4: Tính chất của xăng RON95 [12]
Specification Unit Feed design base
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn xăng RON95, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để phối trộn xăng RON95:
Bảng 1.5: Tính chất của xăng RON98
1.3.3 Nhiên liệu phản lực JET A1.
Một số tính chất quan trọng khi sử dụng nhiên liệu phản lực như:
• Nhiệt trị: là lượng nhiệt được giải phóng khi đốt cháy một đơn vị nhiên liệu trong điều kiện tiêu chuẩn.
• Điểm đông đặc( Freezing Point) là nhiệt độ tại đó sản phẩm lỏng đem làm lạnh trong điều kiện nhất định không còn chảy được nữa.
Nhiên liệu Diesel được lấy chủ yếu từ phân đoạn gasoil của quá trình chưng cất dầu thô khoảng nhiệt độ sôi từ 250 o C -350 o C, với thành phần hydrcacbon từ C 16 - C 20
Tính chất sử dụng của nhiên liệu diesel thương phẩm: Chỉ số cetane, thành phần phân đoạn, nhiệt độ chớp cháy, độ nhớt, điểm chảy,
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn Auto Diesel, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để phối trộn Auto Diesel:
Bảng 1.6: Tính chất của Auto Diesel
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn Industrial Diesel, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để phối trộn Industrial Diesel:
Bảng 1.7: Tính chất của Industrial Diesel
1.3.5 Dầu đốt Fuel oil (FO).
Nhiên liệu đốt lò FO là sản phẩm chính được chiết xuất từ quá trình chưng cất dầu thô, đặc biệt từ phân đoạn gasoil nặng, khi nhiệt độ sôi đạt trên 350 độ C.
Tính chất cần lưu ý khi sử dụng đối với nhiên liệu đốt lò: hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt,
Có rất nhiều tính chất để ràng buộc trong phối trộn Fuel Oil, nhưng dưới đây là các tính chất cơ bản để phối trộn Fuel Oil:
Bảng 1.8: Tính chất của Fuel Oil
1.3.6 Benzene. Được sản xuất bằng phương pháp reíorming xúc tác (Al-Pt) ở nhiệt độ
1.3.7 Paraxylene. Được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp reforming xúc tác ở nhiệt độ
Là nguyên liệu chính cho ngành công nghiệp sản xuất vật liệu polymer composite.
1.3.9 Lưu huỳnh. Được thu hồi từ các dòng khí chua có chưa hàm lượng lưu huỳnh cao như
THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHU LỌC HÓA DẦU
Cấu trúc của một nhà máy lọc dầu
Nhà máy lọc dầu bao gồm:
• Cụm phân tách dầu thô.
• Các phân xưởng chuyển hóa.
• Hoạt động phối trộn sản phẩm.
2.1.1 Cụm phân tách dầu thô.
2.1.1.1, Phân xưởng chưng cất khí quyển.
Sản phẩm của phân xưởng chưng cất khí quyển bao gồm các phân đoạn sau:
• Phân đoạn Gasoil hay Diesel.
• Phân đoạn Mazut là cặn của tháp chưng cất khí quyển.
2.1.1.2 Phân xưởng chưng cất chân không.
2.1.2 Cụm phân xưởng chuyển hóa.
Các phân xưởng này có mục đích chuyển hóa các phân đoạn nặng thành các phân đoạn nhẹ hơn, nhằm tối đa hóa việc thu hồi các sản phẩm trắng như khí, xăng và diesel Đồng thời, chúng cũng sản xuất các nguồn nguyên liệu (bán sản phẩm) đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật và môi trường theo các tiêu chuẩn quy định.
2.1.2.1 Phân xưởng cracking xúc tác (FCC).
Cracking xúc tác là quá trình chuyển hóa nhằm nâng cao giá trị của các hydrocarbon nặng, biến đổi chúng thành các hydrocarbon có nhiệt độ sôi thấp hơn và giá trị cao hơn.
2.1.2.2 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR).
Phân xưởng CCR chịu trách nhiệm chuyển hóa các cấu tử xăng nặng có số thơm tương ứng thông qua quá trình xúc tác và trong điều kiện công nghệ phù hợp, nhằm sản xuất một lượng lớn sản phẩm.
2.1.2.3 Phân xưởng Isome hóa (ISOM).
Để sản xuất xăng có chỉ số octane cao, quy trình chuyển hóa tập trung vào biến đổi cấu tử parafine (C5, C6) thành iso-parafine có chỉ số octane cao, tận dụng phân đoạn xăng nhẹ làm nguyên liệu đầu vào.
2.1.2.4 Phân xưởng Alkyl hóa (ALK). Đây cũng là một phân xưởng quan trọng trong nhà máy lọc dầu nhằm mục đích cải thiện chất lượng của xăng.
2.1.2.5 Phân xưởng khử lưu huỳnh (HDS).
Phân xưởng HDS chuyên xử lý các phân đoạn trung bình như Kero, gasoil và LCO, với mục tiêu loại bỏ hàm lượng lưu huỳnh nhằm đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật về môi trường cho nguồn phối liệu.
Phân xưởng Merox được thiết kế nhằm để chuyển hóa thành phần lưu huỳnh mecarptan thành disulfua.
2.1.2.7 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU).
Mục đích thiết kế thu hồi lưu huỳnh từ các khí chua.
Các phân xưởng trong nhà máy
2.2.1 Xưởng chưng cất dầu thô CDU [2]
Xưởng chưng cất dầu thô (CDU) đóng vai trò quan trọng trong việc phân tách các sản phẩm từ dầu thô, nhằm sản xuất nguyên liệu cho việc phối trộn các sản phẩm khác Đồng thời, CDU cũng cung cấp nguồn nguyên liệu cần thiết cho các xưởng xử lý tiếp theo.
Phân xưởng cần hoạt động đồng bộ với Phân xưởng thu hồi LPG để đảm bảo sự ổn định của naphta, điều này phụ thuộc vào loại nguyên liệu và thiết bị phụ trợ hiện có.
Hình 2.1: Sơ đồ phân xưởng CDU.
Dầu thô được gia nhiệt sơ bộ trước khi vào lò nung, với sự phân tách diễn ra chủ yếu trong bình preflash và cột phân tách dầu thô chính Sản phẩm đỉnh, Naphta, tiếp tục được ổn định trong cột ổn định naphta của Phân xưởng thu hồi LPG, sau đó được làm lạnh và tiến hành phối trộn, lưu trữ trung gian hoặc chế biến phù hợp.
Phân xưởng CDU được thiết kế nhằm tối đa hóa sản phẩm chưng cất và giảm thiểu lượng dư sau quá trình chưng cất Sản phẩm chính của phân xưởng CDU bao gồm nhiều dòng khác nhau.
• Sản phẩm khí được đưa đến Phân xưởng thu hồi LPG.
• Toàn bộ dòng naphta không ổn định được đưa đến Phân xưởng thu hồi LPG để tiếp tục xử lý.
• Dòng kerosene được đưa đến Phân xưởng xử lý lưu huỳnh trong phân đoạn kerosene (KHDS) hoặc đến bể chứa dầu thải trong trường hợp KHDS ngừng hoạt động.
• Dòng gas oil được đưa đến Phân xưởng xử lý lưu huỳnh trong phân đoạn gas oil (GOHDS) hoặc đưa đến bể chứa trung gian GOHDS.
• Dòng cặn chưng cất nóng được đưa đến Phân xưởng xử ly lưu huỳnh trong cặn để chế biến sâu hoặc đến bể chứa trung gian.
2.2.1.3 Nguyên liệu của xưởng CDU
Nguyên liệu là 100% dầu thô nhập khẩu từ Kuwait [2]
2.2.1.4 Các trường hợp thiết kế ♦♦♦ Trường hợp cơ sở
CDU được phát triển dựa trên các điểm cắt TPB và thông số kỹ thuật của sản phẩm Mức khí thừa được quy định là 5% và chỉ được áp dụng trong trường hợp này.
CDU có thể tăng lượng sản phẩm naphta chưa ổn định trong trường hợp giá kerosene giảm để tối đa hóa lợi nhuận.
2.2.1.5 Các trường hợp kiểm tra ♦♦♦ Trường hợp maximum kerosene
CDU cần nâng cao khả năng sản xuất kerosene với chất lượng chấp nhận được nhằm tận dụng tối đa sự thay đổi của thị trường, với mục tiêu sản xuất hơn 17% kerosene so với mức thông thường.
♦♦♦ Trường hợp hồi lưu lạnh
CDU có thể linh động trng vận hành để hoạt động với tỉ số hồi lưu lạnh là 5 wt
Thiết bị bơm hồi lưu naphta lạnh đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận hành CDU, khi dòng naphta chưa ổn định từ cột nhận ở phía trên được chuyển trở lại bơm Quá trình này diễn ra trong các giai đoạn khởi động, làm sạch và vận hành của hệ thống.
CDU được thiết kế để tối đa là 5% Overflash Overflash là tỷ lệ chất lỏng thoát ra khỏi đĩa trên vùng cháy so với lượng dầu thô ban đầu ở 15 0 C.
Sản phẩm trích ngang từ các phân đoạn chính được chưng cất sâu để cải thiện sự phân tách các phân đoạn.
Để tối ưu hóa hiệu quả trao đổi nhiệt, cần giảm thiểu sự trao đổi giữa dòng nóng và dòng lạnh Trước khi tiến hành chưng cất, dầu thô được gia nhiệt bằng các dòng sản phẩm nhằm đảm bảo thu hồi nhiệt tối đa.
Số lượng bơm hồi lưu và công suất bơm được chọn để tối đa hóa nhiệt thu hồi.
Giai đoạn khử muối trong quy trình xử lý dầu thô giúp giảm nồng độ muối, từ đó giảm thiểu cặn bã, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống RHDS Nước trong quá trình này được tái chế để giảm thiểu lượng nước cần thiết Đặc biệt, hệ thống khử muối sử dụng tháp bay hơi để tách nước khỏi nước chua, nâng cao hiệu quả xử lý.
♦♦♦ Hệ thống bơm hồi lưu
Thiết kế bao gồm bơm hồi lưu nhằm giảm tải công suất cho các bình ngưng tụ, đồng thời các bơm hồi lưu khác được cung cấp để tối ưu hóa việc thu hồi nhiệt từ các phân đoạn sản phẩm.
Sử dụng thiết bị gia nhiệt nằm ngang với lượng nhiệt trung bình cho phép đạt 12000 Btu/hr/ft² Thiết bị này được trang bị máy sấy sơ bộ nhằm tối đa hóa hiệu quả gia nhiệt.
Tất cả các cột chưng cất trong CDU đều sử dụng loại mâm van.
2.2.2 Xưởng xử lý lưu huỳnh trong phân đoạn Gasoil (GOHDS)[3]
Phân xưởng GOHDS chịu trách nhiệm giảm nồng độ lưu huỳnh, nitơ và axit naphthenic trong Gasoil nhẹ và Gasoil nặng, được thu nhận từ phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) cùng với dầu nhẹ hồi lưu (LCO) từ phân xưởng RFCC.
Gasoil sau khi được xử lí sẽ đáp ứng yêu cầu chất lượng để sản xuất nhiên liệu động cơ diesel với nồng độ lưu huỳnh thấp (50 ppmwt).[3]
Hình 2.2: Sơ đồ phân xưởng GOHDS
2.2.2.2 Nguyên liệu của xưởng GOHDS.
Xưởng GOHDS có khả năng xử lý 5.934 tấn gasoil cất trực tiếp nóng mỗi ngày, cùng với 2.251 tấn dầu hồi lưu nhẹ lạnh trong trường hợp tối đa Propylene LCO chiếm 29,9% tổng khối lượng nguyên liệu.
Các đặc tính của nguyên liệu dựa trên nguyên liệu khô ở điều kiện tiêu chuẩn.Hàm lượng nước cho phép trong nguyên liệu ướt là 0.09% khối lượng.
Ngoài sản phẩm chính là diesel, phân xưởng GOHDS cũng cho ra một số sản phẩm phụ khác:
• Naphta chưa ổn định (wild naphta) sẽ được đưa đi bão hòa khí để ổn định
• Khí ngọt được đưa đến phân xưởng HCDS cho việc thu hồi H2 trong PSA.
• Off gas được đi bão hòa khí.
• Nước chua được đưa đến thiết bị khử chua trong nước.
• Nước nhiễm dầu được đưa đi xử lý như nước thải.
2.2.2.3 Các trường hợp kiểm tra
Trường hợp 1: Lương tối đa LCO tinh khiết (100%)
Trường hợp 2: Lượng tối đa LCO (tối thiểu 652.15 tấn/ngày) cùng với
8185.8 tấn/ngày gas oil từ chưng cất trực tiếp.
Xưởng GOHDS được thiết kế để hoạt động trong phạm vi 50 - 100% tỷ lệ nguyên liệu trong trường hợp nguyên liệu đáp ứng đủ các yêu cầu kĩ thuật.
Xưởng GOHDS cần được thiết kế với vòng chu kỳ tối thiểu 4 năm, dựa trên các nguyên liệu sử dụng Hệ thống chất xúc tác phải hoạt động hiệu quả trong ít nhất 4 năm mà không cần tái sinh hoặc thay thế chất xúc tác.
❖ Hiệu suất quá trình và thiết bị gia nhiệt
Thiết bị gia nhiệt có công suất từ 30 MW trở lên kết hợp với không khí đã được gia nhiệt trước (APH) giúp tận dụng nhiệt thải từ khói thải, đạt hiệu suất nhiệt lên tới 92% Đối với các lò gia nhiệt dưới 30 MW, cần tối ưu hóa hiệu suất, trong đó khí thoát ra từ lò sẽ trao đổi nhiệt với dòng khí đầu vào có nhiệt độ tối thiểu là 55°C.
Thu hồi nhiệt thải bằng cách thêm các dòng gia nhiệt sơ bộ trong lò được xem xét để tối đa hóa hiệu suất thiết bị gia nhiệt.
