Đồ án Tính toán công nghệ cho một nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô Arabe Léger

LỜI MỞ ĐẦU Mục tiêu của đồ án công nghệ II nhằm trang bị cho sinh viên các kỹ năng cần thiết khi vận dụng những kiến thức đã học để thiết kế sơ đồ công nghệ của một nhà máy lọc dầu với nguồn nguyên liệu cho trước. Từ đó, các em tiến hành tính toán tính chất đặc trưng của các sản phẩm đi ra từ các phân xưởng khác nhau để cuối cùng đi phối trộn các sản phẩm cuối cùng theo nhu cầu cho trước và đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật các sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế. Để có thể thực hiện tốt đồ án này, sinh viên cần phải nắm vững các kiến thức cơ bản của các môn chuyên ngành: Hóa học dầu mỏ, các quá trình chuyển hóa hóa học trong công nghệ lọc dầu, sản phẩm dầu mỏ thương phẩm. Đặc biệt, các em cần phải vận dụng nhuần nhuyễn phần mềm Excel để tính tối ưu các bài toán phối liệu, sau đó phải tính lặp nhiều lần để có thể thiết kế một nhà máy lọc dầu với các phân xưởng vận hành theo năng suất và điều kiện tối ưu. Có thể nói, Đồ án công nghệ II sẽ giúp cho sinh viên năm cuối nắm vững và hệ thống lại toàn bộ các kiến thức chuyên ngành đã học, chuẩn bị tốt cho các em thực hiện bước cuối cùng là Đồ án tốt nghiệp. 1/35 2/35 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Hóa Kỹ Thuật Bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Dầu & Khí ---o-o--- ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ II ỨNG DỤNG DẦU THÔ Nhóm sinh viên thực hiện : Lớp : I- Đề bài: Tính toán công nghệ cho một nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô ARABE LÉGER. Số liệu ban đầu Năng suất nhà máy, 103 t/năm: 8600 Tại tháp chưng cất khí quyển thu được các phân đoạn sau: Phân đoạn Khoảng nhiệt độ sôi (toC) GAZ: Khí < 20 GAS: Xăng nhẹ 20 ÷ 85 BZN: Xăng nặng 85 ÷ 190 KER: Kerosen 190 ÷ 240 GO: Gasoil 240 ÷ 370 RDA: Phần cặn khí quyển >370+ RSV: Phần cặn chân không >540+ Sơ đồ công nghệ của nhà máy có thể gồm có: - Một phân xưởng chưng cất khí quyển (DA) tách khí và các phân đoạn dầu thô. - Một phân xưởng chưng cất chân không xử lý phần cặn khí quyển (RA) nhằm thu 2 loại nguyên liệu: - Phần cất chân không cung cấp cho FCC, - Phần cặn chưng cất chân không cung cấp cho Visbreaking (VB) và sản xuất bitum. - Một phân xưởng Reforming xúc tác (RC), với nguồn nguyên liệu có thể là: - Phân đoạn xăng nặng (BZN) thu được từ DA, - Xăng thu được từ quá trình giảm nhớt (VB). - Một phân xưởng crắcking xúc tác tầng sôi (FCC) xử lý phần cất chân không. - Một phân xưởng giảm nhớt (VB) xử lý phần cặn chưng cất chân không. - Một phân xưởng HDS để xử lý các loại nguyên liệu nếu cần thiết. II- Yêu cầu và nội dung đồ án Sử dụng phần mềm Excel lập chương trình tính toán và Word soạn thảo thuyết minh. Nội dung đồ án: - Đề tài 3/35 - Mục lục - Chương I: MỞ ĐẦU: Giới thiệu chung về dầu thô và các loại sản phẩm, chức năng và nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu, nhiệm vụ của đồ án và hướng giải quyết . . . - Chương II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU: Tính cân bằng vật liệu cho mỗi công đoạn, cho mỗi phân xưởng và cho toàn bộ nhà máy (Yêu cầu mô tả rõ ràng các phương pháp tính toán, tra tài liệu, chú thích tài liệu tham khảo, kết thúc mỗi phần phải có bảng tổng hợp cân bằng vật liệu). - Chương III: TÍNH PHỐI LIỆU SẢN PHẨM để cung cấp những sản phẩm sau theo nhu cầu của thị trường (Yêu cầu sử dụng phần mềm Excel để phối liệu tối ưu bảo đảm được số lượng và chất lượng của sản phẩm, từ đó xác định năng suất của mỗi phân xưởng và sơ đồ công nghệ của nhà máy): Sản phẩm Ký hiệu Số lượng (103 t/n) Propan PR 190 Butan BU 250 Nguyên liệu cho hóa dầu PC 550 Xăng super không chì 98/88 SU 98 850 Xăng super không chì 95/85 SU 95 1080 Jet A1 JA1 850 Dầu Diezel GOM 1100 Dầu đốt dân dụng FOD 1300 Nhiên liệu đốt lò N02 FO2 1050 Bitum BI 230 - Chương IV: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO NHÀ MÁY. - Chương V: KẾT LUẬN: Từ kết quả tính toán được, nhận xét về phương pháp tính toán, tính khả thi khi xem xét các mặt: Tiêu chuẩn kỹ thuật, nhu cầu thị trường, công nghệ, thiết bị, cân bằng nhiên liệu đốt ... - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục (01 sơ đồ dây chuyền công nghệ của toàn nhà máy khổ A3 gắn kèm theo đồ án và các phụ lục khác nếu có). Mỗi nhóm nộp 01 bản thuyết minh và 01 đĩa mềm gồm 3 file: Word (thuyết minh), Excel (tính toán) và ACAD (bản vẽ). Bản vẽ: 01 sơ đồ dây chuyền công nghệ của toàn nhà máy khổ A1, III- Thời gian tiến hành - Ngày giao đồ án: - Ngày hoàn thành và nộp: Tổ trưởng Bộ môn TS. Nguyễn Đình Lâm Giáo viên hướng dẫn GVC. ThS. LÊ THỊ NHƯ Ý 1 Tính toán các tính chất của các sản phẩm dầu mỏ 1.1 Tỉ trọng Để xác định tỉ trọng d415 của các sản phẩm dầu mỏ : - Trước hết ta dựa vào biểu đồ d415 - % thể tích phần chưng cất được để xác định d415 của phân đoạn nhẹ đầu tiên ; - Sau đó, để xác định d415 của các phân đoạn tiếp theo, ta dùng nguyên tắc cộng tính theo thể tích. Cụ thể, ta có : - Phân đoạn 1 có thể tích v1 và có tỉ trọng d1 ; - Phân đoạn 2 có thể tích v2 và có tỉ trọng d2 ; - Phân đoạn 3 có thể tích v3 và có tỉ trọng d3 ; - Phân đoạn n có thể tích vn và có tỉ trọng dn. Ta có thể minh họa trên biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C5+ : Hình 5 : Biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C5+ V1 V2 V3 rendement en essence C5+ (%vol) dm3 dm2 dm1 Densité cumulée Từ biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C5+ (Hình 1), ta tra được : • dm2 là tỉ trọng của phân đoạn hỗn hợp 1 và 2, tương ứng với phần thể tích vm2 = v1 + v2 dm3 là tỉ trọng của phân đoạn hỗn hợp 1, 2 và 3, tương ứng với phần thể tích vm3 = v1 + v2 + v3 4/35 5/35 6/35 7/35 Theo nguyên tắc bảo toàn khối lượng, ta có : mΣ = m1 + m2 dm2.Vm2 = d1.V1 + d2.V2 hay : dm2.vm2 = d1.v1 + d2.v2 Suy ra : 2 112m2m 2 v vdvdd .. −= Tương tự, ta có : 3 11223m3m 3 v vdvdvd d ... −−= Cứ như vậy, ta sẽ tính toán được tỉ trọng của tất cả các phân đoạn. Đối với KER, GO, để xác định tỉ trọng, ta sử dụng các số liệu trong bảng phân tích dầu thô ARABIAN LIGHT ; • • Đối với phân đoạn cặn RA, để xác định tỉ trọng, ta sử dụng biểu đồ d415 - hiệu suất thu cặn theo % khối lượng (Hình 2) 1.1.1 Tỉ trọng tiêu chuẩn S (densité standard) S = 1,002 d415 1.1.2 Độ API 5,131 S 5,141API0 −= 1.2 Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn 1.2.1 Nhiệt độ sôi trung bình đã hiệu chỉnh (tv - température moyenne pondérée) tv được tính toán dựa vào đường cong ASTM hoặc TBP ; • • Nếu sử dụng đường cong ASTM, tv được tính theo công thức : 4 tt2t t 905010v ++= Nếu sử dụng đường cong TBP, tv được tính theo công thức : • 3 ttt t 805020v ++= 1.2.2 Nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn tmav (temperature mean average) - Tính độ dốc s của đường cong chưng cất : C)/ thãø têch(% o 60 tt s 1070 −= - Dựa vào (Hình 3), ta suy ra ∆tmav. - tmav = tv + ∆tmav 8/35 1.3 Hệ số đặc trưng KUOP (K W) Người ta có thể xác định KUOP của các phân đoạn dầu mỏ theo 2 cách : - Dùng biểu đồ P2 để tra ra gía trị của KUOP nếu biết tỉ trọng d415 và nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn tmav của phân đoạn đó ; - Aïp dụng công thức : S T81 K 3 mav UOP ×= , 9/35 1.4 Hàm lượng lưu huỳnh Dựa vào biểu đồ % Lưu huỳnh theo khối lượng - hiệu suất thu xăng C5+ theo % khối lượng (Hình 1), ta tra được hàm lượng lưu huỳnh có trong phân đoạn nhẹ đầu tiên (xăng nhẹ) ; Sau đó, dựa vào biểu đồ trên và biểu đồ % Lưu huỳnh theo khối lượng - hiệu suất thu cặn theo % khối lượng (Hình 2), dùng phương pháp cộng tính theo khối lượng, ta tính được hàm lượng lưu huỳnh có trong các phân đoạn tiếp theo. Nghĩa là : 2 112m2m 2 m msmss .%.%% −= 1.5 Khả năng chống kích nổ của các sản phẩm xăng Để xác định giá trị của RON có pha 0,15g Tétraéthyl Chì /l : - Xác định giá trị của RON không pha Chì và RON 0,5o/oo, bằng cách sử dụng biểu đồ « NO éthylé 0,5o/oo - NO clair - hiệu suất thu xăng » ; - Sau đó, dùng P4 để xác định giá trị của RON có pha 0,15g TEP/l (0,15g TEP/l ≈ 0,54cc TEP/gallon ≈ 0,142 o/oo) bằng cách nối 2 giá trị của RON không pha Chì và RON 0,5o/oo, sau đó từ hàm lượng 0,15g TEP/l gióng lên sẽ cắt đường thẳng trên tại một điểm. Từ điểm này gióng ngang qua, ta xác định được giá trị của RON có pha 0,15g TEP/l. Sau khi đã xác định RON của xăng nhẹ, ta sẽ tiến hành xác định RON của xăng nặng theo phương pháp cộng tính về thể tích. 1.6 Hàm lượng hydrocarbure Aromatique Để xác định hàm lượng Aromatique cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ « % Aromatique - hiệu suất thu xăng theo % thể tích » ; Hàm lượng Aromatique của xăng nặng và Kérosène sẽ được xác định theo phương pháp cộng tính về thể tích. %ArΣ . %vΣ = % Ar1. %v1 + % Ar2 . %v2 + … + %Arn . %vn Với : %ArΣ, % Ar1, % Ar2, …, %Arn : hàm lượng Aromatique của phân đoạn hỗn hợp và của các phân đoạn thành phần ; %vΣ, %v1, %v2, …, %vn : hiệu suất thể tích thu được của phân đoạn hỗn hợp và của các phân đoạn thành phần ; 10/35 11/35 1.7 Độ nhớt 1.7.1 Độ nhớt động học ν (viscosite cinematique) Mối liên hệ giữa độ nhớt động lực µ và độ nhớt động học ν : ρ µ=ν Với : ρ - khối lượng thể tích Người ta có thể tính gần đúng giá trị của độ nhớt dựa vào các công thức của Abbott và Al (1971) : ( ) ( )W W 222 W W 2242 WW K782314364250A AK8602180A10506639A994310K1716170 AK10182461A1026293K127690K947331393714 ,, ,.,,, .,.,,,, log 100 −+ −+++ −++−=ν − −− ( ) ( )W 2 W W 324 210 K6296278626A A197680A248991K AK10489958A10134475A16653204636340 ,, ,,8,0325.10 .,.,,,log 2- −+ +++ −+−−=ν −− Với : ν210 - độ nhớt động học ở 210 ÒF, mm2/s hay cSt ; ν100 - độ nhớt động học ở 100 ÒF, mm2/s hay cSt ; • Chú ý : - Các công thức tính độ nhớt trên không áp dụng được nếu KW < 10 và A <0 - Giới hạn áp dụng các công thức trên : 0,5 < ν100 < 20 cSt và 0,3 < ν210 < 40 cSt - Sai số trung bình khoảng ≤ 20%. Từ các độ nhớt tính toán được ν100 và ν210, muốn chuyển sang các giá trị độ nhớt ν20oC và ν50oC và ν100 oC , ta phải sử dụng biểu đồ ASTM tiêu chuẩn Độ nhớt - nhiệt độ . • • Ta có : 20 oC = 68 0F 50 oC = 122 0F 100 oC = 212 0F Cách xác định : - Đối với mỗi phân đoạn , xác định trên biểu đồ 2 điểm có nhiệt độ là 1000F và 2100F tương ứng với các ν100 và ν210 đã biết ; - Kẻ một đường thẳng đi qua 2 điểm đó ; - Dựa vào đường thẳng kẻ được để xác định độ nhớt ở những nhiệt độ cần thiết. Riêng đối với cặn của quá trình chưng cất khí quyển, độ nhớt được xác định dựa vào biểu đồ Độ nhớt động học (cSt) - hiệu suất thu cặn (% khối lượng). 12/35 13/35 1.8 Khối lượng phân tử • Để xác định khối lượng phân tử cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ « Masse molaire - hiệu suất thu xăng C5+ theo % khối lượng » ; • Khối lượng phân tử của xăng nặng và Kérosène sẽ được xác định theo phương pháp cộng tính về khối lượng . • Nếu ta gọi :MΣ, M1, M2, …, Mn : khối lượng phân tử của phân đoạn hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ; mΣ, m1, m2, …, mn : khối lượng của phân đoạn hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ; %mΣ, %m1, %m2, …, %mn : khối lượng của phân đoạn hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ; Ta có : n n 2 2 1 1n21 M m M m M m m nnn m n mM +++ =+++== ΣΣ Σ Σ Σ ...... Hay : n n 2 2 1 1 M m M m M m mM %%% % +⋅⋅⋅++ = ΣΣ • Còn đối với những phân đoạn có tỉ trọng tiêu chuẩn S < 0,97 và nhiệt độ sôi Tb < 840K , ta có thể xác định khối lượng phân tử của chúng theo công thức của Riazi sau đây : M = 42,965[exp (2,097 . 10-4 Tb - 7,78712 S + 2,08476 . 10-3 Tb S)] (Tb1,26007 .S4,98308) • Đối với các phân đoạn nặng có nhiệt độ sôi > 600K, người ta thường sử dụng công thức của Lee và Kesler : ( ) ( ) ( ) ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+−+ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −−−+−++−= b 2 3 b b 2 b 7 b T 335417322840S022260S8088201 T T 46622274650S020580S7708401 T 10S9917537418TS49486612272M ,,,,10 ,,,,,,,, 12 Trong đó : M - khối lượng phân tử, kg/kmol ; Tb - nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn của phân đoạn, K; S - tỉ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn. Sai số trung bình khi tính toán theo 2 công thức trên khoảng ≤ 5 %. 14/35 15/35 • Khối lượng phân tử cũng có thể được xác định tương đối chính xác đối với những phân đoạn không xác định được nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn mà chỉ xác định được độ nhớt ở 100oF và 210oF theo công thức sau : M = 223,56 ν100(1,1228S - 1,2435) ν210(3,4758 - 3,038S) S-0,6665 Với : M - khối lượng phân tử, kg/kmol ; ν100 - độ nhớt động lực ở 100oF (37,8 oC) ν210 - độ nhớt động lực ở 210oF (98,9 oC) S - tỉ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn. • Sai số trung bình khi tính toán theo công thức trên khoảng ≤ 10 %. 1.9 Áp suất hơi bão hòa • Để xác định áp suất hơi bão hòa Reid (TVR) của Xăng nhẹ ⇒ sử dụng biểu đồ TVR - % khối lượng của xăng. • TVR của Xăng nặng được xác định theo phương pháp cộng tính về phần mol : BZN BZN GAS GAS GAS BZN m% M TVR M m% TVR M m% TVR ×⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ×−×= Σ Σ Σ • Chuyển đổi từ áp suất hơi bão hòa Reid (TVR) sang áp suất hơi bão hòa thực (TVV) : TVR TVVR = Giá trị của hệ số chuyển đổi được cho trong bảng 4.13 (I - 162) 1.10 Điểm chớp cháy • Được xác định theo công thức [4.102] được đưa ra bởi API (I - 164) : 10 10 e T00342540 T 849472024210 1T ln,,, ++− = Với : T10 - nhiệt độ sôi tương ứng với độ cất 10% thể tích theo đường cong ASTM [K] Sai số trung bình của công thức trên khoảng ≤ 5 oC • Để chuyển T10 (TBP) sang T10 (ASTM) ⇒ áp dụng công thức [4.104] của Riazi (I - 165) : T’ = a Tb Với : T’ - nhiệt độ xác định theo đường ASTM D86 [K] 16/35 T - nhiệt độ xác định theo đường TBP [K] 17/35 18/35 19/35 a, b - các hệ số, phụ thuộc vào thành phần % chưng cất được, giá trị được tra theo bảng [4.16] (I - 166) 1.11 Chỉ số Cétane (IC) • Được xác định theo công thức được đưa ra bởi công ty ETHYL theo phương pháp ASTM D 976 (I - 222): IC = 454,74 - 1641,416 ρ + 774,74 ρ2 - 0,554 (T50) +97,083 (log T50)2 Với : ρ - khối lượng riêng của nhiên liệu ở 15 oC [kg/l] T50 - nhiệt độ sôi tương ứng với 50% độ cất theo phương pháp ASTM D86 [K] 1.12 Điểm chảy • Đối với các phân đoạn trung gian như GO ⇒ xác định điểm chảy theo biểu đồ Điểm chảy ( oC) - % khối lượng của phân đoạn ở điểm đầu, % khối lượng của phân đoạn ở điểm cuối. • Đối với RA ⇒ xác định điểm chảy theo biểu đồ Điểm chảy ( oC) - % khối lượng của cặn RA. • Đối với KER, ta áp dụng công thức [4.113] được đưa ra bởi API (I - 174) : ( ) ( )S3330310 100 S474061209712 EC MS47130T .,,.,,,, −− ν= • Sai số của công thức trên khoảng 5 oC. • Công thức chỉ áp dụng được đối với các phân đoạn có điểm chảy < 60 oC. 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO CÁC PHÂN XƯỞNG KHÁC 2.1 Phân xưởng chưng cất chân không • Theo đề bài, khoảng phân đoạn của RSV là 565 + oC, từ đó ta có bảng sau : Khoảng phân đoạn, oC Phần khối lượng, % Hiệu suất % khối lượng chung Hiệu suất % khối lượng đối với RA DSV RSV 370 - 565 565 + 53,67 ÷ 83,67 83,67 ÷ 100 30,00 16,33 64,75 35,25 Charge : RA 53,67 ÷ 100 46,33 100 20/35 • Nguyên liệu là RA với năng suất 3845,39.103 T/n ⇒ sản lượng của DSV thu được là : DSV : 3845,39.103 x 64,75 % = 2489,89.103 T/n • Nhưng phân xưởng FCC theo dữ liệu ban đầu chỉ đạt năng suất theo nguyên liệu là 240 T DSV/h, tức là 1920.103 T/n ⇒ không đưa hết RA làm nguyên liệu cho tháp chưng cất chân không, mà chỉ đưa một lượng là : 1920.103 x 100 / 64,75 = 2965,25.103 T/n. • Vậy lượng RA còn lại là : 3845,39.103 - 2965,25.103 = 880,13.103 T/n ⇒ sẽ được dùng để phối liệu sản phẩm sau này. • Lượng RSV thu được là : 1920.103 / 64,75 x 35,25 = 1045,25.103 T/n. • RSV thu được, một phần sẽ sử dụng để sản xuất Bitum với năng suất 320.103 T/n. Lượng RSV còn lại là : 1045,25.103 - 320.103 = 725,25.103 T/n ⇒ dùng làm nguyên liệu cho quá trình giảm nhớt để đạt các yêu cầu cho việc phối liệu sản phẩm sau này. • Để xác định tỉ trọng của DSV và RSV ⇒ sử dụng các số liệu trong bảng phân tích dầu thô ARABIAN LIGHT. Ta có bảng cân bằng vật chất cho phân xưởng chưng cất chân không : Hiệu suất % khối lượng đối với RA Sản lượng theo khối lượng x 103 T/n d415 Sản lượng theo thể tích x 103 T/n DSV RSV 64,75 35,25 1920 1045,25 0,922 1,025 2082,43 1019,76 Charge : RA 100 2965,25 0.956 3102,19 2.2 Cracking xúc tác tầng sôi Để thiết lập bảng cân bằng vật liệu cho quá trình FCC • Từ nguyên liệu là DSV có : d415 = 0,922 APIo = 21,94 Tmav = 467,5 KUOP = 11,87 • Sử dụng biểu đồ 1 của FCC : Từ giá trị của APIo và KUOP của nguyên liệu, ta suy ra được :Hiệu suất chuyển hóa theo % thể tích của nguyên liệu = 67,8 % thể tích % khối lượng cốc tạo thành = 6,1 % thể tích gasoil sản phẩm LCO = 13,6 21/35 22/35 23/35 Cặn HCO = 100 - hiệu suất chuyển hóa theo % vol nguyên liệu - % vol gasoil sản phẩm 24/35 25/35 = 100 - 67,8 - 13,6 = 18,6 % thể tích • Theo dữ liệu ban đầu, sản phẩm xăng của phân xưởng FCC có RON claire = 92 Như vậy, từ giá trị RON cl và hiệu suất chuyển hóa theo % thể tích của nguyên liệu, ta sử dụng biểu đồ 2 của FCC và suy ra được : hiệu suất thu xăng 10 RVP = 56,4 % thể tích thành phần khí khô = 6,9 % khối lượng • Sử dụng biểu đồ 3, từ % khối lượng của khí khô ⇒ thành phần của khí như sau : C2- = 1,65 C3= = 3,90 C3 = 1,40 C4= = 2,84 iC4 + nC4 = 4,34 • Xăng 10 RVP là xăng có áp suất hơi bão hòa ≈ 0,69 bar • Xác định % S trong các sản phẩm của quá trình FCC ⇒ đi từ hàm lượng lưu huỳnh của nguyên liệu DSV là 2,47 % và suy ra được : % S của xăng = 0,222 % khối lượng % S của LCO = 3,102 % khối lượng % S của HCO = 4,338 % khối lượng • Xác định chỉ số Octane của xăng sản phẩm : Theo chỉ tiêu về công nghệ RON CL = 92 Từ công thức trình bày trên biểu đồ 2 của FCC : RON3cc = RONCL + 7 + 0,5 ( 92 - RONCL) = 92 + 7 + 0,5 ( 92 - 92 ) = 99 Sử dụng biểu đồ P4 ⇒ xác định được : RON0,15g TEL/l = 95,4 2.3 Reforming xúc tác • Nguyên liệu : là xăng nặng BZN của quá trình chưng cất trực tiếp. Các số liệu đã tính được : Năng suất yêu cầu : 31380 bbl/sd sd = standard day, có 330 sd/ year ; cd = calendar day, có 365 cd/ year. Như vậy, năng suất của phân xưởng Reforming xúc tác là : 26/35 31383 × 330 × 159 l = 1646,67. 106 l/n = 1646,67. 103 m3/n. 27/35 28/35 • Theo cân bằng vật liệu của phân xưởng chưng cất khí quyển, lưu lượng thể tích của BZN thu được là : 1646,67. 103 m3/n ⇒ đưa toàn bộ BZN thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp làm nguyên liệu cho phân xưởng Reforming xúc tác. • Đặc trưng của nguyên liệu BZN : d415 = 0,747 Tmav = 130oC ⇒ KUOP = 12,06 • Theo chỉ tiêu về công nghệ, sản phẩm xăng (Reformat C5+) có RONCL = 97,5 Kết hợp với KUOP của nguyên liệu = 12,06, sử dụng biểu đồ 1 của quá trình Reforming xúc tác ⇒ hiệu suất thu Reformat C5+ là : 78,6 • Từ hiệu suất thu Reformat C5+ = 78,6, sử dụng biểu đồ 2 của quá trình Reforming xúc tác, ⇒ hiệu suất thu các loại khí hydrocarbure và H2 : C1 = 1,45 % khối lượng C2 = 2,7 % khối lượng C3 = 3,8 % khối lượng C4 = 5,5 % khối lượng Và H2 = 4,90 - 0,2 × KUOP = 4,90 - 0,2 × 12,06 = 2,488 % khối lượng 2.4 Quá trình khử lưu huỳnh (hydrodésulfuration - HDS) • Điều kiện vận hành của các thiết bị khử lưu huỳnh với các loại nguyên liệu khác nhau : Khoảng phân Hàm lượng lưu Điều kiện vận hành Nguyên liệu đoạn, oC huỳnh ppH2, bars VVH, h-1 Nhiệt độ, oC Xăng Kérosène GO nhẹ GO nặng GO chân không RA RSV 70 - 170 160 - 240 240 - 350 300 - 390 350 - 550 350+ 550+ 0,5 - 1 ppm 50 - 100 ppm 0,05 - 0,2 % 0,1 - 0,3 % 0,1 - 0,3 % 0,5 - 1 % 0,2 - 0,5 % 5 - 8 8 - 12 10 - 20 15 - 25 30 - 40 90 - 110 60 - 70 5 - 8 4 - 6 3 - 6 2 - 4 1,5 - 3 0,3 - 1 0,5 - 1,5 330 - 370 330 - 370 340 - 390 350 - 400 360 - 400 370 - 400 370 - 400 • Xác định lượng H2 tiêu thụ : bao gồm : 1- H2 dùng để khử lưu huỳnh : 29/35 - Dựa vào biểu đồ 1 của quá trình HDS, có khối lượng thể tích của nguyên liệu, ta tra được lượng H2 dùng để khử lưu huỳnh (m3 H2 tiêu chuẩn / m3 nguyên liệu /%lưu huỳnh bị khử). - Tùy thuộc vào loại nguyên liệu, ta có giá trị của VVH tương ứng phù hợp theo bảng số liệu thực nghiệm sau: Nguyên liệu Khoảng nhiệt độ sôi (0C) VVH (h-1) Naphta 70 ÷ 180 4 ÷ 10 Kerosene 160 ÷ 240 2 ÷ 4 Gasoil 230 ÷ 350 1 ÷ 3 VGO 350 ÷ 550 1 ÷ 2.5 RA 350+ 0.3 ÷ 0.5 RSV 550+ 0.15 ÷ 0.3 - từ đó, dựa vào biểu đồ 3 của quá trình HDS, ta xác định được hiệu suất khử lưu huỳnh. - Từ hiệu suất khử lưu huỳnh, ta xác định được hàm lượng lưu huỳnh của sản phẩm, từ đó tính được % lưu huỳnh bị khử và suy ra lượng H2 cần thiết cho quá trình (m3 H2 tiêu chuẩn / m3 nguyên liệu ). 2- H2 để làm no vòng thơm : Biết nhiệt độ sôi cuối PF của nguyên liệu, dựa vào biểu đồ 2 của quá trình HDS, ta tra được lượng H2 để làm no vòng thơm (m3 H2 tiêu chuẩn / m3 nguyên liệu ). Lượng H2 tiêu thụ = Lượng H2 dùng để khử lưu huỳnh + Lượng H2 để làm no vòng thơm. Ví dụ : Tính quá trình HDS cho gasoil : • Chọn VVH = 2, dựa vào biểu đồ 3 của quá trình HDS ⇒ % HDS = 96,4 % Hàm lượng lưu huỳnh ban đầu trong Gasoil là : 1,39 % ⇒ Hàm lượng lưu huỳnh còn lại trong Gasoil sản phẩm là : 1.39 - 1.39 x 96,4 % = 0,05 % ⇒ Hàm lượng lưu huỳnh bị khử là : 1.39 - 0,05 = 1.34 % • Tỉ trọng của gasoil là : 0,854 Dựa vào biểu đồ 1 của quá trình HDS ⇒ lượng H2 tiêu thụ để khử 1% lưu huỳnh là 13,8 m3 H2 tiêu chuẩn / m3 gasoil /%lưu huỳnh bị khử. ⇒ Lượng H2 tiêu thụ để khử lưu huỳnh là : 13,8 x 1,34 = 18,5 sm3 H2 / m3 gasoil. 30/35 • Nhiệt độ sôi cuối của gasoil là 370 oC, dựa vào biểu đồ 2 của quá trình HDS : ⇒ Lượng H2 để làm no vòng thơm ≈ 9 sm3 H2 / m3 gasoil. • Vậy tổng lượng H2 tiêu thụ cho quá trình khử lưu huỳnh cho Gasoil là : 18,5 + 9 = 27,5 sm3 H2 / m3 gasoil 1 sm3 là 1m3 ở điều kiện tiêu chuẩn : P = 1 atm t = 15 oC. Sau đó, ta suy ra tổng khối lượng H2 tiêu thụ cho 1 Tấn nguyên liệu (T H2 / T nguyên liệu) 27,5 x 2 : (22,4 x 0,854) = 2,875 .10-3 T/T Gassoil Hay khối lượng H2 tiêu thụ/ năm là : 2,875 .10-3 x 1816,87 = 5,22 T / n 2.5 Phối liệu các sản phẩm • Một sản phẩm xăng dầu trên thị trường thường là hỗn hợp của nhiều sản phẩm của quá trình lọc dầu nhằm đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật được đề ra. • Ví dụ : Theo nhu cầu của thị trường, người ta đòi hỏi 4 loại xăng : Xăng super không chì 98/88 : 300.103T/n Xăng super không chì 95/85 : 210.103T/n Xăng super có chì 98/88 : 1350.103T/n Xăng ôtô : 165.103T/n • • • Để pha chế Xăng super không chì 98/88, ta phải dùng loại xăng có RON cao nhất và hàm lượng lưu huỳnh thấp nhất, có thể dùng xăng Reformat C5+ của quá trình Reforming xúc tác, nhưng xăng này cũng chỉ đạt được RONCL = 97,5. Vì vậy, chúng ta phải pha chế thêm MTBE (MéthylTertioButylEther) MTBE có RON = 117 và % S = 0. Như vậy, chúng ta sẽ phối liệu 2 cấu tử là Reformat C5+ và MTBE như thế nào để hỗn hợp sản phẩm thỏa mãn được tất cả các yêu cầu kỹ thuật cần thiết như : tỉ trọng, hàm lượng lưu huỳnh, RON, TVV. Để pha chế Xăng super không chì 95/85, ta có thể phối liệu Reformat C5+ với xăng của quá trình FCC. Nếu các yêu cầu kỹ thuật cần thiết như : hàm lượng lưu huỳnh và RON không đạt, ta có thể pha thêm một ít MTBE. • Chú ý : Khi phối liệu, các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp pha chế được được tính toán theo thành phần khối lượng hoặc thể tích hoặc phần mol thì tùy thuộc vào từng chỉ tiêu. Ví dụ : Tỉ trọng của hỗn hợp sản phẩm được tính theo thành phần % thể tích của các cấu tử thành phần. 31/35 • • • • Hàm lượng lưu huỳnh của hỗn hợp sản phẩm được tính theo thành phần % khối lượng của các cấu tử thành phần. RON của hỗn hợp sản phẩm được tính theo thành phần % thể tích của các cấu tử thành phần. PM của hỗn hợp sản phẩm được tính theo thành phần % khối lượng của các cấu tử thành phần. TVR của hỗn hợp sản phẩm được tính theo thành phần % mol của các cấu tử thành phần. • Lưu ý : Để xác định điểm chớp cháy cũng như điểm chảy của hỗn hợp, ta áp dụng phương pháp hỗn hợp theo khối lượng nhưng qua một đại lượng trung gian là chỉ số điểm chớp cháy hoặc chỉ số điểm chảy I được tra theo biểu đồ « Point d’éclair des mélange - Loi de mélange » và biểu đồ « Point d’écoulement des mélange - Loi de mélange ». • Đặc biệt, độ nhớt của hỗn hợp sản phẩm có thể được tính theo : - Thành phần % khối lượng của các cấu tử thành phần : PM.IM = Σ Pi.Ii Với IM, Ii : chỉ số độ nhớt của hỗn hợp và của cấu tử i ; PM,Pi : khối lượng của hỗn hợp và của cấu tử i. Dựa vào độ nhớt của cấu tử i, tra bảng « Viscosité des mélange - Loi de mélange massique», ta tra ra được giá trị của chỉ số độ nhớt Ii của từng cấu tử i. Sau đó, dựa vào công thức trên, ta tính được chỉ số độ nhớt IM của hỗn hợp. Cuối cùng, từ IM mới tìm được, ta lại tra bảng « Viscosité des mélange - Loi de mélange massique», ta tra ra được giá trị của độ nhớt của hỗn hợp sản phẩm. - Thành phần % thể tích của các cấu tử thành phần. VM.IM = Σ Vi.Ii Với IM, Ii : chỉ số độ nhớt của hỗn hợp và của cấu tử i ; VM,Vi : thể tích của hỗn hợp và của cấu tử i. Dựa vào độ nhớt của cấu tử i, tra bảng « Viscosité des mélange - Loi de mélange volumique», ta tra ra được giá trị của chỉ số độ nhớt Ii của từng cấu tử i. Sau đó, dựa vào công thức trên, ta tính được chỉ số độ nhớt IM của hỗn hợp. Cuối cùng, từ IM mới tìm được, ta lại tra bảng « Viscosité des mélange - Loi de mélange volumique», ta tra ra được giá trị của độ nhớt của hỗn hợp sản phẩm. 32/35 3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CỦA NHÀ MÁY Trong nhà máy Lọc dầu, thông thường người ta tính toán sao cho sau khi đáp ứng đủ các yêu cầu về sản phẩm cho thị trường, phần sản phẩm có giá trị kinh tế thấp còn lại được dùng làm nhiên liệu cho các phân xưởng trong nhà máy. 33/35 34/35 Các sản phẩm được đem làm nhiên liệu tiêu thụ nội bộ thường là các phân đoạn C1, C2, H2 thừa sau khi đã cung cấp cho các phân xưởng khử lưu huỳnh, RA, RSV. Trước hết, người ta tính toán năng lượng cần thiết để cung cấp cho các phân xưởng trong nhà máy dựa vào lượng tiêu tốn nhiên liệu tiêu chuẩn trên 1 Tấn nguyên liệu đối với từng phân xưởng. Lượng nhiên liệu tiêu tốn bao gồm nhiên liệu cung cấp cho các lò gia nhiệt của các phân xưởng và nhiên liệu tiêu tốn để cung cấp hơi nước và điện. 3.1 Năng lượng cần thiết để cung cấp cho các phân xưởng Năng lượng cần thiết để cung cấp cho các phân xưởng (tấn nhiên liệu chuẩn/KT nguyên liệu) với nguồn dầu thô là Arabe nhẹ: - Phân xưởng DA : 19 - Phân xưởng DSV : 18 - Phân xưởng RC: kể cả xử lý nguyên liệu, lượng nhiên liệu tiêu tốn phụ thuộc vào RON của xăng Reformat sản phẩm: RON 90 92 94 95 96 97 98 Tấn nhiên liệu/KT nguyên liệu 50 52 55 57.5 60 63.5 67 - Phân xưởng FCC : 2 - Phân xưởng VBR : 23 - Phân xưởng HDS : 18 3.2 Lượng nhiên liệu tiêu thụ nội bộ Bảng qui đổi các loại nhiên liệu thừa ra nhiên liệu tiêu chuẩn Các phân đoạn nhẹ - H2 - C2 - C3 - C4 2.75 1.22 1.18 1.16 Các phân đoạn sản phẩm của phân xưởng DA - GAS - BNZ - KER - GOL - GOH - RDA 1.11 1.11 1.10 1.07 1.05 1.00 Phân xưởng DSV - DSV - RSV 1.00 1.00 Phân xưởng FCC - LCO - HCO 1.00 1.00 VBR RVB 0.85 35/35 Từ đó, ta tính toán xem lượng nhiên liệu thừa này sau khi qui đổi ra theo nhiên liệu tiêu chuẩn có đủ đáp ứng cho việc tiêu thụ nội bộ trong nhà máy không, nếu đủ hoặc thừa một ít (≤ 10 %) là được. (Nhiên liệu tiêu chuẩn có PCI = 10.000 kcal/kg)