Đồ án tốt nghiệp: Phân xưởng chưng cất dầu thô trong nhà máy lọc dầu Dung Quất

Toàn văn đồ án tốt nghiệp phân xưởng chưng cất dầu thô nhà máy lọc dầu Dung Quất. Tài liệu tham khảo chuyên sâu cho sinh viên ngành lọc hóa dầu.

• Người hướng dẫn: Thầy Công Ngọc Thắng
• Trường học: Đại học Mỏ - Địa chất
• Chuyên ngành: Lọc - Hóa dầu
• Đề tài: Tìm hiểu quá trình chưng cất dầu thô và phân xưởng chưng cất dầu thô trong nhà máy lọc dầu Dung Quất
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Phân Xưởng Chưng Cất Dầu Thô Dung Quất

Đồ án phân xưởng chưng cất dầu thô Dung Quất là một công trình nghiên cứu toàn diện về quy trình xử lý dầu mỏ tại nhà máy lọc dầu Dung Quất. Đây là một trong những phân xưởng quan trọng nhất của bất kỳ nhà máy lọc dầu nào trên thế giới. Chưng cất dầu thô là giai đoạn đầu tiên và cơ bản nhất trong quá trình lọc dầu công nghiệp. Đồ án này tập trung vào việc tìm hiểu chi tiết các quy trình công nghệ, thiết bị chuyên dụng, và những thách thức thực tiễn trong vận hành phân xưởng. Nó không chỉ cung cấp những kiến thức lý thuyết mà còn liên kết mật thiết với thực hành sản xuất thực tế. Mục tiêu chính là nâng cao trình độ chuyên môn cho các kỹ sư lọc dầu tương lai và góp phần vào sự phát triển công nghệ lọc dầu Việt Nam.

1.1. Tính Cấp Thiết Của Đồ Án

Chưng cất dầu thô là nền tảng của toàn bộ quy trình lọc dầu. Việc hiểu rõ công nghệ phân xưởng chưng cất giúp kỹ sư nắm bắt cách tách các phân đoạn dầu theo từng nhiệt độ khác nhau. Đồ án này cung cấp kiến thức cơ bản nhưng cần thiết về thiết bị chưng cất, điều kiện vận hành, và chất lượng sản phẩm. Tính cấp thiết nằm ở việc ứng dụng các nguyên lý vào thực tiễn sản xuất tại Dung Quất.

1.2. Phạm Vi Nghiên Cứu

Phạm vi đồ án bao gồm quá trình chưng cất dầu thô, cấu trúc phân xưởng, thiết bị chính như lò nung, cột chưng cất, và hệ thống tách dầu. Ngoài ra, đồ án còn đề cập đến chất lượng dầu thô Bạch Hổ, sản lượng các phân đoạn, và những thách thức về môi trường trong quá trình lọc dầu.

II. Dầu Thô Và Nguyên Liệu Đầu Vào

Dầu thô là hỗn hợp phức tạp có thành phần định tính định lượng rất khác nhau tùy theo nguồn gốc. Để sử dụng dầu mỏ một cách hiệu quả, cần phải chế biến thành các sản phẩm có đặc tính kỹ thuật cố định. Dầu Bạch Hổ là loại dầu thô chất lượng cao được sử dụng tại nhà máy Dung Quất, với độ API 39,2 và hàm lượng lưu huỳnh thấp 0,03%. Đây là dầu parafin (hệ số K = 12,3), cho sản lượng naphtha trung bình và sản lượng vacuum gas oil cao. Việc lựa chọn dầu thô Bạch Hổ phù hợp với công nghệ chưng cất dầu thô tại Dung Quất, đảm bảo hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt.

2.1. Đặc Điểm Của Dầu Bạch Hổ

Dầu Bạch Hổ là dầu nhẹ với độ API cao 39,2, cho phép phân đoạn sản phẩm dễ dàng hơn trong quá trình chưng cất. Hàm lượng lưu huỳnh thấp (0,03%) giúp giảm ô nhiễm và chi phí xử lý khí thải. Đây là dầu parafin chất lượng cao, phù hợp cho cracking và các quá trình chế biến sâu, tạo ra các sản phẩm xăng, dầu diesel, và dầu bôi trơn có chất lượng cao.

2.2. Đường Cong Chưng Cất Và Tính Chất Vật Lý

Đường cong chưng cất của dầu Bạch Hổ cho thấy phân bố nhiệt độ của các phân đoạn dầu. Tỷ trọng của các phân đoạn khác nhau, từ lights end (khí nhẹ) đến vacuum residue (phần nặng). Thành phần cấu tử nhẹ như metan, etan, propan ảnh hưởng lớn đến quá trình chưng cất dầu và hiệu suất tách dầu.

III. Quy Trình Chưng Cất Dầu Thô

Chưng cất dầu thô là giai đoạn chế biến nông bắt buộc trong mọi nhà máy lọc dầu. Quá trình này bắt đầu với việc làm sạch dầu khỏi các tạp chất cơ học và nước khoáng. Sau đó, dầu thô sạch được đưa vào lò nung để gia nhiệt lên 350-380°C, tạo ra hỗn hợp khí-lỏng. Hỗn hợp này được đẩy vào cột chưng cất thường áp (atmospheric distillation column) để tách thành các phân đoạn khác nhau: naphtha, kerosene, gasoil, và fuel oil. Phần dầu nặng không tách được ở thường áp được đưa vào cột chưng cất chân không (vacuum distillation column) để tách tiếp thành vacuum gas oil và vacuum residue. Quá trình chưng cất dầu thô đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ, áp suất, và tốc độ dòng chảy để đạt được chất lượng sản phẩm tối ưu.

3.1. Lò Nung Và Gia Nhiệt Dầu Thô

Lò nung (crude oil heater) là thiết bị quan trọng nhất trong phân xưởng chưng cất. Nó gia nhiệt dầu thô từ 60-100°C lên 350-380°C bằng nhiên liệu khí hoặc dầu. Lò nung được thiết kế để chuyển hóa một phần dầu thành khí (vaporization) mà không đốt cháy. Nhiệt độ exit từ lò nung phải được kiểm soát chính xác để tối ưu hóa phân đoạn và hiệu suất chưng cất.

3.2. Cột Chưng Cất Thường Áp Và Chân Không

Cột chưng cất thường áp (Atmospheric Distillation Column) hoạt động ở áp suất 1-2 atm, tách dầu thành các phân đoạn nhẹ như naphtha, kerosene, gasoil. Cột chân không (Vacuum Distillation Column) hoạt động ở áp suất 0,1-0,5 atm, cho phép tách các phần nặng mà không đốt cháy các hydrocarbon có giá trị cao, tạo ra vacuum gas oil cho các quá trình cracking tiếp theo.

IV. Sản Phẩm Chính Và Ứng Dụng Công Nghiệp

Phân xưởng chưng cất dầu thô tại Dung Quất sản xuất ra nhiều sản phẩm dầu mỏ có giá trị cao. Xăng (petrol/gasoline) được sử dụng làm nhiên liệu động cơ, dầu diesel (DO) dùng cho tàu biển và xe tải, dầu nhiên liệu (FO) dùng cho lò hơi và phát điện. Dầu bôi trơn (lubricating oil) được sử dụng để bảo vệ máy móc, dầu thắp (kerosene) dùng cho đèn chiếu sáng, và LPG (Liquefied Petroleum Gas) dùng nhiên liệu gia dụng. Ngoài ra, quá trình chưng cất còn tạo ra naphtha - nguyên liệu hóa dầu cho công nghiệp hóa chất. Các thiết bị cracking tiếp theo xử lý vacuum gas oil để tạo ra xăng chất lượng cao và olefin (khí ethylene, propylene) cho công nghiệp plastics và hóa học tinh细. Công nghệ lọc dầu này không chỉ tạo ra năng lượng mà còn nguyên liệu hóa học phục vụ nền kinh tế.

4.1. Sản Phẩm Nhiên Liệu Chính

Xăng, dầu diesel, và dầu nhiên liệu là ba sản phẩm chính từ chưng cất dầu thô. Xăng cần có số octane cao (RON ≥ 91-92) để tránh nổ động cơ. Dầu diesel phải đáp ứng tiêu chuẩn ASTM về điểm đông, độ nhớt, chỉ số cetane. Dầu nhiên liệu được phân loại theo mức sulphur: HSFO (3,5% S) và LSFO (0,5% S) để bảo vệ môi trường theo quy định IMO 2020.

4.2. Ứng Dụng Và Ngành Công Nghiệp

Sản phẩm dầu mỏ từ phân xưởng chưng cất Dung Quất phục vụ vận tải hàng hải, vận tải bộ, công nghiệp điện, và công nghiệp hóa chất. Naphtha được chế biến sâu thành benzene, toluene, xylene (BTX) - nguyên liệu cơ bản cho polyester, synthetic rubber. Khí refoming tạo ra hydrogen cho lọc dầu sâu, hydro-cracking, và bảo vệ môi trường.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau 5 năm học tại trƣờng Đại Học Mỏ_Địa Chất, đƣợc trang bị hành trang là những kiến thức, là tình yêu thƣơng, là sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô trong trƣờng. Đó là những kiến thức cơ bản, những kỹ năng cần thiết nhất phục vụ cho công việc của em sau này. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Lọc_Hóa dầu đã tạo điều kiện cho em đợt thực tập này và một đợt thực tế em cũng thấy rất bổ ích với những gì mà em đã học đƣợc tại đây. Thông qua bản đồ án tốt nghiệp này, cho em gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo cô giáo trong bộ môn Lọc_Hóa dầu.

Các thầy cô đã định hƣớng cho em cách đi đúng đắn, làm cho em có nhận thức một cách thực tế về con đƣờng mình đã lựa chọn. Đặc biệt trong thời gian này đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy Công Ngọc Thắng đã giúp em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn! v Đồ án tốt nghiệp MỞ DẦU 1. Tính cấp thiết của đồ án Nằm trong khuôn khổ cũng nhƣ yêu cầu của đồ án, tác giả đề cập đến các kiến thức cơ bản của công nghệ chƣng cất dầu, một phân xƣởng quan trọng nhất cho bất kỳ một nhà máy lạc dầu nào trên thế giới.

đây chỉ là những kiến thức chung nhất, cơ bản nhất về công nghệ, nhƣng chúng rất cần thiết cho mỗi ngƣời. Đối với mỗi công nghệ hiện đại tính phức tạp của nó là không thể tránh khỏi, trong mỗi chuỗi công nghệ luôn chứa rất nhiều các thiết bị từ dơn giản đến phức tạp. Nội dung chính của đồ án Là một kỹ sƣ lọc dầu tƣơng lai với mong muốn hiểu biết hơn về công nghệ lọ dầu và nâng cao trình độ chuyên môn của bản thân, em chọn đề tài “Tìm hiểu quá trình chƣng cất dầu thô và phân xƣởng chƣng cất dầu thô trong nhà máy lọc dầu Dung Quất” trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp, do trình độ còn hạn chế và khó khăn trong việc tìm tài liệu tham khảo nên không tránh khỏi sự thiếu sót. Do vậy em rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo và đóng góp ý kiến của các thầy cô 1 Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DẦU MỎ VÀ SẢN PHẨM DẦU MỎ 1.1 Đại cƣơng về dầu mỏ Dầu mỏ là những hỗn hợp phức tạp có thành phần định tính định lƣợng rất khác nhau tùy theo nguồn gốc của nó, nên sƣ dụng thuận lợi và hiệu quả ần chế biến nó thành những sản phẩm sao cho mỗi sản phẩm dùng trong máy móc thiết bị cùng loại và nhằm cùng một mục đích phải có những đặc tính kỹ thuật tƣơng đối cố định dù cho chúng đƣợc sản suất từ những dầu mỏ khác nhau, bằng cách này hay cách khác.

Lọc dầu là lĩnh vực công nghiệp chế biến dầu mỏ thành những sản phẩm mà các chất hóa học cơ bản tạo ra chúng đã có sẵn trong dầu mỏ hoặc tƣơng tự những chất trong dầu mỏ. Xăng, DO, FO, nhiên liệu phản lực, dầu bôi trơn, dung môi là những sản phẩm chủ yếu của công nghệ lọc dầu. Công nghệp lọc dầu còn cho ra nhiều sản phẩm khác nhau: nhựa đƣờng, sáp, parafin, LPG, khí đốt, dầu thắp.và ở một mức độ nào đó thì than cốc dầu mỏ, muội than cũng đƣợc coi là sản phẩm của công nghệ lọc dầu. Công nghệ lọc dầu cũng liên quan đến công nghiệp hóa dầu vì các phân đoạn khí thu đƣợc ở nhà máy lọc dầu cũng có thể đƣợc sử dụng để sản xuất những chất dầu dầu cho công nghiệp hóa dầu.

Khí propylen, khí etylen cốn có trong khí cracking, BTX, trong sản phẩm refoming là những chất dầu quan trọng nhất trong công nghiệp hóa dầu. Dù với mục đích gì thì công nghệ lọc dầu cũng đƣợc bắt đầu bằng việc làm sạch dầu thô khỏi các tạp chất cơ học, khỏi nƣớc khoáng. Dầu thô đã làm sạch sẽ đƣợc chƣng cất thành các phân đoạn thích hợp về cả mặt kỹ thuật và mặt kinh tế. Các phân đoạn thu đƣợc thƣờng chƣa có đủ các đặc tính kỹ thuật để có thể dùng nhƣ là mọt sản phẩm, tuy vậy cũng có những phân đoạn dùn đƣợc nhƣ là sản phẩm dân dụng sau một số bƣớc chế biến.

Đó là giai đoạn chế 2 Đồ án tốt nghiệp biến nông. Việc chế biến các phân đoạn thành các sản phẩm dâm dụng có những phẩm chất kỹ thuật cao đóng vai trò ngày càng quan trọng trong công nghiệp lọc dầu, đặc biệt dƣới áp lực nhày càng tăng của vấn đề bảo vệ môi trƣờng.Đó là giai đoạn chế biến sâu. Giai đoạn chế biến nông là bắt buộc, nhƣng giai đoạn chế biến sâu vừa quan trọng hơn. Phƣơng pháp công nghệ của giai đoạn chế biến nông đã đƣợc nghiên cứu, khá hoàn chỉnh về cơ bản không có những thay đổi đáng kể, trong khi đó thì công nghệ chế biên sâu đang vẫn ở trong thời kỳ biến đổi mạnh mẽ trên con đƣờng hoàn thiện để có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu về chất lƣợng ngày càng cao.2 Sản phẩm dầu mỏ 1.1 Dầu bạch hổ Là loại dầu nhẹ với độ API là 39,2 à hàm lƣợng lƣu huỳnh là 0,03.

Là loại dầu parafin( hệ số đặc trƣng K = 12,3), dầu bạch hổ cho sản lƣợng Naphtha trung bình và sản lƣợng những phần cất ở giữa và vaccum gas oil cao. Dầu Bạch Hổ là loại dầu thô chất lƣợng cao, hàm lƣợng độc tố thấp thih hợp cho những nhà máy lọc dầu và quá trình cracking. Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng Bảng 1.1: Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng của dầu bạch hổ Phân đoạn % khối lƣợng % cất Tỷ trọng ( 0C) (wt%) (wt tích lũy) (kg/l) Lights end 2. Hàm lƣợng các cấu tử nhẹ Bảng 1.2: Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu Bạch Hổ Cấu tử % khối lƣợng Metan 0.

Nhận xét lựa chọn nghệ Vì dầu Bạch Hổ là loại dầu thô ngọt, nhẹ giầu parafin dẫn đến trƣớc khi đƣa vào tháp chƣng cất, nguyên liệu sẽ đƣợc gia nhiệt cao hơn lên tới 359ºC. Trên đỉnh tháp thì nhiệt độ đƣợc khống chế ở 128ºC, phân doạn đỉnh đƣợc lấy ra bao gồm cả phân đoạn khí và xăng để cho lƣu lƣợng sản phẩm lấy ra đƣợc nhiều. Ở đáy thì khống chế ở 350ºC, dể quá trình lấy phân đoạn cặn đƣợc thuận lợi.2 Dầu Dubai Là loại dầu chua với độ API là 31,2 và hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng là 2,1% khối lƣợng, là loại dầu trung bình (co hệ số đặc trƣng K= 11,78). Đƣờng cong chƣng cất và tỉ trọng Bảng 1.3: Đƣờng cong chƣng cất và tỷ trọng của dầu Dubai Nhiệt độ 89 120.9 (C) % Cất 5 10 30 50 70 90 Tỉ trọng 0.

Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu DuBai Bảng 1.4: Hàm lƣợng cấu tử nhẹ của dầu DuBai n- n- Cấu tử Etan Propan Isobutan Isopentan Cyclopentan butan pentan % khối 0. Hàm lƣợng lƣu huỳnh Hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng trong dầu DUBAI là 2,1%, với hàm lƣợng hợp chất 5 Đồ án tốt nghiệp của lƣu huỳnh thấp hơn 0.5: Đƣờng cong chƣng cất hàm lƣợng của dầu DuBai Thể tích % Hàm lƣợng lƣu huỳnh tổng (%wt) 15 0. nhận xét lựa chọn công nghệ Vì dầu thô DuBai là loại dầu chua, ham lƣợng lƣu huỳnh tăng cao khi nhiệt độ càng cao nên nguyên liệu khi vào tháp chƣng cất đƣợc gia nhiệt thấp hơn dầu Bạch Hổ. Nhiệt độ tại đĩa 43 là 354ºC, nhiệt độ đỉnh đƣợc khống chế 6 Đồ án tốt nghiệp ở 121ºC dể lƣợng sản phẩm lấy ra ít có hợp chất của lƣu huỳnh ây ăn mòn thiết bị.

các điểm cắt ở cá phân đoạn sƣờn cũng thấp hơn từ 11ºC ở phân đoạn Kerosen và LGO, 7ºC ở phân đoạn HGO để sản phẩm lấy ra đủ tiêu chuẩn.3 Các đặc tính quan trọng của dầu thô a- Tỷ trọng : Khối lƣợng riêng của dầu là khối lƣợng của 1 lít dầu tính bằng kilôgam. Tỷ trọng của dầu là khối lƣợng của dầu so với khối lƣợng của nƣớc ở cùng một thể tích và ở nhiệt độ xác định. Do vậy tỷ trọng sẽ có giá trị đúng bằng khối lƣợng riêng khi coi khối lƣợng riêng của nƣớc ở 4oC bằng 1.Trong thực tế, tồn tại các hệ thống đo tỷ trọng sau : d420, d415, d15,6 15,6 , ( hay theo đơn vị Anh Mỹ là Spgr 60/600F ); độ API (API=141,5/s.g 600F/600F)- 131,5), trong đó chỉ số bên trên là nhiệt độ của dầu trong lúc thử nghiệm còn chỉ số bên dƣới là nhiệt độ của nƣớc khi thử nghiệm. Tỷ trọng của dầu dao động trong khoảng rộng, tuỳ thuộc vào loại dầu và có trị số từ 0,8 đến 0,99.

Tỷ trọng của dầu rất quan trọng khi đánh giá chất lƣợng dầu thô. Sở dĩ nhƣ vậy vì tỷ trọng có liên quan đến bản chất hoá học cũng nhƣ đặc tính phân bố các phân đoạn trong dầu thô. Dầu thô càng nhẹ tức có tỷ trọng thấp, càng mang đặc tính dầu paraphinic, đồng thời tỷ lệ các phân đoạn nặng sẽ ít. Ngƣợc lại, dầu càng nặng tức tỷ trọng cao, dầu thô càng mang đặc tính dầu aromatic hoặc naphantenic, các phân đoạn nặng sẽ chiếm tỷ lệ cao.

Sở dĩ nhƣ vậy vì tỷ trọng hydrocacbon parafinic bao giờ cũng thấp hơn so với naphtenic và aromatic khi chúng có cùng một số nguyên tử cacbon trong phân tử. Mặt khác những phần không phải là hydrocacbon nhƣ các chất nhựa, asphaten, các hợp chất chứa lƣu huỳnh, chứa Nitơ,chứa kim loại lại thƣờng tập trung trong các phần nặng, các nhiệt độ sôi cao vì vậy dầu thô có tỷ trọng cao, chất lƣợng càng giảm. 7 Đồ án tốt nghiệp b- Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu : Độ nhớt đặc trƣng cho tính lƣu biến của dầu cũng nhƣ ma sát nội tại của dầu. Do vậy, độ nhớt cho phép đánh giá khả năng bơm vận chuyển và chế biến dầu.

Quan trọng hơn, độ nhớt của sản phẩm đánh giá khả năng bôi trơn, tạo mù sƣơng nhiên liệu khi phun vào động cơ, lò đốt. Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm. Có 2 loại độ nhớt : + Độ nhớt động học (St hay cSt) + Độ nhớt quy ƣớc (độ nhớt biểu kiến) còn gọi là độ nhớt Engler (0E) c - Thành phần phân đoạn : Vì dầu mỏ là thành phần hỗn hợp của nhiều hydrocacbon, có nhiệt độ sôi khác nhau, nên dầu mỏ không có một nhiệt độ sôi cố định đặc trƣng nhƣ mọi đơn chất khác. Ở nhiệt độ nào cũng có những hợp chất có nhiệt độ sôi tƣơng ứng thoát ra, và sự khác nhau của từng loại dầu thô chính là sự khác nhau về lƣợng chất thoát ra ở các nhiệt độ tƣơng ứng khi chƣng cất.