TỔNG QUAN GIÁO TRÌNH: VẬN HÀNH PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN DẦU I

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (Mã mô đun: PETR56116) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề thuộc chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí, do Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) ban hành kèm theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022. Ban biên soạn giáo trình gồm GV. Lưu Trà My (Chủ biên) cùng các tác giả Phạm Tuấn Linh, ThS. Ngô Thị Bích Thu, Nguyễn Huỳnh Đông và Phạm Công Quang.

                    CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO NGHỀ VẬN HÀNH THIẾT BỊ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
                                            (Tổng 93 tín chỉ - 2290 giờ)
        Môn học/Mô đun kỹ thuật cơ sở (9 TC)                        Môn học/Mô đun chuyên môn nghề (61 TC)
        - Vẽ kỹ thuật (2 TC)                                        - Cơ sở quá trình & thiết bị CNHH (3 TC)
        - Điện kỹ thuật (3 TC)                                      - Sản phẩm dầu mỏ (3 TC)
        - Cơ sở điều khiển quá trình (2 TC)                         - Vận hành máy thủy khí I, II (10 TC)
        - Nhiệt kỹ thuật (2 TC)                                     - Vận hành tháp chưng cất dầu thô (6 TC)
                                        Vận hành phân xưởng chế biến dầu II             Vận hành các phân xưởng chế biến khí
                                                    (4 tín chỉ)                                     (6 tín chỉ)

Trong cấu trúc chương trình đào tạo gồm 93 tín chỉ (2290 giờ), mô đun PETR56116 có khối lượng 6 tín chỉ với tổng thời lượng 145 giờ (42 giờ lý thuyết, 94 giờ thực hành/thảo luận, 3 giờ kiểm tra lý thuyết và 6 giờ kiểm tra thực hành). Về mặt tiến trình đào tạo, mô đun này được bố trí sau các môn học cơ sở như Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (PETR63004), Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005), Vận hành máy thủy khí I (PETR56107), Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115) và là điều kiện tiên quyết trước khi học Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (PETR64117).

Mục tiêu học tập của giáo trình được xác định cụ thể theo 3 nhóm chuẩn đầu ra:

  • Kiến thức (A1): Trình bày được cơ sở lý thuyết hóa học, nguyên liệu, sản phẩm, xúc tác, sơ đồ công nghệ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị phản ứng, cùng các thông số vận hành của ba phân xưởng: Hydrotreating, Cracking xúc tác (FCC) và Isome hóa.
  • Kỹ năng (B1): Vận hành thành thạo quy trình khởi động, duy trì hoạt động bình thường, quy trình dừng phân xưởng và xử lý các sự cố công nghệ trên hệ thống mô phỏng động.
  • Năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy, quy trình vận hành thiết bị điện - tự động hóa và đảm bảo an toàn hệ thống thiết bị.

Giáo trình tiếp cận theo mô hình kết hợp giữa lý thuyết công nghệ hóa dầu và quy trình vận hành thực tế thông qua các hệ thống mô phỏng động chuyên dụng của ngành lọc hóa dầu.


Nội dung kiến thức cốt lõi

                                  CẤU TRÚC KIẾN THỨC MÔ ĐUN PETR56116 (145 GIỜ)

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân bổ thành 3 bài học tương ứng với 3 cụm công nghệ chuyển hóa thứ cấp chủ đạo trong nhà máy lọc dầu:

                            SƠ ĐỒ TỔNG THỂ CÁC PHÂN XƯỞNG TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU
                                (Theo mô tả công nghệ trong giáo trình)

1. Bài 1: Quá trình Hydrotreating (45 giờ)

Trang bị cơ sở lý thuyết về các phản ứng khử tạp chất dị nguyên tố bao gồm: khử lưu huỳnh (HDS), khử nitơ (HDN), khử oxy (HDO), no hóa olefin và hydrocacbon thơm (HYD), cùng phản ứng hydrocracking phụ. Giới thiệu các hệ xúc tác kim loại trên chất mang: xúc tác Co-Mo (hiệu quả cao cho HDS và ổn định olefin ở chế độ mềm) và xúc tác Ni-Mo (hoạt tính cao cho HDN và no hóa hợp chất thơm).

Phần sơ đồ công nghệ mô tả quá trình Hydrotreating phân đoạn Naphtha (NHT), phân đoạn Distillate (kerosen, jet fuel, diesel) và phân đoạn Gas oil (AGO, LVGO, HVGO). Về mặt thiết bị, bài học mô tả chi tiết thiết bị phản ứng lớp xúc tác cố định dòng chảy xuống (fixed-bed downflow reactor), cấu tạo đĩa phân phối lỏng - hơi, các yếu tố công nghệ ảnh hưởng (nhiệt độ $280-420^\circ\text{C}$, áp suất $10-200\text{ bar}$, tỷ lệ hồi lưu hydro, nồng độ $\text{H}_2\text{S}$).

Phần thực hành hướng dẫn vận hành phân xưởng Naphtha Hydrotreating trên hệ thống mô phỏng động Prosimulator (mô hình NHT01).

                      SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH HYDROTREATING (HDT)
                      
                                Khí H2 bổ sung (Make-up)

2. Bài 2: Quá trình Cracking xúc tác (50 giờ)

Phân tích nguyên lý bẻ gãy liên kết $\text{C}-\text{C}$ của các phân tử hydrocacbon có khối lượng phân tử lớn thành các phân đoạn nhẹ có giá trị cao (LPG, xăng octan cao, gasoil nhẹ). Nội dung tập trung vào:

  • Cơ chế phản ứng thông qua ion carbénium hình thành trên các tâm axit Bronsted ($\text{H}^+$) và Lewis ($\text{L}$).
  • Hệ thống phản ứng chính: bẻ gãy parafin, olefin, alkyl thơm, mở vòng naphten, đồng phân hóa, no hóa, trùng hợp và các phản ứng tạo cốc.
  • Lý thuyết xúc tác zeolit dạng vi cầu ($10-150\ \mu\text{m}$) gồm 3 cấu tử: tinh thể zeolit (dạng A, X, Y xây dựng từ tứ diện $\text{TO}_4$ và khối sodalit SBU), chất mang (chất pha cao lanh và chất kết dính sét) và chất phụ gia ($\text{Pt}/\text{Pd}$ oxy hóa $\text{CO}$, oxit kiềm thổ thu hồi $\text{SO}_x$).
  • Động học quá trình, chế độ xúc tác tầng sôi, công nghệ tái sinh xúc tác 1 tầng và 2 tầng.
  • Các bản quyền công nghệ FCC công nghiệp: UOP, Kellogg, Shell, IFP-Total (công nghệ R2R), Stone & Webster, Exxon.
  • Cấu tạo thiết bị: Lò phản ứng ống nâng (Riser), hệ thống điều khiển nhiệt độ MTC (Mix Temperature Control), thiết bị kết thúc phản ứng nhanh RTD (Riser Termination Device), vòi phun sương nguyên liệu.
  • Thực hành vận hành hệ thống cracking xúc tác trên mô hình mô phỏng động Prosimulator FCC02.
                  SƠ ĐỒ CỤM PHẢN ỨNG VÀ TÁI SINH CRACKING XÚC TÁC (FCC)
                  
                   Khí khói (Flue Gas)          Sản phẩm cracking đến tháp phân đoạn chính
                                             [LÒ PHẢN ỨNG ỐNG RISER]

3. Bài 3: Quá trình Isome hóa (50 giờ)

Trình bày cơ sở lý thuyết đồng phân hóa n-parafin thành iso-parafin nhằm nâng cao chỉ số octan của phân đoạn xăng nhẹ ($\text{C}_5-\text{C}_6$) và đồng phân hóa phân đoạn $\text{C}_4$ thành isobutan. Giới thiệu các công nghệ điển hình gồm công nghệ Penex (UOP), Penex kết hợp tháp tách isohexan (DIH) và công nghệ Butamer (UOP). Cung cấp kiến thức về thiết bị phản ứng, các thông số kiểm soát công nghệ và thực hành vận hành trên mô hình mô phỏng động Prosimulator ISO01.

               SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐỒNG PHÂN HÓA PHÂN ĐOẠN C5/C6 (PENEX - UOP)
               
                               Khí H2 make-up
(n-C5, n-C6)                                                    (Lớp xúc tác Pt/Cl-Al2O3 hoặc Zeolit)
                                                                [THÁP KHỬ ỔN ĐỊNH (STABILIZER)]
                                        [Đi xử lý]                                      [THÁP TÁCH ISOHEXAN (DIH)]
                                                                [SẢN PHẨM ISOMERATE]                       [n-Hexan chưa phản ứng]

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình củng cố và tích hợp 3 khối kiến thức kỹ thuật:

  • Lý thuyết nhiệt động học và động học hóa học dầu khí: Bản chất phản ứng bẻ gãy liên kết $\text{C}-\text{C}$ thu nhiệt ở nhiệt độ cao ($\ge 450^\circ\text{C}$); phản ứng hydro hóa tỏa nhiệt mạnh chịu ảnh hưởng của áp suất riêng phần hydro; phương trình động học quá trình dị thể:

    $$\omega_0 \cdot \ln(1 - x) = -k$$

  • Khoa học xúc tác dị thể: Cơ chế tạo tâm axit Bronsted và Lewis; cấu trúc tinh thể mạng zeolit có diện tích bề mặt riêng $600-900\ \text{m}^2/\text{g}$; cơ chế suy giảm hoạt tính do ngộ độc cốc, ngộ độc kim loại nặng ($\text{Ni}, \text{V}$) và hiện tượng biến tính thủy nhiệt trong buồng tái sinh.

  • Nguyên lý thủy lực và tự động hóa quá trình: Động học pha tầng sôi hạt rắn vi cầu; hệ thống cân bằng áp suất - nhiệt độ; các vòng điều khiển tự động PID trên dây chuyền công nghệ (điều khiển lưu lượng FIC, mức LIC, áp suất PIC, nhiệt độ TIC).


Kỹ năng phát triển

Thông qua thời lượng 94 giờ thực hành, người học phát triển các nhóm kỹ năng:

  • Kỹ năng kỹ thuật vận hành: Thao tác khởi động, giám sát và dừng các phân xưởng NHT, FCC, Isome hóa trên hệ thống mô phỏng động Prosimulator; thực hiện đúng trình tự đóng/mở van tay, van bypass, chuyển đổi chế độ Manual/Auto của các vòng điều khiển.
  • Kỹ năng phân tích và giám sát công nghệ: Đọc và phân tích thông số áp suất, nhiệt độ, lưu lượng nạp liệu, hệ số tuần hoàn khí hydro, mức phân tách pha lỏng - hơi tại bình tách cao áp (V002) và tháp stripper (C001).
  • Kỹ năng xử lý sự cố: Nhận diện và xử lý hiện tượng mất cân bằng nhiệt, giảm hoạt tính xúc tác, sự cố máy nén khí tuần hoàn, tắc nghẽn đĩa phân phối và kiểm soát nồng độ $\text{H}_2\text{S}$ trong khí hồi lưu.

Phương pháp giảng dạy và học tập

                    CƠ CẤU THỜI LƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÀO TẠO
                    

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm mô phỏng động:

  • Phương pháp giảng dạy: Giảng viên áp dụng phương pháp nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật, chia nhóm thảo luận và giao bài tập tình huống thực tế về sự cố phân xưởng lọc dầu.
  • Phương pháp thực hành: Tổ chức học tập tại phòng mô phỏng lọc hóa dầu. Người học thực hành trực tiếp các quy trình:
    • Phân xưởng Naphtha Hydrotreating: Nâng áp suất bồn chứa V001 bằng $\text{N}_2$ lên $2{,}94\ \text{kg}/\text{cm}^2$, nâng áp suất lò phản ứng R001/R002 và bình tách V002 lên $7\ \text{kg}/\text{cm}^2$ bằng $\text{H}_2$, thiết lập chế độ Auto cho các van FIC1202 ($117{,}53\ \text{tấn}/\text{giờ}$), FIC1301 ($206\ \text{kg}/\text{giờ}$), FIC1701 ($481{,}75\ \text{kg}/\text{giờ}$), duy trì tháp Stripper C001 tại $205{,}6^\circ\text{C}$ và $19\ \text{kg}/\text{cm}^2$.
    • Quy trình dừng phân xưởng an toàn: Giảm tải lưu lượng nạp liệu xuống 50% theo bước 10%, hạ nhiệt độ stripper C001 với tốc độ $100^\circ\text{C}/\text{giờ}$, hạ nhiệt độ lò R001 về $150^\circ\text{C}$ và R002 về $180^\circ\text{C}$, dừng bơm feed P-001, ngắt nguồn $\text{H}_2$ make-up và duy trì tuần hoàn $\text{H}_2$ tối đa để đuổi hydrocacbon.
  • Phương pháp đánh giá: Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH:
    • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Điểm kiểm tra thường xuyên (vấn đáp, viết sau mỗi 5 giờ học) và điểm kiểm tra định kỳ (tự luận, trắc nghiệm, thao tác trên mô hình mô phỏng sau mỗi 15 giờ học).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Kết hợp bài thi lý thuyết (tự luận/trắc nghiệm) và bài thi thực hành vận hành trên hệ thống mô phỏng động.
  • Yêu cầu tự học: Người học phải nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp, làm việc nhóm từ 2-3 người theo chủ đề phân công, tham dự tối thiểu 70% số giờ lý thuyết và 100% số giờ thực hành.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Tích hợp hệ thống phần mềm mô phỏng chuẩn công nghiệp: Giáo trình chuyển hóa các quy trình công nghệ phức tạp thành các bài thực hành định lượng trên bộ phần mềm mô phỏng Prosimulator chuyên dụng: Fluidized catalytic cracking FCC02 (version 3), Isomerisation model guide ISO01 (2015) và Naphtha hydrotreater unit NHT01 (2015).
  • Cập nhật đầy đủ các công nghệ bản quyền quốc tế: Cung cấp thông tin chi tiết về sơ đồ công nghệ và thiết bị phản ứng từ các nhà cung cấp bản quyền hàng đầu thế giới: UOP, Kellog, Shell, IFP-Total, Stone & Webster, Exxon; bao gồm cả công nghệ cracking cặn dầu RFCC và công nghệ R2R.
  • Phản ánh xu hướng chuyển dịch nguyên liệu và tiêu chuẩn môi trường: Phân tích thực tế bài toán chế biến dầu thô ngày càng nặng và chứa nhiều tạp chất lưu huỳnh, đòi hỏi các cấu hình công nghệ hydrotreating nghiêm ngặt để đáp ứng tiêu chuẩn nhiên liệu sinh thái và bảo vệ xúc tác reforming, FCC.
  • Chi tiết hóa thiết bị và hệ thống điều khiển nội vi: Cung cấp bản vẽ và thông số cấu tạo thực tế của thiết bị phản ứng kiểu downflow, đĩa phân phối hai pha lỏng - hơi, hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp MTC đáy ống Riser và thiết bị tách nhanh xúc tác RTD.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Giáo trình được biên soạn chuẩn hóa cho sinh viên hệ Cao đẳng và Trung cấp nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí tại Trường Cao đẳng Dầu khí và các cơ sở giáo dục nghề nghiệp đào tạo khối ngành dầu khí, hóa chất.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết: Người học cần tích lũy đủ các học phần kỹ thuật cơ sở và chuyên môn: Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002), Cơ sở quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học (PETR63004), Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005), Vận hành máy thủy khí I (PETR56107), Vận hành tháp chưng cất dầu thô (PETR56115).
  • Giảng viên: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chính khóa, biên soạn bài giảng lý thuyết, giáo án thực hành tích hợp và xây dựng ngân hàng đề thi kiểm tra đánh giá.
  • Cán bộ kỹ thuật và nhân sự vận hành: Dùng làm tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành (Panel Operator, Field Operator) tại các nhà máy lọc dầu (như NMLD Dung Quất, NMLD Nghi Sơn) phục vụ công tác đào tạo nội bộ và đối chiếu quy trình công nghệ.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn mực cho người học trình độ Cao đẳng và Trung cấp chuyên nghiệp thuộc nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời là tài liệu tham khảo nghiệp vụ cho kỹ sư công nghệ, kỹ thuật viên vận hành bảng điều khiển tại các nhà máy lọc dầu và công trình khí.

2. Cần kiến thức nền nào để học?

Người học bắt buộc phải hoàn thành các môn học tiên quyết về Vẽ kỹ thuật, Nhiệt kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Hóa học dầu mỏ, Thiết bị truyền khối, Vận hành máy thủy khí và Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô để có đủ năng lực đọc hiểu sơ đồ công nghệ và thông số quá trình.

3. Điểm khác biệt với giáo trình khác?

Điểm khác biệt cốt lõi là tính định lượng và tính ứng dụng thực hành cao. Giáo trình không dừng lại ở lý thuyết mô tả mà chi tiết hóa từng bước thao tác (tag thiết bị, mở van, cài đặt setpoint áp suất, nhiệt độ, lưu lượng) trên các hệ thống mô phỏng động chuyên nghiệp của hãng Prosimulator.

4. Làm sao để tự học hiệu quả?

Người học cần áp dụng phương pháp tự học kết hợp thảo luận nhóm từ 2 đến 3 người. Đọc trước tài liệu lý thuyết, nghiên cứu kỹ sơ đồ nguyên lý P&ID của các phân xưởng, phân tích mối quan hệ giữa các biến số công nghệ trước khi tham gia các ca thực hành trên phòng máy mô phỏng.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo?

Tài liệu được hỗ trợ bởi hệ thống tài liệu tham khảo chuyên ngành gồm:

  • Công nghệ chế biến dầu mỏ (TS. Lê Văn Hiếu, NXB KHKT, 2006).
  • Hóa học dầu mỏ và khí (TS. Đinh Thị Ngọ, NXB KHKT, 2005).
  • Cracking xúc tác (TS. Nguyễn Hữu Phú, NXB KHKT, 2005).
  • Bộ tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của Prosimulator: FCC02 (version 3), ISO01 (2015), NHT01 (2015).

Kết luận

Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến dầu I là học liệu chuyên môn nền tảng trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên chế biến dầu khí, cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về ba công nghệ chuyển hóa và nâng cấp chất lượng sản phẩm dầu mỏ quan trọng: Hydrotreating, Cracking xúc tác và Isome hóa.

                                      LỘ TRÌNH ĐÀO TẠO TIẾP NỐI
                                      

Về lộ trình học tập, sau khi hoàn thành mô đun này, người học có đầy đủ nền tảng để tiếp tục các mô đun chuyên sâu gồm Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (PETR64117), Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118) và tham gia kỳ Thực tập sản xuất (PETR54219), Khóa luận tốt nghiệp (PETR66220) tại các tổ hợp lọc hóa dầu công nghiệp. Toàn bộ nội dung giáo trình được chuẩn hóa theo quy định đào tạo nghề nghiệp và gắn liền với các công cụ mô phỏng công nghệ hiện đại.