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 Trung cấp và Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Giáo trình được ban hành theo Quyết định số 209/QĐ-CĐDK ngày 01 tháng 3 năm 2022 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Dầu khí (Tập đoàn Dầu khí Việt Nam), do tập thể giảng viên biên soạn gồm: GV. Lưu Trà My (Chủ biên), Phạm Tuấn Linh, ThS. Ngô Thị Bích Thu, Nguyễn Huỳnh Đông và Phạm Công Quang. Trong cấu trúc chương trình đào tạo, mô đun có thời lượng 6 tín chỉ (tương đương 145 giờ định mức), được bố trí giảng dạy sau các mô đun kỹ thuật cơ sở và chuyên môn như Vận hành máy thủy khí I, Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt, Vận hành tháp chưng cất dầu thô, đồng thời là điều kiện tiên quyết trước khi người học tiếp cận mô đun Vận hành phân xưởng chế biến dầu II.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình được xác định cụ thể qua ba chuẩn đầu ra:

  • Chuẩn kiến thức (A1): Trình bày có hệ thống cơ sở lý thuyết hóa học, tính chất nguyên liệu, tiêu chuẩn sản phẩm, sơ đồ công nghệ, cấu tạo - nguyên lý hoạt động của các thiết bị phản ứng chính và các thông số vận hành tiêu chuẩn của ba quá trình: Hydrotreating, Cracking xúc tác (FCC) và Isome hóa.
  • Chuẩn kỹ năng (B1): Thực hiện đúng quy trình vận hành khởi động, vận hành bình thường, dừng phân xưởng và xử lý các sự cố công nghệ trên hệ thống mô phỏng động chuyên dụng (Dynamic Simulation).
  • Chuẩn năng lực tự chủ và trách nhiệm (C1): Tuân thủ tuyệt đối quy định an toàn lao động, phòng cháy chữa cháy (PCCC), nội quy phòng thực hành mô phỏng và các quy trình kỹ thuật vận hành thiết bị điện - tự động hóa liên quan.

Cấu trúc giáo trình gồm 3 bài học chuyên sâu kết hợp chặt chẽ giữa 42 giờ lý thuyết và 94 giờ thực hành mô phỏng động. Điểm đặc thù của tài liệu là việc kết nối trực tiếp các cơ sở động học hóa học và công nghệ phản ứng lọc dầu với các gói phần mềm mô phỏng công nghiệp chuẩn hóa (Prosimulator NHT01, FCC02, ISO01).

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình được thiết kế theo tiến trình công nghệ chế biến thứ cấp trong nhà máy lọc dầu hiện đại, phân bổ thành 3 bài học trọng tâm:

[Tiền xử lý nguyên liệu: Bài 1 - Hydrotreating]
[Chuyển hóa cặn nặng: Bài 2 - Cracking xúc tác (FCC)]
[Nâng cao chỉ số Octan: Bài 3 - Isome hóa]
  • Bài 1: Hydrotreating (45 giờ: 14 giờ lý thuyết, 28 giờ thực hành, 3 giờ kiểm tra): Cung cấp cơ sở lý thuyết các phản ứng khử tạp chất dị nguyên tố gồm khử lưu huỳnh (HDS), khử nitơ (HDN), khử oxy (HDO), no hóa olefin và hydrocacbon thơm (HYD), khử kim loại (HDM). Phân tích đặc trưng xúc tác Co-Mo (tối ưu cho HDS) và Ni-Mo (tối ưu cho HDN và no hóa vòng thơm). Giới thiệu sơ đồ công nghệ xử lý naphtha, distillate và gasoil. Mô tả cấu tạo thiết bị phản ứng lớp xúc tác cố định (fixed-bed) kiểu dòng chảy hướng xuống (downflow) cùng đĩa phân phối lỏng - hơi. Hướng dẫn chi tiết quy trình vận hành khởi động, dừng hệ thống Naphtha Hydrotreater trên mô hình mô phỏng động NHT01.
  • Bài 2: Cracking xúc tác (50 giờ: 14 giờ lý thuyết, 33 giờ thực hành, 3 giờ kiểm tra): Khái quát vai trò chuyển hóa các phân đoạn cặn nặng (VGO, DAO, cặn khí quyển có nhiệt độ sôi >350°C) thành các cấu tử nhẹ có giá trị cao (LPG, xăng octan cao, diesel). Trình bày cơ chế phản ứng ion cacboni (ion carbocation) trên các tâm axit Bronsted và Lewis của xúc tác Zeolit tinh thể (dạng A, X, Y có đơn vị cấu trúc thứ cấp SBU kiểu sodalit). Trình bày các công nghệ bản quyền FCC/RFCC của UOP, Kellogg, Shell, IFP-Total (R2R), Stone & Webster, Exxon. Khảo sát cấu tạo thiết bị phản ứng ống đứng Riser, thiết bị phân tách nhanh RTD, hệ thống phun sương nguyên liệu và hệ thống điều khiển nhiệt độ hỗn hợp MTC. Hướng dẫn vận hành phân xưởng FCC trên mô hình mô phỏng FCC02.
  • Bài 3: Isome hóa (50 giờ: 14 giờ lý thuyết, 33 giờ thực hành, 3 giờ kiểm tra): Khảo sát quá trình đồng phân hóa parafin mạch thẳng (n-parafin) thành mạch nhánh (iso-parafin) để nâng cao trị số octan của phân đoạn xăng nhẹ (C5-C6) và sản xuất isobutan từ phân đoạn C4. Phân tích xúc tác lưỡng chức năng và sơ đồ công nghệ bản quyền thương mại gồm công nghệ Penex (kèm tháp tách isohexan) và công nghệ Butamer của hãng UOP. Hướng dẫn vận hành phân xưởng trên hệ thống mô phỏng ISO01.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình hình thành cho người học nền tảng kiến thức kỹ thuật thông qua:

  1. Lý thuyết động học và nhiệt động học phản ứng dị thể: Bản chất tỏa nhiệt của các phản ứng bẻ gãy liên kết C-S, C-N, C-O; tính thuận nghịch của phản ứng hydro hóa vòng thơm; phương trình động học cracking dị thể $v_0 \cdot \ln(1 - x) - \dots$ qua các giai đoạn khuếch tán ngoài, khuếch tán trong, hấp phụ, phản ứng bề mặt và khử hấp phụ.
  2. Cơ chế xúc tác axit và cấu trúc vật liệu: Cơ chế hình thành tâm axit Bronsted (cho proton $H^+$) và tâm axit Lewis (nhận cặp electron) trên mạng tinh thể tứ diện $[SiO_4]$ và $[AlO_4]^-$; vai trò của chất mang pha trơ (cao lanh) và chất kết dính (đất sét) trong việc bẫy kim loại nặng (V, Ni) và chống phá hủy cấu trúc thủy nhiệt.
  3. Thủy động lực học và quá trình truyền khối: Chế độ chuyển động của dòng lưu chất lỏng - hơi qua lớp xúc tác cố định; nguyên lý tầng sôi (fluidization) và chế độ tuần hoàn liên tục xúc tác rắn giữa thiết bị phản ứng Riser và thiết bị tái sinh (Regenerator).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Đọc hiểu bản vẽ công nghệ, sơ đồ P&ID phân xưởng chế biến dầu; thiết lập và điều chỉnh các vòng điều khiển tự động lưu lượng (FIC), nhiệt độ (TIC), áp suất (PIC) và mức chất lỏng (LIC).
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích tương quan giữa các thông số công nghệ (nhiệt độ lò phản ứng, áp suất riêng phần hydro, tốc độ nạp liệu không gian thể tích LHSV, tỷ lệ tuần hoàn xúc tác/nguyên liệu) tới chất lượng và hiệu suất sản phẩm; đánh giá hiện tượng ngộ độc và suy giảm hoạt tính xúc tác.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thao tác chính xác bảng điều khiển mô phỏng DCS; thực hiện tuần tự các bước nạp nguyên liệu, đuổi khí bằng $N_2$, tăng áp bằng $H_2$, đốt lò gia nhiệt, duy trì chế độ phân tách stripper và xử lý sự cố công nghệ an toàn.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng phương pháp dạy học tích cực, tích hợp giữa truyền thụ nguyên lý công nghệ và rèn luyện kỹ năng thực hành vận hành:

  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng viên đóng vai trò nêu vấn đề kỹ thuật, hướng dẫn tra cứu tài liệu chuyên khảo và tổ chức phân tích tình huống thực tế nhà máy lọc dầu. Người học được tổ chức làm việc theo nhóm nhỏ (2-3 người) để chuẩn bị bài học, phân tích quy trình và viết báo cáo kỹ thuật.
  • Hệ thống bài tập và thực hành: Các bài tập tập trung vào việc tính toán chế độ công nghệ và thực thi các kịch bản vận hành trên phần mềm mô phỏng động Prosimulator (gồm các phân xưởng NHT01, FCC02, ISO01). Người học thực hiện trực tiếp các thao tác đóng/mở van tay (Manual), van điều khiển (Auto), khởi động bơm $P001$, thiết lập điểm đặt cho thiết bị phân tách Stripper $C001$ và bình tách cao áp $V002$.
  • Quy chế và phương pháp đánh giá: Áp dụng theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH ngày 13/3/2017 của Bộ Lao động - Thương binh và Xã hội:
    • Điểm quá trình (Trọng số 40%): Gồm điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1, thực hiện vấn đáp, trắc nghiệm hoặc viết sau mỗi 5 giờ học) và điểm kiểm tra định kỳ (hệ số 2, gồm 6 bài kiểm tra viết, trắc nghiệm và thực hành trên mô hình mô phỏng sau mỗi 15 giờ).
    • Điểm thi kết thúc mô đun (Trọng số 60%): Đánh giá tổng hợp lý thuyết và kỹ năng thực hành trên trạm mô phỏng sau 145 giờ học. Điểm chấm theo thang điểm 10, làm tròn đến một chữ số thập phân.
  • Yêu cầu đối với người học: Phải nghiên cứu tài liệu trước khi lên lớp; tham dự tối thiểu 70% thời lượng lý thuyết và 100% thời lượng thực hành (người học vắng >30% lý thuyết hoặc >0% thực hành bắt buộc phải học lại mô đun).

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Chuẩn hóa chương trình đào tạo kỹ thuật: Giáo trình xuất bản năm 2022 được rà soát và nâng cấp dựa trên cơ sở giáo trình nội bộ năm 2017 của Trường Cao đẳng Dầu khí, cập nhật đầy đủ các danh mục thiết bị, mã hiệu điều khiển và bảng thông số công nghệ thực tế.
  2. Phản ánh xu thế công nghệ lọc dầu: Tài liệu cập nhật bối cảnh chế biến các loại dầu thô nặng chứa hàm lượng lưu huỳnh cao; phân tích chi tiết xu hướng gia tăng mức độ nghiêm ngặt của quá trình khử lưu huỳnh (HDS) để đáp ứng các tiêu chuẩn sinh thái cho nhiên liệu thương phẩm (xăng RON 87-95, diesel chỉ số cetan cao) và hạn chế khí thải $SO_x$.
  3. Cập nhật các công nghệ thương mại hiện đại: Giới thiệu cấu trúc công nghệ cracking xúc tác cặn (RFCC) một tầng và hai tầng tái sinh của các tổ chức bản quyền công nghệ hàng đầu thế giới (UOP, Kellog, Shell, IFP-Total, Stone & Webster, Exxon); công nghệ đồng phân hóa Penex và Butamer của UOP.
  4. Gắn kết công cụ mô phỏng động chuẩn công nghiệp: Việc tích hợp các bài thực hành trên phần mềm Prosimulator (phiên bản FCC02 version 3, ISO01 March 2015, NHT01 March 2015) giúp người học tiếp cận trực quan giao diện điều khiển phân tán (DCS) của nhà máy lọc dầu.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên và học viên: Dành cho người học 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 ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học, Chế biến dầu khí.
  • Yêu cầu kiến thức tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học nền tảng:
    • Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005)
    • Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111)
    • Điện kỹ thuật (ELEI53011)
    • Vận hành máy thủy khí I (PETR56107)
    • Vận hành hệ thống đường ống và bể chứa (PETR56109)
    • Vận hành lò gia nhiệt, thiết bị nhiệt (PETR53111)
    • Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (PETR56115)
  • Giảng viên và cán bộ kỹ thuật: Giảng viên sử dụng làm căn cứ thiết kế giáo án lý thuyết, bài giảng tích hợp và xây dựng kịch bản hướng dẫn thực hành trên hệ thống mô phỏng. Cán bộ vận hành tại các nhà máy lọc hóa dầu có thể sử dụng tài liệu làm tài liệu tham khảo để củng cố quy trình thao tác chuẩn và xử lý sự cố.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng nào?

Tài liệu được biên soạn phục vụ đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí; đồng thời là tài liệu tham khảo chuyên môn cho kỹ thuật viên và nhân sự vận hành tại các nhà máy lọc - hóa dầu.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Người học cần hoàn thành các môn học về hóa học dầu mỏ, chỉ tiêu sản phẩm dầu mỏ, nguyên lý điều khiển quá trình, thiết bị nhiệt - lò gia nhiệt, máy thủy khí và quy trình vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô khí quyển.

3. Điểm khác biệt của giáo trình so với các tài liệu lý thuyết thông thường là gì?

Giáo trình dành hơn 64% tổng thời lượng (94/145 giờ) cho thực hành mô phỏng động trên hệ thống DCS ảo (bộ mô hình Prosimulator); cung cấp chi tiết từng bước thao tác van, thông số công nghệ khởi động, vận hành và dừng phân xưởng cụ thể.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả?

Người học cần kết hợp đọc lý thuyết cơ chế phản ứng với việc tra cứu sơ đồ dòng công nghệ (P&ID), nghiên cứu trước bảng thông số điều khiển (TIC, PIC, FIC, LIC), thực hiện tự học theo nhóm 2-3 người và đối chiếu lý thuyết với từng bước thao tác trên mô hình mô phỏng.

5. Những tài liệu tham khảo bổ trợ chính của giáo trình là gì?

Tài liệu được xây dựng dựa trên các công trình tham khảo chuyên ngành:

  • TS. Lê Văn Hiếu, Công nghệ chế biến dầu mỏ, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
  • TS. Đinh Thị Ngọ, Hóa học dầu mỏ và khí, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
  • TS. Nguyễn Hữu Phú, Cracking xúc tác, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
  • Hướng dẫn mô phỏng: Prosimulator FCC02 (version 3), Isomerisation model guide ISO01 (2015), Naphtha hydrotreater unit NHT01 (2015).

Kết luận

Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (Mã mô đun: PETR56116) phản ánh đầy đủ kiến thức khoa học và công nghệ vận hành ba phân xưởng chuyển hóa trọng yếu trong nhà máy lọc dầu: Hydrotreating, Cracking xúc tác và Isome hóa. Tài liệu xây dựng cầu nối chặt chẽ giữa cơ sở lý thuyết xúc tác dị thể với kỹ năng thao tác công nghệ trên hệ thống điều khiển mô phỏng động.

Sau khi hoàn thành mô đun này, người học tiếp tục lộ trình chuyên môn với mô đun Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (PETR56118), Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118) và Thực tập sản xuất (PETR54219) tại các liên hợp lọc hóa dầu. Người học có thể mở rộng tra cứu các sổ tay hướng dẫn vận hành thiết bị của Prosimulator và các chuyên khảo về xúc tác dầu khí để bổ trợ kiến thức chuyên sâu.