Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (Mã mô đun: PETR64117) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề trình độ Cao đẳng thuộc nghề "Vận hành thiết bị chế biến dầu khí". Giáo trình được ban hành kèm 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 nhóm giảng viên gồm Lưu Trà My (Chủ biên), Lê Quốc Hoàng, ThS. Ngô Thị Bích Thu, Nguyễn Huỳnh Đông và Phạm Công Quang biên soạn.

Trong chương trình đào tạo tổng thể 93 tín chỉ (2.290 giờ), mô đun PETR64117 có thời lượng 4 tín chỉ, tương đương 100 giờ đào tạo (bao gồm 28 giờ lý thuyết, 66 giờ thực hành/thảo luận, 2 giờ kiểm tra lý thuyết và 4 giờ kiểm tra thực hành). Về vị trí đào tạo, mô đun này được bố trí giảng dạy sau các môn học kỹ thuật cơ sở và môn chuyên môn như Vận hành tháp chưng cất dầu thô (PETR56115), Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116); đồng thời được học trước mô đun Vận hành các phân xưởng chế biến khí (PETR56118).

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến ba chuẩn đầu ra:

  • Về kiến thức (Chuẩn A1): Trình bày cơ sở lý thuyết, nguyên liệu, sản phẩm, sơ đồ công nghệ, cấu tạo thiết bị chính và thông số vận hành của phân xưởng Reforming xúc tác và phân xưởng Xử lý khí trong nhà máy lọc dầu.
  • Về kỹ năng (Chuẩn B1): Vận hành thành thạo các phân xưởng trên hệ thống mô hình mô phỏng động và xử lý đúng quy trình các sự cố vận hành thường gặp.
  • Về năng lực tự chủ và trách nhiệm (Chuẩn C1): Tuân thủ quy định an toàn, phòng cháy chữa cháy (PCCC), quy trình vận hành thiết bị điện, tự động hóa và đảm bảo an toàn thiết bị.

Giáo trình được cấu trúc thành 2 bài học lớn: Bài 1 tập trung vào quá trình Reforming xúc tác và Bài 2 tập trung vào quá trình Xử lý khí trong nhà máy lọc dầu. Cách tiếp cận của tài liệu kết hợp giữa phân tích lý thuyết hóa lý, nhiệt động học với mô tả công nghệ công nghiệp và hướng dẫn thực hành trên phần mềm mô phỏng chuyên dụng.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được phân chia cân đối thành hai phân hệ công nghệ trọng điểm của một nhà máy lọc dầu hoàn chỉnh:

  • Bài 1: Reforming xúc tác (Thời lượng: 50 giờ - 14 giờ lý thuyết, 33 giờ thực hành, 3 giờ kiểm tra):

    • Cơ sở lý thuyết và nhiệt động học: Cung cấp bản chất hóa học của các phản ứng chuyển hóa hydrocarbon: dehydro hóa naphthene thành aromatic (thu nhiệt mạnh $\Delta H = 47 - 60 \text{ kcal/mol}$), dehydro vòng hóa n-paraffin thành aromatic, isomer hóa n-paraffin sang iso-paraffin ($\Delta H \approx 2 \text{ cal/mol}$), chuyển hóa olefin và phản ứng hydrocracking bẻ gãy mạch ($\Delta H = -40 \text{ kJ/mol}$).
    • Nguyên liệu và sản phẩm: Khảo sát phân đoạn naphtha nặng ($62 - 180^\circ\text{C}$ hoặc $85 - 180^\circ\text{C}$) chứa paraffin ($60 - 70%$), aromatic ($10%$) và naphthene ($20 - 30%$). Đánh giá sản phẩm xăng reformat có trị số octan cao (RON đạt $100 - 105$), hỗn hợp aromatic BTX (Benzen, Toluen, Xylen) và khí hydro kỹ thuật (độ tinh khiết $\ge 85%$ thể tích).
    • Xúc tác quá trình reforming: Phân tích cơ chế xúc tác hai chức năng gồm tâm kim loại oxy hóa - khử (Pt chiếm $0,2 - 0,6%$ khối lượng) trên chất mang axit rắn ($\gamma\text{-Al}_2\text{O}_3$ được clo hóa, diện tích bề mặt $150 - 250 \text{ m}^2/\text{g}$). Sự phát triển từ xúc tác đơn kim loại (Pt) sang xúc tác đa kim loại (Pt-Re, Pt-Sn, Pt-Ge, Pt-Ir).
    • Sơ đồ công nghệ và thiết bị: So sánh công nghệ tái sinh bán liên tục (SRR - xúc tác cố định) và tái sinh liên tục (CCR - xúc tác di động). Khảo sát thiết bị phản ứng dọc trục và thiết bị phản ứng xuyên tâm. Phân tích các công nghệ bản quyền: Aromizing (IFP), CCR Platforming, RZ Platforming, Cyclar (UOP) và phân xưởng CCR Platforming tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.
    • Thông số vận hành và mô phỏng: Tác động của nhiệt độ ($495 - 525^\circ\text{C}$), áp suất ($3 - 15 \text{ bar}$), tỷ lệ $\text{H}_2/\text{RH}$, tốc độ nạp liệu thể tích (LHSV). Quy trình khởi động và vận hành trên mô hình mô phỏng động Prosimulator (Platformer PLR01).

  • Bài 2: Xử lý khí trong nhà máy lọc dầu (Thời lượng: 50 giờ - 14 giờ lý thuyết, 33 giờ thực hành, 3 giờ kiểm tra):

    • Nguồn gốc khí và phân xưởng thu hồi LPG: Phân tích các dòng khí từ phân xưởng chưng cất thô, cracking xúc tác, reforming; sơ đồ công nghệ phân tách C3-C4, thông số vận hành và thực hành mô phỏng phân xưởng LPG (LPG unit LPG03 - 17 giờ).
    • Phân xưởng xử lý khí axit: Các phương pháp hấp thụ khí axit ($\text{H}_2\text{S}, \text{CO}_2$) bằng dung dịch amin (MEA, DEA, MDEA), sơ đồ tháp hấp thụ - tháp tái sinh, thông số vận hành và thực hành mô phỏng (Amine treating unit AMI01 - 23 giờ).

Kiến thức nền tảng được xây dựng

Giáo trình trang bị hệ thống lý thuyết nền tảng gồm:

  1. Nhiệt động học và cân bằng hóa học: Ứng dụng nguyên lý Le Chatelier để giải thích sự phụ thuộc của độ chuyển hóa và độ chọn lọc vào áp suất và nhiệt độ. Các phản ứng dehydro hóa tạo hydrocacbon thơm tăng thể tích mol nên thuận lợi ở nhiệt độ cao ($\approx 500^\circ\text{C}$) và áp suất riêng phần hydro thấp.
  2. Cơ chế xúc tác dị thể hai chức năng: Vai trò phối hợp giữa tâm kim loại Pt (thực hiện dehydro hóa/hydro hóa) và tâm axit của $\text{Al}_2\text{O}_3$ (thực hiện đồng phân hóa và khép vòng).
  3. Cơ chế ngộ độc và suy giảm hoạt tính xúc tác: Phân loại ngộ độc thuận nghịch (do tạo cốc, hợp chất chứa S, N, O) và ngộ độc vĩnh viễn (do kim loại nặng $\text{Cu}, \text{As}, \text{Hg}, \text{Pb}, \text{Si}$). Giới hạn nghiêm ngặt tạp chất nguyên liệu ($\text{S} \le 1 - 15 \text{ ppm}$, $\text{N} \le 1 \text{ ppm}$, $\text{H}_2\text{O} \le 4 \text{ ppm}$, kim loại nặng $< 1 \text{ ppm}$).
  4. Quy trình 5 giai đoạn tái sinh xúc tác: Đuổi hydrocarbon bằng $\text{N}_2 \rightarrow$ Đốt cốc bằng không khí loãng ($0,5 - 2% \text{ O}_2$, nhiệt độ $370 - 480^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Clo hóa tái phân tán kim loại ($510^\circ\text{C}$, $\approx 1% \text{ Cl}$) $\rightarrow$ Sấy khô ($510^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Khử hóa bằng dòng $\text{H}_2$ ($480^\circ\text{C}$).
Chỉ tiêu công nghệ Công nghệ SRR (Xúc tác cố định) Công nghệ CCR (Xúc tác di động)
Áp suất làm việc $12 - 15 \text{ bar}$ $3 - 10 \text{ bar}$
Tỷ lệ mol $\text{H}_2/\text{RH}$ $5 - 7$ $1,5 - 4$
Loại xúc tác điển hình $\text{Pt-Re}$ $\text{Pt-Sn}$
Chu kỳ tái sinh $6 - 12 \text{ tháng}$ $2 - 10 \text{ ngày}$
Hiệu suất thu $\text{C}_5^+$ (% khối lượng) $75 - 84%$ $85 - 92%$
Trị số octan (RON) của xăng $98 - 101$ $100 - 103$
Hiệu suất thu khí $\text{H}_2$ (% khối lượng) $1,5 - 2,0%$ $2,0 - 3,6%$

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận diện cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò phản ứng nhiều tầng, lò gia nhiệt trung gian, tháp ổn định reformat, hệ thống nâng xúc tác bằng khí (lift gas), tháp hấp thụ và tháp tái sinh amin.
  • Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Phân tích tương quan giữa các thông số công nghệ (nhiệt độ tầng phản ứng, áp suất hệ thống, lưu lượng nạp liệu, nồng độ khí tuần hoàn) tới chất lượng reformat (RON, MON) và tốc độ tạo cốc bám trên xúc tác.
  • Kỹ năng thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Thiết lập thông số vận hành, khởi động, dừng hệ thống và xử lý sự cố công nghệ trên các gói phần mềm mô phỏng Prosimulator (Platformer PLR01, LPG03, AMI01).

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình xác lập phương pháp dạy học tích cực, lấy người học làm trung tâm và chú trọng rèn luyện kỹ năng thực hành vận hành trên thiết bị mô phỏng chuyên dụng.

Phương pháp sư phạm và tổ chức dạy học

  • Đối với giảng viên: Kết hợp thuyết trình kỹ thuật, giảng giải cơ chế hóa lý, nêu vấn đề, hướng dẫn nghiên cứu tài liệu kỹ thuật và thực hiện diễn trình thao tác mẫu trên phòng mô hình mô phỏng lọc hóa dầu.
  • Đối với người học: Thực hiện học tập kết hợp (blended learning) giữa nghiên cứu tài liệu trước buổi học, thảo luận nhóm (mỗi nhóm 8–10 sinh viên) và hoàn thành các bài tập tình huống kỹ thuật được giao.

Cơ cấu thời lượng và thực hành

Mô đun dành 66% tổng thời lượng (66 giờ trên tổng số 100 giờ) cho hoạt động thực hành, bài tập và thảo luận nhóm trên hệ thống mô phỏng công nghệ Lọc hóa dầu. Thời lượng phân bổ cụ thể:

  • Thực hành phân xưởng Reforming xúc tác: 33 giờ.
  • Thực hành phân xưởng thu hồi LPG: 15 giờ.
  • Thực hành phân xưởng xử lý khí axit: 18 giờ.

Quy định kiểm tra, đánh giá và chuyên cần

Hình thức đánh giá tuân thủ Quy chế đào tạo Cao đẳng chính quy theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội:

  • Tỷ trọng điểm số:
    • Điểm kiểm tra thường xuyên (hệ số 1) và định kỳ (hệ số 2): chiếm trọng số $40%$.
    • Điểm thi kết thúc mô đun: chiếm trọng số $60%$.
  • Hình thức kiểm tra:
    • Thường xuyên (2 cột): Vấn đáp trước buổi học hoặc trắc nghiệm sau mỗi 15 giờ lý thuyết (đánh giá chuẩn đầu ra A1).
    • Định kỳ (4 cột): Tự luận, trắc nghiệm, thuyết trình báo cáo và chấm điểm sản phẩm thao tác thực hành sau mỗi 15 giờ LT / 30 giờ TH (đánh giá chuẩn đầu ra A1, B1, C1).
    • Thi kết thúc: Bài kiểm tra tích hợp trắc nghiệm/tự luận kết hợp bảng đánh giá kỹ năng trên hệ thống mô phỏng sau 100 giờ đào tạo.
  • Yêu cầu chuyên cần: Sinh viên phải tham gia tối thiểu $70%$ thời lượng lý thuyết và $100%$ thời lượng thực hành. Trường hợp vắng quá $30%$ lý thuyết hoặc vắng bất kỳ buổi thực hành nào ($> 0%$) đều phải học lại mô đun.

Điểm nổi bật và cập nhật

  1. Tích hợp công nghệ vận hành thực tế tại Việt Nam: Giáo trình cập nhật cấu hình công nghệ phân xưởng CCR Platforming của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (công nghệ bản quyền từ hãng UOP, Mỹ). Phân tích chi tiết quy trình lưu chuyển xúc tác liên tục bằng khí nâng (lift gas) giữa cụm reactor tầng sôi trọng lực và thiết bị tái sinh độc lập.
  2. Hệ thống hóa các bản quyền công nghệ quốc tế: Tài liệu so sánh các giải pháp công nghệ Reforming tiên tiến:
    • Công nghệ Aromizing (IFP): Sử dụng xúc tác AR501, cấu hình side-by-side reactor, hệ thống đốt cốc 2 tầng tự động hóa.
    • Công nghệ CCR Platforming (UOP): Thiết bị Lock Hopper không van thế hệ mới (áp suất làm việc giảm tới $3,5 \text{ at}$), tích hợp hệ thống Chlorsorb thu hồi clo.
    • Công nghệ RZ Platforming (UOP): Sử dụng xúc tác chọn lọc RZ-100 xử lý paraffin khó chuyển hóa ($\text{C}_6, \text{C}_7$), tăng gấp đôi hiệu suất thu hydro.
    • Công nghệ Cyclar (UOP/BP): Chuyển hóa trực tiếp khí hóa lỏng LPG ($\text{C}_3 - \text{C}_4$) thành hỗn hợp hydrocacbon thơm BTX.
  3. Chuẩn hóa dữ liệu thông số kỹ thuật: Bổ sung các bảng dữ liệu thực nghiệm về RON/MON của các cấu tử hydrocarbon tinh khiết (Benzen RON 113, Toluen RON 115,7, p-Xylen RON 116,4 so với n-Heptan RON 0, n-Hexan RON 24,8), bảng nhiệt động học chuyển hóa cyclohexan thành benzen ở các dải nhiệt độ từ $393^\circ\text{C}$ đến $493^\circ\text{C}$.
  4. Số hóa đào tạo bằng phần mềm công nghiệp: Ứng dụng đồng bộ hệ thống mô phỏng động Prosimulator (gồm các module Platformer PLR01 v5, LPG unit LPG03, Amine treating unit AMI01) phục vụ trực tiếp công tác đào tạo kỹ năng điều khiển quá trình.

Đối tượng sử dụng giáo trình

  • Sinh viên chuyên ngành: Tài liệu học tập bắt buộc đối với sinh viên hệ Cao đẳng 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 kỹ thuật lọc hóa dầu.
  • Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở gồm Vẽ kỹ thuật (MECM52003), Điện kỹ thuật (ELEI53011), Cơ sở điều khiển quá trình (AUTM52111), Nhiệt kỹ thuật (PETR52002); cùng các môn chuyên môn: Cơ sở quá trình và thiết bị (PETR63004), Sản phẩm dầu mỏ (PETR53005), Vận hành máy thủy khí I & II, Vận hành tháp chưng cất dầu thô (PETR56115) và Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116).
  • Giảng viên chuyên nghiệp: Sử dụng giáo trình để thiết lập đề cương chi tiết, xây dựng kế hoạch bài giảng (28 giờ lý thuyết), thiết kế kịch bản tình huống sự cố trên phòng mô phỏng động (66 giờ thực hành) và lập ngân hàng câu hỏi đánh giá theo chuẩn đầu ra A1, B1, C1.
  • Kỹ sư, kỹ thuật viên nhà máy: Tài liệu tham khảo hữu ích cho đội ngũ kỹ thuật viên vận hành bảng điều khiển (DCS operator) và vận hành hiện trường (field operator) tại các phân xưởng CCR, NHT, LPG, Khử lưu huỳnh tại các liên hợp lọc hóa dầu.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này phù hợp với ai?

Giáo trình được thiết kế chuẩn hóa cho sinh viên trình độ Cao đẳng nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí. Ngoài ra, giáo trình là tài liệu tham khảo cho kỹ thuật viên vận hành, kỹ sư công nghệ tại các nhà máy lọc dầu và sinh viên các ngành Công nghệ Hóa học, Kỹ thuật Dầu khí.

2. Cần kiến thức nền nào để học môn này?

Người học cần hoàn thành các môn kỹ thuật cơ sở (Nhiệt kỹ thuật, Cơ sở điều khiển quá trình, Thiết bị tách dầu khí, Máy thủy khí) và đã tích lũy kiến thức từ hai mô đun chuyên môn tiên quyết là Vận hành tháp chưng cất dầu thô (PETR56115) và Vận hành phân xưởng chế biến dầu I (PETR56116).

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu lý thuyết hóa dầu khác?

Giáo trình không thuần túy trình bày lý thuyết phản ứng mà tập trung sâu vào công nghệ vận hành thực tế. Tỷ lệ thời lượng thực hành chiếm tới $66%$, gắn liền với quy trình công nghệ của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất và các bài tập vận hành trực tiếp trên phần mềm mô phỏng động Prosimulator.

4. Làm sao để tự học và nắm vững kiến thức mô đun hiệu quả?

Người học cần tuân thủ quy trình 4 bước: (1) Nghiên cứu trước lý thuyết và cơ chế phản ứng trong từng bài học; (2) Tham gia thảo luận nhóm (8–10 người) để giải quyết các chủ đề kỹ thuật được giao; (3) Tuân thủ $100%$ thời lượng thực hành mô phỏng để thuần thục các thao tác điều khiển tham số và xử lý sự cố; (4) Đối chiếu số liệu mô phỏng với các bảng thông số vận hành tiêu chuẩn trong giáo trình.

5. Có tài liệu bổ trợ nào kèm theo giáo trình?

Hệ thống tài liệu tham khảo đồng bộ bao gồm:

  • Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến dầu I, II (Trường CĐ Dầu khí, 2017).
  • Các giáo trình chuyên ngành: Công nghệ chế biến dầu mỏ (TS. Lê Văn Hiếu, 2006), Hóa học dầu mỏ và khí (TS. Đinh Thị Ngọ, 2008), Cracking xúc tác (TS. Nguyễn Hữu Phú, 2005).
  • Bộ cẩm nang phần mềm mô phỏng chuyên dụng: Prosimulator Platformer PLR01 (v5), Prosimulator Amine treating unit AMI01 (2015) và Prosimulator LPG unit LPG03 (2014).

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Vận hành phân xưởng chế biến dầu II (Mã: PETR64117) là tài liệu đào tạo nghề nghiệp mang tính chuẩn hóa cao của Trường Cao đẳng Dầu khí, phản ánh chính xác các quy trình công nghệ cốt lõi trong chế biến sâu dầu mỏ gồm Reforming xúc tác và Xử lý khí lọc dầu. Với tỷ trọng thực hành mô phỏng chiếm 66 giờ trên tổng số 100 giờ đào tạo, giáo trình xây dựng cầu nối vững chắc giữa kiến thức hóa lý nhiệt động học và kỹ năng vận hành công nghệ thực tế. Lộ trình đào tạo từ cơ sở lý thuyết, phân tích sơ đồ công nghệ, nhận diện thiết bị đến thực hành trên phần mềm Prosimulator cung cấp phương pháp tiếp cận logic, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt của ngành công nghiệp Lọc hóa dầu hiện đại.