Xây dựng cơ sở dữ liệu của dầu condensate Hải Thạch-Mộc Tinh để đánh giá khả năng chế biến và hiệu quả kinh tế tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất
MỞ ĐẦU
Hiện nay nguồn nguyên liệu Condensate đang được giao dịch khá phổ biến trên thị trường dầu mỏ thế giới và khu vực Châu Á nhằm cung cấp nguyên liệu bổ sung cho các nhà máy Lọc hóa dầu để chế biến/phối trộn sản xuất xăng nhiên liệu động cơ hoặc làm nguyên liệu để sản xuất xăng dung môi dùng trong công nghệ hóa học.
Condensate Việt Nam hiện tại đang có trữ lượng, sản lượng khá lớn và ổn định, condensate này có thành phần chủ yếu là phân đoạn naphtha với hơn 70% vol), có giá trị RON thấp (ví dụ RON của condensate Nam Côn Sơn khoảng 57). Hiện tại, condensate Việt Nam được một số nhà máy có cấu hình đơn giản phân tách thành các phân đoạn để phối trộn vào sản phẩm xăng, diesel. Công đoạn gia công này về cơ bản không nâng được giá trị của phân đoạn naphtha do chưa qua cụm phản ứng để tăng chất lượng (tăng RON) của naphtha. Vì vậy, hiệu quả kinh tế các nhà máy đơn giản này chưa khai thác hết giá trị của phân đoạn naphtha này.
Đối với NMLD Dung Quất sau khi đi vào hoạt động đã có những cải tiến đáng kể như: vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô (Crude Distillation Unit – CDU), vận hành phân xưởng xử lý naphtha (Naphtha Hydrotreater Unit – NHT), phân xưởng isome hóa phân đoạn naphtha nhẹ (Light Naphtha Isomerization Unit – ISOM) với công suất con hơn công suất thiết kế. Hiện tại, công suất phân xưởng nâng cao chỉ số RON của phân đoạn naphtha nặng (Continuous Catalytic Reforming – CCR) cũng có khả năng vận hành lên trên 100% công suất thiết kế. Đây là những tiền đề rất tốt, tạo cơ hội cho Nhà máy có thể nghiên cứu, đánh giá việc nhập và chế biến phân đoạn naphtha để nâng cao hiệu quả kinh tế của Nhà máy.
Qua việc xem xét tính chất các nguồn condensate trong nước hiện có, nhận thấy hầu hết condensate có chứa phần phân đoạn nặng nên không thể đưa trực tiếp vào cụm phân xưởng công nghệ nâng chất lượng sản phẩm (cụm NHT/CCR/ISOM) được mà phải qua phân xưởng chưng cất chính (CDU) để phân tách thành các phân đoạn phù hợp.
Xuất phát từ tình hình hiện tại như trên, kết hợp với những yếu tố thuận lợi về thị trường như: nhu cầu của xăng 95/92 tăng, chênh lệch giá của xăng so với dầu diesel đang cao, nhận thấy, NMLD Dung Quất có cơ hội lớn để nâng hiệu quả kinh tế tổng thể khi nhập condensate và đưa vào các phân xưởng công nghệ (CDU/NHT/ISOM/CCR) để chế biến/cải thiện chất lượng phân đoạn để phối trộn vào sản phẩm xăng. Giải pháp này không những mang lại hiệu quả kinh tế cho NMLD Dung Quất mà còn có ý nghĩa trong việc giảm/dừng việc xuất khẩu condensate thô với giá rẻ ra nước ngoài, mang lại thêm lợi ích kinh tế cho quốc gia.
Với những phân tích nêu trên, luận văn xin được lựa chọn trình bày đề tài: “Xây dựng cơ sở dữ liệu của dầu condensate Hải Thạch-Mộc Tinh để đánh giá khả năng chế biến và hiệu quả kinh tế tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất”.
Xây dựng cơ sở dữ liệu của dầu condensate Hải Thạch-Mộc Tinh để đánh giá khả năng chế biến và hiệu quả kinh tế tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất
CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VÀ NGUỒN NGUYÊN LIỆU CONDENSATE
Tổng quan về Nhà máy Lọc dầu Dung Quất
Nhà máy lọc dầu Dung Quất được xây dựng với tổng diện tích sử dụng trên 800 ha, trong đó có 337 ha mặt đất và 471 ha mặt biển. Công suất chế biến của Nhà máy 6,5 triệu tấn dầu thô/năm – tương đương 148.000 thùng/ngày;
Mặt bằng nhà máy có 4 khu vực chính gồm: các phân xưởng công nghệ và phụ trợ, khu bể chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm và phao rót dầu không bến, hệ thống lấy và xả nước biển;
Nhà máy có các phân xưởng công nghệ và phân xưởng PolyPropylen nằm ngoài khu vực của nhà máy:
Phân xưởng chưng cất khí quyển – CDU
Phân xưởng xử lý naphta bằng Hydro – NHT
Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục – CCR
Phân xưởng xử lý Kerosene – KTU
Phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi cặn khí quyển – RFCC
Phân xưởng xử lý LPG – LTU
Phân xưởng xử lý naphta của phân xưởng RFCC – NTU
Phân xưởng xử lý nước chua – SWS
Phân xưởng tái sinh Amin – ARU
Phân xưởng trung hòa kiềm thải – CNU
Phân xưởng thu hồi Propylene – PRU
Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh – SRU
Phân xưởng isome hóa – ISOM
Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro – LCO HDT
Cơ cấu sản phẩm của Nhà máy gồm 6,5 triệu tấn các loại như sau: Lưu huỳnh, Hạt nhựa Polypropylen, LPG, Xăng 92/95, E5 RON92, Nhiên liệu phản lực Jet A1, Dầu hỏa, Diesel, Dầu đốt (FO).
Tổng quan về Condensate
Condensate là một hỗn hợp đồng thể ở dạng lỏng thu được từ nguồn khí mỏ khai thác lên sau khi đã tách khí không ngưng, thành phần của condensate chủ yếu là hydrocarbon no, tỉ trọng của condensate khoảng 0,56-0,78 (50-120oAPI) bao gồm các hydrocarbon có số nguyên tử C là 1 và 2 (C1, C2), khí hoá lỏng (LPG) bao gồm C3, C4, condensate thu được từ quá trình ngưng tụ khí mỏ. Thông thường, trong một số giếng dầu tồn tại cả dầu thô và khí (khí đồng hành). Giữa hai pha dầu thô và khí tồn tại một pha cân bằng, trong đó một phần khí bị hoà tan vào trong dầu thô. Lượng khí hoà tan này phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất dưới các giếng dầu. Nhiệt độ càng thấp, áp suất càng cao thì lượng khí hoà tan càng lớn và ngược lại. Khi khí đồng hành được khai thác lên, nó kéo theo các cấu tử nặng hơn C4 như C5, C6, C7… Các cấu tử nặng này được tách ra ở dạng lỏng, có tính chất gần giống xăng và được gọi là xăng tự nhiên (natural gasoline), chúng được sử dụng để bổ sung vào các sản phẩm được chế biến từ phần nhẹ của dầu thô như: xăng, nhiên liệu hàng không… Ngay bản thân khí được khai thác từ các mỏ khí thiên nhiên (không có dầu thô) cũng có các cấu tử nặng này và chúng cũng được thu hồi, sử dụng tương tự như trong trường hợp khí đồng hành. Tuy cùng được xếp chung là các sản phẩm lỏng thu hồi từ khí nhưng thành phần và nguồn gốc của condensate có sự khác biệt so với xăng tự nhiên. Khi độ sâu khai thác tăng lên, hoặc ở các mỏ khí – condensate (gas-condensate fields) nằm rất sâu dưới lòng đất, nhiệt độ và áp suất trong mỏ tăng lên rất cao [1] vượt quá áp suất (nhiệt độ) tới hạn của hỗn hợp thì cân bằng hai pha như trình bày ở trên trở thành cân bằng một pha, có nghĩa là C1, C2 và hydrocarbon nặng hơn tồn tại ở trạng thài quá tới hạn (supercritical), là dạng trung gian giữa pha khí và pha lỏng. Pha trung gian này được khai thác lên và được phân tách thành hai pha khí và lỏng và pha lỏng này được gọi là condensate.
CHƯƠNG 2 – CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC TÍNH CHẤT CỦA CONDENSATE
Việc xây dựng cơ sở dữ liệu của dầu thô, hoặc condensate là điều kiện bắt buộc để đánh giá khả năng chế biến và hiệu quả kinh tế của các loại nguyên liệu này. Trong phạm vi luận văn này, các tính chất vật lý và hóa học của Condensate Hải thạch – Mộc tinh đã được xác định trên các thiết bị được tiêu chuẩn hóa để làm cơ sở khoa học cho các đánh giá sau này. Các thiết bị và tiêu chuẩn đi kèm phục vụ cho nghiên cứu tính chất của nguyên liệu được trình bày như sau
Stt
Thiết bị sử dụng
Phương pháp phân tích
Giới thiệu thiết bị và phạm vi áp dụng
1
Thiết bị chưng cất mô phỏng điểm sôi thực TBP
ASTM D2892-18a
Thiết bị phân tích mô phỏng điểm sôi thực theo ASTM D2892 do hãng Rofa sản xuất có model TBP 20L; Thiết bị này được áp dụng để xác định điểm sôi thực của nguyên liệu dầu thô đến nhiệt độ cắt 400 oC tại áp suất khí quyển và các loại nguyên liệu có áp suất hơi Red nhỏ hơn 82.7 Kpa (12Psi) đến nhiệt độ cắt 400 oC theo tiêu chuẩn ASTM D2892.
2
Thiết bị phân tích Trị số RON
ASTM D2699-19
Thiết bị phân tích trị số RON theo ASTM D2699 có Model: F1/F2 Combination do hãng Waukesha sản suấtThiết bị này sử dụng để xác định trị số Octan các loại nhiên liệu thương phẩm thông dụng được sản xuất cho các động cơ đánh lửa có dải đo từ 40 đến 120 đơn vị trị số Octane nghiên cứu (RON) theo ASTM D2699.
3
Thiết bị chưng cất khí quyển
ASTM D86-18
Thiết bị phân tích chưng cất khí quyển theo ASTM D86 số Model OptiDist do hãng PAC sản xuất;Thiết bị này được áp dụng cho việc xác định định lượng khoảng nhiệt độ sôi đặc trưng ở áp suất khí quyển của các sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu lỏng như các phần cất nhẹ và trung bình, các loại nhiên liệu động cơ có chứa hoặc không chứa thành phần oxygenate.
4
Thiết bị chưng cất chân không
ASTM D1160-18
Thiết bị phân tích chưng cất áp suất chân không có Model P1280 do hãng Normalab Analis sản suất. Thiết bị này áp dụng cho việc xác định khoảng nhiệt độ sôi ở áp suất chân không của các sản phẩm dầu mỏ và nhiên liệu diesel sinh học mà có thể bay hơi một phần hoặc toàn bộ ở nhiệt độ lỏng tối đa 400oC.
5
Thiết bị xác định khối lượng riêng ở 15oC
ASTM D4052-18a
Thiết bị phân tích khối lượng riêng tự động có model DA 500 do hãng PAC sản suất; Thiết bị này áp dụng việc xác định khối lượng riêng hoặc khối lượng riêng tương đối (tỷ trọng) của dầu thô và các sản phẩm dầu mỏ lỏng có áp suất hơi Reid không quá 100 kPa và độ nhớt không quá 15000 mm2/s.
6
Thiết bị đo độ nhớt tự động và đo độ nhớt bằng tay
ASTM D445-19
Thiết bị phân tích xác định độ nhớt bằng tay có model TV 4000 do hãng TAMSON sản xuất. Xác định độ nhớt động học của các chất lỏng sáng màu và tối màu có giới hạn xác định trong khoảng độ nhớt từ 0,2 ÷ 300 000 mm2/s tại tất cả các nhiệt độ theo tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM D445.
7
Thiết bị ICP
ASTM D5708B-15
Thiết bị phân tích hàm lượng kim loại theo ASTM D5708 có model Optima 5300 do hãng Perkin Elmer sản xuất. Thiết bị này áp dụng xác định hàm lượng kim loại Ni, V và Fe trong dầu thô và cặn dầu .
8
Thiết bị đo lưu huỳnh tổng
ASTM D4294-16e1
Thiết bị phân tích hàm lượng lưu huỳnh tổng theo ASTM D4294 có model SLFA 2100 do hãng Horiba sản xuất. Thiết bị này xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng trong các sản phẩm dầu mỏ như diesel, naphtha, kerosene, cặn, dầu bôi trơn, dầu thủy lực, nhiên liệu phản lực, dầu thô, xăng không chì, xăng pha cồn, nhiên liệu diesel sinh học và các sản phẩm cất khác có khoảng từ 0,0017 ÷ 4,6% khối lượng
9
Thiết bị GC#10 xác định thành phần– DHA)
ASTM D6733-01(16)
Thiết bị phân tích xác định thành phần hydrocacbon theo ASTM D6733 có model Agilent 6890N do hãng AC sản xuất. Thiết bị này sử dụng phân tích mẫu lỏng sử dụng cột DHA, đầu dò MSD nhằm xác định một số cấu tử chưa biết dòng sản phẩm.
10
Thiết bị TS3000 đo hàm lượng lưu huỳnh tổng
ASTM D5453-19
Thiết bị phân tích xác định hàm lượng lưu huỳnh tổng theo ASTM D5453 có model TN-3000 do hãng Thermo Electron sản xuất. Thiết bị này xác định lưu huỳnh trong hydrocacbon lỏng (sản phẩm naphtha, các phân đoạn chưng cất, dầu máy, ethanol, FAME, gasoline, diesel, biodiesel và xăng máy bay) có khoảng nhiệt độ sôi từ 25−400 0C, độ nhớt trong khoảng 0.2 đến 20 cSt (mm2/S) ở nhiệt độ môi trường, khoảng xác định 1-8000 mg/kg, chỉ áp dụng cho mẫu có hàm lượng halogen nhỏ hơn 0.35% khối lượng.
11
Thiết bị đo độ bôi trơn
ASTM D6079-18
Thiết bị phân tích độ bôi trơn theo ASTM D6079 có model HFRR do hãng PCS Instruments sản xuất.Thiết bị này áp dụng cho việc đánh giá độ bôi trơn của các nhiên liệu cất trung bình như nhiên liệu diesel loại 1-D S15, S500, S5000 và loại 2-D S15, S500, S5000 (theo tiêu chuẩn D975), cho các nhiên liệu gốc dầu mỏ tương tự mà có thể dùng trong động cơ diesel, và cho nhiên liệu diesel sinh học bằng thiết bị kiểu pittông cao tần
12
Thiết bị đo hàm lượng Mercaptan
ASTM D3227-16
Thiết bị phân tích hàm lượng Mercaptan theo ASTM D3227 có model T50M do hãng Mettler Tolerdo sản xuất. Thiết bị này xác định hàm lượng Mercaptan trong xăng, kerosen, nhiên liệu động cơ phản lực có giới hạn xác định từ 0,0003% đến 0,01% khối lượng bằng phương pháp chuẩn độ điện thế
13
Thiết bị đo trị số axit
ASTM D3242-11(2017)và ASTM D664-18e2
Thiết bị phân tích trị số axit có model T50M do hãng Mettler Tolerdo sản xuất. Thiết bị này xác định chỉ số axit trong nhiên liệu phản lực có giới hạn xác định: 0,000÷0,100 mgKOH/g bằng phương pháp chuẩn độ tự động và chỉ số axit trong sản phẩm dầu mỏ, dầu nhờn, diezen sinh học và hỗn hợp của diezen sinh học có giới hạn xác định: 0,1÷ 150 mgKOH/g bằng phương pháp chuẩn độ tự động.
14
Thiết bị đo điểm chớp cháy TAG
ASTM D56-16a
Thiết bị phân tích điểm chớp cháy cốc kín theo ASTM D56 có model FP56 5G2 do hãng PAC ISL sản xuất;Thiết bị này sử dụng để xác định điểm chớp cháy của chất lỏng có độ nhớt nhỏ hơn 5.5 mm2/s ở 40oC hoặc nhỏ hơn 9.5 mm2/s ở 25oC và có điểm chớp cháy nhỏ hơn 93oC
15
Thiết bị đo điểm chớp cháy (PMCC)
ASTM D93-18
Thiết bị phân tích điểm chớp cháy cốc kín theo ASTM D93 có model FP93 5G2 do hãng PAC ISL sản xuất. Thiết bị này sử dụng để xác định điểm chớp cháy của sản phẩm dầu mỏ trong khoảng nhiệt độ từ 40oC đến 370oC, của nhiên liệu sinh học trong khoảng nhiệt độ từ 60oC đến 190oC
16
Thiết bị đo hàm lượng cặn cacbon
ASTM D4530-15
Thiết bị phân tích xác định hàm lượng cặn cacbon theo ASTM D4530 có model NMC 440 do hãng Normalab Analis sản xuất. Thiết bị này áp dụng cho việc xác định hàm lượng cặn cacbon trong khoảng 0,10 ÷ 30% khối lượng của các sản phẩm dầu mỏ bị phân huỷ một phần ở điều kiện chưng cất khí quyển
17
Thiết bị đo điểm chảy
ASTM D97-17b
Thiết bị phân tích điểm chảy theo ASTM D97 có model P592 do hãng Normalab Analis sản xuất. Thiết bị này xác định điểm chảy cho tất cả các loại sản phẩm dầu mỏ theo tiêu chuẩn ASTM D97
18
Thiết bị ăn mòn tấm đồng
ASTM D130-19
Thiết bị phân tích ăn mòn tấm đồng theo ASTM D130 có model BMT322 do hãng Normalab Analis sản xuất. Thiết bị này được sử dụng để xác định ăn mòn tấm đồng của nhiên liệu tuốc bin hang không, xăng động cơ, dầu hỏa, nhiên liệu dầu diêzên và các hydrocacbon khác có áp suất hơi không lớn hơn 124 kPa tại 37.8oC.
19
Thiết bị đo thành phần hydrocacbon
ASTM D1319-18
Thiết bị phân tích thành phần hydrocacbon có model 941600 do hãng Normalab Analis sản xuất. Thiết bị này dung để xác định thành phần hydrocacbon trong phân đoạn chung7n cất dầu mỏ có nhiệt độ sôi <315 oC.
20
Thiết bị đo tỷ trọng ở nhiệt độ cao DM45
ASTM D4052-18a
Giới thiệu về thiết bị: Thiết bị phân tích khối lượng riêng ở nhiệt độ cao có model DM45 do hãng Mettler Toledo sản xuất. Xác định khối lượng riêng hoặc tỷ trọng của các sản phẩm dầu mỏ và mẫu nhớt có thể được xử lý theo cách thông thường như chất lỏng tại nhiệt độ đo và có áp suất hơi tổng nhỏ hơn 100 kPa (ASTM D5191) và độ nhớt không quá 15000 mm2/s (ASTM D445) theo tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM D4052.
