Nghiên cứu sự hình thành NH4Cl tại các thiết bị ở phân xưởng CCR nhà máy Lọc Dầu Dung Quất: Tác hại và giải pháp khắc phục

Nghiên cứu sự hình thành NH₄Cl tại các thiết bị ở phân xưởng CCR nhà máy Lọc Dầu Dung Quất: Tác hại và giải pháp khắc phục

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp tại Việt Nam thì nhu cầu về sản phẩm xăng dầu trong nước ngày càng tăng mạnh. Để đáp ứng được nhu cầu này NMLD Dung Quất đã tìm các giải pháp để nâng cao hiệu quả kinh tế, như tăng công suất, đa dạng hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm, tìm kiếm các giải pháp tối ưu, tìm các loại dầu thô rẻ hơn. Tuy nhiên, với cấu hình của NMLD Dung Quất được thiết kế để chế biến các loại dầu thô tương đối ngọt, ít cặn bẩn, ít tạp chất, v.v. nên đã gây ra nhiều hạn chế khi chế biến một số loại dầu thô rẻ hơn (chứa nhiều tạp chất) được nhập từ nước ngoài như dầu thô Azeri light, Ruby, Espo, WTI.

Với việc phải chế biến các loại dầu thô chứa nhiều tạp chất hơn so với thiết kế ban đầu, đặc biệt là hàm lượng nitơ, clo hữu cơ nên đã gây ra một số ảnh hưởng đối với các phân xưởng công nghệ.

Trong thời gian qua phân xưởng CCR đã xảy ra tình trạng đóng cặn muối NH₄Cl tại các thiết bị ở khu vực hạ nguồn như tháp tách Debutanizer, các thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống đầu vào máy nén, v.v. làm giảm chất lượng của các sản phẩm Reformate, khí LPG, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất, gây ăn mòn hệ thống đường ống và thiết bị. Vì vậy, việc “Nghiên cứu sự hình thành NH₄Cl tại các thiết bị ở phân xưởng CCR nhà máy Lọc Dầu Dung Quất: Tác hại và giải pháp khắc phục” là nhiệm vụ thật sự cấp bách và cần thiết hiện nay tại NMLD Dung Quất, giúp duy trì an toàn và đảm bảo tính ổn định vận hành phân xưởng.

1. Mục đích nghiên cứu

• Nghiên cứu xác định chính xác các nguyên nhân hình thành muối NH₄Cl tại các thiết bị thuộc phân xưởng CCR;
• Xác định các tác hại do hiện tượng đóng muối NH₄Cl này gây ra;
• Đề xuất bộ giải pháp để xử lý trong từng trường hợp cụ thể.

1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Xác định nguồn gốc của nitơ, clo, HCl.
• Đánh giá sự hình thành NH₄Cl tại các thiết bị khu vực hạ nguồn của phân xưởng CCR.
• Phân tích cơ chế gây ăn mòn của NH₄Cl đối với hệ thống.

1. Phương pháp nghiên cứu của đề tài

• Dùng phương pháp thống kê dữ liệu các kết quả phân tích mẫu dầu thô; phân tích tình trạng già hóa của xúc tác CCR để từ đó xác định thành phần các tạp chất.
• Nghiên cứu nguyên nhân và cơ chế hình thành muối NH₄Cl tại các thiết bị thuộc phân xưởng CCR NMLD Dung Quất.
• Tìm hiểu các bài báo quốc tế về các vấn đề đã gặp về hiện tượng đóng muối NH₄Cl. Từ đó bổ sung vào đề tài nghiên cứu để áp dụng tại NMLD Dung Quất trong thời gian đến.

1. Nội dung nghiên cứu của đề tài

• Xác định nguyên nhân hình thành muối NH₄Cl.
• Xác định các tác hại do hiện tượng đóng muối NH₄Cl gây ra.
• Các giải pháp xử lý vấn đề muối Ammonium chloride NH₄Cl.

1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

• Xử lý được các vấn đề tạo muối NH₄Cl gây đóng cặn, ăn mòn tại các thiết bị thuộc phân xưởng CCR;
• Giúp phân xưởng CCR tại NMLD Dung Quất vận hành ổn định;
• Giúp nhà máy chế biến được nhiều chủng loại dầu thô khác nhau;
• Có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho công tác đào tạo, cũng như chia sẽ nghiên cứu này cho một số nhà máy Lọc dầu khác.

CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

• 1. Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất
     1. Địa điểm xây dựng nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc địa bàn các xã Bình Trị và Bình Thuận, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi, nằm trong Khu kinh tế Dung Quất.

• • 1. Công suất chế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất được thiết kế với công suất chế biến 6,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 148.000 thùng/ngày. Dự kiến sau khi mở rộng, công suất chế biến sẽ tăng lên 8.5 triệu tấn/năm

• • 1. Cấu hình nhà máy lọc dầu Dung Quất
• Gồm 14 phân xưởng công nghệ chính: CDU, NHT, CCR, KTU, RFCC, LTU, NTU, SWS, ARU, CNU, PRU, SRU, ISOM, LCO-HDT và nhà máy PP.
• Và 10 phân xưởng phụ trợ: Để đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho quá trình hoạt động của nhà máy.
  1. Giới thiệu phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)
     1. Mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác

Phân xưởng CCR được thiết kế với công suất chế biến là 21.100 BPSD nhằm chuyển hóa phân đoạn naphtha nặng đã được xử lý bằng hydro thành các cấu tử có chỉ số RONC khoảng 102 để phối trộn xăng thương phẩm có chỉ số RON 92/95; Đây là phân xưởng cung cấp nguồn hydro chính duy nhất cho toàn bộ nhà máy.

• • 1. Giới thiệu tháp tách Debutanizer tại phân xưởng CCR

Tháp Debutanizer được thiết kế để tách loại các cấu từ nhẹ C₄^– ra khỏi dòng sản phẩm lỏng Reformate nhằm mục đích điều chỉnh áp suất hơi bão hòa (RVP) của dòng sản phẩm Reformate ở đáy tháp và thành phần C₅⁺ đi ra cùng với dòng khí hóa lỏng LPG ở đỉnh tháp.

CHƯƠNG 2 – XÁC ĐỊNH CÁC TÁC NHÂN/ ĐIỀU KIỆN ĐỂ HÌNH THÀNH MUỐI NH₄Cl TẠI CÁC THIẾT BỊ Ở PHÂN XƯỞNG CCR

• 1. Xác định các tác nhân và điều kiện để hình thành muối NH₄Cl tại các thiết bị ở phân xưởng CCR
     1. Tạp chất nitơ, lưu huỳnh và clo có trong dầu thô

Như đã đề cập tại chương trước, NMLD Dung quất được thiết kế để chế biến các loại dầu thô này, cụ thể: Hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 0,14 %wt; nitơ tối đa là 520 ppm wt và clo hữu cơ trong dầu thô tối đa là 0,15 mg/kg.

Tuy nhiên khi đến giai đoạn cuối của quá trình khai thác của các mỏ dầu thì hàm lượng các tạp chất này tăng cao. Bên cạnh đó đối với hầu hết các chủng loại dầu thô nhập khẩu hiện nay thì thành phần các tạp chất này luôn cao hơn so với giá trị thiết kế, đặc biệt là nitơ có hàm lượng rất cao và giao động khoảng 1.100÷2.130 ppm wt. Kết quả là phân đoạn naphtha nặng sau khi xử lý tại NHT và là nguyên liệu cho phân xưởng CCR vẫn còn chứa chứa tạp chất nitơ cao. Đây là các cấu tử chính để tạo ra muối NH₄Cl tại phân xưởng CCR.

• • 1. Tác nhân có nguồn gốc từ clo ngay tại ở phân xưởng CCR
       1. Nồng độ khí acid HCl trong dòng khí Hydro tuần hoàn tại phân xưởng CCR theo thiết kế

Bảng 2.4 – Khí acid HCl trong hydro tuần hoàn theo thiết kế

• • • 1. Nồng độ khí HCl trong dòng khí hydro tuần hoàn thực tế

Theo số liệu kết quả phân tích được thực hiện bởi phòng thí nghiệm NMLD Dung Quất cho thấy, nồng độ khí acid HCl có trong dòng khí hydro tuần hoàn tại phân xưởng CCR đã tăng lên đáng kể, đặc biệt có những thời điểm giá trị này tăng rất cao đến 4,5 ppm mol.

Bảng 2.5 – Nồng độ khí acid HCl trong dòng khí hydro tuần hoàn thực tế

Từ dữ liệu ở bảng 2.4 và bảng 2.5 ở trên cho thấy nồng độ khí acid HCl thực tế có trong dòng khí hydro tuần hoàn luôn cao hơn so với giá trị thiết kế. Nguyên nhân chính của sự tăng cao này là do hoạt tính của xúc tác phân xưởng CCR đã bị giảm rất nhiều theo thời gian hoạt động. Hình 2.5 bên dưới mô tả sự ảnh hưởng của diện tích bề mặt xúc tác đến lưu lượng phun hóa chất clo để duy trì nồng độ clo trên bề mặt xúc tác phân xưởng CCR.

Hình 2.5 – Ảnh hưởng của diện tích bề mặt xúc tác đến lưu lượng hóa chất clo phun vào hệ thống

• • 1. Giới hạn xử lý tạp chất nitơ trong nguyên liệu Naphtha của phân xưởng xử lý bằng hydro NHT

Mục đích chính của phân xưởng NHT là loại bỏ các tạp chất chứa lưu huỳnh, hợp chất chứa nitơ, hợp chất cơ kim và no hóa các olefin có trong nguyên liệu naphtha. Quá trình xử lý Naphtha bằng hydro tại phân xưởng NHT hiện nay đang sử dụng xúc tác S-120 (Co-Mo/ Al₂O₃) nhằm mục đích loại trừ các chất gây ngộ độc xúc tác phân xưởng CCR. Tuy nhiên, chủng loại xúc tác này rất hạn chế trong việc xử lý nitơ, vì vậy tạp chất nitơ vẫn còn tồn tại trong các dòng sản phẩm đi ra từ phân xưởng này.

• 1. Nghiên cứu cơ chế hình thành muối NH₄Cl

Muối NH₄Cl hình thành và đóng cặn tại các thiết bị ở phân xưởng CCR, theo các phản ứng sau:

• Giai đoạn 1:  Phản ứng giữa hợp chất chứa nitơ có trong nguyên liệu với hydro tạo thành NH₃ theo phản ứng sau:

N₂ (k) + 3H₂ (k)         NH₃ (k)  (H = –92 kJ/mol) (4)

Đặc điểm của phản ứng này là xảy ra ở nhiệt độ cao 450-500°C, áp suất cao, 200-300 atm và có mặt của chất xúc tác kim loại.

• Giai đoạn 2: Khí NH₃ hình thành ở giai đoạn 1 sẽ phản ứng với khí HCl theo tỷ lệ 1:1 để hình thành muối NH₄Cl

NH₃(k) + HCl(k) NH₄Cl (k) (5)

Sự hình thành NH₄Cl là một quá trình thuận nghịch và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Đây là một phản ứng tỏa nhiệt (ΔH⁰_f = -314,55 kJ / mol), nhiệt độ cao làm thay đổi trạng thái cân bằng đối

• 1. Xác định các điều kiện để muối NH₄Cl đóng rắn trên các thiết bị ở hạ nguồn của phân xưởng CCR

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KHOA 35\(R)16. Vuong Ngoc Trai\TOM TAT