dự án Nhà máy chưng cất dầu thô kiểu chân không và áp suất khí quyển 100 TPD Nigeria 2023.

Nhà máy chưng cất dầu thô ở áp suất thường và chân không: Thông số kỹ thuật và Lợi thế cạnh tranh

Nhà máy chưng cất dầu thô ở áp suất thường và chân không (AVDU) là bước đầu tiên cơ bản trong quá trình lọc dầu. Thường được gọi là "trái tim của nhà máy lọc dầu", chức năng chính của nó là tách hỗn hợp phức tạp các hydrocarbon trong dầu thô thành các phân đoạn riêng biệt hoặc "cắt" dựa trên điểm sôi của chúng. Sự tách biệt ban đầu này cung cấp các thành phần thiết yếu cho tất cả các đơn vị xử lý phía sau.

Bài viết này đi sâu vào các chi tiết kỹ thuật và những lợi thế quan trọng của thiết bị hạ tầng nhà máy lọc dầu then chốt này.

Phần 1: Thông số kỹ thuật

Quy trình được chia thành hai giai đoạn: chưng cất áp suất thường và chưng cất chân không.

1.1 Tiền xử lý: Khử muối

Trước khi đi vào các cột chưng cất, dầu thô phải được khử muối. Dầu thô thường chứa nước, muối vô cơ (chủ yếu là clorua như natri, canxi và magiê) và trầm tích.

Quá trình: Dầu thô được nung nóng và trộn với nước ngọt để hòa tan muối. Sau đó hỗn hợp được gửi đến một bình khử nước, nơi một trường điện tĩnh điện cao áp dụng. Khu vực này thúc đẩy sự hợp nhất của các giọt nước nhỏ thành những giọt lớn hơn, lắng đọng ở đáy và được thoát ra ngoài.

Mục đích: Loại bỏ muối là rất quan trọng để ngăn ngừa bẩn, ăn mòn và ngộ độc chất xúc tác trong các đơn vị hạ lưu. Muối có thể tạo ra axit clorua hydro (HCl) khi sưởi ấm, dẫn đến ăn mòn nghiêm trọng trong các hệ thống trên của cột chưng cất.

1.2 Đơn vị chưng cất khí quyển (ADU)

Dầu thô khử muối được tiếp tục nung nóng đến khoảng 350 °C - 380 °C trong một loạt các bộ trao đổi nhiệt (đường dây nhiệt trước) và lò đốt trực tiếp (gọi là lò sưởi ống hoặc lò).

Crude nóng, một phần hóa hơi sau đó được đưa vào Cột chưng cất khí quyển. Đây là một thiết bị hình trụ lớn hoạt động ở áp suất hơi cao một chút so với áp suất khí quyển để ngăn không khí lọt vào.

Cấu trúc bên trong: Cột được trang bị nhiều đĩa ngang hoặc vật liệu đệm để hỗ trợ quá trình truyền khối và truyền nhiệt giữa hơi đi lên và chất lỏng đi xuống.

Chưng cất phân đoạn: Khi hơi đi lên, nó sẽ nguội dần. Các thành phần có điểm sôi cao hơn sẽ ngưng tụ trên các đĩa phía dưới, trong khi các thành phần nhẹ hơn tiếp tục đi lên phía trên. Các dòng bên được lấy ra ở các độ cao khác nhau để thu thập các phân đoạn cụ thể:

Phần nhẹ: Khí (C1-C4) và naphta nhẹ thoát ra khỏi đỉnh cột.

Naphta nặng: Được lấy ra gần đỉnh cột, là nguyên liệu để sản xuất xăng.

Kerosene / Nhiên liệu máy bay: Được lấy ra thấp hơn, là phân đoạn có điểm sôi trung bình.

Dầu Diesel / Dầu khí: Được lấy ra ở vị trí thấp hơn nữa.

Hoàn lưu: Một phần chất lỏng ngưng tụ từ đỉnh tháp được bơm trở lại đỉnh cột dưới dạng hoàn lưu. Đây là yếu tố quan trọng để kiểm soát nhiệt độ cột và cải thiện hiệu suất tách các sản phẩm ở đỉnh tháp.

Sản phẩm đáy: Phần cặn còn lại từ đáy cột áp suất thường, gọi là Dầu cặn áp suất thường hoặc "long residue", quá nặng để bay hơi ở áp suất thường mà không bị phân hủy nhiệt (cracking). Phần cặn này được đưa vào đơn vị chưng cất chân không.

1.3 Đơn vị chưng cất chân không (VDU)

Để làm bay hơi các phân tử nặng hơn từ cặn dầu áp suất thường mà không gây ra hiện tượng phân hủy nhiệt, áp suất được giảm mạnh.

Quy trình: Cặn dầu áp suất thường được đun nóng trong lò chân không đến khoảng 380°C - 420°C và đưa vào Cột chưng cất chân không. Cột này hoạt động dưới điều kiện chân không cao (áp suất tuyệt đối từ 10 đến 40 mmHg), làm giảm đáng kể điểm sôi của các hydrocarbon.

Tạo chân không: Chân không chủ yếu được duy trì bởi một loạt bộ tạo chân không dùng hơi (thường được theo sau bởi các bơm chân không vòng nước). Bộ tạo chân không dùng hơi hoạt động dựa trên nguyên lý Venturi để hút các khí (không khí và hydrocarbon nhẹ) từ đỉnh tháp.

Cấu trúc bên trong: Để giảm thiểu tổn thất áp suất qua tháp, người ta sử dụng vật liệu đệm cấu trúc có tổn thất áp suất thấp thay vì dùng đĩa. Đường kính của tháp cũng lớn hơn so với tháp chưng cất khí quyển.

Chưng cất phân đoạn: Tháp tách dư thành các sản phẩm sau:

Dầu khí chân không (VGO): Được lấy ra dưới dạng dòng bên; đây là nguồn nguyên liệu quan trọng cho các phân xưởng Cracking xúc tác dòng (FCC) và phân xưởng hydrocracking.

Dầu cặn chân không / "Short Residue": Sản phẩm đáy, thường được sử dụng để sản xuất bitum, pha trộn nhiên liệu dầu đốt, hoặc làm nguyên liệu cho phân xưởng coker.

Phần 2: Ưu điểm kỹ thuật

Thiết kế và vận hành của một phân xưởng AVDU hiện đại mang lại nhiều lợi thế quan trọng sau:

1. Tích hợp năng lượng cao và hiệu quả

Các thiết bị chưng cất chân không hiện đại (AVDU) là các chuyên gia trong việc tích hợp nhiệt. Một mạng lưới rộng lớn các thiết bị trao đổi nhiệt (gọi là "dàn gia nhiệt trước") sử dụng các dòng sản phẩm nóng để làm nóng trước dầu thô lạnh đầu vào. Điều này làm giảm đáng kể mức tiêu thụ nhiên liệu của các lò đốt, giảm chi phí vận hành và lượng khí thải carbon của nhà máy lọc dầu. Việc sử dụng các thiết bị trao đổi nhiệt đường truyền (TLEs) ngay sau lò đốt tiếp tục thu hồi nhiệt lượng ở mức cao.

2. Tính linh hoạt trong vận hành

Một AVDU được thiết kế tốt có thể xử lý đa dạng các loại dầu thô (từ dầu nhẹ ngọt đến dầu nặng có lưu huỳnh). Các kỹ sư vận hành có thể điều chỉnh các thông số chính – nhiệt độ đầu ra của lò đốt, tỷ lệ hoàn lưu, và tốc độ lấy sản phẩm – để tối ưu hóa sản lượng các sản phẩm có giá trị cao nhất (ví dụ: tối đa hóa sản lượng diesel thay vì dầu nhiên liệu) dựa trên nhu cầu thị trường và loại dầu thô đầu vào.

3. Nền tảng cho quá trình chế biến tiếp theo

AVDU cung cấp các nguyên liệu đã được làm sạch và phân tách riêng biệt cho các đơn vị chuyên dụng trong quá trình chế biến tiếp theo:

Xăng nhẹ (Naphtha) đến các thiết bị reforming xúc tác để sản xuất xăng có chỉ số octane cao.

Dầu khí đưa đến các thiết bị hydrodesulfur hóa để loại lưu huỳnh.

VGO đưa đến FCC hoặc các thiết bị hydrocracking để phân tách các phân tử nặng thành xăng và diesel.

Sự tách biệt sạch ban đầu này là yếu tố thiết yếu cho hiệu suất và tuổi thọ của những cụm phụ trợ phức tạp này.

4. Điều khiển Quá trình Nâng cao (APC)

Các cụm thiết bị hiện đại được trang bị hệ thống Điều khiển Phân tán (DCS) và các thuật toán Điều khiển Quá trình Nâng cao. APC cho phép:

Kiểm soát chất lượng chặt chẽ hơn: Duy trì liên tục các đặc tính sản phẩm (ví dụ: điểm chớp cháy, dải nhiệt độ sôi).

Tối đa hóa năng suất: Đẩy giới hạn thủy lực của cột một cách an toàn để tăng tốc độ xử lý dầu thô.

Tối ưu hóa sử dụng năng lượng: Điều chỉnh động hoạt động để đạt chi phí năng lượng thấp nhất.

5. Tăng cường năng suất và giá trị sản phẩm

Đơn vị chân không, đặc biệt, mang lại giá trị đáng kể. Bằng cách sử dụng chưng cất chân không thay vì chỉ chưng cất khí quyển, một nhà máy lọc dầu có thể chuyển đổi dầu nhiên liệu cặn có giá trị thấp thành dầu chân không VGO có giá trị cao, sau đó được nâng cấp thành nhiên liệu vận tải (xăng, diesel, nhiên liệu máy bay). Điều này làm tăng đáng kể tổng lượng sản phẩm có giá trị thu được từ mỗi thùng dầu thô.

6. Độ tin cậy và Tuổi thọ dài của Chu kỳ vận hành

Mặc dù chịu tác động của ăn mòn và bám cặn, AVDU là công nghệ chắc chắn và đã được chứng minh hiệu quả. Với việc lựa chọn vật liệu phù hợp (ví dụ: mâm phủ chống ăn mòn), xử lý hóa chất hiệu quả (ví dụ: chất chống bám cặn, chất ức chế ăn mòn), và bảo trì cẩn thận, các đơn vị này có thể vận hành liên tục từ 3 đến 5 năm giữa các lần dừng bảo trì lớn (turnarounds), đảm bảo mức độ sẵn sàng cao cho nhà máy lọc dầu.

Kết Luận

Thiết bị chưng cất khí quyển và chân không là một kiệt tác của kỹ thuật hóa học, kết hợp các nguyên lý vật lý cơ bản với công nghệ vô cùng tiên tiến. Những ưu điểm kỹ thuật của nó — từ hiệu suất năng lượng vượt trội và tính linh hoạt trong vận hành cho đến việc cung cấp nền tảng thiết yếu cho toàn bộ nhà máy lọc dầu hiện đại — khẳng định vai trò không thể thay thế trong việc chuyển đổi dầu thô thành các sản phẩm quan trọng phục vụ nền kinh tế toàn cầu. Những cải tiến liên tục trong vật liệu, điều khiển quá trình và tích hợp nhiệt lượng đảm bảo thiết bị này vẫn là chuẩn mực về hiệu quả và độ tin cậy.