Tối đa thu hồi cấu tử Propylene bằng giải pháp giảm độ tinh khiết dòng sản phẩm propylene, tăng công suất chế biến của phân xưởng Polypropylene tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất
HÓA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
TẠP CHÍ DẦU KHÍ
Số 2 - 2021, trang 28 - 32
ISSN 2615-9902
TỐI ĐA THU HỒI CẤU TỬ PROPYLENE BẰNG GIẢI PHÁP GIẢM ĐỘ TINH
KHIẾT DÒNG SẢN PHẨM PROPYLENE, TĂNG CÔNG SUẤT CHẾ BIẾN CỦA
PHÂN XƯỞNG POLYPROPYLENE TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
Nguyễn Thành Bông
Công ty Cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn
Email: bongnt@bsr.com.vn
Tóm tắt
Áp dụng phân tích số liệu và công cụ mô phỏng công nghệ để nghiên cứu khả năng thu hồi tối đa cấu tử khí propylene trong LPG sản
xuất từ Phân xưởng cracking xúc tác (RFCC).
Bài báo giới thiệu giải pháp giảm độ tinh khiết của dòng sản phẩm propylene từ Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) để tăng thu hồi
cấu tử propylene. Quá trình thử nghiệm giải pháp này đã đạt được kết quả tốt, làm tăng thu hồi lượng khí propylene, tăng nguồn nguyên
liệu chế biến cho Phân xưởng hạt nhựa Polypropylene (PP) vận hành ở công suất cao hơn công suất thiết kế khoảng 3%.
Giải pháp đã được áp dụng vào thực tế sản xuất của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất từ tháng 8/2018, mang lại hiệu quả kinh tế cao với
giá trị làm lợi ước tính khoảng 2,5 triệu USD/năm.
Từ khóa: Propylene, hiệu suất thu hồi, độ tinh khiết, polypropylene, Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.
1. Giới thiệu
Phân xưởng PRU (Hình 1) tại Nhà máy Lọc dầu Dung
Quất được thiết kế để phân tách dòng sản phẩm khí hóa
lỏng LPG đã qua xử lý sản xuất từ Phân xưởng RFCC thành
các sản phẩm hỗn hợp khí butane + butene (hỗn hợp các
C4), khí propane (C3) và khí propylene (C3=). Dòng khí pro-
pylene được tách đến độ tinh khiết 99,5% khối lượng làm
nguyên liệu cho Phân xưởng PP [1].
Propylene có giá trị kinh tế cao hơn LPG và là nguồn
nguyên liệu chính của Phân xưởng PP tại Nhà máy Lọc
dầu Dung Quất. Phân xưởng PP có thể tăng công suất
chế biến lên đến 110% công suất thiết kế ở thời điểm
nghiên cứu. Thay vì mua thêm nguyên liệu propylene từ
bên ngoài, việc nghiên cứu các giải pháp tăng sản xuất
C3=/LPG tại RFCC và tăng độ thu hồi C3= tại PRU để tăng
nguồn nguyên liệu chế biến cho Phân xưởng PP sẽ làm
tăng lợi ích kinh tế cho Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.
Trong thực tế vận hành, lưu lượng LPG sản xuất từ
Phân xưởng RFCC thường ở mức cao nên Phân xưởng PRU
thường được vận hành ở công suất cao hơn, khoảng 110%
khối lượng công suất thiết kế. Từ tháng 4/2018, Phân xưởng
RFCC sử dụng phụ gia ZSM-5 để tăng sản xuất propylene/
LPG và xăng RON nên công suất Phân xưởng PRU đã tăng
lên đến mức 115% khối lượng công suất thiết kế. Khi công
suất Phân xưởng PRU tăng, độ thu hồi (recovery) của cấu
tử C3= bị giảm, làm tăng lượng C3= còn lẫn trong dòng pro-
pane từ Phân xưởng PRU (được phối trộn vào sản phẩm LPG
của nhà máy lọc dầu) (Hình 2).
Áp dụng phương pháp phân tích số liệu và sử dụng
công cụ mô phỏng công nghệ trình bày trong Mục 2
và 3, giải pháp giảm độ tinh khiết (purity) của dòng
C3= từ tháp tách propylene/propane T-2103 của Phân
xưởng PRU, từ giá trị thiết kế 99,5% khối lượng xuống
đến 99,4% khối lượng có thể giúp làm tăng thu hồi cấu
tử C3= còn lẫn trong dòng propane từ T-2103 mà không
làm thay đổi điều kiện vận hành bình thường của Phân
xưởng PRU và Phân xưởng PP.
Giải pháp này đã được thử nghiệm thành công và
đưa vào vận hành thực tế từ tháng 8/2018. Tóm tắt quá
trình nghiên cứu và thực hiện giải pháp như Hình 3.
Ngày nhận bài: 20/5/2020. Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 20/5 - 10/10/2020.
Ngày bài báo được duyệt đăng: 2/2/2021.
DẦU KHÍ - SỐ 2/2021
28
PETROVIETNAM
2. Xây dựng và tinh chỉnh mô hình mô
phỏng công nghệ của Phân xưởng
PRU
Phân xưởng PRU
Oꢀgas giàu ethane
C3=
Phân xưởng PP
Bình
Mô hình thiết bị và các dòng công
nghệ của Phân xưởng PRU được xây
dựng bằng phần mềm Petrosim (KBC)
(Hình 4). Sau đó mô hình được hiệu
chỉnh theo các bộ số liệu vận hành tiêu
biểu thực tế của Phân xưởng PRU. Dựa
trên kết quả hiệu chỉnh đạt được, đánh
giá kết quả mô phỏng của mô hình là sát
với thực tế vận hành của phân xưởng và
có thể sử dụng để dự đoán, định lượng
các thay đổi về lưu lượng và đặc tính các
dòng công nghệ và các thông số vận
hành theo các hàm mục tiêu.
hấp phụ
C3+C3=
Propylene
LPG
đã xử lý
Phân xưởng
RFCC & LTU
C3
Hỗn hợp C4s
LPG thành phẩm
Bồn chứa
LPG
Hỗn hợp C4 thành phẩm
Bồn chứa
hỗn hợp
C4
Hình 1. Tổng quan sơ đồ công nghệ Phân xưởng PRU
Lượng sản phẩm propylene và C3= trong sản phẩm LPG
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
21000
20800
20600
20400
20200
20000
19800
19600
19400
19200
19000
18800
3. Mô phỏng giải pháp và đánh giá
kết quả
Thực hiện mô phỏng thay đổi chỉ
tiêu độ tinh khiết của dòng propyl-
ene từ tháp tách T-2103, từ 99,5% khối
lượng xuống 99,4% khối lượng; dự báo
lưu lượng và đặc tính của các dòng sản
phẩm propylene và propane, các thay
đổi về thông số vận hành của tháp tách,
các điều chỉnh cần thiết nhằm đạt được
mục tiêu trên. Kết quả mô phỏng giải
pháp như Bảng 1.
Sử dụng phụ gia ZSM-5
0
10/1/18 30/1/18 19/2/18 11/3/18 31/3/18 20/4/18 10/5/18 30/5/18
C3= còn trong LPG Sản phẩm propylene
Hình 2. Lưu lượng dòng propylene và C3= chưa thu hồi trong LPG
Kết quả mô phỏng cho thấy, ở điều
kiện lưu lượng và đặc tính nguyên liệu
LPG đầu vào không thay đổi cũng như
điều kiện vận hành tại các tháp tách
T-2101 và T-2102 giữ ổn định, khi giảm
chỉ tiêu độ tinh khiết của dòng pro-
pylene tại tháp T-2103 thì có thể thu
hồi thêm lượng cấu tử C3= trong dòng
propane ở đáy tháp tách, làm tăng lưu
lượng dòng sản phẩm propylene lên
thêm khoảng 800 kg/giờ.
Xây dựng và tinh chỉnh
mô hình mô phỏng
Mô phỏng giải pháp
và đánh giá kết quả
Phân tích số liệu
vận hành
Đánh giá kết quả
thử nghiệm
Báo cáo và áp dụng vào
thực tế sản xuất
Thử nghiệm giải pháp
Hình 3. Quá trình thực hiện giải pháp
Để đạt được độ tinh khiết mới thấp
hơn, thông số vận hành chính của tháp
T-2103 có thể điều chỉnh như:
- Tăng nhiệt độ đun sôi đáy tháp
lên khoảng 0,5 oC; hoặc
- Giảm lưu lượng tuần hoàn đỉnh
tháp (reflux) khoảng 23 m3/giờ;
Hình 4. Mô hình và một trong các cửa sổ mô phỏng của mô hình
DẦU KHÍ - SỐ 2/2021
29
HÓA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
Bảng 1. Các dòng nguyên liệu và sản phẩm
Độ tinh khiết 99,5%
Độ tinh khiết 99,4%
Lưu lượng
Đơn vị tính
khối lượng
khối lượng
Dòng nguyên liệu LPG
Dòng C2 oꢀgas
Dòng propane T-2103
Dòng sản phẩm hỗn hợp các C4
Dòng sản phẩm propylene
Dòng sản phẩm LPG
tấn/giờ
tấn/giờ
m3/giờ
tấn/giờ
tấn/giờ
tấn/giờ
88
0,5
10,9
3
20,3
64,2
88
0,5
10,2
3
21,1
63,4
giờ, phần dư offgas được xả tự động ra phía
đuốc đốt (flare).
y = 1O1,67x2 - 2,7672x + 0,0371
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
Như vậy, lưu lượng offgas cần xả khi
giảm độ tinh khiết từ 99,5% xuống 99,4%
vẫn đảm bảo trong ngưỡng thiết kế của van
xả. Với ngưỡng thiết kế hiện tại của van xả,
độ tinh khiết vẫn có thể giảm sâu hơn xuống
dưới 99,4%. Tuy nhiên nếu độ tinh khiết
giảm sâu quá sẽ làm tăng đáng kể lưu lượng
offgas cần xả, vượt quá khả năng xử lý của
van xả. Việc xả offgas trực tiếp ra đuốc đốt
sẽ gây tổn thất hydrocarbon.
CE
Hàm lượng các tạp chất đi cùng trong
dòng propylene không tăng vì trước khi
dòng propylene được đưa sang Phân xưởng
PP đã được xử lý qua thiết bị hấp phụ (Puri-
fier) tại Phân xưởng PRU để khử các tạp chất
như: arsine, phosphine, COS... Bên cạnh đó,
dòng sản phẩm propylene luôn được lấy
mẫu giám sát hằng ngày đảm bảo các chỉ
tiêu tạp chất luôn trong ngưỡng cho phép.
0
50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%
Nồng độ propylene (mol.)
Hình 5. Ảnh hưởng của hàm lượng propane đến hiệu suất phản ứng polymer
- Có thể kết hợp vừa tăng nhiệt độ đun sôi vừa điều chỉnh lưu
lượng tuần hoàn để đạt được kết quả mục tiêu.
Về ảnh hưởng, hệ số ngập lụt (jet flood) của tháp sẽ tăng nhẹ nhưng
không đáng kể.
5. Kết quả
4. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng propane trong dòng
propylene nguyên liệu PP
Giải pháp đã được thử nghiệm và áp
dụng từ tháng 8/2018. Bảng 2 thể hiện số
liệu cân bằng vật chất của Phân xưởng PRU
và Phân xưởng PP sau khi áp dụng giải pháp.
Hiệu suất phản ứng tạo polymer có thể bị giảm nếu hàm lượng
propane trong dòng nguyên liệu tăng và tích lũy trong thiết bị phản
ứng do cấu tử propane không tham gia vào phản ứng tạo polymer, như
minh họa tại giản đồ theo số liệu thực nghiệm của Grace (Hình 5). Để
duy trì nồng độ propylene trong thiết bị phản ứng, propane cần được
xả qua offgas thông qua van điều khiển lưu lượng FV-3204. Lưu lượng
offgas qua FV-3204 thiết kế tối đa là 600 kg/giờ trong khi lưu lượng xả
bình thường hiện tại khoảng 480 kg/giờ, do đó có thể sử dụng nguyên
liệu propylene với hàm lượng propane cao hơn. Theo tính toán, lưu
lượng offgas tăng lên khoảng 80 kg/giờ khi nồng độ propane trong
nguyên liệu tăng tương ứng từ 0,5% lên 0,6%, tương ứng độ tinh khiết
của nguyên liệu propylene giảm từ 99,5% khối lượng xuống 99,4% khối
lượng. Bên cạnh đó, khi lưu lượng offgas dao động cao hơn 600 kg/
Các biểu đồ Hình 6 và 7 thể hiện mức
tăng thực tế độ thu hồi C3= tại Phân xưởng
PRU và công suất chế biến của Phân xưởng
PP từ khi áp dụng giải pháp.
Giải pháp tăng thu hồi C3= thông qua
việc giảm độ tinh khiết dòng propylene
mang lại những lợi ích thiết thực cho Nhà
máy Lọc dầu Dung Quất, đặc biệt là hiệu quả
kinh tế. Việc áp dụng giải pháp này trong
thực tế sản xuất đã giúp thu hồi tối đa cấu tử
propylene có giá trị kinh tế cao, giúp nâng
DẦU KHÍ - SỐ 2/2021
30
PETROVIETNAM
Bảng 2. Cân bằng vật chất của Phân xưởng PRU và Phân xưởng PP khi áp dụng giải pháp
Độ tinh khiết
Đơn vị tính
Độ tinh khiết
99,4%
Thông số
Thay đổi
99,5%
Nguyên liệu LPG
tấn/giờ
% khối lượng
tấn/giờ
86,9
112,6
3,2
86,6
-0,3
-0,40
+2,3
-0,2
Công suất Phân xưởng PRU
Sản phẩm hỗn hợp các C4
C2 oꢀgas
112,2
5,5
tấn/giờ
1,1
0,9
Sản phẩm LPG
tấn/giờ
62,3
59,4
-2,9
Sản phẩm propylene
Độ tinh khiết propylene
Độ thu hồi C3=
tấn/giờ
20,57
99,51
92,6
109,1
21,11
99,42
95,3
111,7
+0,54
-0,09
+2,7
+2,6
% khối lượng
% khối lượng
Công suất cân bằng phân xưởng polypropylene
% khối lượng
tấn polypropylene/tấn
propylene
97,99%
97,86%
-0,12%
Hiệu suất chuyển hóa polypropylene
99,6
99,55
99,5
Độ thu hồi C3=
Độ tinh khiết
99
97
95
93
99,45
99,4
91
89
87
99,35
99,3
85
31/ 12/2017
10/4/2018
19/7/2018
27/10/2018
4/2/2019
15/5/2019
23/8/2019
Hình 6. Độ thu hồi C3= và độ tinh khiết propylene
Công suất phân xưởng PP và lưu lượng oꢀgas
115
16
14
12
10
8
113
111
109
107
105
103
101
99
6
97
95
43100
4
43200
43300
43400
43500
43600
43700
Công suất (%)
Lưu lượng xả oꢀgas (tấn/ngày)
Hình 7. Công suất Phân xưởng PP
DẦU KHÍ - SỐ 2/2021
31
HÓA - CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
Bảng 3. Ước tính hiệu quả kinh tế của giải pháp
Đơn vị tính
Lợi nhuận
+4.449
+2.462
6.911
2.453.542
Lợi nhuận tại Phân xưởng PRU khi tăng thu hồi C3=
Lợi nhuận phần tăng công suất 2,6 % tại Phân xưởng PP
USD/ngày
USD/ngày
USD/ngày
USD/năm
Tổng lợi nhuận
cao công suất chế biến của Phân xưởng PP mà không tốn
chi phí mua thêm nguyên liệu propylene từ bên ngoài.
thời gian đầu tư; giảm lưu lượng LPG thành phẩm từ Phân
xưởng PRU, góp phần giải quyết tình trạng quá tải thủy
lực đường ống dẫn LPG ra bể chứa sản phẩm LPG. Bên
cạnh đó, việc giảm được hàm lượng olefins C3= còn trong
sản phẩm LPG từ Phân xưởng PRU giúp nâng cao chất
lượng sản phẩm LPG của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.
Hiệu quả kinh tế được ước tính dựa trên số liệu thực tế
trước và trong quá trình thử nghiệm như Bảng 3.
6. Kết luận
Tài liệu tham khảo
Ngoài lợi ích kinh tế, giải pháp“giảm độ tinh khiết của
dòng sản phẩm propylene từ Phân xưởng PRU để tăng
thu hồi cấu tử propylene” còn có các ưu điểm như: thực
hiện đơn giản, không cải hoán nên không tốn chi phí và
[1] Technip, JGC, Dung Quat refinery project, operating
manual of propylene recovery Unit (Unit 021), 2007.
OPTIMISATION OF C3= RECOVERY BY LOWERING PURITY SETTING
FOR PROPYLENE PRODUCT TO INCREASE THE CAPACITY OF POLY-
PROPYLENE PLANT AT DUNG QUAT REFINERY
Nguyen Thanh Bong
Binh Son Refining and Petrochemical Joint Stock Company
Email: bongnt@bsr.com.vn
Summary
Applying data analysis and process modelling, the study proposed a good way to maximise the C3= recovery in LPG produced from the
RFCC unit. Via a solution of lowering the purity setting for the propylene product in the Propylene Recovery Unit, more propylene has been
recovered which enables the PP Plant to process at a higher capacity (3% over the designed capacity).
The solution, which has been implemented since August 2018, gives Dung Quat Refinery an estimated economic benefit of about USD
2.5 mil/year.
Key words: Propylene, recovery, purity, polypropylene, Dung Quat Refinery.
DẦU KHÍ - SỐ 2/2021
32
5 trang
16/04/2022
2460
Bạn đang xem tài liệu "Tối đa thu hồi cấu tử Propylene bằng giải pháp giảm độ tinh khiết dòng sản phẩm propylene, tăng công suất chế biến của phân xưởng Polypropylene tại Nhà máy lọc dầu Dung Quất", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- toi_da_thu_hoi_cau_tu_propylene_bang_giai_phap_giam_do_tinh.pdf
