Mô phỏng phân xưởng reforming xúc tác liên tục của NMLD dung quất bằng phần mềm hysys v7.1

Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại một quá trình học tập, nghiên cứu
và tự tìm hiểu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các thầy cô. Thông qua đồ
án tốt nghiệp, sinh viên có thể tổng hợp lại các kiến thức đã có được sau năm
năm học tập, đồng thời đó cũng là bài kiểm tra, đánh giá trình độ đối với sinh
viên trước khi ra trường.
Được sự giới thiệu của nhà trường và sự đồng ý của ban lãnh đạo nhà máy
lọc dầu Dung Quất, em có điều kiện được làm đồ án tốt nghiệp tại nhà máy
trong thời gian ba tháng. Đây thực sự là một may mắn đối với em khi có cơ hội
để tìm hiểu về thực tế sản xuất trong nhà máy và được cung cấp những tài liệu
cần thiết để phục vụ cho đồ án của mình.
Em chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô Bộ môn công
nghệ chế biến Dầu và Khí của Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, các anh
trong cụm phân xưởng NHT, CCR, ISOM đặc biệt là các anh Nguyễn Phú Quý
Anh, Vương Ngọc Trai và các anh phòng đạo tạo cũng như tập thể công nhân,
kỹ sư, ban lãnh đạo nhà máy lọc dầu Dung Quất đã giúp đỡ em hoàn thành đồ
án này cũng như quá trình sinh hoạt trong thời gian ở tại nhà máy.
Năm năm học trôi qua, những gì có được hôm nay không chỉ kiến thức
chuyên ngành mà cả những điều ứng xử trong cuộc sống mà các thầy cô đã
truyền đạt, dạy bảo là những hành trang quan trọng cho em trên những nẻo
đường đời.
Sau cùng, em gửi đến thầy cô những lời chúc tốt đẹp nhất!


Đồ án tốt nghiệp
MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Đồ án tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghiệp dầu khí là một ngành công nghiệp mũi nhọn đã có những thay
đổi và phát triển không ngừng, đặt biệt vào những năm của cuối thế kỷ 20. Bên
cạnh đó là sự phát triển không ngừng của các quá trình chế biến dầu thô như
quá trình Cracking xúc tác, quá trình Reforming xúc tác và nhiều quá trình khác
nhằm sản xuất ra xăng có chất lượng cao và hàng nghìn sản phẩm làm nguyên
liệu cho các ngành công nghiệp khác.
Trong công nghiệp chế biến dầu khí, các quá trình chuyển hoá hoá học dưới
tác dụng của xúc tác chiếm tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò quan trọng. Chất xúc tác
trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lượng hoạt hoá của phản
ứng, vì vậy làm tăng tốc độ của phản ứng cũng như hiệu suất sản phẩm. Mặt
khác, giảm được các điều kiện khắc nghiệt của quá trình mang lại lợi ích về mặt
kinh tế.
Và một trong những quá trình chuyển hóa quan trọng trong nhà máy lọc dầu
cũng sử dụng chất xúc tác là quá trình Reforming xúc tác. Với mục đích xử lý
phân đoạn xăng có chỉ số octane thấp để cho ra sản phẩm xăng có chỉ số octane
cao dùng phối trộn cho xăng thương phẩm, làm tăng hiệu quả kinh tế và chất
lượng sản phẩm. Hiện nay, hầu hết các nhà máy lọc dầu đều trang bị phân
xưởng Reforming xúc tác với công suất chế biến nằm trong khoảng 40 tấn/giờ
đến 150 tấn/giờ.
Với mục đích tìm hiểu về quy trình công nghệ, vận hành và ứng dụng phần
mềm mô phỏng để thiết kế một phân xưởng Reforming xúc tác cụ thể, em đã
lựa chọn đề tài “Mô phỏng phân xưởng Reforming xúc tác liên tục của
NMLD Dung Quất bằng phần mềm Hysys V7.1”.
Tuy nhiên, do thời gian tiếp cận phần mềm còn ít cũng như còn hạn chế về
kiến thức nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót. Mong các thầy cô và
các bạn đóng góp ý kiến để đồ án hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

1.1. Tổng quan
Nhà máy lọc dầu Dung Quất là nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam với
tổng mức đầu tư 2,5 tỷ USD, được xây dựng tại hai xã Bình Thuận và Bình Trị
huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Có tổng diện tích sử dụng khoảng 338ha mặt
đất và 471ha mặt biển. Công suất thiết kế của nhà máy là 6,5tr tấn dầu thô/năm
(148 000BPSD). Nguyên liệu của nhà máy là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc dầu
Mixed (85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dầu chua Dubai).
Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Diện tích tổng dự án được tính toán xấp xỉ là 338 hecta mặt đất, bao gồm:
- Toàn bộ các phân xưởng công nghệ, phụ trợ và thiết bị ngoại vi: khoảng 110
hecta
- Diện tích mặt biển : 471 hecta
- Khu bể chứa dầu thô và đuốc đốt: khoảng 42 hecta
- Khu bể chứa sản phẩm: khoảng 44 hecta
Đồ án tốt nghiệp
Ngoài ra, khu vực cảng xuất sản phẩm chiếm khoảng 35 hecta.
1.2. Sơ đồ tổ chức
1.2.1. Sơ đồ tổ chức bộ máy công ty lọc hóa dầu Bình Sơn
Hình 1.2 Sơ đồ tổ chức bộ máy công ty
Đồ án tốt nghiệp
1.2.2. Sơ đồ tổ chức cụm phân xưởng
Hình 1.3 Sơ đồ tổ chức của cụm phân xưởng
1.3. Các phân xưởng công nghệ và phụ trợ
• Cụm phân xưởng 1A
Phân xưởng 012 xử lý Naphtha bằng Hydro (NHT) (*)
Phân xưởng 013 Reforming xúc tác liên tục (CCR) (*)
Phân xưởng 023 đồng phân hóa Naphtha nhẹ (ISOM) (*)
• Cụm phân xưởng 1B
Phân xưởng 011 chưng cất dầu thô (CDU)
Phân xưởng 014 xử lý Kerosene (KTU) (**)

• Cụm phân xưởng 2
Phân xưởng 015 Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí
quyển(RFCC) (***)
Phân xưởng 016 xử lý LPG (LTU) (**)
Phân xưởng 017 xử lý Naphtha của phân xưởng RFCC (NTU) (**)
Phân xưởng 021 tách Propylene (PRU)
• Cụm phân xưởng 3A
Phân xưởng 018 xử lý nước chua (SWS)
Phân xưởng 019 tái sinh Amine (ARU)
Phân xưởng 020 trung hòa kiềm thải (CNU) (**)
Phân xưởng 022 thu hồi lưu huỳnh (SRU)
Đồ án tốt nghiệp
Phân xưởng 024 xử lý LCO bằng H
2
(LCO_HDT) (***)
Phân xưởng 058 xử lý nước thải (ETP)
• Cụm phân xưởng phụ trợ nóng
Phân xưởng 032 hệ thống hơi nước và nước ngưng
Phân xưởng 040 nhà máy điện
• Cụm phân xưởng phụ trợ nguội
Phân xưởng 031 hệ thống cấp nước
Phân xưởng 033 cung cấp nước làm mát
Phân xưởng 034 hệ thống lấy nước biển
Phân xưởng 035 cung cấp khí điều khiển và khí công nghệ
Phân xưởng 036 sản xuất khí Nitơ
Phân xưởng 039 cung cấp kiềm
Phân xưởng 100 lọc nước Reserve Osmosis (RO)
•Cụm phân xưởng P1 Offsite
Phân xưởng 038 hệ thống dầu nhiên liệu
Phân xưởng 051 hệ thống bể chứa trung gian

Phân xưởng 054 phối trộn sản phẩm
Phân xưởng 055 bể chứa Flushing Oil
Phân xưởng 056 bể chứa dầu thải
Phân xưởng 060 bể chứa dầu thô
Phân xưởng 082 phao rót dầu không bến một điểm neo (SPM)
(Single Point Mooring)
•Cụm phân xưởng P3-Jetty
Phân xưởng 052 bể chứa sản phẩm
Phân xưởng 053 trạm xuất sản phẩm bằng đường bộ
Phân xưởng 081 cảng xuất sản phẩm
Chú ý: (*): Theo bản quyền của UOP
(**): Theo bản quyền của MERICHEM
(***): Theo bản quyền của IFP
Đồ án tốt nghiệp
Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy
 Các sản phẩm chính của nhà máy:
• Khí hóa lỏng LPG
• Propylene
• Xăng Mogas 92/95
• Dầu hỏa
• Nhiên liệu phản lực Jet A1
• Diesel
• Dầu đốt (FO)
• Lưu huỳnh
Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHÂN XƯỞNG REFORMING XÚC TÁC
LIÊN TỤC (CCR) CỦA NMLD DUNG QUẤT
Hình 2.1 Vị trí của phân xưởng CCR trong nhà máy
2.1. Mục đích của phân xưởng
Mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác nhằm chế biến phân đoạn

naphtha đã được xử lý bằng hydro của dầu thô Bạch Hổ để sử dụng làm cấu tử
pha trộn xăng có chỉ số octane cao.
Công suất của phân xưởng là 21100 BPSD (tương đương 103496 kg/h) chế
biến naphtha nặng từ phân xưởng NHT (012) và naphtha ngọt.
Công nghệ reforming xúc tác sử dụng xúc tác lưỡng chức để chuyển hóa
phân đoạn naphtha có chỉ số octane thấp thành cấu tử pha trộn xăng có chỉ số
octane cao hơn. Phản ứng chính của reforming xúc tác là chuyển hóa naphthen
thành các hợp chất aromatic (phản ứng nhanh và có hiệu suất cao). Sự chuyển
hóa của paraffin là rất nhỏ và các hợp chất aromatic hầu như không thay đổi khi
đi qua phân xưởng.
Chỉ số octane RONC yêu cầu của sản phẩm reformate là 102.
Đồ án tốt nghiệp
LPG là một sản phẩm có giá trị, nên cần phải thu hồi tối đa LPG trong
naphtha.
Khí giàu hydro (Hydrogen rich gas) là một sản phẩm khác của các phản ứng
reforming xúc tác, được sử dụng cho việc vận hành các phân xưởng khác như:
NHT, ISOM. Do đó, CCR là một phân xưởng mang tính quyết định trong nhà
máy.
Sơ đồ sau thể hiện toàn bộ các dòng công nghệ và phụ trợ liên quan tới các
phân xưởng khác.
Đồ án tốt nghiệp
(1) Phụ trợ dùng chung cho các phân xưởng 012/013/023
(2) Phụ trợ dùng cho hệ thống tái sinh xúc tác CCR.
Đồ án tốt nghiệp
2.2. Điều kiện môi trường của phân xưởng
 Nhiệt độ không khí
Nhiệt độ lớn nhất ghi được 41.4
O
C
Nhiệt độ nhỏ nhất ghi được 12.4

O
C
Nhiệt độ trung bình lớn nhất hàng tháng 34.4
O
C
Nhiệt độ trung bình nhỏ nhất hàng tháng 18.9
O
C
Nhiệt độ thiết kế lớn nhất 36.0
O
C
Nhiệt độ thiết kế nhỏ nhất 16.0
O
C
 Độ ẩm tương đối
Độ ẩm trung bình lớn nhất hàng tháng 89%
Độ ẩm trung bình nhỏ nhất hàng tháng 80%
Độ ẩm trung bình hàng tháng 85%
Độ ẩm thiết kế lớn nhất 100%
Độ ẩm thiết kế nhỏ nhất 40%
 Lượng mưa
Lượng mưa lớn nhất hàng năm 3052 mm
Lượng mưa nhỏ nhất hàng năm 1374 mm
Lượng mưa trung bình hàng năm 2268 mm
Lượng mưa lớn nhất ghi được trong 24 giờ 525 mm
Cường độ mưa lớn nhất 40 mm trong 10 phút
60 mm trong 30 phút
108.1mm trong 60 phút
 Áp suất khí quyển
Lớn nhất 1023.6 mbar

Nhỏ nhất 988.8 mbar
Trung bình 1009 mbar
Thiết kế 1013 mbar
 Gió
Tốc độ gió trung bình 3.2 m/s
Tốc độ gió lớn nhất 42 m/s
Tốc độ gió lớn nhất là 41.6 m/s trong vòng 50 năm trở lại đây.
Tốc độ gió lớn nhất là 32.7 m/s trong vòng 20 năm trở lại đây.
2.3. Tính chất của nguyên liệu
Giá trị
Sulfur, (ppm) Max 0.5
Đồ án tốt nghiệp
Nitrogen, (ppm) Max 0.5
Olefin, kim loại, hợp chất
halogen hay hợp chất oxi
0
Bảng 2.1 Hàm lượng tạp chất trong nguyên liệu[1]
Nguyên liệu của phân xưởng reforming xúc tác là phân đoạn naphtha nặng
từ phân xưởng NHT. Hàm lượng của lưu huỳnh (S) và nitrogen (N) trong
naphtha nặng từ phân xưởng NHT phải nhỏ hơn 0.5 wt ppm (phương pháp đo
D-4045 đối với S và phương pháp: D-4629 đối với N).
Nguyên liệu
nghèo
Nguyên liệu
giàu
Min Max
P/N/A (% V) 66.3/23.1/10.6 55.1/35.8/9.1
D (kg/m
3
) 0.742 0.745

IBP (
O
C) 90 85 75
T50 (
O
C) 127 127
EP (
O
C) 181 160 204
Bảng 2.2 Tính chất của nguyên liệu[1]
Trong nguyên liệu naphtha của phân xưởng platforming chứa các hợp chất
paraffin, naphthene và aromatic từ C
6
đến C
11
. Mục đích của quá trình reforming
là sản xuất các hợp chất aromatic từ naphthene và paraffin, hoặc để sản xuất
nhiên liệu động cơ (do chỉ số octan cao) hoặc là nguồn cung cấp hợp chất
aromatic. Khi sử dụng làm nhiên liệu động cơ, nguyên liệu naphtha thông
thường chứa các hợp chất hydrocarbon từ C
6
đến C
11
, và cần tối đa hóa lượng
xăng được chưng cất từ dầu thô. Khi sử dụng để cung cấp các hợp chất
aromatic, naphtha nguyên liệu thường chứa phân đoạn hydrocarbon có độ chọn
lọc cao hơn (C
6
; C
6

-C
7
; C
6
-C
8
; C
7
-C
8
). Những phân đoạn này là nguồn cung cấp
sản phẩm aromatic. Trong cả trường hợp, bản chất hóa học của naphtha đều
giống nhau. Tuy nhiên trong hầu hết các trường hợp sản xuất các hợp chất
aromatic, các phản ứng của hydrocarbon C
6
và C
7
đều xảy ra chậm và khó thúc
đẩy.
Naphtha từ những nguồn dầu thô khác nhau có “mức độ dễ reforming” khác
nhau. Mức độ dễ reforming chủ yếu do thành phần hydrocarbon trong naphtha
Đồ án tốt nghiệp
(paraffin, naphthene, aromatic) quyết định. Hydrocarbon thơm đi qua phân
xưởng Platforming không bị thay đổi. Hầu hết naphthene chuyển hoá thành
aromatic với tốc độ nhanh và hiệu suất cao, đây là phản ứng cơ bản của quá
trình Platforming. Paraffin là hợp chất khó chuyển hoá nhất. Trong điều kiện
phản ứng có độ khốc liệt thấp, chỉ một lượng nhỏ paraffin chuyển hóa thành
aromatic. Ở điều kiện có độ khốc liệt cao, độ chuyển hóa paraffin thành
aromatic cao hơn nhưng vẫn ở mức độ thấp và không hiệu quả.
2.4. Tiêu chuẩn của sản phẩm

 Sản phẩm của phân xưởng
- Fuel Gas (đến U37)
- H
2
make up (đến U12, U23, LCO HDT)
- LPG (đến bể chứa trung gian)
- Reformate (đến bể chứa TK-5107)
 Sản phẩm Reformate
Reformat được đưa đến bể chứa TK-5107 để phối trộn xăng.
Tính chất của reformate như sau:
Tính chất Giá trị Phương pháp
thử
RONC 102 min ASTM D-2699
MON 91 min ASTM D-2700
Hàm lượng C
4
-
, % thể tích 1% max UOP 880
Bảng 2.3 Tính chất của sản phẩm reformate[1]
 LPG chưa ổn định
Dòng sản phẩm đỉnh của tháp tách butan (Debutanizer) được xử lý tại
thiết bị xử lý hợp chất Clo (D-1308 A/B), sau đó đưa đến bể chứa TK-5212
A/B/C/D/E.
Hàm lượng C
5
+
trong sản phẩm LPG không vượt quá 1.1%mol (phương
pháp thử: UOP-539).
 Sản phẩm H
2

Đồ án tốt nghiệp
Sản phẩm hydro từ phân xưởng Platforming được tiếp tục làm tinh khiết
tại cụm thu hồi (X-1301) sau đó được xử lý tại các thiết bị D-1302 A/B để
tách loại hợp chất Clorua. Sau khi tách loại các hợp chất clorua, một phần
hydro được đưa đến máy nén nhiều cấp C-1202 A/B/C ở phân xưởng NHT
(012) để tăng áp và đưa đến bổ sung cho các phân xưởng NHT, LCO HDT,
ISOM, bể chứa H
2
theo áp suất yêu cầu. Phần lớn lượng hydro còn lại được
bổ sung vào hệ thống khí nhiên liệu (phân xưởng 037).
CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH REFORMING XÚC TÁC VÀ
CÔNG NGHỆ REFORMING XÚC TÁC CỦA NMLD DUNG QUẤT
3.1. Quá trình Reforming xúc tác
3.1.1. Giới thiệu chung
Nhiên liệu cho động cơ xăng là một sản phẩm quan trọng của nhà máy lọc
dầu, nó đã trở thành một mặt hàng quen thuộc trong đời sống sinh hoạt hàng
Đồ án tốt nghiệp
ngày của con người cũng như hoạt động sản xuất trong công nghiệp. Ngày nay
việc sử dụng các động cơ xăng có hệ số nén cao đòi hỏi chất lượng xăng nhiên
liệu, đặc biệt là chỉ số octan cao. Để đáp ứng yêu cầu đó, người ta pha trộn vào
xăng các phụ gia hoặc tăng cường các hợp phần hydrocacbon cho chỉ số octan
cao.
Hiện tại với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về môi trường thì một loại phụ gia
truyền thống là tetraetyl chì, tuy làm tăng chỉ số octan lên 15-20 số nhưng lại
gây độc hại đối với sức khỏe con người, nên gần như được loại bỏ hoàn toàn.
Đối với các phụ gia thay thế hữu hiệu như MTBE, TAME cũng đã có một số ý
kiến nghi ngờ về khả năng chậm phân hủy của chúng trong môi trường. Hiện tại
ở Việt nam xuất hiện một số phụ gia mới chứa Mn, Fe có thể thay thế tạm thời
các phụ gia truyền thống. Nhưng các phụ gia trên cơ sở kim loại này cũng còn
gây nhiều tranh luận, cần được tiếp tục làm sáng tỏ về khả năng ô nhiễm môi

trường.
Người ta có xu hướng lựa chọn phương án thứ hai, tăng cường các hợp phần
pha chế từ các quá trình chế biến sâu như cracking, reforming, đồng phân hóa…
Các hợp phần này cho chỉ số octan cao hơn nhiều so với xăng từ chưng cất trực
tiếp, mà lại ít gây ô nhiễm môi trường.
Xăng pha trộn nhằm mục đích đạt những chỉ tiêu quan trọng sau:
 Áp suất hơi bão hòa (RVP - Reid Vapor Pressure): Đo áp suất hơi của các
hydrocacbon, cần thiết cho sự khởi động của động cơ.
 Chỉ số octan: Đo mức độ chống kích nổ của xăng, chỉ tiêu quan trọng vì
động cơ kích nổ thấp sẽ hoạt động hiệu quả hơn và tiết kiệm được năng
lượng.
 Độ độc hại: Đo các hợp phần độc hại trong xăng. Các nhà máy lọc dầu
thường chú ý đến hàm lượng benzen, olefin, lưu huỳnh.
Chỉ số octan là đại lượng được quan tâm hơn cả và thường được lựa chọn để
đánh giá và điều chỉnh chất lượng xăng. Tùy thuộc vào chỉ số octan mà người ta
có thể chia thành xăng thường (regular) hoặc xăng chất lượng cao (premium). Ở
nhiều nước, các phương tiện vận tải lựa chọn mức chất lượng xăng theo chỉ số
octan theo sự hướng dẫn của các nhà chế tạo động cơ. Có 2 mức chất lượng 87
và 89, thường sử dụng mức 87 hơn. Cần hiểu đây là giá trị trung bình giữa chỉ
số octan đo theo phương pháp nghiên cứu và chỉ số octan đo theo phương pháp
mô tơ: (RON+MON)/2. Ở các cây xăng VN người ta niêm yết giá xăng theo chỉ
số RON.
Đồ án tốt nghiệp
Có thể thấy đối với phân đoạn xăng nhẹ (t
s
đ-80
O
C) tương đối khó có thể cải
thiện chỉ số octan bằng các chuyển hóa hoá học, ngoại trừ một quá trình duy
nhất có thể áp dụng, đó là đồng phân hóa, trong đó các n-paraffin được chuyển

thành các isoparaffin, làm tăng đáng kể chỉ số octan. Với các phân đoạn xăng
nặng (t
s
đ > 80
O
C ) giàu paraffin và naphthene có thể làm tăng chỉ số octan nếu
chuyển hóa chúng thành các hydrocacbon thơm (aromatics). Đây chính là
nguyên tắc của quá trình reforming xúc tác.
Reforming xúc tác là quá trình lọc dầu nhằm chuyển hóa phân đoạn naphtha
nặng được chưng cất trực tiếp từ dầu thô hoặc từ một số quá trình chế biến thứ
cấp khác như FCC, hydrocracking, visbreaking, có chỉ số octan thấp (RON =30-
50) thành hợp phần cơ sở của xăng thương phẩm có chỉ số octan cao (RON
=95-104).Về mặt bản chất hóa học đây là quá trình chuyển hóa các n-paraffin
và naphthene có mặt trong phân đoạn thành các hydrocacbon thơm. Chính
các hydrocacbon thơm với chỉ số octan rất cao đã làm cho xăng reforming có
chỉ số octan cao đứng hàng đầu trong số các xăng thành phần của xăng thương
phẩm.
Các nước phát triển đã thấy rằng việc loại bỏ dần sự có mặt của chì, các hợp
chất oxy (rượu và ete), việc giảm hàm lượng lưu huỳnh cho phép và việc đưa ra
các quy định về đường cong cấu hình (áp suất hơi và điểm kết thúc) là điều
hoàn toàn cần thiết. Bảng 3.1 liệt kê những tiêu chuẩn chính cho xăng thương
phẩm được áp dụng ở Châu Âu.
Euro II, 1993 Euro III, 2000 Euro IV, 2005
Aromatics, %vol, max - 42 35
Oleffins, %vol, max - 18 18
Benzene, %vol, max 5 1 1
Oxygen, %wt, max - 2,7 2,7
Sulfur, ppm, max 500 150 50
RVP, kPa 35-100 60-70 60-70
Lead, g/l, max 0.013 None None

Đồ án tốt nghiệp
Bảng 3.1 Tiêu chuẩn xăng thương phẩm[2]
Hiện nay, xăng thương phẩm thu được là do sự phối trộn từ nhiều nguồn
nguyên liệu khác nhau. Hình 3.1 cho thấy tỷ lệ phối trộn xăng thương phẩm ở
Mỹ và Châu Âu năm 2005.
Hình 3.1 Phối liệu xăng thương phẩm ở Mỹ và Châu Âu năm 2005[3]
Do vị trí quan trọng của xăng Reforming trong thành phần xăng thương
phẩm, đặc biệt là xăng chất lượng cao mà hiện nay hầu hết các nhà máy lọc dầu
đều trang bị phân xưởng Reforming xúc tác. Công suất chế biến nằm trong
khoảng 40 tấn/giờ đến 150 tấn/giờ. Tổng công suất của các phân xưởng
Reforming xúc tác trong tất cả các nhà máy lọc dầu ở Pháp lên tới 18 triệu tấn
trong một năm.
Ngoài ra, Reforming còn cung cấp nguyên liệu BTX cho hoá dầu và cung
cấp H
2
cho quá trình xử lý và chuyển hoá bằng H
2
trong nhà máy lọc dầu.
3.1.2. Lịch sử hình thành và phát triển
Với sự phát triển nhanh chóng của việc sử dụng ô tô trong những năm 1930,
nhu cầu xăng dầu tăng cả về số lượng và chất lượng. Quá trình cracking xúc tác
ra đời và các quá trình Reforming nhiệt đã trở thành phổ biến cho sản xuất cắt
giảm xăng. Một số lượng lớn các quá trình Reforming xúc tác đã được hoạt
động ngay cả trong Thế chiến thứ hai. Tại thời điểm này, thiết bị phản ứng sử
dụng tầng xúc tác cố định hoặc di động với chất mang là alumina, chất hoạt
động là crôm hoặc oxit molypden và oxit molypden có thể được pha tạp với
coban để tăng hoạt tính xúc tác.
Đến năm 1949, hãng UOP của Mỹ đã đưa vào sử dụng hệ thống Reforming
xúc tác (quá trình Platforming) với chất xúc tác là Pt trên chất mang là Al
2

O
3
Đồ án tốt nghiệp
được clo hoá với hoạt tính xúc tác cao. Quá trình được tiến hành ở áp suất 70
bar, xúc tác được tái sinh trong thời gian vài tháng. Hàm lượng Pt trong xúc tác
từ 0,2 ÷ 0,6%m, do độ axit của Al
2
O
3
giảm dần nên cần phải tiến hành clo hoá
để tăng độ axit. Quá trình này còn có tên gọi là Semi-Regenerative (SRRC). Có
thể nói rằng sự phát triển của hãng UOP trong công nghiệp chế biến dầu mỏ nói
chung và trong công nghệ Reforming nói riêng có thể đưa ra gần như đầy đủ
nhất về công nghệ này trên toàn thế giới và là dấu son khởi điểm cho những
thiết bị cùng kiểu tiếp theo được ra đời.
Từ 1950 - 1960 có rất nhiều quá trình Reforming xúc tác được phát triển từ
xúc tác Pt, chất xúc tác sử dụng là Pt/silice alumine, được gọi là xúc tác một
chức kim loại, đã giảm áp suất vận hành của thiết bị xuống còn 30 bar. Mục
đích của việc thêm kim loại vào là để tăng hoạt tính cho xúc tác hoặc giảm giá
thành xúc tác. Tất cả các quá trình Reforming xúc tác trên đây đều sử dụng thiết
bị phản ứng với lớp xúc tác cố định nên nó phải định kỳ dừng làm việc để tái
sinh xúc tác bị coke hoá. Một số quá trình sử dụng reactor có đường van song
song để dễ tái sinh xúc tác ở từng reactor riêng biệt mà không cần phải dừng
làm việc toàn bộ hệ thống (quá trình Power Former). Xúc tác hai chức kim loại
(bimetalic) đã được cải tiến sau năm 1960 có độ bền cao, chống lại sự tạo coke
đã góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, đồng thời giảm áp suất vận hành
của thiết bị còn 10 bar.
Đầu những năm 1970, một cải tiến nổi bật của quá trình Reforming xúc tác
đó là sự ra đời của quá trình có tái sinh liên tục xúc tác của UOP và tiếp theo là
của IFP. Xúc tác bị coke hoá được tháo ra liên tục khỏi thiết bị phản ứng và

quay trở lại sau khi đã được tái sinh trong thiết bị tái sinh riêng. Quá trình này
được gọi là quá trình tái sinh liên tục xúc tác (CCR-Continuous Catalyst
Regeneration, RRC-Régénératif). Nhờ khả năng tái sinh liên tục xúc tác bị coke
hoá, quá trình CCR cho phép dùng áp suất thấp và thao tác liên tục. Cũng nhờ
giảm áp mà hiệu suất thu hydrocarbon thơm và H
2
tăng lên đáng kể.
Năm 1988, UOP tiếp tục giới thiệu quá trình Platforming tái sinh xúc tác
liên tục thế hệ thứ hai mà đặc điểm chính là thiết bị Lock Hopper không dùng
van, hoạt động ở áp suất cao. Thiết bị thế hệ mới này cho phép phục hồi gần
như hoàn toàn hoạt tính xúc tác chỉ hao hụt khoảng 0,02%m, tăng cường khả
năng sản xuất xăng và khí hydro.
Ngày nay, quá trình CCR với áp suất siêu thấp có thể làm việc ở áp suất 3,5
bar. Hầu như tất cả các quá trình Reforming xúc tác mới được xây dựng đều là
Đồ án tốt nghiệp
quá trình CCR. Các hãng đi đầu trong quá trình này là UOP và IFP, đến năm
1996 UOP đã có 139 nhà máy và IFP có 48 nhà máy CCR.
Sau một thời gian dài phát triển, công nghiệp lọc hoá dầu đã thiết lập công
nghệ mới có khả năng Reforming chọn lọc khí hóa lỏng và naphtha nhẹ thành
các cấu tử có chỉ số octane cao cho phép pha trộn tạo xăng có chất lượng cao và
các sản phẩm hydrocarbon thơm. Khí hoá lỏng trở thành một vấn đề lớn của lọc
dầu vì khí hoá lỏng đã vượt quá mức tiêu thụ và trở nên khó bán trên thị trường,
naphtha nhẹ cũng thừa do số lượng trộn vào xăng có chỉ số octane cao ngày một
giảm xuống do nó có trị số octane quá thấp. Năm 1997, UOP đã cho ra đời quá
trình “New Reforming”. Xúc tác sử dụng cho công nghệ mới của UOP là zeolit,
xúc tác này có tính chọn lọc hình học cho quá trình vòng hoá. Tính chọn lọc
hình học của zeolit làm hạn chế kích thước phân tử của các hợp chất sản phẩm
trung gian và cho sản phẩm chủ yếu là hydrocarbon thơm một vòng. So với các
phản ứng Reforming bình thường khác, quá trình “New Reforming” tạo coke
bám trên xúc tác nhiều hơn do đó việc tái sinh xúc tác phải áp dụng công nghệ

CCR hay sử dụng lò dự trữ. Hãng BP và UOP tập trung phát triển quá trình
Cyclar với nguyên liệu là LPG và ở Ảrập Xêut đã xây dựng nhà máy “New
Reforming” đầu tiên của Chiyoda (Nhật Bản) với năng suất đến 47.000
thùng/ngày. Hãng Chiyoda và Mitsubishi phát triển quá trình Z-former mà xúc
tác là zeolit được chế tạo cùng với silicat kim loại và chất liên kết đặc biệt. Xúc
tác có độ bền vật lý tuyệt vời, có thể tái sinh nhiều lần và cho năng suất cao với
thời gian làm việc suốt cả năm. Với công nghệ này trong phân xưởng có thêm
thiết bị phản ứng đoạn nhiệt dự trữ để đốt coke lắng trên xúc tác khi tái sinh,
quá trình tái sinh đơn giản như quá trình tái sinh gián đoạn. Cũng dùng nguyên
liệu là naphtha nhẹ, hãng CRC đã thiết kế quá trình Aromax ở Mỹ, Nhật, Ảrập
Xêut. Tương tự hãng IFP cũng dùng nguyên liệu naphtha nhẹ thiết kế quá trình
Aroforming. Hãng Mobil cũng đã đưa ra công nghệ cho quá trình Mz Forming
mà nguyên liệu là naphtha nhẹ, naphtha nhiều oleffin.
Tên quá trình Hãng thiết kế Loại TBPƯ Xúc tác Tái sinh
Platformer UOP
Xúc tác cố
định
R11-R12
Gián đoạn
Pt 0.375-0.75
PowerFormer Exxon
Xúc tác cố
định
KX, RO, BO
Gián đoạn
(Pt, Re)
IFP Reformer IFP
Xúc tác cố
định
RG400

Gián đoạn
Pt 0.2 - 0.6
Đồ án tốt nghiệp
Maona Former Engelhard
Xúc tác cố
định
E500, RD150
Gián đoạn
Pt 0.6
Reni Former CRC
Xúc tác cố
định
F (Pt, Re) Gián đoạn
CCR
Platformer
UOP
Xúc tác di
động
R16, 20
Liên tục
Pt, Re
Aromizer IFP
Xúc tác di
động
Pt, Re Liên tục
Bảng 3.2 Các hãng đi đầu trong quá trình Reforming xúc tác[4]
3.1.3. Mục đích
Mục đích chính của quá trình RC là biến đổi thành phần hydrocarbon các
phân đoạn nhẹ của dầu mỏ, chủ yếu là paraffin và naphthene có từ 6 đến 10
nguyên tử Carbon (chủ yếu là 7,8,9) thành các hydrocarbon thơm có số nguyên

tử C tương ứng.
Tùy theo nguồn nguyên liệu mà RC có thể sản xuất được các loại sản phẩm
sau:
- Khí giàu H
2
(70 – 90 % thể tích): sử dụng phổ biến cho các quá trình
làm sạch sản phẩm và cho quá trình Hydrocracking (HDC). Đây là nguồn H
2
hàm lượng lớn và rẻ phục vụ cho các phân xưởng HDT, HDC.
- Phân đoạn C
3
, C
4
: 5 ÷ 14%m dùng sản xuất LPG. Hiệu suất thu C
4
đạt
tối đa khi sử dụng xúc tác Pt/alumino silicate và đạt mức tối thiểu khi sử dụng
xúc tác Pt/alumin đồng thời giảm áp suất riêng phần H
2
.
- Xăng reformate: có RON cao (98 – 100), loại xăng này không cần phải
pha chì, tránh độc hại cho người tiêu dùng. Tuy nhiên, xăng reformate có hàm
lượng aromatic cao nên không thể sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu động cơ mà
phải pha trộn với các loại xăng khác để thu hàm lượng benzen tổng nhỏ hơn 1%
thể tích.
- Các loại hydrocarbon thơm (B, T, X): làm nguyên liệu cho tổng hợp
hóa dầu. Chất lượng và hiệu suất thu sản phẩm phụ thuộc vào chất lượng
nguyên liệu và điều kiện tiến hành quá trình.
3.1.4. Nguyên liệu
Quá trình RC có thể sử dụng các loại nguyên liệu sau:

- Xăng nặng của các quá trình chưng cất trực tiếp.
Đồ án tốt nghiệp
- Xăng thu được của các quá trình chế biến thứ cấp khác như Cracking
nhiệt,FCC, Coke hóa, Giảm nhớt, HDC.
3.1.4.1. Tính chất
Để thu xăng reformate có RON cao, nguyên liệu phải có các tính chất sau:
 Điểm đầu TI = 70 ÷ 90
O
C.
 Điểm cuối TF = 165 ÷ 180
O
C.
 RON = 50 ÷ 60.
 Số nguyên tử carbon trong mạch n= 6 ÷ 10. Nếu n<5 thì không thể
chuyển hóa thành aromatic, nếu n>10 thì tăng hiệu suất thu khí.
3.1.4.2. Thành phần nhóm
Có 2 loại nguyên liệu với thành phần khác nhau:
- Loại praffinic: P= 60 – 70 %, N= 15 – 25 %, A= 10 – 15%.
- Loại naphtheneic: P= 20 – 30%, N= 60 – 70 %, A= 8 – 15%.
Thông qua việc phân loại nguyên liệu, người ta có thể đánh giá được khả
năng tái tạo xăng nhờ hệ số K
W
:
100
2
6,12
W
AN
K
+

−=
 Thu B:
Phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi: 62 ÷ 85
O
C.
 Thu T:
Phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi: 85 ÷ 120
O
C.
 Thu X:
Phân đoạn xăng có nhiệt độ sôi: 120 ÷ 140
O
C.
Nếu ta chọn khoảng phân đoạn rộng thì sẽ thu được nhiều sản phẩm khí,
hiệu suất thu hồi xăng sẽ thấp, còn nếu như chọn điểm sôi cuối lớn thì khả năng
tạo cốc lớn vì bản thân nguyên liệu mang nhiều thành phần nặng. Nguyên liệu
tốt nhất cho quá trình là khoảng phân đoạn 105
O
C÷180
O
C.
Đồ án tốt nghiệp
3.1.4.3. Hàm lượng tạp chất
Xúc tác rất nhạy với các chất độc có trong nguyên liệu, do đó cần thiết phải
làm sạch nguyên liệu (dùng các công nghệ làm sạch HDS, HDN, HDM). Giới
hạn tạp chất cho phép trong nguyên liệu (sau khi làm sạch):
- S < 1ppm
- N (hữu cơ) ≤ 1 ppm
- H
2

O (và các hợp chất chứa oxy) ≤ 4 ppm
- Kim loại (As, Cu, Pb ) ≤ 15 ppb
- Oleffin và các dioleffin = 0
- Halogen (F) ≤ 1 ppm
- Metals (Pb, As, Sb, Cu ) < 1ppb
3.1.4.4. Các bước xử lý sơ bộ nguyên liệu
Cho nguyên liệu và hydro đi qua thiết bị phản ứng có chứa xúc tác NiMo
(hoặc CoMo) nhằm loại trừ các kim loại, các hợp chất chứa lưu huỳnh và hợp
chất chứa nitơ (gọi chung là các quá trình xử lý dùng hydro).
- Trong trường hợp nguyên liệu là các phân đoạn xăng cracking cần thêm
giai đoạn xử lý làm no hóa oleffin nhằm loại trừ khả năng tạo nhựa.
- Tiếp theo cho nguyên liệu qua cột tách loại H
2
S và nước.
- Trong nhiều trường hợp, cần tách phân đoạn xăng nhẹ (đưa vào phân
xưởng isomer C
5
/C
6
) ra khỏi phân đoạn xăng nặng (dùng cho Reforming xúc
tác).
3.1.5. Sản phẩm
Chất lượng và hiệu suất thu sản phẩm phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu
và điều kiện tiến hành quá trình.
 Khí giàu H
2
: 2 ÷ 4%m, một phần được tuần hoàn lại quá trình, còn phần lớn
được đưa qua các phân xưởng HDT, HDC.
 Khí đốt: 1 ÷ 4%.
 C

3
÷ C
4
: 5 ÷ 14%.
 Xăng Reformate: 80 ÷ 90%, RON = 98 ÷ 100, S = 10, %Ar = 60 ÷ 70%.
Đồ án tốt nghiệp
3.1.6. Các phản ứng xảy ra trong quá trình RC
3.1.6.1. Các phản ứng chính
 Phản ứng khử hydro các naphthene
Đây là phản ứng thuận nghịch, thu nhiệt mạnh (∆H= 210 kJ/mol = 50
kcal/mol) và làm tăng số phân tử khí nên khi tăng nhiệt độ và giảm áp suất thì
phản ứng dịch chuyển sang phải và ngược lại.
Việc tăng tỷ số H
2
/HC có ảnh hưởng không nhiều đến cân bằng của phản
ứng dehydro hoá naphthene và sự ảnh hưởng này có thể bù lại bằng việc tăng
nhiệt độ của quá trình. Khi hàm lượng của naphthene trong nguyên liệu cao, quá
trình Reforming sẽ làm tăng hàm lượng của hydrocarbon thơm. Do đó cho
phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt mục đích mong muốn: hoặc
tăng hydrocarbon thơm có RON cao cho xăng, hoặc để nhận các hydrocarbon
thơm riêng biệt (B, T, X).
Phản ứng chính xảy ra hoàn toàn nhất và chọn lựa nhất trong điều kiện vận
hành Reforming xúc tác là phản ứng khử hydro các naphthene sáu cạnh. Nhiệt
độ tối ưu của các phản ứng này trong quá trình Reforming xúc tác là khoảng
500
O
C.
Bảng 3.3 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ chuyển hóa cyclohexen
thành benzen.
Nhiệt độ,

O
C 493 460 427 393
Độ chuyển hóa, % 94 79 44 13
Bảng 3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ lên độ chuyển hoá Cyclohexane thành Benzen[3]
 Phản ứng dehydro hoá các paraffin
Đồ án tốt nghiệp
Đây là phản ứng thu nhiệt khá mạnh (∆H = 125 kJ/mol).
 Phản ứng khử hydro và khép vòng các paraffin
Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh nhất (∆H= 250 kJ/mol= 60 kcal/mol) và
tăng entropy. Phản ứng có sự hoá hơi chậm ở nhiệt độ cao và áp suất thấp nên
vận tốc hơi chậm. Như vậy, đây cũng là phản ứng tương đối quan trọng của quá
trình Reforming xúc tác để làm tăng chất lượng và hiệu suất thu xăng reformate.
Phản ứng dehydro vòng hoá n-paraffin xảy ra khó hơn so với phản ứng của
naphthene, chỉ ở nhiệt độ cao mới có thể nhận được hiệu suất hydrocarbon thơm
đáng kể. Khi tăng nhiệt độ, hằng số cân bằng của phản ứng dehydro vòng hoá
paraffin tăng lên rất nhanh, nhanh hơn so với phản ứng dehydro hoá naphthene.
Tuy nhiên, tốc độ phản ứng dehydro vòng hoá rất nhạy với sự thay đổi áp suất
hoặc tỷ số H
2
/HC nguyên liệu. Khi H
2
/HC tăng từ 4 ÷ 10 ở P = 18 kg/cm
2
thì
%mol benzene thu được khi chuyển hoá n-C
6
H
14
giảm khoảng 12%. Còn khi áp
suất tăng từ 18 kg/cm

2
đến 35 kg/cm
2
ở nhiệt độ 500
O
C thì %mol benzene giảm
rất nhanh từ 83%mol xuống 22%mol.
Tốc độ phản ứng tăng khi số nguyên tử cacbon trong phân tử paraffin tăng
lên, điều đó dẫn đến hàm lượng hydrocarbon thơm trong sản phẩm phản ứng
cũng tăng lên.
 Phản ứng isome hóa các n-paraffin thành i-paraffin
Đây là phản ứng toả nhiệt ∆H = -10 kJ/mol = -2 kcal/mol. Phản ứng này đạt
cân bằng trong vùng làm việc của thiết bị phản ứng ở điều kiện 500
O
C với xúc
tác Pt/Al
2
O
3
. Các phản ứng này có vai trò tương đối quan trọng trong
Reforming xúc tác bởi vì:
- Với các n-paraffin nhẹ, sản phẩm tạo thành là iso-paraffin sẽ cải thiện
trị số octane trong reformate, i-C
5
có RON ≥ 80 trong khi n-C
5
có RON = 62.