Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong nhà máy lọc dầu dung quất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN HỒNG HẢI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI
Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong phân xưởng CDU tại
nhà máy lọc dầu Dung Quất
Hà Nội-tháng 6/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
NGUYỄN HỒNG HẢI
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI
Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối trong phân xưởng CDU tại
nhà máy lọc dầu Dung Quất
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: GIÁO VIÊN CHẤM
Ths.Hồ Văn Sơn Ts.Nguyễn Anh Dũng
Hà Nội, tháng 6/2015
4
LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp là tác phẩm của một sinh viên trước khi rời khỏi trường đại
học. Để hoàn thành đồ án, sinh viên cần phải áp dụng tất cả các kiến thức và hiểu
biết mà mình đã tích lũy được trong suốt những năm học ở trường. Chính vì vậy
những kiến thức mà em đã tiếp thu được trong 5 năm học tại Trường Đại học Mỏ -
Địa Chất là nền tảng vững chắc giúp em hoàn thành đồ án này. Em xin chân thành
cảm ơn các thầy cô trong khoa Dầu Khí nói chung và các thầy cô trong bộ môn Lọc
– Hóa Dầu nói riêng vì đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt những năm vừa
qua. Em xin chân thành cảm ơn các anh chị đang làm việc tại nhà máy lọc dầu
Dung Quất, đã hướng dẫn tận tình, bày biểu cho em suốt thời gian thực tập vừa qua,
giúp em học hỏi được nhiều kiến thức rất quý báu.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Hồ Văn Sơn, thầy là người đã giúp em

đến với hướng nghiên cứu này, đồng thời cũng là người tận tình chỉ bảo, truyền đạt
kiến thức, kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em có thể hoàn thành tốt
đồ án.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn bạn bè và người thân trong gia đình,
những người luôn là chỗ dựa vững chắc và luôn ủng hộ em trong mọi việc.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hồng Hải
5
MỤC LỤC
6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
ST
T
SỐ HÌNH VẼ TÊN HÌNH VẼ TRANG
1 Hình 1.1 Nhu cầu dầu thô trên thế giới 4
2 Hình 1.2
Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ khu vực châu
Á
4
3 Hình 1.3 Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ của thế giới 5
4 Hình 1.4 Mô hình tổng quát một nhà máy lọc dầu 7
5 Hình 1.5 Sơ đồ rút gọn một nhà máy lọc dầu 9
6 Hình 1.6
Sơ đồ nguyên tắc một nhà máy lọc dầu nhẹ
(USA) thập kỉ 60
12
7 Hình 1.7
Sơ đồ đơn giản hóa một nhà máy lọc dầu ở
Châu Âu vào những năm 1950-1970
13

8 Hình 1.8
Sơ đồ đơn giản hóa nhà máy lọc dầu thập kỉ
90 thế kỉ XX
14
9 Hình 1.9 Sơ đồ mặt bằng nhà máy lọc dầu 18
10 Hình 1.10
Sơ đồ mặt bằng nhà máy lọc dầu Tokuyama
–Nhật Bản (công suất 6,5 triệu tấn/năm)
19
11 Hình 1.11
Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy
lọc dầu Dung Quất theo hướng đông nam
20
12 Hình 1.12
Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy
lọc dầu Dung Quất theo hướng Tây nam
20
13 Hình 1.13
Sơ đồ khối phân xưởng CDU nhà máy
lọc dầu Dung Quất (nét đất chỉ cụm phân
xưởng bổ sung khi mở rộng công suất nhà
máy)
21
14 Hình 1.14
Thiết bị trao đổi nhiệt phân xưởng CDU nhà
máy lọc dầu Dung Quất
24
15 Hình 1.15 Cực tĩnh điện của thiết bị loại muối 27
16 Hình 1.16
Sơ đồ PFD tiền gia nhiệt lạnh và thiết bị

loại muối của phân xưởng CDU nhà máy lọc
dầu Dung Quất
36
17 Hình 1.17
Sơ đồ PFD tiền gia nhiệt nóng và gia nhiệt
của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu
Dung Quất
37
7
18 Hình 1.18
Sơ đồ PFD tháp chưng cất chính và tháp
stripper phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu
Dung Quất
48
19 Hình 1.19
Sơ đồ PFD của thiết bị sấy khô trong phân
xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung
Quất
49
20 Hình 1.20
Sơ đồ PFD hơi đỉnh (overhead) của phân
xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất
40
21 Hình 1.21
Sơ đồ PFD mô tả thiết bị ổn định naphtha
của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu
Dung Quất
41
22 Hình 1.22
Sơ đồ PFD mô tả cụm thiết bị tiền gia nhiệt

phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung
Quất
42
23 Hình 1.23
Hiện tượng GAP và OVERLAP trong chưng
cất dầu thô
43
24 Hình 2.1 Cụm thiết bị loại muối 2 giai đoạn 46
25 Hình 2.2 Sơ đồ loại muối 2 giai đoạn 59
26 Hình 2.3
Hệ thống rửa mùn, bùn ở đáy thiết bị loại
muối
50
27 Hình 2.4
Quá trình kết dính các giọt nước với nhau
trong thiết bị loại muối
51
28 Hình 2.5
Quá trình kết dính và lắng các giọt nước
trong thiết bị loại muối
52
29 Hình 2.6
Mật độ các giọt nước trong dầu thô ở các tỉ
lệ 1%, 5%, 10% ở cùng điều kiện
53
30 Hình 2.7
Ảnh hưởng của tổn thất áp suất qua van mix
tới hiệu quả quá trình loại muối, rắn
54
31 Hình 3.1

Sơ đồ khối cho phương pháp tính toán tối ưu
nhiệt độ của thiết bị loại muối
57
32 Hình 3.2
Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của vận tốc lắng
vào nhiệt độ
62
33 Hình 3.3
Kết quả ước tính nhiệt độ tối ưu theo hàm lợi
nhuận
69
8
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN
STT SỐ BẢNG
BIỂU
TÊN BẢNG BIỂU TRANG
1 Bảng 1.1 Dãy các thiết bị trao đổi nhiệt 22
2 Bảng 3.1 Những điều kiện biên của phân xưởng
CDU
62
3 Bảng 3.2 Phân bố sản phẩm của nhà máy lọc dầu
Dung Quất hiện tại
64
4 Bảng 3.3 Năng lượng tiêu thụ của các thiết bị
trong phân xưởng CDU của nhà máy lọc
dầu Dung Quất
65
5 Bảng 3.4 Giá của các sản phẩm phân xưởng CDU 66
6 Bảng 3.5 Giá điện công nghiệp Việt Nam 67
9

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC : Dòng điện xoay chiều
AR Cặn chưng cất khí quyển
BS&W Cặn đáy và nước, đo bằng tổng số tạp chất trong dầu thô
BTX Benzen, toluen, xylen
CDU Phân xưởng chưng cất dầu thô (unit 11)
DC Dòng điện một chiều
DO Diesel
ETP Phân xưởng xử lý nước thải
FO Nhiên liệu đốt lò
HGO Heavey gas oil (gas oil nặng
HVGO Heavey vacumn gas oil (gas oil chân không nặng)
LGO Light gas oil (gas oil nhẹ)
LPG: Khí hóa lỏng
LVGO Light vacumn gas oil (gas oil chân không nhẹ)
ON Chỉ số octan
PTB Pound/nghìn thùng
SWS Phân xưởng xử lý nước chua (unit 18)
VR Cặn chưng cất chân không
10
MỞ ĐẦU
Dầu thô là hỗn hợp hữu cơ phức tạp, chứa nhiều tạp chất như các muối của clo
NaCl, MgCl
2
, CaCl
2
… đất, sét, axit hữu cơ…. , nó chưa đáp ứng được yêu cầu của
con người. Để sử dụng được nguồn vàng đen này, dầu thô cần trải qua quá trình chế
biến để trở thành sản phẩm phù hợp với nhu cầu sử dụng. Quá trình chế biến dầu
thô này được thực hiện ở nhà máy lọc dầu.

Trong bất kì một nhà máy lọc dầu nào, phân xưởng CDU gần như là bắt buộc
phải có trong nhà máy, nó có vai trò phân tách dầu thô thành các phân đoạn nhỏ hơn
cho các xử lý sâu, đồng thời loại bỏ tạp chất như muối, chất rắn ra khỏi dầu thô.
Nước ta đã có nhà máy lọc dầu đầu tiên vào năm 2008, với công suất 6,5 triệu
tấn/năm. Nguồn dầu thô vận hành nhà máy của chúng ta đã, đang và sẽ thay đổi,
chúng ta không phải chỉ dùng dầu thô của mỏ Bạch Hổ, mà hiện nay đã dùng tới 15
loại dầu thô. Các loại dầu, có những đặc tính, tính chất khác nhau, ảnh hưởng đến
hiệu quả của vận hành nhà máy, đặc biệt là nhiệt độ. Việc tối ưu nhiệt độ hoạt động
cho thiết bị loại muối của phân xưởng CDU là một vấn đề nóng của các nhà máy
lọc dầu nói chung và nhà máy lọc dầu Dung Quất nói riêng. Việc tối ưu nhiệt độ
cho phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất giúp cho nhà máy tiết kiệm
được chi phí vận hành đồng thời nâng cao được hiệu quả quá trình. Trước tình hình
thực tế như vậy, em thực hiện đề tài “Tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối
trong phân xưởng CDU tại nhà máy lọc dầu Dung Quất”. Đề tài không chỉ là
thực hiện để tối ưu nhiệt độ cho cụm thiết bị loại muối, nó còn là một tài liệu giúp
cho người đọc có hiểu biết thêm về quá trình loại muối.
Nội dung của đề tài gồm
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY
LỌC DẦU
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ MÁY
LỌC DẦU DUNG QUẤT
CHƯƠNG 3: TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ CHO THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG
NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT
KẾT LUẬN
11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ LOẠI MUỐI TRONG NHÀ
MÁY LỌC DẦU
1.1. Tổng quan về nhà máy lọc dầu
1.1.1. Đại cương về dầu mỏ
Dầu mỏ là những hỗn hợp phức tạp có thành phần định tính định lượng rất khác

nhau tùy theo nguồn gốc của nó, nên để sử dụng tiện lợi và hiệu quả cần chế biến
nó thành những sản phẩm sao cho mỗi sản phẩm dùng trong máy móc thiết bị cùng
loại và cùng một mục đích phải có những đặc tính kĩ thuật tương đối cố định dù
chúng được sản xuất từ những nguồn dầu mỏ khác nhau, bằng cách này hay cách
khác. Ví dụ, có thể sản xuất xăng bằng reforming, cracking, alkyl hóa,… từ các
phân đoạn nào đó thu được từ bất kì dầu mỏ nào, từ dầu paraffin hay dầu naphten,
từ dầu giàu lưu huỳnh hay dầu ít lưu huỳnh, từ dầu Trung Cận Đông, dầu Nga hay
dầu Việt Nam cũng như bất kì quốc gia nào, xăng đó đều phải thỏa mãn nhiều tính
chất kĩ thuật như ON phải đủ cao, đường cong chưng cất phải nằm trong những giới
hạn nhiệt độ quy định tùy thuộc theo mỗi quốc gia, tỉ khối phải thích hợp…
Lọc dầu là lĩnh vực công nghiệp chế biến dầu mỏ thành những sản phẩm mà các
chất hóa học cơ bản tạo ra chúng đã có sẵn trong dầu mỏ hoặc tương tự những chất
trong dầu mỏ. Xăng, DO, FO, nhiên liệu phản lực, dầu bôi trơn, dung môi là những
sản phẩm chủ yếu của công nghiệp lọc dầu. Công nghiệp lọc dầu còn cho ra nhiều
sản phẩm khác: nhựa đường, sáp, parafin, LPG, khí đốt, dầu thắp… và ở một mức
nào đó thì than cốc dầu mỏ, muội than cũng được coi là sản phẩm của lọc dầu.
Công nghiệp lọc dầu cũng liên quan đến công nghiệp hóa dầu vì các phân đoạn
khí, phụ phẩm thu được ở nhà máy lọc dầu có thể được sử dụng để sản xuất những
chất đầu cho công nghiệp hóa dầu. Khí propylene, khí etylen… vốn có trong khí
cracking, BTX trong sản phẩm reforming,… là những chất đầu quan trọng nhất của
công nghiệp hóa dầu. Có thể chế biến hóa học các hydrocacbon no đơn giản trong
khí nhà máy lọc dầu, trong phân đoạn xăng nhẹ để có các chất đầu của công nghiệp
hóa dầu.
Dù với mục đích gì, dù dầu mỏ nguyên liệu ra sao, công nghệ lọc dầu cũng
được bắt đầu bằng việc làm sạch đầu thô khỏi các tạp chất cơ học, khỏi nước
khoáng. Dầu thô đã làm sạch sẽ được chưng cất thành các phân đoạn thích hợp cả
về mặt kĩ thuật và kinh tế. Các phân đoạn thu được thường chưa có đủ những đặc
tính kĩ thuật để có thể dùng như là một sản phẩm, tuy vậy cũng có những phân đoạn
12
được dùng như là sản phẩm dân dụng sau một số bước chế biến tiếp. Đó là giai

đoạn chế biến nông.
Việc chế biến các phân đoạn thành các sản phẩm dân dụng có những phẩm chất
kĩ thuật cao đóng vai trò ngày càng quan trọng trong công nghiệp lọc dầu, đặc biệt
là dưới áp lực ngày càng gia tăng của vấn đề bảo vệ môi trường. Đó là giai đoạn chế
biến sâu.
Giai đoạn chế biến nông là bắt buộc, thì giai đoạn chế biến sâu cũng gần như
bắt buộc. Phương pháp, công nghệ của giai đoạn chế biến nông đã được nghiên cứu,
đã khá hoàn chỉnh, về cơ bản không có những thay đổi cách mạng đáng kể hàng
chục năm nay, trong khi đó thì công nghệ chế biến sâu đang và vẫn sẽ ở trong thời
kì biến đổi mạnh mẽ trên con đường hoàn thiện để có thể đáp ứng được yêu cầu về
chất lượng ngày càng cao, càng khắt khe đối với các sản phẩm, bởi vì chính giai
đoạn chế biến sâu góp phần chủ yếu và quyết định trong việc nâng cao chất lượng
của các sản phẩm, nâng cao giá trị của dầu mỏ, đem lại lợi nhuận nhiều hơn.
Để thực hiện quá trình chế biến nông người ta chủ yếu dùng các phương pháp
vật lí, chủ yếu là phương pháp chưng cất. Giai đoạn chế biến sâu sử dụng tổng hợp
các phương pháp hóa học và vật lí. Trong bất kì một quá trình chế biến hóa học nào
cũng xảy ra rất nhiều phản ứng hóa học, cho nên hỗn hợp tạo ra luôn bao gồm từ rất
nhiều hợp chất có bản chất phân tử lượng rất khác nhau, nghĩa là bao giờ cũng cần
tiến hành phân tách hỗn hợp sau phản ứng để có được những sản phẩm mong muốn.
Trong hầu hết trường hợp người ta còn phải sử dụng các chất phụ gia nhằm cải
thiện một số tính chất kĩ thuật của các sản phẩm lọc dầu. Do đó quá trình sản xuất
các chất phụ gia cũng là một phần của giai đoạn chế biến sâu, mặc dù việc sản xuất
các chất phụ gia lại thường xuyên được sản xuất tại các nhà máy hóa chất.
1.1.2. Vai trò của nhà máy lọc dầu
Nhà máy lọc dầu có vai trò rất to lớn trong đời sống xã hội của còn người. Nhà
máy cung cấp những sản phẩm năng lượng và phi năng lượng phục vụ cho nền công
nghiệp của các quốc gia, ảnh hưởng một cách gián tiếp đến nền an ninh khu vực.
Ngoài ra nó còn ảnh hưởng tới thu nhập của xã hội thông qua tạo một lượng lớn
việc làm cho khu vực.
 Vai trò cung cấp sản phẩm năng lượng và phi năng lượng của nhà máy lọc dầu

13
Hình 1.1. Nhu cầu dầu thô trên thế giới [2]
Hình 1.2. Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ khu vực châu Á [3]
14
Hình 1.3. Nhu cầu các sản phẩm dầu mỏ của thế giới [3]
Như chúng ta đã biết, dầu mỏ là hỗn hợp lỏng của các hợp chất hữu cơ, với
thành phần chính là những hydrocacbon lỏng, hydrocacbon rắn cũng như nhiều hợp
chất dị nguyên tố, tức những hợp chất hữu cơ tạo ra từ cacbon, hydro và các nguyên
tố khác như lưu huỳnh, nitơ, oxy, các kim loại như Na, Ca… Như vậy dầu mỏ là
một hỗn hợp rất phức tạp chứa hàng nghìn hợp chất, nó vừa là nhũ vừa là huyền
phù. Do đó dầu mỏ không thể trực tiếp sử dụng cho các hoạt động công nghiệp, dân
dụng bao gồm các sản phẩm năng lượng và phi năng lượng. Để sử dụng, dầu mỏ
cần phải được chế biến nông và sâu thành các sản phẩm phù hợp với mục đích sử
dụng.
Về chính trị-an ninh - quốc phòng, việc đầu tư xây dựng nhà máy lọc dầu cho
phép các quốc gia chế biến dầu thô trong nước, đảm bảo từng bước về an ninh năng
lượng, giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp xăng dầu từ nước ngoài, góp
phần vào sự nghiệp đẩy mạnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa của các quốc gia.
 Vai trò về kinh tế, an sinh xã hội
Việc xây dựng nhà máy lọc dầu, góp phần tạo công ăn việc làm, thu hút nguồn
nhân lực chất lượng cao cho khu vực, nâng cao đời sống nhân dân khu vực. Đồng
thời ngoài nhà máy lọc dầu, các nhà máy sau lọc dầu đi sau, tiếp tục đẩy mạnh nền
kinh tế khu vực, góp phần giải quyết công ăn việc làm cho các lao động.
Như sau khi có nhà máy lọc dầu Dung Quất, thì có các dự án công nghiệp
nặng, các nhà máy thép, nhà máy đóng tàu, hóa dầu vệ tinh, nhiên liệu sinh học, hạ
15
tầng giao thông… phát triển rất nhanh kéo theo đó là những dịch vụ ăn theo rất lớn
của các tỉnh xung quanh như Quảng Nam, Đà Nẵng cũng phát triển rất mạnh. Dự án
đã tạo việc làm cho gần 2000 lao động, hầu hết là lực lượng trình độ cao và lành
nghề.

1.1.3. Mô hình một nhà máy lọc dầu
 Mô hình hệ thống các phân xưởng chế biến
Phân xưởng chế biến là phân xưởng mà ở đó dầu mỏ được chế biến thành các
sản phẩm nghĩa là ở đó dầu mỏ chịu những biến đổi vật lí và hóa học để chế biến
thành sản phẩm. Ta gọi tắt đó là phân xưởng.
Một nhà máy lọc dầu (Refinery, Oil Refinery) tương đối hoàn chỉnh ngày nay
có bao gồm nhiều phân xưởng và có công suất chế biến từ vài ba đến trên chục triệu
tấn dầu thô một năm. Mỗi phân xưởng bao gồm một phần chủ yếu hoặc thường là
toàn bộ như thiết bị để thực hiện một quá trình, một công nghệ chế biến tương đối
hoàn chỉnh [1].
Những phân xưởng chủ yếu của một nhà máy lọc dầu tương đối hoàn chỉnh như
hình 1.4.
16
Hình 1.4. Mô hình tổng quát một nhà máy lọc dầu [1].
a: Phân xưởng làm sạch, loại muối khỏi dầu thô
b: Phân xưởng chưng cất dầu thô thành các phân đoạn ở áp suất khí quyển (b
1
)
và ở áp suất chân không (b
2
)
17
Có thể coi tập hợp (a) và (b
1
) là một phân xưởng-phân xưởng chưng cất sơ cấp
dầu thô.
c: Phân xưởng chế biến phân đoạn khí lọc dầu
c
1
– Tháp loại H

2
S (CO
2
) bằng amin
c
2
– Tháp loại propan
c
3
- Tháp loại etan
d: Phân xưởng oxy hóa H
2
S để sản xuất S, H
2
SO
4
e: Phân xưởng đồng phân hóa
s: Phân xưởng hydrotreating
g: Phân xưởng cracking xúc tác VGO hoặc AR
h: Phân xưởng hydrocracking
i: Phân xưởng cracking nhiệt, cracking giảm độ nhớt, steam cracking
k: Phân xưởng chưng cất sản phẩm cracking
l: Phân xưởng polymer hóa
m: Phân xưởng alkyl hóa
n: Phân xưởng loại chất nhựa đường
o: Phân xưởng loại paraffin
q: Phân xưởng sản xuất mỡ
r
1
, r

2
: Các phân xưởng sản xuất nhựa đường (thổi không khí, pha trộn)
t: Phân xưởng sản xuất than cốc.
Hình 1.5 cho ta thấy một cách tổng quát hơn mô hình một nhà máy lọc dầu
18
Hình 1.5. Sơ đồ rút gọn một nhà máy lọc dầu [1].
Các kí hiệu như đã cho ở hình 1.4. Ngoài ra có thêm các kí hiệu: k’: các thiết bị
chưng cất các sản phẩm của các quá trình chế biến hóa học: reforming, alkyl hóa,
isome hóa…; u: các phân xưởng khác như phân xưởng sản xuất hơi nước, phân
xưởng sản xuất nitơ…
Cần chú ý là mô hình ở hình 1.4 và 1.5 chỉ là một mô hình chung chung, vừa
thừa vừa thiếu, không bắt buộc, càng không phải là một mô hình tối ưu. Nhiều phân
xưởng chưa có trong mô hình đó, một số phân xưởng trong đó sẽ không có trong
nhà máy lọc dầu này hoặc nhà máy lọc dầu kia, một số phân xưởng có thể kết hợp
lại hoặc phần nào thay thế lẫn nhau.
Số phân xưởng, bản chất và quy mô của mỗi phân xưởng, mối liên hệ về mặt
công nghệ và về mặt địa điểm giữa các phân xưởng phụ thuộc vào những yếu tố
sau: bản chất của dầu thô, khả năng kĩ thuật và khả năng tài chính của chúng ta, nhu
cầu về tiêu dùng của khách hàng về khối lượng và phẩm chất của sản phẩm. Để hiểu
rõ hơn về những yếu tố này, có thể tham khảo về giáo trình hóa học dầu mỏ và các
sản phẩm dầu mỏ. Một số ví dụ cụ thể dưới đây.
Khi dầu thô nguyên liệu chứa ít hợp chất dị nguyên tố, tức là thường thường nó
là dầu ngọt, thì các phân xưởng hydrotreating sẽ bớt phần quan trọng, số lượng và
công suất các phân xưởng hydrotreating sẽ ít đi.
Trong trường hợp dầu thô nguyên liệu là dầu paraffin, hàm lượng asphalten
trong nó có ít, thì nhà máy sẽ không có các phân xưởng sản xuất nhựa đường.
Ví dụ nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất chủ yếu là dầu ngọt
giàu paraffin và sạch (chứa rất ít dị nguyên tố) nên ở nhà máy đó không có phân
xưởng sản xuất nhựa đường, không có phân xưởng hydrotreating phân đoạn LGO
cũng như phân đoạn HGO, không có phân xưởng chưng cất chân không để lấy

HVGO, LVGO làm nguyên liệu cho phân xưởng cracking xúc tác, vì cặn chưng cất
19
khí quyển AR đã rất sạch nên được dùng làm nguyên liệu trực tiếp cho phân xưởng
RFCC.
Những vùng mà dầu diesel DO có nhu cầu lớn, như ở hầu hết các nước đang
phát triển, cụ thể là ở Việt Nam chẳng hạn, thì các phân đoạn LCO, HCO thu được
từ phân xưởng chưng cất sản phẩm cracking (k) ở hình 1.4 có thể được chú trong
hơn, nghĩa là phân xưởng cracking có nhiệm vụ tạo ra nhiều LCO, HCO hơn. Ví dụ
như ở nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất, LCO có thể được tạo ra với hiệu suất tối đa,
LCO đó được dẫn trực tiếp đến bồn bể chứa với tư cách là một hợp phần để pha chế
DO thương phẩm.
Nhiều nhà máy lọc dầu được thiết kế không phải để sản xuất dầu bôi trơn mà
chủ yếu để sản xuất các sản phẩm năng lượng. Trong trường hợp đó sẽ không có
các phân xưởng liên quan đến dầu bôi trơn như các phân xưởng (o), (p). (n), (q)…
Tháp chưng cất chân không ở (b
2
) có cấu trúc đơn giản hơn.
Ngoài ra trong bất kì một nhà máy lọc dầu nào cũng phải có hệ thống đốt đuốc
(Flare System) ở đó có các khí hydrocacbon thừa hoặc khó sử dụng một cách tinh
tế được đốt bỏ, tránh việc thải chúng vào không khí làm ô nhiễm môi trường.
Mô hình một nhà máy lọc dầu cũng như quy mô của nó thay đổi theo thời đại,
Trình độ công nghệ, theo bản chất dầu thô nguyên liệu, theo nhu cầu về chất lượng
của sản phẩm cần có.
Ngày nay, tất cả các sản phẩm nhà máy lọc dầu làm việc một cách liên tục và
liên hoàn, trong đó, ở thế kỉ trước, chúng hoạt động theo hình thức gián đoạn. Năm
1912 được coi là mở đầu của tháp chưng cất liên tục dầu thô, nghĩa là khoảng nữa
thế kỉ sau khi nhà máy lọc dầu đầu tiên được xây dựng ở Titusville (Pensylvania,
USA) bởi W.Barnsdall và W.A.Abbott và gần 2 thế kỉ sau khi người Nga chưng cất
dầu mỏ vào năm 1735.
Ngày nay các kĩ sư lọc dầu tìm mọi cách để sản xuất được nhiều nhất 2 sản

phẩm là xăng và DO, thì trước thập kỉ cuối cùng của thế kỉ XIX, kerosene dùng làm
dầu thắp sáng lại là sản phẩm quan trọng nhất. Hồi đó người ta ca thán dầu mỏ chứa
quá nhiều phân đoạn xăng.
Trước và trong đại chiến thế giới lần thứ hai phân xưởng cracking nhiệt là một
trong những phân xưởng quan trọng nhất của một nhà máy lọc dầu, vì người ta chưa
nắm bắt được công nghệ cracking xúc tác, vì nhu cầu xăng tăng lên rất mạnh, còn
bây giờ vai trò của cracking nhiệt đã giảm hẳn và thay đổi về cơ bản. Người ta
20
cracking giảm độ nhớt, steam cracking những phân đoạn nặng nhất để có FO, để tạo
nguyên liệu cho cracking xúc tác và có dầu DO nặng.
Trong những năm 1950-1970 việc sản xuất xăng, DO, FO vẫn là nhiệm vụ
chính của một nhà máy lọc dầu, nhưng ngoài những công nghệ sau chưng cất dầu
thô để tăng chất lượng xăng cũng như những cố gắng điều chế các chất đầu cho
công nghiệp hóa dầu thì gần như không có một sự biến đổi sâu sắc thật sự nào liên
quan đến việc chế biến các phân đoạn khác, ngoài công nghệ hydrotreating đang ở
trong giai đoạn đầu của sự phát triển. hình 1.6, 1.7 là những sơ đồ điển hình của một
nhà máy lọc dầu thời đó.
Ở hình 1.7 ta thấy công nghệ cracking giảm độ nhớt chưa phải là phổ biến, công
nghệ cracking xúc tác chưa được ứng dụng nhiều ở châu Âu.
Hình 1.6 là sơ đồ một nhà máy lọc dầu nhẹ của Mỹ vào thập kỉ 60 có mục đích
sản xuất nhiên liệu nhẹ. Vào thời kì đó công nghệ hydrotreating chưa phát triển. Sản
phẩm chính của nhà máy là xăng ô tô, xăng máy bay, DO vì nước Mỹ dùng rất
nhiều xăng so với các sản phẩm năng lượng dầu mỏ khác.
Do nhu cầu tăng, đặc biệt là nhu cầu cải thiện phẩm chất các sản phẩm dầu mỏ
như những vấn đề loại bớt aromatic độc hại trong xăng, trong nhiên liệu phản lực,
giảm mạnh hàm lượng lưu huỳnh… ta thấy là ở mô hình nhà máy lọc dầu ngày nay
(xem hình 1.4…1.7), kĩ thuật hydrotreating, công nghệ cracking giảm độ nhớt VR,
công nghệ FCC… được sử dụng rộng rãi hơn.
21
Hình 1.6. Sơ đồ nguyên tắc một nhà máy lọc dầu nhẹ (USA) thập kỉ 60

[1]
22
1.Tháp chưng cất dầu thô; 2.Tháp stripping; 3.Lò cracking xúc tác; 4.Lò
reforming xúc tác; 5.Lò cracking nhiệt; 6.Lò cracking giảm độ nhớt; 7.Tháp chưng
cất sản phẩm cracking xúc tác; 8.Tháp chưng cất sản phẩm cracking nhiệt; 9.Bền
hóa phân đoạn xăng; 10.Bền hóa xăng cracking; 11.Bền hóa xăng cracking nhiệt;
12.Chưng cất sản phẩm alkyl hóa; 13.Chưng cất sản phẩm polime hóa; 14.Bình
alkyl hóa; 15.Thiết bị polymer hóa; 16.Tháp hấp thụ; 17. Tháp khử hấp thụ
Hình 1.7. Sơ đồ đơn giản hóa một nhà máy lọc dầu ở Châu Âu vào
những năm 1950-1970 [1]
1.Tháp chưng cất khí quyển; 2.lò hydrotreating; 3.Lò reforming; 4.Tháp hấp thụ
amin; 5.Phân xưởng Claus; 6.phân xưởng LPG; 7.Ngọt hóa kerosen; 8.Lò
hydrotreating; 9.Lò cracking giảm độ nhớt
Trong tương lại không xa mô hình một nhà máy lọc dầu có lẽ khác bây giờ
nhiều, các biện pháp làm sạch khỏi dị nguyên tố, loại bỏ những hợp chất độc hại,
tận dụng triệt để cặn chân không… sẽ được sử dụng một cách sâu rộng hơn.
23
 Các phân xưởng phụ trợ
Phân xưởng phụ trợ là những phân xưởng mà ở đó không tiến hành sự chế biến
dầu mỏ mà chỉ xảy ra những quá trình sản xuất các chất, vật liệu dùng để hỗ trợ cho
các quá trình xảy ra ở các phân xưởng chế biến.
Những phân xưởng phụ trợ quan trọng và bắt buộc phải có là:
- Phân xưởng xử lí nước.
- Phân xưởng sản xuất hơi nước.
- Phân xưởng cung cấp các khí nitơ, không khí, hydro…
- Phân xưởng cung cấp điện (nhà máy điện).
- Hệ thống bồn chứa và đường ống.
Hình 1.8. Sơ đồ đơn giản hóa nhà máy lọc dầu thập kỉ 90 thế kỉ XX [1]
1.Phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển; 2.Phân xưởng chưng cất
AR ở áp suất chân không; 3.Phân xưởng chưng cất phân đoạn khí; 4.Phân xưởng

hydrotreating; 5.Phân xưởng cracking giảm độ nhớt; 6.Phân xưởng reforming;
7.Tháp loại LPG. 8.Phân xưởng isome hóa; 9.Phân xưởng FCC; 10.Phân xưởng
loại khí H
2
S; 11. Phân xưởng làm ngọt; 12.Phân xưởng Claus; 13.Phân xưởng tách
C
3
H
8
khỏi C
4
H
10
; 14.Phân xưởng sản xuất MTBE; 15.Phân xưởng alkyl hóa
- Phân xưởng xử lí nước và phân xưởng sản xuất hơi nước
24
Một lượng nước rất lớn cần được cung cấp thường xuyên cho nhà máy lọc dầu.
Nước được dùng vào những mục đích sau: tham gia các quá trình công nghệ, cho hệ
thống phòng hỏa, để làm vệ sinh, ăn uống, cho các phòng thí nghiệm.
Tùy theo điều kiện thủy địa chất mà có thể chỉ dùng nước ngọt hoặc dùng cả
nước biển.
Các thiết bị làm lạnh, làm lạnh ngưng tụ các dòng dầu nóng bằng nước lạnh là
rất phổ biến trong các nhà máy lọc dầu. Chúng tiêu thụ rất nhiều nước.
Nước ngọt và nước sạch được dùng cho phân xưởng sản xuất hơi nước. Hơi
nước được dùng trong rất nhiều quy trình công nghệ, trong các tháp stripping bằng
hơi nước, trong tháp chưng cất dầu thô, trong lò phản ứng cracking như là phương
tiện truyền nhiệt, cung cấp nhiệt làm giảm áp suất hơi riêng phần của hydrocacbon.
Nước và hơi nước được dùng trong nhà máy điện.
Trong nhà máy lọc dầu thường có hệ thống sản xuất và phân phối 3 loại hơi
nước quá nhiệt:

+ Hơi nước cao áp có áp suất 25-40atm ở nhiệt độ 250-435
o
C được dùng để
chạy tuôc bin, máy nén và đun nóng các phân đoạn dầu đến trên 160
o
C. Các phân
xưởng reforming, alkyl hóa, polymer hóa cũng sử dụng nó.
+ Hơi nước trung áp có áp suất 10-13 atm và nhiệt độ 200-300
0
C được dùng để
hâm nóng các phân đoạn dầu quá nhớt.
+ Hơi nước hạ áp có áp suất 2-7 atm, nhiệt độ 120-220
0
C được dùng trong các
thiết bị phản ứng, trong tháp stripping, tháp chưng cất.
Nước được sử dụng để hòa tan các chất vô cơ sinh ra trong quá trình chế biến
dầu. Nước rất cần cho các thiết bị loại muối khỏi dầu thô.
Nước và nước ngưng tụ (từ hơi nước) trong các nhà máy lọc dầu luôn bị nhiễm
bẩn bởi các cấu tử dầu, các hóa chất sử dụng và hóa chất sinh ra trong quá trình chế
biến. Do đó để nhà máy tồn tại và bảo vệ môi trường sống những ông chủ nhà máy
lọc dầu luôn đầu tư công sức và tiền của nhằm làm sạch nước thải trước khi xả ra
ngoài. Việc xử lí nước thải khá tốn kém.
- Vấn đề năng lượng
25
Nhà máy lọc dầu đầu tiên tiêu thụ rất nhiều năng lượng dưới dạng điện năng và
nhiệt năng.
Trung bình một nhà máy lọc dầu cần một nguồn điện có công suất 200-
300MW. Ngoài việc sử dụng hệ thống điện quốc gia, mỗi nhà máy lọc dầu cần có
một nhà máy điện riêng, vì nhà máy lọc dầu luôn phải hoạt động, không thể ngừng,
không thể phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống điện quốc gia. Hơn nữa chính nhà máy

điện riêng cũng góp phần tận dụng những năng lương dư ở bộ phận này hoặc bộ
phận kia của nhà máy.
Hệ thống điện phải đảm bảo cung cấp các dòng điện 380/220V và 6000V.
Nhiệt năng cần cho nhà máy lọc dầu có được nhờ việc đốt các phân đoạn dầu có
giá trị thấp, khó chế biến một cách kinh tế. Đó thường là một phân đoạn khí đốt C
1
-
C
2
, phân đoạn cặn chảy ra từ một số tháp chưng cất như cặn bùn từ phân xưởng
cracking xúc tác, cặn chưng cất chân không Trung bình cần đốt 50-70kg nhiên liệu
để chế biến 1 tấn dầu thô. Việc đốt nhiên liệu xảy ra trong các lò đốt-lò gia nhiệt.
- Vấn đề cung cấp không khí và khí trơ nitơ
Nhà máy lọc dầu đòi hỏi một lượng lớn không khí chủ yếu ở dạng nén. Nó
được sử dụng trong hệ thống điều khiển và khống chế tự động bằng khí động học,
trong việc tái sinh các chất xúc tác, loại bỏ cốc bám dính trong các lò đốt và sản
xuất nhựa đường… Không khí nén sử dụng trong cách nhà máy lọc dầu thường phải
có áp suất 6-8atm, nhiệt độ 30-40
0
C. Lượng không khí nén cần dùng lên tới hàng
chục mét khối trong một phút. Khí trơ N
2
được dùng chủ yếu để loại bỏ oxy, khí
hydro trong các bồn chứa cũng như trong các thiết bị trước khi thực hiện việc nạp
liệu, để đuổi khí hydro, khí oxy trong các thiết bị tái sinh chất xúc tác reforming và
hydrotreating… Có 2 phương pháp chính sản xuất N
2
. Theo phương pháp thứ nhất
người ta đốt hydrocacbon bằng không khí dư, sau đó loại bỏ nước và các oxit
cacbon. Phương pháp thứ hai là làm lạnh sâu không khí để tách O

2
khỏi N
2
. Một nhà
máy lọc dầu công suất trung bình, cỡ sáu hay bảy triệu tấn một năm, tiêu thụ 20-30
ngàn mét khối khí trơ N
2
/năm. Không khí nén, khí trơ N
2
được sản xuất trong những
phân xưởng riêng.
1.1.4. Sơ đồ mặt bằng một nhà máy lọc dầu
Nhà máy lọc dầu có quy mô lớn, được xây dựng ở nơi có nguồn nước dồi dào,
gần những trung tâm tiêu thụ sản phẩm dầu mỏ, tương đối thuận tiện về giao thông
đường thủy hay đường sắt. Nhà máy lọc dầu cần được thiết kế và xây dựng sao cho
tổng độ dài các đường ống công nghệ là tối thiểu, số máy bơm cần dùng ít nhất, các