Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sự hình thành muối NH4Cl tại các thiết bị ở phân xưởng CCR nhà máy lọc dầu dung quất tác hại và giải pháp khắc phục

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

VƯƠNG NGỌC TRAI

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

VƯƠNG NGỌC TRAI

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

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 8520301
LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. TRƯƠNG HỮU TRÌ

Đà Nẵng – Năm 2019



TĨM TẮT
NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH MUỐI NH4Cl TẠI CÁC THIẾT BỊ Ở PHÂN
XƯỞNG CCR NMLD DUNG QUẤT: TÁC HẠI VÀ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC
Học viên: Vương Ngọc Trai Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
Mã số: 8520301 Khóa: K35.KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt – NMLD Dung Quất được thiết kế chế biến 100% dầu thô ngọt trong nước hoặc dầu thô
hỗn hợp gồm 85% dầu thô ngọt trong nước + 15% dầu thơ chua nước ngồi. Tuy nhiên, với việc
phải chế biến các loại dầu thô thay thế nhập khẩu từ nước ngồi có hàm lượng tạp chất lưu huỳnh,
nitơ, clo cao hơn rất nhiều so với thiết kế, trong thời gian qua đã phát sinh vấn đề về đóng cặn muối
NH4Cl tại một số phân xưởng cơng nghệ. Trong đó nghiêm trọng nhất là vấn đề đóng cặn muối
NH4Cl tại các thiết bị hạ nguồn của phân xưởng CCR như tháp Debutanizer, các thiết bị trao đổi
nhiệt, đường ống công nghệ, v.v. Làm cho sản phẩm Reformate, khí LPG của phân xưởng này
khơng đạt u cầu, gây gián đoạn quá trình sản xuất. Vì vậy, luận văn đã nghiên cứu các nguyên
nhân và cơ chế hình thành muối NH4Cl tại phân xưởng CCR, quá trình ngưng tụ và đóng cặn của
muối này bên trong thiết bị. Từ đó, luận văn đã đưa ra bộ 04 giải pháp, trong đó đã áp dụng thành
cơng hai giải pháp là điều chỉnh thông số vận hành của tháp Debutanizer; rửa muối NH 4Cl trực
tuyến bằng nước giúp kéo dài thời gian vận hành của phân xưởng; Hai giải pháp nghiên cứu có giá
trị khác là sử dụng hóa chất ACF và nâng cấp chủng loại xúc tác tại phân xưởng NHT sẽ được áp
dụng sớm vào thực tế trong thời gian đến sẽ giúp ngăn chặn sự hình thành muối NH 4Cl.
Từ khóa – NMLD Dung Quất; Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR); muối NH4Cl; Tháp
Debutanizer; Xử lý đóng cặn NH4Cl.

STUDY MECHANISM OF AMMONIUM CHLORIDE SALT FORMING IN
EQUIPMENT (EXCHANGERS, TOWER, RELATED PIPING) AT CCR

PLATFORMING UNIT: CONSEQUENCE AND COUNTERMEASURE
Abstract – Dung quat refinery designed to process on two cases of crude oils: Sweet case with
domestic crude oil and a mixed of sweet and sour crude oil. Because of processing alternative crude
oil from oversea with higher contaminants content of nitrogen, sulfur & chloride than designed,
leads to fouling and consequent underdeposit corrosion caused by ammonium chloride salts, has
serious impact on the reliability of operation of various process units. Especially, the serious issue
has been found at CCR unit by ammonium chloride salt fouling on downstream section such as
Debutanizer tower, exchangers, and related piping. Resulted in the loss of throughput, interrupt
production, offspecification products and severe corrosion. So that, this thesis had been studied the
mechanism of ammonium chloride formation and deposit, evaluated of the impact caused by
ammonium salt. Base on these analyses, the thesis had proposed four solutions. In which, two of
them were successful applied are Debutanizer’s operating condition adjustment and online water
wash, that help to mitigate the fouling of NH 4Cl in the system and prolong unit operation; Others
two feasible studies of injecting ACF dispersal chemical and upgrating NHT’s catalyst will be
applied in the next coming time to eliminate formation of NH4Cl salt.
Key words - Dung quat refinery, CCR, Mechanism of ammonium chloride formation, Debutanizer
tower, Solution to migtigate the fouling of NH4Cl


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài........................................................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................................... 2

4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài....................................................................................... 2
5. Nội dung nghiên cứu của đề tài............................................................................................... 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................................. 3
7. Cấu trúc của luận văn.................................................................................................................. 3
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN................................................................................. 5
1.1. Tổng quan về NMLD Dung Quất................................................................................................ 5
1.1.1. Địa điểm xây dựng NMLD Dung Quất......................................................................... 5
1.1.2. Công suất chế biến của NMLD Dung Quất................................................................. 5
1.1.3. Cấu hình NMLD Dung Quất............................................................................................. 6
1.1.4. Cơ cấu sản phẩm của nhà máy.......................................................................................... 7
1.2. Giới thiệu phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)................................................................ 7
1.2.1. Mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác............................................................ 7
1.2.2. Sơ đồ cấu hình phân xưởng Reforming xúc tác (CCR).......................................... 8
1.2.3. Giới thiệu tháp tách Debutanizer tại phân xưởng CCR.......................................... 9
1.3. Những nghiên cứu đã được thực hiện về vấn đề đóng muối NH4Cl........................... 10
1.4. Quy trình nghiên cứu và xử lý vấn đề đóng muối NH4Cl............................................... 12
CHƯƠNG 2. XÁC ĐỊNH CÁC TÁC NHÂN/ ĐIỀU KIỆN ĐỂ HÌNH THÀNH
MUỐI NH4Cl TẠI CÁC THIẾT BỊ Ở PHÂN XƯỞNG CCR........................................ 14
2.1. Xác định các tác nhân và điều kiện để hình thành muối NH 4Cl tại các thiết bị ở
phân xưởng CCR..................................................................................................................................... 14
2.1.1. Tạp chất nitơ, lưu huỳnh và clo có trong dầu thơ................................................... 14
2.1.2. Tác nhân có nguồn gốc từ clo sinh ra ngay tại ở phân xưởng CCR................15
2.1.3. Giới hạn xử lý tạp chất nitơ trong nguyên liệu Naphtha của phân xưởng
xử lý bằng hydro NHT........................................................................................................................... 22


2.2. Nghiên cứu cơ chế hình thành muối NH4Cl......................................................................... 23
2.3. Xác định các điều kiện để muối NH4Cl đóng rắn trên các thiết bị ở hạ nguồn
của phân xưởng CCR............................................................................................................................. 26
CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH CÁC TÁC HẠI GÂY RA DO MUỐI NH4Cl ĐÓNG

CẶN TẠI CÁC THIẾT BỊ HẠ NGUỒN CỦA PHÂN XƯỞNG CCR........................ 28
3.1. Làm giảm hiệu suất của tháp tách Debutanizer................................................................... 28
3.1.1. Giới thiệu về tháp tách Debutanizer............................................................................ 28
3.1.2. Tắt nghẽn đĩa và điểm rút sản phẩm............................................................................ 28
3.2. Làm giảm hiệu suất của các thiết bị trao đổi nhiệt............................................................. 29
3.2.1. Các thiết bị trao đổi nhiệt tại khu vực nguội của phân xưởng CCR................29
3.2.2. Hậu quả của lắng đọng muối NH4Cl đối với các thiết bị trao đổi nhiệt.........29
3.3. Gây tắt nghẽn tại đầu hút của máy nén tuần hồn khí Hydro........................................ 30
3.4. Ăn mịn hệ thống đường ống và thiết bị................................................................................. 30
3.4.1. Làm tăng q trình ăn mịn............................................................................................. 30
3.4.2. Cơ chế ăn mịn dưới lớp đóng cặn muối (under deposit pitting corrosion) .. 31

CHƯƠNG 4. CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ VẤN ĐỀ HÌNH THÀNH VÀ ĐĨNG
CẶN MUỐI NH4Cl.............................................................................................................................. 33
4.1. Giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng khi NH4Cl đã hình thành trong hệ thống.............33
4.1.1. Kiểm sốt các tạp chất lưu huỳnh, nitơ, và clo có trong dầu thơ......................33
4.1.2. Điều chỉnh thông số công nghệ của hệ thống........................................................... 33
4.1.3. Nghiên cứu giải pháp loại bỏ muối NH4Cl ở tháp Debutanizer và các
thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống khi đã bị đóng muối............................................................. 36
4.1.4. Giải pháp loại bỏ muối NH4Cl bằng phương pháp hóa học............................... 44
4.2. Nghiên cứu giải pháp ngăn chặn sự hình thành muối NH4Cl trong hệ thống.........50
4.2.1. Giới thiệu chung về phân xưởng xử lý Naphtha bằng hydro (NHT)..............51
4.2.2. Nghiên cứu thay thế xúc tác hiện tại S-120 bằng thế hệ xúc tác mới
HYT-1119 tại thiết bị phản ứng phân xưởng NHT..................................................................... 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................................................... 60
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 61
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

DANH
ACF

BPSD
CCR

: Amm
: Barr
: Cont
sinh


CDU

: Crud

Debutanizer
DO
FO
ISOM
KTU
LPG
Net gas
NHT
NMLD
Off gas
PP
Reformate
RONC
RFCC

: Tháp
: Dies

: Fuel
: Isom
: Kero
: Liqu
: Khí
: Naph
: Nhà
: Khí
: Poly
: Xăng
: Rese
: Resi
cặn
: Univ

UOP


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1
2.1

2.2
2.3
2.4

Mô tả cơ cấu sản ph

Chỉ tiêu thành phần

đưa vào chế biến tạ

Thành phần các tạp

đang được chế biến
Mơ tả đặc tính của

Hàm lượng khí acid
thiết kế [8]

2.5

Nồng độ khí acid H

4.1

Thơng số vận hành

4.2

Lựa chọn chất lượn
Điều kiện vận hành

4.3

4.4
4.5
4.6

4.7

4.8
4.9

nước

Kết quả phân tích
Debutanizer

Chỉ tiêu các tạp chấ

Thống kê kết quả p
sản phẩm Naphtha

Kết quả bất thường

vào phân xưởng NH

Thành phần nguyên

xúc tác mới HYT-1
Mô tả đặc tính của

So sánh điều kiện v


4.10

4.11

S-120 tại các công

Chất lương của sản
1119


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu
hình
1.1 -

Mơ tả sơ đồ vị trí của N

1.2 -

Sơ đồ tổng quan về NM

1.3 -

1.4 -

Độ chuyển hóa của ngu

octane cao tại cùng các
Sơ đồ thể hiện toàn bộ

CCR đến các phân xưở

1.5 -

Sơ đồ cấu hình phân xư

1.6 -

Sơ đồ cơng nghệ tháp D

1.7 -

Mô tả mối quan hệ giữ

hợp với độ pH và khả n

1.8 2.1 -

Sơ đồ tổng thể của quá
Mô tả trạng thái cân bằ

2.2 -

Mô tả cơ chế hấp phụ c

2.3 2.4 2.5 2.6 2.7-

2.8 2.9 -

Sơ đồ chu trình phun h
tính acid của xúc tác

Sự giảm diện tích bề m

Ảnh hưởng của diện tíc
phun vào hệ thống

Sự biến đổi cấu trúc ch

Biểu thị % NH3 thực tế
và áp suất

Ảnh hưởng của áp suất
suất tạo thành NH3

Giản đồ điểm đóng cặn
Giản đồ mối liên hệ giữ


2.10 -

NH3 và HCl đến sự ngư

2.11 3.1 -

Biểu đồ mơ tả q trình
Báo cáo kết chụp gamm

3.2 -

Ảnh chụp sự đóng cặn

3.3 -

Ảnh chụp sự đóng cặn

nén khí Hydro tuần hồ

3.4 -

Ảnh chụp sự ăn mịn đ

3.5 -

Mơ tả cơ chế ăn mòn đ


Số hiệu
hình
4.1 -

Giãn đồ tính tốn xác đ

4.2 -

Giản đồ bay hơi nước t

4.3 -

4.4 -

Giản đồ tổng quát quá
quá trình rửa nước
Sơ đồ vị trí điểm phun
Debutanizer

4.5 -

Sơ đồ điểm phun nước

4.6 -

Giản đồ quá trình thay

4.7 -

Giản đồ chất lượng sản
cho tháp Debutanizer

4.8 -

Giản đồ mô tả khả năng

4.9 -

Mơ tả cơ chế hóa chất A

4.10 -

Sơ đồ điểm phun hóa c

4.11 4.12 -

Lượng hóa chất phân tá
Biến thiên các chỉ tiêu

4.13 -

Chênh lệch áp của tháp

4.14 -

Hiệu suất của thiết bị tr

4.15 -

Sơ đồ khối phân xưởng

4.16 -

Sơ đồ nộp xúc tác hiện

4.17 -

4.18 -

4.19 -

Khả năng xử lý tạp chấ
1119 57

So sánh khả năng xử lý
HYT-1119

Giản đồ và phương phá

phản ứng của phân xưở


1

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, đòi hỏi các NMLD trên thế giới, trong đó có NMLD Dung Quất tại Việt Nam phải
tìm các giải pháp để nâng cao hiệu quả kinh tế, như tăng công suất chế biến, đa dạng
hóa và nâng cao chất lượng sản phẩm, tìm kiếm các giải pháp tối ưu để tiết giảm chi
phí trong bối cảnh thị trường xăng dầu đang cạnh tranh rất khốc liệt. Vì vậy, mục tiêu
hàng đầu của Cơng ty Lọc Hóa Dầu Bình Sơn vẫn là duy trì tuyệt đối ổn định và an
tồn vận hành của nhà máy, chế biến ra các sản phẩm đạt chất lượng theo yêu cầu của
thị trường. Tuy nhiên, với cấu hình của NMLD Dung Quất được thiết kế để chế biến
các loại dầu thơ tương đối ngọt và ít cặn bẩn, hàm lượng các tạp chất như lưu huỳnh,
nitơ, clo rất thấp, … nên đã dẫn đến nhiều hạn chế trong việc chế biến các chủng loại
dầu thô khác nhau có thành phần tạp chất cao hơn. Đặc biệt trong bối cảnh trữ lượng
khai thác dầu thô trong nước đang giảm mạnh và các mỏ dầu đang trong giai đoạn cuối
của quá trình khai thác nên chứa rất nhiều tạp chất lẫn theo. Điều này buộc nhà máy
phải tìm một số loại dầu thơ tương đương từ nước ngồi để thay thế (Dầu thô Azeri
light, Ruby, Espo, WTI, …) để đảm bảo công suất chế biến của nhà máy.
Với việc NMLD Dung Quất phải chế biến các loại dầu thô trong nước tại các

mỏ ở giai đoạn cuối của quá trình khai thác, cũng như lựa chọn các loại dầu thơ thay
thế có nguồn gốc từ nước ngồi với hàm lượng tạp chất cao hơn so với thiết kế ban đầu
đã gây ra một số ảnh hưởng khá lớn đối với các phân xưởng công nghệ như CCR,
RFCC.
Trong thời gian vừa qua phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) đã phải đối mặt
với vấn đề 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. Hậu quả là
các sản phẩm như Reformate, khí LPG của phân xưởng này khơng đạt u cầu, công
suất chế biến bị giảm, làm gián đoạn vận hành. Vấn đề này đã gây ra tổn thất rất lớn về
kinh tế đối với cơng ty. Ngồi ra với việc hình thành và đóng cặn muối đã làm tăng
chênh lệch áp qua các thiết bị, gây ra hiện tượng tắt nghẽn đường ống, làm giảm hiệu
suất truyền nhiệt và gia tăng nguy cơ ăn mòn đối với hệ thống đường ống và thiết bị.
Điều này dẫn đến nhiều rủi ro về rị rỉ gây cháy nổ cũng như tính toàn vẹn của thiết bị.
Với những lý do được nêu ở trên, thì 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


2

Quất, để từ đó đưa ra các giải pháp xử lý phù hợp giúp duy trì an tồn và ổn định vận
hành các cụm phân xưởng của nhà máy trong bối cảnh phải chế biến các loại dầu thô
thay thế chứa nhiều thành phần tạp chất hơn so với các loại dầu thơ thiết kế ban đầu.
2. Mục đích nghiên cứu
 Nghiên cứu xác định chính xác các nguyên nhân hình thành muối NH 4Cl tại
các thiết bị thuộc phân xưởng CCR;
 Xác định các tác hại do hiện tượng đóng muối NH 4Cl này gây ra;
 Đề xuất bộ giải pháp để xử lý trong từng trường hợp cụ thể.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Xác định nguồn gốc của nitơ, clo, HCl tham gia vào phản ứng tạo ra NH4Cl.

 Đánh giá sự hình thành muối NH4Cl tại các thiết bị khu vực hạ nguồn của

phân xưởng CCR như tháp tách Debutanizer (T-1301), thiết bị trao đổi nhiệt (E1305A/B, E-1306A/B/C/D, E-1307, E-1310), quạt làm mát (E-1308, E-1309) và tại
đầu hút máy nén khí tuần hồn hydro (C-1301).
 Phân tích cơ chế gây ăn mịn của NH4Cl đối với thiết bị tại phân xưởng CCR.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
 Dùng phương pháp thống kê dữ liệu các kết quả phân tích mẫu dầu thơ; 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,
các giải pháp đã được nghiên cứu áp dụng đối với hiện tượng hình thành muối NH 4Cl
trong các thiết bị của nhà máy lọc dầu. Từ đó bổ sung vào đề tài nghiên cứu để áp
dụng tại NMLD Dung Quất trong thời gian đến.
5. Nội dung nghiên cứu của đề tài
 Xác định nguyên nhân hình thành muối NH4Cl
- Nguyên nhân từ nguồn nguyên liệu dầu thô: Các tạp chất như nitơ, lưu

huỳnh, clo có trong dầu thơ tăng cao hơn so với giá trị thiết kế.
- Nồng độ khí acid HCl trong dịng khí Hydro tuần hồn tại phân xưởng CCR

tăng cao: Nguyên nhân chính là do xúc tác sử dụng đang ở giai đoạn cuối chu kỳ vận
hành nên khả năng hấp phụ clo trên bề mặt xúc tác giảm, dẫn đến nồng độ HCl trong
dịng Hydro tuần hồn tăng cao.
- Khả năng xử lý các tạp chất của phân xưởng xử lý naphtha (NHT): Xúc tác

hiện đang sử dụng tại phân xưởng NHT được thiết kế chủ yếu để loại bỏ tạp chất lưu
huỳnh. Đối với tạp chất chứa nitơ, xúc tác này có hiệu suất xử lý khơng cao. Vì vậy

3

hàm lượng tạp chất nitơ vẫn còn tồn tại trong dòng sản phẩm naphtha nặng làm
nguyên liệu đầu vào của phân xưởng CCR.
 Xác định các tác hại do hiện tượng đóng muối NH4Cl gây ra
- Giảm hiệu suất của tháp tách Debutanizer do muối đọng trên các đĩa, dẫn đến

các sản phẩm Reformate và khí hóa lỏng LPG khơng đạt tiêu chuẩn theo yêu cầu.
- Làm giảm hệ số truyền nhiệt tại các thiết trao đổi nhiệt do hiện tượng đóng

cặn muối trên các bề mặt của đường ống.
- Gây ăn mòn đường ống và thiết bị, làm giảm tuổi thọ, nghiệm trọng hơn có
thể gây ra rị rỉ hydro cacbon và gây cháy nổ làm gián đoạn vận hành của nhà máy.


Các giải pháp xử lý vấn đề muối Ammonium chloride NH 4Cl

- Hạn chế các ảnh hưởng đối với hệ thống thiết bị khi muối NH4Cl đã hình

thành bên trong hệ thống bằng các giải pháp như sau:


Điều chỉnh thông số công nghệ của hệ thống
tháp
tách với mục đích di chuyển q trình chuyển pha muối NH Cl từ hơi
sang pha rắn ra khỏi vùng đĩa ở đỉnh tháp Debutanizer nhằm kéo dài quá trình vận hành cho tháp;
4



N

ghiên cứu áp dụng giải pháp rửa nước trực tuyến cho tháp Debutanizer và
các thiết bị trao đổi nhiệt khi bị đóng muối;


Nghiên cứu giải pháp sử dụng phụ gia hóa chất để phân tán muối NH4Cl.

- Ngăn chặn sự hình thành muối NH4Cl bằng cách loại bỏ một trong những tác

nhân tham gia vào phản ứng này được kiểm soát bằng các giải pháp:



Kiểm soát các tạp chất lưu huỳnh, clo có
trong
nguyên liệu bằng cách chọn và phối trộn dầu thơ phù
hợp; kiểm sốt nồng độ HCl trong dịng khí CCR hydro tuần hồn;


Nghiên cứu thay thế chủng loại xúc tác tại phân
xưởng xử lý Naphtha (NHT) để tăng khả năng loại bỏ các tạp chất chứa nitơ.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Xử lý được các vấn đề tạo muối NH 4Cl gây đóng cặn, ăn mịn tại các thiết bị

thuộc phân xưởng CCR, tăng độ ổn định và tính tồn vẹn cho thiết bị của cụm phân
xưởng CCR tại NMLD Dung Quất;
 Giúp phân xưởng CCR tại NMLD Dung Quất luôn vận hành ổn định;
 Giúp nhà máy có thể chế biến được nhiều chủng loại dầu thơ khác nhau;

 Có thể dùng làm tài liệu tham khảo bổ ích cho công tác đào tạo, cũng như
chia sẽ nghiên cứu cho một số NMLD khác.
7. Cấu trúc của luận văn
 Chương 1 – Giới thiệu tổng quan
 Chương 2 - Xác định các tác nhân/ điều kiện để hình thành muối NH4Cl tại


4

các thiết bị ở phân xưởng CCR
 Chương 3 – Xác định các tác hại gây ra do muối NH4Cl đóng cặn tại các thiết
bị hạ nguồn của phân xưởng CCR
 Chương 4 – Các giải pháp xử lý vấn đề hình thành và đóng cặn muối NH 4Cl
 KẾT LUẬN và KIẾN NGHỊ


5

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về NMLD Dung Quất
1.1.1. Địa điểm xây dựng NMLD Dung Quất
NMLD 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. Hình 1.1 dưới đây mơ tả sơ
đồ vị trí của nhà máy.

Hình 1.1 - Mơ tả sơ đồ vị trí của NMLD Dung Quất
[1] 1.1.2. Cơng suất chế biến của NMLD Dung Quất
NMLD 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 đầu tư mở rộng, công suất

chế biến sẽ tăng lên 8,5 triệu tấn/năm
Nguyên liệu xử lý:
 Xử lý 100% dầu thô Bạch Hổ (Việt Nam) hoặc các loại dầu thơ có tính chất

tương đương.

 Hoặc dầu thô hỗn hợp gồm 85% dầu thô Bạch Hổ + 15% dầu chua Dubai.


6

1.1.3. Cấu hình NMLD Dung Quất
 Gồm 14 phân xưởng cơng 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 như Nhà máy điện, các phân xưởng cung cấp khí nén
và khí điều khiển, hóa chất, nước làm mát, nước cứu hỏa và nước sinh hoạt,
khí nhiên liệu, dầu nhiên liệu, phân xưởng xử lý nước thải v.v. để đảm bảo quá
trình hoạt động của các phân xưởng công nghệ và các hạng mục liên quan
khác.
Sơ đồ vị trí các phân xưởng của nhà máy được trình bày trên hình 1.2, trong đó
chủ yếu mơ tả các phân xưởng cơng nghệ chính của q trình chế biến dầu thơ, hệ
thống bồn bể phối trộn và các sản phẩm của nhà máy.

Hình 1.2 - Sơ đồ tổng quan về NMLD Dung Quất [2]


7

1.1.4. Cơ cấu sản phẩm của nhà máy

Bảng 1.1 - Mô tả cơ cấu sản phẩm của NMLD Dung Quất [2]
Số thứ
tự
1

Khí hóa

2

Propylen

3

Xăng Mo

4

Xăng má

5

Dầu Die

6

Dầu nhiê

7

Hạt nhựa

8

Lưu huỳ

1.2. Giới thiệu phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)
1.2.1. Mục đích của phân xưởng Reforming xúc tác
Phân xưởng Reforming xúc tác được thiết kế nhằm chuyển hóa phân đoạn
naphtha nặng đã được xử lý bằng hydro thành các cấu tử có chỉ số octane cao để phối
trộn xăng thương phẩm có chỉ số RON 92/95. Công suất chế biến của phân xưởng
CCR là 21.100 BPSD tương đương 103.496 kg/h.
Chỉ số RONC yêu cầu của sản phẩm Reformate là 102. Khí hóa lỏng LPG là
một sản phẩm có giá trị của nhà máy, nên cũng được thu hồi tối đa. Khí giàu hydro
(net gas) là một sản phẩm khác của các phản ứng reforming xúc tác, được sử dụng cho
việc vận hành các phân xưởng công nghệ khác như phân xưởng NHT, ISOM, PP, v.v.
Do đó, CCR là một phân xưởng mang tính quyết định trong nhà máy. Hình 1.3 trình
bày ảnh hưởng của thành phần nguyên liệu naphtha nặng lên hiệu suất thu hồi sản
phẩm trong cùng các điều kiện vận hành của phân xưởng CCR.


8

Hình 1.3 - Độ chuyển hóa của ngun liệu Naphtha thành Reformate có chỉ số octane
cao tại cùng các điều kiện vận hành [14]
Dựa vào sơ đồ trên cho thấy, nếu nguyên liệu Naphtha chứa nhiều thành phần
Paraffin và ít Naphthenes (thường gọi là Lean Naphtha) thì thu được sản phẩm lỏng
Reformate ít hơn và lượng thất thốt nhiều hơn so với nguyên liệu Naphtha chứa nhiều
thành phần Naphthene và ít Paraffin. Phần thất thoát ở đây là do phản ứng bẽ gãy
mạch hydro cacbon (phản ứng cracking) sinh ra các sản phẩm khí như khí hóa lỏng
LPG, off gas (metan và etan) và tạo nhiều coke trên bề mặt xúc tác.

1.2.2. Sơ đồ cấu hình phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)
 Sơ đồ khối của phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)

Hình 1.4 - Sơ đồ thể hiện tồn bộ các dịng cơng nghệ liên quan của phân xưởng
CCR đến các phân xưởng khác [17]


9
 Để mơ tả rõ hơn về cấu hình của phân xưởng CCR tại NMLD Dung Quất, hình 1.5

sau sẽ cung cấp chi tiết đường đi của các dịng cơng nghệ cũng như các thiết bị chính.

Hình 1.5 - Sơ đồ cấu hình phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)
[17] 1.2.3. Giới thiệu tháp tách Debutanizer tại phân xưởng CCR
Tháp Debutanizer được xem là thiết bị chính nằm ở khu vực hạ nguồn của phân
xưởng CCR, tháp được thiết kế nhằm mục đích tách loại các cấu từ nhẹ từ khí C 1
(metan) đến khí C4 (butan) ra khỏi dịng sản phẩm lỏng Reformate đi ra từ thiết bị
phản ứng, nhằm mục đích chính là điều chỉnh áp suất hơi bảo hòa Reid (RVP) của
dòng sản phẩm lỏng Reformate rút ra tại đáy tháp trước đi đưa đến các bồn chứa sản
phẩm trung gian và điều chỉnh để giảm thiểu các thành phần cấu tử hydrocacbon nặng
bay hơi lên đỉnh tháp và đi ra cùng với dịng khí hóa lỏng LPG. Tháp Debutanizer
được thiết kế gồm có 30 đĩa loại đĩa van cố định.
Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của tháp tách Debutanizer. Sơ đồ hình
1.6 bên dưới sẽ giới thiệu về mơ hình điều khiển vận hành đối với tháp Debutanizer và
các vị trí có nguy cơ lắng đọng muối. Dựa vào sơ đồ này có thể thấy rằng, các điều
kiện vận hành của tháp Debutanizer được điều khiển thơng qua hai thơng số chính là
áp suất tại đỉnh tháp và biến thiên nhiệt độ của toàn bộ tháp. Trong đó nhiệt độ tại đáy
tháp được điều khiển bởi thiết bị đun sôi lại sử dụng hơi nước cao áp để gia nhiệt và
nhiệt độ tại đĩa nhạy cảm được điều khiển qua dòng hồi lưu đỉnh là các biến quan

10

trọng nhất quyết định đến chất lượng sản phẩm.

Salt

Salt

deposition

deposition

Salt
deposition

Salt
deposition

Salt
deposition

Salt
deposition

: Khu vực lắng đọng muối NH4Cl

Hình 1.6 - Sơ đồ cơng nghệ tháp Debutanizer thuộc phân xưởng CCR [17]
1.3. Những nghiên cứu đã được thực hiện về vấn đề đóng muối NH4Cl
Cho đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về sự hình thành, đóng cặn và ăn mịn

do muối NH4Cl tại các hệ thống đường ống cũng như thiết bị ở khu vực nhiệt độ thấp
của các phân xưởng công nghệ trong ngành cơng nghệ lọc hóa dầu được thực hiện và
đưa vào áp dụng. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng mức độ ảnh hưởng nghiêm
trọng nhất của muối này thường gặp ở các thiết bị thuộc phân xưởng CCR. Nguyên
nhân chính của vấn đề này đều đến từ các tạp chất nitơ, lưu huỳnh, clo có trong thành
phần dầu thơ và có thể một phần nhỏ nitơ cuốn theo từ các loại hóa chất ức chế ăn mịn
có gốc amin, mà đã khơng được xử lý triệt để tại phân xưởng xử lý bằng hydro (NHT),
ngoài ra xúc tác sử dụng ở phân xưởng CCR cũng có thể làm tăng nồng độ khí acid
HCl trong mơi trường làm việc. Các tạp chất này sẽ tiếp tục theo dòng nguyên liệu đi
vào phân xưởng CCR, tại đây với sự có mặt của dịng khí hydro sẽ xảy ra một số phản
ứng để hình thành NH3, H2S, HCl. Đây là các thành phần chính để sinh ra muối
NH4Cl. Dưới đây là một số nghiên cứu về ảnh hưởng của việc đóng cặn muối NH 4Cl
đối với hệ thống thiết bị.



Vào năm 2001: Các nhà khoa học Philip R. Petersen, Ph.D., Arthur de Jong,


11

William F. Minyard, và John L. Sigmon tại tập đoàn năng lượng và hóa chất
Nalco/Exxon: đã ngiên cứu các ảnh hưởng của việc đóng cặn muối NH 4Cl đối với
quá trình vận hành NMLD. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra mức độ nghiêm trọng của
vấn đề như: Đóng cặn muối trên các đĩa tháp dẫn đến phải giảm công suất, gây ăn
mịn đĩa; Sự đóng cặn trên các thiết bị trao đổi nhiệt làm giảm hiệu suất và gây ăn
mịn thiết bị. Nhóm tác giả cũng đề cập đến các phương án xử lý để ngăn chặn và
giảm thiểu các hiện tượng đóng cặn [27].
 Vào năm 1961: E.B. BACKENSTO và A.N. YURICK đã có nghiên cứu về vấn đề

ăn mòn xảy ra tại các thiết bị vận hành ở nhiệt độ thấp của phân xưởng xử lý
naphtha có liên quan đến hỗn hợp HCl-H2S-NH3 như sơ đồ tam giác được trình
bày trên hình 1.7 dưới đây.

Hình 1.7 - Mô tả mối quan hệ giữa nồng độ các chất HCl-H2S-NH3 có trong hỗn
hợp với độ pH và khả năng ăn mòn [9].
 Năm 1988, Robert R. Williamson UOP Inc đã xuất bản cuốn sách mô tả về mức độ
nguy hiểm của vấn đề ăn mịn và đóng cặn đối với đường ống, thiết bị bởi muối
NH4Cl [30].


12
 Năm 2012: Công ty tư vấn Shell đã phát hành các sự cố về hệ thống thiết bị liên

quan đến việc ăn mòn do muối NH4Cl gây ra, đồng thời đề xuất bộ giải pháp để
khắc phục tình trạng này [31].
Bên cạnh một số nghiên cứu được liệt kê ở trên, vấn đề ngưng tụ và đóng cặn muối
NH4Cl trên các thiết bị cũng được các nhà khoa học đề cập đến và đã đưa ra các giải
pháp được ứng dụng vào thực tế [13], [19]. Tuy nhiên, các mối nguy về đóng cặn muối
NH4Cl tại các phân xưởng cơng nghệ vẫn cịn tiếp tục xảy ra tại một số NMLD trên
thế giới, trong đó có NMLD Dung Quất và vấn đề này đã xảy ra lặp lại vào các năm
2016, 2017, 2019 nhưng chỉ được xử lý tạm thời bằng phương pháp rửa nước trực
tuyến để loại bỏ muối NH4Cl khỏi hệ thống [28].
Vì vậy, với yêu cầu đặt ra là ngăn chặn và xử lý triệt để mối nguy về đóng cặn và
ăn mịn của muối NH4Cl tại các thiết bị hạ nguồn của phân xưởng CCR. Luận văn này
sẽ tập trung nghiên cứu vào 02 bộ giải pháp sau:
 Giải pháp 1: Hạn chế các ảnh hưởng đối với hệ thống thiết bị khi muối NH 4Cl đã

hình thành bên trong hệ thống;
 Giải pháp 2: Ngăn chặn sự hình thành muối NH4Cl bằng cách loại bỏ một trong

những tác nhân tham gia vào phản ứng tạo thành NH4Cl.
Trên cơ sở đó, tác giả đã xây dựng qui trình nghiên cứu và xử lý vấn đề đóng
muối NH4Cl và được mơ tả ở phần tiếp theo.
1.4. Quy trình nghiên cứu và xử lý vấn đề đóng muối NH4Cl

Từ các phân tích trên tác giả đã xây dựng mơ hình nghiên cứu và đề xuất giải
pháp xử lý vấn đề như sau


13

Sơ đồ tổng thể của quá trình nghiên cứu về đóng muối NH 4Cl

Sự hình thành muối NH4Cl tại các thiết bị
ở phân xưởng CCR NMLD Dung Quất
Nghiên cứu nguyên nhân và cơ chế tạo
muối NH4Cl tại phân xưởng CCR
Xác định các tác nhân tạo muối NH4Cl

Nitơ,
Clo
trong dầu thô
tăng cao so
với thiết kế

Hàm lượng khí
acid HCl tăng
cao trong dịng
Hydro tuần hoàn

Xác định cơ chế phản ứng tạo muối NH4Cl

Giới hạn xử lý tạp
chất Nitơ
trong
nguyên liệu Naphtha
từ phân xưởng NHT

Giai đoạn 1:
Hợp chất chứa Nitơ + H2 -> NH3
Giai đoạn 2:
NH3 + HCl (trong dòng H2) -> NH4Cl

Xác định các mối nguy khi hệ thống
bị đóng cặn muối NH4Cl
Mối nguy về ăn mịn thiết bị đường ống
do bị đóng muối. Ảnh hưởng đến tuổi
thọ cũng như tính tồn vẹn của thiết bị.

Sản phẩm Refomate & LPG không
đạt tiêu chuẩn do hiệu suất phân
tách của tháp Debitanizer bị giảm

Nghiên Cứu và Lựa Chọn Các Giải Pháp

Các giải pháp nhằm ngăn chặn
hình thành muối NH4Cl

Các giải pháp nhằm hạn chế
lắng đọng muối NH4Cl

Kiểm sốt các
tạp chất:
- nitơ, clo có trong
ngun liệu
- HCl: trong dịng
hydro tuần hồn

Điều chỉnh
các thơng
số
cơng
nghệ
của
phân xưởng
NHT/ CCR

Nghiên cứu
giải pháp rửa
nước cho các
thiết bị tại
cụm tháp tách
Debutanizer

Nghiên cứu
giải pháp sử
dụng hóa chất
để phân tán/
loại bỏ tạo
muối NH4Cl

Nghiên cứu sử dụng
chủng loại xúc tác
mới có khả năng xử
lý tạp chất Nitơ cao
hơn tại phân xưởng
NHT (xúc tác HYT1119)

Kết Luận
Hình 1.8 - Sơ đồ tổng thể của q trình nghiên cứu về đóng muối NH4Cl