Nhà máy lọc dầu Dung Quất và Nghi Sơn: hai nhà máy lọc dầu Việt Nam

Việt Nam có hai nhà máy lọc dầu quy mô lớn: Dung Quất ở tỉnh Quảng Ngãi, công suất thiết kế 6,5 triệu tấn dầu thô mỗi năm, cho dòng sản phẩm đầu tiên năm 2009; và Nghi Sơn ở tỉnh Thanh Hoá, công suất thiết kế 10 triệu tấn mỗi năm, vận hành thương mại năm 2018. Cả hai đều bắt đầu bằng tháp chưng cất dầu thô, nhưng được thiết kế cho hai loại dầu rất khác nhau, nên cấu hình phân xưởng và sản phẩm cũng khác.

Hai nhà máy nhìn nhanh

Bảng dưới đây chỉ ghi những thông số đã được công bố rộng rãi, tính tới thời điểm viết bài. Công suất là công suất thiết kế; số thực tế mỗi năm có thể cao hoặc thấp hơn tuỳ kế hoạch vận hành và bảo dưỡng.

Dung Quất: nhà máy đầu tiên, sinh ra cho dầu Bạch Hổ

Ý tưởng một nhà máy lọc dầu trong nước có từ những năm 1990, khi Việt Nam đã khai thác dầu thô ở mỏ Bạch Hổ ngoài khơi nhưng phải bán dầu thô ra nước ngoài rồi nhập lại xăng dầu. Địa điểm Dung Quất được chọn vì có vịnh nước sâu, kín gió, thuận cho tàu chở dầu lớn. Dự án trải qua nhiều lần đổi đối tác, tới cuối năm 2005 mới chính thức khởi công, với tổng thầu là một liên danh quốc tế do Technip dẫn đầu.

Ngày 22/2/2009, những sản phẩm đầu tiên ra lò. Năm 2010 nhà máy chính thức đi vào vận hành thương mại, do BSR tiếp nhận và vận hành.

Thiết kế xoay quanh dầu ngọt, nhẹ, nhiều sáp

Dầu Bạch Hổ có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, cỡ vài phần trăm của một phần trăm, nhưng nhiều parafin. Vì dầu ít lưu huỳnh, nhà máy không cần quá nhiều phân xưởng khử lưu huỳnh bằng hydro như các nhà máy chạy dầu chua. Đổi lại, phần cặn của dầu này lại hợp với công nghệ cracking xúc tác cặn (RFCC): cặn khí quyển đi thẳng vào phân xưởng RFCC để bẻ thành xăng, khí hoá lỏng và propylen, không cần qua tháp chưng cất chân không. Đây là "trái tim" của Dung Quất.

Khí propylen từ RFCC được đưa sang nhà máy polypropylen bên cạnh, công suất khoảng 150.000 tấn hạt nhựa mỗi năm, làm nguyên liệu cho bao bì, sợi dệt bao, đồ nhựa gia dụng.

Nhận dầu ngoài khơi bằng phao

Tàu chở dầu thô lớn không vào sát bờ. Ngoài vịnh có một phao neo rót dầu không bến (SPM): tàu buộc vào phao, bơm dầu qua đường ống ngầm dưới đáy biển về bể chứa trên bờ. Sản phẩm thành phẩm thì xuất qua cảng sản phẩm, xe bồn và đường ống sang kho.

Theo thời gian, nguồn dầu Bạch Hổ giảm dần, nên Dung Quất phải chế biến thêm dầu thô trong nước từ các mỏ khác và dầu nhập khẩu, pha trộn sao cho vẫn hợp với thiết kế ban đầu. Nhà máy cũng đã có dự án nâng cấp, mở rộng để tăng công suất và chế biến được nhiều loại dầu thô hơn; tiến độ dự án nên tra ở thông báo chính thức của chủ đầu tư.

Nghi Sơn: lớn hơn, dầu chua hơn, thêm hoá dầu

Nhà máy Nghi Sơn khởi công tháng 10/2013, cho sản phẩm năm 2018. Chủ đầu tư là liên doanh bốn bên: hai tập đoàn Nhật Bản Idemitsu Kosan và Mitsui Chemicals, Công ty Dầu khí Quốc tế Kuwait (KPI) và Tập đoàn Dầu khí Việt Nam. Phía Kuwait cung cấp dầu thô theo hợp đồng dài hạn, nên nhà máy được thiết kế cho dầu thô Kuwait.

Vì sao dầu chua đòi thiết kế khác

Dầu Kuwait thuộc loại "chua": hàm lượng lưu huỳnh cỡ trên dưới 2,5% khối lượng, gấp nhiều chục lần dầu Bạch Hổ. Lưu huỳnh trong nhiên liệu khi đốt sinh SO₂, gây mưa axit, nên xăng, diesel bán ra phải được khử lưu huỳnh xuống mức vài chục phần triệu hoặc thấp hơn theo tiêu chuẩn khí thải. Muốn vậy, Nghi Sơn có nhiều phân xưởng xử lý bằng hydro, trong đó có phân xưởng khử lưu huỳnh cho chính phần cặn trước khi đưa cặn vào cracking. Toàn bộ H₂S tách ra được chuyển hoá thành lưu huỳnh rắn, một sản phẩm phụ đem bán.

Một nhà máy lọc hoá dầu

Khác Dung Quất, Nghi Sơn được thiết kế từ đầu như tổ hợp lọc hoá dầu. Một phần xăng thô sau reforming không đi làm xăng mà được tách lấy các hợp chất thơm: paraxylen (công suất thiết kế khoảng 700.000 tấn/năm), nguyên liệu làm sợi polyester và nhựa PET đóng chai, cùng benzen. Ngoài ra có phân xưởng polypropylen. Việc tách các chất thơm này cũng dựa vào chưng cất phân đoạn, kết hợp kết tinh và hấp phụ chọn lọc, vì các đồng phân xylen sôi quá gần nhau để chỉ chưng cất là tách được.

Dòng chảy chung của một ngày vận hành

Dù khác cấu hình, hai nhà máy đều theo một trình tự giống nhau:

1. Tàu cập phao ngoài khơi, bơm dầu thô vào bể chứa; phòng thí nghiệm lấy mẫu kiểm tra.
2. Dầu thô được khử muối, nung trong lò ống, vào tháp chưng cất khí quyển và tách thành khí, xăng thô, dầu hoả, diesel, cặn.
3. Từng phân đoạn đi qua phân xưởng tương ứng: xử lý bằng hydro, reforming, cracking, đồng phân hoá.
4. Các cấu tử được pha trộn thành xăng RON 92, RON 95, nhiên liệu phản lực, diesel, dầu đốt lò, khí hoá lỏng theo tiêu chuẩn Việt Nam.
5. Sản phẩm xuất qua cảng biển, xe bồn hoặc tàu nhỏ đi các kho đầu mối.

Phòng điều khiển trung tâm giám sát hàng chục nghìn điểm đo. Mỗi khi đổi loại dầu thô, kỹ sư phải chạy lại mô phỏng để chỉnh nhiệt độ cắt phân đoạn, lưu lượng hồi lưu, chế độ lò.

Môi trường và an toàn quanh nhà máy

Người đi đường quốc lộ qua hai khu kinh tế này đôi khi thấy ngọn lửa trên ống đuốc cao. Đó là hệ thống đốt khí an toàn (flare): khi có sự cố hoặc khởi động, dừng máy, khí dư được đốt có kiểm soát thay vì xả thẳng ra không khí. Lửa đuốc to hơn bình thường thường gắn với giai đoạn khởi động lại sau bảo dưỡng.

Nhà máy lọc dầu dùng nhiều nước làm mát và nước công nghệ. Nước thải chứa dầu, phenol, sunfua phải qua hệ thống xử lý nhiều bậc trước khi xả, có trạm quan trắc tự động truyền số liệu về cơ quan quản lý môi trường địa phương. Định kỳ vài năm, mỗi nhà máy dừng toàn bộ để bảo dưỡng tổng thể; những đợt dừng lớn thường được công bố trước để ngành phân phối xăng dầu chủ động nguồn hàng.

Góc nhìn hôm nay: hai nhà máy dạy gì về chưng cất

Đặt hai nhà máy cạnh nhau là một bài học rõ ràng: cùng nguyên lý chưng cất, nhưng loại dầu thô quyết định gần như mọi thứ phía sau. Dầu ngọt, nhẹ cho phép nhà máy gọn hơn; dầu chua buộc phải có thêm hydro, thêm xúc tác, thêm phân xưởng thu hồi lưu huỳnh. Đó cũng là lý do một nhà máy không thể đổi loại dầu thô tuỳ ý mà không tính toán lại.

Nhà máy lọc dầu là công trình an ninh năng lượng, không mở cửa tham quan tự do. Người muốn tìm hiểu có thể đọc báo cáo thường niên và tài liệu giới thiệu của BSR và NSRP, nơi có sơ đồ phân xưởng và thông số chính; sinh viên ngành hoá dầu ở các trường đại học kỹ thuật thường có đợt thực tập tại đây theo chương trình liên kết. Khi đọc tin tức về sản lượng hay giá cả, hãy nhớ phân biệt công suất thiết kế với sản lượng thực tế của từng năm.