MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Hầu hết các sản phẩm của CDU đều đi vào các phân xưởng khác của nhà máy lọc dầu như: NHT Unit 012: Naphta Hydrotreatment Unit, KTU Unit 014: Kerosen Treating Unit, RFCC Unit 015: Residue

Trang 1

MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG

CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

I Giới thiệu sơ lược về phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU - Crude

Distillation Unit) của nhà máy lọc dầu Dung Quất và phần mềm Pro/II

1 Giới thiệu sơ lược phân xưởng CDU

Phân xưởng CDU có thể xem là phân xưởng “cửa ngõ” của nhà máy lọc dầu với nhiệm

vụ phân tách dầu thô thành những phân đoạn nhỏ hơn theo những khoảng nhiệt độ sôi khác nhau Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất được thiết kế với công suất 6,5 (Triệu tấn dầu thô/năm) tương đương với 812500 (kg/h) (Tính cho 8000 giờ làm việc trong một năm) Phân xưởng CDU được thiết kế để vận hành với hai nguồn dầu thô là dầu Bạch Hổ của Việt Nam và dầu Dubai của Trung Đông Theo kế hoạch, giai đoạn đầu hoạt động, nhà máy sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu là 100 % dầu thô Bạch Hổ Sau đó sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu là dầu hỗn hợp (Dầu Mixed) gồm 84,6 % dầu Bạch Hổ và 15,4 % dầu Dubai [2]

Các sản phẩm của phân xưởng CDU là Offgas, LPG, Full Range Naphta, Kerosen, LGO, HGO và cặn chưng cất khí quyển Hầu hết các sản phẩm của CDU đều đi vào các phân xưởng khác của nhà máy lọc dầu như: NHT (Unit 012: Naphta Hydrotreatment Unit), KTU (Unit 014: Kerosen Treating Unit), RFCC (Unit 015: Residue Fluidised Catalytic Cracking Unit ) …

Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Dung quất được mô tả ở hình 1

Theo sơ đồ nhà máy, dòng dầu thô nguyên liệu sau khi đi qua hệ thống tiền gia nhiệt (Preheater), tách muối và được gia nhiệt trong lò đến nhiệt độ yêu cầu trước khi được đưa vào tháp chưng cất chính T-1101 (Main fractionator) Tại đây dầu thô sẽ được phân tách ra thành các sản phẩm:

- Over head – Phần đi ra trên đỉnh Phần này sẽ được đưa qua hệ thống ngưng tụ

và làm nguội và phân tách để tách nước ra khỏi dòng Hydrocarbon lỏng trước khi cho dòng hydrocarbon vào tháp ổn định T-1107 (Stabiliser) Tháp ổn định

sẽ phân tách ra các sản phẩm Offgas, LPG ở đỉnh và Full Range Naphta ở đáy

- Các sản phẩm cạnh sườn như Kerosen, LGO và HGO lần được được lấy ra từ

các Side colum T-1102, T-1103 và T-1104

Trang 2

- Cặn chưng cất khí quyển được lấy ra ở đáy tháp T-1101

Các số liệu thiết kế và thông số vận hành của các thiết bị sẽ được trình bày cụ thể ở phần mô phỏng phân xưởng

Trên hình1 thì vùng được bao bọc bằng khung hình chữ nhật là phân xưởng CDU Với hai thiết bị chính là tháp T-1101 (Main FRACTIONATOR) và tháp T-1107 (Stabiliser)

Hình 2 và hình 3 mô tả toàn cảnh phân xưởng nhìn từ hướng Đông Nam và Tây Nam

Hình 1: Sơ đồ các phân xưởng của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Trang 3

Hình 2: Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất theo hướng Đông Nam

Hình 3: Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất theo hướng Tây Nam

Trang 4

Nhiệm vụ của đề tài “Dầu thô thay thế” là tìm kiếm một loại dầu thô khác để dần thay cho dầu Bạch Hổ và dầu Dubai Và để có thể đánh giá một loại dầu về phương diện kỹ thuật, nhóm nghiên cứu cần phải tính toán, phân tích các số liệu dựa trên những dữ liệu của các loại dầu thô thu thập được từ nhiều nguồn khác nhau Quá trình tính toán và phân tích này cần phải được thực hiện trên toàn bộ nhà máy trong đó có phân xưởng CDU

Với ý nghĩa đó, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình của phân xưởng CDU trên phần mềm Pro/II của hãng SIMSCI (Mỹ) để tính toán cân bằng vật chất và tất cả các tính chất cần thiết của các dòng sản phẩm đi ra từ CDU

Hãng SIMSCI với bề dày kinh nghiệm trong việc sản xuất và cung cấp các phần mềm phục vụ cho lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung và công nghệ lọc - hóa dầu nói riêng Với nhiều sản phẩm danh tiếng như Pro/II, Dynsim, Romeo, PipePhase … đã được nhiều cơ quan, công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực dầu khí (Total, IFP, UOP…) sử dụng và đã được đánh giá cao Ngoài ra ở nước ta, các phần mềm của SIMSCI cũng được sử dụng khá nhiều ở các trường có đào tạo ngành công nghệ hóa học, lọc - hóa dầu, các nhà máy lớn như Đạm Phú Mỹ, các đơn vị nghiên cứu như Trung Tâm Nghiên Cứu và Phát Triển Chế Biến Dầu Khí (PVPro)… Và ngay trong quá trình thiết kế một số thiết bị của nhà máy lọc dầu Dung Quất, Foster Wheeler Energy Limited cũng từng sử dụng phần mềm Pro/II của SIMSCI

Những dẫn chứng trên là lí do cho phép chúng ta có thể khẳng định được độ tin cậy của các phần mềm mô phỏng có nguồn gốc từ SIMSCI nói chung và phần mềm Pro/II nói riêng Mặt khác PVPro hiện đang có phiên bản Pro/II 8.0 có bản quyền được mua từ SIMSCI

Trên đây là những lí do vì sao chúng tôi chọn phần mềm Pro/II mô phỏng phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất để phục vụ cho công việc của đề tài “Dầu thô thay thế”

2 Vài nét về phần mềm Pro/II

Như đã đề cập ở phần trên, Pro/II là một trong những sản phẩm của tổ hợp SIMSCI Công ty này được thành lập từ năm 1957 chuyên về thiết kế các phần mềm mô phỏng dùng trong công nghệ hóa học, đặc biệt là ngành công nghiệp lọc - hóa dầu Hiện nay sản phẩm của

tổ hợp này khá đa dạng, bao gồm các phần mềm thiết kế các thiết bị, đường ống, tính toán kinh tế Phần mềm thiết kế mô phỏng Pro/II là sản phẩm đầu tiên của SIMSCI, là kết quả của nhiều lần nâng cấp từ năm 1967 đến năm 1988 và chính thức ra đời với tên gọi Pro/II Hiện nay phần

Trang 5

mềm này vẫn không ngừng nâng cấp và đã có phiên bản Pro/II 8.1 (Trong đề tài này sử dụng phiên bản 8.0)

- Phần mềm này có thể sử dụng vào nhiều quá trình khác nhau :

+ Thiết kế mới các quá trình

+ Ước tính cấu hình thiết bị

+ Hiện đại hóa và nâng cấp các thiết bị cũ

+ Gỡ rối và làm thông suốt hệ thống thiết bị

+ Đánh giá vấn đề môi trường của nhà máy

+ Kiểm tra, tối ưu hóa, cải tiến hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy

3 Tổng quan về một dự án mô phỏng

Pro/II cho phép người dùng có nhiều phương pháp lựu chọn để nhập dữ liệu Vì vậy khi xây dựng một sơ đồ công nghệ để mô phỏng thì cần theo các bước sao cho mang tính logic Một ví dụ của giao diện phần mềm Pro/II được trình bày trên hình 5

Trình tự của một quá trình mô phỏng có thể được đưa ra như sau:

1 Xây dựng sơ đồ

2 Lựa chọn hệ đơn vị

3 Xác định các cấu tử cho dự án

4 Chọn các phương pháp nhiệt động học và tính chất vận chuyển

5 Cung cấp các dữ liệu cho dòng và thiết bị

6 Cung cấp các điều kiện làm việc cho quá trình

7 Chạy dự án mô phỏng

Hình 4 Biểu tượng phần mềm Pro/II

Trang 6

Đó chỉ là những bước cơ bản để thực hiện chương trình , trong thực tế để mô phỏng một lưu trình hay một phân xưởng thì bước đầu tiên và vô cùng quan trọng là xác lập mô hình mô phỏng Ở bước này, người dùng phải đơn giản hóa sơ đồ công nghệ thực, bỏ đi những thiết bị không cần thiết, chuyển đổi các mô hình thực thành mô hình lí thuyết, tinh chỉnh mô hình

Sau khi chương trình chạy và in kết quả, chúng ta sẽ tiến hành phân tích và so sánh kết quả mô phỏng và các giá trị thiết kế để đánh giá độ tin cậy của chương trình Các sự chênh lệch nếu có giữa giá trị mô phỏng và giá trị thực sẽ được nghiên cứu để điều chỉnh lại chương trình mô phỏng

Pro/II là một phần mềm mô phỏng tính toán, các quá trình mô phỏng đều ở trạng thái tĩnh – Mô tả trạng thái hoạt động ổn định của hệ thống Kết quả thu được là cân bằng vật chất, các tính chất hóa lí cũng như các tính chất đặc trưng của sản phẩm của chất như RVP, điểm vẩn đục, RON

Pro/II là phần mềm rất hữu ích, là công cụ đắc lực trong việc mô phỏng một mô hình hệ thống ở trạng thái tĩnh

Mặc dù, Pro/II không cho phép thực hiện các mô phỏng ở trạng thái động (nghiên cứu

sự thay đổi của các thông số vận hành và chất lượng sản phẩm theo thời gian), tuy nhiên sự kết hợp giữa nó và Dynsim (một công cụ mô phỏng khác của SIMSCI) sẽ chophép thực hiện các

Hình5 Giao diện phần mềm Pro/II

Trang 7

mô phỏng ở trạng thái động cho phép mô tả các ảnh hưởng của việc thay đổi các thông số vận hành quá trình làm việc của thiết bị

(Tài liệu tham khảo [9])

II Mô phỏng phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phần mềm

mô phỏng Pro/II 8.0

1 Nguyên liệu

Nguyên liệu chúng tôi sử dụng để mô phỏng chủ yếu là dầu thô Bạch Hổ Các đặc trưng

kỹ thuật của loại dầu thô này được lấy dựa theo các phân tích của Trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến dầu khí (RDCPP, 1998) và được Technip cập nhật lại vào năm 2007 như sau:

Trang 8

Thành phần của phần nhẹ (Lights end) được đưa ra ở bảng 2 Các tính chất đặc trưng khác của

dầu thô Bạch hổ là oAPI = 39.2 tương ứng với hằng số đặc trưng Kuop = 12.3

2 Sơ đồ mô phỏng bằng phần mềm PRO II 8.0

Dựa vào bảng vẽ PFD của Technip trong bộ FEED, chúng tôi tiến hành xây dựng sơ đồ

mô phỏng CDU được trình bày trên hình 6

Đây là mô hình mô phỏng CDU của nhà máy lọc dầu Dung quất sử dụng nguyên liệu là dầu thô Bạch Hổ từ lúc dầu thô bắt đầu vào nhà máy, tiền gia nhiệt, tách muối vào tháp chính sau đó qua NHT và tách thành Light Naphtha, Heavy Naphtha Với mục đích chủ yếu là xác định tính chất và lưu lượng các dòng LPG, Light Naphta, Heavy Naphtha, Kerosen, LGO, HGO và Cặn chưng cất khí quyển, chúng tôi đã quyết định rút gọn mô hình dựa trên các nhận xét như sau:

- Dầu thô trước khi nạp liệu vào tháp T-1101 cần phải đi qua hệ thống gia nhiệt , tách muối…Nhưng quá trình đó ảnh hưởng rất ít đến tính chất của dầu thô và cũng không ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng Bởi vậy chúng tôi bỏ qua khâu mô phỏng phần này và lấy điều kiện nạp liệu của dầu thô giống như trong tài liệu PFD (Lưu lương: ?; Nhiệt độ: ?; Áp suất: ?)

Cấu tử

(Component)

Phần trăm khối lượng (wt %)

Trang 9

- Các dòng lỏng lấy ra ở Pumparound thực tế được tận dụng nhiệt để sử dụng vào việc đun

nóng dầu thô cũng như các mục đích khác Hoặc các dòng sản phẩm trích ngang như Kerosen,

LGO, HGO cũng tương tự như vậy Nhưng vì chỉ quan tâm đến lưu lượng và chất lượng các

dòng sản phẩm trên cơ sở tôn trọng công suất của các Pumpapound, lưu lượng các dòng nóng

lấy ra ở cạnh sườn tháp, chúng tôi đã rút gọn mô hình mà không làm ảnh hưởng đến kết quả

mô phỏng

- Trong thực tế phân xưởng CDU không bao gồm phân xưởng NHT Tuy nhiên do cần tìm tính chất của dòng Light Naphtha và Heavy Naphtha do đó chúng tôi phải xem xét mô

phỏng phân xưởng NHT Theo sơ đồ công nghệ của nhà máy thì dòng Full Range Naphta sau

khi đi ra khỏi tháp ổn định T-1107 thì sẽ đi vào phân xưởng NHT trước khi qua tháp Naphtha

Splitter T-1202 Tuy nhiên do số liệu về các phản ứng xảy ra trong NHT chưa có một cách cụ

thể Mặt khác nhược điểm của phần mềm Pro/II cũng như những phần mềm mô phỏng khác là

1 3 5 7 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

T-1101

1 7 T-1102 1 T-1103

1 T-1104

E-1111 D-1103

E2

E3

R-1201

F2 F3

M1 C1

M2 E4

F4 C2

E6 F5

C3 E7

SP1

F6 C4

E-1105 E-1107 E-1109 E-1134

M8

H-1101 P-1101

E-1120

T-1105 T-1106

M9 E10 F10

E-1116 E-1117 E-1119

KEROSEN STEAM2 LGO

STEAM3

HGO

S4 C10- WATER1

S6

VAOVAN STA_FEED

LPG NUOC

NAPHTA_FULL

OFFGAS_STA GAS_MAINCOL

S1 S2

S3

S5 S7

S23

S24 S25

S26 S27

S28 S29 S30 S31

S32

S33 S34

S35 S36

S39

S40

S41 S42

S43

S44

S45 S46

S59

S21 S60

S71

S72

S73 S74 S75

S76 S77 S78

S79 S80

CRUDE-BH

S82 S83 S84

S85

S86 S87

S88

S89

S90 S91

S98 S101 S99 S100

S102 S103 S104

S105 S106

Calculator Name Calculator Description Result 1 Result 2 Result 3 Result 4 Result 5

CA1

5.9563 10.3349 -10.0740 n/a n/a

Trang 10

cho tới thời điểm này vẫn chưa mô phỏng được phản ứng với xúc tác rắn một cách chính xác

mà đặc biệt nguyên liệu là hỗn hợp được xem như tạo nên từ các cấu tử giả

Nhiệm vụ chính của NHT là xử lí S, N để đảm bảo chất lượng đầu vào cho hai phân xưởng Izomer hóa và CCR Hàm lượng của S và N trong Full Range Naphta là khá nhỏ Do đó một cách gần đúng ta có thể xem như cân bằng vật chất của quá trình NHT gần như không thay đổi Như vậy ta có thể cho dòng Full Range Naphta đi thẳng vào Splitter để tách ra thành Light Naphta và Heavy Naphta mà không cần cho qua NHT

Sau khi rút gọn chúng tôi thu được sơ đồ mô phỏng được trình bày trên hình 7:

1 3 5 7 9 10 12 14 16 18 20 22 24 26

T-1101

1 7 T-1102

20T-1107

V2

E1

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 1

33T-1202

STEAM3 HGO

S4

WATER1

S3

LIGH_NAPHTA

H_NAPHTA WATER

FEED

FEED_T1202

Calculator Name Calculator Description

GAP Kero -Naphta GAP LGO-KER OVERLAP HGO-LGO

CA1

10.1840 10.3804 4.5990

Dựa trên các phân tích trên, kết quả các dòng sản phẩm cần xác định ở mô hình đơn giản ( hình 7) và mô hình phức tạp ( hình 6) gần như không thay đổi Đặc biệt là LPG, Kerosen,

Hình 7: Sơ đồ mô phỏng CDU bằng phần mềm PRO II đã rút gọn

Trang 11

LGO, HGO và Cặn chưng cất khí quyển Còn Light Naphtha và Heavy Naphta thì có sai khác tuy nhiên trong mức độ chấp nhận được Vì vậy chúng tôi quyết định chọn mô hình đơn giản

để khảo sát

3 Mô hình nhiệt động

Phân xưởng CDU sử dụng nguyên liệu dầu thô với sự có mặt của hơi nước và làm việc ở

áp suất gần áp suất khí quyển, chúng tôi đã sử dụng mô hình Grayson Street cho các tháp chính (Main Fractionator) (GS1), mô hình Grayson Street (GS2) có xét đến quá trình ngưng tụ hơi nước cho hệ thống ngưng tụ hơi đỉnh tháp và tách pha lỏng – hơi

4 Xây dựng mô hình và các thông số mô phỏng cần thiết

Để mô phỏng quá trình chúng ta cần xây dựng một mô hình lí thuyết dựa trên các số liệu thực tế được cung cấp trong các bản vẽ PFD và trong các tài liệu của Technip về cấu trúc của tháp: số đĩa, vị trí lấy ra và đưa vào của các side column và tháp Stripping… Vì Pro/II

mô phỏng dựa trên số đĩa lí thuyết, để có một mô hình chính xác và có độ tin cậy, chúng ta cần phải xác định được hiệu suất đĩa của tháp và từ đó đưa ra số đĩa lí thuyết phù hợp cho tháp Trong trường hợp có đầy đủ số liệu về hiệu suất của từng đĩa hoặc trong từng vùng của tháp thì độ tin cậy của quá trình mô phỏng càng cao Để khởi động quá trình mô phỏng, chúng tôi xem hiệu suất đĩa là 100% và số đĩa lí thuyết trong mô hình Pro/II chính bằng số đĩa thực

tế của tháp, trong trường hợp này nếu chúng ta tôn trọng tất cả các thông số vận hành (T, P, lưu lượng, hồi lưu, công suất của các thiết bị trao đổi nhiệt…) thì chất lượng mô phỏng của từng phân đoạn chắc chắn sẽ tốt hơn nhiều so với số liệu thực (thông qua các giá tri GAP hoặc OVERLAP giữa các phân đoạn Hiệu suất sử dụng đĩa trong thực tế sản xuất không bao giờ đạt được 100%, số đĩa lí thuyết sử dụng để mô phỏng phải nhỏ hơn số đĩa thực tế Chúng ta phải dự đoán hiệu suất sử dụng đĩa để tính toán số đĩa lý thuyết để mô phỏng, sau đó so sánh chất lượng thu được của từng dòng sản phẩm mô phỏng được và giá trị thực tế của nó được công bố trong các tài liệu như Basic of Design, mass balance…

Theo tình trự của quá trình mô phỏng, dầu thô sẽ vào tháp T-1101 trước Các sản phẩm của T-1101 sẽ đi vào các tháp T-1107 Việc đầu tiên , chúng ta sẽ xét độ tin cậy của tháp T-

1101 Khi chương trình mô phỏng của T-1101 cho kết quả có tin cậy cao, chúng ta sẽ tiếp tục thực hiện các bước mô phỏng cho các thiết bị tiếp theo

Trang 12

Việc phân tích các dữ liệu từ hồ sơ thiết kế của nhà máy lọc dầu Dung quất cho phép chúng tôi thu được các thông số cần thiết để xây dựng chương trình mô phỏng cho tháp T-

1101 Số liệu cụ thể như sau:

 Lưu lượng dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính [3] được trình bày trên bảng 3:

Nguyên liệu: Dầu thô Bạch Hổ, lưu lượng 812500 (kg/h)

 Tính chất của các dòng nguyên liệu và hơi nước vào tháp chưng cất khí quyển:

Theo tài liệu Feed thì dòng dầu thô ban đầu được bơm từ bể trước khi đi vào hệ thống tiền gia nhiệt để nạp vào tháp chính (Main FRACTIONATOR) có nhiệt độ là 50oC và áp suất là 20

tuy nhiên theo [6] thì nhiệt độ trước khi vào tháp là 358oC áp suất là 2.45Kg/cm2 g Trong trường hợp này chúng tôi chọn nhiệt độ vào tháp 360 oC (giải thích tại sao chon 360oC)và áp suất là 2.45Kg/cm2 g Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt sử dụng trong mô phỏng: [1], [3]

 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính T-1101: [3], [5]

Bảng 3: Lương lượng của từng phân đoạn [2]

Bảng 4: Thông số của hơi nước Stripping (Steam1- T-1107, steam2- T-1103, steam3- T-1104)

Trang 13

Các dòng hơi từ tháp stripping vào lại tháp chính ở các đĩa

- Các tiêu chuẩn kỹ thuật:

Chúng tôi sử dụng các ràng buộc về lưu lượng các dòng sản phẩm cuối cùng là KEROSENE, LGO, HGO và nhiệt độ đỉnh tháp T-1101 ( đã trình bày ở trên) bằng cách thay đổi các yếu tố gồm: lưu lượng các dòng sản phẩm lỏng trích ngang tháp chính ( KEROSENE-

1, LGO-1, HGO-1) và công suất nhiệt của Pumparound PA1

 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp stripping: [3], [5]

Trang 14

Áp suất đáy, kg/cm g 1.8 Áp suất đáy, kg/cm g 2.0

Sơ đồ các thông số vận hành khi mô phỏng tháp T-1101 được thể hiện trên hình 8:

5 Mô phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng của tháp T-1101 với hiệu suất đĩa là 100%

Quá trình mô phỏng này được tiến hành với việc chấp nhận số đĩa được cung cấp trong sơ đồ thiết bị là số đĩa lý thuyết Kết quả mô phỏng bao gồm tập tin input và report của quá trình mô phỏng này được trình bày trong phần phụ lục

Phân tích một số chỉ tiêu quan trọng của quá trình mô phỏng:

- Phần trăm thể tích dòng Overflash được tính bỡi calculator CA2

35 38

43 48

360oC

Đi đến T-1107 OFF GAS

124oC 1.5 kg/cm2 g

H-1101

1 1

1

1 6

2800 kW

Trang 15

1 GAP Ker - Full Range Naphta 1.52741E+01

2 GAP LGO -Ker 1.81380E+01

3 OVERLAP HGO - LGO -6.49449E+00

 GAP (5% D86 LGO – 95% D86 KEROSENE) = 18.13 oC

 OVERLAP (95% D86 LGO – 5% D86 HGO) = -6.49 oC Theo số liệu của Basic of Design [4]:

- GAP (5% D86 KEROSENE – 95% D86 NAPHTHA) và GAP (5% D86 LGO – 95% D86 KEROSENE) nhỏ nhất là 0 oC

- OVERLAP (95% D86 LGO – 5% D86 HGO) tối đa là 20 oC

Trang 16

GAP càng lớn thì độ phân tách càng cao, chất lượng sản phẩm càng tốt Ngược lại OVERLAP càng nhỏ thì chất lượng sản phẩm càng tốt Nên có thể thấy trường hợp này độ phân tách của sản phẩm quá cao, vì vậy số đĩa đã chọn (48 đĩa) là số đĩa thực tế Điều đó có nghĩa là hiệu suất đĩa phải nhỏ hơn 100 %

Do đó, chúng tôi tiến hành tính toán lại số đĩa lý thuyết và vị trí các đĩa nạp liệu cũng như sản phẩm và chạy mô phỏng lại Các thông số tính toán trình bày ở phần sau

6 Xác định số đĩa lí thuyết thích hợp cho T-1101:

Hiệu suất đĩa phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nó thường được tính toán và cân nhắc kĩ trong quá trình thiết kế để sao cho vừa đảm bảo được chỉ tiêu về kĩ thuật vừa có hiệu quả về kinh tế Có khá nhiều tài liệu nói về khoảng dao động của hiệu suất đĩa Trong đó có tài liệu [7] là một tài liệu được sử dụng nhiều trong các quá trình tính toán các thiết bị, có đưa ra một giới hạn từ 0,2 đến 0,9 Ngoài ra Foster Wheeler cũng có tài liệu [8] có mô phỏng tháp CDU với 26 đĩa lí thuyết (Hiệu suất đĩa là 54,16 %) Thông thường trong thiết kế ta thường chọn hiệu suất đĩa nằm trong khoảng 60% đến 80% Bên trên đã xét trường hợp hiệu suất đĩa là 100

% Tiếp theo sẽ khảo sát trường hợp 60% và trường hợp với các số liệu giống như Foster Wheeler đã mô phỏng để có được những nhận xét cụ thể

6.1 Số đĩa lí thuyết là 26 đĩa, các số liệu khác giống như Foster Wheeler (FW) [8]:

Trong tài liệu [8], FW sử dụng các thông số vận hành khác với bản vẽ PFD mới cập nhật bỡi Technip FW chỉ đưa ra một vài đoạn kết quả Pro/II về tháp (Số đĩa, vị trí nạp liệu, vị trí lấy sản phẩm của các tháp Stripping và Pumparound…) mà không cung cấp file input có đầy đủ tất cả thông số đầu vào cần thiết cho mô phỏng Và cũng không có file General report của Pro/II Do đó khi mô phỏng trường hợp này chúng tôi vẫn sử dụng các thông số trong tài liệu PFD năm 2007 của phân xưởng CDU Và sử dụng nguồn nguyên liệu như trường hợp 48 đĩa lí thuyết Như vậy mô hình tháp T-1101 sử dụng trong trường hợp này như sau:

Trang 17

Tập tin input:

$ Generated by PRO/II Keyword Generation System <version 8.0>

$ Generated on: Wed Jan 16 14:58:53 2008

TITLE PROJECT=DAU THAY THE, PROBLEM=SO LIEU FW

PRINT STREAM=ALL, RATE=WT, FRACTION=WT, PERCENT=WT, TBP, KVT1=38, &

KVT2=50

DIMENSION METRIC, PRES=KG/CMG, DUTY=KW, STDTEMP=0, STDPRES=0

OUTDIMENSION ADD, METRIC, PRES=KG/CMG, DUTY=KW, STDTEMP=0, &

21 22

25

26

360oC

124 C 1.5 kg/cm2 g

H-1101

1 1

7

1 2

2800 kW

D-1103 -20900 kW

490377 Kg/hr

Hình9: Mô hình tháp T-1101 sử dụng tài liệu của FW

Trang 18

METHOD SYSTEM=GS, TRANSPORT=PETR, REFPROPS=SIMSCI, KVIS(LV)=SIMS, &

CLOU(LV)=SIMS, POUR(LV)=INDEX, FLPO=NELS, SULF(WT)=SUM, &

CETA=API, AROM(TOTA,LV)=SUM, NAPH(LV)=SUM, &

PARA(TOTAL,LV)=SUM, PARA(ISO,LV)=SUM, OLEF(MONO,LV)=SUM, &

VANA(WT)=SUM, NICK(WT)=SUM, FRZP(LV)=INDEX, RON(C,LV)=SIMS, &

MON(C,LV)=SIMS, SMOK(LV)=SUM, SET=GS01, DEFAULT

SULF(PCT) NCFILL=NOFILL, NCBLEND=MISS

AROM(TOTA,PCT) NCFILL=NOFILL, NCBLEND=MISS

NAPH(PCT) NCFILL=SIMSCI, NCBLEND=MISS

PARA(TOTAL,PCT) NCFILL=SIMSCI, NCBLEND=MISS

PARA(ISO,PCT) NCFILL=SIMSCI, NCBLEND=MISS

OLEF(MONO,PCT) NCFILL=SIMSCI, NCBLEND=MISS

VANA(PPM) NCFILL=NOFILL, NCBLEND=ZERO

NICK(PPM) NCFILL=NOFILL, NCBLEND=ZERO

FRZP GAMMA=1, REFINDEX=10000, REFVALUE=60, NCFILL=NOFILL, &

SMOK NCFILL=SIMSCI, NCBLEND=EXCL

CLOU(LV)=SIMS, POUR(LV)=INDEX, FLPO(LV)=NELS, SULF(WT)=SUM, &

CETA(WT)=API, AROM(TOTA,LV)=SUM, NAPH(LV)=SUM, &

FLPO NCFILL=NOFILL, NCBLEND=EXCL

Trang 19

WAX STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=29.8

POUR STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE=33, DATA=33.19,-10.556/38.3,-5.556/ &

43.88,5/49.87,10/55.98,35/62.15,41.667/68.83,50.444/ &

74.89,52.222/79.06,61/82.17,63/85.03,63.333

CARB STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=85.31

H2 STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=14.35

VANA STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PPM)=0.02

NICK STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PPM)=0.22

NITR(TOTA) STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.04

CCR STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.62

ASH STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.015

ASPH(C7) STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.15

FRZP STREAM=CRUDE-BH, DATA=10.73,-58/15.04,-56.944/19.86,-46.611/ &

Trang 20

PRODUCT OVHD(M)=TOPPING, LDRAW(WT)=KER1,9,678776, &

LDRAW(WT)=LGO1,16,216022, LDRAW(WT)=HGO1,22,87959.9, &

PA NAME=PA1, FROM=2, TO=1, PHASE=L, DNAME=PAROHC1, TEMP=77

PA NAME=PA2, FROM=9, TO=8, PHASE=L, DNAME=PAROHC2, &

PSPEC PTOP=1.5, DPCOLUMN=0.4

PRINT PROPTABLE=BRIEF, SUMMARY=LV

ESTIMATE MODEL=REFINING, TTEMP=128, BTEMP=350

TEMPERATURE 1,128

SPEC(CHANGE) TRAY=1, TEMPERATURE(C), VALUE=124

SPEC ID=COL2SPEC5, STREAM=RES, RATE(WT,KG/H),TOTAL,WET, &

PRODUCT OVHD(M)=LGO-V, BTMS(WT)=LGO,173879, SUPERSEDE=ON

Trang 21

FEED HGO1,1/STEAM3,3

PRODUCT OVHD(M)=HGO-V, BTMS(WT)=HGO,69874.9, SUPERSEDE=ON

DEFINE P(1) AS COLUMN=T-1101, TRAY=24, RATE(LV,M3/H), PHASE=L, &

WET, DIVIDE, STREAM=FEED, RATE(LV,M3/H),TOTAL,WET

PRODUCT L=C10-, W=WATER1, V=GAS_MAINCOL

ISO TEMPERATURE=50, PRESSURE=1.3

ESTIMATE MODEL=CONVENTIONAL, RRATIO=3

SPEC ID=COL2SPEC1, STREAM=OFFGAS_STA, RATE(WT,KG/H),TOTAL,WET, &

Trang 22

ESTIMATE MODEL=CONVENTIONAL, RRATIO=3

SPEC ID=COL4SPEC1, STREAM=LIGH_NAPHTA, RATE(WT,KG/H),TOTAL,WET, &

Trang 23

Từ kết quả của calculator CA2 cho thấy Overflash : 5,94 % (>5%) đạt yêu cầu

1 GAP KERO-NAPHTHA 1.02882E+01

2 GAP LGO-KERO 5.84476E+00

3 OVERLAP HGO-LGO 4.59304E+00

 GAP (5% D86 KEROSENE – 95% D86 NAPHTHA) = 10,28 oC (> 0oC)

 GAP (5% D86 LGO – 95% D86 KEROSENE) = 5,84 o

C (> 0oC)

 OVERLAP (95% D86 LGO – 5% D86 HGO) = 4.59 oC (< 20oC) Tất cả đều đạt tiêu chuẩn của Basic of Design Nếu so sánh với trường hợp mô hình T-1101 với 48 đĩa lí thuyết thì chất lượng phân tách thấp hơn khá nhiều nhưng vẫm đạt yêu cầu Điều này một lần nữa chứng minh rằng hiệu suất đĩa 100% là chưa phù hợp

Dưới đây là một số tính chất quan trọng của các dòng sản phẩm của T-1101 lấy từ kết quả của Pro/II (Không xét tính chất dòng Topping ở đỉnh tháp):

Lưu lượng khối lượng (Kg/h) 51188 170721 69822 407320

Lưu lượng mol (Kmol/h) 333.46 767.40 209.45 801.02

Trang 24

So sánh với kết quả của các dòng sản phẩm trong “5.000.DS.0011_D4_Marerial Balance” của tài liệu FEED về cân bằng vật chất theo bảng 3 đều đã thõa mãn sai số rất nhỏ Có hai chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng lớn đến các tính chất khác của phân đoạn là tỷ trọng chuẩn và đường cong chưng cất ASTM D86 (Chỉ xét từ 5% LV đến 95%LV)

- Tỉ trọng:

Mô phỏng 0.779 0.816 0.844 0.881 Tài liệu 0.776 0.811 0.830 0.882 Sai số (%) 0.39 0.66 1.74 0.16

Ta thấy sai số giữa kết quả mô phỏng và tài liệu là nhỏ hơn 5% nên khá chính xác Trong quá trình mô phỏng, các dòng Kerosen, LGO, HGO là các dòng sản phẩm trích ngang được ràng buộc về lưu lượng theo đúng điểm cắt của tài liệu Do đó ta sẽ so sánh đường cong ASTM D86 của tài liệu và kết quả Pro/II

- Đường cong ASTM D86

LV % Mô phỏng Tài liệu sai số (%) Mô phỏng Tài liệu sai số (%) Mô

phỏng

Tài liệu sai số (%)

Những sai số của hai số liệu trên là khá nhỏ nên kết quả có thể chấp nhận được Mặt khác FW

là công ty tham gia thiết kế CDU nên các số liệu mô phỏng họ đã lựa chọn theo chúng tôi là sát với thiết kế Tuy nhiên để đánh giá kĩ hơn ta sẽ xét trường hợp hiệu suất đĩa là 60%

Bảng 8: So sánh tỉ trọng của các dòng sản phẩm theo mô phong và theo tài liệu

Bảng 9: So sánh số liệu đường cong ASTM D86 của các dòng sản phẩm theo mô phong và theo tài liệu

Trang 25

6.2 Mô phỏng T-1101 với số đĩa lí thuyết là 29 (Hiệu suất đĩa 60%)

Tiến hành tính toán tuyến tính và hiệu chỉnh ta được sơ đồ của tháp T-1101 như sau:

Tập tin input:

$ Generated by PRO/II Keyword Generation System <version 8.0>

$ Generated on: Wed Jan 16 18:08:25 2008

TITLE PROJECT=DAU THAY THE, PROBLEM=29 DIA LT

PRINT STREAM=ALL, RATE=WT, FRACTION=WT, PERCENT=WT, TBP, KVT1=38, &

KVT2=50

DIMENSION METRIC, PRES=KG/CMG, DUTY=KW, STDTEMP=0, STDPRES=0

OUTDIMENSION ADD, METRIC, PRES=KG/CMG, DUTY=KW, STDTEMP=0, &

23 25

27

29

360oC

124oC 1.5 kg/cm2 g

H-1101

1 1

7

1 4

2800 kW

D-1103 -20900 kW

490377 Kg/hr

Hình 10: Mô hình tháp T-1101 trong trường hợp 29 đĩa lí thuyết

Trang 26

CLOU(LV)=SIMS, POUR(LV)=INDEX, FLPO=NELS, SULF(WT)=SUM, &

CETA=API, AROM(TOTA,LV)=SUM, NAPH(LV)=SUM, &

MON(C,LV)=SIMS, SMOK(LV)=SUM, SET=GS01, DEFAULT

SMOK NCFILL=SIMSCI, NCBLEND=EXCL

CLOU(LV)=SIMS, POUR(LV)=INDEX, FLPO(LV)=NELS, SULF(WT)=SUM, &

CETA(WT)=API, AROM(TOTA,LV)=SUM, NAPH(LV)=SUM, &

FLPO NCFILL=NOFILL, NCBLEND=EXCL

Trang 27

RON(C) GAMMA=0.05, REFINDEX=10000, REFVALUE=333.15, NCFILL=SIMSCI, &

WAX STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=29.8

POUR STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE=33, DATA=33.19,-10.556/38.3,-5.556/ &

43.88,5/49.87,10/55.98,35/62.15,41.667/68.83,50.444/ &

74.89,52.222/79.06,61/82.17,63/85.03,63.333

CARB STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=85.31

H2 STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=14.35

VANA STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PPM)=0.02

NICK STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PPM)=0.22

NITR(TOTA) STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.04

CCR STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.62

ASH STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.015

ASPH(C7) STREAM=CRUDE-BH, AVERAGE(PCT)=0.15

FRZP STREAM=CRUDE-BH, DATA=10.73,-58/15.04,-56.944/19.86,-46.611/ &

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	0,94 MB

MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Đường cong chưng cất ASTM D