Đánh giá khả năng đáp ứng của phân xưởng thu hồi propylene khi tăng năng suất lên 120% so với thiết kế bằng phần mềm hysys

Đánh giá khả năng đáp ứng của phân xưởng thu hồi propylene khi tăng năng suất lên 120% so với thiết kế bằng phần mềm hysys LỜI MỞ ĐẦUPhát triển ngành công nghiệp Lọc Hóa dầu là ngành công nghiệp mũi nhọn được ưu tiên hàng đầu đối với đất nước ta hiện nay. Nhà máy lọc Dầu Dung Quất Nhà máy Lọc Dầu đầu tiên của nước ta đã được đưa vào sử dụng và vận hành ổn định trong thời gian hơn hai năm. Trong những sản phẩm của nhà máy thì sản phẩm Propylene hiện nay đang rất được quan tâm. Propylene có giá trị kinh tế cao hơn xăng và Diesel, nó là nguyên liệu để sản xuất Polypropylene, đây là một trong số những polymer được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành monomer thấp, giá thành sản xuất thấp, và các tính chất được ưa chuộng của nó. Cho nên việc tạo ra và thu hồi tối đa lượng Propylene trong quá trình sản xuất sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất cao cho nhà máy. Chính vì vậy em quyết định chọn đề tài “Đánh giá khả năng đáp ứng của phân xưởng thu hồi Propylene khi tăng năng suất lên 120% so với thiết kế bằng phần mềm Hysys”

Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên cứu,

tự tìm hiểu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các thầy cô giáo Kết thúc năm năm học đại học, những gì mà thầy cô đã truyền đạt, dạy bảo chúng ta không chỉ là những kiến thức chuyên ngành mà còn là những kinh nghiệm sống, kinh nghiệm ứng xử trong cuộc sống Để đạt được những thành quả này, ngoài sự nỗ lực không ngừng của bản thân, trước hết tôi xin chân thành biết ơn công lao của gia đình đã tạo mọi điều kiện cho tôi chuyên tâm học hành trong suốt thời gian đi học, tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Dầu và Khí- Khoa Hóa Kỹ Thuật - Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã dạy dỗ chân tình và đã tạo điều kiện cho tôi được làm Đồ án tốt nghiệp tại Nhà máy Lọc Dầu Dung Quất Cảm

ơn ban lãnh đạo nhà máy, các anh chị trong Phòng Đào tạo, Phòng Sản xuất, các anh trong Area 2 của Nhà máy Lọc Dầu Dung Quất, đặc biệt là anh Trần Nguyên Hoài Thu đã giao đề tài và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện Đồ

án tốt nghiệp này

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CCR Continuous Catalytic Reformer

CDU Crude Distillation Unit

CNU Cautics Neutralization Unit

ECMD Enhanced Capacity Multiple DowncomerEPC Engineering Procurement Construction

KTU Kerosene Treater Unit

LPG Liquefied Petroleum Gas

NHT Naptha Hydrotreater

NTU RFCC Naphtha Treating Unit

PFD Process Flow Diagram

PRU Propylene Recovery Unit

RFCC Residue Fluid Catalytic Cracking UnitSPM Single Point Mooring

SRU Sulfur Recovery Unit

SWS Sour Water Stripping

UOP Universal Oil Products

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất 7

Hình 1.2 Lễ khởi công xây dựng các gói thầu EPC 1+2+3+4 8

Hình 1.3 Tiếp nhận chuyến tàu chở dầu thô đầu tiên của nhà máy 9

Hình 1.4 Lễ đón mừng dòng sản phẩm đầu tiên của nhà máy lọc dầu Dung Quất 9

Hình 1.5 Sơ đồ các phân xưởng chính trong nhà máy lọc dầu Dung Quất 10

Hình 2.1 Công thức cấu tạo Propylene 12

Hình 2.2 Các nguồn thu nhận Propylene 13

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ phân xưởng PRU qua quá trình mô phỏng 60

Hình 3.2 Đường đặc tính của bơm P-2101 74

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thành phần nhập liệu thiết kế cho phân xưởng PRU 19

Bảng 2.2 Thành phần tạp chất trong dòng nhập liệu thiết kế cho phân xưởng PRU 20 Bảng 2.3 Tiêu chuẩn sản phẩm Propylene từ phân xưởng PRU 21

Bảng 2.4 Cân bằng vật chất PRU 21

Bảng 2.5 Các điều kiện tại Battery limit đối với nhập liệu và các sản phẩm chính 21 Bảng 3.1 Thành phần dòng nguyên liệu tại nhà máy 39

Bảng 3.2 Các thông số sử dụng trong mô phỏng của tháp T-2101 44

Bảng 3.3 Các thông số sử dụng trong mô phỏng của tháp T-2102 48

Bảng 3.4 Thông số các dòng ảo trong bài mô phỏng 54

Bảng 3.5 Các thông số sử dụng trong mô phỏng của tháp T-2103 54

Bảng 3.6 Các công cụ Recycle có trong bài mô phỏng 59

Bảng 3.7 Các thiết bị trộn có trong bài mô phỏng 59

Bảng 3.8 Các thiết bị chia dòng có trong bài mô phỏng 59

Bảng 3.9 Thành phần dòng sản phẩm thu được từ đỉnh tháp T-2101 62

Bảng 3.10 Thành phần dòng sản phẩm thu được từ đáy tháp T-2101 (Mixed C4's) 63 Bảng 3.11 Thành phần dòng Propylene thu được từ tháp T-2103 64

Bảng 3.12 Thành phần dòng sản phẩm LPG thu được ở phân xưởng PRU 65

Bảng 3.13 Các thông số của dòng hồi lưu ở đỉnh tháp T-2103 66

Bảng 3.14 Các thông số của dòng gia nhiệt ở đáy tháp T-2103 66

Bảng 3.16 Các thông số thiết kế đĩa của tháp T-2101 67

Bảng 3.17 Các thông số thiết kế đĩa của tháp T-2102 71

Bảng 3.18 Các thông số thiết kế đĩa của tháp T-2103 72

Bảng 3.20 Lưu lượng (mô phỏng) của các dòng sản phẩm của phân xưởng PRU khi tăng năng suất phân xưởng lên 120% năng suất thiết kế 82

Bảng 3.21 Thành phần của Propane mô phỏng được (dòng 21) 82

LỜI MỞ ĐẦU

Phát triển ngành công nghiệp Lọc- Hóa dầu là ngành công nghiệp mũi nhọn được ưu tiên hàng đầu đối với đất nước ta hiện nay Nhà máy lọc Dầu Dung Quất- Nhà máy Lọc Dầu đầu tiên của nước ta đã được đưa vào sử dụng và vận hành ổn định trong thời gian hơn hai năm Trong những sản phẩm của nhà máy thì sản phẩm Propylene hiện nay đang rất được quan tâm Propylene có giá trị kinh tế cao hơn xăng và Diesel, nó là nguyên liệu để sản xuất Polypropylene, đây là một trong số những polymer được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành monomer thấp, giá thành sản xuất thấp, và các tính chất được ưa chuộng của nó Cho nên việc tạo ra và thu hồi tối đa lượng Propylene trong quá trình sản xuất sẽ mang lại hiệu quả kinh tế rất cao cho nhà máy Chính vì vậy em quyết định chọn đề

tài “Đánh giá khả năng đáp ứng của phân xưởng thu hồi Propylene khi tăng

năng suất lên 120% so với thiết kế bằng phần mềm Hysys”

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NHÀ MÁY LỌC DẦU

DUNG QUẤT

Phát triển ngành công nghiệp Lọc - hóa dầu là một trong những chỉ số đánh giá thành công sự nghiệp công nghiệp hóa của mỗi quốc gia, bởi đây là ngành công nghiệp mũi nhọn có vai trò nền tảng với những ảnh hưởng sâu rộng đến cục diện một nền kinh tế Dự án xây dựng nhà máy lọc dầu (NMLD) ở nước ta được Đảng và Chính phủ chủ trương từ rất sớm, xuất phát từ yêu cầu đảm bảo an ninh năng lượng

và nhu cầu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Bên cạnh đó, việc đầu tư xây dựng NMLD Dung Quất còn là động lực to lớn để phát triển kinh tế, xã hội của tỉnh Quảng Ngãi và các tỉnh, thành phố trong khu vực miền Trung và là điều kiện quan trọng trong việc đảm bảo an ninh quốc phòng, góp phần đảm bảo hai nhiệm vụ chiến lược hiện nay là xây dựng và bảo vệ Tổ quốc

Ngày 08/01/1998 lễ động thổ khởi công xây dựng NMLD Dung Quất đã được tiến hành tại xã Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi

Hình 1.1 Sơ đồ tổng thể vị trí nhà máy lọc dầu Dung Quất

Ngày 28/11/2005, lễ khởi công các gói thầu EPC 1+2+3+4 được tổ hợp các nhà thầu Technip (gồm các nhà thầu: Technip (Pháp), Technip (Malaysia), JGC (Nhật

Bản) và Technicas Reunidas (Tây Ban Nha)) phối hợp với Petro Việt Nam tổ chức tại hiện trường nhà máy.

Hình 1.2 Lễ khởi công xây dựng các gói thầu EPC 1+2+3+4

Ngày 30/11/2008, Tổng Công ty Dầu Việt Nam và Ban Quản lý dự án NMLD Dung Quất tổ chức lễ đón nhận chuyến dầu thô đầu tiên vận hành chạy thử NMLD Dung Quất Đây là chuyến tàu dầu thô đầu tiên với khối lượng 80.000 tấn do NMLD Dung Quất tiếp nhận tại phao rót dầu không bến một điểm neo (SPM) của nhà máy

Hình 1.3 Tiếp nhận chuyến tàu chở dầu thô đầu tiên của nhà máy

Trải qua rất nhiều khó khăn đến ngày 22/02/2009, lễ đón mừng dòng sản phẩm thương mại đầu tiên của NMLD Dung Quất- NMLD đầu tiên của Việt Nam đã được diễn ra

Hình 1.4 Lễ đón mừng dòng sản phẩm đầu tiên của nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy được xây dựng với năng suất thiết kế là 6,5 triệu tấn/năm, tương

đương với 148000 thùng/ngày Nguyên liệu của nhà máy có thể là 100% dầu thô

Bạch Hổ (Việt Nam) hoặc là hỗn hợp 85% dầu thô Bạch Hổ + 15% dầu chua Dubai

Các phân xưởng công nghệ trong nhà máy gồm có:

Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU)

Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hydro (NHT)

Phân xưởng đồng phân hóa Naphta nhẹ (ISOM)

Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR)

Phân xưởng xử lý Kerosen (KTU)

Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển (RFCC)

Phân xưởng xử lý Naphta của phân xưởng RFCC (NTU)

Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro (LCO-HDT)

Phân xưởng xử lý LPG (LTU)

Phân xưởng thu hồi Propylen (PRU)

Phân xưởng tái sinh Amin (ARU)

Phân xưởng xử lý nước chua (SWS)

Phân xưởng trung hòa xút thải (CNU)

Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU)

Hình 1.5 Sơ đồ các phân xưởng chính trong nhà máy lọc dầu Dung Quất

ISOM

LC

O HDT

Các sản phẩm thương mại của nhà máy gồm có:

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG

THU HỒI PROPYLENE

2.1 Giới thiệu về sản phẩm Propylene [4]

Propylene (tên thông thường), có tên quốc tế là Propene là một hydrocacbon không no, thuộc họ alken

- Công thước phân tử: C3H6

Hình 2.1 Công thức cấu tạo PropylenePropylene là một chất khí, không màu, không mùi, không tan trong nước, trong dầu mỡ, dung dịch Amoni Đồng cũng như các chất lỏng phân cực như: Ether, Etanol, Axeton, Fufurol Do trong phân tử có liên kết π, nhưng tan tốt trong nhiều sản phẩm hóa dầu quan trọng, và là chất khí dễ cháy nổ

Các thông số cơ bản của Propylene:

- Khối lượng phân tử: 42,08 đvC

- Áp suất tới hạn: Pc = 4.7MPa

- Nhiệt độ tới hạn: Tc = 92.30C

- Độ nhớt(20oC, 1at): 0.3cSt

- Nhiệt độ sôi: -47.6oC

- Điểm bốc cháy: -108oC

Các nguồn thu nhận Propylene chính [2]

Về cơ bản, toàn bộ lượng Propylene sử dụng cho công nghiệp hóa chất đều được sản xuất từ các NMLD (cracking xúc tác) hoặc là đồng sản phẩm của Ethylene trong các nhà máy cracking bằng hơi nước Ngoài ra, còn những lượng Propylene tương đối nhỏ được sản xuất bằng các phương pháp khác như: Tách Hyđrogen khỏi Propane, phản ứng trao đổi Etylene – Butene, chuyển hoá từ Methanol

Trong một báo cáo thị trường của tập chí Nghiên cứu thị trường công nghiệp hoá chất thế giới tháng 11-2003, thì sản lượng Propylene của thế giới khoảng 72 triệu tấn trong đó: 61% từ cracking bằng hơi nước (tỉ lệ Propylene:Ethylene là 3,5:10 đến 6,5:10); 36% từ NMLD; 3% các quá trình còn lại.

Hình 2.2 Các nguồn thu nhận PropylenePropylene là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất Polypropylene Đây là sản phẩm có giá trị kinh tế rất cao (cao hơn so với xăng và Diesel) Vì vậy nên các nhà máy lọc dầu trên thế giới đều rất chú trọng tới sản phẩm này Phân xưởng RFCC của nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng được tối ưu hóa vận hành nhằm mục đích thu được tối đa lượng Propylene đế sản xuất Polypropylene

2.2 Giới thiệu về phân xưởng thu hồi Propylene của NMLD Dung Quất

Hình 2.3 Phân xưởng PRU của nhà máy lọc dầu Dung Quất hướng Tây Bắc [3]

Hình 2.4 Phân xưởng PRU của nhà máy lọc dầu Dung Quất hướng Đông Bắc [3]

2.2.1 Cơ sở thiết kế

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ phân xưởng PRU của nhà máy [3]

2.2.1.1 Năng suất phân xưởng

Phân xưởng thu hồi Propylen (PRU) được thiết kế đế tách hỗn hợp C3/C4 (LPG)

đã xử lý tạp chất thành phân đoạn C4 ( Mixed C4's), Propane và Propylene, và làm tinh khiết Propylene đạt đến yêu cầu tổng hợp polymer (tối thiểu 99,6% khối lượng)

Phân xưởng PRU với năng suất thiết kế là 77240 kg/h, sản suất được 19535 kg/h Propylene đạt tiêu chuẩn sản xuất polymer (Polymer Grade Propylene) (dầu Bạch

Hổ - chế độ thu hồi xăng tối đa)

Khi phân xưởng PRU vận hành ở thành phần nhập liệu thiết kế, sẽ được mô tả ở phần sau, và ở năng suất thiết kế thì thu hồi được tối thiểu 96% khối lượng Propylene

Phân xưởng PRU có thể vận hành ở năng suất tối thiểu (turndown) là 50% năng suất nhập liệu thiết kế

2.2.1.2 Đặc điểm của dòng nhập liệu

Dòng nhập liệu cho phân xưởng PRU là dòng C3/C4 LPG đã qua xử lý đến từ phân xưởng LTU

2.2.1.2.1 Thành phần nhập liệu thiết kế

Thành phần nhập liệu thiết kế cho phân xưởng PRU, tương ứng với trường hợp

sử dụng dầu thô Bạch Hổ và chạy ở chế độ thu hồi xăng tối đa, như sau:

Bảng 2.1 Thành phần nhập liệu thiết kế cho phân xưởng PRU

Thành phần tạp chất như sau:

Bảng 2.2 Thành phần tạp chất trong dòng nhập liệu thiết kế cho phân xưởng PRU

Thành phần Hàm lượng Dạng tạp chấtH2S 0,5 ppm (wt) (dạng Lưu huỳnh)Mercaptan 15 ppm (wt) (dạng Lưu huỳnh)Cacbony sunfit 0,5 ppm (wt) (dạng Lưu huỳnh)Lưu huỳnh tổng 16 ppm (wt) (dạng Lưu huỳnh)Nước tự do 30 ppm (wt)

Độ ăn mòn tấm đồng mẫu 1 max

Ghi chú: %wt: phần trăm khối lượng, ppm (wt): phần triệu khối lượng, ppb (wt):

phần tỷ khối lượng

2.2.1.2.2 Năng suất nhập liệu thiết kế

Năng suất nhập liệu thiết kế cho phân xưởng PRU là 77240 kg/h khi vận hành với nhập liệu có thành phần nêu ở trên

2.2.1.3 Tiêu chuẩn sản phẩm

Phân xưởng PRU được thiết kế để sản xuất Propylen đủ tiêu chuẩn sản xuất polyme (Polymer Grade Propylene) và hỗn hợp C4 (Mixed C4's) để phối trộn cho xăng Để sản phẩm đạt tiêu chuẩn sau đây thì nhập liệu thiết kế được xác định ở trên Năng suất thiết kế của phân xưởng PRU là 19535 kg/h của Propylene

Tiêu chuẩn sản phẩm Propylene từ phân xưởng PRU như sau:

Bảng 2.3 Tiêu chuẩn sản phẩm Propylene từ phân xưởng PRU

Thành phần Đơn vị Tiêu chuẩn

Ra PRU

Mixed C4's 16827 kg/hLPG sản phẩm 39972 kg/h

2.2.1.5 Các điều kiện tại Battery limit

Bảng 2.5 Các điều kiện tại Battery limit đối với nhập liệu và các sản phẩm chính

Áp suất (kg/cm2g) Nhiệt độ, oC

Treated LPG vào PRU 14,5 (tối thiểu) 40

2.2.1.6 Đặc điểm thiết kế

Phân xưởng PRU có những đặc điểm thiết kế sau:

• Sự tích hợp nhiệt: Nhiệt cho De-ethanizer Reboiler (E-2108) và De-ethanizer Blowoff Preheat (E-2107) được cung cấp bởi dòng naphtha nặng từ bơm hồi lưu của tháp tách chính phân xưởng cracking xúc tác (RFCC)

• Bơm nhiệt: Thiết kế phân xưởng PRU được dựa trên khái niệm bơm nhiệt cho tháp tách Propane/Propylene, là việc cung cấp hoạt động cho nồi sôi lại bằng cách chuyển nén cơ học (cơ năng) của sản phẩm đỉnh sang năng lượng nhiệt (tiết kiệm năng lượng), và sử dụng một tuabin hơi nước không ngưng

cho máy nén chính của bơm nhiệt (the main heat pump compressor) Hơi ở

đỉnh của tháp tách Propane/Propylene được đưa vào máy nén hơi thông qua bình nhập liệu của máy nén Hơi ra khỏi máy nén được khử quá nhiệt và ngưng tụ trong bình đun sôi lại của tháp tách C3 và trong thiết bị ngưng tụ của Propylen làm lạnh bằng nước Propylene sau khi ngưng tụ đi vào bình hoàn lưu của tháp tách Propane/Propylene Một phần lỏng được lấy ra từ bình hoàn lưu và được bơm đến Battery limit làm sản phẩm Propylene sau khi được làm sạch trong hệ thống tinh chế Propylene (là một vessel chứa chất hấp phụ)

• Tháp tách Propane/Propylene: Đĩa của tháp tách Propane/Propylene 2103) là loại đĩa Enhanced Capacity Multiple Downcomer (ECMD) của UOP, còn thiết bị đun sôi lại kiểu High Heat Flux Tubes của UOP

(T-• Phương án vận hành khác: Phương án vận hành cho phân xưởng PRU, một đường bypass qua tháp De-ethanizer (T-2102) sẽ cho phép tiếp tục vận hành tháp C3/C4 (T-2101) trong tình huống tháp tách Propane/Propylene (T-2103) bị dừng Trong trường hợp này, một phần lỏng của bình hoàn lưu từ tháp tách C3/C4 được bơm bởi bơm hoàn lưu P-2102A/B vào tháp T-2101 làm dòng hoàn lưu, một phần khác được đưa trực tiếp vào thiết bị làm lạnh Propane/Propylene bằng nước (E-2109) bằng cách chuyển đổi (switching) các van tay trên đường bypass qua T-2102 Hỗn hợp C3 đi ra từ E-2109, sau khi được trộn với hỗn hợp C4 từ thiết bị làm lạnh E-2104 ở dòng sản phẩm đáy tháp T-2101, được đưa tới LPG Sphere bằng cách chuyển đổi các van tay trên đường bypass qua T-2103

2.2.2 Thuyết minh quy trình [3]

2.2.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu

Dòng C3/C4 LPG đã qua xử lý đến từ phân xưởng xử lý LPG (LTU) được nhập vào bình nhận LPG (D-2101)

D-2101 làm việc thông thường ở 14 kg/cm2g Áp suất thấp hơn điểm cài đặt thì dòng khí giàu C2 từ tháp De-ethanizer (dòng ra của E-2107) được thêm vào Áp suất cao hơn điểm cài đặt, khí thải được xả vào hệ thống khí nhiên liệu

Trong trường hợp vận hành khác (tháp De-ethanizer và tháp tách Propane/Propylene không hoạt động), khí ở đỉnh (hỗn hợp C3 và phần nhẹ hơn) từ tháp tách C3/C4 (T-2101) được dùng làm nguồn tạo áp cho việc điều khiển áp suất của D-2101 thay cho dòng khí giàu C2

2.2.2.2 Tháp C 3 /C 4 Splitter (T-2101)

Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ cụm tháp tách T-2101 phân xưởng PRU của nhà máy [3]

Dòng C3/C4 LPG từ D-2101 được chuyển đến T-2101 bằng bơm nhập liệu 2101A/B Nguyên liệu của tháp được tiền gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt giữa dòng nhập liệu và dòng sản phẩm đáy của tháp tách C3/C4 (E-2101) và sau đó đi vào tháp T-2101 tại đĩa 12 Trong T-2101, hỗn hợp C3/C4 được tách thành C3 với phần nhẹ hơn ở đỉnh và C4 với phần nặng hơn ở đáy.

P-Tháp T-2101 có 33 đĩa và được vận hành (thiết kế) ở áp suất 23,5 kg/cm2_g ở đỉnh tháp, điều kiện cho phép ngưng tụ hoàn toàn hơi ở đỉnh bằng nước lạnh

Hơi đi ra từ đỉnh tháp T-2101 được ngưng tụ hoàn toàn trong thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh của tháp tách C3/C4 (E-2102A-D), thiết bị ngưng tụ bằng nước lạnh,

và đi vào bình hoàn lưu của tháp tách (D-2102) là nơi lỏng hydrocacbon và pha nước được tách ra

Một phần của dòng lỏng từ D-2102 được bơm bằng bơm hoàn lưu của tháp tách C3/C4 (P-2101A/B) làm dòng hoàn lưu cho tháp T-2101 và phần còn lại, hỗn hợp C3

và các thành phần nhẹ hơn được bơm đến De-ethanizer

Nhiệt độ sôi lại (reboiler heat) được cung cấp bởi hai thiết bị đun sôi lại hoạt động song song Thiết bị đun sôi lại của tháp tách C3/C4 (E-2103A/B) được gia nhiệt bằng dòng steam thấp áp

Sản phẩm đáy của T-2101 là Mixed C4's, sau khi trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu của T-2101, được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy (E-2104) trước khi được đưa đến bồn chứa Dòng Mixed C4's từ T-2101 được chia thành 2 dòng sau khi được làm lạnh trong E-2104, một phần Mixed C4's được đưa trực tiếp đến Mixed C4's Sphere và phần còn lại được đưa đến LPG Sphere với dòng Propane từ đáy tháp tách Propane/Propylene

2.2.2.3 De-ethanizer (T-2102)

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ cụm tháp tách T-2102 phân xưởng PRU của nhà máy [3]

Một phần của lỏng ngưng tụ, gồm hỗn hợp C3 và các phần nhẹ hơn, từ D-2102 được bơm bằng bơm nhập liệu của tháp De-ethanizer (P-2103A/B) vào đĩa số 21 của tháp De-ethanizer (T-2102) Hơi C2 và các phần nhẹ hơn được lấy ra ở đỉnh tháp.

Tháp T-2102 có 66 đĩa và làm việc ở áp suất 27 kg/cm2_g tại đỉnh tháp Hơi đi

ra từ đỉnh tháp T-2102 được ngưng tụ một phần trong thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh của tháp De-ethanizer (E-2106) (làm lạnh bằng Propylene từ bình hoàn lưu của tháp tách Propane/Propylene), và đi vào bình hoàn lưu của tháp De-ethanizer (D-2103) là nơi lỏng hydrocacbon, nước và pha hơi được tách riêng Thiết bị trao đổi nhiệt (E-2107) được cung cấp nhiệt từ dòng naphtha nặng từ phân xưởng cracking xúc tác (RFCC)

Lỏng hydrocacbon từ D-2103 được bơm bằng bơm hoàn lưu của tháp ethanizer (P-2104A/B) làm dòng hoàn lưu cho T-2101

De-Nhiệt độ sôi lại được cung cấp bởi bình đun sôi lại tháp De-ethanizer (E-2108), được gia nhiệt từ dòng naphtha nặng từ RFCC Nhiệt đưa vào E-2108 được điều khiển bởi bộ điều khiển trên đĩa nhạy cảm (đĩa 63) của T-2102, nhằm loại bỏ được thành phần Ethane trong sản phẩm đáy

2.2.2.4 Tháp Propane/Propylene Splitter (T-2103)

Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ cụm tháp tách T-2103 phân xưởng PRU của nhà máy [3]

Sản phẩm đáy của T-2102 là hỗn hợp C3, sau khi làm nguội trong thiết bị làm nguội Propane/Propylene bằng nước (E-2109), trao đổi nhiệt với dòng Propylene hoàn lưu (E-2110) trước khi được đưa trực tiếp vào đĩa 142 của tháp tách T-2103 là nơi quá trình tách giữa Propane và Propylene diễn ra.

Tháp T-2103 có 190 đĩa theo kiểu Enhanced Capacity Multiple Downcomer (ECMD) của UOP và làm việc ở 9 kg/cm2G tại đỉnh tháp Tháp cũng được lắp đặt một hệ thống bơm nhiệt

Hơi Propylene rời khỏi đỉnh tháp T-2103 được trộn với hơi từ E-2106 và từ bình hoàn lưu của tháp tách T-2103 (D-2105) sau đó đưa đến bình nhập liệu của máy nén C-2101 chạy bằng tuabin hơi nước không ngưng tụ (non-condensing back pressure steam turbine)

Khí sau khi nén được chia thành 2 dòng Một dòng được đưa đi dưới điều khiển lưu lượng như tác nhân nóng đến bình sôi lại của tháp tách C3 (E-2111), bộ trao đổi nhiệt kiểu ống UOP's High Flux, và sau đó đến bình hoàn lưu D-2105 Phần còn lại được đưa đến thiết bị ngưng tụ Propylene (E-2112A-F), được làm lạnh bằng nước

và đi đến D-2105 Áp suất trong tháp T-2103 được duy trì bởi một van điều khiển

áp suất tại đầu ra của E-2112A-F điều chỉnh dòng Propylene ngưng tụ quay lại 2105

D-Lỏng Propylene từ D-2105 được chia thành hai số dòng Một dòng dưới áp suất của D-2105 được làm lạnh trong E-2110 và sau đó được tách ra làm hai dòng Phần đầu được đưa đến T-2103 làm hoàn lưu dưới điều khiển dòng, phần thứ hai được đưa đến E-2106 như tác nhân lạnh Một dòng khác rời D-2105 được bơm bằng bơm Propylene (P-2106A/B), một thiết bị hấp thụ với lớp xúc tác đơn, là nơi những tạp chất (như COS, arsenic, các hợp chất phốt pho) được loại bỏ Propylene tinh khiết được đưa đến các bình cầu chứa Propylen

Propane từ đáy T-2103 được bơm bằng bơm P-2105A/B được đưa đến LPG Sphere cùng với Mixed C4's từ đáy T-2101

2.2.2.5 Hệ thống khử nước (De-watering )

Mục đích của hệ thống De-watering là cho phép việc xả nước không thường xuyên từ D-2101, D-2102 và D-2103 trong khi đó cung cấp khả năng bảo vệ nhằm chống lại khả năng lẫn vào của các hydrocacbon dễ bay hơi trong nước Những vessel này có 1 ngăn (boots) gom nước tách ra từ lỏng hydrocacbon phụ thuộc vào nước trong mỗi dòng nhập liệu

Tại PRU được cung cấp hai De-watering vessel D-2106 được cung cấp cho dòng nước thường xuyên từ D-2101 D-2107 được cung cấp cho dòng nước không

thường xuyên từ D-2102 và D-2103 Nước chứa trong D-2106 và D-2107 sẽ được

xả vào cống nước nhiễm dầu (OWS)

Việc xả nước từ D-2101, D-2102 và D-2103 được thực hiện bằng tay sử dụng thiết bị đo mức và van cầu đến bình khử nước tương ứng Bình khử nước được lắp đặt thêm ống ruột gà dẫn hơi nước để hóa hơi tất cả các hydrocacbon đến đuốc và nước thu hồi được đưa đến OWS bằng tay sử dụng thiết bị đo mức

2.2.3 Giới thiệu về công nghệ tách Propane/Propylen của Nhà máy Lọc Dầu Dung Quất

2.2.3.1 Sơ lược về quá trình chưng cất [1]

Chưng cất là phương pháp dùng để tách hỗn hợp các chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu

tử trong hỗn hợp

Khi ta chưng cất ta có thể thu được hai hay nhiều sản phẩm tùy thuộc vào số lượng cấu tử có trong hệ và mục đích của người tiến hành Đối với trường hợp chưng hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé, còn sản phẩm đáy thì gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

Hình 2.9 Phương pháp chưng cất cổ điển [5]

Để tách hai cấu tử có độ bay hơi khác nhau ít thì chúng ta phải sử dụng những tháp tách có nhiều bậc thay đổi nồng độ (nhiều đĩa) Ví dụ như tháp tách C2 Splitter dùng để tách hỗn hợp cấu tử Ethane/Ethylene của công ty Chevron ở New York của Mỹ có tới 164 đĩa [6]

Hình 2.10 Chevron C2 Splitter Column [6]

2.2.3.2 Một số công nghệ thường được sử dụng trong các tháp tách Ethane/Ethylene và Propane/Propylene trên thế giới.

 Công nghệ Enhanced Capacity Multiple Downcomer (ECMD) trays and High Flux Tubing của UOP Công nghệ này có nhiều ưu điểm là có hiệu suất rất cao, hệ số truyền nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng loại ống High Flux Tubing của UOP sẽ cao hơn từ ba đến năm lần so với thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng các loại ống thông thường, sử dụng công nghệ này còn giảm được khoảng cách giữa hai đĩa

so với các loại tháp thông thường từ đó sẽ giảm được chiều cao của tháp tách [6]

Hình 2.11 Enhanced Capacity Multiple Downcomer Tray của UOP [6]

Hình 2.12 Ống trao đổi nhiệt UOP's High Flux [6]

 Công nghệ ULTRA- FRAC® của Koch- Glitsch Công nghệ này có ưu điểm

là hiệu suất tối đa mà đĩa có thể đạt được ở trong vùng hỗn hợp tốt lên tới 100% [7]

Hình 2.13 ULTRA- FRAC tray [7]

Hiệu suất tương ứng với độ ngập lụt mà loại đĩa này có thể đạt được

Hình 2.14 Efficiency of ULTRA- FRAC trays in De-Propanizer service [7]

 Công nghệ SUPPERFRAC® tích hợp Omni-Fit Technology của Koch- Glitsch với ưu điểm là Tray Spacing thấp, độ tinh khiết của sản phẩm cao [8]

Hình 2.15 Overview of 6-Pass SUPPERFRAC tray [8]

Với sơ đồ công nghệ

Hình 2.16 Sơ đồ công nghệ đơn giản của C3 splitter [8]

Bảng 2.6 Độ tinh khiết mà sản phẩm có thể đạt được công nghệ SUPPERFRAC®

tích hợp Omni-Fit Technology của Koch- Glitsch [8]

2.2.3.3 Công nghệ tách Propane/Propylene của NMLD Dung Quất [3]

Tháp tách Propane/Propylene (T-2103) của NMLD Dung Quất được thiết kế với

190 đĩa theo kiểu Enhanced Capacity Multiple Downcomer (ECMD) trays của UOP

và làm việc ở 9 kg/cm2_g tại đỉnh tháp Tháp cũng được tích hợp bộ trao đổi nhiệt kiểu ống UOP's High Flux cho thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp T-2103 Đây là một

trong những công nghệ hàng đầu trên thế giới trong lĩnh vực phân tách những cấu

tử có độ chênh lệch nhỏ về độ bay hơi tương đối

Tháp tách Propane/Propylen của nhà máy có 190 đĩa nhưng chiều cao của tháp chỉ có 81,3m là do Tray Spacing của loại đĩa ECMD này chỉ có 330mm so với 610mm của các loại đĩa thông thường Chỉ với một tháp tách 190 đĩa nhưng độ tinh khiết của sản phẩm Propylene tối thiểu đã đạt tới 99,6% (đảm bảo tiêu chuẩn sản xuất Polylmer Grade Propylene) và hiệu suất thu hồi Propylen tối thiểu của phân xưởng là 96% Qua những thông số trên ta thấy rằng ECMD là loại đĩa có hiệu suất cao, có Tray Spacing nhỏ nên sẽ giảm được số đĩa trong tháp cũng như chiều cao của tháp, từ đó giảm được chi phí xây dựng, lắp đặt cũng như chi phí vận hành của phân xưởng, nâng cao hiệu quả kinh tế cho nhà máy Chính vì vậy mà việc lựa chọn công nghệ Enhanced Capacity Multiple Downcomer (ECMD) trays của UOP cho phân xưởng PRU của nhà máy là hoàn toàn chính xác

CHƯƠNG 3 TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG THU HỒI PROPYLENE BẰNG PHẦN

ra đời của các phần mềm mô phỏng

Trước đây để lên kế hoạch cho một dự án đòi hỏi rất nhiều thời gian, và khả năng thực hiện dự án đó là khó có thể thể biết trước được Nhưng khi các phần mềm

mô phỏng ra đời, thì công việc trở nên nhẹ nhàng đi rất nhiều, chúng ta có thể mô phỏng hoạt động của các nhà máy trong các chế độ vận hành khác nhau, thay đổi các thông số làm việc của bất kỳ đơn vị hoạt động nào mà không ảnh hưởng đến quá trình hoạt động chung của nhà máy Ngoài ra, với những tính năng của các phần mềm mô phỏng ta có thể thiết kế được các dự án khác nhau, tìm được phương

án tối ưu, nhanh, cho kết quả khả quan và đạt hiệu quả kinh tế, quan trọng hơn nữa

là áp dụng được cho hầu hết các lĩnh vực của ngành dầu khí và các ngành công nghệ hoá học, đảm bảo được tính khả thi cho những kế hoạch lớn sẽ được thực hiện trong tương lai

3.1 Giới thiệu về phần mềm Hysys

3.1.1 Giới thiệu sơ lược về Hysys

Hysys là phầm mềm chuyên dụng dùng để tính toán và mô phỏng công nghệ được dùng cho chế biến dầu và khí, trong đó các quá trình xử lý và chế biến khí được sử dụng nhiều nhất

Hysys chạy trên Windows là phiên bản mới của Hysim, phần mềm này trước đây dùng trên hệ điều hành Dos

Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech-Canada thuộc công ty AEA Technologie Engineering Software - Hyprotech Ltd Bây giờ, nó đã được mua lại bởi hãng Aspentech của Mỹ nằm trong gói phần mềm Aspen one Là một phần mềm có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến khí Ngoài thư viện

có sẵn, Hysys cho phép người sử dụng tạo các thư viện riêng rất thuận tiện cho việc

sử dụng Ngoài ra Hysys còn có khả năng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin Đây chính là điểm mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban đầu khác nhau.

3.1.2 Những ưu điểm của phần mềm Hysys

Hysys cho độ chính xác rất cao Trong Hysys việc mô phỏng được hướng dẫn một cách cặn kẽ trong quá trình làm nền tương đối đơn giãn, Hysys có khả năng báo lỗi bằng màu đỏ tại các thiết bị mô phỏng khi ta nhập dữ liệu không hợp lệ hoặc nhập thiếu dữ liệu Việc điều hành và tính toán các thông số công nghệ của dòng và các thiết bị trong nhà máy mang tính logic cao, việc thêm bớt các thiết bị cũng đơn giản và không cần đòi hỏi nhập lại các số liệu ban đầu cũng như thiết lập một quy trình Khi mô phỏng thì Hysys có các khả năng sau:

• Khả năng tính toán các thông số còn lại khi đã biết đủ các thông số liên quan: trong Hysys, người ta đã lập ra nhiều mô hình nhiệt động và phương trình tính toán các đặc trưng lý hoá của tất cả các cấu tử và hợp chất

• Khả năng tính toán hai chiều và khả năng sử dụng thông tin một phần: chương trình chia làm nhiều phần nhỏ (các đơn vị unit khác nhau) Mỗi unit là một thiết bị như: tháp chưng cất, máy nén, bình tách, có khả năng xác định xem các thông số nào đã biết hoặc các thông số nào có thể tính toán từ các dòng nối với các unit đó

• Khả năng truyền dữ liệu: khi Hysys được cung cấp thêm một thông tin mới, chương trình lập tức sẽ thực hiện các tính toán có thể rồi chuyển kết quả mới này tới các thiết bị sử dụng chúng Trong quá trình chạy, Hysys sẽ thực hiện việc truyền dữ liệu và các phép tính lặp để đưa ra kết quả tối ưu từ những thông số mà người mô phỏng nhập vào

• Khả năng tự động tính toán lại: Khi người mô phỏng loại bỏ một thông số hoặc một thiết bị nào đó, Hysys sẽ tự động loại bỏ tất cả các thông số tính toán được từ các thông số cũ và giả định chúng là chưa biết Các thông số không liên quan đến thông số bị loại bỏ sẽ vẫn được giữ lại

Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng

•Steady Mode: Trạng thái tỉnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá trình.

•Dynamic Mode: Trạng thái động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở trạng thái vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự

thay đổi của một vài thông số.

3.2 Các dữ liệu ban đầu

Dòng nguyên liệu vào phân xưởng có lưu lượng là 86587,1 kg/h tại nhiệt độ 30,129 oC và áp suất là 13,998 kg/cm2_g

Bảng 3.1 Thành phần dòng nguyên liệu tại nhà máy

3.3 Tiến hành mô phỏng

Chọn mô hình nhiệt động SRK

Nhập các cấu tử có trong bài toán

Vào môi trườg mô phỏng

Nhập thành phần dòng nguyên liệu

Ta tiến hành cài đặt các thiết bị có trong phân xưởng kèm theo các thông số hoạt động của chúng: