Mô phỏng phân xưởng xử lý khí (gas – plant) của nhà máy lọc dầu dung quất

Mô phỏng phân xưởng xử lý khí (gas – plant) của nhà máy lọc dầu dung quất Trong chế độ công nghệ của nhà máy được thiết kế vận hành theo hai chế độ: chế độ tối đa cho xăng và chế độ tối đa cho diezel. Trong đề tài phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất thì em làm về chế độ tối đa cho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ.Đây là đồ án tốt nghiệp mô phỏng lại phân xưởng xử lý khí bằng phần mềm mô phỏng ProII, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng ProII là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG

1 Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất.

1.1 Giới thiệu chung về đề tài.

Quá trình nguyên cứu trong đề tài này là phân xưởng xử lý khí (“Gas –Plant”) của nhà máy lọc dầu Dung Quất nằm ở vị trí phía sau phân xưởng

chưng cất dầu thô (hình 1) Khí được xử lý lấy từ phân xưởng chưng cất khí

quyển (CDU), phân xưởng cracking xúc tác (RFCC), phân xưởng xử lý Naphtabằng Hyđro (NHT) và từ phân xưởng LPG Các phân đoạn nhẹ của các phânxưởng này chứa chủ yếu các hyđrocacbure nhẹ và các tạp chất như H2O, H2S,CO… sẽ đi qua phân xưởng xử lý khí để tạo ra các sản phẩm nhằm cung cấpcho nhà máy và thị trường tiêu thụ

Hinh 1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu

Sản phẩm của chúng bao gồm các phân đoạn như sau:

- Phân đoạn C1, C2 dùng để làm nguyên liệu đốt cho toàn bộ nhà máy,sản phẩm này được gọi là Fuel Gas

- Phân đoạn khí hóa lỏng chủ yếu là propan và butan thu hồi dướidạng lỏng Sản phẩm này được gọi là LPG ( Liquefied Petroleum Gas)

- Phân đoạn xăng nhẹ chứa chủ yếu là C5+, dùng làm như một sảnphẩm thương mại

1.2 Các tiêu chuẩn của sản phẩm.

 Tiêu chuẩn của Fuel Gas: là khí đã tách Bupro và Naphta nhẹ Khí cóthành phần chủ yếu là CH4 và C2H6 ngoài ra còn lẫn các hydrocacbon nặng vàcác khí SOx, NOx, CO Các khí này sẽ cho qua phân xưởng DeSOx để tránh gay

ăn mòn khi dùng cho nhà máy và ô nhiểm môi trường khi thải ra ngoài Vì vậy

ta có tiêu chuẩn về Fuel Gas

o Phần dùng để sản xuất Propylen

o Phần dùng làm sản phẩm thương phẩm

Tiêu chuẩn của khí hóa lỏng LPG thương phẩm.

Áp suất hơi ở 15 oC, Bar

20 oC, Bar

50 oC, Bar

6,5919,6

0,82,757

Áp suất ở 760 mmHg, oC -42  -45 -0,5  2

Tỷ trọng so với không khí

Khối lượng riêng của khí

0,572,3860,55

Áp suất hơi bảo hòa ở 15,6 oC,

Nhiệt trị toàn phần, KCal/Kg 12000 11800

Nhiệt trị tối thiểu, Kcal/Kg 11100 10900

3949547087113159175197Hàm lượng Olefin (wt %) 35

(“Gas Plant”) để tách các phân đoạn nhẹ thành các sản phẩm có giá trị kinh tế,

sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy và sản xuất Propylen

Trong chế độ công nghệ của nhà máy được thiết kế vận hành theo hai chếđộ: chế độ tối đa cho xăng và chế độ tối đa cho diezel Trong đề tài phânxưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất thì em làm về chế độ tối đacho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ

Đây là đồ án tốt nghiệp mô phỏng lại phân xưởng xử lý khí bằng phần mềm

mô phỏng Pro/II, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng Pro\II là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này.

2 Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu kinh tế Dung Quất, là nhà máy lọcdầu đầu tiên của Việt Nam, được xây dựng trên địa bàn xã Bình Thuận và BìnhTrị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Đây là một trong những dự án kinh tếlớn, trọng điểm quốc gia của Việt Nam

Nhà máy chiếm diện tích khoảng 338 ha mặt đất và 471 ha mặt biển Côngsuất chế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất là 6,5 triệu tấn/năm (tương

đương 148.000 thùng/ngày) dự kiến đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu thụxăng dầu ở Việt Nam.

Nhà máy được xây dựng với tổng mức đầu tư là hơn 3 tỉ USD (khoảng

40.000 tỉ đồng) với tên dự án là Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất của chủ đầu

tư là Tổng công ty dầu khí Việt Nam

Nhà máy lọc dầu Dung Quất là một tổ hợp phức tạp với hàng chục phân

xưởng như: chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU) (hình 1), xử lý

Naphtha bằng hyđro (NHT), tái tạo chất xúc tác liên tục, xử lý LPG, thu hồipropylene (PRU), xử lý kerosene (KTU), xử lý naphtha từ RFCC (NTU), nướcchua (SWS), xử lý nước chua, tái sinh amine (ARU), trung hoà kiềm (CNU),thu hồi lưu huỳnh (SRU), Isomer hoá (ISOM), xử lý LCO bằng hydro (LCO -HDT)

Ngoài ra còn có các công trình phục vụ như: hệ thống cấp điện, khu bểchứa dầu thô và sản phẩm 85,83ha; tuyến ống dẫn dầu thô và sản phẩm, cấp và

xả nước biển 94,46ha, bến cảng xây dựng, khu xuất sản phẩm…

Hình 1: Sơ đồ công nghệ tháp chưng cất dầu thô.

a Các công nghệ của nhà máy lọc dầu Dung Quất:

Sử dụng các công nghệ hiện đại, mua bản quyền công nghệ từ các công tyrất nổi tiếng về công nghệ như UOP (Mỹ), MERICHEM (Mỹ) và IFP (Pháp),trong nhà máy lọc dầu như:

Phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi nguyên liệu cặn (RFCC), sử dụngcông nghệ R2R của IFP (Pháp)

Công nghệ thiết bị tiếp xúc dưới dạng màng film xảy ra trên sợi kim loạiđược sử dụng trong các phân xưởng như: phân xưởng xử lý Kerosen (KTU),phân xưởng xử lý xăng Naphta của RFCC (NTU), phân xưởng xử lý LPG(LTU) và phân xưởng trung hòa kiềm (CNU) nhằm mục đích xử lý H2S và

mercaptan có mùi khó chịu và ăn mòn thiết bị (KTU, LTU, NTU) và trung hòakiềm (CNU).

Cụm phân xưởng xử lý bằng hydro nguyên liệu và phân xưởng Reformingxúc tác liên tục (NHT-CCR): phân xưởng CCR này nhằm nâng cao chỉ sốoctan (RON) của xăng nặng đi ra từ quá trình chưng cất khí quyển dầu thô(CDU), làm phối liệu để phối trộn xăng thương phẩm Mặt khác phân xưởngnày cung cấp một lượng H2 dùng để cung cấp cho các phân xưởng xử lý bằngH2 của nhà máy như NHT (xử lý nguyên liệu cho phân xưởng Reforming xúctác liên tục (CCR)) Ưu điểm của công nghệ UOP đối với phân xưởng CCR làtăng hiệu suất thu sản phẩm, khả năng tái sinh xúc tác cao và yêu cầu về bảodưỡng thấp

b Nguyên liệu vào và sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất:

Nguyên liệu của nhà máy được thiết kế để vận hành 2 loại nguyên liệu:

- Dầu Bạch Hổ: 6,5 triệu tấn/năm

- Dầu hổn hợp: 5,5 triệu tấn/năm dầu Bạch Hổ + 1 triệutấn/năm dầu Dubai

Nhà máy được thiết kế để sản xuất ra các sản phẩm sau:

- Khí hóa lỏng LPG (cho thị trường nội địa)

cả các phân đoạn nhẹ này đều được đưa đến phân xưởng xử lý khí (“Gas

Plant”) nhằm đảm bảo các tính chất cũng như tiêu chuẩn của từng sảnphẩm thương mại.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PRO/II

2.1 Quá trình mô phỏng hệ thống.

2.1.1 Giới thiệu chung:

Trong xã hội phát triển ngày nay, nhu cầu về năng lượng là một nhu cầukhông thể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các hoạt động côngnghiệp nói chung Một trong những nguồn cung cấp năng lượng rất quan trọng

là dầu khí  ngành công nghiệp đóng góp không nhỏ vào nguồn thu nhập củacác quốc gia Bởi vậy các quốc gia, kể cả các nước không có nguồn dầu khí đã

và đang xây dựng cho mình một nền công nghiệp lọc dầu hiện đại, đáp ứngnhu cầu tiêu dùng năng lượng không những ở trong nước mà còn cung cấp chocác nước khác Việc thu hồi tối đa những sản phẩm có hiệu quả kinh tế caoluôn là vấn đề được các nhà dầu khí quan tâm

Để không ngừng cải thiên năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, cáccông trình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành Và trên hếtnhờ sự phát triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tínhtốc độ cao, các hệ điều hành siêu việt đã góp phần to lớn cho sự ra đời của cácphần mềm mô phỏng

Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc mộtcách hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứucác yếu tố ảnh hưởng đến một quá trình đang hoạt động trong thực tế

Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơntrong cùng thời gian với độ chính xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay.Hơn nữa, chúng ta có thể tự động hóa quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ

để tránh việc phải thực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm

Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một mô hình mẫu để nghiên cứu sự vận hànhcủa một phân xưởng khi thay đổi nguồn nguyên liệu hoặc các điều kiện vậnhành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất thu và chất lượng sản phẩm nhưthế nào Điều này sẽ đơn giản, nhanh chóng và tiết kiệm hơn nhiều so với thử

nghiệm trên phân xưởng thực tế Vì rằng cơ sở tính toán các công cụ mô phỏngthường dựa trên các bộ cơ sở dữ liệu chuẩn hóa, nên một khi đã xây dựng một

mô hình hợp lý thì bất kỳ một kỹ sư nào cũng có thể sử dụng nó để tính toán vàcho các kết quả chính xác

Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trìnhhoạt động của nhà máy Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làmviệc và chế độ hoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ mộtđơn vị hoạt động nào đó

Bên cạnh đó, các phần mềm mô phỏng còn giúp cho việc giảm thiểu nhữngtai nạn và rủi ro có thể xảy đến với con người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu

và tăng năng suất của nhà máy

2.1.2 Các đặc điểm của quá trình mô phỏng.

 Các từ khóa thường dùng trong thiết kế mô phỏng:

 Simulation, process simulation: mô phỏng, quá trình mô phỏng.

 Dynamic simulation: mô phỏng động.

 Simolator: thiết kế mô phỏng.

 Equation of state (EOS): phương trình trạng thái.

 Steady-state simulation : mô phỏng trạng thái bền vững

 To proceed by trial and error: Tiến hành bắng cách mò mẫm.

 Model: mô hình.

 Modelling: mô hình hóa

 Chương trình mô phỏng luôn có các thành phần sau:

- Thư viện dữ liệu và thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán cáctính chất hóa lý của các cấu tử và hệ cấu tử

- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình có thể có trong hệ thống côngnghệ hóa học như bơm, máy nén, truyền nhiệt, chưng cất, Phần này chứa các

mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số côngnghệ của một quá trình được mô phỏng

Các công cụ mô phỏng cho các quá trình điều khiển trong một quy trìnhcông nghệ hóa học.

Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ môphỏng và ngân hàng dữ liệu

Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất, nhập, in dữ liệu và kết quảtính toán được từ quá trình mô phỏng

2.1.3 Mục đích và vai trò của phần mềm Pro/II.

Phần mềm Pro/II được sử dụng nhằm:

 Thiết kế một quá trình mới mới (Designing).

 Kiểm tra lại ( Retrofitting) các quá trình đang tồn tại

 Hiệu chỉnh các quá trình đang vận hành (Troubleshootin).

 Tối ưu hóa các quá trình đang vận hành (Optimizing).

 Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để nghiên

cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sử vận hành của nó (Rating) như: thay đổi nguồn nguyên liệu, hiểu chỉnh (Troubleshooting),tối ưu hóa(Optimizing) các quá trình vận hành

Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc mộtcách hiểu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứucác yếu tố ảnh hưởng.Tốc độ của mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trườnghợp hơn trong cùng thời gian với độ chính xác cao hơn tính toán bằng tay

Có thể tự động hóa quy trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việcthực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm

2.1.4 Các phần mềm mô phỏng trong công nghệ lọc hóa dầu:

Trong công nghệ hóa học người ta sử dụng rất nhiều phần mềm mô phỏng:

a PRO/II (SIMSCI- Mỹ): sử dụng trong công nghiệp lọc hóa dầu.

b HYSYS (HYPROTECH - Canada): sử dụng trong công nghiệp chế

biến khí

c ASPEN PLUS (ASPENTECH - Mỹ)

d DESIGN II (CHEMSHARE - Mỹ): sử dụng trong công nghiệp hóa

học nói chung

e PROSIM: Sử dụng trong công nghiệp hóa học.

Các phần mềm này đều có khả năng tính toán cho các quá trình lọc hóa dầu,tuy nhiên mỗi phần mềm có ưu điểm vượt trội cho một quá trình nào đó Đa sốcác phần mềm chạy trên hệ điều hành DOS, chỉ có PRO/II và HYSYS chạytrên môi trường Windows

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng để tính toán công nghệ các quá trình lọchóa dầu ở nước ta còn nhiều hạn chế do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức

Phần mềm này đựoc sử dụng nhằm hai mục đích:

- Thiết kế phân xưởng mới

- Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế đểnghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc vận hành của nó như:thay đổi nguồn nguyên liệu, điều kiện vận hành hay tiêu chuẩn kỹthuật của sản phẩm…

Việc nhập dữ liệu vào chương trình được tiến hành rất đơn giản vì trình tựcông việc được hướng dẫn cụ thể thông qua sự hiển thị màu trên màn hình

Chương trình mô phỏng được chạy với số lần lặp xác định Chương trình môphỏng phương pháp tính toán bằng tay, tự động biên dịch thông tin đưa vào vàthực hiện quá trình tính toán từ các thông tin đó Chương trình có một số đặctrưng sau:

Khả năng tính từng phần: khi đã biết đủ các thông số cần thiết thì chươngtrình sẽ tự động tính các thông số còn lại

Khả năng tính hai chiều và khả năng sử dụng thông tin một phần: chươngtrình được chia thành nhiều modun khác nhau, mỗi modun là một thiết bị nhưvan, bơm, cột chưng cất Mỗi modun có khả năng xem thông số nào đã biết

và thông số nào cần thiết cho quá trình tính toán

Khả năng truyền dữ liệu: khi PRO/II được cung cấp một thông tin mới,chương trình sẽ thực hiện các tính toán có thể rồi truyền kết quả mới này đếnmỗi thiết bị có thể sử dụng chúng Quá trình này tiếp diễn cho đến khi tất cảcác tính toán nhờ thông tin mới này được hoàn tất

Khả năng tự động tính toán lại: khi người thiết kế loại bỏ một thông số nào

đó, chương trình sẽ loại bỏ tất cả các kết quả tính được từ thông số đó, các kếtquả không liên quan sẽ được giữ lại

Kết quả chạy PRO/II có thể xuất qua các chương trình khác như Word,Excel, Autocad

 PRO/II được ứng dụng để:

- Thiết kế quy trình mới

- Nghiên cứu việc chuyển đổi chế độ hoạt động của nhà máy

- Hiện đại hóa các nhà máy hiện có

- Giải quyết sự cố trong quá trình vận hành của nhà máy

- Tối ưu hóa, cải thiện sản lượng và lợi nhuận

 PRO/II mô phỏng những quá trình tiêu biểu sau:

 Trong lĩnh vực lọc dầu:

- Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển

- Gia nhiệt dầu thô

- Quá trình alkyl hóa

- Chưng cất chân không

- Stripping hơi nước

2.2.2 Các cụm thiết bị trong Pro/II

Trong thư viện PRO/II có lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra các sơ đồcông nghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghệp hóa chất Mỗithiết bị được xác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, nănglượng trao đổi và các tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp ) Cácthiết bị liên hệ với nhau bằng các dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy vào

và ra khỏi thiết bị này sẽ xác định trạng thái làm việc của thiết bị Các thiết bị

sẽ tự động cập nhật thông tin mới có liên quan đến chúng và tự cập nhật chocác dòng chảy nối với chúng

Các thiết bị chính trong chương trình PRO/II:

- Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)

- Thiết bị làm nguội, đun nóng (Cooler, Heater)

- Bộ trộn (Mixer)

- Van (Valve)

- Cột (Column): dùng trong các quá trình chưng cất, hấp thụ, trích ly

- Thiết bị chia dòng (Splitter): chia dòng chảy thành nhiều dòng theo

tỷ lệ tùy ý

- Bộ tách (Seperator): gồm có thiết bị tách 2 pha, thiết bị tách 3 pha

và thiết bị tách chất rắn ra khỏi dòng lỏng hoặc hơi

- Thiết bị điều khiển (Controller)

- Thiết bị hoàn lưu (Recycle)

2.2.3 Sử dụng chương trình Pro/II.

Các bước xây dựng một sơ đồ công nghệ trong chương trình PRO/II:

 Bước 1: Chuẩn bị sơ đồ công nghệ mong muốn

Chuẩn bị sẵn sơ đồ công nghệ và các thông số đầu vào, đầu ra cần thiết (têndòng, lưu lượng, nhiệt độ, áp suất ) của các dòng chảy cũng như các thông sốvận hành của thiết bị

 Bước 2: Xây dựng PFD:

Vẽ chu trình (Process Flow Diagram - PFD) bằng cách chọn và định vị cácthiết bị (unit operation) trên cửa sổ chính Vẽ các dòng vào ra cho từng thiết bị

 Bước 3: Chọn hệ thống đơn vị đo:

Hệ đơn vị mặc nhiên được cài đặt trong chương trình là hệ đơn vị Anh, ta

có thể thay đổi và chọn hệ thống đơn vị khác như MET, hay SI, thông thường

ta hay chọn dơn vị MET

 Bước 4: Xác định các cấu tử:

Có thể xác định trực tiếp bằng cách gõ tên của các cấu tử hoặc chọn từ danhmục có sẵn trong thư viện của chương trình

 Bước 5: Xác định phương trình nhiệt động thích hợp.

Có thể chọn phương pháp nhiệt động từ danh mục các phương pháp thôngdụng nhất trong thư viện Việc chọn hệ thống phù hợp là bước quan trọngtrong chương trình mô phỏng

 Bước 6: Lựa chọn các dòng nguyên liệu và sản phẩm: xác định thành

phần, trạng thái nhiệt của các dòng

 Bước 7: Cung cấp dữ liệu cho dòng nhập liệu và các dòng hồi lưu:

Dữ liệu của dòng nhập liệu và dữ liệu giả định của các dòng hồi lưu cầncung cấp gồm: lưu lượng, thành phần, điều kiện nhiệt động

 Bước 8: Cung cấp các điều kiện của quá trình:

Cung cấp đầy đủ các dữ liệu cần thiết cho mỗi thiết bị trong sơ đồ côngnghệ

 Bước 9: Chạy và xem kết quả:

Trước khi tiến hành chạy chương trình, phải kiểm tra để đảm bảo rằngkhông xuất hiện màu đỏ trên đường viền của các thiết bị hay các dòng chảy

Nếu tất cả đường viền là màu xanh nước biển, xanh dương(hay đen) có nghĩa

là đã cung cấp đủ thông tin để chạy chương trình Có thể xem kết quả bằngnhiều cách: đồ thị, báo cáo xuất

2.3 Phương pháp lựa chọn mô hình nhiệt động.

2.3.1 Cơ sở lựa chọn.

 Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp cho một ứng dụng cụ thể là mộtbước rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của kết quả

mô phỏng

 Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính các thông số sau:

- Hằng số cân bằng pha K: thể hiện sự phân bố cấu tử giữa các pha ởđiều kiện cân bằng

- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: xác định năng lượng cần thiết

để chuyển một hệ từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái khác

- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: nhằm phục vụ việc tính toán cácmáy nén, thiết bị giản nở và năng lượng tự do tối thiểu ở các thiết bị phản ứng

- Tỉ trọng của pha lỏng và pha hơi: để tính toán quá trình truyền nhiệt,trở lực và xác định kích thước tháp chưng cất

 Để lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp, nên dựa vào các yếu tố sau:

- Bản chất của các đặc trưng nhiệt động của hệ như sau: Hằng số cânbằng lỏng – hơi (VLE: Vapor Liquid Equilibrium) của các quá trìnhchưng cất, cô đặc hoặc bốc hơi, quá trình trích ly…

- Thành phần của hổn hợp

- Phạm vi nhiệt độ và áp suất

- Tính sẵn có của các thông số hoạt động của các thiết bị

2.3.2 Các ứng dụng cụ thể.

Các quá trình lọc dầu và chế biến khí:

 Hệ thống áp suất thấp (tháp chưng cất áp suất khí quyển và chân không): Trong nguyên liệu của các hệ thống này nói chung có khoảng gần3% thể tích phần nhẹ nên có thể chọn mô hình BK10 hoặc GS và các biến thể

của nó Khi hàm lượng phần nhẹ lớn (nhất là thành phần C1) nên chọn EOS: SRK, PR.

 Hệ thống áp suất cao (tháp chưng phân đoạn sản phẩm của phân xưởng cracking, cốc hóa ): Trong hệ thống này, hàm lượng phần nhẹ nóichung lớn hơn Các mô hình nên chọn: GS, SRK, PR

 Các quá trình chế biến khí thiên nhiên: trong thành phần thường có chứa N2, khí acide (CO2, H2S) và các hydrocarbon nhẹ:

- Với loại khí chứa ít hơn 5% N2, CO2, H2S và không có cấu tử phân cựcnào khác nên chọn SRK, PR hoặc Benedict - Webb - Rubin - Starling (BWRS)

- Với loại khí chứa nhiều hơn 5% N2, CO2, H2S nhưng không có cấu tửphân cực nào khác nên chọn SRK, PR và người sử dụng nên đưa vào các thông

số tương tác để thu được kết quả tốt hơn

- Với hệ thống xử lý khí thiên nhiên có lẫn nước làm việc ở áp suất cao(trong trường hợp này độ hoà tan của hydrocarbon trong nước sẽ tăng lên) nênchọn các biến thể của các phương trình trạng thái như: SRKM, PRM haySRKS, SRKKD (Kabadi - Danner Modification to SRK)

- Khi khí thiên nhiên chứa các cấu tử phân cực như méthanol nên chọnSRKM, PRM hay SRKS

Các quá trình hóa dầu:

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KHÍ BẰNG

Bảng 1: Đặc trưng của các dòng nguyên liệu vào phân xưởng

Bảng 2: Các tính chất của phân đoạn dầu thô.

(oC)

PM(kg/kmol)

D(kg/m3)

- TB: nhiệt độ sôi trung bình

- PM: khối lượng mol

- D: khối lượng thể tích

3.2 Thiết lập sơ đồ công nghệ cho phân xưởng của nhà máy lọc dầu Dung Quất.

Quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu DungQuấtn được thực hiện trên phần mềm PRO/II, các bước nguyên cứu tiến hànhtương tự cho hầu hết các quá trình khác như việc thiết lập sơ đồ bao gồm cácthiết bị có trong sơ đồ công nghệ như: Đường ống (dòng), thiết bị trao đổinhiệt, máy nén, thiết bị giản nở, bình tách Flash, tháp tách Distillation, máybơm, thiết bị Stream Calculator…

3.2.1 Sơ đồ công nghệ thực tế của nhà máy lọc dầu Dung Quất.

 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

Nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý khí là các phân đoạn nhẹ đi ra từphân xưởng RFCC, phân xưởng NHT, và phân chưng cất khí quyển (CDU).Các dòng nguyên liệu này được đưa vào thiết bị tách 3 pha D-1514 Khí đi rakhỏi bình tách này được đưa đên bình tách D-1551, còn lỏng thì được đưa đếnđầu tháp T-1551 Khí đi ra khỏi bình tách D-1551 sẽ kết hợp với dòng LPG từphân xưởng CDU và lượng lỏng đi ra từ tháp T-1551 và lượng hơi đi ra từ thápT-1552 tiếp tục đưa xuống bình tách 3 pha D-1553 Khí ra khỏi bình tách đưađến tháp hấp thụ thứ nhất T-1551, lỏng được bơm đến tháp Stripper T-1552, vànước chua được đưa đi xử lý

Tại tháp T-1551, dòng khí đi ra từ bình tách D-1553 sẽ được đưa đến đỉnhtháp, còn phần lỏng từ bình tách D-1514 được đưa vào đấy tháp Khí đi ra khỏitháp được đưa đến đấy tháp hập thụ thứ 2 (T-1553), còn lỏng cho hồi lưu về lạibình tách D-1553 Tại tháp T-1553 thì dầu được đưa vào trên đỉnh tháp, khíđưa vào đáy tháp, quá trình hấp thụ xảy ra ở trong tháp Khí ra khỏi tháp đượcđưa đến bình tách D-1557 và sau đó được đưa đến đáy tháp hấp thụ T-1555.Chất nghèo amin được đưa vào đỉnh tháp T-1555 để hấp thụ các tạp chất Saukhi hập thụ, khí đi ra khỏi đỉnh tháp là khí Fuel Gas, còn đáy là chất giàu aminđem đi xử lý

Tại tháp Stripper T-1552, lỏng từ bình tách D-1553 đưa đến đỉnh tháp Khí

ra khỏi tháp được đưa trở lại bình tách D-1553, lỏng thì được đưa qua tháp táchDebutanizer T-1554 Khí sau khi ra tháp T-1554 được đưa qua tháp hấp phụAmin và sau đó đưa đến phân xưởng xử lý LPG, còn lỏng thì đưa đền phânxưởng xử lý Gasoline

 Mục đích của sơ đồ công nghệ thực tế này là dùng để tham khảo cho

sơ đồ mô phỏng

Dưới đây là sơ đồ mô tả phân xưởng “Gas Plant” thực tế.

3.2.2 Xây dựng sơ đồ công nghệ mô phỏng dựa trên sơ đồ thực tế của nhà máy lọc dầu Dung Quất.

Với nguồn nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý là các phân đoạn nhẹ từ 3phân xưởng: CDU, NHT, RFCC Sơ đồ mô phỏng phân xưởng xử lý khí của

đồ án này được xây dựng đơn giản hóa hơn so với sơ đồ thực tế của phânxưởng “Gas Plant” của nhà máy lọc dầu Dung Quất Trong đó có các thiết bịcủa sơ đồ thực tế đã được lược bỏ như sau:

- Máy nén 2 tầng C-1551 được thay bằng máy nén trong PRO/II

- Các thiết bị làm lạnh như 1551, 1552 A/B và thiết bị ngưng tụ

E-1553 được thay băng thiết bị Simple HX trong PRO/II

- Tháp hấp thụ LPG Amin T-1556 được thay bằng thiết bị StreamCalculator

- Bình tách D-1552, D-1557 được lược bỏ

- Các thiết bị ngưng tụ E-1554, E-1558, E-1559, E-1562, E-1564, E-1565,E-1566 và thiết bị đun nóng E-1555 được lược bỏ

Cuối cùng ta có sơ đồ mô phỏng đơn giản như sau:

Thuyết minh sơ đồ công nghệ mô phỏng đơn giản.

Nguồn nguyên liệu vào phân xưởng này được lấy từ phân xưởng RFCC,NHT, CDU Ba dòng nguyên liệu này được đưa vào bình tách ba pha D-1514kết hợp với dòng lỏng hồi lưu từ bình tách D-1551, bình tách này hoạt động ở

T = 42 oC, P = 0,4 kg/cm2 g Dòng lỏng H2O được lấy ra từ đáy được chia làm

2 phần, 1 phần cho hồi lưu lại phân xưởng và 1 phần đưa đến phân xưởng xử lýnước chua, dòng khí được lấy ra ở đỉnh bình tách và dòng lỏng được lấy ra ởđáy bình tách

- Dòng khí ra khỏi bình tách D-1514 cho qua bình tách D-1553, để táchcác dòng lỏng nặng bị cuốn theo và loại bỏ các tạp chất như H2O, H2S…Tháp D-1553 hoạt động ở T = 42 oC, P = 0,3 kg/cm2 g Dòng lỏng rakhỏi bình tách cho hồi lưu về lại bình tách D-1514, còn dòng khí ra khỏiđỉnh được cho qua may nén để nén lên P = 15,1 kg/cm2 g và sau đó tiếptục cho qua thiết bị làm lạnh cùng với dòng H2O được trích từ bình táchD-1514 Dòng khí ra khỏi thiết bị làm lạnh có T = 40 oC được đưa vàobình tách 3 pha D-1553, cùng với dòng LPG từ CDU, lỏng đi ra từ đaytháp chưng cất T-1551 và dòng khí đi ra từ tháp chưng cất T-1552 đượcđưa vào bình tách D-1553 Bình tách 3 pha D-1553 hoạt động ở T = 40

oC, P = 15,1 kg/cm2 g Dòng H2O lấy ra ở đáy tháp được đưa đên phânxưởng xử lý nước chua, dòng khí láy ra ở đỉnh tháp, còn dòng lỏng lấy

ra ở đáy bình được bơm P-1553 bơm đến đỉnh tháp chưng cất T-1552(Tháp STRIPPER) Tháp này gồm có 31 đĩa, P đỉnh = 15,7 kg/cm2 g; Pđáy = 16 kg/cm2 g Khí ra khỏi tháp cho hồi lưu trở lại bình tách D-

1553, còn lỏng tiếp tục cho qua tháp chưng cất T-1554 (ThápDEBUTANIZER) Tháp này gồm có 42 đĩa, dòng lỏng vào ở đĩa 23, Pđỉnh = 11,7 kg/cm2 g, P đáy = 12,1 kg/cm2 g Sản phẩm nhẹ lấy ra ởđỉnh tháp chưng là LPG ( Liquefied Petroleum Gas) Sản phẩm LPGnày được đưa qua bình tách D-1555 để loại bỏ các cấu tử nặng bị cuốntheo và loại bỏ các tạp chất CO, H2S, H2O…sau đó LPG ra khỏi bìnhtách tiếp tục đưa đến phân xưởng xử lý LPG

- Dòng lỏng ra khỏi bình tách 3 pha D-1514 được bơm P-1518 bơm đếnđỉnh tháp chưng cất T-1551 (Tháp Absorber) cùng với dòng khí đi rakhỏi bình tách D-1553 được đưa đến đáy tháp T-1551 Tháp này gồm có

31 đĩa, P đỉnh = 14,8 kg/cm2 g, P đáy = 15,1 kg/cm2 g Lỏng ra khỏi đáytháp cho hồi lưu về lại bình tách D-1553, khí ra khỏi đỉnh tháp được tiếptục đưa đến đáy tháp chưng cất T-1553 (Tháp Absorber) Tại tháp T-

1553, nguyên liệu đưa vào đỉnh tháp là Dầu nhẹ sau khi qua thiết bị traođổi nhiệt E-1563 và đưa qua bình tách D-1556 để loại bỏ H20, H2S…được đưa vào đỉnh tháp chưng Tháp T-1553 gồm có 20 đĩa, P đỉnh =14,4 kg/cm2 g, P đáy = 14,7 kg/cm2 g Dầu nhẹ sau khi hập thụ sẽ đượclấy ra ở đáy tháp và cho qua thiết bị trao đổi nhiết E-1563 sau đó đưa trở

về lại tháp chưng cất T-1501 Khí ra khỏi thap T-1553 tiếp tục đưa quađay tháp T-1555 (Tháp Absorber Fuel Gas) Tháp T-1555 được hập thụbởi dung dịch DEA (Diethanolamin) được đưa vào đỉnh tháp Tháp gồm

có 20 đĩa, P đỉnh = 13,7 kg/cm2 g, P đáy = 14 kg/cm2 g Sau khi hấp thụ,dung dịch DEA đi ra khỏi đáy tháp và sau đó đưa qua phân xưởng xử lýAmin, còn phân khí nhẹ (Fuel Gas) cho qua bình tách D-1559 để loại bỏcác cấu tử nặng bị cuốn theo và các tạp chất CO, H2S… khí ra khỏi bình

là Fuel Gas đem làm nhiên liệu cho nhà máy lọc dầu

3.3 Mô phỏng phân xưởng xử lý khí dựa trên số liệu thực tế đã được cung cấp.

Ta xây dựng sơ đồ công nghệ phân xưởng dựa trên sơ đồ công nghệ thực tế của nhà máy

Từ menu file chọn New chọn các thiết bị trên thanh PFD, nếu thanh nàychưa xuất hiện trên màn hình, ta tiến hành kích lên nút PFD Hide/Display trênthành công cụ

Khi đã xuất hiện thanh PFD rồi ta tiến hành chọn các thiết bị cần thiếtcho qui trình dựa vào các biểu tượng của thiết bị có trên thanh công cụ này

Riêng đối với tháp tách có Reboiler (hoặc cả Condenser) thì chọn như làmột đĩa.

Sau đó ta khai báo các thông số và dữ liệu cho sơ đồ hệ thống

 Xác định hệ đơn vị đo: chọn hệ đơn vị Metric-Set1 với những đặc

điểm sau:

- Nhiệt độ : oC

- Áp suất : Kg/cm2 g

- Năng suất: GJ/h

 Nhập các cấu tử cho thành phần nguyên liệu: để tiến hành nhập các

cấu tử ta kích vào nút Select from lists, trên hộp thoại sau:

Từ đó ta được hộp thoại Component Selection-List/Search và ta tiếp tục click vào Select from lists để tiến hành chọn cấu tử cho hệ qua mục

Hydrocarbon Lightends

Kết quả ta thu được như sau:

Các cấu tử giả định CP1 đến CP11 được xác định từ phân đoạn dầu thô chủ yếu là thành phần Naphta nhẹ