Đồ án công nghệ 2 mô phỏng phân xưởng gas plant

Đồ án công nghệ 2 mô phỏng phân xưởng gas plant

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN CHUNG

1.1 Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất 4

1.1.1 Giới thiệu chung về đề tài 4

1.1.2 Các tiêu chuẩn của sản phẩm 5

1.2 Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất 7

1.2.1 Các công nghệ của nhà máy lọc dầu Dung Quất: 8

1.2.2 Nguyên liệu vào và sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất: 9

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM HYSYS

2.1 Quá trình mô phỏng hệ thống 10

2.1.1 Giới thiệu chung 10

2.1.2 Các đặc điểm của quá trình mô phỏng 11

2.1.3 Các phần mềm mô phỏng trong công nghệ lọc hóa dầu 12

2.1.4 Ứng dụng của phần mềm Hysys 12

2.2 Chương trình Hysys 13

2.2.1 Tính năng và phạm vi sử dụng 13

2.2.2 Các cụm thiết bị trong Hysys 14

2.2.3 Sử dụng chương trình Hysys 15

2.3 Phương pháp lựa chọn mô hình nhiệt động 16

2.3.1 Cơ sở lựa chọn 16

2.3.2 Các ứng dụng cụ thể 17

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KHÍ BẰNG PHẦN MỀM HYSYS

3.1 Khai thác số liệu trong phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất 19

3.2 Thiết lập sơ đồ công nghệ phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất 20

3.2.1 Sơ đồ công nghệ phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất 20

Wet gas compressor và HP condenser 21

Primary absorber 21

Stripper 22

Secondary absorber 22

Fuel gas absorber 23

Debutanizer 23

LPG amine absorber 24

3.3 Mô phỏng phân xưởng xử lý khí dựa trên số liệu thực tế đã được cung cấp 24

3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng cho phân xưởng 24

3.3.2 Các bước tiến hành trong quá trình mô phỏng 33

3.3.3 Thiết lập các thông số và điều kiện vận hành của thiết bị trong phân xưởng mô phỏng 37

3.4 So sánh đánh giá kết quả số liệu mô phỏng với số liệu thực tế 48

KẾT LUẬN

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu

Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng của phân xưởng xử lý khí (Gas Plant)

Hinh 3.2: Sơ đồ mô phỏng cho cụm 1

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng cho cụm 2

Hình 3.4: Sơ đồ mô phỏng cho cụm 3

LỜI MỞ ĐẦU



Việt Nam là một quốc gia sở hữu nhiều nguồn tài nguyên trong đó có nguồn tàinguyên dầu mỏ Vì vậy chúng ta đang từng bước xây dựng và phát triển ngành côngnghiệp chế biến dầu khí Cùng với tốc độ tăng trưởng của ngành công nghiệp khai thácdầu thô hiện nay và sự quan tâm của nhà nước thì ngành công nghiệp Lọc Hoá dầu củanước ta hiện nay và trong tương lai sẽ phát triển mạnh mẽ, điều đó được minh chứngbằng quyết định của Đảng và nhà nước cũng như tổng công ty Dầu Khí Việt Nam đãxây dựng xong nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất, và trong tương lai sẽ có các nhà máy

số 2 tại Nghi Sơn Thanh Hoá, nhà máy số 3 tại Vũng Tàu…

Ngày nay trên thế giới hầu hết các quốc gia kể cả các quốc gia không có dầu

mỏ cũng đều xây dựng cho mình một ngành công nghiệp Lọc-Hoá dầu nhằm ổn định

và phát triển nền kinh tế Ngành công nghiệp này có tầm quan trọng đặc biệt trong nềnkinh tế quốc dân và trong quốc phòng Do đó việc nghiên cứu phát triển và tìm ra cácgiải pháp tối ưu cho sự hoạt động của các nhà máy cũng như vấn đề định hình thiết kếbước đầu trong việc thiết lập nhà máy mới là một trong những vấn đề chiến lược cho

sự phát triển của ngành công nghiệp Lọc-Hóa dầu Song song với nó là sự phát triểnvượt bậc của ngành công nghệ thông tin đã góp phần không nhỏ cho sự ra đời của cácphần mềm mô phỏng dùng trong lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung và ngành côngnghiệp Lọc-Hóa dầu nói riêng

Trước đây, để kiểm tra một quá trình cũng như tìm ra các yếu tố ảnh hưởng trựctiếp lên quá trình đó thì cần phải tiến hành thí nghiệm và lấy số liệu thực nghiệm trongmột thời gian dài mới có thể đạt được kết quả mong muốn Nhưng từ khi các phầnmềm mô phỏng ra đời ta có thể tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cũng nhưkiểm tra lại tính xác thực của các yếu tố này một cách nhanh chóng Hơn nữa, trướcđây để lên kế hoạch cho một dự án đòi hỏi nhiều thời gian và khả năng thực hiện dự án

đó là khó có thể biết trước được Nhưng khi các phần mềm mô phỏng ra đời, thì côngviệc trở nên đơn giản đi rất nhiều Chúng ta có thể xây dựng được nhiều dự án khácnhau và tìm được phương án tối ưu một cách nhanh chóng, cho kết quả chính xác vàđạt hiệu quả cao nhất

Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình hoạtđộng của nhà máy Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm việc và chế độhoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một đơn vị hoạt động nào đó

Bên cạnh đó, các phần mềm mô phỏng còn giúp cho việc giảm thiểu những tainạn và rủi ro có thể xảy đến với con người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu và tăngnăng suất của nhà máy

Một trong số đó chính là phần mềm mô phỏng Hysys Hysys là phần mềmchuyên dụng 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 là sảnphẩm của công ty Hyprotech- Canada thuộc công ty AEA Technologie EngineeringSofware- Hyprotech Ltd Là 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 quátrình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy chếbiến khí Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người sử dụng tạo các thư viện riêngrất thuận tiện cho việc sử dụng Ngoài ra Hysys còn có khả năng tự động tính toán cácthông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin Đây chính là điểm mạnh của Hysys giúpngười sử dụng tránh sai sót và đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban đầu khácnhau

Tiến hành quá trình mô phỏng một phân xưởng thực tế, tính toán công nghệ vàcác thông số đặc trưng của một số thiết bị chính trong phân xưởng, kiểm tra so sánh

với số liệu thực tế của nhà máy Đó chính là nội dung được trình bày trong đồ án “Mô phỏng phân xưởng xử lý khí (Gas – Plant) của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phần mềm Hysys” nhằm xây dựng một sơ đồ mô phỏng quá trình xử lý khí dựa trên

sơ đồ công nghệ thực tế

Đề tài này có phần thuyết minh bao gồm các chương sau:

- Chương 1: Tổng Quan Chung

+ Tổng quan về phân xưởng “Gas – Plant” của nhà máy lọc dầu Dung Quất.+ Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất

- Chương 2: Giới thiệu về phần mềm Hysys

+ Giới thiệu mô phỏng hệ thống

+ Chương trình mô phỏng Hysys.

+ Phương pháp lựa chọn mô hình nhiệt động

- Chương 3: Mô phỏng phân xưởng “Gas – Plant” của nhà máy lọc dầu Dung Quất+ Khai thác số liệu trong phân xưởng của nhà máy lọc dầu Dung Quất.+ Thiết lập sơ đồ công nghệ cho phân xưởng của nhà máy lọc dầu Dung Quất.+ Mô phỏng phân xưởng “Gas – Plant” của nhà máy lọc dầu Dung Quất.+ Tính toán công nghệ và các thông số đặc trưng của các thiết bị chínhtrong phân xưởng

+ So sánh đánh giá kết quả số liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CHUNG1.1 Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất.

1.1.1 Giới thiệu chung về đề tài.

Đề tài này đề cập đến quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí (“Gas – Plant”)của nhà máy lọc dầu Dung Quất, phân xưởng xử lý khí nằm ở vị trí phía sau phân

xưởng chưng cất dầu thô (hình 1.1) Khí được xử lý lấy từ phân xưởng chưng cất khí

quyển (CDU), phân xưởng cracking xúc tác (RFCC), phân xưởng xử lý Naphta bằngHyđro (NHT) và từ phân xưởng LPG Các phân đoạn nhẹ của các phân xưởng nàychứa chủ yếu các hyđrocacbure nhẹ và các tạp chất như H2O, H2S, CO… sẽ đi quaphân xưởng xử lý khí để tạo ra các sản phẩm nhằm cung cấp cho nhà máy và thịtrường tiêu thụ

Hình 1.1: 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 nhiên liệu cho toàn bộ nhà máy, sảnphẩm này được gọi là Fuel Gas

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

- Phân đoạn xăng nhẹ chứa chủ yếu là C5 , dùng làm như một sản phẩmthương mại

1.1.2 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 và cáckhí SOx, NOx, CO Các khí này sẽ cho qua phân xưởng DeSOx để tránh gây ăn mònkhi dùng cho nhà máy và tránh gây ô nhiễm môi trường khi thải ra ngoài Vì vậy ta

có tiêu chuẩn về Fuel Gas như sau:

Bảng1.1: 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

0,572,3860,55

Áp suất hơi bảo hòa ở 15,6 oC, KJ/Kg 358,2 372,2

Lượng không khí cần đốt cháy 1m3 khí, m3 25 33Khối lượng riêng của chất lỏng ở 15,6 oC, Kg/lit 0,5÷0,51 0,57÷0,58

Thể tích riêng ở 15,6 oC, lit/ Kg 1.957÷2.019 1.723÷1.760

- Naphta nhẹ: là hỗn hợp của các hyđrocacbon lỏng dễ bay hơi Cáchyđrocacbon này có phân tử lượng lớn hơn Butane, thành phần chủ yếu là C5+ Đểđảm bảo đặc tính kỹ thuật vận chuyển tàng trữ và chế biến, Naphta nhẹ phải được

ổn định theo các tiêu chuẩn thương mại

Bảng 1.2: Tiêu chuẩn của Naphta nhẹ.

chế độ tối đa cho Diezel Trong đề tài phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầuDung Quất thì em làm về chế độ tối đa cho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu BạchHổ

Đây là đồ án công nghệ 2 mô phỏng lại phân xưởng “Gas Plant” bằng phần mềm mô phỏng Hysys, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng Hysys

là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này.

1.2 Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất

Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu kinh tế Dung Quất, là nhà máy lọc dầuđầu tiên của Việt Nam, được xây dựng trên địa bàn xã Bình Thuận và Bình Trị, huyệnBình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi Đây là một trong những dự án kinh tế lớn, trọng điểmquốc gia của Việt Nam

3949547087113159175197Hàm lượng Olefin (wt %) 35

Nhà máy chiếm diện tích khoảng 338 ha mặt đất và 471 ha mặt biển Công suấtchế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất là 6,5 triệu tấn/năm (tương đương 148.000thùng/ngày) dự kiến đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu thụ xăng dầu ở Việt Nam.

Nhà máy được xây dựng với tổng mức đầu tư là hơn 3 tỉ USD với tên dự án làNhà 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: Crude Distillation Unit) (hình 1.2), xử lý

Naphtha bằng hyđro (NHT: Naphtha Hydrotreater), xử lý LPG (LTU), thu hồi propylene(PRU: Propylene Recovery Unit), xử lý Kerosene (KTU: Kerosene Treating Unit), xử lýNaphtha từ RFCC (NTU: Naphtha Treating Unit), xử lý nước chua (SWS: Sour WaterStripper), tái sinh Amine (ARU: Amine Regeneration Unit), trung hoà kiềm (CNU: CaustisNeutralisation Unit) thu hồi lưu huỳnh (SRU: Sulphur Recovery Unit), 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 bể chứadầu thô và sản phẩm chiếm khoảng 85,83 ha; tuyến ống dẫn dầu thô và sản phẩm, cấp

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

1.2.1 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 ty rấtnổi tiếng về công nghệ như UOP (Mỹ), MERICHEM (Mỹ) và IFP (Pháp), trong nhàmáy lọc dầu như:

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

Công nghệ thiết bị tiếp xúc dưới dạng màng film xảy ra trên sợi kim loại được

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 trunghòa kiềm (CNU) nhằm mục đích xử lý H2S và Mercaptan có mùi khó chịu và ăn mònthiết bị (KTU, LTU, NTU) và trung hòa kiềm (CNU)

Cụm phân xưởng xử lý bằng hydro nguyên liệu và phân xưởng Reforming xúctác liên tục (NHT-CCR): phân xưởng CCR này nhằm nâng cao chỉ số octan (RON)

của xăng nặng đi ra từ quá trình chưng cất khí quyển dầu thô (CDU), làm nhiên liệu đểphối trộn xăng thương phẩm Mặt khác phân xưởng này cung cấp một lượng H2 dùng

để cung cấp cho các phân xưởng xử lý bằng H2 của nhà máy như NHT (xử lý nguyênliệu cho phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR)) Ưu điểm của công nghệ UOPđối với phân xưởng CCR là tăng hiệu suất thu sản phẩm, khả năng tái sinh xúc tác cao

và yêu cầu về bảo dưỡng thấp

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

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

- Dầu Bạch Hổ: 6,5 triệu tấn/năm

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

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

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

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM HYSYS2.1 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 cầu khôngthể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các hoạt động công nghiệp nóichung Một trong những nguồn cung cấp năng lượng rất quan trọng là dầu khí − ngànhcông nghiệp đóng góp không nhỏ vào nguồn thu nhập của các quốc gia Bởi vậy cácquốc gia, kể cả các nước không có nguồn dầu khí đã và đang xây dựng cho mình mộtnền công nghiệp lọc dầu hiện đại, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng năng lượng không những

ở trong nước mà còn cung cấp cho các nước khác Việc thu hồi tối đa những sản phẩm

có hiệu quả kinh tế cao luôn là vấn đề được các nhà dầu khí quan tâm

Để không ngừng cải thiện năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các côngtrình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành Và trên hết nhờ sự pháttriển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ cao, các hệđiều hành siêu việt đã góp phần to lớn cho sự ra đời của các phần mềm mô phỏng

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

Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trongcùng 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 phảithực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm Ví dụ, chúng ta có thể sửdụng một mô hình mẫu để nghiên cứu sự vận hành của một phân xưởng khi thay đổinguồn nguyên liệu hoặc các điều kiện vận hành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệusuất thu và chất lượng sản phẩm như thế nào Điều này sẽ đơn giản, nhanh chóng vàtiết kiệm hơn nhiều so với thử nghiệm trên phân xưởng thực tế Vì rằng cơ sở tính toáncác công cụ mô phỏng thường dựa trên các bộ cơ sở dữ liệu chuẩn hóa, nên một khi đãxây dựng một mô hình hợp lý thì bất kỳ một kỹ sư nào cũng có thể sử dụng nó để tínhtoán và cho các kết quả chính xác

Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình hoạtđộng của nhà máy Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm việc và chế độhoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một đơn vị hoạt động nào đó

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

• Simulator: 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 công nghệhóa 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 công nghệ của một quá trìnhđược mô phỏng

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

Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô phỏng vàngân hàng dữ liệu

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

2.1.3 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, tuynhiên mỗi phần mềm có ưu điểm vượt trội cho một quá trình nào đó Đa số các phần mềmchạy trên hệ điều hành DOS, chỉ có PRO/II và HYSYS chạy trên môi trường Windows

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

Trong đồ án này ta chọn phần mềm Hysys để mô phỏng phân xưởng “GasPlant”

2.1.4 Ứng dụng của phần mềm Hysys

Phần mềm Hysys được sử dụng nhằm:

 Thiết kế và bảo vệ hệ thống phân tách một cách hiệu quả nhất (Concept)

 Giảm thấp vốn đầu tư và chi phí vận hành, chọn lựa cách bảo quản, cácđặc tính và phân loại thiết bị, trang bị và sửa chữa các thiết bị để cải tiến

quá trình hoạt động và điều khiển nhà máy (Process)

 Sử dụng công cụ mô phỏng để đưa ra các điều kiện thuận lợi, đánh giáhoạt động của nhà máy hiện hành, trang bị các thiết bị để đạt độ tin cậy vềhoạt động, an toàn, lợi nhuận cao nhất Cải tiến các thiết bị có sẵn và mở

rộng quy mô nhà máy hiện hành (Plant)

 Những quy trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắm bắt vềcông nghệ, mức độ an toàn trong nhà máy, làm theo những quy tắc hướng

dẫn về an toàn và vận hành để tăng lợi nhuận (OTS)

 Tối ưu hiệu quả nhà máy, chuyển đổi mô hình sản xuất, sử dụng côngnghệ có sẵn và tăng lợi nhuận trong hoạt động bằng cách cho phép những

thay đổi về công nghệ và sản phẩm (RTO + )

 Những dữ liệu thu được từ mô phỏng là công cụ cơ bản để dựa vào nó mà

có những thông tin sác thực nhằm quyết định về vốn đầu tư và xây dựng

một cách có hiệu quả nhất (Economix)

Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một cáchhiểu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnhhưởng.Tốc độ của mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trong cùng thờigian 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 việc thựchiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm

2.2 Chương trình Hysys.

2.2.1 Tính năng và phạm vi sử dụng

Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech- Canada thuộc công ty AEATechnologie Engineering Sofware- Hyprotech Ltd Là phần mềm có khả năng tínhtoán đa dạng, cho kết quả có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sửdụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quátrình thiết kế nhà máy chế biến khí Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người sửdụng tạo các thư viện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng Ngoài ra Hysys còn có khảnăng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin Đây chính làđiểm mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh sai sót và đồng thời có thể sử dụngnhững dữ liệu ban đầu khác nhau

Hysys là phần mềm chuyên dụng để tính toán và mô phỏng công nghệ đượcdùng cho chế biến dầu và khí, trong đó các quá trình xử lý và chế biến khí được sửdụng nhiều nhất Là phần mềm chạy trên môi trường Windows nên rất dễ dàng giaotiếp giữa chương trình và người sử dụng

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 để nghiêncứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc vận hành của nó như: thay đổi nguồnnguyên liệu, điều kiện vận hành hay tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm…Việc nhập dữ liệu vào chương trình được tiến hành rất đơn giản vì trình tự côngviệc 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

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

o HYSYS 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

2.2.2 Các cụm thiết bị trong Hysys

Trong thư viện Hysys có lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra các sơ đồ côngnghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp hóa chất Mỗi thiết bịđược xác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng lượng trao đổi vàcác tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp ) Các thiết bị liên hệ với nhaubằng các dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy vào và ra khỏi thiết bị này sẽ xácđịnh trạng thái làm việc của thiết bị Các thiết bị sẽ tự động cập nhật thông tin mới cóliên quan đến chúng và tự cập nhật cho các 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

- Bình tách (Seperator): gồm có thiết bị tách 2 pha, thiết bị tách 3 pha vàthiết bị tách chất rắn ra khỏi dòng lỏng hoặc hơi

- Thiết bị điều khiển (Controller)

- Thiết bị hồi lưu (Recycle)…

2.2.3 Sử dụng chương trình Hysys

Các bước xây dựng một sơ đồ công nghệ trong chương trình Hysys:

 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 số vậnhành của thiết bị

 Bước 2: Chọn hệ thống đơn vị đo

Hệ đơn vị mặc nhiên được cài đặt trong chương trình là hệ đơn vị Anh, ta cóthể thay đổi và chọn hệ thống đơn vị khác như METRIC, hay SI, thông thường tahay chọn đơn vị METRIC

 Bước 3: 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 4: Xác định phương trình nhiệt động thích hợp

Có thể chọn phương pháp nhiệt động từ danh mục các phương pháp thông dụngnhất trong thư viện Việc chọn hệ thống phù hợp là bước quan trọng trong chươngtrình mô phỏng

 Bước 5: Xây dựng PFD

Vẽ chu trình (Process Flow Diagram - PFD) bằng cách chọn và định vị các thiết

bị (unit operation) trên cửa sổ chính Vẽ các dòng vào ra cho từng thiết bị

 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 cần cungcấp 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 công nghệ

 Bước 9: Chạy và xem kết quả

Trước khi tiến hành chạy chương trình, phải kiểm tra để đảm bảo rằng khôngxuất hiện màu vàng trên đường viền của các thiết bị hay màu xanh các dòng chảy Nếutất cả đường viền là màu xanh nước biển, xanh dương (hay đen) có nghĩa là đã cungcấp đủ thông tin để chạy chương trình Có thể xem kết quả bằng nhiều 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 một bước rấtquan 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 ở điều kiệncân bằng

- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: xác định năng lượng cần thiết đểchuyển 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 các máynén, 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 cân bằng lỏng– hơi (VLE: Vapor Liquid Equilibrium) của các quá trình chưng cất, cô đặc hoặc bốchơi, quá trình trích ly…

- Thành phần của hỗn 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 gần 3% 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 nói chung lớn hơn Các

để thu được kết quả tốt hơn

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

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

 Các quá trình hóa dầu:

- P > 2 bars: GS, SRK, PR.

• Xử lý hỗn hợp hydrocarbon thơm và hydrocarbon khác: NRTL, UNIQUAC, UNIFAC

• Xử lý hỗn hợp khí có dùng amine : Amine Pkgs

Bảng 3.1: Đặc trưng của các dòng nguyên liệu vào phân xưởng

Trong đó:

- RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking): Phân xưởng Cracking xúc

tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển

- NHT (Naphtha Hydrotreater): Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hydro

- CDU - GAS (Crude Distillation Unit): Khí từ phân xưởng chưng cất khí

quyển

- DEA: Diethanolamine

- LPG: khí đi ra từ tháp chưng cất khí quyển

- Các cấu tử CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6, CP7, CP8, CP9, CP10,CP11 là các cấu tử giả định cho các hydrocacbure nặng của phân đoạnnguyên liệu này Các tính chất của các cấu tử giả định này được cho trongbảng sau:

Bảng 3.2: Các tính chất của các cấu tử giả

- TB: nhiệt độ sôi trung bình

- PM: khối lượng mol

- D: khối lượng riêng ở 15oC

3.2 Thiết lập sơ đồ công nghệ phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất 3.2.1 Sơ đồ công nghệ phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất

(Hình vẽ)

- Thuyết minh sơ đồ công nghệ

 Wet gas compressor và HP condenser

Wet gas từ cụm Fractionation đưa tới Knock-out drum D1551 của cấp máy nénthứ nhất, tại đây HC lỏng cuốn theo và ngưng tụ được tách ra Khí từ bình D-1551được nén bởi cấp thứ nhất của máy nén C-1551 và sau đó được làm lạnh tại intercoolerE- 1551 và trim cooler E-1552A/B Nước chua từ cụm Fractionation được đưa tới đầuvào của E-1551 để làm giảm tối thiểu ăn mòn Hơi được làm lạnh và lỏng ngưng tụ từE-1552 được tách tại D-1552 (Interstage drum)

Hơi từ D-1552 được nén trong cấp thứ hai của máy nén C-1551

Pha lỏng trong D-1552, hydrocacbon và nước, được bơm bởi P-1551A/B và trộn vớidòng hơi từ đầu ra của máy nén Một phần dòng hỗn hợp này được ngưng tụ tại HP aircondenser E-1553

 Stripper condenser và Bình tách cao áp.

Dòng ra của E-1553, dòng lỏng từ đáy của Primary absorber và hơi của đỉnhstripper được kết hợp lại trước khi vào Stripper Condensers E-1554A/B Dòng LPG từCDU cũng được đưa vào E-1554A/B Dòng ra từ E-1554A/B được tách thành phanước, hydrocacbon lỏng và pha hơi trong bình tách cao áp D-1553 Phần nước chuađưa tới phân xưởng xử lý nước chua SWS (Sour Water Stripper)

Pha lỏng hydrocacbon được bơm bởi P-1553A/B và sau đó trao đổi nhiệt vớidòng HVN pumparound rồi nạp vào đỉnh của Stripper T-1552.Pha hơi từ D-1553 đượcnạp vào đáy của Primary Absorber T-1551 bên dưới đĩa cuối cùng

 Primary absorber

Primary absorber T-1551 thu hồi hầu hết C3 và C4 từ phần hơi của D-1553

Phần lỏng ở đỉnh của cụm Fractionation được nạp vào đĩa trên cùng của T-1551.Trong trường hợp vận hành Bạch Hổ Max Gasoline, một dòng Gasoline sẽ được tuầnhoàn từ đáy của Debutanizer về đỉnh T-1551 để đạt được sự thu hồi C3 và C4 theo yêu

cầu.Dòng sản phẩm đáy của absorber được đưa đến E-1554 với lưu lượng được điềukhiển bằng bộ điều khiển mức LIC

 Stripper

Stripper tách H2S và C2 và các cấu tử nhẹ hơn từ hỗn hợp LPG và Gasoline từ

D-1553 nạp vào đỉnh Stripper Nhiệt độ của dòng nguyên liệu cho stripper được điềukhiển bởi TIC-723 bằng cách điều khiển lưu lượng của dòng HVN pumparound tới E-

1555 Nhiệt của Reboiler được cung cấp bởi hai reboiler nối tiếp nhau Reboiler thứnhất E-1556 được gia nhiệt bởi dòng đáy của Debutanizer Reboiler thứ 2, E-1557,được gia nhiệt bởi dòng LCO pumparound từ cụm Fractionation

Lưu lượng dòng hơi từ đỉnh của stripper sẽ điều khiển lượng nhiệt cung cấp choE-1557 thông qua bộ điều khiển FIC-709 Lưu lượng dòng hơi, hay nói cách kháccông suất của reboiler được thiết lập để đáp ứng tiêu chuẩn thành phần C2 trong sảnphẩm đỉnh của Debutanizer

Hơi từ đỉnh của stripper được ngưng tụ tại E-1554 Dòng lỏng ở đáy đưa đếntháp Debutanizer T-1554 bằng bộ điều khiển FIC-714 với set point nhận từ bộ điềukhiển mức LIC-712

 Secondary absorber

Secondary absorber T-1553 thu hồi các phân đoạn nhẹ của gasoline từ dòng khíđỉnh của primary absorber T-1551 Dòng lean oil là dòng heavy naphtha từ cụmFractionation

Dòng lean oil được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệt với dòng đáy củasecondary absorber T-1553 tại E-1563 và sau đó tiếp tục được làm lạnh bởi dòngcooling water qua thiết bị trao đổi nhiệt lean oil cooler E-1564 Dòng lỏng sau khi làmlạnh đưa đến lean oil coalescer D-1556 để loại nước bị cuốn theo trước khi được nạpvào đỉnh của T-1553 bằng bộ điều khiển FIC-718 Dòng sản phẩm đáy, rich oil, đượcđiều khiển bằng bộ LIC-720, và sau đó được gia nhiệt bằng dòng lean oil tại E-1563,

và rồi hồi lưu trở lại Main Fractionator ở cụm Fractionation

Khí ở đỉnh T-1553 được làm lạnh bằng dòng cooling water tại Fuel Gas CoolerE-1565 và đưa đến bình Fuel Gas Absorber K.O D-1557

 Fuel gas absorber

Fuel gas absorber T-1555 loại H2S và CO2 từ phần khí đỉnh của secondaryabsorber bằng cách cho tiếp xúc với DEA

Lượng nhỏ lỏng xuất hiện sau khi qua E-1565 được tách trong bình D-1557 Chấtlỏng tách ra được tại D-1557 được đưa đến đầu vào của E-1563 bằng bộ điều khiểnmức LIC-726 Khí đỉnh được đưa đến đáy của T-1555 và dòng lean amine được nạpvào đỉnh của T-1555 Nhiệt độ của dòng lean amine được điều khiển và duy trì bằng

bộ điều khiển TDIC-746 dựa trên chênh lệch nhiệt độ của dòng lean amine và dònggas vào T-1555, mục đích là để trách ngưng tụ hydrocacbon

Phần khí đỉnh được đưa tới bình D-1559 trước khi đưa đến hệ thống fuel gas.Dòng rich amine đưa đến phân xưởng thu hồi amine bằng bộ điều khiển mức LIC-730.Lượng amine tích tụ trong bình D-1559 được đưa đến phân xưởng thu hồi amine bằng

bộ điều khiển mức LIC-733 Áp suất trong hệ thống hay áp suất đỉnh của T-1553 đượcđiều khiển bởi PIC-733 bằng cách xả FG từ D-1559 ra hệ thống FG

 Debutanizer

Debutanizer tách LPG từ gasoline

Phần lỏng ở đáy của stripper được đưa tới đĩa 22 của Debutanizer T-1554 Hơi ở đỉnhđược ngưng tụ hoàn toàn trong condenser E-1561A/B Áp suất trong T-1554 đượcđiều khiển bởi PIC-745 bằng cách by-pass một phần hơi đỉnh qua thiết bị trao đổinhiệt E-1561A/B đến bình reflux drum D-1554 Lỏng ngưng tụ được bơm khỏi D-

1554 bằng P-1556A/B Một phần chất lỏng được hồi lưu lại tháp bằng bộ điều khiểnFIC-721 được reset bởi TIC-754 trên đĩa thứ 8 ở phần đỉnh của tháp Dòng hồi lưu nàykiểm soát tiêu chuẩn thành phần C5 trong sản phẩm đỉnh Phần còn lại của chất lỏngđỉnh, sản phẩm LPG, được đưa tới LPG amine absorber T-1556 sau khi làm lạnh tại E-

1562, lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-723 reset bằng LIC-742

Tháp được gia nhiệt lại bằng reboiler E-1560A/B Nhiệt cung cấp cho reboiler lấy từdòng pumparound HCO trong cụm Fractionation Công suất của reboiler được thiết lập

để đảm bảo thành phần C4 trong gasoline đạt yêu cầu (Dòng HCO PA đến E-1560A/Bđược điều khiển bằng FIC-722)

Gasoline từ đáy tháp trước tiên được làm lạnh tại stripper reboiler E-1556 và sau đó tạiair cooler E-1558 và cuối cùng tại E-1559 Một phần gasoline được bơm bởi P-1554A/B đến primary absorber như là dòng lean oil bổ sung khi có yêu cầu Phần sảnphẩm gasoline còn lại đưa đến phân xưởng xử lý gasoline (gasoline treating unit), vớilưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-715, reset bởi bộ điều khiển mức LIC-736.Trong trường hợp Maximum Gasoline, dòng heavy naphtha từ cụm Fractionation sẽđược trộn chung với dòng này.

 LPG amine absorber

LPG amine absorber T-1556 loại H2S trong sản phẩm LPG bằng cách cho tiếpxúc với DEA.T-1556 là một tháp đệm LPG được nạp vào ở đáy và đi lên xuyên quaamine Mức của mặt phân tách LPG-amine ở bên trên lớp đệm trên cùng được điềukhiển bởi LIC-746 và được duy trì bằng cách điều khiển dòng rich amine ra khỏi đáyabsorber Dòng LPG lỏng ở đỉnh được đưa đến LPG amine Coalescer D-1555, tại đâyamine cuốn theo sẽ bị tách ra Dòng amine từ boot của D-1555 được đưa đến dòng richamine bằng bộ điều khiển mức LIC-749 Dòng LPG từ bình D-1555 được đưa đếnphân xưởng xử lý LPG (LPG treating unit)

3.3 Mô phỏng phân xưởng xử lý khí dựa trên số liệu thực tế đã được cung cấp 3.3.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng cho phân xưởng

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

Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng của phân xưởng xử lý khí (Gas Plant)