Mô phỏng tháp chưng cất và hệ thống thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu nghi sơn

Mô phỏng tháp chưng cất và hệ thống thu hồi nhiệt của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu nghi sơn

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN

1.1 Giới thiệu

Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Việt Nam thuộc vào các khu kinh tế Nghi Sơn, nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight Ton) cập bến Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan

Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đề xuất là:

- Đáp ứng nhu cầu thị trường và an ninh năng lượng

- Cung cấp nguyên liệu để phát triển ngành công nghiệp hóa dầu

- Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển thống nhất của đất nước

 Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 8,4 triệu tấn dầu thô trong một năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô một năm Chủ đầu tư này là một một công ty liên doanh gồm: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25,1% vốn), Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35,1%), Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35,1%) và Công ty Hóa chất Mitsui Chemicals Inc (MCI) 4,7% Liên danh nhà thầu EPC do công ty JGC Corporation (Nhật Bản) đứng đầu và các nhà thầu: Chiyoda Corporation (Nhật Bản), GS Engineering & Construction Corporation (Hàn Quốc), SK Engineering & Construction Co., Ltd (Hàn Quốc), Technip France (Pháp), và Technip Geoproduction (M) Sdn Bhd (Malaysia)

Nhà máy được thiết kế cung cấp các sản phẩm thương mại:

- 2,3 triệu tấn xăng dầu với 3 loại khác nhau: RON92, RON95 và RON98

- 3,7 triệu tấn dầu diesel, 400.000 tấn polypropylene

- 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1

- 1 triệu tấn khác hóa dầu và 0,5 triệu tấn LPG.

1.2 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi Sơn

Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất được vài ba triệu tấn Dầu thô Việt Nam là dầu thô ngọt, hàm lượng lưu huỳnh rất thấp (0,041% khối lượng), đó là nguyên liệu tốt cho các nhà máy lọc dầu Tuy nhiên, dự trữ dầu của Việt Nam là khá thấp Vì vậy, để đảm bảo hoạt động lâu dài và liên tục của phức hợp nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy hợp tác và nhập khẩu dầu thô từ Trung Đông Hỗn hợp dầu thô từ Kuwait, Murbai và Black Tiger (Việt Nam) đã được nghiên cứu và cho thấy sử dụng 100% dầu thô từ Kuwait đã mang lại kết quả tốt nhất, do đó, một lợi nhuận 1,041 tỷ / năm USD Kết quả là, dầu thô Kuwait đã được lựa chọn là nguồn nguyên liệu chính để thiết kế nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Ngoài ra, để đảm bảo trữ lượng của nhà máy, nguồn nguyên liệu Murbai cũng được sử dụng

Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait [4]

Là dầu thô trung bình (d = 0,876 và oAPI = 29,9) và có hàm lượng lưu huỳnh acid cao (khoảng 2,65%wt) Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được giải quyết để tạo sản phẩm có chất lượng tốt

Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao Ví dụ, nồng độ Nikel là 0,1 ppm, Vanadium là 31,1 ppm và sắt 0,7 ppm Với nồng độ kim loại như vậy, nó sẽ có hại cho quá trình sản xuất bởi vì sự hiện diện của các kim loại này gây ngộ độc chất xúc tác,

hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng sản phẩm

Hàm lượng nitơ trong khoảng khoảng 372 ppm, đó là có khả năng gây ngộ độc chất xúc tác và giảm độ ổn định của dầu trong quá trình bảo quản

Một số đặc tính của dầu thô Kuwait được cho trong bảng 1.1

Bảng 1 Tóm tắt một số đặc tính của dầu thô Kuwait [4]

2 Hàm lượng Lưu huỳnh %m 2.65

1.3 Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn

Theo dự kiến, trong năm 2013, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn phức tạp sẽ vào vận hành thương mại Không giống như các sản phẩm khác, các sản phẩm nhiên liệu (LPG, xăng dầu, Jet A1, diesel, FO, ) thường thay đổi theo thời gian và ngày càng nghiêm ngặt, do

sự quan tâm ngày càng cao đối với bảo vệ môi trường và y tế cộng đồng Do đó, các tiêu chuẩn chất lượng của Việt Nam không thể áp dụng cho dự án Thay vào đó phải xây dựng các tiêu chí của tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm dựa trên các tiêu chuẩn Euro 3, Euro 4 để thực hiện các dự án trong khi vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế của dự án

Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn là:

- Các sản phẩm năng lượng: LPG, xăng dầu, Kerosene, Jet A1, diesel, FO

- Các sản phẩm phi năng lượng: benzen, paraxylene, polypropylene và lưu huỳnh

1.3.1 Các sản phẩm năng lượng

 Khí hóa lỏng (LPG)

Khí hóa lỏng (LPG) được tách ra từ phần nhẹ của chưng cất dầu thô, là hỗn hợp của propane (C3) và Butan (C4) có tỷ lệ C3/C4 là 7:3 hoặc 5:5 tùy thuộc vào điều kiện sử dụng Ngoài ra, hỗn hợp có thể chứa lên đến 0,5% các hydrocarbon nhẹ khác như butadien

Tỷ lệ C3/C4 là một yếu tố quan trọng để đánh giá sự an toàn của LPG khi nó được sử dụng như nhiên liệu hoặc nhiên liệu [3]

Một số tiêu chí cơ bản để đánh giá chất lượng của LPG sau khi nhà máy lọc dầu Nghi Sơn được đưa ra trong Bảng 1.2

Bảng 1 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG

Chỉ số octan là các đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất đối xăng Hiện nay, xăng RON95 chiếm lĩnh một phần không đáng kể trong thị trường Việt Nam, tuy nhiên, nhu cầu đối với loại xăng này sẽ tăng đáng kể trong tương lai và sau năm 2015 sẽ thống trị thị

trường xăng dầu Tiết kiệm nhiên liệu RON98 sẽ được giới thiệu do việc sử dụng các siêu

xe Do đó, các nhà máy lọc dầu Nghi Sơn được quy hoạch để sản xuất ba loại xăng: RON92, RON95 và RON98

Bảng 1 Các tiêu chuẩn chất lượng của xăng không Chì

Tiêu chuẩn 92 Xăng không Chì 95 98 Phương pháp đo

Chỉ số Octane, min

- Research Octane Number (RON)

- Motor Octane Number (MON) 9282 9585 9888

TCVN 2703:2002ASTM D2699ASTM D2700

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max 50 TCVN 6701:2000ASTM D5453

ASTM D4953

Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l 0,72-0,76 TCVN 6594:2000ASTM D1298

 Nhiên liệu phản lực Jet A1

Động cơ phản lực làm việc ở điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ và áp suất thấp ở độ cao rất cao Vì vậy, thông số kỹ thuật của nhiên liệu chặt chẽ hơn tất cả các loại nhiên liệu khác

Bảng 1 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu phản lực JET A1

Hàm lượng lưu huỳnh, %kl,

Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l 0,775-0,84 TCVN 6594:2002, ASTM D1298

 Gazole

Bảng 1 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel [3]

Tiêu chuẩn Đơn vị Phương pháp đo

Lưu huỳnh wt ppm 50>/350> ASTM D2622/ D5433TCVN 6701:2000Chỉ số Cetane 48</ 46<50</ 47< ASTM D976/ D613Phần cất 50%

Điểm chớp cháy oC 55< ASTM D3828/ D93TCVN 6608:2000

Độ nhớt động học

ASTM D189/ D4530

Hàm lượng tro wt% 0.01> TCVN 2690:1995 ASTM D 482Nước

Nước và tạp chất

Tạp chất

mg/kgvol%

mg/l

100>

10

-ASTM E 203ASTM D2709ASTM D 2276

ASTM D 1298/ D4052

 Dầu FO (Fuel Oil)

FO là một sản phẩm nặng của nhà máy lọc dầu có điểm sôi cao hơn 350oC Phân loại

FO dựa vào hai tiêu chí là độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh

FO có hai ứng dụng chính là làm nhiên liệu đốt công nghiệp (nhà máy điện, lò nung ) và nhiên liệu cho các tàu lớn chạy bằng động cơ diesel chậm và tải trọng lớn.Bảng 1 Tiêu chuẩn chất lượng của FO [3]

TCVN 6701:2000(ASTM D2622)/ D129/

D4294/

TCVN2708:2002 (ASTM D 1266-98)

ASTM D1298

Độ nhớt động học

Tỷ trọng (15oC), kg/l 0,882-0,886 ASTM D4052

 PolyPropylene

Đây là nguyên liệu chính cho công nghiệp sản xuất các loại vật liệu tổng hợp Vật liệu xây dựng Polypropylene dần dần thay thế các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại, gốm sứ,

Hiện nay, Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn về chất lượng của các sản phẩm nhựa như polypropylene (PP) Ở nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, polypropylene đặc điểm kỹ thuật chủ yếu là độ tinh khiết của sản phẩm đạt 99,5%

 Lưu huỳnh

Lưu huỳnh được thu hồi từ khí acid có chứa hàm lượng lưu huỳnh (H2S, COS, CS2) Lưu huỳnh có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong một số lĩnh vực của ngành công nghiệp như

- Dưới 90% lưu huỳnh cho sản xuất H2SO4

- Dưới 10% của lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất cao su lưu hóa, dược phẩm, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu,

Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM HYSYS 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 cầu không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các hoạt động công nghiệp 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 của các 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 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 công trình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành Và trên hết nhờ sự phát triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ cao, các hệ điều 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 cách hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các 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 hơn trong 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 hoặc mò mẫm Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một mô hình mẫu để nghiên cứu sự vận hành của một phân xưởng khi thay đổi nguồn nguyên liệu hoặc các điều kiện vận hành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất thu và chất lượng sản phẩm như thế 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 phỏng thường 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 và cho các kết quả chính xác

Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình hoạt động của nhà máy Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm việc và chế độ hoạt 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 tai 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:

• Simulator: phần mềm mô phỏng

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

• Dynamic simulation: mô phỏng động.

• Steady-state simulation : mô phỏng trạng thái tĩnh

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

• 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 các tính 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 nghệ 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 công nghệ của một quá trình được mô phỏng

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

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

- Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất, nhập, in dữ liệu và kết quả tính toán 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:

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

- HYSYS (HYPROTECH - Canada): sử dụng trong công nghiệp dầu khí

- ASPEN PLUS (ASPENTECH - Mỹ)

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

nói chung

- 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 số các phần mềm chạy 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 hóa dầu

ở nước ta còn nhiều hạn chế do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức về các phần mềm.Trong đồ án này ta chọn phần mềm Hysys để mô phỏng phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn

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, các đặc 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 giá hoạt động của nhà máy hiện hành, trang bị các thiết bị để đạt độ tin cậy về hoạt 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 về công 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 công nghệ

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 cách hiểu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng.Tốc độ của mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp 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 việc thực hiện các phép tính lặp 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 AEA Technologie Engineering Sofware- 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 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 sai sót và đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban đầu khác nhau

Hysys là phần mềm chuyên 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 Là phần mềm chạy trên môi trường Windows nên rất dễ dàng giao tiếp giữa chương trình và người sử dụng

Phần mềm này đựoc sử dụng nhằm hai mục đích chính:

- Thiết kế phân xưởng mới

- Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để nghiên 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 kỹ thuật của sản phẩm…

Việc nhập dữ liệu vào chương trình được tiến hành rất đơn giản vì trình tự công 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

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

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

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 công nghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp hóa chất Mỗi thiết bị được xác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng lượng trao đổi và các tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp ) Các thiết 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 cho các dòng chảy nối với chúng

Các thiết bị chính trong chương trình Hysys:

- 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 và thiết

bị tách chất rắn ra khỏi dòng lỏng hoặc hơi

- Thiết bị phản ứng (Reactor)

- Thiết bị nén, giãn nở (Compressor, Expander)

- Bơm (Pump)

- Thiết bị cân bằng (Balance): cân bằng năng lượng hay cân bằng vật chất cho hệ.

- 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 (tên dòng, lưu lượng, nhiệt độ, áp suất ) của các dòng chảy cũng như các thông số vận hành 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 có thể thay đổi và chọn hệ thống đơn vị khác như METRIC, hay SI, thông thường ta hay 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 danh mục

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 dụng nhất trong thư viện Việc chọn hệ thống phù hợp là bước quan trọng trong chương trình 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 cung 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 công nghệ

- Bước 9: Chạy và xem kết quả

Trước khi tiến hành chạy chương trình, phải kiểm tra để đảm bảo rằng không xuất hiện màu vàng trên đường viền của các thiết bị hay màu xanh 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 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 là một bước 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 ở điều kiện cân bằng

- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: là năng lượng cần thiết để chuyển một hệ từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái khác, nhằm phục vụ việc tính toán các máy 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:

- 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 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 cực nào 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 tử phân 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) nên chọn các biến thể 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,

Chương 3 MÔ PHỎNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN

3.1 Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế

3.1.1 Mục đích của quá trình

Mục đích chính của CDU là cung cấp sự phân tách sơ bộ của dầu thô để sản xuất nguồn phối trộn trực tiếp cho các sản phẩm cất (sau khi đã qua các quá trình xử lý hạ nguồn thích hợp) và nguyên liệu cho phân xưởng hạ nguồn

3.1.2 Mô tả quá trình

Quá trình phân tách thực hiện trong tháp chưng cất khí quyển, có thiết bị ngưng tụ đỉnh nhưng không có thiết bị đun sôi lại ở đáy tháp, hoạt động dưới áp suất từ 1÷ 3 (barg) Các dòng sản phẩm được trích ra từ các tháp tách cạnh sườn (strippers), các tháp strippers gồm:

- Stripper Kerosene dùng thiết bị đun sôi lại tại đáy tháp

- Strippers LGO, HGO: dùng hơi nước để bay hơi các cấu tử nhẹ của các dòng sản phẩm LGO, HGO

Các phần nhẹ bay hơi từ các Strippers được đưa lại tháp chính tại vị trí phía trên đĩa

lấy sản phẩm (Draw-off tray).

Chiều cao tổng thể của tháp chưng cất khí quyển khoảng 50 mét, được trang bị qui ước từ 30÷50 đĩa van, còn các tháp tách cạnh sườn (strippers) có từ 2÷10 đĩa cùng loại với tháp chính

Dầu thô lạnh được nâng nhiệt sơ bộ thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng nhiệt thu hồi từ các sản phẩm và từ các dòng hồi lưu tuần hoàn đến nhiệt độ tách muối (nhiệt

độ này phụ thuộc vào tỉ trọng API của dầu thô, nằm trong khoảng 110oC-140oC), tại nhiệt

độ này dầu thô được khử muối Công đoạn này được thực hiện ở áp suất đủ lớn (khoảng

12 bar) nhằm mục đích giữ cho hỗn hợp dầu thô và nước tồn tại ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ mong muốn Dầu thô sau khi tách muối sẽ tiếp tục được nâng nhiệt thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt khác nhằm thu hồi tối đa lượng nhiệt từ các dòng sản phẩm có nhiệt độ sôi cao hơn đến nhiệt độ khoảng 200 oC thì được đưa vào tháp tiền bốc hơi (Flash) để tách phần hơi trong dầu thô, giảm một phần chi phí và kích thước lò đốt Sau