TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT

Là nguyên liệu để sản xuất Polypropylene – polymer được sử dụng rộng rãi trên thế giới vì tính phổ dụng, giá thành monomer thấp, giá thành sản xuất thấp và các tính chất được ưa chuộng c

Chúng ta đang sống trong thời đại phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ Đặc biệt là sự tiến bộ vượt bậc của phần mềm Nó là động lực thúc đẩy sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp quan trọng Trong đó phải kể đến ngành công nghiệp dầu khí

Sự phát triển của nó dự trên nền tảng phát triển của phần mềm Nhiều chương trình được viết ra để phục vụ cho sự phát triển của công nghiệp dầu khí Trong đó Hysys là phần mềm quan trọng hàng đầu được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực lọc – hóa dầu

Ở nước ta hiện nay, phát triển ngành công nghiệp Lọc – Hóa dầu là ngành công nghiệp mũi nhọn được ưu tiên hàng đầu 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 số sản phẩm của nhà máy thì Propylene hiện nay được quan tâm hàng đầu Là nguyên liệu để sản xuất Polypropylene – polymer được sử dụng rộng rãi 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

Việc ứng dụng phần mềm trong tính toán công nghệ và lựa chọn chế độ vận hành tối ưu sẽ giúp người kĩ sư công nghệ nắm vững hơn các điều kiện vận hành, thông số kĩ thuật và có được một cái nhìn tổng quan nhất về một quá trình vận hành nào đó

Với đề tài “Sử dụng phần mềm Hysys mô phỏng phân xưởng tách Propylene của nhà máy lọc dầu Dung Quất”, nhóm tác giả đã cố gắng tìm hiểu, tìm kiếm tài liệu, cùng

sự giúp đỡ tận tình của giảng viên TS Nguyễn Đình Minh Tuấn Trong quá trình thực hiện còn có nhiều sai sót, kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để nhóm tác giả có thể hoàn thiện đồ án này Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiệnNguyễn Linh Tuấn-Nguyễn Ngọc Hải Hậu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU

DUNG QUẤT

I.1 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Dung Quất:

Nhà máy được xây dựng tại Khu kinh tế Dung Quất, thuộc địa bàn các xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi

Đây là một trong những dự án kinh tế lớn, trọng điểm quốc gia của Việt Nam trong giai đoạn đầu thế kỉ 21

Nhà máy lọc dầu Dung Quất được xây dựng với tổng mức đầu từ là hơn 3 tỷ đô

la Mỹ với chủ đầu tư là Tổng công ty dầu khí Việt Nam Nay là, Tập đoàn Dầu Khí Việt Nam Petrovietnam

Nhà máy chiếm diện tích khoảng 810 ha, trong đó có 345 ha mặt đất và 471 ha mặt biển

I.2 Công suất chế biến, nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất:

Công suất chế biến:6,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 148.000 thùng/ngày Sau khi hoàn thành nâng cấp mở rộng: 8,5 triệu tấn dầu thô/năm, tương đương 192.000 thùng/ngày

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/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)

I.3 Các phân xưởng chính của nhà máy:

- Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU)

- Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hydro (NHT)

- Phân xưởng đồng phân hóa Naphta nhẹ (ISOMER)

- 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)

Đồ án này nhóm tập trung vào Phân xưởng thu hồi ProPylene

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN PHÂN XƯỞNG THU HỒI

PROPYLENE

II.1 Giới thiệu về phân xưởng:

Phân xưởng thu hồi Propylene được thiết kế để xử lý dòng hỗn hợp C3/C4 từ phân xưởng xử lý LPG Phân xưởng PRU sẽ tách và tinh chế propylene để đạt được độ tinh khiết là 99,6% khối lượng Giai đoạn đầu của quá trình là tách loại C4 ra khỏi dòng nguyên liệu trong một tháp tách C3/C4 Thiết bị tách chính Propane/Propylene có hai cấp: cấp một là giai đoạn tách những sản phẩm nhẹ hơn Propylene, cấp hai là cột tách Propane/Propylene Sản phẩm Propylen từ cột tách Propane/Propylene tiếp tục được tinh chế thêm Giai đoạn thứ nhất sẽ là loại bỏ cacbonyl sulfua bằng xúc tác khô Giai đoạn thứ hai thông thường bao gồm việc loại bỏ Asen, Photpho và antimoan bằng tầng xúc tác khô Các giai đoạn tinh chế được kết hợp trong cùng một tháp

II.2 Sản phẩm propylene:

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

Công thức phân tử: C3H6

Công thức cấu tạo:

Hình 2 1 Cấu trúc hóa học của phân tử Propylene

Sản xuất Propylene là một lĩnh vực có quy mô lớn, mức tăng trưởng nhanh Propylene là nguyên liệu quan trọng cho các ngành tổng hợp hóa học, là nguyên liệu chính để sản xuất Polypropylene

II.2.1 Tính chất vật lý:

Propylene là chất khí, không tan trong nước, trong dầu mỡ, trong dung dịch amoni đồng, cũng như các chất lỏng phân cực: ester, etanol, axeton…do trong phân tử

có liên kết π, nhưng tan tốt trong nhiều sản phẩm hóa dầu quan trọng, là chất khí dễ cháy

nổ Propylene không màu không mùi

Các tính chất vật lí cơ bản:

- Khối lượng phân tử: 42.08 đvC

- Áp suất tới hạn: Pc = 4.7 MPa

CH2=CH-CH3 + Cl2 → ClCH2-CHCl-CH3Hydrogen halogenua, acid sunfuric đặc…có thể cộng vào Propylene:

II.2.2.3 Phản ứng oxy hóa:

Propylene cũng như các hydrocarbon khác khi cháy tạo thành CO2, H2O và tỏa nhiều nhiệt:

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM HYSYS

III.1 Giới thiệu về phần mềm Hysys:

Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech thuộc công ty AEA TechnologieEngineering Software-Hyprotech Ltd 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 và khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy hóa chất 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

Phần mềm Hysys được phát triển trên nền tảng là phiên bản của phần mềm mô phỏng Hyprotech Sản phẩm mới này có các khả năng:

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

- Steady Mode: Trạng thái tĩnh, 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

đang vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một vài thông số

III.2 Các ứng dụng của Hysys:

Hysys.concept: Thiết kế và bảo vệ hệ thống phân tách một cách hiệu quả nhất Hysys.Process: Giảm thấp nhất vốn đầu tư và chi phí vận hành, chọn lựa cách bảo

Hysys.Plant: 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 được 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

Hysys.OTS: Những qui trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắm bắt

về công nghệ, mức độ an toàn trong hoạt động của nhà máy, làm theo những qui tắc hướng dẫn về an toàn và vận hành để tăng lợi nhuận

Hysys.RTO+: 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

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

mà có những thông tin xác thực nhằm quyết định về vấn đề đầu tư và xây dựng một cách

có hiệu quả nhất

Qua đây ta thấy phần mềm Hysys được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác

nhau

III.3 Những ưu điểm của phần mềm Hysys:

Hysys cho độ chính xác rất cao Trong Hysys việc mô phỏng được hướng dẫn mộtcách cặn kẽ trong quá trình làm nền tương đối đơn giản, 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

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

III.4 Thao tác sử dụng 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

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

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG TĨNH THU HỒI PHÂN

XƯỞNG PROPYLENE

Đối với đồ án này phần mềm Hysys được sử dụng để mô phỏng

phân xưởng thu hồi Propylene

IV.1 Nhập các dữ liệu ban đầu:

- Chọn hệ đơn vị

- Chọn cấu tử dòng nguyên liệu ban đầu

- Chọn hệ nhiệt động

- Nhập thông số của dòng nguyên liệu ban đầu như bảng sau:

Bảng 4 1 Thông số dòng nguyên liệu

H2O %mass 0.0004

IV.1.1 Chọn hệ đơn vị:

Hình 4 1 Chọn hệ đơn vị

IV.1.2 Chọn cấu tử:

Hình 4 2 Chọn cấu tử

IV.1.3 Chọn hệ nhiệt động:

Hình 4 3 Chọn hệ nhiệt động

IV.1.4 Nhập thông số dòng nguyên liệu ban đầu:

Hình 4 4 Nhập thông số và thành phần cấu tử dòng nguyên liệu

IV.2 Mô phỏng tĩnh cụm tách C3/C4:

IV.2.1 Sơ đồ công nghệ:

Nguyên liệu ban đầu được cho qua bình tách D-2101, sau đó dòng nguyên liệu

đi qua bơm P-2101 và thiết bị trao đổi nhiệt E-2101 sử dụng dòng sản phẩm đáy (dòng 3) để nâng nhiệt độ Sau khi được tăng áp suất và nâng nhiệt độ, nguyên liệu (dòng 2)

sẽ đi vào tháp tách C3/C4 (T-2101) Theo số liệu trong PFD, tháp T-2101 số đĩa thực tế

là 33, nạp liệu ở đĩa số 12 Hiệu suất đĩa của tháp này là 75% Do đó số đĩa lý thuyết củatháp là 25 và nạp liệu tại đĩa số 9 Sản phẩm đỉnh (dòng 4) đi qua hệ thống ngưng tụgồm E-2102 và D-2102, dòng 5&7 đi ra khỏi bình tách được chia thành 2 dòng: dòng 5hồi lưu lại đỉnh tháp, dòng 7P đi qua bơm để đưa sang cụm tách C2 Sản phẩm đáy (dòng3) đi qua E-2101 và E-2104 để hạ nhiệt độ xuống 40ºC

Dòng 5demo và dòng 3demo được nhập theo số liệu trong PFD để làm dòng giả

đi vào tháp và thiết bị trao đổi nhiệt trước khi có dòng sản phẩm đi ra từ tháp T-2101

Bảng 4 2 Thông số dòng 3demo và 5demo

3demo 5demo

Mass Flow (kg/h) 49490 83208 Molar Flow (kgmole/h) 870 1951 Temperature oC 110.8 49 Pressure (kg/cm2_g) 20.5 20

Propane (%m) 0.0032 0.2153 Propene (%m) 0.0025 0.7259 M-Acetylene (%m) 0 0.0001 Propadiene (%m) 0 0.0001 i-Butane (%m) 0.2842 0.022 n-Butane (%m) 0.1160 0.002 i-Butene (%m) 0.1289 0.0072 1-Butene (%m) 0.1241 0.0062 cis2-Butene (%m) 0.1301 0.0013 tr2-Butene (%m) 0.1977 0.0027 12-Butadiene (%m) 0.0022 0 1-Pentene (%m) 0.0092 0 n-Pentane (%m) 0.0017 0

IV.2.2 Các thiết bị có trong cụm tách C3/C4:

C3/C4 CỤM TÁCH C3/C4 SPLITTER

Vent1 2P Water1

Nhiệt độ dòng 2 oC 70 deltaP kg/cm2_g 0.5

5 (top reflux) 3 (bottom) Nf Đĩa nạp liệu 9

Áp suất của đỉnh kg/cm2_g 20

Áp suất của đáy kg/cm2_g 20.5 Nhiệt độ của đỉnh oC 53.1 Nhiệt độ của đáy oC 110.8

IV.2.3 Tiến hành mô phỏng:

- Xây dựng sơ đồ công nghệ như hình 3.5

- Nhập thông số cho các thiết bị

Hình 4 6 Nhập thông số của Valve V-100, V-104

Hình 4 7 Nhập thông số bình tách D-2101, D-2102

Hình 4 8 Nhập thông số bơm P-2101, p2102

Hình 4 9 Nhập thông số bơm P-2103

Hình 4 10 Nhập thông số Heat Exchanger E-2101

Hình 4 11 Nhập thông số tháp tách C3/C4 T-2101

Hình 4 12 Nhập thông số Cooler E-2102, E-2104

Hình 4 13 Nhập thông số Recycle RCY-1

Hình 4 14 Nhập thông số TEE-100

Kết quả dòng 7 và Mixed C4 sau khi mô phỏng:

IV.3 Mô phỏng tĩnh cụm tách Deethanizer:

IV.3.1 Sơ đồ công nghệ:

Hình 4 15 Sơ đồ công nghệ cụm tách Deethanizer

Dòng 7 đi ra từ cụm tách C3/C4 là nguyên liệu của tháp tách Deethanizer T-2102 Theo số liệu PFD, tháp T-2102 có 66 đĩa, nạp liệu tại đĩa số 21 Chọn hiệu suất đĩa 70%

Do đó, số đĩa lý thuyết của tháp là 46 đĩa và nạp liệu tại đĩa số 15 Reboiler dùng tác nhân nóng là dòng HN từ RFCC Sản phẩm đỉnh (dòng 9) đi qua hệ thống ngưng tụ gồm E-2106 và D-2103, dòng 11 đi ra khỏi bình tách được hồi lưu lại đỉnh tháp Sản phẩmđáy (dòng 8) đi qua E-2109 và VLV-101 để hạ nhiệt độ và giảm áp suất Đi ra từ cụmnày là Mixed C3

Dòng 11demo được nhập theo số liệu trong PFD để làm dòng giả đi vào tháp trước khi có dòng sản phẩm đi ra từ tháp T-2102

IV.3.2 Các thiết bị có trong cụm tách C2:

Bảng 4 6 Thông số các thiết bị trong cụm tách De-ethanizer

Đĩa nạp liệu 15

Áp suất của đỉnh kg/cm2_g 27

Áp suất của đáy kg/cm2_g 27.6 Nhiệt độ đỉnh oC 42.7 Nhiệt độ đáy oC 67.2

Mixced C3 kg/cm

2_g 10.4