Mô hình hóa quá trình sản xuất dung môi từ condensate tại nhà máy lọc dầu cát lái bằng chương trình mô phỏng pro

Từ đây, condensate được tách ra và dẫn theo đường ống về kho chứa cảng Thị Vải, phần khí được vận chuyển theo đường ống đến trung tâm phân phối khí Phú Mỹ Tân Thành – Bà Rịa – Vũng Tàu

MỤC LỤC

Trang

I Nguồn condensate - Các hướng chế biến và sử dụng condensate

I.1 Nguồn condensate

I.1.1 Khái niệm thuật ngữ condensate 6

I.1.2 Nguồn condensate Viện Nam và trong khu vực 6

I.2 Các hướng chế biến và sử dụng condensate hiện nay 8

I.2.1 Sản xuất nhiên liệu 9

I.2.2 Sản xuất dung môi 9

I.2.3 Sản xuất nguyên liệu cho ngành hóa dầu 10

II Các sản phẩm dung môi có nguồn gốc từ dầu mỏ II.1 Thị trường các loại dung môi 11

II.2 Một số các đơn vị, ngành nghề sử dụng dung môi dầu mỏ 11

II.3 Các đơn vị kinh doanh dung môi trên thị trường Miền Nam 12

II.4 Các đơn vị sản xuất dung môi dầu mỏ 13

II.5 Yêu cầu kỹ thuật và lĩnh vực sử dụng các loại dung môi

II.5.1 Các đặc tính kỹ thuật của dung môi 13

II.5.2 Một số tiêu chuẩn dung môi trên thị trường hiện nay 14

II.6 Dự báo nhu cầu trong các năm tới 18

III Giới thiệu tổng quan về Công ty SAI GÒN PETRO và nhà máy lọc dầu Cát Lái III.1 Lịch sử thành lập và phát triển 19

III.2 Tình hình sản xuất và kinh doanh các mặt hàng xăng dầu,

khí đốt III.2.1 Hoạt động sản xuất 20

III.2.2 Xuất nhập khẩu 21

III.2.3 Kinh doanh gas và xăng dầu 21

III.3 Định hướng phát triển của Công ty 21

IV Giới thiệu phần mềm PRO/II IV.1 Giới thiệu chung 22

IV.2 Chương trình mô phỏng Pro/II 23

IV.2.1 Các công cụ mô phỏng 23

IV.2.2 Các bộ tính toán nhiệt động 24

IV.2.3 Chọn sơ đồ mô phỏng và nhập dữ liệu 24

IV.2.4 Phương pháp chung cho một quá trình mô phỏng 25

trong Pro/II PHẦN II : MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHƯNG CẤT CONDENSATE SẢN

XUẤT DUNG MÔI TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU CÁT LÁI Chương I QUI TRÌNH HỆ THỐNG CHƯNG CẤT CONDENSATE TẠI NHÀ MÁY LỌC DẦU CÁT LÁI I Qui trình tổng thể hệ thống chưng cất condensate của NMLD Cát Lái

I.1 Sơ đồ qui trình tổng thể 31

I.2 Cơ cấu sản phẩm 31

II Chức năng - nhiệm vụ của hệ thống chưng cất C-07-C-101 32

III Mô tả qui trình hoạt động hệ thống C-07-C-101

III.1 Sơ đồ công nghệ 32

III.2 Mô tả qui trình hoạt động 32

IV Điều hành và kiểm soát quá trình chưng cất của hệ thống 35

Chương II MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHƯNG CẤT C-07-C-101 I Lưu đồ qui trình mô phỏng 37

II Chọn sơ đồ công nghệ mô phỏng

II.1 Chọn hệ thống cột chưng cất 38

II.1.1 Cột C-07 38

II.1.2 Cột C-101 39

II.1.3 Nồi đun 41

II.1.4 Cụm thiết bị ngưng tụ 43

II.2 Chọn thuật toán giải 44

II.3 Chọn phương pháp tính toán nhiệt động 45

III Kiểm tra mô hình mô phỏng theo thông số thiết kế 46

III.1 Dữ liệu thiết kế 46

III.2 Kết quả tính toán mô phỏng 49

IV Kiểm tra mô hình mô phỏng hệ thống C-07- C-101 theo thông số vận hành thực tế 52

IV.1 Các số liệu về condensate Nam Côn Sơn 52

IV.2 Vận hành công suất thấp 55

IV.3 Vận hành công suất trung bình 58

IV.4 Vận hành công suất cao 62

IV.5 Một số các trường hợp khác IV.5.1 Trường hợp 1 65

IV.5.2 Trường hợp 2 69

V Nhận xét và đánh giá mô hình mô phỏng 72

Chương III TỐI ƯU HÓA CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH I Đặt vấn đề 75

II Tối ưu hóa theo công suất nhiệt nồi đun II.1 Cơ sở tối ưu 75

II.2 Thiết lập hàm mục tiêu 76

II.3 Kết quả tính toán 78

II.4 Nhận xét và đánh giá kết quả 81

III Tối ưu hóa theo cơ cấu sản phẩm III.1 Cơ sở tối ưu 81

III.2 Thiết lập hàm mục tiêu 82

III.3 Kết quả tính toán 82

III.4 Nhận xét và đánh giá kết quả 85

Chương IV TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KINH TẾ I Đặt vấn đề 87

II Cơ sở tính toán 87

II.1 Doanh thu từ sản phẩm 88

II.2 Chi phí

II.2.1 Nguyên liệu 89

II.2.2 Nhiên liệu DO đốt lò 90

II.2.3 Điện năng tiêu thụ 90

II.2.4 Hoá chất sử dụng 91

III Kết quả tính toán 91

IV Nhận xét kết quả 92

PHẦN III : KẾT LUẬN PHẦN IV : PHỤ LỤC

PHẦN MỘT TỔNG QUAN

I NGUỒN CONDENSATE - CÁC HƯỚNG CHẾ BIẾN VÀ SỬ DỤNG

CONDENSATE

I.1 Nguồn condensate

I.1.1 Khái niệm thuật ngữ condensate

Trong cuốn “Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 2000” của tác giả Kiều Đình Kiểm thì khái niệm condensate được hiểu theo hai nghĩa sau đây:

“Là chất lỏng có chứa lượng lớn khí (hydrocarbon) hòa tan, được lấy lên từ các giếng chứa khí ngưng (gas condensate wells) Sau khi tách khí hòa tan phần lỏng còn lại được chuyển lẫn với dầu thô bằng đường ống cho các nhà máy lọc dầu”

“Là danh từ để chỉ sản phẩm ngưng tụ của một loại khí bất kỳ”

Nghĩa thứ nhất được dùng phổ biến trong ngành khai thác và chế biến dầu mỏ Nghĩa thứ hai chỉ thuần túy là một thuật ngữ, chỉ khái niệm chung về một hiện tượng hóa lý Phần giải thích dưới đây được hiểu theo nghĩa thứ nhất

Ở các mỏ dầu nằm sâu dưới lòng đất có nhiệt độ và áp suất trong mỏ rất cao, thường tồn tại cả dầu thô và khí đồng hành Giữa hai pha lỏng (dầu thô) và khí tồn tại cân bằng pha, trong đó một phần khí hòa tan vào trong dầu thô Khi chiều sâu khai thác tăng lên nhiệt độ và áp suất trong mỏ tăng lên rất cao (áp suất có thể đạt tới 104 atm) thì cân bằng hai pha trở thành cân bằng một pha Methane, ethane và các hydrocarbon nặng hơn tồn tại ở dạng pha trung gian giữa khí và lỏng Pha trung gian này được khai thác lên và được phân tách thành hai pha khí và lỏng Pha lỏng được gọi là CONDENSATE

Condensate còn được khai thác từ các giếng chứa khí ngưng Đặc điểm của các mỏ này là nhiệt độ cao (80 – 1000C) và áp suất cao (lớn hơn 3.104 KPa) Trong điều kiện này condensate hòa tan vào khí và hỗn hợp nằm ở dạng khí Khi khai thác, nhờ quá trình giảm áp, condensate sẽ ngưng tụ thành lỏng và tách ra khỏi khí thiên nhiên

I.1.2 Nguồn condensate Việt Nam và trong khu vực

Condensate thường thu được trong quá trình khai thác và chế biến khí thiên nhiên hay khí đồng hành Ở Việt Nam hiện nay, condensate thu được từ

qúa trình khai thác và sử dụng khí đồng hành mỏ Bạch Hổ và từ quá trình khai thác, chế biến khí của dự án khí Nam Côn Sơn

• Condensate Bạch Hổ

Condensate Bạch Hổ thu được từ qúa trình khai thác và xử lý khí đồng hành của mỏ Bạch Hổ

Khí đồng hành thu được từ các giếng dầu trong quá trình khai thác dầu Từ các giếng dầu, khí được thu gom về giàn nén trung tâm của mỏ Bạch Hổ, tại giàn nén trung tâm, khí được nén đến áp suất cao và được vận chuyển bằng đường ống đến nhà máy xử lý khí Dinh Cố (Dinh Co GPP) Tại đây khí đồng hành được xử lý để tách khí khô cung cấp cho nhà máy nhiệt điện Bà Rịa, Phú Mỹ, sản xuất LPG và thu được condensate

Hiện nay, sản lượng condensate Bạch Hổ thu được trung bình khoảng 130.000 tấn condensate/ năm [6]

• Condensate Nam Côn Sơn

Condensate Nam Côn Sơn là sản phẩm phụ thu được trong quá trình vận chuyển khí trong đường ống hai pha từ ngoài khơi vào bờ của dự án khí Nam Côn Sơn Đây là dự án khí lớn nhất Việt Nam bao gồm hệ thống đường ống chính dài 400 km, bắt nguồn từ các mỏ khí Lan Tây – Lan Đỏ thuộc lô 06.1, vùng trũng Nam Côn Sơn và kết thúc ở nhà máy xử lý khí tại Dinh Cố (Nam Con Son pipe line Dinh Co Terminal) Từ đây, condensate được tách ra và dẫn theo đường ống về kho chứa cảng Thị Vải, phần khí được vận chuyển theo đường ống đến trung tâm phân phối khí Phú Mỹ (Tân Thành – Bà Rịa – Vũng Tàu)

Sản lượng condensate trung bình thu được hiện nay vào khoảng 600 tấn condensate/ngày đêm[6]

Các công trình khai thác khí đồng hành mỏ Bạch Hổ và khí thiên nhiên Nam Côn Sơn trong giai đoạn hiện nay cung cấp khoảng 4 tỷ m3 khí, 350.000 tấn

khí hóa lỏng và 300.000 tấn condensate mỗi năm [6]

Trong khu vực Đông Nam Á có thể kể đến một số nước có nguồn condensate như: Thái Lan (condensate Bong Kot), Indonesia ( condensate Senipa), Malaysia (condensate Sast Spar và Attacka )…

Hiện nay, trong nước chỉ duy nhất có Công ty Saigon Petro sử dụng condensate để chưng cất sản xuất các loại nhiên liệu và dung môi dầu mỏ Trước đây, nguồn condensate cung cấp cho Công ty chủ yếu là nhập khẩu như condensate Sinipa (Singapore), condensate Bong Kot (Thái Lan), condensate

Malampaya (Úùc) Hiện tại nguồn condensate Nam Côn Sơn đã đáp ứng phần lớn nguyên liệu cho quá trình chưng cất của nhà máy với sản lượng cung cấp trung

condensate Malampaya(Úùc) có tính chất gần giống với condensate Nam Côn Sơn được Công ty nhập về nhằm ổn định nguyên liệu đầu vào cho qúa trình chưng cất

Tính chất condensate phụ thuộc vào vị trí địa lý, lịch sử hình thành mỗi mỏ, quá trình khai thác…sau đây là một số tính chất đặc trưng của các loại condensate

Bảng I-1 - Đặc tính condensate Việt Nam và một số nước trong khu vực[8]

Bạch Hổ

Nam Côn Sơn

Loại

condensate

Việt Nam

Senipa (Indonesia)

Bong Kot (Thai Lan)

35,3 56,9 85,2 108,0 137,5 211,1 264,9

37,0 66,9 107,8 134,4 180,2 253,5 373,5

51,3 90,3 132,5 193,6 250,2

>350

I.2 Các hướng chế biến và sử dụng condensate hiện nay

Tùy thuộc vào những đặc tính kỹ thuật cũng như thành phần và hàm lượng các cấu tử, tỷ trọng, chỉ số octan, các thông số hóa lý… condensate được sử dụng với nhiều mục mục đích khác nhau như:

- Pha trộân với dầu thô làm nguyên liệu cho các nhà máy lọc dầu

- Sử dụng làm nhiên liệu đốt trực tiếp trong các nhà máy nhiệt điện

- Làm nguyên liệu cho quá trình chưng cất sản xuất các loại nhiên liệu, dung môi và các quá trình chế biến sâu phục vụ cho ngành hóa dầu

Ở Việt Nam hiện nay, condensate chủ yếu được sử dụng để pha chế xăng (condensate Bạch Hổ) và chưng cất (condensate Nam Côn Sơn) sản xuất nhiên liệu và các loại dung môi dầu mỏ

I.2.1 Sản xuất nhiên liệu

Condensate có thể đem phối trộn với các chế phẩm, phụ gia để sản xuất xăng có trị số octan thấp (xăng phẩm cấp thấp) Đối với condensate Bạch Hổ do có đặc tính nhẹ, màu sáng (condensate trắng), khoảng nhiệt độ sôi nằm trong phân đoạn naphtha (ĐSC < 2000C) nên có thể dùng trực tiếp cùng với các chế phẩm khác để pha xăng phẩm cấp thấp

Đặc tính condensate Nam Côn Sơn có một số điểm giống với condensate Bạch Hổ: Màu trắng, tương đối nhẹ, nhưng do có hàm lượng parafin lớn nên chỉ số octane thấp (RON: 57) và nhiệt độ ĐSC cao ( xấp xỉ 3000C) Do đó sử dụng condensate này pha xăng không đạt được các chỉ tiêu sản phẩm xăng Vì vậy, condensate Nam Côn Sơn cũng như các loại condensate khác phải qua quá trình chưng cất phân đoạn ra các sản phẩm như : Naphtha (pha xăng), KE, DO, FO hoặc cũng có thể chưng cất sơ bộ tạo ra nguyên liệu thích hợp cho các quá trình reforming xúc tác hay izomer hóa để sản xuất xăng và các chế phẩm pha xăng

Sản phẩm naphtha (xăng thô) có chỉ số octane không cao (RON: 68 – 70) nên phải pha thêm các chế phẩm có chỉ số octane cao như reformat, và một số phụ gia như MMT, MTBE … và khi tính đến hiệu quả kinh tế thì chỉ có thể tạo ra xăng A 83 Các loại xăng có chỉ số octane cao hơn phải dùng nhiều chế phẩm hơn, nâng cao giá thành sản phẩm ít mang lại hiệu quả kinh tế

I.2.2 Sản xuất dung môi

Các loại dung môi có nguồn gốc dầu mỏ, tùy theo tính chất, được sử dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau Dung môi khi được sử dụng tùy theo mục đích sẽ có các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau Tuy nhiên hầu hết các khoảng nhiệt độ sôi này đều rất hẹp Do đó, để sản xuất dung môi đòi hỏi các nguyên liệu phải có khoảng nhiệt độ sôi tương đối hẹp, hoặc phải sử dụng nhiều cột chưng cất với số đĩa lớn để phân tách phân đoạn các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau

Condensate Bạch Hổ có các tính chất khá thích hợp đểå sản xuất dung môi như: Khoảng nhiệt độ sôi hẹp hơn các loại condensate khác, hàm lượng lưu

huỳnh thấp, chứa ít kim loại nặng, thành phần parafin cao nên có thể tạo ra các sản phẩm dung môi không mùi Các loại condensate khác phải sử dụng nhiều cột chưng cất, với số đĩa lớn để chia cắt các phân đoạn

I.2.3 Sản xuất nguyên liệu cho ngành hóa dầu

Theo nhận định của Foster Wheeler, nước ta có cơ hội tốt để phát triển ngành hóa dầu theo hướng kết hợp với lọc dầu, trong đó có đề nghị hướng phát triển các cơ sở chế biến condensate theo sơ đồ sau:

aromat

Các sản phẩm

liệu

Dầu thô

Hình I.1 - Sơ đồ kết hợp chế biến condensate và lọc dầu của Foster Wheeler [14]

Condensate được phân tách các phân đoạn naphtha Phần naphtha này có thể cracking sản xuất etylene, propylene hay reforming xúc tác để thu được aromat BTX (Benzen, Toluen, Xylen) là một trong những nguyên liệu cơ bản của hóa dầu Các sản phẩm tách trực tiếp từ condensate có thể được trộn với dầu thô làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu, hoặc pha trộn với các sản phẩm để sản xuất các loại nhiên liệu

Sơ đồ này cho thấy quan hệ hỗ trợ giữa hai bên: Một số sản phẩm của nhà máy lọc dầu làm nguyên liệu cho phân xưởng chế biến condensate và ngược lại Song song đó, một lợi ích nữa của sự kết hợp này là đáp ứng xu thế thay đổi chất lượng sản phẩm: Giảm hàm lượng benzen và aromat trong xăng Khi đó hàm lượng aromat không mong muốn được đưa sang cụm chiết tách condensate

Tách condensate

Sản xuất aromat

Nhà máy lọc dầu

Pha trộn sản

phẩm

II.1 Thị trường các loại dung môi

Hiện nay các loại dung môi có nguồn gốc từ dầu mỏ được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực như: Công nghiệp cao su, ngành sơn, ngành in, nhựa, keo dán, giày da, …hầu hết các mặt hàng dung môi chưa được sản xuất trong nước mà phần lớn là các mặt hàng ngoại nhập

Theo đánh giá của các nhà cung cấp thì thị trường dung môi Thành Phố Hồ Chí Minh chiếm khoảng 35 – 40% cả nước Khi khảo sát thị trường các loại dung môi trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh thì ether dầu mỏ có phần đoạn sôi 30 – 700C hiện không được sử dụng nhiều Tiêu thụ mạnh nhất là hai loại dung môi: White spirit và rubber solvent (dung môi cao su) Theo các đơn vị như Công ty giày An Lạc, Hừng Sáng, Giày Hiệp Hưng, Bình Tân (Bita’s), Bình Tiên (Biti’s), Cao Su Miền Nam… thì dung môi cao su được dùng để xử lý bề mặt và pha keo dán Sản phẩm này đang dần thay thế toluen để pha xăng vì giá cả rẻ hơn nhưng vẫn đáp ứng được các chỉ tiêu khi sử dụng

Hiện nay, một số các loại dung môi đang được sử dụng trên thị trường như

- Ether dầu mỏ: Là hỗn hợp các parafin nhẹ, được sản xuất từ các sản phẩm

chưng cất trực tiếp, sản phẩm alkyl hóa và các sản phẩm tổng hợp, được sử dụng để pha sơn, vecni…với giới hạn sôi từ 300C – 700C và 700C – 1000C

- Dung môi cao su: Dùng làm dung môi hòa tan cao su chuẩn bị cho quá

trình ngâm và lưu hóa cao su có khoảng sôi thấp (30 – 1000C) Dung môi hòa tan cao su để đúc khuôn thành phẩm có giới hạn sôi 100 – 1600C Phân đoạn từ 60 –

1100C, thành phần hecxan nhỏ hơn 6% thể tích, dùng cho việc xử lý bề mặt

- Benzen: Dùng làm chất tách ly…

- Toluen: Dùng cho việc tẩy rửa, xử lý bề mặt…

- White Spirit: Dùng làm dung môi sản xuất sơn, pha sơn, dùng trong ngành

công nghiệp sản xuất thuốc bảo vệ thực vật, công nghiệp chế biến gỗ…

- Xăng dung môi: Là hỗn hợp của các parafin, cycloparafin và hỗn hợp các

hydrocarbon thơm, có giới hạn sôi nằm giữa 150 – 2000C, được sử dụng để chiết dầu và mỡ động vật, sản xuất keo trong công nghiệp cao su, chế tạo sơn và vecni Ngoài ra chúng còn được sử dụng cho các mục đích kỹ thuật khác như rửa các chi tiết máy, tổng hợp da nhân tạo…

II.2 Một số các các đơn vị, ngành nghề sử dụng dung môi dầu mỏ

Theo khảo sát của Tổ khách hàng công nghiệp của Công ty Saigon Petro thì một số các ngành nghề, các đơn ở khu vực phía Nam đã và đang sử dụng các loại dung môi sau:

- Ngành sản xuất sơn và mực in: Các Công ty như Sơn Á Đông, Sơn Đồng

Nai, Công ty mực in Liksin, Công ty nhựa Tân Tiến với các loại dung môi sử dụng: Toluene, white spirit, xylene, celene hoặc xăng công nghệâ (dung môi pha loãng), butyl acetat, acetone…

- Ngành công nghiệp cao su : Công ty Cao Su Thống Nhất, Công ty Cao Su

Điện Biên… sử dụng các loại dung môi cao su, toluene, white spirit…

- Các đơn vị sản xuất keo: Công ty keo Hưng Thành, Công ty nệm mút Kim

Đan, cơ sở keo chống dột Kim Long, cơ sở Hoàng Quang và một số cơ sở khác, sử dụng dung môi ngâm làm biến dạng các polymer rắn thành hỗn hợp keo như : Toluen (sử dụng khi không có nguồn nhiệt), xăng công nghệ, naphtha, dầu DO (sử dụng khi có cung cấp nguồn nhiệt)

II.3 Các đơn vị kinh doanh dung môi trên thị trường miền Nam

Hiện nay, phần lớn các loại dung môi gốc dầu mỏ đang được các Công ty như Petrolimex, Shell Chemicals, Exxon Chemicals, Saigon Petro và một số các Công ty hóa chất tư nhân làm đầu mối tiêu thụ hoặc nhập khẩu trực tiếp

Petrolimex: Là một trong những đơn vị kinh doanh đầu tiên các loại dung

môi, hóa chất Ngoài các loại dung môi trên, Petrolimex còn kinh doanh nhiều sản phẩm khác như: Aceton, metylen,choride,… với ưu thế về hệ thống kho và cầu cảng, Petrolimex nhập khẩu các mặt hàng dạng xá và đóng phuy tại Nhà Bè Riêng đối với mặt hàng dung môi cao su, Petrolimex đã có bán lẻ ở cửa hàng xăng và cung cấp cho các khách hành có nhu cầu lớn như các Công ty chế biến cao su , sản xuất giày da…trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh

Shell , Mobil : Có kho xây ở Gò Dầu - Long Thành để phục vụ cho việc

kinh doanh các mặt hàng dung môi, hóa chất

Saigon Petro: Đây là Công ty chuyên sản xuất và kinh doanh các mặt

hành xăng dầu và LPG Đầu năm 2005 Công ty đã sản xuất và đưa thị trường các mặt hàng dung môi white spirit, rubber solvent, và NA-2 (loại dung môi có khoảng nhiệt độ sôi từ 60 – 1800C) Các sản phẩm này đã được bán ra thị trường dưới dạng phuy Tuy nhiên số lượng tiêu thụ chưa thật ổn định nhưng cũng góp phần cạnh tranh về chủng loại và giá cả đối với các loại dung môi ngoại nhập

Ngoài ra, còn có rất nhiều các Công ty TNHH khác đang kinh doanh hóa chất trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh Họ thuê kho hoặc làm đại lý cho các Công ty lớn như Petrolimex, Shell, EXXON, Dowchemical…

II.4 Các đơn vị sản xuất dung môi dầu mỏ

Hiện tại trong nước có hai Công ty đã lắp đặt hệ thống chưng cất sản xuất các loại dung môi dầu mỏ là: Công ty Saigon Petro (Công ty TNHH Một Thành Viên Dầu Khí Thành Phố Hồ Chí Minh) với nhà máy lọc dầu Cát Lái đặt tại Phường Thạnh Mỹ Lợi- Quậân 2-Thành Phố Hồ Chí Minh và Công ty VTN – P (Công ty liên doanh của Thái Lan) tại khu công nghiệp Hưng phú II - Phường Phú Thứ - Quận Cái Răng - Thành Phố Cần Thơ

• Công ty Saigon Petro: Đã sản xuất và đưa ra thị trường ba loại dung môi:

SOLMIX, SOLRUB và SOLWHITE được chưng cất trực tiếp từ bán thành phẩm naphtha của hệ thống chưng cất condensate Đây là một trong những chiến lược của Công ty, nhằm đa dạng hóa các sản phẩm đáp ứng một phần nhu cầu cho các đơn vị sử dụng dung môi pha sơn, dung môi cao su…về sản lượng cũng như sự cạnh tranh về giá cả

• Công ty VTN-P: Đã xây dựng và lắp đặt xong hệ thống chưng cất

condensate sản xuất dung môi và các sản phẩm như xăng, dầu DO, FO…Tháng

03 năm 2005 nhà máy đã vận hành và cho ra các sản phẩm Tuy nhiên, đây là một Công ty liên doanh nước ngoài nên không có chức năng sản xuất và kinh doanh các mặt hàng xăng dầu theo luật kinh doanh của Việt Nam Do đó nhà máy của Công ty hiện không hoạt động và đang có hướng chuyển đổi sang chủ đầu tư tại Việt Nam cho phù hợp với luật định, để có thể đưa nhà máy vào hoạt động

II.5 Yêu cầu kỹ thuật và lĩnh vực sử dụng các loại dung môi

II.5.1 Các đặc tính kỹ thuật của dung môi

• Khoảng nhiệt độ sôi

Tùy theo từng lĩnh vực và mục đích sử dụng, các loại dung môi có khoảng giới hạn nhiệt độ sôi khác nhau theo bảng sau:

Bảng I-2 - Khoảng nhiệt độ sôi của dung môi và các lĩnh vực sử dụng[9]

100 – 130 Công nghiệp cao su, nhuộm

135 – 205

• Hàm lượng lưu huỳnh

Trong các loại dung môi thì hàm lượng lưu huỳnh thường thấp hoặc không có, nhất là trong công nghiệp sản xuất sơn Vì trong sơn thường chứa thành phần muối chì hay oxyt chì, khi có mặt của lưu huỳnh chúng dễ tạo thành sufua chì có màu đen làm hỏng sơn

• Độ bay hơi

Là tiêu chuẩn quan trọng của dung môi, được đo bằng tiêu chuẩn ASTM

D 3539 cho phép xác định việc giảm trọng lượng của dung môi theo thời gian trong điều kiện chuẩn Thông thường người ta so sánh với một chất chuẩn nào đó, ví dụ: lấy độ bay hơi của Butyl acetat = 100

• KNB (Keauri Butanol Number)

Là chỉ tiêu cho thấy quan hệ giữa tỷ trọng, thành phần aromatic và giới hạn sôi trung bình theo tiêu chuẩn ASTM D 1133 Đây là thông số đánh giá khả năng hòa tan của dung môi với dung dịch chuẩn gồm nhựa hòa tan trong n- butanol KBN càng lớn khả năng hòa tan của dung môi càng tốt Các loại dung môi sử dụng trong sản xuất có KBN trong khoảng 25 – 150

KBN được tính bằng công thức sau:

- B – Nhiệt độ sôi trung bình, (0F)

II.5.2 Một số tiêu chuẩn dung môi trên thị trường hiện nay

Hiện nay trên thị trường Việt Nam cũng khá đa dạng về chủng loại các

dung môi, dưới đây là các bảng chỉ tiêu chất lượng dung môi của các Công ty

Petrolimex, Shell Chemicals, Saigon Petro

™ Petrolimex

Bảng I-3 - Chỉ tiêu chất lượng xăng dung môi cao su [8]

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Petrolimex)

Bảng I-4 - Chỉ tiêu chất lượng của White Spirit[8]

thử

Giá trị

8 Ben zen mg/kg GC 100

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Petrolimex)

™ Shell Chemicals

Bảng I-5 - Chỉ tiêu chất lượng white spirit[8]

-0,790

Điểm sôi đầu

Điểm sôi cuối

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Shell Chemicals)

Bảng I-6 - Chỉ tiêu chất lượng dung môi rubber solvent[8]

-0,720

6 Hàm lượng lưu hùynh %kl SMS 0,05Max

Điểm sôi đầu

Điểm sôi cuối

0C

0C

ASTM D 1087

64 – 70 120Max

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Shell Chemicals)

™ Saigon Petro

Bảng I-7 - Chỉ tiêu chất lượng white spirit[8]

Điểm sôi đầu

Điểm sôi cuối

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Saigon Petro)

Bảng I-8 - Chỉ tiêu chất lượng Rubber Solvent[8]

-0,760

6 Hàm lượng nước mg/kg ASTM D 1744 100 Max

Điểm sôi đầu

Điểm sôi cuối

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Saigon Petro)

Bảng I-9 - Chỉ tiêu chất lượng SOL –MIX [8]

ST

T

0, 765

Điểm sôi đầu

Điểm sôi cuối

(Theo bảng chỉ tiêu chất lượng của Saigon Petro)

II.6 Dự báo về nhu cầu trong các năm tới

Khi dự báo nhu cầu các loại dung môi cho các năm tới trên trị trường các nhà cung cấp cho rằng tốc độ tăng trưởng bình quân là 10 – 15%/năm Tuy nhiên với những khó khăn kinh tế và mức độ đầu tư đang giảm như hiện nay thì phần dự báo dưới đây chỉ chỉ tính với mức độ tăng trưởng từ 7 -8%/năm

Bảng I-10 - Dự báo mức độ tăng trưởng sử dụng dung môi

STT Loại sản phẩm 2005 2007 2010

Nguồn Petro Việt Nam

III GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY SAIGON PETRO VÀ NHÀ

MÁY LỌC DẦU CÁT LÁI

III.1 Lịch sử thành lập và phát triển

Năm 1986, khi mỏ Bạch Hổ khai thác tấn dầu đầu tiên, Uûy ban Khoa Học và Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh (nay là sở Khoa Học và Công Nghệ) quyết định thành lập chương trình “Nghiên cứu sử dụng dầu thô Việt Nam” (sau đổi tên là chương trình dầu khí TP, HCM)

Chương trình dầu khí thành phố đã nghiên cứu nhóm đề tài về tính chất dầu thô, phương pháp chưng cất tách parafin, sản xuất dầu nhớt, sản xuất xăng có chỉ số octan cao, sử dụng condensate làm nguyên liệu thay thế dầu thô…

Được sự chấp thuận của Thành Phố và Chính phủ, liên doanh thành lập nhà máy lọc dầu 40.000 tấn/năm ra đời gồm: Công ty Lương Thực TP HCM(chủ đầu tư), Uûy ban KH&KT TP HCM (chịu trách nhiệm về KH&KT), Sở GTVT (vận chuyển dầu thô), Công ty vật tư tổng hợp (chịu trách nhiệm phân phối sản phẩm)

Ngày 19 tháng 6 năm 1986 Xí nghiệp liên doanh chế biến dầu mỏ được thành lập (Tiền thân của Công ty dầu khí TP HCM) cùng với dự án nhà máy lọc dầu Cát Lái có công suất 40.000tấn/năm đặt tại phường Thạnh Mỹ Lợi, Huyện Thủ Đức (nay là Quận 2, TP HCM) Tháng 5 năm 1988 nhà máy chính thức đi vào hoạt động với hệ thống chưng cất có tên gọi là Mini, sản xuất bốn loại sản phẩm: xăng, kerosene, diesel, fuel oil từ nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ

Cuối năm 1994, nhà máy đầu tư và lắp đặt hai hệ thống chưng cất mới: Hệ thống chưng cất nguyên liệu condensate (cột chưng cất C-07) với công suất 350.000tấn/năm để sản xuất xăng thô Hệ thống chưng cất sản xuất LPG ( cột chưng cất C-101) chưng cất phần off gas của cột chưng cất C-07 Đồng thời cải tạo hệ thống chưng cất Mini để chưng cất sản phẩm đáy của cột chưng cất C-07 sản xuất kerosene, diesel, fuel oil

Một mặt nhằm đa dạng hóa các sản phẩm, mặt khác nhằm nâng cao hiệu quả pha xăng để giải quyết việc Chính Phủ sẽ bãi bỏ mặt hàng xăng A 83 trên thị trường Đầu năm 2005, sau một năm cải tạo hệ thống chưng cất LPG thành hệ thống chưng cất dung môi từ nguyên liệu naphtha nặng (NA-2) Cụm chưng cất dung môi đã đi vào hoạt động song song với hệ thống chưng cất condensate, sản xuất các mặt hàng dung môi: Petroleum ether rubber solvent, white spirit

III.2 Tình hình sản xuất và kinh doanh các mặt hàng xăng dầu, khí đốt

Qua hơn 19 năm xây dựng và phát triển cùng với đội ngũ trên 600 CB.CNV : tiến sĩ, thạc sĩ, kỹ sư và công nhân kỹ thuật lành nghề, Công ty Saigon Petro đã khẳng định vị trí và uy tín của mình qua các ngành nghề kinh doanh chủ yếu:

- Lọc, chế biến, kinh doanh các sản phẩm từ dầu thô nhẹ và condensate

loại xăng dầu, các sản phẩm chế biến từ dầu mỏ, khí đốt, máy móc, thiết bị, phụ tùng, vật tư hóa chất…phục vụ cho ngành dầu khí

- Liên doanh, liên kết, hợp tác kinh tế với các đơn vị trong và ngoài nước

- Thiết kế, cung cấp vật tư thiết bị, thi công các công trình xăng dầu và khí đốt công nghiệp

Với các lĩnh vực đa dạng trên đây, tình hình hình sản xuất và kinh doanh của Công ty được thể hiện qua các mặt hoạt động sau đây:

III.2.1.Hoạt động sản xuất

Hoạt động sản xuất được thực hiện bởi hai đơn vị trực thuộc:

• Nhà máy lọc dầu Cát Lái : Có diện tích 25ha, tọa lạc tại phường Thạnh

Mỹ Lợi, Quận 2, cách trung tâm TP HCM 18 Km về phía Đông Bắc

- Công suất của nhà máy là 350.000 tấn/năm, sử dụng nguyên liệu dầu thô nhẹ và condensate

hệ chưng cất Mini (cột C-03-C-04) và cột chưng cất dung môi (cột C-101) Các sản phẩm của nhà máy bao gồâm:

¾ Xăng các loại

• Phân xưởng LPG: Với hệ thống tồn trữ có sức chứa gần 2.000 tấn gas bao

gồm hai phân xưởng: phân xưởng nạp chai gas với công suất tự động hóa trên 40.000 tấn/năm Phân xưởng kiểm định chai gas với công nghệ hiện đại nhằm sửa chữa, sơn làm mới và kiểm định chai gas theo các tiêu chuẩn quốc tế (đây là hệ thống sơn- kiểm định chai gas đầu tiên tại Việt Nam)

III.2.2.Xuất nhập khẩu

- Saigon Petro là một trong những đầu mối xuất nhập khẩu xăng dầu và khí hóa lỏng Hàng năm Saigon Petro nhập khẩu hơn 1 triệu tấn xăng dầu và khí hóa lỏng phục vụ cho việc sản xuất kinh doanh

- Hai cầu cảng A và B có khả năng tiếp nhận tàu có trọng tải 25.000 tấn DWT với mức nước tối đa 9.50m, có phao và hệ thống đệm va đúng tiêu chuẩn, đảm bảo an toàn cho phương tiện

- Hệ thống đường ống, bồn chứa xăng dầu với tổng sức chứa trên 200.000

m3 đảm bảo phục vụ tốt cho sản xuất và kinh doanh

- Hệ thống cấp phát xăng dầu được trang bị hiện đại, có khả năng cấp phát cho xe bồn và xà lan với công xuất 5.000m3/ngày

III.2.3.Kinh doanh gas và xăng dầu

Hệ thống phân phối quản lý xăng dầu của Saigon Petro hiện nay gồm: trên 48 tổng đại lý bán lẻ xăng dầu trải dài từ Nam Trung Bộ đến Đồng Bằng Sông Cửu Long

Gas Saigon Petro chiếm thị phần lớn nhất trong thị trường gas dân dụng (15% thị phần gas dân dụng cả nước và 20% thị phần gas dân dụng phía Nam) Hệ thống trạm chiết nạp gồm 4 trạm chiết khu vực TP HCM tại Quận 9, Hóc Môn, Quận 7 và Bình Chánh Khu vực Miền Tây có trạm chiết Tiền Giang, Cần Thơ Khu vực Miền Đông, Miền Trung và Cao nguyên có trạm chiết tại Vũng Tàu, Đồng Nai, Bình Phước và Phú Yên

III.3 Định hướng phát triển của Công ty

Tiếp tục nâng cao khả năng cạnh tranh tại thị trường khu vực phía Nam, xây dựng cơ sở vật chất để mở rộng khu vực Nam Trung Bộ, hiện Công ty đang triển khai các dự án:

¾ Xây dựng kho xăng dầu – gas – trạm chiết gas tại khu công nghiệp Trà

Nóc Cần Thơ có cầu cảng 15.000 tấn DWT, kho xăng dầu 45.000 m3, kho gas 400 tấn và trạm chiết nạp gas công suất 1000 tấn/tháng

chiết gas tại Vũng Rô với sức chứa 8000 tấn, công suất chiết nạp gas 6000 tấn/tháng

vực phía Nam

¾ Nghiên cứu triển khai dự án kho cảng xăng dầu và khí đốt tại cảng Chân

Mây (Huế) để thâm nhập sâu vào thị trường miền Trung Trung Bộ

Nghệ An)

¾ Nghiên cứu xây dựng hệ thống chưng cất chế biến sâu nâng chỉ số octan

¾ Cải tạo hai cột chưng cất C-01, C02 sản xuất dung môi

IV GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PRO/II

IV.1 Giới thiệu chung

Quá trình mô phỏng một hệ thống công nghệ hóa học là thiết lập mô hình toán học cho hệ thống đó Việc mô hình hóa hệ thống công nghệ hóa học dưới dạng mô hình toán học nhằm mục đích dễ dàng thu nhận thông tin và kết quả cho hệ thống công nghệ cụ thể nào đó

Mô hình toán học hệ thống công nghệ hóa học là tập hợp hệ thống các phương trình , thiết bị qua các biến số dòng và các phương trình liên kết giữa tập hợp các thiết bị trong sơ đồ Một yếu tố quan trọng đóng vai trò mấu chốt trong mô hình toán học của hệ thống công nghệ hóa học là ngân hàng dữ liệu về tính chất hóa lý và nhiệt động của các cấu tử ở dạng tinh khiết cũng như hỗn hợp của chúng

Các chương trình mô phỏng thường bao gồm các thành phần sau đây:

- Thư viện dữ liệu và thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán hóa lý của các cấu tử nguyên chất và các hệ các cấu tử khác nhau (ví dụ như một loại dầu hay một loại khí ở mỏ nào đó chẳng hạn)

- Các công cụ mô phỏng cho quá trình hoạt động của hệ thống công nghệ hóa học như: Cột chưng cất, thiết bị truyền nhiệt, bơm, thiết bị phản ứng…

phỏng và ngân hàng dữ liệu

- Chương trình xử lý thông tin như: Lưu trữ, xuất, nhập, in ấn…dữ liệu và kết quả tính toán được từ kết quả mô phỏng

Hiện nay trên thế giới có nhiều phần mềm chuyên dụng dùng để tính toán và thiết kế các qui trình chế biến dầu khí Mỗi phần mềm có những ưu việt riêng sử dụng trong nhiều mục đích khác nhau

Ơû Việt Nam hiện nay, đã có một số phần mềm mô phỏng dùng trong tính toán công nghệ chế biến dầu khí như:

Các phần mềm nói chung đều có các công cụ hỗ trợ giống nhau Tuy nhiên, mỗi phần mềm thường có ưu điểm vượt trội cho một quá trình tính toán nào đó Sự khác biệt quan trọng giữa các phần mềm là ở mức hiệu chỉnh chính xác kết quả tính toán và hệ số thực nghiệm

Hiện nay, một số Viện, trường Đại Học và một số đơn vị sản xuất ở Việt Nam đã sử dụng các phần mềm ứng dụng vào quá trình nghiên cứu, sản xuất…Tuy nhiên hiệu quả sử dụng còn ở mức độ mô phỏng lại qui trình hiện có, phục vụ học tập, nghiên cứu… chưa có ứng dụng thiết kế qui trình mới

Trong luận văn này với mục đích nhằm mô phỏng lại hệ thống chưng cất condensate tại nhà máy lọc dầu Cát Lái, tác giả sử dụng phần mềm mô phỏng PRO/II của hãng SIMSCI – Mỹ để hỗ trợ tính toán Sau đây là phần giới thiệu phần mềm này

IV.2 Chương trình mô phỏng Pro/II

PRO/II là sản phẩm của Hãng SIMSCI, một thành viên của Intelligent Automation Division, thuộc Công ty Invensys, Công ty hoạt động trong lĩnh vực điều khiển và tự động, cung cấp các phần mềm trong công nghệ hóa dầu, thực phẩm, năng lượng…phiên bản mới nhất hiện nay là PRO/II 7.1

PRO/II là một phần mềm mô phỏng tĩnh (steady state) trợ giúp cho các kỹ

sư ngành sản xuất hóa chất, dầu khí, công nghệ với chất rắn và công nghiệp polyme Phần mềm này là công cụ giúp tính toán dễ dàng các cân bằng vật chất và năng lượng để mô phỏng qui trình ở trạng thái tĩnh

IV.2.1 Các công cụ mô phỏng

Trong thư viện của Pro/II khoảng hơn 40 các thiết bị (unit) mô phỏng thường được sử dụng trong các sơ đồ công nghệ hóa học, công nghệ chế biến và lọc hóa dầu Các thiết bị liên hệ với nhau bằng các dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy ra/vào thiết bị sẽ xác định trạng thái làm việc của thiết bị.Dưới đây là một số thiết bị chính của chương trình Pro/II:

- Cột chưng cất (Distillation column)

- Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)

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

- Van (valve)

- Thiết bị chia dòng (Spilter)

- Thiết bị trộn dòng (Mixer)

- Thiết bị nén/giãn (Compressor/ Expander)

- Thiết bị phản ứng (Reactor)

- Bộ tách (Separator)

- Bơm (pump)

- Thiết bị điều khiển (Controller)

- Thiết bị cân bằng (Balance)

- Lò gia nhiệt (Fierd Heat)

- Oááng (Pipe)

- Thiết bị hoàn lưu (Recycle)

Ngoài ra còn một số các công cụ hỗ trợ tính toán, tối ưu…như Calculator, Case Study, Optimizer, …

IV.2.2 Các bộ tính toán nhiệt động

Có nhiều phương pháp tính toán nhiệt động trong Pro/II để lựa chọn tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Dưới đây là một số bộ tính toán tính chất nhiệt động phổ biến được giới thiệu trong Pro/II:

…

IV.2.3 Chọn sơ đồ mô phỏng và nhập dữ liệu

IV.2.3.1 Chọn sơ đồ mô phỏng

Sơ đồ công nghệ mô phỏng được đơn giản hóa từ sơ đồ công nghệ thực tế

Vì mô phỏng qui trình ở trạng thái hoạt động ổn định nên các van, bơm, các thiết

bị ghi… được bỏ qua Ngay cả các thiết bị điều khiển tự động cũng được bỏ qua

vì các giá trị gán (set point) là cố định, không thay đổi trong trạng thái hoạt động ổn định

IV.2.3.2 Nhập dữ liệu

Chương trình chỉ yêu cầu nhập một số các thông số (đường viền màu đỏ), một số các thông số là mặc định (đường viền màu xanh lá cây) người nhập có thể thay đổi nếu muốn Các thông số còn lại sẽ được chương trình ước lượng và tính toán

Các thông số được chia làm ba loại chính:

- Thông số không đổi (fixed): Trong suốt quá trình tính toán, các thông số

này không thay đổi giá trị

- Thông số ước lượmg (estimated): Có thể được yêu cầu nhập hoặc không

Giá trị các thông số này là các giá trị đầu tiên cho thuật toán lặp, kết quả tính toán cuối cùng sẽ khác Tuy nhiên các giá trị ước lượng này phải đủ gần các giá tính toán khi chương trình hội tụ Nếu không, quá trình tính toán lặp sẽ khó tiếp cận điểm hội tụ (sai số lớn), chương trình khó hội tụ

- Thông số không cung cấp : Các thông số này được phần mềm tính toán mà

người sử dụng không cần phải nhập số liệu PRO/II sử dụng công cụ IEG (Initial Estimate Generator) và dựa trên các thông số đã cung cấp để ước lượng các giá trị ban đầu của các thông số này để cung cấp cho thuật toán lặp

IV.2.4.Phương pháp chung cho một quá trình mô phỏng trong PRO/II

Các bước của một quá trình mô phỏng gồm:

Bước1 : Vẽ sơ đồ qui trình công nghệ mô phỏng

Sử dụng thanh công cụ PFD (Process Flowsheet Diagram) để lựa chọn các thiết bị cần thiết và vẽ các dòng quá trình: dòng nhập liệu, dòng sản phẩm, các dòng liên kết các thiết bị

Bước 2 : Khai báo các thành phần

Chọn Input menu/ component slection để mở cửa sổ lựa chọn thành phần các cấu tử cho dòng nhập liệu Đối với các thành phần là dầu khí, bước này xác định thành phần các cấu tử nhẹ(Lightest component)

Bước 3 : Chọn phương pháp tính toán nhiệt động

Chọn input menu/ thermodinamic data để mở cửa sổ và lựa chọn phương pháp nhiệt động thích hợp

Bước 4 : Cung cấp các tính chất cho dòng nhập liệu và dòng lặp

Kích trực tiếp lên tất cả các dòng từ bên ngoài nhập liệu vào các thiết bị để cung cấp các điều kiện nhiệt động, tốc độ và trạng thái của dòng được yêu cầu Đối với các dòng lặp, đó là sự lựa chọn để cung cấp dữ liệu nhằm tăng tốc độ hội tụ quá trình tính toán lặp

Bước 5 : Cung cấp các điều kiện hoạt động của thiết bị

Kích trên các biểu tượng thiết bị để mở cửa sổ cung cấp các dữ liệu được yêu cầu và thay đổi các dữ liệu mặc định (default) nếu muốn

Bước 6 : Chạy chương trình

Khi tất cả các dòng, các thiết bị, và các đường viền đối với các nút trên toolbar không còn màu đỏ Kích nút để chạy chương trình mô phỏng

PRO/II sử dụng các màu để nhận biết kết quả chạy chương trình mô phỏng:

Bước 7 : Phân tích và xuất kết quả mô phỏng

Chọn output menu/generate report để xem, phân tích và đánh giá kết quả

PHẦN II

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHƯNG CẤT CONDENSATE SẢN XUẤT DUNG MÔI TẠI NHÀ MÁY LỌC

DẦU CÁT LÁI

Chươmg I QUI TRÌNH HỆ THỐNG CHƯNG CẤT CONDENSATE TẠI

NHÀ MÁY LỌC DẦU CÁT LÁI

CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU CÁT LÁI

I.1 Sơ đồ qui trình tổng thể

(Xem trang sau)

I.2 Cơ cấu sản phẩm

Sơ đồ cơ cấu các sản phẩm như sau:

Petroleum ether

Cột chưng cất Cột chưng cất

Hình II.1.1-Sơ đồ cơ cấu các sản phẩm

Condensate qua hệ thống cột chưng cất C-07 cho ra các sản phẩm:

cho hệ thống chưng cất C-101 sản xuất dung môi, phần còn lại nhập chung với

NA-1 để pha xăng

Ngoài ra còn một phần khí không ngưng (off gas) được dẫn ra hệ thống

- Sản phẩm trích ngang : Rubber solvent

Bottom qua hệ thống chưng cất Mini cho ra các sản phẩm:

Trong thực tế thì hệ thống Mini (cột C-03 –C-04) hoạt động độc lập thông qua bồn chứa sản phẩn Bottom Còn hệ thống C-07 – C-101 hoạt động song song Trong luận văn này phạm vi mô phỏng là hệ thống chưng cất C-07 – C-

III MÔ TẢ QUI TRÌNH HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG C-07-C-101

III.1 Sơ đồ công nghệ

(Xem trang sau)

III.2 Mô tả qui trình hoạt động

Hệ thống chưng cất Condensate có hai cụm thiết bị chính là cột chưng cất C-O7 và cột chưng cất C-101 Quy trình công nghệ như sau:

chưng cất C07 sau khi qua hệ thống trao đổi nhiệt 03, 04, 05A/B, 06A/B Các trao đổi nhiệt này được thiết kế nhằm mục đích tận thu lượng nhiệt trong các dòng sản phẩm của hệ (còn gọi là tái sinh nhiệt cho hệ thống chưng cất) Tại các trao đổi nhiệt này diễn ra quá trình trao đổi nhiệt đối lưu ngược chiều giữa dòng nhập liệu với các dòng sản phẩm từ cột chưng cất Để đạt được hiệu quả trao đổi nhiệt tốt nhất, dòng condensate khi qua những trao đổi nhiệt phải ở pha lỏng, do đó van tự động PCV-701, (pressure controlling valve) điều khiển bởi PIC-701 (pressure indicating controller) được sử dụng trên tuyến này nhằm mục đích duy trì áp suất cao trong các trao đổi nhiệt tránh hiện tượng

E-chuyển pha Khi qua PCV-701 dòng nhập liệu condensate sẽ hóa hơi do có sự giảm áp suất đột ngột và vào cột chưng cất trong trạng thái cân bằng lỏng - hơi, nhiệt độ dòng nhập liệu giảm so với sau khi ra khỏi E-06A/B do tiêu tốn năng lượng cho quá trình bay hơi Van an toàn PSV -702 (pressure safe valve) dùng để bảo vệ quá áp cho các trao đổi nhiệt Lưu lượng dòng nhập liệu condensate được điều khiển bởi thiết bị tự động FRC-301 (flow recording controller)

- Tại cột C-O7 dòng condensate vào cột qua mâm nhập liệu số 14 bởi ống phân phối và tách thành hai pha:

• Pha hơi (bao gồm hơi của dòng nhập liệu và hơi từ phần chưng đi lên) sẽ

đi lên phần trên của cột (phần luyện, từ đĩa số 1 đến 14) tiếp xúc với pha lỏng (tạo thành do các dòng hồi lưu) từ trên xuống Quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất xảy ra: những cấu tử nặng (có nhiệt độ sôi cao) có trong pha hơi sẽ ngưng tụ và những cấu tử nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn như naphtha) có trong pha lỏng sẽ hoá hơi Kết quả là dòng hơi lên đỉnh cột ngày càng giàu cấu tử nhẹ (naphtha) và dòng lỏng xuống đáy cột chứa nhiều cấu tử nặng Dòng naphtha được tách ra khỏi cột theo 2 tuyến:

nhiệt E13 nhờ chênh lệch áp suất do quá trình ngưng tụ, tại đây hơi NA-1 mất đi nhiệt lượng, bắt đầu quá trình ngưng tụ và làm lạnh Dòng cân bằng lỏng - khí ra khỏi E-13 được dẫn vào bình tách V-14 Các khí không ngưng (như pentane, LPG, ) sẽ được tách ra, và dẫn ra hệ thống đuốc qua van PCV-140B được điều chỉnh bởi bộ điều khiển áp suất bình V-14 là PIC-140 Áp suất bình được giữ ổn định nhờ hoạt động của hai van PCV-140A/B, khi áp suất bình thấp hơn giá trị gán, PCV-140A sẽ mở để nâng áp bình Ngược lại khi áp suất bình tăng vượt giá trị gán, PCV-140B sẽ mở để đưa một lượng khí ra đuốc ổn định áp suất bình nhằm giữ cho hệ lỏng- khí trong V-14A ở trạng thái cân bằng Phần lỏng NA1 được vận chuyển bởi bơm P-15/16, tách thành 2 dòng:

™ Dòng hồi lưu đỉnh với mục đích để tách, tăng cường độ tinh luyện của sản phẩm NA1 và ổn định nhiệt độ đỉnh cột chưng cất, được điều khiển bằng bộ điều khiển lưu lượng FIC-150 (flow indicating controller ) với van FCV-150 (flow controller valve) tương ứng

cưỡng bức) và E17 để làm mát xuống nhiệt độ cho yêu cầu tồn trữ Lưu lượng dòng sản phẩm này được điều khiển bằng bộ LIC-140 (level indicating controller) điều khiển mực bình V-14A thông qua van LCV-140 (level controller valve) và được ghi lại bằng FR-170 (flow recorder)

- Để bảo vệ an toàn cho cột chưng cất khi áp suất tăng cao đột ngột,

PSV-701 được bố trí ở đỉnh cột và làm việc ở 400KPa

ngang) vào bơm P-11/12, sau đó tách thành hai dòng:

™ Một dòng đi qua hệ chưng cất C-101 và là dòng nhập liệu cho cột C-101

làm hai dòng: Dòng quay trở về cột chưng tại đĩa số 6, tạo thành dòng hồi lưu tuần hoàn cho quá trình chưng cất, tăng cường khả năng tách giữa NA-2 với NA1 và sản phẩm Bottom Dòng này được điều khiển bởi bộ điều khiển lưu lượng FIC-701 qua van FCV-701 Dòng ra bồn sản phẩm sau khi qua trao đổi nhiệt E-

03, E-18 để làm lạnh xuống nhiệt độ cho yêu cầu tồn trữ Lưu lượng dòng này được điều chỉnh bởi bộ điều khiển lưu lượng FRC-183

• Pha lỏng (bao gồm lỏng của dòng nhập liệu và lỏng từ phần luyện xuống) sẽ đi xuống đáy cột (phần chưng từ đĩa 15 đến 25) tiếp xúc với pha hơi đi lên từ đáy cột Quá trình xảy ra tương tự ở phần luyện, dòng lỏng xuống đáy cột chứa các cấu tử nặng (từ phân đoạn kerosene trở xuống) được tách ra khỏi đáy cột và gọi là sản phẩm Bottom (sản phẩm đáy cột) Dòng sản phẩm Bottom từ đáy cột vào bơm P-08/09 và tách làm 3 dòng:

¾ Dòng qua lò gia nhiệt E-10 được gia nhiệt và quay về cột chưng cất Đây chính là dòng cung cấp nhiệt lượng cho quá trình chưng cất xảy ra trong cột C- O7 Bộ điều khiển FIC-100 được sử dụng để điều khiển lưu lượng dòng Bottom vào lò thông qua van FCV-100

làm nguội dòng sản phẩm này xuống nhiệt độ cho phép trước khi ra bồn chứa Lưu lượng dòng này được điều khiển bởi bộ điều khiển mực đáy cột CO7 LIC-

702 với van LCV-702 tương ứng và được ghi bằng FR-193

Điều chỉnh bởi bộ điều khiển nhiệt độ TIC-101và TV-101 (temperature valve) và quay trở về nhập vào tuyến ống bottom vào E-06A/B

- Dòng nhập liệu vào cột C-101 được tách ra từ dòng sản phẩm trích ngang (dòng NA-2) của cột C-07 và nhập liệu vào cột trên mâm số 21 Phần lỏng xuống đáy cột, chảy qua trao đổi nhiệt E-101 bằng trọng lực và được gia nhiệt bằng dòng sản phẩm Bottom từ đáy cột C-07 được điều khiển bởi thiết bị điều khiển TIC-101 tương ứng với van TCV –101 trên dòng Bottom ra Tại đây, phần hơi cân bằng được hồi lưu ngược về đáy cột C-101 Phần lỏng là sản phẩm white

spirit tràn qua vách ngăn vào ngăn chứa và được dẫn ra bồn chứa nhờ bơm P-103 sau khi được làm nguội bởi thiết bị trao nhiệt E-105

- Phần hơi lên đỉnh cột tiếp xúc với pha lỏng của dòng hồi lưu từ đỉnh cột xuống và được tách ra khỏi cột theo hai dòng:

P-102 bơm ra bồn chứa sau khi làm nguội bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-104 (tại cột C-101 không sử dụng dòng hồi lưu trích ngang)

xuống bình tách V-101 Aùp suất của bình tách được điều khiển bởi bộ điều khiển PIC-101 Một phần khí không ngưng sẽ được dẫn ra đuốc nhờ hai van tự động PCV-101A/B qua bộ điều khiển PIC-101 Phần lỏng ở bình tách qua bơm P-101 và tách thành hai dòng: Dòng hồi lưu đỉnh cột được điều khiển bởi bộ điều khiển FIC-101 và một dòng là sản phẩn Petroleum Ether được bơm ra bình chứa sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt E-103

điều khiển bởi các bộ đo chênh lệch áp suất và qui đổi ra lưu lượng dòng (m3/h) theo bảng qui đổi có sẵn

IV ĐIỀU HÀNH VÀ KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT CỦA HỆ

THỐNG

Để hệ thống ổn định, lưu lượng các dòng nhập liệu, sản phẩm, hồi lưu, nhiệt độ lò, nhiệt độ bình tách, áp suất bình tách, mực chất lỏng….được điều khiển bởi các thiết bị điều khiển tự động tại các giá trị gán (set point)

- PIC-701: Kiểm soát áp suất dòng nhập liệu tại các trao đổi nhiệt

- PIC-140: Kiểm soát áp suất nhằm ổn định trạng thái cân bằng lỏng- hơi

tại bình V-14

phẩm petroleum ether, rubber solvent, white spirit của cột C-101

Để bảo vệ cũng như đảm bảo an toàn cho cho quá trình hoạt động của thiết bị, hệ thống được trang bị các bộ báo động an toàn nhằm ngăn ngừa các sự cố có thể sẩy ra trong quá trình hoạt động

P-01/02

mất dòng qua lò, tắt lò

- LSL-701: Báo động mực thấp đĩa số 9 và làm tắt P-11/12

Chương II MÔ PHỎNG QUI TRÌNH HỆ THỐNG CHƯNG CẤT

C-07-C-101 BẰNG PHẦN MỀM PRO/II

Để có thể dễ dàng kiểm soát và cho kết quả tốt, quá trình mô phỏng hệ thống có thể thực hiện theo lưu đồ qui trình bao gồm các bước sau đây:

(2)

(1)

Không hội tụ

Hình II.2.1 – Lưu đồ qui trình mô phỏng

Chuẩn bị số liệu

Chọn sơ đồ mô phỏng Chọn phương pháp tính toán

nhiệt động và thuật toán giải

Nhập số liệu

Chạy chương trình

Phân tích kết quả

Xuất kết quả

II CHỌN SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG

II.1 Chọn hệ thống cột chưng cất (cột chưng cất – reboiler – condenser)

II.1.1 Cột C-07

PRO/II khi tính toán cho cột chưng cất yêu cầu phải sử dụng số mâm lý thuyết để tính toán Do đó, số mâm lý thuyết , vị trí các mâm nhập liệu, mâm trích ngang và hồi lưu trích ngang của sơ đồ mô phỏng được xác định dựa vào số mâm thực tế và một số các số liệu thiết kế ban đầu của đơn vị thiết kế SAMBAWANG đối với cột chưng cất C-07

Theo thiết kế ban đầu thì số mâm lý thuyết của cột C-07 là 16 mâm, còn số mâm thực tế là 25 mâm, nhập liệu vào mâm số 14, dòng trích ngang ở mâm số 9 và hồi lưu trích ngang ở mâm số 6 Số mâm lý thuyết (không kể condenser và reboiler), vị trí các mâm nhập liệu, mâm trích ngang, và hồi lưu trích ngang được xác định như sau:

- Chia cột thành bốn khu vực: Khu vực nhập liệu, khu vực trích ngang , khu vực đỉnh và khu vực đáy cột

Hình II.2.2 - Số mâm thực và số mâm lý thuyết cột C-07

1

5 6

14 9

10

7

5 4

1

Khu vực đỉnh Khu vực trích ngang

Khu vực nhập liệu

Khu vực đáy Nhập liệu

Trích ngang Hồi lưu trích ngang

Hồi lưu đỉnh

Số mâm thực Số mâm lý thuyết

- Tính hiệu suất mâm trung bình tổng thể [4]

Số mâm lý thuyết n1 + n2 + n3 +n4 16

n = = = = 0,64 (3)

Trong đó: - n1: Hiệu suất mâm trung bình của khu vực đỉnh tháp

- n2: Hiệu suất mâm trung bình của khu vực trích ngang

- n3: Hiệu suất mâm trung bình của khu vực nhập liệu

- n4: Hiệu suất mâm trung bình của khu vực đáy

suất mâm trung bình của từng khu vực được tạm tính dựa vào hiệu suất mâm trung bình tổng thể và số mâm lý thuyết cho từng khu vực được chọn theo bảng sau:

Bảng II-2-1 - Tính số mâm lý thuyết cột C-07

thực

Hiệu suất tạm tính

Số mâm tạm tính

Số mâm chọn

Hiệu suất chọn

II.1.2 Cột chưng cất C-101

Số mâm thực tế của cột C-101 là 30 mâm Theo thiết kế, số mâm lý thuyết của cột là 18 mâm Khi cải tạo cột để chưng cất dung môi, theo tính toán ban đầu thì nhập liệu vào cột ở mâm số 12, sản phẩm rubber solvent được trích

ra từ mâm số 21 (vị trí dự phòng theo thiết kế ban đầu) Nhưng trong vận hành thực tế, hệ hoạt động không ổn định, thông số về các chỉ tiêu sản phẩm không đạt theo yêu cầu Do đó Phòng Kỹ Thuật - Sản Xuất của Công ty tính toán lại và đảo ngược vị trí các dòng nhập liệu và dòng rubber solvent

Như vậy, trong vận hành thực tế dòng nhập liệu vào mâm số 21, mâm trích ngang dòng sản phẩm rubber solvent ở mâm 12

Đối với cột C-101, do không có dòng hồi lưu trích ngang nên khu vực trích ngang chỉ có một mâm, hiệu suất mâm này sẽ được tạm tính

Tương tự như cách xác định số mâm lý thuyết của từng khu vực như cột C-07, cột C-101 được chia thành ba khu vực như hình vẽ

Hình II.2.3 - Số mâm thực và số mâm lý thuyết cột C-101

Hiệu suất mâm trung bình và số mâm lý thuyết tính cho từng khu vực được xác định theo bảng sau:

Bảng II-2-2 - Tính số mâm lý thuyết cột C-101

thực Hiệu suất tạm tính Số mâm tạm tính Số mâm chọn Hiệu suất chọn

14 9

1

Khu vực đỉnh

Khu vực nhập liệu

Khu vực đáy Nhập liệu

Mâm trích ngang Hồi lưu đỉnh

Số mâm thực Số mâm lý thuyết