Tối ưu hóa quá trình chưng cất condensate nam côn sơn tại nhà máy lọc dầu cát lái

Việc chuyển đổi nguồn nguyên liệu từ nặng sang nhẹ hơn đã đặt ra cho nhà máy một vấn đề cấp bách mang tính chiến lược đó là “xây dựng lại cơ cấu sản phẩm và tính toán lại chế độ vận hành

LỜI NÓI ĐẦU

Nhà máy lọc dầu Cát Lái được xây dựng vào năm 1986 Ban đầu nhà máy chỉ bao gồm cụm chưng cất Mini với công suất 40000 tấn/năm được thiết kế cho nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ Do cụm chưng cất Mini chưa đem lại hiệu quả kinh tế như mong muốn nên đến năm 1994, nhà máy lắp đặt thêm cụm chưng cất Condensate với công suất 350000 tấn/năm được thiết kế trên cơ sở nguồn nguyên liệu condensate của Thái Lan: Katapa, Bongkot chủ yếu để sản xuất chất nền pha xăng động cơ (naphtha)

Đến đầu năm 2002, công ty Saigon petro đã ký hợp đồng mua nguyên liệu condensate Nam Côn Sơn, là loại condensate nhẹ hơn để thay thế cho nguyên liệu condensate cũ nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn

Việc chuyển đổi nguồn nguyên liệu từ nặng sang nhẹ hơn đã đặt ra cho nhà máy một vấn đề cấp bách mang tính chiến lược đó là “xây dựng lại cơ cấu sản phẩm và tính toán lại chế độ vận hành của cụm chưng cất Condensate” trên cơ sở công nghệ có sẵn nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất cho quá trình sản xuất của nhà máy

Trên thực tế, từ thời điểm đó cho đến nay, nhà máy cũng đã nghiên cứu đưa

ra nhiều phương án thay đổi chế độ vận hành của cụm chưng cất Condensate nhằm đem lại hiệu quả kinh tế cao nhất cho quá trình chưng cất condensate Nam Côn Sơn Tuy nhiên, mọi nghiên cứu chỉ dựa vào các số thực nghiệm thu được từ việc điều chỉnh chế độ vận hành của cụm chưng cất Condensate ứng với nhiều công suất khác nhau, do đó không đem lại hiệu quả kinh tế cao

Nhận thấy tầm quan trọng và ý nghĩa thực tiễn của vấn đề trên nên tôi quyết định chọn đề tài “Tối ưu hóa quá trình chưng cất condensate Nam Côn Sơn tại Nhà máy lọc dầu Cát Lái” làm đề tài nghiên cứu cho luận văn Thạc sĩ của tôi

Nhiệm vụ chính của luận văn là xây dựng mô hình cụm chưng cất Condensate dựa vào các số liệu thiết kế ban đầu cho nguyên liệu condensate Katapa của Thái Lan Trên cơ sở mô hình đã xây dựng được, tiến hành mô phỏng và tính toán tối ưu quá trình chưng cất của cụm chưng cất Condensate với nguồn nguyên liệu mới là condensate Nam Côn Sơn Mọi tính toán sẽ được tiến hành với sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng Hysys, là một trong những phần mềm được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy lọc dầu trên thế giới

By the year of 2002, this plant made a new application of using Nam Con Son condensate, which is lighter, instead of the traditional material so as to achieve the higher advantages However, this change in feedstock made the great challenges of applying new operating conditions of CDS and changing the product’s structure

The purpose of this thesis is to find out the optimum operating condition of CDS for the long-term business target Thus, the author suggests to solve these following problems:

+ Modeling the CDS based on datas designed for Katapa condensate

+ Simulating and optimizing the Nam Con Son condensate distilling process depend on the above model

All calculations in this thesis are performed under the support of Hysys.Process software which is commonly used by many petroleum refineries

around the world

MỤC LỤC

I Tổng quan về nhà máy lọc dầu Cát Lái 7

I.1 Lịch sử thành lập và định hướng phát triển 7

I.2 Địa điểm xây dựng 7

I.3 Nguyên Liệu cho hoạt động sản xuất 8 I.4 Các cụm sản xuất chính trong nhà máy 8 II Giới thiệu về nguyên liệu condensate Nam Côn sơn 9 II.1 Nguồn gốc hình thành condensate 9

II.2 Thành phần và tính chất của condensate 10

II.3 Các hướng chế biến và sử dụng condensate hiện nay 16

III Các sản phẩm dầu mỏ thông dụng từ quá trình chưng cất khí quyển 18

III.1 Chủng loại và tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm

18

III.2 Thị trường các sản phẩm dầu mỏ ở Việt Nam 21

IV Kế hoạch hoá và tối ưu hoá trong nhà máy lọc dầu 30

IV.1 Lập kế hoạch sản xuất 30

IV.2 Tối ưu hoá quá trình sản xuất ( lập kế hoạch tối ưu) 33

V Phần mềm mô phỏng phục vụ tính toán tối ưu 35

V.1 Quá trình mô phỏng hệ thống công nghệ hoá học 35

V.2 Phần mềm mô phỏng Hysys 38

V.3 Tối ưu hoá quy trình công nghệ dựa vào công cụ tối ưu hoá (Optimizer) trong Hysys 43

VI Phạm vi nghiên cứu của đề tài 45

PHẦN II TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Chương I XÂY DỰNG MÔ HÌNH CỤM CHƯNG CẤT CONDENSATE I Quy trình công nghệ cụm chưng cất Condensate 46

I.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 46

I.2 Sơ dồ dòng chảy công nghệ 46

I.3 Thuyết minh quy trình công nghệ

47 II Xây dựng mô hình 49

II.1 Lựa chọn đối tượng trong quy trình công nghệ để xây dựng mô hình 49 II.2 Chuẩn bị số liệu 50

II.3 Chọn phương pháp tính toán nhiệt động 58

II.4 Chọn thuật toán giải cho các mô hình 60

II.5 Các bước tính toán mô hình cụm chưng cất Condensate

63

II.6 Kết quả tính toán 72

II.7 Nhận xét kết quả 73

Chương II MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT CONDENSATE NAM CÔN SƠN I Điều chỉnh các số liệu đầu vào cho mô hình 75

I.1 Thành phần và tính chất của nguyên liệu 75

I.2 Điều kiện vận hành ban đầu 77

I.3 Các thông số vận hành 77

II Kết quả mô phỏng 78

II.1 Thông số vận hành

78 II.2 Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

78 III Nhận xét kết quả 80

Chương III TỐI ƯU HOÁ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT CONDENSATE NAM CÔN SƠN I Cơ sở tính toán 82

II Xây dựng bài toán tối ưu 83

II.1 Xác định các biến cơ cấp 83

II.2 Xác định hàm mục tiêu 85

II.3 Xác định điều kiện ràng buộc 88

III Giải bài toán tối ưu 89

III.1 Kết quả của phương án 1 89

III.2 Kết quả của phương án 2 90

IV Nhận xét kết quả 91

PHẦN III KẾT LUẬN

PHẦN IV PHỤ LỤC

PHẦN MỘT

TỔNG QUAN

I TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU CÁT LÁI

I.1 Lịch sử thành lập và định hướng phát triển

Ngày 19/6/1986, được sự chấp thuận của Chính phủ và Thành phố, Xí nghiệp liên doanh dầu khí Thành phố Hồ Chí Minh (tiền thân của Công ty dầu khí Thành phố Hồ Chí Minh) được thành lập Đơn vị sản xuất của xí nghiệp ban đầu chỉ gồm nhà máy lọc dầu Cát Lái có công suất 40.000 tấn/năm

Khi mới xây dựng, nhà máy chỉ có một cụm chưng cất với tên gọi là cụm chưng cất Mini Cụm chưng cất Mini với 4 tháp đệm sử dụng nguyên liệu là dầu thô Bạch Hổ, sản xuất các loại sản phẩm: xăng, dầu lửa, dầu diesel và dầu đốt công nghiệp (Fuel Oil)

Đến năm 1994, nhận thấy cụm chưng cất Mini chưa đem lại hiệu quả kinh tế như mong muốn, nhà máy đã đầu tư và lắp đặt thêm hai cụm chưng cất mới: cụm chưng cất Condensate với công suất 350.000 tấn/năm, sử dụng nguyên liệu condensate để sản xuất xăng và cụm chưng cất LPG được sử dụng để tái chưng cất phần khí không ngưng (Off Gas) từ cụm chưng cất Condensate để thu hồi xăng và sản xuất khí đốt hóa dân dụng (LPG)

Quá trình hoạt động của cụm chưng cất Condensate tạo ra phần nặng là Bottoms Trước thực tế này, nhà máy đã cải tạo cụm chưng cất Mini sẵn có để chuyển Bottoms thành các sản phẩm khác có giá trị hơn

Đến năm 2005, xác định việc pha sản phẩm thô naphtha nặng (NA-2) vào xăng sẽ không có lợi trong điều kiện Chính phủ bải bỏ việc lưu hành xăng A 83 trên thị trường, nhà máy quyết định cải tạo cụm chưng cất LPG để chưng cất thử nghiệm NA-2 sản xuất dung môi góp phần đa dạng hoá sản phẩm kinh doanh của công ty

Dự kiến, vào đầu năm 2007, nhà máy sẽ đầu tư và xây dựng một hệ thống chế biến sâu nhằm nâng cao chỉ số octan cho các sản phẩm naphtha thô từ cụm chưng cất Condensate đáp ứng các yêu cầu chiến lược của công ty một khi mặt hàng xăng A 83 bị cấm sản xuất và lưu thông trên thị trường

I.2 Địa điểm xây dựng

Nhà máy lọc dầu Cát Lái có diện tích 25 ha toạ lạc tại phường Thạnh Mỹ Lợi, Quận 2, cách trung tâm thành phố 18 km về phía Đông Bắc, đây là nhà máy lọc dầu đầu tiên tại Việt Nam

I.3 Nguyên Liệu cho hoạt động sản xuất

Nguyên liệu cho toàn bộ hoạt động sản xuất của nhà máy là condensate Nguồn condensate được nhập chủ yếu từ Singapore, Thái Lan và một số nước trong khu vực Đông Nam Á do có vị trí địa lý gần Việt Nam nên giá cả vận chuyển sẽ đỡ tốn kém

Ngoài ra, nhà máy còn sử dụng nguồn condensate từ nhà máy chế biến khí Dinh Cố Tuy nhiên, nguồn condensate này không nhiều và thường ít sử dụng để làm nguyên liệu cho cụm Condensate mà được dùng làm chất nền pha xăng tạo sản phẩm

Khoảng đầu năm 2002, Saigon Petro đã ký được một hợp đồng dài hạn với công ty dầu khí BP để mua nguồn nguyên liệu condensate Nam Côn Sơn của dự án khí Nam Côn Sơn Đây là nguồn nguyên liệu trong nước với trữ lượng lớn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cho hoạt động sản xuất của nhà máy đồng thời sẽ giúp nhà máy chủ động trong vấn đề nguyên liệu một khí tình hình dầu khí trên thế giới có biến động lớn

I.4 Các cụm sản xuất chính trong nhà máy

I.4.1 Cụm chưng cất Condensate

Bao gồm một cột chưng cất khí quyển loại mâm van có dòng trích ngang với công suất thiết kế là 350.000 tấn/năm với chức năng là sản xuất xăng thô (naphtha) từ nguyên liệu condensate Sản phẩm phụ là phần đáy (bottoms) có thể được đưa qua cụm chưng cất Mini để tiếp tục chưng cất tạo ra các sản phẩm có giá trị hoặc đem đi pha trộn để sản xuất dầu DO (diesel) tuỳ thuộc vào thành phần và tính chất của nguyên liệu condensate

I.4.2 Cụm chưng cất Mini

Bao gồm hai cột chưng cất khí quyển loại tháp đệm với công suất là

120.000 tấn/năm (sau khi cải tạo) hoạt động độc lập với cụm chưng cất Condensate, có chức năng sản xuất các bán thành phẩm pha chế dầu hoả, dầu

DO và FO (fuel oil) từ nguyên liệu là bán thành phẩm Bottoms của cụm chưng cất Condensate.

I.4.3 Cụm chưng cất dung môi

Được cải tạo từ cụm chưng cất LPG và đang trong giai đoạn thử nghiệm sản xuất dung môi Cụm bao gồm một cột chưng cất khí quyển dạng mâm van có dòng trích ngang với công suất vận hành tối đa khoảng 9000 tấn/năm (theo thực tế), hoạt động song song với cụm Condensate có chức năng sản xuất thử nghiệm

các loại dung môi Petroleum Ether, Rubber Solvent, White Spirit từ nguyên liệu NA-2 của cụm chưng cất Condensate

II GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU CONDENSATE

II.1 Nguồn gốc hình thành Condensate

Condensate là khí ngưng tụ, là một hỗn hợp đồng thể ở dạng lỏng thu được từ nguồn khí mỏ khai thác lên sau khi đã tách khí không ngưng bao gồm các hydrocarbon có số nguyên tử C là 1 và 2 (C1, C2), các khí hoá lỏng (LPG) bao gồm C3, C4 Do condensate thu được từ quá trình ngưng tụ khí mỏ nên nó mới có tên là khí ngưng tụ

Thông thường, trong một số giếng dầu tồn tại cả dầu thô và khí (khí đồng hành) Giữa hai pha dầu thô và khí tồn tại một pha cân bằng, trong đó một phần khí bị hoà tan vào trong dầu thô Lượng khí hoà tan này phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất dưới các giếng dầu Nhiệt độ càng thấp, áp suất càng cao thì lượng khí hoà tan càng lớn và ngược lại Khi khí đồng hành được khai thác lên, nó kéo theo các cấu tử nặng hơn C4 như C5, C6, C7… Các cấu tử nặng này được tách ra khỏi chất lỏng khí thiên nhiên ở dạng lỏng, có tính chất gần giống xăng và được gọi là xăng tự nhiên (natural gasoline) và được sử dụng để bổ sung vào các sản phẩm chế biến từ phần nhẹ của dầu thô như: xăng, nhiên liệu hàng không…Ngay bản thân khí khai thác được từ các mỏ khí thiên nhiên (không có dầu thô) cũng có các cấu tử nặng này và chúng cũng được thu hồi, sử dụng tương tự như trong trường hợp khí đồng hành

Tuy cùng được xếp chung vào trong số các sản phẩm lỏng thu hồi từ khí

nhưng thành phần và nguồn gốc của condensate có sự khác biệt so với xăng tự

nhiên

Như trên đã nói, giữa hai pha khí đồng hành và dầu thô trong mỏ dầu tồn tại một cân bằng pha Khi độ sâu khai thác tăng lên, hoặc ở các mỏ khí ngưng (gas-condensate fields) nằm rất sâu dưới lòng đất, nhiệt độ và áp suất trong mỏ tăng lên rất cao (áp suất có thể lên tới 104 atm) thì cân bằng hai pha trên đây trở thành cân bằng một pha, có nghĩa là C1, C2 và hydrocarbon nặng hơn tồn tại dưới dạng trung gian giữa khí và lỏng Pha trung gian này được khai thác lên và được phân tách thành hai pha khí và lỏng và pha lỏng này được gọi là

condensate

Ở Việt Nam hiện nay, condensate thu được từ việc 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 việc khai thác và xử lý khí đồng hành của mỏ Bạch Hổ

Khí đồng hành thu được trong qúa trình khai thác dầu từ các giếng dầu 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 thu được trung bình khoảng

130 tấn condensate/ năm

• Condensate Nam Côn Sơn:

Condensate Nam Côn Sơn là sản phẩm phu,ï thu được trong qúa trình vận chuyển khí trong đường ống hai pha từ ngoài khơi vào bờ của dự án khí Nam Côn Sơn với sản lượng trung bình hiện nay vào khoảng 600 tấn condensate/ngày đêm 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 vùng bồn trũng Nam Côn Sơn và kết thúc ở Phú Mỹ – Tân Thành – Bà Rịa – Vũng Tàu, nhà máy xử lý Dinh Cố, Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ

Các dự án khí Bạch Hổ, 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

II.2 Thành phần và tính chất của condensate Nam Côn Sơn

Condensate là hỗn hợp của các hydrocarbon bao gồm: n-parafin, parafin, naphten, aromatic, trong đó hàm lượng hydrocarbon parafinic chiếm tới trên 70% và tỷ lệ hydrocarbon aromatic chỉ chiếm dưới 10% Condensate có thành phần và tính chất tương tự dầu thô nhẹ Nó nặng, có thành phần phức tạp và nhiều tạp chất hơn so với xăng tự nhiên

iso-Bảng I-1 Thành phần của condensate Nam Côn Sơn (ASTM 5134)

Bảng I-2 Các đặc tính kỹ thuật của condensate Nam Côn Sơn

STT Đặc tính kỹ thuật Phương pháp thử Kết quả

7 Copper Strip Corrosion 3hrs@500C ASTM D 130 1 a

9 Mercaptan Sulfur, Wt.% ASTM D 3227 0,0030

II.3 Các hướng chế biến và sử dụng condensate hiện nay

Trước đây condensate thu hồi được chủ yếu được pha trộn trở lại với dầu thô làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Những nghiên cứu gần đầy cho thấy condensate có thể được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như:

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

+ Làm nguyên liệu cho qúa trình chưng cất sản xuất các lọai nhiên liệu, dung môi và các qúa trình chế biến sâu phục vụ cho ngành hóa dầu

Ở Việt Nam hiện nay, condensate chỉ được sử dụng để pha chế xăng hoặc chưng cất sản xuất nhiên liệu và các lọai dung môi dầu mỏ

II.3.1 Sản xuất nhiên liệu

Từ condensate có thể chế biến để thu được các nhiên liệu có giá trị thương phẩm cao như : xăng ô tô, dầu lửa, dầu diesel…bằng một số phương pháp như:

+ Pha chế condensate trực tiếp với các chế phẩm và phụ gia để sản xuất xăng ô tô có chỉ số octan trung bình Tuy nhiên việc pha trộn chỉ thuận lới đối với condensate Bạch Hổ do có khoảng nhiệt độ sôi nằm trong phân đoạn naphtha, điểm sôi cuối (FBP) < 2000C; riêng condensate Nam Côn Sơn có FBP xấp xỉ 3000C nên không thể pha trộn do sản phẩm không đạt chỉ tiêu chất lượng của xăng (yêu cầu FBP ≤ 2150C)

+ Tiến hành chưng cất phân đoạn để tạo thành các bán thành phẩm pha xăng, dầu lửa và dầu DO Do các phân đoạn naphtha được chưng cất từ condensate có chỉ số octane tương đối thấp (65-75) nên cần phải pha thêm chế

phẩm reformate hoặc các phụ gia tăng chỉ số octane ( MTBE, MMT, cồn tinh khiết…) để đáp ứng chất lượng xăng thương phẩm

+ Thực hiện các quá trình chế biến sâu (reforming, isomerization) các phân đoạn naphtha chưng cất từ condensate nhằm nâng cao chỉ số octane sau đó tiếp tục đem đi pha chế

II.3.2 Sản xuất dung môi

Phân đoạn naphtha nặng được chưng cất trực tiếp từ condensate có khoảng nhiệt độ sôi từ 70 – 1800C đem đi chưng cất ta thu nhận được các phân đoạn có thể sử dụng làm dung môi hữu cơ Dung môi hưu cơ là loại nguyên liệu phổ biến và quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp Các dung môi này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp: sản xuất mực in, sơn, chất đánh bóng, chất tẩy rửa, chất kết dính…Ngoài ra, dung môi còn được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất cao su, dầu thực vật…

Hiện nay, hầu như toàn bộ lượng dung môi sử dụng ở trong nước đều phải nhập từ nước ngoài về, do đó việc nghiên cứu sử dụng condensate để sản xuất dung môi là phương án hoàn toàn khả thi và có ý nghĩa thực tiễn lớn nhằm đáp ứng một phần nhu cầu về dung môi ngày càng tăng đối với nền công nghiệp đang trên đà phát triển của đất nước chúng ta

II.3.3 Sản xuất nguyên liệu cho ngành hoá dầu

Các nguyên liệu quý của công nghiệp hoá dầu như: các olefin, etylene, propylene, butadiene thu nhận được từ khi thực hiện quá trình cracking hơi condensate Nếu không có nguồn nguyên liệu nào khác để sản xuất etane, propane thì condensate thực sự là nguồn nguyên liệu quan trọng trong sản xuất olefin

Ngoài ra, các hợp chất thơm như: benzene, toluene, xylene cũng có thể thu nhận qua quá trình reforming xúc tác condensate, đây là nguồn dung môi và nguyên liệu quý cho hoá dầu

III CÁC SẢN PHẨM DẦU MỎ THÔNG DỤNG TỪ QUÁ TRÌNH

CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN

III.1 Chủng loại và chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

III.1.1 Các loại nhiên liệu

1) Xăng nhiên liệu (Gasoline)

Xăng là hỗn hợp phức tạp của hydrocarbon nhẹ sôi trong khoảng nhiệt độ

300C – 2500C Xăng được sản xuất chủ yếu từ dầu mỏ, condensate, than đá, đá phiến nhiên liệu Xăng chủ yếu được dùng làm nhiên liệu trong động cơ chế hoà khí có bộ đánh lửa và làm dung môi công nghiệp Xăng nhiên liệu gồm hai loại chính: xăng ôtô và xăng máy bay

Các chỉ tiêu quan trọng: chỉ số octane, áp suất hơi, đường cong chưng cất

2) Dầu hoả dân dụng (Kerosine)

Dầu hoả bao gồm phân đoạn chưng cất có nhiệt độ sôi khoảng 1500C –

2800C, chủ yếu được dùng để thắp sáng, đun nấu Ngoài ra, dầu hoả được dùng làm dung môi để đốt lò trong công nghiệp

Các chỉ tiêu quan trọng: chiều cao ngọn lửa không khói, điểm chớp cháy, màu saybolt

3) Nhiên liệu máy bay phản lực dân dụng (Jet-A1)

Có thành phần chưng cất giống như dầu hoả (2000C – 3000C, d15 = 0,75 – 0,84) nhưng các yêu cầu khác đặc biệt hơn, chứa các phụ gia đặc biệt như: chống oxy hoá, khử hoạt tính của kim loại đối với nhiên liệu, phụ gia tăng tính dẫn điện của nhiên liệu nhằm giảm khả năng tích tụ tĩnh điện, chất đóng băng trong hệ thống nhiên liệu…Ngoài ra, nhiệt trị của nhiên liệu cũng là một chỉ tiêu quan trọng Mỗi loại máy bay được thiết kế với một giới hạn nhiệt trị của nhiên liệu Nếu sử dụng nhiên liệu có nhiệt trị cao đối với cùng một thể tích chứa nhiên liệu đã được thiết kế, máy bay sẽ bay được quãng đường dày hơn

4) Dầu DO (Diesel oil)

Dầu DO là phân đoạn chưng cất có nhiệt độ sôi từ 2000C – 4000C tuỳ vào từng chủng loại Dầu DO được dùng cho động cơ diesel Có 3 loại chính:

+ Loại đặc biệt: có nhiệt độ sôi trong khoảng 2000C – 3000C Dùng cho động cơ diesel có vòng tua nhanh (hơn 800 vòng/phút), thường xuyên thay đổi tải trọng và vận tốc hoặc trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp

+ Loại thông thường: có nhiệt độ sôi cuối khoảng 3500C Dùng cho động

cơ diesel có vòng tua nhanh (hơn 800 vòng/phút) tải trọng lớn, vận tốc ổn định + Loại nặng: bao gồm phân đoạn chưng cất nặng hoặc pha trộn với phần cặn chưng cất Dùng cho động cơ diesel có vòng tua trung bình và chậm (250 –

800 vòng/phút hoặc nhỏ hơn 250 vòng/phút), tải trọng và tốc độ ổn định, làm việc liên tục trong thời gian dài

Các chỉ tiêu quan trọng: chỉ số cetane, hàm lượng lưu huỳnh, độ nhớt, điểm đông đặc, điểm chớp cháy

5) Dầu FO (Fuel oil)

Là nhiên liệu đốt lò, tuỳ chủng loại, thành phần có thể bao gồm các phân đoạn chưng cất nặng, được phân loại chủ yếu theo nhiệt độ chớp cháy và độ

nhớt Theo tiêu chuẩn ASTM, FO được phân thành 6 loại phù hợp với đặc tính kỹ thuật của từng thiết bị sử dụng:

+ Loại 1: có nhiệt độ sôi trong khoảng 2000C – 3000C Dùng cho béc đốt có thiết bị bốc hơi nhiên liệu Có độ bay hơi cao và độ nhớt thấp

+ Loại 2: có nhiệt độ sôi cuối khoảng 3500C, nặng hơn loại 1, dùng cho béc đốt có thiết bị tán sương nhiên liệu Có độ bay hơi cao và độ nhớt thấp Loại

1 và loại 2 dùng cho các lò đốt cỡ nhỏ và trung bình

+ Loại 3 (nhẹ): phân đoạn nặng hoặc pha trộn giữa phân đoạn nặng và phần cặn, có độ nhớt vào khoảng 2 – 5,8 cSt (380C), dùng cho các béc đốt có thiết bị tán sương nhiên liệu có độ nhớt cao

+ Loại 4 (nặng): hỗn hợp giữa phân đoạn nặng và phần cặn có độ nhớt khoảng 5,8 – 26,8 cSt (380C), dùng cho béc đốt có thiết bị tán sương nhiên liệu có độ nhớt cao, không cần thiết bị gia nhiệt

+ Loại 5 (nhẹ): phần cặn chưng cất, có độ nhớt trung bình 26,4 – 26,5 cSt (380C), độ nhớt cao hơn loại 4 Thiết bị gia nhiệt chỉ cần đến nếu sử dụng trong điều kiện khí hậu lạnh hoặc có các loại béc đốt đặc biệt

+ Loại 5 (nặng): phần cặn chưng cất, có độ nhớt từ 65 – 194 cSt (380C), độ nhớt cao hơn loại 5 nhẹ Có công dụng như loại 5 nhẹ

+ Loại 6: phần cặn chưng cất có độ nhớt cao Cần thiết bị gia nhiệt trong việc tồn trữ, bơm rót và thiết bị gia nhiệt ở béc đốt giúp cho việc tán sương nhiên liệu được dễ dàng Loại này chỉ sử dụng trong công nghiệp

Các chỉ tiêu quan trọng: nhiệt độ chớp cháy, độ nhớt, độ sạch, điểm đông đặc, hàm lượng lưu huỳnh

III.1.2 Các loại dung môi hữu cơ

Chưng cất dầu thô hay các phân đoạn dầu thô tạo các phân đoạn hẹp hơn có thể thu được các loại dung môi hữu cơ dùng trong các lĩnh vực như: công nghiệp cao su, sản xuất giày, sản xuất sơn, mực in và chất tẩy rửa Dưới đây là một số loại dung môi có nguồn gốc dầu mỏ được sử dụng phổ biến:

1) Ether dầu mỏ (Petroleum ether)

Ether dầu mỏ là hỗn hợp của các parafin nhẹ, là phân đoạn dễ bay hơi nhất trong các loại dung môi thường dùng và thường có khoảng nhiệt độ sôi hẹp và độ sạch tương đối cao, được dùng làm trích ly chất thơm, trích ly chất béo, dầu thực vật và có thể dùng như nhiên liệu Ether dầu mỏ được chế tạo từ các sản phẩm chưng cất trực tiếp, sản phẩm alkyl hoá, các sản phẩm tổng hợp Chúng được lưu hành dưới hai nhãn mác : 40 – 70 và 70 – 100 (các con số vừa nêu ứng với giới hạn sôi)

2) Dung môi cao su (Rubber solvent)

Dung môi cao su là phân đoạn chưng cất có khoảng nhiệt độ sôi thấp (70 –

1200C) được dùng trong công nghiệp sản xuất bột cao su, chất keo dính, lốp cao

su, đệm phanh, mực khắc, tách béo da, mực và sơn lắc Dung môi cao su được chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ hoặc từ quy trình reforming xúc tác đã được khử thơm

3) Dung môi dùng trong công nghiệp sơn (White spirit)

Dung môi dùng trong công nghiệp sơn được sản xuất từ phân đoạn xăng chưng cất trực tiếp từ dầu mỏ và được chưng cất lại trong khoảng sôi hẹp 165 –

2200C Hàm lượng hydrocarbon thơm đạt tới 16%

White spirit còn được gọi là xăng trắng hay xăng thơm, thuộc họ dung môi hydrocarbon Về bản chất, White spirit là một sản phẩm dầu mỏ được lấy từ phân đoạn cuối phân đoạn xăng và đầu phân đoạn kerosene

White spirit được sử dụng chủ yếu trong công nghiệp sơn dầu và một số ngành công nghiệp khác như làm chất pha sơn, làm khô sơn, cho in màu trên vải

Vì vậy, nó còn có tên là xăng pha sơn Ngoài ra, nó còn được dùng để khử dầu mỡ trên bề mặt kim loại, pha chế chất đánh bóng, lau khô

Trên thị trường thường có 3 loại White spirit:

+ Dung môi pha sơn có hàm lượng aromatic thấp (Low aromatic White spirit)

+ Dung môi pha sơn có điểm chớp cháy cao (High flash White spirit)

+ Dung môi pha sơn có hàm lượng aromatic cao (High aromatic White spirit)

4) Xăng dung môi dùng trong mục đích kỹ thuật

Xăng dung môi dùng trong mục đích kỹ thuật công nghiệp có thành phần phân đoạn rộng lớn hơn ứng với khoảng sôi 45 – 1700C Xăng dung môi dùng

cho các mục đích kỹ thuật công nghiệp là xăng chưng cất trực tiếp, không có cacbuahydro loại C2H5-, không có chất thơm (hàm lượng cacbuahydro thơm không quy định) Xăng dung môi kỹ thuật dùng làm dung môi trong ngành công nghiệp da nhân tạo, dùng để làm sạch vải, rửa kim loại và các chi tiết chống ăn mòn

III.2 Thị trường các sản phẩm dầu mỏ ở Việt Nam

III.2.1 Thị trường nhiên liệu

1) Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu

So với các nước trong khu vực thì nhu cầu tiêu thụ xăng dầu của Việt Nam không cao và phần lớn nguồn xăng dầu được tiêu thụ là do nhập khẩu, chủ yếu từ Singapore vào ba đầu mối tiếp nhận lớn là Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng và Hòn Gai Từ đó phân phối đến các kho trên toàn quốc bằng nhiều phương tiện vận chuyển khác nhau

Theo thống kê, từ năm 2000 đến 2004, tổng sản lưởng xăng dầu nhập khẩu có mức tăng trưởng bình quân khoảng 12%/năm Năm 2000 nhập 7,533 triệu tấn, năm 2001 là 8,013 triệu tấn, năm 2002 là 8,960 triệu tấn, năm 2003 là 9,841 triệu tấn và năm 2004 là 12 triệu tấn

Con số nói trên chưa thật chính xác nhưng khá phù hợp với con số của tạp chí Oil & Gas công bố vào đầu năm 2005, trong đó mức tiêu thụ xăng dầu ở Việt Nam là 0,95 thùng/người/năm Nhu cầu xăng dầu trung bình của thế giới là 5 thùng/người/năm trong lúc đó ở Mỹ là 25 thùng/người/năm (1 tấn xăng bằng khoảng 7,2 thùng)

Thị trường xăng dầu Việt Nam hình thành ba vùng tiêu thụ Trong những năm qua, thị trường miền Nam tiêu thụ khoảng 55 – 60%, miền Bắc khoảng 30 – 35% và miền Trung khoảng 10 – 15%

Kể từ khi thực hiện cải cách kinh tế, Việt Nam đã đạt được nhiều thành tích đáng khích lệ về sự phát triển kinh tế xã hội Giai đoạn 1990 – 1995 đạt tốc độ tăng trưởng GDP bình quân 8,2%/năm Các năm 1996, 1997 GDP liên tục tăng trưởng cao (9,3% và 8,2%) tuy nhiên do ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tài chính khu vực nên năm 1998 chỉ còn 5,6% Sau khủng hoảng, do các chính sách đúng đắn của Chính phủ nên sự phát triển đã được phục hồi, sự tăng trưởng cũng tăng khá: năm 2003 tăng 7,4%, năm 2004 tăng 7,7% Dự kiến năm 2005, để đạt được các chỉ tiêu kinh tế xã hội sự tăng trưởng GDP sẽ phải ở con số 8,5%

Sự phát triển ngành xăng dầu gắn chặt vào sự phát triển của nền kinh tế nói chung và những chính sách kinh tế điều tiết cho ngành nói riêng Kinh tế

phát triển nhanh sẽ làm gia tăng nhu cầu tiêu dùng cá nhân cũng như của cả xã hội và ngược lại Dự báo sự tăng trưởng lạc quan của nền kinh tế sẽ ảnh hưởng tốt đến sự phát triển của ngành xăng dầu

Dưới đây là một số số liệu thống kê của Việt Nam theo tổng hợp số liệu của Ngân hàng thế giới qua các năm

Bảng I-3 Số liệu thống kê về tăng trưởng kinh tế của Việt Nam qua các năm

Vận chuyển hàng không Năm (MUSD) GDP

Giá trị công nghiệp tăng thêm (MUSD)

Số xe máy/1000 dân

Dân số (triệu người)

Giá trị sản xuất điện tăng thêm (GWh)

Máy nông nghiệp (chiếc) hàng tấn

hóa/km

Nghìn người

Nguồn : World Bank Development 2003

Bảng I-4 Sản lượng xăng dầu tiêu thụ trong nước từ 1995 – 2002

+ Xăng

Hộ tiêu thụ xăng chính là giao thông vận tải Giai đoạn 1990 – 1995 tiêu thụ xăng tăng ở mức 17,86%/năm, giai đoạn 1995 – 1998 tăng 7,9%/năm, giai đoạn 1998 – 2002 tăng trung bình 8,3%/năm và mức tiêu thu năm 2002 vào khoảng 2098 nghìn tấn Gần đây khi Nhà nước đưa ra các biện pháp tránh ùn tắc giao thông bằng cách hạn chế một phần sự gia tăng lượng xe găn máy hai bánh nhưng do sự phát triển nhanh của nền công nghiệp xe hơi nên lượng xăng tiêu thụ trong những năm tới cũng vẫn tiếp tục tăng cao

+ Nhiên liệu phản lực

Là sản phẩm trung bình, tiêu thụ ở Việt Nam năm 1998 là 300.000 tấn, chiếm 3,93% tông nhu cầu sản dầu và chủ yếu được sử dụng cho vận tải hàng không Do chủ trương mở rộng quan hệ ngoại giao và tăng cường hợp tác với nước ngoài, do sự phát triển nhanh của ngành du lịch, nên những năm tới nhu cầu về nhiên liệu phản lực sẽ tăng đáng kể

+ Nhiên liệu Diesel

Có nhu cầu tiêu thụ cao nhất, chiếm tới 42% tồng nhu cầu về nhiên liệu sử dụng Mức tiêu thụ năm 1998 là 46,8kg/người, năm 2002 là 53,5kgt/người, chủ yếu phục vụ cho công nghiệp và giao thông vận tải Những năm tới nhu cầu D.O vẫn sẽ tăng nhưng chỉ ở mức trung bình

+ Nhiên liệu F.O

Năm 2002 tiêu thụ khoảng 2583 nghìn tấn F.O và chiếm khoảng 25% tổng nhu cầu nhiên liệu và có tỷ lệ tiêu thụ khá cao trong hơn mười năm qua Tiêu thụ F.O tăng trung bình 9,6%/năm giai đoạn 1990 – 1995, 16%/năm giai đoạn

1995 – 1998 và giai đoạn 1998 – 2002 là 18,3%/năm Tiêu thụ tăng cao do phát triển công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và các nhà máy nhiệt điện, sự hình thành các khu công nghiệp tập trung có trạm phát nhiệt điện Ưu điểm của F.O là giá rẻ, dễ vận chuyển và tồn trữ nhưng gây ô nhiễm và hiệu quả thấp Hiện

nay, các nhà máy sản xuất vật liệu đã ổn định và sự gia tăng không còn cao như mấy năm trước

Ngày 16 – 2 – 2005 cam kết thực hiện Nghị thư Kyoto đã có sự phê chuẩn của 55 nước tham gia công ước khung về biến đỏi khí hậu Theo Thứ trưởng Bộ Tài Nguyên và Môi Trường Nguyễn Công Thành cho biết, Việt Nam tuy phê chuẩn Nghị định thư Kyoto, song là nước đang phát triển nên không bắt buộc thực thi Mặc dù vậy Việt Nam vẫn nỗ lực tham gia, và chủ trương tăng cường các dự án CDM (cơ chế phát triển sạch) nhằm cải tiến công nghệ, môi trường và mang lại lợi nhuận cho đất nước Vì vậy, nhiều nhà máy nhiệt điện đã và sẽ chuyển sang sử dụng D.O hay thủy điện nên mức tăng trưởng về tiêu thụ nhiên liệu F.O sẽ giảm đáng kể trong thời gian tới

1) Dự báo nhu cầu tiêu thụ xăng dầu

Nhu cầu tiêu thụ xăng dầu chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như: sự gia tăng về tăng trưởng GDP, sự phát triển về hệ thống cơ sở hạ tầng, về sự gia tăng số lượng xe máy, tốc độ phát triển của ngành công nghiệp, gia vận chuyển hành khách.v.v Do vậy việc dự báo nhu cầu tiêu thụ xăng dầu một cách chính xác là hết sức khó khăn Có rất nhiều nguồn dự báo nhu cầu tiêu thụ xăng dầu của Việt Nam trong nước và nước ngoài Trong nước hiện có nhiều nguồn dự báo khác nhau về nhu cầu, cơ cấu tiêu thụ theo sản phẩm và theo vùng, ngắn hạn hay dài hạn.v.v Mặc dù các số liệu dự báo có khác nhau theo cơ quan hay tác giả dự báo, nhưng mức độ khác nhau không quá lớn ở đa số trường hợp Dự báo của các

cơ quan, đơn vị kinh doanh như Bộ Thương mại, Petrolimex…thường dựa trên số liệu quá khứ và kinh nghiệm lập kế hoạch, còn các đơn vị nghiên cứu khác thường căn cứ theo tỷ lệ trong GDP Một số tổ chức nước ngoài khác cũng dựa trên GDP hoặc có mô hình dự báo riêng (MDEES, WASP) Dưới đây là một số dự báo:

Bảng I-5 Dự báo của WB trên mô hình năng lượng WASP (1998), trường hợp cơ sở

Sản phẩm, tr.tấn/năm 2000 2005 2010

Các nhiên liệu trung bình khác 0,38 0,62 1,01

Bảng I-6 Dự báo nhu cầu tiêu thụ xăng dầu trong nước năm 2002 - 2015

Bảng I-7 Mức tăng trưởng so với năm trước, %

Năm Xăng Jet A1 Dầu hỏa D.O F.O

Bảng I-8 Dự báo nhu cầu các sản phẩm xăng dầu Việt Nam đến năm 2015

Nguồn : Nghiên cứu quy hoạch phát triển Lọc – Hóa dầu đến năm 2010 và định

hướng đến năm 2020 của ngành Dầu khí VN – Quyển 1 : phần Lọc dầu RDCPP

1999

Bảng I-9 Dự báo nhu cầu tiêu thụ xăng dầu đến năm 2010

Nguồn: Chiến lược phát triển ngành Dầu khí Việt Nam đến năm 2010 và định

hướng đến năm 2020 Số 11/CV – HĐQT ngày 09/04/2003

Qua số liệu tiêu thụ sản phẩm dầu trong quá khứ, dựa trên các yếu tố ảnh

hưởng:

+ GDP

+ Giá trị sản xuất công nghiệp tăng thêm

+ Công suất sản xuất điện tăng thêm

+ Số lượng máy nông nghiệp…

+ Vận chuyển hàng không

để phân tích tình hình phát triển làm cơ sở nhu cầu

Bảng I-10 Dự báo nhu cầu tiêu thụ sản xăng dầu đến năm 2020 (*)

Sản phẩm, nghìn tấn/năm 2005 2010 2015 2020

Tổng cộng nhiên liệu 11.796 15.964 20.106 24.344

(*) Áp dụng cho Nhà máy lọc dầu số 3

III.2.2 Thị trường dung môi

1) Nhu cầu tiêu thụ 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…

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)

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 sỉ 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 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…

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

IV KẾ HOẠCH HOÁ VÀ TỐI ƯU HOÁ TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

IV.1 Lập kế hoạch sản xuất

Lập kế hoạch sản xuất là một trong những công tác có tầm quan trọng hàng đầu của nhà máy lọc dầu hay của bất kỳ nhà máy sản xuất nào khác Nó đảm bảo đem lại lợi ích kinh tế cao nhất và giảm thiểu rủi ro cho hoạt động sản xuất và kinh doanh của một công ty

Nhiệm vụ cơ bản của công tác lập kế hoạch sản xuất ở các nhà máy lọc dầu là phải chỉ ra được khối lượng của từng loại sản phẩm cần sản xuất trong mỗi tháng, hoặc mỗi năm, căn cứ trên các yếu tố ảnh hưởng như nhu cầu tiêu thụ, biến động của thị trường dầu khí, nhịp điệu cung cấp nguyên liệu, tình trạng vận hành của thiết bị.v.v Ở đây, yêu cầu là kế hoạch đặt ra phải là một kế hoạch tối ưu Một kế hoạch được gọi là tối ưu khi nó thoả mãn các điều kiện:

1- Các sản phẩm dầu khí sản xuất ra phải đáp ứng được nhu cầu của người

tiêu dùng về phương diện khối lượng và chất lượng

2- Phải phù hợp khả năng cung cấp về nguyên liệu, sức sản xuất của máy

móc, thiết bị và nhiều điều kiện nội tại khác của nhà máy Đối với các nhà máy lọc dầu, điều kiện về nguyên liệu được xem là yếu tố quan trọng nhất do nguồn dầu thô cung cấp luôn biến động về tính chất cũng như giá cả và số lượng

3- Phải đạt được một chỉ tiêu kinh tế nào đó có lợi nhất, ví dụ, tiết kiệm

nguyên liệu nhất, giá thành thấp nhất, chi phí năng lượng ít nhất, thời gian quay vòng vốn lưu động nhanh nhất, v.v

Việc tìm kiếm một phương án như vậy không phải là khó nhưng không phải khi nào cũng thực hiện được, bởi vì trong sản xuất có rất nhiều yếu tố chi phối đến quá trình mà chúng ta chưa lường hết được, hoặc những giới hạn mà chúng

ta phải tuân theo Trong lý thuyết quy hoạch toán học chúng ta quen gọi những giới hạn đó là những ràng buộc hoặc là điều kiện biên, hoặc điều kiện ràng buộc

Bài toán quy hoạch sẽ cho ta nhiều nghiệm số Trong nhiều nghiệm số đó

ta phải chọn lấy một Nghiệm này phải thoả mãn các điều kiện giới hạn và phải làm cực đại hoặc cực tiểu một chỉ tiêu kinh tế nào đó Để giải quyết vấn đề này, quy hoạch toán học hay còn gọi là tối ưu hoá là công cụ chủ yếu mà ta phải sử dụng Điều khó khăn lớn nhất ta phải khắc phục khi sử dụng phương pháp này là

đồng thời một lúc phải giải hệ nhiều phương trình và nghiệm của bài toán quy hoạch không phải lúc nào cũng ổn định

Việc lựa chọn phương án tốt nhất (tối ưu) trong tập hợp những phương án chập nhận được là một quá trình tính toán khá phức tạp, đơn thuần mang tính chất toán học Để thực hiện được quá trình tính toán đó ta phải sử sụng những phương pháp tính riêng Giải bài toán để tìm một phương án tối ưu cho sản xuất thuộc loại bài toán tìm cực trị có điều kiện, nghĩa là chúng ta phải đi tìm giá trị lớn nhất hoặc bé nhất của hàm nhiều biến đồng thời phải thoả mãn các điều kiện ràng buộc của các biến đó

Nền kinh tế thế giới ngày càng phát triển, nhu cầu tiêu thụ các sản phẩm dầu khí càng cao đòi hỏi các nhà máy lọc dầu phải luôn không ngừng cải tiến kỹ thuật, sáng chế phải tìm ra những loại sản phẩm mới nhằm đa dạng hoá nguồn sản phẩm cung cấp cho thị trường Từ đây nảy sinh ra sự gia tăng số lượng hạng mục sản phẩm Hiển nhiên là chi phí cho từng hạng mục sản phẩm sẽ khác nhau và giá thành của chúng cũng khác nhau Vậy trong tất cả các loại sản phẩm đó nhà máy nên tập trung sản xuất loại sản phẩm nào và số lượng bao nhiêu để có lợi nhất về mặt nào đó Trả lời câu hỏi đó là nhiệm vụ của người lập kế hoạch sản xuất và giải pháp đúng nhất trong trường hợp này là phải tìm phương án tối

ưu

Trong khi lập kế hoạch sản xuất, vấn đề có ý nghĩa quan trọng hơn cả là phải xác định được các tiêu chuẩn cần tối ưu Ứng với một tiêu chuẩn tối ưu, có các giới hạn tương ứng Đối với một dạng bài toán tối ưu, khi chọn tiêu chuẩn tối

ưu khác nhau thì nghiệm của bài toán cũng hoàn toàn khác nhau Tiêu chuẩn tối

ưu là một đại lượng, một chỉ số nào đó mà ta cần phải cực đại hoá hoặc cực tiểu hoá Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà tiêu chuẩn tối ưu có thể là tiêu chuẩn công nghệ hoặc tiêu chuẩn kinh tế

Trong quá công nghiệp chế biến dầu khí, các tiêu chuẩn tối ưu thường là các đại lượng sau:

+ Giá thành công xưởng thấp nhất

+ Lợi nhuận nhiều nhất

+ Nguyên liệu tiêu tốn ít nhất

+ Năng suất máy cao nhất

+ Nhân lực tham gia sản xuất ít nhất

+ Chi phí vận tải thấp nhất

+ Dự trữ nguyên liệu và lưu kho sản phẩm hợp lý nhất

+ Tiêu hao năng lượng ít nhất

+ Chất lượng sản phẩm hợp lý nhất

+ Hao phí nguyên liệu ít nhất

+ Thời gian dừng máy do sự cố ít nhất

+ Thời gian xử lý sự cố nhanh nhất

+ Hao mòn thiết bị ít nhất, v.v

Ngành dầu khí đóng vai trò rất lớn trong nền kinh tế quốc dân Hiện nay, phần lớn các sản phẩm dầu khí trong nước đều là ngoại nhập Tương lai khi nhà máy lọc dầu số 1 ở Dung Quốc (Quảng Ngãi) và nhà máy lọc dầu số 2 ở Nghi Sơn (Thanh Hoá) đi vào hoạt động thì vai trò của ngành công nghiệp chế biến dầu khí sẽ chiếm một tỷ trọng không nhỏ trong nền kinh tế quốc dân

Yêu cầu của công tác quản lý sản xuất ngày càng khoa học và chặt chẽ Trình độ sản xuất càng tiên tiến thì tính khoa học trong công tác quản lý càng cao

Lập kế hoạch sản xuất là một trong những khâu quan trọng nhất trong công tác quản lý Kế hoạch sản xuất của một nhà máy, một công ty là động lực thúc đẩy sản xuất của nhà máy, công ty đó phát triển Lập kế hoạch tối ưu là một bước phát triển cao trong công tác quản lý sản xuất Một kế hoạch tối ưu bao giờ cũng chỉ cho ta một phương án cụ thể để sử dụng nhân lực, vốn đầu tư, quỹ thời gian, quỹ thiết bị, quỹ nguyên liệu…để sản xuất các loại sản phẩm theo một chiều hướng có lợi nhất

IV.2 Tối ưu hoá quá trình sản xuất ( lập kế hoạch tối ưu)

Tối ưu hoá quá trình bất kỳ là để tìm điểm thích hợp nhất (tối ưu) của hàm số được nghiên cứu hoặc để tìm các điều kiện tối ưu tương ứng để tiến hành quá trình đã cho Để đánh giá điểm tối ưu, trước hết cần phải chọn các tiêu chuẩn tối

ưu hoá Tiêu chuẩn tối ưu hoá có thể là một trong những tiêu chuẩn được liệt kê

ở phần trên

Trên cơ sở của tiêu chuẩn đã được chọn ta lập ra hàm mục tiêu hoặc hàm xuất, nó biểu diễn sự phụ thuộc giữa tiêu chuẩn tối ưu hoá và các thông số ảnh hưởng đến giá trị của tiêu chuẩn tối ưu hoá này Bài toán tối ưu hoá dẫn tới việc tìm cực trị (cực đại hoặc cực tiểu) của hàm mục tiêu Cần chú ý rằng bài toán tối

ưu đặt ra khi cần tìm một giải pháp ưu việt nhất để dung hoà ảnh hưởng của tất

cả các yếu tố tác dụng ngược nhau đến kết quả của quá trình, về các yếu tố đó có thể lấy ví dụ như năng suất và hiệu suất, số lượng và chất lượng

Thông thường đối với các quá trình và các hệ thống được điều khiển tự động, người ta phân ra hai giai đoạn tối ưu hoá: tĩnh và động

Tối ưu hoá tĩnh giải quyết vấn đề lập ra và thực hiện hoá chế độ ổn định của quá trình, còn tối ưu động lập ra và hiện thực hoá điều khiển tối ưu quá trình

Quá trình tối ưu hoá có thể được thực hiện ở nhiều mức độ khác nhau trong hệ thống công nghệ hoá học Từ tổ hợp liên hiệp các nhà máy với nhau cùng với mạng lưới phân phối cho đến các nhà máy riêng lẻ Từ tổ hợp các thiết bị, dây chuyền công nghệ cho đến từng thiết bị riêng lẻ thậm chí các cấu trúc nhỏ hơn bên trong từng thiết bị

Việc giải các bài toán tối ưu sử dụng nhiều công cụ toán học khác nhau Để thành lập một bài toán tối ưu đòi hỏi phải sử dụng các biểu thức toán học, điều quan trọng là các biểu thức toán học phải mô tả được mục tiêu cần tối ưu hoá trong quá trình lập kế hoạch sản xuất Một bài toán tối ưu thường bao gồm ba phần cơ bản sau:

− Hàm mục tiêu

− Các phương trình ràng buộc

− Các bất phương trình ràng buộc

Không thể có một thuật toán hay một phương pháp đơn thuần nào có thể giải được mọi bài toán tối ưu Việc lực chọn phương pháp tính toán cho từng bài toán tối ưu chủ yếu phụ thuộc vào đặc điểm của hàm mục tiêu, các ràng buộc và số lượng các biến độc lập và phụ thuộc

Các bước cơ bản để phân tích và giải một bài toán tối ưu như sau:

Bước một: Xây dựng mô hình định tính cho vấn đề thực tế, tức là xác định

các yếu tố có ý nghĩa quan trọng nhất và xác lập các quy luật mà chúng tuân theo Hay nói cách khác là phải thể hiện được ý tưởng của ta bằng lời trên đối tượng cần quan tâm Ở đây cần phải xác định được môi trường cần đạt là cái gì, và mục tiêu đó bị chí phối bởi những yếu tố nào

Bước hai: Xây dựng mô hình toán học cho vấn đề đang xét Từ những tư

liệu này và ý tưởng đã được xác định ở bước một, ta diễn tả lại chúng dưới dạng ngôn ngữ toán học Như vậy, mô hình toán học là trừu tượng hoá dưới dạng ngôn ngữ toán học của hiện tượng thức tế, cần phải xây dựng sao cho việc phân tích

nó cho phép ta hiểu được bản chất của hiện tượng Mô hình toán thiết lập các mối quan hệ giữa các biến số và các tham số điều khiển hiện tượng Việc làm rất quan trọng ở bước này là phải xác định hàm mục tiêu, tức là một đặc trưng bằng số mà giá trị càng lớn (hoặc càng nhỏ) của nó tương ứng với hiệu quả càng tốt hơn giải quyết vấn đề mà người lập kế hoạch mong muốn Tiếp theo, phải diễn tả bằng các phương trình hoặc bất phương trình các điều kiện kinh tế kỹ thuật Đó là các ràng buộc toán học mà các biến số phải tuân theo

Bước ba: Sử dụng các công cụ toán học để khảo sát và giải quyết bài toán

đã thiết lập ở bước hai Căn cứ trên bài toán đã được xây dựng cần phải chọn hoặc xây dựng phương pháp giải cho phù hợp Tiếp theo đó phải cụ thể hoá phương pháp giải bằng các thuật toán tối ưu Nếu bài toán có kích thước lớn không giải được bằng tay thì phải sử dụng máy vi tính Trong trường hợp này cần phải chương trình hoá thuật toán bằng ngôn ngữ lập trình thích hợp, sau đó đưa lên máy tính để chạy và in kết quả

Bước bốn: Phân tích và kiểm tra lại kết quả tính toán thu được ở bước ba

Trong bước này cần xác lập mức độ phù hợp của mô hình lý thuyết với vấn đề thực tế mà nó mô tả Để thực hiện bước này, có thể làm thực nghiệm hoặc áp dụng các phương pháp phân tích chuyên gia Ví dụ, khi thiết lập bài toán tính tỷ số hối lưu lý thuyết và nhiệt độ đáy tháp chưng cất để thu sản phẩm naphtha pha xăng có các chỉ tiêu chất lượng là những đại lượng xác định trước (theo điều kiện biên) thì sau khi thu được lời giải, ta phải tiến hành thực nghiệm theo kết quả đó và phân tích các chỉ tiêu chất lượng của sản phẩm naphtha xem chúng có thoả mãn các điều kiện ràng buộc hay không

Sau khi thực hiện bước bốn, có hai khả năng sẽ xảy ra:

¾ Khả năng thứ nhất là kết quả tính toán phù hợp với thực tế Khi đó có thể áp dụng nó vào việc giải quyết vấn đề từ thực tế đặt ra Nếu bài toán đặt ra có quy mô lớn và có khả năng ứng dụng nhiều lần thì nên lập một bảng tổng kết ghi rõ cách đặt vấn đề, mô hình toán học, thuật toán tối ưu để tiến tới xây dựng phần mềm bảo đảm giao diện thuận tiện giữa người sử dụng và máy tính

¾ Khả năng thứ hai là các kết quả tính toán không phù hợp với thực tế trong trường hợp này cần phải kiểm tra:

− Thuật toán và phương thức tính toán ở bước ba có đủ độ tin cậy hay không Nếu kiểm tra thấy chắc chắn là nghiệm bài toán thu được tương ứng với quy hoạch đã được xây dựng thì điều đó có nghĩa là “trục trặc” sẽ nằm ở bước hai hoặc bước một

− Kiểm tra lại xem ở bước hai, với các thông tin thu được ở bước một, việc xây dựng dạng mô hình đã hợp lý chưa, đã phản ánh đúng quy luật của hiện tượng chưa

− Kiểm tra lại bước một xem có bỏ sót yếu tố nào không Các yếu tố đưa vào mô hình đã đặc trưng chưa Nếu thấy có nghi ngờ thì phải rà soát lại một lần nữa và thực hiện lại các bước đã nêu trên đây Việc kiểm tra, điều chỉnh và sửa đổi lại mô hình có thể phải lặp đi lặp lại nhiều lần cho đến khi thu được kết quả tính toán phù hợp với thực tế để có thể áp dụng vào việc giải quyết các vấn đề

do thực tế sản xuất đặt ra

V PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PHỤC VỤ TÍNH TOÁN TỐI ƯU

V.1 Quá trình mô phỏng hệ thống công nghệ hoá học

V.1.1 Giới thiệu chung

Như đã nói ở phần trên để tiến hành tối ưu hoá các quá trình công nghệ hoá học thì bước đầu tiên phải xây dựng được mô hình hệ thống công nghệ hoá học đó Quá trình mô phỏng hệ thống công nghệ hoá học là thiết lập mô hình toán học cho mô hình đó Hệ thống công nghệ hoá học là tập hợp những thiết bị liên hệ với nhau bởi các dòng công nghệ và hoạt động như một thể thống nhất Việc mô hình hoá hệ thống công nghệ hoá 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 hoá học là tập hợp của hệ thống các phương trình toán bao gồm cả sự mô tả toán học các quá trình, thiết bị qua các biến số dòng và các phương trình liên kết giữa tập hợp các thiết bị trong sơ đồ Ngân hàng dữ liệu về tính chất hoá lý cũng như nhiệt động của các cấu tử ở dạng tinh khiết và hỗn hợp là yếu tố quan trọng đóng vai trò then chốt trong mô hình toán học của hệ thống công nghệ hoá học Do tính phức tạp của hệ thống công nghệ hoá học mà việc mô hình hoá toán học gặp một số khó khăn về mặt phương pháp luận và tính toán Nguyên nhân chủ yếu do tính đa phương của hệ thống theo thành phần và theo thông số hoạt động cũng như mức độ ảnh hưởng qua lại lẫn nhau ở mức độ cao của các thông số thành phần gồm 8 chế độ công nghệ

Các tổ hợp phương trình tính toán dựa trên nguyên lý mô đun là phổ biến nhất, theo đó mô hình toán học sẽ được phân chia thành những nguyên tố riêng biệt cùng với những công cụ bảo đảm cho việc phối hợp giữa chúng với nhau, theo phương pháp này mỗi thiết bị hay cụm hệ thống công nghệ hoá học được biễu diễn dưới dạng mô hình hoá độc lập riêng biệt gọi là các mô đun công nghệ Các mô đun liên hệ với nhau bởi tổ hợp dòng vật chất và năng lượng Điều khiển hệ thống mô đun là chương trình điều khiển trung tâm có chức năng kiểm tra sự dịch chuyển các dòng thông tin giữa các mô đun và phối hợp công việc toàn bộ chương trình tính toán Ưu điểm của phương pháp mô đun là tiết kiệm đáng kể trong việc xây dựng sự bảo đảm chương trình của toàn bộ hệ thống bảo đảm khả năng phục hồi và mở rộng hệ thống; tính kế tục và tính giai đoạn của việc xây dựng quá trình Bên cạnh đó, khó khăn lớn nhất chính là sự phức tạp của hệ thống khi có sự xuất hiện dòng vật chất và năng lượng tuần hoàn qua hệ thống các thiết bị nhằm tăng hiệu quả sản xuất của hệ thống công nghệ

Trong các chương trình mô phỏng khác nhau, việc mô hình hoá một hệ thống và thực hiện các quá trình tính toán liên quan đến các thông số công nghệ của hệ thống luôn được điều hành dựa trên đại lượng “bậc tự do” (degree of freedom – DOF) của từng thiết bị nói riêng và cả hệ thống nói chung Bậc tự do của một hệ thống là số biến số độc lập có thể thay đổi mà hệ thống vẫn có một đáp ứng đầu ra xác định Nói cách khác, bậc tự do của hệ thống là hiệu số giữa số lượng biến số công nghệ và số mối quan hệ ràng buộc giữa chúng với nhau Khi bậc tự do của hệ thống có giá trị lớn hơn không thì có ít nhất một thông số sẽ có giá trị tuỳ ý mà không phụ thuộc vào các thông số khác Trường hợp giá trị bậc tự do nhỏ hơn không thì ngược lại, có ít nhất một thông số có giá trị cố định trước và thường là khác với thông số tính toán từ hệ thống Chương trình mô phỏng chỉ chạy tốt khi bậc tự do của hệ thống bằng không

V.1.2 Đặc điểm của một chương trình mô phỏng

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

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

- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình có thể có trong công nghệ hoá học như bơm, máy nén, thiết bị truyền nhiệt, tháp chưng… phần này có chứa các mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số công nghệ của quá trình được mô phỏng

- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình điều khiển trong một qui trình công nghệ hoá 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

V.1.3 Các phần mềm mô phỏng công nghệ chế biến dầu & khí

Hiện nay, ở Việt Nam đã có một số phần mềm mô phỏng dùng cho tính toán công nghệ chế biến dầu khí Các phần mềm mô phỏng tập trung chủ yếu ở Petro Viet Nam, Trường Đại học Bách Khoa như Hysim, Hysys, Prosim, Pro/II.v.v Nói chung, các phần mềm đều có khả năng tính toán các quá trình chế biến dầu & chế biến khí Tuy vậy thường chúng có ưu điểm vượt trội cho tính toán một quá trình nào đó Đa số các phần mềm chạy trên môi trường DOS trong đó Hysys và Pro/II chạy trên môi trường Windows Việc sử dụng các phần mềm mô phỏng để tính toán công nghệ các quá trình chế biến khí và dầu mỏ ở nước ta hiện nay còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế vế công nghệ chế biến cũng như kinh nghiệm chạy phần mềm còn quá ít nên kết quả đạt được khi chạy phần mềm chưa đạt độ tin cậy mong muốn Để sử dụng các phần mềm mô phỏng một cách có hiệu quả cần thiết phải có quá trình đào tạo Do vậy, thực tế hiện nay, việc thiết kế và tính toán các quy trình công nghệ cho các dự án vẫn do các công

ty nước ngoài đảm nhận

V.2 Phần mềm mô phỏng Hysys

Hysys là phần mềm mô phỏng tính toán công nghệ cho các quá trình chế biến dầu và khí do công ty Hyprotech viết và phân phối Hysys chính là phiên bản của Hysim vốn chạy trên môi trường DOS Hysys có khả năng tính toán đa dạng và kết quả thu được có độ chính xác cao có thể sử dụng làm số liệu thiết kế công nghệ cho các dự án chế biến dầu khí

V.2.1 Các đặc điểm và ưu điểm của phần mềm Hysys

Hysys có cấu trúc bao gồm các mô đun tính toán khác nhau, các mô đun vừa có khả năng làm việc độc lập vừa có khả năng liên kết trong một quy trình Khả năng giao tiếp giữa chương trình và người sử dụng rất dễ dàng và thuận tiện, so với các phần mềm chạy trên môi trường DOS thì Hysys có ưu điểm hơn hẳn

ƒ Phần mềm Hysys cung cấp nhiều thuật toán tính toán khác nhau phù hợp với các hệ có thành phần khác nhau Ngoài ra, phần mềm còn cung cấp thư viện các hệ có sẵn để lựa chọn chương trình và tự lập riêng thư viện các hệ

ƒ Việc điều hành và tính toán thông số công nghệ của các dòng và các thiết bị khác nhau trong một quy trình mang tính mềm dẻo rất cao Việc thêm hay bớt các dòng hay các thiết bị rất đơn giản và không đòi hỏi nhập lại số liệu ban đầu cũng như thiết lập lại quy trình

ƒ Khả năng tình toán các thông số còn lại khi đã biết đủ các thông số (ví dụ: một dòng vật chất ban đầu chỉ cần biết thành phần, nhiệt độ, áp suất và tốc độ, các thông số còn lại sẽ được tính như thành phần lỏng, hơi, khối luợng riêng, độ nhớt, nhiệt dung riêng…)

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

− Trạng thái tĩnh (Steady state): sử dụng cho việc nghiên cứu thiết kế công nghệ của một quá trình

− Trạng thái động (Dynamic mode): sử dụng cho việc 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

V.2.2 Các thiết bị được mô phỏng trong phần mềm Hysys

Hysys cung cấp các mô hình mô phỏng các thiết bị liên quan đến các quá trình cơ bản trong công nghệ hoá học và chế biến dầu khí Mỗi thiết bị được mô phỏng bằng các thông số khác nhau liên quan đến việc cân bằng vật chất và năng lượng, các quá trình truyền nhiệt, truyền khối, các trạng thái cân bằng…

Có hai loại mô hình thiết bị: mô hình thiết bị phục vụ cho quá trình công nghệ hoá học nào đó (vận chuyển, chưng cất, truyền nhiệt…) và mô hình thiết bị điều khiển

1) Mô hình thiết bị cho các quá trình

ƒ Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger): bao gồm nhiều loại thiết bị t6roa đổi nhiệt từ đơn giản đến phức tạp, loại thiết bị này đòi hỏi thông số của hai dòng trao đồi nhiệt

ƒ Thiết bị đun nóng / làm nguội (Heater / Cooler): là thiết bị trao đổi nhiệt có khả năng làm nóng hay làm lành dòng vật chất đi qua thiết bị và chỉ đòi hỏi thông số của dòng này mà thôi

ƒ Thiết bị trao đổi nhiệt đa dòng (LNG): là thiết bị có khả năng cho phép nhiều dòng trao đổi nhiệt với nhau, loại này đòi hỏi thông số của nhiều dòng

ƒ Thiết bị trộn (Mixer): có chức năng trộn các dòng lại với nhau

ƒ Thiết bị chia dòng (Tee): có chức năng phân một ban đầu dòng thành nhiều dòng với tỷ lệ tuỳ ý

ƒ Các valve: Điều chỉnh lưu lượng dòng

ƒ Cột (Column): sử dụng trong các quá trình chưng cất, hấp thụ Dùng cho quá trình chưng cất (Distillation Column) có nhiều loại cột khác nhau tuỳ theo sự có mặt hay không thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh cũng như nồi đun ở đáy tháp Cột chưng cất cũng bao gồm cả các thiết bị giải hấp (striper) do đó nó cho phép nhập liệu nhiều dòng ở các vị trí khác nhau trên tháp

ƒ Cột phân đoạn (Fractionator): thiết bị tách cấu tử nào đó khỏi dòng nhập liệu

ƒ Thiết bị tách (Seperator): bao gồm thiết bị tách hai pha lỏng – hơi, thiết

bị tách ba pha lỏng nhẹ – hơi – lỏng nặng, thiết bị tách chất rắn (Solid Seperator) khỏi dòng hơi hay dòng lỏng

ƒ Thiết bị phản ứng (Reactor): cho phép mô phỏng nhiều loại phản ứng khác nhau

ƒ Thiết bị nén hay giãn nở khí (Compressor / Expander)

ƒ Bơm (Pump): vận chuyển các dòng

ƒ Thiết bị cần bằng (Balance): bao gồm cân bằng vật chất và năng lượng

ƒ Ống dẫn (Pipe – Segment): dùng trong thiết kế mạng đường ống cho phép khả năng tính toán mọi thông số liên quan đến đường ống như : độ giảm áp suất, nhiệt độ

2) Mô hình thiết bị điều khiển

ƒ Thiết bị thiết lập thông số (Set block): dùng để thiết lập các giá trị của các thông số của các dòng

ƒ Thiết bị điều chỉnh (Adjust): thay đổi thông số của mọi thiết bị nhằm đạt được giá trị mong muốn của các thông số ở dòng khác

ƒ Thiết bị hoàn lưu (Recycle): hoàn lưu một dòng vào thiết bị trước đó, đây là thiết bị không thể thiếu để giải quyết các bài toán có liên quan đến quá trình hoàn lưu

Việc thiết lập các thông số ban đầu cho thiết bị hoàn lưu ảnh hưởng nhiều đến khả năng chạy một quá trình thành công hay không

V.2.3 Các bước để mô phỏng một quy trình công nghệ dùng Hysys

Có nhiều cách tiếp cận và thiết kế một mô hình mô phỏng bằng Hysys, tùy vào khả năng và sở thích của người sử dụng Dưới đây là các bước tạo lập một

mô hình mô phỏng cho một qui trình :

1- Chuẩn bị số liệu : bước này bao gồm việc chuẩn bị một bản vẽ qui trình

công nghệ từ nhập liệu đến sản phẩm đầu ra và chuẩn bị mọi thông số vận hành đã biết của từng thiết bị, cũng như những yêu cầu về tính chất của các dòng trong qui trình Điều này giúp ta dễ dàng nhập những số liệu hay các thông số công nghệ kỹ thuật đặc trưng, còn gọi là các specs (specifications), cho từng thiết bị

2- Chọn hệ đơn vị sử dụng : Tool/ Preferences/ Variables Ta có thể sử

dụng những hệ đơn vị có sẵn hoặc tạo một hệ đơn vị mới theo ý mình Nếu tạo hệ đơn vị mới, ta có thể tùy ý thay đổi đơn vị khi cần

3- Tạo một mô hình mô phỏng mới : chọn File/New Case Ta có thể vào

File/Open Case để mở một mô hình được thiết kế trước Bước này giúp ta vào Simulation basis environment Đây là phần quản lý các yếu tố cơ bản của một qui trình mô phỏng

4- Tạo Fluid Package mới hoặc nhập một Fluid Package có sẵn từ nguồn bên ngoài : Fluid Package là phần quản lý tất cả mọi thông tin liên quan

đến dòng vật chất trong một mô hình, các thông tin này bao gồm các loại cấu tử (Components) có trong thành phần của dòng và loại thuật toán dùng để tính toán các tính chất hoá lý khác nhau của dòng Việc lựa chọn loại thuật toán nào cho quá trình mô phỏng có vai trò rất quan trọng vì nó liên quan đến tính chính xác của kết quả thu nhận được

Chọn thuật toán, cấu tử và định nghĩa các phản ứng hoá học cho Fluid Package vừa tạo lập Đối với các hệ dầu, khí và hoá dầu sử dụng phương trình tính toán Peng Robinson là thích hợp nhất Ngoài chọn loại cấu tử hiện diện trong Fluid Package ra, người sử dụng còn có thể nhập các hệ giả định (Hypotheticals) cho quá trình mô phỏng, hệ giả định không chứa các cấu tử riêng rẽ mà chứa các thông tin iên quan đến hệ ví dụ như các thông số hoá lý, đường cong ASTM, TBP, khối lượng phân tử…

5- Thiết lập mô hình quy trình công nghệ: nhìn chung có hai cách thiết

lập các dòng và thiết bị của một quy trình Ta có thể sử dụng Workbook hoặc PFD (Process flowsheet diagram) Việc sử dụng PFD được ưa chuộng hơn vì ta có thể điều chỉnh sơ đồ theo ý muốn Công việc này khá đơn giản vì Hysys đã có sẵn các mô hình mẫu của các thiết bị và các dòng vật chất cũng như các dòng năng lượng, chỉ việc kích hoạt, đặt tên và gắn kết chúng theo sơ đồ qui trình công nghệ trên thực tế

6- Nhập số liệu cho các dòng và thiết bị: ta có thể nhập số liệu theo kiểu

“cuốn chiếu”, tức là tạo được dòng và thiết bị nào thì nhập số liệu ngay và các