TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM HYSYS
Tầm quan trọng của các phần mềm mô phỏng
Dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu đã được biết đến từ lâu, nhưng nhu cầu gia tăng mạnh mẽ vào thế kỷ XX nhờ vào sự phát triển của động cơ đốt trong và các ngành công nghiệp Điều này đã khiến dầu mỏ và khí đốt tự nhiên trở thành nguồn tài nguyên quan trọng trong cuộc sống hiện đại.
Hiện nay, dầu và khí đốt tự nhiên không chỉ được sử dụng như một nguồn năng lượng truyền thống mà còn là nguyên liệu quý giá cho ngành công nghiệp hóa học Nhà bác học Menđêlêép từng nhấn mạnh rằng việc sử dụng dầu làm chất đốt là một sai lầm, vì dầu có tiềm năng lớn trong việc sản xuất nhiều sản phẩm hóa học.
Trước đây, việc lên kế hoạch cho dự án rất tốn thời gian và khó xác định tính khả thi Tuy nhiên, sự ra đời của phần mềm mô phỏng đã giúp công việc này trở nên dễ dàng hơn Chúng ta có thể mô phỏng hoạt động của nhà máy trong nhiều chế độ khác nhau và điều chỉnh các thông số mà không ảnh hưởng đến hoạt động chung Các phần mềm này cho phép thiết kế dự án, tìm phương án tối ưu nhanh chóng, đạt hiệu quả kinh tế và có thể áp dụng cho hầu hết các lĩnh vực trong ngành dầu khí và công nghiệp hóa chất, đảm bảo tính khả thi cho các kế hoạch lớn trong tương lai.
Hiện nay, có nhiều phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực công nghệ hóa học, nổi bật trong số đó là các phần mềm mạnh như PRO/II, Dynsim (Simsci), HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX và BDK (Hyprotech).
TSWEET (Bryan research & engineering); Design II (Winsim); IDEAS Simulation; Simulator 42,… Trong đó, phổ biến là Hysys
Mô phỏng (simulation) là phương pháp mô hình hóa dựa trên việc xây dựng mô hình số và áp dụng các phương pháp số để tìm ra giải pháp với sự hỗ trợ của máy tính Để thực hiện mô phỏng một quá trình trong thực tế, cần phải có những yếu tố nhất định.
- Mô hình nguyên lí: Nguyên lí của quá trình và mối liên hệ giữa các thông số liên quan
- Mô tả toán học : dùng các công cụ toán học để mô tả mô hình nguyên lí
- Xử lí các biểu thức và các ràng buộc
Quá trình thực tế là một tập hợp phức tạp với nhiều yếu tố, không thể mô tả chính xác bằng toán học Khi độ phức tạp tăng lên, số lượng thông số, biến số, phương trình và ràng buộc cũng tăng theo Việc giải quyết đồng thời ba bước này yêu cầu khối lượng tính toán lớn, do đó, mô phỏng bằng máy tính trở thành điều cần thiết Trong ngành công nghệ hóa học và công nghệ lọc hóa dầu, mô phỏng giữ vai trò quan trọng trong thiết kế, phân tích, vận hành và tối ưu hóa hệ thống.
Có thể phân quá trình mô phỏng làm 2 phần :
Mô phỏng tĩnh (Steady Simulation) là mô phỏng quá trình ở trạng thái dừng, dung để:
- Thiết kế ( Designing) một quá trình mới
- Thử lại, kiểm tra lại (Retrofitting) các quá trình đang tồn tại
- Hiệu chỉnh (Troubleshooting) các quá trình đang vận hành
- Tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình đang vận hành
Mô phỏng động (Dynamic Simulation) là quá trình mô phỏng thiết bị và quy trình trong trạng thái hoạt động liên tục Nó cho phép người dùng khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống theo thời gian, đồng thời cung cấp phương pháp xử lý tình huống giả lập hiệu quả trong thiết kế và vận hành Mục tiêu là đảm bảo an toàn và tối ưu hóa quy trình.
Giới thiệu về phần mềm Hysys
Hysys là phần mềm chuyên dụng cho việc tính toán và mô phỏng công nghệ trong ngành chế biến dầu và khí, đặc biệt tập trung vào các quá trình xử lý và chế biến phổ biến nhất.
Hysys chạy trên Windows là phiên bản mới nhất của Hysim, phần mềm này trước đây dùng trên hệ điều hành Dos
Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech-Canada thuộc công ty AEA
Phần mềm Hyprotech Ltd cung cấp giải pháp tính toán đa dạng với độ chính xác cao, hỗ trợ người dùng trong việc khảo sát và thiết kế nhà máy chế biến khí Hysys không chỉ sở hữu thư viện thuật toán phong phú mà còn cho phép người dùng tạo thư viện riêng, nâng cao tính tiện lợi Đặc biệt, phần mềm này có khả năng tự động tính toán các thông số còn lại khi được cung cấp đủ thông tin, giúp giảm thiểu sai sót và linh hoạt trong việc sử dụng dữ liệu đầu vào khác nhau.
Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng:
Steady Mode: Trạng thái tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá trình
Chế độ động mô phỏng thiết bị hoặc quy trình trong trạng thái hoạt động liên tục, cho phép khảo sát sự biến đổi của các phản ứng trong hệ thống khi có sự thay đổi về một số thông số nhất định.
Hysys bao gồm các ứng dụng sau:
Thiết kế và bảo vệ hệ thống phân tách một cách hiệu quả nhất
Giảm thiểu vốn đầu tư và chi phí vận hành là điều cần thiết trong việc lựa chọn phương pháp bảo quản thiết bị Nắm rõ các đặc tính và phân loại thiết bị sẽ giúp tối ưu hóa quá trình trang bị và sửa chữa, từ đó cải thiện hiệu quả hoạt động và điều khiển nhà máy.
Sử dụng công cụ mô phỏng giúp tạo ra các điều kiện tối ưu để đánh giá hiệu suất hoạt động của nhà máy hiện tại, đồng thời trang bị thiết bị nhằm nâng cao độ tin cậy, đảm bảo an toàn và tối đa hóa lợi nhuận Cải tiến thiết bị hiện có và mở rộng quy mô nhà máy cũng là những bước quan trọng trong quá trình nâng cao hiệu quả sản xuất.
Các quy trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành hiểu rõ công nghệ và mức độ an toàn trong nhà máy Việc tuân thủ các quy tắc về an toàn và vận hành không chỉ nâng cao hiệu quả làm việc mà còn góp phần tăng lợi nhuận cho doanh nghiệp.
Tối ưu hóa hiệu quả nhà máy và chuyển đổi mô hình sản xuất là rất quan trọng để tăng lợi nhuận Việc áp dụng công nghệ hiện có và cho phép thay đổi về công nghệ cũng như sản phẩm sẽ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động.
Dữ liệu từ mô phỏng là công cụ thiết yếu để cung cấp thông tin xác thực, giúp đưa ra quyết định đầu tư và xây dựng hiệu quả nhất.
Trong phạm vi luận văn này ta chỉ sử dụng Hysys.Plant
3 Các thành ph ần cơ bản của Hysys
Cấu trúc cơ bản của Hysys được thể hiện qua ba điểm quan trọng sau:
Unique Concepts (Những khái niệm duy nhất): Mặc định cách mà người sử dụng xây dựng môi trường mô phỏng trên Hysys
Powerful Engineering Tools (Những công cụ thiết kế tối ưu): Quyết định cách
Hysys thực hiện các phép tính toán
Primary Interface Elements (Những yếu tố tương giao cơ sở): Được dùng để giúp người sử dụng làm việc với Hysys
Hysys được phát triển dựa trên nhiều khái niệm quan trọng, giúp tối ưu hóa quá trình mô phỏng Hai khái niệm cốt lõi quyết định cách thức người dùng xây dựng mô hình mô phỏng trong Hysys là rất thiết yếu.
Những khái niệm về Flowsheets và Sub-Flowsheets
Những khái niệm về Environment
Hysys Flowsheets gồm các thành phần cơ bản sau:
- Một Fluid Package có những tính chất về Package như thành phần và trạng thái,…
- Flowsheet Objects gồm những thiết bị và dòng vật chất hay dòng năng lượng
- PFD là mô phỏng bằng hình vẽ, chỉ ra mối liên kết giữa các thiết bị và dòng vật chất hay dòng năng lượng
- Workbook là những kết quả mô phỏng được xuất ra dưới dạng bảng (Có một màn hình riêng để biểu diễn các Flowsheets)
Từ Flowsheets chính, ta có thể dùng những Sub-flowsheets để việc mô tả được rõ ràng hơn
Cấu trúc với nhiều Flowsheets trong Hysys mang lại lợi ích rõ rệt, cho phép phân chia quy trình lớn thành các quy trình nhỏ một cách chính xác hơn.
+ Có thể xây dựng một quá trình làm mẫu và sử dụng cho những mô hình mô phỏng khác
+ Có thể tạo một Sub-flowsheets khác
Cấu trúc của Hysys bao gồm nhiều Flowsheets tương tự như cấu trúc thư mục, với Flowsheets là thư mục chính, Sub-Flowsheets là thư mục con, và các file chứa thông tin về thiết bị, dòng vật chất hoặc dòng năng lượng.
Khái niệm này cho phép chúng ta xuất hoặc nhập các thay đổi trong một môi trường mà các môi trường khác vẫn giữ nguyên trạng thái như khi chúng ta còn ở trong môi trường đó.
Có năm Environment trong Hysys:
Fluid Package là nơi tạo ra, định nghĩa và thay đổi các gói chất lỏng Một Fluid Package thường bao gồm ít nhất một Property Package cùng với các thành phần của các cấu tử giả định, và có thể chứa thông tin về các thông số tương tác hoặc phản ứng.
Chúng ta có thể đặc trưng hóa các lưu chất dầu mỏ thông qua các định nghĩa Assay và Blend Việc đặc trưng dầu giúp tạo ra các cấu tử giả sử dụng trong Fluid Package Môi trường dầu là đặc biệt và có thể được xác định từ Basis môi trường.
- Main Flowsheets Đây là môi trường mà phần lớn ta sẽ sử dụng để cài đặt hay định nghĩa các dòng hay thiết bị và Sub-Flowsheets
Chức năng tương tự như Main Flowsheets, nhưng ở mức độ nhỏ hơn
Để định nghĩa và cài đặt các dòng và thiết bị liên quan đến tháp chưng cất, cần chú ý đến số đĩa, thiết bị ngưng tụ và thiết bị đun sôi lại.
Mối liên hệ giữa các môi trường trong Hysys:
Hysys cho phép ta tiết kiệm rất nhiều thời gian khi tiến hành thao tác mô phỏng và tính toán, điều này được thể hiện qua ba điểm sau:
SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
Sơ lược về các nguồn Condensate tại Việt Nam
Condensate, hay còn gọi là khí ngưng tụ, là dạng trung gian giữa dầu và khí, có màu vàng rơm và là hỗn hợp hydrocarbon lỏng với tỷ trọng thấp, thường được gọi là phần lỏng ngưng trong khí Nó không chỉ được thu nhận từ quá trình khai thác dầu mỏ mà còn hình thành khi chất lỏng ngưng tụ từ dòng khí trong đường ống, với độ API dao động từ 50 đến 120 Trong quá trình khai thác, condensate thường bị cuốn theo khí đồng hành hoặc khí thiên nhiên, sau đó được ngưng tụ và thu hồi qua các phương pháp xử lý như làm lạnh, chưng cất nhiệt độ thấp, hấp phụ hoặc hấp thụ bằng dầu Tính chất của condensate phụ thuộc vào nguồn gốc và ứng dụng của nó; trong nhà máy lọc dầu, nếu chất lượng tốt, nó được sử dụng làm cấu tử pha trộn xăng, còn nếu chất lượng kém thì sẽ được trộn với dầu thô để chưng cất lại.
Condensate chủ yếu bao gồm các hydrocacbon no có phân tử lượng và tỷ trọng lớn hơn butan, như pentane, hexane, và heptane Ngoài ra, nó còn chứa các hydrocacbon mạch vòng, các hợp chất thơm, cùng với một số tạp chất khác Chất lượng của condensate phụ thuộc vào mỏ khai thác, công nghệ sử dụng và quy trình tách khí.
* Ứng dụng condensa te có th ể chế biến th ành các s ản phẩm sau:
- Naphtha: (xăng gốc, dùng để pha xăng)
- White spirit: dung môi pha sơn
- IK: Illuminat kerosen: dung môi, dầu hỏa
Các nguồn Condensate tại Việt Nam bao gồm chủ yếu là Condensate B ạch Hổ được chế biến tại nhà máy chế biến khí Dinh Cố, Condensate Nam Côn Sơn ,
Condensate Rồng Đôi có các thuộc tính khác nhau, trong đó condensate Bạch Hổ nhẹ hơn so với các loại condensate khác Nó được pha trộn trực tiếp với xăng có chỉ số Octan cao (Reformat) và các cấu tử pha xăng có trị số Octane cao để tạo ra xăng RON 83 Các nguồn condensate từ Nam Côn cũng có những đặc điểm riêng.
Nhà máy Cát Lái, tọa lạc tại quận 2, Tp HCM, chuyên chế biến condensate từ các nguồn Sơn và Rồng Đôi, với quy trình sản xuất naphtha cùng các sản phẩm khác như white spirit, DO, và FO Sau khi chế biến, nhà máy thực hiện các quá trình phối trộn để tối ưu hóa chất lượng sản phẩm.
Bảng 1: So sánh tỷ trọng của các nguồn Condensate tại Việt Nam
Việt Nam sở hữu trữ lượng dầu và khí đốt lớn, với ước tính từ 0.9 đến 1.2 tỷ m³ dầu và 2.100 đến 2.800 tỷ m³ khí Các nguồn tài nguyên này nằm trong nhiều bể trầm tích quan trọng như Cửu Long, Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu, Vùng Tư Chính-Vũng Mây, Sông Hồng và Phú Khánh.
Năm 2004, sản lượng khai thác dầu khí của Việt Nam đạt hơn 20 triệu tấn dầu thô quy đổi Dự báo đến năm 2010, ngành dầu khí sẽ nâng cao sản lượng khai thác lên từ 30 đến 32 triệu tấn dầu quy đổi.
Hiện tại, condensate chủ yếu được thu nhận từ hai nhà máy xử lý và chế biến khí Dinh Cố với công suất 150.000 tấn/năm và Nam Côn Sơn với 90.000 tấn/năm Dự kiến, sản lượng này sẽ tiếp tục tăng trong tương lai.
Năm 2005, mỏ Rồng Đôi bắt đầu khai thác với sản lượng condensate đạt 90.000 tấn/năm Đến năm 2008, mỏ Hải Thạch sẽ đạt sản lượng 730.000 tấn/năm Trong 10 năm tới, với các mỏ hiện có và các mỏ sắp đi vào hoạt động, sản lượng condensate của chúng ta sẽ rất phong phú.
Sơ lược về các sản phẩm dầu mỏ
Dầu mỏ cần được phân chia thành các phân đoạn hẹp với nhiệt độ sôi cụ thể để chế biến thành sản phẩm Mỗi phân đoạn này thường được đặt tên theo sản phẩm mà nó sản xuất Các phân đoạn chính của dầu mỏ bao gồm:
-Phân đoạn xăng, với khoảng nhiệt độ sôi dưới 180 o C
-Phân đoạn Kerosen, với khoảng nhiệt độ sôi từ : 180 - 250 o C
-Phân đoạn Gas-oil, với khoảng nhiệt độ sôi từ : 250 - 350 o C
-Phân đoạn dầu nhờn (hay còn gọi phân đoạn Gasoil nặng), với khoảng nhiệt độ sôi từ 350 - 500 o C
-Phân đoạn cặn (Gudron), với khoảng nhiệt độ sôi > 500 o C
Chú ý: Các giá trị nhiệt độ trên đây không hoàn toàn cố định, chúng có thể thay đôi tuỳ theo mục đích thu nhận các sản phẩm khác nhau
Sự phân bố của các hợp chất hydrocacbon và phi hydrocacbon trong dầu mỏ không đồng nhất và thay đổi đáng kể từ phân đoạn nhẹ sang phân đoạn nặng hơn, dẫn đến tính chất riêng biệt của từng phân đoạn Hơn nữa, các loại dầu mỏ ban đầu có tính chất và sự phân bố các hợp chất hữu cơ khác nhau, do đó, tính chất của từng phân đoạn dầu mỏ còn phụ thuộc nhiều vào đặc tính hoá học của loại dầu ban đầu.
1 Thành ph ần hoá học các phân đoạn dầu mỏ
Phân đoạn xăng chứa các hydrocacbon có số nguyên tử cacbon từ C5 đến C10, bao gồm parafin, naphten và aromatic, với hầu hết các chất đại diện và đồng phân của chúng có nhiệt độ sôi dưới 180°C Thành phần và số lượng hydrocacbon thay đổi tùy theo loại dầu; trong dầu parafin, xăng chủ yếu chứa parafin mạch thẳng, trong khi parafin mạch nhánh thường có cấu trúc chính dài với ít nhánh phụ Đối với dầu naphtenic, xăng chứa nhiều hydrocacbon naphten, nhưng các đồng phân cyclopentan và cyclohexan thường có số lượng ít hơn, với đặc trưng là nhiều nhánh phụ ngắn như metyl.
Với các đồng đẳng của cyclopentan và cyclohexan, khi số lượng cacbon trong nhánh phụ là 2, số lượng đồng phân có hai nhánh phụ với gốc metyl sẽ nhiều hơn so với đồng phân có một nhánh phụ dài với gốc etyl Tương tự, trong trường hợp nhánh phụ dài với gốc etyl, nếu có 3 nguyên tử cacbon, số lượng trimetyl cyclopentan sẽ luôn ít hơn.
Phân đoạn xăng chứa một lượng nhỏ các hợp chất aromatic, với sự phân bố giữa benzen và các đồng phân của nó tương tự như các naphten Ngoài các hydrocacbon, phân đoạn xăng còn có các hợp chất không phải hydrocacbon, bao gồm các hợp chất của lưu huỳnh (S), nitơ (N2) và oxy (O2) Đáng chú ý, chất nhựa và asphalten không có mặt trong phân đoạn này.
Lưu huỳnh mercaptan là hợp chất chủ yếu trong phân đoạn xăng của dầu mỏ, trong khi các hợp chất lưu huỳnh khác xuất hiện với tỉ lệ thấp hơn Phân đoạn xăng chứa rất ít hợp chất nitơ, chủ yếu là các hợp chất bazơ như Pyridin Ngoài ra, hợp chất oxy cũng hiếm gặp trong phân đoạn xăng, thường chỉ bao gồm một số axit béo và đồng đẳng của phenol.
1.2 Phân đoạn kerosen v à gas-oil
Phân đoạn kerosen có nhiệt độ sôi từ 180-250 °C, chứa các hydrocarbon với số nguyên tử carbon từ C11 đến C15 Trong khi đó, phân đoạn gasoil có nhiệt độ sôi từ 250-350 °C, bao gồm các hydrocarbon với số nguyên tử carbon từ C16 đến C20.
Trong phân đoạn kerosen và gasoil, các parafin chủ yếu tồn tại dưới dạng mạch thẳng không nhánh (n-parafin), trong khi các i-parafin nhánh rất hiếm, với hàm lượng isoprenoid có thể chiếm tới 20-40% tổng số đồng phân từ C11-C20 Cuối phân đoạn gasoil, xuất hiện các hydrocacbon n-parafin có nhiệt độ kết tinh cao, tạo ra khung phân tử khi kết tinh, làm cho các hydrocacbon lỏng còn lại bị giữ lại bên trong Sự hiện diện nhiều n-parafin rắn có thể làm giảm tính linh động của phân đoạn và thậm chí gây đông đặc ở nhiệt độ thấp.
Trong phân đoạn kerosen, hàm lượng lưu huỳnh dạng mercaptan giảm đáng kể so với phân đoạn xăng, và gần như không còn thấy mercaptan ở cuối phân đoạn này Thay vào đó, lưu huỳnh chủ yếu tồn tại dưới dạng sunfua, disunfua và lưu huỳnh trong các mạch dị vòng, trong đó sunfua vòng no là loại chiếm ưu thế trong phân đoạn kerosen và gasoil.
Trong phân đoạn kerosen và gasoil, nồng độ các hợp chất chứa oxy tăng lên đáng kể Đặc biệt, axit naphtenic - một dạng axit chứa oxy - xuất hiện với số lượng lớn và đạt mức tối đa trong phân đoạn gasoil.
Trong phân đoạn này, các hợp chất chứa nitơ xuất hiện với số lượng hạn chế, chủ yếu dưới dạng quinolin và các đồng đẳng của nó, cũng như các hợp chất nitơ không mang tính bazơ như Pyrol, Indol và các đồng đẳng tương ứng.
Trong phân đoạn kerosen, lượng chất nhựa rất ít với trọng lượng phân tử thấp (200-300), trong khi ở phân đoạn gasoil, số lượng chất nhựa tăng lên một chút và trọng lượng phân tử cũng cao hơn (300-400) Nhìn chung, các chất nhựa trong dầu mỏ chủ yếu tập trung ở các phân đoạn sau gasoil, còn trong các phân đoạn này, số lượng chất nhựa rất hạn chế.
Phân đoạn dầu nhờn với khoảng nhiệt độ sôi từ 350-500 o C bao gồm những hydrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ C21-C35 (hoặc 40)
Những hydrocacbon trong phân đoạn này có trọng lượng phân tử lớn, có cấu trúc phức tạp, đặc biệt là dạng hỗn hợp tăng lên nhanh
Hydrocacbon parafin dạng thẳng và nhánh thường có số lượng ít hơn so với các loại hydrocacbon naphten, aromatic hoặc lai hợp, ngay cả trong các dầu mỏ thuộc họ parafinic.
Các iso-parafin thường ít hơn các n-parafin Các iso-parafin thường có cấu trúc mạch dài, ít nhánh, và các nhánh phụ chủ yếu là gốc metyl
Thành phần naphten và iso-parafin trong phân đoạn dầu nhờn đã khử n-parafin và thơm của dầu mỏ họ trung gian
Trong phân đoạn dầu nhờn, các hợp chất ngoài hydrocacbon đóng vai trò quan trọng, với hơn 50% lượng lưu huỳnh của dầu mỏ tập trung ở đây Các hợp chất lưu huỳnh chủ yếu bao gồm sunfua, diunfua, sunfua dị vòng, và các tiophen nhiều vòng, thường liên kết với các vòng thơm và vòng naphten.
Trong phân đoạn này, bên cạnh các hợp chất pyridin và quinolin, còn xuất hiện nhiều pyrol, cacbazol và các đồng đẳng của chúng với số lượng đáng kể.
Sơ lược về phương pháp chưng cất dầu khí
1 Khái ni ệm chung v ề chưng cất
Quá trình chưng cất là phương pháp tách biệt hổn hợp lỏng hơi của nhiều cấu tử thành các phân đoạn sản phẩm có độ tinh khiết cao thông qua tác động của nhiệt.
Quá trình chưng cất dầu là một phương pháp xử lý vật lý nhằm phân chia nguyên liệu dầu thành các sản phẩm khác nhau dựa trên nhiệt độ sôi của các thành phần mà không làm phân hủy chúng Tùy thuộc vào các biện pháp thực hiện, quá trình chưng cất được phân loại thành chưng cất đơn giản, chưng cất phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hơi và chưng cất chân không.
Hỗn hợp các cấu tử trong dầu có tính không bền và dễ bị phân hủy khi nhiệt độ tăng Độ bền của các cấu tử này không chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ mà còn vào thời gian tiếp xúc với nhiệt Quá trình phân hủy trong chưng cất có thể làm giảm các tính chất sản phẩm như độ nhớt, nhiệt độ bắt cháy cốc kín và độ bền oxy hóa Để hạn chế mức độ phân hủy, cần tránh đốt nóng dầu quá 400-420°C đối với dầu không chứa hoặc chứa ít lưu huỳnh, và không quá 320°C cho các loại dầu khác.
340 0 C đối với dầu có chứa nhiều lưu huỳnh Ngoài ra thời gian lưu của chúng ở nhiệt độ cao cũng phải hạn chế, trung bình trong khoảng 2 – 5 phút
Khi nhiệt độ sôi của hỗn hợp vượt quá nhiệt độ phân hủy, chưng cất chân không hoặc chưng cất với hơi nước là cần thiết để ngăn ngừa phân hủy nhiệt Chân không giúp giảm nhiệt độ sôi, trong khi hơi nước cũng làm giảm áp suất riêng phần của các cấu tử, từ đó giảm nhiệt độ sôi Tuy nhiên, nếu lượng hơi nước quá cao, nhiệt độ và áp suất hơi bão hòa của dầu sẽ giảm, làm giảm hiệu quả tách hơi, do đó, lượng hơi nước tối ưu chỉ nên từ 2-3% so với nguyên liệu Nhiệt độ hơi nước cần cao hơn nhiệt độ dầu để tránh sản phẩm ngậm nước, thường trong khoảng 380°C – 450°C và áp suất 0.2 – 0.5 MPa Công nghệ chưng cất dầu bằng hơi nước không chỉ giảm áp suất mà còn tăng cường khuấy trộn, ngăn ngừa tích nhiệt cục bộ và tăng diện tích bề mặt bay hơi Hơi nước cũng được sử dụng để tăng cường đốt nóng cặn dầu trong lò ống khi chưng cất chân không, giúp tăng mức độ bay hơi và ngăn ngừa quá trình tạo cốc trong các ống đốt nóng.
ỨNG DỤNG HYSYS MÔ PHỎNG CÁC NHÀ MÁY CHẾ BIẾN
Nhà máy lọc dầu Nam Việt
1 Các s ản phẩm chính của nh à máy
Naphtha là sản phẩm hóa dầu trung gian thuộc phân đoạn nhẹ, được chiết xuất từ quá trình chưng cất ở nhiệt độ dưới 180°C Nó là hỗn hợp của nhiều hydrocacbon và thường được sử dụng để phối trộn với xăng có chỉ số octane cao như MTBE, nhằm tạo ra xăng RON cao Ngoài ra, naphtha còn được pha trộn với các phụ gia để sản xuất xăng động cơ chất lượng cao.
Chỉ tiêu chất lượng của Naphtha:
STT CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG
SẢN PHẨM ĐƠN VỊ KẾT QUẢ PHƯƠNG
1 Khối lượng riêng ở 15 o C Kg/l Báo cáo ASTD D 1298
2 Độ nhớt động học ở 40 o C cSt (1) Báo cáo ASTM D 445
3 Nhiệt độ chớp cháy o C Báo cáo ASTM D 93
Nhiệt độ chưng cất phân đoạn
-Nhiệt độ sôi đầu -Nhiệt độ sôi cuối oC Báo cáo
5 Quan sát Sáng và trong ASTM D 4176
7 Trị số Octan theo phương pháp nghiên cứu (RON) Báo cáo ASTM D 2699
Dầu hỏa là sản phẩm được chiết xuất từ quá trình chưng cất dầu mỏ, chứa nhiều loại hydrocacbon khác nhau Nó được thu được từ đĩa số 11 trong quy trình chưng cất, với nhiệt độ khoảng nhất định.
180 – 250 o C Dùng ở gia đình để thắp sáng và nấu bếp, hoặc tinh chế làm nhiên liệu cho động cơ phản lực
Các chỉ tiêu chất lượng của KO:
STT CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG
SẢN PHẨM ĐƠN VỊ MỨC PHƯƠNG
1 Khối lượng riêng ở 15 o C Kg/l Báo cáo ASTD D 1298
2 Độ nhớt động học ở 40 o C cSt (1) 1.0 – 1.9 ASTM D 445
3 Điểm chớp cháy cốc kính o C Min 38 ASTM D 56
4 Ăn mòn tấm đồng ở 100 o C, 3 giờ No Max No.3 ATSM D 130
10% thể tích (Vol) Điểm sôi cuối oC Max 205
6 Hàm lượng lưu huỳnh %KL Max 0.3
7 Chiều cao ngọn lửa không khói mm Min 19 ASTM D 1322
8 Hàm lượng lưu huỳnh mercaptan, định tính Âm tính ASTM D 4952
Dầu Diesel là nhiên liệu lỏng, chứa hỗn hợp nhiều loại hydrocacbon, nặng hơn dầu lửa và xăng, chủ yếu được sản xuất qua phương pháp chưng cất dầu mỏ, và được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ.
Một số tiêu chuẩn sản phẩm DO:
STT CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG
1 Hàm lượng lưu huỳnh mg/kg Max
2 Chỉ số xê tan (1) Min 46 ASTM D 4737
3 Nhiệt độ chưng cất 90% o C Max 360 ASTM D 86
4 Điểm chớp cháy cốc kính o C Min 55 ASTM D 93
5 Độ nhớt động học ở 40 o C cSt (1) 2 – 4.5 ASTM D 445
6 Cặn cacbon của 10% cặn chưng cất %KL Max 0.3 ASTM D 189
7 Điểm đông đặc o C Max +6 ASTM D 97
8 Hàm lượng tro % KL Max 0.01 ASTM D 482
9 Hàm lượng nước mg/kg Max 200 ASTM D 203
10 Tạp chất dạng hạt mg/l Max 10 ASTM D 2276
11 Độ ăn mòn tấm đồng ở 50 o C, 3 giờ Max No 1 ASTM D 130
13 Độ bụi trơn àm Max 460 ASTM D 6079
14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D 4176
2 Sơ đồ công nghệ của nh à máy
2.1 Thuy ết minh quy tr ình công ngh ệ
Condensate từ bồn chứa được gia nhiệt sơ bộ qua các bộ trao đổi nhiệt E-101, E-102, E-103 và sau đó được gia nhiệt thêm tại lò đốt F-101 trước khi vào tháp, với nhiệt độ khoảng 210-230 °C và một phần được bốc hơi Sau khi gia nhiệt, nguyên liệu được nạp vào tháp, nơi pha lỏng và pha hơi được tách ra Pha lỏng chảy xuống dưới và bị hơi cuốn lên, trong khi hơi di chuyển lên trên tháp, giảm nhiệt độ và ngưng tụ từng phần nhờ dòng hoàn lưu, cung cấp sản phẩm cất và một phần hoàn lưu tạo ra các phân đoạn sản phẩm trên các mâm nạp liệu.
Hơi ở đỉnh tháp được ngưng tụ trong thiết bị trao đổi nhiệt E-104 và sau đó vào bể hoàn lưu V-101, nơi nước và naphtha được tách ra Bộ phận điều khiển duy trì áp suất của bể bằng cách điều chỉnh van trên ống dẫn hơi sản phẩm, cho vào khi áp suất giảm và xả khí dư khi áp suất tăng Nước ở đáy được thải ra, trong khi một phần naphtha hoàn lưu được đưa vào mâm cao nhất của tháp, điều chỉnh tỉ số hoàn lưu.
E- 30 2 OFF GAS TO FLARE SYSTEM
SH SH s s s s wate r s s wate r s s wate r
C - 50 sử dụng bộ phận điều khiển nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi ở đỉnh tháp để duy trì lượng naphtha và nhiệt độ ổn định Sau đó, lượng naphtha còn lại sẽ được chuyển vào thiết bị debutan hóa T-201.
Các sản phẩm cạnh sườn, bao gồm dầu DO và KO, được tách ra từ thân tháp chưng phân đoạn và chuyển đến thiết bị tách dung môi T-102, T-103 Nhiệt độ đầu vào và cuối mỗi phân đoạn được điều chỉnh để thu được sản phẩm mong muốn, trong khi hơi được hoàn lưu trở lại tháp để hỗ trợ quá trình lôi cuốn Phần lỏng được làm nguội qua trao đổi nhiệt với nguyên liệu condensate và sau đó được đưa ra bể chứa Cặn chưng cất từ đáy tháp T-101 tạo ra dầu FO, một phần cặn được hoàn lưu vào bộ phận gia nhiệt condensate để ngăn ngừa sự bốc hơi hoàn toàn, trong khi phần còn lại được làm nguội và chuyển vào bể chứa.
3 Các bước tiến h ành mô ph ỏng
3.1 Thiết lập hệ thống đơn vị
Chúng ta sẽ thiết lập các đơn vị cho các đại lượng như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng Tiếp theo, cần xây dựng một cơ sở dữ liệu mới và nhập các thành phần nguyên liệu vào hệ thống.
Để bắt đầu, hãy vào File/ New case để tạo một cơ sở dữ liệu mô phỏng Từ môi trường mới xuất hiện, bạn nhấn nút Add để thêm các thành phần nguyên liệu.
Từ cửa sổ Simulation Basis Manager, chọn thẻ Pluid Pkgs và nhấn nút Add Khi đó, một cửa sổ sẽ xuất hiện; ở đây, vì mô phỏng quá trình lọc dầu, bạn cần chọn phương pháp tính là Peng-Robinson.
3.4 Nhập các thông số khác của Assay
Từ cửa sổ Simulation Basis mananger, chọn tiếp thẻ Oil manager, sau đó nhấp vào nút Enter Oil Environment, xuất hiện cửa sổ:
Từ cửa sổ này ta chọn nút Add, xuất hiện cửa sổ tiếp theo Sau đó ở combobox Assay Data Type chọn ASTM D86; ở combobox Light Ends chọn Input compositions
Và nhập các thành phần assay cho Distillation:
Sau đó nhập các thành phần assay cho Light Ends:
Chọn nút Calculate để hoàn thành
3.5 Cắt các phân đoạn sản phẩm
In the Oil Characterization window, select the Cut/Blend tab and click the Add button to open a new window To view product segments, navigate to the Table tab and select Oil Distributions under Table type Close the Blend window, return to the Oil Characterization window, and choose the Install Oil tab to input the feedstock for distillation.
Tiếp theo chọn nút Return to basis Environment để trở về cửa sổ Simulation Basis mananger:
Bấm nút Return to Simulation Environment để chuyển sang môi trường thiết kế PFD:
Từ cửa sổ PFD ta chọn các thiết bị thích hợp cho nhà may lọc hóa dầu Nam Việt như: Heater (E100), tháp Refluxed Adsorber (T-101),…
3.7 Cung cấp số liệu của dòng nguyên liệu
Nhấp đúp vào dòng Feed, xuất hiện bảng sau và nhập vào các thông số nhiệt động cho dòng nguyên liệu
Ngoài ra ta còn các dòng khác như super heat cho T-101, T-102, T-103 Đều phải nhập các thông số cho các dòng này
3.8 Nhập thông số vận hành của thiết bị
3.10 nhập sản lượng và chạy mô hình
Nhập sản lượng của các dòng như: dòng hồi lưu, dòng Naphtha, dòng KO, dòng DO,…
Sau đó Active các dòng sản phẩm sao cho degrees of Freedom là bằng không
Hệ thống đã hội tụ
3.11 Xuất số liệu sản phẩm Để xuất số liệu sản phẩm nào đó thì ta nhấp đúp vào sản phẩm đó, bảng thuộc tính của sản phẩm sẽ xuất hiện:
3.12 Kiểm tra khả năng ngập lục của tháp
Vào menu Tool/Ultilities, sau đó chọn Trayzing và nhấn Add Từ cửa sổ mới xuất hiện chọn Select TS/T-101/Main TS, chọn OK
4.1 Các sản phẩm thu được
Lượng khí thu được không đáng kể Nên được dẫn ra flare đốt Các tính chất của nó được thể hiện ở bản sau:
4.1.2 Naphtha Đây là sản phẩm chính và chiếm tỷ lệ nhiều nhất trong các sản phẩm thu được
Các chỉ tiêu chất lượng được thể hiện ở bảng sau:
4.1.3 Karasene (KO) Đây là sản phẩm chính của nhà máy nhưng sản lượng không nhiều
Các thông số chính của KO:
4.1.4 Diesel Oil (DO) Đây là sản phẩm chính của nhà máy nhưng sản lượng rất thấp
Các thông số đặc tính của DO
Do sản lượng dầu cặn rất thấp và giá thành rất rẻ, nên chỉ dung làm nhiên liệu cung cấp cho lò gia nhiệt
4.2 Một số tiêu chuẩn kỹ thuật về chất lượng sản phẩm của nhà máy
STT CÁC CHỈ TIÊU CHẤT
LƯỢNG SẢN PHẨM ĐƠN VỊ KẾT QUẢ PHƯƠNG PHÁP
1 Khối lượng riêng ở 15 o C kg/l Báo cáo ASTM D 1298
2 Độ nhớt động học ở 40 o C cSt (1) Báo cáo ASTM D 445
3 Nhiệt độ chớp cháy o C Báo cáo ASTM D 93
4 Nhiệt độ chưng cất phân đoạn
- Nhiệt độ sôi cuối oC
5 Quan sát Sáng và trong ASTM D 4176
7 Trị số Octan theo phương pháp nghiên cứu (RON)
NHÀ MÁY LỌC HOÁ DẦU CẦN THƠ
Lần soát xét:04 Ngày hiệu lực: 01/02/2008
STT CÁC CHỈ TIÊU CHẤT
LƯỢNG SẢN PHẨM ĐƠN VỊ KẾT QUẢ PHƯƠNG
1 Khối lượng riêng ở 15 o C kg/l Báo cáo ASTM D 1298
2 Độ nhớt động học ở 40 o C cSt (1) 1-1.9 ASTM D 445
3 Điểm chớp cháy cốc kín o C Min 38 ASTM D 56
4 Ăn mòn tấm đồng ở 100 o C, 3 giờ No Max No.3 ASTM D 130
5 Nhiệt độ chưng cất phân đoạn:
10% thể tích (Vol) Điểm sôi cuối oC Max 205
6 Hàm lượng lưu huỳnh % KL Max 0.3 ASTM D 129
7 Chiều cao ngọn lửa không khói mm Min 19 ASTM D 1322
8 Hàm lượng lưu huỳnh mercaptan, định tính Âm tính ASTM D 4952
NHÀ MÁY LỌC HOÁ DẦU CẦN THƠ
Lần soát xét:04 Ngày hiệu lực: 01/02/2008
1 Hàm lượng lưu huỳnh mg/kg Max 2500 Max 500 ASTM D 2622
2 Trị số xê tan (1) Min 46 ASTM D 4737
3 Nhiệt độ chưng cất phân đoạn: 90% thể tích oC
4 Điểm chớp cháy cốc kính oC Min 55 ASTM D 93
5 Độ nhớt động học ở 40 oC cSt (2) 2 – 4.5 ASTM D 445
6 Cặn cacbon của 10% cặn chưng cất
7 Điểm đông đặc o C Max +6 ASTM D 97
8 Hàm lượng tro %KL Max 0.01 ASTM D 482
9 Hàm lượng nước mg/kg Max 200 ASTM D 203
10 Tạp chất dạng hạt mg/l Max 10 ASTM D 2276
11 Độ ăn mòn tấm đồng ở
12 Khối lượng riêng ở 15 oC kg/l 0.82 – 0.86 ASTM D 1298
13 Độ bụi trơn àm Max 460 ASTM D 6079
14 Ngoại quan Sạch, trong ASTM D 4176
NHÀ MÁY LỌC HOÁ DẦU CẦN THƠ
Lần soát xét:04 Ngày hiệu lực: 01/02/2008
4.3 Các kết quả thực tế
DO KO Naph m 3 m 3 /h Chớp cháy Độ nhớt
II M ột số quy tr ình công ngh ệ của nh à máy khác
1 Nhà máy l ọc dầu Cát Lái
1.1 Thuy ết minh dây chuyền
Nguyên liệu từ bồn chứa được đưa qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-04, E-05, E-06 để tận dụng nhiệt lượng từ các dòng sản phẩm NA2 và Bottoms Nhiệt độ của nguyên liệu được nâng lên khoảng 200°C trước khi vào tháp chưng cất, nơi diễn ra quá trình phân tách Hơi ở đỉnh tháp, với nhiệt độ 138°C, được ngưng tụ thông qua thiết bị ngưng tụ E-.
Sau khi vào bình hồi lưu V-14, dòng NA1 sẽ được chia thành hai phần: một phần hồi lưu lại đỉnh tháp và một phần tiếp tục được làm lạnh trước khi chuyển vào bồn chứa Dòng sản phẩm trích ngang NA2 được lấy ra ở đĩa thứ 9 (171 o C) qua thiết bị trao đổi nhiệt E-05 để tận dụng nhiệt, sau đó một phần hồi lưu lại tháp, phần còn lại được làm lạnh xuống 45 o C qua các thiết bị E-03 và E-18 trước khi đưa về bồn chứa Sản phẩm đáy được lấy ra từ quá trình này.
(302 o C) một phần qua Reboiler E-10 để gia nhiệt lên khoảng 332 o C rồi đưa vào tháp
To Flare đảm bảo nhiệt độ cần thiết cho quá trình bốc hơi trong tháp, trong khi một phần khác được làm lạnh liên tục thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-06, E-04, E-19 trước khi đưa vào bồn chứa.
2 Nhà máy l ọc dầu PDC
Nhà máy ch ế bi ế n condensate PDC
Condensate từ bồn chứa được bơm P-02A/B đưa qua các trao đổi nhiệt E-01 và E-
02 được đun lên khoảng 130 – 140 o C trước khi đưa vào Tháp C-01 tại đĩa # 21