mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu dung quất với nguyên liệu 100% dầu thô bạch hổ

mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu dung quất với nguyên liệu 100% dầu thô bạch hổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VỚI NGUYÊN LIỆU 100% DẦU THÔ BẠCH HỔ GVHD: TRẦN HẢI ƯNG HVTH: HOÀNG MẠNH HÙNG PHÙNG THỊ CẨM VÂN NGUYỄN HUỲNH HƯNG MỸ BÙI THANH HẢI NGUYỄN HỒNG THOAN LỚP: CAO HỌC HÓA DẦU K2010 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 02/2011 2 MỤC LỤC I. GIỚI THIỆU VỀ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN (CDU – CRUDE DISTILLATION UNIT) CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT……………………………………………………………………………3 II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II 5 II.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Pro/II 5 II.2. Tổng quan về một dự án mô phỏng 7 III. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II 8 III.1. Nguyên liệu 8 III.2. Sơ đồ mô phỏng bằng phần mềm PRO/II 9 III.3. Mô hình nhiệt động 13 III.4. Xây dựng mô hình và các thông số mô phỏng cần thiết 13 III.5. Xác định số đĩa lí thuyết thích hợp cho T-1101: 17 III.6. Số đĩa lí thuyết là 26 đĩa, các số liệu khác giống như Foster Wheeler (FW) : 17 3 I. GIỚI THIỆU VỀ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN (CDU – CRUDE DISTILLATION UNIT) CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Phân xưởng chưng cất khí quyển CDU có thể được xem là phân xưởng “cửa ngõ” của một nhà máy lọc dầu với nhiệm vụ phân tách dầu thô thành những phân đoạn nhỏ hơn theo những khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thiết kế với công suất 6,5 triệu tấn dầu thô/năm tương đương với 812.500 kg/h (tính cho 8.000 giờ làm việc/năm). Phân xưởng CDU được thiết kế để vận hành với hai nguồn dầu thô là dầu Bạch Hổ của Việt Nam và dầu Dubai của Trung Đông. Theo kế hoạch, giai đoạn đầu hoạt động, nhà máy sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu là 100 % dầu thô Bạch Hổ. Sau đó sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu là dầu hỗn hợp (Dầu Mixed) gồm 84,6 % dầu Bạch Hổ và 15,4 % dầu Dubai. Các sản phẩm của phân xưởng CDU bao gồm Offgas, LPG, Full Range Naphta, Kerosen, LGO, HGO và cặn chưng cất khí quyển. Hầu hết các sản phẩm của CDU đều đi vào các phân xưởng khác của nhà máy lọc dầu như: NHT (Unit 012: Naphta Hydrotreatment Unit), KTU (Unit 014: Kerosen Treating Unit), RFCC (Unit 015: Residue Fluidised Catalytic Cracking Unit ) … Sơ đồ các phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thể hiện tròn Hình 1 bên dưới. Trên sơ đồ nhà máy, dòng dầu thô nguyên liệu sau khi đi qua hệ thống tiền gia nhiệt (Preheater), tách muối sẽ được đưa vào tháp chưng cất chính T- 1101 (Main fractionator). Tại đây dầu thô sẽ được phân tách ra thành các sản phẩm: 1. Over head – Phần đi ra trên đỉnh: phần này sẽ được đưa qua hệ thống làm nguội và phân tách để tách nước ra khỏi dòng Hydrocarbon lỏng trước khi cho dòng hydrocarbon vào tháp ổn định T-1107 (Stabiliser). Tháp ổn định sẽ phân tách ra các sản phẩm Offgas, LPG ở đỉnh và Full Range Naphta ở đáy; 2. Các sản phẩm cạnh sườn như Kerosen, LGO và HGO được lấy ra từ các Side colum T-1102, T-1103 và T-1104; 3. Cặn chưng cất khí quyển được lấy ra ở đáy tháp T-1101. 4 Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 1: Sơ đồ các phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Theo Sơ đồ các phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Hình 1), vùng được bao bọc bằng khung hình chữ nhật là phân xưởng chưng cất khí quyển CDU. Với hai thiết bị chính là tháp T-1101 (Main FRACTIONATOR) và tháp T-1107 (Stabiliser). Mô hình 3D của phân xưởng chưng cất khí quyển CDU nhìn theo hướng Đông Nam và Tây Nam được thể hiện trong Hình 2 và Hình 3 theo sau. 5 Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 2: Mô hình 3D của phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất nhìn theo hướng Đông Nam Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 3: Mô hình 3D của phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất nhìn theo hướng Tây Nam II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II II.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Pro/II Phần mềm Pro/II là một trong những sản phẩm của tổ hợp SIMSCI. Công ty này được thành lập từ năm 1957 chuyên về thiết kế các phần mềm mô phỏng dùng trong công nghệ hóa học, đặc biệt là ngành công nghiệp lọc - hóa dầu. 6 Hiện nay sản phẩm của tổ hợp này khá đa dạng, bao gồm các phần mềm thiết kế các thiết bị, đường ống, tính toán kinh tế, Hình 4: Biểu tượng phần mềm mô phỏng Pro/II Phần mềm thiết kế mô phỏng Pro/II là sản phẩm đầu tiên của SIMSCI, là kết quả của nhiều lần nâng cấp từ năm 1967 đến năm 1988 và chính thức ra đời với tên gọi Pro/II. Hiện nay phần mềm này vẫn không ngừng nâng cấp và đã có phiên bản Pro/II 8.1 (Trong báo cáo này sử dụng phiên bản 8.0). Phần mềm này có thể sử dụng vào nhiều quá trình khác nhau như sau:  Xử lí dầu và khí  Tinh chế  Hóa dầu  Polyme  Dược phẩm Các ứng dụng mô phỏng gồm :  Thiết kế mới các quá trình  Ước tính cấu hình thiết bị  Hiện đại hóa và nâng cấp các thiết bị cũ  Gỡ rối và làm thông suốt hệ thống thiết bị  Đánh giá vấn đề môi trường của nhà máy  Kiểm tra, tối ưu hóa, cải tiến hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy. 7 II.2. Tổng quan về một dự án mô phỏng Pro/II cho phép người dùng có nhiều phương pháp lựu chọn để nhập dữ liệu. Mặc dù vậy Pro/II có những cảnh báo khi dữ liệu bắt buộc bị thiếu. Vì vậy khi xây dựng một sơ đồ công nghệ để mô phỏng thì cần theo các bước sao cho mang tính logic. Dưới đây là một trình tự: 1. Xây dựng sơ đồ 2. Lựa chọn hệ đơn vị 3. Xác định các cấu tử cho dự án 4. Chọn các phương pháp nhiệt động học và tính chất vận chuyển 5. Cung cấp các dữ liệu cho dòng và thiết bị 6. Cung cấp các điều kiện làm việc cho quá trình 7. Chạy dự án mô phỏng Đây chỉ là những bước cơ bản để chương trình chạy, thực tế để mô phỏng một lưu trình hay một phân xưởng thì bước đầu tiên và vô cùng quan trọng là lập mô hình mô phỏng. Ở bước này người dùng phải đơn giản hóa sơ đồ công nghệ thực, bỏ đi những thiết bị không cần thiết, chuyển đổi các mô hình thực thành mô hình lí thuyết, tinh chỉnh mô hình. Hình 5: Sơ đồ một quá trình mô phỏng bằng Pro/II Sau khi chương trình chạy và có kết quả thì bước cuối cùng là đọc và phân tích kết quả mô phỏng. Vì ngôn ngữ của chương trình là tiếng Anh, nên các báo cáo được trình bày bằng ngôn ngữ này. Tuy nhiên cách trình bày cũng giúp người dùng dễ theo dõi, điều quan trọng là người dùng sẽ khai thác được 8 những gì từ các kết quả đó. Từ đó xem xét số liệu đó có khớp với các số liệu thực không hoặc sai khác thế nào, nếu có sự chênh lệch nhiều phải tìm ra nguyên nhân dẫn đến sai số. Pro/II là một phần mềm mô phỏng tính toán, các quá trình mô phỏng đều ở trạng thái tĩnh – Mô tả trạng thái hoạt động ổn định của hệ thống. Đó là cân bằng vật chất, các tính chất hóa lí, các tính chất đặc trưng của chất như RVP, điểm vẩn đục, RON Như vậy Pro/II là phần mềm rất hữu ích, là công cụ đắc lực trong việc mô phỏng một mô hình hệ thống ở trạng thái tĩnh. Tuy nhiên, Pro/II không có các thiết bị điều khiển và đo lường như ở phần mềm Dynsim (Một phần mềm của SIMSCI chuyên mô phỏng một quá trình thay đổi theo thời gian). Kết quả mô phỏng ở trạng thái tĩnh không cho phép mô tả các ảnh hưởng của việc thay đổi các thông số điều khiển đến quá trình làm việc của thiết bị. III. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II III.1. Nguyên liệu Nguyên liệu sử dụng trong quá trình mô phỏng này là 100% dầu thô Bạch Hổ. Các đặc trưng kỹ thuật của dầu thô Bạch Hổ được thể hiện như sau:  Thành phần cất: - Đường TBP: Số liệu đường cong TBP của dầu thô Bạch Hổ Phân đoạn (Fraction) Phần trăm khối lượng, %kl Phần trăm khối lượng tổng (%kl cummulative) Tỷ trọng (Density) Lights end 2,86 2,86 - 155-200 1,53 4,39 0,6816 200-315 8,43 12,82 0,7460 315-400 7,24 20,06 0,7734 400-500 8,38 28,44 0,7972 500-600 10,21 38,65 0,8160 9 600-700 12,11 50,76 0,8285 700-800 12,58 63,34 0,8437 800-900 12,84 76,18 0,8539 900-1050 9,74 85,92 0,8904 >1050 13,81 99,73 0,9313 Mất mát (Loss) 0,27 - Thành phần phần nhẹ (Lights end): Cấu tử % khối lượng Cấu tử % khối lượng Methane 0,0002 Cyclopentane 0,0300 Ethane 0,0031 2,2-dimetylbutane 0,0243 Propane 0,0327 2,3-dimetylbutane 0,0530 Isobutane 0,0488 2-metyl-pentane 0,3885 n-butane 0,2122 3-metyl-pentane 0,2099 isopentane 0,3741 n-hexane 0,8528 n-pentane 0,6270  Tính chất khác: - API=39,2 - K w =12,3 III.2. Sơ đồ mô phỏng bằng phần mềm PRO/II Mô hình mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển với nguyên liệu 100% dầu thô Bạch Hổ được thể hiện trong Hình 6 theo sau. Dầu thô qua tiền gia nhiệt, tách muối, vào tháp chính sau đó qua NHT và tách thành Light Naphtha, Heavy Naphtha. 10 Hình 6: Sơ đồ mô hình mô phỏng phân xưởng CDU trên PRO/II của NMLD Dung Quất theo bản vẽ PFD [...]... và cặn chưng cất khí quyển Nên chúng tôi đã quyết định rút gọn mô hình Với các lí do sau: - Dầu thô trước khi nạp liệu vào tháp T-1101 cần phải đi qua hệ thống gia nhiệt , tách muối…Nhưng quá trình đó ảnh hưởng rất ít đến tính chất của dầu thô và cũng không ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng Bởi vậy chúng tôi bỏ qua khâu mô phỏng phần này và lấy điều kiện nạp liệu của dầu thô giống như trong tài liệu thiết... kết quả mô phỏng và tài liệu là nhỏ hơn 5% nên khá chính xác Trong quá trình mô phỏng, các dòng Kerosen, LGO, HGO là các dòng sản phẩm trích ngang được ràng buộc về lưu lượng theo đúng điểm cắt của 26 tài liệu Do đó ta sẽ so sánh đường cong ASTM D86 của tài liệu và kết quả Pro/II o Đường cong ASTM D86 Kerosen LGO HGO LV % Mô phỏng Tài liệu sai số (%) Mô phỏng Tài liệu sai số (%) Mô phỏng Tài liệu sai... 31 20 32 NAPHTA_FULL V2 33 H_NAPHTA 26 RES Hình 7: Sơ đồ mô hình mô phỏng rút gọn phân xưởng CDU trên PRO/II của NMLD Dung Quất Theo nguyên tắc và thực tế mô phỏng cho thấy, kết quả các dòng sản phẩm cần tính ở mô hình đơn giản ( Hình 7 ) và mô hình phức tạp (Hình 6) gần như không thay đổi Đặc biệt là LPG, Kerosen, LGO, HGO và Cặn chưng cất khí quyển Còn Light Naphtha và Heavy Naphta thì có sai khác... nhược điểm của phần mềm Pro/II cũng như những phần mềm mô phỏng khác là cho tới thời điểm này vẫn chưa mô phỏng được phản ứng với xúc tác rắn một cách chính xác mà đặc biệt chất tham gia lại là các cấu tử giả của dầu thô Điều đáng quan tâm ở đây là để mô phỏng một thiết bị phản ứng thì ta phải biết trước về nguyên liệu và sản phẩm Đặc điểm này khác với tháp (Colunm) ở chỗ là đối với mỗi loại dầu khi nhập... ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng - Trong thực tế phân xưởng CDU không bao gồm phân xưởng NHT Tuy nhiên do cần tìm tính chất của dòng Light Naphtha và Heavy Naphtha do đó chúng tôi mô phỏng luôn NHT Theo sơ đồ công nghệ của nhà máy thì dòng Full Range Naphta sau khi đi ra khỏi tháp ổn định T-1107 thì sẽ đi vào phân xưởng NHT trước khi qua tháp Naphtha Splitter T-1202 Tuy nhiên do số liệu về các phản ứng... trình chúng ta cần xây dựng một mô hình lí thuyết căn cứ vào các số liệu của mô hình thực tế Những số liệu trong các bản vẽ PFD trong tài liệu của Technip về cấu trúc của tháp: số đĩa, vị trí lấy ra và đưa vào của các side column và tháp Stripping… đều là số liệu thực tế Chẳng hạn về số đĩa của tháp, Pro/II sẽ mô phỏng dựa trên số đĩa lí thuyết Vì vậy nếu chúng ta muốn có một mô hình chính xác và có độ... (Residue) 407.324  Thông số dòng dầu thô Bạch Hổ và tháp chính: Theo tài liệu Feed thì dòng dầu thô ban đầu được bơm từ bể trước khi đi vào hệ thống tiền gia nhiệt để nạp vào tháp chính (Main FRACTIONATOR) có nhiệt độ 50 oC và áp suất 20 Kg/cm2g Trước khi vào tháp chính chọn dầu thô có nhiệt độ vào tháp 360 oC và áp suất là 2,45 Kg/cm2.g Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt sử dụng trong mô phỏng được thể... Pumparound…) mà không cung cấp file input có đầy đủ tất cả thông số đầu vào cần thiết cho mô phỏng Và 17 cũng không có file General report của Pro/II Do đó khi mô phỏng trường hợp này chúng tôi vẫn sử dụng các thông số trong tài liệu PFD năm 2007 của phân xưởng CDU Và sử dụng nguồn nguyên liệu như trường hợp 48 đĩa lí thuyết Như vậy mô hình tháp T-1101 sử dụng trong trường hợp này như sau:  Tập tin input: $ Generated... Nhưng trước tiên phải xét độ tin cậy của tháp T-1101 Khi mô hình của T-1101 cho kết quả tin cậy rồi ta tiếp tục mô phỏng các thiết bị tiếp theo Dưới đây là những thông số cần thiết để mô phỏng T-1101  Lưu lượng dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính như sau: o Nguyên liệu: Dầu thô Bạch Hổ, lưu lượng 812.500 (kg/h) o Các sản phẩm: Sản phẩm LPG Naphtha (Full Range Naphtha) Kerosen Lưu lượng (Kg/h)... sánh với kết quả của các dòng sản phẩm trong “5.000.DS.0011_D4_Marerial Balance” của tài liệu FEED về cân bằng vật chất theo bảng 3 đều đã thõa mãn sai số rất nhỏ Có hai chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng lớn đến các tính chất khác của phân đoạn là tỷ trọng chuẩn và đường cong chưng cất ASTM D86 (Chỉ xét từ 5% LV đến 95%LV) o Tỷ trọng: Dòng KEROSEN LGO HGO RES Mô phỏng 0,779 0,816 0,844 0,881 Tài liệu 0,776 . UNIT) CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Phân xưởng chưng cất khí quyển CDU có thể được xem là phân xưởng “cửa ngõ” của một nhà máy lọc dầu với nhiệm vụ phân. Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 2: Mô hình 3D của phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất nhìn theo hướng Đông Nam Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung