Tổng quan công nghệ và mô phỏng thiết kế nhà máy sản xuất polypropylene năng suất 150000 tấn năm

MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM .5 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PROPYLENE: 1.1.1 Tính chất vật lý [3] 1.1.2 Tính chất hóa học [4] 1.1.3 Quá trình phát triển nguồn thu nhận [5] 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HYDROGENE:[6] 1.2.1 Tính chất vật lý: [7] 1.2.2 Tính chất hóa học [8] 10 1.2.3 Ứng dụng sản xuất[9] .10 1.3 SẢN PHẨM POLYPROPYLEN 11 1.3.1 Lịch sử đời[10] 11 1.3.2 Đặc tính chung[11] 11 1.3.3 Công dụng[12] 11 1.3.4 Phân loại Polypropylen[13] 12 1.3.5 Cấu trúc phân tử[15] .13 1.3.6 Hình thái học[17] 14 1.3.7 Tính chất nhiệt động học[18] 17 1.4 CHẤT XÚC TÁC[21] 18 1.4.1 Lịch sử đời phát triển 18 1.4.2 Cấu tạo, thành phần chất xúc tác 20 1.5 LÝ THUYẾT TRÙNG HỢP PROPYLENE [22] 22 1.5.1 Cơ chế trùng hợp Propylene 22 1.5.2 Vấn đề điều hòa lập thể điều hòa vùng chèn monomer.25 CHƯƠNG [23] 28 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT POLYPROPYLEN 28 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE 31 [24] 3.1 NHỮNG QUÁ TRÌNH POLIMER HĨA PROPYLEN THƠNG DỤNG 31 3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT CHUNG[25] .31 3.2.1 Khu vực xử lý nguyên vật liệu ban đầu: 32 3.2.2 Khu vực polimer hóa .33 3.2.3 Khu vực tách thu hồi khí 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3.2.4 Khu vực xử lý cặn khử mùi: 33 3.2.5 Khu vực ép tao hạt qui trình xử lý hạt nhỏ 33 3.2.6 Khu vực đóng bao đóng thùng: 33 3.3 MÔ TẢ VỀ CÁC CÔNG NGHỆ ĐƯỢC SỬ DỤNG HIỆN NAY[26] 33 3.3.1 Công nghệ pha lỏng .33 3.3.1.1 Mô tả qui trình cơng nghệ SPHERIPOL 33 3.3.1.2 Mô tả công nghệ HYPOL-II 38 3.3.2 Cơng nghệ pha khí: .41 3.3.2.1 Mô tả qui trình cơng nghệ NOVOLEN 41 3.3.2.2 Mơ tả chu trình cơng nghệ "UNIPOL" 45 3.3.2.3 Mơ tả qui trình cơng nghệ INNOVENE 48 3.4 KHÁI QUÁT VỀ PHÁT PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP POLYPROPYPROPYLENE [27] 51 3.5 GIẢI TRÌNH VỀ SỰ LỰA CHỘN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PP [28] 51 MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẰNG PHẦN MỀM HYSIS 55 4.1 Những thông số ban đầu: [29] 55 4.2 TÍNH CÁC GIÁ TRỊ BAN ĐẦU CHO Q TRÌNH MƠ PHỎNG 57 4.3 TÍNH TỐN Q TRÌNH NHỜ MƠ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM HYSYS[30] 63 4.3.1 Giới thiệu phần mềm Hysys .63 4.3.2 Các bước mô sơ đồ công nghệ sản xuất Polypropylene .64 4.3.2.1 Xây dựng mơ hình, điều kiện phản ứng 64 4.3.2.2 Xây dựng thiết bị phản ứng 69 4.3.2.3 Xây dựng thiết bị tách loại .72 4.3.3 Kết thu từ trình mơ .73 TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 77 5.1 TÍNH TỐN KÍCH THƯỚC CHO THIẾT BỊ CHÍNH .77 5.1.1 Các thiết bị phản ứng 77 5.1.2 Thiết bị tách loại 77 5.1.3 Kết thu từ mô .77 5.2 CÁC THIẾT BỊ PHỤ KHÁC .78 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA QUÁ TRÌNH[31] 83 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 83 6.1.1 Các nguyên tắc trình điều khiển 83 6.1.1.1 Điều khiển đóng mở .83 6.1.1.2 Điều khiển trình 83 6.1.2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS nhà máy đại 83 6.1.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 84 6.1.3.1 Vai trò điều khiển PID 84 6.1.4 Lựa chọn khâu tác động thông số đặt trưng cho PID 85 6.1.5 Hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất POLYPROPYLEN 86 6.1.5.1 Bộ điều khiển lưu lượng : Gồm thiết bị điều khiển lưu lượng : 87 6.1.5.2 Bộ điều khiển nhiệt độ .87 6.1.5.3 Bộ điều khiển nồng độ .87 6.1.5.4 Bộ điều khiển mức 88 6.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ THƠNG SỐ DỊNG VẬT CHẤT BẰNG HYSIS .88 6.2.1 Tiến hành hồn tất mơ tỉnh q trình trao đổi nhiệt dịng Propylen : 88 6.2.2 Xây dựng hệ thống điều khiển PID cho thiết bị : 88 Tài liệu tham khảo Chương I 93 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, trở thành thành viên thức WTO cơng nghiệp có nhiều hội phát triển hơn, ngành Cơng nghệ Lọc - Hóa Dầu ưu tiên phát triển hàng đầu Đó ngành mũi nhọn để phát triển đất nước, phù hợp với tiềm Dầu mỏ có nước ta Chính điều tạo tiềm lớn cho tương lai tận dụng sản phẩm hóa dầu, tổng hợp hợp chất Polymer ngành có xu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hướng phát triển mạnh Việt Nam Đó ngành khoa học nghiên cứu việc tổng hợp chất hữu có ứng dụng rộng rãi đời sống cách tận dụng nguồn nguyên liệu từ dầu mỏ Việc sản xuất, sử dụng polymer ngày mở rộng có quy mơ phát triển nhanh Đặc biệt tình hình ngun liệu thiên nhiên ngày khan hiếm, tiêu thụ nguồn lượng hợp chất hóa học có sẵn diễn với tốc độ ngày cao đặt vấn đề với nhà hóa học phải tìm hợp chất thay chúng Polypropylene số polymer sử dụng rộng rãi giới tính phổ dụng, giá thành monomer thấp, giá thành sản xuất thấp, tính chất ưa chuộng Hiện nay, nước ta có nhiều dự án xây dựng Nhà máy lọc dầu triển khai Đây coi điểm hứa hẹn cung cấp nguồn Propylene nguyên liệu dồi Việc xây dựng nhà máy sản xuất Polypropylene yêu cầu cần thiết cấp bách mang tính xã hội, tính kinh tế góp phần với nhịp độ tăng trưởng kinh tế chung cho đất nước Với đời Nhà máy lọc dầu số với công suất 6,5 triệu tấn/năm Khu Công Nghiệp Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi Cần thiết phải có nhà máy sản xuất Polypropylene đưa vào vận hành đồng thời Mặt khác, thời đại ngày nay, với phát triển không ngừng tiến khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng phần mềm chuyên dụng vào lĩnh vực kỹ thuật khác trở nên phổ biến Nhờ có xuất cơng cụ đắc lực mà việc điều khiển, vận hành quy trình cơng nghệ ngày đại tối ưu Bên cạnh đó, phần mềm chuyên dụng giúp nhà thiết kế vận hành tiến hành tính tốn, thiết kế tối ưu thơng số q trình Đó nhờ đời phần mềm mô Các phần mềm mơ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ngành dầu khí nói riêng ngành kỹ thuật khác nói chung Nó cho phép người sử dụng tiến hành thao tác mô quy trình có thực tế thiết kế quy trình nhờ có thư viện liệu phong phú xác với ngành khác Một số phần mềm Hysis Là phần mềm tính tốn chun dụng lĩnh vực cơng nghệ hóa học, đặc biệt lĩnh vực lọc - hóa dầu, polymer, hóa dược Từ phân tích trên, em định chọn đề tài: “Tổng quan công nghệ mô thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất: 150000 Tấn/năm” phần mềm Hysis CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1 GIỚI THIỆU VỀ PROPYLENE: Propylen (tên thông thường), có tên quốc tế Propen hydrocacbon không no, thuộc họ alken LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Công thước phân tử: C3H6 - Cơng thức cấu tạo: Là nguồn ngun liệu để sản xuất Polypropylene Các nguồn thu nhận Propylene chính: [1] Nguồn nguyên liệu để sản xuất Polypropylene Propylene Sản xuất Propylene lĩnh vực sản xuất quy mô lớn, có mức tăng trưởng nhanh Propylene nguyên liệu cho nhiều sản phẩm hóa dầu quan trọng coi sản phẩm phụ sản phẩm đồng hành nhà máy lọc dầu (NMLD) nhà máy sản xuất Ethylene Về bản, tồn lượng Propylene sử dụng cho cơng nghiệp hóa chất sản xuất từ NMLD (cracking xúc tác) đồng sản phẩm Ethylene nhà máy cracking nước Ngoài ra, lượng Propylene tương đối nhỏ sản xuất phương pháp khác như: Tách Hyđrogen khỏi Propane, phản ứng trao đổi Etylene – Butene, chuyển hoá từ Methanol (MeOH UOP/Hydro MTO hay Lurgi MTP) Trong báo cáo thị trường tập chí Nghiên cứu thị trường cơng nghiệp hố chất giới tháng 11-2003, sản lượng Propylene giới khoảng 72 triệu đó: 61% từ cracking nước (tỉ lệ Propylene:Ethylene 3,5:10 đến 6,5:10); 36% từ NMLD; 3% trình cịn lại Hình : Các nguồn thu nhận Propylene[2] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.1.1 Tính chất vật lý [3] Propylen có cơng thức phân tử (C3H8), công thức cấu tạo CH2 = CH - CH3 thành viên đơn giản thứ hai họ Alkene Propylen chất khí, khơng tan nước, dầu mỡ, dung dịch Amoni Đồng chất lỏng phân cực như: Ether, Etanol, Axeton, Fufurol Do phân tử có liên kết π , tan tốt nhiều sản phẩm hóa dầu quan trọng, chất khí dễ cháy nổ Propylen nguyên liệu khơng màu, khơng mùi, người ta thường pha thêm mercaptan có mùi gần giống tỏi vào thành phần để dễ dàng nhận biết − Sau số vật lý Propylen: − Khối lượng phân tử: 42,08 đvC − Áp suất tới hạn: Pc = 4.7MPa − Tỷ trọng trạng thái lỏng (15oC, 760mmHg): 0.51 − Tỷ trọng trạng thái (15oC,760mmHg): 1.49 − Độ tan (trong nước -50oC): 0.61g/m3 − Độ nhớt(20oC): 0.3cSt, (tại 20oC 1at 8.35.10-6N.s/m2) − Độ nhớt (16,7oC):8,34µ Pa*s − Nhiệt độ tới hạn: Tc = 92.30C − Nhiệt nóng chảy: -185.2oC(88K) − Nhiệt độ sôi: -47.6oC (225.5K) − Nhiệt cháy: 10.94 kcal/kg 25oC − Điểm bốc cháy: -108oC − Giới hạn nồng độ hỗn hợp nổ với khơng khí: 2.0% ÷ 11,7% − Độ acid: 43 (44 in DMSO) − Hằng số khí R= 198 1.1.2 Tính chất hóa học [4] Liên kết π nối đôi anken bền vững nên phản ứng dễ bị đứt để tạo thành liên kết σ với nguyên tử khác Vì liên kết đơi C=C trung tâm phản ứng gây phản ứng hóa học đặc trưng cho anken phản ứng cộng, phản ứng trùng hợp phản ứng oxi hóa Phản ứng cộng Hydro (Hydro hóa) Khi có mặt chất xúc tác Ni, Pt, Pd, với nhiệt độ thích hợp Propylen cộng Hidro vào nối đôi tạo thành Propan, phản ứng tỏa nhiệt: R1R2C=CR3R4 + H2 xt,to R1R2CH-CHR3R4 CH2=CH-CH3 + H2 xt,to CH3-CH2-CH3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phản ứng cộng Halogen (Halogen hóa) Clo Brom dễ cộng hợp với Propylen để tạo thành dẫn xuất đihalogen khơng màu, tính chất làm màu dung dịch Clo (Brom) nên người ta thường dùng dung dịch nước Clo (brom) để nhận biết anken: CH2 = CH - CH3 + Cl2 ClCH2-CHCl-CH3 (1,2 diclopropan) Phản ứng cộng Acid cộng nước  Cộng Acid Hydrogen halogenua, Acid sunfuric đậm đặc cộng vào Propylen CH2=CH-CH3 + Cl-H (khí) CH3 – CHCl - CH3 Phản ứng xảy qua giai đoạn liên tiếp: - Phân tử H+-Cl- bị phân cắt, H+ tương tác với liên kết π tạo thành cacbocation, Cl - tách - - Cacbocation tiểu phân trung gian không bền, kết hợp với anion Cl tạo thành sản phẩm Cộng nước (Hidrat hóa)  Ở nhiệt độ thích hợp có xúc tác Acid, Propylen cộng hợp nước: CH2=CH2-CH3 +H-OH CH3 - CH - CH2 - OH (Propanol) Quy tắc cộng hợp tuân theo quy tắc Mac - cơp – nhi - cơp, (Phần điện tích dương tác nhân cộng vào cacbon mang nhiều H (tức cacbon bậc thấp hơn), phần mang điện tích âm tác nhân cộng vào cacbon mang H hơn) Phản ứng trùng hợp Propylen có khả cộng hợp nhiều phân tử lại với tạo thành phân tử mạch dài có khối lượng lớn điều kiện nhiệt độ, áp suất, xúc tác thích hợp: n CH2 = CH CH ( - CH - CH - ) n CH PolyPropylen Phản ứng trùng hợp trình cộng hợp liên tiếp nhiều phân tử nhỏ giống tương tự tạo thành phân tử lớn gọi polymer Phản ứng Oxi hóa Propylen Hydrocacbon khác cháy tạo thành CO2, H2O tỏa nhiều nhiệt C3H6 + O2 CO2 + 6H2O Ngoài Propylen có khả làm màu quỳ tím Anken khác 3C3H6 + 2KMnO4 + 4H2O 3CH3-CH(OH)-CH2OH + MnO2 + 2KOH LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.1.3 Quá trình phát triển nguồn thu nhận [5] Những nguồn thu nhận propylen từ trình cracking (crackinh xúc tác crackinh hơi) hydrocacbon Lúc đầu trình thiết kế để sản xuất sản phẩm khác, propylen sản phụ khơng mong muốn Q trình sinh nhiều sản phẩm phụ, hàm lượng Propylen sinh tùy thuộc nguồn nguyên liệu điều kiện phản ứng Nguồn nguyên liệu dầu mỏ etan Khi dầu mỏ trở thành nguồn ngun liệu hàm lượng Propylen sản xuất tăng lên Sự tiêu thụ tăng lên dẫn đến tăng độ nghiêm ngặt trình cracking xúc tác nhà máy lọc dầu, kết tăng lượng sản phẩm Propylen Propylen thu từ trình crackinh xúc tác nhà máy lọc dầu làm trình chưng cất để loại bỏ Propan phần không tinh khiết khác Propylen loại thương mại hóa (xấp xỉ 95% propylen) loại trùng hợp (>99,5% Propylen) có tạp chất chủ yếu Propan Propylen sản xuất chuyển vị buten etylen Quá trình đưa vào nhà máy lọc dầu phân xưởng crackinh để tăng sản phẩm propylen Lúc đầu trình phát triển Phillip quyền ABB LUMMUS Ngồi Propylen cịn sản xuất cách khử hydro Propan tác dụng xúc tác, q trình dự đốn q trình cung cấp Propylen Trung Đơng Hai q trình áp dụng q trình Catofin trước phát triển Houdry cấp phép ABB Lummus trình Oleflex cấp phép UOP Khí thiên nhiên dùng nguyên liệu cho trình sản xuất PP cách thêm trình Lugri MTP vào nhà máy sản xuất methanol thơng thường Nhìn chung, bản, tồn lượng Propylen sử dụng cho cơng nghiệp hóa chất sản xuất từ NMLD (crackinh xúc tác) đồng sản phẩm Etylen nhà máy crackinh Ngồi cịn lượng Propylen tương đối nhỏ sản xuất phương pháp khác như: Tách Hydro khỏi Propan, phản ứng trao đổi Etylen – Butene, chuyển hóa từ Methanol 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HYDROGENE:[6] - Công thức phân tử : H2 - Công thức cấu tạo : H – H Hydrogen khí nhẹ tất khí, tìm thấy khí với nồng độ thấp, phần lớn thu từ trình nhà máy lọc dầu (Reforming xúc tác chiếm khoảng 70 – 90 % thể tích ), khí thiên nhiên, than cốc, điện phân dung dịch… LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình : Phân xưởng thu hồi Hydrogen Nhà máy lọc dầu (PSA) 1.2.1 Tính chất vật lý: [7] Ở nhiệt độ thường, Hydrogen chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, tan nước (1,6 mg/l) dung môi hữu cơ, khả cháy nổ cao, khơng trì sống dễ dàng phản ứng với chất, hợp chất hóa học khác Bảng : Một số tính chất vật lý Hydrogen Khối lượng phân tử, (g/mol) 2,016 Khối lượng riêng thể lỏng, (g/cm3) 0,06986 Khối lượng riêng thể khí, (g/cm3) 0,001312 Nhiệt độ ngưng tụ, (oC) - 252,6 Nhiệt độ kết tinh, (oC) -259 Nhiệt độ tới hạn, (oC) -230,82 Áp suất tới hạn, (bar) 19,29 Giới hạn cháy nổ với khơng khí, (%V) 4,0 ÷ 75 Độ nhớt 15 oC, (cP) 0,00866 Năng lượng liên kết H-H, (kj/mol) 435 o Độ dài liên kết, ( A ) 0,74 1.2.2 Tính chất hóa học [8] • Tính bền nhiệt : Phân tử H2 có độ bền nhiệt lớn, nên khó phân hủy thành nguyên tử Quá trình phân hủy thu nhiệt nhiều H2 → 2H, ΔH = 435 (KJ/mol) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com • Tính oxy hóa : Ở nhiệt độ thường, Hydrogen hoạt động đun nóng kết hợp với nhiều nguyên tố Khi phản ứng với chất khử mạnh kim loại kiềm, kiềm thổ Hydrogen thể tính oxy hóa • 2Li + H2 → 2LiH  Phản ứng với Oxy Tính khử : Ở nhiệt độ thường H2 không phản ứng với Oxy mà bắt đầu phản ứng nhiệt độ o 550 C 2H (K) + O (K) → 2H 2O (K) , ∆H = - 241,82(KJ/mol) Khi cháy với Oxy nguyên chất làm nhiệt độ lửa lên đến 2500oC, nên ứng dụng công nghiệp hàn, cắt kim loại Tuy nhiên, tỉ lệ thích hợp 2:1 phản ứng trở thành phản ứng nổ nguy hiểm  Phản ứng với kim loại hoạt động (trừ oxyt kim loại hoạt động từ đầu dãy điện hoá đến Al) CuO + H → Cu + H O; Fe3O + 4H → 3Fe + H O;  Phản ứng cộng Tham gia phản ứng Hydrogen hoá hợp chất không no, tác nhân ngắt mạch phản ứng dây chuyền tạo chuỗi polymer Đặc biệt, Hydrogen có ý nghĩa lớn trình Hydrocracking, Hydrotreatment Nhà máy lọc dầu 1.2.3 Ứng dụng sản xuất[9] Hydrogen có độ tinh khiết thường sử dụng công nghiệp sản xuất hợp chất dẻo, polyester nylon (sợi tổng hợp), tổng hợp NH3, HCl, CH3OH công nghiệp hàn (kết hợp với oxygen) Gần đây, người ta tạo trạng thái Hydrogen (Hydrogen kim loại), nén áp suất triệu atm nhiệt độ khoảng - 270oC Hydrogen kim loại chất rắn có độ dẫn điện - nhiệt cao tính chất khác kim loại ứng dụng công nghiệp điện tử, vật liệu bán dẫn Là nhiên liệu quan trọng tàu vũ trụ, tên lửa tổng hợp hạt nhân Hiện giới hướng đến dùng làm nhiên liệu chạy cho động cơ, pin nhiệt điện.Vì nhẹ nên dùng bơm vào khí cầu, phao phục vụ cho quân dân 1.3 SẢN PHẨM POLYPROPYLEN 1.3.1 Lịch sử đời[10] Việc phát minh Polypropylen diễn vào đầu năm 1950 Có nhiều nhóm tham gia phát minh này: Montecatini (có góp mặt giáo sư Giulio Natta đồng đạt giải nobel 1963 với Karl Ziegler), Nhóm Ziegler LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tổn thất áp ống, KPa 200 200 500 500 Tổn thất áp ống 300 400 2000 3000 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA QUÁ TRÌNH[31] 6.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Trong ngành điều khiển tự động có hai loại điều khiển có khả đóng mở (discrete control) điều khiển trình (process control) 6.1.1 Các nguyên tắc trình điều khiển 6.1.1.1 Điều khiển đóng mở Điều khiển đóng mở hệ thống điều khiển tự động thường sử dụng cho nhà máy lắp ráp Trong ngành cơng nghiêp hố học nói chung ngành cơng nghệ lọc dầu chế biến khí nói riêng, điều khiển đóng mở khơng phổ biến khơng thể thiếu có vai trị quan trọng, đặc biệt ứng dụng start up, shutdown, an toàn nhà máy Những đầu vào, đầu loại điều khiển hai trạng thái đóng hay mở (on hay off) Phương pháp điều khiển loại logic, với cổng OR, AND, NAND vv Cách 40 năm điều khiển loại hệ thống rơle rơle thời gian đặt tụ bảng Với phát triển ngành điện tử, điều khiển có khả lập trình PLC (Programmable Logic Control) đời làm cho hệ thống rơle trở nên lỗi thời 6.1.1.2 Điều khiển trình Trong nhà máy lọc dầu, hoá dầu, chế biến khí, người ta sử dụng chủ yếu loại điều khiển Q trình sản xuất liên tục, thơng số điều khiển bao gồm nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng, lưu lượng, độ pH, nồng độ vv Thiết bị đầu vào thường từ chuyển đổi tín hiệu cho tín hiệu tương tự dạng chuẩn 4-20 mA 3-15 psig Thiết bị đầu thông thường van điều khiển Phương pháp điều khiển thường thuật toán điều khiển tỉ lệ (Proportional), tích phân (Integral) vi phân (Differential) viết tắt PID [3] 6.1.2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS nhà máy đại Do đặt thù có nhiều phân xưởng nằm phân tán diện tích lớn có nhiều đầu vào đầu ứng với phân xưởng nên hầu hết nhà máy lọc dầu sử dụng hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed Control System) Hệ thống cấu thành nhiều hệ thống nhỏ nằm phân tán phân xưởng, hệ thống nhỏ có nhiệm vụ đảm bảo q trình điều khiển phân xưởng mà đảm nhiệm, chịu quản lý hệ thống chủ bên trên, nhận cung cấp tín hiệu với hệ thống chủ Bản thân hệ thống phân tán quản lý trực tiếp thiết bị trường van, cảm biến, mô tơ Tập hợp tất liệu từ hệ thống phân tán phân xưởng gởi lên hệ thống cấp cao hơn, hệ thống thường tập trung phòng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com điều khiển trung tâm nhà máy, nơi mà kỹ sư vận hành nhà quản lý trực tiếp đưa định chế độ hoạt động nhà máy Ra đời từ năm 70, hệ thống điều khiển phân tán DCS mang đến cách mạng thực cho phòng điều khiển trung tâm nhà máy lọc dầu cách số hố vịng điều khiển biểu diễn thơng tin q trình lên hình điều khiển Hình 38 : Mơ hình hệ thống điều khiển DCS Những lợi mà DCS mang lại kể  Đảm bảo an tồn cao trình hoạt động  Lưu trữ thơng tin q trình hoạt động phục vụ cho công tác thống kê, nghiên cứu, hoạch định chiến lược  Cung cấp nhìn tổng quát hoạt động nhà máy  Các module tính tốn cho phép triển khai chiến lược điều khiển nhằm mục đích tối ưu hiệu cơng nghệ hiệu kinh tế  Giao diện thân thiện với người vận hành ngơn ngữ hình ảnh 6.1.3.BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 6.1.3.1 Vai trò điều khiển PID Tên gọi PID chữ viết tắt ba thành phần gồm khâu khuyếch đại P (Proportional), khâu tích phân I (Integral) khâu vi phân D (Differential) Sơ đồ hoạt động khâu PID sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 39 : Sơ đồ hoạt động khâu PID Bộ điều khiển PID sử dụng rộng rãi để điều khiển đối tượng theo nguyên lý hồi tiếp, đặc biệt ngành cơng nghiệp q trình, bật lĩnh vực dầu khí Lý điều khiển sử dụng rộng rãi tính đơn giản cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t) giá trị đặt SP giá trị thực tế PV khơng cho q trình q độ thoả mãn yêu cầu chất lượng Bộ điều kiển PID mơ tả mơ hình vào theo phương trình sau u(t) = kp[ e(t) + T i t ∫e(t )dt + Td de (t ) ] dt Trong Kp hệ số khuyếch đại, đặt trưng cho khâu tỉ lệ Ti số tích phân, đặt trưng cho khâu tích phân Td số vi phân, đặt trưng cho khâu vi phân Đây ba thông số đặt trưng cho điều khiển PID Chất lượng hệ thống phụ thuộc vào ba thơng số Muốn có hệ thống có chất lượng mong muốn phải phân tích đối tượng sở chọn thơng số Kp, Ti, Td cho phù hợp 6.1.4 Lựa chọn khâu tác động thông số đặt trưng cho PID Nhiệm vụ việc thiết kế điều khiển PID cho trình cụ thể  Lựa chọn khâu tác động  Tính tốn thơng số đặt trưng cho khâu Không phải dùng ba khâu vịng điều khiển Thơng thường tác động P + I dùng để điều khiển thông số thay đổi nhanh điều khiển mức, điều khiển áp suất, điều khiển lưu lượng Tác động P+I +D dùng để điều khiển thông số thay đổi chậm điều khiển nhiệt độ, điều khiển độ pH, điều khiển nồng độ Việc lựa chọn thông số đặt trưng cho khâu thông thường vào hàm truyền trình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngày có số điều khiển đại tự động lựa chọn khâu điều khiển kể việc thiết đặt thông số đặt trưng cho khâu Bảng sau trình bày kinh nghiệm lựa chọn khâu điều kiển thông số đặc trưng cho khâu ứng với trình cụ thể ứng dụng mô động phần mềm HysysDynamic Bảng 14 : Khoảng kinh nghiệm khâu PID[32] Qúa trình Kp Ti (phút) Td (phút) 0-5 Điều khiển nhiệt độ 2-10 2-10 Điều khiển áp suất 2-10 2-10 Không sử dụng Điều khiển mức (khâu P) Không sử dụng Không sử dụng Điều khiển mức (khâu PI) 2-10 1-5 Không sử dụng 0.4-0.65 0.05-0.25 Không sử dụng Điều khiển lưu lượng Trên bốn trình điều khiển bản, tất vòng điều khiển thực tế cấu thành thành phần Khâu PID sử dụng thực tế điều khiển trình, hầu hết tất q trình điều khiển khâu PI lựa chọn thông số đặt trưng 6.1.5 Hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất POLYPROPYLEN Hệ thống điều khiển nhà máy phức tạp Gồm có điều khiển nhiệt độ , áp suất, nồng độ, khối lượng riêng, lưu lượng…Có thể biểu diễn theo sơ đồ sau LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 40 : Sơ đồ hệ thống điều khiển nhà máy sản xuất PP 6.1.5.1 Bộ điều khiển lưu lượng : Gồm thiết bị điều khiển lưu lượng : • Dịng ngun liệu Propylen • Dòng nguyên liệu hydro • Dòng Xúc tác • Các dòng Propylen vào thiết bị trao đổi nhiệt • Dòng nước làm lạnh, nước gia nhiệt 6.1.5.2 Bộ điều khiển nhiệt độ Gồm thiết bị điều khiển : • Nhiệt độ dịng Propylen khỏi thiết bị trao đổi nhiệt • Nhiệt độ thiết bị phản ứng • Nhiệt độ dịng Polypropylen – Propylen khỏi thiết bị hóa Propylen 6.1.5.3 Bộ điều khiển nồng độ • Thiết bị điều khiển nồng độ hydro dòng Propylen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com • Điều khiển nồng độ Propylen thiết bị phản ứng thơng qua điều khiển độ chuyển hóa phản ứng ( thực tế điều khiển khối lượng riêng hệ nhũ tương thiết bị phản ứng ) 6.1.5.4 Bộ điều khiển mức • Thiết bị điều khiển mức PP thiết bị tách • Thiết bị điều khiển tốc độ dịng khí Propylen khỏi thiết bị 6.2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỘT SỐ THÔNG SỐ DÒNG VẬT CHẤT BẰNG HYSIS ( Ở ta lấy ví dụ cách điều khiển thơng số dòng vật chất qua thiết bị trao đổi nhiệt ) Cụ thể ta xét trình phương pháp điều khiển nhiệt độ dòng Propylen khỏi thiết bị trao đổi nhiệt trước vào thiết bị phản ứng thứ hai ( R2 ) Gồm có bước sau : 6.2.1 Tiến hành hồn tất mơ tỉnh q trình trao đổi nhiệt dịng Propylen : Hình 41 : Thiết bị trao đổi nhiệt 6.2.2 Xây dựng hệ thống điều khiển PID cho thiết bị : Gồm có thiết bị điều khiển sau :  FIC-100 : Thiết bị điều khiển lưu lượng thấp áp vào thiết bị trao đổi nhiệt thông qua độ mở van VLV-101  FIC-101 : Thiết bị điều khiển lưu lượng dòng Propylen vào thiết bị trao đổi nhiệt thông qua điều khiển độ mở van VLV-100 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  TIC-100 : Thiết bị điều khiển nhiệt độ dòng Propylen khỏi thiết bị trao đổi nhiệt thông qua điều khiển độ mở van VLV-101 Hình 42 : Hệ thống điều khiển thiết bị trao đổi nhiệt • Cách thức thiết lập thiết bị điều khiển: Trên công cụ Case (Main) Click vào Control Ops → PID Controller Double click vào thiết bị để nhập thông số điều khiển LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 43 : Xây dựng hệ thống điều khiển Trong phần Connections mục Process Variable Source chọn biến điều khiển nhiệt độ dòng PRO11 sau LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 44 : Xác lập biến điều khiển Tại mục Output Target Object chọn đối tượng thay đổi (là độ mở van VLV102) Trong phần Parameters điền thông số Kc, Ti, Td, khoảng giá trị nhiệt độ tối thiểu, tối đa Tương tự ta thiết lập thiết bị điều khiển lại FIC-100, FIC-101 Sau xây dựng hệ thống thiết bị điều khiẻn ta kích chuột vào nút Dynamics Assistant cơng cụ chọn Make Change→ Finish Sau vào Tool → Chọn Databook (hoặc Ctrl D), Tại mục Variables → insert dịng vật chất sau : Hình 45 : Quá trình điều khiển Tại mục Strip Chats ta đánh dấu tick vào mục chọn kích vào Strip Charts để hiển thị đường biều diễn thay đổi nhiệt độ, lưu lượng… biến lại thay đổi Cuối kích vào nút Intergrator active công cụ (hoặc vào Simulation → Intergrator) để chuyển qua trạng thái mô động Ta xem hồn tất việc mơ động thiết bị Tương tự ta mơ động thay đổi thông số tất thiết bị lại LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 46 : Hệ thống điều khiển thiết bị trao đổi nhiệt Tương tự ta tiến hành mơ động để xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cịn lại Vì số liệu cịn chưa xác so với thực tế nên chưa thể mô động toàn nhà máy lúc mà xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị khu vực nhà máy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tài liệu tham khảo Chương I [1] http://UOP.com/products/UOP Propylene Recovery Unit Thế Nghĩa, Tình hình triển vọng phát triển ngành Hóa dầu giới, Tập Chí Cơng Nghiệp Hố Chất, số 08 – 2003, [http://www.vinachem.com.vn/ [2] http://www.airliquide.com/en/business/products/Propylene [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Propylene [4] Người dịch Nguyễn Đức Chung, Hoá Học Hữu Cơ Hiện Đại NXB Khoa học Kỹ thuật, 1981 GS.TS Phan Minh Tân, Tổng hợp hữu Hoá dầu, tập I NXB - ĐHQG TP.Hồ Chí Minh [5] Handbook-Propylene Polymers.pdf [6] http://www.airliquide.com/en/business/products/Hydrogen [7], [ ], [ ] Hoàng Nhâm, Hố học vơ cơ, tập I Nhà xuất Giáo dục, 2000 [10] Handbook-Propylene Polymers [11], [12] http://en.wikipedia.org/wiki/Polypropylene [13] Jean – Maire BÉCHET – Polypropylènes [14] http://www.pslc.ws/mactest/pp.htm [15] Jean – Maire BÉCHET – Polypropylènes [16] http://www.polysurfacesbookstore.com/keyword/id=Polypropylene [17], [18], [19], [20] Handbook-Propylene Polymers.pdf [21] Người dịch Phạm Duy Phúc – Cơng nghệ sản xuất polypropylene qui trình vận hành nhà máy- Trường cao đẳng dạy nghề Vùng Tàu [22] Handbook-Propylene Polymers.pdf LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com [23] Chương 4-Tài liệu nghiên cứu tiền khả thi dự án xây dựng phân xưởng Polypropylene PetroVietnam [24] Jean – Maire BÉCHET – Polypropylènes [25], [26], [27], [28], [29] Chương 4-Tài liệu nghiên cứu tiền khả thi dự án xây dựng phân xưởng Polypropylene PetroVietnam [30] Tài liệu tham khảo phần mềm Hysys http://www.simsci.com/ http://www.hyprotech.com/ http://www.ideas-simulation.com/ [31] Tổng quan hệ thống điều khiển nhà máy lọc dầu Nguyễn Đình Lâm [32] Tài liệu tham khảo phần mềm Hysys (Hysys v2.4.1.3870 Add Ons /training / PDFs/training /Current /DS+PC7) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Qua gần bốn tháng tìm hiểu, phân tích tiến hành mơ phỏng, đến tơi hoàn thành nhiệm vụ đồ án giao với đề tài “Tổng quan công nghệ thiết kế mô phân xưởng sản xuất Polypropylene nhà máy lọc dầu Dung Quất phần mềm Hysic”  Nhìn chung Đề tài giải số vấn đề sau • Tổng quan cơng nghệ sản xuất Polypropylene • So sánh, lựa chọn đề nghị quy trình cơng nghệ thích hợp • Nắm bắt Phương pháp tiếp cận sử dụng phần mềm Hysys mô công nghệ sản xuất, đặc biệt mô thiết bị phản ứng cấu tử giả • Tính tốn, thiết kế thơng số kỹ thuật thiết bị phân xưởng • Xây dựng hệ thống điều khiển điều khiển thông số dòng vật chất thiết bị  Những hạn chế đề tài: • Đề tài mẽ thân thiếu nhiều kiến thức thực tế • Các số liệu chưa thực tế Việt Nam chưa có Nhà máy sản xuất Polypropylen • Vì số liệu cịn chưa xác so với thực tế nên chưa thể mơ động tồn nhà máy lúc • Các thiết bị Hysic tính tốn khơng sát với thực tế Do độ xác khơng cao  Hướng phát triển đề tài • Tính thiết kế mặt bằng, cơng trình phụ trợ tính kinh tế cho tồn nhà máy • Phát triển mơ cho hệ nhiều monomer (comonomer), mở rộng cho trình trùng hợp khác • Mơ động lúc tồn phân xưởng thơng số thay đổi • Tối ưu hố thiết kế q trình sản xuất polymer từ olefine LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tuy nhiên thời gian có hạn khả hạn chế nên đồ án em chưa tìm hiểu kỹ hết ứng dụng phầm mềm Hysys, chưa tìm hiểu quy trình cơng nghệ xưởng phụ trợ chưa tính tốn thơng số vận hành tối ưu, chưa tính thiết kế cho tất thiết bị sơ đồ mô xưởng sản xuất Polypropylen Việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp giúp em ôn lại nhiều kiến thức mà thầy truyền đạt Tiếp cận tìm hiểu phần mềm giúp em tích lũy nhiều kỹ việc sử dụng phần mềm để mô tính tốn cơng nghệ q trình Qua đồ án em thấy phần mềm Hysys phần mềm có ứng dụng quan trọng lĩnh vực dầu khí, thơng qua người mơ cảm thấy làm việc với thiết bị thực tế Tuy nhiên vào thực tế công việc cơng trình đồ sộ, nằm ngồi phạm vi đồ án tốt nghiệp Hơn nữa, hạn chế kiến thức thời gian, nên đồ án em khơng tránh khỏi sai sót Kính mong nhận phê bình, góp ý q thầy cô bạn để đề tài ngày hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn q thầy Trường, Khoa Hố, Ngành Cơng nghệ Hóa học - Dầu Khí Trường ĐHBK- ĐH Đà Nẵng, đặc biệt Thầy TS Nguyễn Đình Lâm dành nhiều thời gian hướng dẫn tận tình, giúp em thực hoàn thành đồ án tốt nghiệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... trên, em định chọn đề tài: ? ?Tổng quan công nghệ mô thiết kế nhà máy sản xuất Polypropylene – Năng suất: 150000 Tấn/ năm? ?? phần mềm Hysis CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1 GIỚI THIỆU VỀ... chung cho đất nước Với đời Nhà máy lọc dầu số với công suất 6,5 triệu tấn/ năm Khu Công Nghiệp Dung Quất, tỉnh Quảng Ngãi Cần thiết phải có nhà máy sản xuất Polypropylene đưa vào vận hành đồng thời... xuất PP Các nhà sản xuất PP Mỹ thường chuyển từ công nghệ khác sang công nghệ tương tự với Innovene muốn tăng cơng suất để sản xuất copolymer nén Hình 18 : Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Innovene