Nghiên cứu mô phỏng quá trình chuyển hóa condensate rồng đôi

B CễNG THNG Viện hoá học công nghiệp việt nam VIIC NGHIấN CU Mễ PHNG QU TRèNH CHUYN HO CONDENSAT RNG ễI Thuộc Nhiệm vụ nghiên cứu thờng xuyên Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc-hóa dầu năm 2010 Chủ nhiệm đề tài : ThS. Nguyễn Thị Thu Trang 8335 Hà nội - 01/2011 DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN STT Họ và tên Học hàm, học vị Cơ quan công tác 1 Nguyễn Thị Thu Trang ThS Viện HHCN VN 2 Vũ Thị Thu Hà TS Viện HHCN VN 3 Đỗ Mạnh Hùng KS Viện HHCN VN 4 Nguyễn Mạnh Dương ThS Viện HHCN VN 5 Đỗ Thanh Hải TS Viện HHCN VN 6 Huỳnh Khắc Vinh KS Tổng Công ty Dầu VN Lời cám ơn Nhóm cán bộ thực hiện đề tài xin trân trọng cám ơn Bộ Công Thơng đã cấp kinh phí để thực hiện đề tài. Cám ơn sự hợp tác nhiệt tình của Công ty Nam Việt và Tổng Công ty Dầu Việt Nam (PV Oil) trong quá trình thực hiện đề tài Cám ơn các Phòng nghiệp vụ Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện về thủ tục hành chính để đề tài đợc thực hiện. Xin chân thành cám ơn các hội đồng nghiệm thu đã tham gia phản biện và đóng góp ý kiến cho đề tài. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng 1.1 Các quá trình công nghệ isome hoá của CDTECH/Lyondell IsomPlus, Hysomer của Shell, BP 1.2 Các quá trình công nghệ isome hoá Các quá trình của UOP 1.3 Các quá trình công nghệ isome hoá của IFP 1.4 Hệ thống bồn bể của nhà máy chế biến condensate CPP 1.5 Tính chất condensate Bạch Hổ 1.6 Tính chất condensate Lan Tây 1.7 Tính chất cơ bản của condensate Rồng Đôi 1.8 Tính chất chung phân đoạn (Tsđ-80 o C) 1.9 Tính chất chung phân đoạn (Tsđ-180 o C) 1.10 Tính chất chung phân đoạn (80-140 o C) 1.11 Tính chất chung phân đoạn (140-190 o C) 1.12 Tính chất chung phân đoạn (140-260 o C) 1.13 Tính chất chung phân đoạn gas oil (260-360 o C) 1.14 Tính chất chung phân đoạn (Cặn > 360 o C) 2.2 Tên thiết bị và ký hiệu 3.1 Thông số áp suất tại các vị trí khác nhau trong tháp chưng cất C01 với trường hợp condensate Nam Côn Sơn 3.2 Vị trí nhập liệu và tháo liệu của tháp chưng cất với trường hợp condensate Nam Côn Sơn 3.3 Thông số của thiết bị truyền nhiệt E01, E02 3.4 So sánh kết quả của mô hình mô phỏng và thông số vận hành thực tế 3.5 Các thông số của Optimizer 3.6 Một số thông số vận hành c ủa tháp chưng cất và các thiết bị phụ trợ với nguyên liệu Rồng Đôi trong trường hợp Max RON. 3.7 Tính chất sản phẩm từ mô phỏng quá trình chưng cất với nguyên liệu Rồng Đôi trong trường hợp Max RON 3.8 Một số thông số vận hành của tháp chưng cất và các thiết bị phụ trợ với nguyên liệu Rồng Đôi trong trường hợp Max Naptha. 3.9 Tính chất sản phẩm từ mô phỏng quá trình chưng cất với nguyên liệu Rồng Đôi trong trường hợp Max Naphtha 3.10 Một số thông số vận hành của tháp chưng cất và các thiết bị phụ trợ vớ i nguyên liệu Rồng Đôi trong trường hợp Max DO. 3.11 Tính chất sản phẩm từ mô phỏng quá trình chưng cất với nguyên liệu Rồng Đôi trong trường hợp Max DO 3.12 Điểm cắt của naphtha trong các trường hợp 3.13 Kết quả phân tích xăng (Tsđ-154 o C) 3.14 Kết quả phân tích DO (>154 o C) 3.15 Kết quả phân tích xăng (Tsđ-176 o C) 3.16 Kết quả phân tích DO (>176 o C) 3.17 Kết quả phân tích xăng (Tsđ-165 o C) 3.18 Kết quả phân tích DO ((>165 o C) DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình Tên hình 1.1 Các phản ứng đồng phân hóa n-C5 và n-C6 1.2 Giản đồ cần bằng nhiệt động trong pha khí của C5 1.3 Giản đồ cân bằng nhiệt động trong pha khí của C6 1.4 Sơ đồ phản ứng đồng phần hóa theo cơ chế lưỡng chức 1.5 Những tiến bộ trong công nghệ isome hoá của UOP 1.6 Công nghệ isome hoá 1 giai đoạn 1.7 Sơ đồ công nghệ isome hoá có kết hợp tháp DIH 1.8 Công nghệ TIP 1.9 Biểu đồ tăng RON của các quá trình của UOP 1.10 S ơ đồ quá trình Ipsorb 1.11 Sơ đồ quá trình Hexorb 1.12 Sơ đồ công nghệ nhà máy 1.13 Đường cong chưng cất điểm sôi thực condensate Rồng Đôi 2.1 Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng tháp chưng cất của nhà máy chế biến Condensate 2.2 Sơ đồ mô phỏng của nhà máy CPP bằng phần mềm Pro/II 3.1 Áp suất hơi bão hòa của sản phẩm đỉnh trong hai trường hơp 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, ở Việt Nam ngoài một lượng nhỏ condensate được sử dụng trong việc sản xuất dung môi dùng trong công nghệ hóa học, condensate được sử dụng chủ yếu cho mục đích sản xuất xăng nhiên liệu như là một cấu tử phối liệu xăng sau khi đã qua quá trình chế biến. Thực chất của quá trình là xử lý condensate, sau đó phối trộn với xăng có chỉ số octan cao và phụ gia nhập ngoạ i. Nhà máy chế biến condensate (CPP) của Tổng Công ty dầu Việt Nam (PV OIL) có công suất chế biến 195.000 tấn nguyên liệu/năm. Tại thời điểm thiết kế, nguồn nguyên liệu dự kiến cung cấp là condensate Bạch Hổ và condensate Bongkot (Thái Lan). Sản phẩm chính của nhà máy là xăng RON-83, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng thị trường thời điểm đó. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu từ mỏ Bạch Hổ đã c ạn kiệt và nhà máy đang dần phải bổ sung nguồn nguyên liệu thiếu hụt này bằng nguồn nguyên liệu mỏ Lan Tây, Rồng Đôi. Ngoài ra, nhà máy muốn nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách chuyển hóa trực tiếp condensate thành xăng có trị số octan cao (không cần pha chế thêm phụ gia) nên cần xây dựng quá trình công nghệ mới (reforming và isome hóa). Vì vậy, việc mô phỏng quá trình công nghệ hiện có trên nguồn nguyên liệu mới và đề xuất qui trình công nghệ thích hợp là việ c rất cần thiết với nhà máy. Phòng thí nghiệm Trọng điểm quốc gia công nghệ lọc – hóa dầu phối hợp với Nhà máy chế biến Condensate, có đủ điều kiện về con người và thiết bị để có thể tiến hành công trình nghiên cứu này. Ngoài ra, phòng thí nghiệm trọng điểm đang chuẩn bị thực hiện một đề tài khác có liên quan đến việc nghiên cứu mô phỏng nên có khả năng làm chủ sở hữu một số phần mềm mô phỏng, công cụ để thực hiện đề tài này. Vì vậy, tiến hành đề tài mô phỏng trên trong thời điểm này là rất thích hợp nhằm tiết kiệm được chi phí thuê phần mềm mà vẫn đảm bảo được tính pháp lý của các kết quả sẽ công bố. 2 PHẦN 1. TỔNG QUAN 1.1. TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Condensate (còn gọi là khí ngưng tụ hoặc chất lỏng đồng hành) là dạng trung gian giữa dầu và khí, bao gồm các hydrocarbon no có phân tử lượng và tỷ trọng lớn hơn butane như pentane, hexane, heptane Ngoài ra còn chứa các hydrocacbon mạch vòng, các nhân thơm đơn giản và một số tạp chất khác. Condensate thu được trong quá trình khai thác các mỏ dầu hoặc mỏ khí. Ở điều kiện thường nó tồn tại dướ i dạng lỏng. Condensate là nguồn nguyên liệu quý để sản xuất xăng, dung môi và nguyên liệu đầu cho các quá trình tổng hợp hoá dầu. Các nguồn condensate tại Việt Nam bao gồm chủ yếu là condensat Bạch Hổ (được chế biến tại nhà máy chế biến khí Dinh Cố), condensat Nam Côn Sơn, condensat Rồng Đôi. Thuộc tính của các loại condensat này cũng khác nhau: condensate Bạch Hổ nhẹ hơn so với các loại condensate còn lại nên được dùng để phối trộn trực ti ếp với xăng có chỉ số octan cao (Reformat), còn những nguồn Condensate Nam Côn Sơn và Rồng Đôi, … thì tương đối nặng hơn nên phải trải qua quá trình chế biến để thu được phân đoạn naptha và các sản phẩm khác như white spirit, DO, FO… Từ tháng 10/2003, mỏ Sư Tử Đen với trữ lượng 420 triệu thùng dầu (tương đương 60 triệu tấn, có kèm theo condensat) đã được đưa vào khai thác. Tháng 11/2006 mỏ Rồng Đôi/Rồng Đôi Tây với tr ữ lượng condensat ước tính khoảng 22,8 triệu thùng đã được đưa vào khai thác với sản lượng condensat đạt 90 000 tấn/năm. Mỏ Hải Thạch đang được phát triển với 16 giếng khoan sắp được đưa vào khai thác trong thời gian tới với sản lượng condensat khoảng 730 000 tấn/năm. Ngoài ra, Mỏ Sư Tử Trắng vừa có dầu, vừa có condensat và khí, chỉ cách bờ 70 km, theo đánh giá sơ bộ, có trữ lượng từ 1-6 TCF (3 TCF t ương đương 100 triệu tấn dầu) và mỏ Emerald cũng sẽ sớm được đưa vào khai thác. Sản lượng khai thác của các mỏ nói trên tính riêng trong năm 2009 là 16,5 triệu tấn dầu (khoảng 340 ngàn thùng/ngày) chưa kể lượng khí khai thác quy đổi. Trong số đó sản lượng các mỏ của Vietsovpetro (Bạch Hổ và Rồng) chiếm 39%, Cửu Long JOC (Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng) chiếm 32%, các đối tượng còn lại chiếm 29% [36]. Sản lượ ng condensat của nhà máy xử lý khí Dinh Cố (thuộc Công ty PV 3 GAS) đạt 240 000 tấn/năm trong đó có 130 000 tấn condensat của bể Cửu Long và 140 000 tấn condensat của bể Nam Côn Sơn. Như vậy, trong những năm tới, sản lượng condensat của chúng ta khá phong phú, không những đáp ứng được nhu cầu cho nhà máy xử lý khí Dinh Cố mà còn đủ làm nguyên liệu cho các quá trình chế biến hoá dầu. Tuy nhiên, do trị số octan của condensat rất thấp (RON 58 - 65) nên muốn thu được xăng có trị số octan cao (RON 92) cần phải pha thêm một lượng rất lớ n reformat và phụ gia. Lượng reformat và phụ gia này hiện nay chúng ta đang phải nhập ngoại hoàn toàn. Nhà máy chế biến condensate (CPP) của Tổng Công ty dầu Việt Nam (PV OIL) có công suất chế biến 130.000 tấn nguyên liệu/năm. Tại thời điểm thiết kế, nguồn nguyên liệu dự kiến cung cấp là condensate Bạch Hổ và condensate Bongkot (Thái Lan). Sản phẩm chính của nhà máy là xăng RON-83, đáp ứng tiêu chuẩn chất lượng thị trường thời điể m đó. Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu từ mỏ Bạch Hổ đã cạn kiệt và nhà máy đang dần phải bổ sung nguồn nguyên liệu thiếu hụt này bằng nguồn nguyên liệu mỏ Lan Tây, Rồng Đôi. Ngoài ra, nhà máy muốn nâng cao chất lượng sản phẩm bằng cách chuyển hóa trực tiếp condensate thành xăng có trị số octan cao (không cần pha chế thêm phụ gia) nên cần xây dựng quá trình công nghệ mới (reforming và isome hóa). Vì vậy, nhà máy có nhu cầu mô phỏng quá trình công nghệ trên ngu ồn nguyên liệu mới nhằm tìm được điều kiện vận hành thích hợp cho dây chuyền công nghệ sản xuất hiện có và dựa trên kết quả mô phỏng để xây dựng và tối ưu hóa quá trình công nghệ mới. Vì những lý do đó, đề tài đặt ra mục tiêu nghiên cứu: Sử dụng các phần mềm tin học để mô phỏng quá trình chế biến Condensate Rồng Đôi, trên cơ sở đó đưa ra bộ thông số vậ n hành thích hợp cho việc sử dụng condensate Rồng Đôi làm nguyên liệu cho nhà máy chế biến condensate. 1.2. ĐỐI TƯỢNG VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của chúng tôi trong đề tài này là mô phỏng công nghệ chế biến condensat Rồng Đôi của Nhà máy chế biến Condensate. Đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung sau: − Khảo sát hiện trạng công nghệ của nhà máy chế biến Condensate − Phân tích các đặc điểm nguyên liệu của condensate Rồng Đôi 4 − Phân tích các công nghệ chế biến condensat hiện hành và lựa chọn một quy trình công nghệ phù hợp cho nhà máy chế biến Condensate − Xây dựng mô hình mô phỏng trên phần mềm tin học − Nhập dữ liệu đầu vào cho mô hình với nguyên liệu Condensate Rồng Đôi − Xác định thông số vận hành tối ưu với nguyên liệu là Condensate Rồng Đôi − Đề xuất giải pháp sử dụng hiệu quả condensat Rồng Đôi làm nguyên liệu cho Nhà máy chế biến Condensate 1.3. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.3.1 Tổng quan các công nghệ chế biến condensate trên thế giới Quá trình đồng phân hoá các phân tử n-parafin có trọng lượng phân tử thấp đã được ứng dụng thương mại từ khá lâu. Những công trình nghiên cứu đầu tiên trong phòng thí nghiệm được tiến hành từ những năm 30 của thế kỷ trước. Đến năm 1941, do nhu cầu sử dụng xăng máy bay có trị số octan cao trong chiến tranh Thế giới thứ II các kết quả nghiên cứu đã nhanh chóng được triển khai sản xuất. Cho đến khi chiến tranh Thế giới thứ II kết thúc, đã có gần 40 dây chuyền đồng phân hoá được vận hành ở Hoa Kỳ và Caribe [1]. Hiện nay, các quá trình đồng phân hoá này đã được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới và là một trong các quá trình quan trọng để sản xuất nguyên liệu cho tổng hợp hoá dầu và sản xuất các cấu tử có trị số octan cao. Nói tóm lại, quá trình đồng phân hoá là một giải pháp thích hợp trong quá trình chế biến các phân đoạn nhẹ trong đó có condensat nhờ những ưu điểm sau [2]: - Thu được isomerat có trị số octan cao không chứa các hợp chất thơm - Loại bỏ nhu cầu thêm phụ gia có chứa chì cho xăng - Isomerat không chứa lưu huỳnh hoặc olefin - Hiệu suất quá trình 100% - Tiêu thụ H 2 thấp - Có thể loại được benzen - Chi phí đầu tư và chi phí vận hành thấp [...]... các quá trình công nghệ hydro-đồng phân hoá C5/C6 thương mại thích hợp gồm có: 11 Hình 1.5 : Những tiến bộ trong công nghệ isome hoá của UOP Các quá trình của UOP : Quá trình UOP Penex Quá trình ONCE-THROUGH Zeolitic Quá trình Penex/DIH Quá trình Penex/UOP Molex Quá trình DIP/Penex/SuperDIH Quá trình TIP Các quá trình của IFP : Quá trình Axens ONCE-THROUGH Quá trình Asenx DIH Quá trình Axens Ipsorb Quá. .. Asenx DIH Quá trình Axens Ipsorb Quá trình Axens Hexorb Quá trình của BP Quá trình Hysomer của Shell Quá trình CDTECH/Lyondell IsomPlus Tất cả các quá trình này đều diễn ra trong pha hơi trên chất xúc tác dạng lớp cố định chứa platin mang trên chất mang rắn Đặc trưng của các quá trình kể trên được trình bày trong bảng 1.1, 1.2, 1.3 12 • Quá trình một giai đoạn Các quá trình của BP; Hysomer (của Shell);... tế, quá trình này có doanh số cao nhất nhưng chi phí vận hành và chi phí đầu tư cũng rất cao Theo đánh giá của các nhà công nghệ, Hexorb không phải là quá trình có hiệu quả nhất của IFP mà quá trình Ipsorb mới là quá trình có hiệu quả cao nhất Do còn quá mới mẻ, cho đến nay vẫn chưa có dây chuyền Hexorb nào được xây dựng 1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Ở nước ta, đã có một số công trình nghiên cứu. .. đồ quá trình Hexorb Quá trình Axens Hexorb Cuối cùng, để vượt lên trên ngưỡng RON 90, để chuyển hoá đáng kể của methyl pentan là cần thiết Điều này có thể đạt được với sự chuyển hoá hoàn toàn của các n-parafin bằng cách tổ hợp quá trình tách Hexorb với khu vực phản ứng 22 Quá trình này cung cấp sản phẩm isomerat có trị số octan cao hơn 90 (thường là 91 ÷ 92) với nguyên liệu có tỷ lệ C5 : C6 là 0,65 Quá. .. ra hai quá trình tách Ipsorb và Hexorb đạt được trị số octan tương ứng là 89 ÷ 90 và 91 ÷ 92 20 H×nh 1.9: BiÓu ®å t¨ng RON cña c¸c qu¸ tr×nh cña UOP Quá trình Axens Ipsorb Với quá trình Ipsorb (hình 1.10), hệ thống hấp phụ đặt sau thiết bị ổn định sản phẩm isomerat tách các parafin mạch thẳng chưa chuyển hoá khỏi sản phẩm isomerat trong pha hơi thông qua quá trình hấp phụ tuần hoàn Một quá trình nhả... DIH và đi vào sản phẩm cuối cùng Quá trình kết hợp cả hai thiết bị DIP và DIH (DIP/Penex/SuperDIH) của UOP tạo ra sản phẩm isomerat có trị số octan RON trên 90 (90 ÷ 92) nhưng không kinh tế bằng các quá trình khác vì chi phí vận hành thì cao gấp nhiều lần so với các quá trình khác (được xem là quá trình có chi phí vận hành cao nhất) Có lẽ đây là một lý do làm cho quá trình này chưa được ứng dụng nhiều... parafin một nhánh được chuyển hoá thành các cấu tử nhiều nhánh hơn (trị số octan cao) Sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng được đưa qua tháp ổn định làm để tách thành hai phần: sản phẩm lỏng (isomerat) và dòng khí ra 13 Bảng 1.1: Các quá trình công nghệ isome hoá của CDTECH/Lyondell IsomPlus, Hysomer của Shell, BP Tên quá trình CDTECH/Lyondell IsomPlus Quá trình Hysomer của Shell Quá trình của BP Đặc điểm... phân hóa n-C5 và n-C6 Có hai quá trình đồng phân hoá khác nhau đó là: quá trình đồng phân hoá butan (C4) thành isobutan để cung cấp phụ gia cho dây chuyền alkyl hoá và quá trình đồng phân hoá pentan/hexan (C5/C6) thành các isome mạch nhánh để pha xăng Trong thành phần của condensat Việt Nam có rất ít C4, chủ yếu là các cấu tử C5 và C6 nên trong đề tài này, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến quá trình. .. sở zeolit và quá trình tách bằng rây phân tử IsoSiv là có thể vì mỗi quá trình đều có các điều kiện vận hành như nhiệt độ, áp suất, môi trường tương tự nhau Nhờ đó, không cần phải sử dụng máy nén thứ hai, quá trình ổn định trung gian và các chi phí liên quan đến quá trình làm lạnh, tinh chế, gia nhiệt lại n-parafin hồi lưu - Quá trình TIP và tách bằng IsoSiv cho phép có độ linh động lớn nhất trong... xăng [35] Đề tài đã đạt được những kết quả nghiên cứu bước đầu rất khả quan, sản phẩm sau quá trình chuyển hoá có chỉ số octan RON tăng từ 69,9 lên 87,7 (đối với nguồn condensate Bạch Hổ) và từ 59,1 lên 87,1 (đối với nguồn condensate Nam Côn Sơn) 1.4 KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CONDENSATE (CPP) –TỔNG CÔNG TY DẦU VIỆT NAM Nhà máy chế biến condensate (CPP) của Tổng Công ty dầu Việt . Penex Quá trình ONCE-THROUGH Zeolitic Quá trình Penex/DIH Quá trình Penex/UOP Molex Quá trình DIP/Penex/SuperDIH Quá trình TIP Các quá trình của IFP : Quá trình Axens ONCE-THROUGH Quá trình. quả mô phỏng để xây dựng và tối ưu hóa quá trình công nghệ mới. Vì những lý do đó, đề tài đặt ra mục tiêu nghiên cứu: Sử dụng các phần mềm tin học để mô phỏng quá trình chế biến Condensate Rồng. Quá trình Asenx DIH Quá trình Axens Ipsorb Quá trình Axens Hexorb Quá trình của BP Quá trình Hysomer của Shell Quá trình CDTECH/Lyondell IsomPlus Tất cả các quá trình này đều diễn ra