kĩ thuật đo và điều khiển các quá trình

GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA: DẦU KHÍ BỘ MÔN: LỌC HÓA DẦU MÔN: KĨ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC QUÁ TRÌNH THANH HÓA : 11/11/2011 GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA: DẦU KHÍ BỘ MÔN: LỌC HÓA DẦU BÀI TẬP LỚN MÔN: KĨ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC QUÁ TRÌNH GVHD : Ks.Phạm Trung Kiên SVTH : 1. Phạm Tuấn Anh 2. Ngô Trần Chinh 3. Bùi Khắc Tuấn 4. Lưu Minh Vương THANH HÓA – 10/11/2011 GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH LỜI NÓI ĐẦU Dầu mỏ được con người biết đến từ thời cổ xưa, đến thế kỷ 18, dầu mỏ được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Sang thế kỷ19, dầu được coi như là nguồn nhiên liệu chính cho mọi phương tiện giao thông và cho nền kinh tế quốc dân. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Khoảng 65  70% năng lượng sử dụng đi từ dầu mỏ, chỉ có 20  22% năng lượng đi từ than, 5  6% từ năng lượng nước và 8  12% từ năng lượng hạt nhân. Bên cạnh đó hướng sử dụng mạnh mẽ và có hiệu quả nhất của dầu mỏ là làm nguyên liệu cho công nghiệp tổng hợp hoá dầu như: sản xuất cao su, chất dẻo, tơ sợi tổng hợp, các chất hoạt động bề mặt, phân bón, thậm chí cả protêin. Ngoài các sản phẩm nhiên liệu và sản phẩm hoá học của dầu mỏ, các sản phẩm phi nhiên liệu như dầu mỡ bôi trơn, nhựa đường, hắc ín cũng là một phần quan trọng trong sự phát triển của công nghiệp. Nếu không có dầu mỡ bôi trơn thì không thể có công nghiệp động cơ, máy móc, là nền tảng của kinh tế xã hội. Công nghiệp chế biến dầu phát triển mạnh là nhờ các đặc tính quý riêng của nguyên liệu dầu mỏ và nguyên liệu từ than hoặc các khoáng chất khác không thể có, đó là giá thành thấp, thuận tiện cho quá trình tự động hoá, dễ khống chế các điều kiện công nghệ và có công suất chế biến lớn, sản phẩm thu được có chất lượng cao, ít tạp chất và dễ tinh chế, dễ tạo ra nhiều chủng loại sản phẩm đáp ứng mọi nhu cầu của các ngành kinh tế quốc dân. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới, dầu khí Việt Nam cũng đã được phát hiện từ những năm 1970 và đang trên đà phát triển. Chúng ta đã tìm ra nhiều mỏ chứa dầu trữ lượng tương đối lớn như mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, mỏ Rồng vùng Nam Côn Sơn; các mỏ khí như Tiền Hải (Thái Bình), Lan Tây, Lan Đỏ Đây là nguồn tài nguyên quí để giúp GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH nước ta có thể bước vào kỷ nguyên mới của công nghệ dầu khí. Ngành công nghiệp chế biến dầu khí nước ta đang bước vào thời kỳ mới, thời kỳ mà cả nước ta đang thực hiện mục tiêu công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Hiệu quả sử dụng dầu mỏ phụ thuộc vào chất lượng của các quá trình chế biến. Theo các chuyên gia về hoá dầu ở châu Âu, việc đưa dầu mỏ qua các quá trình chế biến sẽ nâng cao được hiệu quả sử dụng của dầu mỏ lên 5 lần, và như vậy tiết kiệm được nguồn tài nguyên quý hiếm này. Dầu mỏ là hỗn hợp rất phức tạp gồm hydrocacbon, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ và các hợp chất khác như CO 2 , N 2 , H 2 S, N 2 , He, Ar Dầu mỏ muốn sử dụng được thì phải tiến hành phân chia thành từng phân đoạn nhỏ. Sự phân chia đó dựa vào phương pháp chưng cất ở các khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm để tách các cấu tử có trong dầu thô theo từng khoảng nhiệt độ sôi khác nhau mà không làm phân huỷ chúng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành chưng đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không. Trong các nhà máy lọc dầu, phân xưởng chưng cất dầu thô cho phép ta thu được các phân đoạn dầu mỏ để chế biến tiếp theo. Trong bài tập lớn này, chúng em sẽ tiến hành đề cập tới “công nghệ chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển” . Bởi quá trình này được xem là cửa vào chính của nhà máy lọc dầu . Chúng em xin chân thành cám ơn thầy giáo Phạm Trung Kiên đã giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tập này ! Trong quá trình làm bài mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức nhưng cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm. Mong thầy có ý kiến chỉnh sửa giúp chúng em. Chúng em xin chân thành cám ơn thầy ! Thanh Hóa, ngày 11 tháng 11 năm 2011. GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT 1. Sự sôi của dung dịch Sự sôi của chất nguyên chất: Một chất lỏng sẽ sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hoà của nó bằng áp suất môi trường đè lên mặt thoáng. Ví dụ như nước sẽ sôi ở 1000C tại P = 1 atm (760mmHg). Nhiệt độ sôi của Butan Áp suất,atm Nhiệt độ, 0 C 1 0 3.41 36 4.80 50 Ta gọi chất có áp suất hơi bão hoà lớn, có nhịêt độ sôi thấp là chất dễ sôi. Chất khó sôi có áp suất hơi bão hoà bé, có nhiệt độ sôi cao. Thành phần pha hơi sinh ra khi đun sôi một dung dịch: Pha hơi sinh ra khi chất lỏng nguyên chất sôi là pha hơi đơn chất. Pha hơi sinh ra khi một dung dịch sôi là một hỗn hợp của tất cả các hợp phần của dung dịch và có thành phần phụ thuộc vào thành phần của dung dịch lỏng theo định luật Konovalov. Định luật Konovalov: Khi sôi một dung dịch lỏng cho ra một pha hơi giàu chất dễ sôi hơn so với dung dịch lỏng. GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH 2. Nguyên lý của quá trình chưng cất Chưng cất là quá trình tách một dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay ra để được 2 phần: Phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa nhiều chất dễ sôi, còn phần nặng còn lại là cặn chưng cất (redue). Như vậy, phép chưng cất có thể thu được Distillat có thành phần mong muốn bằng cách chưng cất nhiều lần. Nhưng chưng cất nhiều lần như vậy rất phiền phức, tốn thời gian mà không kinh tế. Để khắc phục nhược điểm này ta dùng hệ thống chưng cất có cột chưng cất. Cột chưng cất có số đĩa lý thuyết càng lớn, thì có khả năng cho một distillat có thành phần khác càng nhiều so với dung dịch trong bình đun, tức là distillat rất giàu chất dễ bay hơi. Dùng cột chưng cất có nhiều đĩa lý thuyết có thể thu được distillat là chất dễ bay hơi gần như tinh khiết. II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯNG CẤT DẦU MỎ Quá trình chưng cât dầu thô là một quá trình vật lý : Nhằm phân tách dầu thô thành các phân đoạn thích hợp dựa vào nhịêt độ sôi của các cấu tử và không làm phân huỷ chúng. Hơi nhẹ sẽ bay lên ngung tụ thành phần lỏng . tùy theo biện pháp tiến hanh mà người ta phân chia quá trình chưng cất đơn giãn, chưg phức tạp, chưng cất nhơ cấu tử bay hơi, hay chưng cất chân không. 1. Chưng cất đơn giản Chưng đơn giãn là quá trinh chưng cất được tiến hành bàng cách bay hơi dần dần , một lần hay nhiều lần, một hổn hợp chất lỏng cần chưng. 2. Chưng cất bay hơi dần dần Chủ yếu dùng trong phòng thí nghiệm để xác định đường cong chưng cất Enghen. Chưng cất bay hơi một lần: Cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn so với bay hơi một lần. Chưng cất bay hơi nhiều lần: Cho phép quá trình tách các phân đoạn theo mong muốn. GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH 3. Chưng cất phức tạp Chưng cất có hồi lưu: Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh. Nhờ sự tiếp xúc thêm mộy lần giữa pha lỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phân chia cao hơn. Chưng cất có tinh luyện: Dựa vào quá trình trao đổi chất nhiều lần giữa pha lỏng và hơi nhờ vào các đĩa hay đệm. Chưng cất sẽ có độ phân chia cao hơn nếu kết hợp với hồi lưu Sơ đồ tiếp xúc giữa dòng lỏng và hơi trong tháp chưng cất Chưng cất chân không & chưng cất với hơi nước: Độ bền nhiệt các cấu tử trong dầu phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ và thời gian lưu. Đối với các phân đoạn có nhiệt độ sôi cao, người ta cần tránh sự phân huỷ chúng (giảm độ nhớt, độ bền oxy hoá…) bằng cách hạn chế nhiệt độ (320 o - 420 o C) chưng cất. Nếu nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ phân huỷ chúng ta dùng chưng cất GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH chân không hay chưng cất hơi nước. Hơi nước làm giảm áp suất hơi riêng phần làm chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. 4. Đĩa chưng cất (Tray) Trong công nghệ dầu khí, để chưng cất những lượng khổng lồ (hàng triệu tấn/năm). Người ta dùng những thiết bị chưng cất khổng lồ, hoạt động liên tục. Hơi nguyên liệu sẽ bay lên đỉnh tháp và phần lỏng sẽ chảy xuống phần dưới tháp. Sự tiếp xúc giữa hai dòng này được thực hiện một cách đặc biệt nhờ các đĩa. Tại các đĩa xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng hơi và dòng lỏng. Đồng thời tại đây cũng xảy ra quá trình trao đổi chất, phần nhẹ trong pha lỏng bay hơi theo pha hơi, phần nặng trong pha hơi ngưng tụ theo dòng lỏng. Như vậy, khi dòng hơi lên đến đỉnh thì rất giàu cấu tử nhẹ, còn dòng lỏng đi xuống đáy lại giàu cấu tử nặng hơn. Có rất nhiều dạng đĩa khác nhau được sử dụng tuỳ vào loại nguyên liệu. Nhưng mục đích chung nhằm đảm bảo sự tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi phải lớn để quá trình phân tách hiệu quả. Hiện nay, sử dụng chủ yếu các dạng đĩa sau: − Đĩa nhiều lỗ (Sieve Trays) − Đĩa chụp (Bubble–Cap Trays) − Đĩa ống khói (Chimmey Trays) − Đĩa Van (Valve Trays) GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH Mâm kiểu van Sự phân bố dòng chảy qua van ảnh hưởng rất lớn đến sự tiếp xúc pha và chất lượng các phân đoạn. Một số kiểu phân bố dòng chảy trong tháp được trình bày như sau: GV: Ks. Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH 5. Sự Stripping Đối với chưng cất dầu thô, dòng trích ngang luôn có lẫn sản phẩm đỉnh. Để loại bỏ các cấu tử nhẹ này, người ta thực hiện quá trình tái hoá hơi riêng phần các phần nhẹ. Quá trình này gọi là quá trình stripping. Quá trình này được thực hiện trong những cột nhỏ từ 4-10 đĩa, đặt bên cạnh tháp chưng cất khí quyển và thường dùng hơi nước trực tiếp. Ngoài ra có thể stripping bằng nhiệt (phân đoạn Kerozen). [...]... truyền xa áp suất AC Khí cụ đo lắp đặt tại phòng điều khiển, đo điều khiển và phân tích TC Khí cụ đo lắp đặt tại phòng điều khiển, đo điều khiển nhiệt độ FC Khí cụ đo lắp đặt tại phòng điều khiển, đo điều khiển và lưu lượng GV: Ks Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH III Nguyên lý điều khiển : Dầu thô được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm chưng cất rồi đi vào lò đốt nóng đến nhiệt độ... hiện trường, đo truyền xa lưu lượng FFC Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo điều khiển sự tương quan lưu lượng FC Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo điều khiển lưu lượng LC Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo điều khiển mức chất TT Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo truyền xa nhiệt độ AT Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo phân tích truyền xa PT Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo truyền... lập sơ đồ đo và điều khiển : Từ sơ đồ công nghệ, ta thiết lập được sơ đồ đo và điều khiển hoàn chỉnh sau : GV: Ks Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH Hình H-8 Sơ đồ đo và điều khiển quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển III Giải thích khí cụ đo được sử dụng : GV: Ks Phạm Trung Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH TC Khí cụ đo lắp đặt tại hiện trường, đo điều chỉnh nhiệt độ FT Khí cụ đo lắp đặt... Tươi – Trần Xoa; Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa dầu, Tập một & hai, NXB Đại Học và Trung học chuyên nghiệp 3 Phan Tử Bằng, Công nghệ lọc dầu, NXB Xây Dựng, Hà Nội, 2002 4 Nguyễn Bin, Sổ tay các quá trình công nghệ 1,2, Nhà xuất bản khoa học kĩ thuật 5 Nguyễn Văn Hòa Cơ sở tự động điều khiển quá trình NXBGD, 2007 6 Hoàng Minh Sơn Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình NXB Bách Khoa Hà... thô bởi lẽ các phân đo n tách ra từ tháp chưng cất sẽ là sản phẩm trực tiếp hay là nguyên liệu cho các quá trình chế biến tiếp theo Hiệu quả của quá trình chế biến tiếp theo ảnh hưởng nhiều bởi thiết kế và hoạt động của tháp chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển 2 Mục đích của quá trình Mục đích của quá trình chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển là phân tách dầu thô thành các phân đo n theo các ứng dụng... (WH) => III YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN Sau khi qua thiết bị gia nhiệt, dầu thô nguyên liệu lúc này được đưa vào đĩa tiếp liệu để tiến hành quá trình chưng cất Phân tích các mục đích yêu cầu điều khiển và từ sơ đồ H-7 ta có thể nhận biết các biến cần điều khiển như sau: + Đảm bảo chất lượng : Thành phần sản phẩm đỉnh (XA), sản phẩm thân (XB) và sản phẩm đáy (XC)... Các biến còn lại đóng vai trò là nhiễu , bao gồm lưu lượng dầu thô (F), nhiệt độ dầu thô (TF1) , thành phần dầu thô (XF) , tỉ lệ hơi (VF) và 2 dòng nhiệt của quá trình điều chỉnh nhiệt độ (TĐC1, TĐC2) Như vậy, tùy vào các yêu cầu cụ thể của công nghệ ta có các yêu cầu điều khiển như sau : 1 Yêu cầu đảm bảo chất lượng Nhiễu F TF1 XF VF TĐC1 T ĐC2 Biến Điều Khiển S W WĐC1 WĐC2 L A B C Biến Cần Điều Khiển. .. XF VF TĐC1 T ĐC2 Biến Điều Khiển Biến Cần Điều Khiển S CHƯNG CẤT DẦU THÔ ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN W A WĐC1 B WĐC2 L C 3 Yêu cầu vận hành an toàn, ổn định Nhiễu F TF1 XF VF TĐC1 T ĐC2 Biến Điều Khiển S W WĐC1 WĐC2 L A B C Biến Cần Điều Khiển T CHƯNG CẤT DẦU THÔ ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN GV: Ks Phạm Trung Kiên P MA Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH CHƯƠNG 3 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ CHƯC NĂNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT DẦU THÔ... Kiên Lớp Lọc Hóa Dầu K54ATH Trên các đĩa, người ta đục các lỗ và mỗi lỗ này được lắp một chi tiết gọi là chóp Mục đích của chi tiết này là tạo ra các bong bóng hơi đi xuyên qua lớp chất lỏng ở phía trên của đĩa Việc tạo các bọt bong bóng đi qua lớp chất lỏng là một giai đo n quan trọng trong quá trình trao đổi nhiệt và chuyển khối giữa các pha và giữa các cấu tử Trong quá trình chuyển động, pha khí trong... ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động và chất lượng sản phẩm Các cấu tử hydrocacbon nhẹ sẽ được phân bố càng nhiều ở phía trên của tháp, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ dần tập trung ở các đĩa phía dưới tháp Các phân đo n Kerpsene, Go nhẹ, GO nặng được rút ra ở thân tháp và đưa vào các cột sục để tăng cao chất lượng phân đo n theo tiêu chuẩn chất lượng Phân đo n naphtha và các hydrocacbon nhẹ hơn được tách . nhau. Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đo n. Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm để tách các cấu. K54ATH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA: DẦU KHÍ BỘ MÔN: LỌC HÓA DẦU BÀI TẬP LỚN MÔN: KĨ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC QUÁ TRÌNH . Dầu K54ATH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA: DẦU KHÍ BỘ MÔN: LỌC HÓA DẦU MÔN: KĨ THUẬT ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁC QUÁ TRÌNH