Mô phỏng phân xưởng xử lý khí (gas – plant) của nhà máy lọc dầu dung quất

Mô phỏng phân xưởng xử lý khí (gas – plant) của nhà máy lọc dầu dung quất Trong chế độ công nghệ của nhà máy được thiết kế vận hành theo hai chế độ: chế độ tối đa cho xăng và chế độ tối đa cho diezel. Trong đề tài phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất thì em làm về chế độ tối đa cho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ.Đây là đồ án tốt nghiệp mô phỏng lại phân xưởng xử lý khí bằng phần mềm mô phỏng ProII, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng ProII là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG 1. Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất. 1.1. Giới thiệu chung về đề tài. Quá trình nguyên cứu trong đề tài này là phân xưởng xử lý khí (“Gas – Plant”) của nhà máy lọc dầu Dung Quất nằm ở vị trí phía sau phân xưởng chưng cất dầu thô (hình 1). Khí được xử lý lấy từ phân xưởng chưng cất khí quyển (CDU), phân xưởng cracking xúc tác (RFCC), phân xưởng xử lý Naphta bằng Hyđro (NHT) và từ phân xưởng LPG. Các phân đoạn nhẹ của các phân xưởng này chứa chủ yếu các hyđrocacbure nhẹ và các tạp chất như H 2 O, H 2 S, CO… sẽ đi qua phân xưởng xử lý khí để tạo ra các sản phẩm nhằm cung cấp cho nhà máy và thị trường tiêu thụ Hinh 1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu Sản phẩm của chúng bao gồm các phân đoạn như sau: - Phân đoạn C 1 , C 2 dùng để làm nguyên liệu đốt cho toàn bộ nhà máy, sản phẩm này được gọi là Fuel Gas - Phân đoạn khí hóa lỏng chủ yếu là propan và butan thu hồi dưới dạng lỏng. Sản phẩm này được gọi là LPG ( Liquefied Petroleum Gas) - Phân đoạn xăng nhẹ chứa chủ yếu là C 5 +, dùng làm như một sản phẩm thương mại. 1.2. Các tiêu chuẩn của sản phẩm.  Tiêu chuẩn của Fuel Gas: là khí đã tách Bupro và Naphta nhẹ. Khí có thành phần chủ yếu là CH 4 và C 2 H 6 ngoài ra còn lẫn các hydrocacbon nặng và các khí SO x , NO x , CO. Các khí này sẽ cho qua phân xưởng DeSO x để tránh gay ăn mòn khi dùng cho nhà máy và ô nhiểm môi trường khi thải ra ngoài. Vì vậy ta có tiêu chuẩn về Fuel Gas o NO x : 1000 mg/Nm 3 max o SO x : 500 mg/Nm 3 max o Bụi chất xúc tác: 50 mg/Nm 3 max o CO: 300 mg/Nm 3 max o H 2 S: 50 ppm wt max  Khí hóa lỏng – LPG (Liquefied Petroleum Gas): là khí có thành phần chủ yếu là Propan và Butan được nén lại cho tới khí hóa lỏng ở một nhiệt độ nhất định để tồn chứa, vận chuyển. Khí hóa lỏng được chia làm 2 phần. o Phần dùng để sản xuất Propylen. o Phần dùng làm sản phẩm thương phẩm. Tiêu chuẩn của khí hóa lỏng LPG thương phẩm. Các thông số Propan Butan Áp suất hơi ở 15 o C, Bar 20 o C, Bar 50 o C, Bar 6,5 9 19,6 0,8 2,75 7 Áp suất ở 760 mmHg, o C -42 ÷ -45 -0,5 ÷ 2 Nhiệt bốc cháy, o C 520 500 Tỷ trọng so với không khí Khối lượng riêng của khí (760mmHg, 15,6 o C), Kg/m 3 1,83 2.46 Nhiệt dung riêng, Btu/lb o F KJ/Kg o C Kcal/Kg/ o C 0,6 2,512 0,58 0,57 2,386 0,55 Áp suất hơi bảo hòa ở 15,6 o C, KJ/Kg 358,2 372,2 Nhiệt trị toàn phần, KCal/Kg 12000 11800 Nhiệt trị tối thiểu, Kcal/Kg 11100 10900 Tỷ lệ thể tích khí/lỏng 275 235 Lượng không khí cần đốt cháy 1m 3 khí, m 3 25 33 Khối lượng riêng của chất lỏng ở 15,6 o C, Kg/lit 0,5 ÷ 0,51 0,57 ÷ 0,58 Nhiệt cháy với không khí, o C 1967 1973 Nhiệt cháy với Oxy, o C 2900 2904 Thể tích riêng ở 15,6 o C, lit/ Kg 1.957 ÷ 2.019 1.723 ÷ 1.760 - Naphta nhẹ: là hổn hợp của các hyđrocacbon lỏng dễ bay hơi. Các hyđrocacbon này có phân tử lượng lớn hơn Butan, thành phần chủ yếu là C 5 +. Để đảm bảo đặc tính kỷ thuật vận chuyển tàng trử và chế biến, Naphta nhẹ phải được ổn định theo các tiêu chuẩn thương mại. Từ các yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật của từng sản phẩm mà các phân đoạn nhẹ của nhà máy lọc dầu Dung Quất cần phải đưa qua phân xưởng xử lý khí Thông số Tiêu chuẩn Hàm lượng Sulphur (wt ppm) 10 RON Clear 91,8 MON Clear 79,6 TVP (g/cm2) 363 RVP (Kpa) 34 Tỷ trọng 0,732 D – 86 IP 5 10 30 50 70 90 95 EP 39 49 54 70 87 113 159 175 197 Hàm lượng Olefin (wt %) 35 (“Gas Plant”) để tách các phân đoạn nhẹ thành các sản phẩm có giá trị kinh tế, sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy và sản xuất Propylen. Trong chế độ công nghệ của nhà máy được thiết kế vận hành theo hai chế độ: chế độ tối đa cho xăng và chế độ tối đa cho diezel. Trong đề tài phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất thì em làm về chế độ tối đa cho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ. Đây là đồ án tốt nghiệp mô phỏng lại phân xưởng xử lý khí bằng phần mềm mô phỏng Pro/II, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng Pro\II là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này. 2. Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu kinh tế Dung Quất, là nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam, được xây dựng trên địa bàn xã Bình Thuận và Bình Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Đây là một trong những dự án kinh tế lớn, trọng điểm quốc gia của Việt Nam. Nhà máy chiếm diện tích khoảng 338 ha mặt đất và 471 ha mặt biển. Công suất chế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất là 6,5 triệu tấn/năm (tương đương 148.000 thùng/ngày) dự kiến đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu thụ xăng dầu ở Việt Nam. Nhà máy được xây dựng với tổng mức đầu tư là hơn 3 tỉ USD (khoảng 40.000 tỉ đồng) với tên dự án là Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất của chủ đầu tư là Tổng công ty dầu khí Việt Nam. Nhà máy lọc dầu Dung Quất là một tổ hợp phức tạp với hàng chục phân xưởng như: chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU) (hình 1), xử lý Naphtha bằng hyđro (NHT), tái tạo chất xúc tác liên tục, xử lý LPG, thu hồi propylene (PRU), xử lý kerosene (KTU), xử lý naphtha từ RFCC (NTU), nước chua (SWS), xử lý nước chua, tái sinh amine (ARU), trung hoà kiềm (CNU), thu hồi lưu huỳnh (SRU), Isomer hoá (ISOM), xử lý LCO bằng hydro (LCO - HDT) Ngoài ra còn có các công trình phục vụ như: hệ thống cấp điện, khu bể chứa dầu thô và sản phẩm 85,83ha; tuyến ống dẫn dầu thô và sản phẩm, cấp và xả nước biển 94,46ha, bến cảng xây dựng, khu xuất sản phẩm… Hình 1: Sơ đồ công nghệ tháp chưng cất dầu thô. a. Các công nghệ của nhà máy lọc dầu Dung Quất: Sử dụng các công nghệ hiện đại, mua bản quyền công nghệ từ các công ty rất nổi tiếng về công nghệ như UOP (Mỹ), MERICHEM (Mỹ) và IFP (Pháp), trong nhà máy lọc dầu như: Phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi nguyên liệu cặn (RFCC), sử dụng công nghệ R2R của IFP (Pháp) Công nghệ thiết bị tiếp xúc dưới dạng màng film xảy ra trên sợi kim loại được sử dụng trong các phân xưởng như: phân xưởng xử lý Kerosen (KTU), phân xưởng xử lý xăng Naphta của RFCC (NTU), phân xưởng xử lý LPG (LTU) và phân xưởng trung hòa kiềm (CNU) nhằm mục đích xử lý H2S và mercaptan có mùi khó chịu và ăn mòn thiết bị (KTU, LTU, NTU) và trung hòa kiềm (CNU). Cụm phân xưởng xử lý bằng hydro nguyên liệu và phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (NHT-CCR): phân xưởng CCR này nhằm nâng cao chỉ số octan (RON) của xăng nặng đi ra từ quá trình chưng cất khí quyển dầu thô (CDU), làm phối liệu để phối trộn xăng thương phẩm. Mặt khác phân xưởng này cung cấp một lượng H2 dùng để cung cấp cho các phân xưởng xử lý bằng H2 của nhà máy như NHT (xử lý nguyên liệu cho phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR)). Ưu điểm của công nghệ UOP đối với phân xưởng CCR là tăng hiệu suất thu sản phẩm, khả năng tái sinh xúc tác cao và yêu cầu về bảo dưỡng thấp b. Nguyên liệu vào và sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất: Nguyên liệu của nhà máy được thiết kế để vận hành 2 loại nguyên liệu: - Dầu Bạch Hổ: 6,5 triệu tấn/năm. - Dầu hổn hợp: 5,5 triệu tấn/năm dầu Bạch Hổ + 1 triệu tấn/năm dầu Dubai. Nhà máy được thiết kế để sản xuất ra các sản phẩm sau: - Khí hóa lỏng LPG (cho thị trường nội địa) - Propylen - Xăng 90/92/95 - Dầu hỏa - Nhiên liệu phản lực Jet A1 - Diezel ô tô - Dầu đốt (FO) Các phân đoạn nhẹ như khí, LPG, xăng nhẹ… thu được từ các phân xưởng khác nhau như phân xưởng RFCC, phân xưởng xử lý Naphta bằng Hyđro (NHT), phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU)… tất cả các phân đoạn nhẹ này đều được đưa đến phân xưởng xử lý khí (“Gas Plant”) nhằm đảm bảo các tính chất cũng như tiêu chuẩn của từng sản phẩm thương mại. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PRO/II 2.1. Quá trình mô phỏng hệ thống. 2.1.1. Giới thiệu chung: Trong xã hội phát triển ngày nay, nhu cầu về năng lượng là một nhu cầu không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các hoạt động công nghiệp nói chung. Một trong những nguồn cung cấp năng lượng rất quan trọng là dầu khí − ngành công nghiệp đóng góp không nhỏ vào nguồn thu nhập của các quốc gia. Bởi vậy các quốc gia, kể cả các nước không có nguồn dầu khí đã và đang xây dựng cho mình một nền công nghiệp lọc dầu hiện đại, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng năng lượng không những ở trong nước mà còn cung cấp cho các nước khác. Việc thu hồi tối đa những sản phẩm có hiệu quả kinh tế cao luôn là vấn đề được các nhà dầu khí quan tâm. Để không ngừng cải thiên năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các công trình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành. Và trên hết nhờ sự phát triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ cao, các hệ điều hành siêu việt đã góp phần to lớn cho sự ra đời của các phần mềm mô phỏng. Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một cách hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến một quá trình đang hoạt động trong thực tế. Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trong cùng thời gian với độ chính xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay. Hơn nữa, chúng ta có thể tự động hóa quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việc phải thực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm. Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một mô hình mẫu để nghiên cứu sự vận hành của một phân xưởng khi thay đổi nguồn nguyên liệu hoặc các điều kiện vận hành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất thu và chất lượng sản phẩm như thế nào. Điều này sẽ đơn giản, nhanh chóng và tiết kiệm hơn nhiều so với thử nghiệm trên phân xưởng thực tế. Vì rằng cơ sở tính toán các công cụ mô phỏng thường dựa trên các bộ cơ sở dữ liệu chuẩn hóa, nên một khi đã xây dựng một mô hình hợp lý thì bất kỳ một kỹ sư nào cũng có thể sử dụng nó để tính toán và cho các kết quả chính xác. Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình hoạt động của nhà máy. Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm việc và chế độ hoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một đơn vị hoạt động nào đó. Bên cạnh đó, các phần mềm mô phỏng còn giúp cho việc giảm thiểu những tai nạn và rủi ro có thể xảy đến với con người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu và tăng năng suất của nhà máy. 2.1.2 Các đặc điểm của quá trình mô phỏng.  Các từ khóa thường dùng trong thiết kế mô phỏng: • Simulation, process simulation: mô phỏng, quá trình mô phỏng. • Dynamic simulation: mô phỏng động. • Simolator: thiết kế mô phỏng. • Equation of state (EOS): phương trình trạng thái. • Steady-state simulation : mô phỏng trạng thái bền vững • To proceed by trial and error: Tiến hành bắng cách mò mẫm. • Model: mô hình. • Modelling: mô hình hóa.  Chương trình mô phỏng luôn có các thành phần sau: - Thư viện dữ liệu và thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán các tính chất hóa lý của các cấu tử và hệ cấu tử. - Các công cụ mô phỏng cho các quá trình có thể có trong hệ thống công nghệ hóa học như bơm, máy nén, truyền nhiệt, chưng cất, Phần này chứa các mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số công nghệ của một quá trình được mô phỏng. [...]... GS, SRK, PR • Xử lý hỗn hợp hydrocarbon thơm và hydrocarbon khác: NRTL, UNIQUAC, UNIFAC CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KHÍ BẰNG PHẦN MỀM PRO/II 3.1 Khai thác số liệu trong phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất Nguyên liệu của phân xưởng xử lý khí này được lấy từ các phân xưởng RFCC, CDU, NHT, LPG Dưới đây là thống số của từng cấu tử dòng nguyên liệu Bảng 1: Đặc trưng của các dòng... lý Gasoline  Mục đích của sơ đồ công nghệ thực tế này là dùng để tham khảo cho sơ đồ mô phỏng Dưới đây là sơ đồ mô tả phân xưởng “Gas Plant” thực tế 3.2.2 Xây dựng sơ đồ công nghệ mô phỏng dựa trên sơ đồ thực tế của nhà máy lọc dầu Dung Quất Với nguồn nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý là các phân đoạn nhẹ từ 3 phân xưởng: CDU, NHT, RFCC Sơ đồ mô phỏng phân xưởng xử lý khí của đồ án này được xây... 3.2 Thiết lập sơ đồ công nghệ cho phân xưởng của nhà máy lọc dầu Dung Quất Quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quấtn được thực hiện trên phần mềm PRO/II, các bước nguyên cứu tiến hành tương tự cho hầu hết các quá trình khác như việc thiết lập sơ đồ bao gồm các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ như: Đường ống (dòng), thiết bị trao đổi nhiệt, máy nén, thiết bị giản nở, bình... tách Flash, tháp tách Distillation, máy bơm, thiết bị Stream Calculator… 3.2.1 Sơ đồ công nghệ thực tế của nhà máy lọc dầu Dung Quất  Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý khí là các phân đoạn nhẹ đi ra từ phân xưởng RFCC, phân xưởng NHT, và phân chưng cất khí quyển (CDU) Các dòng nguyên liệu này được đưa vào thiết bị tách 3 pha D-1514 Khí đi ra khỏi bình tách này được đưa... việc chuyển đổi chế độ hoạt động của nhà máy - Hiện đại hóa các nhà máy hiện có - Giải quyết sự cố trong quá trình vận hành của nhà máy - Tối ưu hóa, cải thiện sản lượng và lợi nhuận  PRO/II mô phỏng những quá trình tiêu biểu sau: • Trong lĩnh vực lọc dầu: - Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển - Gia nhiệt dầu thô - Quá trình cốc hóa - Quá trình FCC - Các quá trình tách khí - Quá trình ổn định naphta... hập thụ, khí đi ra khỏi đỉnh tháp là khí Fuel Gas, còn đáy là chất giàu amin đem đi xử lý Tại tháp Stripper T-1552, lỏng từ bình tách D-1553 đưa đến đỉnh tháp Khí ra khỏi tháp được đưa trở lại bình tách D-1553, lỏng thì được đưa qua tháp tách Debutanizer T-1554 Khí sau khi ra tháp T-1554 được đưa qua tháp hấp phụ Amin và sau đó đưa đến phân xưởng xử lý LPG, còn lỏng thì đưa đền phân xưởng xử lý Gasoline... xưởng: CDU, NHT, RFCC Sơ đồ mô phỏng phân xưởng xử lý khí của đồ án này được xây dựng đơn giản hóa hơn so với sơ đồ thực tế của phân xưởng “Gas Plant” của nhà máy lọc dầu Dung Quất Trong đó có các thiết bị của sơ đồ thực tế đã được lược bỏ như sau: - Máy nén 2 tầng C-1551 được thay bằng máy nén trong PRO/II - Các thiết bị làm lạnh như E-1551, E-1552 A/B và thiết bị ngưng tụ E1553 được thay băng thiết bị... bởi dung dịch DEA (Diethanolamin) được đưa vào đỉnh tháp Tháp gồm có 20 đĩa, P đỉnh = 13,7 kg/cm 2 g, P đáy = 14 kg/cm 2 g Sau khi hấp thụ, dung dịch DEA đi ra khỏi đáy tháp và sau đó đưa qua phân xưởng xử lý Amin, còn phân khí nhẹ (Fuel Gas) cho qua bình tách D-1559 để loại bỏ các cấu tử nặng bị cuốn theo và các tạp chất CO, H 2S… khí ra khỏi bình là Fuel Gas đem làm nhiên liệu cho nhà máy lọc dầu. .. hệ thống  Dòng nguyên liệu vào: Dòng nguyên liệu vào được tổng hợp trong Bảng 2 với những dòng nguyên liệu sau: o Phân đoạn nhẹ đi ra từ phân xưởng RFCC o Phân đoạn nhẹ đi ra từ phân xưởng NHT o Phân đoạn nhẹ đi ra từ phân xưởng CDU – GAS o Phân đoạn LPG o Dầu hấp thụ Nhập trạng thái của dòng nhập liệu bao gồm có: nhiệt độ, áp suất, thành phần phần trăm khối lượng Các bước tiến hành được thực hiện... Các cấu tử giả định CP1 đến CP11 được xác định từ phân đoạn dầu thô chủ yếu là thành phần Naphta nhẹ Các tính chất của phân đoạn nhẹ được tổng hợp ở Bảng 1  Chọn mô hình nhiệt động: Kích vào Input/Thermo để chọn mô hình nhiệt động trong danh sách sẵn có Trong trường hợp mô phỏng quá trình tách khí này ta sử dụng mô hình nhiệt động là Soave – Redlich – Kwong (SRK) cho hệ nhiều cấu tử nhẹ Kích vào Modify . về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất. 1.1. Giới thiệu chung về đề tài. Quá trình nguyên cứu trong đề tài này là phân xưởng xử lý khí (“Gas – Plant”) của nhà máy lọc dầu Dung Quất. PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KHÍ BẰNG PHẦN MỀM PRO/II 3.1. Khai thác số liệu trong phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất. Nguyên liệu của phân xưởng xử lý khí này được lấy từ các phân xưởng RFCC,. phần mềm mô phỏng ProII là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này. 2. Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu kinh tế Dung Quất, là nhà máy lọc dầu đầu