Thiết lập và tối ưu hóa sơ đồ công nghệ nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Thanh Hóa với nguyên liệu dầu thô Trung Đông nhập từ Kuwait

1 Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN QUANG THÁI THIẾT LẬP VÀ TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN THANH HÓA VỚI NGUYÊN LIỆU DẦU THÔ TRUNG ĐÔNG NHẬP TỪ KUWAIT Chuyên ngành: Công nghệ Hóa học Mã số: 60.52.75 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2011 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ THANH XUÂN Phản biện 1: TS Nguyễn Đình Lâm Phản biện 2: PGS TS Phạm Ngọc Anh Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 29 tháng 07 năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài: Ngày nay, nhu cầu lượng vấn ñề ñược Đảng Nhà nước ta ñặt lên hàng ñầu Để thúc ñẩy tiến trình công nghiệp hóa, ñại hóa ñất nước vấn ñề quan trọng ñảm bảo an ninh lượng quốc gia Chính lẽ ñó Đảng Nhà nước ta ñã trọng ñầu tư nhà máy lọc dầu, với mục ñích khai thác tối ña nguồn dầu thô sẵn có, ñồng thời ñáp ứng nhu cầu lượng ngày gia tăng theo phát triển ñất nước, ñảm bảo phát triển bền vững không phụ thuộc nhiều vào lượng giới Bên cạnh ñó việc xây dựng nhà máy lọc dầu ý nghĩa ñảm bảo an ninh lượng quốc gia mà hữu ích ñể sản xuất phân ñạm, nhựa, chất dẻo, sợi tổng hợp, chất tẩy rửa, dược phẩm,… Với mong muốn tìm hiểu cách tổng quát nhiệm vụ quy trình công nghệ nhà máy lọc dầu, từ khâu chưng cất dầu thô thành phân ñoạn dầu mỏ cho ñến khâu chế biến phân ñoạn dầu mỏ thành nguồn phối liệu khác phối trộn chúng tạo nên loại sản phẩm dầu mỏ khác thỏa mãn nhu cầu sử dụng ñáp ứng tiêu kỹ thuật môi trường, từ thực tiễn Dự án Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn, ñã ñịnh chọn ñề tài “Thiết lập tối ưu hóa sơ ñồ công nghệ Nhà máy Lọc dầu Nghi Sơn, Thanh Hóa với nguyên liệu dầu thô Trung Đông nhập từ Kuwait” ñể thực luận văn Thạc Sĩ Ngoài mục ñính thiết thực ñề tài ñối với thân việc hiểu rõ nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, có hội vào làm việc nhà máy, ñóng góp phần nhỏ kiến thức học ñược vào công phát triển ñất nước, ñề tài có ý nghĩa lớn ñối Footer Page of 126 Header Page of 126 với môn Công nghệ hóa học – Dầu khí, khoa Hóa, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Từ số liệu thực tế thu thập ñược trình xây dựng sơ ñồ công nghệ cho nhà máy, ñề tài nguồn tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Bên cạnh ñó, với việc tối ưu hóa sơ ñồ công nghệ, ñề tài mong muốn nguồn tài liệu tham khảo ñể ñánh giá lại mặt kỹ thuật sơ ñồ công nghệ nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, tạo loại sản phẩm dầu mỏ khác ñáp ứng ñầy ñủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môi trường, ñồng thời thỏa mãn nhu cầu tiêu thụ lượng dầu mỏ cho miền Bắc theo mục tiêu dự án ñề Mục ñích nghiên cứu: Đề tài tập trung vào mục ñích nghiên cứu sau: Xây dựng sở liệu ñối với nguồn dầu thô Trung Đông nhập từ Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy Xây dựng sơ ñồ công nghệ nhà máy lọc dầu Nghi Sơn ñi từ nguồn dầu thô Kuwait nhu cầu sản phẩm dầu mỏ thực tế ñã ñược khảo sát Tối ưu hóa sơ ñồ công nghệ nhà máy theo hướng ñánh giá lại sản lượng sản phẩm thu ñược nguyên tắc tối ña lợi nhuận Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Dựa sở nguồn dầu thô Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy nhu cầu sản phẩm, tiêu chất lượng sản phẩm nhà máy ñể xây dựng lên mô hình hoạt ñộng chung nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Do giới hạn thời gian tài liệu khuôn khổ luận văn Thạc Sĩ, ñề tài ñề cập ñến trình tính toán xây dựng chi tiết sơ ñồ công nghệ nhà máy phù hợp với nguồn dầu thô Footer Page of 126 Header Page of 126 sản phẩm dầu mỏ thu ñược theo ñúng số liệu khai thác ñược từ dự án Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Phương pháp nghiên cứu: Dựa assay dầu thô Kuwait, ñánh giá giá trị ñiểm cắt khác ñể tính toán sơ hiệu suất thu hồi phân ñoạn dầu mỏ Tính toán tất tính chất khác liên quan ñến ñặc tính kỹ thuật môi trường phân ñoạn dầu mỏ dựa số liệu thu thập ñược công thức liên quan Xây dựng hoàn chỉnh sở liệu cho dầu thô Kuwait Tính chi tiết cân vật chất lượng cho phân xưởng theo công suất tối ña Thiết lập sơ ñồ công nghệ cho nhà máy lọc dầu Lập trình cho toán tối ưu, dùng phần mềm Lingo giải toán phối liệu Trên sở kết nhận ñược tính toán lại hiệu kinh tế nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài: Từ số liệu thực tế thu thập ñược trình xây dựng sơ ñồ công nghệ cho nhà máy, ñề tài nguồn tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành Với việc tối ưu hóa sơ ñồ công nghệ, ñề tài mong muốn nguồn tài liệu tham khảo ñể ñánh giá lại mặt kỹ thuật sơ ñồ công nghệ nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, tạo loại sản phẩm dầu mỏ khác ñáp ứng ñầy ñủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môi trường, ñồng thời thỏa mãn nhu cầu tiêu thụ lượng dầu mỏ cho miền Bắc theo mục tiêu dự án ñề Footer Page of 126 Header Page of 126 6 Cấu trúc luận văn: Chương Tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn – Thanh Hóa Chương trình bày tổng quan Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn sản phẩm thương mại nhà máy Chương Thiết lập sơ ñồ công nghệ khu Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Chương tập trung vào trình tính toán xây dựng sơ ñồ công nghệ nhà máy phù hợp với nhu cầu sản lượng công suất thiết kế nhà máy Chương Tối ưu hóa sơ ñồ công nghệ Khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn phần mềm Lingo Chương xây dựng ma trận toán tối ưu bảng tính Excel lập trình toán phần mềm Lingo Chương Kết tối ưu từ phần mềm Lingo – Phân tích nhận xét Chương tập trung phân tích kết thu ñược từ phần mềm Lingo Từ kết ñó ta ñánh giá lại mặt công nghệ nhà máy hiệu kinh tế phương án Footer Page of 126 Header Page of 126 Chương 1: TỔNG QUAN KHU LIÊN HỢP LỌC HÓA DẦU NGHI SƠN – THANH HÓA 1.1 Giới thiệu tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa 1.1.1 Tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn thuộc khu kinh tế Nghi Sơn nằm phía Nam tỉnh Thanh Hoá, cách Hà Nội 200 km, có ñường ñường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng ñến 30.000 DWT (Dead Weight Tonnage) cập bến,…khu kinh tế Nghi Sơn ñược ñánh giá trọng ñiểm phát triển phía Nam Vùng kinh tế Bắc Bộ, ñồng thời cầu nối vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào Đông Bắc Thái Lan 1.1.2 Mục ñích xây dựng khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa - Đáp ứng nhu cầu thị trường nước ñảm bảo an ninh nhiên liệu - Cung cấp nguyên liệu phát triển công nghiệp Hóa Dầu - Góp phần phát triển kinh tế khu vực phía Bắc ñảm bảo phát triển ñồng ñều nước 1.1.3 Công suất thiết kế nhu cầu sản phẩm thương mại nhà máy Theo dự kiến, với công suất thiết kế 10 triệu dầu thô/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn ñảm bảo cung cấp xăng dầu sản phẩm dầu mỏ khác cho toàn miền Bắc Footer Page of 126 Header Page of 126 1.2 1.2.1 Nguyên liệu dùng cho khu Liên hợp lọc hóa dầu nghi Sơn Lý chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy Nước ta khai thác nguồn dầu thô mỏ Bạch Hổ - Vũng Tàu nguồn dầu tương ñối với hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.041%wt) tốt ñể làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Tuy nhiên, khai thác mỏ dầu Bạch Hổ từ năm 1973 ñó ñất nước chưa có nhà máy lọc dầu nên nguồn dầu thô khai thác ñược chủ yếu bán cho nước Đến năm 2009 nhà máy lọc dầu Dung Quất ñi vào hoạt ñộng nguồn nguyên liệu chủ yếu cho nhà máy dầu Bạch Hổ, ñó ñể ñảm bảo hoạt ñộng lâu dài liên tục khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn nguồn dầu thô cung cấp cho nhà máy phải hợp tác nhập dầu thô Trung Đông Các phương án pha trộn dầu thô Kuwait, Dubai Sư Tử Đen ñã ñược nghiên cứu cho ta thấy phương án 100% dầu Kuwait cho lợi nhuận thô lớn 1041 triệu USD/năm Chính vậy, dầu thô Kuwait ñược lựa chọn làm nguồn nguyên liệu cho liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn 1.2.2 Các tính chất ñặc trưng dầu Kuwait Dầu Kuwait thuộc loại dầu trung bình có d = 0,8760 o API =29,9 Do có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 2,65%) nên dầu Kuwait thuộc loại dầu chua Dầu Kuwait chứa nhiều kim loại nặng hàm lượng Ni 10,1ppm, Vanadi 31,1ppm Iron 0,7ppm Hàm lượng Nitơ dầu Kuwait cao khoảng 372 ppm dễ gây ngộ ñộc xúc tác làm cho dầu tồn chứa có tính ổn ñịnh không cao Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3 Các sản phẩm thương mại liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Sản phẩm thương mại Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn gồm: - Các sản phẩm lượng như: LPG, xăng, jet A1, diesel, FO - Các sản phẩm phi lượng như: benzen, para-xylene, polypropylene, lưu huỳnh 1.3.1 Các sản phẩm lượng 1.3.1.1 LPG LPG ñược tách từ phân ñoạn nhẹ chưng cất dầu thô, thành phần gồm propan C3 butan C4 ñược phối trộn theo tỉ lệ: C3/C4 = 7:3 hay C3/C4 = 5:5 tùy thuộc vào ñiều kiện sử dụng 1.3.1.2 Xăng (Gasoline) Phân ñoạn xăng với khoảng nhiệt ñộ sôi 1800C bao gồm hydrocacbon từ C5 – C11 Một tính chất quan trọng nhiên liệu xăng phải có khả chống lại cháy kích nổ Đặc trưng ñó gọi trị số octane Ngoài số RON hàm lượng lưu huỳnh xăng tính chất quan trọng Tính chất quan trọng khác sử dụng xăng làm nhiên liệu áp suất bão hòa 1.3.1.3 Nhiên liệu phản lực JET A1 Một số tính chất quan trọng cần lưu ý sử dụng nhiên liệu phản lực như: Nhiệt trị: Là lượng nhiệt ñược giải phóng ñốt cháy ñơn vị nhiên liệu ñiều kiện tiêu chuẩn Điểm ñông ñặc (Freezing Point) nhiệt ñộ ñó sản phẩm lỏng ñem làm lạnh ñiều kiện ñịnh không chảy ñược Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 10 1.3.1.4 Nhiên liệu Diesel Nhiên liệu Diesel ñược lấy chủ yếu từ phân ñoạn gasoil trình chưng cất dầu mỏ có khoảng nhiệt ñộ sôi khoảng 2500C-3500C, với thành phần gồm hydrocacbon từ C16-C20 Tính chất sử dụng ñối với nhiên liệu diesel thương phẩm: Chỉ số cetane, thành phần phân ñoạn, ñộ nhớt, ñiểm chớp cháy, ñiểm vẩn ñục, ñiểm chảy,… 1.3.1.5 Dầu ñốt FO Nhiên liệu ñốt lò (Fuel Oils – FO) sản phẩm chủ yếu trình chưng cất thu ñược từ phân ñoạn gasoil chưng cất dầu thô nhiệt ñộ sôi lớn 3500C Nhiên liệu ñốt lò phải ñáp ứng ñược tiêu chuẩn quy ñịnh như: hàm lượng lưu huỳnh, ñộ nhớt,… 1.3.2 Các sản phẩm phi lượng 1.3.2.1 Benzen Được sản xuất phương pháp reforming xúc tác (Al-Pt) nhiệt ñộ 4800C-5200C với áp suất 20 atm 1.3.2.2 Para-xylene Được sản xuất chủ yếu phương pháp reforming xúc tác nhiệt ñộ 4800C-5200C với áp suất 35-40 atm 1.3.2.3 Poly-propylene Là nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất vật liệu polymer composite 1.3.2.4 Lưu huỳnh Được thu hồi từ dòng khí chua có chứa hàm lượng lưu huỳnh cao (H2S, COS, CS2) Footer Page 10 of 126 Header Page 12 of 126 12 chuyển hóa hydrocacbon nặng thành hydrocacbon có ñiểm sôi thấp hơn, có giá trị cao 2.1.2.2 Phân xưởng Refoming xúc tác (CCR) Phân xưởng CCR có nhiệm vụ chuyển hóa cấu tử xăng nặng có số nguyên tử Cacbon từ C6 ñến C10 mà chủ yếu C7 ñến C9 thành hydrocacbon thơm tương ứng tác dụng xúc tác ñiều kiện công nghệ sản xuất lượng lớn H2 2.1.2.3 Phân xưởng Isome hóa (ISOM) Nhằm sản xuất xăng có số octane cao với nguyên liệu phân ñoạn xăng nhẹ trình chuyển hóa biến ñổi cấu tử parafine (C5, C6) thành iso-parafine có số octane cao 2.1.2.4 Phân xưởng Alkyl hóa (ALK) Đây trình quan trọng nhà máy lọc dầu nhằm mục ñích cải thiện chất lượng xăng 2.1.2.5 Phân xưởng khử lưu huỳnh (HDS) Phân xưởng HDS xử lý phân ñoạn trung bình Ker, gasoil, LCO nhằm loại bỏ chủ yếu hàm lượng lưu huỳnh ñể thỏa mãn tiêu kỹ thuật môi trường nguồn phối liệu 2.1.2.6 Phân xưởng Merox Phân xưởng Merox ñược kế nhằm chuyển hóa thành phần lưu huỳnh mecarptan thành disulfua 2.1.2.7 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) Mục ñích thiết kế thu hồi lưu huỳnh từ khí chua 2.2 2.2.1 Sơ ñồ công nghệ nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) Công suất thiết kế: 10 triệu tấn/năm (tương ñương 200000 thùng/ngày) Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 13 Phân xưởng chưng cất khí ñược thiết kế ñể chế biến 100% dầu thô Kuwait 2.2.2 Phân xưởng thu hồi xử lý LPG (LPGRU) Công suất thiết kế: 6500 thùng/ngày Mục ñính thiết kế phân xưởng thu hồi LPG nhằm thu ñược dòng sản phẩm giàu C3/C4, thu hồi phân ñoạn C3/C4 ñể ñạt ñược hiệu mặt kinh tế, xử lý lượng LPG thu hồi ñể ñạt ñược tiêu chất lượng thương mại Đồng thời thu hồi tách lượng xăng 2.2.3 Phân xưởng xử lý naphtha hydro (NHT) Công suất thiết kế: 54100 thùng/ngày Mục ñính thiết kế phân xưởng (NHT) xử lý hỗn hợp Naphtha từ phân xưởng LPGRU Raffinate từ phân xưởng AROS hydro 2.2.4 Phân xưởng Isome hóa C5/C6 (ISOM) Công suất thiết kế: 23400 thùng/ngày Chuyển hóa dòng naphtha nhẹ ñã xử lý hydro có trị số octan thấp thành Isomerate có trị số octan cao 2.2.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) Công suất thiết kế: 39700 thùng/ngày Mục ñích thiết kế phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) tạo Reformate có trị số octane hàm lượng chất thơm cao 2.2.6 Cụm phân xưởng hydrocacbon thơm (AROS) Mục ñích tách thu hồi lượng Benzene paraxylene 2.2.7 Phân xưởng xử lý cặn RA hydro (RHDS) Công suất thiết kế : 105000 thùng/ngày Footer Page 13 of 126 14 Header Page 14 of 126 Phân xưởng RHDS khử tạp chất lưu huỳnh có cặn phân xưởng chưng cất khí CDU làm nguyên liệu cho phân xưởng Cracking xúc tác (RFCC) 2.2.8 Phân xưởng cracking xúc tác (RFCC) Công suất thiết kế: 80000 thùng/ngày Mục ñích phân xưởng RFCC chuyển hóa cặn chưng cất khí ñã ñược xử lý hydro từ phân xưởng RHDS thành hydrocacbon nhẹ hơn, có giá trị cao 2.2.9 Phân xưởng xử lý Kerosene hydro (KHDS) Công suất thiết kế: 20000 thùng/ngày Mục ñích thiết kế phân xưởng xử lý kerosene hydro khử hợp chất lưu huỳnh gây ăn mòn kerosene 2.2.10 Phân xưởng xử lý Gas oil hydro (GOHDS) Công suất thiết kế: 60000 thùng/ngày Mục ñích thiết kế phân xưởng GO HDS xử lý lưu huỳnh 2.2.11 Phân xưởng trùng hợp Poly-propylene (PPU) Phân xưởng ñược thiết kế ñể sản xuất poly-propylene từ propylene Propylene thu ñược từ phân xưởng LPG Merox từ nguồn LPG phân xưởng RFCC 2.2.12 Phân xưởng Alkyl hóa (ALK) Công suất thiết kế: 707 ktấn/năm Phân xưởng Alkyl hóa ñể sản xuất cấu tử pha xăng Alkylate có trị số octan cao 2.2.13 Phân xưởng Merox Mục ñích thiết kế chuyển hóa hợp chất mecarptan thành disulphur R-SH + 1/2 O2 → RSSR + H2O Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 15 2.2.14 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) Thu hồi lưu huỳnh có thành phần khí chua (H2S,COS) 2.2.15 Phân xưởng thu hồi sản xuất hydro (HMU) Sản xuất H2 cung cấp cho phân xưởng xử lý H2 2.2.16 Phân xưởng xử lý nước chua Xử lý dòng nước chua từ phân xưởng 2.2.17 Phân xưởng tái sinh Amin Xử lý amin ñã sử dụng từ phân xưởng rữa amin 2.3 Phối trộn sản phẩm 2.3.1 Phối trộn cho LPG xăng LPG ñược phối trộn từ bán sản phẩm: C3, C4 Các bán sản phẩm ñược sử dụng ñể phối trộn tạo xăng gồm: hỗn hợp C4, xăng isomerate, xăng reformate, xăng nhẹ RFCC ñã qua merox, alkylate, xăng nặng RFCC 2.3.2 Phối trộn cho Diesel Fuel oil Các bán sản phẩm ñược sử dụng ñể phối trộn tạo auto diesel industrial diesel gồm: kerosene từ KERO HDS, diesel từ GO HDS, diesel từ RHDS, LCO từ RFCC Các bán sản phẩm ñược sử dụng ñể phối trộn tạo Fuel oil gồm: Kerosene từ KERO HDS, diesel từ GO HDS, diesel từ RHDS, HYARO từ cụm tách hydrocacbon thơm, LCO từ RFCC, HCO từ RFCC 2.3.3 Phối trộn sản phẩm hóa dầu Benzene từ phân xưởng AROS Para-xylene từ phân xưởng AROS Poly-propylene từ phân xưởng PPU Sulphur từ phân xưởng SRU Footer Page 15 of 126 16 Header Page 16 of 126 Chương 3: TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ NHÀ MÁY NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM LINGO 3.1 3.1.1 Tổng quan phần mềm lingo Khái niệm quy hoạch tuyến tính Quy hoạch tuyến tính mô hình toán học dùng ñể tìm giá trị nhỏ lớn hàm tuyến tính theo số biến cho trước, thỏa mãn số hữu hạn ràng buộc ñược biểu diễn hệ phương trình bất phương trình tuyến tính 3.1.2 Quy hoạch tuyến tính lọc dầu 3.1.2.1 Yêu cầu tối ưu hóa nhà máy lọc dầu 3.1.2.2 Ứng dụng quy hoạch tuyến tính hoạt ñộng nhà máy lọc dầu Trong công nghiệp lọc dầu, quy hoạch tuyến tính ñược áp dụng lĩnh vực: - Thiết kế cấu hình sở nhà máy lọc dầu - Lựa chọn ñánh giá nguồn dầu thô nguyên liệu - Lên kế hoạch vận hành dài hạn ngắn hạn - Đánh giá chi phí ñầu tư cho thiết bị quy trình - Quản lý hoạt ñộng nhà máy lọc dầu - Điều khiển việc pha trộn sản phẩm - Quản lý việc tồn trữ 3.1.2.3 Đặc trưng mô hình quy hoạch tuyến tính cho nhà máy lọc dầu Hàm mục tiêu: tối ña lợi nhuận Lợi nhuận = ∑( giá trị sản phẩm) - ∑( chi phí nguyên liệu thô)∑ (Chi phí vận hành) Các ràng buộc: Footer Page 16 of 126 Header Page 17 of 126 17 - Ràng buộc nguyên liệu: lượng nguyên liệu tồn trữ - Ràng buộc khả sản xuất tối ña phân xưởng - Ràng buộc tồn trữ: dung tích bồn chứa - Ràng buộc sản phẩm: tiêu chuẩn quy ñịnh chất - lượng sản phẩm - Ràng buộc tiêu thụ lượng 3.1.3 Giới thiệu phần mềm Lingo Phần mềm lingo chương trình hỗ trợ việc giải toán tối ưu quy hoạch tuyến tính cách hiệu Các bước cần tiến hành: - Mô hình hóa trình sản xuất - Xác ñịnh biến ràng buộc - Xây dựng ma trận toán bảng tính Excel - Khai báo mảng chứa biến, kiểu ràng buộc, RHS hệ số - Liên kết liệu Excel Lingo - Giải tối ưu Lingo trao ñổi kết 3.2 3.2.1 Xây dựng cấu trúc biến ràng buộc Cấu trúc biến Gồm biến: biến phân tách, biến chuyển hóa, biến phối trộn, lượng nội bộ, nhập khẩu, xuất 3.2.2 Cấu trúc ràng buộc Gồm ràng buộc sau: ràng buộc bán sản phẩm, ràng buộc sản phẩm nội bộ, ràng buộc max, ràng buộc 3.3 3.3.1 Xây dựng ma trận toán tối ưu bảng tính Excel Cấu trúc ma trận toán thường gặp Footer Page 17 of 126 Header Page 18 of 126 18 Bảng 3-1: Cấu trúc ma trận toán thường gặp Cấu trúc biến Giá trị biến Dấu RHS Cân sản phẩm bán sản phẩm Ràng buộc khống chế chất lượng Các ràng buộc ñặc biệt Ràng buộc khả sản xuất, lưu trữ HÀM KINH TẾ (MỤC TIÊU) 3.3.2 Xác ñịnh hệ số cho bảng ma trận Dựa vào bảng cân vật chất sơ ñồ mô hình hóa trình sản xuất (theo tài liệu Foster Wheeler Energy LTD (2005), Process Document of Nghi Son Refinery and Petrochemical complex nhà máy lọc dầu Nghi Sơn) 3.4 Phương pháp khai báo liên kết liệu với Excel Lập trình liên kết liệu excel với phần mềm lingo ngôn ngữ lập trình visual basic 3.5 Giải tối ưu Lingo trao ñổi kết Sau chạy phần mềm Lingo, phần mềm tìm giá trị tối ưu kèm theo thông số khác giúp ta phân tích kết tìm ñược, ñồng thời phần mềm trao ñổi kết với bảng tính Excel cho ta hệ số ô giá trị biến giá trị hàm mục tiêu Footer Page 18 of 126 19 Header Page 19 of 126 Chương 4: KẾT QUẢ TỐI ƯU TỪ LINGO – PHÂN TÍCH & NHẬN XÉT 4.1 Ý nghĩa giá trị hiển thị từ phần mềm LINGO 4.1.1 Ý nghĩa giá trị “Variable, Value, Reduced Cost” - Variable: Tên biến - Value: Giá trị biến - Reduced Cost: số lượng mà hệ số hàm mục tiêu biến số phải cải thiện trước trở nên có lợi cho biến số ñang ñề cập giá trị dương kết tối ưu 4.1.2 Slack or Surplus Cột Slack or Sulplus bảng báo cáo kết Lingo cho biết bạn ñã gần ñáp ứng ràng buộc tính cân 4.1.3 Dual Price dual price số lượng mà hàm mục tiêu cần phải thay ñổi giá trị RHS (Right Hand Side) ràng buộc bị tăng thêm ñơn vị 4.1.4 Lingo/Range Thay ñổi hệ số hàm mục tiêu mà không gây thay ñổi giá trị tối ưu biến số ñịnh 4.2 Phân tích kết trường hợp RFCC Max propylene với nguyên liệu dầu thô Kuwait 4.2.1 Kết tối ưu phối trộn tạo xăng MG92/95 Global optimal solution found Objective value: 0.1089301E+08 Tức chi phí tối thiểu ñể nhà máy sản xuất sản phẩm LPG, Xăng MG92/95, JETA1, AU.DO, IN.DO, FO, Benzene, Paraxylene, Poly-propylene, Sulphur ñáp ứng tất ràng buộc toán 10893012 USD/ngày Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 20 Ngoài kết giá trị tối thiểu hàm kinh tế, báo cáo kết Lingo ñưa giá trị dual price với ràng buộc, phân tích kết ta thấy rằng: Khi nhu cầu tăng thêm LPG/ ngày Row 49 Slack or Surplus LPG 0.0000000 Dual Price -512.0000 Ta thấy nhu cầu tăng thêm LPG/ngày hàm kinh tế tăng lên 512 USD, hay nói cách khác chi phí tối thiểu cần phải trả thêm hàm mục tiêu ñể sản xuất thêm LPG/ngày 512 USD Chạy lại kết tối ưu cho ta thấy rõ ñiều ñó: Global optimal solution found Objective value: 4.2.2 0.1089352E+08 Phạm vi thay ñổi giá hệ số hàm mục tiêu mà không làm thay ñổi giá trị biến số - Phạm vi thay ñổi giá dầu thô Kuwait: Ranges in which the basis is unchanged: Objective Coefficient Ranges Current Variable Coefficient GT_BIEN(KW_CR)395.0700 Allowable Allowable Increase Decrease 119.2988 INFINITY Giá trị biến dầu thô Kuwait thời ñiểm khảo sát 395.07 USD/tấn, sau chạy kết tối ưu phần mềm Lingo cho ta ñược kết biến thiên giá dầu thô Kuwait sau Giá dầu thô ñược phép tăng 119,2988 USD giảm ñến vô mà giá trị tối ưu biến số phương án sản xuất không thay ñổi Footer Page 20 of 126 21 Header Page 21 of 126 4.2.3 Phạm vi thay ñổi giá trị RHS mà không làm thay ñổi phương án sản xuất - Phạm vi thay ñổi nhu cầu LPG: Righthand Side Ranges Row Current Allowable RHS 49 LPG 762.0000 Allowable Increase Decrease 512.9746 INFINITY Ta thấy nhu cầu thời ñiểm khảo sát LPG 762 tấn/ngày, nhiên ta tăng thêm lượng 512,9746 giảm ñến vô nhu cầu LPG hoàn toàn không làm thay ñổi giá trị tối ưu Dual price Reduced Cost 4.2.4 Phân tích giá trị Reduced Cost Variable Value Reduced Cost GT_BIEN(LPGIMP) 0.0000000 1.180000 GT_BIEN(MG92IPM) 0.0000000 16.60000 GT_BIEN(MG95IPM) 0.0000000 16.60000 GT_BIEN(JA1IPM) 0.0000000 16.86000 GT_BIEN(AUDOIPM) 0.0000000 11.13324 Tức là, hệ số hàm mục tiêu biến số LPGIMP cần phải giảm ñi 1,18 USD, biến số MG92, MG95 cần phải giảm 16,6 USD, biến số JA1 cần phải giảm 16,86 USD, biến AU.DO cần phải giảm 11,13324 USD, ñể biến số trở thành lựa chọn hấp dẫn ñể ñi tới giải pháp tối ưu nhất, hay nói cách khác chi phí tối thiểu nhà máy tăng tương ứng với giá trị Reduced Cost biến số ñó ñể ñưa ñơn vị biến số ñi ñến giải pháp tối ưu Footer Page 21 of 126 Header Page 22 of 126 4.2.5 22 Kết chạy Lingo cho trường hợp phối trộn tạo xăng MG92/95/98 Sản phẩm xăng có tốc ñộ tăng trưởng tiêu thụ cao số sản phẩm lọc dầu Việt Nam Loại xăng chủ yếu RON92 ñược tiêu thụ cho hai loại xe ôtô xe máy, loại xăng RON95 ñã ñược ñưa thị trường thời gian gần ñây nhằm ñáp ứng nhu cầu nhiên liệu cho dòng xe cao cấp Tuy nhiên, số năm tới nhu cầu tiêu thụ loại xăng RON92 ñược dự báo cao nhu cầu loại xăng có số RON95 RON98 tăng nhu cầu nhiên liệu cho dòng xe cao cấp năm tới tăng mạnh Do ñó, khảo sát nhu cầu thị trường xăng Việt Nam Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn ñã tính ñến phương án có sản xuất xăng RON98 sau Kết chạy Lingo cho trường hợp phối trộn tạo xăng MG92/95/98: Global optimal solution found Objective value: 0.1090745E+08 Cũng phương án không sản xuất xăng MG98, phương án có sản xuất xăng MG98 chạy tối ưu kết báo cáo Lingo cho ta biết kết giá trị tối thiểu hàm kinh tế, báo cáo kết Lingo ñưa giá trị dual price với ràng buộc, giá trị Reduced Cost hay Range Report (kèm theo bảng phụ lục) 4.3 Trường hợp RFCC Max gasoline với nguyên liệu dầu thô Kuwait Trong trường hợp RFCC Max gasoline chế ñộ hoạt ñộng phân xưởng RFCC thay ñổi so với trường hợp RFCC Max propylene, trường hợp Max gasoline sản phẩm C3/C4 chiếm Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 23 13,96%wt lượng xăng thu ñược 43,69%wt, ñối với trường hợp RFCC Max propylene sản phẩm C3/C4 26,66%wt lượng xăng thu ñược 35,21%wt Mặt khác nhu cầu tổng sản phẩm hai chế ñộ không ñổi (24672 tấn/ngày), chế ñộ vận hành RFCC Max gasoline ta tính lại nhu cầu sản phẩm ñể phù hợp với chế ñộ vận hành nhà máy, chế ñộ vận hành ta tính toán tối ưu cho hai chế ñộ vận hành có sản xuất xăng MG98 không sản xuất xăng MG98 Từ nhu cầu sản phẩm trường hợp chế ñộ RFCC max gasoline ta thiết lập tính toán lại chi phí phương án sản xuất nhà máy phần mềm Lingo trường hợp phối trộn tạo xăng MG92/95 MG92/95/98 thu ñược kết sau: Kết chạy Lingo cho trường hợp phối trộn tạo xăng MG92/95 Global optimal solution found Objective value: 0.1090758E+08 Kết chạy Lingo cho trường hợp phối trộn tạo xăng MG92/95/98 Global optimal solution found Objective value: 0.1092066E+08 Như ta thấy chi phí cho phương án sản xuất có xăng MG98 cao so với không sản xuất xăng MG98 0.12% Cũng trường hợp chế ñộ RFCC Max propylene, phương án không sản xuất xăng MG98 phương án có sản xuất xăng MG98 trường hợp chế ñộ RFCC Max gasoline chạy tối ưu, kết báo cáo Lingo cho ta biết kết giá trị tối thiểu hàm kinh tế, báo cáo kết Lingo ñưa giá trị dual price với ràng buộc, giá trị Reduced Cost hay Range Report (kèm theo bảng phụ lục) Footer Page 23 of 126 24 Header Page 24 of 126 4.4 Đánh giá hiệu kinh tế trường hợp tối ưu hàm kinh tế Từ kết phân tích chạy tối ưu phần mềm Lingo ta có bảng so sánh hiệu kinh tế trường hợp chế ñộ RFCC max propylene RFCC max gasoline Bảng 4-1: So sánh hiệu kinh tế trường hợp RFCC max propylene RFCC max gasoline Chế ñộ RFCC Max propylene MG Max Gasoline MG 92/95 Min chi phí USD 10893012 10907451 10907582 10920655 Giá xuất FOB USD 14081108 14101993 13618083 13640112 Max lợi nhuận USD 3188096 3194542 2710501 2719457 Tỷ lệ lợi nhuận % 22.64 23 19.9 19.94 92/95/98 MG 92/95 MG Phương án SX 92/95/98 Từ bảng so sánh hiệu kinh tế ta thấy rằng: Đối với chế ñộ RFCC max propylene cho ta lợi nhuận cao so với chế ñộ vận hành RFCC max gasoline, chi phí sản xuất thấp so với chế ñộ vận hành RFCC max gasoline Từ ñó ta thấy, ñể thu ñược tỷ lệ lợi nhuận cao cho nhà máy giảm thiểu chi phí sản xuất chế ñộ vận hành RFCC max propylene tối ưu với phương án sản xuất xăng MG92, MG95 MG98 lợi nhuận thu ñược 23% Đối với phương án sản xuất xăng MG98 chi phí cao hơn, nhiên lợi nhuận thu ñược 23% lớn so với phương án không sản xuất xăng MG98, nhu cầu thị trường nên nhà máy sản xuất MG98 mà không làm thay ñổi phương án sản xuất Footer Page 24 of 126 Header Page 25 of 126 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1) Kết luận: Từ số liệu thu thập ñược dự án Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa, em ñã thiết lập mô hình hóa vận hành nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Thanh Hóa với nguyên liệu dầu thô Trung Đông nhập từ Kuwait Sử dụng phần mềm Lingo ñể tìm phương án sản xuất tối ưu với mục tiêu tối thiểu chi phí vận hành cho nhà máy mà ñáp ứng ñược công suất thiết kế phương án sản xuất mà nhà máy ñã ñề , kết phân tích yếu tố ảnh hưởng ñến giá trị hàm mục tiêu hay phương án sản xuất 2) Hướng phát triển ñề tài: Tuy nhiên, nhà máy chưa ñi vào hoạt ñộng thương mại nên số liệu tính toán ñề tài dựa theo tài liệu “Foster Wheeler Energy LTD (2005), Process Document Nghi Son Refinery and Petrochemical complex Limited Liability Company” nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Báo cáo khả thi Dự án Nghi Sơn (Petrovietnam Idemitsu), tài liệu thiết kế cho dầu Arabe nhẹ (MOB) số liệu tham khảo thực tế từ nhà máy lọc dầu Dung Quất ñiểm hạn chế ñề tài Khi ñi vào hoạt ñộng thương mại vào năm 2013 với số liệu thực tế thu ñược từ nhà máy, em hy vọng ñề tài ñược áp dụng ñể ñánh giá lại mặt kỹ thuật sơ ñồ nhà máy phương án sản xuất cách tối ưu xác ñể giảm tối thiểu chi phí tăng tối ña lợi nhuận cho nhà máy Do thời gian có hạn số lượng số liệu cần sử lý nhà máy lọc dầu nhiều nên trình làm ñề tài không tránh Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 26 khỏi sai sót Mong ñược góp ý thầy cô ñể ñề tài em ñược hoàn thiện Đề tài ñánh giá lại mặt kỹ thuật sơ ñồ nhà máy phương án sản xuất cách tối ưu xác nhà máy ñi vào hoạt ñộng thương mại vào cuối năm 2013 Footer Page 26 of 126 ... trường, từ thực tiễn Dự án Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn, ñã ñịnh chọn ñề tài Thiết lập tối ưu hóa sơ ñồ công nghệ Nhà máy Lọc dầu Nghi Sơn, Thanh Hóa với nguyên liệu dầu thô Trung Đông nhập từ Kuwait ... LIÊN HỢP LỌC HÓA DẦU NGHI SƠN – THANH HÓA 1.1 Giới thiệu tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa 1.1.1 Tổng quan khu liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn thuộc... VÀ KIẾN NGHỊ 1) Kết luận: Từ số liệu thu thập ñược dự án Liên hợp lọc hóa dầu Nghi Sơn Thanh Hóa, em ñã thiết lập mô hình hóa vận hành nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Thanh Hóa với nguyên liệu dầu thô