Mô phỏng phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) Dung Quất

Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Phần mở đầu Propylene một chất có vai trò quan trọng cơng nghiệp tổng hợp hữu cơhóa dầu Nó sử dụng sản xuất loạt sản phẩm hóa dầu polypropylene, acrylonitrile, cumene, rượu, tổng hợp oxo propylen oxit, axit acrylic, isopropyl rượu hóa chất polygas Riêng Polypropylene chiếm khoảng nửa lượng tiêu thụ propylene giới, thúc đẩy nhu cầu sản xuất Ngồi propylene sử dụng nhà máy lọc dầu để alkyl hóa, xúc tác trùng hợp sử dụng phản ứng dime hóa, sản xuất hỗn hợp xăng có số octane cao Vì vậy, propylene nguồn cung cấp nguyên liệu cho ba lĩnh vực: nhà máy lọc dầu (70%), hóa chất (92- 96%), polymer (99,6%) Hiện nay, propylene chủ yếu sản xuất từ trình: steam cracking naphta cracking xúc tác (FCC) Ngồi sử dụng phương pháp khác như: olefin metathesis, MTO/MTP (methanol to olefin/ Methanol to propylene) dehydro hóa propane Khoảng 68% propylene giới sản xuất trình steam cracking khoảng 29% sản xuất trình FCC 3% lại sản xuất thơng qua dehydro hóa propane olefin metathesis Sản lượng propylene toàn cầu khoảng 54 triệu tấn/năm có giá trị khoảng 17 tỷ USD Phần lớn propylene sản xuất tiêu thụ tập trung miền Bắc Mỹ, Tây Âu Nhật Bản Những vùng đất chiếm khoảng 70% nhu cầu khoảng 68% công suất giới Nhu cầu propylene dự kiến tăng nhanh gần gấp đôi 10 năm tới, sản lượng dự kiến khoảng 100 triệu vào năm 2019 với tốc độ tăng trưởng 4,7%/năm Chính gia tăng thúc đẩy q trình sản xuất propylene ngày phát triển mạnh mẽ Tại Việt Nam, propylene chủ yếu sản xuất từ trình FCC Do vậy, em xin chọn đề tài:” mô phân xưởng thu hồi propylene nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất” làm đề tài đồ án kỹ sư Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ MỤC LỤC Phần mở đầu MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Propylene 1.1.1 Tính chất vật lý 1.1.2 Tính chất hóa học [2] .7 1.1.3 Các thông số kĩ thuật liên quan đến vận chuyển tồn trữ 1.1.4 Ứng dụng va quy mô thị trường 1.1.4.1 Ứng dụng 1.1.4.2 Quy mô sản xuất tiêu thụ [3] 1.2 Nhà máy lọc dầu Dung Quất 11 1.2.1 Giới thiệu chung [4] 11 Chương 2: Dây chuyền sản xuất .21 Dây chuyền công nghệ 21 Chương 3: Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) .22 Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) 22 3.1 Giới thiệu phần mềm mô HYSYS .22 3.2 Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) 22 3.2.1 Các thông số đầu vào 23 3.2.1.1 Mô cụm tháp tách C4+ 24 3.2.1.2 Mô cụm tháp tách ethane 30 3.2.1.3 Mô cụm tháp tách propane 35 3.2.2 Tính tốn cân vật chất cân lượng 54 3.2.3.1 Tính tốn cân vật chất 55 3.2.3.2 Tính toán cân lượng 56 KẾT LUẬN 57 Danh mục tài liệu tham khảo 58 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Danh mục Hình Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo propylene Hình 1.2: Phân bố lượng tiêu thụ propylene giới năm 2016 Hình 1.3: Sơ đồ nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất Hình 1.4: Cấu hình nhà máy lọc dầu Dung Quất Hình 1.5: Bản vẽ PFD cụm tháp tách C4+ Hình 1.6: Bản vẽ PFD cụm tháp tách Ethane Hình 1.7: Bản vẽ PFD cụm tháp tách Propane Hình 3.1 : Case mơ phân xưởng PRU Hình 3.2: Tab worksheet thiết bị tách bap D-2101 Hình 3.3: Tab worksheet thiết bị trao đổi nhiệt E-2101 Hình 3.4: Tab worksheet thiết bị làm mát E-2104 Hình 3.5: Tab Design tháp tách C4+ Hình 3.6: Tab Spec tháp tách C4+ Hình 3.7: Tab Design bơm P-2103A/B Hình 3.8: Tab worksheet bơm P-2103A/B Hình 3.9: Tab worksheet thiết bị gia nhiệt E-102 Hình 3.10: Tab worksheet thiết bị tách hai pha D-2107 Hình 3.11: Thành phần dòng tháp tách hai pha D-2107 Hình 3.12: Tab design tháp T-2102 Hình 3.13: Tab Specs tháp T-2102 Hình 3.14: Tab design van VLV-102 Hình 3.15: Tab worksheet van VLV-102 Hình 3.16: Tab Design thiết bị làm mát nước E-2109 Hình 3.17: Tab Worksheet thiết bị E-2109 Hình 3.18: Case tháp chung thu hồi propylene Hình 3.19: Kết mơ trước thay tháp tách Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.20: Case mơ sau thay đổi tháp tách T-2013 Hình 3.21a: Thiết lập Shortcut Distillation cho tháp chưng Hình 3.21b: Thiết lập Shortcut Distillation cho tháp chưng Hình 3.21c: Thiết lập Shortcut Distillation cho tháp chưng Hình 3.22: Tab design tháp T-2103 Hình 3.23: Tab Specs tháp T-2103 Hình 3.24: Nồng độ cấu tử Propene chưa có hồi lưu Hình 3.25a: Tab Design thiết bị tách pha D-2104 Hình 3.25a: Tab Design thiết bị tách pha D-2104 Hình 3.26: Tab Design máy nén C-2101 Hình 3.27: Tab Worksheet máy nén C-2101 Hình 3.28: Tab Design Parameters TEE-100 Hình 3.29: Tab Design thiết bị trao đổi nhiệt E-2112A/B/C/D/E/F Hình 3.30: Tab Worksheet thiết bị trao đổi nhiệt E-2112A/B/C/D/E/F Hình 3.31: Tab Design thiết bị làm lạnh E-2111 Hình 3.32: Tab Worksheet thiết bị làm lạnh E-2111 Hình 3.33: Tab Design Mix-100 Hình 3.34: Tab Worksheet Mix-100 Hình 3.35: Tab Design thiết bị tách hai pha D-2105 Hình 3.36: Tab Worksheet thiết bị tách hai pha D-2105 Hình 3.37: Tab Design TEE-101 Hình 3.38: Tab Design Parameter TEE-101 Hình 3.39: Tab design thiết bị trao đổi nhiệt E-2110 Hình 3.40: Tab worksheet thiết bị trao đổi nhiệt Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.41: Tab Desiegn TEE-102 Hình 3.42: Tab thiết lập cơng cụ Recycle Hình 3.43: Tab design tháp T-2103 Hình 3.44: Tab Specs tháp T-2103 Hình 3.45: Tab Worksheet thiết bị làm mát E-2106 Hình 3.46: Tab Design Recyle Hình 3.47: Tab Design MIX-101 Hình 3.48: Tab Design thiết bị tách pha D-2104 Hình 3.49: Tab Design cơng cụ Recycle Hình 3.50: Dòng sản phẩm Propylene sau hồn thành mơ Hình 3.51: Tab tính tốn cân vật chất tồn hệ thống Hình 3.52: Tab tính tốn cân lượng tồn hệ thống Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Danh mục Bảng Bảng 1.1 Tính chất vật lý propylene Bảng 1.2: Các thông sô liên quan đến cháy nổ Bảng 1.3: Cơ cấu sản phẩm Nhà máy Bảng 3.1: Thành phần dòng ngun liệu Bảng 3.2: Thơng số tháp chưng T-2101 Bảng 3.3: Thông số thiết lập tháp tách ethane T-2102 Bảng 3.4: Thơng số dòng sản phẩm đáy Bảng 3.5: Thông số thiết lập tháp thu hồi Propylene Bảng 3.6: Thông số thiết lập tháp T-2103 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Propylene Hình 1.1: Công thức cấu tạo propylene Propylene (propane) olefin (anken), hydrocacbon có chứa liên kết đơi C=C cơng thức cấu tạo C3H6 1.1.1 Tính chất vật lý Propylene chất khí khơng màu điều kiện thường Tính chất vật lý propylene trình bày bảng 1.1 Bảng 1.1 Tính chất vật lý propylene [1] Tính chất Khối lượng phân tử (g/mol) Tỉ trọng -47,40C (g/cm3) Nhiệt độ sôi (oC) Nhiệt độ nóng chảy (oC) Nhiệt độ tới hạn (oC) Độ tan nước (g/m3) Độ nhớt (µPa, 16.7 oC) Thơng số 42.08 0.6095 -47.7 -185.3 91.76 0.61 8.34 1.1.2 Tính chất hóa học [2] Propylene chất có hoạt tính hóa học cao, nối đơi coi trung tâm phản ứng propylene Các phản ứng quan trọng phản ứng cộng, phản ứng oxi hóa phản Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ ứng trùng hợp Một số phản ứng sản phẩm điển hình nhận từ propylene trình bày đây: a) Phản ứng cộng Các tác nhân phản ứng halogen (Cl 2, Br2), hydro halogenua (HCl, HBr), axit hypohalogen (HOCl, HOBr), nước, axit sunfuric cộng vào nối đơi propylene cho hợp chất no tương ứng Các phản ứng với tác nhân theo chế cộng electrophil (AE) Peroxit CH3-CH=CH2 + HBr CH3-CH2-CH2Br b) Phản ứng oxi hóa Propylene chứa liên kết đôi nhạy cảm chất oxi hóa, điều kiện tiến hành phản ứng tác nhân oxi hóa khác sản phẩm phản ứng tạo khác 2C3H6 + 9O2 6CO2 + 6H2O 3C3H6 + 2KMnO4 + 4H2O 3CH3-CH(OH)-CH2OH + MnO2 + 2KOH c) Phản ứng Phản ứng allyl điều kiện khó khăn: CH3-CH=CH2 + Cl2500-6000C Cl-CH2-CH=CH2 + HCl d) Phản ứng trùng hợp Phản ứng tạo sản phẩm polyme, trình trùng hợp tỏa nhiệt lớn n CH3-CH=CH2 Poly propylen 1.1.3 Các thông số kĩ thuật liên quan đến vận chuyển tồn trữ - Mức xếp loại nguy hiểm (Phân loại theo hệ thống hài hòa tồn cầu GHS): Khí dễ cháy (loại 1) Khí nén áp suất, khí hóa lỏng - Cảnh báo nguy hiểm: Khí dễ cháy Tồn trữ áp suất cao, nổ gia nhiệt Bảng 1.2: Các thông sô liên quan đến cháy nổ [2] Điểm bùng cháy (oC) Khơng có thơng tin Nhiệt độ tự cháy (oC) -108 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Giới hạn nồng độ cháy, nổ (% hỗn hợp với khơng khí) 11.1 % (V) Giới hạn nồng độ cháy, nổ (% hỗn hợp với khơng khí) 2% (V) - Tính ổn định: Ổn định điều kiện bảo quản bình thường - Khả phản ứng: Khơng xảy phản ứng trùng hợp áp suất thường, nhiệt độ thường Sản phẩm tạo sau trình cháy: COx, H2O - Các điều kiện cần tránh: Tránh đun nóng, tia lửa, lửa mở nguồn gây cháy nổ khác 1.1.4 Ứng dụng va quy mô thị trường 1.1.4.1 Ứng dụng Propylene sản phẩm quan trọng ngành cơng nghiệp hóa dầu Đây nguyên liệu đầu cho sản xuất nhiều loại sản phẩm Nó dùng để sản xuất polypropylene ứng dụng sản xuất màng, sợi, bao bì, mũ, Propylene benzen chuyển thành axeton phenol qua trình cumene Propylene sử dụng để sản xuất isopropanol (propan-2-ol), acrylonitrile, propylene oxide epichlorohydrin Propylene chất trung gian q trình oxy hóa chọn lọc propan bước để tạo axit acrylic Trong ngành công nghiệp nhà xưởng, Propylene sử dụng làm nhiên liệu thay cho axetylen việc hàn cắt kim loại Oxy 1.1.4.2 Quy mô sản xuất tiêu thụ [3] Propylene nguyên liệu quan trọng để sản xuất hợp chất hữu polypropylene, acrylonitrile, propylen oxit rượu oxo, loạt sản phẩm công nghiệp khác Trong năm 2015, tổng lượng sản xuất cho propylene toàn giới 94.2 triệu tấn, khoảng 67% tổng số propylene sản xuất cho sử dụng hóa chất tồn giới, dùng để sản xuất nhựa acrylonitrile chiếm Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ khoảng 6% Phần lại sử dụng sản xuất hợp chất trung gian hóa học axit acrylic, cumene rượu oxo Các thị trường tiêu thụ propylene Đơng Bắc Á (chủ yếu Trung Quốc), Bắc Mỹ (chủ yếu Hoa Kỳ), Tây Âu, chiếm khoảng 74% lượng tiêu thụ toàn cầu năm 2016 Hoa Kỳ đặc biệt thị trường Trung Quốc có tăng trưởng đáng kể chiếm phần lớn tổng nhu cầu propylene giai đoạn 2016–2021 Mặc dù thị trường propylene Tây Âu dự báo gấn không đổi giai đoạn dự báo, nhiều khả thị trường lớn thứ ba giới Hình 1.2: Phân bố lượng tiêu thụ propylene giới năm 2016 [3] Dẫn xuất hóa học chủ chủ yếu sản xuất từ propylene polypropylene, propylene oxide, acrylonitrile, cumene axit acrylic Đối với thành phẩm, propylen tìm thấy chủ yếu hàng hóa thành phẩm (xe đồ nội thất), bao bì sản phẩm hạ tầng (nhà cửa nhà ở), nhu cầu propylene gắn liền với kinh tế chung Tiêu thụ propylen ngày kết nối với kinh tế (đặc biệt Trung Quốc), nơi mà việc cải thiện mức sống thị hóa ngày tăng, thúc đẩy việc sử dụng ngày nhiều loại polyme hóa chất Trong năm 10 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.26: Tab Worksheet máy nén C-2101 Dòng khỏi máy nén chia làm dòng với tỉ lệ 4:1 TEE-100, dòng 16 trao đổi nhiệt làm bay dòng đáy tháp, dòng 17 làm lạnh nước nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E-2112A/B/C/D/E/F TEE-100: Hình 3.27: Tab Design Parameters TEE-100 Thiết lập Thiết bị trao đổi nhiệt E-2112A/B/C/D/E/F 43 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.28: Tab Design thiết bị trao đổi nhiệt E-2112A/B/C/D/E/F Hình 3.29: Tab Worksheet thiết bị trao đổi nhiệt E-2112A/B/C/D/E/F Thiết lập thiết bị làm lạnh E-2111: Hình 3.30: Tab Design thiết bị làm lạnh E-2111 44 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.31: Tab Worksheet thiết bị làm lạnh E-2111 Thiết lập Mix-100: Hình 3.32: Tab Design Mix-100 45 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.33: Tab Worksheet Mix-100 Thiết bị tách pha D-2105: Dòng sản phẩm chứa lỏng nên cần tách pha Hình 3.34: Tab Design thiết bị tách hai pha D-2105 46 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.35: Tab Worksheet thiết bị tách hai pha D-2105 Dòng lỏng chia hai dòng TEE-101 với tỷ lệ (9:1): Dòng Propylene dòng sản phẩm cuối (90%), dòng 20b dòng quay lại trao đổi nhiệt với dòng ngun liệu tháp T-2103 Thiết lập TEE-101: Hình 3.36: Tab Design TEE-101 47 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.37: Tab Design Parameter TEE-101 Thiết bị trao đổi nhiệt E-2110: Hình 3.38: Tab design thiết bị trao đổi nhiệt E-2110 48 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.39: Tab worksheet thiết bị trao đổi nhiệt Dòng sau trao đổi nhiệt với nguyên liệu vào tháp T-2103 chia làm hai dòng nhờ TEE-102 với tỷ lệ 4:1 Trong đó, dòng 14 chiếm khoảng 20%, dòng 20 chiếm khoảng 80% Hình 3.40: Tab Desiegn TEE-102 Dòng 20 Recycle vào đĩa thứ tháp chưng 49 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.41: Tab thiết lập công cụ Recycle Thiết lập lại tháp tách propane T-2103: Thêm dòng 20a vào đĩa thứ Hình 3.42: Tab design tháp T-2103 50 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.43: Tab Specs tháp T-2103 Dòng 14 làm mát thiết bị E-2106 trộn với dòng đỉnh tháp T2103( dòng 13) dòng khí tháp tách hai pha D-2105 ( dòng 18) đưa tháp D2104 Thiết bị làm mát E-2106: Hình 3.44: Tab Worksheet thiết bị làm mát E-2106 51 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Thiết lập Recycle 1: Hình 3.45: Tab Design Recyle Thiết lập MIX-101: Tại Mix-101 ba dòng trộn đưa vào tháp tách hai pha D2104 Hình 3.46: Tab Design MIX-101 52 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.47: Tab Design thiết bị tách pha D-2104 Dòng khí sau khỏi D-2105 hồi lưu MIX-101 nhờ cơng cụ Rycycle: Hình 3.48: Tab Design công cụ Recycle Sau hồi lưu, ta nhận kết sau: 53 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Hình 3.49: Dòng sản phẩm Propylene sau hồn thành mơ Nồng độ cấu tử Propene dòng sản phẩm tăng từ 99.42% khối lượng lên 99.65% khối lượng Do vậy, ta khẳng định rằng, dòng Recycle có tác dụng làm tăng hiệu suất cho tháp tách Propene 3.2.2 Tính toán cân vật chất cân lượng Sử dụng cơng cụ Flowsheet Summary để tính tồn cân vật chất, cân lượng 3.2.3.1 Tính tốn cân vật chất Hình 3.50: Tab tính tốn cân vật chất toàn hệ thống 54 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Ta thấy, tổng lượng đầu vào 1.813.10 kg/h so với tổng lượng đầu 1.813 105kg/h có chênh lệch 26.51kg/h (sai lệch -0.01%), làm tròn số tính tốn Kết hồn tồn hợp lý 3.2.3.2 Tính tốn cân lượng Hình 3.51: Tab tính tốn cân lượng tồn hệ thống Tổng lượng đầu vào: 8.996 107kJ/h so với lượng đầu -1.071 108kgJ/h có chênh lệch đến 219.05% Sự chênh lệch chủ yếu đến từ tháp chưng tận dụng nhiệt từ dòng khác PFD có nhiều dòng lượng đến từ phân xưởng khác Ngoài ra, cần lượng nhiệt làm mát nước khổng lồ 55 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu, thiết kế mô phân xưởng Thu hồi Propylene (PRU) Nhà máy lọc dầu Dung Quất phần mềm Aspen Hysys V7.3, em hoàn thành nhiệm vụ giao đưa vài nhận định sau: - Thứ nhất, nắm bắt cơng nghệ, quy trình hoạt động phân xưởng Thu hồi Propylene (PRU) Biết cách sử dụng, ứng dụng phần mềm Aspen Hysys vào q trình mơ phỏng, tính tốn thiết bị phân xưởng - Thứ hai, sau mô nhận kết quả: Trong để chế biến 1.813.105kg nguyên liệu cần 1.97.108kJ lượng 56 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Danh mục tài liệu tham khảo [1] Ullmann, Hydrocarbons, alkenes [page 11979] [2] Hoàng Trọng Yêm, Hóa học hữu tập – Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2014 [3] IHS Markit, Chemical Economics Handbook, Propylene, 2017 [4] Công ty Cổ phần lọc hóa dầu Bình Sơn, “Giới thiệu Nhà máy lọc dầu Dung Quất” < URL: https://bsr.com.vn/vi/gioi-thieu-ve-nha-may-loc-dau-dung-quat.htm [5] Báo Tiền Phong (20-7-2017):” Hóa giải tốn ngun liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất” [6] Binh Son Refinery Co., Ltd, Dung Quat Refinery Operating Manual, 2010 [7] PFD phân xưởng PRU (Process Flow Diagram Propylene Recovery Unit, Dung Quat Refining) [8] Nguyễn Thị Minh Hiền, Mơ cơng nghệ hóa học, Nhóm Mơ Cơng nghệ Hóa học Dầu khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 57 Trần Quốc Thế-20144248 ... Chương 3: Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) .22 Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) 22 3.1 Giới thiệu phần mềm mô HYSYS .22 3.2 Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) ... HYSYS V7.3 để mô 22 Trần Quốc Thế-20144248 Đồ án kỹ sư 3.2 GVHD: TS.Nguyễn Anh Vũ Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) Case mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) Hình 3.1: Case mơ phân xưởng PRU... Anh Vũ Chương 3: Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) Mô phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) 3.1 Giới thiệu phần mềm mô HYSYS Hiện lĩnh vực cơng nghệ hóa học có nhiều phần mềm mô công ty phần