Tháp chưng cất dầu thô (chưng cất khí quyển)

Tài Liệu học mô phỏng hysys mô phỏng thiết bị

Tháp chưng cất dầu thô

(chưng cất khí quyển)

Nội dung

Tháp chưng cất ở áp suất khí quyển là một trong những thiết bị quan trọng nhất trong công nghiệp chế biến dầu mỏ Là một thiết bị điển hình, nó nằm ngay sau thiết bị tách muối và gia nhiệt dầu thô Tháp chưng có nhiệm vụ phân tách dầu thô thành các phân đoạn khác nhau bao gồm: naphtha, kerosene, dầu nhẹ, dầu nặng và AGO

Trong module này, bạn sẽ xây dựng, chạy thử, phân tích, và thao tác

mô phỏng một tháp chưng cất khí quyển Bạn sẽ bắt đầu xây dựng một tháp chưng đơn giản và tiếp tục thêm các thiết bị cạnh sườn vào tháp

Mục tiêu

Sau khi hoàn thành module này bạn có thể:

 Xây dựng và hội tụ một tháp chưng đơn giản

 Sử dụng Hysys để phân tích và dự báo các hoạt động của tháp mô phỏng

 Thêm các thiết bị ở sườn tháp như hồi lưu để tăng hiệu quả và khả năng phân tách

 Nghiên cứu cắt giảm chi phí, chi tiết để tăng chất lượng sản phẩm

Yêu cầu

Trước khi bắt đầu module này bạn cần phải biết cách:

 Add dòng và thiết bị

 Mô tả và cài đặt thông số dầu thô

Sơ đồ công nghệ chưng cất dầu thô áp suất khí quyển

Sơ đồ tháp chưng cất khí quyển

Mở rộng Flowsheet

Load case Preheat Train từ Module 2 (Oil 2 Pre-Heat Train)

Các tham số của các sản phẩm từ tháp chưng cất

Trước khi bắt đầu xây dựng một tháp chưng cất dầu thô cần phải biết tính chất của các sản phẩm mong muốn nhận được từ tháp chưng cất Hysys cung cấp thông tin này dưới dạng đồ thị

1 Trở lại Basis Environment, vào Oil Manager.

2 Dưới Cut/Blend tab, chọn Crude blend và nhấn View.

3 Tới Distribution Plot tab, sẽ hiển thị các thông số.

4 Sử dụng Straight Run cắt theo phân đoạn, hoàn thành bảng sau:

Off Gas + Lt St Run Naphtha

Kerosene Diesel (light+heavy) AGO

Residue

Nhập dòng hơi nước vào đáy tháp

1 Nhập dòng tên Btm Steam Các thông số nhiệt độ, áp suất và lưu lượng dòng như trong bảng sau:

Temperature Pressure Flowrate Btm Steam 190oC (375oF) 1035 kPa

(150 psia)

3400 kg/h (7500 lb/hr)

Distribution Plots tab

hiển thị biểu đồ mô tả

phân bố thành phần

phân đoạn trong tháp

chưng cất dầu thô

Thành phần phần khối

lượng H 2 O trong tất

cả các dòng hơi nước

là 1.0

Nhập tháp chưng cất khí quyển

Tháp chưng cất được mô phỏng dựa trên thiết bị Refluxed Absorber

1 Chọn thiết bị Refluxed Absorber

2 Input Expert Page hiển thị, nhập dữ liệu như hình vẽ:

3 Bấm phím Next để chuyển tới trang tiếp theo của Input Expert.

Nhập tiếp các dữ liệu như trên giao diện sau:

4 Bấm Next để chuyển sang trang tiếp theo của Input Expert

Nhập các số liệu như trên giao diện dưới đây:

Các tháp chưng cất

dầu thô luôn luôn yêu

cầu có dòng nước

Luôn luôn yêu cầu

nhập giá trị áp suất

cho stage 1 của tháp

chưng cất dầu thô

Tháp có thể không hội

tụ nếu thiếu giá trị

này.

5 Bấm Next để chuyển sang trang tiếp của Input Expert Nhập

các số liệu như trên giao diện dưới đây:

6 Sau khi bấm vào phím Done, di chuyển đến trang Column

Property View Vào Design tab, mở Monitor page.

7 Các giá trị cần nhập là:

 Distillate rate: 150 m3/hr (22500 bbl/day) (estimate)

 Vap Prod Rate: 0 (active + estimate), có nghĩa là condenser hoạt động ở chế độ ngưng tụ hoàn toàn

8 Nhấn Run để tháp hội tụ

Tháp chưng cất dầu

tho dễ dàng hội tụ nếu

nhập đầy đủ ba giá trị

nhiệt độ gần đúng

Các giá trị cố định là

các giá trị để tính

toán Còn các giá trị

gần đúng là các giá trị

sẽ được chương trình

hiệu chỉnh khi hội tụ

tháp

Lưu lượng thể tích có

thể thay đổi, khi cần

Lưu lượng dòng Naphta, Residue, nước thải, khí thải bằng bao

Nhập Side Strippers và Pump Arounds Side Strippers (Thiết bị bay hơi cạnh sườn) được thêm vào bên cạnh

tháp nhằm cải thiện chất lượng của ba sản phẩm chính: Kerosene, Diesel, AGO Có hai loại thiết bị Stripped có sẵn trong Hysys: Reboiled và Steam Stripped Cài đặt một Reboiler để bốc hơi cạnh sườn và hai thiết bị Steam Stripped

Pump Arounds (bơm tuần hoàn) giúp cải thiện khả năng phân tách

của tháp Dòng lỏng từ một đĩa được làm lạnh và bơm vào đĩa cao hơn Trên thực tế, quá trình này là sự hồi lưu giữa hai đĩa

1 Vào Side Ops tab, chọn Side Strippers; bấm Add và nhập các

thông tin như hình vẽ sau:

2 Bấm Install Các thông số chi tiết của Side Stripper sẽ xuất

hiện Đóng giao diện lại

3 Tiếp tục với Side Ops tab, chọn Pump Around và nhấn Add.

4 Nhập dữ liệu như hình vẽ:

Khi nhập tên dòng,

không cần nhập

“@COL1” vì

HYSYS sẽ tự động

thêm vào.

5 Bấm Install Trong trang tiếp theo, trước hết bấm phím Change

và nhập dữ liệu như hình vẽ (nếu sử dụng hệ đơn vị Anh giá trị

lưu lượng dòng sẽ là 30,000 BPD):

6 Đóng Parameter Tab lại và tiếp tục bấm phím Change lần thứ

2 và nhập dữ liệu như hình vẽ (nếu sử dụng hệ đơn vị Anh giá

trị Duty sẽ là -3.5e7 BTU/hr):

7 Đóng Parameter Tab lại Khi tất cả các dữ liệu đã được nhập,

sẽ hiển thị giao diện như sau:

8 Đóng cửa sổ này lại Pump Around đã được cài đặt và xác định.

9 Trong Work Sheet tab, nhập các thông tin sau đây cho dòng

AGO Steam:

In this Cell… Enter…

10.Trở lại Design tab và Monitor page Chắc chắn rằng giá trị

Degrees of Freedom là 0.

11.Sau đó nhấn Run để hội tụ tháp.

SAVE YOUR CASE!

Nhớ rằng thành phần

dòng hơi nước luôn

luôn là 100% nước

Sau khi làm thay đổi

thực chất cho thiết kế

tháp (column’s

design) cần phải reset

các giá trị này trước

khi cho tháp hội tụ

bằng cáh bấm phím

Reset

Nhập các thiết bị cạnh sườn cho Diesel

Các bước dùng để cài đặt AGO Side-Ops được lặp lại tương tự để cài đặt Diesel Side-Ops.

1 Trong Side Ops tab, chọn Side Stripper và bấm phím Add

Nhập các thông số sau:

2 Trong Side Ops tab, chọn Pump Around, nhấn Add và nhập các

thông số sau:

3 Trong Work Sheet tab, nhập các thông số cho Diesel

Steam:

4 Trở lại Design tab và Monitor page Hãy chắc chắn rằng giá trị

Degrees of Freedom là 0.

5 Bấm phím Run để hội tụ tháp

Nhập các thiết bị cạnh sườn cho Kerosene

Các bước tiến hành tương tự với phân đoạn Kerosene

1 Nhập Side Stripper với các thông số sau:

Boilup Ratio là tỷ lệ

giữa hơi và lỏng ra

khỏi reboiler.

2 Add Pump Around thứ ba với các thông tin sau:

3 Trở lại Design tab và Monitor page Chắc chắn rằng giá trị

Degrees of Freedom là 0.

4 Bấm phím Run để hội tụ tháp

SAVE YOUR CASE!

Lưu lượng dòng Naphtha bây giờ là bao nhiêu?

Lưu lượng dòng Residue bây giờ là baonhiêu?

Nhập dòng năng lượng cho tháp chưng khí quyển

Trong mô hình tháp, các dòng lỏng được hồi lưu cạnh sườn nhưng lại không được đun nóng ở đáy tháp Để khắc phục, một thiết bị trao đổi cạnh sườn được mô phỏng ở đĩa 28 được gắn một dòng năng lượng ở đáy tháp với các thông số được chỉ định

1 Trong PFD, tạo một dòng năng lượng có tên Trim Duty Không

nhập thông số cho dòng này

2 Vào Column Property View, mở Connections page trong

Design tab Trong Feed Streams group, add dòng Trim Duty

vào đĩa thứ 28

Dòng năng lượng thêm vào không có đầy đủ các thông số chỉ định Vì vậy cần phải thêm một giá trị khác vào tháp để xác định nó

3 Tới trang Specs page, trong Column Specification group nhấn

Add

4 Chọn Column Liquid Flow từ danh sách, và bấm phím Add

Spec.

5 Nhập dữ liệu như hình sau (nếu sử dụng đơn vị Anh thì giá trị sẽ

là 3500 BPD) và để ở chế độ Active các tham số:

Giá trị Net Liquid Flow được

sử dụng để biểu diễn sự thừa

hơi (overflash) Lưu lượng

overflash thường 3-5 LV% của

lưu lượng dòng dầu thô:

(660m 3 /hr*3.5%=23m 3 /hr)

6 Thay đổi giá trị chỉ định Kerosene SS BoilUp Ratio thành

Estimate Giá trị này có thể sẽ mâu thuẩn với một trong số các

giá trị vừa thiết lập Tuy nhiên chunga tra sẽ có các để xác định dòng Kerosen SS Reboiler Giá trị Duty sẽ được sử dụng cho mục đích này

7 Nhập giá trị Column Duty với các thông tin như hình sau

(7.5e6BTU/hr) ở chế độ Active:

8 Trở lại Monitor page và chắc chắn rằng giá trị Degrees of

Freedom là 0 Bấm phím Run để hội tụ tháp.

SAVE YOUR CASE!

Khám phá với Mô phỏng

Maximizing theo sản phẩm Naphtha

Tháp đã được tính toán dựa trên các thông số lưu lượng dòng sản

phẩm Các giá trị này chứa trong Distribution Plot trong Oil Manager

(nhớ lại bài tập trong trang 5 của Module này) Lưu lượng dòng cũng

là cách dễ hiểu nhất và duy nhất để xác định tháp; tuy nhiên cũng là cách kém linh hoạt nhất khi thiết lập tháp

Ví dụ như nếu lưu lượng dòng dầu thô thay đổi đáng kể thì tháp có thể không hội tụ bởi vì không tính toán được cân bằng vật chất

Một ví dụ khác, đó là việc tối đa việc sản xuất một phân đoạn cụ thể, chẳng hạn Kerosene Một các đơn giản là tăng lưu lượng dòng của Kerosene nhưng điều này gây ra một hệ quả tiêu cực là làm giảm bớt chất lượng sản phẩm

Vì vậy, một phương pháp khác để xác định các dòng có thể là tốt hơn

trong trường hợp này Các phổ biến nhất là sử dụng Cut Point

Specifications để xác định các dòng sản phẩm.

Trang Distribution Plot trong Oil Manager thể hiện các điểm cắt có

dạng một đồ thị Để tối đa lượng Kerosene thì phạm vi Cut Point được

mở rộng ra đôi chút

Ví dụ, nếu muốn tối đa lượng Naphtha Lưu lượng dòng Naphtha và Kerosene có liên quan đến nhau thì các giá trị điểm cắt sẽ được xác định với những điều kiện cụ thể

Trước khi tối đa hóa việc sản xuất các sản phẩm khác nhau, các thông

số cơ bản cần được xác định Sử dụng BP Curves Utility để hoàn

thành bảng sau:

Flow D86 CutPoint Temperatures, oC

Naphtha 150 (24,000)

Kerosene 62 (9,000)

Diesel 130 (19,500)

Để tối đa hóa các sản phẩm, bạn cần phải nhập Cut Point specificatión thay thế các giá trị lưu lượng sản phẩm

SAVE YOUR CASE!

Exercise 1

Maximize the Production of Full Range Naphtha

To maximize the production of Naphtha, it is necessary to increase its

95 vol% cutpoint temperature At the same time, the Kerosene’s 5 vol

% cutpoint temperature will show a corresponding increase as the lighter Kerosene components are transferred into the Naphtha product (becoming the heavier Naphtha components) changing the flow rate specifications for both the Naphtha and Kerosene products to ASTM D86 95% vol% cutpoints, we can maximize the production of a full range Naphtha from the column

M3/h (bbl/d)

190oC (375oF)

245oC(470oF)

bbl/d)

Exercise 2

Maximize the Production of a Full Range Kerosene

To maximize the production of Kerosene, its boiling point range has to be expanded The ASTM D86 95 vol% cutpoint for Naphtha should be lowered to 162°C (325°F), the base case value, and the 95 vol% of Kerosene raised to 275°C (525°F) Change the Diesel product flowrate specification to an ASTM D86 95 vol% cutpoint specification of 330°C (625°F)

m3/h (bbl/d)

162oC (325oF)

275oC(525oF)

330oC (625oF)

Exercise 3

Maximize the Production of a Full Range Diesel

The production of Diesel can be maximized in a similar manner to maximizing Kerosene The ASTM D86 95 vol% for Naphtha is 162°C (325°F) The Kerosene ASTM D86 95 vol% is lowered to 220°C (430°F) The ASTM 95 vol% Diesel specification should be increased

to 360°C (675°F) Since the AGO flowrate will have to change, its flowrate specification should be changed to an ASTM D86 95 vol% cutpoint specification of 415°C (780°F)

Product Specifications m3/h (bbl/d)Flow

162oC (325oF)

220oC(430oF)

360oC(675oF)

415°C (780°F)

30m3/h (5000bbl/d)