Ứng dụng phương pháp phân tích exergy cho mô phỏng và tối ưu hóa quá trình tách iso butane từ khí hóa lỏng nhà máy chế biến khí dinh cố

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ NGUYỄN TIẾN SĨ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH EXERGY CHO MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƯU Q TRÌNH TÁCH ISO-BUTANE TỪ KHÍ HĨA LỎNG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ DINH CỐ Chuyên ngành: Mã số học viên: Kỹ thuật hóa dầu 11406069 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – Ngày 14 tháng 12 năm 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ NGUYỄN TIẾN SĨ MSHV: 11406069 Ngày, tháng, năm sinh: 03 - 11 - 1988 Chuyên ngành: Nơi sinh: Đồng Tháp Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 605355 TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH EXERGY CHO MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƢU Q TRÌNH TÁCH ISO-BUTANE TỪ KHÍ HĨA LỎNG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ DINH CỐ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Mơ q trình phân tách để thu hồi thành phần iso-butane có LPG sản xuất từ nhà máy chế biến khí Dinh Cố phần mềm HYSYS Nghiên cứu khái niệm, tính chất ứng dụng Exergy Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp phân tích Exergy vào q trình chƣng cất để đƣa trình phân tách tối ƣu NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài): 02/07/2012 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài): 10/12/2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN VĨNH KHANH – Trƣờng ĐH Bách Khoa TP.HCM PGS TS SHUHAIMI MAHADZIR – Universiti Teknologi PETRONAS TP.HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƢỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) i CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM DẦU KHÍ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh PGS.TS Shuhaimi Mahadzir Cán chấm nhận xét 1: GS.TSKH Phạm Quang Dự Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Huỳnh Quyền Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM vào ngày … tháng … năm 20… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TSKH Lƣu Cẩm Lộc (chủ tịch hội đồng) GS.TSKH Phạm Quang Dự (phản biện 1) PGS.TS Huỳnh Quyền (phản biện 2) PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh (ủy viên) TS Phạm Hồ Mỹ Phƣơng (thƣ ký) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA………… ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến hai thầy hƣớng dẫn chính: PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh PGS TS Shuhaimi Mahadzir quan tâm sâu sắc, tận tình hƣớng dẫn, chỉnh sửa bổ sung nhiều kiến thức quý báu để đề tài Luận Văn Tốt Nghiệp đƣợc hoàn thành tốt đẹp Xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa kỹ thuật hóa học, đặc biệt thầy mơn cơng nghệ chế biến dầu khí giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn bạn bè hỗ trợ nhiều mặt, hết lòng giúp đỡ động viên để đề tài đƣợc hoàn thành tiến độ Mặc dù nỗ lực việc nghiên cứu, tham khảo tài liệu thực nghiệm, nhiên khó tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy cơ, q anh chị bạn bè đóng góp ý kiến quý báu để đề tài đƣợc hoàn thiện Cuối cùng, xin gửi lời chúc sức khỏe thành công đến tất quý thầy cô bạn Tháng 12/2012 Học viên thực iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu thân, xuất phát từ nhu cầu thực tế ngành cơng nghiệp chế biến dầu khí để định hƣớng nghiên cứu Nội dung luận văn đƣợc thực sở nghiên cứu lý thuyết Exergy ứng dụng lý thuyết vào trình phân tách thu hồi iso-butane từ khí hóa lỏng LPG dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS TS Nguyễn Vĩnh Khanh (ĐH Bách Khoa TP.HCM) PGS TS Shuhaimi Mahadzir (UTP – Malaysia) Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực đƣợc thực tác giả Kết luận văn chƣa đƣợc cơng bố dƣới hình thức trƣớc trình, bảo vệ cơng nhận “Hội đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật Hóa dầu” Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 12 năm 2012 iv Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh & PGS.TS Shuhaimi Mahadzir TÓM TẮT Trong ngành cơng nghiệp hóa học chế biến dầu khí nay, chƣng cất q trình phân tách đƣợc sử dụng phổ biến rộng rãi Tuy nhiên, vấn đề trở ngại trình tiêu tốn nhiều lƣợng Luận văn nghiên cứu trình phân tách thu hồi isobutane từ LPG nhà máy chế biến khí Dinh Cố Các cơng nghệ chƣng cất đƣợc đề xuất, gồm có sử dụng tháp chƣng cất truyền thống, sử dụng hai tháp nối tiếp nhau, sử dụng tháp chƣng cất có vách ngăn Các công nghệ đƣợc mô phần mềm HYSYS Bên cạnh đó, khái niệm Exergy đƣợc đề cập, đƣợc tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng cho q trình chƣng cất Các tính tốn phân tích Exergy dựa số liệu có đƣợc từ mơ HYSYS Từ thực phân tích đánh giá so sánh công nghệ sở Exergy để đƣa đƣợc công nghệ phân tách tối ƣu HVTH: Lê Nguyễn Tiến Sĩ v Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh & PGS.TS Shuhaimi Mahadzir ABSTRACT Distillation is the most widely used separation operation in chemical and petrochemical industries High energy requirement, however, is a large disadvantageous issue In this work, the major HYSYS simulation software is used for simulating the separation processes recovering iso-butane component from LPG of Dinh Co Gas Processing Plant The configurations proposed vary in type of distillation column and in way implementing the separation, including a single traditional distillation column or columns in pairs or a dividing – wall column Furthermor, this study also focuses on reviewing exery analysis, exergy balance and exergetic efficiencies for mentioned processes A model of exergy loss calculations of distillation column is presented Data from Aspen HYSYS allows to exergetic calculations to make a benchmark for measuring the performances of systems The exergy values so computed are then shown to give a comparison for accessing which system is more effective and more efficient This thus leads to a tradeoff between energy saving and capital investment of the system HVTH: Lê Nguyễn Tiến Sĩ vi Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh & PGS.TS Shuhaimi Mahadzir MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii LỜI CAM ĐOAN iv TÓM TẮT v ABSTRACT vi MỤC LỤC vii MỤC LỤC HÌNH ẢNH ix MỤC LỤC BẢNG x CHÚ THÍCH KÝ HIỆU xii CHƢƠNG - GIỚI THIỆU VÀ TỔNG QUAN 1.1 Nhà máy chế biến khí Dinh Cố 1.2 Nguyên liệu LPG 1.3 Tình hình sử dụng iso-butane 1.4 Tối ƣu lƣợng trình 1.5 Iso-butane 1.6 HYSYS 1.7 EXERGY 11 1.7.1 Khái niệm Exergy 12 1.7.2 Tính chất Exergy 13 1.7.3 Phân tích Exergy 14 1.7.4 Năng lƣợng Exergy [11] 15 1.7.5 Hiệu suất Exergy 16 1.7.6 Phân loại Exergy 17 1.7.7 Cân Exergy 19 1.7.8 Phân tích Exergy cho tháp chƣng cất 21 1.8 Các nghiên cứu trƣớc 24 1.9 Phƣơng pháp phân tích Exregy cho tháp chƣng cất 30 CHƢƠNG - THỰC NGHIỆM 35 2.1 Quy trình cơng nghệ 36 HVTH: Lê Nguyễn Tiến Sĩ vii Luận văn Thạc sĩ 2.2 GVHD: PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh & PGS.TS Shuhaimi Mahadzir Mô 36 CHƢƠNG - KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 42 3.1 Kết mô 43 3.1.1 Phƣơng pháp phân tách 01 tháp 43 3.1.2 Phƣơng pháp phân tách 02 tháp 46 3.2 Phân tích Exergy 50 3.2.1 Phƣơng pháp sử dụng 01 tháp 51 3.2.2 Phƣơng pháp sử dụng 02 tháp 54 3.3 Bàn luận 60 3.4 Đề xuất 65 3.4.1 Ý tƣởng 65 3.4.2 Mô 68 3.4.3 Kết mô 73 3.4.5 Bàn luận 81 CHƢƠNG - KẾT LUẬN 82 CHƢƠNG - HƢỚNG MỞ RỘNG 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 PHỤ LỤC 89 PHỤ LỤC 89 HVTH: Lê Nguyễn Tiến Sĩ viii Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Nguyễn Vĩnh Khanh & PGS.TS Shuhaimi Mahadzir MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 – Vài ứng dụng iso-butane Hình 1.2 – Mơ hình cho cân Exergy hệ 20 Hình 1.3 – Tháp chưng cất đoạn nhiệt (adiabatic distillation column) 21 Hình 1.4 – Giới hạn thân tháp chưng cất 32 Hình 2.1 – Sơ đồ mơ Shorcut 39 Hình 3.1 – Mơ phương pháp sử dụng hai tháp 46 Hình 3.2 – Sơ đồ dịng cho phân tích Exergy tháp chưng cất 51 Hình 3.3 – Profile nhiệt độ theo vị trí mâm tính từ đỉnh tháp phương pháp 01 tháp 62 Hình 3.4 – Profile nhiệt độ theo vị trí mâm tính từ đỉnh tháp phương pháp 02 tháp 63 Hình 3.5 – So sánh hai hệ tháp chưng cất ba cấu tử 67 Hình 3.6 – Phương pháp phân tách 01 tháp; phân tách trực tiếp; phân tách gián tiếp 69 Hình 3.7 – Tháp Petlyuk tháp chưng cất có vách ngăn 69 Hình 3.8 – Mơ tháp chưng cất có vách ngăn 71 HVTH: Lê Nguyễn Tiến Sĩ ix ... Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 605355 TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH EXERGY CHO MƠ PHỎNG VÀ TỐI ƢU Q TRÌNH TÁCH ISO- BUTANE TỪ KHÍ HĨA LỎNG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ DINH CỐ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:... Shuhaimi Mahadzir cho trình chế biến khác Trong kể đến nhà máy chế biến khí Dinh Cố Nhà máy chế biến khí Dinh Cố thuộc tổng cơng ty khí Việt Nam (PETROVIETNAM GAS), đƣợc xây dựng từ năm 1997 thời... q trình phân tách để thu hồi thành phần iso- butane có LPG sản xuất từ nhà máy chế biến khí Dinh Cố phần mềm HYSYS Nghiên cứu khái niệm, tính chất ứng dụng Exergy Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp