Tháp ổn định xăng T-1107:

4.6.1 Mô phỏng tháp:

Thông số vận hành của tháp: Các số liệu sau đây được lấy từ PFD:

Bảng 4.15 Thông số vận hành thápT -1107

T-1107 Số liệu thực tế

Áp suất bình hồi lưu,kg/cm2g 7.4

Áp suất đỉnh,kg/cm2g 7.9

Áp suất đáy,kg/cm2g 8.15

Nhiệt độ đỉnh,0C 66

Nhiệt độ đáy,0C 188

Số đĩa 32

Vị trí đĩa nạp liệu 16

Tháp ổn định xăng T-1107 có nhệm vụ phân tách xăng chưa ổn định ở đỉnh của tháp chưng cất khí quyển thành LPG và NAPHTHA tổng.

Hình 4.7 Mô phỏng tháp ổn định xăng

• Nhập các thông số cho tháp:

 Nguyên liệu: Dòng NAP đi ra từ bình tách 3 pha D-1103.

 Nhiệt độ: Nguyên liệu nhập vào tháp ở nhiệt độ là 1450C sau khi trao đổi nhiệt với dòng xăng đã ổn định.

 Áp suất: Áp suất nạp liệu dựa trên áp suất qua bơm và trở lực qua thiết bị trao đổi nhiệt.

• Số đĩa lý thuyết của tháp được tính dựa vào số đĩa thực tế và chọn hiệu suất toàn bộ tháp là 80%, đĩa nạp liệu ta chọn gần đúng và kiểm tra lại bằng công cụ Optimizer. Chọn 26 đĩa lý thuyết và nạp liệu đĩa số 14.

• Tiêu chuẩn của tháp như sau:

 Hàm lượng C5 trong LPG: 1.5%mol.

 Hàm lượng C4 trong dòng Naphtha: 0.3%wt.

4.6.2 Phân tích kết quả mô phỏng của tháp:

• Cân bằng vật chất của tháp:

Bảng 4.16 Cân bằng vật chất của tháp ổn định xăng

Lưu lượng các dòng

(kg/h) Mô phỏng Theo PFD

Naphtha 108079 108314

LPG 2181 2181

OFF GAS 417 1

Kết quả trên hoàn toàn phù hợp với quá trình vận hành, ở đây lưu lượng dòng Off Gas có lệch nhiều so với số liệu mô phỏng. Dòng Off Gas chủ yếu là phần nhẹ nằm trong dầu thô, do quá trình ngưng tụ ở đỉnh của tháp chưng cất khí quyển là hoàn toàn do đó theo thiết kế toàn bộ các cấu tử nhẹ sẽ được tách ra nằm hoàn toàn trong dòng Off Gas của tháp ổn định xăng. Tuy nhiên trong quá trình vận hành nhiệt độ môi trường thay đổi, trong những ngày có nhiệt độ cao công suất của ngưng tụ đỉnh không đủ để ngưng tụ hoàn toàn dòng Overhead do đó dòng Off Gas ở D-1103 sẽ tăng để đảm bảo áp suất làm việc. Khi đó chỉ có một lượng nhỏ còn lại sẽ đi qua tháp ổn định xăng.

• Chất lượng sản phẩm được khống chế nhờ thay dổi công suất của Reboiler và condenser đỉnh, các giá trị Duty này sẽ được tính toán dựa trên tiêu chuẩn của tháp.

4.6.3 Sử dụng công cụ Optimizer tối ưu đĩa nạp liệu cho tháp:

• Khi cùng chất lượng tách yêu cầu việc ta thay đổi vị trị đĩa nạp liệu sẽ ảnh hưởng tới công suất của Reboiler, nếu nạp liệu ở dưới đĩa tối ưu thì số đĩa vùng chưng sẽ giảm xuống đồng nghĩa số đĩa vùng luyện tăng lên do đó ta cần tăng công suất Reboiler để đảm bảo chất lượng sản phẩm đáy.Vì vậy vệc tối ưu đĩa nạp liệu cho phép giảm được chi phí vận hành của tháp.

• Sử dụng công cụ Optimizer như sau:

 Hàm mục tiêu là tối thiểu Duty của reboiler.  Biến thay đổi là vị trí đĩa nạp liệu

Kết quả mô phỏng như sau: sau khi tiến hành mô phỏng ta được giá trị tối ưu là nạp liệu đĩa 13. Ở đây chú ý rằng công suất Reboiler được tính toán dựa vào tiêu chuẩn của hàm lượng Butane trong Naphtha. Số đĩa trong vùng chưng có ảnh hưởng nhưng không lớn lắm.

4.6.4 Sử dụng Case study nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đĩa nạp liệu đến công suất Reboiler suất Reboiler

• Ở đây ta sử dụng một Case study nghiên cứu ảnh hưởng của vị trí đĩa nạp liệu đến công suất của thiết bị đun sôi lại với cùng một chất lượng phân tách của tháp. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào lưu lượng lỏng hơi đi trong tháp và số đĩa của tháp. Khi tăng số đĩa thì tăng được chất lượng phân tách.

• Công suất thiết bị đun sôi lại phụ thuộc vào vị trí của đĩa nạp liệu, khi nạp liệu dưới đĩa tối ưu nghĩa là số đĩa vùng chưng nhỏ hơn tối ưu. Khi đó ta cần tăng công suất của Reboiler để khống chế chất lượng sản phẩm đáy. Chất lưởng sản phẩm đỉnh được khống chế bởi công suất của Condenser thực chất là thay đổi lưu lượng hồi lưu. Do vậy ở đay ta sẽ khảo sát sự thay đổi của đĩa nạp liệu đến Duty của Condenser và lưu lượng dòng hồi lưu.

• Case study như sau:



Kết quả xuất ra của Case study như sau:

• Như vậy khi vị trí đĩa nạp liệu không đúng với vị trí tối ưu thì công suất của Reboiler tăng điều này do ta khống chế chất lượng sản phẩm bằng cách thay đổi công suất ngưng tụ đỉnh và công suất Reboiler. Khi nạp liệu trên đĩa tối ưu chất lượng sản phẩm đỉnh sẽ giảm do đó ta sẽ tăng công suất condenser nhằm tăng lượng lỏng hồi lưu kéo theo công suất Reboiler tăng theo, nguyên nhân là do dòng hồi lưu bắt nguồn từ công suất Reboiler.Mặt khác khi ta nạp liệu thấp hơn đĩa tối ưu chất lượng sản phẩm đáy không thõa mãn do đó ta tăng công suất reboiler đảm bảo chất lượng. Do lượng lỏng hồi lưu trong trường hợp nạp liệu phía trên lớn hơn trương hợp nạp liệu phía dưới do đó công suất Reboiler sẽ lớn hơn.

4.7 Phân tích kết quả mô phỏng tháp chính:4.7.1 Cân bằng vật chất của tháp: 4.7.1 Cân bằng vật chất của tháp:

Bảng 4.17 Cân bằng vật chất của CDU

Lưu lượng các dòng

(kg/h) Mô phỏng Theo PFD

NAP 110720 110534

KER 51188 51188

LGO 174111 174112

HGO 69946 69947

Cặn AR 406605 407324

Như vậy kết quả mô phỏng trên hoàn toàn phù hợp với các giá trị của PFD. Lưu lượng các dòng trích ngang thân tháp không đổi do quá trình tính toán tháp dựa trên các tiêu chuẩn đã nhập. Như vậy bằng cách điều chỉnh nhiệt độ đỉnh tháp và khống chế lưu lượng các dòng sản phẩm trích ngang ta đã khống chế được cân bằng vật chất của tháp.

4.7.2 Chất lượng sản phẩm:

Đối với tháp chưng cất đa cấu tử có rút sản phẩm ở thân tháp chất lượng sản phẩm được khống chế bằng tiêu chuẩn về Gap và Overlap dựa vào đường cong chưng cất ASTM (D86 hoặc D1160). Theo đó Gap được tính như sau:

) (

)

( 95%

5 Heavycut ASTM lightcut ASTM

Gap= − khi Gap<0 gọi là Overlap.

Ngoài ra do các phân đoạn này còn được dùng để phối trộn sản phẩm thương phẩm do đó ta cần kiểm tra một số tiêu chuẩn như điểm Flash point, chỉ số Cetane, điểm đông đặc…

Để xuất các giá trị này ta sử dụng công cụ Caculator để xuất từ phần mềm mô phỏng,

Kết quả mô phỏng như sau:

Bảng 4.18 Chất lượng các phân đoạn của tháp CDU

Tên tiêu chuẩn Mô phỏng Tiêu chuẩn

C4 trong Naphtha 0.2998 0.3%wt max

GAP KER_NAP 11 00C min

GAP LGO_KER 16 00C min

OVERLAP HGO_HGO -10 200C max

OVERFLASH 0.0556 3-6%vol

HGO Flash Point 132 650C max

KER Flash Point 41 400C min

KER smoke point 50 20 mm min

KER density 752 830 kg/m3 max

LGO Cetane index 66 45 min

LGO Flash Point 75 650C min

LGO Pour Point -17 00C max

Như vậy chất lượng sản phẩm theo mô phỏng hoàn toàn thõa mản theo các yêu cầu đề ra. Tuy nhiên ở đây các tiêu chuẩn về Gap và Overlap không chi tiết nên ta lấy giá trị tiêu chuẩn này trong tài liệu Seperation Process để mô phỏng:

Để khống chế Gap ta sẽ thay đổi lưu lượng hơi stripping và công suất của reboiler làm thay đổi điểm sôi đầu của các phân đoạn, điểm sôi cuối của các phân đoạn được khống chế bởi lưu lượng các dòng sản phẩm lấy ra. Ở đây ta sẽ có các biến cần khống chế là lưu lượng các dòng ST_LGO, ST_HGO, ST_BOT và QR của Reboiler Kerosene. Do đó ta sẽ sử dụng 4 Controller để khống chế chất lượng sản phẩm:

•

Chất lượng tách của KER và NAP phụ thuộc vào công suất Reboiler của stripper Kerosene. Controller 1(CN1) khống chế Gap của KER và NAP với biến thay đổi là Duty của reboiler tháp T-1102.

• Chất lượng tách LGO và KER phụ thuộc vào lưu lượng hơi stripping stripper LGO.

• Chất lượng tách của HGO và LGO phụ thuộc vào lượng hơi stripping HGO (CN3)

•

Lượng overflash là lượng lỏng quá bốc hơi trong nguyên liệu nhằm đảm bảo chất lượng của HGO và tránh tạo cốc trong vùng rửa. Nếu lượng này quá lớn làm tăng công suất lò đốt, quá nhỏ thì không đủ lượng lỏng hồi lưu nội trong vùng rửa làm bẩn HGO và tăng nguy cơ tạo cốc trong vùng này. Dựa vào cân bằng vật chất ta sẽ thấy lượng Overflash phụ thuộc vào lượng hơi từ vùng nạp liệu do đó ta sẽ thay đổi lưu lượng hơi stripping đáy tháp để đảm bảo Overflash (CN4).

• Trong thực tế chất lượng tách sẽ được điều khiển bởi công suất của các hồi lưu tuần hoàn, tuy nhiên trong mô hình mô phỏng này ta không đồng thời thay đổi công suất PA do đó ta chọn các thay đổi đơn giản hơn.

Bảng 4.20 Khống chế chất lượng phân tách

Tiêu chuẩn Giá trị Biến điều khiển

GAP KER_NAP 14 QR

GAP LGO_KER 9 ST_LGO

OVERLAP HGO_HGO -5 ST_HGO

OVERFLASH 0.06 ST_BOT

So sánh giá trị các lưu lượng hơi và công suất so với PFD:

Bảng 4.21 So sánh giá trị PFD và sau khi dùng Controller

Giá trị PFD Sau khi có Controller

QR, 106 kW 0.0028 0.0042 ST_LGO, kg/h 5070 2184 ST_HGO 2600 36117 ST_BOT 16000 16495 GAP KER_NAP 11 14 GAP LGO_KER 16 9 OVERLAP -9 -5 OVERFLASH 0.05 0.06

4.7.3 Khảo sát một số thông số của tháp:

4.7.3.1 Ảnh hưởng của lưu lượng hơi và công suất Reboiler đến chất lượng sản phẩm.

4.7.3.1.1 Sự thay đổi điểm 5% ASTM D86 của KER theo công suất Reboiler và ảnh hưởng tới Gap của KER và NAP:

• Sử dụng một Case study biểu biển sự phụ thuộc 5% D86 của KER, 95%D86 của NAP và Gap vào Duty Reboiler stripper Kerosene:

• Thay đổi D86 5% của KER theo QR:

• T

h a y

đổi D86 95% của dòng NAP:

Để suất kết quả của Case study đang nghiên cứu ta vào Output chọn Plot hoặc Table muốn xem, kết quả có thể được xuất qua Excel. Ta được kết quả sau:

Ảnh hưởng của công suất reboiler đến chất lượng phân tách của KER và NAP: Qua kết quả trên ta có môt số kết luận như sau:

• Điểm sôi đầu của sản phẩm trích ngang thường thấp và được điều chỉnh nhờ quá trình Stripping sử dụng hơi nước hoặc một Reboiler.

• Điểm sôi cuối của phân đoạn trên có xu hướng giảm nhưng không đáng kể, do đó chất lượng phân tách tăng (Gap) chủ yếu do sự thay đổi điểm sôi đầu của KER.

4.7.3.2 Ảnh hưởng lưu lượng hơi đáy tháp đến chất lượng sản phẩm:

Sử dụng một Case study như sau:

Kết quả thu được như sau:

•

Chất lượng phân tách giữa các phân đoạn không phụ thuộc vào lưu lượng hơi stripping đáy tháp.

• Lượng lỏng hồi lưu nội trong vùng rửa tăng lên khi ta tằng lưu lượng hơi stripping, nguyên nhân khi tăng lượng hơi nước lượng cấu tử nhẹ trong lỏng nguyên liệu kéo theo tăng lên. Lượng Overflash phụ thuộc vào hơi đi vào vùng nạp liệu do đó khi tăng lượng hơi này thì Overflash tăng lên rõ rệt.

KẾT LUẬN

Bản đồ án về cơ bản đã hoàn thành được những yêu cầu sau:

• Mô phỏng cụm tháp chưng cất khí quyển với các số liệu từ các bản vẽ PFD của NMLD Dung Quất.

• Mô phỏng hệ thống thu hồi nhiệt.

• Mô phỏng cụm thiết bị ổn định xăng.

• Khảo sát một vài thay đổi chế độ vận hành tháp.

Tuy nhiên, số liệu thể hiện trên bản vẽ PFD là các số liệu thực tế khi vận hành nhà máy, việc lựa chọn các số liệu đó và nhập cho phần mềm mô phỏng thiếu tính đồng bộ và có thể chưa phải tối ưu, đó là sự khác nhau giữa thực tế và mô phỏng.

Bản đồ án còn có những thiếu sót sau:

• Chưa tính toán cụ thể cấu hình của từng thiết bị TĐN và chưa tối ưu được hiệu quả của hệ thống thiết bị TĐN.

• Chưa đánh giá được nhiều tính chất của từng phân đoạn sản phẩm, từ đó chưa khẳng định được các dòng sản phẩm của phân xưởng khi mô phỏng có thỏa mãn tiêu chuẩn chất lượng hay không.

• Chưa tính toán cấu tạo tháp chưng cất T-1101, các Sidecolumn và tháp ổn định xăng T-1107.

Các thiếu sót trên cũng là hướng mở rộng đề tài trong thời gian tới.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Thị Như Ý, Thiết kế mô phỏng, Đại học Bách khoa Đà Nẵng 2. Operating Manual Volume 1, Crude oil Distillation Unit.

3. Petroleum Refining 2: Separation Processes (Publication IFP) by Jean-Pierre Wauquier.

4. Nguyễn Đình Lâm, Khống chế và điều khiển quá trình, Đại học Bách khoa Đà Nẵng. 5. Refinery Process Modeling - Gerald L. Kaes.

Cụm tháp ổn định xăng (Stabilizer Section):

Các bước tiến hành mô phỏng: