Phân xưởng RHDS được thiết kế để xử lý lượng cặn từ phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU).
Phân xưởng RHDS phải có khả năng hoạt động độc lập. Tức là phân xưởng RHDS vẫn hoạt động một cách ình thường khi một vài hoặc tất cả các phân xưởng khác trong nhà máy ngừng hoạt động. Điều đó tùy thuộc vào:
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 28 Công nghệ kĩ thuật hóa học
Lượng hydro sẵn có.
Nguyên liệu sẵn có.
Cơ sở vật chất sẵn có (bao gồm amin). 2.2.7.2. Nguyên liệu & sản phẩm:
Nguyên liệu :
Nguyên liệu cho phân xưởng RHDS là cặn chưng cất khí quyển từ phân xưởng CDU. Nguyên liệu thường là dòng cặn nóng được cung cấp trực tiếp từ phân xưởng CDU. Nhưng cũng có thể chấp nhận một phần nguyên liệu lạnh từ thùng dự trữ.
Phân xưởng được thiết kế để xử lý lượng cặn chưng cất khí quyển có nhiệt độ sôi trên 3600C được chế biến từ 100% dầu thô Kuwait.
Sản phẩm:
Toàn bộ sản phẩm cặn của phân xưởng RHDS đưa thùng dự trữ nguyên liệu cho phân xưởng RFCC. Ngoài ra, nhà cung cấp cũng cho phép toàn ộ hoặc một phần sản phẩm cặn (lạnh) được đưa trực tiếp đến phân xưởng RFCC.
Phân xưởng RHDS sản xuất các dòng sản phẩm sau:
Cặn khí quyển đã được khử lưu huỳnh được đưa đến phân xưởng RFCC.
Naphta chưa ổn định được đưa đến phân xưởng LPGRU.
Diesel đã được khử lưu huỳnh được đưa đến bể chứa diesen.
o Phân xưởng đồng thời cũng sản xuất ra những sản phẩm phụ sau:
Off-gas thu hồi từ sản phẩm được đưa đến phân xưởng LPGRU.
Off-gas từ lò phản ứng được đưa đến máy nén và hệ thống phân phối khí hydro.
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 29 Công nghệ kĩ thuật hóa học
Phân xưởng RHDS được thiết kế để xử lý 14325 tấn/ngày cặn chưng cất khí quyển của phân xưởng CDU.
2.2.7.4. Yêu cầu thiết kế
Phạm vi hoạt động
Phân xưởng RHDS được thiết kế để có thể vận hành tốt trong phạm vi 50 – 100% lượng nguyên liệu thiết kế trong khi đáp ứng tất cả các thông số kĩ thuật.
Module – bộ truyền động.
Lò phản ứng của RHDS có hai module bao gồm các vùng phản ứng nằm song song. Các module được thiết kế để hoạt động riêng lẻ còn phần thu hồi sản phẩm là chung cho cả hai module.
Hấp thụ khí chua bằng amin
Phân xưởng RHDS được thiết kế kết hợp hấp thụ amin để loại bỏ H2S khỏi dòng khí chua.
Amin gầy sẽ được cung cấp từ thiết bị tái sinnh amin. Thiết kế tháp hấp thụ căn cứ vào các thông số kĩ thuật sau cho amin gầy và amin giàu khí:
Dung môi amin: 40% khối lượng dung dịch MDEA.
Amin gầy: 0.015mol khí acid/mol MDEA.
Sử dụng chất hấp thụ giàu khí có chi phí thấp hơn trong các lựa chọn sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
75% khối lượng MDEA để cân bằng giữa các dòng condensate chua.
Tối đa 0.4mol H2S/mol MDEA.
2.2.8 Phân xƣởng cracking xúc tác tầng sôi (RFCC) [9]
2.2.8.1 Giới thiệu phân xưởng RFCC
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 30 Công nghệ kĩ thuật hóa học
phân xưởng RHDS, để sản xuất propylene làm nguyên liệu cho phân xưởng sản xuất polypropylene (PPU), gasoline nhẹ và gasoline nặng được chuyển đến bồn chứa xăng, propane, hỗn hợp butane làm nguyên liệu cho phân xưởng InAlk, LCO làm nguyên liệu cho phân xưởng GOHDS và CLO.
Phân xưởng RFCC vận hành ở 2 chế độ: Max Propylene và Max Gasoline.
Khi vận hành ở chế độ max propylene, phân xưởng sản xuất được propylene với lưu lượng khoảng 48 tấn/h. Chế độ này được thiết kế để phù hợp với công suất tối đa của phân xưởng PPU.
Phân xưởng RFCC bao gồm:
RFCC (bao gồm lò phản ứng, thiết bị tái sinh xúc tác, dự trữ và xử lý xúc tác, tháp cất phân đoạn chính, tháp tách,…).
GCU (bao gồm máy nén khí ẩm, tháp tách, tháp tách butane, tháp tách naphta, tháp hấp thụ chính và phụ và thiết bị xử lý amine).
Hấp thụ LPG.
Tái sinh amin.
Tách riêng C3 và C4.
Thu hồi propylene.
2.2.8.2 Nguyên liệu và sản phẩm
Nguyên liệu :
Phân xưởng RFCC xử lý cặn chưng cất khí quyển đã qua xử lý bằng hydro từ phân xưởng RHDS
Sản phẩm:
Hydrocacbon nhẹ hơn, có giá trị cao hơn. 2.2.8.3. Công suất thiết kế
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 31 Công nghệ kĩ thuật hóa học
Phân xưởng RFCC được thiết kế để xử lý 10914 tấn/ngày cặn của phân xưởng RHDS. Cả hai chế độ max propylene và max gasoline đều có thể vận hành với công suất trên.
2.2.8.4. Yêu cầu thiết kế
Phạm vi hoạt động
Phân xưởng RFCC được thiết kế để hoạt động tốt trong khoảng 50-100% lượng nguyên liệu thiết kế trong khi vẫn đáp ứng tất cả các chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm.
Cấu hình lò phản ứng/tái sinh xúc tác
Cấu hình một ống đứng đáp ứng các mục tiêu cần thiết về sản lượng propylene. Để thu hồi tối đa propylene trong quá trình xử lý khí không bão hòa, phân xưởng được lắp đặt thêm một tháp hấp thụ/tách. Dự kiến cấu hình này sẽ không bao gồm thiết bị làm mát xúc tác.
Hệ thống lò phản ứng/tái sinh được thiết kế bao gồm các chi tiết sau đây:
Đường kính lò phản ứng/tái sinh
Số cyclone (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường kính ống đứng
Tiêm nguyên liệu
Vị trị và việc sắp xếp các van trượt
Nhà sản xuất cung cấp điều kiện vận hành bao gồm:
Tỷ lệ xúc tác/nguyên liệu
Nhiệt độ và áp suất của lò phản ứng/tái sinh
Tỷ lệ xúc tác thêm vào/xúc tác thu hồi và lượng x c tác còn dư.
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 32 Công nghệ kĩ thuật hóa học
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN CHI PHÍ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM LINGO
3.1 Tổng quan về phần mềm Lingo
3.1.1 Khái niệm về quy hoạch tuyến tính
Quy hoạch tuyến tính là một mô hình toán học dùng để tìm giá trị nhỏ nhất hoặc lớn nhất của một hàm tuyến tính theo một số biến cho trước, thỏa mãn một số hữu hạn các ràng buộc được biểu diễn bằng hề phương trình và ất phương trình tuyến tính, nó có thể giải quyết nhiều vẫn đề liên quan đến quá trình sản xuất.
Các thành phần chính của một quy hoạch tuyến tính [10]:
Biến: biểu diễn các đại lượng mà ta có thể điều chỉnh. Mục đích của bài toán là tìm các giá trị của các biến để cho giá trị hàm mục tiêu đạt tối ưu.
Hàm mục tiêu: là các biểu thức toán học, liên kết các biến để biểu thức mục
tiêu đạt tối ưu.
Các ràng buộc: là các đẳng thức hay các bất đẳng thức thể hiện giới hạn của
các phương án khả thi hoặc giới hạn giá trị của các biến. Dạng cơ ản của quy hoạch tuyến tính là dạng chính tắc.
Ứng dụng của quy hoạch tuyến tính: quy hoạch tuyến tính được sử dụng nhiều
trong công nghiệp.
Xác định các hợp kim trong công nghiệp luyện kim.
Tối ưu hóa những hỗn hợp trong công nghiệp thực phẩm.
Tối ưu hóa sản xuất trong công nghiệp ôtô.
Tối ưu hóa sự cung cấp, sự sản xuất và sự phân phối trong công nghiệp lọc dầu.
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 33 Công nghệ kĩ thuật hóa học
3.1.2 Quy hoạch tuyến tính trong lọc dầu
Đa phần các nhà máy lọc dầu đều được sở hữu bởi các công ty khác nhau, liên kết với nhau trong nhiều hoạt động như thăm dò, khai thác, mua án, lọc dầu, hóa dầu,…Tất cả các công việc này diễn ra rất phức tạp, cũng như phần lớn các nhà máy công nghiệp trong môi trường cạnh tranh, nhà máy lọc dầu cần phải tối đa hóa lơi nhuận trong quá trình sản xuất.
Để làm được điều này cần phải tối đa hóa giá trị marge của nó, nghĩa là sự khác nhau giữa việc mua và bán những sản phẩm được sản xuất, nó phụ thuộc vào:
Việc mua nguyên liệu an đầu là dầu thô và các nguyên liệu khác. Dầu thô chiếm phần lớn chi phí đầu vào của nhà máy lọc dầu, do đó việc lựa chọn nguồn dầu thô để xử lý ảnh hưởng đến lợi nhuận thu được. Có rất nhiều lựa chọn trong việc mua dầu thô, có thể mua theo hợp đồng dài hạn với nhà cung cấp lớn hay mua ngay tại thị trường dầu mỏ, phương án vận chuyển dầu thô từ nơi mua về nhà máy cũng được xét đến.
Giá vận hành: chi phí cố định (nhân công, bảo trì,…) chi phí iến đổi (sản (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
phẩm hóa học, x c tác,…)
Nhưng đặc trưng cho hoạt động của nhà máy lọc dầu là các sản phẩm được sản xuất từ các nguồn dầu thô khác nhau.
Quan hệ tỷ lệ giữa các sản phẩm sản xuất phụ thuộc vào:
Sự đa dạng của nguyên liệu được xử lý.
Những phân xưởng đảm bảo được việc xử lý.
Những sự điều chỉnh có thể có của các phân xương.
Với một công cụ đã cho, toàn ộ các phân xưởng trong nhà máy lọc dầu, và viễn cảnh thị trường tiêu thụ các loại sản phẩm khác nhau, các nhà máy lọc dầu sẽ tìm kiếm cùng một loại nguyên liệu và cách thức xử lý nó để đạt lợi nhuận tối đa.
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 34 Công nghệ kĩ thuật hóa học
Người ta hiểu rằng có rất nhiều phương để lựa chọn nguyên liệu và phương án xử lý để có thể đạt được các sản phẩm cần thiết và người ta biết rằng cơ chế của quy hoạch tuyến tính có khả năng tìm được, trong bối cảnh kinh tế sẵn có, một lời giải và chỉ một lời giải tối ưu hóa về khả năng kinh tế.
Bằng cách:
Chuyển toàn bộ sự vận hành của nhà máy lọc dầu về những phương trình tuyến tính.
Sử dụng phần mềm để tìm ra giải pháp kinh tế tối ưu.
Trong nhà máy lọc dầu, công việc tối ưu được đặt ra ở nhiều khía cạnh
Tối thiểu chi phí nhập dầu thô.
Tối ưu hóa việc pha trộn các loại dầu thô cần xử lý.
Tối thiểu những tiêu chuẩn quy định cần phải thỏa mãn.
Tối ưu hóa tiêu thụ nhiên liệu, tối thiểu lượng hao hụt.
Tối ưu hóa quản lý tồn trữ.
Tối đa lợi nhuận.
Với sự hoạt động rất rộng và phức tạp của lĩnh vực lọc dầu thì các nhà máy lọc dầu cần phải sử dụng hỗ trợ cho việc ra quyết định, từ nhiều phương án, chọn ra một phương án tối ưu sao cho lợi nhuận thu được là cao nhất. Quy hoạch tuyến tính là một trong những công cụ tuyệt vời để thực hiện tốt công việc này.
Ứng dụng quy hoạch tuyến tính trong nhà máy lọc dầu
Trong công nghiệp lọc dầu, quy hoạch tuyến tính được áp dụng trong các lĩnh vực:
Thiết kế cấu hình cơ sở của nhà máy lọc dầu.
Lựa chọn đánh giá nguồn dầu thô nguyên liệu.
Lên kế hoạch vạn hành dài hạn và ngắn hạn.
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 35 Công nghệ kĩ thuật hóa học
Quản lý hoạt động của nhà máy lọc dầu.
Điều khiển việc pha trôn sản phẩm.
Quản lý tồn trữ.
Đặc trưng của một mô hình quy hoạch tuyến tính cho nhà máy lọc dầu Hàm mục tiêu: tối đa lợi nhuận. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
∑( ) ∑( ) ∑( )
Các ràng buộc:
Ràng buộc về nguyên liệu: lượng nguyên liệu tồn trữ.
Ràng buộc về khả năng sản xuất tối đa của phân xưởng.
Ràng buộc về tồn trữ: dung tích của các bồn chứa.
Ràng buộc về sản phẩm: những tiêu chuẩn quy định về chất lượng sản phẩm.
Ràng buộc về tiêu thụ năng lượng.
3.1.3 Giới thiệu về phần mềm Lingo
Lingo là phần mềm được thiết kế để thực hiện xây dựng và giải quyết các ài toán tối ưu hóa trong quy hoạch tuyến tính một cách khá hiệu quả và cho ra kết quả nhanh chóng. Do đó hoàn toàn có thể áp dụng để giải quyết các ài toán tối ưu trong lĩnh vực dầu khí nhằm mục đích tối ưu hoá sự vận hành của nhà máy lọc dầu để tối thiểu hoá nguồn nguyên liệu và tối đa lợi nhuận để đưa lại hiệu quả kinh tế cao nhất.
Các ước cần tiến hành khi giải bài toán tối ưu ằng Lingo: Mô hình hoá quá trình sản xuất
↓
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 36 Công nghệ kĩ thuật hóa học
↓
Xây dựng ma trận của ài toán trên ảng tính Excel ↓
Khai áo các mảng chứa iến, các kiểu ràng uộc, RSH và các hệ số của ài toán
↓
Liên kết dữ liệu giữa Excel và Lingo ↓
Giải tối ưu ằng Lingo và trao đổi kết quả
3.2. Xây dựng cấu trúc biến và các ràng buộc
3.2.1. Cấu trúc biến
Các biến bao gồm các bán sản phẩm của các phân xưởng trong vào bảng cân bằng vật chất, năng lượng nội bộ, các sản phẩm thương mại, các ràng buộc min, max về chất lượng của các bán sản phẩm với sản phẩm, công suất của nhà máy ở trục tung và nguyên liệu của từng phân xưởng, các bán sản phẩm đem đi phối trộn, các sản phẩm xuất khẩu và nhập khẩu ở trục hoành.
3.2.2. Cấu trúc các ràng buộc
Ở đây cần lưu ý việc quản lý dữ liệu thông tin được thực hiện theo từng volume tương ứng, cụ thể là:
Volume 1: Tất cả các ràng buộc thuộc về bán sản phẩm hay năng lượng nội bộ và biến (dựa vào bảng cân bằng vật chất).
Volume 2: Ràng buộc về sản phẩm và biến.
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 37 Công nghệ kĩ thuật hóa học
suất.
CDU và biến (dựa vào bảng tính chất sản phẩm, bán sản phẩm và các công thức ràng buộc tính chất).
Volume 4: Ràng buộc max liên quan đến tiêu chuẩn sản phẩm hay công suất CDU và biến (dựa vào bảng tính chất sản phẩm, bán sản phẩm và các công thức ràng buộc tính chất).
3.2.3. Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hoạt động chính
Phân tách các phân đoạn Chưng cất
Dựa vào các điểm cất ta có xác định được lưu lượng của từng phân đoạn chưng cất.
Chuyển hóa Chất lượng sản phẩm (reforming, GOHSD, KHDS,…) hiệu suất sản phẩm (RFCC).
Phối trộn Sản phẩm cuối
Để đạt được các sản phẩm có các chỉ tiêu chất lượng theo yêu cầu, ta phải phối trộn các bán sản phẩm dựa vào các tính chất ràng buộc để thu được các sản phẩm thương mại (Xăng RON92, xăng RON95, LPG,…)
Phân tách và chuyển hóa
Xem xét hoạt động của phân xưởng:
Chế độ làm việc ổn định
Lưu lượng và đặc tính của nguyên liệu
Các thông số làm việc: T, P, tỷ số hồi lưu,…
SVTH: Nguyễn Quốc Khải 38 Công nghệ kĩ thuật hóa học
Trong đó:
Zi là nguồn phối liệu khác nhau (i = 1,n). Z: Sản phẩm cuối thu được từ việc phối trộn.
Q: Tính chất cần khảo sát hoặc các “giả tính chất” của sản phẩm và qi là tính chất tương ứng của mỗi nguồn phối liệu Zi. Tùy thuộc quy tắc trộn lẫn của mỗi tính chất mà Zi được xác định theo khối lượng, theo thể tích Vi hay theo phần mol ni.
Giả sử sự phối trộn để thu được tính chất Q này tuân theo quy tắc trộn lẫn theo khối lượng, ta sẽ có công thức:
i i i i i m m q Q
Nếu: Qmin≤ Q ≤ Qmax
Với Qmax,Qmin là giá trị quy định theo tiêu chuẩn của tính chất Q. Khi đó ta có: Qmin ×∑mi ≤ ∑qimi ≤ Qmax× ∑mi q -Q m 0 0 m Q - q i max i i max i i i
Như vậy ta sẽ có các ràng buộc max và min tương ứng. Giá trị “ dấu” sẽ là “≤” nếu ràng buộc max và là “≥” nếu ràng buộc min, giá trị “RHS” luôn luôn là 0.
Nếu sự phối trộn tuân theo quy tắc cộng tính thể tích hay phần mol, tương ứng ta