Như đã đề cập ở các phần trước hiện nay dự án đường ống NCS2 dự kiến sẽ được đưa vào vận hành vào cuối năm 2014 đầu năm 2015. Do vậy để đảm bảo tiến độ tiếp nhận khí vào bờ để chế biến, Nhà máy Xử lý Khí NCS 2 dự kiến sẽ phải được đầu tư xây dựng để hoàn thành đưa vào sử dụng động bộ với tiến độ của dự án đường ống vào cuối 2014 đầu 2015. Trong khi đó, theo tiến độ thì dự án nhà máy sản xuất Olefin từ nguyên liệu Etan dự kiến đi vào hoạt động vào khoảng năm 2017. Do vậy, để đảm bảo hiệu quả kinh tế của dự án việc đầu tư nhà máy tách Etan từ khí NCS2 cần phải được tách ra làm 02 giai đoạn:
- Giai đoạn một: Đầu tư cụm thiết bị sản xuất LPG từ khí NCS2 hoàn thành vào cuối 2014 đầu 2015 để đồng bộ với đường ống NCS2 nhằm sẵn sàn tiếp nhận và chế biến khí khi đường ống được hoàn thành và đưa vào sử dụng.
- Giai đoạn 2: Đầu tư mở rộng cụng tách Etan cho nhà máy NCS2 để hoàn
thành đưa vào sử dụng vào năm 2017 đảm bảo đồng bộ với dự sản nhà máy sản xuất Olefin.
Do dự án được thực hiện làm nhiều giai đoạn, do vậy ngoài việc tính toán lựa chọn phương án công nghệ tối ưu dựa trên tổng năng lượng tiêu thụ của từng
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 66 SVTH: Hoàng Trung Kiên
phương án còn phải tình đến khả năng kết nối sau nay sao cho vừa đảm bảo duy trì vận hành liên tục nhà máy, vừa đầu tư lắp đặt thêm hệ thống tách Etan giai đoạn 2. Đứng trên quan điểm này có thể tổng hợp một số tiêu chí để đánh giá so sánh ưu nhược điểm của từng phương án như sau:
Bảng 5.6. Ưu và nhược điểm của từng phương án
Tiêu chí Phương án 1 Phương án 2 và 3
Số lượng vị trí tie- in dự phòng để đấu nối hệ thống tách Etan
Ít do phương án làm lạnh khí khô độc lập hoàn toàn với phần còn lại của nhà máy
Nhiều do phải kết hợp làm lạnh tăng cường khí ẩm đầu vào
Mức độ phức tạp khi kết nối
Không quá phức tạp; Với cấu hình công nghệ này, các thiết bị trong cụm tách Etan sẽ được kết nối vào tie-in cuối dây chuyền thiết bị và các thiết bị này được kết nối nối tiếp nhau.
Khá phức tạp; phải kết nối các cụm thiết bị vào giữa hệ thống thiết bị đã đưa vào vận hành của công đoạn tách LPG. Các thiết bị này này không lắp đặt nối tiếp nhau mà nằm ở các vị trí khác nhau trong cấu hình nhà máy.
Mức độ rủi ro khi thi công kết nối
Thấp do cụm tách Etan nằm độc lập hoàn toàn
Cao do phải đấu nối cụm tách Etan tích hợp với nguyên liệu đầu vào
Ảnh hượng đến dây chuyền thiết bị đã lắp đặt Ít ảnh hưởng. Do cụm tách Etan lắp đặt ở sau cụm tách NGL do đó khi vận hành thử, có thể tiến hành by-pass một phần khí chưa tách ethane vào hệ thống ống dẫn Sale gas.
Ảnh hưởng nhiều. Trong khi chạy thử cụm tách ethane, các cụm khác đều bị ảnh hưởng công suất và thông số vận hành.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 67 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Như vậy do đặc điểm của dự án phải đầu tư làm 02 giai đoạn nhằm đáp ứng tiến độ của dự án đưa khí NCS2 về bờ và dự án nhà máy sản xuất Olefin, đứng trên góc độ an toàn cho quá trình thi công đấu nối trong điều kiện vừa thi công lắp đặt thiết bị cụm tách Etan vừa phải duy trình vận hành hệ thống thì phương án 1 sử dụng khí khô đầu ra để làm lạnh tăng cường bằng Propan để tách Etan là phương án tối ưu hơn các phương án 2 và 3 do cụm tách Etan nằm độc lập hoàn toàn với cụm sản xuất LPG.
Tuy nhiên nhược điểm này của phương án 2 và 3 có thể được giải quyết hoàn toàn bằng giải pháp lắp đặt sẵn các đầu chờ có van cô lập tại các điểm dự kiến đấu nối sau này (các điểm Tie In) như vây sẽ chủ động trong công tác đấu nội cụm tách Etan mà không ảnh hưởng đến vận hành an toàn và liên tục của hệ thống.
5.4. Nhận xét và đánh giá lựa chọn sơ đồ công nghệ tối ưu
Về mặt sản lượng: Tất cả các phương án mô phỏng đều cho hiệu suất thu hồi Etan tương đối cao (80%), tương ứng với sản lượng Etan thu được vào khoảng 913 tấn/ngày, tương đương với 310,420 tấn/năm (thời gian hoạt động liên tục của nhà máy là 340 ngày/năm). Lượng Etan này hoàn toàn đáp ứng theo nhu cầu của Nhà máy Sản xuất Olefin (mức tối thiểu phải đạt 200,000 tấn/năm, mức tiêu thu tối đa có thể lên đến 300,000 tấn/năm).
Về mặt chất lượng sản phẩm: Tất cả các phương án đều đảm bảo được độ tinh khiết theo yêu cầu của Nhà máy sản xuất Olefin (tối thiểu đạt 96%) và hàm lượng các tạp chất Metan, Propan không vượt quá 2 % mol.
Về cấu hình công nghệ tối ưu lựa chọn để cho nhà máy NCS2 để sản
xuất Etan là phương án 3: Phương án làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngày từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer có máy nén khí tuần hoàn do để đạt được cùng một hiệu suất thu hồi Etan (80%) phương án này có tổng lượng tiêu thu năng lượng thấp nhất. Khó khăn duy nhất của phương án 3 là mức độ phức tạp khi đấu nối cụng tách Etan vào hệ thống như đã đề cập nhưng vấn đề này hoàn toàn có giải pháp thực hiện bằng cách chuẩn bị sẵn các điểm đầu nối có đầu chờ và van cô lập ngay từ giai đoạn lắp đặt cụm thiết bị tách LPG.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 68 SVTH: Hoàng Trung Kiên
5.5. Tính toán xác định các thông số công nghệ vận hành tối ưu
5.5.1. Mục đích việc lựa chọn thông số vận hành tối ưu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhà máy xử lý khí Nam Côn Sơn 2 theo thiết kế là cần thu hồi các sản phẩm có giá trị kinh tế cao nhất là sản phẩm Etan và LPG. Do vậy trên cơ sở sơ đồ công nghệ tối ưu đã xác định được tại mục 5.4. Cần tiến hành khảo sát tính toán các thông số công nghệ cơ bản của Nhà máy sao cho đảm bảo hiệu quả thu hồi Etan và LPG là cao nhất nhưng đồng thời phải đảm bảo thông số vận hành các thiết bị trong khoảng cho phép và sản phẩm thu được đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật đề ra theo yêu cầu.
Việc khảo sát một số yếu tố và điều kiện vận hành của các thiết bị có thể can thiệp trực tiếp để nâng cao tính kinh tế cho nhà máy. Căn cứ vào sơ đồ công nghệ của phương án được lựa chọn các thông số sau đây có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi Etan và LPG của nhà máy. Cụ thể như sau:
1. Áp suất khí đầu vào. 2. Nhiệt độ khí đầu vào.
3. Nhiệt độ dòng khí sau khi qua chu trình làm lạnh Propan.
4. Tỷ lệ chia dòng khí qua thiết bị trao đổi nhiệt và qua Turbo giãn nở sau chu trình làm lạnh Propan.
5. Áp suất vận hành tháp hấp thụ T-100
6. Điều kiện vận hành tháp C-01 (tháp Demethanizer).
a. Nhiệt độ tháp b. Áp suất tháp
c. Thành phần cấu tử trong tháp
7. Điều kiện vận hành tháp C-02 (tháp Deethanizer). a. Nhiệt độ tháp
b. Áp suất tháp
c. Thành phần cấu tử trong tháp
8. Điều kiện vận hành tháp C-03 (tháp Ổn định Condensate).
a. Nhiệt độ tháp b. Áp suất tháp
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 69 SVTH: Hoàng Trung Kiên
5.5.2.Nguyên tắc thực hiện khảo sát
- Sơ đồ công nghệ sử dụng để khảo sát: Là sơ đồ công nghệ phương án tối
ưu được lựa chọn. Cụ thể sơ đồ khảo sát sẽ là sơ đồ phương án 3: Phương án làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngày từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer có máy nén khí tuần hoàn.
- Việc khảo sát và tìm ra thông số công nghệ tối ưu cho Nhà máy, được thực hiện dựa trên việc sử dụng công cụ Case Studies trong phần mềm hysys 7.1.
- Dựa trên kết quả khảo sát trên phần mềm Hysys, xử lý các số liệu ở dạng bảng, biểu đồ từ đó xác định các thông số vận hành tối ưu. Thông số vận hành tối ưu là thông số cho hiệu quả thu hồi Etan và LPG cao nhất nhưng vẫn đảm bảo an toàn cho thiết bị và chất lượng của các sản phẩm.
5.5.3.Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đầu vào đến khả năng thu hồi Ethane và LPG
Căn cứ hồ sơ thiết kế đường ống NCS2 áp suất đầu vào nhà máy giao động trong khoảng tương đối rộng, từ 70 – 100 barg. Do vậy cần khảo sát để xác định áp suất vận hành tối ưu cho hệ thống. Kết quả khảo sát trên phần mềm cho thấy ảnh hưởng của áp suất đến hiệu suất thu hồi sản phẩm như sau:
Hình 5.4. Khảo sát ảnh hưởng áp suất đầu vào đến sản lượng Etan
Nhận xét:
- Từ đồ thị cho thấy khi tăng áp suất khí đầu vào từ 70 – 85 barg dẫn đến sản lượng Etan từ 737 tấn/ngày lên đến 1060 tấn/ngày. Tuy nhiêu nếu tiếp tục tăng áp suất khí đầu vào lên nữa thì mức độ tăng sản lượng Etan là không đáng kể, đặc biệt ở mức áp suất từ 96-100 barg hầu như sản lượng Etan không tăng thêm. Điều
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 70 SVTH: Hoàng Trung Kiên
này được giải thích là do khi tăng áp suất đầu vào nhà máy, thì cùng một công suất làm lạnh bằng chu trình Propan, khí nguyên liệu sau đó sẽ được làm lạnh sâu
hơn do tăng độ chênh áp qua van JT và qua Turbo Expander. Theo nguyên lý làm
lạnh nhờ vào hiệu ứng chênh áp, độ chênh áp càng lớn hiệu quả làm lạnh càng cao dẫn đến sản lượng Etan thu hồi càng lớn. Tuy nhiên khi tiếp tục tăng áp suất lên nữa, lúc này hiệu suất thu hồi Etan đã đạt đến giá trị cực đại (khoảng 93%) nên việc tiếp tục tăng áp suất lên nữa không ảnh hưởng nhiều đến thu hồi Etan.
- Từ các số liệu nêu trên đề xuất mức áp suất vận hành đầu vào nên duy trì mức tối đa là khoảng 85 barg để tối đa thu hồi Etan, nhưng không nên duy trì cao hơn vì lúc này hiệu quả thu hồi Etan tăng không đáng kể nhưng sẽ gây rủi ro cho vận hành đường ống và thiết bị (áp càng cao nguy cơ cháy nỗ càng lớn) và tăng công suất nén khí từ ngoài biển đưa về bờ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.5.4.Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào:
Căn cứ hồ sơ thiết kế đường ống khí NCS2, nhiệt độ khí đầu vào dao động từ 26 – 32 0C tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường. Kết quả khảo sát trong khoảng nhiệt độ nêu trên, hiệu suất thu hồi Etan thay đổi như sau
Hình 5.5. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đầu vào đến sản lượng Etan
Nhận xét: Nhiệt độ khí nguyên liệu đầu vào càng thấp, hiệu quả thu hồi Etan càng cao. Tuy nhiên nhiệt độ khí nguyên liệu đầu vào nhà máy là thông số phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường nên trong thực tế vận hành không thể kiểm
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 71 SVTH: Hoàng Trung Kiên
soát được. Giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến hiệu suất thu hồi Etan là điều chỉnh nhiệt độ của dòng hấp thụ MEA cụm tách CO2 để đảm bảo nhiệt độ khí nguyên liệu đầu vào khu công nghệ trước cụm làm lạnh thấp nhất có thể.
5.5.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí sau khi qua chu trình làm lạnh ngoài bằng propan đến khả năng thu hồi Etan
Đối với chu trình làm lạnh Propan về mặt lý thuyết chỉ có thể làm lạnh tối đa khí nguyên liệu đầu vào đến khoảng -40 ÷ -45 OC (nhiệt độ sôi của Propan ở áp suất khí quyển). Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi Etan và LPG khi nhiệt độ làm lạnh thay đổi như sau:
Hình 5.6. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ khí sau chu trình làm lạnh Propan
Nhận xét:
- Sản lượng Ethane và LPG càng tăng khi nhiệt độ của khí nguyên liệu làm lạnh sau chu trình làm lạnh bằng Propan càng được làm lạnh sâu (công suất làm lành Propan càng cao). Sản lượng LPG và Etan đặc biệt tăng cao khi hạ nhiệt độ của khí sau chu trình Propan từ 0 OC đến - 15OC (Sản lượng Etan tăng đến 1290 tấn/ngày, LPG 1085 tấn/ngày). Sau nhiệt độ - 15OC, nếu tiếp tục hạ nhiệt độ khí
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 72 SVTH: Hoàng Trung Kiên
thì sự gia tăng sản lượng Etan và LPG không đáng kể (chỉ tăng Etan lên tối đa 1294 tấn/ngày) nhưng sẽ làm gia tăng công suất của chu trình làm lạnh Propan dẫn đến tăng chi phí đầu tư và chi phí vận hành hệ thống.
- Do vậy trong điều kiện vận hành bình thường nên duy trì nhiệt độ sau hệ thống làm lạnh bằng Propan vào khoảng -15OC để vừa đảm bảo tối đa hiệu suất thu hồi Etan và LPG vừa đảm bảo giảm tối đa chi phí đầu tư và vận hành chu trình làm lạnh bằng Propan.
5.5.6.Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chia dòng qua thiết bị trao đổi nhiệt E-104/Turbo Expander CC-01 104/Turbo Expander CC-01
Như đã biết dòng khí sau khi được làm lạnh xuống – 15 OC sẽ được chia làm 02 dòng. Dòng qua thiết bị trao đổi nhiệt E-104 để tận dụng nhiệt lạnh của dòng khí khô có nhiệt độ khoảng -90 ÷ - 100 OC nhằm làm lạnh sâu để tăng thu hồi lỏng. Phân còn lại sẽ được đưa qua phần giãn nở của Turbo Expander CC-01 để giảm áp từ 85 barg xuống bằng áp suất vận hành tháp hấp thụ Demethanizer (khoảng 24 barg). Tỷ lệ dòng là một trong những thông số ảnh hưởng lớn đến hiệu quả thu hồi các sản phẩm Etan và LPG. Kết quả khảo sát sự thay đổi sản lượng Etan đến hiệu quả thu hồi Etan khi tỷ lệ dòng thay từ 0.2 đến 0.5 được cho như sau:
Hình 5.7. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dòng đến thu hồi Etan
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 73 SVTH: Hoàng Trung Kiên
- Sản lượng Etan tăng khi tăng tỷ lệ dòng từ 0.2 lên đến khoảng 0.33 – 0.35 và đạt cực đại ở giá trị trong khoảng này, sản lượng Etan khi đó vào khoảng 1087 tấn/ngày. Sau đó nếu tiếp tục tăng tỷ lệ dòng này lên thì sản lượng Etan lại có xu hương giảm xuống. Nguyên nhân được giải thích là do khi tăng dòng qua E-104 sẽ làm tăng hiệu quả tận thu nhiệt lạnh từ hệ thống nhờ trao đổi nhiệt tại E-104. Tuy nhiên nếu tiếp tục tăng dòng qua E-104 nữa thì sẽ dẫn đến làm tăng nhiệt độ khi làm lạnh đầu ra sau E-14 dẫn đến hiệu ứng giảm nhiệt độ sau JT van thấp nên nhiệt độ dòng khí nguyên liệu đầu vào tháp hấp thụ tách Metan cao dẫn đến giảm thu hồi Etan. Ngoài ra việc tăng dòng qua E-104 quá cao sẽ dẫn đến giảm dòng qua Turbo Expander CC-01 làm cho công sinh ra từ giãn nở khí giảm => tăng công suất của máy nén khí khô tăng cường đầu ra => tăng tiêu thụ năng lượng của nhà máy.
- Căn cứ vào các phân tích nêu trên tỷ lệ dòng tối ưu nên được duy trì trong khoảng 0.33 – 0.35 nhằm tăng tối đa thu hồi Etan và LPG vừa tiết kiệm được chi phí đầu tư và vận hành máy nén khí khô tăng cường đầu ra.
5.5.7.Áp suất vận hành tháp hấp thụ T-100
Áp suất vận hành tháp hấp thu T-100 càng thấp khả năng thu hồi lỏng càng