Make-up Gas

Bảng 2.3: Thành phần của Make-up Thành phần Make-up Hydrogen Mole % H2 93.3 Methane 2.5 Ethane 2.4 Propane 1.4 i-Butane 0.1 n-Butane 0.1 i-Pentane 0.04 n-Pentane 0.02 C6+ 0.04 2.2.3. Sản phẩm 2.2.3.1. Isomerate

Trong phân xưởng isome hóa của nhà máy lọc dầu, trên lý thuyết có hai trường hợp thiết kế :

- Chế độ vận hành với năng suất phân xưởng: 6500 BPSD(naphtha nhẹ với điểm cắt C5 la 820C /nồng độ Benzen cao)

- Chế độ vận hành với năng suất phân xưởng: 5336 BPSD(naphtha nhẹ với điểm cắt C5 la 700C /nồng độ Benzen thấp)

Đặc tính của sản phẩm phụ thuộc vào chế độ vận hành và hoạt tính của xúc tác ở thiết bị phản ứng.

Sau đây là bản thành phần isomerat trong mỗi trường hợp SOR và EOR:

Bảng 2.4: Thành phần isomerate trong mỗi trường hợp SOR và EOR

2.2.3.2. Net Gas

Dòng Net Gas đi ra từ đỉnh của thiết bị Stabiliser và sẽ được đưa đến thiết bị trung hòa để loại bỏ HCl trước khi đem làm Fuel Gas.

Bảng 2.5: Thành phần của Net Gas trong các chể độ khác nhau.

2.2.4. Sơ đồ công nghệ PENEX-DIH

2.2.4.1. Các thiết bị chính trong phân xưởng2.2.4.1.1. Cụm Feed Drier (DR-2303/2304) 2.2.4.1.1. Cụm Feed Drier (DR-2303/2304)

•Mục đích:

Loại bỏ nước, các tạp chất của oxi, lưu huỳnh có trong dòng naphtha trước khi kết hợp với dòng make-up gas để vào thiết bị phản ứng.

•Thiết bị:

Thuộc dạng thiết bị hấp phụ bằng rây phân tử, sử dụng xúc tác HPG-250 (tuổi thọ 3 năm) hoạt động ở áp suất: 6,8 kg/cm2(g), nhiệt độ: 380C.

Thực tế luôn có hai thiết bị cùng loại hoạt động song song và luân phiên nhau với vai trò ngược nhau: hấp phụ và giải hấp phụ. Trong đó dòng tái sinh được lấy từ dòng sản phẩm đỉnh của DIH.

Hình 2.3: Cụm Feed Driers (DR-2303/2304)

2.2.4.1.2. Cụm Make-up Gas (DR-2301/2302)

Cũng sử dụng thiết bị hấp phụ bằng rây phân tử (xúc tác PDG-418) để khử nước cho dòng make-up gas. Trong đó dòng tái sinh cũng được lấy từ dòng sản phẩm đỉnh của DIH.

Áp suất: 37,4 kg/cm2(g) Nhiệt độ: 380C

2.2.4.1.3. Cụm thiết bị phản ứng (R-2302/2303)

•Mục đích: Chủ yếu thực hiện quá trình chuyển hóa từ các nC5, nC6 thành các iso-paraffin tương ứng.

•Thiết bị: sử dụng thiết bị phản ứng tầng xúc tác cố định - Điều kiện hoạt động: T0 =1330C, P = 35 kg/cm2g.

Hình 2.4: Cụm thiết bị phản ứng (R-2302/2303)

2.2.4.1.4. Stabilizer (T-2301)

•Mục đích : tách HCl, hydro, hydrocacbon nhẹ (C1-C3) từ dòng sản phẩm đi ra khỏi thiết bị phản ứng.

•Thiết bị:

- Tháp chưng cất với: 30 đĩa. - Nạp liệu tại đĩa 16

- Áp suất đỉnh tháp: 14.1 kg/cm2g - Áp suất đáy tháp: 15.4 kg/cm2g - Nhiệt độ đỉnh tháp: 790C

Hình 2.5: Thiết bị Stabilizer (T-2301)

2.2.4.1.5. Cụm Net Gas Scrubber (T-2302)

Sử dụng dòng nước, dòng xút NaOH (14%wt) để trung hòa nhằm loại bỏ HCl khỏi dòng off-Gas đi ra từ đỉnh của Stabilizer. Sản phẩm sau khi xử lý axit xong được chuyển đến Fuel-Gas.

2.2.4.1.6. Tháp DIH (T-2303)

•Mục đích: thu hồi lượng nC6, 2-MP, 3-MP có RON thấp hồi lưu về đầu quá trình. Sản phẩm Isomerat thu được có RON cao dùng phối trộn vào xăng thương phẩm/

•Thiết bị :

- Tháp chưng cất với: 80 đĩa. - Nạp liệu tại đĩa 25

- Trích dòng thân tháp tại đĩa 71 - Áp suất đỉnh tháp: 0.7 kg/cm2g - Áp suất đáy tháp: 2.4 kg/cm2g - Nhiệt độ đỉnh tháp: 720C - Nhiệt độ đáy tháp: 1360C

2.2.4.2. Sơ đồ công nghệ(Bản vẽ kèm theo) (Bản vẽ kèm theo)

Tại cụm Feed Drier, dòng naphtha nhẹ 201 kết hợp với dòng 549 hồi lưu từ tháp DIH được đưa vào đáy thiết bị hấp phụ DR-2303/2304 để khử nước và một số tạp chất, sau đó đi ra tại đỉnh và được chứa tại Surge Drum D2301 và được bơm P- 2301A/B đưa đến kết hợp với dòng 115 đi ra từ cụm Make-up gas.

Tại cụm Make-up Gas, dòng 113 chứa chủ yếu hidro sẽ qua thiết bị hấp phụ DR-2301 để tách loại nước, dòng đi ra là dòng 115.

Dòng 327 kết hợp từ dòng 313 sau khi qua bơm P-2301 và 549 sẽ lần lượt qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-2306, E-2307 trao đổi nhiệt với các dòng sản phẩm đi ra từ các thiết bị phản ứng R-2302/2303 nhằm tận dụng nhiệt, sau đó nó sẽ kết hợp với dòng C2Cl4 cho vào để tăng hoạt tính của xúc tác trước khi được gia nhiệt bằng MP-water tại thiết bị E-2308 trở thành dòng 331 đi vào thiết bị phản ứng đầu tiên R-2302. Tại đây, các phản ứng isome hóa xảy ra.

Một phần nhiệt lượng của dòng 332 có nhiệt độ cao đi ra từ R-2302 được dùng để gia nhiệt cho dòng 328 tại thiết bị E-2307, sau đó dòng 332 giảm nhiệt độ trở thành dòng 338 đi vào thiết bị phản ứng thứ 2: R-2303 để tiếp tục các quá trình isome hóa.

Dòng 339 đi ra từ R-2303 được tách làm hai nhánh, một nhánh sau khi trao đổi nhiệt với dòng 327 tại E-2306 sẽ kết hợp với nhánh còn lại để thành dòng 343. Dòng 343 với áp suất cao được cho qua van giảm áp VLV-101 trước khi vào thiết bị Stabilizer.

Trong thiết bị Stabilizer, xảy ra quá trình phân tách, dòng sản phẩm đi ra ở đỉnh tháp T-2301 với thành phần chủ yếu là hidrocacbon nhẹ và HCl sẽ được chuyển đến thiết bị Scrubber T-2302 để tách loại HCl ra khỏi dòng khí bằng xút NaOH 14,4%wt. Dòng khí sạch sẽ được đưa đến Fuel Gas.

Dòng sản phẩm đáy 464 của Stabilizer sau khi gia nhiệt cho dòng tuần hoàn nội của tháp DIH trở thành dòng 485 qua van giảm áp đi vào tháp thực hiện quá trình tách. Dòng nguyên liệu vào tháp tại vị trí đĩa 25. Dòng sản phẩm đi ra từ đáy của DIH được bơm P-2311A /B đưa sang thiết bị làm lạnh E-2315 để giảm nhiệt độ xuống 370C trước khi đến kho lưu trữ. Dòng sản phẩm đỉnh và dòng sản phẩm đáy thu được chính là sản phẩm Isomerat có RON cao được đưa đến bể chứa, dùng để phối trộn xăng thương phẩm.

Dòng rút ra từ đĩa 71 ở thân tháp có chứa nhiều cấu tử có RON thấp (nC6, 2- MP, 3-MP) được chia thành 2 dòng: 1 dòng hồi lưu lại thân tháp tại đĩa 71, dòng còn lại được hồi lưu về lại quá trình và được trộn với dòng nguyên liệu.

Chương 3

MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG ĐỒNG PHÂN HÓA BẰNG PHẦN MỀM ASPEN HYSYS

3.1. Giới thiệu về phần mềm Hysys

3.1.1. Giới thiệu sơ lược về Aspen Hysys

Aspen Hysys là một phần mềm có khả năng tính toán đa dạng, tích hợp giữa Aspen và Hysys, cho kết quả có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ và khảo sát các thông số trong quá

- Tích hợp hơn.

- Dễ nhìn và có thể tương tác qua lại. - Có khả năng mở rộng.

Với giao diện thân thiện của Hysys việc tương tác giữa người và máy trở nên dễ dàng hơn vì vậy chúng ta có thể thao tác với các biến số cần xử lý và mô hình của các thiết bị một cách dể dàng, cũng như khả năng thiết kế mô phỏng.

Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng:

- Steady Mode: Trạng thái tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá trình.

- Dynamic Mode: Trạng thái động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở trạng thái đang vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi của một vài thông số.

3.1.2. Những ưu điểm của phần mềm Aspen Hysys

Aspen Hysys cho độ chính xác rất cao. Trong Hysys việc mô phỏng được hướng dẫn một cách cặn kẽ, Hysys có khả năng báo lỗi bằng màu đỏ tại các thiết bị mô phỏng khi ta nhập dữ liệu không hợp lệ hoặc nhập thiếu dữ liệu. Việc điều hành và tính toán các thông số công nghệ của dòng và các thiết bị trong nhà máy mang tính logic cao, việc thêm bớt các thiết bị cũng đơn giản và không cần đòi hỏi nhập lại các số liệu ban đầu cũng như thiết lập một quy trình. Khi mô phỏng thì Hysys có các khả năng sau:trình thiết kế nhà máy hóa chất. Ngoài thư viện có sẵn, Hysys (Aspen Hysys) cho phép người sử dụng tạo các thư viện riêng rất thuận tiện cho việc sử dụng.

Ngoài ra, Hysys còn có khả năng tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đây chính là điểm mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban đầu khác nhau.

- Khả năng tính toán các thông số còn lại khi đã biết đủ các thông số liên quan: trong Hysys, người ta đã lập ra nhiều mô hình nhiệt động và phương trình tính toán các đặc trưng lý hoá của tất cả các cấu tử và hợp chất.

- Khả năng tính toán hai chiều và khả năng sử dụng thông tin một phần: chương trình chia làm nhiều phần nhỏ (các đơn vị unit khác nhau). Mỗi unit là một thiết bị như: tháp chưng cất, máy nén, bình tách,... có khả năng xác định xem các thông số nào đã biết hoặc các thông số nào có thể tính toán từ các dòng nối với các unit đó.

- Khả năng truyền dữ liệu: khi Hysys được cung cấp thêm một thông tin mới, chương trình lập tức sẽ thực hiện các tính toán có thể rồi chuyển kết quả mới này tới các thiết bị sử dụng chúng. Trong quá trình chạy, Hysys sẽ thực hiện việc truyền dữ liệu và các phép tính lặp để đưa ra kết quả tối ưu từ những thông số mà người mô phỏng nhập vào.

- Khả năng tự động tính toán lại: Khi người mô phỏng loại bỏ một thông số hoặc một thiết bị nào đó, Hysys sẽ tự động loại bỏ tất cả các thông số tính toán được từ các thông số cũ và giả định chúng là chưa biết. Các thông số không liên quan đến thông số bị loại bỏ vẫn được giữ lại.

3.2. Thao tác mô phỏng tính toán trong Aspen Hysys

3.2.1. Các bước xây dựng mô hình tính toán mô phỏng trong Hysys

Trong phạm vi đồ án này ta sử dụng công cụ Aspen Hysys để mô phỏng công nghệ PENEX/DIH phân xưởng isome hóa của nhà máy lọc dầu Dung Quất. Để bắt đầu tiến hành mô phỏng tính toán cho một quy trình công nghệ của một nhà máy nào đó thì yêu cầu người thực hiện mô phỏng trước tiên phải nắm rõ toàn bộ quy trình công nghệ, cũng như am hiểu toàn bộ các thông số thiết kế của tất cả các thiết bị, các thông số về nguyên liệu liên quan đến quá trình mô phỏng trong nhà máy,… để từ đó tiến hành mô phỏng và đưa ra ý tưởng về thông số công nghệ, chế độ vận hành. Dựa vào kết quả thu được từ Hysys để so sánh và đánh giá,… trên cơ sở đó sẽ đưa ra chế độ vận hành tối ưu nhất cho quy trình công nghệ nhằm nâng cao hiệu suất của nhà máy.

Để bắt đầu tiến hành thiết kế mô phỏng cho một quy trình công nghệ, ta thực hiện các bước sau:

Bước 1: Khởi động phần mềm mô phỏng

Hình 3.1: Khởi động phần mềm

Bước 2: Thiết lập hệ đơn vị sử dụng: Từ Menu Bar chọn Tools\ Preferences để hiện ra cửa sổ Preferences và sau đó lựa chọn Variable Tab.

Bước 3: Trong bước này chúng ta có hai trường hợp lựa chọn:  Mở một quy trình đã được thiết lập: chọn File/Open Case.  Thiết lập một quy trình mới: Vào File/ chọn New Case.

Bước 4: (Bước 4 chỉ thực hiện khi bước 3 chọn thiết lập một quy trình mới) Chọn mô hình nhiệt động. Việc xác định hệ nhiệt động có ý nghĩa quan trọng vì điều này sẽ quyết định đến phương pháp tính toán và kết quả của quá trình.

Hình 3.3: Chọn hệ phương trình nhiệt động

Ngoài việc lựa chọn thành phần các cấu tử có sẵn, Hysys còn cho phép người sử dụng lựa chọn các hệ giả định, đây là những hệ không bao gồm từng cấu tử riêng lẻ mà được xác định thông qua các thông tin về tính chất hoá lý như đường cong ASTM, TBP,...

Hình 3.4: Lựa chọn cấu tử

Bước 4: Nhấn phím Enter Simulation Environment để vào môi trường mô phỏng, ở đây ta có thể thiết lập các dòng và thiết bị cần thiết cho quy trình công nghệ. Trong môi trường mô phỏng, ta nhấn F4 sẽ xuất hiện Case (Main) gồm tất cả các thiết bị có thể có trong phân xưởng như: Tháp chưng cất, thiết bị phản ứng, bình tách, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị gia nhiệt, thiết bị làm nguội bằng không khí, bơm, van, và một số thiết bị điều khiển,… Ta tiến hành lựa chọn thiết bị và nhập các thông số cần thiết cho thiết bị đó, sau đó là lắp ghép chúng lại với nhau theo đúng sơ đồ quy trình công nghệ của phân xưởng.

Hình 3.5: Môi trường mô phỏng trong Hysys

Bước 5: Xuất kết quả của quá trình mô phỏng dưới dạng dữ liệu thông qua Report (chọn Tool/Reports) hoặc bằng đồ thị (Graph) hoặc dưới dạng bảng (Table).

Bước 6: Trong trường hợp muốn chuyển sang trạng thái động của quá trình (Dynamic Mode) thì cần thực hiện các bước sau:

Thiết lập các thông số động của quá trình thông qua Dyn Property Model.

Xác định kích thước của các thiết bị cùng với các thông số cần thiết như số vòng quay của bơm, quạt, máy nén,...

Thiết lập các bộ điều khiển và các bảng theo dõi.

3.2.2. Ứng dụng Aspen Hysys để mô phỏng công nghệ PENEX/DIH củaphân xưởng Đồng phân hóa phân xưởng Đồng phân hóa

Như đã được giới thiệu ở phần trên, nguyên liệu vào nhà máy là hệ gồm hỗn hợp các cấu tử hydrocacbon nhẹ, nên hệ phương trình nhiệt động ta dùng trong mô phỏng ở đây là hệ Peng-Robinson.

3.2.2.1. Tiến hành xây dựng sơ đồ công nghệ

Nhấp chọn New Case để vào trong hộp thoại Simulation Basis Manager.

Trong Components, nhấp vào Add để thiết lập hệ các cấu tử có mặt trong thành phần nguyên liệu của phân xưởng trong thư viện các cấu tử có sẵn.

Hình 3.6: Lựa chọn cấu tử từ Component Library

Chọn phương trình nhiệt động Peng-Robinson trong hộp thoại Fluid Package. Đóng cửa sổ trên lại để quay trở lại hộp thoại Basis Manager và nhấn vào

Enter Simulation Environment để thiết lập sơ đồ mô phỏng

Nhấn vào phím “F4” thì trong màn hình Hysys sẽ xuất hiện một hộp thoại Case (Main), tiếp theo ta chọn từ Case các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ như :

- Thiết bị hấp phụ và khử hấp phụ. - Các thiết bị trao đổi nhiệt.

- Các thiết bị gia nhiệt và làm lạnh. - Các van và bơm.

- Các bình hồi lưu. - Thiết bị phản ứng.

- Tháp Stabilizer và tháp DIH…

3.2.2.2. Nhập các thông số cho các dòng và các thiết bị

Quá trình mô phỏng được chia làm 5 cụm thiết bị: Make-up Gas, Feed Driers, Thiết bị phản ứng, Stabilizer, Net Gas Scrubber, Tháp Deisohexanizer.

3.2.2.2.1 Cụm Feed Driers (DR-2303/2304)

Ta tiến hành nhập các thông số cho dòng nguyên liệu Naphtha (201) và dòng hồi lưu 549 từ tháp DIH về cụm Feed Driers.

Hình 3.7: Nhập các thông số cho dòng Feed Naphtha (201)

Cả hai dòng này được hợp lại với nhau tại thiết bị MIX-1 thành dòng 304 đi đến thiết bị hấp phụ bằng rây phân tử DR-2303/2304.

Phần mềm Aspen Hysys không cho phép mô phỏng thiết bị hấp phụ rây phân tử này nên để ta mô phỏng thay thế bằng thiết bị Component Splitter. Sản phẩm ra gồm có dòng nguyên liêu đã tách triệt để nước và nước bị hấp phụ.

Hình 3.9: Biểu diển thiết bị hấp phụ DR-2303

Mô phỏng thiết bị giải hấp DR-2304 với tác nhân giải hấp là sản phẩm đỉnh của tháp DIH: