Đề tài Mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu dung quất với nguyên liệu 100% dầu thô bạch hổ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT VỚI NGUYÊN LIỆU 100% DẦU THÔ BẠCH HỔ GVHD: TRẦN HẢI ƯNG HVTH: HOÀNG MẠNH HÙNG PHÙNG THỊ CẨM VÂN NGUYỄN HUỲNH HƯNG MỸ BÙI THANH HẢI NGUYỄN HỒNG THOAN LỚP: CAO HỌC HÓA DẦU K2010 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 02/2011 2 MỤC LỤC I. GIỚI THIỆU VỀ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN (CDU – CRUDE DISTILLATION UNIT) CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT……………………………………………………………………………3 II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II .......................... 5 II.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Pro/II .......................................... 5 II.2. Tổng quan về một dự án mô phỏng ..................................................... 7 III. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II ............................ 8 III.1. Nguyên liệu ..................................................................................... 8 III.2. Sơ đồ mô phỏng bằng phần mềm PRO/II ......................................... 9 III.3. Mô hình nhiệt động ........................................................................ 13 III.4. Xây dựng mô hình và các thông số mô phỏng cần thiết ................. 13 III.5. Xác định số đĩa lí thuyết thích hợp cho T-1101: ............................. 17 III.6. Số đĩa lí thuyết là 26 đĩa, các số liệu khác giống như Foster Wheeler (FW) :...................................................................................................... 17 3 I. GIỚI THIỆU VỀ PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN (CDU – CRUDE DISTILLATION UNIT) CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT Phân xưởng chưng cất khí quyển CDU có thể được xem là phân xưởng “cửa ngõ” của một nhà máy lọc dầu với nhiệm vụ phân tách dầu thô thành những phân đoạn nhỏ hơn theo những khoảng nhiệt độ sôi khác nhau. Phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thiết kế với công suất 6,5 triệu tấn dầu thô/năm tương đương với 812.500 kg/h (tính cho 8.000 giờ làm việc/năm). Phân xưởng CDU được thiết kế để vận hành với hai nguồn dầu thô là dầu Bạch Hổ của Việt Nam và dầu Dubai của Trung Đông. Theo kế hoạch, giai đoạn đầu hoạt động, nhà máy sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu là 100 % dầu thô Bạch Hổ. Sau đó sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu là dầu hỗn hợp (Dầu Mixed) gồm 84,6 % dầu Bạch Hổ và 15,4 % dầu Dubai. Các sản phẩm của phân xưởng CDU bao gồm Offgas, LPG, Full Range Naphta, Kerosen, LGO, HGO và cặn chưng cất khí quyển. Hầu hết các sản phẩm của CDU đều đi vào các phân xưởng khác của nhà máy lọc dầu như: NHT (Unit 012: Naphta Hydrotreatment Unit), KTU (Unit 014: Kerosen Treating Unit), RFCC (Unit 015: Residue Fluidised Catalytic Cracking Unit ) … Sơ đồ các phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất được thể hiện tròn Hình 1 bên dưới. Trên sơ đồ nhà máy, dòng dầu thô nguyên liệu sau khi đi qua hệ thống tiền gia nhiệt (Preheater), tách muối sẽ được đưa vào tháp chưng cất chính T- 1101 (Main fractionator). Tại đây dầu thô sẽ được phân tách ra thành các sản phẩm: 1. Over head – Phần đi ra trên đỉnh: phần này sẽ được đưa qua hệ thống làm nguội và phân tách để tách nước ra khỏi dòng Hydrocarbon lỏng trước khi cho dòng hydrocarbon vào tháp ổn định T-1107 (Stabiliser). Tháp ổn định sẽ phân tách ra các sản phẩm Offgas, LPG ở đỉnh và Full Range Naphta ở đáy; 2. Các sản phẩm cạnh sườn như Kerosen, LGO và HGO được lấy ra từ các Side colum T-1102, T-1103 và T-1104; 3. Cặn chưng cất khí quyển được lấy ra ở đáy tháp T-1101. 4 Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 1: Sơ đồ các phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Theo Sơ đồ các phân xưởng của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Hình 1), vùng được bao bọc bằng khung hình chữ nhật là phân xưởng chưng cất khí quyển CDU. Với hai thiết bị chính là tháp T-1101 (Main FRACTIONATOR) và tháp T-1107 (Stabiliser). Mô hình 3D của phân xưởng chưng cất khí quyển CDU nhìn theo hướng Đông Nam và Tây Nam được thể hiện trong Hình 2 và Hình 3 theo sau. 5 Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 2: Mô hình 3D của phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất nhìn theo hướng Đông Nam Nguồn: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất Hình 3: Mô hình 3D của phân xưởng CDU của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất nhìn theo hướng Tây Nam II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II II.1. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Pro/II Phần mềm Pro/II là một trong những sản phẩm của tổ hợp SIMSCI. Công ty này được thành lập từ năm 1957 chuyên về thiết kế các phần mềm mô phỏng dùng trong công nghệ hóa học, đặc biệt là ngành công nghiệp lọc - hóa dầu. 6 Hiện nay sản phẩm của tổ hợp này khá đa dạng, bao gồm các phần mềm thiết kế các thiết bị, đường ống, tính toán kinh tế,... Hình 4: Biểu tượng phần mềm mô phỏng Pro/II Phần mềm thiết kế mô phỏng Pro/II là sản phẩm đầu tiên của SIMSCI, là kết quả của nhiều lần nâng cấp từ năm 1967 đến năm 1988 và chính thức ra đời với tên gọi Pro/II. Hiện nay phần mềm này vẫn không ngừng nâng cấp và đã có phiên bản Pro/II 8.1 (Trong báo cáo này sử dụng phiên bản 8.0). Phần mềm này có thể sử dụng vào nhiều quá trình khác nhau như sau:  Xử lí dầu và khí  Tinh chế  Hóa dầu  Polyme  Dược phẩm Các ứng dụng mô phỏng gồm :  Thiết kế mới các quá trình  Ước tính cấu hình thiết bị  Hiện đại hóa và nâng cấp các thiết bị cũ  Gỡ rối và làm thông suốt hệ thống thiết bị  Đánh giá vấn đề môi trường của nhà máy  Kiểm tra, tối ưu hóa, cải tiến hiệu suất và lợi nhuận của nhà máy. 7 II.2. Tổng quan về một dự án mô phỏng Pro/II cho phép người dùng có nhiều phương pháp lựu chọn để nhập dữ liệu. Mặc dù vậy Pro/II có những cảnh báo khi dữ liệu bắt buộc bị thiếu. Vì vậy khi xây dựng một sơ đồ công nghệ để mô phỏng thì cần theo các bước sao cho mang tính logic. Dưới đây là một trình tự: 1. Xây dựng sơ đồ 2. Lựa chọn hệ đơn vị 3. Xác định các cấu tử cho dự án 4. Chọn các phương pháp nhiệt động học và tính chất vận chuyển 5. Cung cấp các dữ liệu cho dòng và thiết bị 6. Cung cấp các điều kiện làm việc cho quá trình 7. Chạy dự án mô phỏng Đây chỉ là những bước cơ bản để chương trình chạy, thực tế để mô phỏng một lưu trình hay một phân xưởng thì bước đầu tiên và vô cùng quan trọng là lập mô hình mô phỏng. Ở bước này người dùng phải đơn giản hóa sơ đồ công nghệ thực, bỏ đi những thiết bị không cần thiết, chuyển đổi các mô hình thực thành mô hình lí thuyết, tinh chỉnh mô hình. Hình 5: Sơ đồ một quá trình mô phỏng bằng Pro/II Sau khi chương trình chạy và có kết quả thì bước cuối cùng là đọc và phân tích kết quả mô phỏng. Vì ngôn ngữ của chương trình là tiếng Anh, nên các báo cáo được trình bày bằng ngôn ngữ này. Tuy nhiên cách trình bày cũng giúp người dùng dễ theo dõi, điều quan trọng là người dùng sẽ khai thác được 8 những gì từ các kết quả đó. Từ đó xem xét số liệu đó có khớp với các số liệu thực không hoặc sai khác thế nào, nếu có sự chênh lệch nhiều phải tìm ra nguyên nhân dẫn đến sai số. Pro/II là một phần mềm mô phỏng tính toán, các quá trình mô phỏng đều ở trạng thái tĩnh – Mô tả trạng thái hoạt động ổn định của hệ thống. Đó là cân bằng vật chất, các tính chất hóa lí, các tính chất đặc trưng của chất như RVP, điểm vẩn đục, RON... Như vậy Pro/II là phần mềm rất hữu ích, là công cụ đắc lực trong việc mô phỏng một mô hình hệ thống ở trạng thái tĩnh. Tuy nhiên, Pro/II không có các thiết bị điều khiển và đo lường như ở phần mềm Dynsim (Một phần mềm của SIMSCI chuyên mô phỏng một quá trình thay đổi theo thời gian). Kết quả mô phỏng ở trạng thái tĩnh không cho phép mô tả các ảnh hưởng của việc thay đổi các thông số điều khiển đến quá trình làm việc của thiết bị. III. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU DUNG QUẤT BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG PRO/II III.1. Nguyên liệu Nguyên liệu sử dụng trong quá trình mô phỏng này là 100% dầu thô Bạch Hổ. Các đặc trưng kỹ thuật của dầu thô Bạch Hổ được thể hiện như sau:  Thành phần cất: - Đường TBP: Số liệu đường cong TBP của dầu thô Bạch Hổ Phân đoạn (Fraction) Phần trăm khối lượng, %kl Phần trăm khối lượng tổng (%kl cummulative) Tỷ trọng (Density) Lights end 2,86 2,86 - 155-200 1,53 4,39 0,6816 200-315 8,43 12,82 0,7460 315-400 7,24 20,06 0,7734 400-500 8,38 28,44 0,7972 500-600 10,21 38,65 0,8160 9 600-700 12,11 50,76 0,8285 700-800 12,58 63,34 0,8437 800-900 12,84 76,18 0,8539 900-1050 9,74 85,92 0,8904 >1050 13,81 99,73 0,9313 Mất mát (Loss) 0,27 - Thành phần phần nhẹ (Lights end): Cấu tử % khối lượng Cấu tử % khối lượng Methane 0,0002 Cyclopentane 0,0300 Ethane 0,0031 2,2-dimetylbutane 0,0243 Propane 0,0327 2,3-dimetylbutane 0,0530 Isobutane 0,0488 2-metyl-pentane 0,3885 n-butane 0,2122 3-metyl-pentane 0,2099 isopentane 0,3741 n-hexane 0,8528 n-pentane 0,6270  Tính chất khác: - API=39,2 - Kw=12,3 III.2. Sơ đồ mô phỏng bằng phần mềm PRO/II Mô hình mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển với nguyên liệu 100% dầu thô Bạch Hổ được thể hiện trong Hình 6 theo sau. Dầu thô qua tiền gia nhiệt, tách muối, vào tháp chính sau đó qua NHT và tách thành Light Naphtha, Heavy Naphtha. 10 Hình 6: Sơ đồ mô hình mô phỏng phân xưởng CDU trên PRO/II của NMLD Dung Quất theo bản vẽ PFD