Đề tài Nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng mô hình quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH CHO NMLD DUNG QUẤT GVHD: HVTH: HOÀNG MẠNH HÙNG MSHV: 10400156 Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 06/2011 Trang 1/8 I. Đặt vấn đề Hiện nay, các nhà máy lọc dầu trên thế giới đang vận hành trong điều kiện thị trường diễn biến hết sức phức tạp, bao gồm sự biến động thất thường của giá dầu và các sản phẩm lọc dầu, thị trường vận chuyển dầu thô và nhu cầu sản phẩm lọc hóa dầu của thị trường cũng như những yêu cầu ngày càng khắt khe hơn về tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm và tiêu chuẩn môi trường. Song song với sự phức tạp là mức độ linh hoạt khá lớn trong hoạt động của nhà máy lọc dầu. Ví dụ, một trong những sản phẩm phổ biến nhất của nhà máy lọc dầu là nhiên liệu cho động cơ, khách hàng không quan tâm nhiều đến sự phức tạp hay đơn giản của nhà máy lọc dầu, loại dầu thô nào được mua, công nghệ xử lý nào được lựa chọn, cấu tử pha trộn và phụ gia là gì. Khách hàng quan tâm chủ yếu đến động cơ của họ có hoạt động tốt khi sử dụng nhiên liệu đó hay không và giá tiền họ phải trả. Do đó, nhà máy có thể linh hoạt trong việc lựa chọn nguồn nguyên liệu, chế độ vận hành của nhà máy,… miễn là sản phẩm đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng với giá hợp lý. Như vậy, vận hành nhà máy lọc dầu cần đảm bảo cả hai yếu tố phức tạp và linh hoạt để thỏa mãn yêu cầu của khách hàng và tạo ra lợi nhuận cho nhà máy. Điều này đòi hỏi sự tối ưu hoá nhiều phương diện trong hoạt động của nhà máy lọc dầu. Các mục tiêu cho việc tối ưu hóa hoạt động của NMLD bao gồm:  Tối ưu hóa chi phí nhập dầu thô;  Tối ưu hóa việc pha trộn dầu thô để xử lý;  Tối ưu hóa những tiêu chuẩn kỹ thuật mà sản phẩm cần đáp ứng;  Tối ưu hóa sự tiêu thụ nhiên liệu và các tiện ích khác khi vận hành nhà máy, giảm thiểu tổn thất, hao hụt;  Tối ưu hóa việc sử dụng cơ sở vật chất;  Tối ưu hóa trong hoạt động tồn trữ;  Tối ưu hóa công suất nhà máy và lập kế hoạch ngừng sản xuất;  Tối ưu hóa hoạt động nhà máy để duy trì tiêu chuẩn cao nhất về an toàn, tuổi thọ và hoạt tính xúc tác. Tất cả những mục tiêu trên nhằm đạt được mục đích cuối cùng là tối đa hóa lợi nhuận. Trang 2/8 Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, do được thiết kế để xử lý loại dầu thô ngọt, nhẹ và nhiều paraffin như dầu thô Bạch Hổ (là loại dầu hiếm trên thế giới) nên có cấu hình công nghệ khá đặc biệt. Ngoài ra, tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của nhà máy lại khá thấp (chỉ tương đương Euro II). Trong điều kiện hiện nay, khi nguồn dầu thô Bạch Hổ đang suy giảm, và các yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm ngày càng khắt khe hơn, thì để đảm bảo cho sự vận hành hiệu quả của nhà máy, việc sử dụng các công cụ để tối ưu hóa vận hành của nhà máy trong việc lựa chọn loại dầu thô phù hợp cho hoạt động của nhà máy, lên kế hoạch tiếp nhận dầu thô cũng như kế hoạch vận hành của nhà máy, tối ưu hóa pha trộn sản phẩm cho nhà máy là hết sức cần thiết. Có rất nhiều quyết định liên quan để đạt được điều kiện vận hành tối ưu cho nhà máy lọc dầu. Từ cấp độ quản lý: các nhà quản lý cần quyết định loại dầu thô cần xử lý cơ cấu sản phẩm cần tạo ra, định hướng vận hành, loại xúc tác và chế độ vận hành tốt nhất cho mỗi quá trình. Từ cấp độ kỹ thuật công nghệ trong mỗi quá trình, người vận hành cần xác định chi tiết điều kiện vận hành cho mỗi thiết bị, như nhiệt độ, áp suất,… Tất cả các quyết định trên đều có tương tác với nhau. Tương ứng với các cấp độ tối ưu hóa, vấn đề tối ưu hóa tổng thể cho nhà máy lọc dầu được tách thành 2 phần: - Phần một: Tối ưu hóa toàn bộ nhà máy Phần này tập trung vào vấn đề quản lý tổng thể nhà máy, không xem xét đến chi tiết quá trình. Phương pháp quy hoạch tuyến tính (LP) đã được sử dụng rộng rãi cho ứng dụng này. Tuy nhiên, phương pháp LP dựa trên các mối quan hệ được đơn giản hóa, do đó phương pháp này không thể mô tả các mối quan hệ phi tuyến và rời rạc trong thực tế một cách chính xác. Điều này làm giới hạn áp dụng của LP chỉ trong lập kế hoạch dài hạn với các kết quả mang tính biểu thị, nhưng không thể áp dụng được cho lập kế hoạch ngắn hạn và tối ưu hóa trực tuyến. - Phần hai: tối ưu hóa cho từng quá trình chế biến trong nhà máy Phần này tập trung vào chi tiết vận hành từng quá trình trong nhà máy. Các mô hình chính xác được sử dụng để mô phỏng mỗi quá trình, với kết quả gần với thực tế hơn. Tuy nhiên, vai trò của mỗi quá trình đến hiệu quả kinh tế của nhà máy không được thể hiện và tích hợp với tối ưu hóa của toàn nhà máy. Do đó, tối ưu hóa từng quá trình chế biến sẽ không góp phần định hướng tối ưu hóa toàn bộ nhà máy. Từ những phân tích trên cho thấy, tối ưu hóa từng quá trình chế biến trong nhà máy cần được tích hợp với tối ưu hóa toàn bộ nhà máy để đảm bảo kết quả thu được từ Trang 3/8 quá trình tối ưu hóa có ý nghĩa thiết thực đối với hoạt động sản xuất của NMLD Dung Quất. Trong phạm vi luận văn Thạc sỹ, Học viên sẽ thực hiện tối ưu hóa toàn bộ nhà máy, trong đó mô hình quy hoạch tuyến tính cho nhà máy được xây dựng và sử dụng làm công cụ thực hiện công việc này. II. Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng mô hình quy hoạch tuyến tính tổng thể cho NMLD Dung Quất phù hợp với cấu hình công nghệ và hoạt động sản xuất của Nhà máy; Ứng dụng mô hình quy hoạch tuyến tính trong một số lĩnh vực hoạt động sản xuất của Nhà máy: - Đánh giá khả năng chế biến một số loại dầu thô nội địa trong NMLD Dung Quất để làm cơ sở lựa chọn dầu thô cung cấp cho nhà máy trước tình trạng sản lượng khai thác dầu thô Bạch Hổ đang sụt giảm mạnh; - Đưa ra đề xuất kiến nghị về công nghệ và vận hành để nâng cao chất lượng sản phẩm của Nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn cao hơn hiện tại. III. Nội dung nghiên cứu III.1. Nghiên cứu lý thuyết quy hoạch tuyến tính và các ứng dụng của lý thuyết quy hoạch tuyến tính trong điều hành hoạt động sản cuất của Nhà máy lọc dầu. III.2. Nghiên cứu phương pháp xây dựng kế hoạch sản xuất cho Nhà máy Lọc dầu trên thế giới. III.3. Nghiên cứu qui trình công nghệ của NMLD Dung Quất - Điều kiện tiếp nhận, tồn trữ và phân phối nguyên liệu, sản phẩm; - Các công nghệ chính của nhà máy (NHT, ISOM, CCR, RFCC, LCO_HDT, NTU, KTU, LTU và PRU): nguyên liệu, sản phẩm, chế độ vận hành, nhu cầu tiện ích; - Các phân xưởng công nghệ phụ trợ: cấp điện, cấp nước, hơi nước,…; - Hệ thống pha trộn dầu thô và sản phẩm; Trang 4/8 - Thu thập thông tin về các loại dầu thô định hướng sử dụng cho nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhu cầu thị trường tiêu thụ sản phẩm và tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm của nhà máy. III.4. Xây dựng mô hình quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất Hàm mục tiêu: là lợi nhuận thô của nhà máy, được tính theo Lợi nhuận thô = (giá sản phẩm * năng suất sản phẩm) – (giá dầu thô * công suất xử lý dầu thô) – chi phí tiêu hao phụ trợ Các ràng buộc: - Ràng buộc về công suất xử lý của các phân xưởng Công suất xử lý của phân xưởng = công suất yêu cầu tối thiểu của phân xưởng ≤ (năng suất dòng nguyên liệu)  công suất thiết kế của các phân xưởng - Ràng buộc về cân bằng vật chất các dòng sản phẩm  Đối với dòng sản phẩm từ các phân xưởng xử lý Năng suất sản phẩm = Hiệu suất sản phẩm * năng suất nguyên liệu  Đối với dòng sản phẩm cuối cùng Năng suất sản phẩm cuối cùng = Năng suất sản phẩm trung gian dùng để pha trộn Năng suất sản phẩm trung gian dùng để pha trộn được tính toán dựa trên tối ưu hóa lợi nhuận thô mà vẫn đảm bảo các ràng buộc về tính chất sản phẩm  Cân bằng vật chất của dòng sản phẩm trung gian Lượng sản xuất – lượng tiêu hao cho các cụm xử lý/ pha trộn + lượng nhập khẩu – lượng xuất khẩu – lượng theo nhu cầu xác định = 0 - Nhu cầu nhiên liệu cho nhà máy được đáp ứng từ 2 nguồn  Hỗn hợp C4s dư sau khi đã sản xuất LPG và xăng;  DCO từ cụm RFCC; Nhu cầu nhiên liệu cho nhà máy được tính toán dựa trên nhu cầu tiêu thụ nhiên liệu của từng phân xưởng trong nhà máy, dựa trên sổ tay thiết kế và vận hành thực tế tại nhà máy. - Ràng buộc khả năng cung cấp dầu thô và khả năng tiêu thụ sản phẩm của nhà máy Trang 5/8 Ràng buộc khả năng tiêu thụ sản phẩm được dựa trên các nghiên cứu thị trường sản phẩm xăng dầu tại Việt Nam. - Ràng buộc về tính chất của sản phẩm Sản phẩm cuối cùng của nhà máy thu được từ việc pha trộn các sản phẩm trung gian từ các cụm xử lý. Sản phẩm cuối cùng của nhà máy cần phải đạt các yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng theo như thiết kế của NMLD Dung Quất. Trong đó, các tính chất quan trọng quyết định đến việc pha trộn sản phẩm và cơ cấu sản phẩm của nhà máy được cho trong các bảng dưới đây. Giá dầu thô và sản phẩm của nhà máy Giá dầu thô được tính toán trên giá thống kê hoặc căn cứ trên giá dầu thô chuẩn (Bạch Hổ, WTI, Brent,…). Giá sản phẩm xăng dầu được tính toán trên cơ sở giá thống kê. III.5. Kiểm chứng mô hình Mô hình được kiểm chứng dựa trên sổ tay thiết kế của nhà máy hoặc số liệu vận hành thực tế của nhà máy. Chênh lệch giữa kết quả của mô hình và số liệu được dùng để đối chứng phải nằm trong khoảng sai số cho phép. III.6. Ứng dụng mô hình quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất III.6.1. Đánh giá khả năng chế biến một số dầu thô nội địa trong NMLD Dung Quất - Dựa trên báo cáo phân tích chi tiết dầu thô được xem xét và tiêu chuẩn tính chất nguyên liệu của các phân xưởng trong nhà máy, nghiên cứu sẽ đưa ra kết luận sơ bộ về khả năng sử dụng loại dầu thô này làm nguyên liệu cho nhà máy; - Áp dụng mô hình quy hoạch tuyến tính của NMLD Dung Quất, thực hiện tối ưu hóa cơ cấu sản phẩm của nhà máy khi sử dụng nguyên liệu xem xét; - Đề xuất loại dầu thô được sử dụng để chế biến cho nhà máy trong từng giai đoạn trên cơ sở phân tích kỹ thuật và lợi nhuận đem lại khi chế biến dầu thô; - Xây dựng quy trình tổng quát để đánh giá nguyên liệu của nhà máy. Trang 6/8 III.6.2. Nghiên cứu, đề xuất cải tiến công nghệ và thông số vận hành NMLD Dung Quất để nâng cao chất lượng sản phẩm cho Nhà máy - So sánh tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm nhà máy đang áp dụng với các tiêu chuẩn hiện đang áp dụng tại các quốc gia trong khu vực và trên thế giới; - Đề xuất các giải pháp công nghệ và vận hành để nâng cao chất lượng sản phẩm của nhà máy; - Áp dụng mô hình LP để đánh giá lựa chọn giải pháp phù hợp cho NMLD Dung Quất. III.7. Kết luận và kiến nghị IV. Phương pháp nghiên cứu/Biện pháp thực hiện Nghiên cứu qui trình công nghệ của NMLD Dung Quất qua sổ tay vận hành nhà máy, bản vẽ PFD và P&ID; Tìm hiểu điều kiện vận hành thực tế của của NMLD Dung Quất; Tìm hiểu thông tin định hướng sử dụng các loại dầu thô cho nhà máy; Thu thập số liệu về vận hành (cân bằng vật chất, năng lượng của nhà máy, chi phí vận hành, giá nguyên liệu, sản phẩm,…) phục vụ cho việc xây dựng và kiểm định mô hình; Tìm hiểu tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm Euro-III, Euro-IV, Euro-V và định hướng áp dụng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm xăng dầu của Việt Nam trong tương lai; Sử dụng báo cáo phân tích chi tiết một số dầu thô của Việt Nam. Trang 7/8 V. Bố cục dự kiến của Báo cáo V.1. Giới thiệu V.1.1. Cơ sở của nghiên cứu V.1.2. Bàn luận vấn đề V.1.3. Mục tiêu và Ý nghĩa V.1.4. Phạm vi nghiên cứu V.2. Tổng quan V.2.1. Giới thiệu chung về NMLD Dung Quất 1) Cấu hình công nghệ Nhà máy 2) Nguyên liệu, cơ cấu và chất lượng sản phẩm V.2.2. Lý thuyết quy hoạch tuyến tính và ứng dụng trong Nhà máy Lọc dầu V.2.3. Công tác xây dựng kế hoạch sản xuất trong NMLD V.3. Xây dựng mô hình quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất V.3.1. Phương pháp xây dựng mô hình quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất V.3.2. Xây dựng mô hình quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất 1) Dữ liệu đầu vào mô hình 2) Kết quả thu được từ mô hình đã xây dựng 3) Kiểm chứng mô hình V.4. Ứng dụng mô hình quy hoạch tuyến tính NMLD Dung Quất V.4.1. Đánh giá khả năng chế biến một số dầu thô trong nước V.4.2. Nghiên cứu cải tiến cấu hình công nghệ và điều kiện vận hành để nâng cao chất lượng sản phẩm của Nhà máy VI. Kết quả nghiên cứu và kiến nghị TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học Trang 8/8 1 Mô hình quy hoạch tuyến tính của NMLD Dung Quất Kết quả thu được từ mô hình phản ánh phù hợp với tình hình hoạt động của Nhà máy 2 Báo cáo “Nghiên cứu, Xây dựng và Ứng dụng Mô hình Quy hoạch tuyến tính cho NMLD Dung Quất Báo cáo cung cấp đầy đủ thông tin các nội dung theo đề cương luận văn.