Mô phỏng phân xưởng xử lý khí (gas – plant) của nhà máy lọc dầu dung quất

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG
1. Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung
Quất.
1.1. Giới thiệu chung về đề tài.
Quá trình nguyên cứu trong đề tài này là phân xưởng xử lý khí (“Gas –
Plant”) của nhà máy lọc dầu Dung Quất nằm ở vị trí phía sau phân xưởng
chưng cất dầu thô (hình 1). Khí được xử lý lấy từ phân xưởng chưng cất khí
quyển (CDU), phân xưởng cracking xúc tác (RFCC), phân xưởng xử lý Naphta
bằng Hyđro (NHT) và từ phân xưởng LPG. Các phân đoạn nhẹ của các phân
xưởng này chứa chủ yếu các hyđrocacbure nhẹ và các tạp chất như H
2
O, H
2
S,
CO… sẽ đi qua phân xưởng xử lý khí để tạo ra các sản phẩm nhằm cung cấp
cho nhà máy và thị trường tiêu thụ
Hinh 1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu
Sản phẩm của chúng bao gồm các phân đoạn như sau:
- Phân đoạn C
1
, C
2
dùng để làm nguyên liệu đốt cho toàn bộ nhà máy,
sản phẩm này được gọi là Fuel Gas
- Phân đoạn khí hóa lỏng chủ yếu là propan và butan thu hồi dưới
dạng lỏng. Sản phẩm này được gọi là LPG ( Liquefied Petroleum Gas)
- Phân đoạn xăng nhẹ chứa chủ yếu là C
5
+, dùng làm như một sản
phẩm thương mại.
1.2. Các tiêu chuẩn của sản phẩm.

 Tiêu chuẩn của Fuel Gas: là khí đã tách Bupro và Naphta nhẹ. Khí có
thành phần chủ yếu là CH
4
và C
2
H
6
ngoài ra còn lẫn các hydrocacbon nặng và
các khí SO
x
, NO
x
, CO. Các khí này sẽ cho qua phân xưởng DeSO
x
để tránh gay
ăn mòn khi dùng cho nhà máy và ô nhiểm môi trường khi thải ra ngoài. Vì vậy
ta có tiêu chuẩn về Fuel Gas
o NO
x
: 1000 mg/Nm
3
max
o SO
x
: 500 mg/Nm
3
max
o Bụi chất xúc tác: 50 mg/Nm
3
max

o CO: 300 mg/Nm
3
max
o H
2
S: 50 ppm wt max
 Khí hóa lỏng – LPG (Liquefied Petroleum Gas): là khí có
thành phần chủ yếu là Propan và Butan được nén lại cho tới khí hóa lỏng ở một
nhiệt độ nhất định để tồn chứa, vận chuyển. Khí hóa lỏng được chia làm 2
phần.
o Phần dùng để sản xuất Propylen.
o Phần dùng làm sản phẩm thương phẩm.
Tiêu chuẩn của khí hóa lỏng LPG thương phẩm.
Các thông số Propan Butan
Áp suất hơi ở 15
o
C, Bar
20
o
C, Bar
50
o
C, Bar
6,5
9
19,6
0,8
2,75
7
Áp suất ở 760 mmHg,

o
C -42
÷
-45 -0,5
÷
2
Nhiệt bốc cháy,
o
C 520 500
Tỷ trọng so với không khí
Khối lượng riêng của khí
(760mmHg, 15,6
o
C), Kg/m
3
1,83 2.46
Nhiệt dung riêng, Btu/lb
o
F
KJ/Kg
o
C
Kcal/Kg/
o
C
0,6
2,512
0,58
0,57
2,386

0,55
Áp suất hơi bảo hòa ở 15,6
o
C,
KJ/Kg
358,2 372,2
Nhiệt trị toàn phần, KCal/Kg 12000 11800
Nhiệt trị tối thiểu, Kcal/Kg 11100 10900
Tỷ lệ thể tích khí/lỏng 275 235
Lượng không khí cần đốt cháy 1m
3
khí, m
3
25 33
Khối lượng riêng của chất lỏng ở
15,6
o
C, Kg/lit
0,5
÷
0,51 0,57
÷
0,58
Nhiệt cháy với không khí,
o
C 1967 1973
Nhiệt cháy với Oxy,
o
C 2900 2904
Thể tích riêng ở 15,6

o
C, lit/ Kg 1.957
÷
2.019 1.723
÷
1.760
- Naphta nhẹ: là hổn hợp của các hyđrocacbon lỏng dễ bay hơi. Các
hyđrocacbon này có phân tử lượng lớn hơn Butan, thành phần chủ yếu là C
5
+.
Để đảm bảo đặc tính kỷ thuật vận chuyển tàng trử và chế biến, Naphta nhẹ
phải được ổn định theo các tiêu chuẩn thương mại.
Từ các yêu cầu
tiêu chuẩn kỹ thuật
của từng sản phẩm
mà các phân đoạn
nhẹ của nhà máy lọc
dầu Dung Quất cần
phải đưa qua phân
xưởng xử lý khí
Thông số Tiêu chuẩn
Hàm lượng Sulphur (wt ppm) 10
RON Clear 91,8
MON Clear 79,6
TVP (g/cm2) 363
RVP (Kpa) 34
Tỷ trọng 0,732
D – 86
IP
5

10
30
50
70
90
95
EP
39
49
54
70
87
113
159
175
197
Hàm lượng Olefin (wt %) 35
(“Gas Plant”) để tách các phân đoạn nhẹ thành các sản phẩm có giá trị kinh tế,
sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy và sản xuất Propylen.
Trong chế độ công nghệ của nhà máy được thiết kế vận hành theo hai chế
độ: chế độ tối đa cho xăng và chế độ tối đa cho diezel. Trong đề tài phân
xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất thì em làm về chế độ tối đa
cho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ.
Đây là đồ án tốt nghiệp mô phỏng lại phân xưởng xử lý khí bằng phần mềm
mô phỏng Pro/II, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng
Pro\II là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này.
2. Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất
Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu kinh tế Dung Quất, là nhà máy lọc
dầu đầu tiên của Việt Nam, được xây dựng trên địa bàn xã Bình Thuận và Bình
Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Đây là một trong những dự án kinh tế

lớn, trọng điểm quốc gia của Việt Nam.
Nhà máy chiếm diện tích khoảng 338 ha mặt đất và 471 ha mặt biển. Công
suất chế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất là 6,5 triệu tấn/năm (tương
đương 148.000 thùng/ngày) dự kiến đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu thụ
xăng dầu ở Việt Nam.
Nhà máy được xây dựng với tổng mức đầu tư là hơn 3 tỉ USD (khoảng
40.000 tỉ đồng) với tên dự án là Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất của chủ đầu
tư là Tổng công ty dầu khí Việt Nam.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất là một tổ hợp phức tạp với hàng chục phân
xưởng như: chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU) (hình 1), xử lý
Naphtha bằng hyđro (NHT), tái tạo chất xúc tác liên tục, xử lý LPG, thu hồi
propylene (PRU), xử lý kerosene (KTU), xử lý naphtha từ RFCC (NTU), nước
chua (SWS), xử lý nước chua, tái sinh amine (ARU), trung hoà kiềm (CNU),
thu hồi lưu huỳnh (SRU), Isomer hoá (ISOM), xử lý LCO bằng hydro (LCO -
HDT)
Ngoài ra còn có các công trình phục vụ như: hệ thống cấp điện, khu bể
chứa dầu thô và sản phẩm 85,83ha; tuyến ống dẫn dầu thô và sản phẩm, cấp và
xả nước biển 94,46ha, bến cảng xây dựng, khu xuất sản phẩm…
Hình 1: Sơ đồ công nghệ tháp chưng cất dầu thô.
a. Các công nghệ của nhà máy lọc dầu Dung Quất:
Sử dụng các công nghệ hiện đại, mua bản quyền công nghệ từ các công ty
rất nổi tiếng về công nghệ như UOP (Mỹ), MERICHEM (Mỹ) và IFP (Pháp),
trong nhà máy lọc dầu như:
Phân xưởng cracking xúc tác tầng sôi nguyên liệu cặn (RFCC), sử dụng
công nghệ R2R của IFP (Pháp)
Công nghệ thiết bị tiếp xúc dưới dạng màng film xảy ra trên sợi kim loại
được sử dụng trong các phân xưởng như: phân xưởng xử lý Kerosen (KTU),
phân xưởng xử lý xăng Naphta của RFCC (NTU), phân xưởng xử lý LPG
(LTU) và phân xưởng trung hòa kiềm (CNU) nhằm mục đích xử lý H2S và
mercaptan có mùi khó chịu và ăn mòn thiết bị (KTU, LTU, NTU) và trung hòa

kiềm (CNU).
Cụm phân xưởng xử lý bằng hydro nguyên liệu và phân xưởng Reforming
xúc tác liên tục (NHT-CCR): phân xưởng CCR này nhằm nâng cao chỉ số
octan (RON) của xăng nặng đi ra từ quá trình chưng cất khí quyển dầu thô
(CDU), làm phối liệu để phối trộn xăng thương phẩm. Mặt khác phân xưởng
này cung cấp một lượng H2 dùng để cung cấp cho các phân xưởng xử lý bằng
H2 của nhà máy như NHT (xử lý nguyên liệu cho phân xưởng Reforming xúc
tác liên tục (CCR)). Ưu điểm của công nghệ UOP đối với phân xưởng CCR là
tăng hiệu suất thu sản phẩm, khả năng tái sinh xúc tác cao và yêu cầu về bảo
dưỡng thấp
b. Nguyên liệu vào và sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất:
Nguyên liệu của nhà máy được thiết kế để vận hành 2 loại nguyên liệu:
- Dầu Bạch Hổ: 6,5 triệu tấn/năm.
- Dầu hổn hợp: 5,5 triệu tấn/năm dầu Bạch Hổ + 1 triệu
tấn/năm dầu Dubai.
Nhà máy được thiết kế để sản xuất ra các sản phẩm sau:
- Khí hóa lỏng LPG (cho thị trường nội địa)
- Propylen
- Xăng 90/92/95
- Dầu hỏa
- Nhiên liệu phản lực Jet A1
- Diezel ô tô
- Dầu đốt (FO)
Các phân đoạn nhẹ như khí, LPG, xăng nhẹ… thu được từ các
phân xưởng khác nhau như phân xưởng RFCC, phân xưởng xử lý
Naphta bằng Hyđro (NHT), phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU)… tất
cả các phân đoạn nhẹ này đều được đưa đến phân xưởng xử lý khí
(“Gas Plant”) nhằm đảm bảo các tính chất cũng như tiêu chuẩn của từng
sản phẩm thương mại.
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PRO/II

2.1. Quá trình mô phỏng hệ thống.
2.1.1. Giới thiệu chung:
Trong xã hội phát triển ngày nay, nhu cầu về năng lượng là một nhu cầu
không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các hoạt động công
nghiệp nói chung. Một trong những nguồn cung cấp năng lượng rất quan trọng
là dầu khí − ngành công nghiệp đóng góp không nhỏ vào nguồn thu nhập của
các quốc gia. Bởi vậy các quốc gia, kể cả các nước không có nguồn dầu khí đã
và đang xây dựng cho mình một nền công nghiệp lọc dầu hiện đại, đáp ứng
nhu cầu tiêu dùng năng lượng không những ở trong nước mà còn cung cấp cho
các nước khác. Việc thu hồi tối đa những sản phẩm có hiệu quả kinh tế cao
luôn là vấn đề được các nhà dầu khí quan tâm.
Để không ngừng cải thiên năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các
công trình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành. Và trên hết
nhờ sự phát triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tính
tốc độ cao, các hệ điều hành siêu việt đã góp phần to lớn cho sự ra đời của các
phần mềm mô phỏng.
Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một
cách hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu
các yếu tố ảnh hưởng đến một quá trình đang hoạt động trong thực tế.
Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn
trong cùng thời gian với độ chính xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay.
Hơn nữa, chúng ta có thể tự động hóa quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ
để tránh việc phải thực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm.
Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một mô hình mẫu để nghiên cứu sự vận hành
của một phân xưởng khi thay đổi nguồn nguyên liệu hoặc các điều kiện vận
hành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất thu và chất lượng sản phẩm như
thế nào. Điều này sẽ đơn giản, nhanh chóng và tiết kiệm hơn nhiều so với thử
nghiệm trên phân xưởng thực tế. Vì rằng cơ sở tính toán các công cụ mô phỏng
thường dựa trên các bộ cơ sở dữ liệu chuẩn hóa, nên một khi đã xây dựng một
mô hình hợp lý thì bất kỳ một kỹ sư nào cũng có thể sử dụng nó để tính toán và

cho các kết quả chính xác.
Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình
hoạt động của nhà máy. Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm
việc và chế độ hoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một
đơn vị hoạt động nào đó.
Bên cạnh đó, các phần mềm mô phỏng còn giúp cho việc giảm thiểu những
tai nạn và rủi ro có thể xảy đến với con người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu
và tăng năng suất của nhà máy.
2.1.2 Các đặc điểm của quá trình mô phỏng.
 Các từ khóa thường dùng trong thiết kế mô phỏng:
• Simulation, process simulation: mô phỏng, quá trình mô phỏng.
• Dynamic simulation: mô phỏng động.
• Simolator: thiết kế mô phỏng.
• Equation of state (EOS): phương trình trạng thái.
• Steady-state simulation : mô phỏng trạng thái bền vững
• To proceed by trial and error: Tiến hành bắng cách mò mẫm.
• Model: mô hình.
• Modelling: mô hình hóa.
 Chương trình mô phỏng luôn có các thành phần sau:
- Thư viện dữ liệu và thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán các
tính chất hóa lý của các cấu tử và hệ cấu tử.
- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình có thể có trong hệ thống công
nghệ hóa học như bơm, máy nén, truyền nhiệt, chưng cất, Phần này chứa các
mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số công
nghệ của một quá trình được mô phỏng.
Các công cụ mô phỏng cho các quá trình điều khiển trong một quy trình
công nghệ hóa học.
Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô
phỏng và ngân hàng dữ liệu.
Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất, nhập, in dữ liệu và kết quả

tính toán được từ quá trình mô phỏng.
2.1.3 Mục đích và vai trò của phần mềm Pro/II.
Phần mềm Pro/II được sử dụng nhằm:
 Thiết kế một quá trình mới mới (Designing).
 Kiểm tra lại ( Retrofitting) các quá trình đang tồn tại
 Hiệu chỉnh các quá trình đang vận hành (Troubleshootin).
 Tối ưu hóa các quá trình đang vận hành (Optimizing).
 Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sử vận hành của nó (Rating) như: thay
đổi nguồn nguyên liệu, hiểu chỉnh (Troubleshooting),tối ưu
hóa(Optimizing) các quá trình vận hành.
Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một
cách hiểu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu
các yếu tố ảnh hưởng.Tốc độ của mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường
hợp hơn trong cùng thời gian với độ chính xác cao hơn tính toán bằng tay.
Có thể tự động hóa quy trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việc
thực hiện các phép tính lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm.
2.1.4. Các phần mềm mô phỏng trong công nghệ lọc hóa dầu:
Trong công nghệ hóa học người ta sử dụng rất nhiều phần mềm mô phỏng:
a. PRO/II (SIMSCI- Mỹ): sử dụng trong công nghiệp lọc hóa dầu.
b. HYSYS (HYPROTECH - Canada): sử dụng trong công nghiệp chế
biến khí
c. ASPEN PLUS (ASPENTECH - Mỹ)
d. DESIGN II (CHEMSHARE - Mỹ): sử dụng trong công nghiệp hóa
học nói chung.
e. PROSIM: Sử dụng trong công nghiệp hóa học.
Các phần mềm này đều có khả năng tính toán cho các quá trình lọc hóa
dầu, tuy nhiên mỗi phần mềm có ưu điểm vượt trội cho một quá trình nào đó.
Đa số các phần mềm chạy trên hệ điều hành DOS, chỉ có PRO/II và HYSYS
chạy trên môi trường Windows.

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng để tính toán công nghệ các quá trình lọc
hóa dầu ở nước ta còn nhiều hạn chế do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức
về các phần mềm.
2.2 Chương trình Pro/II.
2.2.1 Tính năng và phạm vi sử dụng.
PRO/II là sản phẩm của hãng SIMSCI được đưa vào sử dụng năm 1988 sau
nhiều lần cải tiến, có tác dụng mô phỏng các quá trình trong công nghệ hóa học
mà chủ yếu là lĩnh vực dầu khí. PRO/II có thể dễ dàng cài đặt trên hầu hết các
máy tính với một thư viện dữ liệu rộng lớn, các modun tính toán và sự đa dạng
về phương pháp nhiệt động đã đáp ứng được hầu hết các công việc thiết kế,
nghiên cứu trong công nghệ hóa chất, hóa dầu cũng như chế biến khí, là phần
mềm chuyên dụng tính toán các quá trình chưng cất rất chính xác. PRO/II có
giao diện đẹp, là phần mềm chạy trên môi trường Windows nên rất dễ dàng
giao tiếp giữa chương trình và người sử dụng.
Phần mềm này đựoc sử dụng nhằm hai mục đích:
- Thiết kế phân xưởng mới.
- Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để
nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc vận hành của nó như:
thay đổi nguồn nguyên liệu, điều kiện vận hành hay tiêu chuẩn kỹ
thuật của sản phẩm…
Việc nhập dữ liệu vào chương trình được tiến hành rất đơn giản vì trình tự
công việc được hướng dẫn cụ thể thông qua sự hiển thị màu trên màn hình.
Chương trình mô phỏng được chạy với số lần lặp xác định. Chương trình mô
phỏng phương pháp tính toán bằng tay, tự động biên dịch thông tin đưa vào và
thực hiện quá trình tính toán từ các thông tin đó. Chương trình có một số đặc
trưng sau:
Khả năng tính từng phần: khi đã biết đủ các thông số cần thiết thì chương
trình sẽ tự động tính các thông số còn lại.
Khả năng tính hai chiều và khả năng sử dụng thông tin một phần: chương
trình được chia thành nhiều modun khác nhau, mỗi modun là một thiết bị như

van, bơm, cột chưng cất Mỗi modun có khả năng xem thông số nào đã biết
và thông số nào cần thiết cho quá trình tính toán.
Khả năng truyền dữ liệu: khi PRO/II được cung cấp một thông tin mới,
chương trình sẽ thực hiện các tính toán có thể rồi truyền kết quả mới này đến
mỗi thiết bị có thể sử dụng chúng. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi tất cả
các tính toán nhờ thông tin mới này được hoàn tất.
Khả năng tự động tính toán lại: khi người thiết kế loại bỏ một thông số nào
đó, chương trình sẽ loại bỏ tất cả các kết quả tính được từ thông số đó, các kết
quả không liên quan sẽ được giữ lại.
Kết quả chạy PRO/II có thể xuất qua các chương trình khác như Word,
Excel, Autocad
 PRO/II được ứng dụng để:
- Thiết kế quy trình mới
- Nghiên cứu việc chuyển đổi chế độ hoạt động của nhà máy
- Hiện đại hóa các nhà máy hiện có
- Giải quyết sự cố trong quá trình vận hành của nhà máy
- Tối ưu hóa, cải thiện sản lượng và lợi nhuận
 PRO/II mô phỏng những quá trình tiêu biểu sau:
• Trong lĩnh vực lọc dầu:
- Chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển
- Gia nhiệt dầu thô
- Quá trình cốc hóa
- Quá trình FCC
- Các quá trình tách khí
- Quá trình ổn định naphta và gasoline
- Quá trình tách naphta
- Quá trình alkyl hóa
- Chưng cất chân không
- Stripping hơi nước
• Trong quá trình xử lý khí:

- Rửa Amine
- Làm lạnh bằng các tác nhân lạnh
- Nén khí
- Quá trình tách nước
- Quá trình giãn nở
- Tách ethane và methane
• Trong lĩnh vực hóa dầu:
- Tách hợp chất thơm
- Tách propylene.
- Sản xuất cyclohexane
- Sản xuất ethylene
- Sản xuất olefine
- Tách MTBE
• Trong công nghệ hóa học:
- Tổng hợp amoni
- Chưng cất trích ly và đẳng phí
- Quá trình kết tinh
- Tách nước
- Chưng phenol
- Polymer hóa
2.2.2 Các cụm thiết bị trong Pro/II
Trong thư viện PRO/II có lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra các sơ đồ
công nghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghệp hóa chất. Mỗi
thiết bị được xác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng
lượng trao đổi và các tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp ). Các
thiết bị liên hệ với nhau bằng các dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy vào
và ra khỏi thiết bị này sẽ xác định trạng thái làm việc của thiết bị. Các thiết bị
sẽ tự động cập nhật thông tin mới có liên quan đến chúng và tự cập nhật cho
các dòng chảy nối với chúng.
Các thiết bị chính trong chương trình PRO/II:

- Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)
- Thiết bị làm nguội, đun nóng (Cooler, Heater)
- Bộ trộn (Mixer)
- Van (Valve)
- Cột (Column): dùng trong các quá trình chưng cất, hấp thụ, trích ly
- Thiết bị chia dòng (Splitter): chia dòng chảy thành nhiều dòng theo
tỷ lệ tùy ý.
- Bộ tách (Seperator): gồm có thiết bị tách 2 pha, thiết bị tách 3 pha
và thiết bị tách chất rắn ra khỏi dòng lỏng hoặc hơi
- Thiết bị phản ứng (Reactor)
- Thiết bị nén, giãn nở (Compressor, Expander)
- Bơm (Pump)
- Thiết bị cân bằng (Balance): cân bàng năng lượng hay cân bằng vật
chất cho hệ
- Thiết bị điều khiển (Controller)
- Thiết bị hoàn lưu (Recycle)
2.2.3. Sử dụng chương trình Pro/II.
Các bước xây dựng một sơ đồ công nghệ trong chương trình PRO/II:
 Bước 1: Chuẩn bị sơ đồ công nghệ mong muốn
Chuẩn bị sẵn sơ đồ công nghệ và các thông số đầu vào, đầu ra cần thiết (tên
dòng, lưu lượng, nhiệt độ, áp suất ) của các dòng chảy cũng như các thông số
vận hành của thiết bị.
 Bước 2: Xây dựng PFD:
Vẽ chu trình (Process Flow Diagram - PFD) bằng cách chọn và định vị các
thiết bị (unit operation) trên cửa sổ chính. Vẽ các dòng vào ra cho từng thiết bị.
 Bước 3: Chọn hệ thống đơn vị đo:
Hệ đơn vị mặc nhiên được cài đặt trong chương trình là hệ đơn vị Anh, ta
có thể thay đổi và chọn hệ thống đơn vị khác như MET, hay SI, thông thường
ta hay chọn dơn vị MET.
 Bước 4: Xác định các cấu tử:

Có thể xác định trực tiếp bằng cách gõ tên của các cấu tử hoặc chọn từ danh
mục có sẵn trong thư viện của chương trình.
 Bước 5: Xác định phương trình nhiệt động thích hợp.
Có thể chọn phương pháp nhiệt động từ danh mục các phương pháp thông
dụng nhất trong thư viện. Việc chọn hệ thống phù hợp là bước quan trọng
trong chương trình mô phỏng.
 Bước 6: Lựa chọn các dòng nguyên liệu và sản phẩm: xác định thành
phần, trạng thái nhiệt của các dòng.
 Bước 7: Cung cấp dữ liệu cho dòng nhập liệu và các dòng hồi lưu:
Dữ liệu của dòng nhập liệu và dữ liệu giả định của các dòng hồi lưu cần
cung cấp gồm: lưu lượng, thành phần, điều kiện nhiệt động
 Bước 8: Cung cấp các điều kiện của quá trình:
Cung cấp đầy đủ các dữ liệu cần thiết cho mỗi thiết bị trong sơ đồ công
nghệ.
 Bước 9: Chạy và xem kết quả:
Trước khi tiến hành chạy chương trình, phải kiểm tra để đảm bảo rằng
không xuất hiện màu đỏ trên đường viền của các thiết bị hay các dòng chảy.
Nếu tất cả đường viền là màu xanh nước biển, xanh dương(hay đen) có nghĩa
là đã cung cấp đủ thông tin để chạy chương trình. Có thể xem kết quả bằng
nhiều cách: đồ thị, báo cáo xuất
2.3. Phương pháp lựa chọn mô hình nhiệt động.
2.3.1. Cơ sở lựa chọn.
• Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp cho một ứng dụng cụ thể là một
bước rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của kết quả
mô phỏng.
• Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính các thông số sau:
- Hằng số cân bằng pha K: thể hiện sự phân bố cấu tử giữa các pha ở
điều kiện cân bằng.
- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: xác định năng lượng cần thiết
để chuyển một hệ từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái khác.

- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: nhằm phục vụ việc tính toán các
máy nén, thiết bị giản nở và năng lượng tự do tối thiểu ở các thiết bị phản ứng.
- Tỉ trọng của pha lỏng và pha hơi: để tính toán quá trình truyền nhiệt,
trở lực và xác định kích thước tháp chưng cất.
• Để lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp, nên dựa vào các yếu tố sau:
- Bản chất của các đặc trưng nhiệt động của hệ như sau: Hằng số cân
bằng lỏng – hơi (VLE: Vapor Liquid Equilibrium) của các quá trình
chưng cất, cô đặc hoặc bốc hơi, quá trình trích ly…
- Thành phần của hổn hợp
- Phạm vi nhiệt độ và áp suất
- Tính sẵn có của các thông số hoạt động của các thiết bị
2.3.2. Các ứng dụng cụ thể.
 Các quá trình lọc dầu và chế biến khí:
• Hệ thống áp suất thấp (tháp chưng cất áp suất khí quyển và
chân không): Trong nguyên liệu của các hệ thống này nói chung có khoảng gần
3% thể tích phần nhẹ nên có thể chọn mô hình BK10 hoặc GS và các biến thể
của nó. Khi hàm lượng phần nhẹ lớn (nhất là thành phần C1) nên chọn EOS:
SRK, PR.
• Hệ thống áp suất cao (tháp chưng phân đoạn sản phẩm của
phân xưởng cracking, cốc hóa ): Trong hệ thống này, hàm lượng phần nhẹ nói
chung lớn hơn. Các mô hình nên chọn: GS, SRK, PR.
• Các quá trình chế biến khí thiên nhiên: trong thành phần
thường có chứa N
2
, khí acide (CO
2
, H
2
S) và các hydrocarbon nhẹ:
- Với loại khí chứa ít hơn 5% N

2
, CO
2
, H
2
S và không có cấu tử phân cực
nào khác nên chọn SRK, PR hoặc Benedict - Webb - Rubin - Starling (BWRS).
- Với loại khí chứa nhiều hơn 5% N
2
, CO
2
, H
2
S nhưng không có cấu tử
phân cực nào khác nên chọn SRK, PR và người sử dụng nên đưa vào các thông
số tương tác để thu được kết quả tốt hơn.
- Với hệ thống xử lý khí thiên nhiên có lẫn nước làm việc ở áp suất cao
(trong trường hợp này độ hoà tan của hydrocarbon trong nước sẽ tăng lên) nên
chọn các biến thể của các phương trình trạng thái như: SRKM, PRM hay
SRKS, SRKKD (Kabadi - Danner Modification to SRK).
- Khi khí thiên nhiên chứa các cấu tử phân cực như méthanol nên chọn
SRKM, PRM hay SRKS.
 Các quá trình hóa dầu:
• Quá trình xử lý hydrocarbon nhẹ:
- Ở áp suất thấp: SRK, PR.
- Ở áp suất cao: SRKKD.
• Xử lý hydrocarbon thơm:
- P < 2 bars: IDEAL.
- P > 2 bars: GS, SRK, PR.
• Xử lý hỗn hợp hydrocarbon thơm và hydrocarbon khác: NRTL,

UNIQUAC, UNIFAC.
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ KHÍ BẰNG
PHẦN MỀM PRO/II
3.1. Khai thác số liệu trong phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc
dầu Dung Quất.
Nguyên liệu của phân xưởng xử lý khí này được lấy từ các phân xưởng
RFCC, CDU, NHT, LPG. Dưới đây là thống số của từng cấu tử dòng nguyên
liệu.
Bảng 1: Đặc trưng của các dòng nguyên liệu vào phân xưởng
RFCC NHT CDU-GAS LPG OIL DEA
Nhiệt độ (
o
C) 45 40 50 46 45 55
Áp suất
(kg/cm
3
g)
0,85 0,6 0,7 46 9,5 22,6
Đơn vị Kg-mol/h
H
2
O 3578,33 1,13 0,11 0 1,26 832,27
N
2
71,53 0 0 0 0,01 0
CO 6,11 0 0 0 0 0
CO
2
13,04 0 0 0 0 0
H

2
S 3,7 0,32 0 0 0 0
H
2
202,91 13,16 0 0 0,01 0
METAN 152,83 1,69 0,04 0 0,03 0
ETAN 80,21 1,37 0,27 0,29 0,04 0
ETYLEN 81,77 0 0 0 0,03 0
PROPAN 148,08 0,83 1,26 3,92 0,14 0
PROPYLEN 532,5 0 0 0 0,48 0
i-BUTAN 297,95 0,06 0,89 5,9 0,45 0
n-BUTAN 95,58 0,4 2,96 26,01 0,17 0
i-Betene 146,25 0 0 0 0,23 0
1Butene 141,18 0 0 0 0,23 0
C2Butene 163,25 0 0 0 0,3 0
T2Butene 238,3 0 0 0 0,42 0
12BD 3,11 0 0 0 0,01 0
CP1 1086,09 0,25 0,02 0,51 3,18 0
CP2 1127,86 0,1 0 0 5,4 0
CP3 658,05 0,53 0 0 5,19 0
CP4 545,47 0 0 0 7,07 0
CP5 431,65 0 0 0 10,53 0
CP6 310,74 0 0 0 20,15 0
CP7 102,64 0 0 0 86,81 0
CP8 1,49 0 0 0 91,16 0
CP9 0,01 0 0 0 32,14 0
CP10 0 0 0 0 0,68 0
CP11 0 0 0 0 0,01 0
DEA 0 0 0 0 0 35,72
TỔNG 10220,63 18,84 5,54 36,64 266,1 868,78

Trong đó các cấu tử CP1, CP2, CP3, CP4, CP5, CP6, CP7, CP8, CP9,
CP10, CP11 là các cấu tử giả định cho các hydrocacbure nặng của phân đoạn
nguyên liệu này. Các tính chất của các cấu tử giả định này được cho trong bảng
sau:
Bảng 2: Các tính chất của phân đoạn dầu thô.
Tên
TB
(
o
C)
PM
(kg/kmol)
D
(kg/m
3
)
CP1 35 67,1 648,4
CP2 65 78,1 702,4
CP3 90 88,9 737,5
CP4 110 98,4 761,5
CP5 130 107,6 790,8
CP6 150 119,2 805,8
CP7 170 130,7 825,2
CP8 190 143,3 840,4
CP9 210 155,5 860,7
CP10 230 168,1 881,4
CP11 250 181,5 899,9
DEA 105,1 268,4 1105
Ghi chú:
- TB: nhiệt độ sôi trung bình

- PM: khối lượng mol
- D: khối lượng thể tích
3.2. Thiết lập sơ đồ công nghệ cho phân xưởng của nhà máy lọc dầu
Dung Quất.
Quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung
Quấtn được thực hiện trên phần mềm PRO/II, các bước nguyên cứu tiến hành
tương tự cho hầu hết các quá trình khác như việc thiết lập sơ đồ bao gồm các
thiết bị có trong sơ đồ công nghệ như: Đường ống (dòng), thiết bị trao đổi
nhiệt, máy nén, thiết bị giản nở, bình tách Flash, tháp tách Distillation, máy
bơm, thiết bị Stream Calculator…
3.2.1. Sơ đồ công nghệ thực tế của nhà máy lọc dầu Dung Quất.
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý khí là các phân đoạn nhẹ đi ra từ
phân xưởng RFCC, phân xưởng NHT, và phân chưng cất khí quyển (CDU).
Các dòng nguyên liệu này được đưa vào thiết bị tách 3 pha D-1514. Khí đi ra
khỏi bình tách này được đưa đên bình tách D-1551, còn lỏng thì được đưa đến
đầu tháp T-1551. Khí đi ra khỏi bình tách D-1551 sẽ kết hợp với dòng LPG từ
phân xưởng CDU và lượng lỏng đi ra từ tháp T-1551 và lượng hơi đi ra từ tháp
T-1552 tiếp tục đưa xuống bình tách 3 pha D-1553. Khí ra khỏi bình tách đưa
đến tháp hấp thụ thứ nhất T-1551, lỏng được bơm đến tháp Stripper T-1552, và
nước chua được đưa đi xử lý.
Tại tháp T-1551, dòng khí đi ra từ bình tách D-1553 sẽ được đưa đến đỉnh
tháp, còn phần lỏng từ bình tách D-1514 được đưa vào đấy tháp. Khí đi ra khỏi
tháp được đưa đến đấy tháp hập thụ thứ 2 (T-1553), còn lỏng cho hồi lưu về lại
bình tách D-1553. Tại tháp T-1553 thì dầu được đưa vào trên đỉnh tháp, khí
đưa vào đáy tháp, quá trình hấp thụ xảy ra ở trong tháp. Khí ra khỏi tháp được
đưa đến bình tách D-1557 và sau đó được đưa đến đáy tháp hấp thụ T-1555.
Chất nghèo amin được đưa vào đỉnh tháp T-1555 để hấp thụ các tạp chất. Sau
khi hập thụ, khí đi ra khỏi đỉnh tháp là khí Fuel Gas, còn đáy là chất giàu amin
đem đi xử lý.

Tại tháp Stripper T-1552, lỏng từ bình tách D-1553 đưa đến đỉnh tháp. Khí
ra khỏi tháp được đưa trở lại bình tách D-1553, lỏng thì được đưa qua tháp tách
Debutanizer T-1554. Khí sau khi ra tháp T-1554 được đưa qua tháp hấp phụ
Amin và sau đó đưa đến phân xưởng xử lý LPG, còn lỏng thì đưa đền phân
xưởng xử lý Gasoline.
 Mục đích của sơ đồ công nghệ thực tế này là dùng để tham khảo cho
sơ đồ mô phỏng.
Dưới đây là sơ đồ mô tả phân xưởng “Gas Plant” thực tế.
3.2.2. Xây dựng sơ đồ công nghệ mô phỏng dựa trên sơ đồ thực tế của
nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Với nguồn nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý là các phân đoạn nhẹ từ 3
phân xưởng: CDU, NHT, RFCC. Sơ đồ mô phỏng phân xưởng xử lý khí của
đồ án này được xây dựng đơn giản hóa hơn so với sơ đồ thực tế của phân
xưởng “Gas Plant” của nhà máy lọc dầu Dung Quất. Trong đó có các thiết bị
của sơ đồ thực tế đã được lược bỏ như sau:
- Máy nén 2 tầng C-1551 được thay bằng máy nén trong PRO/II.
- Các thiết bị làm lạnh như E-1551, E-1552 A/B và thiết bị ngưng tụ E-
1553 được thay băng thiết bị Simple HX trong PRO/II.
- Tháp hấp thụ LPG Amin T-1556 được thay bằng thiết bị Stream
Calculator.
- Bình tách D-1552, D-1557 được lược bỏ.
- Các thiết bị ngưng tụ E-1554, E-1558, E-1559, E-1562, E-1564, E-1565,
E-1566 và thiết bị đun nóng E-1555 được lược bỏ.
Cuối cùng ta có sơ đồ mô phỏng đơn giản như sau:
Thuyết minh sơ đồ công nghệ mô phỏng đơn giản.
Nguồn nguyên liệu vào phân xưởng này được lấy từ phân xưởng RFCC,
NHT, CDU. Ba dòng nguyên liệu này được đưa vào bình tách ba pha D-1514
kết hợp với dòng lỏng hồi lưu từ bình tách D-1551, bình tách này hoạt động ở
T = 42
o

C, P = 0,4 kg/cm
2
g. Dòng lỏng H
2
O được lấy ra từ đáy được chia làm
2 phần, 1 phần cho hồi lưu lại phân xưởng và 1 phần đưa đến phân xưởng xử
lý nước chua, dòng khí được lấy ra ở đỉnh bình tách và dòng lỏng được lấy ra ở
đáy bình tách.
- Dòng khí ra khỏi bình tách D-1514 cho qua bình tách D-1553, để tách
các dòng lỏng nặng bị cuốn theo và loại bỏ các tạp chất như H
2
O, H
2
S…
Tháp D-1553 hoạt động ở T = 42
o
C, P = 0,3 kg/cm
2
g. Dòng lỏng ra
khỏi bình tách cho hồi lưu về lại bình tách D-1514, còn dòng khí ra khỏi
đỉnh được cho qua may nén để nén lên P = 15,1 kg/cm
2
g và sau đó tiếp
tục cho qua thiết bị làm lạnh cùng với dòng H
2
O được trích từ bình tách
D-1514. Dòng khí ra khỏi thiết bị làm lạnh có T = 40
o
C được đưa vào
bình tách 3 pha D-1553, cùng với dòng LPG từ CDU, lỏng đi ra từ đay

tháp chưng cất T-1551 và dòng khí đi ra từ tháp chưng cất T-1552 được
đưa vào bình tách D-1553. Bình tách 3 pha D-1553 hoạt động ở T = 40
o
C, P = 15,1 kg/cm
2
g. Dòng H
2
O lấy ra ở đáy tháp được đưa đên phân
xưởng xử lý nước chua, dòng khí láy ra ở đỉnh tháp, còn dòng lỏng lấy
ra ở đáy bình được bơm P-1553 bơm đến đỉnh tháp chưng cất T-1552
(Tháp STRIPPER). Tháp này gồm có 31 đĩa, P đỉnh = 15,7 kg/cm
2
g; P
đáy = 16 kg/cm
2
g. Khí ra khỏi tháp cho hồi lưu trở lại bình tách D-
1553, còn lỏng tiếp tục cho qua tháp chưng cất T-1554 (Tháp
DEBUTANIZER). Tháp này gồm có 42 đĩa, dòng lỏng vào ở đĩa 23, P
đỉnh = 11,7 kg/cm
2
g, P đáy = 12,1 kg/cm
2
g. Sản phẩm nhẹ lấy ra ở
đỉnh tháp chưng là LPG ( Liquefied Petroleum Gas). Sản phẩm LPG
này được đưa qua bình tách D-1555 để loại bỏ các cấu tử nặng bị cuốn
theo và loại bỏ các tạp chất CO, H
2
S, H
2
O…sau đó LPG ra khỏi bình

tách tiếp tục đưa đến phân xưởng xử lý LPG.
- Dòng lỏng ra khỏi bình tách 3 pha D-1514 được bơm P-1518 bơm đến
đỉnh tháp chưng cất T-1551 (Tháp Absorber) cùng với dòng khí đi ra
khỏi bình tách D-1553 được đưa đến đáy tháp T-1551. Tháp này gồm có
31 đĩa, P đỉnh = 14,8 kg/cm
2
g, P đáy = 15,1 kg/cm
2
g. Lỏng ra khỏi đáy
tháp cho hồi lưu về lại bình tách D-1553, khí ra khỏi đỉnh tháp được tiếp
tục đưa đến đáy tháp chưng cất T-1553 (Tháp Absorber). Tại tháp T-
1553, nguyên liệu đưa vào đỉnh tháp là Dầu nhẹ sau khi qua thiết bị trao
đổi nhiệt E-1563 và đưa qua bình tách D-1556 để loại bỏ H
2
0, H
2
S…
được đưa vào đỉnh tháp chưng. Tháp T-1553 gồm có 20 đĩa, P đỉnh =
14,4 kg/cm
2
g, P đáy = 14,7 kg/cm
2
g. Dầu nhẹ sau khi hập thụ sẽ được
lấy ra ở đáy tháp và cho qua thiết bị trao đổi nhiết E-1563 sau đó đưa trở
về lại tháp chưng cất T-1501. Khí ra khỏi thap T-1553 tiếp tục đưa qua
đay tháp T-1555 (Tháp Absorber Fuel Gas). Tháp T-1555 được hập thụ
bởi dung dịch DEA (Diethanolamin) được đưa vào đỉnh tháp. Tháp gồm
có 20 đĩa, P đỉnh = 13,7 kg/cm
2
g, P đáy = 14 kg/cm

2
g. Sau khi hấp thụ,
dung dịch DEA đi ra khỏi đáy tháp và sau đó đưa qua phân xưởng xử lý
Amin, còn phân khí nhẹ (Fuel Gas) cho qua bình tách D-1559 để loại bỏ
các cấu tử nặng bị cuốn theo và các tạp chất CO, H
2
S… khí ra khỏi bình
là Fuel Gas đem làm nhiên liệu cho nhà máy lọc dầu.
3.3. Mô phỏng phân xưởng xử lý khí dựa trên số liệu thực tế đã được
cung cấp.
Ta xây dựng sơ đồ công nghệ phân xưởng dựa trên sơ đồ công nghệ
thực tế của nhà máy.
Từ menu file chọn New chọn các thiết bị trên thanh PFD, nếu thanh này
chưa xuất hiện trên màn hình, ta tiến hành kích lên nút PFD Hide/Display trên
thành công cụ.