Thiết lập hệ cấu tử dầu thô trong mô phỏng

MODULE 8:
THIẾT LẬP HỆ CẤU TỬ
DẦU THÔ TRONG MÔ PHỎNG

Đa phần hệ cấu tử trong chế biến dầu mỏ và khí đốt là
hỗn hợp các hydrocacbon có thành phần rất đa dạng.

Thành phần của hệ được xác định trên cơ sở máy phân
tích sắc ký. Tuy nhiên trong nhiều trường hợp không
thể xác định được chính xác các cấu tử trong hệ.

Hệ cấu tử dầu thô trong mô phỏng cho phép lập và
đưa các kết quả phân tích về thành phần, tính chất vật
lý của dầu thô hoặc các phân đoạn của dầu thô để khai
bảo hệ cấu tử.

Phần mềm cho phép cung cấp các thông tin tối thiểu để
đặc trưng hệ dầu thô. Tuy nhiên số lượng các tính chất
khai báo càng chi tiết thì kết quả tính toán càng chính
xác.
MỤC TIÊU

Việc khai báo hệ cấu tử dầu thô trong mô phỏng được
thực hiện theo 03 bước sau:
1. Khai báo các đặc tính của hệ (assay).
2. Tạo ra hệ cấu tử giả trên cơ sở các đặc tính của dầu
3. Đưa hệ cấu tử dầu vào trong sơ đồ mô phỏng.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH
1. Khai báo các đặc tính của hệ (assay). Đặc trưng
của hệ cấu tử dầu thô chứa toàn bộ các thông
tin sau:

-
Assay types: Thông tin về đường đặc tuyến
nhiệt độ sôi, thành phần cấu tử theo họ HC…
-
Light ends: Thành phần các cấu tử nhẹ. Thông
thường đặc trưng cho các cấu tử từ C1 đến C5.
-
Bulk properties: Các tính vật lý như MW, tỷ
trọng, hệ số Watsson K.
-
Các kết quả thực nghiệm khác: MV, Density,
Visicosity curve….
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH
1. Khai báo các đặc tính của hệ (assay). Đặc trưng
của hệ cấu tử dầu thô chứa toàn bộ các thông
tin sau:
-
Assay types: Thông tin về đường đặc tuyến
nhiệt độ sôi, thành phần cấu tử theo họ HC…
-
Light ends: Thành phần các cấu tử nhẹ. Thông
thường đặc trưng cho các cấu tử từ C1 đến C5.
-
Bulk properties: Các tính vật lý như MW, tỷ
trọng, hệ số Watsson K.
-
Các kết quả thực nghiệm khác: MV, Density,
Visicosity curve….
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH
Các phương pháp khai báo đường đặc tuyến sôi


TBP: True Boiling Point – Đường đặc tuyến sôi có hiệu
chuẩn đến các điều kiện thực tế.

ASTM D86: Phân đoạn cất theo Phương pháp chưng cất
phòng thí nghiệm ở áp suất khí quyển => Áp dụng đối
với dầu nhẹ có FBP đến 400 oC. Số liệu biểu diễn ở %
thể tích.

ASTM D1160: Tương tự ASTM D86 nhưng áp dụng cho
phân đoạn dầu nặng. Số liệu biểu diễn ở % thể tích.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH

D86_D1160: Phân đoạn cất theo phương pháp kết hợp
chưng cất chân không và chưng cất khí quyển. Số liệu
biểu diễn ở % thể tích.

ASTM D2887: Phân đoạn cất theo phương pháp chưng
cất mô phỏng trong máy sắc ký. Áp dụng đối với hệ có
IBP > 38 oC và FBP đến 538 oC. Số liệu biểu diễn ở %
thể tích.

EFV: Equilibrium Flash Vaporization: phương pháp tái
tạo mẫu trên cơ sở pha lỏng và pha khí của hệ.

Chromatoghraphic Analysis: Sử dụng phương pháp sắc
ký để xác định thành phần theo họ Paraffin, aromatic,
naphthenic. Áp dụng đối với các HC từ C6 đến C30. Kết
quả có thể biểu diễn ở dạng mole, mass, liquid volume
fraction.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH
Khai báo Light ends:

Thành phần các cấu tử nhẹ. Thông thường đặc trưng
cho các cấu tử từ C1 đến C5.

Thành phần cấu tử nhẹ có thể được thể hiện ở mole,
mass, volume fraction…
Bulk properties:

MW: Khối lượng mole phân tử phải lơn hơn hoặc bằng
16

Mass Density: Nằm trong khoảng từ 250 đến 2000
kg/m3.

Watson K Factor: từ 8 đến 15

Độ nhớt: tối thiểu 02 giá trị tại nhiệt độ 100 oF, và 210
oF.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH
Để một hệ dầu thô được khai báo hoàn chỉnh cần tối thiểu
các thông tin sau:
-
Đặc trưng về phân đoạn chưng cất (distillation curve):
Thực nghiệm.
-
Tối thiểu một trong số các tính chất sau: Khối lượng
mole phân tử, Tỷ trọng hoặc hệ số Watson K.
-

Các thông tin khác có thể khai báo thêm tuỳ điều kiện
của đề bài.
Số lượng thông tin khai báo càng chi tiết thì đặc trưng của
hệ càng chính xác.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH
I. Vào New Case để tạo ra trường mô phỏng
mới.
II. Vào Tab Fluid Pkgs để khai báo phương
trình nhiệt động:
-
Đối với hệ dầu thô chọn Peng-Robinson
-
Lưu ý: Khác với khai báo hệ cấu tử sạch
(Pure component) phải khai báo phương
trình trước, phần mềm mới cho phép khai
báo các đặc trưng của dầu thô.
-
Tại sao phải thực hiện khai báo phương
trình trước???
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
III. Vào Tab Oil Manager trong Simulation manager
và nhấn chọn Enter Oil Environment để khai
báo các tính chất của hệ dầu thô
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
IV. Tại cửa sổ màn hình Oil Characterization =>
Nhấn Add để khai báo.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
V. Tại mục Assay Definition:
khai báo các thông tin
sau:

1. Bulk Properties:

Tại mục Bulk Properties
chọn Used.

Tại mục Input Data
chọn tích chọn Bukl
Props.

Nhập thông tin về các
tính chất vật lý như
MW, khối lượng mole
phân tử, độ nhớt… theo
điều kiện đề bài.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
2. Assay Type:
a. chọn cách biển diễn đường đặc tuyến chưng cất
phân đoạn của dầu theo một trong các cách
biển diễn sau:TBP, ASTM D86, D1160,
D86_D1160, ASTM D2887, EFV, và thành phần
cấu tử theo nhóm hydrocacbon
(Chromatographic Analysis) tuỳ thuộc vào điều
kiện đề bài cho.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
b. Nhập các thông tin về phân đoạn cất của hệ dầu
thô bằng cách:
-
Tích chọn Distillation tại mục Input Data
-

Chọn đơn vị đo phân đoạn cất tại mục Assay
basic theo mole, mass hoặc Liquid volume
(thường dùng).
-
Nhấn Edit Assay và nhập các thông tin nhiệt độ
sôi ứng với từng phân đoạn theo % thể tích.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
b. Nhập các thông tin về phân đoạn cất của hệ dầu
thô bằng cách:
-
Tích chọn Distillation tại mục Input Data
-
Chọn đơn vị đo phân đoạn cất tại mục Assay
basic theo mole, mass hoặc Liquid volume
(thường dùng).
-
Nhấn Edit Assay và nhập các thông tin nhiệt độ
sôi ứng với từng phân đoạn theo % thể tích.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
3. Khai báo Light Ends: Lựa chọn một trong 03 cách
khai báo từ danh mục như sau:
-
Ignore: Khi không có thông tin về hệ cấu tử của
phân đoạn nhẹ.
-
Auto Calculate: Có thông tin về hệ cấu tử
nhưng không có thông tin về thành phần.
-
Input Composition: Biết thông tin về cấu tử và
thành phần cấu tử có trong phân đoạn nhẹ.

CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
-
Cách đưa hệ cấu tử khi chọn Input Composition
để đưa hệ cấu tử nhẹ vào hệ thống:

Tại Tab component của Simulation manager
chọn add để khai báo hệ cấu tử của phân đoạn
nhẹ tương tự như khai báo hệ cấu tử sạch.

Vào Oil manager => Oil manager environmemt.

Tại mục Light End chọn Input Composition.

Tại mục Input Data chọn Light end.

Chọn đơn vị đo thành phần tại mục Light End
basis.

Nhập thành phần vào mục Compositon.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
4. Khai báo các tính chất vật lý bổ trợ thêm (Physical
property Curves) nếu biết.
VI.Nhấn nút Calculation để phần mềm tính toán các
tính chất còn lại của hệ dầu.
CÁCH KHAI BÁO HỆ DẦU THÔ
-
Mục đích: Chia phân đoạn dầu thô ra thành các
cấu tử giả có nhiệt độ sôi được đặc trưng theo
từng phân đoạn phân đoạn.

-
Để tái tạo hệ cấu tử giả cần phân chia (Cut
Ranges) ra thành các phân đoạn nhỏ được đặc
trưng bởi sự khác nhau về nhiệt độ sôi.
-
Nguyên tắc phân chia: Các phân chia theo mục
đích quá trình, các phân đoạn nhỏ số lượng
cấu tử giả nhiều, các phân đoạn nặng (cặn
dầu) số lượng cấu tử giả
-
Có 03 phương pháp phân chia như sau:
TÁI TẠO HỆ CẤU TỬ GIẢ

Auto Cut: Hysys tự phân chia dựa trên cơ sở:

37.8 – 425 oC: 28 cấu tử

420 – 650 oC: 08 cấu tử

650 – 871 oC: 04 cấu tử

User Point: Do người dùng tự xác đinh số lượng
cấu tử và phân mềm sẽ tự phân chia sao cho
đảm bảo số cấu tử do người dùng cài đặt.

Thông thường số lượng cấu tử giả đặc trưng cho
hệ dầu thô tối thiểu từ 30 cấu tử trở lên để đảm
bảo độ chính xác của kết quả tính toán
TÁI TẠO HỆ CẤU TỬ GIẢ


User Ranges: Do người dùng tự phân chia ra các
phân đoạn và số lượng cấu tử trong mỗi phân
đoạn sao cho phù hợp với mục đích của quá
trình.
-
Đối với các phân đoạn nhẹ (IBP – 420 oC) - số
lượng chia > 20 cấu tử.
-
Phân đoạn nặng (420 – 620 oC) – số lượng chia
5 – 10 cấu tử.
-
Cặn dầu thô (> 620 0C – 720 oC) – số lượng chia
khoảng 2-3 cấu tử.
TÁI TẠO HỆ CẤU TỬ GIẢ

Công đoạn cuối cùng của quá trình khai báo hệ cấu tử dầu
là đưa hệ cấu tử vào trường mô phỏng. Cách đưa hệ cấu
tử dầu vào trường mô phỏng:
1. Vào Oil manager => Oil manager environmemt
2. Nhấn chọn Tab Oil Instal
3. Tại mục Stream name đặt tên của dòng dầu cần khai báo
4. Nhấn nút Return to Basic Environment để trở về trường
khai báo ban đầu => Xem hệ cấu tử dầu được tạo ra.
-
VD: Cấu tử NBP104*: Ký hiệu của cấu tử giả của
phân đoạn có nhiệt độ sôi là 104 oC.
-
Muốn xem các tính chất của cấu tử dầu => chọn
cấu tử cần xem => nhấn View component.
ĐƯA HỆ CẤU TỬ DẦU VÀO TRƯỜNG MÔ PHỎNG