Đề bài mô phỏng giả định hệ thống chưng cất dầu thô của nhà máy lọc dầu dung quất khi sử dụng nguyên liệu dầu thô hỗn hợp (85% dầu thô bạch hổ và 15% dầu thô dubai)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
Bộ môn: Lọc Hóa - Dầu
BÀI TẬP LỚN MÔN
TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG CNHH
Đề bài:
Mô phỏng giả định hệ thống chưng cất dầu thô của nhà máy lọc
dầu Dung Quất khi sử dụng nguyên liệu dầu thô hỗn hợp (85% dầu thô
Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai).
Sinh viên thực hiện:
Lê Văn Bắc MSSV 0964040006
Trần Danh Bình MSSV 0964040008
Bùi Sỹ Hoàng MSSV 0964040023
Mai Văn Nam MSSV 0964040037
Lê Thị Tuyết MSSV 0964040070
Lê Quang Vương MSSV 0964040071
Lớp: Lọc Hóa Dầu A - K54TH
Thanh Hóa - 2013
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Mục lục
Mục lục 2
TỔNG QUAN 3
Chương 1: Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất 5
1.1. Tổng quan nhà máy 5
1.2 Tổng quan phân xưởng chưng cất 6
Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và quá trình chưng cất 7
2.1 Tính chất dầu thô Bạch Hổ 7
2.2 Tính chất dầu thô Dubai 8
2.3 Miêu tả quá trình chưng cất 9
Chương 3: Tiến hành mô phỏng 11
3.1 Đổi đơn vị 11
3.2 Nhập dòng dầu thô Bạch Hổ và Dubai 12

3.3 Nhập các thông số dòng và thiết bị 18
3.3 Nhập thêm các giá trị cụ thể 24
3.4 Chạy tháp chưng cất 25
Chương 4: Kết quả mô phỏng 26
4.2 Tháp chưng cất 27
4.3 Đánh giá 28
Tài liệu tham khảo 29
LHD A-K54TH Page 2
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
TỔNG QUAN
Hiện nay, dầu và khí cũng như các sản phẩm của chúng được sử dụng rộng rãi
trong tất cả các nghành kinh tế thế giới. Ý nghĩa của dầu và sản phẩm của dầu đặc biệt
tăng nhanh vào những năm gần đây, nhất là sau cuộc khủng hoảng năng lượng xảy ra
tại nhiều nước phát triển.
Nước ta là một trong những nước có trữ lượng dầu khí khá lớn. Nguồn tài
nguyên này bước đầu được phát hiện tại các mỏ có trữ lượng lớn như: Đại Hùng,
Bạch Hổ, Rạng Đông và cũng được xem là chưa đánh giá hết tiền năng của nguồn
dầu mỏ tại vùng biển Đông rộng lớn của đất nước ta. Nhưng một điều đáng tiếc của
ngành năng lượng nước nhà đó là chúng ta chỉ mới dừng lại ở giai đoạn khai thác và
xuất khẩu dầu thô trong khi đó vẫn phải nhập một lượng ngày càng lớn các sản phẩm
dầu mỏ thương phẩm từ nước ngoài gây thất thu một nguồn lợi ngoại tệ lớn. Trước
tình hình như vậy năm 2006 nhà nước ta quyết định xây dựng nhà máy lọc dầu dầu
tiên nhà máy lọc dầu Dung Quất. Nhà máy lọc dầu Dung Quất chỉ tập trung sản xuất
nhiên liệu, quy mô công suất 6.5 triệu tấn dầu thô/năm và đáp ứng 30% nhu cầu trong
nước. Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, đã chọn dầu thô Bạch Hổ làm nguyên liệu cơ sở,
khi thiết kế tính toán cho 2 trường hợp: vận hành với 100% dầu thô Bạch Hổ và vận
hành với dầu hỗn hợp (85% dầu thô Bạch Hổ và 15% Dầu chua Dubai). Dầu thô Bạch
Hổ,nguyên liệu cho NMLD Dung Quất, có sản lượng khai thác giảm dần hàng năm.
LHD A-K54TH Page 3
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển

Năm: - 2009: 5.4 triệu tấn/năm
- 2010: 4.82 triệu tấn/năm
- 2011: 4.26 triệu tấn/năm
- 2012: 3.81 triệu tấn/năm
Dự kiến: - 2013: 3.43 triệu tấn/năm
- 2014: 3.11 triệu tấn/năm
- 2015: 2.78 triệu tấn/năm.
Trong tương lai không xa, nguồn dầu thô Bạch Hổ không đáp ứng đủ nhu cầu
nguyên liệu của nhà máy. Do đó, việc tìm kiếm và lựa chọn dầu thay thế dầu thô Bạch
Hổ có ý nghĩa quan trọng đối với hoạt động của nhà máy trong tương lai. Tuy nhiên
dầu thô Bạch hổ là dầu thô thuộc loại cá biệt (là loại dầu siêu ngọt chỉ có hàm lượng
lưu huỳnh là 0.3%), nếu theo bảng xếp hạng thì dứng hạng 2/9. Coi như loại tốt hàng
đầu vì loại số 1 có trong phân loại xếp hạng nhưng ít có trên thị trường thế giới. Chính
do tính cá biệt (siêu ngọt) này của dầu thô Bạch hổ mà việc lựa chọn dầu thô thay thế
nó đối với nhà máy Lọc dầu Dung Quất hiện nay là rất khó khăn. Kết quả nghiên cứu
của PVPro (Viện dầu khí Việt Nam) nhằm tìm kiếm nguồn dầu thô thay thế dầu thô
Bạch Hổ làm nguyên liệu cho nhà máy Lọc dầu Dung Quất đã cho thấy:
Chỉ có 7 mẫu dầu (trong số 3068 mẫu dầu trên thế giới có thông tin về chất
lượng) và dầu thô Việt Nam như dầu thô thuộc mỏ Cá Ngừ Vàng, Sư Tử Vàng có đủ
điều kiện làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu Dung Quất.
Hiện nay nhà máy lọc dầu Dung Quất đang tiến hàng cổ phần hóa thu hút vốn
để nâng cấp, mở rộng công suất nhà máy từ 6.5 triệu tấn dầu thô/năm lên công suất là
10 triệu tấn dầu thô/năm. Vì vậy song song với việc tìm kiếm nguồn dầu từ nước
ngoài, nguồn dầu trong nước cần được đánh giá mức độ phù hợp về mặt kỹ thuật và
hiệu quả kinh tế khi xử lý tại NMLD Dung Quất nhằm đưa ra được kế hoạch cung cấp
nguyên liệu dài hạn cho NMLD Dung Quất. Công việc này góp phần ổn định hoạt
động của nhà máy trong tương lai.
Mặt khác trong 5 năm tới, sẽ có thêm vài NMLD nữa được hình thành và đi
vào sản xuất. Dung Quất buộc phải cạnh tranh với các NMLD khác. Để gia tăng tính
cạnh tranh của NMLD phải tăng hiệu quả sản xuất và tối ưu hóa nên tăng công suất và

mở rộng là bắt buộc để phát triển hóa dầu, tìm và sử dụng các nguồn dầu thô khác để
giá trị đầu vào thấp hơn dầu từ mỏ Bạch Hổ (các nguồn dầu thô khác rẻ hơn dầu Bạch
Hổ từ 15% - 30%).
Vì vậy việc cấp thiết là phải tìm nguồn dầu phối trộn với dầu thô Bạch Hổ
nhằm đáp ứng đủ nguyên liệu cho nhà máy. Nhưng khi sử dụng dầu phối trộn thì phải
đảm bảo mức độ phù hợp về mặt kỹ thuật và hiệu quả kinh tế. Từ những phân tích
trên, tôi quyết định chọn đề tài: “Mô phỏng giả định hệ thống chưng cất dầu thô của
nhà máy lọc dầu Dung Quất khi sử dụng nguyên liệu dầu thô hỗn hợp (85% dầu thô
Bạch Hổ và 15% dầu thô Dubai)”. Để xem xét tương quan ảnh hưởng của nguyên liệu
hỗn hợp dầu thô (85% dầu thô Bạch Hổ +15% dầu thô Dubai) và 100% dầu thô Bạch
Hổ đối lưu lượng sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất như thế nào.
LHD A-K54TH Page 4
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Chương 1: Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất
1.1. Tổng quan nhà máy.
Nhà máy lọc dầu Dung Quất đặt tại huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Mặt
bằng dự án gồm có 4 khu vực chính: các phân xưởng công nghệ và phụ trợ, khu bể
chứa sản phẩm, cảng xuất sản phẩm và phao rót dầu không bến, hệ thống lấy và xả
nước biển. Những khu vực này được nối với nhau bằng hệ thống ống với đường phụ
liền kề. Công suất thiết kế là 6.5 triệu tấn dầu thô/năm (148000 BPSD). Nguyên liệu
của nhà máy là 100% dầu thô Bạch Hổ hoặc 85% dầu thô Bạch Hổ và 15% dầu chua
Dubai.
Sản phẩm lọc dầu của nhà máy gồm có:
− Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG (cho thị trường nội địa)
− Propylene
− Xăng Mogas 92/95
− Dầu hỏa
− Nhiên liệu phản lực Jet A1
− Diesel ô tô
− Dầu đốt (FO).

LHD A-K54TH Page 5
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
1.2 Tổng quan phân xưởng chưng cất.
Phân xưởng CDU có thể xem là phân xưởng “cửa ngõ” của 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. Quá trình chưng cất ở áp suất thường hay chưng cất ở áp suất
khí quyển với mục đích thu nhận các phân đoạn nhiên liệu như xăng (light
naphtha và heavy naphtha), kerosene (dầu hỏa dân dụng) và nhiên liệu phản lực
(jetfuel), diesel (light diesel và heavy diesel) và cặn khí quyển (hay gọi là phân đoạn
mazut). Hiệu suất của các phân đoạn sản phẩm khi chưng cất dầu mỏ phụ thuộc vào
bản chất dầu thô, nhiệt độ cất phân đoạn và mức độ đòi hỏi chất lượng sản phẩm thu
được. Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Dung Quất được thiết kế với công suất
6.5 triệu tấn dầu thô/năm .

Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất theo hướng Đông Nam
LHD A-K54TH Page 6
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển

Mô hình 3D của phân xưởng CDU nhà máy lọc dầu Dung Quất theo hướng Tây Nam
Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và quá trình chưng cất
2.1 Tính chất dầu thô Bạch Hổ.
Tỷ trọng 36.9 0API
Hệ số K
UOP
12.39
- Đường cong TBP của dầu thô Bạch Hổ.
Nhiệt độ sôi(°C) % khối lượng
94.00 5.00
125.00 10.00

195.00 20.00
253.00 30.00
303.00 40.00
356.00 50.00
403.00 60.00
446.00 70.00
505.00 80.00
LHD A-K54TH Page 7
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
- Thành phần phần nhẹ (lights end) của dầu thô Bạch Hổ
Cấu tử % thể tích % khối lượng
CH4 0.0009 0.0006
C2H6 0.0119 0.0078
C3H8 0.057 0.0401
i-C4H10 0.034 0.0228
n-C4H10 0.0658 0.0457
Neo-C5H12 0.0003 0.0002
i-C5H12 0.028 0.0208
n-C5H12 0.034 0.0256
n-C6H14 0.0107 0.1719
2.2 Tính chất dầu thô Dubai
Tỷ trọng 30.4
Hệ số K
UOP
11.78
- Đường cong TBP của dầu thô Dubai.
Nhiệt độ (
0
C) % thể tích % khối lượng
15 1.86 1.4

149 19.2 15.6
232 33.76 28.85
342 53.85 48.55
362 58.53 53.35
509 78.27 74.35
550 82.71 79.25
- Thành phần phần nhẹ của dầu thô Dubai.
% thể tích % khối lượng
LHD A-K54TH Page 8
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Ethanal 0.05 0.02
Propane 0.5 0.29
i-butane 0.36 0.23
n-butan 1.29 0.86
2.3 Miêu tả quá trình chưng cất.
Blend Crude Oil
Nhiệt độ (
0
C) 233
Áp suất (psi) 75
Lưu lượng thể tích (bbl/day) 148000
Furnace
Nhiệt độ(
o
C) 350
Độ giảm áp suất(psia) 10
DieselSteam AGOSteam MainSteam
Nhiệt độ(
o
C) 150 150 200

Áp suất(psia) 50 50 150
Lưu lượng khối
lượng(lb/hr)
3000 3000 7500
- Sơ đồ PFD đã thu gọn
LHD A-K54TH Page 9
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
- Chi tiết tháp chưng cất.
LHD A-K54TH Page 10
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Chương 3: Tiến hành mô phỏng
3.1 Đổi đơn vị.
Trước tiên chúng ta tiến hành đổi đơn vị
 Chọn SI trong mục Available Unit Sets → Tab Clone
 Đổi tên trong mục Unit Set Name: Dung Quat Refinery
 Ở Display Units : Áp suất là psia, nhiệt độ
o
C.

LHD A-K54TH Page 11
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
3.2 Nhập dòng dầu thô Bạch Hổ và Dubai.
- Lựa chọn cấu tử:
H
2
O, CH4, C2H6, C3H8, i-C4H10,n-C4H10, Neo-C5H12, i-C5H12, n-C5H12, n-
C6H14.

- Chọn gói chất lưu.
Vì yêu cầu của bài là chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển nên ta lựa chọn gói

chất lưu là Peng-Robinson.

- Vào môi trường đặc trưng dầu mỏ.
Sau khi nhập các thông số đặc trưng dầu mỏ của 2 loại dầu ta có
- Thành phần nhẹ của dầu thô Bạch Hổ.
LHD A-K54TH Page 12
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển

- Thành phần nhẹ của dầu thô Dubai.

- Số liệu của đường cong làm việc của dầu thô Bạch Hổ
LHD A-K54TH Page 13
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
- Số liệu của đường cong làm việc của dầu thô Dubai
- Đường cong chưng cất của dầu thô Bạch Hổ.
LHD A-K54TH Page 14
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
- Đường cong chưng cất của dầu thô Dubai.
- Trong mục Cut/blend
Phần Cut Opinion Selection chúng ta có 3 sự lựa chọn.
• Auto Cut
• User Points
• User Ranges
LHD A-K54TH Page 15
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Ta chọn Auto Cut: Hysys sẽ chia dầu mỏ dựa trên các giá trị bên trong
Khoảng Số phân đoạn
37.78-425
0
C (100-800

0
F) 28 (4 phân đoạn trên mỗi khoảng
37.78
0
C/100
0
F)
425-650
0
C (800-1200
0
F) 8 (2 phân đoạn trên mỗi khoảng
37.78
0
C/100
0
F)
650-780
0
C (1200-1600
0
F) 4 (1 phân đoạn trên mỗi khoảng
37.78
0
C/100
0
F)
- Khi phối trộn hỗn hợp dầu thô ( Bạch Hổ + Dubai).

- Sau khi xong chúng ta có bảng tính chất của các cấu tử giả của hỗn hợp dầu

thô.

- Và chúng ta có các phần phân đoạn của hỗn hợp dầu thô.
LHD A-K54TH Page 16
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển

- Ta có tương quan so sánh giữa 3 đường cong chưng cất giữa của dầu thô Bạch
Hổ, dầu thô Dubai và hỗn hợp dầu thô Bạch Hổ + Dubai.
LHD A-K54TH Page 17
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
3.3 Nhập các thông số dòng và thiết bị
- Hỗn hợp dầu thô.
Blend Crude Oil
Nhiệt độ (
0
C) 233
Áp suất (psi) 75
Lưu lượng thể tích (bbl/day) 148000
- Thiết bị PreFlash.
Thiết bị tiền phân tách có tác dụng loại bớt phần nhẹ ( nhiệt độ sôi nhỏ hơn 350
0
C) trong hỗn hợp dầu thô tạo điều kiện hoạt động dễ dàng cho lò gia nhiệt, nhờ tránh
được dòng hơi quá lớn vì khối lượng dầu đã giảm khoảng 10% khi qua tháp PreFlash.

- Lò đốt.
Đun nóng dòng sản phẩm lỏng ra từ tháp PreFlash đến 350
0
C để vào tháp
chưng cất.
Furnace

Nhiệt độ(
o
C) 350
Độ giảm áp suất(psia) 10
- Thiết bị phối trộn Mix 100.
Trộn các dòng nguyên liệu để cho vào tháo chưng cất
Chọn Set Outlet to Lowest Inlet
LHD A-K54TH Page 18
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển

- Dòng quá trình
DieselSteam AGOSteam MainSteam
Nhiệt độ(
o
C) 150 150 200
Áp suất(psia) 50 50 150
Lưu lượng khối
lượng(lb/hr)
3000 3000 7500
- Tháp chưng cất
- Thông số tháp
LHD A-K54TH Page 19
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Áp suất Nhiệt độ
Condenser Pressure 19.7 psia Condenser 38
0
C
Condenser Pressure Drop 9 psia 1_Main TS 122
0
C

Bottom Stage Pressure 32.7 psia 29_Main TS 372
0
C
- Nhập Side Strippers và Pump Arounds
Side Strippers: (Thiết bị bay hơi cạnh sườn) được thêm vào bên cạnh tháp
nhằm cải thiện chất lượng của ba sản phẩm chính: Kerosene, Diesel, AGO. Có hai loại
thiết bị Stripped có sẵn trong Hysys: Reboiled và Steam Stripped. Cài đặt một
Reboiler để bốc hơi cạnh sườn và hai thiết bị Steam Stripped.
Pump Arounds: (bơm tuần hoàn) giúp cải thiện khả năng phân tách của tháp.
Dòng lỏng từ một đĩa được làm lạnh và bơm vào đĩa cao hơn. Trên thực tế, quá trình
này là sự hồi lưu giữa hai đĩa.
- Cài đặt các tháp Stripping sườn.
Chúng ta sẽ cài đặt các tháp stripping sườn trên mục Side Ops. Trên mục
này, chúng ta có thể cài đặt, hiển thị, sử dụng hoặc xóa tất cả các dạng của thiết
bị phụ trợ.
Đầu tiên chúng ta sẽ cài đăth tháp Kero_SS. Đây là một thiết bị stripping
tái đun 3 đĩa lý thuyết với tỷ số đun sôi bay hơi là 0.75, nên chọn Reboiled trong
nhóm Configuration và tỉ số sôi bay hơi là mặc định.
Dữ liệu phân bố sản phẩm cắt trực tiếp đã được tính toán trong quá trình
đặc trưng dầu mỏ.
LHD A-K54TH Page 20

Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
Từ đây ta có thể tính được lượng sản phẩm các phân đoạn của dầu mỏ.
Như phần thể tích lỏng Kerosene là 0.11. mà lượng nguyên liệu tiêu thụ trong
một ngày của tháp chưng cất là 148000 bbl/day, vì vậy ta có lượng sản phẩm
Kerosene thu được là 0.11*148000 = 16300 bbl/day. Tương tự ta có bảng sau:
Sản phẩm Phần thể tích Lượng sản phẩm
Kerosene 0.11 16300 bbl/day
Diesel 0.205 31000 bbl/day

AGO 0.062 9200 bbl/day
Ta có
LHD A-K54TH Page 21
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển

Tương tự như vậy, chúng ta có thể cài đặt hai thiết bị stripping sườn còn lại
Diesel_SS và AGO_SS. Chúng đều là nhũng thiết bị stripping bằng hơi nước, nên
chúng ta phải lựa chọn Steam Stripper trong nhóm Configuration.

LHD A-K54TH Page 22
Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
- Cài đặt bơm hồi lưu
Mỗi bơm hồi lưu làm lạnh có 2 thông số kỹ thuật liên quan đến nó. Các thông
số mặc định là lưu lượng lưu thông và độ giảm nhiệt độ (Dt) giữa lỏng lấy ra và lỏng
quay lại.Với ví dụ này, thông số Dt được thay đổi thành một thông số kỹ thuật là công
suất làm lạnh của bơm hồi lưu.
Bơm hồi lưu Lưu lượng Công suất
PA_1_Rate(PA) 5e+4 bbl/day
PA_1_Duty(PA) -5.5e+7 Btu/day
PA_2_Rate(PA) 3e+4 bbl/day
PA_2_Duty(PA) -3.5e+7 Btu/day
PA_3_Rate(PA) 3e+4 bbl/day
PA_3_Duty(PA) -3.5e+7 Btu/day
Nhập các thông số kỹ thuật của tháp.
LHD A-K54TH Page 23

Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
3.3 Nhập thêm các giá trị cụ thể.
- Lựa chọn trang Monitor của cửa sổ tính chất tháp.
Độ tự do bây giờ là không , nghĩa là tháp đã sẵn sàng chạy. Tuy nhiên, trước

khi chạy tháp chúng ta sẽ phải thay thế 2 thông số kỹ thuật đã được kích hoạt, lưu
lượng WasterH2O và tỉ số Kero_SSBoiUp, với các thông số mới như sau:
- Thông số kỹ thuật Overflash cho đĩa nạp liệu (dòng lỏng thực hiện trên đĩa nạp
liệu)
- Thông số kỹ thuật công suất nồi tái đun của tháp stripping Kerosene.
Khoảng thông thường cho lưu lượng hơi là 3-5% tổng lưu lượng nạp liệu vào
tháp. Trong trường hợp này, lưu lượng của dòng nguyên liệu 148000 bbl/day.
Nên lưu lượng hơi 3.5% hay 5200 bbl/day. Do vậy, ta nhập giá trị cho thông số
Overflash là 5200 bbl/day.
Giá trị cho thông số công suất nồi tái đun (Kero Reb Duty) là 7.5e6 Btu/hr
LHD A-K54TH Page 24

Bài tập lớn GVGD: Lê Đình Chiển
3.4 Chạy tháp chưng cất.
Lựa chọn trang Monitor để hiển thị bảng Specification. Độ tự do bây giờ là
không, nên tháp sẵn sàng được tính toán, tuy nhiên một giá trịn cho tốc độ dòng sản
phẩm cất (Naphtha) phải được cung cấp trước. thêm vào đó, có một vài thông số kỹ
thuật mà đang được kích hoạt, nhưng chúng ta lại chỉ muốn sử dụng làm giá trị ước
tính mà thôi.
Tạo thay đổi cho các thông số kỹ thuật như sau.
1. Trong ô Specified Value cho distillate Rate ,nhập 2e4 bbl/day
2. Kích hoạt các thông số: Overflash, Kero Reb duty, Vapour Prod Rate.
3. Bỏ kích hoạt các thông số: Reflux Ratio, WasterH2O Rate, Kero_SSBoilUp
4. Kích vào nút Run để bắt đầu quá trình tính toán. Thông số hiển thị trên
trang này được cập nhập sau từng vòng lặp. Tháp sẽ hội tụ như hình sau:

LHD A-K54TH Page 25