Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô hình hóa–tối ưu hóa quá trình lọc dầu sử dụng dầu thô kuwait

Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................viii
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................ix
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................x
DANH SÁCH BẢNG BIỂU...........................................................................xii
DANH SÁCH HÌNH VẼ...............................................................................xiii
CHƯƠNG 1: DẦU THÔ KUWAIT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ......................1
1.1 Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu................................................1
1.2 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Nghi Sơn..................................................2
1.3 Sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn..............................3
1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.(xem phụ lục)...............4
1.5 Các phân xưởng công nghệ.......................................................................4
1.5.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU).............................................4
1.5.2 Phân xưởng thu hồi LPG (LRU)......................................................5
1.5.3 Phân xưởng xử lý Naphha bằng Hydro (NHT).................................5
1.5.4 Phân xưởng Isome hóa (ISOM)........................................................5
1.5.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR).............................................5
1.5.6 Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm (NAC).......................5
1.5.7 Phân xưởng xử lý LPG (LTU)..........................................................5
1.5.8 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS).......................6
1.5.9 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS).........................6
1.5.10 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất (RHDS)..............6
1.5.11 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất (RFCC).......7
1.5.12 Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU)............................................7
1.5.13 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp.....................................................7
1.5.14 Phân xưởng sản xuất khí Hydro (HMU).........................................8
1.5.15 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU)............................................8

1.5.16 Chế độ vận hành.............................................................................8

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 1

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

1.6 Phối trộn sản phẩm....................................................................................9
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN NHÀ MÁY LỌC DẦU
NGHI SƠN......................................................................................................11
2.1 Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu.............11
2.2 Mô hình hóa hoạt động phân tách và chuyển hóa....................................11
2.2.1 Phân xưởng chưng cất....................................................................11
2.2.2 Phân xưởng thu hồi LPG................................................................12
2.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro.........................................12
2.2.4 Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục.........................................12
2.2.5 Phân xưởng xử lý LPG...................................................................13
2.2.6 Phân xưởng xử lý Kerosene...........................................................13
2.2.7 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất............................14
2.2.8 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất....................14
2.2.9 Phân xưởng thu hồi Propylene.......................................................15
2.2.10 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp.................................................15
2.2.11 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh...................................................15
2.2.13 Phân xưởng Isome hóa.................................................................16

2.2.14 Cụm phân xưởng Naphtha và Hydrocacbon thơm........................16
2.3 Hoạt động phối trộn................................................................................17
2.3.1 Phối trộn cho LPG và xăng............................................................17
2.3.2 Phối trộn tạo Diesel và Fuel Oil.....................................................17
2.3.3 Phối trộn tạo các sản phẩm hóa dầu................................................17
2.4 Xây dựng cấu trúc biến và các ràng buộc................................................17
2.4.1 Cấu trúc biến..................................................................................17
2.4.2 Cấu trúc các ràng buộc...................................................................22
2.5 Giá thành sản phẩm thương mại..............................................................26
2.6 Chi phí vận hành các phân xưởng...........................................................26
2.7 Các tiêu chuẩn của sản phẩm trung gian và tiêu chuẩn sản phẩm...........27
2.7.1 Tiêu chuẩn của sản phẩm theo tài liệu nhà máy Nghi Sơn.............27

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 2

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

2.7.2 Chỉ tiêu chất lượng dùng trong phần mềm Lingo...........................27
CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN
BẰNG PHẦN MỀM LINGO..........................................................................29
3.1 Tổng quan về phần mềm Lingo...............................................................29
3.1.1 Khái niệm về quy hoạch tuyến tính................................................29
3.1.2 Quy hoạch tuyến tính trong lọc dầu................................................30

3.1.3 Giới thiệu về phần mềm Lingo.......................................................33
3.1.4 Phối trộn các bán sản phẩm............................................................36
3.2 Xây dựng ma trận bài toán tối ưu trên bảng tính Excel...........................37
3.2.1 Cấu trúc ma trận bài toán tối ưu.....................................................37
3.2.2 Xác định các hệ số cho ma trận......................................................38
3.2.3 Phương pháp khai báo và liên kết dữ liệu với Excel.......................38
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TỪ PHẦN MỀM LINGO.................39
4.1 Giá trị của hàm mục tiêu.........................................................................39
4.2 Phân tích kết quả.....................................................................................39
4.2.1 Reduced Cost.................................................................................39
4.1.2 Slack or Surplus.............................................................................40
4.1.3 Dual Price.......................................................................................40
4.1.4 Lingo/Range...................................................................................42
KẾT LUẬN.....................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................52
PHỤ LỤC.......................................................................................................53

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 3

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

LỜI CẢM ƠN
-----  ----Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến

các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và thầy cô chuyên
ngành Công Nghệ Hóa học - Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy và giúp đỡ
em trong suốt thời gian em học tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS Nguyễn Đình
Lâm, người thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em. Trong quá trình thực
hiện đề tài thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh
nghiệm, giúp em đưa ra các phương án và giải quyết được các vấn đề thắc mắc.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị là những cựu sinh viên các khóa
trước đã cung cấp cho em những tài liệu kỹ thuật, số liệu liên quan đến đề tài.
Xin Chúc quý thầy cô và các anh chị sức khỏe và thành công.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 4

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, năng lượng luôn là một trong những vấn đề hàng đầu của mỗi quốc
gia. Chính vì lẽ đó Đảng và Nhà nước ta đã chú trọng đầu tư các nhà máy lọc dầu,
với mục đích khai thác tối đa nguồn dầu thô sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu năng
lượng ngày càng gia tăng theo sự phát triển của đất nước, cũng như đảm bảo sự phát
triển bền vững không phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng của thế giới. Bên cạnh
đó việc xây dựng các nhà máy lọc dầu không chỉ đảm bảo an ninh năng lượng quốc
gia mà còn rất hữu ích để sản xuất ra phân đạm, nhựa, chất dẻo, sợi tổng hợp, các

chất tẩy rửa, dược phẩm,…Với những ý nghĩa đó, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã
được xây dựng với năng suất ban đầu là 6.5 triệu tấn dầu thô/năm với nguồn nguyên
liệu dầu thô Bạch Hổ. Tiếp sau nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy lọc dầu Nghi
Sơn với công suất thiết kế 10 triệu tấn/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ
Kuwait sẽ được xây dựng nhằm tạo ra các loại sản phẩm dầu mỏ khác nhau đáp ứng
đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng
lượng cho cả miền Bắc.
Cũng như các ngành công nghiệp khác trong môi trường như ngày nay, vấn đề
tối ưu hóa quá trình sản xuất là một yêu cầu cấp thiết và là một việc làm thường
xuyên để đảm bảo tính hiệu quả của hoạt động nhà máy. Đặc biệt nhà máy lọc dầu
với chi phí xây dựng nhà máy là rất cao nên nhà máy cần phải hoạt động một cách
tối ưu.
Với tầm quan trọng của vấn đề tối ưu hóa như đã phân tích ở trên, em đã chọn
đề tài của đồ án tốt nghiệp: “ Mô hình hóa–Tối ưu hóa quá trình lọc dầu sử dụng
dầu thô Kuwait ” nhằm mục đích có thể đóng góp một phần công sức vào việc xây
dựng phương án hoạt động hiệu quả cho Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 5

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
CDU

Crude Distillation Unit

Phân xưởng chưng cất dầu thô

NHT

Naphtha Hydrotreater Unit
Continuous Catalytic Reformer
Unit

Phân xưởng xử lý Naphtha bằng H2

CCR
GOHD
S

Gasoil Hydrodesulphuriser

KHDS

Kerosene Hydrodesulphuriser

Phân xưởng Reforming xúc tác liên
tục
Phân xưởng xử lý lưu huỳnh trong
phân đoạn Gasoil bằng Hydro
Phân xưởng khử lưu huỳnh phân
đoạn Kerosene bằng Hydro

LTU

Residue Fluidised Catalytic
Cracking
LPG Treater Unit

ALK

Indirect Alkylation

Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp

PRU

Propylene Recovery Unit

Phân xưởng thu hồi Propylene

ISOM

Isomerization Unit

Phân xưởng đồng phân hóa

LRU

LPG Recovery Unit

RHDS

Residue Hydrodesulphuriser

Phân xưởng thu hồi LPG
Phân xưởng khử lưu huỳnh trong
phân đoạn cặn chưng cất bằng Hydro
Cụm phân xưởng Naphtha và hợp
chất thơm
Phân xưởng sản xuất Hydro

RFCC

NAC
HMU
SRU

Naphtha and Aromatics
Complex
Hydrogen Manufacuring Unit

Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi
Phân xưởng xử lý LPG

Hệ thống nén và phân phối Hydro

LPG

Sulphure Recovery Unit
Hydrogen Compression and
Distribution System
Liquefied Petroleum Gas

PRU

PolyPropylene Recovery Unit

Phân xưởng thu hồi Polypropylene

PR-DO

Premium Diesel Oil

Nhiên liệu Diesel cao cấp

RE-DO

Regular Diesel Oil

Nhiên liệu Diesel thông thường

FO

Fuel Oil

Dầu đốt FO

HGO

Heavy Gas Oil

Gasoil nặng

LCO

Light Cycle Oil

Dầu nhẹ từ phân xưởng RFCC

CLO

Clarified Oil

Dầu tinh lọc của quá trình RFCC

AR

Atmospheric Residue

Cặn chưng cất khí quyển

TPSD

Ton per standard day

Tấn/ngày

BPSD

Barrel per standard day

Thùng/ngày

HCDS

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 6

Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh

Khí dầu mỏ hóa lỏng

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

D

Density

Tỷ trọng

ppm

Part per million

Phần triệu

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 7

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Tên bảng
Bảng 1.1 : Đặc tính của dầu thô Kuwai.
Bảng 1.2 : Các sản phẩm thương mại sau khi phối trộn.

Trang
2
10

Bảng 2.1 : Bảng ký hiệu các cấu trúc biến trong bảng tính Lingo

19

Bảng 2.2 : Bảng ký hiệu các ràng buộc trong bảng tính Lingo

23
26
27
27

27
27
27
26
27
28
37

Bảng 2.3 : Giá thành các sản phẩm thương mại.
Bảng 2.4 : Chi phí vận hành các phân xưởng.
Bảng 2.5 : Chỉ tiêu chất lượng LPG.
Bảng 2.6 : Chỉ tiêu chất lượng Xăng.
Bảng 2.7: Chỉ tiêu chất lượng của Kerosene.
Bảng 2.8 : Chỉ tiêu của nhiên liệu Jet-A1.
Bảng 2.9 : Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Diesel.
Bảng 2.10 : Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Fuel Oil.
Bảng 2.11 : Chỉ tiêu chất lượng dùng trong phần mềm Lingo.
Bảng 3.1 : Cấu trúc ma trận bài toán tối ưu.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 8

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

DANH SÁCH HÌNH VẼ
Tên hình
Hình 1.1: Mặt bằng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
Hình 2.1: Quá trình chưng cất
Hình 2.2: Phân xưởng thu hồi LPG
Hình 2.3: Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro
Hình 2.4: Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục
Hình 2.5: Phân xưởng xử lý LPG
Hình 2.6: Phân xưởng xử lý Kerosene
Hình 2.7: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất
Hình 2.8: Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất
Hình 2.9: Phân xưởng thu hồi Propylen
Hình 2.10: Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp
Hình 2.11: Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh
Hình 2.12: Phân xưởng Isome hóa
Hình 2.13: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil
Hình 2.14: Phân xưởng tách xăng Reformate
Hình 3.1 : Giao diện làm việc Lingo
Hình 3.2 : Trình đơn New
Hình 3.3 : Trình đơn Edit
Hình 3.4 : Trình đơn Lingo

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 9

Trang
3
11
12

12
13
13
13
14
14
14
15
15
15
16
16
34
34
35
35

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

CHƯƠNG 1: DẦU THÔ KUWAIT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
1.1 Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu.
Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất
được vài ba triệu tấn. Dầu thô Việt Nam là dầu thô ngọt, hàm lượng lưu huỳnh rất
thấp (0,041% khối lượng), đó là nguyên liệu tốt cho các nhà máy lọc dầu. Tuy
nhiên, dự trữ dầu của Việt Nam là khá thấp. Vì vậy, để đảm bảo hoạt động lâu dài

và liên tục của phức hợp nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy hợp tác và nhập khẩu
dầu thô từ Trung Đông. Hỗn hợp dầu thô từ Kuwait, Murban và Black Tiger (Việt
Nam) đã được nghiên cứu và cho thấy sử dụng 100% dầu thô từ Kuwait đã mang lại
kết quả tốt nhất. Kết quả là dầu thô Kuwait đã được lựa chọn là nguồn nguyên liệu
chính để thiết kế nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. Ngoài ra, để đảm bảo trữ lượng của
nhà máy, nguồn nguyên liệu Murban cũng được sử dụng.
Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait:
 Là dầu thô trung bình (d = 0.876 và oAPI = 29.9) và có hàm lượng lưu huỳnh cao
(khoảng 2.65%wt). Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được giải quyết để tạo
sản phẩm có chất lượng tốt.
 Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao. Ví dụ, nồng độ Nikel là 0.1
ppm, Vanadium là 31.1 ppm và Sắt 0.7 ppm. Với nồng độ kim loại như vậy, nó sẽ
có hại cho quá trình sản xuất bởi vì sự hiện diện của các kim loại này gây ngộ độc
chất xúc tác, hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng sản phẩm.
 Hàm lượng Nitơ trong khoảng khoảng 372 ppm, đó là có khả năng gây ngộ độc
chất xúc tác và giảm độ ổn định của dầu trong quá trình bảo quản.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 1

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Bảng 1.1: Đặc tính của dầu thô Kuwait
N0

Tỉ trọng tiêu chuẩn (SG)
1

o

API

d154

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

Hàm lượng Lưu huỳnh
Hàm lượng Nước

Áp suất hơi bão hòa Reid (RVP)
Hàm lượng H2S

KUOP

Asphaltenes
Hàm lượng Sodium
Hàm lượng Sắt
Hàm lượng Vanadium
Hàm lượng Nickel

Hàm lượng Nitơ
Cặn carbon conradson
Chỉ số Acid tổng
Độ nhớt ở 20oC
Độ nhớt ở 50oC

16
Hàm lượng sáp
Tài liệu tham khảo [1].

Đơn vị
%m
%V
kPa
ppm
%m
ppm
ppm
ppm
ppm
ppm
%m

mgKOH/g
cSt
cSt
%m

Giá trị
0.8765
29.9
0.8760
2.65
0.00
26.2
<1
11.84
2.5
3.3
0.7
31.1
10.1
372.0
6.11
0.045
22.73
8.88
3.8

1.2 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.
Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Việt Nam thuộc vào các khu kinh tế Nghi Sơn,
nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt
Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT

(Dead Weight Ton) cập bến. Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát
triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng
Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan.
Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đề
xuất là:
- Đáp ứng nhu cầu thị trường và an ninh năng lượng
- Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát
triển thống nhất của đất nước.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 2

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 8.4 triệu tấn
dầu thô trong một năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô một
năm.
Chủ đầu tư này là một một công ty liên doanh gồm:
 Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25.1% vốn)
 Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35.1%)
 Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35.1%)
 Công ty Hóa chất Mitsui Chemicals Inc (MCI) (4.7%)
Liên danh nhà thầu EPC do công ty JGC Corporation (Nhật Bản) đứng đầu và
các nhà thầu: Chiyoda Corporation (Nhật Bản), GS Engineering & Construction

Corporation (Hàn Quốc), SK Engineering & Construction Co., Ltd (Hàn Quốc),
Technip France (Pháp), và Technip Geoproduction (M) Sdn. Bhd (Malaysia).

Hình 1. 2: Mặt bằng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
1.3 Sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.
Khi đưa vào vận hành nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ cung cấp cho thị trường
những sản phẩm:
- Các sản phẩm năng lượng: LPG, xăng, Kerosene, Jet A1, DO, FO.
- Các sản phẩm phi năng lượng: benzen, paraxylene, polypropylene và lưu huỳnh.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 3

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.(xem phụ lục)
1.5 Các phân xưởng công nghệ.
1.5.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU).
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler.
Công suất thiết kế: 9.66 triệu tấn/năm (tương đương 200000 thùng/ngày).
Theo thiết kế, nguyên liệu đầu vào của phân xưởng CDU là 100% dầu thô
nhập khẩu từ Kuwait. Hàm lượng nước trong dầu thô tối đa là 0.5% thể tích. Các
phương án thiết kế được xem xét bao gồm:
 Phương án cơ sở: CDU được thiết kế dựa vào điểm cắt TBP và các đặc tính kỹ

thuật của sản phẩm.
 Phương án tối đa sản phẩm Kerosene: CDU phải có khả năng xuất lượng lớn
Kerosene với chất lượng chấp nhận được để đáp ứng thay đổi của thị trường. Điều
này tương ứng với lượng sản phẩm của Kerosene tăng 17%.
 Phương án tối thiểu sản phẩm Kerosene: CDU phải có khả năng tăng lượng sản
phẩm Naphtha thô khi cắt giảm lượng Kerosene để tối đa lợi nhuận của cụm
Hydrocacbon thơm.
 Phương án hồi lưu nguội: CDU phải có thể hoạt động linh hoạt với 5% khối
lượng tỉ lệ hồi lưu nguội (Naphtha nguội/Lượng bơm tuẩn hoàn nóng ở đỉnh). Ở đây
dòng Naphtha ở dòng ngưng tụ trên đỉnh được đưa vào đường hồi lưu bơm tuần
hoàn đỉnh.
Phân xưởng CDU sẽ hoạt động theo phương án hồi lưu nguội khi khởi động,
làm sạch hoặc hoạt động gián đoạn. Dầu thô được gia nhiệt sơ bộ bằng cách trao đổi
nhiệt với các dòng sản phẩm và dòng tuần hoàn trước khi vào lò đốt. Việc tách dầu
thô sẽ được thực hiện trong tháp bay hơi trước (Preflash Drum), tháp chưng cất
chính (Main Fractionator). Dòng Naphtha đỉnh sẽ được ổn định trong tháp ổn định
Naphtha ở phân xưởng thu hồi LPG. Sản phẩm sẽ được làm nguội, đưa đến khu vực
phối trộn sản phẩm, lưu trữ tạm thời hoặc tiếp tục chế biến cho phù hợp.
Các dòng sản phẩm từ phân xưởng chưng cất khí quyển CDU:
- Dòng khí chua ở đỉnh được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG.
- Toàn bộ phân đoạn Naphtha chưa ổn định được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG
để tiếp tục chế biến.
- Dòng Kerosene được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene bằng
Hydro (KHDS) và tới bộ phận phối trộn sản phẩm.
- Dòng Gasoil được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil bằng Hydro
(GOHDS) hoặc đến bể chứa trung gian của GOHDS.
GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 4

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

- Dòng cặn chưng cất khí quyển được chuyển thẳng qua phân xưởng khử lưu
huỳnh trong cặn chưng cất khí quyển bằng Hydro (RHDS) để tiếp tục chế biến hoặc
đến các bể chứa trung gian của RHDS.
1.5.2 Phân xưởng thu hồi LPG (LRU)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler.
Phân xưởng thu hồi LPG thu gom và xử lý các dòng nguyên liệu: khí Offgas,
LPG, Naphtha. Các dòng này được thu nhận từ nhiều nguồn như phân xưởng CDU,
xử lý Naphtha bằng Hydro, CCR, phân xưởng Isomer hóa và 3 phân xưởng khử lưu
huỳnh bằng Hydro (KHDS, GOHDS và RHDS).
1.5.3 Phân xưởng xử lý Naphha bằng Hydro (NHT)
Công suất thiết kế: 54100 thùng/ngày.
Mục đích thiết kế của phân xưởng là xử lý hỗn hợp Naphtha từ phân xưởng
LRU và Rafinate từ phân xưởng NAC bằng Hydro.
1.5.4 Phân xưởng Isome hóa (ISOM)
Công suất thiết kế: 23400 thùng/ngày.
Chuyển hóa dòng Naphtha nhẹ có trị số octane thấp thành Isomerate có trị số
octane cao.
1.5.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)
Công suất thiết kế: 39700 thùng/ngày.
Tạo ra Reformate có trị số octane và hàm lượng các chất thơm cao.
1.5.6 Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm (NAC)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP
Cụm Naphtha và Hydrocacbon thơm (NAC) được thiết kế để chế biến tất cả

các phân đoạn Naphtha thành các sản phẩm Benzene và Paraxylene với độ tinh
khiết phù hợp để xuất bán kèm theo các cấu tử xăng thơm để pha trộn xăng.
Nguyên lý thiết kế của cụm là tối đa hóa việc sản xuất Paraxylene để thu được
hiệu quả kinh tế.
1.5.7 Phân xưởng xử lý LPG (LTU)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP
Công suất thiết kế: 6500 thùng/ngày.
Phân xưởng này được thiết kế để xử lý hỗn hợp LPG đầu vào từ thiết bị chiết
tách bằng Amine trong phân xưởng thu hồi LPG để tạo ra sản phẩm LPG đã xử lý
với tổng hàm lượng lưu huỳnh Mercaptan tối đa là 5ppm khối lượng. Phân xưởng

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 5

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

bao gồm cả hệ thống xử lý kiềm thải. LPG đã qua xử lý sẽ được đưa trở lại phân
xưởng thu hồi LPG để tách C3/C4.
1.5.8 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens.
Công suất thiết kế: 20000 thùng/ngày.
Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS) sẽ xử lý phân đoạn
Kerosene từ phân xưởng chưng cất khí quyển CDU để sản xuất ra dầu hỏa, nhiên
liệu phản lực với hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 50 ppm khối lượng và hàm lượng

Mercaptan tối đa là 0.003% khối lượng.
1.5.9 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens.
Công suất thiết kế: 60000 thùng/ngày.
Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS) sẽ khử lưu huỳnh trong
phân đoạn Gasoil từ phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) và dầu nhẹ (LCO) từ
phân xưởng RFCC để sản xuất ra cấu tử pha trộn Diesel với hàm lượng lưu huỳnh
thấp (tối đa 50 ppm khối lượng).
Phân xưởng này còn có tháp hấp thụ bằng dung môi Amine để khử H2S trong
dòng khí chua và khí tuần hoàn. Dung môi Amine sử dụng là MDEA. Amine làm
sạch được cung cấp từ phân xưởng tái sinh Amine trung tâm.
1.5.10 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất (RHDS)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Chevron.
Công suất thiết kế: 105000 thùng/ngày.
Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất khí quyển bằng Hydro
(RHDS) được thiết kế để xử lý Hdro phân đoạn cặn từ phân xưởng CDU phục vụ
cho việc chế biến tiếp theo trong phân xưởng RFCC.
Phân xưởng RHDS sản xuất ra các dòng sản phẩm sau:
- Cặn chưng cất khí quyển đã được khử lưu huỳnh, làm nguyên liệu cho phân
xưởng RFCC.
- Naphtha không ổn định đưa đến phân xưởng thu hồi LPG.
- RHDS Diesel đã được khử lưu huỳnh đưa đến bể chứa Diesel.
1.5.11 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất (RFCC)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens.
Công suất thiết kế: 80000 thùng/ngày.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 6

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Phân xưởng RFCC được thiết kế để chế biến phân đoạn cặn chưng cất khí
quyển đã được xử lý bằng Hydro từ phân xưởng RHDS. Phân xưởng RFCC được
thiết kế với chế độ linh hoạt tối đa sản phẩm Propylene và tối đa sản phẩm Xăng.
Phân xưởng này tạo ra các dòng sản phẩm sau:
- Dòng LPG đã được xử lý bằng Amine. Dòng LPG này đã được xử lý bằng kiềm
(tại phân xưởng xử lý LPG từ RFCC) để loại Mercaptan trước khi đưa trở lại thiết
bị tách C3/C4 trong RFCC.
- Sau khi loại bỏ Mercaptan, dòng LPG sẽ được tách ra để sản xuất Propylene cho
phân xưởng PolyPropylene (PRU), hỗn hợp Butane cho phân xưởng Alkyl hóa gián
tiếp và Propane sẽ được đưa đến bể chứa LPG.
- Xăng FCC nhẹ (Light FCC Gasoline) sẽ được đưa đến bộ phận pha trộn xăng sau
khi qua xử lý bằng kiềm nhờ công nghệ MEROX.
- Xăng FCC nặng (Heavy FCC Gasoline) sẽ được đưa đến bể pha trộn xăng.
- Dầu nhẹ (Light Cycle Oil – LCO) sẽ được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh
trong Gasoil bằng Hydro (GOHDS) và hệ thống dầu nhiên liệu.
- Dầu tinh lọc (Clarified Oil – CLO) sẽ được đưa đến bộ phận pha trộn dầu nhiên
liệu.
1.5.12 Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens.
Phân xưởng thu hồi Propylene được thiết kế để thu hồi Propylene có độ tinh
khiết cao từ hỗn hợp C3 nhận được từ phân xưởng RFCC.
Sản phẩm Propylene thu được sẽ làm nguyên liệu đầu vào cho phân xưởng
Propylene (PPU). Phân xưởng PRU còn sản xuất ra một dòng sản phẩm phụ là

Propane, dòng sản phẩm này sẽ được đưa đến bể phối trộn và bể chứa LPG.
1.5.13 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP.
Công suất thiết kế: 21500 thùng/ngày.
Phân xưởng này bao gồm 3 phân xưởng chế biến riêng lẻ: Phân xưởng Hydro
hóa chọn lọc (SHP – Selective Hydrogen Pretreatment Unit), phân xưởng khử Nitrit
(NRU) và phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp (ALK) để sản xuất tối đa sản phẩm
Alkylate với chỉ số octane phù hợp để pha trộn xăng trên cơ sở tối đa lượng octane.
Nguyên liệu đầu vào của các phân xưởng này là hỗn hợp sản phẩm
Butane/Butene từ phân xưởng RFCC. Dòng đầu vào trước tiên sẽ được xử lý ở phân
xưởng SHP để khử nối đôi, sau đó dẫn sang NRU để loại bỏ Nitrit trước khi đưa
sang phân xưởng ALK. Trong phân xưởng ALK, iso-butane sẽ được cho phản ứng

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 7

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

với các Olefin nhẹ để tạo sản phẩm Alkylate giàu iso-octane. Hydro cần cho hai
phân xưởng này được lấy từ hệ thống nén và phân phối khí Hydro. Phân xưởng
IALK còn sản xuất ra dòng hỗn hợp C4 (Butane không phản ứng). Dòng này sẽ
được đưa đến bể chứa LPG.
Các sản phẩm của phân xưởng ALK đáp ứng yêu cầu chất lượng của Alkylate
và LPG (Butane).

1.5.14 Phân xưởng sản xuất khí Hydro (HMU)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler.
Mục tiêu của phân xưởng sản xuất khí Hydro là sản xuất Hydro với độ tinh
khiết cao cung cấp cho các phân xưởng khử lưu huỳnh bằng Hydro và để sử dụng
trong các phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp, xử lý chọn lọc bằng Hydro, phân xưởng
Polypropylene và phân xưởng xử lý khí đuôi ttrong nhà máy.
Phân xưởng sản xuất Hydro (HMU) sử dụng dòng khí Metane hình hành từ
nguyên liệu Hydrocarbon (khí nhiên liệu và LPG) để sản xuất khí giàu Hydro. Dòng
khí này sẽ được làm sạch trong một tháp hấp thụ áp suất thay đổi (PSA – Pressure
Swing Adsorption) để tạo ra Hydro với độ tinh khiết tối thiểu là 99,9% thể tích.
Sản phẩm Hydro sẽ được dẫn đến phân xưởng RHDS để cân bằng phân phối
khí trong nhà máy thông qua hệ thống nén và phân phối khí Hydro (HCDS).
1.5.15 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU)
Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Jacobs.
Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) được thiết kế để xử lý khí acid và khí
chua sinh ra trong nhà máy lọc dầu tạo thành sản phẩm lưu huỳnh nguyên tố. Phân
xưởng SRU có công suất thiết kế 800 tấn lưu huỳnh/ngày, với hiệu suất lưu huỳnh
thu được tối thiểu 99.9%.
Tài liệu tham khảo [2].
1.5.16 Chế độ vận hành
Nhà máy lọc dầu nghi Sơn vận hành theo hai chế độ của cụm phân xưởng
Cracking xúc tác là:
- Sản xuất tối đa Xăng
- Sản xuất tối đa Propylene.
1.6 Phối trộn sản phẩm
Phân xưởng phối trộn sản phẩm bao gồm nhiều hệ thống phân chia nhằm cung
cấp những cấu tử và lưu lượng xác định cho vòi phun, sau đó từ vòi phun các sản
phẩm đã được phối trộn đi vào các thùng chứa.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 8

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Có 4 sản phẩm chính được phối trộn trong nhà máy lọc dầu:
-

LPG
Xăng Mogas 92, Mogas 95
Dầu Diesel động cơ (DO)
Dầu Diesel công nghiệp (FO)

Một hỗn hợp xăng có thể được tạo ra từ việc phối trộn từ hai loại xăng Mogas
92 và Mogas 95. Ban đầu xăng Mogas 92 sẽ được tạo ra từ hỗn hợp này nhưng cấp
độ này sẽ bị thay thế trong tương lai khi sản phẩm xăng Mogas 95 được sản xuất.
Hệ thống phối trộn xăng và diesel được thiết kế trong điều kiện bình thường
hoạt động liên tục, các cấu tử phối trộn được bơm từ bể chứa của nhà máy, phối trộn
nối tiếp nhau và dẫn tới thùng chứa sản phẩm được thay đổi theo chu kỳ. Từ những
hỗn hợp nhận từ những sản phẩm trung gian ở thiết bị chứa, chúng có thể bị dừng
hoặc khởi động lại một cách độc lập so với sự vận hành các phân xưởng xử lý trong
nhà máy lọc dầu khi cần thiết.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 9

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Bảng 1. 2: Các sản phẩm thương mại sau khi phối trộn.
Sản phẩm
PolyPropylen

Thành phần phối trộn
Từ phân xưởng PRU

LPG

C3
C4

Xăng Mogas 92/95

C4
Xăng Isomerate
Xăng NAC
Xăng RFCC đã qua xử lý
Xăng Alkylate

Jet A1

Diesel

Fuel oil

Benzene
Paraxylene
Sulphur

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

KER
KER
DOGOHDS
DORHDS
LCO
KER
DOGOHDS
DORHDS
LCO
CLO
HYARO
Từ phân xưởng NAC
Từ phân xưởng NAC
Từ phân xưởng SRU

Trang 10

SVTH: Lê Văn Hiệp

Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN NHÀ MÁY
LỌC DẦU NGHI SƠN
2.1 Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu
Nhà máy lọc dầu thực hiện ba hoạt động chính:
 Hoạt động phân tách: dầu thô được tạo từ hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều các
hợp chất, phần lớn là hydrocacbon. Để thu được các sản phẩm dầu mỏ đáp ứng
được các tiêu chuẩn kỹ thuật thương mại, đầu tiên cần phải thực hiện một quá trình
phân riêng dầu mỏ nguyên khai thành nhiều phân đoạn khác nhau. Quá trình chưng
cất cho phép phân đoạn dầu thô thành các phân đoạn khác nhau như khí dầu mỏ hóa
lỏng LPG, xăng, kerosene, gasoil, fuel oil …
 Hoạt động chuyển hóa: nâng cao chất lượng sản phẩm (quá trình xử lý bằng
hydro, reforming, isome hóa …), tăng hiệu suất thu sản phẩm (FCC).
 Hoạt động phối trộn: cho ra các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng
(Xăng, DO, FO, JetA1 …).
Mục đích của mô hình hóa:
 Dễ dàng xác định các biến của bài toán.
 Xác định các dòng bán sản phẩm và sản phẩm của nhà máy.
2.2 Mô hình hóa hoạt động phân tách và chuyển hóa
Dựa trên sơ đồ công nghệ nhà máy lọc dầu, cùng với các tài liệu liên quan đến
các phân xưởng trong nhà máy là cơ sở để mô hình hóa các phân xưởng.
Tài liệu tham khảo [3].
2.2.1 Phân xưởng chưng cất
Với nguyên liệu cho quá trình chưng cất là 100% dầu thô nhập khẩu từ
Kuwait.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 11

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Hình 2.1: Quá trình chưng cất
2.2.2 Phân xưởng thu hồi LPG
Phân xưởng LRU xử lý các dòng OG (từ các phân xưởng NHT, KHDS,
GOHDS, RHDS, PSA), dòng FG (từ phân xưởng ALK), dòng NA (từ các phân
xưởng GOHDS, RHDS, CDU). Sản phẩm thu được là các dòng FG, LPG, FRN.

Hình 2.2: Phân xưởng thu hồi LPG
2.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro
Phân xưởng NHT xử lý các dòng FRN (từ phân xưởng LRU), dòng RAF (từ
phân xưởng NAC). Sản phẩm thu được là các dòng OG, LNA, HNA.

Hình 2.3: Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro
2.2.4 Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục
Phân xưởng CCR xử lý các dòng HNA (từ các phân xưởng NHT). Sản phẩm
thu được là các dòng H2RG, LPG, REF.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 12

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Hình 2.4: Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục
2.2.5 Phân xưởng xử lý LPG
Phân xưởng LTU xử lý các dòng LPG (từ các phân xưởng LRU, CCR). Sản
phẩm thu được là các dòng FG, C3, C4.

Hình 2.5: Phân xưởng xử lý LPG
2.2.6 Phân xưởng xử lý Kerosene
Phân xưởng LRU xử lý dòng KE (từ phân xưởng CDU). Sản phẩm thu được là
các dòng OG, KE.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 13

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

Hình 2.6: Phân xưởng xử lý Kerosene
2.2.7 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất

Phân xưởng RHDS xử lý dòng AR (từ phân xưởng CDU). Sản phẩm thu được
là các dòng H2RG, OG, NA, DO, RSD.

Hình 2.7: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất
2.2.8 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất
Phân xưởng RFCC xử lý dòng RSD (từ phân xưởng RHDS). Sản phẩm thu
được là các dòng FG, H2S, C3, C4, LNA, HNA, LCO, CLO, COKE.

Hình 2.8: Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất
GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 14

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

2.2.9 Phân xưởng thu hồi Propylene
Phân xưởng PRU xử lý các dòng C3 (từ phân xưởng RFCC). Sản phẩm thu
được là các dòng C3, PPL.

Hình 2.9: Phân xưởng thu hồi Propylen
2.2.10 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp
Phân xưởng ALK xử lý các dòng C4 (từ phân xưởng RFCC). Sản phẩm thu
được là các dòng FG, C4, ALKYLATE.

Hình 2.10: Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp

2.2.11 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh
Phân xưởng SRU xử lý các dòng H2S (từ các phân xưởng LRU, RFCC). Sản
phẩm thu được là dòng SULPHUR.

Hình 2.11: Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 15

SVTH: Lê Văn Hiệp


Đồ án tốt nghiệp

Ngành công nghệ hóa học dầu và khí

2.2.12 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil
Phân xưởng GOHDS xử lý các dòng GO (từ phân xưởng CDU), dòng LCO
(từ phân xưởng RFCC). Sản phẩm thu được là các dòng H2RG, OG, NA, DO.

Hình 2.12: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil
2.2.13 Phân xưởng Isome hóa
Phân xưởng ISOM xử lý các dòng LNA (từ phân xưởng NHT). Sản phẩm thu
được là các dòng FG, ISOMERATE.

Hình 2.13: Phân xưởng Isome hóa
2.2.14 Cụm phân xưởng Naphtha và Hydrocacbon thơm
Phân xưởng NAC xử lý dòng REF (từ các phân xưởng CCR). Sản phẩm thu
được là các dòng FG, BZ, PXL, RAF, NA, HYARO.

GVHD: Nguyễn Đình Lâm

Trang 16

SVTH: Lê Văn Hiệp