Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng cụm phân tách phân đoạn xăng và thu hồi khí (gas plant) của nhà máy lọc dầu dung quất bằng phần mềm PROII

ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 1


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

LỜI NÓI ĐẦU
Các phần mềm mô phỏng có ý nghĩa đặc biệt quang trọng đối với ngành dầu
khí nói riêng và các ngành kĩ thuật khác nói chung. Nó cho phép người sử dụng tiến
hành các thao tác mô phỏng một quy trình đã có sẵn trong thực tế hoặc thiết kế một
quy trình mới nhờ có thư viện dữ liệu phong phú và chính xác với từng ngành khác
nhau. Một trong số đó chính là PRO/II, một phần mềm tính toán chuyên dụng trong
các lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung, đặc biệt trong lĩnh vực lọc hóa dầu
Quá trình nghiên cứu sơ đồ công nghệ rồi tiến hành mô phỏng nhằm mục
đích kiểm tra, so sánh chất lượng của các phân đoạn sản phẩm. Đồng thời qua quá
trình mô phỏng, chúng ta sẽ có các thông số cần thiết cho quá trình xây dựng hệ
thống điều khiển của phân xưởng sau này. Đó chính là nội dung được trình bày
trong đồ án: “mô phỏng cụm phân tách phân đoạn xăng và thu hồi khí (Gas
plant) của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phần mềm PRO/II”
Nội dung đề tài bao gồm các chương sau:
-

Chương I: Tổng Quan Đề tài
+ Tổng quan về phân xưởng Gas – Plant của nhà máy lọc dầu Dung Quất.
+ Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất.

-

Chương II: Sơ đồ công nghệ của phân xưởng Gas Plant

-

Chương III: Giới thiệu phần mềm PRO/II

-

Chương IV: Ứng dụng PRO/II - Mô phỏng công nghệ phân xưởng Gas
Plant

.

+ Khai báo các cụm thiết bị trong sơ đồ công nghệ
+ Khai thác số liệu mô phỏng
+ Các đặc trưng chính của các thiết bị chính
+ Ứng dụng công cụ Calculator

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 2


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất
1.1.1. Giới thiệu chung về đề tài
Đề tài này đề cập đến quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí (Gas – Plant)
của nhà máy lọc dầu Dung Quất, phân xưởng xử lý khí nằm ở vị trí phía sau phân
xưởng chưng cất dầu thô. 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 hydrocacbon nhẹ và các tạp chất như H 2O, H2S, 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.

Hình 1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu

Sản phẩm của chúng bao gồm các phân đoạn như sau:
- Phân đoạn C1, C2 dùng để làm nhiên liệu cho toàn bộ nhà máy, sản phẩm này
được gọi là Fuel Gas.
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 3


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

- 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.

1.1.2. Các tiêu chuẩn của sản phẩm
 Tiêu chuẩn của Fuel Gas: là khí đã tách Bupro và Naphtha nhẹ. Khí có thành phần
chủ yếu là CH4 và C2H6 ngoài ra còn lẫn các hydrocacbon nặng và các khí SO x,
NOx, CO. Các khí này sẽ cho qua phân xưởng DeSO x để tránh gây ăn mòn khi dùng
cho nhà máy và tránh gây ô nhiễm môi trường khi thải ra ngoài. Vì vậy ta có tiêu
chuẩn về Fuel Gas như sau:
- NOx: 1000 mg/Nm3 max
- SOx : 500 mg/Nm3 max
- Bụi chất xúc tác: 50 mg/Nm3 max
- CO: 300 mg/Nm3 max
- H2S: 50 ppm wt max
 Khí hóa lỏng – LPG (Liquefied Petroleum Gas): là khí có thành phần chủ yếu là
Propane và Butane 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:
- Phần dùng để sản xuất Propylen.
- Phần dùng làm sản phẩm thương phẩm.
Tiêu chuẩn của LPG để sản xuất Propylen:
- Tỷ trọng

: 0,565

- Hàm lượng Mercaptans: 7,1 ppm (wt)
- Hàm lượng COS

: 5

- Total Sulfur

: 332 ppm (wt)

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

ppm (wt)

Trang: 4


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

Bảng 1: Tiêu chuẩn của khí hóa lỏng LPG thương phẩm

Các thông số

Propan

Butan

Áp suất hơi ở 15 oC, Bar

6,5

0,8

20 oC, Bar

9

2,75

50 oC, Bar

19,6

7

Nhiệt độ sôi ở 760 mmHg, oC

-42 ÷ -45

-0,5 ÷ 2

Nhiệt bốc cháy, oC

520

500

Khối lượng riêng khí (760mmHg, 15,6 oC), kg/m3

1,83

2,46

Nhiệt dung riêng, Btu/lb oF

0,6

0,57

KJ/Kg oC

2,512

2,386

Kcal/Kg/ oC

0,58

0,55

Áp suất hơi bão hòa ở 15,6 oC, 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 1m3 khí, m3

25

33

Khối lượng riêng của chất lỏng ở 15,6 oC, Kg/l

0,5÷ 0,51

0,57÷ 0,58

Nhiệt trị cháy với không khí, oC

1967

1973

Nhiệt trị cháy với Oxy, oC

2900

2904

Thể tích riêng ở 15,6 oC, lit/ Kg

1.96 ÷
2.02

1.72 ÷ 1.76

 Naphta nhẹ: là hỗn hợp của các hydrocacbon lỏng dễ bay hơi. Các hydrocacbon
này có phân tử lượng lớn hơn Butane, thành phần chủ yếu là C5+. Để đảm bảo đặc
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 5


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

tính kỹ thuật vận chuyển, tàng trữ và chế biến, Naphta nhẹ phải được ổn định theo
các tiêu chuẩn thương mại.
Bảng 2: Tiêu chuẩn của Naphtha

Thông số

Tiêu chuẩn

Hàm lượng Sulphur (wt ppm)

10

Từ

RON

91,8

các yêu

cầu tiêu

MON

79,6

chuẩn

TVP (g/cm2)

363

RVP (Kpa)

34

Tỷ trọng

0,732

kỹ thuật
từng sản
mà

các

đoạn nhẹ

máy lọc Đường cong chưng cất ASTM D – 86

của
phẩm
phân
của nhà
dầu

Dung

IP

39

Quất

cần phải

5

49

đưa qua

10

54

30

70

50

87

70

113

thành

sản

90

159

phẩm

có giá trị

95

175

kinh tế,

sử dụng

EP

197

làm

Hàm lượng Olefin (wt %)

35

liệu cho

phân
xử lý khí
Plant) để
phân
nhẹ
các

nhiên
nhà máy

xưởng
(Gas
tách các
đoạn

và

sản

xuất Propylene.
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 này em đã chọn làm
chế độ tối đa xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ.

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 6


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

1.2. 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 45.000 tỉ
đồng) với tên dự án là Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất của chủ đầu tư là Tập đoàn
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: Crude Distillation
Unit) , xử lý Naphtha bằng hyđro (NHT: Naphtha Hydrotreater), tái tạo chất xúc tác liên
tục, xử lý LPG, thu hồi propylene (PRU: Propylene Recovery Unit), xử lý Kerosene
(KTU: Kerosene Treating Unit), xử lý Naphtha từ RFCC (NTU: Naphtha Treating Unit),
xử lý nước chua (SWS: Sour Water Stripper), tái sinh Amine (ARU: Amine
Regeneration Unit), trung hoà kiềm (CNU: Caustis Neutralisation Unit) thu hồi lưu
huỳnh (SRU: Sulphur Recovery Unit), 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 chiếm khoảng 85,83 ha; tuyến ống dẫn dầu thô và sản phẩm, cấp
và xả nước biển chiếm khoảng 94,46 ha, bến cảng xây dựng, khu xuất sản phẩm…

1.2.1 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:

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 7


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

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 H 2S 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 nhiên liệu
để phối trộn xăng thương phẩm. Mặt khác phân xưởng này cung cấp một lượng H 2
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.

1.2.2. Nguyên liệu
Nhà máy được thiết kế để vận hành cho 2 loại nguyên liệu:
-

Dầu Bạch Hổ: 6,5 triệu tấn/năm.

-

Dầu hỗn hợp: 5,5 triệu tấn/năm dầu Bạch Hổ và 1 triệu tấn/năm dầu Dubai.

1.2.2.1. Dầu Bạch Hổ

Bảng 3: Tính chất của dầu Bạch Hổ

1

Tính chất

Đơn vị

Giá trị

Tỷ trọng ở 60/60 oF

-

0,8289

-

39,2

o

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

API

Trang: 8


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

Khối lượng riêng ở 15 oC

g/ml

0,8285

2

Hàm lượng cặn và nước

% thể tích

0,4

3

Hàm lượng lưu huỳnh tổng

% khối lượng

0,03

4

Áp suất hơi Ried

psi

2,93

5

Hàm lượng H2S

ppm

0

6

Điểm chảy

7

o

F

91,4

Hệ số KUOP

-

12,3

8

Hàm lượng sáp

% khối lượng

29,8

9

Hàm lượng muối tính theo NaCl

mg/kg

56

10

Hàm lượng carbon

% khối lượng

85,31

11

Hàm lượng hydro

% khối lượng

14,35

12

Hàm lượng Vanadi

ppm

0,02

13

Hàm lượng Nickel

ppm

0,22

14

Hàm lượng nitrogen

% khối lượng

0,038

15

Cặn carbon condradson

%khối lượng

0,62

16

Hàm lượng cặn nhờ chiết tách

% khối lượng

0,05

17

Chỉ số axit tổng

mgKOH/g

0,045

18

Nhiệt trị tổng

Kcal/kg

10990

Độ nhớt ở 100 oF

cSt

6,75

Độ nhớt ở 210 oF

cSt

2,01

Hàm lượng nhựa

% khối lượng

1,7

19

20

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 9


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

21

Hàm lượng asphalt

%khối lượng

0,45

22

Hàm lượng tro

% khối lượng

0,015

- Dầu Bạch Hổ là dầu Parafine vì hệ số đặc trưng K UOP = 12,3. Hàm lượng
Parafine trong dầu thô tương đối lớn 29,8 %, do vậy điểm chảy thường rất cao, từ
33,5 – 34oC, không thuận lợi cho việc vận chuyển và bơm dầu thô bằng đường ống.
Trong quá trình vận chuyển cần thực hiện các biện pháp gia nhiệt hoặc sử dụng phụ
gia để giảm nhiệt độ đông đặc.
- Dầu Bạch Hổ thuộc loại dầu nhẹ do có d = 0,8289 và oAPI =39,2.
- Do có chứa hàm lượng lưu huỳnh rất thấp (khoảng 0,03%) nên dầu Bạch Hổ
thuộc loại dầu ngọt, loại dầu này không có nhiều trên thế giới. Vì vậy Bạch Hổ là
loại dầu tốt, có giá trị rất cao.
- Dầu Bạch Hổ chứa rất ít các kim loại nặng hàm lượng Ni là 0,22 ppm, hàm
lượng Vanadi 0,22 ppm thuận lợi cho quá trình chế biến dầu vì sự có mặt của các
kim loại này sẽ gây ngộ độc xúc tác và phá hủy thiết bị.
- Hàm lượng Nitơ trong dầu Bạch Hổ rất thấp khoảng 0,038% khối lượng do vậy
ít gây ngộ độc xúc tác và làm cho dầu có tính ổn định khi tồn chứa.
- Hàm lượng nhựa và asphalten rất thấp nên không thuận lợi cho việc sản xuất
Bitume. Khi chế biến dầu mỏ nếu hàm lượng của nhựa và asphatene thấp thì RA

không cần phải cho qua DSV khi chuẩn bị nguyên liệu cho FCC, mặt khác do lượng
sáp nhiều nên phần cặn không thích hợp để sản xuất dầu nhờn mà thích hợp để xử
lý sâu nhằm sản xuất nhiên liệu.

1.2.2.2. Dầu Dubai
- Dầu thô Dubai là loại dầu trung bình, có tỷ trọng 0,8697 và độ API là 31,2. Có
hệ số KUOP =11,78 nên dầu thô Dubai được xếp vào loại trung gian naphthenicvà
parafenic.

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 10


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

- Dầu thô Dubai có hàm lượng S khá cao, khoảng 2,1% khối lượng, nên đây là
loại dầu chua. Tuy nhiên hàm lượng các tạp chất lưu huỳnh mang tính axit như RSH, H2S chủ yếu tồn tại ở dạng các hợp chất cao phân tử như disunfua, sunfua… ở
phần nặng của dầu thô.
- Hàm lượng asphatenen trong dầu thô tương đối cao làm cho dầu thô có độ
nhớt lớn và tỷ trọng cao. Mặt khác hàm lượng cặn trong dầu cao làm cho dầu thô
không là nguyên liệu tốt cho các quá trình xử lý xúc tác phần cặn.

1.2.3. Sản phẩm
Các sản phẩm của nhà máy lọc dầu:
- Khí hóa lỏng (cho thị trường nội địa)
- Propylen (cung cấp nguyên liệu cho hóa dầu)
- Xăng Mogas 90/92/95

- Nhiên liệu phản lực (Jet A1)
- Nhiên liệu Diesel (DO)
- Dầu đốt (FO)
- Dầu hỏa dân dụng
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 .

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 11


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

CHƯƠNG II
SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA PHÂN XƯỞNG GAS PLANT
2.1. 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, trong tài liệu PFD của phân xưởng RFCC. Dưới đây là thông số
của từng cấu tử dòng nguyên liệu.
Bảng 4: Đặc trưng của các dòng nguyên liệu vào phân xưởng

RFCC

NHT

CDUGAS

LPG

LEAN
OIL

DEA

Nhiệt độ ( oC)

45

40

50

52

45

55

Áp suất (kg/cm3
g)

0,85

0,6

0,6

20

9,5

22,6

Đơn vị

Kg-mol/h

H2 O

3578,33

0,13

0,11

0,00

5,95

868,7
6

N2

71,53

0,00

0,00

0,00

0,06

0,00

CO

6,11

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

CO2

13,04

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

H2S

3,70

0,32

0,00

0,00

0,00

0,00

H2

202,91

13,16

0,00

0,00

0,06

0,00

METAN

152,83

1,69

0,04

0,00

0,18

0,00

ETAN

80,21

1,37

0,27

0,29

0,18

0,00

ETYLEN

81,77

0,00

0,00

0,00

0,18

0,00

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 12


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

PROPAN

148,08

0,83

1,26

3,92

0,71

0,00

PROPYLEN

532,5

0,00

0,00

0,00

1,96

0,00

i-BUTAN

297,95

0,06

0,89

5,90

1,96

0,00

n-BUTAN

95,58

0,40

2,96

26,01

0,59

0,00

i-Butene

146,25

0,00

0,00

0,00

0,95

0,00

1Butene

141,18

0,00

0,00

0,00

0,95

0,00

C2Butene

163,25

0,00

0,00

0,00

1,25

0,00

T2Butene

238,3

0,00

0,00

0,00

1,78

0,00

12BD

3,11

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

CP1

1086,09

0,25

0,02

0,51

17,18

0,00

CP2

1127,86

0,10

0,00

0,00

22,71

0,00

CP3

658,05

0,53

0,00

0,00

17,07

0,00

CP4

545,47

0,00

0,00

0,00

19,86

0,00

CP5

431,65

0,00

0,00

0,00

28,24

0,00

CP6

310,74

0,00

0,00

0,00

67,61

0,00

CP7

102,64

0,00

0,00

0,00

476,39

0,00

CP8

1,49

0,00

0,00

0,00

579,91

0,00

CP9

0,01

0,00

0,00

0,00

247,06

0,00

CP10

0,00

0,00

0,00

0,00

7,14

0,00

CP11

0,00

0,00

0,00

0,00

0,06

0,00

DEA

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

35,72

TỔNG

10220,6

18,84

5,55

36,63

1500,00

868,7

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 13


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

8

6

Trong đó:
-

RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking): Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi
cặn chưng cất khí quyển

-

NHT (Naphtha Hydrotreater): Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hydro

-

CDU _GAS (Crude Distillation Unit): Khí từ phân xưởng chưng cất khí quyển.

-

DEA: Diethanolamine

-

LPG: khí đi ra từ tháp chưng cất khí quyển.
Bảng 5: Các tính chất của các cấu tử giả

Tên

TB
(oC)

PM
(kg/kmol)

D
(kg/m3)

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

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 14


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

CP11

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

250

181,5

899,9

Ghi chú:
TB: nhiệt độ sôi trung bình; PM: khối lượng mol; D: khối lượng riêng ở 15oC

2.2. Sơ đồ công nghệ phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung
Quất
Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
 Wet gas compressor và HP condenser

Wet gas từ cụm Fractionation đưa tới Knock-out drum D-1551 của cấp máy
nén thứ nhất, tại đây HC lỏng cuốn theo và ngưng tụ được tách ra. Khí từ bình D1551 được nén bởi cấp thứ nhất của máy nén C-1551 và sau đó được làm lạnh tại
intercooler E-1551 và trim cooler E-1552A/B. Nước chua từ cụm Fractionation
được đưa tới đầu vào của E-1551 để làm giảm tối thiểu ăn mòn. Hơi được làm lạnh
và lỏng ngưng tụ từ E-1552 được tách tại D-1552 (Interstage drum).
Hơi từ D-1552 được nén trong cấp thứ hai của máy nén C-1551.
Pha lỏng trong D-1552, hydrocacbon và nước, được bơm bởi P-1551A/B và trộn
với dòng hơi từ đầu ra của máy nén. Một phần dòng hỗn hợp này được ngưng tụ tại
HP air condenser E-1553.
 Stripper condenser và Bình tách cao áp.
Dòng ra của E-1553, dòng lỏng từ đáy của Primary absorber và hơi của đỉnh
stripper được kết hợp lại trước khi vào Stripper Condensers E-1554A/B. Dòng LPG
từ CDU cũng được đưa vào E-1554A/B. Dòng ra từ E-1554A/B được tách thành
pha nước, hydrocacbon lỏng và pha hơi trong bình tách cao áp D-1553. Phần nước
chua đưa tới phân xưởng xử lý nước chua SWS (Sour Water Stripper).
Pha lỏng hydrocacbon được bơm bởi P-1553A/B và sau đó trao đổi nhiệt với
dòng HVN pumparound rồi nạp vào đỉnh của Stripper T-1552. Pha hơi từ D-1553
được nạp vào đáy của Primary Absorber T-1551 bên dưới đĩa cuối cùng.
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 15


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

 Primary absorber

Primary absorber T-1551 thu hồi hầu hết C3 và C4 từ phần hơi của D-1553.
Phần lỏng ở đỉnh của cụm Fractionation được nạp vào đĩa trên cùng của T-1551.
Trong trường hợp vận hành Bạch Hổ Max Gasoline, một dòng Gasoline sẽ được
tuần hoàn từ đáy của Debutanizer về đỉnh T-1551 để đạt được sự thu hồi C 3 và C4
theo yêu cầu.
 Stripper

Stripper tách H2S và C2 và các cấu tử nhẹ hơn từ hỗn hợp LPG và Gasoline từ
D-1553 nạp vào đỉnh Stripper. Nhiệt độ của dòng nguyên liệu cho stripper được
điều khiển bởi TIC-723 bằng cách điều khiển lưu lượng của dòng HVN
pumparound tới E-1555. Nhiệt của Reboiler được cung cấp bởi hai reboiler nối tiếp
nhau. Reboiler thứ nhất E-1556 được gia nhiệt bởi dòng đáy của Debutanizer.
Reboiler thứ 2, E-1557, được gia nhiệt bởi dòng LCO pumparound từ cụm
Fractionation.
Lưu lượng dòng hơi từ đỉnh của stripper sẽ điều khiển lượng nhiệt cung cấp
cho E-1557 thông qua bộ điều khiển FIC-709. Lưu lượng dòng hơi, hay nói cách
khác công suất của reboiler được thiết lập để đáp ứng tiêu chuẩn thành phần C 2
trong sản phẩm đỉnh của Debutanizer.
Hơi từ đỉnh của stripper được ngưng tụ tại E-1554. Dòng lỏng ở đáy đưa đến
tháp Debutanizer T-1554 bằng bộ điều khiển FIC-714 với set point nhận từ bộ điều
khiển mức LIC-712.

 Secondary absorber

Secondary absorber T-1553 thu hồi các phân đoạn nhẹ của gasoline từ dòng
khí đỉnh của primary absorber T-1551. Dòng lean oil là dòng heavy naphtha từ cụm
Fractionation
Dòng lean oil được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệt với dòng đáy của
secondary absorber T-1553 tại E-1563 và sau đó tiếp tục được làm lạnh bởi dòng
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 16


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

cooling water qua thiết bị trao đổi nhiệt lean oil cooler E-1564. Dòng lỏng sau khi
làm lạnh đưa đến lean oil coalescer D-1556 để loại nước bị cuốn theo trước khi
được nạp vào đỉnh của T-1553 bằng bộ điều khiển FIC-718. Dòng sản phẩm đáy,
rich oil, được điều khiển bằng bộ LIC-720, và sau đó được gia nhiệt bằng dòng lean
oil tại E-1563, và rồi hồi lưu trở lại Main Fractionator ở cụm Fractionation.
Khí ở đỉnh T-1553 được làm lạnh bằng dòng cooling water tại Fuel Gas
Cooler E-1565 và đưa đến bình Fuel Gas Absorber K.O D-1557.
 Fuel gas absorber

Fuel gas absorber T-1555 loại H2S và CO2 từ phần khí đỉnh của secondary
absorber bằng cách cho tiếp xúc với DEA
Lượng nhỏ lỏng xuất hiện sau khi qua E-1565 được tách trong bình D-1557.
Chất lỏng tách ra được tại D-1557 được đưa đến đầu vào của E-1563 bằng bộ điều
khiển mức LIC-726. Khí đỉnh được đưa đến đáy của T-1555 và dòng lean amine

được nạp vào đỉnh của T-1555. Nhiệt độ của dòng lean amine được điều khiển và
duy trì bằng bộ điều khiển TDIC-746 dựa trên chênh lệch nhiệt độ của dòng lean
amine và dòng gas vào T-1555, mục đích là để tránh ngưng tụ hydrocacbon.
Phần khí đỉnh được đưa tới bình D-1559 trước khi đưa đến hệ thống fuel gas.
Dòng rich amine đưa đến phân xưởng thu hồi amine bằng bộ điều khiển mức LIC730. Lượng amine tích tụ trong bình D-1559 được đưa đến phân xưởng thu hồi
amine bằng bộ điều khiển mức LIC-733. Áp suất trong hệ thống hay áp suất đỉnh
của T-1553 được điều khiển bởi PIC-733 bằng cách xả FG từ D-1559 ra hệ thống
FG
 Debutanizer

Debutanizer tách LPG từ gasoline.
Phần lỏng ở đáy của stripper được đưa tới đĩa 22 của Debutanizer T-1554. Hơi ở
đỉnh được ngưng tụ hoàn toàn trong condenser E-1561A/B. Áp suất trong T-1554
được điều khiển bởi PIC-745 bằng cách by-pass một phần hơi đỉnh qua thiết bị trao
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 17


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

đổi nhiệt E-1561A/B đến bình reflux drum D-1554. Lỏng ngưng tụ được bơm khỏi
D-1554 bằng P-1556A/B. Một phần chất lỏng được hồi lưu lại tháp bằng bộ điều
khiển FIC-721 được reset bởi TIC-754 trên đĩa thứ 8 ở phần đỉnh của tháp. Dòng
hồi lưu này kiểm soát tiêu chuẩn thành phần C 5 trong sản phẩm đỉnh. Phần còn lại
của chất lỏng đỉnh, sản phẩm LPG, được đưa tới LPG amine absorber T-1556 sau
khi làm lạnh tại E-1562, lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-723 reset bằng LIC742.
Tháp được gia nhiệt lại bằng reboiler E-1560A/B. Nhiệt cung cấp cho reboiler lấy

từ dòng pumparound HCO trong cụm Fractionation. Công suất của reboiler được
thiết lập để đảm bảo thành phần C4 trong gasoline đạt yêu cầu (Dòng HCO PA đến
E-1560A/B được điều khiển bằng FIC-722).
Gasoline từ đáy tháp trước tiên được làm lạnh tại stripper reboiler E-1556 và sau đó
tại air cooler E-1558 và cuối cùng tại E-1559. Một phần gasoline được bơm bởi P1554A/B đến primary absorber như là dòng lean oil bổ sung khi có yêu cầu. Phần
sản phẩm gasoline còn lại đưa đến phân xưởng xử lý gasoline (gasoline treating
unit), với lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-715, reset bởi bộ điều khiển mức
LIC-736. Trong trường hợp Maximum Gasoline, dòng heavy naphtha từ cụm
Fractionation sẽ được trộn chung với dòng này.
 LPG amine absorber

LPG amine absorber T-1556 loại H2S trong sản phẩm LPG bằng cách cho tiếp
xúc với DEA. T-1556 là một tháp đệm. LPG được nạp vào ở đáy và đi lên xuyên
qua amine. Mức của mặt phân tách LPG-amine ở bên trên lớp đệm trên cùng được
điều khiển bởi LIC-746 và được duy trì bằng cách điều khiển dòng rich amine ra
khỏi đáy absorber. Dòng LPG lỏng ở đỉnh được đưa đến LPG amine Coalescer D1555, tại đây amine cuốn theo sẽ bị tách ra. Dòng amine từ boot của D-1555 được
đưa đến dòng rich amine bằng bộ điều khiển mức LIC-749. Dòng LPG từ bình D1555 được đưa đến phân xưởng xử lý LPG (LPG treating unit).

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 18


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

CHƯƠNG III
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PRO/II
3.1. Quá trình mô phỏng hệ thống.

3.1.1. 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 thiện 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
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 19


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

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.

3.1.2 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.

•

Simulator: 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.
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 20


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

- 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.

3.1.3. 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,
hiệu chỉnh (Troubleshooting), tối ưu hóa (Optimizing) các quá trình vận hành.
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.

3.1.4. 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:
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 21


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

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.

3.2 Phần mềm PRO/II
3.2.1 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 được sử dụng nhằm hai mục đích:
-

Thiết kế phân xưởng mới.

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 22


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

-

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

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

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 23


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

-

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



GVDH: TS. Trương Hữu Trì

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:

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 24


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

-

Tách hợp chất thơm

-

Tách propylene.

-

Sản xuất cyclohexane

-

Sản xuất ethylene

-

Sản xuất olefine

-

Tách MTBE

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

 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....

3.2.2 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)

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 25