Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu nghi sơn bằng phần mềm PROII (2)

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................4
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN..............................5
1.1

Giới thiệu............................................................................................................... 5

1.2

Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy........................5

1.3

Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi sơn.........................6

1.3

Lí do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy....................................6

1.32

Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait................................................................6

1.4

Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn....................................8

1.4

Các sản phẩm năng lượng...............................................................................8

1.42

Sản phẩm phi năng lượng.............................................................................13

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI
SƠN
………………………………………………………………………………15
2.1

Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế....................15

2.1

Mục đích của quá trình.................................................................................15

2.1

Mô tả quá trình..............................................................................................15

2.2

Cơ sở thiết kế.......................................................................................................16

2.1

Mục đích thiết kế..........................................................................................16

2.

Các nguồn nguyên liệu thiết kế.....................................................................17

2.3

Các trường hợp thiết kế.................................................................................17

2.4

Các trường hợp kiểm tra...............................................................................19

Chương 3 CHƯNG CẤT DẦU THÔ...........................................................................21
3.1

Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất..............................................................21

3.1

Chưng đơn giản............................................................................................21

3.12

Chưng cất phức tạp.......................................................................................24

3.1

Chưng cất trong chân không và chưng cất bằng hơi nước............................28

3.2

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất....................................................30

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 1


3.21

Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện...............................................................30

3.2

Áp suất của tháp chưng.................................................................................33

.23
cất.

Những điểm cần chú ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng
34

3.24

Các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc chưng cất................................35

3.3

Các tính chất vật lý quan trọng của dầu thô.........................................................36

3.1

Tỷ trọng........................................................................................................36

3.2

Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu.................................................................37

3.

Thành phần cất..............................................................................................37

3.4

Nhiệt độ sôi trung bình.................................................................................38

3.5

Hệ số đặc trưng K.........................................................................................38

Chương 4 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ
MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM PRO II........................................39
4.1
4.1

Giới thiệu phần mềm Pro/II.................................................................................39
Các bước tiến hành mô phỏng:.....................................................................39

4.2

Nguyên liệu.........................................................................................................41

4.3

Xây dựng sơ đồ mô phỏng...................................................................................44

4.4

Lựa chọn mô hình nhiệt động..............................................................................44

4.5

Xây dựng mô hình và các thông số mô phỏng cần thiết:.....................................45

4.51

Lưu lượng dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính:..........................45

4.52

Các điều kiện dòng vào trước tháp:...............................................................46

4.53

Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt:........................................................46

4.5

Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính 010-C-001:......................46

4.5

Các thông số thiết kế và vận hành của tháp stripping:..................................48

4.56

Tiêu chuẩn kỹ thuật:......................................................................................49

4.57

Mô hình tháp 010-C-001 trong mô phỏng bằng phần mềm Pro/II:...............50

4.6
4.61

Tiến hành mô phỏng:...........................................................................................51
Thiết kế cho tháp chính 010-C-001:..............................................................51

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 2


4.62

Nhập các thông số cho các stripper:..............................................................57

4.63

Nhập các thông số cho bình tách:.................................................................58

Chương 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................59
5.1

Phân tích kết quả mô phỏng tháp chính...............................................................59

5.1

Lưu lượng các dòng sản phẩm......................................................................59

5.12

Chất lượng sản phẩm....................................................................................59

KẾT LUẬN...................................................................................................................... 63

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 3


LỜI MỞ ĐẦU
Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng rất
rộng rãi; từ nghiên cứu, thiết kế chế tạo đến vận hành các hệ thống. Do đó, nó được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực sản xuất và xã hội. Ngày nay, khó có thể tìm thấy lĩnh vực nào mà con
người không sử dụng phương pháp mô hình hóa ở những mức độ khác nhau. Điều này đặc biệt
quan trọng với lĩnh vực điều khiển các hệ thống kỹ thuật. Và lĩnh vực chế biến dầu mỏ cũng
không là một ngoại lệ
Làm thế nào để thiết kế được các thiết bị, phải vận hành hệ thống ra sao để có được hiệu
quả cao nhất đó là một bài toán khó luôn đặt ra cho các nhà nghiên cứu, các nhà kỹ thuật…Mô
hình hóa và mô phỏng là một công cụ mạnh trong việc giải các bài toán trên. Ngày nay, với sự
trợ giúp của máy tính kết hợp với các phần mềm chuyên dụng như ProII, Hysys, Dymsim…
làm cho tối ưu hóa và mô phỏng dễ dàng và thuận tiện hơn.

Từ những phân tích trên, em quyết định chọn đề tài: "Mô phỏng phân xưởng chưng
cất khí quyển của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn bằng phần mềm PRO/II".
Đồ án này trình bày những nội dung sau:
1. Tổng quan nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.
2. Tổng quan về phân xưởng CDU.
3. Cơ sở của quá trình chưng cất.
4. Giới thiệu phần mềm ProII.
5. Xây dựng sơ đồ mô phỏng phân xưởng CDU bằng phần mềm ProII.
6. Mô phỏng và phân tích kết quả.
7. Kết luận.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 4


Chương 1

TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN

1.1 Giới thiệu
Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 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.

-

Cung cấp nguyên liệu để phát triển ngành công nghiệp hóa dầu.

-

Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển đồng
đều của cả nước.

1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy
Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 9.66 triệu tấn dầu thô/năm
trong giai đoạn đầu. 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%) và 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).
Nhà máy được thiết kế cung cấp các sản phẩm thương mại:
-

2,3 triệu tấn xăng dầu với 3 loại khác nhau: RON92, RON95 và RON98.

-

3,7 triệu tấn dầu diesel

-

400.000 tấn polypropylene.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 5


1.3
1.3.1

-

600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1.

-

1 triệu tấn khác hóa dầu và 0,5 triệu tấn LPG.
Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi sơn

Lí do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy
Nước ta khai thác nguồn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ - Vũng Tàu là nguồn dầu tương đối sạch với
hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.07%wt) rất tốt để làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu. Tuy
nhiên, chúng ta khai thác mỏ Bạch Hổ từ những năm 1988 khi đó đất nước chưa có nhà máy
lọc dầu nên nguồn dầu thô khai thác được chủ yếu bán cho nước ngoài. Đến năm 2009 nhà máy
lọc dầu Dung Quất đi vào hoạt động thì nguồn nguyên liệu chủ yếu cho nhà máy là dầu Bạch
Hổ. 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 với lợi nhuận 1041 triệu USD/năm. Kết quả là, dầu thô Kuwait 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.

1.3.2

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
(2,65%wt). Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được xử lý để tạo sản phẩm đáp ứng được
các yêu cầu của thị trường.
Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao. Ví dụ, hàm lượng Nikel là 10,1 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 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.
Một số đặc tính của dầu thô Kuwait được cho trong bảng 1.1
Bảng 1.1 Tóm tắt một số đặc tính của dầu thô Kuwait
Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 6


N0

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Đơn vị

Trang 7

Giá trị


Tỉ trọng tiêu chuẩn (SG)

-

0.8765

API

-

29.9

d154

kg/dm3

0.8760

2

Hàm lượng Lưu huỳnh

%m

2.65

3

Hàm lượng Nước

%V

0.00

4

Áp suất hơi bão hòa Reid (RVP)

kPa

26.2

5

Hàm lượng H2S

ppm

<1

6

KUOP

-

11.84

7

Asphaltènes

%m

2.5

8

Hàm lượng Sodium

ppm

3.3

9

Hàm lượng Sắt

ppm

0.7

10

Hàm lượng Vanadium

ppm

31.1

11

Hàm lượng Nickel

ppm

10.1

12

Hàm lượng Nitơ

ppm

372.0

13

Cặn carbon conradson

%m

6.11

14

Chỉ số Acid tổng

mgKOH/g

0.045

Độ nhớt ở 20oC

cSt

22.73

Độ nhớt ở 50oC

cSt

8.88

Hàm lượng sáp

%m

3.8

o

1

15
16

1.4 Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
Theo dự kiến, trong năm 2017, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ vào vận hành thương mại.
Không giống như các sản phẩm khác, các sản phẩm nhiên liệu (LPG, xăng dầu, Jet A1, diesel,
FO, ...) thường thay đổi theo thời gian và ngày càng nghiêm ngặt, do sự quan tâm ngày càng
cao đối với bảo vệ môi trường. Do đó, các tiêu chuẩn chất lượng của Việt Nam chưa phù hợp
với thực tế. Thay vào đó phải xây dựng các tiêu chí của tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm dựa
trên các tiêu chuẩn Euro 3, Euro 4 để thực hiện các dự án trong khi vẫn đảm bảo hiệu quả kinh
tế của dự án.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 8


Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn là:
-

Các sản phẩm năng lượng: LPG, xăng dầu, Kerosene, Jet A1, diesel, FO.
Các sản phẩm phi năng lượng: benzen, paraxylene, polypropylene và lưu huỳnh.

1.4.1 Các sản phẩm năng lượng
Khí hóa lỏng (LPG)
Khí hóa lỏng (LPG) được tách ra từ phần nhẹ của chưng cất dầu thô, là hỗn hợp của
propane (C3) và Butan (C4) có tỷ lệ C3/C4 là 7:3 hoặc 5:5 tùy thuộc vào điều kiện sử dụng.
Ngoài ra, hỗn hợp có thể chứa lên đến 0,5% các hydrocarbon nhẹ khác như butadien.
Tỷ lệ C3/C4 là một yếu tố quan trọng để đánh giá sự an toàn của LPG khi nó được sử dụng
như nhiên liệu hoặc nhiên liệu.
Một số tiêu chí cơ bản để đánh giá chất lượng của LPG sau khi nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
được đưa ra trong Bảng 1.2.

Bảng 1.2 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 9


Tiêu chuẩn

Phương pháp

Tỷ trọng (ở 15.6oC)

0,53÷0.56

ASTM D1657

Áp suât hơi Reid (RVP) , kPa

710÷1160

ASTM D1267

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm

140

ASTM D2784

Mercaptan, ppm

20

ASTM D3227

Propan, %vol, max

43÷63

ASTM D2163

Xăng
Thành phần chủ yếu là hydrocarbon từ C4 đến C12 , tương ứng với nhiệt độ sôi thấp hơn
180oC. Tùy thuộc vào nguồn gốc của dầu thô mà thành phần họ hydrocarbon (paraffin,
naphtene, aromatic) trong xăng là khác nhau. Ngoài ra, còn tồn tại tạp chất như nitơ, lưu huỳnh
và oxy. Nhà máy lọc dầu luôn luôn quan tâm đến các hợp chất lưu huỳnh, đặc biệt là mercaptan
(RSH).
Chỉ số octan là chỉ tiêu quan trọng nhất đối xăng. Hiện nay, xăng RON95 chiếm lĩnh một
phần không đáng kể trong thị trường Việt Nam, tuy nhiên, nhu cầu đối với loại xăng này sẽ
tăng đáng kể trong tương lai và sau năm 2015 sẽ thống trị thị trường xăng dầu. Do đó, các nhà
máy lọc dầu Nghi Sơn được quy hoạch để sản xuất ba loại xăng: RON92, RON95 và RON98.
Bảng 1.3 Các tiêu chuẩn chất lượng của xăng không Chì
Xăng không Chì
92
95
98

Tiêu chuẩn
Chỉ số Octane, min.
- Research Octane Number (RON)

- Motor Octane Number (MON)

92
82

95
85

Hàm lượng Chì, g/l, max

0

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max

500

Hàm lượng Benzene,% V

2.5

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 10

98
88

Phương pháp đo
TCVN 2703:2002
ASTM D2699

ASTM D2700
TCVN 7143:2002
ASTM D3237
TCVN 6701:2000
ASTM D5453
TCVN 6703:2000
ASTM D4420


RVP, kPa

43-75

Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l

0,72-0,76

Hàm lượng olefin,% thể tích, max

38

Hydrocacbon thơm, %thể tích, max

40

TCVN 7023:2002
ASTM D4953
TCVN 6594:2000
ASTM D1298
TCVN 7330:2003

ASTM D1319
TCVN 7330:2003
ASTM D1319

Nhiên liệu phản lực Jet A1
Động cơ phản lực làm việc ở điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ và áp suất thấp ở độ cao rất
cao). Vì vậy, thông số kỹ thuật của nhiên liệu chặt chẽ hơn tất cả các loại nhiên liệu khác.
Bảng 1.4 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu phản lực JET A1
Tiêu chuẩn

Phương pháp đo

Hàm lượng lưu huỳnh, %kl,

<0,3

TCVN 2708:2002, ASTM D1266-98

Mercaptan, %kl, max

<0,002

ASTM D3227

Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l

0,775-0,84

TCVN 6594:2002, ASTM D1298

Điểm chớp cháy, oC

38

TCVN 6608:2002, ASTM D3828

Điểm đóng băng, oC

-47

TCVN 7170:2002, ASTM D2386

max

Diesel
Bảng 1.5 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel
Tiêu chuẩn

Đơn vị

Lưu huỳnh

wt ppm

Chỉ số Cetane
Phần cất
90% V, oC
Điểm chớp cháy cốc
Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Mức
0.05%S,0.25%

Phương pháp đo
TCVN 6701:2000

min

S
46
-

ASTM D2622/ D5453
ASTM D4737

max

360

min

55
Trang 11

TCVN 2698:2002
ASTM D86
TCVN 6608:2000


kín, oC

Độ nhớt động học

ASTM D3828/ D93
TCVN 3172:2003

cSt

24.5

max

0.3

Điểm chảy, oC

max

6

Hàm lượng tro, wt%

max

0.01

Nước

mg/kg,max

200

ASTM D 482
ASTM E 203

Nước và tạp chất

vol%

-

ASTM D2709

Tạp chất
Khối lượng riêng

mg/l

10

kg/m3

820÷860

ASTM D 2276
TCVN 2694:2000

-

2>

(40 oC)
Cặn Cacbon của
10% cặn chưng cất,
%wt

o

(15 C)
Màu

ASTM D445
TCVN 6324:1997
ASTM D189/ D4530
TCVN 3753:1995
ASTM D97
TCVN 2690:1995

ASTM D 1298/ D4052
ASTM D 1500

Dầu FO (Fuel Oil)
FO là một sản phẩm nặng của nhà máy lọc dầu có điểm sôi cao hơn 350 oC. Phân loại FO
dựa vào hai tiêu chí là độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh.
FO có hai ứng dụng chính là làm nhiên liệu đốt công nghiệp (nhà máy điện, lò nung...) và
nhiên liệu cho các tàu lớn chạy bằng động cơ diesel chậm và tải trọng lớn.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 12

Bảng 1.6 Tiêu chuẩn chất lượng của FO

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 13


1.4.2 Sản phẩm phi năng lượng
BTX
Benzene được sử dụng làm nguyên liệu thô cho việc xử lý các sợi polyamide và capron,
nylon, cao su tổng hợp và nhựa dựa trên phenol, thuốc nhuộm, dược phẩm, ...
PolyPropylene
Đây là nguyên liệu chính cho công nghiệp sản xuất các loại vật liệu tổng hợp. Vật liệu xây
dựng Polypropylene dần dần thay thế các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại, gốm sứ, ...
Hiện nay, Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn về chất lượng của các sản phẩm nhựa như
polypropylene (PP). Ở nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, polypropylene đặc điểm kỹ thuật chủ yếu là
độ tinh khiết của sản phẩm đạt 99,5%
Lưu huỳnh
Lưu huỳnh được thu hồi từ khí acid có chứa hàm lượng lưu huỳnh (H2S, COS, CS2). Lưu
huỳnh có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong một số lĩnh vực của ngành công nghiệp như
-

Khoảng 90% lưu huỳnh cho sản xuất H2SO4.
Khoảng 10% của lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất cao su lưu hóa, dược phẩm, thuốc
nhuộm, thuốc trừ sâu, ...

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 14

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI
SƠN

2.1 Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế
2.1.1 Mục đích của quá trình
Mục đích chính của CDU phân tách dầu thô thành các phân đoạn để sản xuất nguồn phối
trộn trực tiếp cho các sản phẩm cất (sau khi đã qua các quá trình xử lý hạ nguồn thích hợp) và
nguyên liệu cho phân xưởng hạ nguồn.
2.1.2 Mô tả quá trình
Quá trình phân tách thực hiện trong tháp chưng cất khí quyển, có thiết bị ngưng tụ đỉnh
nhưng không có thiết bị đun sôi lại ở đáy tháp, hoạt động dưới áp suất từ 1÷ 3 (barg). Các dòng
sản phẩm được trích ra từ các tháp tách cạnh sườn (strippers), các tháp strippers gồm:
- Strippers KEROSENE, AGO: dùng hơi nước quá nhiệt để bay hơi các cấu tử nhẹ của các
dòng sản phẩm KEROSENE, AGO.
Các phần nhẹ bay hơi từ các Strippers được đưa lại tháp chính tại vị trí phía trên đĩa lấy sản
phẩm (Draw-off tray).
Chiều cao tổng thể của tháp chưng cất khí quyển khoảng 50m, số đĩa khoảng từ 30÷50, còn
các tháp tách cạnh sườn (strippers) có từ 2÷10 đĩa cùng loại với tháp chính.
Dầu thô từ bồn chứa được nâng nhiệt sơ bộ thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng
nhiệt thu hồi từ các sản phẩm và từ các dòng hồi lưu tuần hoàn đến nhiệt độ tách muối (nhiệt
độ này phụ thuộc vào tỉ trọng API của dầu thô, nằm trong khoảng 110 oC-140oC), tại nhiệt độ
này dầu thô được khử muối. Công đoạn này được thực hiện ở áp suất đủ lớn (khoảng 12 bar)
nhằm mục đích giữ cho hỗn hợp dầu thô và nước tồn tại ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ mong
muốn. Dầu thô sau khi tách muối sẽ tiếp tục được nâng nhiệt thông qua các thiết bị trao đổi
nhiệt khác nhằm thu hồi tối đa lượng nhiệt từ các dòng sản phẩm có nhiệt độ sôi cao hơn đến
nhiệt độ khoảng 200°C thì được đưa vào tháp tiền bốc hơi (Flash) để tách phần hơi trong dầu

thô, giảm một phần chi phí và kích thước lò đốt. Sau đó đưa vào lò đốt nhằm tăng nhiệt độ của

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 15


dầu thô lên đến nhiệt độ mong muốn (khoảng 340-360 oC) và đưa vào tháp phân tách chính.
Hơi tại đỉnh tháp được ngưng tụ thông qua hệ thống làm nguội bằng quạt rồi vào bình hồi lưu.
Tại đây dòng naphtha lấy ra sẽ được đưa qua tháp ổn định xăng trong phân xưởng thu hồi LPG
nhằm loại bỏ các thành phần nhẹ và nước. Các dòng sản phẩm tách cạnh sườn sẽ qua các thiết
bị strippers để loại bỏ các thành phần nhẹ (dùng hơi nước hoặc thiết bị đun sôi lại). Phần nhẹ
tách ra sẽ quay về thân tháp (đây được coi là dòng hồi lưu trung gian), còn phần nặng được
xem là sản phẩm của phân xưởng. Các sản phẩm sau đó được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệt
với dầu thô ban đầu và được đưa đi phối trộn, lưu trữ trung gian hoặc được xử lý tiếp.
2.2 Cơ sở thiết kế
2.2.1 Mục đích thiết kế
Thiết kế của CDU phải phù hợp với mục tiêu của toàn bộ nhà máy lọc dầu, đó là tối đa các
phần cất và tối thiểu cặn. Thiết kế phải linh động trong sản xuất sản phẩm, cho phép sự thay đổi
nhỏ trong chất lượng nguyên liệu.
Có hai trường hợp thiết kế và sản xuất kerosene được thiết kế để đảm bảo tiêu chuẩn của cả
kerosene dùng trong nhiên liệu phản lực và kerosene dùng trong mục đích khác. Tuy nhiên,
điểm chớp cháy của sản phẩm kerosene và tiêu chuẩn ASTM-D86 IBP sẽ đạt được tại phân
xưởng xử lý lưu huỳnh cho kerosene(KHDS).
Thiết kế kết hợp các đặc điểm về sử dụng năng lượng tối ưu và thu hồi nhiệt phù hợp với
sự phân tách sản phẩm.
Phân xưởng sản xuất ra các dòng sau:
-

Dòng khí đỉnh được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG

Dòng Naphtha chưa ổn định được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG cho các quá

-

trình tiếp theo.
Dòng Kerosene được đưa đến phân xưởng KHDS hoặc to Slops trong trường hợp

-

KHDS ngừng hoạt động
Dòng gas oil được đưa đến phân xưởng GOHDS hoặc bể chứa trung gian GOHDS.

-

Dòng cặn khí quyển được đưa nóng đến phân xưởng RHDS cho quá trình xử lý tiếp
theo hoặc được chứa trung gian.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 16


Phân xưởng có thể nhận các dòng sau
-

Dòng naphtha kết hợp từ phân xưởng KHDS và GOHDS vào bình tách đỉnh của
tháp chưng chưng cất dầu thô.

2.2.2 Các nguồn nguyên liệu thiết kế
Nguồn nguyên liệu cho thiết kế cơ bản của CDU là 100% dầu thô Kuwait xuất khẩu.

Lượng nước tối đa có trong dầu thô là 0.5% thể tích.
Năng suất của CDU cho 85% thể tích lỏng dầu thô Kuwait và 15% thể tích lỏng dầu thô
Murban là 200000 BPSD.
2.2.3 Các trường hợp thiết kế
2.2.3.1 Thiết kế cơ bản
CDU được thiết kế cho các điểm cắt cho TBP và các tiêu chuẩn sản phẩm như bảng sau.
Overflash được xác định là 5%.
Bảng 2.7 Các điểm cắt của sản phẩm của CDU
Điểm cắt TBP (oC)

Các sản phẩm
Cơ bản/
Hồi lưu lạnh/
Murban
Naphtha/ Kerosene
Kerosene/ Gas Oil
Gas Oil/ Atm. Residue

(chú ý 1)
165
220
360

Tối đa Kero

Tối thiểu Kero

160
224
360

176
220
360

Bảng 2.8 Tiêu chuẩn của sản phẩm
Tiêu
Các sản phẩm

chuẩn sản
phẩm

Cơ bản
(chú ý 3)

(chú ý 1)
Full Range Naphtha
Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 17

Các trường hợp
Min
Max
Kero

Kero

(chú ý 3)

(chú ý 3)

Murban
(chú ý 3)


ASTM D86 90% vol (oC)

155 max
(chú ý 5)

144

154

142

144

143

148

143

144

176
217
234

183
219
236

174
219
236

176
217
234

38

43

36

38

350

360

360

348

84

85

85

83

Kerosene
ASTM D86 IBP (oC)
ASTM D86 10% vol (oC)
ASTM D86 90% vol (oC)
ASTM D86 EP (oC)
Flash point ASTM D56/
D3828 (oC)
Atmospheric Gasoil
ASTM D86 90% vol (oC)
Flash point ASTM D93/
D3828 (oC)

144 min
(chú ý 4)
205 max
230 max
300 max
38 min
(chú ý 4)
360 max
(chú ý 2)
55 min

Bảng 2.9 Tiêu chuẩn của quá trình phân tách
Giá trị

GAP

(chú ý 2)

5% vol ASTM D86 Kerosene và 95% vol
ASTM D86 Naphtha trừ nguyên liệu
5% vol ASTM D86 Atm. Gas Oil và 95%
vol ASTM D86 Kerosene

5oC min.
0oC min.

Chú ý:
1. Tham khảo tiêu chuẩn sản phẩm Doc. 3550-8110-PD-0004.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 18


2. Hiệu suất của CDU chỉ đảm bảo cho trường hợp cơ bản.
3. Dữ liệu đầu ra của mô phỏng CDU.
4. ASTM D86 (IBP) và điểm chớp cháy của Kerosene được đảm bảo trong phân xưởng
KHDS.
5. Tiêu chuẩn cần đạt được cho Naphtha và Aromatic Complex.
2.2.3.2 Trường hợp tối thiểu Kerosene
CDU có thể tăng lượng sản xuất Naphtha để bù lại phần cất của kerosene để tối đa lợi

nhuận trong Aromatic Complex. Trường hợp này overflash được giảm từ 5 xuống 2.3%.
2.2.4 Các trường hợp kiểm tra
2.2.4.1 Trường hợp tối đa Kerosene
CDU có thể tăng lượng kerosene rút ra với chất lượng chấp nhận được để phù hợp với thay
đổi thị trường. Sự thay đổi tương ứng với 17% lớn hơn lượng sản xuất kerosene trong trường
hợp cơ bản.
2.2.4.2 Trường hợp hồi lưu lạnh
CDU có độ linh hoạt đề vận hành với 5% wt tỉ số hồi lưu lạnh (naphtha lạnh/ lượng hồi lưu
tuần hoàn đỉnh nóng). Phương pháp bao gồm dòng naphtha thô từ bình tách đỉnh đưa đến dòng
quay lại của hồi lưu tuần hoàn đỉnh.
CDU sẽ vận hành theo cách này trong suốt quá trình khởi động, rửa, off-design. Các điểm
cắt TBP như trong trường hợp cơ bản.
2.2.4.3 Trường hợp Murban
Thiết kế của CDU sẽ được kiểm tra cho nguyên liệu thay thế gồm 85% thể tích lỏng dầu thô
Kuwait xuất khẩu/ 15% thể tích lỏng dầu Murban. Các điểm cắt TBP như ở trường hợp cơ bản.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 19


Chương 3

CHƯNG CẤT DẦU THÔ

3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất
Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần
gọi là các phân đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách
các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử có trong dầu mà không làm phân huỷ chúng. Hơi
nhẹ bay lên, ngưng tụ thành phần lỏng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta

phân chia quá trình chưng cất thành chưng cất đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử
bay hơi hay chưng cất trong chân không.
3.1.1 Chưng đơn giản
Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần dần, một
lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng.
a. Chưng bay hơi dần dần:

Thiết bị (2) đốt nóng liên tục hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng (1) từ nhiệt độ thấp tới
nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay ra trong thiết bị ngưng tụ
(3) và thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa (4).
Phương pháp này thường áp dụng trong phòng thí nghiệm.
b. Chưng cất bằng cách bay hơi một lần:
Phương pháp này còn được gọi là bay hơi cân bằng
Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 20


Hỗn hợp chất lỏng được cho liên tục vào thiết bị đun sôi (2), ở đây hỗn hợp được đun
nóng đến nhiệt độ xác định và áp suất P cho trước. Pha lỏng – hơi được tạo thành và đạt đến
trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó lại được cho vào thiết bị phân chia một lần trong thiết bị
đoạn nhiệt (1). Pha hơi qua thiết bị ngưng tụ (3) rồi vào bể chứa (4), từ đó ta nhận được phần
cất. Phía dưới thiết bị (1) là pha lỏng được tách ra liên tục và ta nhận được phần cặn.
Tỷ lệ giữa lượng hơi được tạo thành khi bay hơi một lần với lượng chất lỏng nguyên liệu
chưng ban đầu được gọi là phần chưng cất.
Chưng cất một lần như vậy sẽ cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn so với bay
hơi dần dần ở cùng một điều kiện về nhiệt độ và áp suất.
Ưu điểm: Quá trình chưng
4 cất này cho phép áp dụng trong thực tế để chưng cất dầu. Tuy
với nhiệt độ chưng bị giới hạn, nhưng vẫn cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn.

5

c. Chưng cất bay hơi nhiều lần:

Là quá trình gồm nhiều quá trình bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt độ tăng cao dần
I
I

(hay ở áp suất thấp hơn) đối với phần cặn.
I

3

1

4
5

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

I
I
I

3
2 21
Trang
I
V
V

Chú thích:
1.

Tháp chưng nhiệt độ thấp

2.

Tháp chưng nhiệt độ cao

3.

Thiết bị gia nhiệt

4.

Thiết bị ngưng tụ

5.

Bình chứa sản phẩm
I. Nhiên liệu
II. Phần cất nhẹ
III. Cặn chưng cất ở nhiệt độ thấp
IV. Phần cất nặng
V. Cặn chưng cất ở nhiệt độ cao

Nhiên liệu (I) được cho qua thiết bị gia nhiệt (3) và được làm nóng đến nhiệt độ cần
thiết, sau đó cho vào tháp chưng đoạn nhiệt (1).

Ở đây phần nhẹ được bay hơi trên đỉnh và qua thiết bị làm lạnh (4). Sau đó vào bể chứa
(5). Phần nặng ở đáy tháp (1) được gia nhiệt ở (3) và dẫn vào tháp chưng đoạn nhiệt (2). Tháp

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 22


chưng này có áp suất thấp hơn so vơi áp suất tháp chưng (1) và phần nhẹ bay hơi lên đỉnh, qua
thiết bị ngưng tụ (4) và sau đó vào bể (5). Ta thu được phần sản phẩm nặng (IV). Ở đáy tháp (2)
ta thu được phần cặn của quá trình chưng (V).
Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có ý nghĩa rất lớn
trong thực tế công nghiệp chế biến dầu ở các dây chuyền hoạt động liên tục. Quá trình bay hơi
một lần được áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và tiếp
theo quá trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện.
Chưng đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt được độ phân chia cao khi
cần phân chia rõ ràng các cầu tử của hỗn hợp chất lỏng.
3.1.2 Chưng cất phức tạp
Để nâng cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng phải tiến hành chưng cất có hồi
lưu hay chưng cất có tinh luyện – đó là chưng cất phức tạp.
a. Chưng cất có hồi lưu:
Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách
ra cho quay lại tưới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa
giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử
nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu, nhờ vậy mà có độ phân chia cao
hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt và được bố trí phía trên
thiết bị chưng cất.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 23


Nguyên liệu (I) qua thiết bị đun nóng (2) rồi đưa vào tháp chưng (1) phần hơi đi lên
đỉnh tháp sau đó qua thiết bị làm lạnh và thu được sản phẩm (II). Phần đáy được tháo ra là cặn
(III) một phần được gia nhiệt hồi lưu trở lại đỏy thỏp thực hiện tiếp quá trình chưng cất thu
được sản phẩm.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 24


b.Chưng cất có tinh luyện:
Máng
chảy
chuyền

Chất lỏng
Thân tháp

Hồi lưu
trung gian

Tới tháp bay
hơi phụ
Đĩa
chụp
Ln-1
Vn

Ln
Vn+
1

Cửa tháo hồi
lưu

Hơi
Nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp tinh luyện
Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 25