Nghiên cứu tối ưu hóa thông số vận hành và cơ cấu sản phẩm của hệ thống chưng cất nhà mày chế biến condensate
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.25 MB, 339 trang )
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGUYỄN HOA
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HĨA THƠNG SỐ VẬN HÀNH VÀ
CƠ CẤU SẢN PHẨM CỦA HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NHÀ
MÁY CHẾ BIẾN CONDENSATE
Chuyên ngành : Lọc Hóa Dầu
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :
GVHD: GVC.TS. Huỳnh Quyền
GVC.THs Hoàng Minh Nam
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA TP. HCM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN HOA
Phái: NAM
Ngày, tháng, năm sinh: 01/07/1981
Nơi sinh: QUẢNG BÌNH
Chun ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
MSHV:00507376
I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HĨA THƠNG SỐ VẬN HÀNH VÀ CƠ CẤU
SẢN PHẨM CỦA HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NHÀ MÁY CHẾ BIẾN
CONDENSATE
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
o Tìm hiểu tổng quan công nghệ chưng cất dầu mỏ và phần mềm ứng dụng mơ
phỏng Hysys.
o Tìm hiểu tổng quan nhà máy chế biến condensate
o Mô phỏng hệ thống chưng cất condensate của Nhà máy Chế biến Condensate
Thị Vãi.
o Nghiên cứu khả năng tối ưu hóa thơng số vận hành nhà máy.
o Nghiên cứu khả năng thay đổi cơ cấu sản phẩm và nghiên cứu tối ưu hóa thơng
số vận hành theo cơ cấu sản phẩm mới.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GVHD:
GVC.TS. HUỲNH QUYỀN
GVC.THs. HỒNG MINH NAM
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CN BỘ MƠN
QL CHUYÊN NGÀNH
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn khoa Cơng Nghệ Hóa Học trường Đại
học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành
luận văn thạc sĩ này.
Tơi xin chân thành cảm ơn đối với GV. TS. Huỳnh Quyền và GVC.THs Hồng
Minh Nam, những người thầy đã dìu dắt tơi trong quá trình thực hiện luận văn.
Nhờ sự hướng dẫn tận tình cũng như sự động viên khích lệ của thầy những lúc khó
khăn, tơi mới hồn thành luận văn này.
Xin cảm ơn các bạn bè, anh chị đồng nghiệp thuộc Tổng công ty Dầu Việt Nam
đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong quá trình thu thập dữ liệu và tìm kiếm tài liệu để thực
hiện luận văn.
Những lời cảm ơn sau cùng xin cảm ơn cha mẹ, vợ và anh em trong gia đình đã
hết lịng quan tâm và tạo điều kiện tốt nhất để con (em) hoàn thành được luận văn
tốt nghiệp này
Tháng 12/2009
Nguyễn Hoa
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu tối ưu hóa thơng số vận hành và cơ cấu sản phẩm của
hệ thống chưng cất Nhà máy Chế biến Condensate” gồm có các nội dung như sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ chưng cất dầu mỏ. Trong chương này ta sẽ giới
thiệu phần tổng quan công nghệ về chế biến dầu mỏ và condensate, đặc biệt là những lý
thuyết liên quan đến việc nghiên cứu tối ưu và tính tốn trong đề tài.
Phần lý thuyết chưng cất, ta sẽ giới thiệu tổng quan về các quá trình chưng cất từ đơn
giản đến phức tạp và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất.
Tiếp theo là tổng quan các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, đặc biệt là các sản phẩm
xăng, dầu diezen và dung môi có liên quan đến việc tính tốn ở các chương sau của luận
văn.
Đồng thời ta cũng giới thiệu về công nghệ chế biến condensate và các nhà máy chế
biến condensate hiện nay ở nước ta.
Chương 2: Tổng quan công nghệ nhà máy chế biến condensate. Trong chương này ta
sẽ nghiên cứu tổng quan nhà máy Condensate trong đó chú trọng đến phần nguyên liệu
Condensate Nam Côn Sơn và sơ đồ công nghệ hệ thống chưng cất nhà máy. Đồng thời,
giới thiệu những khó khăn và phương hướng phát triển Của nhà máy trong thời gian tới.
Chương 3: Phần mềm ứng dụng mô phỏng Hysys. Chương này sẽ nêu ra vấn đề ứng
dụng của phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học và giới thiệu chi tiết về Hysys.
Trong phần giới thiệu về phần mềm mô phỏng Hysys, ta sẽ giới thiệu những thiết bị
chính được Hysys mơ phỏng và có ứng dụng cho việc tính tốn trong luận văn đặc biệt là
công cụ tối ưu Optimizer của Hysys.
Đồng thời ta cũng giới thiệu các bước thực hiện khi dùng Hysys để mơ phỏng các quy
trình cơng nghệ.
Chương 4: Mơ phỏng hệ thống tháp chưng cất. Trong chương này, ta sẽ thực hiện mô
phỏng Nhà máy Chế biến Condensate trên cơ sở phần mềm mô phỏng Hysys. Để thực
hiện được việc mô phỏng, đầu tiên ta phải lựa chọn phương pháp tính nhiệt động và lựa
chọn thuật tốn giải mơ hình. Tiếp theo, ta phải tiến hành xây dựng dịng nguyên liệu đầu
vào bao gồm cả việc thiết lập hệ thống các cấu tử giả trong Hysys và tiến hành mô phỏng
các thiết bị cơng nghệ chính trong cụm chưng cất hiện hữu của nhà máy với các thông số
như nhiệt độ, áp suất và lưu lượng dựa vào số liệu vận hành thực tế. Cuối cùng, ta so
sánh toàn bộ các thơng số vận hành và tính chất sản phẩm sau khi mô phỏng với kết quả
thực tế để đánh giá việc xây dựng mơ hình.
Chương 5: Nghiên cứu khả năng tối ưu hóa các thơng số vận hành nhà máy. Trong
chương này, ta sẽ tiến hành tính tốn tối ưu hóa các thơng số vận hành nhà máy với
ngun liệu Condensate Nam Côn Sơn bằng công cụ Optimizer của Hysys.
Để thực hiện việc tối ưu, đầu tiên ta phải chọn các biết sơ cấp với các điều kiện biên
tương ứng, xác định các điều kiện ràng buộc và tiến hành xây dựng hàm mục tiêu. Sau
đó, sử dụng cơng cụ Optimizer để tối ưu hóa hàm mục tiêu và tìm ra điều kiện vận hành
tốt nhất của nhà máy theo mục tiêu đã đề ra. Sau khi tối ưu hóa, ta so sánh kết quả tối ưu
khi chưa tối ưu để đưa ra những hiệu chỉnh thích hợp cho việc vận hành nhà máy.
Việc tối ưu các thông số vận hành của nhà máy có ý nghĩa rất lớn vì việc thiết kế nhà
máy dựa trên nguyên liệu condensate Bangkot nhập khẩu từ Thái Lan nhưng thực tế hiện
nay lại sử dụng condensate Nam Côn Sơn.
Chương 6: Nghiên cứu thay đổi cơ cấu sản phẩm và tối ưu hóa nhà máy theo cơ cấu
sản phẩm mới. Trong Chương 5 ta đã nghiên cứu tối ưu hóa nhà máy condensate hiện
hữu với ba dòng sản phẩm là Off gas, Naphtha và Heavy oil. Dòng off gas dùng để đốt lò
đốt H-01 cho mục đích vận hành nhà máy. Dịng Naphtha dùng để pha xăng A-83 còn
dòng Heavy oil dùng để pha chế dầu DO.
Trong chương này ta sẽ thực hiện việc thay đổi cơ cấu sản phẩm Nhà máy condensate
theo hướng thu hồi phân đoạn Naphtha nhẹ làm dung môi. Điều này sẽ dẫn đến việc thay
đổi sơ đồ công nghệ nhà máy. Sau đó ta sẽ tính tốn tối ưu các thông số công nghệ để
phù hợp việc vận hành theo cơ cấu sản phẩm mới và so sánh về mặt kinh tế với chế độ
vận hành tối ưu với cơ cấu sản phẩm hiện nay.
Luận văn thạc sĩ
-1-
Nguyễn Hoa
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................................7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT DẦU MỎ .........................9
1. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất ........................................................................9
1.1. Chưng đơn giản.......................................................................................................9
1.2. Chưng cất phức tạp ...............................................................................................12
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất............................................................16
2.1. Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện......................................................................16
2.2. Áp suất của tháp chưng.........................................................................................18
2.3. Điều chỉnh chế độ làm việc của tháp chưng cất ...................................................18
2.4. Các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc chưng cất. ......................................19
3. Các sản phẩm chưng cất dầu mỏ thông dụng ..............................................................20
3.1. Các loại nhiên liệu ................................................................................................20
3.2. Dung môi hữu cơ ..................................................................................................22
4. Chưng cất condensate ..................................................................................................27
4.1. Nguồn gốc hình thành Condensate ......................................................................27
4.2. Các hướng chế biến sử dụng condensate ..............................................................29
4.3. Các nhà máy chế biến condensate ở Việt Nam.....................................................31
CHƯƠNG 2 :TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN CONDENSATE....33
1. Giới thiệu chung ..........................................................................................................33
2. Nguyên liệu sản phẩm..................................................................................................34
2.1. Nguyên liệu...........................................................................................................34
2.2. Sản phẩm...............................................................................................................34
3. Hệ thống công nghệ .....................................................................................................37
3.1. Thiết bị chưng cất condensate ..............................................................................37
3.2. Hệ thống trộn .......................................................................................................38
3.3. Hệ thống bồn bể....................................................................................................39
3.4. Phân phối sản phẩm ..............................................................................................40
CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM ỨNG DỤNG MƠ PHỎNG HYSYS.......................................42
1. Q trình mơ phỏng hệ thống cơng nghệ hố học .......................................................45
1.1. Giới thiệu chung ...................................................................................................45
1.2. Đặc điểm của một chương trình mơ phỏng ..........................................................47
1.3. Các phần mềm mô phỏng công nghệ chế biến dầu & khí ....................................47
2. Phần mềm mơ phỏng Hysys ........................................................................................48
2.1. Các đặc điểm và ưu điểm của phần mềm Hysys ..................................................48
2.2. Các thiết bị được mô phỏng trong phần mềm Hysys............................................49
2.3. Các bước để mơ phỏng một quy trình cơng nghệ dùng Hysys .............................51
3. Tối ưu hố quy trình cơng nghệ...................................................................................54
3.1 . Phương pháp Box ..............................................................................................55
3.2 . Phương pháp toàn phương liên tục ....................................................................55
3.3 . Phương pháp hỗn hợp ........................................................................................56
3.4 . Phương pháp Fletcher Reeves: .........................................................................56
CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHƯNG CẤT ....................................................57
1. Chuẩn bị mô phỏng......................................................................................................57
1.1. Lựa chọn các thiết bị cơng nghệ để xây dựng mơ hình ........................................57
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
-2-
Nguyễn Hoa
1.2 . Chuẩn bị số liệu .................................................................................................58
1.3. Chọn phương pháp tính tốn nhiệt động...............................................................67
1.4. Chọn thuật tốn giải cho các mơ hình...................................................................71
2. Thực hiện q trình mơ phỏng.....................................................................................73
2.1. Tạo Fluid Package mới ........................................................................................73
2.2. Xây dựng dịng nguyên liệu Condensate Nam Côn Sơn .....................................74
2.3. Thiết lập các mơ hình trên PFD (Process Flowsheet Diagram)............................77
2.4 Kết quả:..................................................................................................................79
2.5. Nhận xét kết luận .................................................................................................81
CHƯƠNG V: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỐI ƯU HĨA...............................................83
CÁC THƠNG SỐ VẬN HÀNH NHÀ MÁY......................................................................83
1. Cơ sơ tính tốn.............................................................................................................83
1.1. Thành phần và nhiệt độ cắt các sản phẩm: ...........................................................83
1.2. Vấn đề nhiên liệu lò gia nhiệt H-01:.....................................................................84
1.3. Giá thành sản phẩm: .............................................................................................85
2. Xác định các biến sơ cấp .............................................................................................86
3. Xác định điều kiện ràng buộc ......................................................................................87
4. Xây dựng hàm mục tiêu...............................................................................................88
5. Kết quả và nhận xét: ....................................................................................................92
5.1 Kết quả tính tốn tối ưu .........................................................................................92
5.2 Nhận xét - kết luận :.............................................................................................93
CHƯƠNG 6: NGHIÊN CỨU THAY ĐỔI CƠ CẤU SẢN PHẨM VÀ TỐI ƯU HÓA NHÀ
MÁY THEO CƠ CẤU SẢN PHẨM MỚI ..........................................................................95
1. Nghiên cứu thay đổi lại cơ cấu sản phẩm nhà máy .....................................................95
2. Nghiên cứu việc tối ưu hóa thơng số vận hành và cơ cấu sản phẩm ...........................97
2.1. Phương án 1 ..........................................................................................................98
2.2. Phương án 2 ........................................................................................................100
3. Kết quả tối ưu và kết luận ..........................................................................................101
3.1. Kết quả tối ưu phương án 1 ................................................................................101
3.2 Kết quả tối ưu phương án 2 .................................................................................103
3.3 Nhận xét kết luận .................................................................................................105
KẾT LUẬN........................................................................................................................107
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................108
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
-3-
Nguyễn Hoa
Deleted: tốt nghiệp
DANH SÁCH BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 1-1 Khoảng nhiệt độ sôi của dung môi............................................................25
Bảng 1-2 Bảng chỉ tiêu một loại dung môi của Shell ...............................................25
Bảng 1-3 Bảng chỉ tiêu một loại dung môi của Petrolimex ......................................26
Bảng 1-4 Mức tiêu thụ dung môi và dự báo trong vài năm tới................................27
Bảng 1-5 Tính chất một số loại condensate ở quanh khu vực ..................................29
Bảng 2-1 Các đặc tính kỹ thuật của condensate Nam Cơn Sơn................................35
Bảng 2-2 Tính chất sản phẩm Naphtha.....................................................................36
Bảng 2-3 Tính chất của sản phấm Heavy oil ...........................................................37
Bảng 2-4 Hệ thống bể tại nhà máy............................................................................39
Bảng 3-1 Phạm vi ứng dụng của các phương pháp tối ưu hoá trong Hysys.............56
Bảng 4-1 Thành phần nhẹ của nguyên liệu...............................................................58
Bảng 4-2 Tỷ trọng nguyên liệu .................................................................................59
Bảng 4-3 Đường cong chưng cất ..............................................................................59
Bảng 4-4 Điều kiện đầu vào của nguyên liệu ...........................................................60
Bảng 4-5 Điều kiện của dòng Off gas.......................................................................60
Bảng 4-6 Điều kiện dòng Naphtha............................................................................60
Bảng 4-7 Điều kiện dòng Heavy oil..........................................................................61
Bảng 4-8 Bậc tự do các mẫu mơ hình cột .................................................................61
Bảng 4-9 Cấu trúc đĩa thực tế và quy về lý thuyết....................................................62
Bảng 4-10 Áp suất cột C-01......................................................................................63
Bảng 4-11 Nhiệt độ cột C-01 ....................................................................................64
Bảng 4-12 Hồi lưu C-01............................................................................................64
Bảng 4-13 Điều kiện lò gia nhiệt H-01 .....................................................................65
Bảng 4-14 Điều kiện bình tách V-02 ........................................................................65
Bảng 4-15 Số liệu thiết kế của các trao đổi nhiệt......................................................67
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: mâm
Luận văn thạc sĩ
-4-
Nguyễn Hoa
Deleted: tốt nghiệp
Bảng 4-16 So sánh giữa kết quả tính tốn và số liệu thực tế ....................................79
Bảng 4-17 So sánh tính chất của sản phấm Naphtha theo tính tốn với thực tế.......80
Bảng 4-18 So sánh tính chất của sản phấm Heavy oil theo tính tốn với thực tế.....81
Bảng 5-1 Thành phần và điểm cắt TBP của các sản phẩm .......................................84
Bảng 5-2 Giá bán của các loại sản phẩm ..................................................................85
Bảng 5-3 Các biến sơ cấp..........................................................................................87
Bảng 5-4 Điều kiện ràng buộc ..................................................................................87
Bảng 5-6 So sánh đặc tính sản phẩm trước và sau khi tối ưu ...................................92
Bảng 5-5 So sánh thông số vận hành trước và sau khi tối ưu...................................92
Bảng 6-1 Giá thành sản phẩm ...................................................................................97
Bảng 6-2 Các biến số sơ cấp phương án 1 ................................................................99
Bảng 6-3 Cấu trúc số đĩa theo thực tế và theo lý thuyết .........................................100
Deleted: mâm
Bảng 6-4 Các biến số sơ cấp phương án 2 ..............................................................101
Bảng 6-5 So sánh thông số vận PA1 và phương án cơ sở ......................................102
Deleted: base case
Bảng 6-6 So sánh đặc tính sản phẩm trước và sau khi tối ưu .................................102
Bảng 6-7 So sánh thông số vận PA1 và phương án cơ sở ......................................103
Bảng 6-8 So sánh đặc tính sản phẩm trước và sau khi tối ưu .................................104
Bảng 6-9 So sánh phương án 1 và phương án 2 .....................................................106
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: base case
Luận văn thạc sĩ
-5-
Nguyễn Hoa
Deleted: tốt nghiệp
DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1-1 Sơ đồ liệu thành phần chưng cất ASTM D-86 ......................................... 10
Hình 1-2 Sơ đồ chưng cất bay hơi một lần .............................................................. 10
Hình 1-3 Sơ đồ chưng cất bay hơi nhiều lần............................................................ 11
Hình 1-4 Sơ đồ chưng cất có hồi lưu ....................................................................... 12
Hình 1-5 Sơ đồ dịng trong tháp chưng cất .............................................................. 13
Hình 2-1 Sơ đồ nhà máy Condensate mở rộng ........................................................ 43
Hình 4-1 Chọn hệ thống đơn vị tính tốn ................................................................ 74
Hình 4-2 Nhập dữ cong chưng cất TBP và D86 được Hysys xây dựng .................. 74
Hình 4-3 Đường chưng cất dần dần ......................................................................... 75
Hình 4-4 Nhập số lượng cấu tử giả .......................................................................... 76
Hình 4-5 Kết quả tính cấu tử giả của Hysys ............................................................ 76
Hình 4-6 Tính chất và điều kiện vận hành nguyên liệu đầu vào.............................. 77
Hình 4-7 Sai lệch xác lập cho RCY-1...................................................................... 78
Hình 4-8 Mơ hình cụm chưng cất condensate của Nhà máy ................................... 78
Hình 4-8 Mơ hình chi tiết cụm chưng cất C-01 ....................................................... 79
Hình 5-1 Thành phần các sản phẩm theo Hysys...................................................... 83
Hình 5-2 Sơ đồ giải thuật tính tốn tối ưu................................................................ 91
Hình 5-3 Đường cong chưng cất D-86 trước và sau khi tối ưu ............................... 94
Hình 6-1 Ước lượng các sản phẩm theo nhiệt độ cắt............................................... 97
Hình 6-2 Vị trí đặt bình tách trong phương án 1...................................................... 98
Hình 6-3 Sơ đồ phương án 1 khơng có thiết bị làm lạnh ......................................... 98
Hình 6-4 Sơ đồ phương án 1 có thiết bị làm lạnh .................................................... 99
Hình 6-5 Sơ đồ phương án 2 .................................................................................. 100
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Formatted: English (U.S.)
Luận văn thạc sĩ
-6-
Nguyễn Hoa
Deleted: tốt nghiệp
DANH SÁCH PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Thành phần cấu tử condensate Nam Côn Sơn(ASTM 5134) ............... 110
Phụ lục 2: Đường cong làm việc của nguyên liệu ................................................ 115
Phụ lục 3: Tính chất các cấu tử giả ........................................................................ 117
Phụ lục 4: Thành phần cấu tử của nhập liệu ......................................................... 118
Phụ luc 5 Cấu trúc nhiệt độ các dòng (PA cơ sở) ................................................. 119
Phụ lục 6: Cấu trúc áp suất các dòng (PA cơ sở).................................................. 120
Phụ lục 7: Cấu trúc lưu lượng các dòng (PA cơ sở) ............................................. 121
Phụ lục 8: Thành phần cấu tử (% mol) của Naphtha và Heavy oil (PA cơ sở) ..... 122
Phụ lục 9: Tính chất hóa lý của dịng Naphtha và Heavy oil (PA cơ sở) ............. 124
Deleted: Base case
Deleted: Base case
Deleted: Base case
Deleted: Base case
Deleted: Base case
Phụ lục 10: Thành phần chưng cất ASTM D86 của Naphtha và Heavy oil (PA cơ
sở)........................................................................................................................... 126
Deleted: Base case
Phụ lục 11: Thành phần cấu tử (% mol) của Naphtha và Heavy oil (Tối ưu) ...... 127
Phụ lục 12: Tính chất hóa lý của dòng Naphtha và Heavy oil (Tối ưu) ................ 129
Phụ lục 13: Thành phần chưng cất ASTM D-86 (Tối ưu) .................................... 131
Phụ lục 14: Sơ đồ công nghệ Nhà máy Condensate Thị Vãi................................. 132
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: 0
Luận văn thạc sĩ
-7-
Nguyễn Hoa
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự phát triển khơng ngừng của ngành Công Nghệ Thông Tin trong những năm
gần đây, đã đẩy mạnh việc ứng dụng công nghệ thông tin trong nhiều ngành nghề
khác nhau. Hầu như trong tất cả các lĩnh vực, ngành nghề đều có các phần mềm
ứng dụng chuyên dùng hỗ trợ trong quá trình nghiên cứu, sản xuất…Trong ngành
dầu khí đã có các phần mềm mô phỏng như Pro/II, Pipephase (hãng SIMSCI – Mỹ),
Hysys, Pipesim (hãng HYPROTECH - Canada) …ứng dụng trong quá trình khai
thác, chế biến, lọc hóa dầu…
Một trong những ứng dụng đặc trưng nhất của các phần mềm mô phỏng trên là
mô phỏng một qui trình cơng nghệ đã có, nhằm kiểm sốt qui trình sản xuất, tối ưu
hóa thơng số qui trình theo yêu cầu vận hành….rút ngắn được thời gian sản xuất
thử cũng như tính khả thi thay đổi các điều kiện vận hành, thay đổi nguyên liệu…
Nhà máy Chế biến Condensate được đưa vào hoạt động từ năm 1999, do Hãng
Idemitsu, Nhật Bản thiết kế với mục đích ban đầu để xử lý Condensate Bongkot
nhập từ Thái Lan. Tuy nhiên do gặp sự cố kỹ thuật nên hệ thống tháp chưng cất đã
tạm ngừng hoạt động trong một thời gian dài.
Chỉ đến 09/2008 sau khi khắc phục được các sự cố hệ thống này mới chính thức
đi vào hoạt động với nguồn nguyên liệu là Condensate Nam Côn Sơn. Tuy nhiên,
Nhà máy vẫn đang hoạt động với hầu hết các thông số công nghệ theo thiết kế ban
đầu. Việc thay đổi nguyên liệu nhưng vẫn giữ nguyên các thông số cơng nghệ ảnh
hưởng ít nhiều đến hiệu quả vận hành của Nhà máy.
Hiện nay, ở Nhà máy, Người điều hành đều dựa vào các thơng số vận hành đã
có hoặc bằng kinh nghiệm và qua kết quả kiểm tra mẫu để điều chỉnh và thiết lập
chế độ chạy ổn định theo mục tiêu đề ra. Đối với một hệ thống chưng cất nói chung,
phương pháp này tốn rất nhiều thời gian và ảnh hưởng mạnh đến chi phí vận hành
để có để đạt được chế độ vận hành như mong muốn, nhất là trong các trường hợp
tính tốn các phương án tối ưu theo mục tiêu đề ra. Do đó, việc nghiên cứu tối ưu
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
-8-
Nguyễn Hoa
Deleted: tốt nghiệp
lại thơng số cơng nghệ là rất cần thiết và đáp ứng được yêu cầu thực tế vận hành
nhà máy.
Măt khác, sau một thời gian dài tạm ngừng hoạt động, nhu cầu thị trường đã
thay đổi rất nhiều so với thời điểm thiết kế. Hiện nay, nhu cầu sử dụng các loại
dung môi như White Sprit, Rubber Solvent, Petroleum ether…là rất lớn, tuy nhiên
Deleted: Solvent
lượng dung môi này chủ yếu đang được nhập khẩu do đó việc dùng Condensate để
sản xuất các loại dung môi này sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
Tuy nhiên, với thiết kế hiện tại, nhà máy chỉ cho phép phân tách thành hai sản
phẩm là xăng thô và dầu DO, các thơng số vận hành được tính toán theo
condensate Bongkot lại sử dụng nguyên liệu là condensate Nam Cơn Sơn do đó
Deleted: ,
Deleted: và
Deleted:
hoạt động hệ thống chưng cất là chưa tối ưu.
Vì vậy, cần phải có các nghiên cứu tối ưu lại thông số công nghệ, nghiên cứu
thay đổi cơ cấu sản phẩm phù hợp với yêu cầu thực tế của thị trường để nhà máy có
thể hoạt động đạt hiệu quả kinh tế cao. Luận văn “Nghiên cứu tối ưu hóa thơng
Deleted: với
số vận hành và cơ cấu sản phẩm của hệ thống chưng cất Nhà máy Chế biến
Condensate” được thực hiện để giải quyết các vấn đề đã nêu trên với các nhiệm vụ
cụ thể như sau:
1. Mơ hình mơ phỏng hệ thống chưng cất condensate tại nhà máy bằng phần
mềm phỏng Hysys;
2. Tối ưu hóa chế độ vận hành của hệ thống chưng cất trên mơ hình mơ phỏng;
3. Thay đổi cơ cấu sản phẩm nhà máy theo hướng tách một phần sản phẩm nhẹ
làm dung mơi và tối ưu hóa thơng số vận hành với những thay đổi trên
Mục tiêu của các nhiệm vụ này nhằm xây dựng được một mơ hình mô phỏng hệ
thống chưng cất với kết qủa đáng tin cậy, nhằm phục vụ cho q trình kiểm sốt
qui trình hệ thống chưng cất condensate và đưa ra các hướng thay đổi cơ cấu sản
phẩm để Nhà máy Chế biến Condensate Thị Vãi hoạt động với hiệu quả cao hơn.
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted:
Luận văn thạc sĩ
-9-
Nguyễn Hoa
Deleted: tốt nghiệp
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT DẦU MỎ
Trong chương này ta sẽ giới thiệu phần tổng quan công nghệ về chế biến dầu
mỏ và condensate, đặc biệt là những lý thuyết liên quan đến việc nghiên cứu tối ưu
và tính tốn trong đề tài.
Phần lý thuyết chưng cất, ta sẽ giới thiệu tổng quan về các quá trình chưng cất
từ đơn giản đến phức tạp và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất.
Tiếp theo là tổng quan các sản phẩm chưng cất dầu mỏ, đặc biệt là các sản
Deleted: ta sẽ giới thiệu
phẩm xăng, dầu diezen và dung mơi có liên quan đến việc tính tốn ở các chương
sau của luận văn.
Đồng thời ta cũng giới thiệu về công nghệ chế biến condensate và các nhà máy
chế biến condensate hiện nay ở nước ta.
1. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất
Quá trình chưng cất là một quá trình vật lý phân chia hỗn hợp lỏng thành các
thành phần gọi là các phân đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp
khác nhau, nhằm tách các phân đoạn theo nhiệt độ sôi của các cấu tử có trong hỗn
hợp mà khơng 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 khơng.
Q trình chưng cất được áp dụng nhiều trong cơng nghệ hóa học, trong nhà
máy lọc dầu, nhà máy chế biến khí và chế biến condensate.
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.
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: sẽ
Luận văn thạc sĩ
- 10 -
Nguyễn Hoa
a. Chưng bay hơi dần dần:
Hình 1-1 Sơ đồ chưng cất dần dần
Thiết bị (2) đốt nóng liên tục hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng (1) từ nhiệt độ
thấp tới nhiệt độ sơi 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 phịng thí nghiệm.
b. Chưng cất bằng cách bay hơi một lần:
Phương pháp này còn được gọi là bay hơi cân bằng
Hình 1-2 Sơ đồ chưng cất bay hơi một lần
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
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 11 -
Nguyễn Hoa
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.
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 (hay ở áp suất thấp hơn) đối với phần cặn.
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).
Hình 1-3 Sơ đồ chưng cất bay hơi nhiều lần
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 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
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 12 -
Nguyễn Hoa
liên tục. Q 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.
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 q 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 sơi thấp hơn) so với khi khơng 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.
Hình 1-4 Sơ đồ chưng cất có hồi lưu
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 đáy tháp thực hiện tiếp
quá trình chưng cất thu được sản phẩm.
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 13 -
Nguyễn Hoa
Hình 1-5 Sơ đồ dịng trong tháp chưng cất
Deleted: tốt nghiệp
Deleted: ¶
Chưng cất có tinh luyện cho độ phân chia cao hơn khi kết hợp với hồi lưu. Cơ sở
quá trình tinh luyện là sự trao đổi chất nhiều lần về cả hai phía giữa pha lỏng và pha
hơi chuyển động ngược chiều nhau. Quá trình này thực hiện trong tháp tinh luyện.
Đĩa trên cùng có hồi lưu đỉnh, cịn đĩa dưới cùng có hồi lưu đáy, nhờ đó làm cho
tháp hoạt động liên tục, ổn định có khả năng phân chia cao. Ngồi đỉnh và đáy, nếu
cần người ta còn thiết kế hồi lưu trung gian, bằng cách lấy sản phẩm lỏng ở cạnh
sườn tháp cho qua trao đổi nhiệt làm lạnh rồi quay lại tưới vào tháp. Còn khi lấy sản
phẩm cạnh sườn tháp, người ta trang bị thêm các bộ phận tách trung gian cạnh sườn
tháp. Như vậy theo chiều cao của tháp tinh luyện, ta sẽ nhận được các phân đoạn có
giới hạn sơi khác nhau tuỳ thuộc vào chế độ công nghệ chưng và nguyên liệu ban
đầu.
Formatted: Indent: First line: 0 pt
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hoàng Minh Nam
Luận văn thạc sĩ
- 14 -
Nguyễn Hoa
b. Chưng cất trong chân không và chưng cất bằng hơi nước
Trong chế biến dầu mỏ, nguyên liệu chưng cất thường không bền, dễ bị phân
huỷ khi tăng nhiệt độ. Trong số các hợp chất dễ bị phân huỷ nhiệt nhất là các hợp
chất chứa lưu huỳnh, các chất cao phân tử như nhựa… Các hợp chất parafinic kém
bền nhiệt hơn các hợp chất naphtenic và các naphtenic lại kém bền nhiệt hơn các
hợp chất thơm. Độ bền của các cấu tử tạo thành dầu khơng chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ mà cịn phụ thuộc cả vào thời gian tiếp xúc ở nhiệt độ đó.
Trong thực tế chưng cất, đối với các phân đoạn có nhiệt độ cao, người ta cần
tránh sự phân huỷ nhiệt của chúng khi đốt nóng. Tuỳ theo loại dầu thơ, trong thực tế
khơng nên đốt nóng q 400 ÷ 420oC với dầu khơng có hay có chứa rất ít lưu huỳnh
và khơng q 320 ÷ 340oC với dầu có nhiều lưu huỳnh.
Sự phân huỷ khi chưng cất sẽ làm xấu đi các tính chất làm việc của sản phẩm,
như làm giảm độ nhớt và nhiệt độ bắt cháy cốc kín của chúng, giảm độ bền oxy hóa.
Nhưng quan trọng hơn là chúng gây nguy hiểm cho quá trình chưng cất vì chúng
tạo ra các hợp chất ăn mịn và làm tăng áp suất tháp.
Để giảm mức độ phân huỷ, thời gian lưu của nguyên liệu ở nhiệt độ cao cũng
cần phải hạn chế. Ví dụ trong thực tế chưng cất thời gian lưu của nguyên liệu dầu
(phân đoạn cặn chưng cất khí quyển) ở đáy của tháp AD khơng lớn hơn 5 phút và
phân đoạn gudron khi chưng chân không VD chỉ khoảng 2 đến 5 phút.
Khi nhiệt độ sơi của hỗn hợp ở áp suất khí quyển cao hơn nhiệt độ phân huỷ
nhiệt của chúng, người ta phải dùng chưng trong chân không VD hay chưng cất với
hơi nước để tránh sự phân huỷ nhiệt. Chân không làm giảm nhiệt độ sơi, cịn hơi
nước cũng có tác dụng tương tự như dùng chân không: giảm áp suất riêng phần của
cấu tử hỗn hợp làm cho chúng sôi ở nhiệt độ thấp hơn. Hơi nước được dùng ngay cả
trong chưng cất khí quyển. Khi tinh luyện, nó được dùng để tái bay hơi phân đoạn
có nhiệt độ sơi thấp còn chứa trong mazut hay gudron, trong nhiên liệu và dầu nhờn.
Kết hợp dùng chân không và hơi nước khi chưng cất phần cặn sẽ cho phép đảm bảo
hiệu quả tách sâu hơn phân đoạn dầu nhờn (có thể đến 550 ÷ 600oC).
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 15 -
Nguyễn Hoa
Tuy nhiên tác dụng của hơi nước làm tác nhân bay hơi còn bị hạn chế, vì nhiệt
độ bay hơi khác xa so với nhiệt độ đốt nóng chất lỏng. Vì thế nếu tăng lượng hơi
nước thì nhiệt độ và áp suất hơi bão hoà của dầu giảm xuống và sự tách hơi cũng
giảm theo. Do vậy lượng hơi nước có hiệu quả nhất chỉ trong khoảng 2 ÷ 3% so với
nguyên liệu đem chưng cất khi số cấp tiếp xúc lý thuyết là 3 hoặc 4. Trong điều
kiện như vậy, lượng hơi dầu tách ra từ phân đoạn mazut đạt tới 14 ÷ 23%. Khi
chưng cất với hơi nước, số lượng phân đoạn tách ra được có thể tính theo phương
trình sau:
Trong đó:
G và z - số lượng hơi dầu tách được và lượng hơi nước.
Mf - phân tử lượng của hơi dầu.
18 - phân tử lượng của nước.
P - áp suất tổng cộng của hệ.
Pf - áp suất riêng phần của dầu ở nhiệt độ chưng.
Nhiệt độ của hơi nước cần phải không thấp hơn nhiệt độ của hơi dầu tránh sản
phẩm dầu ngậm nước. Do vậy người ta thường dùng hơi nước nhiệt độ trong
khoảng 380 ÷ 450oC, áp suất hơi từ 0,2 ÷ 0,5 Mpa.
Cơng nghệ chưng cất dầu với hơi nước có nhiều ưu điểm. Ngồi việc giảm áp
suất riêng phần của dầu, nó cịn tăng cường khuấy trộn chất lỏng tránh tích nhiệt
cục bộ, tăng diện tích bề mặt bay hơi do tạo thành những tia và các bong bóng hơi.
Người ta cũng dùng hơi nước để tăng cường đốt nóng cặn dầu trong lị ống khi
chưng cất trong chân khơng. Khi đó đạt được mức độ bay hơi lớn cho nguyên liệu
dầu, tránh và ngăn ngừa tạo cốc trong các lị đốt nóng. Tiêu hao hơi nước trong
trường hợp này khoảng 0,3 ÷ 0,5% so với nguyên liệu.
Trong một vài trường hợp chẳng hạn như khi nâng cao nhiệt độ bắt cháy của
nhiên liệu phản lực hay diesel, người ta không dùng chưng cất với hơi nước mà
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 16 -
Nguyễn Hoa
dùng q trình bay hơi một lần để tránh tạo thành nhũ tương nước bền trong nhiên
liệu.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất
Các yếu tố cơng nghiệp có ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất và chất lượng của
quá trình chưng cất là nhiệt độ, áp suất và phương pháp chưng cất. Chế độ công
nghệ chưng cất phụ thuộc nhiều vào chất lượng dầu thơ ban đầu, vào mục đích và
yêu cầu của quá trình, vào chủng loại và sản phẩm cần thu và phải có dây chuyền
cơng nghệ hợp lý. Vì vậy khi thiết kế quá trình chưng cất, ta phải xét kỹ và kết hợp
đầy đủ tất cả các yếu tố để quá trình chưng cất đạt hiệu quả cao nhất. Các yếu tố
công nghệ chưng cất dầu chính là các yếu tố ảnh hưởng tới q trình làm viẹc của
tháp chưng cất.
2.1. Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện.
Nhiệt độ là thông số quan trọng nhất của tháp chưng cất. Bằng cách thay đổi
nhiệt độ của tháp sẽ điều chỉnh được nhiệt độ và hiệu suất của sản phẩm. Chế độ
nhiệt của tháp gồm nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, nhiệt độ
trong tháp và nhiệt độ đáy tháp.
Nhiệt độ của nguyên liệu vào tháp chưng phụ thuộc vào bản chất của loại dầu
mỏ, mức độ phân tách của sản phẩm, áp suất trong tháp và lượng hơi nước đưa vào
đáy tháp, nhưng chủ yếu phải tránh sự phân huỷ nhiệt ở nhiệt độ cao. Nếu dầu mỏ
thuộc loại dầu nặng mực độ phân chia lấy sản phẩm ít thì nhiệt độ vào tháp chưng
luyện sẽ không cần cao.
Trong thực tế sản phẩm khi chưng cất ở áp suất khí quyển, nhiệt độ nguyên liệu
vào tháp chưng luyện thường trong giới hạn 320 ÷ 3600C còn nhiệt độ nguyên liệu
mazut vào tháp chưng ở áp suất chân khơng thường khoảng 400 ÷ 4400C.
Nhiệt độ đáy tháp chưng luyện phụ thuộc vào phương pháp bay hơi và hồi lưu
đáy. Nếu bay hơi phần hồi lưu đáy bằng thiết bị đốt nóng riêng biệt thì nhiệt độ đáy
tháp sẽ ứng với nhiệt độ bốc hơi cân bằng ở áp suất tại đáy tháp, nếu bốc hơi bằng
cách dung hơi nước quá nhiệt thì nhiệt độ đáy tháp sẽ thấp hơn vùng nạp liệu. Nhiệt
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 17 -
Nguyễn Hoa
độ đáy tháp phải chọn tối ưu, tránh sự phân huỷ các cấu tử nặng, nhưng lại phải đủ
để tách hết hơi nhẹ khỏi phần nặng.
Nhiệt độ đỉnh tháp được khống chế nhằm đảm bảo sự bay hơi. Nhiệt độ đỉnh
tháp chưng luyện ở áp suất thường để tách xăng ra khỏi dầu thô thường là 110 ÷
1300C, cịn đối với tháp chưng chân khơng, khi áp suất chưng la 10 ÷ 70 mmHg
thường nhiệt độ khơng q 1200C. Với mục đích để giảm bớt mất mát Gasoil chân
không hay mất mát các cấu tử trong phân đoạn dầu nhờn.
Để bảm bảo chế độ nhiệt của tháp, cũng như đã phân tích ở trên là để phân chia
các q trình hồn thiện thì phải có hồi lưu.
Các dạng hồi lưu: Ở đỉnh tháp có hai dạng hồi lưu: Hồi lưu nóng và hồi lưu nguội.
a) Hồi lưu nóng:
Q trình hồi lưu nóng được thực hiện bằng cách ngưng tụ một phần hơi sản
phẩm đỉnh ở nhiệt độ sơi của nó. Khi tưới trở lại tháp, chúng chỉ cần thu nhiệt để
bốc hơi. Tác nhân lạnh có thể dùng là nước hay chính sản phẩm lạnh.
b) Hồi lưu nguội:
Được thực hiện bằng cách làm nguội và ngưng tụ sản phẩm đỉnh rồi tưới trở lại
tháp chưng. Khi đó lượng hồi lưu cần thu lại một lượng nhiệt cần thiết để đun nóng
nó đến nhiệt độ sơi cần thiết để đun nóng nó đến nhiệt độ sơi và nhiệt độ cần để hố
hơi.
Hồi lưu nguội sử dụng rộng rãi vì lượng hồi lưu thường ít, làm tăng rõ ràng chất
lượng mà không giảm nhiều năng suất của tháp chưng.
c) Hồi lưu trung gian:
Quá trình hồi lưu trung gian thực hiện bằng cách lấy một phần sản phẩm lỏng nằm
trên các đĩa có nhiệt độ là t1, đưa ra ngoài làm lạnh đến t0 rồi tưới trở lại tháp, khi đó
chất lỏng hồi lưu cần thu một lượng nhiệt để đun nóng từ nhiệt độ t0÷t1.
Hồi lưu trung gian có nhiều ưu điểm như: Giảm lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp, tận
dụng được một lượng nhiệt thừa rất lớn của tháp chưng để đun nóng nguyên liệu
ban đầu, tăng công suất làm việc của tháp.
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 18 -
Nguyễn Hoa
Người ta thường kết hợp hồi lưu trung gian với hồi lưu lạnh cho phép điều chỉnh
chính xác nhiệt độ chưng dẫn đến đảm bảo được hiệu suất và chất lượng sản phẩm
của quá trình.
2.2. Áp suất của tháp chưng
Khi chưng luyện dầu mỏ ở áp suất thường thì áp suất trong tồn tháp và ở một
tiết diện cũng có khác nhau.
Áp suất trong tháp có thể cao hơn một ít hay thấp hơn một ít so với áp suất khí
quyển, tương ứng với việc tăng hay giảm nhiệt độ sản phẩm lấy ra khỏi tháp.
Khi tháp chưng cất mazut trong tháp chưng chân khơng thì thường tiến hành áp
suất từ 10 ÷ 70 mmHg.
Áp suất trong mỗi tiết diện của tháp chưng luyện phụ thuộc vào trở lực thuỷ tĩnh
khi hơi qua các đĩa, nghĩa là phụ thuộc vào số đĩa và cấu trúc đĩa, lưu lượng riêng
của chất lỏng và hơi. Thông thường từ đĩa này sang đĩa khác, áp suất giảm từ 5 ÷ 10
mmHg từ dưới lên khi chưng cất, ở áp suất chân không qua mỗi đĩa áp suất giảm từ
1 ÷ 3 mmHg.
Áp suất làm việc của tháp phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của nguyên liệu và
áp suất riêng phần của từng cấu tử trong tháp. Nếu tháp chưng luyện mà dùng hơi
nước trực tiếp cho vào đáy tháp thì hơi nước làm giảm áp suất riêng phần của hơi
sản phẩm đầu, cho phép chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ thấp hơn. Lượng hơi nước tiêu
hao phụ thuộc vào áp suất chung của tháp và áp suất riêng phần của các sản phẩm
đầu.
Lượng hơi nước tiêu hao cho tháp ở áp suất khí quyển khoảng 1,2 ÷ 3,5% trọng
lượng, đối với tháp chưng ở áp suất chân khơng khoảng 5 ÷ 8% trọng lượng so với
nguyên liệu.
2.3. Điều chỉnh chế độ làm việc của tháp chưng cất
Để duy trì chế độ làm việc của tháp chưng cất chúng ta phải đảm bảo và nắm
vững các nguyên tắc sau.
o Điều chỉnh áp suất trong tháp sẽ làm thay đổi điểm sôi của chất lỏng.
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghiệp
Luận văn thạc sĩ
- 19 -
Nguyễn Hoa
o Nếu áp suất riêng tăng lên chất lỏng sôi ở nhiệt độ cao hơn. Nếu áp
suất tăng cao quá lượng chất lỏng trong tháp sẽ nhiều và như vậy sẽ dẫn đến
hiện tượng “sặc tháp”, làm giảm hiệu suất phân tách, phân chia.
o Nếu các điều kiện trong tháp cố định thì sản phẩm đỉnh, sản phẩm
cạnh sườn và sản phẩm đáy trở nên nhẹ hơn nếu áp suất trong tháp tăng lên.
o Nếu nhiệt độ đáy tháp quá lớn thì sản phẩm đáy chứa nhiều phần nhệ
hơn.
o Nếu nhiệt cấp liệu vào đáy tháp thấp, lượng hơi trên các khay chứa
đĩa sẽ nhỏ như vậy phần lỏng sẽ nhiều và chúng chảy xuống phía dưới vào
bộ phận chưng sẽ càng nhiều.
o Với sơ đồ chưng cất có sử dụng thiết bị Reboile, nếu nhiệt độ của
Reboile quá thấp sẽ không tách hết phần nhẹ trong cặn và làm tăng lượng
cặn.
o Nếu nhiệt độ đỉnh quá cao sản phẩm đỉnh sẽ quá nặng và có nhiều sản
phẩm hơn so với thiết kế và ngược lại nếu nhiệt độ đỉnh quá thấp sản phẩm
đỉnh sẽ q nhẹ và có ít sản phẩm hơn.
o Nhiệt độ cần thiết để tách phân đoạn dầu thô nặng sẽ cao hơn so với
tách dầu thô nhẹ.
o Chú ý nhất là nhiệt độ đỉnh tháp tránh nhiệt độ cao q do làm lạnh
khơng đủ (ví dụ do mất nước làm lạnh) dẫn đến thay đổi chế độ hồi lưu, ảnh
hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm.
2.4. Các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc chưng cất.
o Phải đảm bảo sự tồn tại pha lỏng chuyển động ngược chiều nhau trên
toàn bộ chiều cao tháp chưng.
o Phải tồn tại chênh lệch nhiệt độ giữa pha hơi và pha lỏng. Phần cột
chưng phải đảm bảo ở phía trên đĩa nạp liệu thực hiện quá trình tăng cường
nồng độ các cấu tử nhẹ trong pha hơi nên gọi là phần tinh luyện.
GVHD: GV.TS. Huỳnh Quyền GVC.THs Hồng Minh Nam
Deleted: tốt nghieäp
