Báo cáo mô phỏng Hysis OLGA LPG Đại học Bách Khoa Hà Nội (Có file mô phỏng đính kèm)

BÁO CÁO BÀI TẬP MÔ PHỎNG
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LPG
Họ tên:
MSSV:
Lớp:
I.

Phạm Đắc Nhân
20132851
KTHH 03 – K58

Phân tích, đánh giá, so sánh case mơ phỏng
1. Phân tích đánh giá
a) Lưu trình mơ phỏng

Hình 1: Sơ đồ lưu trình mơ phỏng
b) Mơ tả lưu trình

Dịng ngun liệu đầu là hỗn hợp hidrocacbon cùng một lượng nhỏ H 2S và N2
được trộn với một nước để mô phỏng đúng với thực tế. Do số liệu thành phần cấu tử
được phân tích qua sắc ký khí mà sắc ký khí khơng được phép có lẫn nước trong dịng
nên nước đã được tách ra trước đó. Để mơ phỏng đúng với dịng ngun liệu ban đầu,
cần trộn thêm dòng nước vào.
Dòng nguyên liệu được đi qua bình tách mơ phỏng thiết bị tách Slug-Catcher.
Tại đây dòng nguyên liệu được chia làm hai dòng lỏng và khí đi chế biến theo hai
đường khác nhau.
Dịng khí tiếp tục được tách lỏng một lần nữa tại bình tách V08 trước khi đi vào
Spliter V06 – mơ phỏng tháp hấp phụ sử dụng chất hấp phụ có nhiệm vụ tách loại
hoàn toàn nước. Sau khi loại nước, dịng khí được chia làm hai phần tại thiết bị chia
dòng TEE-100, với tỉ lệ chia dòng Gas2/Gas1 là 1/2. Dịng khí Gas2 được trao đổi
nhiệt với dịng khí ra khỏi tháp C05 trước khi qua van VLV-100 để giảm áp xuống 33

bar – áp suất làm việc của tháp C05. Sau q trình làm lạnh và giảm áp, dịng Gas2 lúc
này đi vào đỉnh tháp C05 ở dạng hỗn hợp lỏng hơi. Dịng khí Gas1 đi vào đầu giãn K100 để giảm áp xuống 33 bar rồi đi vào đáy tháp C05. Dịng khí ra khỏi đỉnh tháp C05
gồm chủ yếu các cấu tử C1 và C2 quay lại trao đổi nhiệt với dịng Gas2 sau đó đi vào


đầu nén K-101 để nén tới áp suất cần thiết và là sản phẩm khí khơ Sale Gas. Dịng
lỏng đáy tháp C05 đi vào đĩa trên cùng của tháp C01 để tách triệt để các cấu tử C 1 và
C2.
Dòng lỏng ra khỏi Slug-Catcher được giảm áp xuống 75 bar và đi vào bình tách
ba pha V03. Bình tách V03 có nhiệm vụ tiếp nhận lỏng từ tất cả các bình tách khác
trong lưu trình, tách nước dịng lỏng trước khi vào các tháp chưng. Dịng lỏng ra khỏi
bình tách V03 được giảm áp xuống áp suất làm việc của tháp chưng C01, sau đó trao
đổi nhiệt với dịng sản phẩm đáy tháp C02 trước khi đi vào tháp chưng C01. Tháp
chưng C01 làm việc ở áp suất 29 bar, có nhiệm vụ tách các cấu tử nhẹ C 1 và C2 đi ra ở
đỉnh tháp. Tuy nhiên dòng đỉnh tháp C01 khơng được đưa vào dịng khí thương phẩm
Sale Gas do vẫn còn lẫn một lượng lớn C 3 nên được qua 3 máy nén K-01, K-02 và K03 để đưa lại bình tách V08 nhằm tách triệt để C 3 còn lẫn. Dòng lỏng đáy tháp C01
chứa các cấu tử C3+ được đưa qua tháp chưng C02 làm việc ở 11 bar có nhiệm vụ tách
sản phẩm BuPro chứa C3 và C4 ở đỉnh tháp và sản phẩm Condensate ở đáy tháp. Dịng
sản phẩm BuPro sau đó được đưa qua tháp chưng C03 làm việc ở 16 bar để tách riêng
hai sản phẩm propane và butane.
c) Đánh giá cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng

(Bảng cân bằng vật chất cân bằng năng lượng ở trang bên)
Dòng nguyê liệu vào gồm có dịng Gas và dịng Water, có tổng lưu lượng là
6153 tấn/ngày. Các dòng ra gồm H2O (V06), H2O (V03), Sale Gas, Fuel Gas,
Condensate, Propane và Butane, với tổng lưu lượng là 6152 tấn/ngày. Sai số là 0.01%.
Các dịng mang năng lượng vào lưu trình gồm có 2 dòng nguyên liệu, năng
lượng cấp cho tháp hấp thụ V06, năng lượng cấp cho các máy nén K01, K02, K03,
năng lượng cấp cho các tháp chưng C01, C02, C03, năng lượng cấp cho bơm. Các
dòng mang năng lượng ra gồm có các dịng sản phẩm ra, các dịng năng lượng ra từ

các thiết bị làm lạnh. Sai số cân bằng năng lượng là 0.01%.
d) Hiệu suất thu hồi LPG

Nguyên liệu đầu vào là dịng khí đồng hành gồm các hidrocacbon từ C 1 đến C7+.
Sau khi qua quá trình chế biến thu được các sản phẩm khí khơ Sale Gas (C 1 và C2),
Propan (C3), Butane (C4) và Condensate (C5+). Trong đó LPG là sản phẩm lỏng có giá
trị kinh tế cao nhất. Do vậy, hiệu suất thu hồi LPG là một thông số rất quan trọng cần
quan tâm để có thể tối ưu các thơng số cơng nghệ.
Sử dụng cơng cụ Spreadsheet, ta có thể tính tốn được hiệu suất thu hồi LPG
của công nghệ.


Hình 2: Tính tốn bằng cơng cụ Spreadsheet
Lượng LPG trong nguyên liệu đi vào là 826.75 kmol/h, lượng LPG thu hồi
được là 640.14 kmol/h, đạt 77.43%. Lượng LPG còn lại chưa thu hồi hết chủ yếu còn
lẫn vào trong dòng khí Sale Gas là 81.7 kmol/h và dịng khí nhiên liệu Fuel gas là
104.12 kmol/h. Như vậy hiệu suất thu hồi LPG còn thấp.
2. So sánh với số liệu thực tế công nghệ GPP Dinh Cố

Công suất Nhà máy xử lý khí Dinh Cố giai đoạn thiết kế là 4,3
triệu
m3 khí/ngày. Với lưu lượng này áp suất khí tới Nhà máy là 109 bar. Từ
năm 2002, khí đồng hành từ mỏ Rạng Đông được đưa về giàn nén
trung tâm của mỏ Bạch Hổ để đưa về bờ công suất tăng lên 5,7 triệu
m3 khí/ngày. Do lưu lượng dịng khí tăng lên, sụt áp trong đường ống
tăng mạnh dẫn đến áp suất về tới Nhà máy chỉ còn khoảng 60 - 80
bar. Cụm máy nén công suất lớn K-1011A/B/C/D được lắp đặt tại đầu
vào của Nhà máy để nâng áp của dịng khí lên 109 bar bằng áp suất
thiết kế, đảm bảo hoạt động của Nhà máy.
Nguyên liệu đầu vào của cơng nghệ này là 4.3 triệu m 3 khí/ngày và làm việc ở

áp suất 109 bar tức tương ứng với chế độ GPP của Nhà máy xử lý khí Dinh Cố nên ta
sẽ so sánh các thông số sản phẩm với chế độ GPP của Nhà máy. Đây là công nghệ sử
dụng cơng nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh trong, sử dụng một thiết
bị Turbo-expander. Đây là phương pháp chế biến khí có hiệu quả kinh tế cao, làm lạnh
sâu, dễ dàng điều khiển và tự động hóa, có thể tự động điều chỉnh khi thành phần hỗn
hợp khí đầu vào thay đổi.
a) Sản phẩm khí khơ

Tiêu chí

Cơng nghệ

Nhà máy

Sản lượng (triệu m3 khí/ngày)

3.5

4

Methane

87.43

89.18

Ethane

10.68

4.47

41.44

40.21

Tiêu chuẩn

Thành phần mol (%)

Nhiệt trị toàn phần (MJ/m3)

Min 37


Nhiệt độ điểm sương HC
(⁰C)

-45.4

-17.5

Max 5

Công nghệ

Nhà máy

Tiêu chuẩn

804

900

Propane

56.00

60.08

n-Butane

23.14

20.87

i-Butane

17.65

14.45

Áp suất hơi Reid (kPa)

850

905

Tỉ trọng ở 15⁰C (kg/l)

0.4984

0.5375

Khơng có

Khơng có

50.67

49.19

Cơng nghệ

Nhà máy

221.5

400

Điểm sôi đầu

27.30

34

10%

37.97

43

50%

46.63

52

90%

99.67

97

Điểm sôi cuối

131.9

131

Max 180

Áp suất hơi Reid (psi)

11.6

11.9

Max 12.1

Tỉ trọng ở 15⁰C (kg/l)

0.6336

0.6601

Khơng có

Khơng có

b) Sản phẩm LPG

Tiêu chí
Sản lượng (tấn/ngày)
Thành phần mol (%)

Hàm lượng nước
Khối lượng phân tử

Max 1430
Khơng có

c) Sản phẩm Condensate

Tiêu chí
Sản lượng (tấn/ngày)

Tiêu chuẩn

Chưng cất (⁰C)

Hàm lượng nước

Max 45

Khơng có

Vị trí đặt các Set
Áp suất là thông số quan trọng nhất trong nhà máy. Sự chênh áp giữa các thiết
bị là động lực cho các dịng vật chất có thể di chuyển trong nhà máy. Vì vậy ln phải
đảm bảo có sự chênh áp cần thiết giữa các thiết bị. Khi khảo sát sự thay đổi áp suất
đầu vào, sẽ xuất hiện một vài vị trí có xung đột về thơng số áp suất giữa giá trị khảo
sát và giá trị nhập vào trước đó khiến cho việc tính tốn khơng thể thực hiện được.
II.

1. Vị trí Splitter V06

Giá trị áp suất của hai dòng ra DHD Gas và H2O (V06) nhập khi xây dựng lưu
trình là 108 bar. Tuy nhiên khi khảo sát từ các giá trị áp suất thấp hơn 108 bar sẽ làm


cho áp suất dòng vào Splitter V06 nhỏ hơn áp suất dịng ra, dẫn đến dừng q trình
tính tốn.
Vì vậy ở đây ta cần đặt 2 Set cho 2 dòng ra Splitter V06, đảm bảo áp suất 2
dịng ra ln nhỏ hơn áp suất dòng vào là 100 kPa.
2. Vị trí máy nén K-03

Các máy nén K-01, K-02 và K-03 có nhiệm vụ nâng áp dần dần dịng khí tuần
hồn lên áp suất bằng áp suất dòng ban đầu. Giá trị áp suất của dòng ra khỏi máy nén
K-03 nhập khi xây dựng lưu trình là 109 bar. Tuy nhiên khi khảo sát, các giá trị áp suất

đầu vào thay đổi mà áp suất dịng tuần hồn vẫn giữ ngun là 109 bar, khiến cho
không thể trộn được với nhau, dẫn đến dừng q trình tính tốn.
Vì vậy, ở đây cần đặt 1 Set cho dòng ra khỏi máy nén K-03, đảm bảo áp suất
dòng ra khỏi máy nén K-03 ln bằng áp suất dịng trước khi đi vào bình tách V08.
Khảo sát áp suất làm việc
Do lưu lượng dòng khí đầu vào có sự thay đổi trong các giai đoạn vận hành
khác nhau, nên áp suất dịng khí đầu vào cũng thay đổi từ 75 bar đến 109 bar. Do đó ta
khảo sát ảnh hưởng của áp suất vận hành trong khoảng này đối với hiệu suất thu hồi
LPG và thành phần C3 và C4.
Giá trị áp suất 109 bar này được thiết kế từ ban đầu khi xây dựng nhà máy, nó
dựa vào áp suất đầu giàn, lưu lượng dịng được bơm lên, áp suất dịng khí khơ đầu ra
đảm bảo cho quá trình vận chuyển và tiếp nhận đầu cuối.
Trong thực tế, Nhà máy xử lý khí Dinh Cố không chạy tháp chưng C-03 để thu
riêng C3 và C4 do nhu cầu sử dụng LPG của Việt Nam chủ yếu để dùng làm nhiên liệu
đốt nên không yêu cầu quá cao về tỉ lệ giữa C3 và C4. Vì vậy, để đơn giản cho quá trình
khảo sát, ta bỏ qua tháp C-03, chỉ quan tâm đến dòng sản phẩm BuPro của tháp chưng
C-02.
Tạo một casestudy mới với áp suất đầu vào thay đổi từ 75 bar đến 109 bar, bước
chạy là 100 kPa. Thêm ba biến cần quan tâm là phần mol của propan và n-butan trong
dòng BuPro, hiệu suất thu hồi LPG (tính bằng Spreadsheet).
Sau khi chạy xong khảo sát ta được đồ thị thành phần dịng BuPro như sau:
III.

Hình 3: Đồ thị sự phụ thuộc phần mol của propan và n-butan trong dòng BuPro


Khi áp suất đầu vào thay đổi từ 75 bar lên 109 bar, phần mol propan trong dòng
BuPro tăng từ 0.514 lên 0.576, trong khi đó phần mol của n-butan giảm dần từ 0.236
xuống 0.215. Như vậy, khi áp suất đầu vào tăng lên thì tỉ lệ propan/butan trong dịng
BuPro cũng tăng lên.

Điều này xảy ra là do hoạt động của Turbo-Expander. Dịng ra khỏi đầu giãn có
áp suất bằng áp suất hoạt động của tháp C-05, nên coi như áp suất ra là khơng đổi. Khi
đó dịng vào có áp suất càng lớn thì chênh lệch áp suất càng cao, dịng sẽ được làm
lạnh càng sâu, khi đó có càng nhiều cấu tử propan được ngưng tụ thành lỏng. Butan có
nhiệt độ sơi cao hơn nên sẽ ngưng tụ trước, còn propan sẽ ngưng tụ sau. Lượng propan
ngưng tụ nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiệt độ làm lạnh sâu. Vì thế áp suất đầu vào càng
lớn, propan ngưng tụ càng nhiều, dẫn đến phần mol của propan trong dong BuPro sẽ
càng lớn.
Cũng chính vì lý do trên mà lượng LPG thu hồi sẽ nhiều hơn khi áp suất đầu
vào tăng, dẫn đến hiệu suất thu hồi LPG sẽ tăng mạnh từ 66% ở áp suất 75 bar lên gần
76% ở áp suất 109 bar.

Hình 4: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi LPG
Như vậy, với các lý do đã phân tích ở trên, áp suất vận hành ở 109 bar sẽ cho
hiệu suất thu hồi LPG là cao nhất và đem lại hiệu quả kinh tế là lớn nhất.