Tài liệu Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí Mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển bằng phần mềm Hysys

Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Mục Lục LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................................................3 DANH MỤC VIẾT TẮT................................................................................................4 DANH MỤC BẢNG......................................................................................................5 DANH MỤC HÌNH........................................................................................................6 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN.......................7 I. GIỚI THIỆU:....................................................................................................7 II. CÔNG SUẤT VÀ NHU CẦU SẢN PHẨM CỦA NHÀ MÁY:.......................7 III. NGUỒN NGUYÊN CHO NHÀ MÁY:............................................................8 1. Lí do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy:.................................8 2. Các đặc tính của dầu thô Kuwait:..................................................................8 3. Đường cong chưng cất của dầu thô Kuwait:..................................................9 4. Các cấu tử nhẹ trong dầu thô:.......................................................................11 IV. CÁC SẢN PHẨM THƯƠNG MẠI CỦA NHÀ MÁY:..................................12 1. Các sản phẩm năng lượng:...........................................................................12 a. Khí hóa lỏng (LPG):.................................................................................12 b. Xăng:.........................................................................................................13 c. Nhiên liệu phản lực Jet A1:......................................................................14 d. Diesel:.......................................................................................................14 e. Dầu FO (Fuel Oil):...................................................................................15 2. Sản phẩm phi năng lượng:............................................................................16 a. Benzene:...................................................................................................16 b. PolyPropylene:.........................................................................................17 c. Lưu huỳnh:...............................................................................................17 V. CÁC PHÂN XƯỞNG CỦA NHÀ MÁY:.......................................................17 CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN..........................................................................................................18 I. PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN:................18 1. Mục đích:......................................................................................................18 2. Sơ đồ công nghệ:..........................................................................................18 a. Hệ thống tiền gia nhiệt cho dầu thô:........................................................19 b. Cụm thiết bị tách muối:............................................................................21 c. Lò đốt:.......................................................................................................21 II. CƠ SỞ THIẾT KẾ:.........................................................................................21 1. Mục đích thiết kế:.........................................................................................21 2. Các nguồn nguyên liệu thiết kế:...................................................................22 3. Các trường hợp thiết kế:...............................................................................22 a. Thiết kế cơ bản:........................................................................................22 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 1 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys b. Trường hợp tối thiểu Kerosene:...............................................................23 4. Các trường hợp kiểm tra:..............................................................................24 a. Trường hợp tối đa Kerosene:....................................................................24 b. Trường hợp hồi lưu lạnh:.........................................................................24 c. Trường hợp Murban:................................................................................24 CHƯƠNG III : PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HYSYS................................................25 I. TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG:....................25 II. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM HYSYS:.......................................................26 III. ỨNG DỤNG CỦA HYSYS:...........................................................................27 1. Hysys.Concept:.............................................................................................27 2. Hysys.Process:..............................................................................................27 3. Hysys.Plant:..................................................................................................27 4. Hysys.OTS:...................................................................................................27 5. Hysys.RTO+:................................................................................................27 6. Economix:.....................................................................................................27 IV. GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC CỦA HYSYS:................................................27 1. Unique Concepts (Những khái niệm duy nhất):.........................................28 a. Flowsheets và Sub-Flowsheets:...............................................................28 b. Environment:............................................................................................28 2. Powerful Engineering Tools (Công Cụ thiết kế tối ưu):.............................29 3. Primary Interface Elements (Những yếu tố tương giao cơ sở):..................30 V. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG:......................................................30 CHƯƠNG IV : MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN BẰNG PHẦN MỀM HYSYS...................................................................................................32 I. TRÍCH XUẤT DỮ LIỆU:..............................................................................32 1. Nguyên liệu:.................................................................................................32 a. Tính chất:..................................................................................................32 b. Đường cong chưng cất:............................................................................32 c. Các cấu tử nhẹ:.........................................................................................32 2. Sản phẩm:.....................................................................................................32 II. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG:...............................................................33 III. LỰA CHỌN MÔ HÌNH NHIỆT ĐỘNG:........................................................35 IV. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG:.....................35 1. Các điều kiện vào trước tháp của dầu thô:...................................................35 2. Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt:.......................................................35 3. Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính T-100:...........................36 a. Hệ thống tháp chính:................................................................................36 b. Hệ thống Pumparound:.............................................................................36 4. Các thông số thiết kế và vận hành của tháp stripping:................................37 5. Mô hình tháp T-100 trong mô phỏng bằng phần mềm Hysys:....................38 V. TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG TĨNH:...........................................................................39 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 2 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys 1. 2. Những bước ban đầu trước khi vào môi trường mô phỏng:........................39 Vào môi trường mô phỏng:..........................................................................41 a. Mô phỏng hệ thống gia nhiệt:..................................................................41 b. Mô phỏng tháp chưng cất khí quyển:.......................................................44 c. Nhâ âp các thông số cho bình tách:............................................................50 VI. TIẾN HÀNH MÔ PHỎNG ĐỘNG:...............................................................51 1. Tổng quan về hệ thống điều khiển:..............................................................51 a. Nguyên tắc điều khiển:.............................................................................51 b. Hệ thống điều khiển phân tán DCS trong nhà máy hiện đại:..................52 c. Bộ điều khiển PID:...................................................................................53 d. Vai trò của quá trình mô phỏng động:......................................................55 2. Tiến hành mô phỏng động:...........................................................................55 a. Tính kích thước thiết bị :..........................................................................56 b. Lắp đặt các thiết bị điều khiển:................................................................59 c. Chuyển sang chế độ động:.......................................................................62 CHƯƠNG V : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN......................................63 I. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TĨNH:................................................63 1. Lưu lượng các dòng sản phẩm:....................................................................63 2. Chất lượng sản phẩm:...................................................................................63 II. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ĐỘNG:.............................................65 1. Xuất kết quả mô phỏng:...............................................................................65 2. Nhận xét kết quả mô phỏng động:...............................................................67 KẾT LUẬN.............................................................................................................68 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................69 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 3 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys LỜI MỞ ĐẦU Đồ án tốt nghiệp được xem như là một bản đồ án quan trọng nhất trong hành trình của sinh viên ngành Công nghệ chế biến dầu và khí. Đây sẽ là cơ hội cuối cùng để mỗi sinh viên hoàn thiện bản thân trước khi tốt nghiệp. Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp được ứng dụng rất rộng rãi từ khâu thiết kế, chế tạo đến khâu vận hành máy móc - thiết bị, các dây chuyền công nghệ sản xuất sản phẩm. Ngày nay, trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật của con người đều sử dụng phương pháp mô hình hóa ở những mức độ khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng đối với lĩnh vực điều khiển các hệ thống kỹ thuật bởi vì điều khiển chính là quá trình thu nhận thông tin từ hệ thống theo một mô hình nào đó và đưa ra quyết định để điều khiển hệ thống. Lĩnh vực chế biến dầu khí không là một ngoại lệ. Tùy theo nguồn nguyên liệu dầu thô và nhu cầu thị trường đối với từng sản phẩm mà mỗi nhà máy có một cấu hình riêng. Với các số liệu sau bước khảo sát nhu cầu thị trường, nhiệm vụ của người kỹ sư là phải thiết kế nhà máy với cấu hình phù hợp, mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất. Mô hình hóa và mô phỏng là một công cụ mạnh trong việc giải bài toán trên. Ngày nay với sự trợ giúp của máy tính tốc độ cao kết hợp với các thuật toán làm cho việc tối ưu hóa, quy hoạch và mô phỏng thuận lợi hơn. Bất kỳ NMLD nào cũng không thể thiếu phân xưởng chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (Cruide Distillation Unit - CDU). Đây là phân xưởng đầu tiên của nhà SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 4 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys máy, sản phẩm của phân xưởng này là nguyên liệu cho các phân xưởng khác. Việc thiết kế hệ thống thiết bị như nào, vận hành hệ thống ra sao để có được hiệu quả cao nhất là một bài toán khó luôn đặt ra cho các kỹ sư. Đó cũng là lí do và hướng giải quyết của đề tài: "Mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển bằng phần mềm Hysys". Sau 3 tháng nghiên cứu và thực hiện với sự giúp đỡ nhiệt tình của cô giáo Lê Thị Như Ý thì bản đồ án đã hoàn thành. Em xin chân thành cảm ơn cô cũng như toàn thể các thầy cô giáo trong khoa. Sinh viên thực hiện Đỗ Khương Duy DANH MỤC VIẾT TẮT AGO API ASTM BPSD CCR CDU CRD DCS DWT FC FO GOHDS HGO KEC KER KHDS LGO LPG MON NAP PA PFD PID PLC RHDS SVTH: Đỗ Khương Duy : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : Atmospheric Gas Oil American Petroleum Institute American Standard Testing Method Barrels Per Standard Day Carbon Conradson Residue Crude Distillation Unit Crude Distributed Control System Dead Weight Ton Flow Control Fuel Oil Gas Oil Hydro Desulphuriser Heavy Gas Oil Kuwait Export Crude Kerosene Kerosene Hydro Desulphuriser Light Gas Oil Liquefied Petroleum Gas Motor Octane Number Naphtha Pump Around Process Flow Diagram Proportional Integral Differential Programmable Logic Control Residue Hydro Desulphuriser Trang 5 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp RON RSH TBP TC TCVN Vol Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys : : : : : : Research Octane Number Mercaptan True Boiling Point Temperature Control Tiêu chuẩn Việt Nam Volume DANH MỤC BẢNG Bảng 1. 1. Tóm tắt một số đặc tính của dầu thô Kuwait..................................................9 Bảng 1. 2. Đường cong chưng cất của dầu thô Kuwait.................................................10 Bảng 1. 3. Các cấu tử nhẹ trong dầu thô........................................................................12 Bảng 1. 4. Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG...............................................13 Bảng 1. 5. Các tiêu chuẩn chất lượng của xăng không Chì...........................................14 Bảng 1. 6. Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu phản lực JET A1.........................15 Bảng 1. 7. Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel..........................................15 Bảng 1. 8. Tiêu chuẩn chất lượng của FO......................................................................16 Bảng 1. 9. Các tiêu chuẩn chất lượng của Benzene.......................................................17 Bảng 1. 10. Các phân xưởng nhà máy.........................................................................18Y Bảng 2. 1. Tóm tắt các thiết bị trao đổi nhiệt cũng như các dòng sản phẩm nóng được sử dụng trong mỗi thiết bị trao đổi nhiệt........................................................................20 Bảng 2. 2. Các điểm cắt của sản phẩm của CDU..........................................................22 Bảng 2. 3. Tiêu chuẩn của sản phẩm.............................................................................23 Bảng 2. 4. Tiêu chuẩn của quá trình phân tách 2 Bảng 4. 1. Lưu lượng các phân đoạn sản phẩm (Base case)..........................................32 Bảng 4. 2. Thông số của hơi nước Stripping..................................................................35 Bảng 4. 3. Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính T-100.............................36 Bảng 4. 4. Các thông số thiết kế và vận hành của Pumparound đỉnh............................36 Bảng 4. 5. Các thông số thiết kế và vận hành của Pumparound 2.................................36 Bảng 4. 6. Các thông số thiết kế và vận hành của Pumparound 3.................................36 Bảng 4. 7. Các thông số thiết kế và vận hành của Pumparound 4.................................37 Bảng 4. 8. Các thông số thiết kế và vận hành của tháp Stripping Kerosene.................37 Bảng 4. 9. Các thông số thiết kế và vận hành của tháp Stripping AGO........................37 Bảng 4. 10. Số đĩa lý thuyết của các vùng.....................................................................46 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 6 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Bảng 4. 11. Thông số các dòng steam............................................................................46 Bảng 4. 12. Thông số các thiết bị Stripping...................................................................48 Bảng 4. 13. Thông số các thiết bị Pump Around............................................................48 Bảng 4. 14. Thông số đặc trưng cho các quá trình diều khiển.......................................55 Bảng 4. 15. Kích thước tháp chính.................................................................................56 Bảng 4. 16. Kích thước tháp Stripping Kerosene...........................................................57 Bảng 4. 17. Kích thước tháp Stripping AGO.................................................................58 Bảng 4. 18. Dữ liệu PID Controller lưu lượng Kerosene..............................................59 Bảng 4. 19. Dữ liệu PID Controller lưu lượng AGO.....................................................60 Bảng 4. 20. Dữ liệu PID Controller nhiệt độ đỉnh tháp chính 6 Bảng 5. 1. Lưu lượng các dòng sản phẩm....................................................................63 Bảng 5. 2. Chất lượng các phân đoạn của tháp CDU..................................................63 DANH MỤC HÌN Hình 4. 1. Sơ đồ rút gọn của phân xưởng chưng cất khí quyển.....................................34 Hình 4. 2. Tháp chưng cất khí quyển trong phần mềm Hysys.......................................38 Hình 4. 3. Giao diện chọn hệ đơnvị trong phần mềm Hysys.........................................39 Hình 4. 4. Giao diện thêm các cấu tử trong phần mềm Hysys......................................39 Hình 4. 5. Giao diện chọn mô hình nhiệt động trong phần mềm Hysys.......................40 Hình 4. 6. Giao diện nhập các chỉ số và tính toán dầu thô trong phần mềm Hysys......40 Hình 4. 7. Giao diện đi vào môi trường mô phỏng trong phần mềm Hysys.................41 Hình 4. 8. Giao diện nhập các chỉ số cho dầu thô trong phần mềm Hysys...................41 Hình 4. 9. Giao diện thiết bị trao đổi nhiệt trong phần mềm Hysys..............................42 Hình 4. 10. Giao diện thiết bị Tee trong phần mềm Hysys............................................42 Hình 4. 11. Giao diện thiết bị Mix trong phần mềm Hysys...........................................43 Hình 4. 12. Giao diện thiết bị Separator trong phần mềm Hysys..................................44 Hình 4. 13. Giao diện thiết bị lò đốt trong phần mềm Hysys........................................44 Hình 4. 14. Giao diện nhập chỉ số cho dòng steam trong phần mềm Hysys.................47 Hình 4. 15. Giao tháp chưng cất khí quyển trong phần mềm Hysys.............................47 Hình 4. 16. Giao diện nhập stripping cho tháp chưng cất trong phần mềm Hysys.....48 Hình 4. 17. Giao diện nhập các Pump Around cho tháp chưng cất trong phần mềm Hysys...............................................................................................................................49 Hình 4. 18. Giao diện nhập các thông số cho tháp chạy trong phần mềm Hysys.........49 Hình 4. 19. Giao diện giám sát các thông số của tháp trong phần mềm Hysys............50 Hình 4. 20. Giao diện bình tách 3 pha trong phần mềm Hysys.....................................51 Hình 4. 21. Mô hình hệ thống điều khiển DCS..............................................................53 Hình 4. 22. Giao diện phần chuyển vào môi trường tháp trên phần mềm Hysys.........56 Hình 4. 23. Giao diện phần nhập kích thước cho tháp trên phần mềm Hysys..............57 Hình 4. 24. Giao diện phần nhập kích thước Stripping Kerosene trên..........................58 Hình 4. 25. Giao diện phần nhập kích thước Stripping AGO trên.................................59 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 7 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Hình 4. 26. Giao diện PID Controller Kerosene trong Hysys.......................................60 Hình 4. 27. Giao diện PID Controller AGO trong Hysys..............................................61 Hình 4. 28. Giao diện PID Controller nhiệt độ đỉnh tháp chính trong Hysys...............62 Hình 4. 29. Giao diện Dynamiccs Assistant trong phần mềm Hysys.........................62Y Hinh 5. 1. Giao diện tạo các đồ thị hiển thị kết quả mô phỏng động trong Hysys........65 Hinh 5. 2. Đồ thị thể hiện nhiệt độ của 4 dòng sản phẩm..............................................66 Hinh 5. 3. Đồ thị thể hiện lưu lượng của 4 dòng sản phẩm...........................................66 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 8 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN I. GIỚI THIỆU: Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn thuộc 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 II. CÔNG SUẤT VÀ NHU CẦU SẢN PHẨM CỦA NHÀ MÁY: Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 8,4 triệu tấn dầu thô/năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô/năm. Chủ đầu tư này là một một công ty liên doanh gồm: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25,1% vốn), Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35,1%), Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35,1%) 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: - III. 2,3 triệu tấn xăng với 3 loại khác nhau: RON92, RON95 và RON98. 3,7 triệu tấn dầu diesel và 400.000 tấn polypropylene. 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1. 1 triệu tấn các sản phẩm hóa dầu khác và 0,5 triệu tấn LPG. NGUỒN NGUYÊN CHO NHÀ MÁY: Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ sử dụng nguồn nguyên liệu dầu thô Kuwait Export Crude (KEC). SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 9 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys 1. 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 (0.041%wt) rất tốt để làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, chúng ta khai thác mỏ Bạch Hổ từ những năm 1973 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 và thêm dự trữ dầu thô của Việt Nam khá thấp. Vì vậy, để đảm bảo hoạt động lâu dài và liên tục của phức hợp nhà máy lọc dầu Nghi Sơn nên 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 đã được lựa chọn là nguồn nguyên liệu chính để thiết kế nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. Ngoài ra, để đảm bảo trữ lượng của nhà máy, nguồn nguyên liệu Murban cũng được sử dụng. 2. Các đặc tính của dầu thô Kuwait: Là dầu thô có tỷ trọng 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 giải quyết để tạo sản phẩm có chất lượng tốt. 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 Tính chất Đơn vị Giá trị Specific Gravity - 0,8765 KUOP - 11,84 Hàm lượng Lưu huỳnh %wt 2,65 Hàm lượng Nước %vol 0.00 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 10 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Áp suất hơi bão hòa kPa 26,20 Hàm lượng Nitơ ppm 372,00 Hàm lượng tro %wt 0,00 Asphaltenes %wt 2,50 Cặn Carbon conradson %wt 6,11 Hàm lượng Sáp %wt 3,80 Iron ppm 0,70 Nickel ppm 10,1 Vanadium ppm 31,10 Sodium ppm 3,30 o Điểm đông đặc Viscosity 3. 0,18 cSt cSt cSt 20oC 40oC 50oC -36 mgKOH/g Chỉ số axit C 22,73 11,41 8,88 Đường cong chưng cất của dầu thô Kuwait: Bảng 1. 2. Đường cong chưng cất của dầu thô Kuwait o C C2 C3 iC4 nC4 iC5 nC5 70,0 85,0 100,0 115,0 135,0 150,0 170,0 185,0 205,0 225,0 245,0 265,0 285,0 305,0 325,0 345,0 SVTH: Đỗ Khương Duy % Vol %Vol 0,01 0,51 0,39 1,22 1,06 1,65 2,69 2,05 2,17 2,36 3,06 2,24 3,01 2,31 3,13 3,16 3,12 3,09 3,12 3,16 3,13 3,02 o API Sum 0,01 0,52 0,91 2,13 3,19 4,84 7,53 9,58 11,75 14,11 17,17 19,41 22,42 24,73 27,86 31,02 34,14 37,23 40,35 43,51 46,64 49,66 246,80 147,00 119,80 110,80 94,90 92,70 79,72 71,38 66,09 62,22 58,32 55,12 52,38 49,65 47,28 45,50 43,02 39,95 36,70 34,50 33,68 30,24 Trang 11 %Mass % Mass Sum 0,00 0,00 0,30 0,30 0,25 0,55 0,82 1,37 0,76 2,13 1,19 3,32 2,09 5,41 1,64 7,05 1,76 8,81 1,97 10,78 2,60 13,38 1,94 15,32 2,65 17,97 2,06 20,03 2,83 22,86 2,89 25,75 2,89 28,64 2,91 31,55 3,00 34,55 3,08 37,63 3,07 40,70 3,02 43,72 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys 365,0 385,0 400,0 415,0 430,0 445,0 460,0 475,0 490,0 505,0 520,0 535,0 550,0 565,0 565+ 3,01 3,00 2,22 2,14 2,12 2,08 2,01 1,93 1,90 1,84 1,76 1,67 1,58 1,51 21,57 52,67 55,67 57,89 60,03 62,15 64,23 66,24 68,17 70,07 71,91 73,67 75,34 76,92 78,43 100,00 26,58 25,61 24,78 23,91 22,75 21,76 21,00 20,12 19,09 18,09 17,15 16,27 15,41 14,55 3,65 3,08 3,09 2,30 2,23 2,23 2,19 2,13 2,06 2,04 1,98 1,91 1,82 1,74 1,67 25,81 46,80 49,89 52,19 54,42 56,65 58,84 60,97 63,03 65,07 67,05 68,96 70,78 72,52 74,19 100,00 TBP 1000 800 600 400 200 0 0 10 4. 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Các cấu tử nhẹ trong dầu thô: Bảng 1. 3. Các cấu tử nhẹ trong dầu thô Component Ethane Propane n-Butane i-Butane n-Pentane i-Pentane CycloPentane n-Hexane 2-MethylPentane 3-MethylPentane 2,2-DimethylButane 2,3-DimethylButane SVTH: Đỗ Khương Duy Cut (%Vol) 0,41 27,623 39,99 18,172 4,721 8,928 0,022 0,031 0,051 0,03 0,007 0,012 Trang 12 Crd (%Vol) 0,007 0,483 0,7 0,318 0,083 0,156 0 0,001 0,001 0,001 0 0 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys MethylcycloPentane IV. 0,003 0 CÁC SẢN PHẨM THƯƠNG MẠI CỦA NHÀ MÁY: Theo dự kiến, trong năm 2017, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ đi 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 và y tế cộng đồng. Do đó, các tiêu chuẩn chất lượng của Việt Nam không thể áp dụng cho dự án. 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. 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. Các sản phẩm năng lượng: a. 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 Butane (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 nhiênl iệu. 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 1.4. Bảng 1. 4. Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG Tiêu chuẩn Giá trị Phương pháp 0,5 ASTM D1657 Áp suât hơi Reid (RVP) , kPa 1430 ASTM D1267 Hàm lượng lưu huỳnh, mg/kg 100 ASTM D2784 Mercaptan, ppm 20 ASTM D3227 20-50 ASTM D2163 Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l Propan, %vol, max SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 13 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys b. Xăng: Thành phần chủ yếu là hydrocarbon từ C 5 đến C11, tương ứng với nhiệt độ sôi thấp hơn 180oC. Tùy thuộc vào nguồn gốc của dầu thô mà thành phần 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 các chỉ tiêu kỹ thuật 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. Tiết kiệm nhiên liệu RON98 sẽ được giới thiệu do việc sử dụng các siêu xe. Do đó, các nhà máy lọc dầu Nghi Sơn được quy hoạch để sản xuất ba loại xăng: RON92, RON95 và RON98. Bảng 1. 5. Các tiêu chuẩn chất lượng của xăng không Chì Tiêu chuẩn Research Octane Chỉ số Number (RON) Octane, min Motor Octane Number (MON) Xăng không Chì 92 95 98 92 95 98 82 85 88 Hàm lượng Chì, g/l ≤0 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm ≤ 50 Hàm lượng Benzene, %vol 1 Áp suất hơi bão hòa, kPa 43-75 Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l 0,72-0,76 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 TCVN 7023:2002 ASTM D4953 TCVN 6594:2000 ASTM D1298 c. Nhiên liệu phản lực Jet A1: Động cơ phản lực làm việc ở điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ và áp suất thấp do ở độ cao rất cao). Vì vậy, thông số kỹ thuật của loại nhiên liệu này nghiêm ngặt hơn tất cả các loại nhiên liệu khác. Bảng 1. 6. Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu phản lực JET A1 SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 14 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Tiêu chuẩn Giá trị Hàm lượng lưu huỳnh, %kl ≤0,1 Mercaptan, %kl Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l Điểm chớp cháy, oC Điểm đóng băng, oC d. Phương pháp đo TCVN 2708:2002, ASTM D1266-98 ASTM D3227 TCVN 6594:2002, ASTM D1298 TCVN 6608:2002, ASTM D3828 TCVN 7170:2002, ASTM D2386 ≤0,003 0,775-0,84 38 -47 Diesel: Bảng 1. 7. Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel Tiêu chuẩn Đơn vị Giá trị Phương pháp đo TCVN 6701:2000 Lưu huỳnh Wt ppm ≤ 50/≤ 350 ASTM D2622/ D5433 Chỉ số Cetane - 48 – 50 / 46 - 47 50% - 90% o 360 95% Phần cất o o - o C 55 cSt 2 - 4.5 wt% ≤ 0.2 Điểm chớp cháy Độ nhớt động học (40 oC) Cặn Conradson Điểm chảy C C C o ASTM D976/ D613 TCVN 2698:2002 ASTM D86 TCVN 6608:2000 ASTM D3828/ D93 TCVN 3172:2003 ASTM D445 TCVN 6324:1997 ASTM D189/ D4530 TCVN 3753:1995 C 6 wt% ≤ 0.01 Nước mg/kg ≤ 100 ASTM D 482 ASTM E 203 Nước và tạp chất vol% - ASTM D2709 Tạp chất mg/l 10 ASTM D 2276 TCVN 2694:2000 Tỷ trọng (15 oC) kg/l ≤1 ASTM D 1298/ ≤2 D4052 ASTM D 1500 Hàm lượng tro Màu SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 15 ASTM D97 TCVN 2690:1995 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Độ ổn định mg/100ml e. ≤ 2.5 ASTM D 2274 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. Bảng 1. 8. Tiêu chuẩn chất lượng của FO Tiêu chuẩn Đơn vị wt% Lưu huỳnh Tỷ trọng (15oC) Độ nhớt động học (50oC) Giá trị ≤ 1.0 Kg/l ≤ 0.991 cSt ≤ 380 o Điểm chảy C wt% tro CCR Điểm chớp ≤ 0.15 wt% Hàm lượng 24 ≤ 16 o C Tạp chất Nhiệt trị Vanadium Natri 2. ≤ 1.0 wt% cal/g Wtppm Wtppm Nước 66 vol% cháy ≤ 0.15 ≤ 9800 ≤ 200 ≤ 100 Phương pháp đo TCVN 6701:2000 (ASTM D2622)/ D129/ D4294/ TCVN2708:2002 (ASTM D 1266-98) TCVN 6594:2000 ASTM D1298 TCVN 3171:2003 ASTM D445 TCVN 3753:1995 ASTM D97 TCVN 2690:1995 ASTM D482 TCVN 6324:2000 ASTM D 189/ D4530 TCVN 6608:2000 ASTM D3828/ D93 TCVN 2692:1995 ASTM D95 ASTM D473 ASTM D240/ D4809 ASTM D5863 ASTM D 5863 Sản phẩm phi năng lượng: a. Benzene: 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,... SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 16 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Bảng 1. 9. Các tiêu chuẩn chất lượng của Benzene Tiêu chuẩn Giá trị Phương pháp đo Độ tinh khiết, %wt ≥ 99,9 ASTM D4492 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm ≤ 1,0 ASTM D1685 0,882-0,886 ASTM D4052 Tỷ trọng (15oC), kg/l b. PolyPropylene: Đây là nguyên liệu chính cho công nghiệp sảnxuấtcác 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%. c. 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 sau: - Dưới 90% lưu huỳnh cho sản xuất H2SO4. - Dưới 10% của lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất cao su lưu hóa, dược phẩm, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, ... V. CÁC PHÂN XƯỞNG CỦA NHÀ MÁY: Bảng 1. 10. Các phân xưởng nhà máy SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 17 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys UNIT Crude Distillation Unit (CDU) LPG Recovery Unit (LPGRU) Hydrogen Compression & Distribution Sour Water Stripper (SWS) Amine Regeneration Unit (ARU) Saturated LPG Treater Naphtha & Aromatics Complex (NAC) Kerosene Hydrodesulphuriser (KHDS) Gas Oil Hydrodesulphuriser (GOHDS) Residue Hydrodesulphuriser (RHDS) CHƯƠNG II : Residue Fluid Catalytic Cracker Ổ N G (RFCC) RFCC LPG Treater RFCC Light Gasoline Treater Propylene Recovery Unit (PRU) Selective Hydrogenation and Indirect Alkylation (SHU/InAlk) Polypropylene Unit (PPU) Hydrogen Manufacturing Unit (HMU) Sulphur Recovery Unit (SRU) Tail Gas Treating Unit (TGTU) DESIGNER / LICENSOR Foster Wheeler Foster Wheeler Foster Wheeler Foster Wheeler Foster Wheeler UOP UOP Axens Axens Chevron T Axens UOP UOP Axens UOP Mitsui Foster Wheeler Jacobs Jacobs QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN I. PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN: 1. Mục đích: Mục đích của phân xưởng CDU là tách sơ bộ dầu thô để tạo ra những sản phẩm làm nguyên liệu cho những phân xưởng chế biến sâu và làm những cấu tử pha trộn trực tiếp. 2. Sơ đồ công nghệ: 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). SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 18 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Chiều cao tổng thể của tháp chưng cất khí quyển khoảng 50m, được trang bị qui ước từ 30÷50 đĩa, còn các tháp tách cạnh sườn (strippers) có từ 2÷10 đĩa cùng loại với tháp chính. Dầu thô lạnh 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 110oC-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 tách 2 pha để tách phần hơi trong dầu thô, giảm một phần chi phí và kích thước lò đốt. Sau đó đưa vào lò đốt nhằm nhằm tăng nhiệt độ của 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. a. Hệ thống tiền gia nhiệt cho dầu thô: Dầu thô được bơm từ bể chứa đến phân xưởng chưng cất dầu thô bởi bơm nguyên liệu. Sau khi đi vào cụm phân xưởng, dầu thô được gia nhiệt tại 2 dãy thiết bị trao đổi nhiệt bị phân cách bởi thiết bị tách muối để thu hồi nhiệt nhằm nâng nhiệt độ của dầu thô. Tại dãy trao đổi nhiệt đầu tiên (dãy tiền gia nhiệt nguội), nhiệt độ của dầu thô từ 30oC được nâng lên 151oC. Sau khi ra khỏi thiết bị tách muối, dầu thô được bơm đến dãy tiền gia nhiệt nóng (Hot Preheat Crude Train), nhiệt độ của dầu thô được nâng lên từ 151 oC đến 200oC. SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 19 GVHD: Lê Thị Như Ý Đồ án tốt nghiệp Mô phỏng CDU Nghi Sơn bằng phần mềm Hysys Dầu thô được bơm qua thiết bị Flash để tách những cấu tử nhẹ cho đi trực tiếp vào tháp. Phần còn lại được bơm qua hệ thống gia nhiệt nâng nhiệt độ lên 280oC trước khi đi vào lo đốt. Bảng 2. 1. Tóm tắt các thiết bị trao đổi nhiệt cũng như các dòng sản phẩm nóng được sử dụng trong mỗi thiết bị trao đổi nhiệt. Dãy tiền gia nhiệt nguội E-114: Trao đổi với dòng Top Pump E-100: Trao đổi với dòng Kerosene từ Around từ tháp T-100. tháp T-100. E-101: Trao đổi với dòng Kerosene E-102: Trao đổi với dòng Residue đi từ Pump Aroundđi từ tháp E-104. E-106. E-103: Trao đổi với dòng AGOđi từ tháp E-107. SVTH: Đỗ Khương Duy Trang 20 GVHD: Lê Thị Như Ý