Tài liệu Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí Mô hình hóa–Tối ưu hóa quá trình lọc dầu sử dụng dầu thô Kuwait

Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN...................................................................................................viii LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................ix DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................x DANH SÁCH BẢNG BIỂU.............................................................................xii DANH SÁCH HÌNH VẼ.................................................................................xiii CHƯƠNG 1: DẦU THÔ KUWAIT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ.......................1 1.1 Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu..................................................1 1.2 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Nghi Sơn....................................................2 1.3 Sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn...............................3 1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.(xem phụ lục)...............4 1.5 Các phân xưởng công nghệ.........................................................................4 1.5.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU)...............................................4 1.5.2 Phân xưởng thu hồi LPG (LRU)........................................................5 1.5.3 Phân xưởng xử lý Naphha bằng Hydro (NHT)..................................5 1.5.4 Phân xưởng Isome hóa (ISOM).........................................................5 1.5.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR)..............................................5 1.5.6 Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm (NAC)........................5 1.5.7 Phân xưởng xử lý LPG (LTU)............................................................5 1.5.8 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS)........................6 1.5.9 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS).........................6 1.5.10 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất (RHDS)...............6 1.5.11 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất (RFCC).......7 1.5.12 Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU)..............................................7 1.5.13 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp.......................................................7 1.5.14 Phân xưởng sản xuất khí Hydro (HMU)..........................................8 1.5.15 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU).............................................8 1.5.16 Chế độ vận hành...............................................................................8 GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 1 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí 1.6 Phối trộn sản phẩm......................................................................................9 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN.........................................................................................................11 2.1 Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu.............11 2.2 Mô hình hóa hoạt động phân tách và chuyển hóa.....................................11 2.2.1 Phân xưởng chưng cất......................................................................11 2.2.2 Phân xưởng thu hồi LPG..................................................................12 2.2.3 Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro...........................................12 2.2.4 Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục...........................................12 2.2.5 Phân xưởng xử lý LPG.....................................................................13 2.2.6 Phân xưởng xử lý Kerosene.............................................................13 2.2.7 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất.............................14 2.2.8 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất.....................14 2.2.9 Phân xưởng thu hồi Propylene.........................................................15 2.2.10 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp...................................................15 2.2.11 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh.....................................................15 2.2.13 Phân xưởng Isome hóa...................................................................16 2.2.14 Cụm phân xưởng Naphtha và Hydrocacbon thơm........................16 2.3 Hoạt động phối trộn...................................................................................17 2.3.1 Phối trộn cho LPG và xăng..............................................................17 2.3.2 Phối trộn tạo Diesel và Fuel Oil.......................................................17 2.3.3 Phối trộn tạo các sản phẩm hóa dầu.................................................17 2.4 Xây dựng cấu trúc biến và các ràng buộc.................................................17 2.4.1 Cấu trúc biến.....................................................................................17 2.4.2 Cấu trúc các ràng buộc.....................................................................22 2.5 Giá thành sản phẩm thương mại...............................................................26 2.6 Chi phí vận hành các phân xưởng.............................................................26 2.7 Các tiêu chuẩn của sản phẩm trung gian và tiêu chuẩn sản phẩm............27 2.7.1 Tiêu chuẩn của sản phẩm theo tài liệu nhà máy Nghi Sơn..............27 GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 2 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí 2.7.2 Chỉ tiêu chất lượng dùng trong phần mềm Lingo............................27 CHƯƠNG 3: TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM LINGO............................................................................29 3.1 Tổng quan về phần mềm Lingo.................................................................29 3.1.1 Khái niệm về quy hoạch tuyến tính..................................................29 3.1.2 Quy hoạch tuyến tính trong lọc dầu.................................................30 3.1.3 Giới thiệu về phần mềm Lingo.........................................................33 3.1.4 Phối trộn các bán sản phẩm..............................................................36 3.2 Xây dựng ma trận bài toán tối ưu trên bảng tính Excel............................37 3.2.1 Cấu trúc ma trận bài toán tối ưu.......................................................37 3.2.2 Xác định các hệ số cho ma trận........................................................38 3.2.3 Phương pháp khai báo và liên kết dữ liệu với Excel.......................38 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TỪ PHẦN MỀM LINGO..................39 4.1 Giá trị của hàm mục tiêu...........................................................................39 4.2 Phân tích kết quả.......................................................................................39 4.2.1 Reduced Cost....................................................................................39 4.1.2 Slack or Surplus................................................................................40 4.1.3 Dual Price.........................................................................................40 4.1.4 Lingo/Range.....................................................................................42 KẾT LUẬN........................................................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................52 PHỤ LỤC...........................................................................................................53 GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 3 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí LỜI CẢM ƠN -----  ----Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và thầy cô chuyên ngành Công Nghệ Hóa học - Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt thời gian em học tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS.TS Nguyễn Đình Lâm, người thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em. Trong quá trình thực hiện đề tài thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm, giúp em đưa ra các phương án và giải quyết được các vấn đề thắc mắc. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh chị là những cựu sinh viên các khóa trước đã cung cấp cho em những tài liệu kỹ thuật, số liệu liên quan đến đề tài. Xin Chúc quý thầy cô và các anh chị sức khỏe và thành công. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 4 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, năng lượng luôn là một trong những vấn đề hàng đầu của mỗi quốc gia. Chính vì lẽ đó Đảng và Nhà nước ta đã chú trọng đầu tư các nhà máy lọc dầu, với mục đích khai thác tối đa nguồn dầu thô sẵn có, đồng thời đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng gia tăng theo sự phát triển của đất nước, cũng như đảm bảo sự phát triển bền vững không phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng của thế giới. Bên cạnh đó việc xây dựng các nhà máy lọc dầu không chỉ đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia mà còn rất hữu ích để sản xuất ra phân đạm, nhựa, chất dẻo, sợi tổng hợp, các chất tẩy rửa, dược phẩm,…Với những ý nghĩa đó, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã được xây dựng với năng suất ban đầu là 6.5 triệu tấn dầu thô/năm với nguồn nguyên liệu dầu thô Bạch Hổ. Tiếp sau nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn với công suất thiết kế 10 triệu tấn/năm từ nguồn nguyên liệu dầu thô nhập từ Kuwait sẽ được xây dựng nhằm tạo ra các loại sản phẩm dầu mỏ khác nhau đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, môi trường, đồng thời đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng cho cả miền Bắc. Cũng như các ngành công nghiệp khác trong môi trường như ngày nay, vấn đề tối ưu hóa quá trình sản xuất là một yêu cầu cấp thiết và là một việc làm thường xuyên để đảm bảo tính hiệu quả của hoạt động nhà máy. Đặc biệt nhà máy lọc dầu với chi phí xây dựng nhà máy là rất cao nên nhà máy cần phải hoạt động một cách tối ưu. Với tầm quan trọng của vấn đề tối ưu hóa như đã phân tích ở trên, em đã chọn đề tài của đồ án tốt nghiệp: “ Mô hình hóa–Tối ưu hóa quá trình lọc dầu sử dụng dầu thô Kuwait ” nhằm mục đích có thể đóng góp một phần công sức vào việc xây dựng phương án hoạt động hiệu quả cho Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 5 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CDU Crude Distillation Unit Phân xưởng chưng cất dầu thô NHT Naphtha Hydrotreater Unit Continuous Catalytic Reformer Unit Phân xưởng xử lý Naphtha bằằng H2 CCR GOHD S Gasoil Hydrodesulphuriser KHDS Kerosene Hydrodesulphuriser Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục Phân xưởng xử lý lưu huỳnh trong phân đoạn Gasoil bằng Hydro Phân xưởng khử lưu huỳnh phân đoạn Kerosene bằng Hydro LTU Residue Fluidised Catalytic Cracking LPG Treater Unit ALK Indirect Alkylation Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp PRU Propylene Recovery Unit Phân xưởng thu hồi Propylene ISOM Isomerization Unit Phân xưởng đồng phân hóa LRU LPG Recovery Unit RHDS Residue Hydrodesulphuriser Phân xưởng thu hồi LPG Phân xưởng khử lưu huỳnh trong phân đoạn cặn chưng cất bằng Hydro Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm Phân xưởng sản xuất Hydro RFCC NAC HMU SRU Naphtha and Aromatics Complex Hydrogen Manufacuring Unit Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi Phân xưởng xử lý LPG Hệ thống nén và phân phối Hydro LPG Sulphure Recovery Unit Hydrogen Compression and Distribution System Liquefied Petroleum Gas PRU PolyPropylene Recovery Unit Phân xưởng thu hồi Polypropylene PR-DO Premium Diesel Oil Nhiên liệu Diesel cao cấp RE-DO Regular Diesel Oil Nhiên liệu Diesel thông thường FO Fuel Oil Dầu đốt FO HGO Heavy Gas Oil Gasoil nặng LCO Light Cycle Oil Dầu nhẹ từ phân xưởng RFCC CLO Clarified Oil Dầu tinh lọc của quá trình RFCC AR Atmospheric Residue Cặn chưng cất khí quyển TPSD Ton per standard day Tấn/ngày BPSD Barrel per standard day Thùng/ngày HCDS GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 6 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Khí dầu mỏ hóa lỏng SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí D Density Tỷ trọng ppm Part per million Phần triệu GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 7 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí DANH SÁCH BẢNG BIỂU Tên bảng Bảng 1.1 : Đặc tính của dầu thô Kuwai. Bảng 1.2 : Các sản phẩm thương mại sau khi phốối trộn. Trang 2 10 Bảng 2.1 : Bảng ký hiệu các câốu trúc biếốn trong bảng tnh Lingo 19 Bảng 2.2 : Bảng ký hiệu các ràng buộc trong bảng tnh Lingo 23 26 27 27 27 27 27 26 27 28 37 Bảng 2.3 : Giá thành các sản phẩm thương mại. Bảng 2.4 : Chi phí vận hành các phân xưởng. Bảng 2.5 : Chỉ tiêu chất lượng LPG. Bảng 2.6 : Chỉ tiêu chất lượng Xăng. Bảng 2.7: Chỉ tiêu chất lượng của Kerosene. Bảng 2.8 : Chỉ tiêu của nhiên liệu Jet-A1. Bảng 2.9 : Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Diesel. Bảng 2.10 : Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu Fuel Oil. Bảng 2.11 : Chỉ tiêu chất lượng dùng trong phần mềm Lingo. Bảng 3.1 : Cấu trúc ma trận bài toán tối ưu. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 8 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí DANH SÁCH HÌNH VẼ Tên hình Hình 1.1: Mặt bằng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Hình 2.1: Quá trình chưng cất Hình 2.2: Phân xưởng thu hồi LPG Hình 2.3: Phân xưởng xử lý Naphtha bằng Hydro Hình 2.4: Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục Hình 2.5: Phân xưởng xử lý LPG Hình 2.6: Phân xưởng xử lý Kerosene Hình 2.7: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất Hình 2.8: Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất Hình 2.9: Phân xưởng thu hồi Propylen Hình 2.10: Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp Hình 2.11: Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh Hình 2.12: Phân xưởng Isome hóa Hình 2.13: Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil Hình 2.14: Phân xưởng tách xăng Reformate Hình 3.1 : Giao diện làm việc Lingo Hình 3.2 : Trình đơn New Hình 3.3 : Trình đơn Edit Hình 3.4 : Trình đơn Lingo GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 9 Trang 3 11 12 12 13 13 13 14 14 14 15 15 15 16 16 34 34 35 35 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí CHƯƠNG 1: DẦU THÔ KUWAIT VÀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 1.1 Nguyên liệu và tính chất của nguyên liệu. Việt Nam được xếp vào các nước xuất khẩu dầu mỏ từ năm 1991 khi sản lượng xuất được vài ba triệu tấn. Dầu thô Việt Nam là dầu thô ngọt, hàm lượng lưu huỳnh rất thấp (0,041% khối lượng), đó là nguyên liệu tốt cho các nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, dự trữ dầu của Việt Nam là khá thấp. Vì vậy, để đảm bảo hoạt động lâu dài và liên tục của phức hợp nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy hợp tác và nhập khẩu dầu thô từ Trung Đông. Hỗn hợp dầu thô từ Kuwait, Murban và Black Tiger (Việt Nam) đã được nghiên cứu và cho thấy sử dụng 100% dầu thô từ Kuwait đã mang lại kết quả tốt nhất. 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. Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait:  Là dầu thô trung bình (d = 0.876 và oAPI = 29.9) và có hàm lượng lưu huỳnh cao (khoảng 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, nồng độ Nikel là 0.1 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 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. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 1 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí Bảng 1.1: Đặc tính của dầu thô Kuwait N0 Tỉ trọng tiêu chuẩn (SG) 1 o API d154 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Hàm lượng Lưu huỳnh Hàm lượng Nước Áp suất hơi bão hòa Reid (RVP) Hàm lượng H2S KUOP Asphaltenes Hàm lượng Sodium Hàm lượng Sằốt Hàm lượng Vanadium Hàm lượng Nickel Hàm lượng Nitơ Cặn carbon conradson Chỉ số Acid tổng Độ nhớt ở 20oC Độ nhớt ở 50oC 16 Hàm lượng sáp Tài liệu tham khảo [1]. Đơn vị %m %V kPa ppm %m ppm ppm ppm ppm ppm %m mgKOH/g cSt cSt %m Giá trị 0.8765 29.9 0.8760 2.65 0.00 26.2 <1 11.84 2.5 3.3 0.7 31.1 10.1 372.0 6.11 0.045 22.73 8.88 3.8 1.2 Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, Việt Nam thuộc vào các khu kinh tế Nghi Sơn, nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight Ton) cập bến. Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan. Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đề xuất là: - Đáp ứng nhu cầu thị trường và an ninh năng lượng - Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển thống nhất của đất nước. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 2 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 8.4 triệu tấn dầu thô trong một năm giai đoạn đầu và có thể nâng cấp lên 10 triệu tấn dầu thô một 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%)  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). Hình 1. 2: Mặt bằng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn 1.3 Sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. Khi đưa vào vận hành nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ cung cấp cho thị trường những sản phẩm: - Các sản phẩm năng lượng: LPG, xăng, Kerosene, Jet A1, DO, FO. - Các sản phẩm phi năng lượng: benzen, paraxylene, polypropylene và lưu huỳnh. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 3 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí 1.4 Sơ đồ công nghệ của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.(xem phụ lục) 1.5 Các phân xưởng công nghệ. 1.5.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU). Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler. Công suất thiết kế: 9.66 triệu tấn/năm (tương đương 200000 thùng/ngày). Theo thiết kế, nguyên liệu đầu vào của phân xưởng CDU là 100% dầu thô nhập khẩu từ Kuwait. Hàm lượng nước trong dầu thô tối đa là 0.5% thể tích. Các phương án thiết kế được xem xét bao gồm:  Phương án cơ sở: CDU được thiết kế dựa vào điểm cắt TBP và các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm.  Phương án tối đa sản phẩm Kerosene: CDU phải có khả năng xuất lượng lớn Kerosene với chất lượng chấp nhận được để đáp ứng thay đổi của thị trường. Điều này tương ứng với lượng sản phẩm của Kerosene tăng 17%.  Phương án tối thiểu sản phẩm Kerosene: CDU phải có khả năng tăng lượng sản phẩm Naphtha thô khi cắt giảm lượng Kerosene để tối đa lợi nhuận của cụm Hydrocacbon thơm.  Phương án hồi lưu nguội: CDU phải có thể hoạt động linh hoạt với 5% khối lượng tỉ lệ hồi lưu nguội (Naphtha nguội/Lượng bơm tuẩn hoàn nóng ở đỉnh). Ở đây dòng Naphtha ở dòng ngưng tụ trên đỉnh được đưa vào đường hồi lưu bơm tuần hoàn đỉnh. Phân xưởng CDU sẽ hoạt động theo phương án hồi lưu nguội khi khởi động, làm sạch hoặc hoạt động gián đoạn. Dầu thô được gia nhiệt sơ bộ bằng cách trao đổi nhiệt với các dòng sản phẩm và dòng tuần hoàn trước khi vào lò đốt. Việc tách dầu thô sẽ được thực hiện trong tháp bay hơi trước (Preflash Drum), tháp chưng cất chính (Main Fractionator). Dòng Naphtha đỉnh sẽ được ổn định trong tháp ổn định Naphtha ở phân xưởng thu hồi LPG. Sản phẩm sẽ được làm nguội, đưa đến khu vực phối trộn sản phẩm, lưu trữ tạm thời hoặc tiếp tục chế biến cho phù hợp. Các dòng sản phẩm từ phân xưởng chưng cất khí quyển CDU: - Dòng khí chua ở đỉnh được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG. - Toàn bộ phân đoạn Naphtha chưa ổn định được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG để tiếp tục chế biến. - Dòng Kerosene được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene bằng Hydro (KHDS) và tới bộ phận phối trộn sản phẩm. - Dòng Gasoil được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil bằng Hydro (GOHDS) hoặc đến bể chứa trung gian của GOHDS. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 4 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí - Dòng cặn chưng cất khí quyển được chuyển thẳng qua phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất khí quyển bằng Hydro (RHDS) để tiếp tục chế biến hoặc đến các bể chứa trung gian của RHDS. 1.5.2 Phân xưởng thu hồi LPG (LRU) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler. Phân xưởng thu hồi LPG thu gom và xử lý các dòng nguyên liệu: khí Offgas, LPG, Naphtha. Các dòng này được thu nhận từ nhiều nguồn như phân xưởng CDU, xử lý Naphtha bằng Hydro, CCR, phân xưởng Isomer hóa và 3 phân xưởng khử lưu huỳnh bằng Hydro (KHDS, GOHDS và RHDS). 1.5.3 Phân xưởng xử lý Naphha bằng Hydro (NHT) Công suất thiết kế: 54100 thùng/ngày. Mục đích thiết kế của phân xưởng là xử lý hỗn hợp Naphtha từ phân xưởng LRU và Rafinate từ phân xưởng NAC bằng Hydro. 1.5.4 Phân xưởng Isome hóa (ISOM) Công suất thiết kế: 23400 thùng/ngày. Chuyển hóa dòng Naphtha nhẹ có trị số octane thấp thành Isomerate có trị số octane cao. 1.5.5 Phân xưởng Reforming xúc tác (CCR) Công suất thiết kế: 39700 thùng/ngày. Tạo ra Reformate có trị số octane và hàm lượng các chất thơm cao. 1.5.6 Cụm phân xưởng Naphtha và hợp chất thơm (NAC) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP Cụm Naphtha và Hydrocacbon thơm (NAC) được thiết kế để chế biến tất cả các phân đoạn Naphtha thành các sản phẩm Benzene và Paraxylene với độ tinh khiết phù hợp để xuất bán kèm theo các cấu tử xăng thơm để pha trộn xăng. Nguyên lý thiết kế của cụm là tối đa hóa việc sản xuất Paraxylene để thu được hiệu quả kinh tế. 1.5.7 Phân xưởng xử lý LPG (LTU) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP Công suất thiết kế: 6500 thùng/ngày. Phân xưởng này được thiết kế để xử lý hỗn hợp LPG đầu vào từ thiết bị chiết tách bằng Amine trong phân xưởng thu hồi LPG để tạo ra sản phẩm LPG đã xử lý với tổng hàm lượng lưu huỳnh Mercaptan tối đa là 5ppm khối lượng. Phân xưởng GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 5 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí bao gồm cả hệ thống xử lý kiềm thải. LPG đã qua xử lý sẽ được đưa trở lại phân xưởng thu hồi LPG để tách C3/C4. 1.5.8 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens. Công suất thiết kế: 20000 thùng/ngày. Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Kerosene (KHDS) sẽ xử lý phân đoạn Kerosene từ phân xưởng chưng cất khí quyển CDU để sản xuất ra dầu hỏa, nhiên liệu phản lực với hàm lượng lưu huỳnh tối đa là 50 ppm khối lượng và hàm lượng Mercaptan tối đa là 0.003% khối lượng. 1.5.9 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens. Công suất thiết kế: 60000 thùng/ngày. Phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil (GOHDS) sẽ khử lưu huỳnh trong phân đoạn Gasoil từ phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU) và dầu nhẹ (LCO) từ phân xưởng RFCC để sản xuất ra cấu tử pha trộn Diesel với hàm lượng lưu huỳnh thấp (tối đa 50 ppm khối lượng). Phân xưởng này còn có tháp hấp thụ bằng dung môi Amine để khử H2S trong dòng khí chua và khí tuần hoàn. Dung môi Amine sử dụng là MDEA. Amine làm sạch được cung cấp từ phân xưởng tái sinh Amine trung tâm. 1.5.10 Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất (RHDS) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Chevron. Công suất thiết kế: 105000 thùng/ngày. Phân xưởng khử lưu huỳnh trong cặn chưng cất khí quyển bằng Hydro (RHDS) được thiết kế để xử lý Hdro phân đoạn cặn từ phân xưởng CDU phục vụ cho việc chế biến tiếp theo trong phân xưởng RFCC. Phân xưởng RHDS sản xuất ra các dòng sản phẩm sau: - Cặn chưng cất khí quyển đã được khử lưu huỳnh, làm nguyên liệu cho phân xưởng RFCC. - Naphtha không ổn định đưa đến phân xưởng thu hồi LPG. - RHDS Diesel đã được khử lưu huỳnh đưa đến bể chứa Diesel. 1.5.11 Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất (RFCC) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens. Công suất thiết kế: 80000 thùng/ngày. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 6 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí Phân xưởng RFCC được thiết kế để chế biến phân đoạn cặn chưng cất khí quyển đã được xử lý bằng Hydro từ phân xưởng RHDS. Phân xưởng RFCC được thiết kế với chế độ linh hoạt tối đa sản phẩm Propylene và tối đa sản phẩm Xăng. Phân xưởng này tạo ra các dòng sản phẩm sau: - Dòng LPG đã được xử lý bằng Amine. Dòng LPG này đã được xử lý bằng kiềm (tại phân xưởng xử lý LPG từ RFCC) để loại Mercaptan trước khi đưa trở lại thiết bị tách C3/C4 trong RFCC. - Sau khi loại bỏ Mercaptan, dòng LPG sẽ được tách ra để sản xuất Propylene cho phân xưởng PolyPropylene (PRU), hỗn hợp Butane cho phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp và Propane sẽ được đưa đến bể chứa LPG. - Xăng FCC nhẹ (Light FCC Gasoline) sẽ được đưa đến bộ phận pha trộn xăng sau khi qua xử lý bằng kiềm nhờ công nghệ MEROX. - Xăng FCC nặng (Heavy FCC Gasoline) sẽ được đưa đến bể pha trộn xăng. - Dầu nhẹ (Light Cycle Oil – LCO) sẽ được đưa đến phân xưởng khử lưu huỳnh trong Gasoil bằng Hydro (GOHDS) và hệ thống dầu nhiên liệu. - Dầu tinh lọc (Clarified Oil – CLO) sẽ được đưa đến bộ phận pha trộn dầu nhiên liệu. 1.5.12 Phân xưởng thu hồi Propylene (PRU) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Axens. Phân xưởng thu hồi Propylene được thiết kế để thu hồi Propylene có độ tinh khiết cao từ hỗn hợp C3 nhận được từ phân xưởng RFCC. Sản phẩm Propylene thu được sẽ làm nguyên liệu đầu vào cho phân xưởng Propylene (PPU). Phân xưởng PRU còn sản xuất ra một dòng sản phẩm phụ là Propane, dòng sản phẩm này sẽ được đưa đến bể phối trộn và bể chứa LPG. 1.5.13 Phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: UOP. Công suất thiết kế: 21500 thùng/ngày. Phân xưởng này bao gồm 3 phân xưởng chế biến riêng lẻ: Phân xưởng Hydro hóa chọn lọc (SHP – Selective Hydrogen Pretreatment Unit), phân xưởng khử Nitrit (NRU) và phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp (ALK) để sản xuất tối đa sản phẩm Alkylate với chỉ số octane phù hợp để pha trộn xăng trên cơ sở tối đa lượng octane. Nguyên liệu đầu vào của các phân xưởng này là hỗn hợp sản phẩm Butane/Butene từ phân xưởng RFCC. Dòng đầu vào trước tiên sẽ được xử lý ở phân xưởng SHP để khử nối đôi, sau đó dẫn sang NRU để loại bỏ Nitrit trước khi đưa sang phân xưởng ALK. Trong phân xưởng ALK, iso-butane sẽ được cho phản ứng GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 7 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí với các Olefin nhẹ để tạo sản phẩm Alkylate giàu iso-octane. Hydro cần cho hai phân xưởng này được lấy từ hệ thống nén và phân phối khí Hydro. Phân xưởng IALK còn sản xuất ra dòng hỗn hợp C4 (Butane không phản ứng). Dòng này sẽ được đưa đến bể chứa LPG. Các sản phẩm của phân xưởng ALK đáp ứng yêu cầu chất lượng của Alkylate và LPG (Butane). 1.5.14 Phân xưởng sản xuất khí Hydro (HMU) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Foster Wheeler. Mục tiêu của phân xưởng sản xuất khí Hydro là sản xuất Hydro với độ tinh khiết cao cung cấp cho các phân xưởng khử lưu huỳnh bằng Hydro và để sử dụng trong các phân xưởng Alkyl hóa gián tiếp, xử lý chọn lọc bằng Hydro, phân xưởng Polypropylene và phân xưởng xử lý khí đuôi ttrong nhà máy. Phân xưởng sản xuất Hydro (HMU) sử dụng dòng khí Metane hình hành từ nguyên liệu Hydrocarbon (khí nhiên liệu và LPG) để sản xuất khí giàu Hydro. Dòng khí này sẽ được làm sạch trong một tháp hấp thụ áp suất thay đổi (PSA – Pressure Swing Adsorption) để tạo ra Hydro với độ tinh khiết tối thiểu là 99,9% thể tích. Sản phẩm Hydro sẽ được dẫn đến phân xưởng RHDS để cân bằng phân phối khí trong nhà máy thông qua hệ thống nén và phân phối khí Hydro (HCDS). 1.5.15 Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) Đơn vị thiết kế và cung cấp bản quyền: Jacobs. Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh (SRU) được thiết kế để xử lý khí acid và khí chua sinh ra trong nhà máy lọc dầu tạo thành sản phẩm lưu huỳnh nguyên tố. Phân xưởng SRU có công suất thiết kế 800 tấn lưu huỳnh/ngày, với hiệu suất lưu huỳnh thu được tối thiểu 99.9%. Tài liệu tham khảo [2]. 1.5.16 Chế độ vận hành Nhà máy lọc dầu nghi Sơn vận hành theo hai chế độ của cụm phân xưởng Cracking xúc tác là: - Sản xuất tối đa Xăng - Sản xuất tối đa Propylene. 1.6 Phối trộn sản phẩm Phân xưởng phối trộn sản phẩm bao gồm nhiều hệ thống phân chia nhằm cung cấp những cấu tử và lưu lượng xác định cho vòi phun, sau đó từ vòi phun các sản phẩm đã được phối trộn đi vào các thùng chứa. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 8 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí Có 4 sản phẩm chính được phối trộn trong nhà máy lọc dầu: - LPG Xăng Mogas 92, Mogas 95 Dầu Diesel động cơ (DO) Dầu Diesel công nghiệp (FO) Một hỗn hợp xăng có thể được tạo ra từ việc phối trộn từ hai loại xăng Mogas 92 và Mogas 95. Ban đầu xăng Mogas 92 sẽ được tạo ra từ hỗn hợp này nhưng cấp độ này sẽ bị thay thế trong tương lai khi sản phẩm xăng Mogas 95 được sản xuất. Hệ thống phối trộn xăng và diesel được thiết kế trong điều kiện bình thường hoạt động liên tục, các cấu tử phối trộn được bơm từ bể chứa của nhà máy, phối trộn nối tiếp nhau và dẫn tới thùng chứa sản phẩm được thay đổi theo chu kỳ. Từ những hỗn hợp nhận từ những sản phẩm trung gian ở thiết bị chứa, chúng có thể bị dừng hoặc khởi động lại một cách độc lập so với sự vận hành các phân xưởng xử lý trong nhà máy lọc dầu khi cần thiết. GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 9 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí Bảng 1. 2: Các sản phẩm thương mại sau khi phối trộn. Sản phẩm PolyPropylen Thành phần phối trộn Từ phân xưởng PRU LPG C3 C4 Xăng Mogas 92/95 C4 Xằng Isomerate Xằng NAC Xằng RFCC đã qua xử lý Xằng Alkylate Jet A1 Diesel Fuel oil Benzene Paraxylene Sulphur GVHD: Nguyễn Đình Lâm KER KER DOGOHDS DORHDS LCO KER DOGOHDS DORHDS LCO CLO HYARO Từ phân xưởng NAC Từ phân xưởng NAC Từ phân xưởng SRU Trang 10 SVTH: Lê Văn Hiệp Đồ án tốt nghiệp Ngành công nghệ hóa học dầu và khí CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH SẢN NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN 2.1 Cơ sở quá trình mô hình hóa sự hoạt động của nhà máy lọc dầu Nhà máy lọc dầu thực hiện ba hoạt động chính:  Hoạt động phân tách: dầu thô được tạo từ hỗn hợp phức tạp gồm rất nhiều các hợp chất, phần lớn là hydrocacbon. Để thu được các sản phẩm dầu mỏ đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật thương mại, đầu tiên cần phải thực hiện một quá trình phân riêng dầu mỏ nguyên khai thành nhiều phân đoạn khác nhau. Quá trình chưng cất cho phép phân đoạn dầu thô thành các phân đoạn khác nhau như khí dầu mỏ hóa lỏng LPG, xăng, kerosene, gasoil, fuel oil …  Hoạt động chuyển hóa: nâng cao chất lượng sản phẩm (quá trình xử lý bằng hydro, reforming, isome hóa …), tăng hiệu suất thu sản phẩm (FCC).  Hoạt động phối trộn: cho ra các sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn về chất lượng (Xăng, DO, FO, JetA1 …). Mục đích của mô hình hóa:  Dễ dàng xác định các biến của bài toán.  Xác định các dòng bán sản phẩm và sản phẩm của nhà máy. 2.2 Mô hình hóa hoạt động phân tách và chuyển hóa Dựa trên sơ đồ công nghệ nhà máy lọc dầu, cùng với các tài liệu liên quan đến các phân xưởng trong nhà máy là cơ sở để mô hình hóa các phân xưởng. Tài liệu tham khảo [3]. 2.2.1 Phân xưởng chưng cất Với nguyên liệu cho quá trình chưng cất là 100% dầu thô nhập khẩu từ Kuwait. Hình 2.1: Quá trình chưng cất GVHD: Nguyễn Đình Lâm Trang 11 SVTH: Lê Văn Hiệp