Tài liệu Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí Mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn bằng phần mềm PRO/II

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN..............................5 1.1 Giới thiệu..................................................................................................................5 1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy.........................5 1.3 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi sơn..........................6 1.3 Lí do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy.....................................6 1.32 Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait..................................................................6 1.4 Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn.....................................8 1.4 Các sản phẩm năng lượng.................................................................................8 21.4 Sản phẩm phi năng lượng................................................................................13 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN ………………………………………………………………………………15 2.1 Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế.....................15 2.1 Mục đích của quá trình....................................................................................15 2.1 Mô tả quá trình................................................................................................15 2.2 Cơ sở thiết kế..........................................................................................................16 2.1 Mục đích thiết kế.............................................................................................16 2. Các nguồn nguyên liệu thiết kế.......................................................................17 2.3 Các trường hợp thiết kế...................................................................................17 2.4 Các trường hợp kiểm tra..................................................................................19 Chương 3 CHƯNG CẤT DẦU THÔ...........................................................................21 3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất................................................................21 3.1 Chưng đơn giản...............................................................................................21 3.12 Chưng cất phức tạp..........................................................................................24 3.1 Chưng cất trong chân không và chưng cất bằng hơi nước.............................28 3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất.....................................................30 Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 1 3.21 Chế độ nhiệt của tháp chưng luyện.................................................................30 23. Áp suất của tháp chưng...................................................................................33 3.2 cất. Những điểm cần chú ý khi điều chỉnh, khống chế chế độ làm việc của tháp chưng 34 3.24 Các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc chưng cất.................................35 3.3 Các tính chất vật lý quan trọng của dầu thô...........................................................36 3.1 Tỷ trọng............................................................................................................36 3.2 Độ nhớt của dầu và sản phẩm dầu...................................................................37 3. Thành phần cất.................................................................................................37 3.4 Nhiệt độ sôi trung bình....................................................................................38 3.5 Hệ số đặc trưng K............................................................................................38 Chương 4 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM PRO II........................................39 4.1 4.1 Giới thiệu phần mềm Pro/II...................................................................................39 Các bước tiến hành mô phỏng:........................................................................39 4.2 Nguyên liệu.............................................................................................................41 4.3 Xây dựng sơ đồ mô phỏng.....................................................................................44 4.4 Lựa chọn mô hình nhiệt động................................................................................44 4.5 Xây dựng mô hình và các thông số mô phỏng cần thiết:......................................45 4.51 Lưu lượng dòng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính:...........................45 24.5 Các điều kiện dòng vào trước tháp:................................................................46 4.53 Thông số các dòng hơi nước quá nhiệt:..........................................................46 4.5 Các thông số thiết kế và vận hành của tháp chính 010-C-001:......................46 54. Các thông số thiết kế và vận hành của tháp stripping:...................................48 4.56 Tiêu chuẩn kỹ thuật:........................................................................................49 4.57 Mô hình tháp 010-C-001 trong mô phỏng bằng phần mềm Pro/II:................50 4.6 4.61 Tiến hành mô phỏng:..............................................................................................51 Thiết kế cho tháp chính 010-C-001:................................................................51 Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 2 24.6 Nhâ âp các thông số cho các stripper:................................................................57 4.63 Nhâ âp các thông số cho bình tách:...................................................................58 Chương 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................59 5.1 Phân tích kết quả mô phỏng tháp chính.................................................................59 5.1 Lưu lượng các dòng sản phẩm........................................................................59 25.1 Chất lượng sản phẩm.......................................................................................59 KẾT LUẬN...................................................................................................................... 63 Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 3 LỜI MỞ ĐẦU Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng rất rộng rãi; từ nghiên cứu, thiết kế chế tạo đến vận hành các hệ thống. Do đó, nó được sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và xã hội. Ngày nay, khó có thể tìm thấy lĩnh vực nào mà con người không sử dụng phương pháp mô hình hóa ở những mức độ khác nhau. Điều này đặc biệt quan trọng với lĩnh vực điều khiển các hệ thống kỹ thuật. Và lĩnh vực chế biến dầu mỏ cũng không là một ngoại lệ Làm thế nào để thiết kế được các thiết bị, phải vận hành hệ thống ra sao để có được hiệu quả cao nhất đó là một bài toán khó luôn đặt ra cho các nhà nghiên cứu, các nhà kỹ thuật…Mô hình hóa và mô phỏng là một công cụ mạnh trong việc giải các bài toán trên. Ngày nay, với sự trợ giúp của máy tính kết hợp với các phần mềm chuyên dụng như ProII, Hysys, Dymsim… làm cho tối ưu hóa và mô phỏng dễ dàng và thuận tiện hơn. Từ những phân tích trên, em quyết định chọn đề tài: "Mô phỏng phân xưởng chưng cất khí quyển của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn bằng phần mềm PRO/II". Đồ án này trình bày những nội dung sau: 1. Tổng quan nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. 2. Tổng quan về phân xưởng CDU. 3. Cơ sở của quá trình chưng cất. 4. Giới thiệu phần mềm ProII. 5. Xây dựng sơ đồ mô phỏng phân xưởng CDU bằng phần mềm ProII. 6. Mô phỏng và phân tích kết quả. 7. Kết luận. Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 4 Chương 1 TỔNG QUAN VỀỀ NHÀ MÁY LỌC DẦỀU NGHI SƠN 1.1 Giới thiệu Nhà máy lọc dầu Nghi Sơn thuộc vào các khu kinh tế Nghi Sơn, nằm ở phía Nam tỉnh Thanh Hóa, cách Hà Nội 200km, có đường bộ và đường sắt Quốc gia chạy qua, có cảng biển nước sâu cho tàu có tải trọng đến 30.000 DWT (Dead Weight Ton) cập bến. Khu kinh tế Nghi Sơn được đánh giá là trọng điểm phát triển phía Nam của Vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, đồng thời là cầu nối giữa vùng Bắc Bộ với Trung Bộ, với thị trường Nam Lào và Đông Bắc Thái Lan. Mục tiêu cụ thể của việc xây dựng nhà máy lọc dầu Nghi Sơn do chính phủ đề xuất là: - Đáp ứng nhu cầu thị trường và an ninh năng lượng. Cung cấp nguyên liệu để phát triển ngành công nghiệp hóa dầu. Đóng góp vào sự phát triển kinh tế của khu vực phía Bắc và đảm bảo sự phát triển đồng đều của cả nước. 1.2 Công suất thiết kế và nhu cầu sản phẩm thương mại của nhà máy Dự án này có tổng mức đầu tư lên tới 9 tỷ USD và có công suất 9.66 triệu tấn dầu thô/năm trong giai đoạn đầu. Chủ đầu tư này là một một công ty liên doanh gồm: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) (25,1% vốn), Công ty Dầu mỏ Kuwait (KPI) (35,1%), Công ty Idemitsu Kosan Co (IKC) (35,1%) và Công ty Hóa chất Mitsui Chemicals Inc (MCI) 4,7%. Liên danh nhà thầu EPC do công ty JGC Corporation (Nhật Bản) đứng đầu và các nhà thầu: Chiyoda Corporation (Nhật Bản), GS Engineering & Construction Corporation (Hàn Quốc), SK Engineering & Construction Co., Ltd (Hàn Quốc), Technip France (Pháp), và Technip Geoproduction (M) Sdn. Bhd (Malaysia). Nhà máy được thiết kế cung cấp các sản phẩm thương mại: - 2,3 triệu tấn xăng dầu với 3 loại khác nhau: RON92, RON95 và RON98. 3,7 triệu tấn dầu diesel 400.000 tấn polypropylene. 600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1. 1 triệu tấn khác hóa dầu và 0,5 triệu tấn LPG. Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 5 1.3 1.3.1 Nguồn nguyên liệu được sử dụng cho nhà máy lọc dầu Nghi sơn Lí do chọn dầu Kuwait làm nguyên liệu cho nhà máy Nước ta khai thác nguồn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ - Vũng Tàu là nguồn dầu tương đối sạch với hàm lượng lưu huỳnh thấp (0.07%wt) rất tốt để làm nguyên liệu cho nhà máy lọc dầu. Tuy nhiên, chúng ta khai thác mỏ Bạch Hổ từ những năm 1988 khi đó đất nước chưa có nhà máy lọc dầu nên nguồn dầu thô khai thác được chủ yếu bán cho nước ngoài. Đến năm 2009 nhà máy lọc dầu Dung Quất đi vào hoạt động thì nguồn nguyên liệu chủ yếu cho nhà máy là dầu Bạch Hổ. Vì vậy, để đảm bảo hoạt động lâu dài và liên tục của phức hợp nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, nhà máy hợp tác và nhập khẩu dầu thô từ Trung Đông. Hỗn hợp dầu thô từ Kuwait, Murban và Black Tiger (Việt Nam) đã được nghiên cứu và cho thấy sử dụng 100% dầu thô từ Kuwait đã mang lại kết quả tốt nhất với lợi nhuận 1041 triệu USD/năm. Kết quả là, dầu thô Kuwait được lựa chọn là nguồn nguyên liệu chính để thiết kế nhà máy lọc dầu Nghi Sơn. Ngoài ra, để đảm bảo trữ lượng của nhà máy, nguồn nguyên liệu Murban cũng được sử dụng. 1.3.2 Các đặc tính của dầu thô từ Kuwait Là dầu thô trung bình (d = 0,876 và oAPI = 29,9) và có hàm lượng lưu huỳnh cao (2,65%wt). Do đó, trong quá trình xử lý, dầu thô cần được xử lý để tạo sản phẩm đáp ứng được các yêu cầu của thị trường. Hàm lượng kim loại nặng trong dầu là tương đối cao. Ví dụ, hàm lượng Nikel là 10,1 ppm, Vanadium là 31,1 ppm và sắt 0,7 ppm. Với nồng độ kim loại như vậy, nó sẽ có hại cho quá trình sản xuất bởi vì sự hiện diện của các kim loại này gây ngộ độc chất xúc tác, hư hỏng thiết bị và giảm chất lượng sản phẩm. Hàm lượng nitơ trong khoảng 372 ppm, đó là có khả năng gây ngộ độc chất xúc tác và giảm độ ổn định của dầu trong quá trình bảo quản. Một số đặc tính của dầu thô Kuwait được cho trong bảng 1.1 Bảng 1.1 Tóm tắt một số đặc tính của dầu thô Kuwait N0 1 Đơn vị - Tỉ trọng tiêu chuẩn (SG) Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 6 Giá trị 0.8765 o API - 29.9 d154 kg/dm3 0.8760 2 Hàm lượng Lưu huỳnh %m 2.65 3 Hàm lượng Nước %V 0.00 4 Áp suất hơi bão hòa Reid (RVP) kPa 26.2 5 Hàm lượng H2S ppm <1 6 KUOP - 11.84 7 Asphaltènes %m 2.5 8 Hàm lượng Sodium ppm 3.3 9 Hàm lượng Sắt ppm 0.7 10 Hàm lượng Vanadium ppm 31.1 11 Hàm lượng Nickel ppm 10.1 12 Hàm lượng Nitơ ppm 372.0 13 Cặn carbon conradson %m 6.11 14 Chỉ số Acid tổng mgKOH/g 0.045 Độ nhớt ở 20oC cSt 22.73 Độ nhớt ở 50oC cSt 8.88 Hàm lượng sáp %m 3.8 15 16 1.4 Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Theo dự kiến, trong năm 2017, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn sẽ vào vận hành thương mại. Không giống như các sản phẩm khác, các sản phẩm nhiên liệu (LPG, xăng dầu, Jet A1, diesel, FO, ...) thường thay đổi theo thời gian và ngày càng nghiêm ngặt, do sự quan tâm ngày càng cao đối với bảo vệ môi trường. Do đó, các tiêu chuẩn chất lượng của Việt Nam chưa phù hợp với thực tế. Thay vào đó phải xây dựng các tiêu chí của tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm dựa trên các tiêu chuẩn Euro 3, Euro 4 để thực hiện các dự án trong khi vẫn đảm bảo hiệu quả kinh tế của dự án. Các sản phẩm thương mại của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn là: Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 7 - Các sản phẩm năng lượng: LPG, xăng dầu, Kerosene, Jet A1, diesel, FO. Các sản phẩm phi năng lượng: benzen, paraxylene, polypropylene và lưu huỳnh. 1.4.1 Các sản phẩm năng lượng Khí hóa lỏng (LPG) Khí hóa lỏng (LPG) được tách ra từ phần nhẹ của chưng cất dầu thô, là hỗn hợp của propane (C3) và Butan (C4) có tỷ lệ C3/C4 là 7:3 hoặc 5:5 tùy thuộc vào điều kiện sử dụng. Ngoài ra, hỗn hợp có thể chứa lên đến 0,5% các hydrocarbon nhẹ khác như butadien. Tỷ lệ C3/C4 là một yếu tố quan trọng để đánh giá sự an toàn của LPG khi nó được sử dụng như nhiên liệu hoặc nhiên liệu. Một số tiêu chí cơ bản để đánh giá chất lượng của LPG sau khi nhà máy lọc dầu Nghi Sơn được đưa ra trong Bảng 1.2. Bảng 1.2 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG Tiêu chuẩn Phương pháp Tỷ trọng (ở 15.6oC) 0,53÷0.56 ASTM D1657 Áp suât hơi Reid (RVP) , kPa 710÷1160 ASTM D1267 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm 140 ASTM D2784 Mercaptan, ppm 20 ASTM D3227 Propan, %vol, max 43÷63 ASTM D2163 Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 8 Xăng Thành phần chủ yếu là hydrocarbon từ C4 đến C12 , tương ứng với nhiệt độ sôi thấp hơn 180oC. Tùy thuộc vào nguồn gốc của dầu thô mà thành phần họ hydrocarbon (paraffin, naphtene, aromatic) trong xăng là khác nhau. Ngoài ra, còn tồn tại tạp chất như nitơ, lưu huỳnh và oxy. Nhà máy lọc dầu luôn luôn quan tâm đến các hợp chất lưu huỳnh, đặc biệt là mercaptan (RSH). Chỉ số octan là chỉ tiêu quan trọng nhất đối xăng. Hiện nay, xăng RON95 chiếm lĩnh một phần không đáng kể trong thị trường Việt Nam, tuy nhiên, nhu cầu đối với loại xăng này sẽ tăng đáng kể trong tương lai và sau năm 2015 sẽ thống trị thị trường xăng dầu. Do đó, các nhà máy lọc dầu Nghi Sơn được quy hoạch để sản xuất ba loại xăng: RON92, RON95 và RON98. Bảng 1.3 Các tiêu chuẩn chất lượng của xăng không Chì Xăng không Chì 92 95 98 Tiêu chuẩn Chỉ số Octane, min. - Research Octane Number (RON) - Motor Octane Number (MON) 92 82 95 85 Hàm lượng Chì, g/l, max 0 Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max 500 Hàm lượng Benzene,% V 2.5 RVP, kPa 43-75 Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l 0,72-0,76 Hàm lượng olefin,% thể tích, max 38 Hydrocacbon thơm, %thể tích, max 40 Nhiên liệu phản lực Jet A1 Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 9 98 88 Phương pháp đo TCVN 2703:2002 ASTM D2699 ASTM D2700 TCVN 7143:2002 ASTM D3237 TCVN 6701:2000 ASTM D5453 TCVN 6703:2000 ASTM D4420 TCVN 7023:2002 ASTM D4953 TCVN 6594:2000 ASTM D1298 TCVN 7330:2003 ASTM D1319 TCVN 7330:2003 ASTM D1319 Động cơ phản lực làm việc ở điều kiện khắc nghiệt (nhiệt độ và áp suất thấp ở độ cao rất cao). Vì vậy, thông số kỹ thuật của nhiên liệu chặt chẽ hơn tất cả các loại nhiên liệu khác. Bảng 1.4 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu phản lực JET A1 Tiêu chuẩn Phương pháp đo Hàm lượng lưu huỳnh, %kl, <0,3 TCVN 2708:2002, ASTM D1266-98 Mercaptan, %kl, max <0,002 ASTM D3227 Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l 0,775-0,84 TCVN 6594:2002, ASTM D1298 Điểm chớp cháy, oC 38 TCVN 6608:2002, ASTM D3828 Điểm đóng băng, oC -47 TCVN 7170:2002, ASTM D2386 max Diesel Bảng 1.5 Các tiêu chuẩn chất lượng của nhiên liệu Diesel Tiêu chuẩn Đơn vị Mức 0.05%S,0.25% Phương pháp đo TCVN 6701:2000 Lưu huỳnh wt ppm min S 46 - ASTM D2622/ D5453 ASTM D4737 Chỉ số Cetane Phần cất 90% V, oC max 360 - Điểm chớp cháy cốc kín, oC Độ nhớt động học (40 oC) Cặn Cacbon của 10% cặn chưng cất, min 55 cSt 24.5 max 0.3 max 6 %wt Điểm chảy, oC Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 10 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 ASTM D97 TCVN 2690:1995 Hàm lượng tro, wt% max 0.01 Nước mg/kg,max 200 ASTM D 482 ASTM E 203 Nước và tạp chất vol% - ASTM D2709 Tạp chất Khối lượng riêng mg/l 10 kg/m3 820÷860 ASTM D 2276 TCVN 2694:2000 - 2> o (15 C) Màu ASTM D 1298/ D4052 ASTM D 1500 Dầu FO (Fuel Oil) FO là một sản phẩm nặng của nhà máy lọc dầu có điểm sôi cao hơn 350 oC. Phân loại FO dựa vào hai tiêu chí là độ nhớt và hàm lượng lưu huỳnh. FO có hai ứng dụng chính là làm nhiên liệu đốt công nghiệp (nhà máy điện, lò nung...) và nhiên liệu cho các tàu lớn chạy bằng động cơ diesel chậm và tải trọng lớn. Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 11 Bảng 1.6 Tiêu chuẩn chất lượng của FO Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 12 1.4.2 Sản phẩm phi năng lượng BTX Benzene được sử dụng làm nguyên liệu thô cho việc xử lý các sợi polyamide và capron, nylon, cao su tổng hợp và nhựa dựa trên phenol, thuốc nhuộm, dược phẩm, ... PolyPropylene Đây là nguyên liệu chính cho công nghiệp sản xuất các loại vật liệu tổng hợp. Vật liệu xây dựng Polypropylene dần dần thay thế các vật liệu truyền thống như gỗ, kim loại, gốm sứ, ... Hiện nay, Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn về chất lượng của các sản phẩm nhựa như polypropylene (PP). Ở nhà máy lọc dầu Nghi Sơn, polypropylene đặc điểm kỹ thuật chủ yếu là độ tinh khiết của sản phẩm đạt 99,5% Lưu huỳnh Lưu huỳnh được thu hồi từ khí acid có chứa hàm lượng lưu huỳnh (H2S, COS, CS2). Lưu huỳnh có rất nhiều ứng dụng quan trọng trong một số lĩnh vực của ngành công nghiệp như - Khoảng 90% lưu huỳnh cho sản xuất H2SO4. Khoảng 10% của lưu huỳnh được sử dụng để sản xuất cao su lưu hóa, dược phẩm, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu, ... Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 13 Chương 2 TỔNG QUAN VỀỀ PHẦN XƯỞNG CDU CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦỀU NGHI SƠN 2.1 Phân xưởng CDU của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn và cơ sở thiết kế 2.1.1 Mục đích của quá trình Mục đích chính của CDU phân tách dầu thô thành các phân đoạn để sản xuất nguồn phối trộn trực tiếp cho các sản phẩm cất (sau khi đã qua các quá trình xử lý hạ nguồn thích hợp) và nguyên liệu cho phân xưởng hạ nguồn. 2.1.2 Mô tả quá trình Quá trình phân tách thực hiện trong tháp chưng cất khí quyển, có thiết bị ngưng tụ đỉnh nhưng không có thiết bị đun sôi lại ở đáy tháp, hoạt động dưới áp suất từ 1÷ 3 (barg). Các dòng sản phẩm được trích ra từ các tháp tách cạnh sườn (strippers), các tháp strippers gồm: - Strippers KEROSENE, AGO: dùng hơi nước quá nhiệt để bay hơi các cấu tử nhẹ của các dòng sản phẩm KEROSENE, AGO. Các phần nhẹ bay hơi từ các Strippers được đưa lại tháp chính tại vị trí phía trên đĩa lấy sản phẩm (Draw-off tray). Chiều cao tổng thể của tháp chưng cất khí quyển khoảng 50m, số đĩa khoảng từ 30÷50, còn các tháp tách cạnh sườn (strippers) có từ 2÷10 đĩa cùng loại với tháp chính. Dầu thô từ bồn chứa được nâng nhiệt sơ bộ thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng nhiệt thu hồi từ các sản phẩm và từ các dòng hồi lưu tuần hoàn đến nhiệt độ tách muối (nhiệt độ này phụ thuộc vào tỉ trọng API của dầu thô, nằm trong khoảng 110 oC-140oC), tại nhiệt độ này dầu thô được khử muối. Công đoạn này được thực hiện ở áp suất đủ lớn (khoảng 12 bar) nhằm mục đích giữ cho hỗn hợp dầu thô và nước tồn tại ở trạng thái lỏng tại nhiệt độ mong muốn. Dầu thô sau khi tách muối sẽ tiếp tục được nâng nhiệt thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt khác nhằm thu hồi tối đa lượng nhiệt từ các dòng sản phẩm có nhiệt độ sôi cao hơn đến nhiệt độ khoảng 200°C thì được đưa vào tháp tiền bốc hơi (Flash) để tách phần hơi trong dầu thô, giảm một phần chi phí và kích thước lò đốt. Sau đó đưa vào lò đốt nhằm tăng nhiệt độ của Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 14 dầu thô lên đến nhiệt độ mong muốn (khoảng 340-360 oC) và đưa vào tháp phân tách chính. Hơi tại đỉnh tháp được ngưng tụ thông qua hệ thống làm nguội bằng quạt rồi vào bình hồi lưu. Tại đây dòng naphtha lấy ra sẽ được đưa qua tháp ổn định xăng trong phân xưởng thu hồi LPG nhằm loại bỏ các thành phần nhẹ và nước. Các dòng sản phẩm tách cạnh sườn sẽ qua các thiết bị strippers để loại bỏ các thành phần nhẹ (dùng hơi nước hoặc thiết bị đun sôi lại). Phần nhẹ tách ra sẽ quay về thân tháp (đây được coi là dòng hồi lưu trung gian), còn phần nặng được xem là sản phẩm của phân xưởng. Các sản phẩm sau đó được làm lạnh bằng cách trao đổi nhiệt với dầu thô ban đầu và được đưa đi phối trộn, lưu trữ trung gian hoặc được xử lý tiếp. 2.2 Cơ sở thiết kế 2.2.1 Mục đích thiết kế Thiết kế của CDU phải phù hợp với mục tiêu của toàn bộ nhà máy lọc dầu, đó là tối đa các phần cất và tối thiểu cặn. Thiết kế phải linh động trong sản xuất sản phẩm, cho phép sự thay đổi nhỏ trong chất lượng nguyên liệu. Có hai trường hợp thiết kế và sản xuất kerosene được thiết kế để đảm bảo tiêu chuẩn của cả kerosene dùng trong nhiên liệu phản lực và kerosene dùng trong mục đích khác. Tuy nhiên, điểm chớp cháy của sản phẩm kerosene và tiêu chuẩn ASTM-D86 IBP sẽ đạt được tại phân xưởng xử lý lưu huỳnh cho kerosene(KHDS). Thiết kế kết hợp các đặc điểm về sử dụng năng lượng tối ưu và thu hồi nhiệt phù hợp với sự phân tách sản phẩm. Phân xưởng sản xuất ra các dòng sau: - Dòng khí đỉnh được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG Dòng Naphtha chưa ổn định được đưa đến phân xưởng thu hồi LPG cho các quá - trình tiếp theo. Dòng Kerosene được đưa đến phân xưởng KHDS hoặc to Slops trong trường hợp - KHDS ngừng hoạt động Dòng gas oil được đưa đến phân xưởng GOHDS hoặc bể chứa trung gian GOHDS. Dòng cặn khí quyển được đưa nóng đến phân xưởng RHDS cho quá trình xử lý tiếp theo hoặc được chứa trung gian. Phân xưởng có thể nhận các dòng sau Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 15 - Dòng naphtha kết hợp từ phân xưởng KHDS và GOHDS vào bình tách đỉnh của tháp chưng chưng cất dầu thô. 2.2.2 Các nguồn nguyên liệu thiết kế Nguồn nguyên liệu cho thiết kế cơ bản của CDU là 100% dầu thô Kuwait xuất khẩu. Lượng nước tối đa có trong dầu thô là 0.5% thể tích. Năng suất của CDU cho 85% thể tích lỏng dầu thô Kuwait và 15% thể tích lỏng dầu thô Murban là 200000 BPSD. 2.2.3 Các trường hợp thiết kế 2.2.3.1 Thiết kế cơ bản CDU được thiết kế cho các điểm cắt cho TBP và các tiêu chuẩn sản phẩm như bảng sau. Overflash được xác định là 5%. Bảng 2.7 Các điểm cắt của sản phẩm của CDU Điểm cắt TBP (oC) Các sản phẩm Cơ bản/ Hồi lưu lạnh/ Naphtha/ Kerosene Kerosene/ Gas Oil Gas Oil/ Atm. Residue (chú ý 1) 165 220 360 Tối đa Kero Tối thiểu Kero 160 224 360 Murban 176 220 360 Bảng 2.8 Tiêu chuẩn của sản phẩm Tiêu Các sản phẩm chuẩn sản phẩm Cơ bản (chú ý 3) (chú ý 1) Full Range Naphtha ASTM D86 90% vol (oC) Nguyễn Bá Lộc – 10H5 155 max 144 Trang 16 Các trường hợp Min Max Kero Kero (chú ý 3) (chú ý 3) 154 142 Murban (chú ý 3) 144 (chú ý 5) Kerosene ASTM D86 IBP (oC) ASTM D86 10% vol (oC) ASTM D86 90% vol (oC) ASTM D86 EP (oC) Flash point ASTM D56/ D3828 (oC) Atmospheric Gasoil ASTM D86 90% vol (oC) Flash point ASTM D93/ D3828 (oC) 144 min 143 55 min 183 219 236 174 219 236 176 217 234 43 36 38 360 360 348 84 (chú ý 2) 144 350 360 max 143 38 (chú ý 4) 148 176 217 234 (chú ý 4) 205 max 230 max 300 max 38 min 85 85 83 Bảng 2.9 Tiêu chuẩn của quá trình phân tách Giá trị GAP (chú ý 2) 5% vol ASTM D86 Kerosene và 95% vol ASTM D86 Naphtha trừ nguyên liệu 5% vol ASTM D86 Atm. Gas Oil và 95% vol ASTM D86 Kerosene 5oC min. 0oC min. Chú ý: 1. Tham khảo tiêu chuẩn sản phẩm Doc. 3550-8110-PD-0004. 2. Hiệu suất của CDU chỉ đảm bảo cho trường hợp cơ bản. Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 17 3. Dữ liệu đầu ra của mô phỏng CDU. 4. ASTM D86 (IBP) và điểm chớp cháy của Kerosene được đảm bảo trong phân xưởng KHDS. 5. Tiêu chuẩn cần đạt được cho Naphtha và Aromatic Complex. 2.2.3.2 Trường hợp tối thiểu Kerosene CDU có thể tăng lượng sản xuất Naphtha để bù lại phần cất của kerosene để tối đa lợi nhuận trong Aromatic Complex. Trường hợp này overflash được giảm từ 5 xuống 2.3%. 2.2.4 Các trường hợp kiểm tra 2.2.4.1 Trường hợp tối đa Kerosene CDU có thể tăng lượng kerosene rút ra với chất lượng chấp nhận được để phù hợp với thay đổi thị trường. Sự thay đổi tương ứng với 17% lớn hơn lượng sản xuất kerosene trong trường hợp cơ bản. 2.2.4.2 Trường hợp hồi lưu lạnh CDU có độ linh hoạt đề vận hành với 5% wt tỉ số hồi lưu lạnh (naphtha lạnh/ lượng hồi lưu tuần hoàn đỉnh nóng). Phương pháp bao gồm dòng naphtha thô từ bình tách đỉnh đưa đến dòng quay lại của hồi lưu tuần hoàn đỉnh. CDU sẽ vận hành theo cách này trong suốt quá trình khởi động, rửa, off-design. Các điểm cắt TBP như trong trường hợp cơ bản. 2.2.4.3 Trường hợp Murban Thiết kế của CDU sẽ được kiểm tra cho nguyên liệu thay thế gồm 85% thể tích lỏng dầu thô Kuwait xuất khẩu/ 15% thể tích lỏng dầu Murban. Các điểm cắt TBP như ở trường hợp cơ bản. Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 18 Chương 3 CHƯNG CẦẤT DẦỀU THÔ 3.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất Quá trình chưng cất dầu là một quá trình vật lý phân chia dầu thô thành các thành phần gọi là các phân đoạn. Quá trình này được thực hiện bằng các biện pháp khác nhau nhằm tách các phần dầu theo nhiệt độ sôi của các cấu tử có trong dầu mà không làm phân huỷ chúng. Hơi nhẹ bay lên, ngưng tụ thành phần lỏng. Tuỳ theo biện pháp tiến hành chưng cất mà người ta phân chia quá trình chưng cất thành chưng cất đơn giản, chưng phức tạp, chưng cất nhờ cấu tử bay hơi hay chưng cất trong chân không. 3.1.1 Chưng đơn giản Chưng đơn giản là quá trình chưng cất được tiến hành bằng cách bay hơi dần dần, một lần hay nhiều lần, một hỗn hợp chất lỏng cần chưng. a. Chưng bay hơi dần dần: Thiết bị (2) đốt nóng liên tục hỗn hợp chất lỏng trong bình chưng (1) từ nhiệt độ thấp tới nhiệt độ sôi cuối khi liên tục tách hơi sản phẩm và ngưng tụ hơi bay ra trong thiết bị ngưng tụ (3) và thu được sản phẩm lỏng trong bể chứa (4). Phương pháp này thường áp dụng trong phòng thí nghiệm. b. Chưng cất bằng cách bay hơi một lần: Phương pháp này còn được gọi là bay hơi cân bằng Nguyễn Bá Lộc – 10H5 Trang 19 Hỗn hợp chất lỏng được cho liên tục vào thiết bị đun sôi (2), ở đây hỗn hợp được đun nóng đến nhiệt độ xác định và áp suất P cho trước. Pha lỏng – hơi được tạo thành và đạt đến trạng thái cân bằng, ở điều kiện đó lại được cho vào thiết bị phân chia một lần trong thiết bị đoạn nhiệt (1). Pha hơi qua thiết bị ngưng tụ (3) rồi vào bể chứa (4), từ đó ta nhận được phần cất. Phía dưới thiết bị (1) là pha lỏng được tách ra liên tục và ta nhận được phần cặn. Tỷ lệ giữa lượng hơi được tạo thành khi bay hơi một lần với lượng chất lỏng nguyên liệu chưng ban đầu được gọi là phần chưng cất. Chưng cất một lần như vậy sẽ cho phép nhận được phần chưng cất lớn hơn so với bay hơi dần dần ở cùng một điều kiện về nhiệt độ và áp suất. Ưu điểm: Quá trình chưng cất này cho phép áp dụng trong thực tế để chưng cất dầu. Tuy 4 với nhiệt độ chưng bị giới hạn, nhưng vẫn cho phép nhận được một lượng phần cất lớn hơn. 5 c. Chưng cất bay hơi nhiều lần: Là quá trình gồm nhiều quá trình bay hơi một lần nối tiếp nhau ở nhiệt độ tăng cao dần I I (hay ở áp suất thấp hơn) đối với phần cặn. I 3 1 4 5 Nguyễn Bá Lộc – 10H5 I I I 3 2 Trang 20 V I V