CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG
1. Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung
Quất.
1.1. Giới thiệu chung về đề tài.
Quá trình nguyên cứu trong đề tài này là phân xưởng xử lý khí (“Gas –
Plant”) của nhà máy lọc dầu Dung Quất nằm ở vị trí phía sau phân xưởng
chưng cất dầu thô (hình 1). Khí được xử lý lấy từ phân xưởng chưng cất khí
quyển (CDU), phân xưởng cracking xúc tác (RFCC), phân xưởng xử lý Naphta
bằng Hyđro (NHT) và từ phân xưởng LPG. Các phân đoạn nhẹ của các phân
xưởng này chứa chủ yếu các hyđrocacbure nhẹ và các tạp chất như H
2
O, H
2
S,
CO… sẽ đi qua phân xưởng xử lý khí để tạo ra các sản phẩm nhằm cung cấp
cho nhà máy và thị trường tiêu thụ
Hinh 1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu
Sản phẩm của chúng bao gồm các phân đoạn như sau:
- Phân đoạn C
1
, C
2
dùng để làm nguyên liệu đốt cho toàn bộ nhà máy,
sản phẩm này được gọi là Fuel Gas
- Phân đoạn khí hóa lỏng chủ yếu là propan và butan thu hồi dưới
dạng lỏng. Sản phẩm này được gọi là LPG ( Liquefied Petroleum Gas)
- Phân đoạn xăng nhẹ chứa chủ yếu là C
5
+, dùng làm như một sản
phẩm thương mại.
1.2. Các tiêu chuẩn của sản phẩm.

o CO: 300 mg/Nm
3
max
o H
2
S: 50 ppm wt max
 Khí hóa lỏng – LPG (Liquefied Petroleum Gas): là khí có
thành phần chủ yếu là Propan và Butan được nén lại cho tới khí hóa lỏng ở một
nhiệt độ nhất định để tồn chứa, vận chuyển. Khí hóa lỏng được chia làm 2
phần.
o Phần dùng để sản xuất Propylen.
o Phần dùng làm sản phẩm thương phẩm.
Tiêu chuẩn của khí hóa lỏng LPG thương phẩm.
Các thông số Propan Butan
Áp suất hơi ở 15
o
C, Bar
20
o
C, Bar
50
o
C, Bar
6,5
9
19,6
0,8
2,75
7
Áp suất ở 760 mmHg,

0,55
Áp suất hơi bảo hòa ở 15,6
o
C,
KJ/Kg
358,2 372,2
Nhiệt trị toàn phần, KCal/Kg 12000 11800
Nhiệt trị tối thiểu, Kcal/Kg 11100 10900
Tỷ lệ thể tích khí/lỏng 275 235
Lượng không khí cần đốt cháy 1m
3
khí, m
3
25 33
Khối lượng riêng của chất lỏng ở
15,6
o
C, Kg/lit
0,5
÷
0,51 0,57
÷
0,58
Nhiệt cháy với không khí,
o
C 1967 1973
Nhiệt cháy với Oxy,
o
C 2900 2904
Thể tích riêng ở 15,6

10
30
50
70
90
95
EP
39
49
54
70
87
113
159
175
197
Hàm lượng Olefin (wt %) 35
(“Gas Plant”) để tách các phân đoạn nhẹ thành các sản phẩm có giá trị kinh tế,
sử dụng làm nhiên liệu cho nhà máy và sản xuất Propylen.
Trong chế độ công nghệ của nhà máy được thiết kế vận hành theo hai chế
độ: chế độ tối đa cho xăng và chế độ tối đa cho diezel. Trong đề tài phân
xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất thì em làm về chế độ tối đa
cho xăng với nguồn nguyên liệu là dầu Bạch Hổ.
Đây là đồ án tốt nghiệp mô phỏng lại phân xưởng xử lý khí bằng phần mềm
mô phỏng Pro/II, do đó sự hiểu biết và thông thạo về phần mềm mô phỏng
Pro\II là rất quan trọng cho việc hoàn thành tốt đồ án này.
2. Tổng quan về nhà máy lọc dầu Dung Quất
Nhà máy lọc dầu Dung Quất thuộc khu kinh tế Dung Quất, là nhà máy lọc
dầu đầu tiên của Việt Nam, được xây dựng trên địa bàn xã Bình Thuận và Bình
Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. Đây là một trong những dự án kinh tế

kiềm (CNU).
Cụm phân xưởng xử lý bằng hydro nguyên liệu và phân xưởng Reforming
xúc tác liên tục (NHT-CCR): phân xưởng CCR này nhằm nâng cao chỉ số
octan (RON) của xăng nặng đi ra từ quá trình chưng cất khí quyển dầu thô
(CDU), làm phối liệu để phối trộn xăng thương phẩm. Mặt khác phân xưởng
này cung cấp một lượng H2 dùng để cung cấp cho các phân xưởng xử lý bằng
H2 của nhà máy như NHT (xử lý nguyên liệu cho phân xưởng Reforming xúc
tác liên tục (CCR)). Ưu điểm của công nghệ UOP đối với phân xưởng CCR là
tăng hiệu suất thu sản phẩm, khả năng tái sinh xúc tác cao và yêu cầu về bảo
dưỡng thấp
b. Nguyên liệu vào và sản phẩm của nhà máy lọc dầu Dung Quất:
Nguyên liệu của nhà máy được thiết kế để vận hành 2 loại nguyên liệu:
- Dầu Bạch Hổ: 6,5 triệu tấn/năm.
- Dầu hổn hợp: 5,5 triệu tấn/năm dầu Bạch Hổ + 1 triệu
tấn/năm dầu Dubai.
Nhà máy được thiết kế để sản xuất ra các sản phẩm sau:
- Khí hóa lỏng LPG (cho thị trường nội địa)
- Propylen
- Xăng 90/92/95
- Dầu hỏa
- Nhiên liệu phản lực Jet A1
- Diezel ô tô
- Dầu đốt (FO)
Các phân đoạn nhẹ như khí, LPG, xăng nhẹ… thu được từ các
phân xưởng khác nhau như phân xưởng RFCC, phân xưởng xử lý
Naphta bằng Hyđro (NHT), phân xưởng chưng cất dầu thô (CDU)… tất
cả các phân đoạn nhẹ này đều được đưa đến phân xưởng xử lý khí
(“Gas Plant”) nhằm đảm bảo các tính chất cũng như tiêu chuẩn của từng
sản phẩm thương mại.
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PRO/II

cho các kết quả chính xác.
Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình
hoạt động của nhà máy. Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm
việc và chế độ hoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một
đơn vị hoạt động nào đó.
Bên cạnh đó, các phần mềm mô phỏng còn giúp cho việc giảm thiểu những
tai nạn và rủi ro có thể xảy đến với con người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu
và tăng năng suất của nhà máy.
2.1.2 Các đặc điểm của quá trình mô phỏng.
 Các từ khóa thường dùng trong thiết kế mô phỏng:
• Simulation, process simulation: mô phỏng, quá trình mô phỏng.
• Dynamic simulation: mô phỏng động.
• Simolator: thiết kế mô phỏng.
• Equation of state (EOS): phương trình trạng thái.
• Steady-state simulation : mô phỏng trạng thái bền vững
• To proceed by trial and error: Tiến hành bắng cách mò mẫm.
• Model: mô hình.
• Modelling: mô hình hóa.
 Chương trình mô phỏng luôn có các thành phần sau:
- Thư viện dữ liệu và thuật toán liên quan đến việc truy cập và tính toán các
tính chất hóa lý của các cấu tử và hệ cấu tử.
- Các công cụ mô phỏng cho các quá trình có thể có trong hệ thống công
nghệ hóa học như bơm, máy nén, truyền nhiệt, chưng cất, Phần này chứa các
mô hình toán và thuật toán phục vụ cho quá trình tính toán các thông số công
nghệ của một quá trình được mô phỏng.
Các công cụ mô phỏng cho các quá trình điều khiển trong một quy trình
công nghệ hóa học.
Chương trình điều hành chung toàn bộ hoạt động của các công cụ mô
phỏng và ngân hàng dữ liệu.
Chương trình xử lý thông tin: lưu trữ, xuất, nhập, in dữ liệu và kết quả

Việc sử dụng phần mềm mô phỏng để tính toán công nghệ các quá trình lọc
hóa dầu ở nước ta còn nhiều hạn chế do thiếu kinh nghiệm thực tế và kiến thức
về các phần mềm.
2.2 Chương trình Pro/II.
2.2.1 Tính năng và phạm vi sử dụng.
PRO/II là sản phẩm của hãng SIMSCI được đưa vào sử dụng năm 1988 sau
nhiều lần cải tiến, có tác dụng mô phỏng các quá trình trong công nghệ hóa học
mà chủ yếu là lĩnh vực dầu khí. PRO/II có thể dễ dàng cài đặt trên hầu hết các
máy tính với một thư viện dữ liệu rộng lớn, các modun tính toán và sự đa dạng
về phương pháp nhiệt động đã đáp ứng được hầu hết các công việc thiết kế,
nghiên cứu trong công nghệ hóa chất, hóa dầu cũng như chế biến khí, là phần
mềm chuyên dụng tính toán các quá trình chưng cất rất chính xác. PRO/II có
giao diện đẹp, là phần mềm chạy trên môi trường Windows nên rất dễ dàng
giao tiếp giữa chương trình và người sử dụng.
Phần mềm này đựoc sử dụng nhằm hai mục đích:
- Thiết kế phân xưởng mới.
- Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để
nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc vận hành của nó như:
thay đổi nguồn nguyên liệu, điều kiện vận hành hay tiêu chuẩn kỹ
thuật của sản phẩm…
Việc nhập dữ liệu vào chương trình được tiến hành rất đơn giản vì trình tự
công việc được hướng dẫn cụ thể thông qua sự hiển thị màu trên màn hình.
Chương trình mô phỏng được chạy với số lần lặp xác định. Chương trình mô
phỏng phương pháp tính toán bằng tay, tự động biên dịch thông tin đưa vào và
thực hiện quá trình tính toán từ các thông tin đó. Chương trình có một số đặc
trưng sau:
Khả năng tính từng phần: khi đã biết đủ các thông số cần thiết thì chương
trình sẽ tự động tính các thông số còn lại.
Khả năng tính hai chiều và khả năng sử dụng thông tin một phần: chương
trình được chia thành nhiều modun khác nhau, mỗi modun là một thiết bị như

- Rửa Amine
- Làm lạnh bằng các tác nhân lạnh
- Nén khí
- Quá trình tách nước
- Quá trình giãn nở
- Tách ethane và methane
• Trong lĩnh vực hóa dầu:
- Tách hợp chất thơm
- Tách propylene.
- Sản xuất cyclohexane
- Sản xuất ethylene
- Sản xuất olefine
- Tách MTBE
• Trong công nghệ hóa học:
- Tổng hợp amoni
- Chưng cất trích ly và đẳng phí
- Quá trình kết tinh
- Tách nước
- Chưng phenol
- Polymer hóa
2.2.2 Các cụm thiết bị trong Pro/II
Trong thư viện PRO/II có lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra các sơ đồ
công nghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghệp hóa chất. Mỗi
thiết bị được xác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng
lượng trao đổi và các tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp ). Các
thiết bị liên hệ với nhau bằng các dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy vào
và ra khỏi thiết bị này sẽ xác định trạng thái làm việc của thiết bị. Các thiết bị
sẽ tự động cập nhật thông tin mới có liên quan đến chúng và tự cập nhật cho
các dòng chảy nối với chúng.
Các thiết bị chính trong chương trình PRO/II:

Có thể xác định trực tiếp bằng cách gõ tên của các cấu tử hoặc chọn từ danh
mục có sẵn trong thư viện của chương trình.
 Bước 5: Xác định phương trình nhiệt động thích hợp.
Có thể chọn phương pháp nhiệt động từ danh mục các phương pháp thông
dụng nhất trong thư viện. Việc chọn hệ thống phù hợp là bước quan trọng
trong chương trình mô phỏng.
 Bước 6: Lựa chọn các dòng nguyên liệu và sản phẩm: xác định thành
phần, trạng thái nhiệt của các dòng.
 Bước 7: Cung cấp dữ liệu cho dòng nhập liệu và các dòng hồi lưu:
Dữ liệu của dòng nhập liệu và dữ liệu giả định của các dòng hồi lưu cần
cung cấp gồm: lưu lượng, thành phần, điều kiện nhiệt động
 Bước 8: Cung cấp các điều kiện của quá trình:
Cung cấp đầy đủ các dữ liệu cần thiết cho mỗi thiết bị trong sơ đồ công
nghệ.
 Bước 9: Chạy và xem kết quả:
Trước khi tiến hành chạy chương trình, phải kiểm tra để đảm bảo rằng
không xuất hiện màu đỏ trên đường viền của các thiết bị hay các dòng chảy.
Nếu tất cả đường viền là màu xanh nước biển, xanh dương(hay đen) có nghĩa
là đã cung cấp đủ thông tin để chạy chương trình. Có thể xem kết quả bằng
nhiều cách: đồ thị, báo cáo xuất
2.3. Phương pháp lựa chọn mô hình nhiệt động.
2.3.1. Cơ sở lựa chọn.
• Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp cho một ứng dụng cụ thể là một
bước rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ chính xác của kết quả
mô phỏng.
• Mỗi phương pháp nhiệt động cho phép tính các thông số sau:
- Hằng số cân bằng pha K: thể hiện sự phân bố cấu tử giữa các pha ở
điều kiện cân bằng.
- Enthapie của các pha lỏng và pha hơi: xác định năng lượng cần thiết
để chuyển một hệ từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái khác.

2
, CO
2
, H
2
S và không có cấu tử phân cực
nào khác nên chọn SRK, PR hoặc Benedict - Webb - Rubin - Starling (BWRS).
- Với loại khí chứa nhiều hơn 5% N
2
, CO
2
, H
2
S nhưng không có cấu tử
phân cực nào khác nên chọn SRK, PR và người sử dụng nên đưa vào các thông
số tương tác để thu được kết quả tốt hơn.
- Với hệ thống xử lý khí thiên nhiên có lẫn nước làm việc ở áp suất cao
(trong trường hợp này độ hoà tan của hydrocarbon trong nước sẽ tăng lên) nên
chọn các biến thể của các phương trình trạng thái như: SRKM, PRM hay
SRKS, SRKKD (Kabadi - Danner Modification to SRK).
- Khi khí thiên nhiên chứa các cấu tử phân cực như méthanol nên chọn
SRKM, PRM hay SRKS.
 Các quá trình hóa dầu:
• Quá trình xử lý hydrocarbon nhẹ:
- Ở áp suất thấp: SRK, PR.
- Ở áp suất cao: SRKKD.
• Xử lý hydrocarbon thơm:
- P < 2 bars: IDEAL.
- P > 2 bars: GS, SRK, PR.
• Xử lý hỗn hợp hydrocarbon thơm và hydrocarbon khác: NRTL,

2
S 3,7 0,32 0 0 0 0
H
2
202,91 13,16 0 0 0,01 0
METAN 152,83 1,69 0,04 0 0,03 0
ETAN 80,21 1,37 0,27 0,29 0,04 0
ETYLEN 81,77 0 0 0 0,03 0
PROPAN 148,08 0,83 1,26 3,92 0,14 0
PROPYLEN 532,5 0 0 0 0,48 0
i-BUTAN 297,95 0,06 0,89 5,9 0,45 0
n-BUTAN 95,58 0,4 2,96 26,01 0,17 0
i-Betene 146,25 0 0 0 0,23 0
1Butene 141,18 0 0 0 0,23 0
C2Butene 163,25 0 0 0 0,3 0
T2Butene 238,3 0 0 0 0,42 0
12BD 3,11 0 0 0 0,01 0
CP1 1086,09 0,25 0,02 0,51 3,18 0
CP2 1127,86 0,1 0 0 5,4 0
CP3 658,05 0,53 0 0 5,19 0
CP4 545,47 0 0 0 7,07 0
CP5 431,65 0 0 0 10,53 0
CP6 310,74 0 0 0 20,15 0
CP7 102,64 0 0 0 86,81 0
CP8 1,49 0 0 0 91,16 0
CP9 0,01 0 0 0 32,14 0
CP10 0 0 0 0 0,68 0
CP11 0 0 0 0 0,01 0
DEA 0 0 0 0 0 35,72
TỔNG 10220,63 18,84 5,54 36,64 266,1 868,78

- PM: khối lượng mol
- D: khối lượng thể tích
3.2. Thiết lập sơ đồ công nghệ cho phân xưởng của nhà máy lọc dầu
Dung Quất.
Quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung
Quấtn được thực hiện trên phần mềm PRO/II, các bước nguyên cứu tiến hành
tương tự cho hầu hết các quá trình khác như việc thiết lập sơ đồ bao gồm các
thiết bị có trong sơ đồ công nghệ như: Đường ống (dòng), thiết bị trao đổi
nhiệt, máy nén, thiết bị giản nở, bình tách Flash, tháp tách Distillation, máy
bơm, thiết bị Stream Calculator…
3.2.1. Sơ đồ công nghệ thực tế của nhà máy lọc dầu Dung Quất.
 Thuyết minh sơ đồ công nghệ:
Nguyên liệu đưa vào phân xưởng xử lý khí là các phân đoạn nhẹ đi ra từ
phân xưởng RFCC, phân xưởng NHT, và phân chưng cất khí quyển (CDU).
Các dòng nguyên liệu này được đưa vào thiết bị tách 3 pha D-1514. Khí đi ra
khỏi bình tách này được đưa đên bình tách D-1551, còn lỏng thì được đưa đến
đầu tháp T-1551. Khí đi ra khỏi bình tách D-1551 sẽ kết hợp với dòng LPG từ
phân xưởng CDU và lượng lỏng đi ra từ tháp T-1551 và lượng hơi đi ra từ tháp
T-1552 tiếp tục đưa xuống bình tách 3 pha D-1553. Khí ra khỏi bình tách đưa
đến tháp hấp thụ thứ nhất T-1551, lỏng được bơm đến tháp Stripper T-1552, và
nước chua được đưa đi xử lý.
Tại tháp T-1551, dòng khí đi ra từ bình tách D-1553 sẽ được đưa đến đỉnh
tháp, còn phần lỏng từ bình tách D-1514 được đưa vào đấy tháp. Khí đi ra khỏi
tháp được đưa đến đấy tháp hập thụ thứ 2 (T-1553), còn lỏng cho hồi lưu về lại
bình tách D-1553. Tại tháp T-1553 thì dầu được đưa vào trên đỉnh tháp, khí
đưa vào đáy tháp, quá trình hấp thụ xảy ra ở trong tháp. Khí ra khỏi tháp được
đưa đến bình tách D-1557 và sau đó được đưa đến đáy tháp hấp thụ T-1555.
Chất nghèo amin được đưa vào đỉnh tháp T-1555 để hấp thụ các tạp chất. Sau
khi hập thụ, khí đi ra khỏi đỉnh tháp là khí Fuel Gas, còn đáy là chất giàu amin
đem đi xử lý.

C, P = 0,4 kg/cm
2
g. Dòng lỏng H
2
O được lấy ra từ đáy được chia làm
2 phần, 1 phần cho hồi lưu lại phân xưởng và 1 phần đưa đến phân xưởng xử
lý nước chua, dòng khí được lấy ra ở đỉnh bình tách và dòng lỏng được lấy ra ở
đáy bình tách.
- Dòng khí ra khỏi bình tách D-1514 cho qua bình tách D-1553, để tách
các dòng lỏng nặng bị cuốn theo và loại bỏ các tạp chất như H
2
O, H
2
S…
Tháp D-1553 hoạt động ở T = 42
o
C, P = 0,3 kg/cm
2
g. Dòng lỏng ra
khỏi bình tách cho hồi lưu về lại bình tách D-1514, còn dòng khí ra khỏi
đỉnh được cho qua may nén để nén lên P = 15,1 kg/cm
2
g và sau đó tiếp
tục cho qua thiết bị làm lạnh cùng với dòng H
2
O được trích từ bình tách
D-1514. Dòng khí ra khỏi thiết bị làm lạnh có T = 40
o
C được đưa vào
bình tách 3 pha D-1553, cùng với dòng LPG từ CDU, lỏng đi ra từ đay

tách tiếp tục đưa đến phân xưởng xử lý LPG.
- Dòng lỏng ra khỏi bình tách 3 pha D-1514 được bơm P-1518 bơm đến
đỉnh tháp chưng cất T-1551 (Tháp Absorber) cùng với dòng khí đi ra
khỏi bình tách D-1553 được đưa đến đáy tháp T-1551. Tháp này gồm có
31 đĩa, P đỉnh = 14,8 kg/cm
2
g, P đáy = 15,1 kg/cm
2
g. Lỏng ra khỏi đáy
tháp cho hồi lưu về lại bình tách D-1553, khí ra khỏi đỉnh tháp được tiếp
tục đưa đến đáy tháp chưng cất T-1553 (Tháp Absorber). Tại tháp T-
1553, nguyên liệu đưa vào đỉnh tháp là Dầu nhẹ sau khi qua thiết bị trao
đổi nhiệt E-1563 và đưa qua bình tách D-1556 để loại bỏ H
2
0, H
2
S…
được đưa vào đỉnh tháp chưng. Tháp T-1553 gồm có 20 đĩa, P đỉnh =
14,4 kg/cm
2
g, P đáy = 14,7 kg/cm
2
g. Dầu nhẹ sau khi hập thụ sẽ được
lấy ra ở đáy tháp và cho qua thiết bị trao đổi nhiết E-1563 sau đó đưa trở
về lại tháp chưng cất T-1501. Khí ra khỏi thap T-1553 tiếp tục đưa qua
đay tháp T-1555 (Tháp Absorber Fuel Gas). Tháp T-1555 được hập thụ
bởi dung dịch DEA (Diethanolamin) được đưa vào đỉnh tháp. Tháp gồm
có 20 đĩa, P đỉnh = 13,7 kg/cm
2
g, P đáy = 14 kg/cm