MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .....................................................................................3
1.1. Tổng quan về tháp debutanizer trong nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất
3
1.1.1.

Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Dung Quất ..........................................3

1.1.2.
Giới thiệu phân xưởng reforming xúc tác liên tục (CCR) của nhà máy
lọc dầu Dung Quất. .............................................................................................5
1.1.3.

Giới thiệu tháp debutanizer trong phân xưởng CCR...........................9

1.2. Tổng quan phần mềm Indiss ....................................................................10
1.2.1.

Tổng quan về mô phỏng ....................................................................10

1.2.2.

Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Indiss ........................................13

1.3. Lý thuyết phân riêng hệ nhiều cấu tử bằng chưng cất ..........................19
CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU .................................................................................24
2.1. Mô phỏng ....................................................................................................24
2.1.1.

2.3. Khảo sát các thông số hoạt động của tháp ..............................................52
2.3.1.

Phân tích ưu, nhược điểm của các thông số thiết kế .........................52

2.3.2.

Phân tích ảnh hưởng nhiệt độ tháp ....................................................53


2.3.3.

Phân tích ảnh hưởng áp suất đỉnh tháp ..............................................55

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................58
3.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ của tháp .........................................................58
3.2. Kết quả khảo sát áp suất của tháp ...........................................................59
3.3. Kết quả khảo sát năng lượng tiêu thụ .....................................................60
KẾT LUẬN ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................63


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NMLD

Nhà máy lọc dầu

CCR

Phản ứng reforming xúc tác liên tục


CDU

Phân xưởng chưng cất dầu thô

LPG

Khí hóa lỏng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1: Một số mô hình trong phần mềm Indiss ..................................................31
Bảng 2. 2: Các thông số của tháp .............................................................................36
Bảng 2. 3:Bảng kết quả khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đỉnh của tháp .......................54
Bảng 2. 4:Bảng kết quả khảo sát ảnh hưởng áp suất của tháp ................................55
Bảng 2. 5:Bảng kết quả khảo sát ảnh hưởng năng lượng cấp cho tháp ...................56
Bảng 3. 1:Bảng số liệu năng suất và chất lượng sản phẩm với nhiệt độ tháp lựa
chọn ...........................................................................................................................59
Bảng 3. 2:Bảng kết quả sản phẩm khi tháp làm việc ở áp suất 9.77kg/cm2 ............60
Bảng 3. 3:Bảng kết quả năng suất và chất lượng sản phẩm khi sử dụng lượng hơi
đốt là 6283kg/h ..........................................................................................................61
Bảng 3. 4:Bảng kết quả tối ưu cho tháp....................................................................63


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 : Sơ đồ nhà máy lọc dầu Dung Quất ...........................................................5
Hình 1. 2 : Cấu tạo lò phản ứng trong công nghệ CCR .............................................6
Hình 1. 3 : Sơ đồ công nghệ CCR của UOP ...............................................................7
Hình 1. 4 : Sơ đồ khối của phân xưởng. .....................................................................8
Hình 1. 5 : Sơ đồ c ng nghệ hu vực tháp


Hình 2. 18: Hình ảnh thay đổi của một số tín hiệu đo và ộ điều khiển trên trend .51
Hình 3. 1: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đĩa 8 với năng suất và chất lượng
sản phẩm ...................................................................................................................58
Hình 3. 2: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng áp suất với năng suất sản phẩm và chất lượng
sản phẩm ...................................................................................................................60
Hình 3. 3: Đồ thị khảo sát ảnh hưởng năng lượng cấp nhiệt với năng suất và chất
lượng sản phẩm .........................................................................................................61


MỞ ĐẦU
Dầu mỏ là nguồn nguyên liệu quan trọng đặc biệt mang tính chiến lược trong
thế giới văn minh hiện nay. Chính vì thế mà không những các nước đã khai thác
được dầu mỏ trên những nước phát triển, mà những nước đủ lớn phải tìm cách tự
chế biến dầu mỏ. Việt Nam cũng đang trong giai đoạn đầu tư vào công nghiệp khai
thác và chế biến dầu mỏ, hiện tại đã có nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất đi vào hoạt
động, và một số nhà máy khác đang trong quá trình xây dựng.
Nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất được xây dựng và vận hành theo các thông
số thiết kế. Sản phẩm thực tế đạt được còn khác nhiều so với yêu cầu thiết kế đặt ra.
Nên vấn đề đặt ra là phải tìm ra các thông số hoạt động phù hợp cho thiết bị của nhà
máy đang hoạt động. Nhưng thiết bị đang hoạt động và nằm trong dây chuyền hoạt
động của nhà máy nên không thể kiểm tra và cải tiến hoạt động thiết bị đang sản
xuất được. Cần phải có phương tiện mô phỏng lại hoạt động của nhà máy theo các
thông số thiết kế và từ đó kiểm tra xu hướng quá trình để tìm được vùng hoạt động
tốt của tháp để cho hiệu quả kinh tế cao, sau đó mới đưa kết quả tìm được vào thực
tế sản xuất.
Phần mềm mô phỏng Indiss là phần mềm mô phỏng động được xây dựng trên
cơ sở nhiệt động hóa học, động học quá trình, các phương trình cân bằng vật chất,
cân bằng năng lượng, …Phần mềm này hoàn toàn đáp ứng về tiêu chí sử dụng làm
công cụ hỗ trợ để mô phỏng lại quá trình công nghệ và sử dụng rất tốt để kiểm tra
ảnh hưởng của các thông số tới quá trình công nghệ.

-

Chương 3: Kết quả và thảo luận
Em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Minh Tân đã tạo điều kiện giúp đỡ em

hoàn thành bài luận văn này.

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về tháp debutanizer trong nhà máy lọc hóa dầu Dung Quất

1.1.1. Giới thiệu về nhà máy lọc dầu Dung Quất
Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất thuộc Khu kinh tế Dung Quất, là nhà
máy lọc dầu đầu tiên củaViệt Nam xây dựng thuộc địa phận xã Bình Thuận và Bình
Trị, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi. NMLD Dung Quất sử dụng các công nghệ
hiện đại, mua bản quyền công nghệ từ các công ty rất nổi tiếng về công nghệ như
UOP (Mỹ), MERICHEM (Mỹ) và IFP (Pháp).
Các phân xưởng chính trong NMLD Dung Quất:
Cụm phân xưởng xử lý nguyên liệu naphtha bằng hydro và phân xưởng
Reforming xúc tác liên tục (NHT-CCR): phân xưởng này nhằm nâng cao chỉ số
octan (RON) của xăng nặng đi ra từ quá trình chưng cất khí quyển dầu thô (CDU),
làm nguyên liệu phối trộn xăng thương phẩm. Mặc khác phân xưởng này sản xuất
một lượng H2 để cung cấp cho các phân xưởng sử dụng 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 sản phẩm, khả năng
tái sinh xúc tác cao và yêu cầu về bảo dưỡng thấp.

Phân xưởng đồng phân hóa Naphta nhẹ (ISOMER)



Phân xưởng Reforming xúc tác liên tục (CCR)



Phân xưởng xử lý Kerosen (KTU)



Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi cặn chưng cất khí quyển

(RFCC)


Phân xưởng xử lý Naphta của phân xưởng RFCC (NTU)



Phân xưởng xử lý LCO bằng hydro (LCO-HDT)



Phân xưởng xử lý LPG (LTU)



Phân xưởng thu hồi Propylen (PRU)



Dầu hỏa



Nhiên liệu phản lực Jet A1



Diezel ô tô



Dầu đốt (FO).

Nhà máy được thiết kế để vận hành hai loại nguyên liệu:
4




6.5 triệu tấn dầu Bạch Hổ/năm (Trường hợp dầu ngọt)



5.5 triệu tấn dầu Bạch Hổvà 1triệu tấn dầu Dubai/năm (Trường hợp

dầu chua)
Nhà máy lọc dầu Dung Quất là một trong những dự án kinh tế lớn, trọng điểm



Toàn bộ hệ thống được vận hành liên tục.



Lớp xúc tác sau khi ra khỏi hệ thống phản ứng được đưa ra ngoài để

tái sinh trong một hệ thống tái sinh riêng. Sau đó được quay trở lại hệ thống phản
ứng.


Cấu tạo một lò phản ứng dạng ống thẳng với lớp xúc tác chuyển động

dùng trong công nghệ CCR được mô tả trên hình sau:

Hình 1. 2 : Cấu tạo lò phản ứng trong công nghệ CCR

6


Cấu tạo theo mặt cắt dọc lò phản ứng reforming xúc tác kích thước lò phản
ứng thay đổi trong khoảng: Đường kính 1,5 – 3,5m, Chiều cao 4 – 12m, Thể tích
lớp xúc tác 6 – 80 m3
Công nghệ CCR của Dung Quất mua công nghệ của UOP, nguyên tắc công
nghệ UOP như sau:
Thiết bị phản ứng được xếp chồng lên nhau . Xúc tác đi từ trên xuống qua hệ
thống thiết bị phản ứng, sau đó tập trung lại và được nâng lên thiết bị tái sinh nhờ
khí nâng. Sau khi tái sinh, chất xúc tác được đưa trở lại thiết bị phản ứng thứ nhất.
Nhờ được lấy ra từng phần và tái sinh liên tục mà hoạt tính xúc tác ổn định cao hơn

8


thiết bị phản ứng thứ 4 (R-1304) được quay trở lại lò tái sinh nhờ lift nâng khí N2
để hoàn nguyên xúc tác.
Hỗn hợp sản phẩm ra khỏi thiết bị phản ứng R-1304 qua thiết bị trao đổi nhiệt
và thiết bị làm lạnh rồi vào thiết bị phân tách D-1301. Khí không ngưng được đưa
vào thiết bị tách khí, phần lớn khí được n n lại nhờ máy n n khí C-1301và tuần
hoàn trở lại lò phản ứng. Phần lỏng được đưa vào tháp ổn định debutanizer T-1301
để tăng độ ổn định của xăng. Sau khi đi qua tháp T-1301 sẽ thu được LPG (chủ yếu
gồm C3

C4 ) ở trên đỉnh và dưới đáy là reformate được đưa đến thùng chứa sản

phẩm.
1.1.3. Giới thiệu tháp debutanizer trong phân xưởng CCR
Nguyên lý làm việc

Hình 1. 6 : Sơ đồ c ng nghệ hu vực tháp

utaniz

Tháp debutanizer T-1301 là một tháp chưng cất, với mục đích tách phần nhẹ
LPG ( gồm hỗn hợp

C4, chủ yếu là C3

C4 ) từ hỗn hợp lỏng đi từ bình phân

tách D-1301 sang nhằm tăng độ ổn định của xăng và giảm áp suất hơi bão hòa, đồng


C6, trong đó thành phần

mole.

Tổng quan phần mềm Indiss

1.2.1. Tổng quan về mô phỏng
Hiện nay số lượng các phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực CNHH rất lớn,
trong đó phải kể đến một số phần mềm mạnh và nổi tiếng như : PRO/II, Dynsim
(Simsci); IINDISS, HYSIM, HYSYS, HTFS, STX/ACX, BDK (Hyprotech);
PROSIM, TSWEET (Bryan research & engineering); Design II (Winsim); IDEAS
Simulation; Simulator 42 … Trong đó, phổ biến là PRO II, Hysys, Dynsim và trong
công nghiệp hay sử dụng phần mềm INDISS.
 Khái niệm mô phỏng:
Mô phỏng (simulation) là phương pháp mô hình hóa dựa trên việc thiết lập mô
hình số và sử dụng phương pháp số để tìm ra lời giải với sự trợ giúp của máy vi tính
[4]. Để mô phỏng một quá trình trong thực tế đòi hỏi:


Mô hình nguyên lí: Nguyên lí của quá trình và mối liên hệ giữa các

thông số liên quan.
10




Mô tả toán học : dùng các công cụ toán học để mô tả mô hình nguyên


Một số phần mềm mô phỏng thông dụng:


ProII:
Pro II là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghệ hóa

học nói chung, đặc biệt là trong lĩnh vực lọc hóa dầu, polymer, hóa dược… Đây là
phần mềm tính toán rất chính xác các quá trình chưng cất. Pro II là sản phẩm của
SIMSCI, được hình thành năm 1967 và được sử dụng chính thức vào năm 1988.
Phiên bản mới nhất hiện nay là Pro II 8.1.

11


Pro II vận hành theo các modul liên tiếp, mỗi thiết bị được tính riêng lẽ và lần
lượt tính cho từng thiết bị. Nó bao gồm các nguồn dữ liệu phong phú : thư viện các
cấu tử hóa học, các phương pháp xác định các tính chất nhiệt động, trợ giúp rất
mạnh trong việc tính toán các thiết bị trong sơ đồ công nghệ.
Pro II là công cụ mô phỏng tĩnh, được sử dụng nhằm 2 mục đích chính :
-

Thiết kế một phân xưởng mới (Sizing)

-

Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng trong thực tế để nghiên

cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự vận hành của nó (Rating) như : thay đổi nguồn
nguyên liệu, điều kiện vận hành hoặc tiêu chuẩn kỹ thuật của sản phẩm…


thời gian thực. Hiện nay, phiên bản mới nhất là Dynsim 4.2.
Dynsim có nhiều tính năng vượt trội trong việc mô phỏng động như:
-

Cho kết quả tính toán rất nhanh và chính xác trong quá trình mô phỏng

động.
-

Các thiết bị chính trong sơ đồ công nghệ, thiết bị điều khiển, vận hành và

khả năng đáp ứng của chúng rất thật.
-

Có thể mô phỏng một sơ đồ công nghệ lớn trong nhà máy với nhiều phân

xưởng, trong đó mỗi phân xưởng có thể mô phỏng trên một Flow-sheet và kết nối
với nhau.
-

Giao diện rất thân thiện.

Dynsim là một công cụ hỗ trợ rất mạnh trong việc mô phỏng động các quá
trình trong công nghệ hóa học nói chung và lọc hóa dầu nói riêng. Với khả năng kết
nối dữ liệu thiết kế với Pro II, nó tạo ra bộ đôi phần mềm mô phỏng cực kì hiệu quả
và chính xác, đáp ứng yêu cầu trong nghiên cứu, giảng dạy trong các trường đại
học, viện nghiên cứu. Hơn nữa, nếu làm một phép so sánh kinh tế, rõ ràng giá thành
khi thuê hoặc mua phần mềm cực kỳ nhỏ so với giá của một pilot, mặc dù kết quả
của chúng đưa ra có thể nói là rất khớp nhau.
1.2.2. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Indiss

Sự phân bố dòng chảy trong hệ thống đường ống đạt được chính xác thông
qua việc tính toán toàn hệ thống mạng đường ống trong Indiss dựa trên hệ số dòng
chảy. Mỗi phần đường ống được mô phỏng bằng mô hình van trong Indiss với đặc
trưng của van là Cv van, Mỗi mô hình van đều đặc trưng cho một chế độ dòng chảy
và Indiss tính toán dựa trên định luật Bernoulli
Thành phần của Indiss: trước tiên Indiss sẽ mô phỏng lại các thiết bị, van, bộ
điều khiển… có trong bản vẽ thiết kế chi tiết (P&ID) rồi vận hành theo yêu cầu
mong muốn đạt được. Sau khi điều khiển vận hành được công nghệ thì cần xây
dựng giao diện graphic để quan sát và vận hành trên đó (người vận hành chỉ được
phép thực hiện các tác động từ graphic).
Để làm việc được với phần mềm cần có:
File cài đặt, một key, và mật khẩu licence của key.
Indiss có chứa các file làm việc như sau:

14




File “.sim”: là file chứa tất cả các thành phần và các đặc tính của thiết

bị, thiết bị điều khiển… mà đã đưa từ thư viện ra mô phỏng.


File “.wsm”: Là file chứa hình ảnh mô phỏng sơ đồ bản vẽ với những

dữ liệu của các thiết bị mặc định ban đầu của chúng từ thư viện. File này chỉ lưu giữ
hình ảnh sơ đồ (construction) đã xây dựng.



công nghệ vào phần mềm Indiss: Từ bản vẽ thiết kế sơ đồ công nghệ, các kỹ sư mô
phỏng sẽ có khái niệm khái quát về quá trình công nghệ mà mình chuẩn bị sẽ mô
phỏng trên Indiss.

15


Hình 1. 7: Một phần sơ đồ công nghệ của phân xưởng CDU trong Dung Quất
Bản vẽ sơ đồ công nghệ (PFD) chỉ có chúng ta một cái nhìn tổng quan về công
nghệ, còn để mô phỏng quá trình này đúng trong thực tế thì cần phải đọc và hiểu
bản vẽ chi tiết P&ID. Trong bản vẽ thiết kế đường ống và điều khiên (P&ID) sẽ có
các thiết bị, các van và các thiết bị điều khiển, các đèn báo…

16


Hình 1. 8: Sơ đồ công nghệ chi tiết bình cấp nước cho bình tách muối (desalter) của
phân xưởng CDU trong Dung Quất
Từ bản vẽ trên giấy được chuyển vào trong phần mềm mô phỏng Indiss như
sau:

17


Hình 1. 9: Sơ đồ công nghệ chi tiết bình cấp nước cho
trong Indiss

salt

được mô phỏng

chưng cất nhiều cấu tử nồng độ đạt được tại từng bậc chưng cất có thể xác định trên
đồ thị y-x bằng cách dựa vào các phương trình cân bằng vật chất cho đoạn phía trên
19