ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

MỤC LỤC

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 1


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

LỜI NÓI ĐẦU
Các phần mềm mô phỏng có ý nghĩa đặc biệt quang trọng đối với ngành dầu
khí nói riêng và các ngành kĩ thuật khác nói chung. Nó cho phép người sử dụng tiến
hành các thao tác mô phỏng một quy trình đã có sẵn trong thực tế hoặc thiết kế một
quy trình mới nhờ có thư viện dữ liệu phong phú và chính xác với từng ngành khác
nhau. Một trong số đó chính là PRO/II, một phần mềm tính toán chuyên dụng trong
các lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung, đặc biệt trong lĩnh vực lọc hóa dầu
Quá trình nghiên cứu sơ đồ công nghệ rồi tiến hành mô phỏng nhằm mục
đích kiểm tra, so sánh chất lượng của các phân đoạn sản phẩm. Đồng thời qua quá
trình mô phỏng, chúng ta sẽ có các thông số cần thiết cho quá trình xây dựng hệ
thống điều khiển của phân xưởng sau này. Đó chính là nội dung được trình bày
trong đồ án: “mô phỏng cụm phân tách phân đoạn xăng và thu hồi khí (Gas
plant) của nhà máy lọc dầu Dung Quất bằng phần mềm PRO/II”
Nội dung đề tài bao gồm các chương sau:
-



GVDH: TS. Trương Hữu Trì

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Tổng quan về phân xưởng xử lý khí của nhà máy lọc dầu Dung Quất
1.1.1. Giới thiệu chung về đề tài
Đề tài này đề cập đến quá trình mô phỏng phân xưởng xử lý khí (Gas – Plant)
của nhà máy lọc dầu Dung Quất, phân xưởng xử lý khí nằm ở vị trí phía sau phân
xưởng chưng cất dầu thô. 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 hydrocacbon nhẹ và các tạp chất như H 2O, H2S, 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.

Hình 1: Các phân xưởng của nhà máy lọc dầu

Sản phẩm của chúng bao gồm các phân đoạn như sau:
- Phân đoạn C1, C2 dùng để làm nhiên liệu cho toàn bộ nhà máy, sản phẩm này
được gọi là Fuel Gas.
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 3


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

- Phân đoạn khí hóa lỏng chủ yếu là Propan và Butan thu hồi dưới dạng lỏng.

- Total Sulfur

: 332 ppm (wt)

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

ppm (wt)

Trang: 4


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

Bảng 1: Tiêu chuẩn của khí hóa lỏng LPG thương phẩm

Các thông số

Propan

Butan

Áp suất hơi ở 15 oC, Bar

6,5

0,8

20 oC, Bar


0,6

0,57

KJ/Kg oC

2,512

2,386

Kcal/Kg/ oC

0,58

0,55

Áp suất hơi bão hòa ở 15,6 oC, KJ/Kg

358,2

372,2

Nhiệt trị toàn phần, KCal/Kg

12000

11800

Nhiệt trị tối thiểu, Kcal/Kg


2900

2904

Thể tích riêng ở 15,6 oC, lit/ Kg

1.96 ÷
2.02

1.72 ÷ 1.76

 Naphta nhẹ: là hỗn hợp của các hydrocacbon lỏng dễ bay hơi. Các hydrocacbon
này có phân tử lượng lớn hơn Butane, thành phần chủ yếu là C5+. Để đảm bảo đặc
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 5


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

tính kỹ thuật vận chuyển, tàng trữ và chế biến, Naphta nhẹ phải được ổn định theo
các tiêu chuẩn thương mại.
Bảng 2: Tiêu chuẩn của Naphtha

Thông số

Tiêu chuẩn


0,732

kỹ thuật
từng sản
mà

các

đoạn nhẹ

máy lọc Đường cong chưng cất ASTM D – 86

của
phẩm
phân
của nhà
dầu

Dung

IP

39

Quất

cần phải

5


có giá trị

95

175

kinh tế,

sử dụng

EP

197

làm

Hàm lượng Olefin (wt %)

35

liệu cho

phân
xử lý khí
Plant) để
phân
nhẹ
các


điểm quốc gia của Việt Nam.
Nhà máy chiếm diện tích khoảng 338 ha mặt đất và 471 ha mặt biển. Công suất
chế biến của nhà máy lọc dầu Dung Quất là 6,5 triệu tấn/năm (tương đương 148.000
thùng/ngày) dự kiến đáp ứng khoảng 30% nhu cầu tiêu thụ xăng dầu ở Việt Nam.
Nhà máy được xây dựng với tổng mức đầu tư là hơn 3 tỉ USD (khoảng 45.000 tỉ
đồng) với tên dự án là Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất của chủ đầu tư là Tập đoàn
Dầu khí Việt Nam. Nhà máy lọc dầu Dung Quất là một tổ hợp phức tạp với hàng
chục phân xưởng như: chưng cất dầu thô ở áp suất khí quyển (CDU: Crude Distillation
Unit) , xử lý Naphtha bằng hyđro (NHT: Naphtha Hydrotreater), tái tạo chất xúc tác liên
tục, xử lý LPG, thu hồi propylene (PRU: Propylene Recovery Unit), xử lý Kerosene
(KTU: Kerosene Treating Unit), xử lý Naphtha từ RFCC (NTU: Naphtha Treating Unit),
xử lý nước chua (SWS: Sour Water Stripper), tái sinh Amine (ARU: Amine
Regeneration Unit), trung hoà kiềm (CNU: Caustis Neutralisation Unit) thu hồi lưu
huỳnh (SRU: Sulphur Recovery Unit), Isomer hoá (ISOM), xử lý LCO bằng hydro
(LCO - HDT)...
Ngoài ra còn có các công trình phục vụ như: hệ thống cấp điện, khu bể chứa dầu
thô và sản phẩm chiếm khoảng 85,83 ha; tuyến ống dẫn dầu thô và sản phẩm, cấp
và xả nước biển chiếm khoảng 94,46 ha, bến cảng xây dựng, khu xuất sản phẩm…

1.2.1 Các công nghệ của nhà máy lọc dầu 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), trong nhà
máy lọc dầu như:

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 7


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

Bảng 3: Tính chất của dầu Bạch Hổ

1

Tính chất

Đơn vị

Giá trị

Tỷ trọng ở 60/60 oF

-

0,8289

-

39,2

o

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

API

Trang: 8


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015


2,93

5

Hàm lượng H2S

ppm

0

6

Điểm chảy

7

o

F

91,4

Hệ số KUOP

-

12,3

8


12

Hàm lượng Vanadi

ppm

0,02

13

Hàm lượng Nickel

ppm

0,22

14

Hàm lượng nitrogen

% khối lượng

0,038

15

Cặn carbon condradson

%khối lượng


6,75

Độ nhớt ở 210 oF

cSt

2,01

Hàm lượng nhựa

% khối lượng

1,7

19

20

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 9


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

21


không cần phải cho qua DSV khi chuẩn bị nguyên liệu cho FCC, mặt khác do lượng
sáp nhiều nên phần cặn không thích hợp để sản xuất dầu nhờn mà thích hợp để xử
lý sâu nhằm sản xuất nhiên liệu.

1.2.2.2. Dầu Dubai
- Dầu thô Dubai là loại dầu trung bình, có tỷ trọng 0,8697 và độ API là 31,2. Có
hệ số KUOP =11,78 nên dầu thô Dubai được xếp vào loại trung gian naphthenicvà
parafenic.

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 10


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

- Dầu thô Dubai có hàm lượng S khá cao, khoảng 2,1% khối lượng, nên đây là
loại dầu chua. Tuy nhiên hàm lượng các tạp chất lưu huỳnh mang tính axit như RSH, H2S chủ yếu tồn tại ở dạng các hợp chất cao phân tử như disunfua, sunfua… ở
phần nặng của dầu thô.
- Hàm lượng asphatenen trong dầu thô tương đối cao làm cho dầu thô có độ
nhớt lớn và tỷ trọng cao. Mặt khác hàm lượng cặn trong dầu cao làm cho dầu thô
không là nguyên liệu tốt cho các quá trình xử lý xúc tác phần cặn.

1.2.3. Sản phẩm
Các sản phẩm của nhà máy lọc dầu:
- Khí hóa lỏng (cho thị trường nội địa)
- Propylen (cung cấp nguyên liệu cho hóa dầu)
- Xăng Mogas 90/92/95

NHT

CDUGAS

LPG

LEAN
OIL

DEA

Nhiệt độ ( oC)

45

40

50

52

45

55

Áp suất (kg/cm3
g)

0,85



71,53

0,00

0,00

0,00

0,06

0,00

CO

6,11

0,00

0,00

0,00

0,00

0,00

CO2

13,04


0,00

0,00

0,06

0,00

METAN

152,83

1,69

0,04

0,00

0,18

0,00

ETAN

80,21

1,37

0,27

PROPAN

148,08

0,83

1,26

3,92

0,71

0,00

PROPYLEN

532,5

0,00

0,00

0,00

1,96

0,00

i-BUTAN


0,00

0,00

0,00

0,95

0,00

1Butene

141,18

0,00

0,00

0,00

0,95

0,00

C2Butene

163,25

0,00


0,00

0,00

0,00

CP1

1086,09

0,25

0,02

0,51

17,18

0,00

CP2

1127,86

0,10

0,00

0,00


0,00

CP5

431,65

0,00

0,00

0,00

28,24

0,00

CP6

310,74

0,00

0,00

0,00

67,61

0,00


0,01

0,00

0,00

0,00

247,06

0,00

CP10

0,00

0,00

0,00

0,00

7,14

0,00

CP11

0,00


5,55

36,63

1500,00

868,7

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 13


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

8

6

Trong đó:
-

RFCC (Residue Fluid Catalytic Cracking): Phân xưởng Cracking xúc tác tầng sôi
cặn chưng cất khí quyển

-

NHT (Naphtha Hydrotreater): Phân xưởng xử lý Naphta bằng Hydro


648,4

CP2

65

78,1

702,4

CP3

90

88,9

737,5

CP4

110

98,4

761,5

CP5

130


210

155,5

860,7

CP10

230

168,1

881,4

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 14


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

CP11

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

250

181,5


Trang: 15


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

 Primary absorber

Primary absorber T-1551 thu hồi hầu hết C3 và C4 từ phần hơi của D-1553.
Phần lỏng ở đỉnh của cụm Fractionation được nạp vào đĩa trên cùng của T-1551.
Trong trường hợp vận hành Bạch Hổ Max Gasoline, một dòng Gasoline sẽ được
tuần hoàn từ đáy của Debutanizer về đỉnh T-1551 để đạt được sự thu hồi C 3 và C4
theo yêu cầu.
 Stripper

Stripper tách H2S và C2 và các cấu tử nhẹ hơn từ hỗn hợp LPG và Gasoline từ
D-1553 nạp vào đỉnh Stripper. Nhiệt độ của dòng nguyên liệu cho stripper được
điều khiển bởi TIC-723 bằng cách điều khiển lưu lượng của dòng HVN
pumparound tới E-1555. Nhiệt của Reboiler được cung cấp bởi hai reboiler nối tiếp
nhau. Reboiler thứ nhất E-1556 được gia nhiệt bởi dòng đáy của Debutanizer.
Reboiler thứ 2, E-1557, được gia nhiệt bởi dòng LCO pumparound từ cụm
Fractionation.
Lưu lượng dòng hơi từ đỉnh của stripper sẽ điều khiển lượng nhiệt cung cấp
cho E-1557 thông qua bộ điều khiển FIC-709. Lưu lượng dòng hơi, hay nói cách
khác công suất của reboiler được thiết lập để đáp ứng tiêu chuẩn thành phần C 2
trong sản phẩm đỉnh của Debutanizer.
Hơi từ đỉnh của stripper được ngưng tụ tại E-1554. Dòng lỏng ở đáy đưa đến
tháp Debutanizer T-1554 bằng bộ điều khiển FIC-714 với set point nhận từ bộ điều
khiển mức LIC-712.

được nạp vào đỉnh của T-1555. Nhiệt độ của dòng lean amine được điều khiển và
duy trì bằng bộ điều khiển TDIC-746 dựa trên chênh lệch nhiệt độ của dòng lean
amine và dòng gas vào T-1555, mục đích là để tránh ngưng tụ hydrocacbon.
Phần khí đỉnh được đưa tới bình D-1559 trước khi đưa đến hệ thống fuel gas.
Dòng rich amine đưa đến phân xưởng thu hồi amine bằng bộ điều khiển mức LIC730. Lượng amine tích tụ trong bình D-1559 được đưa đến phân xưởng thu hồi
amine bằng bộ điều khiển mức LIC-733. Áp suất trong hệ thống hay áp suất đỉnh
của T-1553 được điều khiển bởi PIC-733 bằng cách xả FG từ D-1559 ra hệ thống
FG
 Debutanizer

Debutanizer tách LPG từ gasoline.
Phần lỏng ở đáy của stripper được đưa tới đĩa 22 của Debutanizer T-1554. Hơi ở
đỉnh được ngưng tụ hoàn toàn trong condenser E-1561A/B. Áp suất trong T-1554
được điều khiển bởi PIC-745 bằng cách by-pass một phần hơi đỉnh qua thiết bị trao
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 17


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

đổi nhiệt E-1561A/B đến bình reflux drum D-1554. Lỏng ngưng tụ được bơm khỏi
D-1554 bằng P-1556A/B. Một phần chất lỏng được hồi lưu lại tháp bằng bộ điều
khiển FIC-721 được reset bởi TIC-754 trên đĩa thứ 8 ở phần đỉnh của tháp. Dòng
hồi lưu này kiểm soát tiêu chuẩn thành phần C 5 trong sản phẩm đỉnh. Phần còn lại
của chất lỏng đỉnh, sản phẩm LPG, được đưa tới LPG amine absorber T-1556 sau
khi làm lạnh tại E-1562, lưu lượng được điều khiển bởi bộ FIC-723 reset bằng LIC742.
Tháp được gia nhiệt lại bằng reboiler E-1560A/B. Nhiệt cung cấp cho reboiler lấy

3.1.1. Giới thiệu chung
Trong xã hội phát triển ngày nay, nhu cầu về năng lượng là một nhu cầu không
thể thiếu trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các hoạt động công nghiệp nói
chung. Một trong những nguồn cung cấp năng lượng rất quan trọng là dầu khí −
ngành công nghiệp đóng góp không nhỏ vào nguồn thu nhập của các quốc gia. Bởi
vậy các quốc gia, kể cả các nước không có nguồn dầu khí đã và đang xây dựng cho
mình một nền công nghiệp lọc dầu hiện đại, đáp ứng nhu cầu tiêu dùng năng lượng
không những ở trong nước mà còn cung cấp cho các nước khác. Việc thu hồi tối đa
những sản phẩm có hiệu quả kinh tế cao luôn là vấn đề được các nhà dầu khí quan
tâm.
Để không ngừng cải thiện năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các công
trình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành. Và trên hết nhờ sự phát
triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ cao, các
hệ điều hành siêu việt đã góp phần to lớn cho sự ra đời của các phần mềm mô
phỏng.
Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một cách
hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố
ảnh hưởng đến một quá trình đang hoạt động trong thực tế.Tốc độ của công cụ mô
phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trong cùng thời gian với độ chính
xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay. Hơn nữa, chúng ta có thể tự động hóa
quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việc phải thực hiện các phép tính
lặp không có cơ sở hoặc mò mẫm. Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một mô hình mẫu
để nghiên cứu sự vận hành của một phân xưởng khi thay đổi nguồn nguyên liệu
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 19


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015



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.
SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 20


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

Trang: 21


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

a. PRO/II (SIMSCI- Mỹ): sử dụng trong công nghiệp lọc hóa dầu.
b. HYSYS (HYPROTECH - Canada): sử dụng trong công nghiệp chế biến khí
c. ASPEN PLUS (ASPENTECH - Mỹ)
d. DESIGN II (CHEMSHARE - Mỹ): sử dụng trong công nghiệp hóa học nói chung.
e. PROSIM: Sử dụng trong công nghiệp hóa học.
Các phần mềm này đều có khả năng tính toán cho các quá trình lọc hóa dầu, tuy
nhiên mỗi phần mềm có ưu điểm vượt trội cho một quá trình nào đó. Đa số các phần
mềm chạy trên hệ điều hành DOS, chỉ có PRO/II và HYSYS chạy trên môi trường
Windows.
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.

3.2 Phần mềm PRO/II
3.2.1 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

cần thiết cho quá trình tính toán.
Khả năng truyền dữ liệu: khi PRO/II được cung cấp một thông tin mới, chương
trình sẽ thực hiện các tính toán có thể rồi truyền kết quả mới này đến mỗi thiết bị có
thể sử dụng chúng. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi tất cả các tính toán nhờ
thông tin mới này được hoàn tất.
Khả năng tự động tính toán lại: khi người thiết kế loại bỏ một thông số nào đó,
chương trình sẽ loại bỏ tất cả các kết quả tính được từ thông số đó, các kết quả
không liên quan sẽ được giữ lại.
Kết quả chạy PRO/II có thể xuất qua các chương trình khác như Word, Excel,
Autocad...

 PRO/II được ứng dụng để:
-

Thiết kế quy trình mới

-

Nghiên cứu việc chuyển đổi chế độ hoạt động của nhà máy

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 23


ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP 2014-2015

-

Hiện đại hóa các nhà máy hiện có

Quá trình FCC

-

Các quá trình tách khí

-

Quá trình ổn định naphta và gasoline

-

Quá trình tách naphta

-

Quá trình alkyl hóa

-

Chưng cất chân không

-

Stripping hơi nước

 Trong quá trình xử lý khí:
-

Rửa Amine


Tách hợp chất thơm

-

Tách propylene.

-

Sản xuất cyclohexane

-

Sản xuất ethylene

-

Sản xuất olefine

-

Tách MTBE

GVDH: TS. Trương Hữu Trì

 Trong công nghệ hóa học:
-

Tổng hợp amoni



Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)

-

Thiết bị làm nguội, đun nóng (Cooler, Heater)

SVTH: Nguyễn Hữu Trấn

Trang: 25