Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa : HOÁ KỸ THUẬT
Bộ môn : Kỹ thuật Dầu Khí
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên :

ĐOÀN VĂN HIẾU

Lớp

:

10H5

Ngành

:

Công nghệ Hoá Học – Dầu và Khí




Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Thông qua Bộ môn

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Ngày….. tháng….. Năm 2015

(Ký và ghi rõ họ tên)

TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

GVC. TS. Lê Thị Như Ý

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 2

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Kỹ thuật Pinch technology cung cấp cho người thiết kế một công cụ thuận tiện
để phân tích quá trình thu hồi nhiệt tại các nhà máy hóa chất, hóa dầu và đặt biệt là
trong lĩnh vực lọc dầu. Bằng cách xây dựng đường tổ hợp (Composite curve và Grand
composite curve) cho các dòng công nghệ nóng và nguội trong quá trình, kỹ thuật
Pinch technology giúp chúng ta tính toán lượng nhiệt cần cấp thêm vào hay lấy bớt ra
khỏi quá trình một cách dễ dàng thông qua lựa chọn giá trị Dtmin thích hợp của hệ
thống trao đổi nhiệt.
Đề tài của tôi là: “Mô phỏng phân xưởng Chưng Cất Dầu Thô và Áp dụng
Pinch technology để đánh giá hệ thống thu hồi nhiệt ”, trên cơ sở kiến thức cơ bản
của kỹ thuật Pinch, ứng dụng phần mềm Aspen HX – Net, Excel tôi đã hoàn thành đồ
án này. Đồ án bao gồm 2 phần chính:
− Mô phỏng phân xưởng Chưng cất Dầu Thô(CDU) trên hysys
− Ứng dụng kỹ thuật Pinch và phần mềm Aspen HX – Net để tính toán
lượng nhiệt thu hồi của phân xưởng CDU.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS. TS Nguyễn Đình Lâm đã giúp tôi
hoàn thành đồ án này đúng hạn.

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 4

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Trong quá trình làm, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là
điều khó tránh khỏi. Rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô giáo và các bạn để đề

Cung cấp nguyên liệu để phát triển nghành 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 9.6 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 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.

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 6

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Đơn vị

Giá trị

-

0.8765

API

-

29.9

d154

kg/dm3

0.8760

2

Hàm lượng Lưu huỳnh

%m

2.65

3


7

Asphaltenes

%m

2.5

8

Hàm lượng Sodium

Ppm

3.3

9

Hàm lượng Sắt

Ppm

0.7

10

Hàm lượng Vanadium

Ppm


mgKOH/g

0.045

Độ nhớt ở 20oC

CSt

22.73

Độ nhớt ở 50oC

CSt

8.88

Hàm lượng sáp

%m

3.8

Tỉ trọng tiêu chuẩn (SG)
1

15
16

o


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 nhà máy lọc dầu Nghi Sơn
đưa ra trong Bảng 1.2.

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 9

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Bảng 1.2 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG
Tiêu chuẩn

Phương pháp

Tỷ trọng (ở 15oC), kg/l

0,5

ASTM D1657

Áp suât hơi Reid (RVP) , kPa

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. Tiết kiệm nhiên liệu RON98 sẽ được giới thiệu do việc sử dụng
các siêu xe. Do đó, các nhà máy lọc dầu Nghi Sơn được quy hoạch để sản xuất ba loại
xăng: RON92, RON95 và RON98.

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 10

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

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

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

• Nhiên liệu phản lực (JA1)
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, max

0,1

TCVN 2708:2002, ASTM D1266-98

Mercaptan, %kl, max

0,003


Chỉ số Cetane
Phần cất

50%

o

C

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

50>/350>
48
wt%

0.01>

Nước
Nước và tạp chất
Tạp chất

mg/kg
vol%
mg/l

100>
10

Tỷ trọng (15 oC)

kg/l

1>

Màu
Độ ổn định OXH

mg/100ml

2>
2.5>

Điểm chớp cháy


• 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.
Bảng 1.6 Tiêu chuẩn chất lượng của FO
Tiêu chuẩn

Đơn vị

Lưu huỳnh

wt%

1.0>

Tỷ trọng (15oC)

Kg/l

0.991>

Độ nhớt động học
(50oC)

cSt

380>

o


Tạp chất
Nhiệt trị
Vanadium
Natri

wt%
cal/g
wtppm
wtppm

0.15>
9800

100>

Điểm chớp cháy

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 13

Phương pháp đo
TCVN 6701:2000
(ASTM D2622)/ D129/
D4294/
TCVN2708:2002
(ASTM D 1266-98)
TCVN 6594:2000
ASTM D1298
TCVN 3171:2003

Phương pháp đo

Độ tinh khiết, %wt

99,9>

ASTM D4492

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm

1,0

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).
Dầu thô lạnh 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 dầu thô lên đến nhiệt

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 15

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

độ mong muốn (khoảng 340-360oC) 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

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

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 16

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp
-

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

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.

Tối đa Kero

Tối thiểu Kero

160
224
360

176
220
360

Trang 17

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Bảng 2.9 Tiêu chuẩn của sản phẩm
Tiêu
chuẩn sản
phẩm
(chú ý 1)

Các sản phẩm

Cơ bản

143

144

176
217
234

183
219
236

174
219
236

176
217
234

38

43

36

38

Kerosene
ASTM D86 IBP (oC)


55 min

84

85

85

83

Bảng 2.10 Tiêu chuẩn của quá trình phân tách
Giá trị
(chú ý 2)

GAP
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.
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.

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.

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 19

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Chương 3 MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG CHƯNG
CẤT KHÍ QUYỂN CỦA NHÀ MÁY LỌC DẦU
NGHI SƠN BẰNG PHẦN MỀM HYSYS
3.1 Cơ sở dữ liệu
3.1.1 Nguyên liệu
- Nguyên liệu của nhà máy lọc dầu Nghi Sơn là dầu thô Kuwait và dầu thô
Murban, tuy nhiên trong thiết kế cơ bản ta sử dụng 100% dầu thô Kuwait.
- Công suất: 200000 thùng/ngày = 9.66 triệu tấn/năm.
- Tổng số giờ làm việc trong năm: 8320 h/năm.
Các tính chất hóa lý của dầu thô Kuwait lấy theo kết quả phân tích của PetroTech
Intel năm 2004trong tập 3550-8110-PD-0003 Rev D3 (CRUDE OIL ASSAY) của
hãng Foster Wheeler Energy LTD.
Bảng 3.1 Một số tính chất của dầu thô Kuwait

cSt
cSt
cSt

Trang 20

22.73
11.41
8.88

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

 Đường cong TBP:
Bảng 3.2 Số liệu đường cong TBP của dầu thô Kuwait.
Nhiệt độ sôi(°C)

% thể tích

70

7.53

85

9.58




Thành phần Hydrocarbon nhẹ (Lightends)

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 21

SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Bảng 3.3 Số liệu các thành phần nhẹ của dầu thô Kuwait
Cấu tử
C2
C3
iC4
nC4
iC5
nC5
Cyclopentan
n-C6
2-Methylpentane
3-Methylpentane
2,2-Dimethylbutane
2,3-Dimethylbutane

Điểm cắt các sản phẩm
Products

Naphtha/ Kerosene
Kerosene/ Gasoil
Gas Oil/ Atm.
Residue
•

Base Case/ Cold
Reflux / Murban
Case
165
220
360

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

TBP cut point(0C)
Maximum Kero
Case

Minimum Kero
Case

160
224
360

176


Murban
(chú ý 3)

Full Range Naphtha
ASTM D86 90% vol (oC)

155 max
(chú ý 5)

144

154

142

144

143

148

143

144

176
217
234


(chú ý 4)
205 max
230 max
300 max
38 min
(chú ý 4)

ASTM D86 90% vol (oC)

360 max
(chú ý 2)

350

360

360

348

Flash point ASTM D93/
D3828 (oC)

55 min

84

85

85


SVTH: Đoàn Văn Hiếu


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

3.2.1 Chọn mô hình nhiệt động
Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp là một bước rất quan trọng trong quá
trình mô phỏng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình tính toán.
Mỗi mô hình cho phép tính toán các thông số:
-

Hằng số cân bằng pha K: thể hiện sự phân bố các cấu tử giữa các pha ở điều

-

kiện cân bằng
Enthalpy của các pha lỏng và hơi: là năng lượng cần thiết để chuyển một hệ
từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái nhiệt động khác, nhằm phục vụ
tính toán chính xác các quá trình nén, giản nỡ và năng lượng tự do tối thiểu

-

ở các thiết bị phản ứng
Tỉ trọng của pha lỏng và pha hơi: để tính toán quá trình truyền nhiệt, trở lực
và xác định kích thước tháp chưng cất

Để lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp, nên dựa cào các yếu tố:

Khoa Hóa – Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

thì kết quả tính của Pro/II cũng sẽ không chính xác. Chất lượng các dòng sản phẩm sẽ
xấu hơn hoặc tốt hơn. Bởi vậy, khi chạy Pro/II cần phải so sánh với các chỉ tiêu trong
các tài liệu như Basic of Design, mass balance…
3.2.2.1 Lưu lượng nguyên liệu và các dòng sản phẩm chính
- Nguyên liệu: Dầu thô Kuwait, lưu lượng 1160700 (kg/h).
- Các sản phẩm:
Bảng 3.4: Lưu lượng các phân đoạn sản phẩm (Base case)
Sản phẩm
Khí và xăng
Kero
AGO
Residue

Lưu lượng (kg/h)
227822
89659
244792
626118

3.2.2.2 Các điều kiện vào trước tháp của dầu thô
Theo tài liệu PFD, dòng dầu thô ban đầu được bơm từ bể chứa có nhiệt độ
o
30 C và áp suất 1kPag đi vào hệ thống tiền gia nhiệt và đi tới thiết bị tiền bốc hơi (Pre
Flash Drum), sau đó mới đi vào tháp tách chính 010-C-001 với 2 dòng nhập liệu. Do
đó ta sẽ nhập số liệu cho dòng dầu thô với áp suất và nhiệt độ trước khi đi vào thiết bị
tiền bốc hơi (200oC và 695kPag). Sau đó dòng hơi đi qua một vavle giảm áp đạt áp
suất 117 kPag, dòng lỏng qua lò đốt đạt nhiệt độ 358 oC và áp suất 155kPag trước khi
đi vào tháp chính.


175

340

Stripping KER

Steam
3

3400

175

340

Stripping AGO

GVHD: PGS. TS. Nguyễn Đình Lâm

Trang 25

SVTH: Đoàn Văn Hiếu