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



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



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


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


4.62

Nhập các thông số cho các stripper:..............................................................57

4.63

Nhập các thông số cho bình tách:.................................................................58

Chương 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................59
5.1

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 VỀ NHÀ MÁY LỌC DẦU 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:
-



400.000 tấn polypropylene.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 5


1.3
1.3.1

-

600.000 tấn nhiên liệu phản lực JET A1.

-

1 triệu tấn khác hóa dầu và 0,5 triệu tấn LPG.
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

Giá trị


Tỉ trọng tiêu chuẩn (SG)

-

0.8765

API

-

29.9

d154

kg/dm3

0.8760

2

Hàm lượng Lưu huỳnh

%m

2.65

3


7

Asphaltènes

%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

o

1

15
16


Bảng 1.2 Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của LPG

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 9


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

- 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

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 10

98
88

Phương pháp đo
TCVN 2703:2002
ASTM D2699

ASTM D1319
TCVN 7330:2003
ASTM D1319

Nhiên liệu phản lực Jet A1
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,


Mức
0.05%S,0.25%

Phương pháp đo
TCVN 6701:2000

min

S
46
-

ASTM D2622/ D5453
ASTM D4737

max

360

min

55
Trang 11

TCVN 2698:2002
ASTM D86
TCVN 6608:2000


kín, oC


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>



Bảng 1.6 Tiêu chuẩn chất lượng của FO

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 13


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 14

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 15


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

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/
Murban
Naphtha/ Kerosene
Kerosene/ Gas Oil
Gas Oil/ Atm. Residue

(chú ý 1)
165
220
360

Tối đa Kero

Tối thiểu Kero

160
224
360

(chú ý 3)

Murban
(chú ý 3)


ASTM D86 90% vol (oC)

155 max
(chú ý 5)

144

154

142

144

143

148

143

144

176
217
234


85

85

83

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
(chú ý 4)
205 max
230 max
300 max
38 min
(chú ý 4)
360 max
(chú ý 2)
55 min


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 19


Chương 3

CHƯNG CẤT DẦU 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

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 21
Trang
I
V
V

Ở đây phần nhẹ được bay hơi trên đỉnh và qua thiết bị làm lạnh (4). Sau đó vào bể chứa
(5). Phần nặng ở đáy tháp (1) được gia nhiệt ở (3) và dẫn vào tháp chưng đoạn nhiệt (2). Tháp

Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 22


chưng này có áp suất thấp hơn so vơi áp suất tháp chưng (1) và phần nhẹ bay hơi lên đỉnh, qua
thiết bị ngưng tụ (4) và sau đó vào bể (5). Ta thu được phần sản phẩm nặng (IV). Ở đáy tháp (2)
ta thu được phần cặn của quá trình chưng (V).
Phương pháp chưng cất dầu bằng bay hơi một lần và bay hơi nhiều lần có ý nghĩa rất lớn
trong thực tế công nghiệp chế biến dầu ở các dây chuyền hoạt động liên tục. Quá trình bay hơi
một lần được áp dụng khi đốt nóng dầu trong các thiết bị trao đổi nhiệt, trong lò ống và tiếp
theo quá trình tách pha hơi khỏi pha lỏng ở bộ phận cung cấp, phân phối của tháp tinh luyện.
Chưng đơn giản, nhất là với loại bay hơi một lần, không đạt được độ phân chia cao khi
cần phân chia rõ ràng các cầu tử của hỗn hợp chất lỏng.
3.1.2 Chưng cất phức tạp
Để nâng cao khả năng phân chia một hỗn hợp chất lỏng phải tiến hành chưng cất có hồi
lưu hay chưng cất có tinh luyện – đó là chưng cất phức tạp.
a. Chưng cất có hồi lưu:
Chưng cất có hồi lưu là quá trình chưng khi lấy một phần chất lỏng ngưng tụ từ hơi tách
ra cho quay lại tưới vào dòng hơi bay lên. Nhờ có sự tiếp xúc đồng đều và thêm một lần nữa
giữa pha lỏng và pha hơi mà pha hơi khi tách ra khỏi hệ thống lại được làm giàu thêm cấu tử
nhẹ (có nhiệt độ sôi thấp hơn) so với khi không có hồi lưu, nhờ vậy mà có độ phân chia cao
hơn. Việc hồi lưu lại chất lỏng được khống chế bằng bộ phận đặc biệt và được bố trí phía trên
thiết bị chưng cất.

Nguyễn Bá Lộc – 10H5


Ln
Vn+
1

Cửa tháo hồi
lưu

Hơi
Nguyên lý làm việc của các tầng đĩa trong tháp tinh luyện
Nguyễn Bá Lộc – 10H5

Trang 25