Đauo an cong nghe loc dau

GVHD: Nguyễn Anh Dũng Đồ Án Môn Học: Công Nghệ Lọc Dầu

TRƯỜNG ĐH MỎ - ĐỊA CHẤT

BỘ MÔN LỌC – HÓA DẦU

-----------:-----------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

CÔNG NGHỆ LỌC DẦU

Câu 1.

Sử dụng các dữ liệu tính toán tại mục 3.4 giáo trình công nghệ lọc dầu của tác giả

Phan Tử bằng (NXB Xây Dựng, 2002) ngoại trừ dữ liệu vị trí đĩa lấy sản phẩm, anh (chị)

hãy xác định vị trí lấy xăng nặng khi biết nhiệt độ lấy xăng nặng là: 158oC.

Câu 2.

Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trong câu

1 để thay đổi nhiệt độ vùng lấy xăng nặng tăng lên 10oC.

GVHD: Nguyễn Anh Dũng SVTH: Nguyễn Văn Bình

Lớp: Lọc Hóa Dầu B-K53

STT: 04

SVTH: Nguyễn Văn Bình 1 Lớp Lọc Hóa Dầu B – K53


MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................................3

NỘI DUNG.......................................................................................................................................5

1. Tổng quan về quá trình chưng cất................................................................................................5

1.1. Cơ chế của quá trình chưng cất...............................................................................................5

1.2. Một số loại tháp chưng cất cơ bản...........................................................................................8

2. Đồ Án............................................................................................................................................10

2.1. Đặt vấn đề.............................................................................................................................10

2.2. Giải quyết vấn đề.......................................................................................................................14

2.2.1. Xác định vị trí lấy phân đoạn xăng nặng...........................................................................14

2.2.2. Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trên để thay đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10oC.......................................................................17

2.2.2.1. Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất để nâng nhiệt độ vùng lấy xăng nặng lên 10oC 18

2.2.2.2. Mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất để tăng nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng lên 10oC....................................................................................................................................22

KẾT LUẬN......................................................................................................................................24

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................25



LỜI MỞ ĐẦU

Dầu mỏ được khai thác từ lòng đất và đã trải qua một quá trình làm sạch sơ bộ gọi là

dầu thô. Việc sử dụng trực tiếp dầu thô là không kinh tế và không thuận lợi. Chính vì thế

mà cần phải chế biến dầu thô thành các sản phẩm tiện dụng khác. Trong công nghiệp chế

biến dầu, dầu thô sau khi đã được xử lý qua các quá trình tách nước, muối và tạp chất cơ

học sẽ được đưa vào chưng cất để phân chia dầu thành các phân đoạn. Bởi vì, để chế biến

dầu thô thành các sản phẩm thì việc đầu tiên và bắt buộc là phải phân nó thành các phân

đoạn bằng phương pháp chưng cất.

Chưng cất là phương pháp phân tách cơ bản nhất, đôi khi gần như là phương pháp

duy nhất được sử dụng trong một nhà máy để phân chia dầu mỏ và khí tự nhiên cũng như

các phân đoạn của chúng thành các phân đoạn và tiểu phân đoạn. Người ta cần chưng cất

không những dầu thô, khí đồng hành, khí tự nhiên mà cả các sản phẩm ra khỏi lò phản

ứng hóa học dùng trong các quá trình chế biến sâu dầu mỏ cũng như trong lĩnh vực hóa

dầu. Sự chưng cất được tiến hành trong các thiết bị chưng cất gồm tháp chưng cất và các

thiết bị phụ trợ khác như lò gia nhiệt, thiết bị làm lạnh,... và một điều không thể thiếu

được là hệ thống thiết bị điều khiển, thiết bị đo nhiệt độ, lưu lượng, áp suất,...

Bẩn chất của quá trình chưng cất dầu thô là phân tách các phân đọan hydrocacbon

khác nhau dựa vào nhiệt độ sôi của chúng. Đối với tháp chưng cất dầu thô khí quyển

thông thường người ta lấy ra các phân đoạn sản phẩm sau:

- Phân đoạn khí – xăng nhẹ: có nhiệt độ sôi nhỏ hơn 60oC, chứa các hydrocacbon từ

C1 – C4, C5.

- Phân đoạn xăng nặng: có nhiệt độ sôi từ 60oC đến 180oC, chứa các hydrocacbon

từ C6 – C10, C11.

- Phân đoạn kerosen: có nhiệt độ sôi từ 180oC đến 250oC, chứa các hydrocacbon từ

C11 – C14, C15.

- Phân đoạn gasoil: có nhiệt độ sôi từ 250oC đến 350oC, chứa các hydrocacbon từ

C15 – C20, C21.



- Phân đoạn cặn khí quyển: có nhiệt độ sôi lớn hơn 350oC và thành phần

hydrocacbon lớn hơn > C21.

Ngoài ra, để duy trì chế độ làm vệc ổn định, cũng như các điều kiện thông số vận

hành của tháp chưng cất thì cần phải xét đến hệ thống điều khiển trong tháp. Nhờ có hệ

thống điều khiển mà chúng ta dễ dàng thay đổi các thông số trong tháp, duy trì được chất

lượng các phân đoạn sản phẩm,.... Do đó hệ thống điều khiển là không thể thiếu được

trong tháp chưng cất.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Anh Dũng, là người trực tiếp giảng dạy, chỉ

bảo và hướng dẫn em để em có thể hoàn thành được đồ án này. Tuy nhiên, do còn có

nhiều mặt hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên trong đồ án sẽ không

tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em rất mong sự nhận xét và đóng góp ý kiến của Thầy

và bạn bè để em có thêm những kinh nghiệm cũng như kiến thức.

NỘI DUNG



1. Tổng quan về quá trình chưng cất

1.1. Cơ chế của quá trình chưng cất

Để hiểu rõ hơn về quá trình chưng cất cũng như việc bố trí các thiết bị đo lường và

điều khiển, ở đây em sẽ mô tả sự hình thành và hướng chuyển động của các dòng hơi và

dòng lỏng trong tháp chưng cất (hình 1.1). Trong hình 1.1 chỉ có hai phân đoạn được lấy

ra khỏi tháp chưng cất. Nếu cần lấy một phân đoạn sườn nào đó thì ta trích dòng lỏng

đang chảy xuống bằng cách cho nó chảy ra ngoài tại mỗi đĩa nào đó có nhiệt độ thích

hợp. Dòng nguyên liệu có thể được dẫn vào tháp chưng cất ở một đĩa nào đó có nhiệt độ

thích hợp. Đó là đĩa nạp liệu. Đĩa nạp liệu ở cao hay ở thấp là phụ thuộc vào nhiệt độ của

dòng nguyên liệu và theo thiết kế của tháp. Trong tháp chưng cất khí quyển đĩa nạp liệu

thường là một trong những đĩa dưới cùng.

Do sự trao đổi chất tốt ở các đĩa mà dòng hơi và dòng lỏng không ngừng mất bớt đi

và tăng lên trong toàn tháp, khi càng lên cao nhiệt độ tháp giảm dần do đó lượng hơi

giảm dần và lượng lỏng tăng dần. Dòng hơi đi từ dưới lên, xuyên qua lớp lỏng chảy tràn

ngang trên mặt đĩa như hình 1.3.

Người ta thường phân biệt dòng hồi lưu ngoài và dòng hồi lưu trong. Dòng hồi lưu

ngoài là dòng lỏng chảy trở về đỉnh tháp từ thiết bị ngưng tụ ở đỉnh tháp, nó có nhiệt độ

thấp hơn nhiều nhiệt độ đỉnh tháp nên còn được gọi là dòng hồi lưu lạnh. Dòng hồi lưu

ngoài lấy ngay ở đỉnh tháp, dòng hồi lưu ngoài dễ khống chế và dễ đo. Dòng hồi lưu

trong là dòng lỏng chảy trong tháp chưng cất. có nhiệt độ thay đổi theo từng đĩa ở trong

tháp chưng cất. Chính vì vậy mà nó còn có tên là dòng hồi lưu nóng. Trong một số

trường hợp người ta tạo dòng hồi lưu nóng bằng cách dẫn một dòng nguyên liệu lạnh nhờ

ống dẫn kín vào đỉnh tháp chưng cất như hình 1.3a.

Trong phương pháp hồi lưu vòng người ta trích một phần dòng lỏng tại một đĩa nào

đó đem ra ngoài trao đổi nhiệt rồi đưa trở về tháp chưng cất ở vị trí cao hơn đĩa lấy phân

đoạn đó vài ba đĩa như hình 1.3b.



Hồi lưu có tác dụng làm tăng độ phân tách của phép chưng cất nhưng gây hao phí

năng lượng. Hồi lưu vòng chủ yếu được dùng để giảm lưu lượng hơi đi qua một vùng có

liên quan, đặc biệt là trong những trường hợp dòng hơi quá lớn, vì dòng hồi lưu có nhiệt

độ thấp hơn đó tạo ra sự ngưng tụ một phần hơi đang bay lên. Hồi lưu vòng làm giảm khả

năng phân tách, các đĩa nằm trong vùng đó làm việc chủ yếu như thiết bị trao đổi nhiệt,

do đó nó làm tăng số đĩa cần có của tháp chưng cất lên một vài đơn vị.

Hình 1.1: Sự chuyển động và hướng chuyển động các dòng trong tháp chưng cất



Hình 1.2: Sự chuyển động của lỏng và hơi từ đĩa này tới đĩa kia

Dòng hơi tạo ra bởi thiết bị tái đun nóng (Reboiler) ở đáy tháp chưng cất đóng vai trò

hồi lưu hơi, có tác dụng tương đương dòng hồi lưu lạnh, nghĩa là làm tăng khả năng phân

tách.

Hình 1.3: a) Hồi lưu nóng; b) Hồi lưu vòng

Về lí thuyết, độ hồi lưu (Reflex Ratio) là tỉ số giữa dòng hồi lưu trong và distillat,

nhưng vì dòng hồi lưu trong thường chỉ biết được nhờ tính toán, khó đo trực tiếp, vả lại

nó thay đổi theo từng đĩa, chính vì vậy người ta thường coi tỉ số giữa dòng hồi lưu ngoài

và distillat là độ hồi lưu (còn gọi là chỉ số hồi lưu). Trong thực tế chưng cất dầu thô người

ta luôn kết hợp các phương pháp hồi lưu một cách hợp lí và linh động. Sự kết hợp đó

được thực hiện một cách khá đa dạng.



Trong hình 1.1 cho thấy là ở đĩa nạp liệu có sự thay đổi đột ngột hơn về lưu lượng

hơi và lưu lượng lỏng, vì tại đó ngoài dòng hơi từ dưới đi lên như ở các đĩa dưới lân cận

còn có dòng hơi vốn có sẵn trong nguyên liệu đã được đun nóng. Tình hình cũng như vậy

đối với dòng lỏng. Nguyên liệu vào tháp chưng cất luôn luôn là dầu thô ở dạng hỗn hợp

cân bằng lỏng hơi. Ở hình này ta thấy rõ hơn hình ảnh chuyển động của pha hơi và pha

lỏng ở trong tháp tại các đĩa dạng một bước (Single - Pass Tray) ở chế độ ôn hòa nhất,

tức là ở điều kiện các bóng hơi đi lên chui qua lớp lỏng đang chảy ngang trên mặt đĩa mà

không làm bắn tung tóe, làm bắn quá nhiều lớp lỏng lên phía trên. Khi dòng hơi phụt lên

quá mạnh, lớp chất lỏng trên đĩa bị phun lên, "sôi" và dâng cao lên, các giọt lỏng có thể

theo dòng hơi, bị cuốn lên qua các lỗ hơi mà không tập hợp thành dòng chảy xuống đĩa

dưới theo ống chảy chuyền. Khi đó tác dụng của đĩa bị giảm sút hoặc thậm chí không

còn.

1.2. Một số loại tháp chưng cất cơ bản

Cũng có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí

nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi hỗn hợp, và chưng cất liên tục, như trong

các tháp chưng cất trong công nghiệp. Trong nhiều trường hợp có một tỷ lệ nhất định của

hỗn hợp hai chất lỏng mà không thể tiếp tục tách bằng phương pháp chưng cất được nữa.

Các hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp đẳng phí. Nếu muốn tăng nồng độ của cồn phải

dùng đến các phương pháp tinh cất đặc biệt khác.

Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau:

- Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới;

- Tháp chưng cất dùng mâm chóp;

- Tháp đệm (tháp chưng cất dùng vật chêm).

Nhận xét về ưuđiểm và nhược điểm của từng loại tháp chưng cất:

Tháp mâm xuyên lỗ

- Ưu điểm: chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn tháp chóp, ít tốn kim

loại hơn tháp chóp.



- Nhược điểm: yêu cầu lắp đặt cao, mâm lắp phải rất phẳng, đối với những tháp có

đường kính quá lớn (> 2,4 m) ít dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối

không đều trên mâm.

Tháp chóp

- Ưu điểm: hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số

mâm ít hơn.

- Nhược điểm: chế tạo phức tạp, trở lực lớn.

Tháp đệm

- Ưu điểm: chế tạo đơn giản, trở lực thấp.

- Nhược điểm: hiều suất thấp, kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện

tháp không đều, sử dụng tháp chêm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng

cất theo không gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng

mâm một cách rõ ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở qui mô công

nghiệp.

Bảng 1.1. So sánh ưu điểm và nhược điểm của các loại tháp

Loại Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chop

Ưu điểm

- Đơn giản,

- Hiệu suất tương đối

cao,

- Trở lực thấp.

- Hoạt động khá ổn định.

- Hoạt động ổn định.

Làm việc với chất

lỏng bẩn.

- Hiệu suất cao

Nhược điểm

- Cấu tạo phức tạp.

- Độ ổn định kém.

- Trở lực lớn.

- Hiệu suất thấp.

- Yêu cầu lắp đặt khắt khe

-> lắp đĩa thật phẳng.

- Thiết bị nặng.

- Không làm việc

với chất lỏng bẩn.

- Trở lực lớn.



Hình 1.4: Một số loại mâm tháp điển hình

2. Đồ Án

2.1. Đặt vấn đề

Một dầu thô được chưng cất khí quyển có đặc chưng về đường chưng cất TBP, về tỷ

khối và phân tử lượng như bảng 2.1. Ở đây chúng ta coi giá trị của tỷ khối bằng giá trị

của khối lượng riêng.

Bảng 2.1. Đặc trưng của dầu thô, tỷ khối d = 0,840, Kw = 12,3

Phần chưng

cất [% V]

Nhiệt độ

[oC]

Tỷ khối tức

thời

Phần chưng

cất [% V]

Nhiệt độ

[oC]

Tỷ khối tức

thời

3

5

10

15

20

25

61

79

120

139

168

0,682

0,706

0,729

0,752

0,767

40

45

50

55

60

65

272

296

322

349

375

0,821

0,836

0,849

0,861

0,869



25

30

35

196

222

252

0,781

0,793

0,807

65

70

75

401

427

461

0,877

0,885

0,891

Hình 2.1: Đường đặc trưng TBP và tỷ khối tức thời của dầu thô

Căn cứ vào TBP có thể chia dầu thô thành 6 phân đoạn sau bằng phương pháp chưng

cất khí quyển:

- Phân đoạn khí: 1% thể tích

- Phân đọan xăng nhẹ: 12% thể tích

- Phân đoạn xăng nặng: 16% thể tích


Vùng đỉnh tháp

Vùng xăng nặng

Vùng kerosen

Vùng Gas Oil

Vùng nạp liệu

Vùng đáy tháp

Dầu thô

AR

Hơi nước

Kerosen

Xăng nặng

Gas Oil

Nước

Xăng nhẹ

PĐ khí


- Kerosen: 6% thể tích

- Gas oil: 16% thể tích

- Cặn khí quyển AR 49% thể tích

Giả sử tháp có công suất khoảng 120m3 dầu thô/h, áp suất đỉnh tháp là 1,5 atm, áp

suất gây ra tại mỗi đĩa là 8 mmHg, tháp có 24 đĩa và đĩa nạp liệu ở dưới 24 đĩa đó như ở

hình 2.2.

Hình 2.2: Sơ đồ tháp chưng cất khí quyển

Đặc trưng của các phân đoạn trong quá trình chưng cất dầu thô được thể hiện trên bảng 2.2.



Bảng 2.2. Đặc trưng của các phân đoạn

(coi số đo tỷ khối bằng số đo khối lượng riêng, * ở thể lỏng; **h: kí hiệu chỉ giờ)

Phân đoạn %VThể tích

[m3/h]

Tỷ khối

d

Khối lượng

[tấn/h]

Phân tử

lượng

Số

kmol/h**

Khí + mất

Xăng nhẹ

Xăng nặng

Kerosen

Gas Oil

1

12

16

6

16

1,2

14,4

19,2

7,2

19,2

0,667*

0,722

0,775

0,806

0,873

0,800

10,397

14,880

5,803

16,070

64

99

140

183

220

12,50

105,05

106,29

31,69

73,05

∑ 51 61,2 0,783 47,950 146 328,58

AR 49 58,8 0,900 52,850 430 122,91

Dầu thô 100 120,0 0,840 100,800 223 451,49

Phân đoạn xăng nặng được lấy ra ở nhiệt độ 258oC của tháp chưng cất, phân đoạn ra

khỏi tháp chưng cất được stripping 5%.

Đường TBP của phân đoạn xăng nặng cũng chính là đoạn đường TBP tương ứng của

phân đoạn xăng năng trên đường TBP của dầu thô đã cho.

Những vấn đề cần giải quyết

1. Xác định vị trí lấy phân đoạn xăng nặng.

2. Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trên để thay

đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10oC.


Thápstripping

W0 W1

W2

Đĩa lấy xăng nặng

T2 = 204 oC

V3 R3

R3

W3

S3

L3

W3

L3’ = 32 m3/h

V2R2 Wo R2W1

L2

S2

W2


2.2. Giải quyết vấn đề

2.2.1. Xác định vị trí lấy phân đoạn xăng nặng

Sơ đồ dòng vùng lấy xăng nặng được thể hiện trên hình 2.3.

Hình 2.3: Sơ đồ dòng vùng xăng nặng

Số liệu liên quan đến vùng lấy xăng nặng được cho trong bảng 2.3.

Bảng 2.3. Số liệu liên quan đến vùng lấy xăng nặng (ở nhiệt độ T3 = 158oC)

Dòng Nhiệt độ

[oC]

Tỷ khối Thể tích

[m3/h]

Khối lượng

[kg/h]

Entanpy

[kcal/kg] [kcal/h]

Vào

V2 (hơi)

R2 (hơi)

S2 (hơi)

R3 (lỏng)

Wo + W1+W2

212

212

212

158

212

0,759

0,804

0,775

0,772

-

42,0

0,38

31880

68360

295

R3

8345

185

180

184

88

691

5897800

12304800

54280

88R3

5766395

Ra

V3 (hơi) 158 0,749 34,8 26077 156 4068012



R2+ L2 (lỏng)

R3 (hơi)

Wo +W1+ W2

212

158

158

0,804

0,772

-

74458

R3

8345

120

155

666

8934960

155R3

5557770

(L2 = 1000x7,2x0,806 + 295 = 6098)

Áp dụng phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:

24023275 + 88R3 = 18560742 + 155R3

5462533 = 67R3

R3 = 81530 kg/h hay 81530/140 = 582,36 kmol/h.

Lưu lượng mol dòng xăng nặng L’3: 19,2x0,775x103/140 = 106,29 kmol/h.

Số mol hơi xăng nặng tại đĩa lấy xăng nặng: 582,36 + 106,29 = 688,65 kmol/h.

Tổng số mol hơi qua đĩa lấy xăng nặng: 582,36 + 106,29 + 105,05 + 12,5 +

(8345/18) = 1269,81 kmol/h.

Áp suất hơi riêng phần của xăng nặng tại đĩa lấy sản phẩm:

P3' =688 ,65

1269 , 81(1,5×760+8×c )

(mmHg) (2.1)

(Với c là vị trí của đĩa lấy phân đoạn xăng nặng)

Do ta lấy đường TBP của phân đoạn xăng nặng chính là đoạn đường TBP tương ứng

với phân đoạn xăng nặng trên đường TBP của dầu thô ở hình 2.1.

Ta dễ dàng vẽ được đường flash ở 1 atm của phan đoạn xăng nặng thông qua đường

TBP của nó. Ta vẽ đường flash của phân đoạn xăng nặng ở 158oC bằng cách từ điểm To =

158oC đó ta kẻ đường song song với đường flash tại 1 atm. Đường TBP, đường flash của

phân đoạn xăng nặng ở 760 mmHg và đường flash của xăng nặng có To = 158oC được thể

hiện trên hình 2.4.



Dựa vào hình 2.4 ta xác định được T50 của hai đường flash, với đường flash ở 1 atm

có T50 = 176oC và đường còn lại có T50 = 168oC. Do đó, theo hình 3.12 tài liệu số [2] ta

xác định được áp suất của đường flash có To = 158oC là 645 mmHg. Điều đó có nghĩa là

áp suất hơi riêng phần của xăng nặng tại đĩa lấy sản phẩm là 645 mmHg.

Ta có:

P3' = 645 mmHg

Thay vào phương trình (2.1) ta xác định được: c = 6.

Vậy vị trí lấy phân đoạn xăng nặng là ở đĩa số 6 từ trên xuống.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

TBP flash 1atm flash 158oC

% V

Nhi

ệt đ

ộ [o

C]

Hình 2.4. Đường chưng cất TBP, flash 1atm và flash tại To = 158oC của phân đoạn xăng

nặng



2.2.2. Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất trên để

thay đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10oC

Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, hiều quả

và kinh tế cho quá trình công nghệ. Trước khi tìm hiểu hoặc xây dựng một hệ thống điều

khiển quá trình, người kỹ sư phải tìm rõ các mục đích điều khiển và chức năng hệ thống

cần thực hiện nhằm đạt được các mục đích đó. Việc đặt bài toán và đi đến xây dựng một

giải pháp điều khiển quá trình bao giờ cũng bắt đầu với việc tiến hành phân tích và cụ thể

hóa các mục đích điều khiển. Phân tích mục đích điều khiển là cơ sở quan trọng cho việc

đặc tả các chức năng cần thực hiện của hệ thống điều khiển quá trình.

Toàn bộ các chức năng của một hệ thống điều khiển quá trình có thể phân loại và sắp

xếp nhằm phục năm mục đích cơ bản sau đây:

- Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn

định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm bảo các

điều kiện theo yêu cầu của chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành

thuận tiện.

- Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng sản phẩm

theo kế hoạch sản xuất và duy trì các thông số liên quan chất lượng sản phẩm

trong phạm vi yêu cầu.

- Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng

như bảo vệ con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường hợp xảy ra

sự cố.

- Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua việc giảm nồng độ khí

thải độc hại, giảm lượng nước sử dụng và nước thải, hạn chế lượng bụi và khói,

giảm tiêu thụ nhiên liệu và nguyên liệu.

- Nâng cao hiệu quả kinh tế: Đảm bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu trong

khi giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu

cầu thay đổi của thị trường.



2.2.2.1. Xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất để nâng nhiệt độ vùng lấy xăng

nặng lên 10oC

Để xây dựng sơ đồ điều khiển tháp chưng cất để nâng nhiệt độ vùng lấy xăng nặng

lên 10oC thì trước hết ta phải cần xác định rõ được yếu tố cần tác động tới, đảm bảo được

độ ổn định về chất lượng cũng như sản lượng của dòng sản phẩm, ít tác động đến các

vùng lấy các phân đoạn sản phẩm khác trong tháp và duy trì được chế độ hoạt động ổn

định của tháp chưng cất.

Ta xác định được mục đích trong quá trình điều ở đây là nâng nhiệt độ của vùng lấy

xăng nặng trong tháp chưng cất lên 10oC. Qua đó, ta xác định được các yếu tố có thể tác

động lên như: nhiệt độ dòng nguyên liệu, lưu lượng dòng hồi lưu đáy tháp, lưu lượng

dòng hồi lưu đỉnh tháp, lưu lượng dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy xăng nặng và nhiệt độ

dòng hồi lưu sườn của vùng lấy xăng nặng. Ta phải tiến hành nhận xét đánh giá và lựa

chọn ra yếu tố tối ưu nhất để tiến hành điều chỉnh hay tác động lên. Các yếu được nhận

xét và đánh giá như sau:

- Đối với yếu tố nhiệt độ dòng nguyên liệu: Nếu ta tiến hành điều chỉnh nhiệt độ

của dòng nguyên liệu thì lúc đó nó sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình truyền chất và

trao đổi chất trong tháp. Nó sẽ làm thay đổi và tác động đến toàn bộ các vùng lấy

sản phẩm phân đoạn cũng như nhiệt độ và áp suất có trong tháp, có thể sẽ gây ra

một số hiện tượng làm cho tháp hoạt động không ổn định. Cụ thể ở đây nếu ta sử

dụng đến phương án là thay đổi nhiệt độ dòng nguyên liệu thì trong trường hợp

này ta phải tăng nhiệt độ dòng nguyên liệu lên, khi đó sẽ làm thay đổi trạng thái

của nguyên liệu đưa vào tháp chưng cất. Do đó sẽ làm tăng nhiệt độ của các vùng

lấy phân đoạn sản phẩm đáy, Gas Oil, Kerosen, xăng nặng và phân đoạn đỉnh.

Làm thay đổi quá trình cân bằng lỏng hơi cũng như quá trình trao đổi chất và làm

thay đổi nồng độ và chất lượng của các phân đoạn. Khi tiến hành thay đổi nhiệt

độ dòng nguyên liệu thì nó sẽ tác động đến toàn bộ quá trình làm việc của tháp,

ảnh hưởng đến tất cả các vùng lấy sản phẩm phân đoạn và ảnh hưởng đến chế độ



làm việc cũng như thiết kế của tháp. Chính vì vậy mà ta sẽ không sử dụng

phương án làm thay đổi nhiệt độ của dòng nguyên liệu vào tháp. Trong công

nghiệp chế biến dầu khí, thì nhiệt độ của dòng nguyên liệu vào tháp chưng cất

được đặt cố định.

- Đối với yếu tố lưu lượng dòng hồi lưu đáy tháp: Khi ta tiến hành thay đổi lưu

lượng dòng hồi lưu ở đáy tháp thì nó sẽ làm thay đổi nhiệt độ của đáy tháp, nồng

độ cũng như là lưu lượng của phần sản phẩm đáy. Ngoài ra nó còn làm thay đổi

cả nhiệt độ của các vùng lấy sản phẩm trong tháp, làm thay đổi quá trình trao đổi

chất và quá trình cân bẳng lỏng hơi trong tháp chưng cất. Cụ thể trong trường hợp

này, nếu ta sử dụng phương án là tăng lưu lượng dòng hồi lưu đáy để tăng nhiệt

độ trong vùng lấy sản phẩm xăng nặng thì nó sẽ tác động làm tăng nhiệt độ của

tất cả các vùng phân đoạn lấy sản phẩm sườn cũng như sản phẩm đỉnh và đáy.

Ngoài ra, nó còn làm giảm đi lưu lượng dòng sản phẩm đáy. Chính vì vậy mà

phương án sử dụng yếu tố làm thay đổi lưu lượng dòng hồi lưu đáy là không tối

ưu và không được chấp nhận.

- Đối với yếu tố lưu lượng dòng hồi lưu đỉnh : Nếu ta tiến hành thay đổi lưu lượng

dòng hồi lưu đỉnh tháp thì trước hết nó sẽ làm thay đổi nhiệt độ và áp suât của

vùng đỉnh tháp. Ngoài ra nó còn làm thay đổi lưu lượng của dòng lỏng quay lại

tháp, dòng hồi lưu nội trong tháp, do đó nó sẽ làm thay đổi đến nhiệt độ cũng như

áp suất ở các vùng phân đoạn trong tháp, nó sẽ ảnh hưởng đến cân bằng lỏng hơi

và quá trình trao đổi chất. Kết quả là làm thay đổi chất lượng, lưu lượng của dòng

sản phẩm đỉnh cũng như các phân đoạn sản phẩm khác trong tháp. Đối với mục

đích làm tăng nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng lên 10oC thì ta sẽ phải tác

động làm giảm lưu lượng dòng hồi lưu đỉnh, khi đó nó sẽ là tăng nhiệt độ cũng

như áp suất tại đỉnh tháp ngoài ra nó còn làm cho cho lưu lượng của dòng sản

phẩm đỉnh tăng lên gây ra tác động không cần thiết. Ngoài ra nó còn làm tăng

nhiệt độ của tất cả các vùng phân đoạn lấy sản phẩm sườn cũng như sản phẩm

đáy của tháp và thay đổi cả chất lượng của các sản phẩm. Chính vì vậy, việc thay



đổi lưu lượng của dòng hồi lưu đỉnh trong trường hợp này là không tối ưu và sẽ

không tiến hành điều chỉnh.

- Đối với yếu tố lưu lượng của dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy sản phẩm xăng nặng:

Khi ta tiến hành thay đổi lưu lượng của dòng hồi lưu sườn của vùng lấy xăng

nặng, thì trước hết nó sẽ ảnh hưởng đến lượng sản phẩm xăng nặng được lấy ra,

nhiệt độ tại vùng lấy phân đoạn cũng như cân bằng lỏng hơi tại vùng này. Ngoài

ra nó cũng ảnh hưởng đến các vùng phân đoạn khác nhưng sẽ không nhiều, vì đa

số là khi có hồi lưu sườn (vòng) thì các yếu tố về lưu lượng dòng hơi, dòng lỏng

trong tháp đã thay đổi trước đó. Đối với trường hợp này, để tăng nhiệt độ vùng

lấy sản phẩm xăng nặng lên 10oC nếu sử dụng phương án là thay đổi lưu lượng

của dòng hồi lưu sườn, thì ta phải giảm lưu lượng dòng hồi lưu sườn của vùng đó

lên sẽ làm tăng lượng sản phẩm được lấy ra và sẽ làm thay đổi một vài thông số

như nồng độ, cũng như chất lượng của xăng nặng. Cái trở ngại lớn nhất ở đây khi

sử dụng việc thay đổi lưu lượng dòng hồi lưu thì nó sẽ ảnh hưởng đến sản lượng

của dòng sản phẩm lấy ra chính vì vậy mà không đáp ứng được yêu cầu trong sản

suất. Ở một chừng mực nào đó, thì phương án sử dụng thay đổi lưu lượng dòng

hồi lưu sườn có thể chấp nhận được và nó là phương pháp chưa hoàn toàn là tối

ưu.

- Đối với yếu tố nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy sản phẩm xăng nặng:

Khi mà phương án về việc thay đổi lưu lượng dòng hồi sườn là chưa hoàn toàn tối

ưu, thì người ta tiến hành đề xuất phương án là điều chỉnh nhiệt độ của dòng hồi

lưu, khi đó sẽ không ảnh hưởng đến sự thay đổi sản lượng của dòng sản phẩm.

Do đó biện pháp sử dụng việc thay đổi nhiệt độ của dòng hời lưu sườn trong

trường hợp này là được chấp nhận và coi là tối ưu nhất so với các yếu tố kể trên.

Vậy ta chọn yếu tố tác động ở đây là nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tại vùng lấy

sản phẩm xăng nặng.

Trong tường hợp này, để tăng nhiệt độ của vùng lấy sản phẩm xăng nặng thì ta tiến

hành điều chỉnh tăng nhiệt độ của dòng hời lưu sườn của tháp chưng cất tại vùng lấy



xăng nặng thông qua việc làm giảm lưu lượng của dòng dầu thô đem trao đổi nhiệt với

dòng hồi lưu trước khi đưa vào tháp chưng cất. Và sơ đồ điều khiển được xây dựng như

trên hình 2.5.

Hình 2.5. Sơ đồ điều khiển để thay đổi nhiệt độ vùng lấy sản phẩm xăng nặng trong tháp

chưng cất.

TT – khí cụ đo và truyền xa nhiệt độ; TRC – bộ điều chỉnh nhiệt độ, tự ghi và khí cụ đo

lắp đặt tại tử điều khiển; FT – khí cụ đo và truyền xa lưu lượng; FRC – bộ điều chỉnh lưu

lượng, tự ghi, tác động vào van điều chỉnh và khí cụ lắp đặt tại tử điều; SP – thể hiện cho

giá trị đặt (set point).



2.2.2.2. Mô tả quá trình điều khiển tháp chưng cất để tăng nhiệt độ vùng lấy sản phẩm

xăng nặng lên 10oC

Khi nhiệt độ của vùng lấy sản phẩm xăng nặng tăng lên 10oC thì lúc đó nhiệt độ tại vị

trí lấy xăng nặng lúc này là 168oC. Quá trình điều chỉnh nhiệt độ tại vị trí lấy xăng nặng

trong tháp chưng cất được miêu tả như sau:

Trước hết ta tiến hành thay thay đổi độ mở van của dòng dầu thô thông qua bộ điều

chỉnh lưu lượng, cụ thể là sẽ làm giảm độ mở van từ đó sẽ làm giảm lưu lượng dòng dầu

thô dẫn đến làm cho nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tăng lên tước khi vào tháp chưng cất.

Sau đó cảm biến đo nhiệt độ sẽ đo nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng của tháp và

nhiệt độ sẽ được chuyển tới bộ điều chỉnh nhiệt độ, tại đây nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm

sẽ được so sánh với giá trị nhiệt độ đặt tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng là 168 oC. Nếu

mà nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm đúng bằng nhiệt độ đặt là 168oC thì lúc này nó sẽ

không tiến hành tác động điều chỉnh lên bộ điều chỉnh lưu lượng nữa mà sẽ giữ nguyên

độ mở van (lưu lượng của dòng dầu thô). Nếu nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng

nhỏ hơn giá trị đặt (SP) thì lúc này bộ điều chỉnh nhiệt sẽ tiếp tục tác động lên bộ điều

chỉnh lưu lượng và làm giảm độ mở van qua đó làm giảm lưu lượng của dòng dầu thô.

Qua đó lại làm cho nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn tăng lên. Cứ tiến hành như vậy cho tới

khi nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng chính bằng giá trị nhiệt độ đã đặt trước.

Nếu nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng mà lớn hơn giá trị đặt thì bộ điều chỉnh

tiếp tục tác dụng lên bộ điều chỉnh lưu lượng làm tăng độ mở van, do đó sẽ làm giảm

nhiệt độ của dòng hồi lưu sườn và khi đưa vào tháp sẽ làm giảm nhiệt độ tại vị trí lấy sản

phẩm. Cứ tiến hành như vậy cho tới khi nhiệt độ tại vị trí lấy sản phẩm xăng nặng đúng

bằng giá trị nhiệt độ đặt.



KẾT LUẬN

Quá trình chưng cất mà một quá trình quan trọng tronh nhà máy lọc hóa dầu nói riêng

và trong ngành công nghiệp hóa học nói chung. Nó là một quá trình không thể thiếu được

trong quá trình chế biến dầu thô và khí. Thông qua đồ án này đã giúp em phần nào hiểu

rõ hơn về tháp chưng cất, về các quá trình diễn ra trong tháp và cách xác định các thông

số của tháp cũng như của dòng nguyên liệu. Ngoài ra còn giúp em tổng hợp thêm kiến

thức về môn học công nghệ lọc dầu, kỹ thuật đo và điều khiển quá trình và môn học quá

trình và thiết bị truyền khối. Quá trình chưng cất dầu thô là một quá trình chưng cất phức

tạp của hệ gồm nhiều cấu tử, trong tính toán vẫn có nhiều giả định là tối ưu do đó nhiều

lúc vẫn có sự khác biệt với quá trình trong thực tế.

Việc duy trì chế độ làm việc ổn định của tháp và các thông số về kỹ thuật cũng như

chất lượng sản phẩm là được chú trọng quan tâm. Việc duy trì chế độ vận hành và điều

chỉnh các thông số vận hành thôi qua một hệ thống điều khiển tự động cho toàn tháp và

cho từng vùng phân đoạn lấy sản phẩm. Do đó quá trình điều khiển trong tháp chưng cất

là rất quan trọng, góp phần hạn chế các hiện tượng bất thường cũng như sự cố trong tháp

và dễ dàng giúp ta điều chỉnh các thông số mong muốn.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Phan Tử Bằng, Giáo trình công nghệ lọc dầu, Nhà xuất bản Xây Dựng – 2002.

[2] Phan Tử Bằng. Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên, Nhà xuất bản Giao Thông

Vận Tải – 2008.

[3] PGS. TS. Đinh Thị Ngọ, Giáo trình hóa học dầu mỏ và khí, Nhà xuất bản Khoa Học

và Kỹ Thuật – 2009.

[4] Th.S, Phạm Trung kiên, Bài giảng kỹ thuật đo và điều khiển quá trình công nghệ,

Trường Đại học Mỏ Địa Chất.

[5] M. Polke, Process Control engineering – 1994.

[6] Bela Liptak, Distillation Control & optimization.

[7] Paul S. Fruehauf, Donald P. Mahoney, Distillation column Control Design using

steady state models: Usefulness and Limitions.


Đauo an cong nghe loc dau

Documents