Đồ án công nghệ II - ứng dụng dầu mỏ

Chia sẻ: Nguyễn Thị Giỏi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

452
lượt xem 188
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đồ án công nghệ II nhằm trang bị cho sinh viên các kỹ năng cần thiết khi vận dụng những kiến thức đã học để thiết kế sơ đồ công nghệ của một nhà máy lọc dầu với nguồn nguyên liệu cho trước. Từ đó, các em tiến hành tính toán tính chất đặc trưng của các sản phẩm đi ra từ các phân xưởng khác nhau để cuối cùng đi phối trộn các sản phẩm cuối cùng theo nhu cầu cho trước và đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật các sản phẩm theo...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án công nghệ II - ứng dụng dầu mỏ

LỜI MỞ ĐẦU Mục tiêu của đồ án công nghệ II nhằm trang bị cho sinh viên các kỹ năng cần thiết khi vận dụng những kiến thức đã học để thiết kế sơ đồ công nghệ của một nhà máy lọc dầu với nguồn nguyên liệu cho trước. Từ đó, các em tiến hành tính toán tính chất đặc trưng của các sản phẩm đi ra từ các phân xưởng khác nhau để cuối cùng đi phối trộn các sản phẩm cuối cùng theo nhu cầu cho trước và đảm bảo thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật các sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế. Để có thể thực hiện tốt đồ án này, sinh viên cần phải nắm vững các kiến thức cơ bản của các môn chuyên ngành: Hóa học dầu mỏ, các quá trình chuyển hóa hóa học trong công nghệ lọc dầu, sản phẩm dầu mỏ thương phẩm. Đặc biệt, các em cần phải vận dụng nhuần nhuyễn phần mềm Excel để tính tối ưu các bài toán phối liệu, sau đó phải tính lặp nhiều lần để có thể thiết kế một nhà máy lọc dầu với các phân xưởng vận hành theo năng suất và điều kiện tối ưu. Có thể nói, Đồ án công nghệ II sẽ giúp cho sinh viên năm cuối nắm vững và hệ thống lại toàn bộ các kiến thức chuyên ngành đã học, chuẩn bị tốt cho các em thực hiện bước cuối cùng là Đồ án tốt nghiệp. 1/35
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa Hóa Kỹ Thuật Bộ môn Công Nghệ Hóa Học - Dầu & Khí ---o-o--- ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ II ỨNG DỤNG DẦU THÔ Nhóm sinh viên thực hiện : Lớp : I- Đề bài: Tính toán công nghệ cho một nhà máy lọc dầu với nguyên liệu là dầu thô ARABE LÉGER. Số liệu ban đầu Năng suất nhà máy, 103 t/năm: 8600 Tại tháp chưng cất khí quyển thu được các phân đoạn sau: Phân đoạn Khoảng nhiệt độ sôi (toC) GAZ: Khí < 20 GAS: Xăng nhẹ 20 ÷ 85 BZN: Xăng nặng 85 ÷ 190 KER: Kerosen 190 ÷ 240 GO: Gasoil 240 ÷ 370 RDA: Phần cặn khí quyển >370+ RSV: Phần cặn chân không >540+ Sơ đồ công nghệ của nhà máy có thể gồm có: - Một phân xưởng chưng cất khí quyển (DA) tách khí và các phân đoạn dầu thô. - Một phân xưởng chưng cất chân không xử lý phần cặn khí quyển (RA) nhằm thu 2 loại nguyên liệu: - Phần cất chân không cung cấp cho FCC, - Phần cặn chưng cất chân không cung cấp cho Visbreaking (VB) và sản xuất bitum. - Một phân xưởng Reforming xúc tác (RC), với nguồn nguyên liệu có thể là: - Phân đoạn xăng nặng (BZN) thu được từ DA, - Xăng thu được từ quá trình giảm nhớt (VB). - Một phân xưởng crắcking xúc tác tầng sôi (FCC) xử lý phần cất chân không. - Một phân xưởng giảm nhớt (VB) xử lý phần cặn chưng cất chân không. - Một phân xưởng HDS để xử lý các loại nguyên liệu nếu cần thiết. II- Yêu cầu và nội dung đồ án Sử dụng phần mềm Excel lập chương trình tính toán và Word soạn thảo thuyết minh. Nội dung đồ án: - Đề tài 2/35
- Mục lục - Chương I: MỞ ĐẦU: Giới thiệu chung về dầu thô và các loại sản phẩm, chức năng và nhiệm vụ của nhà máy lọc dầu, nhiệm vụ của đồ án và hướng giải quyết . . . - Chương II: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU: Tính cân bằng vật liệu cho mỗi công đoạn, cho mỗi phân xưởng và cho toàn bộ nhà máy (Yêu cầu mô tả rõ ràng các phương pháp tính toán, tra tài liệu, chú thích tài liệu tham khảo, kết thúc mỗi phần phải có bảng tổng hợp cân bằng vật liệu). - Chương III: TÍNH PHỐI LIỆU SẢN PHẨM để cung cấp những sản phẩm sau theo nhu cầu của thị trường (Yêu cầu sử dụng phần mềm Excel để phối liệu tối ưu bảo đảm được số lượng và chất lượng của sản phẩm, từ đó xác định năng suất của mỗi phân xưởng và sơ đồ công nghệ của nhà máy): Sản phẩm Ký hiệu Số lượng (103 t/n) Propan PR 190 Butan BU 250 Nguyên liệu cho hóa dầu PC 550 Xăng super không chì 98/88 SU 98 850 Xăng super không chì 95/85 SU 95 1080 Jet A1 JA1 850 Dầu Diezel GOM 1100 Dầu đốt dân dụng FOD 1300 0 Nhiên liệu đốt lò N 2 FO2 1050 Bitum BI 230 - Chương IV: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO NHÀ MÁY. - Chương V: KẾT LUẬN: Từ kết quả tính toán được, nhận xét về phương pháp tính toán, tính khả thi khi xem xét các mặt: Tiêu chuẩn kỹ thuật, nhu cầu thị trường, công nghệ, thiết bị, cân bằng nhiên liệu đốt ... - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục (01 sơ đồ dây chuyền công nghệ của toàn nhà máy khổ A3 gắn kèm theo đồ án và các phụ lục khác nếu có). Mỗi nhóm nộp 01 bản thuyết minh và 01 đĩa mềm gồm 3 file: Word (thuyết minh), Excel (tính toán) và ACAD (bản vẽ). Bản vẽ: 01 sơ đồ dây chuyền công nghệ của toàn nhà máy khổ A1, III- Thời gian tiến hành - Ngày giao đồ án: - Ngày hoàn thành và nộp: Tổ trưởng Bộ môn Giáo viên hướng dẫn TS. Nguyễn Đình Lâm GVC. ThS. LÊ THỊ NHƯ Ý 3/35
1 Tính toán các tính chất của các sản phẩm dầu mỏ 1.1 Tỉ trọng Để xác định tỉ trọng d415 của các sản phẩm dầu mỏ : - Trước hết ta dựa vào biểu đồ d415 - % thể tích phần chưng cất được để xác định d415 của phân đoạn nhẹ đầu tiên ; - Sau đó, để xác định d415 của các phân đoạn tiếp theo, ta dùng nguyên tắc cộng tính theo thể tích. Cụ thể, ta có : - Phân đoạn 1 có thể tích v1 và có tỉ trọng d1 ; - Phân đoạn 2 có thể tích v2 và có tỉ trọng d2 ; - Phân đoạn 3 có thể tích v3 và có tỉ trọng d3 ; - Phân đoạn n có thể tích vn và có tỉ trọng dn. Ta có thể minh họa trên biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng + C5 : dm3 Densité cumulée dm2 dm1 V1 V2 V3 rendement en essence C5+ (%vol) Hình 5 : Biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C5+ • Từ biểu đồ Tỉ trọng - hiệu suất % thể tích thu xăng C5+ (Hình 1), ta tra được : dm2 là tỉ trọng của phân đoạn hỗn hợp 1 và 2, tương ứng với phần thể tích vm2 = v1 + v2 dm3 là tỉ trọng của phân đoạn hỗn hợp 1, 2 và 3, tương ứng với phần thể tích vm3 = v1 + v2 + v3 4/35
5/35
6/35
7/35
Theo nguyên tắc bảo toàn khối lượng, ta có : mΣ = m1 + m2 dm2.Vm2 = d1.V1 + d2.V2 hay : dm2.vm2 = d1.v1 + d2.v2 d m 2 .v m 2 − d 1 .v 1 Suy ra : d2 = v2 d m 3 .v m 3 − d 2 .v 2 − d 1 .v 1 Tương tự, ta có : d3 = v3 Cứ như vậy, ta sẽ tính toán được tỉ trọng của tất cả các phân đoạn. • Đối với KER, GO, để xác định tỉ trọng, ta sử dụng các số liệu trong bảng phân tích dầu thô ARABIAN LIGHT ; • Đối với phân đoạn cặn RA, để xác định tỉ trọng, ta sử dụng biểu đồ d415 - hiệu suất thu cặn theo % khối lượng (Hình 2) 1.1.1 Tỉ trọng tiêu chuẩn S (densité standard) S = 1,002 d415 1.1.2 Độ API 141,5 0 API = − 131,5 S 1.2 Nhiệt độ sôi trung bình của phân đoạn 1.2.1 Nhiệt độ sôi trung bình đã hiệu chỉnh (tv - température moyenne pondérée) • tv được tính toán dựa vào đường cong ASTM hoặc TBP ; • Nếu sử dụng đường cong ASTM, tv được tính theo công thức : t 10 + 2t 50 + t 90 tv = 4 • Nếu sử dụng đường cong TBP, tv được tính theo công thức : t 20 + t 50 + t 80 tv = 3 1.2.2 Nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn tmav (temperature mean average) t 70 − t 10 - Tính độ dốc s của đường cong chưng cất : s = (% thãø têch/ o C) 60 - Dựa vào (Hình 3), ta suy ra ∆tmav. - tmav = tv + ∆tmav 8/35
1.3 Hệ số đặc trưng KUOP (K W) Người ta có thể xác định KUOP của các phân đoạn dầu mỏ theo 2 cách : - Dùng biểu đồ P2 để tra ra gía trị của KUOP nếu biết tỉ trọng d415 và nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn tmav của phân đoạn đó ; 3 1,8 × Tmav - Aïp dụng công thức : K UOP = S 9/35
1.4 Hàm lượng lưu huỳnh Dựa vào biểu đồ % Lưu huỳnh theo khối lượng - hiệu suất thu xăng C5+ theo % khối lượng (Hình 1), ta tra được hàm lượng lưu huỳnh có trong phân đoạn nhẹ đầu tiên (xăng nhẹ) ; Sau đó, dựa vào biểu đồ trên và biểu đồ % Lưu huỳnh theo khối lượng - hiệu suất thu cặn theo % khối lượng (Hình 2), dùng phương pháp cộng tính theo khối lượng, ta tính được hàm lượng lưu huỳnh có trong các phân đoạn tiếp theo. %s m 2 .m m 2 − %s1 .m1 Nghĩa là : %s 2 = m2 1.5 Khả năng chống kích nổ của các sản phẩm xăng Để xác định giá trị của RON có pha 0,15g Tétraéthyl Chì /l : - Xác định giá trị của RON không pha Chì và RON 0,5o/oo, bằng cách sử dụng biểu đồ « NO éthylé 0,5o/oo - NO clair - hiệu suất thu xăng » ; - Sau đó, dùng P4 để xác định giá trị của RON có pha 0,15g TEP/l (0,15g TEP/l ≈ 0,54cc TEP/gallon ≈ 0,142 o/oo) bằng cách nối 2 giá trị của RON không pha Chì và RON 0,5o/oo, sau đó từ hàm lượng 0,15g TEP/l gióng lên sẽ cắt đường thẳng trên tại một điểm. Từ điểm này gióng ngang qua, ta xác định được giá trị của RON có pha 0,15g TEP/l. Sau khi đã xác định RON của xăng nhẹ, ta sẽ tiến hành xác định RON của xăng nặng theo phương pháp cộng tính về thể tích. 1.6 Hàm lượng hydrocarbure Aromatique Để xác định hàm lượng Aromatique cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ « % Aromatique - hiệu suất thu xăng theo % thể tích » ; Hàm lượng Aromatique của xăng nặng và Kérosène sẽ được xác định theo phương pháp cộng tính về thể tích. %ArΣ . %vΣ = % Ar1. %v1 + % Ar2 . %v2 + … + %Arn . %vn Với : %ArΣ, % Ar1, % Ar2, …, %Arn : hàm lượng Aromatique của phân đoạn hỗn hợp và của các phân đoạn thành phần ; %vΣ, %v1, %v2, …, %vn : hiệu suất thể tích thu được của phân đoạn hỗn hợp và của các phân đoạn thành phần ; 10/35
11/35
1.7 Độ nhớt 1.7.1 Độ nhớt động học ν (viscosite cinematique) µ Mối liên hệ giữa độ nhớt động lực µ và độ nhớt động học ν : ν = ρ Với : ρ - khối lượng thể tích Người ta có thể tính gần đúng giá trị của độ nhớt dựa vào các công thức của Abbott và Al (1971) : log ν 100 = 4,39371 − 1,94733 K W + 0 ,12769 K 2 + 3, 2629 .10 − 4 A 2 − 1,18246 .10 −2 K W A W + (0,171617 K 2 W + 10 ,9943 A + 9 ,50663 .10 − 2 A 2 − 0 ,860218 K W A ) (A + 50 ,3642 − 4,78231 K W ) log ν 210 = − 0, 463634 − 0,166532 A + 5,13447 .10 −4 A 2 − 8, 48995 .10 −3 K W A + (8,0325.10 K W + 1, 24899 A + 0,19768 A 2 -2 ) (A + 26,786 − 2,6296 K W ) Với : ν210 - độ nhớt động học ở 210 ÒF, mm2/s hay cSt ; ν100 - độ nhớt động học ở 100 ÒF, mm2/s hay cSt ; • Chú ý : - Các công thức tính độ nhớt trên không áp dụng được nếu KW < 10 và A
13/35
1.8 Khối lượng phân tử • Để xác định khối lượng phân tử cho xăng nhẹ, ta tra trên biểu đồ « Masse molaire - hiệu suất thu xăng C5+ theo % khối lượng » ; • Khối lượng phân tử của xăng nặng và Kérosène sẽ được xác định theo phương pháp cộng tính về khối lượng . • Nếu ta gọi :MΣ, M1, M2, …, Mn : khối lượng phân tử của phân đoạn hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ; mΣ, m1, m2, …, mn : khối lượng của phân đoạn hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ; %mΣ, %m1, %m2, …, %mn : khối lượng của phân đoạn hỗn hợp và của từng phân đoạn thành phần ; Ta có : mΣ mΣ mΣ MΣ = = = nΣ n 1 + n 2 + ... + n n m1 m 2 m + + ... + n M1 M 2 Mn %m Σ Hay : M Σ = %m1 %m 2 %m n + + ⋅⋅⋅ + M1 M2 Mn • Còn đối với những phân đoạn có tỉ trọng tiêu chuẩn S < 0,97 và nhiệt độ sôi Tb < 840K , ta có thể xác định khối lượng phân tử của chúng theo công thức của Riazi sau đây : M = 42,965[exp (2,097 . 10-4 Tb - 7,78712 S + 2,08476 . 10-3 Tb S)] (Tb1,26007 .S4,98308) • Đối với các phân đoạn nặng có nhiệt độ sôi > 600K, người ta thường sử dụng công thức của Lee và Kesler : M = −12272,6 + 9486,4 S + Tb (8,3741 − 5,9917 S) + 10 7 Tb (1 − 0,77084 S − 0,02058 S 2 )⎛ 0,7465 − 222,466 ⎞ ⎜ ⎜ T ⎟ ⎟ ⎝ b ⎠ ( )⎛ 0,32284 − 17,T ⎞ 3354 12 10 + 3 1 − 0,80882 S + 0,02226 S 2 ⎜ ⎜ ⎟ ⎟ Tb ⎝ b ⎠ Trong đó : M - khối lượng phân tử, kg/kmol ; Tb - nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn của phân đoạn, K; S - tỉ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn. Sai số trung bình khi tính toán theo 2 công thức trên khoảng ≤ 5 %. 14/35
15/35
• Khối lượng phân tử cũng có thể được xác định tương đối chính xác đối với những phân đoạn không xác định được nhiệt độ sôi trung bình tiêu chuẩn mà chỉ xác định được độ nhớt ở 100oF và 210oF theo công thức sau : M = 223,56 ν100(1,1228S - 1,2435) ν210(3,4758 - 3,038S) S-0,6665 Với : M - khối lượng phân tử, kg/kmol ; ν100 - độ nhớt động lực ở 100oF (37,8 oC) ν210 - độ nhớt động lực ở 210oF (98,9 oC) S - tỉ trọng tiêu chuẩn của phân đoạn. • Sai số trung bình khi tính toán theo công thức trên khoảng ≤ 10 %. 1.9 Áp suất hơi bão hòa • Để xác định áp suất hơi bão hòa Reid (TVR) của Xăng nhẹ ⇒ sử dụng biểu đồ TVR - % khối lượng của xăng. • TVR của Xăng nặng được xác định theo phương pháp cộng tính về phần mol : ⎛ %m Σ %m GAS ⎞ M BZN TVR BZN = ⎜ ⎜ M × TVR Σ − M × TVR GAS ⎟ × ⎟ %m ⎝ Σ GAS ⎠ BZN • Chuyển đổi từ áp suất hơi bão hòa Reid (TVR) sang áp suất hơi bão hòa thực (TVV) : TVV R= TVR Giá trị của hệ số chuyển đổi được cho trong bảng 4.13 (I - 162) 1.10 Điểm chớp cháy • Được xác định theo công thức [4.102] được đưa ra bởi API (I - 164) : 1 Te = 2,84947 − 0,02421 + + 0,0034254 ln T10 T10 Với : T10 - nhiệt độ sôi tương ứng với độ cất 10% thể tích theo đường cong ASTM [K] Sai số trung bình của công thức trên khoảng ≤ 5 oC • Để chuyển T10 (TBP) sang T10 (ASTM) ⇒ áp dụng công thức [4.104] của Riazi (I - 165) : T’ = a Tb Với : T’ - nhiệt độ xác định theo đường ASTM D86 [K] T - nhiệt độ xác định theo đường TBP [K] 16/35
17/35
18/35
19/35
a, b - các hệ số, phụ thuộc vào thành phần % chưng cất được, giá trị được tra theo bảng [4.16] (I - 166) 1.11 Chỉ số Cétane (IC) • Được xác định theo công thức được đưa ra bởi công ty ETHYL theo phương pháp ASTM D 976 (I - 222): IC = 454,74 - 1641,416 ρ + 774,74 ρ2 - 0,554 (T50) +97,083 (log T50)2 Với : ρ - khối lượng riêng của nhiên liệu ở 15 oC [kg/l] T50 - nhiệt độ sôi tương ứng với 50% độ cất theo phương pháp ASTM D86 [K] 1.12 Điểm chảy • Đối với các phân đoạn trung gian như GO ⇒ xác định điểm chảy theo biểu đồ Điểm chảy ( oC) - % khối lượng của phân đoạn ở điểm đầu, % khối lượng của phân đoạn ở điểm cuối. • Đối với RA ⇒ xác định điểm chảy theo biểu đồ Điểm chảy ( oC) - % khối lượng của cặn RA. • Đối với KER, ta áp dụng công thức [4.113] được đưa ra bởi API (I - 174) : TEC = 130,47 S2,971 M (0,612−0, 474.S) ν10031−0,333.S) (0, • Sai số của công thức trên khoảng 5 oC. • Công thức chỉ áp dụng được đối với các phân đoạn có điểm chảy < 60 oC. 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO CÁC PHÂN XƯỞNG KHÁC 2.1 Phân xưởng chưng cất chân không • Theo đề bài, khoảng phân đoạn của RSV là 565 + oC, từ đó ta có bảng sau : Khoảng phân Phần khối lượng, Hiệu suất % Hiệu suất % khối đoạn, oC % khối lượng lượng đối với RA chung DSV 370 - 565 53,67 ÷ 83,67 30,00 64,75 RSV 565 + 83,67 ÷ 100 16,33 35,25 Charge : RA 53,67 ÷ 100 46,33 100 20/35