Mô phỏng và tối ưu hóa phân xưởng sản xuất Polypropylene

- Lê Quốc Hoàng MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƯU HÓA PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT POLYPROPYLENE Chuyên ngành : Kỹ thuật Hóa học LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC – KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS Phạm Thanh Huyền Hà Nội – Năm 2014 Trang 1 LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn thạc sỹ ngành kỹ thuật Hoá học với đề tài: “Mô phỏng và tối ưu hóa phân xưởng sản xuất Polypropylene” được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.
- Phạm Thanh Huyền - Bộ môn Công nghệ Hóa hữu cơ – Hóa dầu – Viện kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- Hà Nội, tháng 01 năm 2014 Tác giả Lê Quốc Hoàng Trang 3 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Chú giải PP Polypropylene PE Polyethylene iPP Isotactic Polypropylene sPP Syndiotactic Polypropylene aPP Atactic Polypropylene TEAL Tri Ethyl Aluminium ABB ASEA Brown Boveri HY-HS High Yield-High Selectivity KLPT Khối lượng phân tử OXH Oxi hóa Trang 4 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.
- 11 TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT POLYPROPYLENE.
- 23 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE [17.
- 23 Chất xúc tác cho quá trình sản xuất polypropylene.
- 28 Các công nghệ sản xuất polypropylene hiện nay [17.
- 32 Lựa chọn công nghệ sản xuất polypropylene.
- 54 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG.
- 56 Thao tác thiết kế một quá trình công nghệ.
- 57 MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT POLYPROPYLENE BẰNG HYSYS.
- 58 Trang 5 Các thiết bị chính.
- Phương pháp mô phỏng.
- 63 Kết quả thu được từ quá trình mô phỏng.
- 63 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ.
- 67 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc của thiết bị R-201 lên hiệu suất quá trình.
- 68 Đánh giá ảnh hưởng của lượng hydro vào các thiết bị lên hiệu suất quá trình.
- 70 Giới thiệu về mô hình sản xuất Polypropylene của nhà bản quyền ABB tại trường Cao đẳng nghề Dầu khí.
- 85 Hệ thống hoạt động không ổn định khi tỉ trọng slurry trong 2 thiết bị phản ứng tăng gần 500 kg/m3.
- 85 Quá trình tăng hydro làm hệ thống mất ổn định.
- 88 Trang 6 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần nguyên liệu từ Nhà máy.
- 12 Bảng 1.2: Đặc tính kỹ thuật khí chứa hydro.
- 13 Bảng 1.3: Dự báo tỷ trọng tiêu thụ theo chất lượng.
- 14 Bảng 1.4: Dự báo giá propylene và polypropylene, USD/tấn.
- 29 Bảng 1.6: Thành phần chính của các loại xúc tác Ziegler-Natta.
- 64 Bảng 3.2: Các thông số của các dòng công nghệ.
- 65 Bảng 3.3: So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực tế của nhà máy PP Dung Quất.
- 66 Bảng 3.4: So sánh kết quả mô phỏng HYSYS theo số liệu của nhà bản quyền ABB với số liệu của nhà máy PP Dung Quất.
- 71 Trang 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Hình dạng của polypropylene trong công nghiệp.
- 17 Hình 1.2: Cấu trúc của polypropylene khối.
- 19 Hình 1.3: Các phổ tán xạ tia X có gốc rộng của iPP , sPP , aPP .
- 20 Hình 1.4: Chuỗi vòng xoắn của isotactic PP.
- 21 Hình 1.5: Propylene phối trí với titan và sau đó chèn vào mạch Ti-polymer.
- 26 Hình 1.6: Quá trình hình thành polypropylene isotactic.
- 28 Hình 1.7: Cấu trúc đối hình của xúc tác.
- 28 Hình 1.8: Hạt xúc tác Ziegler–Natta (a) và hạt polymer tương ứng (b.
- 31 Hình 1.9: Công thức cấu tạo của Xúc tác Ziegler-Natta thế hệ 2, 3 và 4.
- 32 Hình 1.10: Cấu trúc không gian α-TiCl4.
- 32 Hình 1.11: Quy trình sản xuất chung.
- 34 Hình 1.12: Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Unipol.
- 36 Hình 1.13: Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Spheripol.
- 39 Hình 1.14: Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Novolen.
- 41 Hình 1.15: Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Innovene.
- 43 Hình 1.16: Sơ đồ sản xuất PP theo công nghệ Hypol II.
- 45 Hình 3.1: Sơ đồ mô phỏng dây chuyền sản xuất polypropylene.
- 63 Hình 3.2: Ảnh hưởng của áp suất phản ứng lên hiệu suất quá trình.
- 67 Hình 3.3: Giản đồ pha của propylene.
- 68 Hình 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc của thiết bị R-201 lên hiệu suất quá trình.
- 69 Hình 3.5: Ảnh hưởng của lượng hydro vào các thiết bị lên hiệu suất quá trình.
- 70 Hình 3.6a: Sơ đồ hệ thống tồn chứa chất xúc tác (TEAL.
- 73 Hình 3.6b: Sơ đồ hệ thống tồn chứa chất xúc tác (chất cho – Donor.
- 74 Hình 3.6c: Sơ đồ hệ thống tồn chứa và đo đếm chất xúc tác.
- 75 Hình 3.7: Sơ đồ hệ thống tiếp xúc và polymer hóa sơ bộ.
- 76 Hình 3.8: Sơ đồ hệ thống thiết bị phản ứng polymer hóa các monomer lỏng.
- 77 Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống bốc hơi nhanh và tách khí dưới tác dụng của áp suất và tuần hoàn propylene.
- 78 Hình 3.10: Sơ đồ hệ thống tách khí ở áp suất thấp, tuần hoàn khí, thêm các chất trợ xúc tác.
- 79 Hình 3.11: Sơ đồ hệ thống Bốc hơi và thu hồi các monome hòa tan trong Polymer.
- 80 Trang 8 Hình 3.12: Sơ đồ hệ thống tháp làm khô.
- 81 Hình 3.13: Sơ đồ hệ thống bồn chứa nguyên liệu propylene.
- 82 Trang 9 MỞ ĐẦU Ngày Hợp đồng EPC dự án Phân xưởng sản xuất Polypropylene đã được ký giữa Tập đoàn Dầu khí Việt Nam với Tổ hợp Nhà thầu bao gồm Hyundai Engineering (HEC), LG International (LGI), Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư và Thiết kế Dầu khí (PVE) và Tổng Công ty Cổ phần Xây lắp Dầu khí (PVC).
- Nằm ở phía Tây Nam Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Phân xưởng sản xuất Polypropylene được xây dựng trên diện tích gần 16 ha, gần khu vực bể chứa trung gian của Nhà máy lọc dầu và được xem như một phân xưởng công nghệ của Nhà máy Lọc dầu Dung Quất với tổng mức đầu tư 234 triệu USD, công suất 150.000 tấn sản phẩm/năm [6].
- Nguyên liệu đầu vào của Phân xưởng là khí hóa lỏng Propylene được sản xuất ra từ Nhà máy Lọc dầu Dung Quất.
- Từ Propylene, cùng với Hydrogen và xúc tác để sản xuất ra trên 30 loại sản phẩm nhựa Homopolymer PP sử dụng cho các ứng dụng khác nhau, đáp ứng một phần nhu cầu hạt nhựa của thị trường trong nước.
- Phân xưởng sử dụng công nghệ Hypol-II của nhà cung cấp bản quyền Mitsui Chemical, Inc (Nhật Bản), một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay trên thế giới, có nhiều tính năng phù hợp để có thể sản xuất ra các sản phẩm với chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu của thị trường trong nước và quốc tế.
- Công nghệ này được áp dụng tại hơn 20 nhà máy sản xuất Polypropylene trên toàn thế giới, trong đó tại khu vực Đông Nam Á có 5 nhà máy đã sử dụng.
- Dự án được khởi công xây dựng giữa tháng 12/2007 và đến ngày 15/7/2010 chính thức sản xuất cho ra sản phẩm đầu tiên.
- Từ khi vận hành đến nay, Phân xưởng sản xuất Polypropylene Dung Quất đã sản xuất và xuất bán ra thị trường trên 350.000 tấn hạt nhựa phục vụ trong ngành công nghiệp ô tô, xây dựng, điện, chế biến bao bì, sợi và các đồ dùng gia dụng,… đạt tổng doanh thu hơn 10.050 tỉ đồng.
- Dự kiến trong năm 2013, Nhà máy sản xuất và bán ra thị trường gần 135.000 tấn, đạt doanh thu hơn 3.220 tỉ đồng.
- Luận văn ”Mô phỏng và tối ưu hóa phân xưởng polypropylene” sẽ thực hiện các mục tiêu sau.
- Đánh giá nhu cầu phát triển ở Việt Nam đối với các hàng hoá và các sản phẩm làm từ polypropylene mà hiện tại đang được đáp ứng bằng nguồn polypropylene nhập khẩu đắt tiền.
- Đưa ra các công nghệ sản xuất PP hiện nay và đánh giá, lựa chọn được công nghệ tối ưu nhất phù hợp với dự án.
- Trang 10  Mô phỏng công nghệ sản xuất đã lựa chọn bằng phần mềm Aspen Hysys.
- Dựa vào kết quả mô phỏng phân tích đánh giá, lựa chọn điều kiện công nghệ cho các thiết bị chính trong sơ đồ sản xuất.
- Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng làm cơ sở tính toán kinh tế cho toàn bộ dự án từ đó tiến hành tối ưu hóa sản xuất.
- Trang 11 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT POLYPROPYLENE Số liệu ban đầu Các số liệu ban đầu của công nghệ Hypol II bao gồm [6.
- Dải công suất hoạt động của Phân xưởng: 50%-100% công suất thiết kế.
- Phân xưởng sẽ hoạt động 8000 giờ/năm.
- Mặt bằng phân xưởng có dành sẵn chỗ để lắp đặt thiết bị phản ứng copolymer trong tương lai.
- Một bộ phận ép sản phẩm chuỗi đơn sẽ được cung cấp để ép 100% sản phẩm đầu ra.
- Sản phẩm: dưới dạng viên PP (homopolymer) sáng màu và bền nhiệt.
- Xúc tác hiệu suất cao, tiêu thụ tối đa đặc biệt đạt 0,033 đến 0,05 kg trên 1 tấn sản phẩm.
- Công suất kho chứa sản phẩm tối đa: 5 ngày Chuyên chở: bằng ô tô đường bộ trong các bao 25 kg trên các xe nâng.
- Các thiết bị cho việc đóng gói.
- Các hạng mục của phân xưởng.
- Khu vực chứa và chuẩn bị xúc tác.
- Khu vực polymer hoá và sản xuất bột polymer đồng thể (homopolymer) (tính đến việc sản xuất copolymer trong tương lai.
- Khu vực gia công sản phẩm polypropylene (tạo viên.
- Khu vực đóng bao sản phẩm vào các túi 25kg và xếp vào giá vận chuyển.
- Trang 12  Hầm và kho chứa để đồng đều hoá và chứa sản phẩm polypropylene.
- Khu chứa sản phẩm bao gồm cả hệ thống chứa và bảo quản tự động.
- Thiết bị sản xuất màng PE để sản xuất túi, bao gồm cả việc in nổi.
- Thiết bị sản xuất màng PE co dãn để đóng gói sản phẩm.
- Hệ thống xả thoát khẩn cấp.
- Hệ thống báo cháy và cứu hoả tự động.
- Phòng điều khiển với hệ thống DCS và ESD.
- Sản phẩm polypropylene sẽ được sử dụng làm sợi, bao bì và các vật dụng gia đình.
- Nguyên liệu [6]: Nguyên liệu propylene từ phân xưởng thu hồi propylene (PRU) của Nhà máy sẽ được chuyển đến phân xưởng polypropylene bằng đường ống.
- Phần propylene nhập sẽ được chuyển đến các bể chứa đặt tại khu bể chứa sản phẩm của Nhà máy.
- khối lượng 99.6 min Tổng hàm lượng paraffin.
- Ngay sau đó, nó được sản xuất hàng loạt tại châu Âu, Mỹ và Nhật

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt