Tìm hiểu gói đặc tính amin

Khí là nguồn nguyên liệu vô cùng quý hiếm gần như không thể thay thế và tái sinh được, nó đóng vai trò cực kỳ quan trọng nếu không muốn nói là quyết định trong thời đại văn minh hiện nay và trong nhiều năn nữa khi mà những nguồn năng lượng khác chưa thể thay thế được. Khí đồng hành và khí tự nhiên ngoài chứa các hydrocacbon còn chứa các khí axit như CO2, H2S.. cũng như các hợp chất hữu cơ của S và các hợp chất khác. Những chất kể trên gây khó khăn cho sự vận chuyển và sử dụng khí. Vì vậy việc loại bỏ chúng là rất cần thiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MƠN LỌC HĨA DẦU -oOo - BÀI TẬP TIN HỌC CHUN NGÀNH Đề tài: Tìm hiểu gói đặc tính Amin Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thự hiện: Nhóm 5-LHDB-K54 ThS Đồn Văn Huấn 1.Lê Văn Qn 2.Nguyễn Thanh Sơn 3.Đoàn Mạnh Thành 4.Trịnh Thị Minh Thư 5.Nguyễn Quang Tuấn 6.Nguyễn Hữu Tuấn 7.Doãn Anh Tuấn 8.Đào Văn Yên HÀ NỘI 10/2013 MỤC LỤC Contents MỞ ĐẦU C.1.Các đặc trưng gói Amin C.2 Mơ hình giai đoạn khơng cân .8 C.3 Hiệu suất bậc tách ( hiệu suất giai đoạn) C.3.1.Mơ hình trạng thái khơng cân bằng: C.4.Cân hòa tan 10 C.4.1.Mơ hình Kent- Eisenberg .10 C.4.2.Mơ hình điện phân Li-Mather 14 C.5.Entanpy pha 18 C.6 Mô trình phân xưởng Amin 19 C.6.1 Tính tốn cột 19 C.6.2.Bộ tiếp xúc hội tụ 19 C.6.3 Sự chuyển hóa phận tái sinh .20 C.6.4 Sự tái chế áp suất hội tụ 21 C.6.5.Điều kiện làm việc .21 C.7 Những hạn chế chương trình .22 C.7.1.Phạm vi sử dụng 23 KẾT LUẬN .24 MỞ ĐẦU Khí nguồn nguyên liệu vô quý gần khơng thể thay tái sinh được, đóng vai trị quan trọng khơng muốn nói định thời đại văn minh nhiều năn mà nguồn lượng khác chưa thể thay Khí đồng hành khí tự nhiên ngồi chứa hydrocacbon cịn chứa khí axit CO2, H2S hợp chất hữu S hợp chất khác Những chất kể gây khó khăn cho vận chuyển sử dụng khí Vì việc loại bỏ chúng cần thiết Có nhiều phương pháp khí cơng nghiệp chủ yếu dùng phương pháp hấp thụ để làm khí Có hai q trình hấp thụ hấp thụ vật lý hấp thụ hóa học Trong q trình hấp thụ lý, người ta sử dụng dung môi như: propylen cacbonat, ete dimetyl plyetylen glycol, N-metylpyrolidon…Trong trình hấp thụ hóa học người ta sử dụng dung dịch ankanol amin Các tính chất hóa lý dung môi ankanol amin đươch cho bảng: Mặt khác với phát triển vượt bậc ngành cơng nghệ thơng tin, vớinhững máy tính tốc độ cao, hệ điều hành siêu việt, lập trình viên góp phần to lớn cho đời phần mềm mô Trước để lên kế hoạch cho dự án đòi hỏi nhiều thời gian, khảnăng thực dự án khó khơng thể biết trước Nhưng phần mềm mơ đời, cơng việc trở nên nhẹ nhàng nhiều, mơ hoạt động nhà máy chế độ vận hành khác nhau, thay đổi thông số làm việc đơn vị hoạt động mà khơng ảnhhưởng đến q trình hoạt động chung nhà máy Để thực trình mơ làm khí phương pháp hấp thụ người ta sử dụng gói đặc tính Amin trình bày phần C.1.Các đặc trưng gói Amin Tùy chọn gói amin cơng cụ hỗ trợ đặc biệt Hysys nhằm mục đích loại bỏ khí chua H2S CO2 từ dịng khí thiên nhiên dịng dầu tinh chế Có nhiều cách xử lý cho việc này, ưu tiên hàng đầu hợp lý vào thời điểm khơng có trội amin Thành phần ban đầu để sử dụng cho q trình tính tốn yếu tố như: thành phần dòng nguyên liệu , thông số kĩ thuật khác sản phẩm , áp suất , nhiệt độ tạp chất Sản phẩm thu cần đảm bảo mặt : thỏa mãn toán kinh tế, thân thiện với mơi trường, ảnh hưởng xấu tác động khơng tốt tới xung quanh , áp dụng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác có liên quan sống kĩ thuật Để làm sáng tỏ lại ưu tiên sử dụng lựa chọn amin, người ta xét tới tổn thất, mát lượng khối lượng dịng , ngồi cịn xét tới thiết bị máy móc áp dụng cơng nghệ Thành phần axit khí chua khí tự nhiên , khí gas loại bỏ phương pháp hấp thụ bề mặt dung mơi hóa học xét ankanol-amin Gói tùy chọn amin thiết kế nhằm trợ giúp người dùng sử dụng akanol-amin để xử lý H2S & CO2 dịng khí nguyên liệu ban đầu Dữ liệu gói chủ yếu giải vấn đề hấp thụ nhả hấp thụ dung dịch dung mơi có tính bazo MEA, DEA, MDEA ,TEA phối trộn dung mơi nêu với Nhìn vào sơ đồ C1 ta thấy q trình xử lý khí chua sử dụng dung mơi AnkanolAmin Ngun liệu ban đầu phối trộn với dung môi sau đưa vào thiết bị đệm ( tháp đệm) khí chua hấp thụ lên bề mặt dung mơi sau xử lý nhiệt , cịn ngun nguyên liêu quay lại tháp tái sinh, dòng sản phẩm tái đun nhằm loại bỏ axit từ dung mơi Amin thu cột Khí ngưng tụ phối trộ lại khí chua làm nhiệt nước Dung môi Amin làm lạnh lại quay trở lại tháo hấp thụ , phần dịng Amin tái sinh quay trở lại tiếp tục sử dụng Thiết bị tách loại thùng chứa đặt ngồi tháp hấp thụ nhằm đánh giá khả xử lý lôi Hydrocacbon hạ thấp hàm lượng axit sản phẩm Hình C1 Thiết kế phân xưởng xử lý amin theo lựa chọn sau đây: • Cấu hình trình • Các loại amin nồng độ • Giải pháp tỉ lệ hồi lưu • Yêu cầu nhiệt đun sôi lại • Áp suất nhiệt độ vận hành Thiết kế đĩa học số lượng giai đoạn tiếp xúc biết ảnh hưởng đến trình thực đặc biệt quan trọng ứng dụng hấp thu có chọn lọc phân xưởng xử lí amin thiết kế trước sử dụng tính tốn tay kinh nghiệm hoạt động Điều kiện thiết kế thường lựa chọn phạm vi bảo toàn để trang trải chỗ thiếu liệu sử dụng tính tốn tay.Mơ phương tiện thu giá trị cho thông số thiết kế q trình, đươc sử dụng chung để xác nhận thông số thiết kế ban đầu đạt phương pháp Các quy tắc ngón tay khơng tồn cho việc thiết kế ứng dụng hấp thụ có chọn lọc kinh nghiệm hoạt động bị hạn chế Hơn nữa, trình thường điều khiển chung động học phản ứng thiết kế sở cân hóa học độc lập Chương trình mơ phải coi đầy đủ công cụ tiên đoán trường hợp Các chương trình AMSIM sử dụng cơng nghệ phát triển DB Robinson & Associates Ltd để mơ hình cân độ tan khí axit dung dịch amin Một mơ hình giai đoạn khơng cân dựa khái niệm hiệu giai đoạn sử dụng để mô hiệu suất tiếp xúc thiết bị tái sinh Một danh sách tham khảo nghiên cứu dẫn đến phát triển AMSIM tìm thấy phần cuối phần Dữ liệu tốt biết đến tồn sử dụng để xác định thuộc tính thành phần ngân hàng liệu AMSIM Các mơ hình AMSIM thiết kế cho hai amin Khi hai amin lựa chọn, gói đặc trưng Amin mong đợi hai amin để có thành phần hai amin không Bạn định thành phần amin lớn khơng khác khơng Đó đề nghị thay định amin khơng, đầu vào giá trị thành phần nhỏ cho biết amin C.2 Mơ hình giai đoạn khơng cân Một mơ hình giai đoạn khơng cân phát triển để mô nhiều hợp chất trình truyền khối nhiều giai đoạn gặp phân xưởng xử lý amin sử dụng gói đặc tính amin Mơ hình giai đoạn tổng qt thể hình C.2 cho hình học dịng chảy gọi tên giai đoạn riêng Các khái niệm sử dụng tỷ lệ hấp thụ / giải hấp khí axit đến / từ amin hịa tan phải xem xét q trình truyền khối Quá trình tỷ lệ phụ thuộc vào thông số cân động học mô tả hệ thống khí axit / hệ thống Mơ hình kết hợp Murphree loại hiệu sửa đổi vào xác địnhn cho mức tỉ lệ truyền khối thành phần khí axit giai đoạn khí axit hiệu quả, lần lượt, hàm hệ số truyền khối thiết kế đĩa học Khi mơ hình giai đoạn tổng quát mở rộng đến trường hợp nhiều giai đoạn, kết cột lưu lượng hình học danh pháp thể hình C.2 kết thiết lập phương trình cân đặc trưng cho phân xưởngnhiều giai đoạn đưa phần C.4 – cân hòa tan thiết lập phương trình phải giải cho cột liệu dòng Một phương pháp thiết lập Newton- Raphasom sử dụng để giải phưng trình giai đoạn phi tuyến tính điều kiện nghiêm ngặt nhiệt độ, thành phần tỷ lệ pha giai đoạn cột Hình C.2 C.3 Hiệu suất bậc tách ( hiệu suất giai đoạn) Hiệu suất bậc tách gói đặc tính amine xác định theo phương trình sau: Với: hiệu suất bậc tách số cấu tử thành phần j số bậc K tỷ số cân V lưu lượng mol dòng pha X phần mol pha lỏng Y phần mol pha Hiệu suất bậc tách phụ thuộc vào hệ số động lực học k phản ứng khí axit amine, tính chất vật lý hóa học dung dịch amine, áp suất, nhiệt độ, thơng số kích thước đĩa đường kính đĩa, chiều cao chiều dài đập tràn Có thể xác định hiệu suất bậc tách tính tốn thơng số nhờ HYSYS Nếu phương án amine lựa chọn, HYSYS sử dụng hiệu suất bậc thành phần Chú ý hiệu suất sử dụng cho thành phần H2S CO2 Nếu hiệu suất không thiết lập tháp HYSYS tính tốn hiệu suất dựa kích thước thiết lập đĩa gói amine tháp Nếu thơng số kích thước đĩa không thiết lập HYSYS sử dụng kích thước mặc định đĩa để tính toán hệ số bậc tách Đây bậc thực, khơng phải bậc lý tưởng C.3.1.Mơ hình trạng thái khơng cân bằng: Phương trình cân vật liệu tổng quát: Phương trình cân vật liệu cấu tử tử thành phần : Phương trình cân lượng : Hệ thức cân : Phương trình tóm tắt: C.4.Cân hịa tan C.4.1.Mơ hình Kent- Eisenberg Mơ hình dựa tính toán tiếp cận Kent Eisenberg sử dụng để tính tốn độ hịa tan tới hạn khí axit dung dịch amine Phần chứa liệu thực nghiệm hợp thức hóa mơ hình hịa tan Ngồi cịn bổ sung thêm số liệu cho DEA, MDEA, MEA/MDEA, DEA/MDEA Mơ hình tiếp tục phát triển để mở rộng khoảng tin cậy mol dòng nạp liệu khoảng 0.0001 1.2 Các mơ hình riêng phát triển để dự đốn độ hịa tan hỗn hợp khí axit dung dịch amine bậc Độ hòa tan thành phần trơ hydrocacbon mơ hình hóa hệ số Henry điều chỉnh lại cho phù hợp với lực ion Việc tính tốn tỷ số cân hay giá trị K gồm hệ phương trình phi tuyến tính biểu diễn cân hóa học, cân pha, cân điện tích, cân khơi lượng chất điện phân dung dịch Các phương trình cho Mơ hình sử dụng phương pháp nội suy ngoại suy từ liệu thực nghiệm vê độ hòa tan gói đặc tính amine Vì amine bậc khơng hình thành cacbarmat, phương trình bao gồm loại ion rút từ mơ hình 10 Các phương trình đưa đây: Hằng số cân 11 Cân pha Cân khối lượng 12 Hệsố fugacity phântử tính phương trình trạng thái Peng-Robinson : P= a (T ) RT ( C.30 ) v−b v ( v +b )+ b( v−b) Ở : a= α (0.45724) R2 Tc2 / Pc b = (0.07780) RTc/ Pc C.31 C.32 Nhiệt độ phụ thuộc vào hệ số α có dạng Các thơng số α α chất phụ thuộc xác định thông qua hồi quy nghiêm ngặt liệu xác Cho hỗn hợp, thơng số phương trình a b ước tính theo quy tắc trộn 13 C.4.2.Mơ hình điện phân Li-Mather Gói tính chất Amines biến đổi mơ chế độ giai đoạn Đối với q trình mơ giai đoạn, giá trị K từ gói tính chất Peng-Robinson kết hơp với giá trị K từ gói liệu Amines LLE VLE Mơ hình Li-Mather cho thấy khả dự đốn mạnh mẽ phạm vi rộng giá trị nhiệt độ, áp suất, chất tải khí axit, nồng độ amin AMSIM có khả mơ q trình với phối trộn nhân tạo tạo thành từ hai sáu gốc amines (MEA, DEA, MDEA, TEA, DGA DIPA) Kết cấu mơ hình nhiệt động lực học dựa cân loại: cân pha lỏng-hơi cân hóa học Cân Pha Cân lỏng cấu tử cho bởi: Hi Xi γiL=PYi ϕ iv Trong đó: Hi = số Henry P = hệ thống áp suất Xi, Yi = nồng độ phần mol cấu tử I pha lỏng pha khí Φiv = hệ số pha lỗng pha khí γiL = hệ số hoạt động pha lỏng Hệ số pha lỗng tính phương trình trạng thái Peng- Robinson (Peng-Robinson, 1976): P= a(T ) RT − V −b V ( V +b ) +b(V −b) Trong thông số lấy từ thư viện liệu EQUI-PHASE EQUI90 Thơng số hoạt động tính phương trình Clegg- Pitzer mơ tả phần sau Cân hóa học Trong trường hợp hỗn hợp có cấu tử amin H2S-CO2-H2O, phương trình phản ứng phân ly hóa học cho sau: 14 Các số cân hóa học hỗn hợp amin-khí axit đóng vai trị quan trọng việc xem xét độ cân hịa tan khí axit dung dịch amin Hắng số K thể sau: Hằng số cân thể hàm nhiệt độ: Hằng số Henry giống hàm nhiệt độ phương trình (C.45) Trong pha lỏng, gồm có loại phân tử , amin, H2O, CO2, H2S loại ion, amine+, HCO3-,HS-,H+,OH-,CO3=,S= cho hỗn hợp amin H2S-CO2-H2O Trong pha khí, gồm có phân tử , amine, H2O, CO2 H2S Việc xác định cấu tạo tất loại phân tử ion pha lỏng pha liên quan đến vấn đề sau: độ hịa tan, phương trinh phi tuyến tính thể giai đoạn cân cân hóa học, cân khối lượng chất điện phân dung dịch nước Phương trình Clegg-Pitzer 15 Phương trình Pitzer ban đầu khơng xem xét phân tử hỗn hợp dung môi hạt tương tác Do khơng thích hợp để mơ tả nhiệt động lực học hỗn hợp dung mơi Trong mơ hình Clegg, tất cấu tử hỗn hợp coi hạt tương tác Trong giới hạn phạm vi lớn tĩnh điện giới hạn phạm vi nhỏ lực đẩy cầu cứng kết luận từ lý thuyết áp suất thẩm thấu McMillan-Mayer thống kê không thay đổi Thừa số Gibbs (năng lượng tự do), gex gồm có giới hạn phạm vi lớn tĩnh điện Debye-Huckel, gDH mở rộng phạm vi ngắn Margules với hai ba hậu tố, gs Biểu thức biểu diễn hệ số hoạt hóa dung môi N ion M+ là: 16 Ở hệ số c, a, n n’ tương ứng với cation, anion phân tử Chỉ số thay cho H2O Tổng phần mol ion tính theo cơng thức sau: Lượng cation Fc anion Fa xác định sau: Lực ion tính cơng thức: Hàm g(x) định nghĩa cơng thức sau: Trong đó: Ax hệ số Debye-Huckel cho công thức sau: 17 Trong đó: Ci , Cn nồng độ mol ion I dung môi n I lực ion dung dịch A hệ số Debye- Huckel, hàm phụ thuộc vào nhiệt độ , khối lượng riêng số điện môi hỗn hợp dung môi tham số đặc trưng cho khoảng cách để va chạm ion gọi khoảng cách tối thiểu để va chạm ion dung dịch Bca hệ số đặc trưng cho lực dạng cầu ion Wnca hệ số đặc trưng cho tương tác ion với ion ion với dung môi Các hệ số An’n, Ann’, Bca, Wnca hàm phụ thuộc vào nhiệt độ xác định theo công thức sau: Y= a +b/T Phương trình Clegg-Pitzer dường khơng phù hợp mơ hình Nó gồm nhiều thuật ngữ hệ số khác, nhiên sử dụng lượng tham số thuật ngữ ví dụ thuật ngữ bậc phương trình Clegg-Pitzer khơng sử dụng mơ hình Chỉ có thơng số Ann’, An’n, Bca Wnca sử dụng điều chỉnh thông số Trong mô hình này, nước amine dùng làm dung mơi Ở nhiệt độ áp suất hệ thống đếu sử dụng dung mơi ngun chất Theo quy chuẩn trạng thái ion phân tử khác trạng thái lý tưởng dung dịch có khả pha lỗng vơ hạn C.5.Entanpy pha Entanpy pha tính theo phương trình Peng-Robinson tổng lượng nhiệt khí lý tưởng trạng thái xét Entanpy pha lỏng tính đến ảnh hưởng ẩn nhiệt pha nhiệt phản ứng Khả hấp thụ nhả hấp thụ H2S CO2 dung dịch akanolamine phụ thuộc vào nhiệt phản ứng hóa học gây Lượng nhiệt phụ thuộc vào nồng độ loại amine, lượng khí axit dòng nguyên liệu vào Nhiệt hòa tan dịng khí axit 18 xác định theo liệu thu từ thí nghiệm hịa tan khác sử dụng theo phương trình Gibbs-Helmholtz Hiệu ứng nhiệt mà kết từ bốc ngưng tụ amin nước hai trình hấp thụ tái sinh giải thích thơng qua hạn nhiệt ẩn xuất tính tốn entanpy chất lỏng Hàm lượng nước nguồn cấp liệu khí chua có ảnh hưởng lớn thông số nhiệt độ dự báo hấp thụ cần xem xét, đặc biệt áp suất thấp C.6 Mơ q trình phân xưởng Amin Chìa khóa để giải hệ thống xử lý amin nằm mô tiếp xúc tái sinh Trong hai cột, không cân tính tốn giai đoạn hiệu nghiêm ngặt sử dụng Ngoài ra, hiệu tiếp xúc kết hợp phản ứng động thông số chuyển khối lượng Chỉ gói Amin mơ hiệu hệ thống này, có thành phần bao gồm gói nên sử dụng C.6.1 Tính tốn cột Thực theo hướng dẫn chung: • Đảm bảo khí đốt cho tiếp xúc bão hịa với nước • Sử dụng thực tế, không lý tưởng, giai đoạn • Thay đổi hiệu giai đoạn cho khí CO2 H2S từ giá trị mặc định 1,0 đến cho phần cho tái sinh thời gian hấp thụ ban đầu • Sử dụng hiệu tính tốn cho hấp thụ sau chạy chi tiết • Thay đổi yếu tố giảm xóc từ giá trị mặc định 1.0 đến phần nhỏ khuyến nghị phần sau Đây cần thiết để ngăn chặn dao động hội tụ C.6.2.Bộ tiếp xúc hội tụ Hội tụ dễ dàng đạt cách giải với hiệu ước tính (giá trị đề nghị 0,3 CO2 0,6 cho H2S), sau yêu cầu hiệu suất tính tốn khởi động lại cột Để làm điều nà , bạn phải xác định ba kích thước cho khay: 19 đường kính khay, chiều dài khay chiều cao khay Xác định thông số trang Amin tab thông số quan điểm Cột Cho cột có, sử dụng kích thước thực tế Cho tình thiết kế (hoặc kích thước khay chưa biết) sử dụng tiện ích Cắt Khay để ước tính thơng số Đầu vào kích thước khay tính tốn chọn Run HYSYS tính tốn hiệu thành phần cá nhân (H2S, CO2) dựa kích thước khay Chỉ khay thơng qua mơ hình hóa với amin hữu trọn gói Nếu khay cột bạn multipass, bạn phải ước lượng kích thước dựa khay qua lần Sau kích thước khay quy định, cột tính tốn lại Lưu ý hiệu suất tính sử dụng amin hữu trọn gói Những giá trị áp dụng đặc biệt để CO2 H2S Yếu tố giảm xóc khoảng 0,4-0,8 thường cho hội tụ nhanh Nhiệt độ xung quanh Contactor nên sau: Dòng Nhiệt độ cho phép Nguồn Khí 65 – 130 MEA, DEA, TEA, MDEA 100 - 120 DGA 140 Hấp thụ 120 - 160 C.6.3 Sự chuyển hóa phận tái sinh Với bình hấp thụ,hiệu theo quy định người sử dụng tính tốn theo chương trình Đối với bình ngưng bình ngưng lại,giá trị cần phải đạt 1.0 Cho khay cịn lại, ước tính hiệu CO2 0.15 H2S 0.80 Thông số kỹ thuật đơn giản để hội tụ giai đoạn 1(ngưng) nhiệt độ nhiệm vụ ngưng tụ lại Sau hướng dẫn cho nhiệm vụ điển hình 20