Mô phỏng quá trình steam reforming hơi nước sản xuất khí tổng hợp bằng hysys

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH BACH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ- HĨA DẦU CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO -HẠNH PHÚC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên : Lê Văn Phước Lớp : Hóa dầu K52 QN 1-Đầu đề: Thiết kế mô phỏng Công nghệ Reforming nước khí tự nhiên sản xuất khí tổng hợp 2-Nội dung đồ án: -Tổng quan khí tự nhiên -Khí tổng hợp -Cơ sở lý thuyết cơng nghệ sản xuất khí tổng hợp -Thiêt kê mơ hysys -Tính tốn thiết bị -Thiết kế xây dựng -Tính tốn kinh tế -An toàn vệ sinh lao động 3- Các vẻ: - Dây chuyền sản xuất - Thiết bị - Mặt xây dựng 4- Cán hướng dẩn : ThS.Vương Thanh Huyền 5- Ngày giao nhiệm vụ : 18/03/2013 6- Ngày hoàn thành nhiêm vụ : 02/O7/2013 CHỦ NHIỆM KHOA (Ký ghi rõ họ tên) Đại Học Bách Khoa Hà Nội CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) SV:Lê-Văn-Phước KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ SINH VIÊN ĐÃ HỒN THÀNH Ký tên +q trình làm đồ án: +Điểm vẽ : + Điểm bảo vệ : CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trường đại học Bách Khoa Hà Nội ngắn em nhận dậy bảo , giúp đỡ tận tình thầy cô giáo Đặc biệt khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp em nhân hướng dẩn tận tình giáo : Th.S Vương Thanh Huyền , giúp em hoàn thành đồ án thời gian quy định Bản đô án giúp em củng cố hiểu sâu thêm kiến thức học trình học tập trường , đồng thời củng giúp em bước đầu định hình nhửng vến đề cần thiết thiết kế phân xưởng sản xuất công nghệ hóa dầu Tuy nhiên với thời gan có hạn nên khơng thể tránh thiếu sót , vương mắc ,kính mong thầy giáo hướng dẩn bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn Th.S Vương Thanh Huyền tận tình giúp đở hướng dẩn suốt thời gian em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi giúp đở khoảng thời gian em học tập trường Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô trương Đại Học Quy Nhơn Qua em xin bầy tỏ lịng biết ơn gia đình , bạn bè đả giúp đở , đông viên suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội ngày 1/7/2013 Sinh viên Lê Văn Phước Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………… CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỰ NHIÊN……………… I.1 Khái niệm……………………………………………… I.2 Nguồn gốc ……………………………………………… I.3 Thành phần …………………………………………… 10 I.4 Tính chất hóa lý hydrocacbon ……………………… 10 I.4.1 Giới hạn cháy nổ…………………………………………… 10 I.4.2 Nhiệt trị……………………………………………………… 11 I.4.3 Tỉ khối, khối lượng riêng…………………………………… 11 I.4.4 Độ dẫn nhiệt………………………………………………… 11 I.5.1 Ứng dụng làm nhiên liệu…………………………………… 12 I.5.2 Ứng dụng làm nguyên liệu………………………………… 13 I.6 Nguồn khí tiềm Việt Nam………………… 13 I.6.1 Nguồn khí…………………………………………………… 13 I.6.2 Khả khai thác cung cấp khí Việt Nam………… 14 CHƯƠNG 2: KHÍ TỔNG HỢP…………………………………… 16 2.1 Khái niệm……………………………………………… 16 2.2 Ứng dụng khí tổng hợp …………………………… 16 2.2.1 Tổng hợp chất hữu cơ……………………………………… 16 2.2.2 Sản xuất metanol………………………………………… 16 2.2.3 Tổng hợp andehyt rượu mạch dài…………………… 16 2.2.4 Sản xuất NH3 ……………………………………………… 17 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP ………………………………… 19 3.1 Cơ chế trình……………………………………… 19 3.3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tỷ lệ O2/CH4………………… 30 3.4 Các trình cơng nghệ bản………………………… 32 Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước 3.4.1 Cơng nghệ chuyển hố nước…………………… 32 3.4.2 Cơng nghệ oxy hố khơng hồn tồn khơng cần xúc tác…33 3.4.3 Q trình chuyển hố có xúc tác……………………………34 3.4.4 Q trình tổ hợp……………………………………………… 35 3.4.5 Các q trình cơng nghệ phát triển……………………… 36 3.4.6 Lựa chọnvà thuyết minh dây chuyền công nghệ………… 39 3.5 Thiết bị reforming sơ cấp………………………………… 41 3.6 Thiết bị refoming thứ cấp………………………………… 44 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG BẰNG HYSYS………… 46 4.1 Giới thiệu phần mềm Hysys…………………………… 46 4.2 Mơ cơng nghệ reforming nước khí tự nhiên…… 46 4.2.1 Lựa chọn hệ nhiệt động………………………………… 46 4.2.2 Thiết lập dòng vật chất……………………………………… 47 4.2.3 Thiết lập phản ứng……………………………………… 48 4.2.4 Sơ đồ mô Hysys…………………………………51 4.3 Tính cân vật chất cân nhiệt lượng……………52 4.3.1 Cân vật chất…………………………………………… 52 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH…………………….54 5.1.Tính thiết bị reforming thứ cấp…………………………… 54 5.2 Tính thiết bị reforming thứ cấp…………………………….55 CHƯƠNG : THIẾT KẾ XÂY DỰNG…………………………… 58 6.1 Yêu cầu chung việc chọn địa điểm nhà máy ………… 58 6.1.1 Các yêu cầu chung …………………………………………… 58 6.1 Các yêu cầu kỹ thuật xây dựng ………………………… 58 6.2 Chọn địa điểm xây dựng nhà máy …………………………59 6.3 Yêu cầu thiết kế tổng mặt nhà máy ……………… 60 6.4 Giai pháp thiết kế tổng mặt phân xưởng .60 6.4 Nguyên tắc thiết kế tổng mặt phân xưởng 60 6.4 Các hạng mục cơng trình 62 Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước 6.4 Mặt nhà máy ……………………………………………64 6.4 Bố trí thành phần xây dựng lộ thiên bán lộ thiên CHƯƠNG 7 :TÍNH TỐN KINH TẾ……………………………… 67 7.1.Mục đích nhiệm vụ tính tốn kinh tế…………………… 67 7.2 Các loại chi phí…………………………………………… 67 7.2.1 Chi phí cho mua máy móc thiết bị………………………… 67 7.2.2 Chi phí cho vận hành dây chuyền………………………… 67 7.2.2.1Chi phí cho nguyên liệu………………………………………67 7.2.2.2.Chi phí cho lượng…………………………………… 68 7.2.3 Chi phí cho cơng nhân sản xuất trực tiếp…………………70 7.2.4 Chi phí khấu hao tài sản cố định…………………………… 70 7.2.5 Mức khấu hao cho đơn vị sản phẩm……………………70 7.2.6 Chi phí tiền lơng cho đơn vị sản phẩm……………… 70 7.2.7 Chi phí cho nhiên liệu lượng………………………70 7.2.8 Chi phí cho phân xưởng…………………………………… 70 7.2.9.Chi phí cho quản lý doanh nghiệp………………………… 71 7.2.10 Chi phí bán hàng…………………………………………… 71 7.3 Doanh thu phương án kỹ thuật đem lại………………… 71 7.4 Lợi nhuận………………………………………………… 72 Thời gian hoàn vốn…………………………………………72 CHƯƠNG 8 : AN TOÀN VỆ SINH LAO Đ ỘNG………………… 73 Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước 8.1.An toàn lao động…………………………………………….73 8.1.1.Mục đích ý nghĩa ………………………………………… 73 8.1.2 Các biện pháp an tồn lao động …………………………… 73 8.2 Cơng tác vệ sinh lao động ………………………………… 75 8.2.1.Vệ sinh mặt nhà máy……………………………75 8.2.2 Hệ thống thơng gió ……………………………………………75 8.2.3.Hệ thống che mưa , che nắng cho phân xưởng sản xuất …75 8.2.4.Hệ thống vệ sinh cá nhân …………………………………… 75 KẾT LUẬN 76 LIỆU THAM KHẢO 77 Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước MỞ ĐẦU Dầu mỏ khí tự nhiên hai nguồn nguyên liệu, nhiên liệu ý hàng đầu thị trường giới Dầu khí sử dụng làm nhiên liệu, nguyên liệu cho công nghiệp chất dẻo, tơ sợi, bột giặt, công nghiệp phân bón nhiều ngành khác Tại Việt Nam phát khai thác nhiều mỏ dầu khí chủ yếu xuất dầu thô chế biến thành loại nhiên liệu phục vụ phần nhỏ nhu cầu công nghiệp đời sống sinh hoạt Ngành công nghiệp hố dầu cịn non trẻ q trình xây dựng Ngành sản xuất có ý nghĩa cơng nghiệp hố dầu sản xuất phân đạm Nó đáp ứng phần nhu cầu lớn phân bón nước nơng nghiệp Việt Nam Nguyên liệu để sản xuất phân đạm khí tổng hợp (H 2+ CO) Nguyên liệu ban đầu để sản xuất khí tổng hợp phong phú gồm có loại than, loại nhiên liệu lỏng từ nhẹ tới nặng (từ xăng tới mazút), khí tự nhiên Trong loại ngun liệu khí tự nhiên có ưu so với loại nguyên liệu khác than Bởi cơng nghệ sử dụng khí tự nhiên dễ dàng khí hố tự động hố q trình cháy chúng, khống chế thơng số kỹ thuật chặt chẽ xác Bản đồ án tốt nghiệp em giao nhiệm vụ “Thiết kế mô cơng nghệ steam reforming sản xuất khí tổng hợp từ khí tự nhiên’’ Mục đích đề tài: - Tìm hiểu cơng nghệ sản xuất khí tổng hợp giới - Đánh giá công nghệ sản xuất khí tổng hợp - Dùng phần mềm Hysys mơ cơng nghệ steam reforming sản xuất khí tổng hợp từ khí tự nhiên Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỰ NHIÊN I.1 Khái niệm [1] Khí tự nhiên tập hợp hydrocacbon khí CH 4, C2H6, C3H8, C4H10 v.v… có lịng đất Chúng thường tồn mỏ khí riêng rẽ tồn lớp dầu mỏ Khí tự nhiên cịn hiểu khí mỏ khí Khí tự nhiên ln chứa khí vơ N2, H2S, CO2 , khí trơ, nước Người ta phân loại khí tự nhiên làm hai loại: khí khơng đồng hành (cịn gọi khí tự nhiên) khí đồng hành Khí tự nhiên khai thác từ mỏ khí, cịn khí đồng hành khai thác trình khai thác dầu mỏ mỏ dầu Trong lòng đất, áp suất nhiệt độ cao, chất hydrocacbon khí CH 4, C2H6, C3H8 phần lớn hòa tan dầu, khí bơm lên mặt đất, áp suất giảm nên chúng tách khỏi dầu tạo thành khí đồng hành I.2 Nguồn gốc [1] Nguồn gốc hình thành hữu tạo dầu mỏ có nhiều nguồn gốc khác nhau, quan trọng sinh vật đồng thời có phần xác động thực vật hình thành nên Các giai đoạn hình thành dầu khí: Q trình hình thành dầu khí mỏ nhà khoa học giải thích theo nhiều chiều hướng khác nhau, nhiên giả thuyết hữu hydrocacbon dầu mỏ có nhiều sở khoa học Sự hình thành xảy hàng triệu năm chia thành giai đoạn sau: * Giai đoạn 1: Giai đoạn bao gồm q trình tích tụ vật liệu hữu ban đầu Xác động thực vật lắng đọng lại Chúng vi sinh vật phân huỷ thành khí sản phẩm tan nước, phần bền vững không tan lắng đọng lại thành lớp trầm tích đáy biển Quá trình diễn khoảng vài triệu năm * Giai đoạn 2: Giai đoạn bao gồm trình biến chất hữu thành phân tử hydrocacbon ban đầu Những hợp chất hữu ban đầu không bị phân huỷ vi khuẩn nhóm hợp chất béo Qua hàng triệu năm, hợp chất lắng sâu xuống đáy biển Ở độ sâu lớn, áp suất nhiệt độ cao (T: 100-2000C, P: 200-1000 atm) Ở điều kiện này, thành phần hữu bị biến đổi phản ứng hóa học tạo cấu tử hydrocacbon ban đầu dầu khí * Giai đoạn 3: Giai đoạn bao gồm trình di cư hydrocacbon ban đầu đến bồn chứa tự nhiên Chúng phân bố rải rác lớp trầm tích Do áp suất lớp đá trầm tích cao nên hydrocacbon ban đầu bị Đại Học Bách Khoa Hà Nội SV:Lê-Văn-Phước đẩy di cư đến nơi khác Quá trình di cư diễn liên tục hydrocacbon ban đầu đến lớp sa thạch, đá vơi, nham thạch có độ rỗng xốp cao gọi đá chứa, từ hình thành nên bồn chứa tự nhiên Tại bồn chứa này, hydrocacbon di cư Trong suốt trình di cư ban đầu, hydrocacbon ln chịu biến đổi hóa học dần nhẹ * Giai đoạn 4: Giai đoạn bao gồm trình biến đổi dầu mỏ bồn chứa tự nhiên I.3 Thành phần [1] Thành phần định tính, định lượng khí tự nhiên giống mỏ khác nhau, khác đáng kể tầng mỏ Giữa khí tự nhiên khí đồng hành khơng có khác biệt lớn thành phần định tính, mặt định lượng khí đồng hành nghèo CH 4, giàu C4+ so với khí tự nhiên Bảng 1.1 Thành phần khí tự nhiên số mỏ khí(%V) Mỏ Urengơi Mỏ Saratov Mỏ Lan Tây [%V] [%V] [%V] [%V] CH4 97.9 94.7 88.5 93.9 C H6 0.2 1.8 4.3 2.3 C H8 0.1 0.2 2.4 0.5 i-C4H10 0.0 0.0 0.6 0.1 n-C4H10 0.0 0.1 0.6 0.1 C5+ 0.0 0.0 1.4 0.2 N2 1,5 0.2 0.3 1.6 CO2 0.3 3.0 1.9 1.2 H2 0.0 0.0 1.0 0.0 Cấu tử Mỏ Lan Đỏ Bảng 1.2 Thành phần khí đồng hành số mỏ (%V) Cấu tử Bạch Hổ [%V] Rồng [%V] Đại Hùng [%V] CH4 71.59 76.54 77.25 C H6 12.52 6.398 9.49 C H8 8.61 8.25 3.83 i-C4H10 1.75 0.78 1.43 n-C4H10 2.96 0.94 1.26 C5+ 1.84 1.49 2.33 CO2 0.72 5.02 4.5 Đại Học Bách Khoa Hà Nội 10 SV:Lê-Văn-Phước