Mô phỏng trên hysys quá trình sản xuất amoniac từ methane

Mô phỏng trên hysys quá trình sản xuất amoniac từ methane

Đề tài: Mô phỏng trên Hysys quá trình sản xuất amoniac từ methane I. Phân tích quá trình mô phỏng: Quá trình sản xuất Amoniac từ metan đi qua hai giai đoạn chính là Steam Reforming và tổng hợp NH3,được thực hiện trong 6 thiết bị phản ứng cân bằng chính: reforming sơ cấp, reforming thứ cấp, chuyển hóa CO nhiệt độ cao, chuyển hóa CO nhiệt độ thấp, metan hóa, tổng hợp NH3. Dựa theo tìm hiểu về chế độ công nghệ của các phản ứng trong công nghiệp để thực hiện mô phỏng, em xin đưa ra điều kiện công nghệ của các thiết bị phản ứng trong hysys như sau: 1.Phản ứng reforming sơ cấp: CH 4 + H 2 O ↔ CO + 3H 2 CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 Phản ứng trong công nghiệp với tỉ lệ H 2 O:C=1.8-3, nhiệt độ 800÷900 0 C, áp suất duy trì ở 2÷3Mpa. Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với phản ứng xảy ra ở 800 0 C, P=2070 kPa ,tỉ lệ H 2 O:C=2. 2.Phản ứng reforming thứ cấp: CH4+ 1/2O 2 ↔ CO + 2H 2 Nhiệt độ đầu vào 800 0 C, nhiệt độ đầu ra 900÷1000 0 C Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với nhiệt độ đầu vào 800 0 C phản ứng xảy ra ở 1000 0 C; 2070 kPa. 3.Phản ứng chuyển hóa CO nhiệt độ cao ( high temperature water-gas- shift ) : CO + H 2 O ↔ H 2 + CO 2 Phản ứng trong công nghiệp với nhiệt độ phản ứng 350÷500 0 C, P=2÷3Mpa 1 Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với phản ứng xảy ra ở 400 0 C; 2070 kPa. 4.Phản ứng chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp ( low temperature water-gas- shift ): CO + H 2 O ↔ H 2 + CO 2 Phản ứng trong công nghiệp với nhiệt độ phản ứng đầu vào 200 0 C, đầu ra 230 0 C; P=1÷3Mpa Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với nhiệt độ đầu vào 200 0 C, đầu ra 230 0 C; P=2070 kPa. 5.Phản ứng metan hóa (Methanation): CO + 3H 2 ↔ CH 4 + H 2 O Phản ứng trong công nghiệp ở P=3Mpa ,nhiệt độ đầu vào 300 0 C; đầu ra 365 0 C Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=3Mpa; nhiệt độ đầu vào 300 0 C; đầu ra 365 0 C. 6.Phản ứng tổng hợp NH 3 : N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=2.5e4 kPa; nhiệt độ phản ứng (nhiệt độ đầu ra là 450 0 C ). Từ những điều kiện trên em thực hiện mô phỏng: thiết lập giá trị nhiệt độ; áp suất cho dòng vào; dòng ra Reactor. Khi nhiệt độ; áp suất dòng nguyên liệu đi vào Reactor chưa đạt yêu cầu như trên em sử dụng các thiết bị: Cooler, Heater, Compressor, Expander để đưa về điều kiện mô phỏng của Reactor như trình bày ở phần trên. Ngoài ra khi thực hiện quá trình nhận thấy có thể tận dụng nhiệt của dòng sản phẩm nên em đưa thêm Heat Exchanger vào để tận dụng nhiệt này đun nóng sơ bộ cho nguyên liệu ban đầu. 2 II. Trình tự tiến hành mô phỏng: 1. Nhập các cấu tử và chọn hệ nhiệt động: Vào môi trường mô phỏng: Xây dựng các phản ứng trong reactions: 3 4 5 Add to FP các phản ứng: Thiết lập dòng Feed: CH 4 với các tham số như đề bài: 6 Ban đầu tạo dòng hơi nước ở 800 0 C; 2070 kPa, lưu lượng 200Kgmole/h (tỉ lệ C:H20=0.5) để tính toán: Nhập thiết bị phản ứng cân bằng,add phản ứng reforming sơ cấp vào, chọn nhiệt độ dòng ra là 800 0 C: Nhập dòng vào, dòng ra: 7 Add phản ứng cho thiết bị: Reforming sơ cấp không tự động tính nhiệt độ dòng ra mà phải chọn nhiệt độ dòng ra để tính duty nên nhập nhiệt độ dòng ra la 800 0 C: Qui trình thiếp lập dòng, add phản ứng cho các Reactor khác tương tự như trên. 8 Hỗn hợp sản phẩm từ đầu ra Reactor1 đưa vào Reactor2 reforming thứ cấp, nguyên liệu đưa vào là dòng không khí qua qui trình gia nhiệt và nén lên áp suất cao để đạt trạng thái 800 0 C; 2070kPa, ban đầu cho lưu lượng của nó là 100kgmole/h , dựa vào tỉ lệ N 2 /H 2 lúc sau ta điều chỉnh sau. nhiệt độ dòng sản phẩm ra khỏi 2 -R2-Vap rất lớn(1000 0 C) nên ta cho qua trao đổi nhiệt để đun nóng sơ bộ lượng nước đưa vào reforming, ở đây em sử dụng nước tự nhiên ở điều kiện thường 25 0 C, 1atm dùng nhiệt quá trình để đun nóng sơ bộ rồi nén lên áp suất cao: 9 Dòng từ Reac2 tiếp tục được làm lạnh đến 400 0 C đi vào chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao(Reac3), dòng ra khỏi Reac3 được làm lạnh đến 200 0 C rồi vào chuyển hóa CO nhiệt độ thấp (Reac4). 10 [...]...Hơi sau cùng ra khỏi quá trình reforming còn lẫn H 2O , ta cho tuần hoàn lại bằng cách làm lạnh xuống 200C cho nước ngưng tụ rồi đưa vào tháp phân tách pha: Nước thu được đem tuần hoàn lại trộn với dòng nước ban đầu tạo thành chu trình kín: 11 Như vậy ta có được chu trình reforming, dùng nước tự nhiên gia nhiệt nhờ nhiệt của sản phẩm quá trình Có sự tuần hoàn lại lượng nước chưa... được NH3 tinh khiết trên 98%: Nguyên nhân: trong dòng hơi đi tổng hợp NH 3 còn lẫn nước nên sản phẩm bị lẫn lượng nhỏ nước: Để thu được NH3 tinh khiết cần tách nước trước khi vào tổng hợp hoặc tách nước sản phẩm trước khi làm lạnh để phân tách pha Việc tách này có thể dùng hấp phụ hoặc hấp thụ, ở đây em dùng công cụ tách trên lý thuyết là component splitter: 21 V Đánh giá kết quả quá trình: 1.Nhiệt độ... lượng nước chưa phản ứng để tiết kiệm chi phí Dòng ra khỏi reforming sẽ được hấp thụ CO 2 bằng C3=Carbonate Hơi từ reforming đã tách nước được nén lên 8000 kPa, rồi làm lạnh đến 35 0C đưa vào tháp hấp thụ: Tháp hấp thụ ở đây tuần hoàn dung môi C 3=Carbonate em sử dụng chu trình giống như chu trình làm ngọt khí bằng DEA trong Gas8: 12 Khí sau khi qua tách CO2 được đem đi metan hóa để tinh chế giảm lượng... 2/H2 ta được giá trị cần tìm Ở đây để cho đơn giản em cắt bỏ lưu trình đoạn sau, chỉ lấy đến phần sản phẩm reforming để nghiên cứu 24 Nhận thấy khi tăng dòng H2O thì tỷ lệ giảm hay lượng H2 tạo ra tăng lên, tuy nhiên đến giá trị khoảng hơn 200 kgmole/h thì tỷ lệ hầu như không đổi,lượng tăng không mạnh Khi tăng lưu lượng H 2O thì lượng H2 sản ra nhiều hơn, tuy nhiên lại tốn năng lượng cho việc đun nóng,tăng... sau metan hóa được nén lên 2.5e4 kPa, sau nén hạ nhiệt độ xuống để đi tổng hợp NH3 Ban đầu chưa có tuần hoàn lượng N2,, H2, sau đó ta cho tuần hoàn lại: 13 III Tối ưu hóa các điều kiện hoạt động của chu trình: Sử dụng công cụ Adjust và Set để hiệu chỉnh chế độ công nghệ,trong PFD: ADJ1: điều chỉnh lưu lượng dòng C3=carbonate sao cho khí ra khỏi tháp hấp thụ có nồng độ CO2 . Đề tài: Mô phỏng trên Hysys quá trình sản xuất amoniac từ methane I. Phân tích quá trình mô phỏng: Quá trình sản xuất Amoniac từ metan đi qua hai giai đoạn chính là. Heater, Compressor, Expander để đưa về điều kiện mô phỏng của Reactor như trình bày ở phần trên. Ngoài ra khi thực hiện quá trình nhận thấy có thể tận dụng nhiệt của dòng sản phẩm nên em đưa thêm Heat Exchanger. 300 0 C; đầu ra 365 0 C Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=3Mpa; nhiệt độ đầu vào 300 0 C; đầu ra 365 0 C. 6.Phản ứng tổng hợp NH 3 : N 2 + 3H 2 ↔ 2NH 3 Mô phỏng hysys: thiết lập