Sản xuất Amoniac từ Methane

Sinh viên: Trần Hoàng Điệp Lớp: Hóa dầu 2-K51 Đề thi: Sản xuất Amoniac từ Methane I Phân tích trình mô phỏng: Quá trình sản xuất Amoniac từ metan qua hai giai đoạn Steam Reforming tổng hợp NH3,được thực thiết bị phản ứng cân 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 chế độ công nghệ phản ứng công nghiệp để thực mô phỏng, em xin đưa điều kiện công nghệ thiết bị phản ứng hysys sau: 1.Phản ứng reforming sơ cấp: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 CO + H2O ↔ CO2 + H2 Phản ứng công nghiệp với tỉ lệ H 2O:C=1.8-3, nhiệt độ 800÷9000C, áp suất trì 2÷3Mpa Mô hysys: thiết lập Equilibrium reactor với phản ứng xảy 800 0C, P=2070 kPa ,tỉ lệ H2O:C=2 2.Phản ứng reforming thứ cấp: CH4+ 1/2O2 ↔ CO + 2H2 Nhiệt độ đầu vào 8000C, nhiệt độ đầu 900÷10000C Mô hysys: thiết lập Equilibrium reactor với nhiệt độ đầu vào 800 0C phản ứng xảy 10000C; 2070 kPa 3.Phản ứng chuyển hóa CO nhiệt độ cao ( high temperature water-gasshift ) : CO + H2O ↔ H2 + CO2 Phản ứng công nghiệp với nhiệt độ phản ứng 350÷5000C, P=2÷3Mpa Mô hysys: thiết lập Equilibrium reactor với phản ứng xảy 400 0C; 2070 kPa 4.Phản ứng chuyển hóa CO nhiệt độ thấp ( low temperature water-gasshift ): CO + H2O ↔ H2 + CO2 Phản ứng công nghiệp với nhiệt độ phản ứng đầu vào 200 0C, đầu 2300C; P=1÷3Mpa Mô hysys: thiết lập Equilibrium reactor với nhiệt độ đầu vào 200 0C, đầu 2300C; P=2070 kPa 5.Phản ứng metan hóa (Methanation): CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O Phản ứng công nghiệp P=3Mpa ,nhiệt độ đầu vào 300 0C; đầu 3650C Mô hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=3Mpa; nhiệt độ đầu vào 3000C; đầu 3650C 6.Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 Mô hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=2.5e4 kPa; nhiệt độ phản ứng (nhiệt độ đầu 4500C ) Từ điều kiện em thực mô phỏng: thiết lập giá trị nhiệt độ; áp suất cho dòng vào; dòng Reactor Khi nhiệt độ; áp suất dòng nguyên liệu vào Reactor chưa đạt yêu cầu em sử dụng thiết bị: Cooler, Heater, Compressor, Expander để đưa điều kiện mô Reactor trình bày phần Ngoài thực trình nhận thấy tận dụng nhiệt dòng sản phẩm nên em đưa thêm Heat Exchanger vào để tận dụng nhiệt đun nóng sơ cho nguyên liệu ban đầu Trình tự tiến hành mô phỏng: II Nhập cấu tử chọn hệ nhiệt động: Vào môi trường mô phỏng: Xây dựng phản ứng reactions: Add to FP phản ứng: Thiết lập dòng Feed: CH4 với tham số đề bài: Ban đầu tạo dòng nước 8000C; 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 8000C: Nhập dòng vào, dòng ra: Add phản ứng cho thiết bị: Reforming sơ cấp không tự động tính nhiệt độ dòng mà phải chọn nhiệt độ dòng để tính duty nên nhập nhiệt độ dòng la 8000C: Qui trình thiếp lập dòng, add phản ứng cho Reactor khác tương tự Hỗn hợp sản phẩm từ đầu Reactor1 đưa vào Reactor2 reforming thứ cấp, nguyên liệu đưa vào dòng không khí qua qui trình gia nhiệt nén lên áp suất cao để đạt trạng thái 8000C; 2070kPa, ban đầu cho lưu lượng 100kgmole/h , dựa vào tỉ lệ N2/H2 lúc sau ta điều chỉnh sau nhiệt độ dòng sản phẩm khỏi -R2-Vap lớn(1000 0C) nên ta cho qua trao đổi nhiệt để đun nóng sơ lượng nước đưa vào reforming, em sử dụng nước tự nhiên điều kiện thường 250C, 1atm dùng nhiệt trình để đun nóng sơ nén lên áp suất cao: Dòng từ Reac2 tiếp tục làm lạnh đến 4000C vào chuyển hóa CO nhiệt độ cao(Reac3), dòng khỏi Reac3 làm lạnh đến 200 0C vào chuyển hóa CO nhiệt độ thấp (Reac4) Khí sau qua tách CO2 đem metan hóa để tinh chế giảm lượng CO xuống cỡ ppm: Hỗn hợp nâng lên áp suất 3Mpa, 3000C để thực phản ứng metan hóa Khí sau metan hóa nén lên 2.5e4 kPa, sau nén hạ nhiệt độ xuống để tổng hợp NH3 Ban đầu chưa có tuần hoàn lượng N2,, H2, sau ta cho tuần hoàn lại: III Tối ưu hóa điều kiện hoạt động chu trình: Sử dụng công cụ Adjust Set để hiệu chỉnh chế độ công nghệ,trong PFD: ADJ1: điều chỉnh lưu lượng dòng C3=carbonate cho khí khỏi tháp hấp thụ có nồng độ CO2 [...]... dòng nước ban đầu tạo thành chu trình kín: 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 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... TEE chia dòng tuần hoàn rồi mới recycle: 4 Không thu 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... 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 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 áp hơi nước... thấp sao cho nhiệt độ phản ứng ổn định ở 2300C ADJ5: Điều chỉnh t0 dòng vào TBPU metan hóa sao cho nhiệt độ phản ứng ổn định ở 3650C ADJ6: Điều chỉnh nhiệt độ đầu vào sao cho nhiệt độ phản ứng tổng hợp amoniac ổn định ở 4500C ADJ7: Điều chỉnh nhiệt độ làm lạnh sao cho nồng độ mol NH 3 ra khỏi tháp tách đạt 98% SET-1: Điều chỉnh cân bằng áp suất hơi dòng C3 tuần hoàn và C3 vào tháp hấp thụ: IV Các lỗi ... độ dòng la 8000C: Qui trình thiếp lập dòng, add phản ứng cho Reactor khác tương tự Hỗn hợp sản phẩm từ đầu Reactor1 đưa vào Reactor2 reforming thứ cấp, nguyên liệu đưa vào dòng không khí qua... nước tự nhiên gia nhiệt nhờ nhiệt sản phẩm trình Có tuần hoàn lại lượng nước chưa phản ứng để tiết kiệm chi phí Dòng khỏi reforming hấp thụ CO C3=Carbonate Hơi từ reforming tách nước nén lên 8000... 98%: Nguyên nhân: dòng tổng hợp NH lẫn nước nên sản phẩm bị lẫn lượng nhỏ nước: Để thu NH3 tinh khiết cần tách nước trước vào tổng hợp tách nước sản phẩm trước làm lạnh để phân tách pha Việc tách