Thiết kế, mô phỏng tĩnh một sơ đồ công nghệ làm ngọt khí bằng phương pháp hấp thụ dùng diethanolamine (DEA) bằng phần mềm hysys

Thiết kế, mô phỏng tĩnh một sơ đồ công nghệ làm ngọt khí bằng phương pháp hấp thụ dùng diethanolamine (DEA) bằng phần mềm hysys

Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất LỜI MỞ ĐẦU Khí tự nhiên khí đồng hành nguyên – nhiên liệu quan trọng, có hiệu kinh tế cao đời sống công nghiệp hóa học Ở Việt Nam, nhu cầu tiêu thụ LPG tăng trưởng cách nhanh chóng: năm 1991 nhu cầu LPG nước 50.0000 tấn; năm 2000 400.000 tấn; năm 2010 1.2 triệu Dự báo năm 2015 nhu cầu sử dụng LPG nước khoảng 1.5 triệu đến năm 2020 triệu Lượng LPG sản xuất nước chiếm 40%, lượng nhập chiếm 60%, khoảng 1.2 triệu LPG nhập vào năm 2020 Khi cụm công nghiệp hóa dầu Việt Nam vào hoạt động lượng nhập LPG cao Với nhu cầu lớn việc tính toán thiết kế xây dựng nhà máy chế biến khí có công suất lớn, sản phẩm phong phú, hiệu kinh tế cao yêu cầu cấp thiết Tăng công suất nhà máy chế biến khí tăng nhịp độ phát triển công nghiệp dầu khí Điều phụ thuộc nhiều yếu tố như: công nghệ chế tạo thiết bị, vấn đề khai thác, vận chuyển khí, sử dụng nguyên liệu sản phẩm Đặc biệt nguồn tài nguyên khí tự nhiên khí đồng hành nước Khí tự nhiên khí đồng hành bên cạnh thành phần chủ yếu hydrocacbon no có lượng nhỏ khí khác He, N 2, CO2, H2S Trong khí CO2, H2S gọi khí axit đặc biệt quan tâm có mặt hàm lượng đủ lớn gây trở ngại cho trình chế biến, vận chuyển, sử dụng bảo quản khí Do vấn đề làm khí khỏi cấu tử axit vấn đề thiếu thiết kế nhà máy chế biến khí Trong ngành công nghiệp hóa học, phần mềm mô HYSYS (sản phẩm công ty AspenTech – Canada) đóng vai trò vô quan trọng việc nghiên cứu thiết kế công nghệ phân tích vận hành tối ưu hóa hệ thống, tối ưu mặt kinh tế, điều khiển trình công nghệ gần với trình thực tế Vì mục đích đồ án thiết kế, mô tĩnh sơ đồ công nghệ làm khí phương pháp hấp thụ dùng Diethanolamine (DEA) phần mềm Hysys Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đình Chiển nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Vũng tàu, ngày 20 tháng 11 năm 2012 TM nhóm: GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ LÀM NGỌT KHÍ I Mục đích Trong thành phần khí tự nhiên khí đồng hành bên cạnh thành phần hydrocacbon no có chứa lượng đáng kể tạp chất có tính axit cacbonic (CO2), hydrosunfua (H2S) hợp chất chứa lưu huỳnh khác oxyt lưu huỳnh cacbon (COS), disunfua cacbon (CS2), mecaptan (RSH) Các tạp chất kể tạp chất không mong muốn tr ình khai thác, chế biến, vận chuyển, sử dụng bảo quản khí cho mục đích làm nguyên liệu đốt, tổng hợp hữu – hóa dầu… Sự tồn khí axit gây nên ăn mòn kim loại, giảm hiệu trình xúc tác, làm ngộ độc xúc tác, gây ô nhiễm môi trường, độc hại cho người sử dụng Bên cạnh có mặt hàm lượng cao CO khí làm giảm nhiệt trị khí, giảm hiệu trình vận chuyển khí Với nguy hại trình bày, có mặt cấu tử mang tính axit khí cần phải khống chế hàm lượng đủ nhỏ nhằm giảm thiểu tác hại mà khí axit gây cho thiết bị, máy móc, môi trường sinh vật Cộng hòa liên bang Nga quy định hàm lượng H 2S không vượt 22 mg/m Mỹ quy định khắt khe hơn: hàm lượng H 2S không vượt 5,7 mg/m 3; nồng độ CO2 khoảng 1÷2% thể tích II Cơ sở lý thuyết Trên giới có nhiều nghiên cứu nhằm làm khí tự nhiên khí đồng hành khỏi cấu tử axit phương pháp hấp phụ phương pháp hấp thụ Việc lựa chọn phương pháp làm khí cần ý đánh giá thành phần nguyên liệu bao gồm tạp chất mà khí thành phẩm yêu cầu phải loại bỏ Một số tạp chất tác dụng với dung môi hình thành hợp chất hóa học mà giai đoạn tái sinh không bị phân hủy (phản ứng không thuận nghịch điều kiện trình) Điều dẫn đến giảm hoạt tính dung môi kết dung môi hoàn toàn hoạt tính Thực tế cho thấy, lượng tạp chất nhỏ lại gây ảnh hưởng lớn đến việc lựa chon dung môi công nghệ làm khí Tỷ lệ H 2S/CO2 khí nguyên liệu cần phải nhà công nghệ xem xét thận trọng nồng độ H 2S khí axit yếu tố định lựa chọn công nghệ, phương pháp làm khí, phương pháp xử lý thu hồi chất thải công nghệ Dưới phương pháp công nghệ làm khí áp GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất dụng giới: Quá trình hấp thụ a Cơ sở hóa – lý Hấp thụ trình pha lỏng hút pha khí Khí hút gọi chất bị hấp thụ, chất lỏng dùng để hút gọi chất hấp thụ Đi kèm với trình hấp thụ trình nhả hấp thụ Hấp thụ nhả hấp thụ hai trình chuyển khối sử dụng để tách cấu tử không mong muốn khỏi khí tự nhiên khí đồng hành Bản chất hóa lý trình hình thành cân pha hai pha khí – lỏng khuếch tán chất từ pha sang pha Động lực trình khuếch tán chênh lệch áp suất riêng phần cấu tử pha lỏng pha khí Nếu áp suất riêng phần cấu tử pha khí lớn pha lỏng xảy trình hấp thụ (chất lỏng hấp thụ chất khí), ngược lại xảy trình nhả hấp thụ (chất khí tách khỏi pha lỏng) Thực tế, tính toán động lực trình khuếch tán tính qua nồng độ cấu tử, áp suất riêng phần tỷ lệ thuận với nồng độ Chất hấp thụ cần thỏa mãn yêu cầu sau: - Có khả hấp thụ chọn lọc - Có áp suất bão hòa bé để mát dung môi trình bé - Nhiệt dung riêng bé, tiêu tốn lượng cho trình tái sinh nhỏ - Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt đội sôi chất bị hấp thụ, nhờ dễ dàng tái sinh dung môi chưng cất - Nhiệt độ đóng rắn thấp, không bị đóng rắn nhiệt độ làm việc - Độ nhớt chất hấp thụ nhỏ - Không tạo thành kết tủa hấp thụ - ăn mòn, bay hơi, mát trình - Có độ bền nhiệt độ bền oxy hóa - Không độc hại cho người môi trường - Giá thành rẻ, dễ kiếm Trong nhà máy chế biến khí nói riêng công nghệ lọc – hóa dầu nói chung trình hấp thụ sử dụng phổ biến Quá trình hấp thụ nhả hấp thụ tiến hành theo chu trình kín liên tục b Phân loại Để tách cấu tử có tính axít khí tự nhiên khí đồng hành người ta sử dụng chủ yếu trình hấp thụ tính hiệu kinh tế Dưới trình hấp thụ phân loại theo đặc điểm tương tác khí axit với dung môi (chất hấp thụ): hấp thụ hóa học, hấp thụ vật lý trình tổ hợp  Quá trình hấp thụ hóa học GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Các trình hấp thụ hóa học làm khí dung môi dung dịch nước alkanolamin (monoetanol amin, dietanol amin, diglycol amin ) chúng dựa phản ứng hóa học hợp chất không mong muốn với alkanolamin Các trình amin đảm bảo làm triệt để khí khỏi H 2S, CO2 với áp suất nồng độ làm việc chúng khí ban đầu khác nhau, độ hòa tan hydrocacbon chất hấp thụ không cao Thiết bị công nghệ trình đơn giản bền Nhược điểm trình không tách toàn H 2S, CO2, RSH, COS CS2 Mức độ tách mercaptan hợp chất chứa lưu huỳnh khác thấp, tương tác mercaptan, COS CS với số dung môi kể tạo thành hợp chất tái sinh điều kiện trình Muốn tái sinh dung môi có mặt mercaptan, COS CS2 khí tự nhiên khí đồng hành cần phải có bậc tuần hoàn chất hấp thụ cao, tiêu hao nhiệt lượng lớn Một điều cần lưu ý chất hấp thụ sản phẩm tương tác chúng với tạp chất chứa khí làm tăng tính ăn mòn thiết bị, đòi hỏi vật liệu công nghệ chế tạo thiết bị tốn Bảng đưa vài tính chất hoá lý alkanolamin thường dùng Bảng 1: Tính chất hóa lý MEA, DEA, DIPA, DGA Dung môi MEA DEA DIPA DGA 61 105,1 133,2 105,1 1018 1090 989 1055 110 Pa 171 … 248,7 221 660 Pa 1320 Pa 100 187 167 … 69 150 133 … 48 1,33 1,33 1,33 Nhiệt độ đông đặc (°C) 10,5 28 42 9,5 Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s) 0,241 (ở 20°C) 0,38 (ở 30°C) 0,198 (ở 45°C) 0,026 (ở 24°C) Độ hòa tan nước (%KL) 20°C hoàn toàn 96,4 87 hoàn toàn 1486,4 1205,9 722,5 917,4 TC hóa – lý Khối lượng phân tử Khối lượng riêng (kg/m3) Nhiệt độ sôi (0C) áp suất: Áp suất bão hòa (Pa) 20°C Nhiệt hóa (J/kg) 105 Pa  Quá trình hấp thụ vật lý Các trình làm khí phương pháp hấp thụ vật lý cấu tử axit GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất khí tự nhiên khí đồng hành dung môi hữu (propylen cacbonat, đimetyl ete polyetylenglycol, N-metyl pirrolidon ) Chúng dựa hấp thụ vật lý phản ứng hóa học trình hấp thụ hóa học Trên nguyên tắc dung môi hữu sử dụng để làm toàn khí khỏi H2S, CO2, RSH, COS CS2 áp suất riêng phần chúng lớn điều kiện hấp thụ Chất hấp thụ thường không sủi bọt, không ăn mòn thiết bị, có nhiệt độ đông đặc thấp Với ưu điểm việc sử dụng dung môi hữu cho trình thích hợp áp dụng vùng có điều kiện nhiệt độ khí hậu lạnh Khi áp suất riêng phần hợp chất không mong muốn cao, trình làm khí dung môi hữu có yêu cầu chi phí đầu tư vận hành việc thực trình hấp thụ hóa học amin Việc tái sinh chất hấp thụ vật lý diễn nhiều trường hợp không cần cấp nhiệt mà nhờ giảm áp suất hệ thống Nhược điểm trình dung môi hữu sử dụng lại hấp thụ thương đối tốt hydrocabon Nhiều trường hợp việc làm khí chưa triệt để  Quá trình tổ hợp Quá trình tổ hợp làm khí tự nhiên khí đồng hà nh khỏi cấu tử axit hỗn hợp dung dịch nước alkanolamin với dung môi hữu sulfolan, metanol Chúng dựa hấp thụ vật lý hợp chất không mong muốn dung môi hữu tương tác hóa học với alkanolamin, phần phản ứng tích cực chất hấp thụ Quá trình kết hợp nhiều ưu điểm hấp thụ vật lý hấp thụ hóa học, bật việc làm triệt để H 2S, CO2, RSH, COS CS2 khỏi khí tự nhiên khí đồng hành Nhược điểm tr ình hấp thụ tương đối tốt hydrocacbon Điều làm hạn chế' việc thu hồi để sản xuất lưu huỳnh sau tiến hành tái sinh chất hấp thụ Quá trình hoạt động hiệu đảm bảo tỷ lệ cấu tử axit khí H2S/CO2 > áp suất riêng phần chúng 7÷8 MPa Độ bão hòa sulfinol đạt 85% (cao MEA vài lần) Vì thực tr ình sulfinol cần tuần hoàn dung dịch hơn, chi phí vận hành thấp Nhưng thực tế cho thấy áp suất riêng phần nhỏ sử dụng dung môi MEA Sulfinol hiệu Quá trình hấp phụ Hấp phụ trình hút chất lên bề mặt xốp chất rắn nhờ lực bề mặt Các vật liệu gọi chất hấp phụ, chất bị hút gọi chất bị hấp phụ Lực hấp phụ hóa học lực hút phân tử Vanderwall tác dụng khoảng không gian gần sát bề mặt gọi hấp phụ vật lý Mỗi phân tử bị hấp phụ (pha khí hay lỏng) giảm độ tự do, nên hấp phụ kèm theo tỏa nhiệt GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Trong công nghệ làm khí dùng phương pháp hấp phụ đáp ứng tốt với khí có hàm lượng H2S , RSH trung bình thấp Phương pháp có độ chọn lọc cao, H 2S thu có độ tinh khiết cao, chịu ảnh hưởng áp suất Chi phí cho chất hấp thụ tương đối thấp Nhưng nhược điểm lớn trình hấp phụ làm khí trình xảy chậm, chất hấp phụ khó tái sinh, hiệu trình thấp nên phương pháp sử dụng chất hấp phụ phổ biến Một số chất hấp phụ dùng để làm khí: o Silicagel, Al2O3, than hoạt tính, zeolit o Các oxit kim loại: Fe2O3, ZnO, III Sơ đồ nguyên lý công nghệ làm khí phương pháp hấp thụ dùng DEA II VI I 10 IV V 11 III VII Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý công nghệ làm khí phương pháp hấp thụ dùng DEA Ký hiệu: tháp hấp thụ; 2,3,4 thiết bị phân ly; 5,6 thiết bị làm nguội không khí; 7,8 thiết bị làm lạnh nước; thiết bị trao đổi nhiệt; 10 tháp nhả hấp thụ; 11 Bộ phận đun nóng; I khí nguyên liệu; II khí sạch(khí ngọt); III Dung môi bão hoà; IV khí phân ly; V Dung môi nhả hấp thụ phần; VI khí axit; VII Dung môi tái sinh tuần hoà trở lại tháp hấp thụ CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HYSYS GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng I Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Giới thiệu chung Hysys phầm mềm chuyên dụng dùng để tính toán mô công nghệ dùng cho chế biến dầu khí, trình xử lý chế biến khí sử dụng nhiều Hysys sản phẩm phần mềm công ty Hyprotech – Canada thuộc công ty AEA Technologie Engineering Software-Hyprotech Ltd Hiện thuộc công ty AspenTech Mỹ Là phần mềm có khả tính toán đa dạng, cho kết có độ xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trình tính toán công nghệ, khảo sát thông số trình thiết kế nhà máy chế biến khí Ngoài thư viện có sẵn, Hysys cho phép người sử dụng tạo thư viện riêng thuận tiện cho việc sử dụng Ngoài Hysys có khả tự động tính toán thông số lại thiết lập đủ thông tin Đây điểm mạnh Hysys giúp người sử dụng tránh sai sót đồng thời sử dụng liệu ban đầu khác Hysys thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng: o Steady Mode: Trạng thái tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho trình o Dynamic Mode: Trạng thái động, mô thiết bị hay quy trình trạng thái vận hành liên tục, khảo sát thay đổi đáp ứng hệ thống theo thay đổi vài thông số II Thao tác thực quy trình công nghệ Sau khởi động Hysys, để thiết kế qui trình công nghệ ta cần tiến hành bước sau: • Bước 1: Thiết lập hệ đơn vị sử dụng: Từ Menu Bar chọn Tools\Preferences để mở cửa sổ Preferences sau lựa chọn Variable Tab Chúng ta lựa chọn hệ đơn vị thư viện có sẵn (như hệ đơn vị SI, Field…) hay tạo hệ đơn vị để phù hợp với quy trình công nghệ • Bước 2: Chúng ta có hai trường hợp lựa chọn: + Mở quy trình thiết lập: Nhấp File/Open Case + Thiết lập quy trình mới: Nhấn File/New Case • Bước 3: (chỉ thực bước thiết lập quy trình mới): tạo New Fluid Package chọn Fluid Package có sẵn từ trước Khi tạo New Fluid Package cần cung cấp thông tin thuật toán dùng để tính toán thành phần cấu tử có mặt toàn trình mô Việc xác định thuật toán có ý nghĩa quan trọng điều định đến phương pháp tính toán GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất kết trình Thông thường lựa chọn hệ nhiệt động Peng Robinson SRK cho hệ dầu, khí hoá dầu Ngoài việc lựa chọn thành phần cấu tử có sẵn, Hysys cho phép người sử dụng lựa chọn hệ giả định, hệ không bao gồm cấu tử riêng lẻ mà xác định thông qua thông tin tính chất hoá lý đường cong ASTM, TBP • Bước 4: Nhấn chọn Enter Simulation Environment để vào môi trường mô PFD, từ thiết lập dòng thiết bị cần thiết cho quy trình công nghệ • Bước 5: Xuất kết trình mô dạng liệu thông qua Report (chọn Tool/Reports) đồ thị giao diện mô • Bước 6: Trong trường hợp muốn xem mô hình động trình (chuyển sang Dynamic Mode) cần thực bước sau: + Thiết lập thông số động trình qua trang Dyn Property Model + Xác định kích thước thiết bị với thông số cần thiết số vòng quay bơm, quạt, máy nén… + Thiết lập điều khiển bảng theo dõi III Ứng dụng Hysys bao gồm ứng dụng sau:  Hysys.Concept: Thiết kế bảo vệ hệ thống phân tách cách hiệu  Hysys.Process: Giảm thấp vốn đầu tư chi phí vận hành, chọn lựa cách bảo quản, đặc tính phân loại thiết bị, trang bị sữa chữa thiết bị để cải tiến trình hoạt động điều khiển nhà máy  Hysys.Plant: Sử dụng công cụ mô để đưa điều kiện thuận lợi, đánh giá hoạt động nhà máy hành, trang bị thiết bị để đạt độ tin cậy hoạt động, an toàn, lợi nhuận cao Cải tiến thiết bị có sẵn mở rộng quy mô nhà máy hành  Hysys.OTS: Những qui trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắm bắt công nghệ, mức độ an toàn hoạt động nhà máy, làm theo qui tắc hướng dẫn an toàn vận hành để tăng lợi nhuận  Hysys.RTO+: Tối ưu hiệu nhà máy, chuyển đổi mô hình sản xuất, sử dụng công nghệ có sẵn tăng lợi nhuận hoạt động cách cho phép thay đổi công nghệ sản phẩm  Economix: Những liệu thu từ mô công cụ để dựa vào mà có thông tin xác thực nhằm định vấn đề đầu tư xây dựng cách có hiệu GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng IV Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Những ưu điểm phần mềm Hysys Hysys cho độ xác cao Trong Hysys việc mô hướng dẫn cách cặn kẽ trình làm tương đối đơn giãn, Hysys có khả báo lỗi màu đỏ thiết bị mô ta nhập liệu không hợp lệ nhập thiếu liệu Việc điều hành tính toán thông số công nghệ dòng thiết bị nhà máy mang tính logic cao, việc thêm bớt thiết bị đơn giản không cần đòi hỏi nhập lại số liệu ban đầu thiết lập quy trình Khi mô Hysys có khả sau:  Khả tính toán thông số lại biết đủ thông số liên quan Trong Hysys, người ta lập nhiều mô hình nhiệt động phương trình tính toán đặc trưng lý hoá tất cấu tử hợp chất  Khả tính toán hai chiều khả sử dụng thông tin phần Chương trình chia làm nhiều phần nhỏ (các đơn vị unit khác nhau) Mỗi unit thiết bị như: tháp chưng cất, máy nén, bình tách có khả xác định xem thông số biết thông số tính toán từ dòng nối với unit  Khả truyền liệu Khi Hysys cung cấp thêm thông tin mới, chương trình thực tính toán chuyển kết tới thiết bị sử dụng chúng Trong trình chạy, Hysys thực việc truyền liệu phép tính lặp để đưa kết tối ưu từ thông số mà người mô nhập vào  Khả tự động tính toán lại Khi người mô loại bỏ thông số thiết bị đó, Hysys tự động loại bỏ tất thông số tính toán từ thông số cũ giả định chúng chưa biết Các thông số không liên quan đến thông số bị loại bỏ giữ lại CHƯƠNG III MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ GVHD: TS Lê Đình Chiển Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Dòng khí tự nhiên bão hòa nước nhiệt độ 25°C đưa vào tháp hấp thụ amin (amine contactor) Dung dịch Diethanolamine (DEA) có nồng độ phần khối lượng 28% nước dùng làm chất hấp thụ Tháp hấp thụ (contactor) gồm 20 đĩa thực tế Dung dịch amine bão hòa (rich amin) đưa vào tháp tách nhanh, giảm áp từ áp suất 6900 kPa tháp hấp thụ xuống 620 kPa trước vào thiết bị trao đổi nhiệt hai dòng amin rich/lean, dòng amin tái sinh (lean amin) gia nhiệt cho dòng amin bão hoà (rich amin) tới nhiệt độ 95 oC Tháp tái sinh (regenerator) gồm 20 đĩa Khí acid khỏi tháp tái sinh 50 oC, dòng amine tái sinh có nhiệt độ khoảng 110 oC Dòng amine tái sinh làm lạnh quay trở lại tháp hấp thụ I Thông số đầu vào dòng nguyên liệu thiết bị • Các dòng nguyên liệu  Dòng khí đầu vào + Thành phần khí: Cấu tử N2 H2S CO2 C1 C2 C3 i-C4 Phần mole 0.0016 0.0172 0.0413 0.8692 0.0393 0.0093 0.0026 Cấu tử n-C4 i-C5 n-C5 C6 H2O DEA Phần mole 0.0029 0.0014 0.0012 0.0018 0.0122 0.0000 + Nhiệt độ khí đầu vào: 25°C + Áp suất: 6900 kPa + Lưu lượng mole: 1250 kgmole/h  Dòng amine nghèo vào thiết bị hấp thụ amine + Thành phần: Thành phần H2O DEA Phần khối lượng 0.72 0.28 + Nhiệt độ: 35°C + Áp suất: 6850 kPa + Lưu lượng thể tích: 43 m3/h • Tháp hấp thụ: GVHD: TS Lê Đình Chiển 10 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất + Nhiệt độ khoảng: 40 ÷ 70°C + Áp suất cao từ : 6850 ÷ 6900 kPa • Tháp tái sinh: + Nhiệt độ cao: 100 ÷ 125°C + Áp suất khoảng: 190 ÷ 220 kPa II Sơ đồ PFD rút gọn Hình 3.1: Sơ đồ PFD rút gọn trình làm khí dung môi DEA III Tiến hành mô Tạo lập sở mô Sử dụng hệ nhiệt động Amines Property Package với cấu tử sau : N 2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, C6, H2O, DEA Trong Amines Property Package không chứa cấu tử giả định, mô hình nhiệt động phát triển D.B Robinson & Associates áp dụng cho mô phân xưởng amine Nhập dòng nguyên liệu a Nhập dòng khí nguyên liệu vào với tham số sau: GVHD: TS Lê Đình Chiển 11 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Name Sour Gas Temperature 25oC Pressure 6900 kPa Molar Flow 1250 kgmole/h Component Mole Fraction N2 0.0016 H2 S 0.0172 CO2 0.0412 C1 0.8692 C2 0.0393 C3 0.0093 i-C4 0.0026 n-C4 0.0029 i-C5 0.0014 n-C5 0.0012 C6 0.0018 H2 O 0.0122 DEA 0.0000 b Nhập dòng thứ để bổ sung cho dòng amine nghèo (lean amine) vào thiết bị hấp thụ amine (Amine Contactor) với tham số sau: Name DEA to Contactor Temperature 35oC Pressure 6850 kPa LiaVol Flow 43 m3/h Component Mass Fraction H2 O 0.72 DEA 0.28 Nhập thiết bị cho sơ đồ mô a Tháp tách (separator Operation) Nước tự tách khỏi khí thiết bị phân tách FWKO TK GVHD: TS Lê Đình Chiển 12 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Connections Name FWKO TK Feed Sour Gas Vapour Outlet Gas to Contactor Liquid Outlet FWKO b Tháp hấp thụ (contactor Operation) Nhập Absorber column với tham số sau: Connection Name DEA Contactor Name DEA Contactor No of Stages 20 Top Stage Feed Gas to Contactor Bottom Stage Feed Gas to Contactor Ovhd Vapour Sweet Gas Bottoms Liquid Rich DEA Pressures Parameters/Amines Tray Section TS-1 Top 6850 kPa Weir Height 0.0025 m Bottom 6900 kPa Weir Length 1.000 m Estimates Tray Diameter 1.200 m Top Temperature 40oC Bottom Temperature 70oF Ovhd Vap Rate 1245 kmole/h Ta cần nhập số đĩa thực tế sử dụng tính toán tháp hấp thụ tháp tái sinh Trong tháp cấu tử CO H2S có thành phần phần mol thay đổi theo đĩa (giảm dần từ lên pha khí) Các tham số đĩa cần cung cấp đầy đủ, tính toán theo chiều cao giả định lớp chất lỏng đĩa thời gian tiếp xúc pha lỏng c Van (Valve Operation) Dòng amine giàu (Rich DEA) từ tháp hấp thụ (Absorber) chuyển trực tiếp qua van VLV-100, áp suất giảm xuống 620 kPa đưa tới tháp tách Nhập van với thông số sau: GVHD: TS Lê Đình Chiển 13 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Name VLV-100 Connections Inlet Rich DEA Outlet DEA to Flash TK Work Sheet Pressure of DEA to Flash TK 620 kPa d Tháp tách (Separator Operation) Các khí dòng amine giàu (Rich DEA) loại bỏ việc sử dụng thiết bị tách nhanh để thu dòng amine giàu đáy tháp Nhập bình tách với thông số sau: Connections Name Flash TK Feed DEA to Flash TK Vapour Outlet Flash Vap Liquid Outlet Rich to L/R e Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger Operation) Dòng nguyên liệu cho tháp tái sinh (Regen Feed) gia nhiệt đến 95°C thiết bị trao đổi nhiệt (L/R HEX) dòng amine giàu dòng nghèo (lean/rich exchanger), liên kết amine-acid phá vỡ, DEA tái sinh tuần hoàn tháp hấp thụ (Contactor) Nhập Heat Exchanger với Connections tham số sau: Name L/R HEX Tube Side Inlet Rich to L/R Tube Side Outlet Regen Feed Shell Side Inlet Regen Bttms Shell Side Outlet Lean from L/R Parameters Tubeside Delta P 70 kPa Shellside Delta P 70 kPa Heat Exchanger Mode GVHD: TS Lê Đình Chiển Worksheet/Conditions 14 Temperature, Regen Feed Exchanger Design (Weighted) 95°C Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất f Tháp tái sinh (Regenerator Operation) Tháp tái sinh amine (Amine Regenerator) mô tháp chưng cất (Distillation Column) Có 20 đĩa, tháp có 18 đĩa cộng với thiết bị đun nóng đáy tháp (Reboiler) ngưng tụ đỉnh tháp (Condenser) Hệ số tách (efficiencies) cấu tử số, 0.8 H 2S 0.15 CO2 Hệ số tách Condenser Reboiler phải phải nhập hệ số tách cho đĩa từ -18 Hệ số giảm dần (Damping Factors) 0.4 tính toán nhanh hội tụ ổn định Hệ số giảm dần điều khiển bước tính toán vòng lặp cập nhật mô hình nhiệt động vòng lặp Nhập Distilation Column với thông tin sau: Connections Name Regenerator No of Stages 18 Feed Stream / Stage Regen Feed / Condenser Type Full Reflux Ovhd Vapour Acid Gas Bottms Liquid Regen Bttms Reboiler Duty Rblr Q Condenser Duty Cond Q Parameters/Solver Fixed Damping Factor 0.40 Solving Method Modified HYSIM Inside-Out Parameters/Profiles Condenser Pressure 190 kPa Condenser Delta P 15 kPa Reboiler Pressure 220 kPa Tray Temperature 100°C Reboiler Temperature 125°C Parameters/Efficiencies CO2 0.15 H2S 0.8 Design/Monitor/Specifications Reflux Ratio (Estimate) GVHD: TS Lê Đình Chiển 1.5 15 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Ovhd Vap Rate (Estimate) 75 kgmole/h Design/Specs/Add Column Temperature, Condenser 50°C Column Duty, Reboiler 1.3e7 kJ/h g Thiết bị trộn hỗn hợp (Mixer Operation) Việc bổ sung nước cần thiết nước bị mát tháp hấp thụ dòng sản phẩm đỉnh tháp tái sinh Thiết bị Mixer kết hợp dòng amine nghèo từ tháp tái sinh với dòng nước qua xử lý Các dòng trộn áp suất Nhập thiết bị trộn với thông số sau: Nhập dòng mới: Connections Name Makeup H2O Temperature 20oC Compenent Mole Fraction H2 O 1.0 h Thiết bị làm lạnh (Cooler Operation) Nhập thiết bị làm lạnh (Cooler) với thông số sau: Connections Name Cooler Feed Stream DEA to Cool Product Stream DEA to Pump Energy Stream Cooler Q Parameters Pressure Drop i Bơm (Pump Operation) bơm tham số Nhập (Pump) với sau: GVHD: TS Lê Đình Chiển 35 kPa 16 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Connections Inlet DEA to Pump Outlet DEA to Recycle Energy Pump Q Work Sheet Temperature for DEA to Recycle 35oC j Thiết bị cài đặt (Set) Thiết bị cài đặt (Set) công cụ mô tĩnh, sử dụng để thiết lập mối tương quan biến trình Mối quan hệ biến đối tượng loại, ví dụ nhiệt độ dòng UA thiết bị trao đổi nhiệt Nhập thiết bị cài đặt (Set) với thông số sau: Connections Name SET-1 Object, Target Variable DEA to Recycle Variable, Target Variable Pressure Object, Source Gas to Contactor Parameters k Thiết bị hồi lưu Multiplier (Recycle) Offset (kPa) -35 kPa Recycle cài đặt khối lý thuyết trình công nghệ Dòng nguyên liệu vào Recycle điều kiện tính toán dòng tuần hoàn, dòng sản phẩm dòng tuần hoàn giả thiết Các bước sau thực trình hội tụ:  Hysys sử dụng điều kiện dòng giả định tính toán Flowsheet cho dòng tuần hoàn  Hysys sau so sánh giá trị dòng tính toán với dòng giả định  Dựa vào sai khác giá trị, Hysys thay đổi giá trị dòng tính toán đặt giá trị thay đổi cho dòng giả định  Quá trình tính toán lặp lại giá trị dòng tính toán phù hợp với dòng giả định phạm vi sai số định trước GVHD: TS Lê Đình Chiển 17 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Trong trình làm này, dòng amine nghèo (DEA to Contactor) ban đầu ước tính thay dòng DEA (DEA to Recycle) Contactor Regenerator chạy vòng tuần hoàn hội tụ Nhập thiết bị hồi lưu (Recycle) với thông tin sau: Connections IV Kết mô Name RCY-1 Inlet DEA to Recycle Outlet DEA to Contactor Parameters/Variable Dựa vào bảng 3.1, Datasheet dòng khí làm ta thấy hàm lượng H2S CO2 khí nguyên liệu sau qua xử lý giảm hẳn, phần trăm thể tích H2S khí làm 0%, CO2 0,17% Như khí sau Vapour Fraction 10.00 Temperature 10.00 Pressure 10.00 Flow 10.00 Enthalpy 10.00 Composition 10.00 Entropy 10.00 xử lý đạt tiêu chuẩn khí Bảng 3.1: Kết dòng vật chất trình mô GVHD: TS Lê Đình Chiển 18 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất CHƯƠNG IV GVHD: TS Lê Đình Chiển 19 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất PHỤ LỤC I PFD có show table (Hình 3.2 trang 21) II Datasheet (Bảng 3.3 trang 22÷23) III Workbook (Bảng 3.4 trang 24) Bảng 3.2: sổ làm việc trình làm GVHD: TS Lê Đình Chiển 20 GVHD: TS Lê Đình Chiển Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất 21 Hình 3.2: Sơ đồ PFD giá trị bảng Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất KẾT LUẬN Với mục đích “Mô trình làm khí phần mềm hysys” Đồ án giải số vấn đề sau : o Tìm hiểu tháp hấp thụ, giải hấp thụ thiết bị dây chuyền công nghệ làm khí DEA o Tìm hiểu cách làm việc ứng dụng phần mềm hysys trình mô (tĩnh) công nghệ làm khí nói riêng lĩnh vực lọc hóa dầu o Sử dụng phần mềm hysys để mô trình làm khí o Khảo sát số yếu tố ảnh hưởng tới trình làm việc Qua thời gian làm đồ án tìm hiểu hysys chúng em nhận thấy phần mềm có ưu điểm lớn, hỗ trợ tốt cho trình làm việc kỹ sư lọc dầu, trình thiết kế phân xưởng, bật ưu điểm sau:  Giao diện thân thiện, dễ sử dụng, thiết bị phần mềm giống với thực tế  Tính toán nhanh xác, thay đổi thông số gần hysys tính toán ngay, thích hợp cho việc khảo sát  Các thông số nhập vào ít, hysys cần biết yếu tố, yếu tố lại hysys tính toán  Có thể xem lại tất liệu nhập hysys tính toán, qua dễ dàng kiểm tra tính xác thông số  Rất nhiều tiện ích, mô hình demo mà hysys thực sẵn thư viện, điều giúp ích nhiều cho người bắt đầu trình tìm hiểu hysys Do nhiều mặt hạn chế kiến thức kinh nghiệm thực tế nên đồ án không tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận xét đóng góp ý kiến quý báu thầy bạn bè để chúng em mở mang thêm kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu hướng dẫn làm đồ án từ thầy Lê Đình Chiển, Đại Học Mỏ - Địa chất [2] MA Berlin, VG Gortrencop, HP Volcop Người dịch – Hoàng Minh Nam, Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Đình Soa, Phan Minh Tân Hiệu đính – Nguyễn Đình Soa Công nghệ chế biến khí thiên nhiên khí dầu mỏ, ĐHKT – TPHCM GVHD: TS Lê Đình Chiển 22 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất [3] Nguyễn Thị Minh Hiền (2004), Công nghệ chế biến khí thiên nhiên khí đồng hành, NXB KHKT, Hà Nội [4] Advanced Process Modeling using Hysys [5] Aspen Hysys 7.2 – tutorial [6] Nguồn Internet: http://www.vinabenny.com/ GVHD: TS Lê Đình Chiển 23 [...]... thụ, giải hấp thụ và các thiết bị trong dây chuyền công nghệ làm ngọt khí bằng DEA o Tìm hiểu về cách làm việc và ứng dụng của phần mềm hysys trong quá trình mô phỏng (tĩnh) công nghệ làm ngọt khí nói riêng và trong lĩnh vực lọc hóa dầu o Sử dụng phần mềm hysys để mô phỏng quá trình làm ngọt khí o Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình làm việc Qua thời gian làm đồ án và tìm hiểu về hysys chúng... làm việc của quá trình làm ngọt GVHD: TS Lê Đình Chiển 20 GVHD: TS Lê Đình Chiển Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất 21 Hình 3.2: Sơ đồ PFD có thể hiện các giá trị trên bảng Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất KẾT LUẬN Với mục đích Mô phỏng quá trình làm ngọt khí bằng phần mềm hysys Đồ án đã giải quyết được một số vấn đề sau : o Tìm hiểu về tháp hấp thụ, giải hấp. .. trong khoảng: 190 ÷ 220 kPa II Sơ đồ PFD rút gọn Hình 3.1: Sơ đồ PFD rút gọn của quá trình làm ngọt khí bằng dung môi DEA III Tiến hành mô phỏng 1 Tạo lập cơ sở mô phỏng Sử dụng hệ nhiệt động Amines Property Package với các cấu tử như sau : N 2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, C6, H2O, DEA Trong Amines Property Package không chứa các cấu tử giả định, các mô hình nhiệt động được phát triển... thứ 2 để bổ sung cho dòng amine nghèo (lean amine) vào thiết bị hấp thụ amine (Amine Contactor) với các tham số sau: Name DEA to Contactor Temperature 35oC Pressure 6850 kPa LiaVol Flow 43 m3/h Component Mass Fraction H2 O 0.72 DEA 0.28 3 Nhập các thiết bị cho sơ đồ mô phỏng a Tháp tách (separator Operation) Nước tự do được tách khỏi khí bằng thiết bị phân tách FWKO TK GVHD: TS Lê Đình Chiển 12 Bài... Energy Pump Q Work Sheet Temperature for DEA to Recycle 35oC j Thiết bị cài đặt (Set) Thiết bị cài đặt (Set) là một công cụ trong mô phỏng tĩnh, được sử dụng để thiết lập mối tương quan của các biến trong quá trình Mối quan hệ giữa các biến của 2 đối tượng cùng loại, ví dụ giữa nhiệt độ 2 dòng hoặc UA của 2 thiết bị trao đổi nhiệt Nhập một thiết bị cài đặt (Set) với các thông số như sau: Connections... Đình Soa, Phan Minh Tân Hiệu đính – Nguyễn Đình Soa Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí dầu mỏ, ĐHKT – TPHCM GVHD: TS Lê Đình Chiển 22 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất [3] Nguyễn Thị Minh Hiền (2004), Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí đồng hành, NXB KHKT, Hà Nội [4] Advanced Process Modeling using Hysys [5] Aspen Hysys 7.2 – tutorial [6] Nguồn Internet: http://www.vinabenny.com/... trong khí nguyên liệu sau khi qua xử lý đã giảm hẳn, phần trăm về thể tích của H2S trong khí đã làm ngọt là 0%, của CO2 là 0,17% Như vậy khí sau Vapour Fraction 10.00 Temperature 10.00 Pressure 10.00 Flow 10.00 Enthalpy 10.00 Composition 10.00 Entropy 10.00 khi xử lý đã đạt tiêu chuẩn là khí ngọt Bảng 3.1: Kết quả dòng vật chất của quá trình mô phỏng GVHD: TS Lê Đình Chiển 18 Bài Tập Lớn Tin Ứng Dụng... sẽ được thay thế bằng dòng DEA mới (DEA to Recycle) Contactor và Regenerator sẽ chạy cho đến khi vòng tuần hoàn hội tụ Nhập một thiết bị hồi lưu (Recycle) với các thông tin như sau: Connections IV Kết quả mô phỏng Name RCY-1 Inlet DEA to Recycle Outlet DEA to Contactor Parameters/Variable Dựa vào bảng 3.1, Datasheet của dòng khí đã được làm ngọt ta thấy rằng hàm lượng H2S và CO2 trong khí nguyên liệu... và tìm hiểu về hysys chúng em nhận thấy phần mềm này có những ưu điểm rất lớn, hỗ trợ tốt cho quá trình làm việc của kỹ sư lọc dầu, nhất là trong quá trình thiết kế phân xưởng, nổi bật nhất là những ưu điểm sau:  Giao diện thân thiện, dễ sử dụng, các thiết bị trong phần mềm rất giống với thực tế  Tính toán nhanh và chính xác, khi thay đổi các thông số gần như hysys tính toán được ngay, thích hợp cho... trong tính toán tháp hấp thụ và tháp tái sinh Trong tháp này các cấu tử CO 2 và H2S có thành phần phần mol thay đổi theo các đĩa (giảm dần từ dưới lên trong pha khí) Các tham số của đĩa cần cung cấp đầy đủ, được tính toán theo chiều cao giả định của lớp chất lỏng trên đĩa và thời gian tiếp xúc của hơi trong pha lỏng c Van (Valve Operation) Dòng amine giàu (Rich DEA) từ tháp hấp thụ (Absorber) được chuyển