Mô phỏng nhà máy LNG bằng phần mềm hysys

Sử dụng phần mềm hysys để mô phỏng công nghệ làm ngọt khí và làm lạnh LNG, sử dụng song song 2 tác nhân lạnh là Nito và Methane. Tại sao lại sử dụng 2 tác nhân này> tại sao? Đường bao pha khí sau khi làm ngọt?

Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành BÀI TẬP LỚN MÔN CHẾ BIẾN DẦU VÀ KHÍ PHẦN KHÍ BÁO CÁO KẾT QUẢ Hình Sơ đồ công nghệ làm khí sử dụng tác nhân DEA Hình Sơ đồ công nghệ sản xuất LNG SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Bài mô giải :   Dùng công cụ Template tạo case làm khí để xử lý khí chua (CO2, H2S), qua thông thạo cách xây dựng sử dụng công cụ Template.Giúp ích cho việc mô nhà máy phức tạp sau Xây dựng sơ đồ LNG có:  máy nén  expander  thiết bị làm mát  thiết bị trao đổi nhiệt nhiều dòng LNG Thuyết minh sơ đồ:     Dòng khí chua làm tháp hấp thụ sử dụng tác nhân DEA Khí trao đổi nhiệt làm lạnh sâu, hóa lỏng thành Dòng giàu DEA từ đáy đưa qua tháp chưng, chưng tách DEA hồi lưu lại tháp hấp thụ Hỗn hợp khí làm mát sơ xuống 50oF, sau làm lạnh sâu xuống -40oF,trước khí hóa lỏng Tác nhân sử dụng metan va nito theo chu trình trao đổi nhiệt ngược chiều.Dòng metan nén từ 200 lên 600psi sau làm mát xuống 100oF , nén tiếp lên 1200psi,làm mát xuống 90oF, qua trao đổi nhiệt sơ xuống 20oF, giãn xuống 55psi, nhiệt độ dòng metan giảm xuống -199oF Qua trao đổi nhiệt lần nữa, làm lạnh sâu dòng khí LNG Tương tự với nito, khí đc nén-làm mát-nén-làm mát- qua trao đổi nhiệt.Sau trình giãn xuống 200 psi, nhiệt độ dòng nito đạt -260oF Dòng LNG sau trao đổi nhiệt với tác nhân lạnh hóa lỏng hoàn toàn nhiệt độ thu -253,4oF SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành BÀI TẬP 1: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG CO2,H2S đến công đoạn làm khí sử dụng dung môi DEA: Trong hỗn hợp khí tự nhiên khí đồng hành khai thác từ mỏ khí bất kì, việc có lẫn khí chua ( khí acid) CO2, H2S tránh khỏi Việc có mặt hỗn hợp khí lợi bất cập hại, chúng gây cản trở việc vận hành chế biến khí giai đoạn sau : • • • • • Gây ăn mòn thiết bị,vận chuyển từ giàn dễ gây lắng đọng parafin đường ống Ngộ độc xúc tác trình chế biến Độc hại với sức khỏe người, gây ô nhiễm môi trường Làm giảm nhiệt trị hỗn hợp khí Không đảm bảo tiêu chuẩn tiêu kỹ thuật khí thương phẩm Vì vấn đề làm khí đề cập tập cấp thiết Và tác nhân sử dụng để làm điều : Diethanolamine( DEA ).Có công thức C4H11NO2.Nồng độ dung dịch DEA ta sử dụng phụ thuộc vào lượng khí chua khí mức độ bão hòa khí chua dung dịch Trong ta sử dụng nồng độ 28% khối lượng DEA, xử lý H2S CO2 Ưu nhược điểm việc sử dụng DEA: Ưu điểm: • • • • • • Cho phép ta làm đến mức tinh khiết H2S CO2 với có mặt COS, CS2 Dung dịch DEA bền hóa học, dễ hoàn nguyên phương pháp chưng cất Áp suất bão hòa thấp nên mát thấp Công nghệ thiết kế đơn giản Tiến hành nhiệt độ cao dung môi khác từ 5-10oC Khả tạo bọt thấp với dòng khí có thành phần hydrocacbon nặng cao Nhược điểm: SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn • • • • GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Khả hấp thụ dung môi thấp Chi phí riêng chất hấp thụ chi phí sản xuất cao Có tương tác với CO2 tạo thành hỗn hợp không hoàn nguyên Khả làm với mercaptan lưu huỳnh hữu thấp Để nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng CO2,H2S đến công đoạn làm khí , ta thiết lập case study tương quan mối quan hệ hàm lượng H2S, CO2 với lượng DEA dùng để làm ngọt: Hình Mối quan hệ hàm lượng CO2,H2S đến công đoạn làm khí SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Khi ta tăng dần lượng DEA hấp thụ từ 2000 lbmole/h lên 4800 lbmol/h xu hướng khí chua xử lý trái ngược loại Cụ thể :   Lượng CO2 dòng Sweet Gas giảm từ 1,9e-4 xuống 7e-5 giảm gần 10 lần Trong lượng H2S tăng lên tăng khồng đáng kể từ 6e-7 lên 6,12e-7 Trong thực hỗn hợp khí chua thường có hàm lượng CO2 lớn H2S, việc xử lý hàm lượng H2S gần không đổi tăng lượng dung dịch hấp thụ DEA , lại đặt yêu cầu tính toán lượng DEA hợp lý để xử lí triệt để CO2 song hành với việc lượng H2S xử lí tối đa Chẳng hạn với toán tính lượng DEA cần dùng vào khoảng 3200lbmole/h hợp lý SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành BÀI TẬP : TẠI SAO PHẢI DÙNG TÁC NHÂN LẠNH LÀ NITO VÀ METAN? CÓ THỂ THAY THẾ TÁC NHÂN LẠNH KHÁC ĐƯỢC KHÔNG? TẠI SAO? Tác nhân làm lạnh sử dụng metan nito với nhiệt độ dùng để hóa lỏng LNG -199oF -260oF Dùng tác nhân :      Nito metan có khả làm lạnh sâu, Nito có nhiệt độ tới hạn thấp 126oK, gần thấp khí sau H2 Metan vậy, nhiệt độ tới hạn metan thấp 191oK, thấp nhiều so với hydrocacbon khác metan 305oK,propan 370oK Nhiệt độ tới hạn thấp ta hạ nhiệt độ xuông thấp nén- làm lạnh-nén-giãn mà không sợ chúng hóa lỏng , đem trao đổi nhiệt, khí có nhiệt độ thấp, thấp rõ rệt với sử dụng khí khác.Mặt khác điều chỉnh nồng độ N2 để điều chỉnh nhiệt độ trình làm lạnh LNG linh hoạt Hai khí giãn nở áp suất thấp nhiệt độ hạ sâu tác nhân lạnh khác : etan,propan Thiết bị sử dụng đơn giản số lượng thiết bị Trên lý thuyết làm lạnh hỗn hợp khí giảm nhiệt độ đến lúc hỗn hợp khí bắt đầu ngưng tụ tương ứng với áp suất riêng phần hỗn hợp khí lớn nhất, cấu tử có nhiệt độ ngưng tụ lớn ngưng tụ đầu tiên.Mà hỗn hợp ta gồm chủ yếu metan ( >93%) nên để ngưng tụ hỗn hợp này, tác nhân lạnh phải làm lạnh hỗn hợp xuống -140oC Điều Nito Metan đáp ứng Nito rẻ sẵn có nhiều không khí, Methane lấy trực tiếp từ nguồn khí tự nhiên để làm tác nhân lạnh, không cần tác nhân lạnh phải tinh khiết tuyệt đối Có thể thay tác nhân khác không? Câu trả lời tác nhân đáp ứng yêu cầu :     Làm lạnh hóa lỏng LNG đến nhiệt độ yêu cầu Có thể chế tạo được,rẻ an toàn Không ảnh hưởng đến máy nén, đường ông Sơ đồ công nghệ tối giản tốt Ta xét tác nhân sau : SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn      GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Etan ( Đã có key chi tiết gửi thầy): Khi thay metan etan ta thấy : Trải qua trình nén làm lạnh, etan qua LNG Exchanger có nhiệt độ 20oC , 995psi, hóa lỏng nên qua Expander K-101 để giãn xuống 55psi, để giảm nhiệt độ sâu cho trình làm lạnh LNG Propan: Đã hóa lỏng điều kiện ban đầu : 77oF, áp suất 300 psi qua trình nén –làm lạnh-trao đổi nhiệt-giãn- trao đổi nhiệt sau Tương tự với C4 Để sử dụng tác nhân C2,C3 phải sử dụng công nghệ khác chu trình giãn nở song song tác nhân lạnh chẳng hạn Về lý thuyết sử dụng oxi, làm lạnh sâu -180oC, oxi cháy nổ qua máy nén, nên sử dụng tác nhân Có thể giữ nguyên metan thay thể nito metan nữa, hiệu làm lạnh không BÀI TẬP : XÁC ĐỊNH CÂN BẰNG PHA, HỆ SỐ NÉN, KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA HỖN HỢP KHÍ TRƯỚC VÀ SAU KHI LÀM NGỌT CÓ GÌ KHÁC NHAU? TẠI SAO? SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Hình Giản đồ pha dòng Sour Gas Hình Giản đồ pha dòng Sweet Gas Để xem khối lượng riêng ta Click hai phát vào dòng, chọn Properties, đưa mắt sang cột Mass Density [kg/m3], từ xác định : SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Tên dòng Sour Gas Sweet Gas Khối lượng riếng (kg/m ) 63,84 54,46 Bảng Khối lượng riêng dòng Sour Gas Sweet Gas TÍNH HỆ SỐ CHỊU NÉN Z: Từ công thức tính tỉ trọng khí thực khí nhiệt độ T áp suất P Trong : M: khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp khí P áp suất hệ (MPa) R: số khí, R=0,00831 T: Nhiệt độ hệ (K) z: Hệ số chịu nén hỗn hợp khí Ta sử dụng phần mềm hysys để tìm khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp khí cách click phát vào dòng sau chọn Properties, đưa mắt sang cột Molecular Weight Khi biết khối lượng riêng ta tính ngược thu z Thay số tính toán thu bảng : Tên dòng M P (MPa) T (K) R Khối lượng riêng z Sour Gas 18,87 6,895 298 0,00831 63,84 0,823 Bảng Tính toán z cho hai dòng Sweet Gas 17,52 6,85 308,3 0,00831 54,46 0,860 Nhận xét : Có ba vấn đề ta quan tâm giản đồ pha, hệ số nén , khối lượng riêng, kết thu cho hỗn khí trước sau làm SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành khác Điều phản ảnh ảnh hưởng CO2, H2S lớn đến hỗn hợp khí    Hình dáng đường bao pha trước làm có hình dáng dốc hơn, giống parabol so với sau làm có hình dáng thoải phình bên Dòng Sour Gas nước, H2S,N2, CO2 nên hình dạng bị ảnh hưởng đáng kể Nước có áp suất thấp nên ảnh hưởng đến đường bao pha hỗn hợp nhiệt độ cao áp suất thấp, trường hợp ảnh hưởng không nhiều Còn CO2,H2S làm giảm điểm áp suất cực đại tồn lỏng hỗn hợp, để ý thấy điểm có giá trị 1400 psia Sweet Gas 1200 psia Sour Gas, nhiệt độ, áp suất tới hạn dòng Sour Gas cao Sweet Gas Ngoài ảnh hưởng đến điểm tới hạn nên dẫn tới hình dạng đường bao pha có khác Do Sweet Gas tách nước , CO2,H2S, nên khối lượng riêng khác so với dòng Sour Gas Trong tính toán khối lượng riêng hỗn hợp khí ta cần hệ số hiệu chỉnh ƹ tùy theo hàm lượng CO2, H2S hỗn hợp Hỗn hợp SourGas có khối lượng riêng lớn , nén dễ hóa lỏng nên có hệ số chịu nén z thấp dòng Sweet Gas BÀI TẬP 4: XÁC ĐỊNH NHIỆT TRỊ CỦA HỖN HỢP KHÍ ? Để Xác định nhiệt trị hỗn hợp khí ta làm sau : Chọn dòng -> Chọn Properties Đối với dòng Sweet Gas ta thu bảng sau : Nhiệt trị cao (Mj/m3) 9,507e5 Nhiệt trị (kg/kj) 5,426e4 Nhiệt trị thấp (Mj/m3) 8,646e5 Bảng Nhiệt trị dòng Sweet Gas BÀI TẬP : TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH : SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 10 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Để giải toán ta cần đến trợ giúp công cụ Property Balance Utility nhóm tiện ích Hysys Nhấn phím Ctrl +U để mở công cụ Chọn Scope Objects, chọn tiếp FlowSheetWide để tiến hành cân vật chất cân lượng cho trình Hình Tiến hành chọn cân vật chất nhiệt lượng cho toàn trình Hình Chọn đối tượng Mole Flow SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 11 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Hình Cân vật chất hiển thị Property Balance Utility SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 12 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Hình Cân lượng hiển thị Property Balance Utility SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 13 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Ta thu kết cân vật chất, lượng cuối Hình 10 Cân vật chất, lượng cho toàn công nghệ sản xuất LNG SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 14 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Nhận xét : Cân vật chất, lượng có sai số định Cụ thể:   Cân vật chất có sai số 0,06% Cân nhiệt lượng có sai số 11,67% Sai sô xuất sử dụng song hành hệ nhiệt động : PergRobinson Amine Pkg Khi luân chuyển hệ nhiệt động dẫn đến sai khác, không đồng tính toán Enthalpy chẳng hạn SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 15 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Minh Hiền – Công nghệ chế biến khí – Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội xuất năm 2016 Nguyễn Thị Minh Hiền – Mô trình công nghệ hóa học – Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội xuất năm 2016 SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 16 [...]... Utility trong nhóm tiện ích của Hysys Nhấn phím Ctrl +U để mở công cụ này Chọn Scope Objects, chọn tiếp FlowSheetWide để tiến hành cân bằng vật chất cân bằng năng lượng cho cả quá trình Hình 6 Tiến hành chọn cân bằng vật chất nhiệt lượng cho toàn quá trình Hình 7 Chọn đối tượng Mole Flow SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 11 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Hình 8 Cân bằng vật chất hiển thị trong... Thành Hình 9 Cân bằng năng lượng hiển thị trong Property Balance Utility SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 13 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Ta sẽ thu được kết quả cân bằng vật chất, năng lượng cuối cùng Hình 10 Cân bằng vật chất, năng lượng cho toàn bộ công nghệ sản xuất LNG SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 14 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Nhận xét : Cân bằng vật chất,... Tuyển-K57 Page 15 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Nguyễn Thị Minh Hiền – Công nghệ chế biến khí – Nhà xuất bản Bách 2 Khoa Hà Nội xuất bản năm 2016 Nguyễn Thị Minh Hiền – Mô phỏng các quá trình cơ bản trong công nghệ hóa học – Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội xuất bản năm 2016 SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 16 ... sản xuất LNG SVTH:Văn Tuyển-K57 Page 14 Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành Nhận xét : Cân bằng vật chất, năng lượng đều có những sai số nhất định Cụ thể:   Cân bằng vật chất có sai số 0,06% Cân bằng nhiệt lượng có sai số 11,67% Sai sô này xuất hiện do bài này chúng ta sử dụng song hành 2 hệ nhiệt động : PergRobinson và Amine Pkg Khi luân chuyển giữa 2 hệ nhiệt động như vậy sẽ ... hóa lỏng hoàn toàn nhiệt độ thu -253,4oF SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành BÀI TẬP 1: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG HÀM LƯỢNG CO2,H2S đến công đoạn làm khí... DEA cần dùng vào khoảng 3200lbmole/h hợp lý SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê Minh Thắng Ths.Nguyễn Tiến Thành BÀI TẬP : TẠI SAO PHẢI DÙNG TÁC NHÂN LẠNH LÀ NITO VÀ METAN? CÓ THỂ THAY... hiệu làm lạnh không BÀI TẬP : XÁC ĐỊNH CÂN BẰNG PHA, HỆ SỐ NÉN, KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA HỖN HỢP KHÍ TRƯỚC VÀ SAU KHI LÀM NGỌT CÓ GÌ KHÁC NHAU? TẠI SAO? SVTH:Văn Tuyển-K57 Page Bài tập lớn GV: PGS.Lê