NCS2 ngay từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer có máy nén khí tuần hoàn.
Sơ đồ công nghệ của phương án như hình 4.8 đính bên dưới. Về cơ bản sơ đồ công nghệ phương án 3 hoàn toàn giống với sơ đồ công nghệ phương án 2. Điểm khác nhau cơ bản của phương án 2 và phương án 3 là:
- Ở phương án 3 các dòng nguyên liệu sau khi được trao đổi nhiệt, làm lạnh tại E-101, E-102, LNG-100, E-103 và giảm áp được đưa vào tháp tách tinh T-100 để tách riêng phần khí khô (Metan) ra khỏi phần ngưng tụ (C2+).Hỗn hợp khí-lỏng ra ở đáy T-100 có thành phần chủ yếu là C2+
được đưa vào tháp Demethanizer C-01, tháp này có 32 đĩa, làm việc ở 20 bar, nhiệt độ đỉnh -600C và nhiệt độ đáy là 240C, có nhiệm vụ tách tiếp metan còn lại trong sản phẩm đáy tháp T-100 để đảm bảo độ tinh khiết
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 55 SVTH: Hoàng Trung Kiên
của sản phẩm Etan (hàm lượng Metan ≤ 2% mol). Nguyên lý làm việc tháp Demethanizer của phương án này tương tự như phương án làm lạnh khí khô đầu ra, cụ thể như sau: Dòng sản phẩm khí từ đỉnh tháp Demethanizer C-01 sau khi đã được tận thu nhiệt lạnh tại E-101 được nén lần lượt qua 02 cấp để tăng áp suất bằng với áp suất khí nguyên liệu đầu vào nhờ các máy nén K01/02 và hồi lưu trở lại đầu vào nhà máy để tái chế nhằm tăng tối đa hiệu quả thu hồi lỏng cho nhà máy.
- Phương án 2, sử dụng mô hình đơn giản hơn, không cần đầu tư tháp tách
tinh T-100 để phân tách các sản C2+ sau quá trình làm lạnh khí nguyên liệu đầu vào mà sử dụng ngay tháp Demethaniez có thiết bị gia nhiệt đáy tháp để tách C2+ ngưng tụ từ quá trình làm lạnh. Với mô hình này sản phẩm khí ra đỉnh tháp Demethanizer chính là sản phẩm khí khô và được đưa vào đường ống cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Do vậy với phương án này cũng không có các máy nén tuần hoàn để tăng thu hồi sản phẩm Etan.
- Phương án 3 sử dụng mô hình tháp tách tinh T-100 để phân tách các sản
C2+ sau quá trình làm lạnh khí nguyên liệu đầu vào, sau đó qua tiếp tháp
Demethanizer để tách tiếp một phần Metan hòa tan trong dòng lỏng C2+
tách ra được từ quá trình làm lạnh. Dòng khí từ đỉnh tháp Demethanizer sau đó được nén tuần hoàn trở lại nhà máy để tái chế nhằm tăng thu hồi C2+.
Với phương án 3 này để đạt được hiệu suất thu hồi Etan khoảng 80 % ( tương đương khoảng 912 tấn/ngày), nhiệt độ khí nguyên liệu sau chu trình làm lạnh Propan vào khoảng – 9.6OC – cao hơn so với phương án 2 và phương án 1.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 56 SVTH: Hoàng Trung Kiên
CHƯƠNG 5
MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CÔNG NGHỆ
TỐI ƯU TÁCH ETAN TỪ KHÍ NCS2 5.1.Phương pháp luận tính toán lựa chọn sơ đồ công nghệ tối ưu
-Lập mô hình mô phỏng 03 phương án công nghệ đã đề xuất tại chương 4. Cụ thể như sau:
Phương án 1: Làm Phương án làm lạnh khí Sales gas đầu ra sau khi đã tách LPG và Condensate để thu hồi Etan.
Phương án 2: Phương án làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngày từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer không có máy nén khí tuần hoàn.
Phương án 3: Phương án làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngày từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer có có máy nén khí tuần hoàn.
-Điều chỉnh nhiệt độ khí nguyên liệu sau hệ thống làm lạnh bằng chu trình Propan hóa lỏng sao cho cả 03 phương án đều đạt được cùng một hiệu suất thu hồi Etan.
-Từ sơ đồ mô phỏng tính toán tổng lượng tiêu hao năng lượng vận hành đối với từng phương án với giả định năng lượng tiêu hao cho vận hành chủ yếu của phương án là phần năng lượng tiêu thụ để chạy các máy nén khí thương phẩm, máy nén khí nguyên liệu, máy nén khí của chu trình làm lạnh propan, thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh Propan, thiết bị gia nhiệt đáy các tháp chưng cất…, Do các phương án đã được tính toán điều chỉnh để đưa về cùng tỷ lệ thu hồi Etan nên dựa vào các số liệu nêu trên phương án công nghệ có lượng tiêu thụ năng lượng thấp nhất sẽ được lựa chọn là phương án tối ưu để đầu tư cho Nhà máy sản xuất Etan từ khí NCS2.
-Trên cơ sở phương án tối ưu đã được lựa chọn, sử dụng phần mềm mô phỏng tính toán khảo sát các thông số vận hành tối ưu của phương án đã được chọn nhằm đảm bảo tăng tối đa hiệu quả thu hồi Etan của nhà máy.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 57 SVTH: Hoàng Trung Kiên
5.2. Phương pháp mô phỏng
-Phần mềm sử dụng trong tính toán mô phỏng: Phần mềm Aspens Hysys Version 7.1
-Phương trình nhiệt động học lựa chọn trong tính toán mô phỏng: Peng – Robinson.
-Các sơ đồ công nghệ mô phỏng: Mô phỏng 03 phương án công nghệ tách
Etan khác nhau từ khí NCS2 như đề cập tại mục 4.7 của chương 4 ở trên
- Thông số của nguyên liệu khí đầu vào: Căn cứ vào hồ sơ thiết kế đường ống dẫn khí NCS2, các thông số của khí đầu vào NCS2 như sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thành phần khí: Lấy theo thành phần khí trung bình của tất cả các mỏ khí dự kiến đưa vào đường ống dẫn khí NCS2 như đề cập tại bảng 4.2
Áp suất khí đầu vào lấy bằng 86 barg, nhiệt độ khí đầu vào lấy bằng nhiệt độ môi trường của đường ống dẫn khí dưới biển trong hồ sơ thiết kế
đường ống NCS2 (26OC).
-Công suất tối đa của Nhà máy tách Etan từ khí NCS2: Lấy theo số liệu tại mục 4.2: Công suất tối đa 10 triệum3/ngày.
-Cơ cấu sản phẩm đầu ra và yêu cầu chất lượng: Từ khí NCS2 sẽ chế biến
để thu hồi các sản phẩm sau: Khí khô, Etan, LPG và Condensate thương phẩm. Các sản phẩm này phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật như đã đề cập tại mục 4.5 của tài liệu này.
- Cơ sở xác định hiệu suất thu hồi Etan: Căn cứ tài liệu về công nghệ bản quyền sản xuất Etan từ khí tự nhiên hiện nay hiệu suất thu hồi Etan vào khoảng từ 80 - 90%. Trong tính toán mô phỏng sử dụng số liệu hiệu suất thấp nhất của Etan là 80%.
-Nhiệt độ của chu trình làm lạnh bằng Propan đối với từng phương án được điều chỉnh sao cho đảm bảo tất cả các phương án đều có cùng hiệu suất thu hồi Etan như nhau (80%).
-Áp suất khi khô đầu ra tối thiểu phải đạt mức 54 barg để đảm bảo đủ áp suất của khí khô cung cấp cho các hộ tiêu thụ theo yêu cầu.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 58 SVTH: Hoàng Trung Kiên
5.3. Kết quả tính toán mô phỏng
5.3.1. Xác định nhiệt độ làm lạnh bằng chu trình Propan
Kết quả tính toán mô phỏng của 03 phương án công nghệ nêu trên cho thấy để đạt được cùng một hiệu suất thu hồi Etan là 80% nhiệt độ làm lạnh của khí nguyên liệu sau chu trình làm lạnh bằng Propan được thể hiện như sau:
Bảng 5.1. Nhiệt độ làm lạnh nguyên liệu khí đầu vào
Kết quả mô phỏng Đơn vị Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Nhiệt độ làm lạnh bằng Propan
O
C -30.85 -18.00 -9.60
Hiệu suất thu hồi
Etan % 80.02 80.09 80.03
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nhiệt độ làm lạnh khí nguyên liệu đầu vào sau chu trình làm lạnh bằng Propan được thể hiện như sau:
Hình 5.1. Sự phụ thuộc nhiệt độ làm lạnh khí bằng Propan.
Nhận xét:
-Từ bảng số liệu về nhiệt độ khí nguyên liệu sau chu trình làm lạnh bằng propan cũng như đồ thị cho thấy để đạt được cùng một hiệu suất thu hồi Etan thì phương án sử dụng khí nguyên liệu là khí khô đầu ra cần phải làm lạnh đến – 30.85 OC . Nhiệt độ ngày thấp hơn khoảng 1.7 lần so với phương án làm lạnh khí nguyên liệu đầu với tháp Demethanizer không có máy nén khí hồi lưu (- 18 OC) và
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 59 SVTH: Hoàng Trung Kiên
thấp hơn khoảng 3.2 lần so với phương án làm lạnh khí nguyên liệu đầu vào với việc sử dụng tháp hấp thụ Demethanizer có máy nén khí tuần hoàn (-9.6 OC).
-Nguyên nhân phương án 1 cần phải làm lạnh sâu hơn so với phương án 2
và 3 là do phương án 1 sử dụng khí khô sau khi đã chế biến tách LPG và condensate do:
Dòng khí này có áp suất 56 barg – thấp hơn so với trường hợp sử dụng khí nguyên liệu đầu vào (áp suất 86barg) dẫn đến chênh áp qua hệ thống Van JT dẫn đến làm giảm hiệu quả làm lạnh qua van JV và qua Turbo Expander CC-02.
Nhiệt độ khí nguyên liệu 55 OC – cao hơn so với trường hợp sử dụng khí ẩm đầu vào (26 OC) nên cần phải làm lạnh sâu hơn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Để đạt được cùng hiệu suất thu hồi 80%, trong 02 phương án làm lạnh dòng khí nguyên liệu đầu vào bằng Propan hóa lỏng thì phương án 3 (có máy nén tuần hoàn) có nhiệt độ làm lạnh -9.6OC cao hơn so khoảng 1.9 lần so với phương án 2 (-18 OC, phương án làm lạnh bằng Propan khí nguyên liệu đầu với tháp Demethanizer không có máy nén khí tuần hoàn). Điều này được giải thích là do dòng khí từ đỉnh tháp tách Demethanizer do không có hồi lưu đỉnh tháp nên một lượng C2+ bị mất ra cùng với sản phẩm đỉnh tháp, phương án 3 với tháp hấp thụ Demethanizer có sử dụng các máy nén khí hồi lưu K-101 và K-102 để nén khí từ đỉnh tháp Demethanizer về trở lại ban đầu tái chế nhằm tận thu lượng C2+ bị mất ra nêu trên nên hiệu quả thu hồi Etan cao hơn so với phương án 2 không có máy nén khí hồi lưu.
5.3.2.Chất lượng sản phẩm Etan.
Kết quả mô phỏng độ tinh khiết của sản phẩm Etan và các tạp chất có trong sản phẩm Etan như sau.
Bảng 5.2. Chất lượng sản phẩm Etan
Kết quả mô phỏng Đơn vị Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Độ tinh khiết Etan %mol 96.08 96.34 96.00
Hàm lượng CO2 trong Etan %mol 0.65 0.76 0.21
Hàm lượng Metan trong Etan %mol 1.67 1.39 1.98 Hàm lượng Propan trong Etan %mol 1.58 1.51 1.80
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 60 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Nhận xét: Trong tất cả các trường hợp mô phỏng, chất lượng của sản phẩm Etan đều đáp ưng theo yêu cầu của tiêu chuẩn. Cụ thể như sau:
- Cả 03 phương án đều cho độ tinh khiết của sản phẩm Etan phù hợp với yêu cầu chất lượng của sản phẩm theo yêu cầu của Nhà máy sản xuất Olefin ( hàm lượng Etan tối thiểu đạt 96%).
- Hàm lượng các tạp chất như Metan và Propan trong sản phẩm Etan đối với 03 phương án đều nhỏ hơn 2% nên cũng đáp ứng yêu cầu về hàm lượng các tạp chất có trong sản phẩm Etan cung cấp cho nhà máy Olefin.
5.3.3. Sản lượng các sản phẩm của từng phương án.
Cân bằng vật chất nguyên liệu đầu vào và sản lượng các sản phẩm đầu ra của từng phương án như bảng 5.2 bên dưới.
Bảng 5.3. Sản lượng của từng phương án
Kết quả mô
phỏng Đơn vị Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Khí ẩm vào Trm3/ngày 10.0 10.0 10.0 Khí khô Trm3/ngày 8.12 8.17 8.13 Etan Tấn/ngày 912.6 913.5 912.8 LPG Tấn/ngày 1332 1289 1286 Condensate Tấn/ngày 224.8 254.6 254.5 HSTH Khí khô % 93.67 93.92 93.75 HSTH Etan % 80.02 80.09 80.03 HSTH LPG % 85.96 85.14 85.08
Ghi chú: HSTH – Hiệu suất thu hồi tính theo % khối lượng
Nhận xét: Từ số liệu trên cho thấy, sau khi đã điều chỉnh nhiệt độ trên mô hình mô phỏng của 03 phương án để đạt hiệu suất thu hồi Etan là 80%. Sản lượng các sản phẩm Khí Khô, Etan, LPG và condensate của các phương án tương đối giống nhau. Sự khác biệt nhỏ được giải thích là do độ chính xác của phần mềm mô phỏng. Hiệu suất thu hồi sản phẩm LPG rất cao, do khi đã làm lạnh sâu để thu hồi Etan thì về mặt nguyên tắc đã thu hồi hoàn toàn các cấu tự nặng hơn như Propan và Butan.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 61 SVTH: Hoàng Trung Kiên
5.3.4.Năng lượng tiêu tốn cho từng phương án.
Năng lượng tiêu tốn cho từng phương án là lượng năng lượng từ bên ngoài cần thiết để cung cấp các thiết bị trao đổi nhiệt, máy nén khí, máy bơm, nhiệt ngưng tụ sản phẩm đỉnh, nhiệt cung cấp cho đáy tháp… Dựa vào bảng cân bằng năng lượng cho từng phương án trên cơ sở kết quả tính toán mô phỏng ta có tổng lượng năng lương tiêu thụ cho từng phương án như sau:
Bảng 5.4. Tổng lượng năng lượng tiêu thụ cho từng phương án
TT Ký hiệu Chức năng Đơn vị Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
1 E-01 Reboiler gia nhiệt đáy C-01 kj/h 16,970,000 34,650,000 28,230,000 2 K-100 Máy nén khí khô kj/h 24,920,000 46,420,000 25,350,000 3 E-103 Thiết bị làm lạnh khí khô kj/h 31,870,000 45,100,000 25,550,000 4 Qcond C-03 Thiết bị làm lạnh ngưng tụ đỉnh C-03 kj/h 29,810,000 28,650,000 28,700,000 5 Qreboi C-03 Reboiler gia nhiệt đáy C-03 kj/h 26,310,000 25,350,000 25,430,000 6 K-101 Nén khí hồi lưu cấp 1 kj/h 1,022,000 - 3,436,000 7 E-104 Làm lạnh khí hồi lưu cấp 1 kj/h 875,900 - 2,837,000 8 K-102 Nén khí cấp 2 kj/h 998,300 - 3,628,000 9 E-105 Làm lạnh khí hồi lưu cấp 2 kj/h 1,399,000 - 4,847,000 10 E-107 Làm lạnh ngưng tụ đỉnh tháp tách Etan kj/h 10,680,000 13,590,000 13,760,000
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 62 SVTH: Hoàng Trung Kiên 11 K-104 Máy nén khí Propan kj/h 46,090,000 42,000,000 32,730,000 12 AC-100 Làm lạnh ngưng tụ Propan kj/h 102,200,000 89,980,000 73,560,000 13 K-105 Máy nén khí khô cấp 2 kj/h 39,080,000 - - 14 E-110 Làm lạnh khí khô cấp 2 kj/h 31,870,000 - - 15 Reboiler Dem
Gia nhiệt đáy tháp Demethanizer
kj/h 13,350,000 - -
16 Reboiler (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Det
Gia nhiệt đáy tháp Deethanizer
kj/h 32,180,000 32,890,000 31,610,000
Tổ
ng kj/h 409,625,200 358,630,000 299,668,000
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 63 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Nếu chỉ tính riêng phần năng lượng cho chu trình làm lạnh Propan (bao gồm máy nén khí Propan và thiết bị trao đổi nhiệt làm mát Propan bằng không khí, từ kết quả mô phỏng ta có các số liệu sau:
Bảng 5.5. Năng lượng tiêu thụ của chu trình Propan
TT Ký hiệu Chức năng
Đơn
vị Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
1 K-104 Máy nén khí Propan kj/h 46,090,000 42,000,000 32,730,000 2 AC-100 Làm lạnh ngưng tụ Propan kj/h 102,200,000 89,980,000 73,560,000 Tổng kj/h 148,290,000 131,980,000 106,290,000
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 64 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Nhận Xét:
- Từ bảng số liệu về nhiệt độ khí nguyên liệu sau chu trình làm lạnh bằng propan cũng như đồ thị cho thấy để đạt được cùng một hiệu suất thu hồi Etan thì phương án sử dụng khí nguyên liệu là khí khô đầu ra có lượng tiêu thụ năng lượng ra cao nhất. Nguyên nhân phương án 1 có lượng tiêu thu năng lượng cao hơn các phương án khác là do phương án 1 sử dụng khí khô sau khi đã chế biến tách LPG và condensate nên:
Dòng khí khô này có áp suất 56 barg – thấp hơn so với trường hợp sử