Trên cơ sở phân tích cấu hình các thiết bị nêu trên từ nguồn khí NCS2 có thể lựa chọn sơ đồ công nghệ tối ưu nhằm thu hồi tối đa sản phẩm Etan trên cơ sở
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 47 SVTH: Hoàng Trung Kiên
chu trình làm lạnh ngoài bằng Propan như đã xác định tại mục 4.6.5, đồ án này đề xuất phương pháp thực hiện như sau:
- Xây dựng các sơ đồ công nghệ khác nhau trên cơ sở công nghệ làm lạnh hỗn hợp (làm lạnh bằng chu trình Propan hóa lỏng kết hợp với giảm áp qua van và Turbo Expander) để làm lạnh khí nguyên liệu trước khi tách Etan đến nhiệt độ -900C ÷ - 100 OC nhằm thu hồi tối đa Etan.
- Các sơ đồ công nghệ này sẽ khác nhau về nguyên liêu đưa qua cụm làm
lạnh tăng cường trước khi tách Etan. Căn cứ trên cơ sở này, đề xuất 03 phương án công nghệ như sau:
Phương án 1: 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 hồi lưu (mô hình 3 tháp).
Phương án 3: Phương án làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngay từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer có máy nén khí hồi lưu (mô hình 4 tháp).
- Trên cơ sở các sơ đồ công nghệ cải hoán xây dựng nêu trên lập mô hình
mô phỏng các phương án công nghệ trên phần mềm Hysys 7.1 và điều chỉnh công suất làm lạnh khí nguyên liệu bằng Propan hóa lỏng sao cho tất cả các sơ đồ công nghệ đều có cùng hiệu suất thu hồi Etan.
- Từ sơ đồ mô phỏng tính toán chi phí vận hành (năng lượng tiêu hao) đối với từng phương án với giả định chi phí vận hành chủ yếu của phương án là phần chi phí lượng tiêu thụ của Nhà máy để chạy các máy nén khí thương phẩm, máy nén khí nguyên liệu, máy nén khí của chu trình làm lạnh propan, …,
- 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.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 48 SVTH: Hoàng Trung Kiên
4.7.1. Phương án 1: Làm lạnh khí Sales gas đầu ra sau khi đã tách LPG và
Condensate để thu hồi Etan.
Sơ đồ công nghệ của phương án như hình 4.6 đính kèm bên dưới. Căn cứ
theo sơ đồ này quá trình công nghệ sản xuất Etan từ khí NCS2 sẽ được thực hiện như sau:
Khí nguyên liệu đầu vào nhà máy với lưu lượng khoảng 10 triệu m3/ngày, áp suất 70 – 100 barg tùy thuộc vào áp suất thượng nguồn và nhiệt độ khoảng 25 - 32 0C tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường, đầu tiên được đưa vào hệ thống Slug Catcher (SC) để tách khí, lỏng hydrocacbon và nước trong dòng khí 2 pha đầu vào Nhà máy.
Hỗn hợp lỏng ra khỏi Slug Catcher có chứa một lượng nhất định các hydrocacbon hòa tan được giảm áp từ áp suất vận hành SC xuống khoảng 45 barg và được đưa vào thiết bị tách 3 pha V-03 để tách phần khí hòa tan trong dòng lỏng nhờ hiệu ứng giảm áp. Tại bình tách V-03 nước nếu có sẽ được tách ra khỏi hydroccacbon lỏng nhờ vào sự khác nhau về tỷ trọng của nước và hydrocacbon lỏng. Lỏng sau đó được đưa vào tháp tách De – Ethanizer ( C-02) của cụm tách Etan để tiếp tục chế biến sâu nhằm thu hồi các sản phẩm có giá trị.
Dòng khí đi ra từ SC được đưa qua hệ thống làm sạch CO2 (BLOCK CO2) bằng dung dịch MEA với nộng độ khoảng 20 – 30% nhằm tách loại CO2 có trong khí đầu vào trước khi đưa vào chế biến để tránh gây ăn mòn thiết bị và ảnh hưởng đến quá trình chưng cất để thu hồi Etan do CO2 có trong khí sẽ tạo hỗn hợp đẳng phí với Etan trong quá trình chế biến. Hệ thống tháp tách CO2 bao gồm tháp hấp thụ làm việc ở áp suất khoảng 86 barg (bằng với áp suất dòng khí nguyên liệu đầu vào), nhiệt độ khoảng 25 – 35 0C. Dòng khí có hàm lượng CO2 cao được cho vào bên dưới đáy tháp, dung môi hấp thụ MEA được cho vào đỉnh tháp hấp thụ. Chất hấp thụ bão hòa CO2 được giảm áp suất từ 86 barg xuống khoảng 6 barg sau đó được đưa vào bình tách Khí lỏng Flash TK để tách một phần các khí hydrocacbon hòa tan trong dung MEA bão hòa. Sau đó dung dịch MEA có chứa CO2 tiếp tục được đưa vào tháp tái sinh Regenerator để tách toàn bộ khí CO2 có nhờ thiết bị gia nhiệt đáy tháp. Tháp tái sinh hoạt động ở áp suất khí quyển, nhiệt độ đỉnh tháp vào khoảng 50 0C, nhiệt độ đáy tháp 125 0C. Dòng khí CO2 sau khi đi ra khỏi đỉnh
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 49 SVTH: Hoàng Trung Kiên
tháp được đưa ra đuốc đốt để đốt bỏ các hydrocacbon bị hấp thụ cùng với dung dịch MEA tại tháp hấp thụ. Dung dịch MEA sau khi đã loại bỏ hoàn toàn lượng CO2 được đưa qua thiết bị làm lạnh nhờ tận dùng nhiệt lạnh từ dòng MEA bão hòa, sau đó được tiếp tục làm lạnh bằng quạt làm mát bằng không khí đến nhiệt độ 40 – 45 OC sau đó được bơm tuần hoàn trở lại tháp hấp thụ tách CO2.
Dòng khí nguyên liệu sau khi tách CO2 được đưa qua hệ thống tách nước (DEH2O) để tách loại nước bằng phương pháp hấp phụ sử dụng các lớp hạt nhôm ôxit hoạt tính và rây phân tử nhằm đạt được nhiệt độ điểm sương của khí
trong nước vào khoảng ≤ - 90 0C để đảm bảo ngăn ngừa hiện tượng hình thành
hydrate trong quá trình làm lạnh sâu để tách Etan.
Hỗn hợp khí ra khỏi tháp hấp phụ tách nước được lần lượt đưa qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-100, E-101 và E-102 để làm lạnh nhờ tận thu nhiệt lạnh từ dòng khí có nhiệt độ -33.18 0C từ tháp tách C-01(qua E-100) và dòng khí khô có nhiệt độ khoảng 7.71 OC (qua E-101) từ tháp tách tinh (T-100). Sau khi qua hệ thống thiết bị này, nhiệt độ dòng khí nguyên liệu được làm lạnh từ 35 0C đến khoảng 27 0C. Dòng khí này sau đó sẽ được chia làm 2 dòng:
- Dòng thứ nhất chiếm khoảng 33% lưu lượng của dòng tổng đầu vào được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt E-102 để làm lạnh sâu nhờ tận thu nhiệt lành từ dòng khí khô đi ra từ đỉnh tháp T-100 (tháp hấp thụ, nhiệt độ khoảng – 64.530C. Sau khi qua thiết bị này, nhiệt độ của dòng khí nguyên liệu đầu vào từ 270C sẽ được giảm xuống đến -59,460C. Sau đó được tiếp tục làm lạnh đến nhiệt độ -90 OC nhờ hiệu ứng giảm áp qua van JTL (giảm từ áp suất 84 barg xuống 25 barg). Dòng khí lạnh này sau đó được cho vào tháp tách tinh T-100 để tách riêng thành phần C2+ ra khỏi dòng khí nguyên liệu đầu vào.
- Dòng còn lại (chiếm khoảng 2/3 lưu lượng dòng tổng) được giãn nở qua Turbo giãn nở (Expander) từ áp suất 84 barg xuống bằng áp suất vận hành tháp tách tinh T-100 (25 barg). Nhờ vào hiệu ứng giảm áp qua Turbo Expander, khí nguyên liệu được làm lạnh đến nhiệt độ khoảng – 27,580C, sau đó được đưa vào đáy tháp tách tinh T-100.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 50 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Theo phương án này tháp tách tinh T-100 đóng vai trò như là tháp chưng cất với dòng hồi lưu ngoài chính là dòng khí đi ra khỏi thiết bị E-102 có nhiệt độ - 90 0C. Tháp tách tinh T-100 có nhiệm vụ tách các thành phần hydrocacbon C2+ đã hóa lỏng nhờ quá trình làm lạnh qua E-102 và giãn nỡ qua Expander. Tháp tách tinh T-100 hoạt động ở áp suất khoảng 25 barg, nhiệt độ đỉnh -64,530C, nhiệt độ đáy – 30.730C. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dòng lỏng đi ra từ đáy tháp tách tinh T-100 chứa chủ yếu các hydrocacbon nặng đã hóa lỏng (C2+ ) và một lượng khí metan ở dạng hòa tan, được giảm áp và đưa qua tháp tách Demethanizer C-01 để tách loại hoàn toàn metan nhằm đảm bảo chất lượng cho sản phẩm Etan (hàm lượng Etan ≤ 2 % mol). Tháp tách Demethanizer C-01 bao gồm 32 đĩa mâm van, hoạt động ở áp suất khoảng 21 barg, nhiệt độ đỉnh tháp khoảng -33,160C, nhiệt độ đáy tháp 50,30C. Hàm lượng Metan trong sản phẩm đáy tháp Demethanizer C-01 được điều chỉnh thông qua việc điều chỉnh nhiệt độ đáy tháp nhờ Reboiler gia nhiệt đáy tháp.
Dòng sản phẩm khí từ đỉnh tháp Demethanizer C-01 sau khi đã được tận thu nhiệt lạnh tại E-100 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. Dòng lỏng đi ra từ đáy tháp Demethanizer sau khi đã được trao đổi nhiệt tại thiết bị E- 109 để làm giảm nhiệt độ nhờ dòng khí khô có nhiệt độ thấp hơn. Dòng lỏng này sau đó sẽ được đưa vào tháp tách Demethanizer để thu hồi Etan và các sản phẩm nặng hơn.
Hỗn hợp khí đi ra từ đỉnh tháp tách tinh T-100 có thành phần chủ yếu là C2- (Metan và Etan) có nhiệt độ - 64,530C được tận thu nhiệt nhờ trao đổi nhiệt với dòng khí nóng (khí nguyên liệu đầu vào) qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-101 và E-102. Sau đó được đưa qua máy nén của Turbo Expander – Compressor để nén khí từ áp suất 24,6 barg lên áp suất 35,5 barg nhờ sử dụng công từ quá trính giãn nỡ khí nguyên liệu đầu vào qua Expander. Dòng khí này sau đó được tiếp tục nén bằng máy nén K-100 lên đến áp suất 56 barg và được làm lạnh bằng quạt làm mát bằng không khí đến nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ khoảng 45 – 55 OC.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 51 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Dòng khí này sau đó được làm lạnh nhờ tận thu nhiệt lạnh của dòng khí khô tại thiết bị E-103, sau đó được làm lạnh bằng chu trình làm lạnh bằng Propan hóa lỏng để đạt được nhiệt độ khoảng – 30.85 OC tại thiết bị LNG-100. Dòng khí này sau đó sẽ được đưa vào bình tách khí/lỏng để tách lượng lỏng ngưng tụ (nếu có) sau quá trình làm lạnh bằng Propan, sau đó được chia làm 02 phần: Khoảng 35% lượng khí nêu trên được đưa qua thiết bị tận thu nhiệt lành từ dòng khí khô sau khi đã thu hồi Etan, sau đó tiếp tục làm lạnh nhờ giảm áp suất qua van tiết lưu từ áp suất 56 barg đến áp suất vận hành tháp Demethanizer trong cụm tách Etan. Sau khi đi ra khỏi hệ thống này dòng khí nguyên liệu sẽ được làm lạnh đến - 100.6 OC và được đưa vào tháp tách Demethanizer; dòng còn lại chiếm 65% tổng lưu lượng được làm lạnh đến nhiệt độ - 75.55 0C nhờ giảm áp qua Turbo Expander CC-02, sau đó cũng được đưa vào tháp Demethanizer.
Tháp Demethanizer trong cụm tách Etan bao gồm 30 đĩa mâm van, hoạt động ở áp suất 19 barg, nhiệt độ đỉnh tháp khoảng - 94.92OC, nhiệt độ đáy tháp – 4.740C có nhiệu vụ tách toàn bộ Metan ra khỏi pha lỏng C2- sau hệ thống làm lạnh nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm Etan (hàm lượng Metan ≤ 2% mol). Hàm lượng Metan trong sản phẩm đáy tháp Demethanizer được duy trì nhờ vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp Reboiler.
Dòng khí đi ra khỏi đỉnh tháp Demethanizer trong cụm thu hồi Etan chứa chủ yếu là metan (được gọi là khí khô) có nhiệt độ khoảng -94.92OC được tận thu nhiệt lạnh qua các thiết bị E-102, E-101 và E-103, sau đó được đưa vào phần nén của Turbo Expander Compressor CC-02 để nén từ áp suất 20 barg lên đến 24.4 barg nhờ công sinh ra từ quá trình giãn nỡ khí qua CC-02 phần giãn nở. Sau đó dòng khí khô này tiếp tục được nén lên đến áp suất 55 barg, sau đó được làm mát bằng không khí đến nhiệt độ khoảng 45 – 55 OC và đưa vào đường ống để vận chuyển đến các hộ tiêu thụ khí (điện, đạm, …).
Dòng lỏng đi ra từ đáy tháp Demethanizer trong cụm thu hồi Etan và dòng lỏng đi ra từ đáy tháp Demethanizer C-01 từ nguyên liệu khí đầu vào được đưa vào tháp tách Deethanizer để tách riêng Etan và các sản phẩm nặng hơn.
Tháp Deethanizer là loại ngưng tụ một phần, bao gồm 30 đĩa mâm van hoạt động ở áp suất 18 – 19 barg, nhiệt độ đỉnh khoảng – 7.8OC, nhiệt độ đáy 74.37OC
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 52 SVTH: Hoàng Trung Kiên
có nhiệm vụ tách riêng Etan ra khỏi các thành phần nặng hơn. Hơi đi ra từ đỉnh
tháp được làm lành bằng Propan từ chu trình làm lạnh Propan và được ngưng tụ
một phần (các hydrocacbon năng C3+). Phần ngưng tụ từ đỉnh tháp Deethanizer được hồi lưu hoàn toàn trở lại đỉnh tháp để điều chỉnh độ tinh khiết của sản phẩm đỉnh (hàm lượng Propan ≤ 2% mol). Hàm lượng Etan trong sản phẩm đáy tháp được điều chỉnh sao cho hàm lượng Etan trong sản phẩm LPG không vượt quá 2%. Nhờ vào việc điều chỉnh nhiệt độ đáy tháp.
Dòng lỏng đi ra từ đáy tháp Deethanizer chứa chủ yếu các hydrocacbon C3+ (LPG và Condensate) được đưa vào tháp chưng chất Stabilizer C-02 để tách riêng LPG và Condensate. Tháp Stabilizer C-02 là tháp chưng cất điển hình với 32 đĩa mâm van, hoạt động ở áp suất 11 barg, nhiệt độ đỉnh 42 OC, nhiệt độ đáy 140.5
O
C có chức năng tách LPG ra khỏi condensate. Sản phẩm hơi LPG ra khỏi đỉnh tháp được làm lạnh và ngưng tụ hoàn toàn nhờ quạt làm mát bằng không khí, một phần hồi lưu trở lại đỉnh tháp để kiểm soát C5+ trong sản phẩm đỉnh tháp không quá 2%, phần còn lại chính là sản phẩm LPG. Áp suất hơi bão hòa của Condensate ở sản phẩm đáy tháp được điều chình vời việc điều chỉnh nhiệt độ đáy tháp tại Reboiler. Dòng condensate đi ra từ đáy tháp sau đó sẽ được làm mát đến bằng không khí đến nhiệt độ môi trường (45 OC) và được chứa vào bồn chứa như là sản phẩm condensate thương phẩm để xuất bán cho khách hàng.
Nguyên lý làm việc của chu trình làm lạnh ngoài tăng cường bằng Propan được thực hiện như sau: Propan lỏng ở áp suất khoảng 17 barg, nhiệt độ 40 OC, sẽ được đưa qua các van giảm áp để hóa hơi và tạo ra nhiệt lạnh cho hệ thống. Với việc giảm áp suất Propan từ 17 barg xuống áp suất khí quyển, nhiệt độ của propan sẽ giảm từ 40 0C xuống đến – 42 OC (nhiệt độ sôi của Propan). Nguồn nhiệt lạnh này của hơi Propan được chia làm 2 phần: Phần chính sẽ được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt LNG-100 để làm lạnh sâu khí nguyên liệu nhằm thu hồi Etan, phần còn lại sẽ sử dụng để làm lạnh và ngưng tụ một phần sản phẩm đỉnh tháp Deethanizer như đã đề cập ở trên.
Propan sau khi đã được sử dụng nhiệt lạnh, sẽ được đưa vào bình tách khí/lỏng để tách các hạt lỏng Propan (nếu có) nhằm bảo vệ máy nén, sau đó propan được đưa qua máy nén Propan K-104 để nén lên trở lại áp suất 17 barg,
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 53 SVTH: Hoàng Trung Kiên
sau đó được làm lạnh đến nhiệt độ 40 – 45 OC bằng quạt làm mát không khí nhằm hóa lỏng Propan. Propan lỏng sau đó được đưa trở lại chu trình làm lạnh Propan để làm lạnh khí.
Với sơ đồ công nghệ nêu trên, để đạt được hiệu suất thu hồi Etan cao (khoảng 80 %, tương đương 912 tấn/ngày), khí nguyên liệu phải được làm lạnh bằng Propan đến nhiệt độ khoảng – 30.85OC, sau đó được tiếp tục làm lạnh nhờ tận thu nhiệt lạnh trong hệ thống, giảm áp qua van và qua Turbo Expander để làm lạnh sâu đến – 90 ÷ - 100 OC nhằm thu hồi triệt để Etan.