Quá trình mô phỏng được chia làm 5 cụm thiết bị: Make-up Gas, Feed Driers, Thiết bị phản ứng, Stabilizer, Net Gas Scrubber, Tháp Deisohexanizer.
a) Cụm Feed Driers (DR-2303/2304)
Ta tiến hành nhập các thông số cho dòng nguyên liệu Naphta (201). Vì trong công nghệ PENEX/DIH có dòng hồi lưu 549 từ tháp DIH về cụm Feed Driers nên ta cũng nhập các thông số giả cho dòng này.
Hình 3.7 Nhập các thông số cho dòng 549RCY
Cả hai dòng này được hợp lại với nhau tại thiết bị MIX-1 trở thành dòng 304 đi đến thiết bị hấp phụ bằng rây phân tử (xúc tác PDG-418) DR-2303/2304.
Do thiết bị hấp phụ này không có trong các biểu tượng mô phỏng nên để mô phỏng thiết bị hấp phụ ta có thể lựa chọn bằng thiết bị Component Splitter. Sản phẩm ra gồm có dòng nguyên liêu đã tách triệt để nước và nước bị hấp phụ. Trong tab Splits ta chọn thành phần dòng nước bị hấp phụ chỉ là nước.
Hình 3.8 Biểu diển thiết bị hấp phụ DR-2303
Dòng 309 đi ra từ DR-2303 đến D-2301 được bơm P-2301A/B nâng áp lên 37.01 kg/cm2.
Hình 3.9 Bơm nâng áp P-2301A/B
Dòng đi ra từ P-2301 A/B sẽ đến thiết bị MIX-2 để kết hợp với dòng 115 đến từ cụm Make-up gas.
b) Cụm Make-up Gas
Nhập các thông số cho dòng Make-up Gas 113 đi vào thiết bị hấp phụ DR- 2301/2302.
Hình 3.10 Nhập các thông số cho dòng Make-up Gas(113)
Thiết bị hấp phụ DR-2301/2302 cũng được mô phỏng tương tự thiết bị hấp phụ DR-2303/2304.
Hình 3.11 Biễu diễn cách mô phỏng thiết bị DR-2301
Dòng 327 đi ra từ MIX-2 lần lượt qua 2 thiết bị trao đổi nhiệt E-2306, E-2307 để tận dụng nhiệt dòng sản phẩm đi ra từ hai thiết bị phản ứng: R-2302 và R-2303.
Hình 3.12 Biễu diễn cách mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E-2306
Dòng 329 đi ra từ E-2307 sẽ kết hợp với dòng C2Cl4, sau đó qua thiết bị gia nhiệt E-2308 để nâng nhiệt độ lên 1330C và đi vào thiết bị phản ứng R-2302.
Hình 3.13 Biễu diễn cách mô phỏng thiết bị gia nhiệt E-2308
c) Cụm thiết bị phản ứng
•Khai báo trong phản ứng: - Chọn loại phản ứng cân bằng:
Hình 3.14 Biếu diễn cách chọn loại phản ứng
Hình 3.15 Biểu diễn các phản ứng có trong quá trình
Hình 3.16 Biểu diễn cách khai báo phản ứng
Hình 3.17 Biểu diễn cách mô phỏng đối với thiết bị phản ứng R-2302
Sản phẩm của R-2302 sẽ tiếp tục thực hiện quá trình isomer hóa tại thiết bị phản ứng thứ hai R-2303.
Hình 3.18 Biểu diễn cách mô phỏng đối với thiết bị phản ứng R-2303
d) Tháp Stabilizer (T-2301)
Đối với tháp tách T-2301vì nó có thiết bị đun sôi đáy tháp và thiết bị ngưng tụ đỉnh nên chọn thiết bị mô phỏng là Distillation Column. Ta cũng nhập đầy đủ các
tên gọi của dòng nhập liệu vào. Mục đích của tháp T-2301 là tách triệt để các cấu tử nhẹ ra khỏi hỗn hợp, trong trường hợp này cấu tử khóa nhẹ là nC4 còn cấu tử khóa nặng là iC5.
Tính số đĩa lý thuyết cho tháp: Theo thực tế vận hành nhà máy thì tháp T-2301 có 30 đĩa thực tế. Ta mô phỏng một tháp có 30 đĩa, khảo sát các thông số tại đĩa nạp liệu, đĩa số 1 và đĩa số 30.
Ta tính hiệu suất tháp theo đĩa nạp liệu, đĩa số 1 và đĩa số 30. Áp dụng giản đồ Q2-IFP của enspm:
Áp dụng công thức sau: CV CV CV x y K = CL CL CL x y K = µ CL CV K K A =
Từ hệ số A, dựa vào giản đồ Q2 ta sẽ tra được hiệu suất sử dụng đĩa Bảng kết quả :
Đĩa yCV yCL xCV xCL KCV KCL µ A
1 0.25 0.041 0.366 0.09 0.682 0.45 0.12 0.182
15 0.074 0.233 0.043 0.21 1.715 1.11 0.11 0.17
30 0.018 0.43 0.008 0.328 2.248 1.31 0.088 0.151
Tra giản đồ ta có hiệu suất sử dụng đĩa: H = 77% Số đĩa lý thuyết: Nlt = Ntt . H = 30 x 77% = 23.1
Vậy số đĩa lý thuyết của tháp là 24 đĩa.
Khai báo các thông số thiết kế cho tháp Stabilizer như sau: - Số đĩa lý thuyết của tháp: 24 đĩa.
- Áp suất đỉnh 14.8 kg/cm2 và áp suất đáy 15 kg/cm2 và không có tổn thấp áp suất trong Reboiler.
Nhưng trong thiết bị này có độ tự do (Degrees of Freedom) DOF = 2 hay ta cần phải thiết lập thêm 1 ràng buộc để cho tháp có thể hoạt động được.
Ràng buộc đối với tháp Stabilizer:
- Sản phẩm lỏng ra khỏi đáy tháp có lưu lượng: 49880 kg/h. - Phần trăm của i-C5 ở đỉnh = 1.5.10-3.
Hình 3.19 Biểu diễn các thông số thiết kế đối với tháp T-2301
Hình 3.20 Biểu diễn các ràng buộc đối với tháp T-2301
Dòng sản phẩm đỉnh đi ra từ Stabilizer sẽ qua van giảm áp VLV-101 trước khi đi vào thiết bị Net Gas Scrubber.
Hình 3.21 Biễu diễn cách mô phỏng van VLV-101
Dòng sản phẩm đáy trước khi vào tháp DIH sẽ được tân dụng nhiệt để gia nhiệt cho dòng 596 tại thiết bị E-2312.
Hình 3.22 Biễu diễn cách mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E-2312
e) Cụm Net Gas Scrubber
Vì mục đích của thiết bị này là tách loại HCl ra khỏi thành phần dòng khí bằng nước và dòng NaOH 14%wt nên ta chọn thiết bị Component Splitterlà phù hợp. Dòng khí sau khi tách loại HCl sẽ đến Fuel Gas.
Hình 3.23 Biễu diễn cách mô phỏng thiết bị T-2302
f) Tháp DIH (T-2303)
Đối với tháp tách T-2303 tương tự thì nó cũng có thiết bị đun sôi đáy tháp và thiết bị ngưng tụ đỉnh nên chọn thiết bị mô phỏng là Distillation Column. Ta cũng nhập đầy đủ các tên gọi của dòng nhập liệu vào. Mục đích của tháp T-2303 là tách triệt để các cấu tử nặng là đồng phân của hexane có chỉ số Octane thấp ra khỏi hỗn hợp, trong trường hợp này cấu tử khóa nhẹ là 2,3-Mbutane còn cấu tử khóa nặng là 2-Mpentane.
Tính số đĩa lý thuyết cho tháp: Theo thực tế vận hành tháp T-2303 có 80 đĩa thực tế. Ta mô phỏng một tháp có 80 đĩa, khảo sát các thông số tại đĩa nạp liệu, đĩa số 1, đĩa số 70, đĩa số 71 và đĩa số 80.
Ta tính hiệu suất tháp theo đĩa nạp liệu, đĩa số 1, đĩa số 30, đĩa số 70 và đĩa số 71.
Tương tự ta áp dụng giản đồ Q2-IFP của enspm: Và công thức sau: CV CV CV x y K = CL CL CL x y K = µ CL CV K K A =
Bảng kết quả: Đĩa yCV yCL xCV xCL KCV KCL µ A 1 0.286 0.036 0.32 0.07 0.895 0.51 0.11 0.193 25 0.418 0.107 0.27 0.122 1.55 0.88 0.102 0.182 70 0.205 0.201 0.13 0.178 1.574 1.13 0.122 0.17 71 0.113 0.257 0.065 0.218 1.742 1.18 0.12 0.177 80 0.009 0.47 0.004 0.37 2.131 1.27 0.101 0.17
Tra giản đồ ta có hiệu suất sử dụng đĩa: H = 79% 1. Số đĩa lý thuyết: Nlt = Ntt . H = 80 x 79% = 63.2 Vậy số đĩa lý thuyết của tháp là 64 đĩa.
Khai báo các thông số thiết kế cho tháp DIH như sau: - Số đĩa lý thuyết của tháp: 64 đĩa.
- Áp suất đỉnh 1,3 kg/cm2 và áp suất đáy 2,4 kg/cm2 và không có tổn thấp áp suất trong Reboiler.
Cũng tương tự như ở tháp Stabilizer, nhưng trong tháp DIH có trích dòng hồi lưu về cụm Feed Driers nên trong thiết bị này ta cần phải thiết lập thêm 1 ràng buộc nữa để cho tháp có thể hoạt động được.
- Ràng buộc1: Sản phẩm lỏng ra khỏi đáy tháp có lưu lượng: 3417 kg/h. - Ràng buộc2: Lưu lượng ra của dòng hồi lưu: 85450 kg/h.
Hình 3.24 Biểu diễn các thông số thiết kế đối với tháp T-2303
Hình 3.25 Biểu diễn các ràng buộc đối với tháp T-2303
Dòng sản phẩm đỉnh đi ra từ DIH sẽ lần lượt qua các thiết bị E-2317, P- 2312A/B rồi đến thiết bị chia dòng TEE-101 làm hai dòng 567 và dòng 582.
Hình 3.26 Biểu diễn cách mô phỏng thiết bị TEE-101
Thiết bị phân dòng TEE-101 tách thành hai dòng: một dòng đi làm sản phẩm isomerate và dòng còn lại đi làm dòng tái sinh.
3.3. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Quá trình mô phỏng được tiến hành theo các số liệu trong bản vẽ PFD của phân xưởng, nên số liệu kết quả mô phỏng so với thực tế là tương đối chính xác, tuy nhiên vẫn có những sai số nhất định trong quá trình mô phỏng. Nguyên nhân chính là do chọn một số thiết bị mô phỏng chưa sát với thực tế và trong thiết bị phản ứng ta chưa khai báo hết được các phản ứng phụ khác.
3.3.1. Sản phẩm ISOMERATE
Sau khi mô phỏng xong, ta thu được sản phẩm Isomerate có thành phần như sau:
Bảng 3.1 Thành phần của sản phẩm isomerate thu được sau khi mô phỏng
Cấu tử yi(%V) RONi BRONi
i-C4 1,93.10-7 100 100 n-C4 8,09.10-5 94 113 i-C5 0,29 93 100 n-C5 5,45.10-2 61.8 62 CP 1,42.10-3 101.3 141 2,2-DMB 0,24 91.8 89
2,3-DMB 5,52.10-2 104.3 96 2-MP 0,11 73.4 82 3-MP 3,6.10-2 74.5 86 n-C6 1,8.10-2 24.8 19 MCP 8,4.10-2 91.3 107 CH 7,78.10-2 84 110 BZ 0 120 99 2-MH 3,2.10-3 42.4 40 3-MH 2,9.10-3 52.3 56 3-EP 0 65 64 2,2-DMP 1,53.10-3 93 89 2,3-DMP 4,62.10-3 91.9 88 2,4-DMP 4,6.10-4 83,1 76 3,3-DMP 1,1.10-3 80.8 84 n-C7 1,63.10-3 0 0 MCH 1,24.10-2 75 104 1,1-MCP 1,7.10-3 92.3 96 TLU 0 120 124 2,2,4-MP 0 100 100 Tính RON của sản phẩm [7]
RON của sản phẩm isomerate được xác định theo công thức sau:
i i N i i G K RON y RON ∑ = = 1 Trong đó :
yi: phần trăm thể tích của các cấu tử có mặt trong isomerate. RONi: chỉ số octan đo được của các hydrocacbon tinh khiết. Ki: Hệ số được xác định theo công thức:
∑ ∑ = = × = N i i i N i i i i i i RON y BRON y BRON RON K 1 1
BRONi: Chỉ số octane đo được trong hốn hợp của mỗi hydrocarbon
Dựa vào công thức trên ta tính được:
RONG = 86,7
Từ kết quả trên, RON của sản phẩm isomerate thu được sau khi mô phỏng gần phù hợp với giá trị RON thực tế của công nghệ PENEX/DIH đưa ra (87-89).
3.3.2. Cân bằng vật chất tại các cụm thiết bị thiết bị chính3.3.2.1. Cụm thiết bị phản ứng3.3.2.1. Cụm thiết bị phản ứng3.3.2.1. Cụm thiết bị phản ứng 3.3.2.1. Cụm thiết bị phản ứng
Bảng 3.2 Cân bằng vật chất tại cụm thiết bị phản ứng
DÒNG VÀO
DÒNG RA
naphth
a H2make-up C2Cl4 HC hồi lưu Tổng
ll khối
lượng kg/h 28960 609 9 21150 50720 50720
3.3.2.2. Tháp DIH
Bảng 3.3 Cân bằng vật chất tại tháp DIH
DÒNG VÀO
DÒNG RA
Đỉnh Đáy HChồi lưu
Lưu lượng
khối lượng kg/h 49870 25310 3417 21150
3.3.2.3. Tháp Stabilizer
Bảng 3.4 Cân bằng vật chất tại tháp Stabilizer
DÒNG VÀO DÒNG RA
Đỉnh Đáy
Lưu lượng khối
3.3.2.4. Cân bằng vật chất tổng quát của phân xưởng
Bảng 3.5 Cân bằng vật chất cho phân xưởng
Naphtha Make-up Gas Isomerate Fuel gas
Kg/h 28960 609 28730 837.5
Tổng 29569 29567.5
3.4. TÍNH TOÁN SIZING CHO THÁP DIH
Phần mềm Hysys hỗ trợ việc tính toán và thiết kế các thiết bị. Từ nguồn cơ sở dữ liệu phong phú, nó có thể tính toán được hầu hết các thiết bị ở các điều kiện làm việc khác nhau. Trong nội dung tính toán này, ta chỉ nêu bậc ra các kết quả thu được chứ không trọng tâm vào phần tính toán. Chúng ta chỉ cần cung cấp một số thông tin cần thiết để phần mềm có thể hoạt động. Ở đây, ta tính sizing cho tháp DIH.
Đối với tháp DIH trong phân xưởng ta chọn loại đĩa Valve, độ ngập lớn nhất trên các đĩa (Max Flooding) là 85%, và chọn hệ số tạo bọt (Foaming Factor) là 1.
Bảng 3.6 Kết quả sizing cho các tháp
Các thông số chính T-2303
Số đĩa 64
Loại đĩa Valve
Đường kính tháp (m) 2,134
Chiều cao tháp 39,01
Khoảng cách đĩa(mm) 609,6
Độ ngập Max (%) 82,83
Số paths 3
Tổn thất áp suất toàn tháp (kPa) 42,55
Tổn thất áp suất max trên mỗi đĩa (kPa) 0,898
Chiều cao vách chảy chuyền (mm) 50,8
CHƯƠNG 4
KHẢO SÁT SỰ VẬN HÀNH CỦA PILOT QUÁ TRÌNH ISOMER HÓA
4.1. NGUYÊN LIỆU VÀ XÚC TÁC [8]
Nguyên liệu: Phân đoạn có nhiệt độ sôi đầu - 80ºC được chưng cất trực tiếp từ Condensate Nam Côn Sơn.
Xúc tác: Pt/ γAl2O3.
4.2. SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM
4.2.1. Van 3 thông
Dùng để chỉnh hướng của các dòng khí hay lỏng đi tham gia phản ứng. Tùy theo trình tự được đưa ra trong bài thí nghiệm mà ta điều khiển hướng của van cho thích hợp. Hình 4.2 Van 3 thông N2 Van 2 H2 O2 Van 1 Van 3 O2 Van 2 Reator Van 3 Van 1 Van 2
4.2.2. Thiết bị phản ứng
Thiết bị phản ứng có:
• Ống phản ứng dạng xoắn, sử dụng chất xúc tác Pt/ γAl2O3.
• Lò phản ứng được bọc cách nhiệt bằng bông thủy tinh – amiăng và được cấp nhiệt bằng điện.
4.2.3. Thiết bị làm mát bằng nước đá
Sử dụng sinh hàn để làm mát dòng sản phẩm ra, nhằm thu hồi phần lớn sản phẩm isomerate lỏng.
4.2.4. Thiết bị làm khô, khử oxy và làm sạch
• Thiết bịlàm khô: Dùng để làm khô dòng không khí đi vào.
• Thiết bị khử Oxy: Dùng để loại bỏ Oxy ra khỏi không khí.
• Thiết bị làm sạch: Dùng để thu Nitơ có độ tinh khiết cao.
4.2.5. Đồng hồ đo áp suất
Hình 4.6 Đồng hồ đo áp suất
4.2.5. Bảng hiển thị và điều khiển nhiệt độ
4.3. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
1. Bật máy sinh H2, trước 30 phút cho máy ổn định và đạt áp suất 3.50 bar. 2. Nạp xúc tác: Cân khoảng 2 g xúc tác, nạp vào ống phản ứng, lắp ống phản ứng vào lò gia nhiệt.
3. Cấp điện cho sơ đồ.
4. Nạp liệu: Đưa nguyên liệu vào trong xylanh, loại bọt khí và lắp vào hệ thống
• Cài tốc độ bơm nguyên liệu: 4,8 ml/h.
• Cài tốc độ dòng Hyđro: 3 l/h.
5. Cấp khí đầu nguồn cho hệ: N2,H2 khoảng 2 bar.
6. Thổi khí Nitơ làm sạch hệ. Mở các van ở vị trí thông với lò phản ứng (van 5, van 4, van 2, van 1). Sau khi các van đều ở vị trí thông ,mở van Nitơ, điều chỉnh
lưu lượng Nitơ khoảng 3-5 l/h. 7. Cài đặt nhiệt độ phản ứng: 280ºC.
8. Bật sinh hàn cho phần ngưng sản phẩm lỏng (chú ý bật bơm trước khi phản ứng là 10 phút). Chuẩn bị nước đá, rồi đưa bình ngưng ngập trong hỗn hợp nước đá.
9. Khi nhiệt độ đạt nhiệt độ phản ứng.
• Ngắt dòng Nitơ (đóng van Nitơ).
• Chuyển van 1 sang hướng cho dòng Hydro vào hệ thống, mở van
Hydro,
điều chỉnh lưu lượng 2l/h. 10. Tiến hành phản ứng:
• Chuyển van 4 sang hướng cho đồng thời hai dòng Hydro và nguyên liệu vào lò phản ứng.
• Nhấn nút « RUN » bơm nguyên liệu vào lò phản ứng, khi nguyên
liệu đến gần lò phản ứng thì bắt đầu tính thời gian phản ứng.
• Thời gian phản ứng là 1 h. 11. Kết thúc phản ứng:
• Tắt bơm nguyên liệu.