Đang tải... (xem toàn văn)
Bài tập lớn môn tin ứng dụng đề tài quá trình tách NGL từ khí tự nhiên và tiến hành mô phỏng sơ đồ công nghệ trong phần mềm HYSYS
Bài tập lớn môn Tin ứng dụng TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU BÀI TẬP LỚN MÔN TIN ỨNG DỤNG Đề bài: Anh chị hãy thiết kế, mô phỏng một quy trình công nghệ lọc dầu, hóa dầu, chế biến khí, hóa học đã học bằng phần mềm Hysys Giáo viên hướng dẫn: Ths Đoàn Văn Huấn Thực hiện : Nhóm Lớp Lọc hóa dầu B_K53 Hà Nội,11/2012 GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Sự phát triển ngành công nghiệp hóa học năm vừa qua chứng tỏ dầu mỏ khí nguyên liệu lý tưởng cho cơng nghiệp tổng hợp hữu - hóa dầu Từ mỏ dầu khí, qua q trình tổng hợp hữu – hóa dầu nhiều hợp chất hữu cơ, hợp chất trung gian cho công nghiệp đời sống tổng hợp nên Khi nguồn dầu mỏ dần cạn kiệt khí tự nhiên có vai trị ngày quan trọng cho cơng nghiệp hóa dầu Để có nguồn khí ngun liệu đáp ứng tốt cho cơng nghiệp hóa dầu thành phần khí phải đảm bảo khơng chứa nhiều hợp phần không mong muốn Trong thành phần khí tự nhiên chứa chủ yếu metane, lượng nhỏ hợp phần khác etane, propan…và thành phần vơ (rất ít) Do khí khai thác lên ta cần phải tách riêng thành phần để sử dụng chúng với mục đích khác Với mục đích tách riêng thành phần quan trong khí tự nhiên có nhiều phương pháp nghiên cứu sử dụng Trong tập lớn chúng tơi xin trình bày q trình tách NGL từ khí tự nhiên tiến hành mô sơ đồ công nghệ phần mềm HYSYS Mục đích để: Vận chuyển khí (khơng cịn hydrocacbon nặng ngưng tụ đường ống) Đáp ứng đặc tính kỹ thuật khí thương phẩm Thu tối đa sản phẩm lỏng (sản phẩm lỏng có giá trị so với sản phẩm khí) Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Đoàn Văn Huấn người trực tiếp giảng dạy môn học hướng dẫn chúng em hồn thành đồ án Nhóm thực hiện: Nhóm Lớp lọc hóa dâu B_K53 GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1.Mục đích Tách riêng metane Etane, propane từ khí tự nhiên nhằm: • • • Vận chuyển khí (khơng cịn hydrocacbon nặng ngưng tụ đường ống) Đáp ứng đặc tính kỹ thuật khí thương phẩm Thu tối đa sản phẩm lỏng (sản phẩm lỏng có giá trị so với sản phẩm khí) 1.2 Ý nghĩa Tạo nguồn nguyên liệu có giá trị cho ngành cơng nghiệp hóa dầu việc sản xuất vất liệu dẻo hợp chất hưu tổng hợp dung môi… 1.3 Cơ sở lý thuyết và sơ đồ công nghệ 1.3.1 Cơ sở lý thuyết Để tách riêng cấu tử hỗn hợp có nhiều phương pháp hấp thụ, hấp phụ, trích ly, chưng cất… Trong phương pháp chưng cất sử dụng rộng rãi hiệu lớn Đối với hỗn hợp khí tự nhiên ta sử dụng phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp Chưng cất nhiệt độ thấp thực tách cấu tử định trước hiểu với sơ đồ thiết kế đơn giản Quá trình tách hỗn hợp cấu tử dựa khác nhiệt độ sôi cấu tử Tùy thuộc vào thành phần hỗn hợp cần tách mà ta thiết kế sơ đồ cơng nghệ khác Ngun liệu: khí tự nhiên, khí đồng hành Khí tự nhiên hỗn hợp khí hydrocacbone số khí vơ Metane ln hợp phần khí tự nhiên Nó chiếm từ 70-98% thể tích khí tự nhiên Khí đồng hành khí thu khí khai thác dầu mỏ, hỗn hợp khí bay với dầu Khí đồng hành có hàm lượng metane khí tự nhiên (48-80%) chứa nhiều hydrocacbone nặng Bảng 1.1 Nhiệt độ sôi cấu tử hỗn hợp Cấu tử Metane Etane Propane Iso-butane GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Nhiệt độ sôi (0C) -161,5 -88,3 -42,4 -10,2 Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng n-butane Pentane -0.05 36 1.3.2 Sơ đồ công nghệ Loại tạp chất học Loại khí Tháp tách methane axit Nguyên liệu CO2, H2S Tháp tách ethane CH4 C3H8 Tháp tách propane C4+ C2H6 Khí sau khai thác ngồi cấu tử hydrocacbone paraffin cịn chữa tạp chất như: bụi, nước, khí trơ, CO 2, H2S, tạp chất hữu lưu huỳnh Trước đưa vào chế biến khí cần phải qua cơng đoạn chuẩn bị, tiến hành loại bỏ tạp chất kể trình tách bụi, tách nước tách khí axit Để loại bỏ bụi người ta sử dụng thiết bị cyclone, lắng bụi lọc điện Đối với khí ẩm có chứa nhiều dầu mỏ nguyên khai người ta dùng thiết bị scrubber, cyclone ẩm, máy rửa quay…Cịn khí axit đuợc sử lý phương pháp hấp thụ DEA hay MEA ngồi sử dụng phương pháp hấp phụ Sau loại bỏ tạp chất khí axit hỗn hợp khí làm lạnh đến -95 0C đưa vào tháp tách metan De-Methanizer (chế độ vận hành mơ hình giống tháp Reboiler Absorber) Tại metane tách đỉnh Còn hỗn hợp sản phẩm lấy dẫn vào tháp tách Etan De-Ethanizer (tháp chưng luyện Distilation) Tại etane tách Hỗn hợp lấy đáy tiếp tục đưa vào tháp tách Propan DePropanizer (tháp chưng luyện Distilation) để tách nốt propane GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng CHƯƠNG II THIẾT KẾ, TỐI ƯU QUÁ TRÌNH VÀ TÍNH TỐN THIẾT BỊ 2.1 Cơ sở thiết kế Dựa vào thành phần nguyên liệu yêu cầu sản phẩm ta lựa chọn loại thiết bị tách khác Đối với trình tách methane ta chọn thiết bị tách có chế vận hành giống tháp Reboiler Absorber Cịn q trình tách ethane propane ta chọn thiết bị giống thiết bị chưng cất liên tục (Distillation Column) GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 2.2.Cơ sở tối ưu quá trình Tối ưu nhiệt độ đầu vào nguyên liệu: Nhiệt độ hỗn hợp đầu vào tháp thay đổi Với nhiệt độ thay đổi hỗn hợp đầu vào thay đổi trạng thái nhiệt động Điều dẫn đến làm thay đổi lượng lượng lỏng tháp Chỉ số hồi lưu: Chỉ số hồi lưu lớn nhiệt lượng tiêu thu đáy tháp nhiều, phải làm bay lượng hồi lưu Mặt khác số đĩa lý thuyết tháp giảm với tăng số hồi lưu Nếu giảm số hồi lưu làm tăng chi phí chế tạo tháp có giảm chi phí làm việc Vì cần tiếp cận giá trị thích hợp số hồi lưu Vị trí nạp liệu: Vị trí nạp liệu có ảnh hưởng đến lượng lỏng tháp vị trí nạp liệu có lượng lỏng xuống đáy tháp phần bay lên đỉnh tháp Do làm thay đổi cân vật liệu tháp GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Số đĩa tháp: Số đĩa định đến chất lượng sản phẩm Số đĩa lớn chất lượng sản phẩm cao nhiên lại làm tăng chi phí thiết kế, lắp đặt ngược lại Do cần phải tính tốn số đĩa cho thích hợp Lưu lượng dịng ngun liệu: Với quy trình cơng nghệ thiết bị thiết kế với dòng lưu chất định nên lưu lượng dòng nguyên liệu thay đổi làm thay đổi chất lượng sản phẩm CHƯƠNG III MƠ PHỎNG Q TRÌNH CƠNG NGHỆ 3.1 Mơ trình tách metane 3.1.1 Nhập dòng nguyên liệu: Dòng nguyên liệu làm lạnh đến nhiệt độ -95 0C áp suất 2275 kPa Nguyên liệu có cấu tử N2; CO2, methane, ethane, propane, iso butane, n-butane, iso pentane, n- pentane, n- hexane, n-heptane, n-octane với thành phần sau: Bảng 3.1 Dòng nguyên liệu Nhiệt độ Áp suất Lưu lượng Thành phần N2 CO2 C1 C2 C3 i-C4 n-C4 i-C5 n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 -950C 2275 kPa 1620 kgmole/h Mole fraction 0.0025 0.0048 0.7041 0.1921 0.0706 0.0112 0.0085 0.0036 0.0020 0.0003 0.0002 0.0001 Quá trình chế biến cần tách riêng cấu tử chình methane, ethane propane có độ tinh khiết cao Q trình thiết lập mơ Hysys cho q trình tách bao gồm bước sau: GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Đầu tiên chọn mơ hình cho q trình mơ Peng Robinson EOS Nhập dịng ngun liệu có thành phần dịng lượng có giá trị 2.1x106kJ/h Sau nhập tháp De-Methanizer hoạt động giống reboiled absorber với dòng vào dòng nguyên liệu dòng lượng 3.1.2 Dòng lượng: Bảng 3.2 Thơng số dịng lượng In this cell Name Energy Flow Enter Ex Duty 2.1 x 106 kJ/h 3.1.3 Nhập các thông tin tháp: Bảng 3.3 Thông số tháp tách Methane name DC1 Design/Connections Connections No of stage 10 Top stage inlet Feed1 Optional inlet streams Stage Numbering GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Ex Duty Inlet Stage 4_main TS Top Down Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Ovhd Vapour Outlet DC1 Ovhd Reboiler Energy Stream DC1 Reb Q Bottoms Liquid Outlet DC1 Btm Presure Profile Top Stage Presure 2275 kPa Reboiler Presure 2310 kPa Optional Estimates Optional Top Stage Temperature Estimate -880 C Optional Reboiler Temperature Estimate 270 C Monitor Ovhd Prod Rate /digign 1338 kgmole/h Design [specs] active Column Fractions Component Comp Fraction Name 1_Main TS Stage Mole Fraction Flow Basis Vapour Phase 0.9600 Spec Value 2.Ovhd prod Estimate rate Sản phẩm đỉnh chứa chủ yếu methane 3.2 Mơ q trình tách ethane Dòng sản phẩm lấy đáy tháp tách methane bơm vào tháp tháp tách ethane hoạt động tháp chưng cất liên tục 3.2.1.Bơm Bảng3.4 Các thông số bơm Design/connections GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Design/Parameters Page Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Name P-100 Adiabbatic Efficiency Inlet DC1 Btm Energy P-100-HP Fluid Package 75% Basis-1 Worksheet/Conditions Pressure[kPa] 2790kPa 3.2.2 Nhập tháp tách ethane Bảng 3.5 Các thông số của tháp tách ethane Name DC2 Design/Connections Connections No of stage 14 Feed Stream / stage Condenser Type Partial Overhead Vapour Product DC2 Ovhd Bottom Product DC2 Btm Overhead Liquid Product DC2 Dist Reboiler Duty DC2 Reb Q Condenser Duty GVHD Ths Đoàn Văn Huấn DC2 Feed / DC2 Cond Q Page 10 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Presure Profile 2725kPa Condenser Delta P 35kPa Reboiler 2792 kPa Condenser -40 C Reboiler Optional Estimates Condenser 950 C Specifications Overhead Vapour Rate 320 kgmole/h Distillate Rate Reflux Ratio Design [specs] kgmole/h 2.5 ( Molar) Component Ratio Name Stage Reboiler Flow Basis Molar Phase Liquid Spec Value 0.01 Numerator Ethane denominator propane Ovhd Vap Rate Astimate C2/C3 Monitor/digign C2/C3 active Dòng sản phẩm lấy đỉnh tháp chủ yếu chứa ethane 3.3 Mơ q trình tách propane Dịng sản phẩm từ đáy tháp tách etane đưa vào tháp tách propan làm việc tháp chưng cất lien tục Tại propan tách đỉnh tháp 3.3.1 Valve: Bảng 3.6 Các thông số van Connections/ design GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page 11 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Feed Stream Product Stream Worksheet DC3 Feed Pressure DC2 Btm DC3 Feed 1690kPa 3.3.2 Nhập các thông số tháp tách propane Bảng 3.7 Các thông số tháp tách propane Name DC3 Design/Connections Connections No of stage 24 Feed Stream / stage Condenser Type DC3 Btm Overhead Liquid Product DC3 Dist Reboiler Duty DC3 Reb Q Condenser Duty GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Total Bottom Product Presure Profile DC3 Feed / 11 DC3 Cond Q Condenser Page 12 1585kPa Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Condenser Delta P 35kPa Reboiler 1655kPa Condenser 380 C Reboiler Optional Estimates 1200 C Specifications Distillate Rate Reflux Ratio Design [specs] 110 kgmole/h 1.0 ( Molar) Component Fraction Name Stage Condenser Flow Basis Molar Phase Liquid Spec Value 0.015 comppnents i-C4 and n-C4 Name C3 Stage Reboiler Flow Basis Molar Phase Liquid Spec Value 0.02 Compnents C3 Distillate Rate Astimate Reflux Ratio Monitor/digign iC4+nC4 astimate iC4+nC4 Active C3 Active Sản phẩm ở đỉnh chứa chủ yếu là propane GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page 13 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 3.4 Kết mô GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page 14 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng CHƯƠNG PHỤ LỤC 1.Sơ đồ công nghệ đầy đủ Dòng nguyên liệu Phụ lục 4.1 Thành phần dòng nguyên liệu Name Nhiệt độ Áp suất Lưu lượng Thành phần N2 CO2 C1 C2 C3 i-C4 GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Feed -950C 2275 kPa 1620 kgmole/h Mole fraction 0.0025 0.0048 0.7041 0.1921 0.0706 0.0112 Page 15 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng n-C4 i-C5 n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 0.0085 0.0036 0.0020 0.0003 0.0002 0.0001 3.Tháp De- methane (Reboiled Absorber) Phụ lục 4.2 Dòng sản phẩm của tháp tách methane DC1 Ovhd -870C 2275 1188 Mole Fraction 0.0034 0.0063 0.9600 0.0291 0.0011 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 Nhiệt độ Áp suất (kPa) Lưu lượng (kgmole/h) N2 CO2 Methane Ethane Propane i-butane n-butane i-pentane n-pentane n-hexane n-heptane n-octane DC1 Btm 17.920C 2310 431.8 0.0000 0.0006 0.0000 0.6407 0.2617 0.0419 0.0318 0.0135 0.0075 0.0011 0.0008 0.0004 Bơm Phụ lục 4.3 Thông số dòng vào và của bơm Nhiệt độ ( C) Áp suất (kPa) Lưu lượng(kgmole/h) P - 100 DC1 Btm 17.92 2310 431.8 5.Tháp tách ethane GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page 16 DC2 Feed 18.65 2790 431.8 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Phụ lục 4.4 Dòng sản phẩm của tháp tách ethane Nhiệt độ (0C) Áp suất (kPa) Lưu lượng (kgmole/h) DC2 DC2 Dist Ovhd 8.585 8.585 2725 2725 248.2 3.852e-6 Mole Fraction N2 CO2 Methane Ethane Propane i-butane n-butane i-pentane n-pentane n-hexane n-heptane n-octane 0.0000 0.0009 0.0000 0.9698 0.0292 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 DC2 Btm 87.83 2792 147.7 0.0000 0.0004 0.0000 0.9297 0.0696 0.0001 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0071 0.7093 0.1225 0.0931 0.0395 0.0219 0.0033 0.0022 0.0011 6.Van Phụ lục 4.5 Thông số dòng và vào van Nhiệt độ ( C) Áp suất (kPa) Lưu lượng(kgmole/h) GVHD Ths Đoàn Văn Huấn VLV - 100 DC2 Btm 87.83 2792 147.7 Page 17 DC3 Feed 63.89 1690 147.7 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 7.Tháp De- propane ( Distillation Column) Phụ lục 4.6 Dòng sản phẩm của tháp tách propane Nhiệt độ ( C) Áp suất (kPa) Lưu lượng (kgmole/h) N2 CO2 Methane Ethane Propane i-butane n-butane i-pentane n-pentane n-hexane n-heptane n-octane DC3 Dist 45.83 1585 106.6 Mole Fraction 0.0000 0.0000 0.0000 0.0098 0.9752 0.0138 0.0012 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 DC3 Btm 105.5 1685 41.1 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0200 0.4042 0.3315 0.1419 0.0788 0.0118 0.0079 0.0039 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Minh Hiền Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành [2].Ths.Đoàn Văn Huấn.Bài giảng tin ứng dụng [3]GS.TSKH Nguyễn Bin Các quá trình, thiết bị công nghệ hóa chất và thưc phẩm, tập GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page 18 Bài tập lớn mơn Tin ứng dụng [4] HYSYS® 2004.2 Tutorials and Applications © 1981-2005 by Aspen Technology, Inc All rights reserved (File hướng dẫn sử dụng phần mềm aspen hysys) GVHD Ths Đoàn Văn Huấn Page 19 ... số khí vơ Metane ln hợp phần khí tự nhiên Nó chiếm từ 70-98% thể tích khí tự nhiên Khí đồng hành khí thu khí khai thác dầu mỏ, hỗn hợp khí bay với dầu Khí đồng hành có hàm lượng metane khí tự nhiên. .. trình tách hỗn hợp cấu tử dựa khác nhiệt độ sôi cấu tử Tùy thuộc vào thành phần hỗn hợp cần tách mà ta thiết kế sơ đồ cơng nghệ khác Nguyên liệu: khí tự nhiên, khí đồng hành Khí tự nhiên hỗn hợp khí. .. bày q trình tách NGL từ khí tự nhiên tiến hành mơ sơ đồ cơng nghệ phần mềm HYSYS Mục đích để: Vận chuyển khí (khơng cịn hydrocacbon nặng ngưng tụ đường ống) Đáp ứng đặc tính kỹ thuật khí thương