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

Trong các thành phần của khí tự nhiên chứa chủ yếu là metane, và một lượng nhỏ các hợp phần khác như etane, propan…và các thành phần vô cơ rất ít.. Với mục đích tách riêng các thành phần

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 5 Lớp Lọc hóa dầu B_K53

Hà Nội,11/2012

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 4

1.1.MỤC ĐÍCH 4

1.2 Ý NGHĨA 4

1.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 4

1.3.1 Cơ sở lý thuyết 4

1.3.2 Sơ đồ công nghệ 5

CHƯƠNG II THIẾT KẾ, TỐI ƯU QUÁ TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 6

2.1 Cơ sở thiết kế 6

2.2.Cở sở tối ưu quá trình 7

CHƯƠNG III MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 8

3.1 Mô phỏng quá trình tách metane 8

3.1.1 Nhập dòng nguyên liệu: 8

3.1.2 Dòng năng lượng: 9

3.1.3 Nhập các thông tin tháp: 9

3.2 Mô phỏng quá trình tách ethane 10

3.2.1.Bơm 10

3.2.2 Nhập tháp tách ethane 11

3.3 Mô phỏng quá trình tách propane 12

3.3.1 Valve: 12

3.3.2 Nhập các thông số tháp tách propane 13

3.4 Kết quả mô phỏng 15

CHƯƠNG 4 PHỤ LỤC 15

1.Sơ đồ công nghệ đầy đủ 15

2.Dòng nguyên liệu 16

3.Tháp De- methane (Reboiled Absorber) 16

4 Bơm 17

5.Tháp tách ethane 17

6.Van 18

7.Tháp De- propane ( Distillation Column) 18

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

MỞ ĐẦU

Sự phát triển của ngành công nghiệp hóa học trong những năm vừa qua chứng tỏ dầu mỏ và khí là những nguyên liệu lý tưởng cho công nghiệp tổng hợp hữu cơ - hóa dầu

Từ mỏ dầu và khí, qua các quá trình tổng hợp hữu cơ – hóa dầu rất nhiều các hợp chất hữu cơ, các hợp chất trung gian cho công nghiệp và đời sống đã được tổng hợp nên

Khi nguồn dầu mỏ đang dần cạn kiệt thì khí tự nhiên có vai trò ngày càng quan trọng cho công nghiệp hóa dầu Để có nguồn khí nguyên liệu đáp ứng tốt nhất cho công nghiệp hóa dầu thì thành phần của khí phải đảm bảo không chứa các nhiều hợp phần không mong muốn Trong các thành phần của khí tự nhiên chứa chủ yếu là metane, và một lượng nhỏ các hợp phần khác như etane, propan…và các thành phần vô cơ (rất ít)

Do đó khí khi khai thác lên ta cần phải tách riêng các thành phần để sử dụng chúng với các mục đích khác nhau

Với mục đích tách riêng các thành phần quan trong trong khí tự nhiên đã có rất nhiều phương pháp được nghiên cứu và sử dụng Trong bài tập lớn này chúng tôi xin trình bày về một quá trình tách NGL từ khí tự nhiên và tiến hành mô phỏng sơ đồ công nghệ trong phần mềm HYSYS Mục đích là để:

 Vận chuyển khí (không còn các hydrocacbon nặng ngưng tụ trong đường ống)

 Đáp ứng đặc tính kỹ thuật của khí thương phẩm

 Thu được tối đa sản phẩm lỏng (sản phẩm lỏng có giá trị hơn so với sản phẩm khí)

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Ths Đoàn Văn Huấn người trực tiếp giảng dạy môn học và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này

Nhóm thực hiện:

Nhóm 5 Lớp lọc hóa dâu B_K53

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.1.Mục đích

Tách riêng metane Etane, propane từ khí tự nhiên nhằm:

 Vận chuyển khí (không còn các hydrocacbon nặng ngưng tụ trong đường ống)

 Đáp ứng đặc tính kỹ thuật của khí thương phẩm

 Thu được tối đa sản phẩm lỏng (sản phẩm lỏng có giá trị hơn so với sản phẩm khí)

1.2 Ý nghĩa

Tạo ra nguồn nguyên liệu có giá trị cho ngành công nghiệp hóa dầu trong việc sản xuất các vất liệu dẻo và các hợp chất hưu cơ tổng hợp cũng như các dung môi…

1.3 Cơ sở lý thuyết và sơ đồ công nghệ

1.3.1 Cơ sở lý thuyết.

Để tách riêng các cấu tử trong hỗn hợp thì có rất nhiều phương pháp như hấp thụ, hấp phụ, trích ly, chưng cất… Trong đó phương pháp chưng cất được sử dụng rộng rãi hơn cả vì hiệu quả của nó rất lớn Đối với hỗn hợp khí tự nhiên ta sử dụng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp Chưng cất nhiệt độ thấp thực hiện tách các cấu tử định trước hiểu quả hơn với sơ đồ thiết kế đơn giản

Quá trình tách hỗn hợp các cấu tử dựa trên sự khác nhau về nhiệt độ sôi của các cấu tử Tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp cần tách mà ta có thể thiết kế các sơ đồ công nghệ khác nhau

Nguyên liệu: khí tự nhiên, khí đồng hành

Khí tự nhiên là hỗn hợp khí hydrocacbone và một số khí vô cơ Metane luôn là hợp phần chính của khí tự nhiên Nó chiếm từ 70-98% thể tích của khí tự nhiên

Khí đồng hành là khí thu được khí khai thác dầu mỏ, hỗn hợp khí bay ra cùng với dầu Khí đồng hành có hàm lượng metane ít hơn khí tự nhiên (48-80%) và chứa nhiều hydrocacbone nặng hơn

Bảng 1.1 Nhiệt độ sôi của các cấu tử trong hỗn hợp

1.3.2 Sơ đồ công nghệ.

Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbone paraffin còn chữa các tạp chất như: bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S, các tạp chất hữu cơ của lưu huỳnh Trước khi đưa vào chế biến khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách bụi, tách hơi nước và tách khí axit

Để loại bỏ bụi người ta sử dụng các thiết bị như cyclone, lắng bụi và lọc điện Đối với khí ẩm có chứa nhiều dầu mỏ nguyên khai người ta dùng thiết bị scrubber, cyclone

ẩm, máy rửa quay…Còn đối với các khí axit đuợc sử lý bằng phương pháp hấp thụ bởi DEA hay MEA ngoài ra có thể sử dụng phương pháp hấp phụ

Sau khi loại bỏ các tạp chất và khí axit hỗn hợp khí được làm lạnh đến -950C rồi đưa vào tháp tách metan De-Methanizer (chế độ vận hành và mô hình giống như tháp Reboiler Absorber) Tại đây metane được tách ra ở đỉnh Còn hỗn hợp sản phẩm lấy ra ở đấy được dẫn vào tháp tách Etan De-Ethanizer (tháp chưng luyện Distilation) Tại đây etane được tách ra Hỗn hợp lấy ra ở đáy tiếp tục được đưa vào tháp tách Propan De-Propanizer (tháp chưng luyện Distilation) để tách nốt propane

Loại các tạp

chất cơ học

Loại khí axit

Tháp tách methane

Tháp tách ethane

Tháp tách propane Nguyên liệu

CH 4

CO 2 , H 2 S

C 2 H 6

C 4

C 3 H 8

CHƯƠNG II THIẾT KẾ, TỐI ƯU QUÁ TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 2.1 Cơ sở thiết kế

Dựa vào thành phần nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm ta sẽ lựa chọn các loại thiết

bị tách khác nhau Đối với quá trình tách methane thì ta sẽ chọn thiết bị tách có cơ chế vận hành giống như tháp Reboiler Absorber

Còn đối với quá trình tách ethane và propane thì ta chọn thiết bị giống như thiết bị chưng cất liên tục (Distillation Column)

2.2.Cơ sở tối ưu quá trình

Tối ưu nhiệt độ đầu vào của nguyên liệu: Nhiệt độ của hỗn hợp đầu vào tháp có thể thay đổi bất kỳ Với nhiệt độ thay đổi hỗn hợp đầu vào cũng thay đổi trạng thái nhiệt động của nó Điều này cũng dẫn đến làm thay đổi lượng hơi và lượng lỏng đi trong tháp

Chỉ số hồi lưu: Chỉ số hồi lưu càng lớn thì nhiệt lượng được tiêu thu ở đáy tháp càng nhiều, vì phải làm bay hơi lượng hồi lưu này Mặt khác số đĩa lý thuyết của tháp giảm cùng với sự tăng của chỉ số hồi lưu Nếu giảm chỉ số hồi lưu thì sẽ làm tăng chi phí chế tạo tháp mặc dù có giảm chi phí làm việc Vì vậy cần tiếp cận giá trị thích hợp của chỉ số hồi lưu

Vị trí nạp liệu: Vị trí nạp liệu có ảnh hưởng đến lượng lỏng và hơi đi trong tháp vì tại vị trí nạp liệu có một lượng lỏng đi xuống đáy tháp và một phần hơi bay lên đỉnh tháp

Do đó nó làm thay đổi cân bằng vật liệu trong tháp

Số đĩa trong tháp: Số đĩa sẽ quyết định đến chất lượng sản phẩm Số đĩa lớn thì chất lượng sản phẩm cao tuy nhiên lại làm tăng chi phí thiết kế, lắp đặt và ngược lại Do

đó cần phải tính toán số đĩa sao cho thích hợp

Lưu lượng dòng nguyên liệu: Với mỗi một quy trình công nghệ các thiết bị đều được thiết kế với một dòng lưu chất nhất định nên khi lưu lượng dòng nguyên liệu thay đổi sẽ làm thay đổi chất lượng của sản phẩm

CHƯƠNG III MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Mô phỏng quá trình tách metane

3.1.1 Nhập dòng nguyên liệu:

Dòng nguyên liệu được làm lạnh đến nhiệt độ -950C và áp suất 2275 kPa Nguyên liệu có các cấu tử N2; CO2, methane, ethane, propane, iso butane, n-butane, iso pentane, n- pentane, n- hexane, n-heptane, n-octane với thành phần như sau:

Bảng 3.1 Dòng nguyên liệu

Quá trình chế biến cần tách riêng các cấu tử chình methane, ethane và propane có

độ tinh khiết cao Quá trình thiết lập mô phỏng trong Hysys cho quá trình tách bao gồm các bước sau:

Đầu tiên chọn mô hình cho quá trình mô phỏng là Peng Robinson EOS Nhập dòng nguyên liệu có thành phần như trên và một dòng năng lượng có giá trị bằng 2.1x106kJ/h Sau đó nhập 1 tháp De-Methanizer hoạt động giống như reboiled absorber với dòng vào là dòng nguyên liệu và dòng năng lượng trên

3.1.2 Dòng năng lượng:

Bảng 3.2 Thông số dòng năng lượng

3.1.3 Nhập các thông tin tháp:

Bảng 3.3 Thông số tháp tách Methane

Design/Connections

Top stage inlet Feed1

Optional inlet streams Ex Duty

Inlet Stage 4_main TS Stage Numbering Top Down Ovhd Vapour Outlet DC1 Ovhd Reboiler Energy Stream DC1 Reb Q Bottoms Liquid Outlet DC1 Btm

Optional

Estimates Optional Top StageTemperature Estimate -88

0 C

Optional Reboiler Temperature Estimate

270 C

Monitor

Design

[specs] Column ComponentFractions

Name Stage Flow Basis Phase Spec Value

active Comp Fraction 1_Main TS Mole Fraction Vapour

0.9600

2.Ovhd prod rate

Estimate

Sản phẩm đỉnh chứa chủ yếu là methane

3.2 Mô phỏng quá trình tách ethane.

Dòng sản phẩm được lấy ra ở đáy tháp tách methane được bơm vào tháp tháp tách ethane hoạt động như tháp chưng cất liên tục

3.2.1.Bơm

Bảng3.4 Các thông số của bơm

Fluid Package Basis-1

3.2.2 Nhập tháp tách ethane

Bảng 3.5 Các thông số của tháp tách ethane

Design/Connections

Feed Stream / stage DC2 Feed / 6 Condenser Type Partial

Bottom Product DC2 Btm Overhead Liquid Product DC2 Dist Reboiler Duty DC2 Reb Q Condenser Duty DC2 Cond Q

Optional Estimates Condenser -40 C

Specifications

Overhead Vapour Rate

320 kgmole/h

Name Stage Flow Basis Phase Spec Value Numerator denominator

C2/C3 Reboiler Molar Liquid 0.01 Ethane propane

Monitor/digign Ovhd Vap Rate

C2/C3

Astimate active Dòng sản phẩm lấy ra ở đỉnh tháp chủ yếu chứa ethane

3.3 Mô phỏng quá trình tách propane.

Dòng sản phẩm từ đáy tháp tách etane được đưa vào tháp tách propan làm việc như tháp chưng cất lien tục Tại đây propan được tách ra ở đỉnh tháp

3.3.1 Valve:

Bảng 3.6 Các thông số van Connections/ design

Worksheet

3.3.2 Nhập các thông số tháp tách propane

Bảng 3.7 Các thông số tháp tách propane

Design/Connections

Feed Stream / stage DC3 Feed / 11 Condenser Type Total

Bottom Product DC3 Btm Overhead Liquid Product DC3 Dist Reboiler Duty DC3 Reb Q Condenser Duty DC3 Cond Q

Condenser Delta P 35kPa

Distillate Rate

110 kgmole/h

Design [specs] Component Fraction

Name Stage Flow Basis Phase Spec Value comppnents

iC4+nC4 Condenser Molar Liquid 0.015 i-C4 and n-C4 Name

Stage

Flow Basis Phase Spec Value Compnents

C3 Reboiler Molar Liquid 0.02 C3

Monitor/digign Distillate Rate

Reflux Ratio iC4+nC4 C3

Astimate astimate Active Active Sản phẩm ra ở đỉnh chứa chủ yếu là propane

3.4 Kết quả mô phỏng

CHƯƠNG 4 PHỤ LỤC

1.Sơ đồ công nghệ đầy đủ

2 Dòng nguyên liệu

Phụ lục 4.1 Thành phần dòng nguyên liệu

i-C5 0.0036

3.Tháp De- methane (Reboiled Absorber)

Phụ lục 4.2 Dòng sản phẩm của tháp tách methane

Mole Fraction

4 Bơm

Phụ lục 4.3 Thông số dòng vào và ra của bơm

P - 100

5.Tháp tách ethane

Phụ lục 4.4 Dòng sản phẩm của tháp tách ethane

Lưu lượng (kgmole/h) 248.2 3.852e-6 147.7

Mole Fraction

6.Van

Phụ lục 4.5 Thông số dòng ra và vào van

VLV - 100

7.Tháp De- propane ( Distillation Column)

Phụ lục 4.6 Dòng sản phẩm của tháp tách propane

Nhiệt độ (0C) 45.83 105.5

Mole Fraction

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 trong công nghệ hóa chất và thưc phẩm, tập 4

[4] HYSYS® 2004.2 Tutorials and Applications © 1981-2005 by Aspen Technology, Inc All rights reserved (File hướng dẫn sử dụng trong phần mềm aspen hysys)