Mô phỏng Công nghệ sản xuất CNG Tiền Hải Thái Bình

Nội dung1. Tổng quan về CNG2. Công nghệ sản xuất CNG Thái Bình3. Mô phỏng công nghệ CNG Thái Bình:1. Export và Import Component List2. Convert to Template và kết nối Template và lưu trình chính3. Case Study

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Công nghệ sản xuất CNG

Tiền Hải Thái Bình

Nội dung

1 Tổng quan về CNG

2 Công nghệ sản xuất CNG Thái Bình

3 Mô phỏng công nghệ CNG Thái Bình:

1 Export và Import Component List

2 Convert to Template và kết nối Template và lưu trình chính

3 Case Study

Tổng quan về CNG

Đặt vấn đề: tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

❖Khí thải từ động cơ xăng, diezen,…

❖Khói thải từ lò đốt trong công nghiệp và thủ công nghiệp

❖…

→ Cần có nguyên liệu thay thế, trong đó nhiên liệu khí có nhiều ưu điểm

Khí thải từ GTVT so với tổng lượng khí thải (%)

COx NOx SOx Hydrocacbon

không bay hơi

Chất thải rắn

Ô nhiễm môi trường

Các biện pháp khắc phục

❖Xăng và diesel chất lượng cao

❖ Nhiên liệu thay thế:

▪ Công nghệ chế biến đơn giản

▪ Trữ lượng khí thiên nhiên lớn

Gas cho GTVT

Từ rất sớm, khí tự nhiên đã được chứa trong các bong bóng áp suất thấp sử dụng cho các phương tiện giao thông thời đó

Circa 1930

Khí thải xe chạy bằng CNG

✓ NOx trong khí thải thấp hơn Diesel

✓ SO2 trong khí thải thấp hơn Diesel

✓ CO2 trong khí thải thấp hơn Diesel

✓ Bụi thải rắn thấp hơn Diesel

Trạm nạp CNG

Tính chất hoá lý CNG Xăng Diesel

Metan (min.) 88 mol%

CNG - Thành phần

Metan Etan C3+

C6+

H2 CO O2 N2+CO2

S tổng H2O

Vận chuyển khí tự nhiên

Bằng đường ống dẫn

Bằng tàu biển LNG

Bằng tàu biển CNG

LNG CNG Thể tích vận chuyển: 140.000 m3 100.000 m3

Khối lượng vận chuyển: 60.000 tấn 20.000 tấn

So sánh vận chuyển CNG - LNG

1 2 3 4 5

Khó tìm giải pháp

❖ bồn chứa trên Trailer được thiết kế để vận chuyển ở nhiều

áp suất khác nhau trong giới hạn áp suất thiết kế

Hệ thống tách condensate và lọc bụi

Bình tách

3 pha

V-401

Hệ thống tách nước bằng TEG

Sự

❖ có mặt của nước trong khí có thể tạo các hydrat → cản trở quá trình vận hành của các thiết bị trong quá trình chế biến khí như bơm, quạt, máy nén…

❖ cầu của khí thương phẩm sau khi sấy và khí nén: Tỷ lệ hơi

nước trong khí nén không được vượt quá 80 mg/Sm 3

Các chất hấp thụ nước

❖ Lựa chọn chất hấp thụ đáp ứng những yêu cầu:

▪ Có khả năng hấp thụ hơi nước trong khoảng rộng nồng độ, áp suất, nhiệt độ

▪ Nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi của nước

▪ Có áp suất hơi bão hòa thấp

▪ Độ nhớt thấp

▪ Độ chọn lọc cao

▪ Rẻ tiền, dễ kiếm, không độc hại

Các chất hấp thụ nước

❖ Những chất hấp thụ được sử dụng: EG, DEG, PG, TEG,…

❖ Trong CN CBK, TEG được sử dụng rộng rãi

▪ Dễ tái sinh, đạt nồng độ cao 98 ÷ 99%

▪ Có nhiệt độ phân hủy cao → khó bị phân hủy nhiệt

▪ L ượng mất mát theo pha hơi nhỏ → Ít phải bổ sung

▪ Chi phí đầu tư vận hành rẻ hơn các glycol khác

▪ Giá thành của TEG rẻ hơn so với các glycol khác

Sấy khí bằng Glycol

❖ Một số tính chất lý hóa

quan trọng của TEG

Các đại lượng hóa lý TEG Khối lượng phân tử 150,18

Tỷ trọng tương đối 𝜌2020 1,125 Nhiệt độ sôi ở 760 mmHg, ℃ 278.3 Nhiệt độ nóng chảy, ℃ -7,2 Nhiệt độ bắt đầu phân hủy, ℃ 206 Nhiệt độ tái sinh, ℃ 206

Độ nhớt ở 20℃, cP 47,8 Nhiệt dung riêng, kJ/kg.K 2,20

Câu hỏi

1 Phân biệt quá trình hấp thụ và hấp phụ Cho ví dụ

1 Phân biệt hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học Cho ví dụ

2 Công thức hóa học của TEG

Sấy khí bằng Glycol

Hệ thống

tách nước

bằng TEG

CNG TB

Hệ thống

tách nước

bằng TEG

CNG TB

❖ Bộ phận trao đổi nhiệt sử dụng hệ thống nước làm mát:

▪ làm giảm nhiệt độ của khí nén trong từng giai đoạn nén

▪ đồng thời tác dụng làm mát xung quanh piston → làm giảm nhiệt độ

ma sát của xilanh và piston.

Câu hỏi

❖Tại sao phải nén 3 cấp?

❖Hiệu suất máy nén là gì?

❖Tại sao dòng khí sau khi bị nén lại tăng nhiệt độ?

❖Tại sao sau mỗi cấp nén có xuất hiện lỏng, cần phải tách khỏi dòng khí?

Thông số vận hành 9 máy nén

Lưu lượng Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3

Ký hiệu F To Po To Po To Po Đơn vị Sm3/h ℃ barg ℃ barg ℃ barg Máy số 1 2970 131.6 44.4 96.6 101.3 95.7 252.5 Máy số 2 3250 113 47 95 107 91 252 Máy số 3 3234 116 46 97 109 92 252 Máy số 4 3005 126 44 94 99 92 252 Máy số 5 3270 110 47 94 104 91 252 Máy số 6 3258 112 47 95 106 91 252 Máy số 7 3039 123 45 95 101 94 252 Máy số 8 3254 112 47 95 106 91 252

Hệ thống nén khí

Hệ thống nén khí: máy nén khí 3 cấp

Mô phỏng công nghệ sản xuất

CNG Tiền Hải - Thái Bình

Công suất 200 triệu Sm3/năm

PFD mail flowsheet KTA TB

PFD sub-flowsheet TEG TB

PFD sub-flowsheet CNG1

Hiển thị đơn vị theo yêu cầu

❖ Tool → Preferences →

Variables → Clone → Vào

bảng Display Units chọn đơn

vị cần hiển thị: áp suất bar_g

Hiển thị đơn vị theo yêu cầu

❖ Tool → Preferences →

Variables → Formats chọn

biến Molar Fraction cần

hiển thị 6 số lẻ sau dấu phẩy

Thông số đầu vào

Thông số đầu vào dòng khí

Dòng TB

Đường bao pha

Vùng vận hành

Light Liquid Condensate

Heavy liquid To Close Drain

Hệ thống tách condensate và lọc bụi

❖Bình tách pha V-401

Hệ thống tách condensate và lọc bụi

❖Thiết bị tách lọc bụi

Name Filter

Inlets To Filter

Vapour Outlet Filter Vap

Liquid Outlet Filter liq

Delta P 30 kPa

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖ Quá trình tách nước bằng TEG dựa trên sự hòa tan lẫn nhaucủa nước và TEG

❖Sử dụng hệ nhiệt động Glycol Package để mô phỏng

❖ Lập case mô phỏng mới cho hệ thống tách nước

▪ Component list: Import và chọn file TB.cml

▪ Lựa chọn hệ nhiệt động Glycol Package

▪ Lưu case với tên TEG.hsc

❖ Tạo template TEG.tpl

❖ Liên kết template với main flowsheet TB.hsc

(mass fraction)

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Thiết bị trao đổi nhiệt E-101

Name Tube side Inlet Tube side

Outlet

Shell side Inlet

Shell side Outlet

Wet Gas Inlet To Absorber HCWS CWR

-Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Thiết bị trao đổi nhiệt E-101

Hệ thống tách nước bằng TEG

Name Glycol Contactor

C-101

Bottom stage inlet To Absorber

Ovhd Vapour Outlet Dehydrated Gas

Bottom Liquid Outlet RG1

❖Tháp hấp thụ C-101

Hệ thống tách nước bằng TEG

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Tee-100

Inlet Dehydrated Gas

Outlet Sale Gas

4

Flow ratio

Dòng 4 5.2e-3

1.9 barg

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Thiết bị Filter F-101

Tháp tái sinh TEG C-102

Name Still Column C-102

Num of stages 4

Condenser Full reflux

Ovhd Vapour outlet Vent

Bottom liquid outlet LG1

Pressure P-cond=0.25 barg

P-reb=0.3 barg

Cond Energy Stream Cond Q

Reboiler Energy Stream Reb Q

Reflux ratio 0.152

Recycle to Still Column

Inlet To Recycle

Outlet Recycle to Still

Column

Tháp tái sinh TEG C-102

Inlet Recycle to Still

Column

Stage Reboiler

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Dòng Dehydrated gas ra khỏi tháp hấp thụ được lấy ra một

phần

❖ được gia nhiệt lên 150oC

❖rồi đưa vào đáy tháp C-102 nhằm mục đích lôi cuốn các cấu tửnước còn lại trong TEG để nồng độ của TEG là lớn nhất

❖Lượng TEG đưa vào sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ của dòng

TEG ra khỏi đáy tháp

Câu hỏi

❖Tại sao nhiệt độ dòng TEG tái sinh là 204oC (theo tài liệu vận hành)

Khảo sát sử dụng Case Study

Independent

variable

TEE-100-Flow ratio (Flow ratio_2)

Tháp tái sinh TEG C-102

❖Worksheet

T ≈ 204oC Mass Frc.TEG 0.9998

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Thiết bị Trao đổi nhiệt E-102 thay cho Gia nhiệt E-102

Tube side inlet RG6

Tube side outlet RG7 150 o C

Shell side inlet LG2

Shell side outlet LG3

Pressure drop Shell side 0

Pressure drop Tube side 50 kPa

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Thiết bị Trao đổi nhiệt E-103 thay cho Gia nhiệt E-103

Tube side inlet RG3

Tube side outlet RG4 70 o C

Shell side inlet LG3

Shell side outlet LG4

Pressure drop Shell side 0

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Recycle to Absorber

Inlet LG6

Outlet 204

Hệ thống tách nước bằng TEG

❖Bình tách pha V-100

Vapour Outlet Sep Vap

Liquid Outlet Water

Treatment

PFD Hệ thống TEG

Chuyển sang dạng Template

Ưu điểm khi sử dụng Template:

❖Liên kết một vài case với nhau

❖Có thể sử dụng các hệ nhiệt động khác với hệ nhiệt động trong case chính

❖Thuận tiện khi mô phỏng một nhà máy lớn, việc chuyển thành các case nhỏ sẽ dễ dàng thực hiện

❖Có thể làm một lần và sử dụng nhiều lần cho các case

khác nữa

Chuyển sang dạng Template

❖ Save case với tên là TEG.hsc

❖ Xóa dòng Wet Gas Inlet , thêm dòng mới tên to TEG nhưng không điền thông tin, nối dòng này với Heater E-101

❖ Từ Simulation menu Chọn Main Property

❖ Bấm vào phím Convert to Template

❖ Bấm vào Yes để chuyển case sang Template

❖ Bấm vào No để trả lời câu hỏi “Do you want to save the simulation case?”

❖ Save Template với tên là

Liên kết template TEG và case TB-HR

❖Trong Object Palette nhấp đúp chọn biểu tượng

❖Trên màn hình sẽ hiển thị biểu tượng của template

và cửa sổ

❖Chọn Read an Existing Template và chọn file TEG.tpl

Liên kết TEG.tpl và TB-HR.hsc

❖Cửa sổ xuất hiện để liên kết giữa

lưu trình chính và lưu trình phụ

❖Điền tên cho dòng các dòng cần

xuất hiện trong lưu trình chính ở

Inlet Sale Gas

Outlets

S1S2S3

Parameter →

Flow Ratio

S1 = 0.3333S2 = 0.3333

Hệ thống nén khí

❖Máy nén được sử dụng là loại máy nén piston với mô tơ điệncông suất max 420 kW/h để thực hiện nén 3 cấp

❖Bộ phận tách lỏng có chức năng:

▪ tách phần lỏng bị ngưng tụ trong quá trình nén khí

▪ làm mát để đảm bảo máy nén hoạt động ổn định

❖ Bộ phận trao đổi nhiệt sử dụng hệ thống nước làm mát:

▪ làm giảm nhiệt độ của khí nén trong từng giai đoạn nén

▪ đồng thời tác dụng làm mát xung quanh piston → làm giảm nhiệt độ

ma sát của xilanh và piston

Mô phỏng Hệ thống máy nén

❖ Import Cấu tử từ file TB.cml

❖ FP: PR

Mô phỏng Hệ thống máy nén

❖Máy nén K-101

Mô phỏng Hệ thống máy nén

❖Separator V-100

Vapour Outlet Sep Vap1

Liquid Outlet Sep Liq1

Liquid

Outlet

Sep Liq2

❖Xóa các thông tin của dòng S1 (T, P, F, C)

❖Convert to Template như trước CNG.tpl

❖Kết nối template CNG.tpl vào chu trình chính

Mô phỏng Hệ thống máy nén

PFD main flowsheet CNG TB