Gas9 Sấy khí bằng TEG

Tài Liệu học mô phỏng hysys mô phỏng thiết bị

Sấy khí bằng TEG

Nội dung

Tại các miệng giếng, xảy ra hiện tượng bão hòa của nước, nước lẫn vào trong khí gây ra một số vấn đề sau:

 Hình thành hydrates rắn có thể gây tắc van, đường ống

 Sự hiện diện của nước và H2S hoặc CO2 có thể gây ra các vấn đề

về ăn mòn

 Nước ngưng tụ gây ra ăn mòn, bào mòn đường ống

Nói chung, quá trình sấy khí sử dụng trong các nhà máy khí để đáp ứng các điều kiện của đường ống Có một số quy trình sẵn có cho quá trình sấy khí như: glycols, silicagel, molecular sieves

Công nghiệp sản xuất khí tự nhiên sử dụng triethylene glycol (TEG)

để sấy khí tại nơi có nhiệt độ điểm sương thấp, chẳng hạn như thiết

kế cho các thềm lục địa ngoài khơi của biển Bắc Cực hoặc miền Nam hoặc cho các quá trình làm lạnh

Trong ví dụ này, nhiệt độ điểm sương của nước trong khí khô là -20oC (-4oF) tại 6200 kPa (900 psia)

Mục tiêu

Sau khi hoàn thành phần này, bạn có thể:

 Mô hình hóa quá trình dehydration bằng TEG

 Xác định điểm sương của nước cho hỗn hợp khí

Yêu cầu

Trước khi bắt đầu bạn phải hiểu và biết cách thực hiện: thiết lập dòng, quá trình và các loại tháp

Sơ đồ công nghệ

Sơ đồ tháp

TEG Contactor

TEG Regenerator

Xây dựng mô phỏng

Tạo lập cơ sở mô phỏng

Sử dụng Peng Robinson EOS với các cấu tử sau: N2, H2S, CO2, C1,

C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, H2O và TEG

Bắt đầu mô phỏng

Nhập các dòng nguyên liệu

1. Thiết lập dòng vật liệu với các tham số như trong bảng sau:

In this cell… Enter…

Temperature 30oC (85oF)

Pressure 6200 kPa (900 psia)

Molar Flow 500 kgmole/h (10 MMSCFD)

Component Mole Fraction

2. Nhập dòng TEG vào tháp hấp thụ (TEG Contactor)

In this cell… Enter…

Temperature 50oC (120oF)

Pressure 6200 kPa (900 psia)

LiqVol Flow 0,5 m3/h (2 USGPM)

Component Mass Fraction

Mixer Operation

Để bão hòa hơi nước, khí và nước được hòa trộn trước khi vào Contactor

Add Mixer để hòa trộn Inlet Gas và Water để tạo dòng bão hòa

Connections

Water to Saturate

Pressure Assignment

Work Sheet 0.5 kgmole/h (1.1 lbmole/hr) Water to Saturate,

Flowrate

100% Water

Water to Saturate,

Composition

30oC (85oF)

Gas + H2O, Temperature

Separator Operation

Nước tự do được tách sơ bộ khỏi khí bởi thiết bị separator, FWKO Add Separator với các thông số:

In this cell… Enter

Connections

Vapour Oulet Gas to Contactor

Contactor Operation

Mô phỏng TEG Contactor

Add Absorber column với các thông số sau:

Connections

Top Stage Feed Gas to Contactor

Bottom Stage Feed Gas to Contactor

Pressures

Valve Operation

Dòng Rich TEG qua van VLV-100, áp suất dòng ra được tự động tính toán

Add Valve với các thông số sau:

In this cell… Enter Connections

Heat Exchange Operation

Regen Feed được gia nhiệt đến 105oC (220oF) trong thiết bị trao

đổi nhiệt L/R HEX trước khi vào thiết bị tái sinh Regenerator.

Add Heat Exchange với các thông số sau:

Regenerator Operation

TEG Regenerator được mô phỏng bằng thiết bị Distillation

Column Các thông số như bảng sau:

In this cell… Enter

Connections

Tube side Inlet Regen Bttms

Tube Side Outlet Lean from LR

Shell Side Inlet LP TEG

Shell Side Outlet Regen Feed

Parameters

Tubeside Delta P 0.7 kPa (0.1 psia)

Shellside Delta P 70 kPa (10 psia)

Work Sheet

Regen Feed,

Temperature

105oC

Regen Feed,

Pressure

110kPa (16 psia)

In this cell Enter

Connections

Pressures

First Spec-Tray Temperature

Second Spec-Tray

Temperature

Third Spec-Reflux Ratio

Fourth Spec-Draw Rate

(0.02 MMSCFD)

Mixer Operation

Do TEG bị mất mát nên phải có một dòng bổ sung để duy trì cân bằng vật chất

1. Nhập Material Stream với các thông số sau:

In this cell… Enter Connections

Temperature 15oC (60oF) Compenent Mole Fraction

2. Nhập Mixer với các thông số sau:

Connections

Lean from L/R

Parameters Pressure Assignment Equalize All Work Sheet

Liquid Vol Flowrate of TEG to Pump

0.5 m3/h (2 USGPM)

Pump Operation

Sử dụng bơm để nâng cao áp suất trước khi vào Contactor

Nhập Pump với các thông số sau:

In this cell… Enter Connections

Work Sheet Pressure of Pump Out 6275 kPa (910 psia)

Heat Exchanger

Nhằm mục đích làm lạnh dòng TEG trở lại Contactor

Add Heat Exchanger với các thông số sau:

Connections

Parameters Tube Side Delta P 70 kPa (10 psia) Shell Side Delta P 35 kPa (5 psia) Work Sheet

TEG to Recycle, Temperature 50oC (120oF)

Recycle Operation

Recycle được cài đặt theo một khối lý thuyết trong quá trình sản

xuất Dòng nguyên liệu và dòng sản phẩm được tự động tính toán dòng tuần hoàn Các bước sau đây diễn ra trong quá trình hội tụ:

• HYSYS sử dụng các điều kiện để tính toán và giải quyết các vấn đề của dòng trong sơ đồ dây chuyền sản xuất

• Sau đó HYSYS so sánh các giá trị của dòng tính toán được với giá trị giả định ban đầu

• Dựa vào sự sai khác của các giá trị HYSYS sẽ tiếp tục thay đổi các giá trị dòng tính toán

• Quá trình tính toán sẽ lặp đi lặp lại cho đến khi các giá trị dòng tính toán phù hợp với những giá trị giả định ban đầu

Trong case này, lean TEG (TEG Feed) ban đầu ước tính được thay thế bằng dòng TEG có giá trị dòng mới (TEG to Recycle) và

Contactor và Regenerator sẽ được tính toán cho đến khi vòng lặp của Recycle hội tụ

1. Click đúp vào biểu tượng Recycle Trong Connections tab

điền các thông tin như hình sau:

2. Chuyển đến Tolerance page trong Parameters Tab và thực

hiện như hình dưới đây:

Câu hỏi:

1 Phân đoạn hơi của dòng Gas + H 2 O là bao nhiêu (giá trị phải nhỏ hơn 1, khi chắc chắn là bão hoà mới nhận giá trị là 1)?

2 Bao nhiêu nước được tách ra từ Separator?

3 Nhiệt độ tạo hydrat của khí tới Contactor là bao nhiêu?

4 Nhiệt độ tạo hydrat của khí sản phẩm (Sales Gas) là bao nhiêu?

5 So sánh nhiệt độ tạo hydrat của hai khí trên?

SAVE YOUR CASE!

Convert case thành template

và save

Analyzing the Results

Một trong những tiêu chuẩn sử dụng để xác định hiệu quả của quá trình sấy khí là điểm sương của khí khô Điều này có thể dễ dàng kiểm tra bằng cách xác định nhiệt độ ngưng tụ của nước Đầu tiên phải loại bỏ hoàn toàn TEG khỏi dòng vì TEG ảnh hưởng đến điểm

sương của nước Tách TEG bằng thiết bị Component Splitter, sau

đó làm lạnh Nhiệt độ dòng ra được tính toán bằng công cụ Adjust

từ đó tìm ra điểm mà tại đó nước thay đổi trạng thái

1. Add Component Splitter với các giá trị như sau:

Connections

Overhead Outlet TEG Only Bottoms Outlet Water Dewpoint

Parameters Bottoms Pressure 6155 kPa (893 psia) Word Sheet

Water Dewpoint temperature

-20oC (-4oF)

Splits TEG Fraction in Overhead

1.0

All Other Fractions 0.0

2. Add Separator để tách nước ngưng.

In this cell… Enter Connections

Vapour Outlet Gas Out Liquid Outlet XS H2O

Adjust sẽ thay đổi nhiệt độ điểm sương của nước cho đến khi đáp

ứng được yêu cầu dòng khí ra

Balance để tìm điểm sương của dòng tại 6200 kPa (900 psia).

Add Adjust để điều chỉnh nhiệt độ điểm sương của nước cho đến

khi nhiệt độ điểm sương của dòng khí ra là -20oC (-4oF)

Hoàn thành như hình dưới đây:

Exploring with the Simulation

Exercise 1:

The addition of stripping gas (slipstream from Sales Gas) will enhance the ability of the Regenerator to remove water from the rich TEG A Tee operation is used to split Sales Gas into 2 streams

• Strip Gas flow = 50 kgmole/h

The stream pressure is 6165 kPa which is too high for the Regenerator Use a Mole balance to transfer the flow and

composition of Strip Gas to SG to Regen Specify the following parameters for SG to Regen:

• T = 70°C

• P = 110 kPa

SG to Regen enters as a feed to the Regenerator Reboiler Does the

TEG concentration in Regen Bttms increase?