gồm chủ yếu các cấu tử C1 và C2 quay lại trao đổi nhiệt với dòng Gas2 sau đó đi vào đầu nén K-101 để nén tới áp suất cần thiết và là sản phẩm khí khô Sale Gas.. Bình tách V03 có nhiệm vụ
Trang 1BÁO CÁO BÀI TẬP MÔ PHỎNG
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LPG
Họ tên: Phạm Đắc Nhân
MSSV: 20132851
Lớp: KTHH 03 – K58
I Phân tích, đánh giá, so sánh case mô phỏng
1 Phân tích đánh giá
a) Lưu trình mô phỏng
Hình 1: Sơ đồ lưu trình mô phỏng b) Mô tả lưu trình
Dòng nguyên liệu đầu là hỗn hợp hidrocacbon cùng một lượng nhỏ H2S và N2
được trộn với một nước để mô phỏng đúng với thực tế Do số liệu thành phần cấu tử được phân tích qua sắc ký khí mà sắc ký khí không được phép có lẫn nước trong dòng nên nước đã được tách ra trước đó Để mô phỏng đúng với dòng nguyên liệu ban đầu, cần trộn thêm dòng nước vào
Dòng nguyên liệu được đi qua bình tách mô phỏng thiết bị tách Slug-Catcher Tại đây dòng nguyên liệu được chia làm hai dòng lỏng và khí đi chế biến theo hai đường khác nhau
Dòng khí tiếp tục được tách lỏng một lần nữa tại bình tách V08 trước khi đi vào Spliter V06 – mô phỏng tháp hấp phụ sử dụng chất hấp phụ có nhiệm vụ tách loại hoàn toàn nước Sau khi loại nước, dòng khí được chia làm hai phần tại thiết bị chia dòng TEE-100, với tỉ lệ chia dòng Gas2/Gas1 là 1/2 Dòng khí Gas2 được trao đổi nhiệt với dòng khí ra khỏi tháp C05 trước khi qua van VLV-100 để giảm áp xuống 33 bar – áp suất làm việc của tháp C05 Sau quá trình làm lạnh và giảm áp, dòng Gas2 lúc này đi vào đỉnh tháp C05 ở dạng hỗn hợp lỏng hơi Dòng khí Gas1 đi vào đầu giãn
K-100 để giảm áp xuống 33 bar rồi đi vào đáy tháp C05 Dòng khí ra khỏi đỉnh tháp C05
Trang 2gồm chủ yếu các cấu tử C1 và C2 quay lại trao đổi nhiệt với dòng Gas2 sau đó đi vào đầu nén K-101 để nén tới áp suất cần thiết và là sản phẩm khí khô Sale Gas Dòng lỏng đáy tháp C05 đi vào đĩa trên cùng của tháp C01 để tách triệt để các cấu tử C1 và
C2
Dòng lỏng ra khỏi Slug-Catcher được giảm áp xuống 75 bar và đi vào bình tách
ba pha V03 Bình tách V03 có nhiệm vụ tiếp nhận lỏng từ tất cả các bình tách khác trong lưu trình, tách nước dòng lỏng trước khi vào các tháp chưng Dòng lỏng ra khỏi bình tách V03 được giảm áp xuống áp suất làm việc của tháp chưng C01, sau đó trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm đáy tháp C02 trước khi đi vào tháp chưng C01 Tháp chưng C01 làm việc ở áp suất 29 bar, có nhiệm vụ tách các cấu tử nhẹ C1 và C2 đi ra ở đỉnh tháp Tuy nhiên dòng đỉnh tháp C01 không được đưa vào dòng khí thương phẩm Sale Gas do vẫn còn lẫn một lượng lớn C3 nên được qua 3 máy nén 01, 02 và
K-03 để đưa lại bình tách V08 nhằm tách triệt để C3 còn lẫn Dòng lỏng đáy tháp C01 chứa các cấu tử C3+ được đưa qua tháp chưng C02 làm việc ở 11 bar có nhiệm vụ tách sản phẩm BuPro chứa C3 và C4 ở đỉnh tháp và sản phẩm Condensate ở đáy tháp Dòng sản phẩm BuPro sau đó được đưa qua tháp chưng C03 làm việc ở 16 bar để tách riêng hai sản phẩm propane và butane
c) Đánh giá cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng
(Bảng cân bằng vật chất cân bằng năng lượng ở trang bên)
Dòng nguyê liệu vào gồm có dòng Gas và dòng Water, có tổng lưu lượng là
6153 tấn/ngày Các dòng ra gồm H2O (V06), H2O (V03), Sale Gas, Fuel Gas, Condensate, Propane và Butane, với tổng lưu lượng là 6152 tấn/ngày Sai số là 0.01%
Các dòng mang năng lượng vào lưu trình gồm có 2 dòng nguyên liệu, năng lượng cấp cho tháp hấp thụ V06, năng lượng cấp cho các máy nén K01, K02, K03, năng lượng cấp cho các tháp chưng C01, C02, C03, năng lượng cấp cho bơm Các dòng mang năng lượng ra gồm có các dòng sản phẩm ra, các dòng năng lượng ra từ các thiết bị làm lạnh Sai số cân bằng năng lượng là 0.01%
d) Hiệu suất thu hồi LPG
Nguyên liệu đầu vào là dòng khí đồng hành gồm các hidrocacbon từ C1 đến C7+ Sau khi qua quá trình chế biến thu được các sản phẩm khí khô Sale Gas (C1 và C2), Propan (C3), Butane (C4) và Condensate (C5+) Trong đó LPG là sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao nhất Do vậy, hiệu suất thu hồi LPG là một thông số rất quan trọng cần quan tâm để có thể tối ưu các thông số công nghệ
Sử dụng công cụ Spreadsheet, ta có thể tính toán được hiệu suất thu hồi LPG của công nghệ
Trang 3Hình 2: Tính toán bằng công cụ Spreadsheet
Lượng LPG trong nguyên liệu đi vào là 826.75 kmol/h, lượng LPG thu hồi được là 640.14 kmol/h, đạt 77.43% Lượng LPG còn lại chưa thu hồi hết chủ yếu còn lẫn vào trong dòng khí Sale Gas là 81.7 kmol/h và dòng khí nhiên liệu Fuel gas là 104.12 kmol/h Như vậy hiệu suất thu hồi LPG còn thấp
2 So sánh với số liệu thực tế công nghệ GPP Dinh Cố
Công suất Nhà máy xử lý khí Dinh Cố giai đoạn thiết kế là 4,3 triệu
m3 khí/ngày Với lưu lượng này áp suất khí tới Nhà máy là 109 bar Từ năm 2002, khí đồng hành từ mỏ Rạng Đông được đưa về giàn nén trung tâm của mỏ Bạch Hổ để đưa về bờ công suất tăng lên 5,7 triệu
m3 khí/ngày Do lưu lượng dòng khí tăng lên, sụt áp trong đường ống tăng mạnh dẫn đến áp suất về tới Nhà máy chỉ còn khoảng 60 - 80 bar Cụm máy nén công suất lớn K-1011A/B/C/D được lắp đặt tại đầu vào của Nhà máy để nâng áp của dòng khí lên 109 bar bằng áp suất thiết kế, đảm bảo hoạt động của Nhà máy
Nguyên liệu đầu vào của công nghệ này là 4.3 triệu m3 khí/ngày và làm việc ở
áp suất 109 bar tức tương ứng với chế độ GPP của Nhà máy xử lý khí Dinh Cố nên ta
sẽ so sánh các thông số sản phẩm với chế độ GPP của Nhà máy Đây là công nghệ sử dụng công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh trong, sử dụng một thiết
bị Turbo-expander Đây là phương pháp chế biến khí có hiệu quả kinh tế cao, làm lạnh sâu, dễ dàng điều khiển và tự động hóa, có thể tự động điều chỉnh khi thành phần hỗn hợp khí đầu vào thay đổi
a) Sản phẩm khí khô
Tiêu chí Công nghệ Nhà máy Tiêu chuẩn
Sản lượng (triệu m3 khí/ngày) 3.5 4
Thành phần mol (%)
Nhiệt trị toàn phần (MJ/m3) 41.44 40.21 Min 37
Trang 4Nhiệt độ điểm sương HC
( C)⁰C)
b) Sản phẩm LPG
Tiêu chí Công nghệ Nhà máy Tiêu chuẩn
Thành phần mol (%)
Tỉ trọng ở 15 C (kg/l)⁰C) 0.4984 0.5375
c) Sản phẩm Condensate
Tiêu chí Công nghệ Nhà máy Tiêu chuẩn
Chưng cất ( C)⁰C)
Tỉ trọng ở 15 C (kg/l)⁰C) 0.6336 0.6601
II Vị trí đặt các Set
Áp suất là thông số quan trọng nhất trong nhà máy Sự chênh áp giữa các thiết
bị là động lực cho các dòng vật chất có thể di chuyển trong nhà máy Vì vậy luôn phải đảm bảo có sự chênh áp cần thiết giữa các thiết bị Khi khảo sát sự thay đổi áp suất đầu vào, sẽ xuất hiện một vài vị trí có xung đột về thông số áp suất giữa giá trị khảo sát và giá trị nhập vào trước đó khiến cho việc tính toán không thể thực hiện được
1 Vị trí Splitter V06
Giá trị áp suất của hai dòng ra DHD Gas và H2O (V06) nhập khi xây dựng lưu trình là 108 bar Tuy nhiên khi khảo sát từ các giá trị áp suất thấp hơn 108 bar sẽ làm
Trang 5cho áp suất dòng vào Splitter V06 nhỏ hơn áp suất dòng ra, dẫn đến dừng quá trình tính toán
Vì vậy ở đây ta cần đặt 2 Set cho 2 dòng ra Splitter V06, đảm bảo áp suất 2 dòng ra luôn nhỏ hơn áp suất dòng vào là 100 kPa
2 Vị trí máy nén K-03
Các máy nén K-01, K-02 và K-03 có nhiệm vụ nâng áp dần dần dòng khí tuần hoàn lên áp suất bằng áp suất dòng ban đầu Giá trị áp suất của dòng ra khỏi máy nén K-03 nhập khi xây dựng lưu trình là 109 bar Tuy nhiên khi khảo sát, các giá trị áp suất đầu vào thay đổi mà áp suất dòng tuần hoàn vẫn giữ nguyên là 109 bar, khiến cho không thể trộn được với nhau, dẫn đến dừng quá trình tính toán
Vì vậy, ở đây cần đặt 1 Set cho dòng ra khỏi máy nén K-03, đảm bảo áp suất dòng ra khỏi máy nén K-03 luôn bằng áp suất dòng trước khi đi vào bình tách V08
III Khảo sát áp suất làm việc
Do lưu lượng dòng khí đầu vào có sự thay đổi trong các giai đoạn vận hành khác nhau, nên áp suất dòng khí đầu vào cũng thay đổi từ 75 bar đến 109 bar Do đó ta khảo sát ảnh hưởng của áp suất vận hành trong khoảng này đối với hiệu suất thu hồi LPG và thành phần C3 và C4
Giá trị áp suất 109 bar này được thiết kế từ ban đầu khi xây dựng nhà máy, nó dựa vào áp suất đầu giàn, lưu lượng dòng được bơm lên, áp suất dòng khí khô đầu ra đảm bảo cho quá trình vận chuyển và tiếp nhận đầu cuối
Trong thực tế, Nhà máy xử lý khí Dinh Cố không chạy tháp chưng C-03 để thu riêng C3 và C4 do nhu cầu sử dụng LPG của Việt Nam chủ yếu để dùng làm nhiên liệu đốt nên không yêu cầu quá cao về tỉ lệ giữa C3 và C4 Vì vậy, để đơn giản cho quá trình khảo sát, ta bỏ qua tháp C-03, chỉ quan tâm đến dòng sản phẩm BuPro của tháp chưng C-02
Tạo một casestudy mới với áp suất đầu vào thay đổi từ 75 bar đến 109 bar, bước chạy là 100 kPa Thêm ba biến cần quan tâm là phần mol của propan và n-butan trong dòng BuPro, hiệu suất thu hồi LPG (tính bằng Spreadsheet)
Sau khi chạy xong khảo sát ta được đồ thị thành phần dòng BuPro như sau:
Hình 3: Đồ thị sự phụ thuộc phần mol của propan và n-butan trong dòng BuPro
Trang 6Khi áp suất đầu vào thay đổi từ 75 bar lên 109 bar, phần mol propan trong dòng BuPro tăng từ 0.514 lên 0.576, trong khi đó phần mol của n-butan giảm dần từ 0.236 xuống 0.215 Như vậy, khi áp suất đầu vào tăng lên thì tỉ lệ propan/butan trong dòng BuPro cũng tăng lên
Điều này xảy ra là do hoạt động của Turbo-Expander Dòng ra khỏi đầu giãn có
áp suất bằng áp suất hoạt động của tháp C-05, nên coi như áp suất ra là không đổi Khi
đó dòng vào có áp suất càng lớn thì chênh lệch áp suất càng cao, dòng sẽ được làm lạnh càng sâu, khi đó có càng nhiều cấu tử propan được ngưng tụ thành lỏng Butan có nhiệt độ sôi cao hơn nên sẽ ngưng tụ trước, còn propan sẽ ngưng tụ sau Lượng propan ngưng tụ nhiều hay ít phụ thuộc vào nhiệt độ làm lạnh sâu Vì thế áp suất đầu vào càng lớn, propan ngưng tụ càng nhiều, dẫn đến phần mol của propan trong dong BuPro sẽ càng lớn
Cũng chính vì lý do trên mà lượng LPG thu hồi sẽ nhiều hơn khi áp suất đầu vào tăng, dẫn đến hiệu suất thu hồi LPG sẽ tăng mạnh từ 66% ở áp suất 75 bar lên gần 76% ở áp suất 109 bar
Hình 4: Đồ thị sự phụ thuộc hiệu suất thu hồi LPG
Như vậy, với các lý do đã phân tích ở trên, áp suất vận hành ở 109 bar sẽ cho hiệu suất thu hồi LPG là cao nhất và đem lại hiệu quả kinh tế là lớn nhất