Tài liệu 119271902-bai-world

Bài tập lớn môn Tin ứng dụng TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ-ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHI 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 GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 1 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng MỤC LỤC MỞ ĐẦU....................................................................................................................................................3 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN......................................................................................................................4 1.1.MỤC ĐICH......................................................................................................................................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 TINH 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 đu....................................................................................................................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 GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 2 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 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 GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 3 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 (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 Cấu tử Metane Etane Propane Iso-butane n-butane Pentane GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Nhiệt độ sôi (0C) -161,5 -88,3 -42,4 -10,2 -0.05 36 Page 4 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 1.3.2. Sơ đồ công nghệ. Loại các tạp chất cơ học Loại khí Tháp tách methane axit CH4 C3H8 Nguyên liệu CO2, H2S Tháp tách ethane Tháp tách propane C4+ C2H6 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, CO 2, 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 -95 0C 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 DePropanizer (tháp chưng luyện Distilation) để tách nốt propane. GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 5 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng CHƯƠNG II THIẾT KẾ, TỐI ƯU QUÁ TRÌNH VÀ TINH 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) GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 6 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 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. GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 7 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 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 -95 0C 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 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 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. GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 8 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 3.1.2. Dòng năng lượng: Bảng 3.2. Thông số dòng năng 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 Presure 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 Top Stage Presure GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn 2275 kPa Page 9 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Profile Optional Estimates Reboiler Presure 2310 kPa 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 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 Design/connections Name P-100 Inlet DC1 Btm Energy P-100-HP Fluid Package Basis-1 GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Design/Parameters Adiabbatic Efficiency 75% Worksheet/Conditions Pressure[kPa] Page 10 2790kPa Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 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 Feed Stream / stage DC2 Feed / 6 Condenser Type Partial Overhead Product Presure Profile GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn 14 Vapour DC2 Ovhd Bottom Product DC2 Btm Overhead Liquid Product DC2 Dist Reboiler Duty DC2 Reb Q Condenser Duty DC2 Cond Q Condenser 2725kPa Condenser Delta P 35kPa Reboiler 2792 kPa Page 11 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Optional Estimates Condenser -40 C Reboiler 950 C Specifications Overhead Vapour Rate Design [specs] Monitor/digign 320 kgmole/h Distillate Rate 0 kgmole/h Reflux Ratio 2.5 ( Molar) Component Ratio Name C2/C3 Stage Reboiler Flow Basis Molar Phase Liquid Spec Value 0.01 Numerator Ethane denominator propane Ovhd Vap Rate Astimate C2/C3 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 Feed Stream Product Stream Worksheet DC3 Feed Pressure GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn DC2 Btm DC3 Feed 1690kPa Page 12 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 3.3.2. Nhập các thông số tháp tách propane Bảng 3.7. Các thông số tháp tách propane Name DC3 Design/Connections Connections Presure Profile Optional Estimates GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn No. of stage 24 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 1585kPa Condenser Delta P 35kPa Reboiler 1655kPa Condenser 380 C Reboiler 1200 C Page 13 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng Specifications Distillate Rate Reflux Ratio Design [specs] Monitor/digign 1.0 ( Molar) Component Fraction Name iC4+nC4 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 astimate iC4+nC4 Active C3 Active Sản phẩm ra ở đỉnh chứa chủ yếu là propane GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn 110 kgmole/h Page 14 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 3.4. Kết quả mô phỏng GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 15 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng CHƯƠNG 4 PHỤ LỤC 1.Sơ đồ công nghệ đầy đu 2. 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 n-C4 GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Feed 1 -950C 2275 kPa 1620 kgmole/h Mole fraction 0.0025 0.0048 0.7041 0.1921 0.0706 0.0112 0.0085 Page 16 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng i-C5 n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 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 4. Bơm Phụ lục 4.3. Thông số dòng vào và ra của bơm Nhiệt độ (0C) Áp suất (kPa) Lưu lượng(kgmole/h) P - 100 DC1 Btm 17.92 2310 431.8 DC2 Feed 18.65 2790 431.8 5.Tháp tách ethane Phụ lục 4.4. Dòng sản phẩm của tháp tách ethane GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 17 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 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 ra và vào van 0 Nhiệt độ ( C) Áp suất (kPa) Lưu lượng(kgmole/h) VLV - 100 DC2 Btm 87.83 2792 147.7 DC3 Feed 63.89 1690 147.7 7.Tháp De- propane ( Distillation Column) Phụ lục 4.6. Dòng sản phẩm của tháp tách propane GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 18 Bài tập lớn môn Tin ứng dụng 0 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 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) GVHD Ths. Đoàn Văn Huấn Page 19