Báo cáo Mô phỏng công nghệ GPP của nhà máy xử lý khí Dinh Cố

BÀI BÁO CÁO MÔ PHỎNG Mô phỏng công nghệ GPP của nhà máy xử lý khí Dinh Cố. Họ và tên: Nguyễn Trọng Thái. SHSV: 20092473 Lớp: KTHH3 – K54. Phân tích, đánh giá mô phỏng công nghệ GPP. Sơ đồ công nghệ sau khi mô phỏng: Hình 1: Sơ đồ mô phỏng công nghệ GPP Dinh cố. Các Thiết bị được sử dụng trong quá trình mô phỏng: Mixer: 2 Tee: 2 Tháp tách (flash separator): 1 Tháp tách 3 pha (three phase separator): 1 Máy nén (compressor): 4 Máy giãn (expander): 1 Thiết bị trao đổi nhiết (heat exchange): 3 Thiết bị gia nhiệt (heater): 1 Thiết bị làm mát (cooler): 4 Valve: 4 Tháp chưng cất (distilltion column): 2 Tháp hấp thụ (absorber): 1 Tháp hấp thụ có đun nóng đáy tháp (reboiled absorber): 1 Hoạt động: Dòng khí Gas được trộn với dòng nước tại Mix-100 để mô phỏng dòng nguyên liệu ban đầu được đưa vào nhà máy mô phỏng. Dòng nguyên liệu có áp suất 109 bar, nhiệt độ 25,6oC, lưu lượng đưa vào mô phỏng là 0,1792 triệu m3/h. Dòng khí sau khi qua Mix-100 là dòng 2 pha với (vapour fraction= 0.9988) được đưa vào thiết bị tách 2 pha SC-01/02 mô phỏng thiết bị slug catcher thực tế. SC-01/02 tách phần condensate (C5+) ra khỏi phần hỗn hợp khí C1, C2, C3, C4. Dòng khí ra khơi SC-01/02 được làm mát qua E-01 và được đưa vào tháp tách pha V-08. Tháp tách V-08 tiếp túc tách thành phần C+5 bị cuốn theo dòng khí đi lên. Khí rời khỏi tháp tách được đưa đi dehydrat hóa bằng quá trình hấp phụ. Tháp dehydrat được mô phỏng bằng thiết bị V-06 A/B (thiết bị component splitter có trong Hysys). Sau khi loại toàn bộ nước có trong dòng khí. Dòng khí được chia làm 2 dòng tại TEE-100. Tỷ lệ chia 2 dòng Gas1/Gas 2= 2/1. Dòng Gas1 qua tuốc bin giản nở khí để hạ nhiệt độ của dòng khí xuống -24,46oC trước khi đi vào phía dưới tháp chưng C-05, thực hiện quá trình chưng cất ở nhiệt độ thấp. Dòng Gas 2 được trao đổi nhiệt với dòng C-05 vap ra từ đình tháp chưng cất xuống -34oC và tiếp tục qua van tiết lưu FV-1001 (van Jun-Thompson) quá trình này áp suất giàm từ 109bar 33bar, khi đó nhiệt độ của dòng khí giảm từ -34oC -65,18oC. Sở dĩ thực hiện quá trình giản nở dẫn đến giảm nhiệt độ của dòng khí là do: Phương trình khí lý tưởng . Khi áp suất giảm với một thể tích khí không thay đổi, để đảm bảo tỷ lệ trên là không đổi thì nhiệt độ của hỗn hợp khí phải giảm xuống. Công nghệ chưng nhiệt đô thấp cần 2 dòng khí đi vào thiết bị chưng cất, do đó dòng khí cần chia là 2 tại TEE-100 và nhiệt độ của dòng khí thấp hơn được đi vào phía trên thực hiện quá trình như hổi lưu lỏng. Thiết bị chưng này không có đun sôi đáy tháp và làm lạnh đình tháp nên mô phỏng bằng thiết bị Absorber trong Hysys (tháp C-05). Sản phẩm khí của C-05(C-05 Vap) được trao đổi nhiệt với dòng Gas2 tại E-14 sau đó được nén tại một đầu máy nén của Turbo-expander. Thành phần chính của dòng C-05 vap chủ yếu là C1= 87,38% và C2= 10,72%. Khí này là khí thương phẩm (sales gas) được đưa vào hệ thống đường ống dẫn tới nhà máy điện. Phần lỏng ở SC-01/02 và V-08 được đưa qua van VLV-100 và VLV-101 để giãn xuống áp suất 75 bar trước khi đi vào tháp tách 3 pha V-03. Tháp tách 3 pha V-03 phân tách pha khí (còn ở trong dòng lỏng, khi giảm áp suất khí sẽ thoát ra ngoài); pha lỏng hữu cơ là phần condensate (C5+) được tách ra và pha nước. Thực tế trong tháp V-03 có gia nhiệt bằng dầu nóng để tránh hiện tượng tạo thành tình thể hydrat. Nhưng khi mô phỏng không cung cấp thêm dòng năng lượng, hiều là hydrat không được tạo thành. Pha lỏng hữu cơ tiếp tục được giãn tiếp tại van VLV-102 xuống áp suất 29 bar trước khi qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04 lên nhiệt độ 78oC bằng cách trao đổi nhiệt với dòng condensate thương phẩm ra ở đáy của tháp chưng C-02. Sau đó pha lỏng hữu cơ được đưa vào đĩa 11 của tháp chưng De etane C-01. Dòng lỏng từ đáy tháp C-05 được giãn qua van VLV-104 xuống áp suất 29 bar được đưa vào đĩa trên cùng của C-01, đóng vai trò như một nguồn hồi lưu lạnh cho tháp chưng. Tháp chưng C-01 giúp tách triệt để etane còn ở trong hỗn hợp lỏng. Hỗn hợp khí trên đỉnh tháp C-01 chủ yếu là C1, C2 được đưa qua hệ thống máy nén K-01, K02 nén lên áp suất 75 bar. Khi thực hiện quá trình nén thì nhiệt độ của dòng khí cũng tăng lên cấn thiết bị làm mát E-2 hạ nhiệt độ của dòng khí xuống mà vẫn đảm bảo toàn bộ dòng khí vẫn ở trạng thái khí (vapour fraction= 1). Dòng khí tại đỉnh của tháp chưng C-01 được trộn với dòng khí tại tháp tách 3 pha V-03 tại Mix-101. Sau khi trộn dòng khí xuất hiện hiện tượng 2 pha do dòng khí ra khỏi tháp tách pha V-03 có nhiệt độ nhỏ hơn làm giảm nhiệt độ của dòng khi ra khỏi Mixer. Do đó cẩn gia nhiệt dòng khí tại E-3 để đảm bảo ở trạng thái khí hoàn toàn. Tiếp tục được nén tại K-03 để nén lên áp suất dòng khí đầu vào 109 Bar. Sử dụng công cụ Recycle để tuần hoàn khí lại dòng vào, trước khi được đưa trở lại dòng khí được chia tại TEE-101 theo tỷ lệ 0,6:0,4 (dòng hồi lưu lại là 0,6). Sở dĩ không tuần hoàn 100% lượng khí là do, khi tuần hoàn giúp tăng được hiệu quả tách của nhà máy, nhưng có thể làm giảm công suất nhà máy. Nên lượng tuần hoàn không nên quá nhiều, tùy thuộc vào từng yêu cầu. Sản phẩm lỏng của C-01 được đưa qua van VLV-105 giảm áp suất xuống 11 bar (áp suất làm việc của tháp C-02) và được đưa vào gần trên đỉnh của tháp C-02 (đĩa số 3). Tháp C-02 có phân tách hỗn hợp Bupro ra khỏi phẩn condensate. Phần sản phẩm đỉnh là hỗn hợp Bupro được đưa sang tháp C-03 để xử lý tiếp. Sản phẩm đáy là condensate được trao đổi nhiệt tại E-04 với dòng lỏng hữu cơ của tháp tách V-03, sau đó được đưa và tanhk chứa. Dòng Bupro ở đỉnh tháp C-02 được bơm lên áp suất 16 bar, trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm lỏng đáy tháp C-03 lên nhiệt độ 60oC được đưa vào đĩa số 8 của tháp C-03. Tháp C-03 có nhiệm vụ tách propane và butane. Propane thu được trên đỉnh tháp, butane thu được dưới đáy tháp thực hiện quá trình trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu vào tháp trước khi đưa vào tank chứa. Nhận xét: Chế độ vận hành GPP là chế độ vận hành tối ưu của nhà máy. Công nghệ cho khả năng tách và thu hồi C3, C4 rất cao (hệ sộ tách đạt 98%). Chế độ GPP dùng công nghệ làm lạnh ngoài Turbo – Expander là một quá trình làm lạnh hiệu quả nhất về khả năng làm lạnh, có thể tiến hành tự động hóa hoàn toàn và tự động điều chỉnh khi thành phần hỗn hợp khí nguyên liệu thay đổi. Sơ đồ công nghệ mô phỏng có khác biệt với sơ đồ công nghệ GPP chuyển đổi được sử dụng trong nhà máy Dinh Cố. Sự khác biệt ở chỗ: dòng khí tại V-03 không được đưa đi vào tháp chưng C-01 mà được nén tuần hoàn cùng với dòng đỉnh của tháp chưng C-01. Chú ý khi thực hiện mô phỏng với Valve Jun-Thompson, các TEE, tháp chưng của công nghệ CNT. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng. Áp suất đến khả năng tách C3, C4 và LPG. Áp suất của dòng vào trong đường ống có thể tay đổi từ 75 bar 109 bar phụ thuộc vào công suất của dong khí đưa vào. Do đó trước hết khảo sát ảnh hưởng của áp suất đầu vào đến khả năng tách LPG và thành phần C3, C4. Khảo sát ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất đầu vào tới khả năng tách LPG. Trong thực tế tại quá trình GPP chuyển đổi thì không chạy tháp chưng C-03 để thu riêng propane và butane để trộn tạo thành LPG. Vì nhu cầu LPG của nước ta chủ yếu để dung làm nhiên liệu đốt nên không yêu cầu quá cao về tỷ lệ propane/butane. Nhà máy xử lý khí Dinh Cố chỉ chạy đến tháp chưng C-02 vừa đảm bảo hiệu quả về kinh tế mà chất lượng của LPG vẫn đảm bảo. Nên đề nghị trong quá trình này chỉ bỏ qua tháp C-03. Chỉ xét đến thành phần của propane và butane thu được trong tháp chưng C-02. Chuyển active specs của tháp chưng C-01 và C-02 sang active thông số nhiệt độ của reboiler. Với các thông số hoạt động của hệ thống được gữi không đổi, khi áp suất đầu vào thay đổi từ 75 bar 109 bar. Xét case study biểu diễn mối quan hệ giữa sự thay đổi áp suất đầu vào tới thành phần của dòng Bupro sản phẩm: Hình 2: case study biểu thị mối quan hệ giữa áp suất dòng vào với thành phần propane và butane. Nhận xét. Khi áp suất tăng lên, thành phần phần mol của propane tăng lên và phần mol của butane giảm xuống. Tại áp suất vận hành 109 bar, phần mol của propane thu được là 0,577; phần mol của butane thu được là 0,215. Tại áp suất 8244 kPa (82,44 bar) thì phần mol của propane và butane cắt nhau. Khi đó phẩn mol của propane là 0,5365 và n-butane là 0,227. Giải thích. Khi áp suất tăng lên, thì Turbo-Expander hoạt động hiệu quả hơn; nhiệt độ của dòng khí sau khi giản được hạ xuống nhiệt độ thấp hơn (giải thích bằng phương trình khí lý tưởng) nghĩa là hỗn hợp được làm lạnh sau hơn, tăng hiệu quả phân tách của hỗn hợp khí. Điều này có thể được minh chứng rõ ràng khi xét sự thay đổi áp suất đầu vào với khả năng phân tách ethane tại tháp C-01. Hình 3: case study nghiên cứu sự thay đổi phần mol ethane có trong dòng sản phẩm đỉnh khi thay đổi áp suất dòng khí đầu vào. Ứng dụng. Trường hợp này có thể được xem xét khi áp suất của dòng vào đột ngột thay đổi từ đó xác định được các hiện tượng xảy ra, và phương án xử lý tiếp theo. Ảnh hưởng của thành phần CO2 đến khả năng phân tách C3, C4 và LPG. Thành phần CO2 có trong thành phần khí đưa vào phụ thuộc vào nguồn gốc của khí tức là phụ thuộc vào từng mỏ khí. Hàm lượng CO2 thay đổi trong một khoảng rất rộng tùy vào từng mỏ khí khai thác. Với khí đồng hành từ dầu mỏ việt nam, hàm lượng CO2 có rất ít rất thuận lợi cho chế biến và sử dụng, an toàn không gây ô nhiễm môi trường. Nếu hàm lượng CO2 có trong khí quá nhiều thì phải tiến hành làm ngọt khí trước khi đưa đi các quá trình chế biến sau này. Do khi khảo sát ảnh hưởng của CO2 đến khả năng phân tách của C3, C4 và LPG cần phải thay đổi thông số đầu vào của thành phần dòng khí. Nên chỉ khảo sát tại vài điểm nồng độ khác nhau của CO2 với các điều kiện công nghệ giữ không đổi. Để đánh giá đến thành phần của C3 và C4 có trong khí sản phẩm. Nồng độ CO2 (Mol fraction) Lưu lượng dòng ra sau tháp V-03 (m3/h) 0.0009 324.6 0.0012 294.46 0.0015 263.90 0.0018 214.67 0.0021 183.32 0.0024 133.66 0.0027 101.43 0.0030 51.40 0.0033 1.96 . Hình 4: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lưu lượng dòng lỏng sau tháp tách V-03 với hàm lượng CO2 Nhận xét: Khi hàm lượng CO2 thay đổi thì phần mol của propane và butane trong sản phẩm đáy không thay đổi nhưng phần lỏng hữu cơ thu được sau tháp tách V-03 bị giảm xuống. Dựa vào đồ thị, khi hàm lượng CO2 tăng lên, lượng lỏng thu được giảm xuống rõ rệt và tiến về 0. Điều đó dẫn đến lượng condensate thu được cũng giảm xuống rõ rệt. Dùng Set và Adjust để điều chỉnh các thông số. Sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số áp suất và nông độ CO2. Nhận thấy rằng chọn áp suất vận hành tại 109 Bar là hợp lý nhất. Case sau khi dùng khảo sát bằng case study có dạng. Hình 5: Sơ đồ khi sử dụng Set. Hình 6: Sơ đồ khi sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt nhiều dong LNG.