Bài giảng Chưng cất phân đoạn NGL

Chưng cất phân đoạn NGL Nội dung Natural-Gas Liquid (NGL) thu được từ khí tự nhiên, trong quá trình xử lý khí tự nhiên. 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). Hysys có thể mô hình hóa trong phạm vi rộng với các thiết bị có cấu hình khác nhau. Trong bài này, nhà máy NGL sẽ bao gồm ba loại tháp chính: Tháp tách metan De-Methanizer (chế độ vận hành và mô hình giống như tháp Reboiler Absorber) Tháp tách Etan De-Ethanizer (tháp chưng luyện Distilation) Tháp tách Propan De-Propanizer (tháp chưng luyện Distilation) Mục tiêu Sau khi hoàn thành xong bài này bạn có thể : Nhập các thông số cho tháp bằng Input Experts. Nhập các tham số cho các tháp nêu trên. Yêu cầu Đã hoàn thành các bài: Gas 1 - Getting Started Gas 2 - Propane Refrigeration Loop Gas 3 - Refrigerated Gas Plant Sơ đồ công nghệ Sơ đồ tháp DC1 - De-Methanizer DC2 - De-Ethanizer DC3 - De-Propanizer Xây dựng mô phỏng Tạo lập cơ sở mô phỏng Mở case mới (New case). Chọn Peng Robinson EOS. Nhập các cấu tử : N2, CO2, C1 - C8. Vào Simulation Environment. Nhập các dòng nguyên liệu 1. Nhập dòng nguyên liệu thứ nhất với các số liệu sau: 2. Nhập tiếp dòng nguyên liệu thứ hai với các thông tin sau: Nhập các tháp De-Methanizer De-Methanizer hoạt động giống như reboiled absorber, có 2 dòng nguyên liệu và một dòng năng lượng (cho reboiler của tháp). 1. Nhập dòng năng lượng với các tham số sau: Biểu tượng tháp Reboiled Absorber 2. Kích đúp vào biểu tượng Reboiled Absorber trên Object Palette. Đầu tiên sẽ xuất hiện giao diện Input Expert. 3. Nhập các thông tin cần thiết trong giao diện như hình sau: Input Expert cung cấp các giao diện để từng bước thiết lập tháp. 4. Bấm phím Next để sang trang tiếp theo. 5. Cung cấp các giá trị áp suất giả định. Nếu sử dụng hệ đơn vị Anh Mỹ thì giá trị của Top Stage Pressure và Reboiler Pressure lần lượt là 330 psia và 335 psia (trong hình là các giá trị theo hệ SI). Phím Next chỉ có giá trị khi đã cung cấp đầy đủ các thông tin cần thiết. 6. Bấm phím Next để sang trang tiếp theo. 7. Nhập các giá trị nhiệt độ giả định như trong hình dưới đây. Trong hệ đơn vị Anh Mỹ nhiệt độ của Top Stage Pressure và Reboiler Pressure là -125oF và 80oF. Nhiệt độ giả định không cần thiết để tính toán tháp, nhưng nó sẽ được thêm vào trong quá trình hội tụ. 8. Bấm phím Next để tiếp tục. 9. Trong case này, sẽ không cần cung cấp thông tin ở trang cuối cùng của mục Input Expert. Sau đó bấm phím Done. Thiết bị Reboiled Absorber cơ bản có DOF đơn. Thông số mặc định là Boilup Ratio. Khi bấm phím Done, hysys sẽ mở giao diện Column Property View. Truy cập vào Monitor page trong Degign tab như hình dưới đây. Trước khi thực hiện hội tụ tháp, bạn chắc chắn rằng các tham số kĩ thuật đã được chọn đầy đủ như trên. Bạn sẽ nhập giá trị của tham số Ovhd Prod Rate. Trong hệ đơn vị Anh Mỹ là 2950 lbmole/hr. Khi giá trị này đã nhập xong tháp sẽ bắt đầu được tính toán và hội tụ. Phần mole của metan trong DC1 Ovhd là gì? Mặc dù tháp chưng đã hội tụ, nhưng nó không phải luôn luôn hoạt động để có các tham số lưu lượng dòng. Những tham số này có thể là kết quả của việc chưa hội tụ tháp hoặc dòng sản phẩm với những đặc tính không mong muốn nếu thay đổi điều kiện dòng nguyên liệu vào tháp. Một cách khác là có thể xác định hoặc thành phần phân đoạn các cấu tử hoặc thành phần thu hồi các cấu tử trong dòng sản phẩm. 1. Chuyển sang Specs page trong Design tab của giao diện Column Property view sẽ hiển thị các đặc tính của tháp. 2. Bấm phím Add trong Column Specifications để nhập các tham số mới. 3. Chọn Column Component Fractions từ danh sách đang hiển thị như hình sau: 4. Bấm phím Add Spec(s) ở phía dưới. 5. Nhập đầy đủ thông tin trong giao diện Comp Frac spec như hình sau: 6. Sau khi hoàn thành, đóng giao diện lại. Trong Monitor page của Column Property view sẽ hiển thị thông tin 0 Degrees of Freedom mặc dù đã nhập đủ các thông số. Điều này có thể do các thông số nhập vào là giả định và không phải là các thông số được kích hoạt. 7. Chuyển sang Monitor page. Ngừng kích hoạt Ovhd Prod Rate và kích hoạt thông số Component Fraction. Tỉ lệ sản phẩm đỉnh DC1 Ovhd như thế nào? Khi tháp hội tụ, bạn có thể hiển thị kết quả trên giao diện của Summary page trong Performance tab như trong hình sau: Pump Bơm sử dụng để đưa sản phẩm từ đáy tháp De-Methanizer sang tháp De-Ethanizer Thiết lập bơm với các tham số đưa ra trong bảng sau: De-Ethanizer Tháp De-Ethanizer giống như tháp chưng luyện, với 16 bậc: 14 đĩa trong tháp, cộng thiết bị gia nhiệt đáy tháp và ngưng tụ ở đỉnh tháp. Tháp làm việc ở áp suất 2760 kPa (400 psia). Sản phẩm ở đáy tháp có tỉ lệ etan trên propan là 0.01. 1. Kích đúp vào biểu tượng Distillation Column trên Object Palette và nhập thông tin như trong bảng sau: Biểu tượng Distillation Column 2. Bấm phím Run để thực hiện tính toán tháp. Lưu lượng của C2 và C3 trong DC2 Btms như thế nào? C2__________, C3__________, Ratio of C2/C3__________ 3. Trong Specs tab, bấm phím Add để nhập các tham số mới. 4. Chọn Component Ratio từ bảng specification type và nhập các thông tin như trong bảng sau: 5. Trong Monitor tab, ngừng kích hoạt tham số Ovhd Vap Rate và kích hoạt tham số tỉ lệ C2/C3 vừa mới nhập vào. Valve Được dùng khi yêu cầu giảm áp suất của dòng DC2 Btm trước khi vào đáy tháp cuối cùng, De-Propanizer. Thêm valve và nhập các thông số: De-Propanizer Tháp tách propan là tháp chưng luyện gồm 25 tầng: 24 đĩa cộng với reboiler (chú ý: toàn bộ lượng lỏng condenser không tính là một đĩa). Tháp làm việc ở 1620 kPa (235 psia). Tháp chưng luyện có hai mục đích. Mục đích đầu tiên là tạo sản phẩm đỉnh chứa ít hơn 1.5 % mole của i-C4 và n-C4. Mục đích thứ hai là nồng độ propane trong sản phẩm đáy ít hơn 2 % mole. Biểu tượng Distillation Column 1. Nhập Distillation Column và cung cấp các thông tin sau: 2. Bấm phím Run để thực hiện tính toán tháp. Phần mol của C3 trong sản phẩm đỉnh và trong sản phẩm đáy là bao nhiêu? 3. Tạo 2 tham số mới trong Component Fraction cho tháp 4. Bỏ kích hoạt tham số Distillate Rate và Reflux Ratio 5. Kích hoạt tham số đã khởi tạo iC4+nC4 và C3 Save your case! Chuyển case sang template và lưu! Advanced Modelling Tháp chưng là một loại đặc biệt của SubFlowSheet trong Hysys. SubFlowSheet gồm thiết bị và các dòng, có thể thay đổi thông tin với Parent Flowsheet thông qua các dòng được kết nối. Từ Main Environment, tháp có thể là đơn, đa nguyên liệu, đa sản phẩm. Trong nhiều trường hợp, bạn có thể xử lý chính xác Column với cách thức này Column SubFlowsheet có nhiều ưu điểm: • Độc lập với quá trình tính toán tháp Môi trường xây dựng tháp giúp bạn tạo những thay đổi và tập trung trên tháp không cần tính toán lại toàn bộ Flowsheet. • Khả năng sử dụng Fluid Packages khác Hysys cho phép bạn định rõ FluidPackage duy nhất cho Column SubFlowsheet (khác từ Main Environment). Điều này hữu ích trong trường hợp tạo lập FluidPackage khác phù hợp hơn với Column (Gas Plant sử dụng PR có thể có cả Amine Contactor vì vậy có thể sử dụng Amines Property Package) hoặc Column không sử dụng tất cả các cấu tử trong Main Flowsheet và vì vậy giảm được số lượng cấu tử đi vào tháp, như thế tính toán tháp sẽ nhanh hội tụ. • Thiết lập mô hình mới theo yêu cầu của người thiết kế Sự có mặt của mũi tên màu xanh hướng lên trên ở thanh công cụ (Button Bar) và trong môi trường: Name (COL1) cho thấy rằng bạn đang ở Column SubFlowsheet. Thêm vào đó, cấu hình mặc định của tháp có thể sử dụng như mô hình mẫu, có thể thiết lập tháp với các mức độ hoàn thiện theo yêu cầu của người thiết kế và nhiều tháp có thể được mô phỏng trong một SubFlowsheet. Ví dụ như một tháp được thay thế Condenser tiêu chuẩn bằng Heat Exchange, hoặc một Ketle Reboiler được thay thế bằng Thermosymphon Reboiler. • Khả năng tính toán đồng thời nhiều tháp Column SubFlowsheet sử dụng các phép tính đồng thời tất cả các thao tác trong một SubFlowsheet. Điều đó cho phép người sử dụng thiết lập nhiều tháp nối với nhau trong SubFlowsheet không phải sử dụng đến công cụ Recycle. Bạn có thể vào Column SubFlowsheet bằng cách bấm phím Column Environment trên Column Property View. Bạn có thể trở lại Parent Environment bằng cách nhấn phím Parent Environment trên giao diện Column Runner view hoặc phím Parent Simulation Environment (mũi tên màu xanh hướng lên trên) trên Button Bar. Khám phá với Simulation Bài tập thử nghiệm Sau khi mô phỏng thiết bị tách Methane, ông chủ sẽ yêu cầu bạn sử dụng Hysys để xác định hệ số UA cho DeMethanizer Reboiler. Giả thiết rằng có 1000 kgmole/h của hơi bão hòa 100 psia cho Shell Side và có độ giảm áp 5 psi trên steam side. Sản phẩm đỉnh tháp Methane phải là 0.96 (mole) Nhớ rằng bạn cần nhập Water vào danh sách các cấu tử, sẽ cần trong DeMethanizer Column SubFlowsheet