Bài giảng Sấy khí bằng TEG

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 Thiết lập dòng vật liệu với các tham số như trong bảng sau: In this cell… Enter… Name Inlet Gas Temperature 30oC (85oF) Pressure 6200 kPa (900 psia) Molar Flow 500 kgmole/h (10 MMSCFD) Component Mole Fraction N2 0.0010 H2S 0.0155 CO2 0.0284 C1 0.8989 C2 0.0310 C3 0.0148 i-C4 0.0059 n-C4 0.0030 i-C5 0.0010 n-C5 0.0005 H2O 0.0000 TEG 0.0000 Nhập dòng TEG vào tháp hấp thụ (TEG Contactor) In this cell… Enter… Name TEG feed Temperature 50oC (120oF) Pressure 6200 kPa (900 psia) LiqVol Flow 0,5 m3/h (2 USGPM) Component Mass Fraction H2O 0.01 TEG 0.99 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. In this cell… Enter Connections Name Saturate Inlets Inlet Gas Water to Saturate Outlet Gas + H2O Parameters Equalize All 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 Name FWKO TK Feed Gas + H2O Vapour Oulet Gas to Contactor Liquid Outlet FWKO Contactor Operation Mô phỏng TEG Contactor. Add Absorber column với các thông số sau: In this cell… Enter Connections Name TEG Contactor No of Stages 8 Top Stage Feed Gas to Contactor Bottom Stage Feed Gas to Contactor Ovhd Vapour Dry Gas Bottoms Liquid Rich TEG Pressures Top 6190 kPa (897 psia) Bottom 6200 kPa (900 psia) 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 Inlet Rich TEG Outlet LP TEG 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: In this cell… Enter Connections Name L/R HEX 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) Regenerator Operation TEG Regenerator được mô phỏng bằng thiết bị Distillation Column. Các thông số như bảng sau: In this cell.. Enter Connections Name TEG Regenerator No of Stages Regen Feed Condenser Type Full Reflux Ovhd Vapour Sour Gas Bottoms Liquid Regen Bttms Condenser Enegy Cond Q Reboiler Enegy Reb Q Pressures Condenser 101 kPa (14 psia) Reboiler 103 kPa (15 psia) First Spec-Tray Temperature State Condenser Spec Value 102oC (215oF) Status Active Second Spec-Tray Temperature Stage Reboiler Spec Value 205oC (400oF) Status Active Third Spec-Reflux Ratio Spec Value 1.0 Molar Status Estimate Fourth Spec-Draw Rate Draw Sour Gas Spec Value 1kgmole/h (0.02 MMSCFD) Status Estimate Mixer Operation Do TEG bị mất mát nên phải có một dòng bổ sung để duy trì cân bằng vật chất. Nhập Material Stream với các thông số sau: In this cell… Enter Connections Name Makeup TEG Temperature 15oC (60oF) Compenent Mole Fraction TEG 0.99 H2O 0.01 Nhập Mixer với các thông số sau: In this cell… Enter Connections Inlets Makeup TEG Lean from L/R Outlet TEG to Pump 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 Inlet TEG to Pump Oulet Pump Out Energy Pump Q 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: In this cell… Enter Connections Tube Side Inlet Pump Out Tube Side Outlet TEG to Recycle Shell Side Inlet Dry Gas Shell Side Outlet Sales Gas 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. Click đúp vào biểu tượng Recycle. Trong Connections tab điền các thông tin như hình sau: Chuyển đến Tolerance page trong Parameters Tab và thực hiện như hình dưới đây: Câu hỏi: 1. Phân đoạn hơi của dòng Gas + H2O 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. Add Component Splitter với các giá trị như sau: In this cell… Enter Connections Name Remove TEG Inlet Sales Gas Overhead Outlet TEG Only Bottoms Outlet Water Dewpoint Energy Split Q 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 Add Separator để tách nước ngưng. In this cell… Enter Connections Feed Water Dewpoint 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?