Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
1 | P a g e

1
LHDK52 – Nhóm 5
Lời Mở Đầu
Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hòa hơi
nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào ấp suất, nhiệt độ, và thành phần hóa học
của khí. Mỗi một giá trị nhiệt độ và áp suất tương ứng với hàm lượng nước cực đại
có thể nhất định. Hàm lượng ẩm tương ứng với hơi nước bão hòa tối đa được gọi là
độ ẩm cân bằng.
Hàm lượng hơi nước trong khí đồng hành và khí thiên nhiên cần phải biết vì
hơi nước có thể bị ngưng tụ trong các hệ thống công nghệ xử lý sau này, hình thành
các hydrat ( các tinh thể chất rắn ) dễ đóng cục chiếm các khoảng không trong các
ống dẫn hay các thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thường đối với các dây
chuyền khai thác, vận chuyển và chế biến khí. Ngoài ra sự có mặt của hơi nước và
các hợp chất chứa lưu huỳnh ( H
2
S và các chất khác ) sẽ là tiền đề thúc đẩy ăn mòn
kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng của các thiết bị, công trình.
Trước những nguy cơ về tác hại to lớn của hơi nước có mặt trong khí thiên
nhiên và khí đồng hành trong các quy trình công nghệ thì việc làm khô khí sao cho
đạt yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật là một nhiệm vụ bắt buộc để đảm bảo khả năng
hoạt động ổn định và hiệu quả của các dây chuyền công nghệ chế biến các sản phẩn
khí sau này. Khí được sấy khô với mục đích tách hơi nước và tạo ra cho khí có nhiệt
độ điểm sương theo nước thấp hơn với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí được vận
chuyển hay chế biến.
Do vậy, mục đích của đồ án này là thiết kế một sơ đồ công nghệ làm khô khí
bằng phương pháp Hấp thụ dùng MonoEtylenGlycol (MEG) bằng phần mềm mô
phỏng Hysys.
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG

2 | P a g e

2
LHDK52 – Nhóm 5
Chương I - Tổng quan về quá trình công nghệ sấy khô khí

I. Cơ sở lý thuyết
Hydrat là những hợp chất có thể tồn tại một cách bền vững dưới dạng tinh thể.
Thực chất là những dung dịch rắn, trong đó các phân tử nước dung môi nhờ các liên
kết hydro tạo thành “khung” hydrat. Trong các khoang của khung này các phân tử
khí có khả năng tạo hydrat như metan, etan, propan, isobutan, nitơ, H
2
S, CO
2
, argon
sẽ chiếm chỗ. Các hydrocacbon với phân tử của nó có thể xâm nhập vào “khung”
cùng với các phân tử khí có kích thước nhỏ hơn, dẫn tới thay đổi áp suất cân bằng
trên các hydrat. Mức độ chiếm chỗ trong khung của các phân tử khí tạo hydrat đối
với thành phần khí đã cho chủ yếu phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ của hệ. Các
tinh thể hydrat hình thành trên bề mặt phân chia pha của hệ khí-nước. Nước tự do
còn lại sau khi đã hình thành các hydrat chỉ tiếp tục chuyển thành trạng thái hydrat
khi có sự khuấy trộn các pha và khi có những điều kiện nhiệt động thích hợp. Khi
không có sự khuấy trộn thì quá trình khuếch tán của khí qua lớp màng cứng của các
hydrat rất khó khan và sự phát triển liên tục của các hydrat sẽ không xảy ra.
Điều kiện hình thành các hydrat ngoài ra còn phụ thuộc vào hàm lượng của
muối có trong nước, hàm lượng của chúng tăng sẽ dẫn đến giảm nhiệt độ bắt đầu
tạo thành hydrat. Nhiệt độ này cũng phụ thuộc vào thành phần khí, ví dụ nhiệt độ
bắt đầu tạo thành hydrat của metan khi có mặt propan, CO
2
, H

2
S sẽ thấp hơn so với
khi vắng mặt các chất này. Hình dạng của hydrat rất đa dạng, nó được xác định bởi
thành phần khí và các điều kiện nhiệt động học. Thông thường về hình dạng chúng
giống như nước đá hay tuyết âm nén.
Nhằm ngăn ngừa sự hình thành các hydrat người ta sử dụng rộng rãi phương
pháp ức chế tức là phương pháp đưa vào dòng khí các chất khác nhau gọi là các
chất ức chế làm hạ nhiệt độ tạo thành hydrat như methanol, glycol … và phương
pháp làm khô (tách nước) khí dựa trên cơ sở tách hơi nước ra khỏi khí bằng các chất
hấp thụ lỏng hoặc rắn.
- Phương pháp ức chế: thực chất là cho chất ức chế vào dòng khí ẩm, chất ức chế
sẽ tan trong nước tự do, kết quả là làm giảm áp suất hơi nước và hạ nhiệt độ tạo
thành hydrat. Hiện nay các chất ức chế ngăn ngừa sự tạo thành hydrat thông dụng
nhất là:
o Sử dụng chất ức chế là methanol, cần có khu vực khử hydrat và khu vực
khử axit.
o Sử dụng chất ức chế glycol
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
3 | P a g e

3
LHDK52 – Nhóm 5
Trong thực tế thường sử dụng các loại glycol: EG, DEG,TEG với nồng độ
khoảng 60 - 80 % khối lượng. Việc lựa chọn một loại glycol sử dụng đạt
hiệu quả cao chomột quá trình xử lý khí nào đó phụ thuộc vào :
 T đông đặc và độ nhớt của dung dịch glycol ;
 độ hạ T tạo hydrate đối với nồng độ glycol đã cho ;
 khả năng hòa tan của glycol trong HC ngưng tụ ;
 thành phần khí.
Độ hạ T điểm sương của khí phụ thuộc vào loại chất ức chế,nồng độ của nó và

T khí tiếp xúc với chất ức chế .
Những ưu điểm mà các glycol có được
Glycol Metanol
Không gây độc với người và môi
trường.
Gây độc hại với người và môi trường.
Có áp suất hơi bão hòa rất thấp và có
khả năng thu hồi rất cao bằng phương
pháp vật lí đơn giản là cô đặc các dung
dịch nước chứa glycol.
Áp suất hơi bão hòa cao do vậy khó
tách ra khỏi dòng khí, việc tái sinh nó
rất phức tạp nên việc tiêu hao chất ức
chế là lớn.
Nhiệt độ sôi cao nên khó bị bay hơi.
Tránh mất mat khỏi thiết bị.
Nhiệt độ sôi thấp nên khả năng thất
thoát là rất cao.
Không gây ăn mòn cho thiết bị. Một số phân xưởng đôi khi cần thiết kế
thêm các thiết bị loại axit có thể sinh
ra.

- Phương pháp hấp phụ: các phương pháp hấp phụ cho phép đạt điểm sương theo
ẩm trong khoảng 100–200
o
C và sấy sâu khí đến điểm sương -85 ÷ -100
o
C. Các
chất hấp phụ có thể chia thành : Boxit là khoáng thiên nhiên chứa chủ yếu là oxit
nhôm ; oxit nhôm hoạt hóa là Boxit đã làm sạch ; các loại Gel là những hợp chất

cấu tạo từ oxit silic và alumogel ; các rây phân tử là các zeolite. Các chất hấp phụ
có bề mặt riêng rất lớn ( 500-800 m
2
/g ) và bề mặt này được tạo thành từ các mao
quản hay mạng tinh thể. Các quá trình hấp phụ có thể thực hiện gián đoạn trong
các thiết bị với tầng thấp hấp phụ cố định hoặc liên tục với các thiết bị chứa các
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
4 | P a g e

4
LHDK52 – Nhóm 5
lớp hấp phụ chuyển động. Tuy nhiên các quá trình liên tục rất ít khí được sử dụng
do các thiết bị công nghệ rất phức tạp.

- Phương pháp thẩm thấu khí: Cho đến nay, quá trình dehydrat hóa bằng thẩm thấu
khí hầu như không còn được sử dụng trong công nghiệp xử lý khí nữa do những
yêu cầu kỹ thuật quá cao của quá trình. Để déshydrat hóa khí bằng thẩm thấu phải
lựa chọn những hợp chất cao phân tử thích hợp có αij rất lớn, khoảng 200.000 (với
loại màng mỏng đồng thể và không hề có khuyết tật) và khoảng 300 ÷ 500 (với
loại chùm sợi rỗng). Hơn nữa, phải chấp nhận một lượng C
1
thẩm thấu qua màng
lọc để màng lọc được chọn có bề mặt riêng không quá lớn.

- Phương pháp hấp thụ: phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để sấy khô
khí tại các công trình ống dẫn khí cũng như trong các nhà máy chế biến khí. Chất
hấp thụ sấy khô là những dung dịch nước đậm đặc của mono- , di- và
trietylenglycol. Sự sấy khô khí bằng các chất hấp thụ này dựa trên sự khác biệt về
áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí và trong chất hấp thụ. Giá trị
điểm sương của khí được đảm bảo bằng dung dịch Glycol.

So sánh ưu nhược điểm của các dung môi hấp thụ nước:

Ưu đi
ể
m

Như
ợ
c đi
ể
m

MEG
Ít tan trong khí ngưng tụ. Dung
dịch đậm đặc không bị đông đặc.
Độ nhớt thấp tăng khả năng tiếp
xúc với hỗn hợp khí. Có khả năng
ngăn ngừa tạo hidrat cao hơn DEG
và TEG
Áp suất hơi bão hòa cao
hơn DEG và TEG. Nhưng
độ hòa tan trong HC cao
hơn DEG và TEG
DEG
Độ hút ẩm cao, khá bền khi có mặt
các hợp chất lưu huỳnh, O
2
và
CO
2

ở nhiệt độ thường. Dung dịch
đậm đặc không bị đông đặc. ở
nhiệt độ cao có độ chọn lọc cao
Tiêu hao do thất thoát cao
hơn TEG. Khi tái sinh khó
thu được DEG nồng độ
>95%. Điểm sương thấp
hơn so với TEG. Giá thành
cao
TEG
Độ hút ẩm cao. Tạo điểm sương
cho khí sấy cao (27.8 – 47.3
o
C) độ
bền cao khi có mặt các hợp chất
lưu huỳnh, O
2
và CO
2
ở nhiệt độ
Đòi hỏi chi phí đầu tư cao.
Dung dịch TEG có khả
năng tạo màng khi có mặt
các HC nhẹ. Độ hòa tan
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
5 | P a g e

5
LHDK52 – Nhóm 5

Ưu đi
ể
m

Như
ợ
c đi
ể
m

bình thường. Khi tái sinh dễ thu
được nồng độ cao >99%. Dung
dịch không bị đông đặc. Độ bay
hơi TEG thấp hơn DEG
của các HC nhẹ trong TEG
cao hơn DEG
Metanol
Giá thành rẻ. Được sử dụng chủ
yếu trong các hệ thống vận
chuyển. Điều kiện thường dung
dịch đậm đặc không bị đông đặc.
Có độ nhớt thấp nhất nên khả nẳng
tiếp xúc với hỗn hợp khí là cao
hơn các glicol
Có áp suất riêng phần cao
lên khó tách ra khỏi khí khi
tái sinh. Tiêu hao lớn

Đặc tính vật lý của các Glycol và Metanol (dùng làm khô khí)
Đ

Ặ
C TÍNH V
Ậ
T
LÝ
MEG DEG TEG TREG METANOL
Công thức
H
3
C-
CH
2
-
CH
2
-OH
HO-
(CH
2
-
CH
2
-
O)
2
-H
HO-
(CH
2
-

CH
2
-
O)
3
-H
HO-
(CH
2
-
CH
2
-
O)
4
-H
CH
3
OH

KLPT

62.1 106.1 150.2 194.2 32.04
Đi
ể
m sôi
ở

áp
suất 760mmHg,

(
o
C)
197.3 224.8 285.5 314 64.5
Áp su
ấ
t hơi
ở

25
o
C, (mmHg)
0.12 <0.01 <0.01 <0.01 120
Kh
ố
i lư
ợ
ng riêng
ở 25
o
C, (g/ml)
1.110 1.113 1.119 1.120 0.790
Kh
ố
i lư
ợ
ng riêng
ở 25
o
C,

(pound/usgall)
9.26 9.29 9.34 9.34 6.59
Đi
ể
m đông đ
ặ
c,
(
o
C)
-13.3 -8.3 -7.2 -5.6 -97.8
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
6 | P a g e

6
LHDK52 – Nhóm 5
Đ
Ặ
C TÍNH V
Ậ
T
LÝ
MEG DEG TEG TREG METANOL
Độ
nhớt
động
lực
(cP)

25

o
C

16.5
28.2 37.3 44.6 0.52

60
o
C

4.68
6.99 8.77 10.2 -
S
ứ
c căng b
ề

m
ặ
t
ở 25
o
C (dyn/cm)
47 44 45 45 22.5
Ch
ỉ

s
ố

khúc x
ạ

ở

25
o
C
1.430 1.446 1.457 1.457 20.328
Nhi
ệ
t dung riêng
ở 25
o
C (kj/kg.
o
C)
0.75 0.71 0.69 0.67 0.78
Đi
ể
m ch
ớ
p cháy
cốc kín (
o
C)(flash
point)
115.6 123.9 1.769 204.4 12.0
Đi
ể

m ch
ớ
p cháy
côc hở (
o
C) (fire
point)
118.3 143.3 165.6 190.6 -
Nhiệt
độ
phân
hủy
o
F 329 328 404 460 -
o
C 165 206.7 206.7 237.8 -










Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
7 | P a g e

7

LHDK52 – Nhóm 5
II. Sơ đồ nguyên tắc công nghệ sấy khô khí bằng phương pháp hấp thụ
dùng Glycol [1]

Thiết bị Dòng vật chất
1. Tháp hấp thụ I. Khí nguyên liệu ẩm
2, 4. T.Bị Trao đổi nhiệt II. Khí đã làm khô
3. TB thổi khí để tách HC hòa tan III. Dòng glycol giàu
5. Tháp tái sinh IV. Dòng khí thổi ra
6. TB gia nhiệt V. Dòng glycol bổ sung nếu cần
7. TB làm nguội VI. Dòng glycol tái sinh (glycol nghèo)
8. Bồn chứa VII. Dòng hơi nước (chứa 1 ít glycol)
9. Bơm
Điều kiện hoạt động
- Tháp hấp thụ (1):
+ Nhiệt độ thấp (15 – 38
o
C)
+ Áp suất cao (60 – 85 bar)
- Tháp tái sinh (5):
+ Nhiệt độ cao: T
đỉnh
(115
o
C) ≤ T
đáy
≤ T
p.hủy glycol

+ Áp suất thấp (1 – 1.2 bar)

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
8 | P a g e

8
LHDK52 – Nhóm 5
Chương II - Tính toán các thông số cơ bản của tháp làm
khô khí bằng phương pháp hấp thụ dùng
MonoEtylenGlycol
I. Dữ liệu ban đầu :[3]
- Thành phần khí :
Cấu tử C
1
C
2
C
3
n-C
4
i-C
4
n-C
5
n-C
6
N
2
He
%V 82.0 4.7 3.8 2.5 2.8 1.5 1.2 1.0 0.5

- Nhiệt độ khí nguyên liệu : 50
o
C
- Lưu lượng khí nguyên liệu : 5.10
6
m
3
/ngày đêm
- Áp suất khí nguyên liệu : 68 Bar
- Áp suất khí khô : 66 Bar
- Điểm sương khí khô : 10
o
C
- Chất hấp thụ MEG (Mono Etylen Glycol)
- Lưu lượng riêng chất hấp thụ 30 Kg/Kg H
2
O

II. Yêu cầu tính :
- Nồng độ tối thiểu của Glycol
- Lượng dung dịch tuần hoàn/h (kg/h, kmol/h)
- Số đĩa lý thuyết của tháp
- Đường kính tháp
- Chiều cao tháp

III. Các bước tính toán [1]
Bước 1 : Cụ thể hóa các số liệu ban đầu
 Lưu lượng khí nguyên liệu 5.10
6
m

3
/ngày đêm = 208333,33 m
3
/h
 Áp suất khí nguyên liệu 68 Bar = 6,8 MPa
 Áp suất khí khô 66 Bar = 6,6 Mpa
 Khối lượng phân tử trung bình của khí nguyên liệu
=∗


Trong đó : M
i
khối lượng phân tử của cấu tử i
C
i
phần trăm cấu tử i
o M = 21,68 đvc
o Tỷ trọng khí (coi tỷ trọng bằng khối lượng riêng)
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
9 | P a g e

9
LHDK52 – Nhóm 5
=
∗

=
21,68∗68
8,314∗(273+50)
=0,55

Bước 2 : Xác định nồng độ Glycol tái sinh tối thiểu
Dựa vào nhiệt độ tiếp xúc (được nhận bằng nhiệt độ của khí cần sấy khô) và
điểm sương của khí đã sấy khô để xác định nồng độ của Glycol tái sinh tối thiểu α
min

cần để thu được điểm sương cho trước của khí thông qua sơ đồ hình II.5 (trang 96 –
[1]), giản đồ này phản ánh các giá trị cân bằng, mà trong điều kiện thực tế không đạt
được, nên để xác định nồng độ Glycol theo đồ thị này ta phải nhận điểm sương của
khí thấp hơn giá trị đã cho 5-8
o
C.
Ta chọn nhiệt độ điểm sương thấp hơn giá trị đã cho 8
o
C, tức nhiệt độ điểm
sương là 2
o
C. Dựa vào đồ thị hình II.5 suy ra :
Nồng độ Glycol tái sinh tối thiểu α
min
= 96%

Bước 3 : Xác định hàm ẩm của khí cần sấy khô
Dựa vào đồ thị hình II.1 (trang 90 – [1]) xác định hàm ẩm của khí cần sấy khô
ω
1
và của khí đã sấy khô ω
2
(Do tỷ trọng của khí là 0,55 nhỏ hơn 0,6 nên ta không cần
hệ số hiệu chỉnh hàm ẩm)

Với khí nguyên liệu ở điều kiện T = 50
o
C ; 6,8 Mpa
ω
1
= 1,65 g/m
3
= 0,00165 kg/m
3

Với khí khô ở áp suất 6,6 MPa và có nhiệt độ điểm sương là 10
o
C
ω
2
= 0,19 g/m
3
= 0,00019 kg/m
3


Bước 4 : Tính lưu lượng chất hấp thụ tái sinh
L
1
= V*( ω
1
- ω
2
)*l (kg/h)
Trong đó : V là thể tích khí nguyên liệu (m

3
/h)
l là lưu lượng riêng chất hấp thụ (kg/kg H
2
O)
ω
1
, ω
2
là hàm ẩm của khí cần sấy khô và khí đã sấy khô (kg/ m
3
)
o L
1
= 208333,33*(0,00165 – 0,00019 )*30 = 9125 (kg/h)

Bước 5 : Tính nồng độ Glycol bão hòa xác định theo phương trình cân bằng vật
chất dựa trên độ ẩm trong pha lỏng và khí
α

=
L

α

L

+
(
ω


−ω

)
V

Ta chọn nồng độ ban đầu của dung dịch Glycol là α
1
= 99% lớn hơn nồng độ tối thiểu
của Glycol là α
min
= 96%
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
10 | P a g e

10
LHDK52 – Nhóm 5
Từ đó suy ra :
α

=
L

α

L

+
(
ω


−ω

)
V
=
9125∗99
9125+
(
0,00165−0,00019
)
∗208333,33
=95,8%

Bước 6 : Tính lượng dung dich Glycol bão hòa sau khi hấp thụ


=L

+
(
ω

−ω

)
V


=9125+

(
0,00165−0,00019
)
∗208333,33=9429,2kg/h

Bước 7 : Tính hằng số cân bằng theo phương trình
K=
ω

{
(
1−α

)
M

+18α

}
748,44M

(
1−α

)

Trong đó M
0
là khối lượng phân tử của chất hấp thụ M
MEG

= 62 đvc
K=
0,19{
(
1−0,99
)
62+18∗0,99}
748,44∗62
(
1−0,99
)
=7,55.10



Bước 8 : Xác định yếu tố hấp thụ A theo công thức
A=
L

KV


Trong đó :
L
’
là lưu lượng lỏng dung môi vào tháp tính ra Kmol/h
V
’
lưu lượng khí cần làm khô tính ra Kmol/h
- Xác định L

’
từ L
1
: theo tính toán ở trên ta có L
1
= 9125 kg/h. Khối lượng phân
tử trung bình của dung môi hấp thụ được tính theo công thức
M

=
∗∗

=61,56
o L

=




=

,
=148,23kmol/h
- Xác định V
’
từ V : theo trên ta có V = 208333,33 m
3
/h.
o V


=

,
=
,
,
=8827,7 kmol/h
Vậy :
A=
148,23
7,55.10

∗8827,7
=2,224

Bước 9 : Hệ số tách ẩm thực tế của quá trình hấp thụ


=
ω

−ω

ω

=
1,65−0,19
1,65
=0,885

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
11 | P a g e

11
LHDK52 – Nhóm 5
Bước 10 : Hệ số tách lý thuyết khi tính toán có chú ý đến lượng nước trong
glycol tái sinh


=


∗



−∗


Trong đó : X
0
là nồng độ phần mol của nước trong chất hấp phụ tái sinh


=
1−α

18
1−α


18
+
α

62
=
1−0,99
18
1−0,99
18
+
0,99
62
=0,0336
Y
n+1
là phần mol nước trong khí cần sấy khô
Ta có : ω

= 1,65 g/m
3
= 0,092 mol/m
3

Mặt khác 1m
3
khí nguyên liệu có số mol là : n = 1*0,55*10
3
/21,68 = 25,369 mol
o Y

n+1
= 0,092/25,369 = 3,626.10
-3

o 

=
,∗,∗

,∗

,∗

∗,
=0,95

Bước 11 : Tính số đĩa lý thuyết
Ta có : 

=







o (n+1)lg = 








o n = 3,05

Bước 12 : Tính số đĩa thực tế
Theo kinh nghiệm thực tế thì hiệu suất làm việc của đĩa là từ 0,25-0,4
Ta chọn hiệu suất làm việc của đĩa là : ȵ = 0,35
n

=


ȵ
=
3,05
0,35
=8,7
Vậy số đĩa thực tế của tháp hấp thụ là 9 đĩa
Bước13 : Tính đường kính tháp hấp thụ
=0,0114

0,1
ω.P
()
Trong đó : Q là lưu lượng khí nguyên liệu m
3
/s

T là nhiệt độ khí nguyên liệu K
P áp suất khí Mpa
ω vận tốc tuyến tính của dòng khí trong tháp (0,05-0,15 m/s)
Chọn ω = 0,13 m/s
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
12 | P a g e

12
LHDK52 – Nhóm 5
o =0,0114

,
.
=0,0114

,∗
,

∗
,∗,
=0,524
Bước 14 : Tính chiều cao tháp hấp thụ
H = N
tt
*d + h
Trong đó : d là khoảng cách giữa 2 đĩa 0,5-0,6 m
h là chiều cao vòm đỉnh và đáy tháp 1-1,2 m
Chọn d = 0,6 m và h = 1,2 m
o H = 9*0,6 + 1,2 = 6,6 m
Vậy chiều cao tháp là 6,6 m

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
13 | P a g e

13
LHDK52 – Nhóm 5
Chương III - Mô phỏng quá trình công nghệ làm khô khí
bằng MEG bằng phần mềm Hysys
I. Thông số đầu vào của dòng, thiết bị :[3]
- Thành phần khí :
Cấu tử C
1
C
2
C
3
n-C
4
i-C
4
n-C
5
n-C
6
N
2
He
%V 82.0 4.7 3.8 2.5 2.8 1.5 1.2 1.0 0.5

- Nhiệt độ khí nguyên liệu : 50
o
C
- Lưu lượng khí nguyên liệu : 5.10
6
m
3
/ngày đêm
- Áp suất khí nguyên liệu : 68 Bar
- Áp suất khí khô : 66 Bar
- Điểm sương khí khô : 10
o
C
- Chất hấp thụ MEG ( Mono Etylen Glycol )
- Lưu lượng riêng chất hấp thụ 30 Kg/Kg H
2
O
Điều kiện hoạt động
- Tháp hấp thụ:
+ Nhiệt độ thấp (15 – 38
o
C)
+ Áp suất cao (60 – 85 bar)
- Tháp tái sinh:
+ Nhiệt độ cao: T
đỉnh
(115
o
C) ≤ T
đáy

≤ T
p.hủy glycol

+ Áp suất thấp (1 – 1.2 bar)

II. Sơ đồ PFD sau khi đã rút gọn:


Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
14 | P a g e

14
LHDK52 – Nhóm 5
III. Tiến hành mô phỏng:
1. Định nghĩa cơ sở mô phỏng:
Sử dụng hệ nhiệt động Peng-Robinson với các cấu tử như sau: C
1
, C
2
, C
3
, n-C
4
,
i-C
4
, n-C
5
, n-C
6

, N
2
, He, EGlycol, H
2
O.
2. Nhập các dòng nguyên liệu:
Do khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hòa hơi
nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào ấp suất, nhiệt độ, và thành phần hóa
học của khí. Mỗi một giá trị nhiệt độ và áp suất tương ứng với hàm lượng nước
cực đại có thể nhất định nên:
- Sử dụng đồ thị II.1 (trang 90-[1]) như trong bước 3, ta xác định được hàm
lượng nước trong khí nguyên liệu là 0,00165 (kg/m
3
), suy ra lưu lượng nước
trong khí nguyên liệu là: 0,00165*208333.33/18 = 19,09 (kmol/h).
- Ta sẽ nhập 2 dòng khí đầu vào gồm khí nguyên liệu (chưa tính lượng nước) và
hàm ẩm của nó, sau đó cho qua máy trộn để được dòng khí nguyên liệu thực:
a. Dòng “khi nguyen lieu”
Name

khi nguyen lieu

Worksheet / Condition


Temperature 50
o
C
Pressure 6800 kPa
Molar Flow 8828 kgmole/h

Worksheet /
Composition
Mole Fractions
C
1
0.820
C
2
0.047
C
3
0.038
n-C
4
0.025
i-C
4
0.028
n-C
5
0.015
n-C
6
0.012
N
2
0.010
He 0.005
EGlycol 0.000
H

2
O 0.000


Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
15 | P a g e

15
LHDK52 – Nhóm 5

b. Dòng “ham am”
Name

ham am

Worksheet / Condition


Temperature 50
o
C
Molar Flow 19.09 kgmole/h
Worksheet /
Composition
Mole Fractions
C
1
0.000
C
2

0.000
C
3
0.000
n-C
4
0.000
i-C
4
0.000
n-C
5
0.000
n-C
6
0.000
N
2
0.000
He 0.000
EGlycol 0.000
H
2
O 1.000

3. Nhập các thiết bị:
a. Mixer
Nhập một thiết bị trộn với các thông số sau:
Name

Mix
-
100

Design

/

Connection


Inlets
khi nguyen lieu
ham am
Outlets khi nglieu sau tron
Design

/

Parameter


Automatic Pressure Assignment Equalize All
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
16 | P a g e

16
LHDK52 – Nhóm 5

b. Cooler
Qua thử nghiệm mô phỏng cùng với điều kiện vận hành tháp hấp thụ từ 15 –
38
o
C, ta nhập một thiết bị làm lạnh để đảm bảo dòng khí nguyên liệu ở nhiệt
độ làm việc của tháp.
Name lam lanh1
Design / Connection

Inlet khi nglieu sau tron
Outlet khi vao tach nc tu do
Energy Q1
Design / Parameter

Delta P 0 kPa
Worksheet / Condition


Temperature (khi vao tach nc tu do) 30
o
C

c. Separator
Nhập bình tách để tách nước tự do trong dòng khí nguyên liệu, đảm bảo cho
dòng khí nguyên liệu vào tháp hấp thụ không có lẫn pha lỏng.
Name tach nc tu do
Design / Connection

Inlets khi vao tach nc tu do
Vapour Outlets khi di hap thu

Liquid Outlets nc tu do

d. Absorber Column
Name thap hap thu
Design / Connection

No. of Stage 9
Top stage inlet

Glycol ngheo

Bottom stage inlet

khi di hap thu
Ovhd Vapour outlet
Khi kho
Bottom liquid oulet

Glycol giau1
Pressure

Top 6600 kPa
Bottom 6800
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
17 | P a g e

17
LHDK52 – Nhóm 5
Rating / Tray Sections

Diameter 0.5 m

e. Valve
Nhập một van giảm áp để giảm áp suất của dòng “glycol giau1” xuống áp
suất phù hợp với điều kiện của tháp tái sinh (từ 1 – 1,2 bar).
Name VLV-100
Design / Connection

Inlet Glycol giau1
Outlet Glycol P thap
Worksheet / Condition


Pressure (Glycol P thap) 110 kPa


f. Heat Exchanger
Nhập 1 thiết bị trao đổi nhiệt để đun nóng sơ bộ dòng “Glycol P thap” bằng
dòng nóng ra khỏi đáy tháp tái sinh.
Name Trao doi nhiet1
Design / Connection

Tube Side Inlet Glycol ngheo1
Tube Side Outlet Glycol ngheo2
Shell Side Inlet Glycol P thap
Shell Side Outlet Glycol giau2
Design / Parameter

Heat Ex. Mode Weighted
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG

18 | P a g e

18
LHDK52 – Nhóm 5
Worksheet / Condition


Pressure (Glycol ngheo2) 40 kPa
Temperature (Glycol giau2) 115
o
C

g. Seperator
Nhập thêm một thiết bị tách để đuổi khí HC hòa tan trong giòng glycol giàu
ra khỏi tháp hấp thụ.
Name Thap tach HC
Design / Connection

Inlets Glycol giau2
Vapour Outlets HC thoi ra
Liquid Outlets Glycol giau3
Worksheet / Condition


Pressure (Glycol giau3) 110 kPa

h. Distillation Column
Nhập 1 tháp chưng cất để thực hiện việc tái sinh glycol giàu với điều kiện
vận hành cho ở trên.
Name Thap tai sinh

Design / Connection

No. of Stages 9
Inlet Streams Glycol giau3
Reb. Ener. Stream Reb Q
Bott. Liquid Outlet Glycol ngheo1
Condender Full Rflx
Ovhd Vapour Outlet Hoi nuoc
Cond. Ener. Stream Cond Q
Optional Side Draws Sp suon thap ts
Draw Stage 3
Pressure

Cond. Pressure 70 kPa
Cond. Pressure Drop 15 kPa
Reb. Pressure 100 kPa
Temperature

Reb. Tem. Estimate 160
o
C
Refulx Ratio 1.5
Vapour Rate 0.3 kgmole/h
Design / Specs

Sp suon thap ts (Spec. Value) 45 kgmole/h
Parameters / Profiles

Temp. 7_MainTS 160
o

C
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
19 | P a g e

19
LHDK52 – Nhóm 5
8_MainTS 160
o
C
9_MainTS 160
o
C



i. Mixer
Nhập một thiết bị trộn thứ 2 để đảm bảo lưu lượng và nồng độ của dòng
glycol nghèo tái sinh để sử dụng được cho tháp hấp thụ.
Name

Mix
-
101

Design

/

Connection

Inlets
Glycol bo sung
Glycol ngheo2
Outlets Glycol ngheo P thap
Design

/

Parameter


Automatic Pressure Assignment Equalize All
Worksheet / Condition


Temperature (glycol bo sung) 20
o
C
Pressure (glycol ngheo2) 40 kPa

j. Pump
Nhập một bơm để tăng áp suất của dòng glycol tái sinh tới áp suất làm việc
của tháp hấp thụ.
Name P-100
Design / Connection

Inlet Glycol ngheo P thap
Outlet Glycol ngheo P cao
Energy Pump Q

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
20 | P a g e

20
LHDK52 – Nhóm 5
Worksheet / Condition


Pressure (Glycol ngheo P cap) 6670 kPa

k. Cooler
Nhập một thiết bị làm lạnh thứ 2 để làm lạnh dòng glycol nghèo tái sinh tới
nhiệt độ làm việc tháp hấp thụ.
Name lam lanh2
Design / Connection

Inlet Glycol ngheo P cao
Outlets Glycol ngheo
Energy Q2
Design / Parameter

Delta P 70 kPa
Worksheet / Condition

Temperature (glycol ngheo) 25
o
C
Pressure (glycol ngheo) 6600 kPa
Molar Flow (glycol ngheo) 148.2 kgmole/h
Worksheet / Composition

/ glycol
ngheo
Mole Fractions
C
1
0.000
C
2
0.000
C
3
0.000
n-C
4
0.000
i-C
4
0.000
n-C
5
0.000
n-C
6
0.000
N
2
0.000
He 0.000
EGlycol 0.990

H
2
O 0.010







Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
21 | P a g e

21
LHDK52 – Nhóm 5
IV. Kết quả và phân tích

Dựa vào bảng Datasheet của dòng khí đã làm khô ta thấy rằng lượng hàm lượng
nước trong khí nguyên liệu sau khi qua xử lý đã giảm hẳn, phần trăm thể tích của
nước trong khí đã làm khô là 0% và coi như mục đích của quá trình đã thực hiện
được.
Tuy nhiên, quá trình mô phỏng thiết kế vẫn còn nhiều vấn đề cần được khắc
phục như: việc tối ưu các thiết bị chưa thực hiện được, quá trình tính toán bằng tay
và mô phỏng còn nhiều điểm chưa so sánh được,….

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
22 | P a g e

22
LHDK52 – Nhóm 5

Phụ lục (đính kèm)
1. Sơ đồ PFD có show table:

2. Workbook
3. Case Studies
Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
23 | P a g e

23
LHDK52 – Nhóm 5
Tài liệu tham khảo
[1]. MA. Berlin, VG. Gortrencop, HP. Volcop. Người dịch – Hoàng Minh Nam,
Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Đình Soa, Phan Minh Tân. Hiệu đính – Nguyễn Đình
Soa. Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí dầu mỏ, ĐHKT-TPHCM.
[2]. Nguyễn Thị Minh Hiền (2004), Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng
hành, NXB KHKT, Hà Nội.
[3]. Số liệu từ thầy giáo, TS. Nguyễn Danh Nhi, ĐH Mỏ Địa Chất.
[4]. Process Modeling using HYSYS.
[5]. Nguồn Internet.

Mô phỏng HYSYS quá trình làm khô khí bằng pp hấp thụ MEG
24 | P a g e

24
LHDK52 – Nhóm 5
Mục lục
Lời Mở Đầu 1
Chương I - Tổng quan về quá trình công nghệ sấy khô khí 2
I. Cơ sở lý thuyết 2
II. Sơ đồ nguyên tắc công nghệ sấy khô khí bằng phương pháp hấp thụ dùng Glycol [1] . 7

Chương II - Tính toán các thông số cơ bản của tháp làm khô khí bằng phương pháp hấp thụ
dùng MonoEtylenGlycol 8
I. Dữ liệu ban đầu :[3] 8
II. Yêu cầu tính : 8
III. Các bước tính toán [1] 8
Chương III - Mô phỏng quá trình công nghệ làm khô khí bằng MEG bằng phần mềm Hysys
13
I. Thông số đầu vào của dòng, thiết bị :[3] 13
II. Sơ đồ PFD sau khi đã rút gọn: 13
III. Tiến hành mô phỏng: 14
IV. Kết quả và phân tích 21
Phụ lục (đính kèm) 22
Tài liệu tham khảo 23
Mục lục 24