mô phỏng phân xưởng ammoni của nhà máy đạm phú mỹ bằng phần mềm aspen HYSYS

Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Mục Lục
Danh mục Bảng
Bảng 2.1: Thành phần dòng “to E-2001”………………………………………… 15
Bảng 2.2: Giá trị sai số của thành phần CH
4
theo Delta T…………………………16
Bảng 2.3: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T………………………….17
Bảng 2.4: So sánh kết quả dòng “Process gas to R2003”………………………….17
Bảng 2.5: Thành phần dòng “process air”………………………………………….18
Bảng 2.6: Giá trị sai số của thành phần CH
4
theo Delta T…………………………19
Bảng 2.7: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T………………………….19
Bảng 2.8: So sánh kết quả dòng “Process gas to R2004”………………………….20
Bảng 2.9: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T………………………….22
Bảng 2.10: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T…………………………22
Bảng 2.11: Thành phần dòng “process gas to T3002”…………………………… 23
Bảng 2.12: Hàm lượng CO
2
theo số đĩa của tháp hấp thụ………………………….25
Bảng 2.13: Kết quả dòng “Purified gas to 10-E-2011”…………………………….28

1
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Bảng 2.14: Kết quả dòng “CO
2
to Urea”……………………………………………28
Bảng 2.15:
Giá trị độ chuyển hóa của CO
2

và CO theo Delta T……………………29
Bảng 216: Sai số của dòng “Gas to K-4031”……………………………………….30
Bảng 2.17: Kết quả so sánh dòng “Product Ammonia”……………………………36
Bảng 2.18: Kết quả so sánh dòng “Gas to T-5051”……………………………… 36
Bảng 2.19: Thông số dòng ammonia đến từ bình tách 10V-5002………………… 38
Bảng 2.20: So sánh kết quả dòng sản phẩm dẫn đến phân xưởng Urea…………….40
Bảng 2.21: Thông số dòng khí purge gas từ 10V-5014…………………………… 42
Bảng 2.22: Thông số dòng vent gas từ 10V-5002………………………………… 42
Bảng 2.23: Thông số dòng khí không ngưng từ cụm làm lạnh…………………… 42
Bảng 2.24: So sánh Dòng ammonia sau khi được thu hồi………………………… 47
Bảng 2.25: So sánh dòng sản phẩm sau đỉnh ở tháp hấp thụ 10T-5052 ……………48
Bảng 2.26: So sánh dòng sản phẩm đỉnh sau khi ra khỏi tháp hấp thụ 10T-5051… 49
Danh mục hình
Hình 1.1: Giao diện Enviroment Basis……………………………………….…… 8
Hình 1.2: Giao diện Simulation Enviroment…………………………………. …….9
Hình 1.3: Sơ đồ các phân xưởng chính của nhà máy……………………………….10
Hình 2.1: Thiết bị Reforming sơ cấp……………………………………………….14
Hình 2.2: Đồ thị khảo sát sai số của CH
4
theo deltaT của dòng sản phẩm…………16
Hình 2.3: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo deltaT trong dòng sản phẩm……… 17
Hình 2.4: Thiết bị Reforming thứ cấp………………………………………………18
Hình 2.5: Đồ thị khảo sát sai số của CH
4
theo deltaT của dòng sản phẩm …………19
Hình 2.6: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo deltaT của dòng sản phẩm………… 20
Hình 2.7: Cụm chuyển hóa CO…………………………………………………… 21
Hình 2.8: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo deltaT của dòng sản phẩm….……….22
Hình 2.9: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo deltaT của dòng sản phẩm………… 23
Hình 2.10: Cụm thiết bị hấp thụ CO

2
bằng dung môi MDEA…………………… 24

2
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Hình 2.11: Đồ thị nồng độ CO2 theo số đĩa…………………………………………25
Hình 2.12: Tháp hấp thụ CO
2
……………………………………………………….26
Hình 2.13: Hệ thống bình tách………………………………………………………27
Hình 2.14: Tháp giải hấp……………………………………………………………27
Hình 2.15: Cụm methane hóa……………………………………………………….30
Hình 2.16: Cụm nén khí nguyên liệu…………………………………………….….31
Hình 2.17: Hệ thống máy nén……………………………………………………….32
Hình 2.18: Cụm tổng hợp ammonia…………………………………………………32
Hình 2.19: Thiết bị tổng hợp ammonia S-200……………………………………….35
Hình 2.20: Cụm làm lạnh ammonia…………………………………………………37
Hình 2.21: Sơ đồ chu trình lạnh
…………………………………………………… 37
Hình 2.22: Bình tách và máy nén……………………………………………………39
Hình 2.23: Cụm máy nén……………………………………………………………40
Hình 2.24: Cụm thu hồi ammonia………………………………………………… 41
Hình 2.25: Tháp hấp thụ 10T-5051………………………………………………….43
Hình 2.26: Đồ thị sự phụ thuộc của nồng độ ammonia dòng đỉnh theo số đĩa………44
Hình 2.27: Giao diện cài đặt tháp hấp thụ………………………………………… 44
Hình 2.28: Tháp hấp thụ 10T-5052……………………………………………… 45
Hình 2.29: Đồ thị sự phụ thuộc của nồng độ ammonia dòng đỉnh theo số đĩa…… 45
Hình 2.30: Giao diện cài đặt tháp hấp thụ 10T-5051………………………………46
Hình 2.31: Tháp giải hấp 10T-5053……………………………………………… 46
Hình 2.32: Đồ thị biểu diễn độ tinh khiết của dung môi theo số đĩa……………….47

Hình 3.1: Giao diện hướng dãn chọn mô hình nhiệt động………………………….51

3
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
LỜI MỞ
ĐẦU
 

Làm thế nào để thiết kế được các thiết bị, phải vận hành hệ thống ra sao để có được
hiệu quả cao nhất? Đó là một bài toàn khó luôn đặt ra cho các nhà nghiên cứu, các nhà kỹ
thuật. Điều này lại đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực chế biến dầu mỏ và khí, một ngành
kĩ thuật đòi hỏi yêu cầu công nghệ rất cao và cực kỳ chính xác, những sai xót là rất nguy
hiểm. Để làm được điều đó, đòi hỏi người kĩ sư phải biết được những thay đổi của hệ
thống công nghệ khi tác động vào quá trình và phải khống chế được quá trình.
Mô hình hóa và mô phỏng là một công cụ mạnh trong việc giải các bài toán trên. Ngày
nay, với sự trợ giúp của máy tính tốc độ cao kết hợp với các phần mềm chuyên dụng như
ProII, Hysys,… càng làm cho việc mô phỏng và tối ưu hóa thuận lợi hơn rất nhiều.
Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học được ứng dụng
rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế chế tạo đến vận hành các hệ thống. Do đó, nó được sử

4
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất và xã hội. Ngày nay, khó có thể tìm thấy lĩnh vực nào
mà con người không sử dụng phương pháp mô hình hóa ở những mức độ khác nhau. …
Đồ án công nghệ II là một Đồ án giúp sinh viên làm quen và tiếp cận với các phần
mềm mô phỏng, hướng sinh viên đến việc tìm hiểu về một phần mềm mô phỏng và ứng
dụng nó để mô phỏng một sơ đồ dây chuyền công nghệ thực tế trong quá trình sản xuất.
Đây là một hành trang cực kì quan trọng cho một sinh viên của ngành dầu khí của trường
ĐHBK-Đà Nẵng.
Nhiệm vụ của đồ án này là mô phỏng phân xưởng Ammoni của nhà máy đạm Phú Mỹ

bằng phần mềm Aspen HYSYS. Và để hoàn thành Đồ án này chúng em xin gửi lời cảm
ơn sâu sắc nhất đến thầy PGS.Ts Nguyễn Đình Lâm, người thầy trực tiếp hướng dẫn Đồ
án của chúng em. Trong quá trình thực hiện đề tài thầy đã nhiệt tình giúp đỡ chúng em
rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm, giúp chúng em đưa ra các phương án
và giải quyết được các vấn đề thắc mắc trong quá trình làm Đồ án này
Xin chúc quý Thầy Cô sức khỏe và thành công.
Chương 1. Giới Thiệu Tổng Quan
1.1 Phần mềm HYSYS
HYSYS là sản phẩm của công ty Hyprotech-Canada, thuộc công ty AEA Technologie
Engineering Software-Hyprotech Ltd. HYSYS đã được mua lại bởi Công ty Aspen của
Mỹ, và hiện tại nằm trong gói Aspen ONE.
Aspen HYSYS được thiết kế mô phỏng ở hai chế độ:
• Steady State Mode: chế độ mô phỏng tĩnh, sử dụng trong việc thiết kế thiết bị, dây
chuyền sản xuất công nghệ.
• Dynamics Mode: chế độ mô phỏng động, sử dụng trong việc kiểm tra và theo dõi
các thông số của thiết bị trong trang thái giả lập như đang vận hành thực tế.
Aspen HYSYS có cơ sở nhiệt động vững chắc và đầy đủ, khả năng tính toán linh
họat
và
tính thiết thực của các hệ nhiệt động cho phép tính toán các mô hình rất gần với thực
tế công nghệ. HYSYS đáp ứng các yêu cầu công nghệ cơ bản cho mô hình hóa và mô
phỏng các quá trình công nghệ từ khai thác tới chế biến trong các nhà máy chế biến khí
cho đến các quá trình lọc hóa dầu và công nghệ hóa học.
HYSYS là công cụ rất mạnh trong mô phỏng tĩnh, ở mức độ hiểu biết cơ bản và lựa
chọn đúng mô hình mô phỏng cho phép mô hình hóa và mô phỏng các dây chuyền công

5
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
nghệ một cách phù hợp và tin cậy.
Các bước cơ bản để tiến hành mô phỏng một dây chuyền công nghệ hóa học bằng

phần mềm HYSYS.
Bước

1: khởi động phần mềm.Từ Menu Start chọn Aspen Tech/Process modeling
V7.2/Aspen HYSYS. Chọn File/New, giao diện phần mềm hiện ra như hình dưới:
Hình 1.1: Giao diện Enviroment Basis

6
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Bước

2: Chọn cấu tử và hệ nhiệt động.
• Trong giao diện Simulation Basic Manager chọn Tab Components/Add sau
đó
• chon cấu tử tính toán mong muốn.
• Chọn Tab Fluid Pkgs/Add để chọn hệ nhiệt động áp dụng tính toán.
• Có thể chọn nhiều danh sách cấu tử và nhiều hệ nhiệt động trong cùng một
File mô phỏng.
Bước 3
: Thiết lập các thông số cho các dòng và thiết bị công nghệ.
• Để vào môi trường mô phỏng chọn Enter Simulation Environment, giao diện
của PFD Case (Main) hiện ra như hình bên dưới.
Hình 1.2: Giao diện Simulation Enviroment
Bước


4: Chạy và kiểm tra kết quả.
• Với các dòng và thiết bị công nghệ đơn giản thì phần mềm sẽ tự động tính
toán khi ta cung cấp đầy đủ dữ liệu, còn với thiết bị phức tạp hơn như tháp
chưng cất thì sau khi cung cấp đầy đủ dữ liệu phải tiến hành Run để tính

toán hội tụ cho tháp.

7
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
1.2 Phân xưởng Ammonia
1.2.1 Gi ớ i

thi ệ u

chung
Nhà máy Đạm Phú Mỹ do Tổng công ty dầu khí Việt Nam làm chủ đầu tư với vốn đầu
tư lên tới 450 triệu USD, được khởi công xây dựng vào 3/2001, khánh thành vào ngày
15/12/04. Nhà máy sử dụng nguồn khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn, khí đồng
hành mỏ Bạch Hổ và các bể khác thuộc thềm lục địa phía nam.
Nhà máy gồm ba phân xưởng chính: Phân xưởng Ammonia, Px Urea, Px phụ trợ.
Hình 1.3: Sơ đồ các phân xưởng chính của nhà máy
• Phân xưởng sản xuất ammonia của Nhà máy Đạm Phú Mỹ theo công nghệ
Haldor
Topsoe đi từ khí thiên nhiên (NG) được thiết kế cho hai trường hợp
vận hành
chính
(1350 tấn NH3/ngày, 1650 tấn CO2/ngày và 1350
tấn/ngày, 1790 tấn/ngày).
• Phân xưởng Urea theo công nghệ Snamprogetti của Italia.
• Phân xưởng phụ trợ sử dụng nguồn khí thiên nhiên để sản xuất hơi nước
và điện cung cấp cho quá trình vận hành của nhà máy và sinh hoạt.
1.2.2 Phân xưởng Ammonia
1.2.2.1 Hydro

hoá

và

k hử

l ư u

hu ỳnh
Quá trình hydro hóa và khử lưu huỳnh trong dòng khí NG bằng xúc tác
cobalt-
molybdenum (TK-250) và ZnO theo phản ứng
sau:
RSH + H
2
→ RH +
H
2
S
COS + H
2
→ CO +
H
2
S
ZnO + H
2
S ↔ ZnS +
H
2
O

ZnO + COS ↔ ZnS +
CO
2

8
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Hàm lượng S trong khí sau khi khử lưu huỳnh phải nhỏ hơn 0.05
ppmV
Trong công đoạn khử lưu huỳnh, có hai thiết bị hấp thụ này giống hệt nhau
và
được lắp nối tiếp nhau. Thiết bị thứ hai đóng vai trò hỗ trợ trong trường hợp
trong
dòng khí ra từ thiết bị thứ nhất còn lưu huỳnh hoặc trong trường hợp thay xúc tác
thiết
bị thứ
nhất
1.2.2.2 Reforming
Khí sau khi khử lưu huỳnh được reforming trong thiết bị
reforming
sơ cấp và thứ cấp
với xúc tác
Niken-Magiê-Nhôm.
C
n
H
m
+ H
2
O ↔ C n-1Hm-2

+ CO + 2 H
2
-
heat
CH
4
+ H
2
O ↔ CO + 3H
2
-
heat
CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2
+
heat
C
n
H
m
+ O
2
↔ CO
2
+ H
2

O -
heat
a.
C

ôn

g

đoạn

sơ

cấp:
•
Khí được reforming bằng hơi nước, lượng nhiệt phản ứng
được
cung cấp bởi
quá trình đốt ngoài. Ở điều kiện vận hành bình thường, nhiệt độ dòng
khí
công nghệ sau khi ra khỏi công đoạn này khoảng 780
o
C, dòng khói thải
là
1070
o
C
(nhiệt độ này được tận dụng để gia nhiệt dòng khí công nghệ,
nước, hơi nước
đến

162
o
C) và hàm lượng mêtan còn lại khoảng
15%V.
b. C

ô n

g

đ o

ạ n

reforming

t h

ứ

c ấ

p

b ằ ng

không

khí
• Lượng nhiệt phản ứng được

cung
cấp bởi quá trình đốt trong. Ở điều kiện
vận hành bình thường, nhiệt độ dòng khí
công
nghệ ở phần trên của thiết
bị phản ứng trước khi đi qua tầng xúc tác khoảng
1100-
1200
o
C và sau khi
ra khỏi công đoạn này khoảng 958
o
C, hàm lượng mêtan còn
lại 0.6%V
1.2.2.3 Chuyển hoá CO
Dòng khí công nghệ sau khi qua reforming được đưa vào
thiết
bị chuyển hoá CO
nhiệt độ cao và thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ
thấp
CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2
+
heat
Ở điều kiện vận hành bình thường, thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao vận
hành

ở
nhiệt độ đầu vào khoảng 360
o
C
với xúc tác sắt-crôm, hàm lượng CO ra khỏi thiết
bị
là
3.23%
Ở điều kiện vận hành bình thường, thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao vận
hành
ở
nhiệt độ đầu vào khoảng 190
o
C
với xúc tác crôm-đồng-kẽm, hàm lượng CO ra
khỏi
thiết bị là
0.23%
1.2.2.4 Mêtan hoá
Theo yêu cầu của xúc tác tổng hợp NH
3
thì yêu cầu hàm lượng CO, CO
2
phải gần như

9
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
không còn, do đó cần mêtan hóa CO, CO
2

còn lại sau khi tách bằng dung dịch MDEA
được
đưa qua thiết bị mêtan hoá với xúc tác
Niken
CO + 3H
2
↔ CH
4
+ H
2
O
+ heat
CO
2
+ 4H
2
↔ CH
4
+ 2H
2
O
+ heat
Hàm lượng CO, CO
2
còn lại sau khi qua mêtan hoá <10
ppm
1.2.2.5 Tổng hợp ammonia
Khí công nghệ sau khi qua metan hoá được đưa đi
tổng
hợp ammonia ở áp suất

137 barg, nhiệt độ 360
o
C
trong thiết bị tổng hợp
theo
kiểu hướng kính với xúc tác
sắt, có thiết bị trao đổi nhiệt bên trong giữa
dòng
khí ra và vào của 2 tầng xúc tác để
nâng cao hiệu suất phản
ứng
3H
2
+ N
2
↔ 2NH
3
+
heat
Hiệu suất tổng hợp ammonia đạt 17%V. Chu trình tổng hợp ammonia này có
hệ
thống thu hồi ammonia từ dòng khí off gas, purge và hệ thống thu hồi hydro từ
dòng
purge
1.2.2.6
Làm lạnh dòng sản phẩm và thu hồi Ammonia
Dòng sản phấm sau khỉa khỏi thiết bị phản ứng được làm lạnh qua một dãy các thiết bị
trao đổi nhiệt, nhiệt này được tận dụng để đun sôi nước sản xuất hơi nước cho nhà máy.
Để làm lạnh sâu dòng ammonia này người ta thiết kế chu trình lạnh, sử dụng tác nhân
lạnh chính là ammonia.

Dòng khí thải được thu hồi triệt để ammonia bằng hệ thống hai tháp hấp thụ và một
tháp giải hấp, dòng dung môi dùng để hấp thụ chính là nước. Dòng khí này sau đó được
tách thu hồi H
2
và được dẫn về làm nhiên liệu đốt tân thu các hợp chất còn cháy được.
1.3 Ứng dụng phần mềm Hysys vào mô phỏng Phân Xưởng Ammonia
Công nghệ nhà máy đạm Phú Mỹ là một quá trình chuyển hóa khí thiên nhiên có thành
phần chủ yếu là CH
4
thành H
2
và thêm N
2
từ không khí tạo ra NH
3
, từ đó kết hợp với CO
2
tổng hợp Urea. Đây là một công nghệ với các hệ thống thiết bị hiện đại, phức tạp, vận
hành trong những điều kiện T, P khắc nghiệt, yêu cầu độ chính xác, độ ổn định và độ tin
cậy cao.
Trong quá trình thiết kế và lắp đặt cũng như vận hành khối lượng công việc là vô cùng
lớn và yêu cầu sự chính xác. Sử dụng công cụ mô phỏng cho quá trình sẽ giúp đơn giản
hóa rất nhiều cũng như đem lại hiệu quả công việc, giúp ta giải quyết bài toán phức tạp
này mà kết quả lại đảm bảo.

10
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Sử dụng phần mềm hysys với kho dữ liệu lớn, đầy đủ, đặc biệt là với các cấu tử khí
cho phép ta mô phỏng đầy đủ là đánh giá lại các thông số của công nghệ.

11
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Chương 2. Quá Trình Mô Phỏng
2.1 Công đoạn reforming
Trong công đoạn này, xảy ra phản ứng giữa hydrocacbon với hơi nước như sau:
(1) C
n
H
m
+ H
2
O ↔ C
n -1
H
m -2
+ CO + 2 H
2

(2) CH
4
+ H
2
O ↔ CO + 3H
2

(3) CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H

2

Phản ứng (1) diễn tả phản ứng reforming hydrocacbon cao thành hydrocacbon thấp
hơn và cuối cùng là reforming metan (2). Phản ứng bắt đầu ở nhiệt độ500
o
C đối với các
hydro cacbon bậc cao và 600
o
C đối với metan.
Phản ứng (3) chỉ sinh ra một lượng nhỏ nhiệt vì vậy cần một lượng nhiệt lớn cho phản
ứng (1) & (2).
Phản ứng reforming xảy ra trong 2 công đoạn trong 2 thiết bị reforming: reforming sơ
cấp H-2001, reforming thứ cấp R-2003. Lượng nhiệt cần cho phản ứng được cung cấp
theo cách khác nhau. Trong thiết bị reformer sơ cấp lượng nhiệt cần cho phản ứng được
lấy gián tiếp từ quá trình đốt cháy. Trong thiết bị reformer thứ cấp lượng nhiệt được cung
cấp từ quá trình đốt một phần lượng khí với không khí.
Lượng nhiệt từ quá trình đốt này cung cấp cho phản ứng reforming lượng hydrocacbon
còn lại. Phản ứng reforming xảy ra trong thiết bị reforming sơ cấp được điều chỉnh để
lượng không khí cần cung cấp cho phản ứng sinh nhiệt tạo thành hỗn hợp khí nguyên liệu
sau khi ra khỏi thiết bị thứ cấp có tỷ lệ H
2
:N
2
là 3:1
2.1.1 Reforming sơ cấp
Hình 2.1: Thiết bị Reforming sơ cấp

12
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
2.1.1.1 Tiến hành mô phỏng

a. Các dòng và thiết bị chính
 Thiết bị:
+ Thiết bị gia nhiệt E-2001
+ Thiết bị reformer sơ cấp H-2001
 Dòng vào “to E-2001” với các thông số:
Bảng 2.1: Thành phần dòng “to E-2001”
Cấu tử
Lưu lượng [Nm
3
/h]
141544
H
2
1324
N
2
524
CO
2
74
Ar 6
CH
4
26241
C
2
H
6
4585
C

3
H
8
503
n-C
4
H
10
34
i-C
4
H
10
34
n-C
5
H
12
9
H
2
O 108210
Áp suất [bar_g] 35.2
Nhiệt độ [
o
C] 350
 Dòng ra “process gas to R2003”
b. Mô hình nhiệt động
• Chọn hệ nhiệt động Peng-Robinson vì các cấu tử ở đây chủ yếu là các
hydrocacbon nhẹ, CO, CO

2
và nước.
c. Nhập thiết bị, liên kết dòng và cài đặt các thông số
c.1 Thiết bị gia nhiệt E-2001
• Chọn ∆P = 0.4bar
• Nhiệt độ dòng ra “to H2001” = 535
o
C
c.2 Thiết bị reformer sơ cấp

13
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
• Cài đặt quan trọng nhất đối với thiết bị này đó là phản ứng hóa học xảy
ra và ∆T approach của từng phản ứng.
- Phản ứng reforming các hydrocacbon bậc cao thành các hydrocacbon bậc
thấp:
C
5
H
12
+ H
2
O à C
4
H
10
+ CO + 2H
2
C
4

H
10
+ H
2
O à C
3
H
8
+ CO + 2H
2

C
3
H
8
+ H
2
O à C
2
H
6
+ CO + 2H
2

C
2
H
6
+ H
2

O à CH
4
+ CO + 2H
2

4 2 2
3CH H O CO H+ → +
Các phản ứng xảy ra hoàn toàn => ∆T approach
của các phản ứng bằng 0
- Phản ứng reforming methane:
%CH4 = 8.738
Bảng 2.2: Giá trị sai số của thành phần CH
4
theo Delta T
Delta T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CH
4 Sim
8.416 8.472 8.528 8.583 8.639 8.695 8.751
8.80
8 8.864
8.92
0 8.976
ε
0.037 0.030 0.024 0.018 0.011 0.005 0.002
0.00
8 0.014
0.02
1 0.027
Hình 2.2: Đồ thị khảo sát sai số của CH

4
theo ∆T của dòng sản phẩm
 ∆T = 5.6
o
C
-
2 2 2
CO H O CO H+ → +
Phản ứng chuyển hóa CO:
%CO
PFD
= 5.237
Bảng 2.3: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T
DT
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CO
Sim
5.191 5.200 5.208 5.216 5.225 5.233 5.241 5.250 5.258 5.266 5.274
ε
0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0.000 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004

14
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Hình 2.3: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo ∆T trong dòng sản phẩm
 ∆T = 4.6
o
C
d. Kết quả và so sánh
Bảng 2.4: So sánh kết quả dòng “Process gas to R2003”
Tên dòng

Process gas to R2003
PFD Mô phỏng
Lưu lượng (Nm3/h) 183888 183876
H
2
70549 70531
N
2
524 524
CO 9630 9631
CO
2
11616 11609
Ar 6 6
CH
4
16068 16068
H
2
O 75495 75507
Hầu hết các số liệu mô phỏng gần sát với thực tế, vì vậy ta có thể chấp nhận kết
quả mô phỏng này
2.1.2 Reforming thứ cấp
Hình 2.4: Thiết bị Reforming thứ cấp
2.1.2.1 Tiến hành mô phỏng
a. Các dòng và thiết bị chính
 Thiết bị:
+ Thiết bị reformer thứ cấp R-2003
+ Thiết bị gia nhiệt H-2008

15
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
+ Thiết bị gia nhiệt H-2009
 Dòng vào “process gas to R-2003” với các thông số: bảng 2.4
 Dòng vào “process air” với các thông số:
Bảng 2.5: Thành phần dòng “process air”
Cấu tử
Lưu lượng [Nm
3
/h]
53527
O
2
11147
N
2
41446
CO
2
16
Ar 499
H
2
O 419
Áp suất 32.9
Nhiệt độ 550
 Dòng ra “process gas to R-2004”
b. Mô hình nhiệt động
Chọn hệ nhiệt động Peng-Robinson vì các cấu tử ở đây chủ yếu là các
hydrocacbon nhẹ và nước.

c. Nhập thiết bị, liên kết dòng và cài đặt các thông số
c.1 Thiết bị reformer thứ cấp
 Tương tự với thiết bị reformer sơ cấp, cài đặt quan trọng nhất đối với thiết
bị này đó là phản ứng hóa học xảy ra và ∆T approach của từng phản ứng.
- Phản ứng reforming methane:
%CH
4
PFD = 0.409
Bảng 2.6: Giá trị sai số của thành phần CH
4
theo Delta T
∆T
0 1 2 3 4 5
CH
4 Sim
0.394 0.400 0.407 0.413 0.420 0.426
ε
0.037 0.021 0.006 0.010 0.026 0.042
Hình 2.5: Đồ thị khảo sát sai số của CH
4
theo ∆T của dòng sản phẩm
 ∆T = 2.4
o
C
-
4 2 2
CH O CO H O+ → +
Phản ứng chuyển hóa CH
4
thành CO

∆T = 0

16
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
- Phản ứng chuyển hóa CO thành CO
2
: CO + 1/2O
2
à CO
2
%CO PFD = 9. 034
Bảng 2.7: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T
DT 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
CO
sim
9.067 9.055 9.042 9.030 9.018 9.005
e 0.004 0.002 0.001 0.000 0.002 0.003
Hình 2.6: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo ∆T của dòng sản phẩm
 DT = -0.6
o
C
d. Kết quả và so sánh
Bảng 2.8: So sánh kết quả dòng “Process gas to R2004”
Tên dòng
Process gas to R2004
PFD Mô phỏng
Lưu lượng (Nm
3
/h) 256307 256292
H

2
94806 94801
N
2
41970 41970
CO 23156 23143
CO
2
13126 13132
Ar 505 505
CH
4
1048 1045
H
2
O 81696 81693
Hầu hết các số liệu mô phỏng gần sát với thực tế, vì vậy ta có thể chấp nhận kết
quả mô phỏng này
2.2 Quá trình chuyển hóa CO
Hình 2.7: Cụm chuyển hóa CO

17
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
CO trong khí công nghệ ra khỏi reforming được chuyển hoá thành CO
2
và H
2
trong
thiết bị chuyển hoá CO R-2004/2005
CO + H

2
O ↔ CO
2
+ H
2

Cân bằng phản ứng dịch chuyển theo chiều chuyển hoá CO cao hơn ở nhiệt độ thấp và
hơi nước nhiều hơn tuy nhiên tỷ lệ phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng. Nhiệt độ tối ưu cho
phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác và thành phần khí. Điều này có
nghĩa là phản ứng chuyển hoá sẽ có một nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác
và tốc độ dòng. Phản ứng tạo ra một lượng nhiệt tăng, dòng khí ra sẽ là không cân bằng
thuận nếu không loại bỏ lượng nhiệt này trước khi hoàn thành chuyển hoá.
Vì vậy, chuyển hoá CO được thực hiện trong 2 bước để lượng CO ra khỏi thiết bị và
sản phẩm phụ thấp.
2.2.1 Tiến hành mô phỏng
2.2.1.1 Các dòng và thiết bị chính
 Các thiết bị chính:
+ Thiết bị làm mát E2010
+ Thiết bị làm mát E2012A/B
+ Thiết bị làm mát E2013
+ Thiết bị phản ứng R2004
+ Thiết bị phản ứng R2005
 Dòng vào thiết bị R2004 “process gas to R2004” với cái thông số : bảng 2.8
 Dòng ra “process gas to CO
2
removal”
2.2.1.2 Mô hình nhiệt động
Chọn hệ nhiệt động Peng-Robinson vì các cấu tử ở đây chủ yếu là các hydrocacbon
nhẹ, CO, CO
2

và nước.
2.2.1.3 Nhậ p các thiết bị, liên kết dòng và cài đặt các thông số
a.
2 2 2
CO H O CO H+ → +
Thiết bị phản ứng R2004
- Phản ứng xảy ra trong thiết bị R2004:
- Cài đặt quan trọng nhất cho thiết bị này là ∆T approach để phần mềm có thể tính toán
hiệu suất chuyển hóa của phản ứng sát với đề bài cho.
%CO PFD = 2.412
Bảng 2.9: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T
∆T
0 2 4 6 8 10 12 14
CO
sim
2.241 2.272 2.304 2.335 2.367 2.399 2.431 2.463
ε
0.071 0.058 0.045 0.032 0.018 0.005 0.008 0.021

18
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Hình 2.8: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo ∆T của dòng sản phẩm
 Delta T = 10.8
o
C
b. Thiết bị phản ứng R2005
- Phản ứng xảy ra trong thiết bị R2005
- Cài đặt quan trọng nhất cho thiết bị này là ∆T approach để phần mềm có
thể tính toán hiệu suất chuyển hóa của phản ứng sát với đề bài đã cho
%CO PFD = 0.177

Bảng 2.10: Giá trị sai số của thành phần CO theo Delta T
∆T
0 2 4 6 8 10
CO
sim
0.156 0.162 0.168 0.175 0.182 0.189
ε
0.120 0.084 0.048 0.011 0.028 0.068
Hình 2.9: Đồ thị khảo sát sai số của CO theo ∆T của dòng sản phẩm
 Delta T = 6.6
o
C
2.2.1.4 Kết quả và so sánh
Bảng 2.11: Thành phần dòng “process gas to T3002”
Tên dòng
Process gas to T3002
PFD Mô phỏng
Lưu lượng (Nm
3
/h) 256307 256294
H
2
117509 117492
N
2
41970 41970
CO 453 453
CO
2
35829 35823

Ar 505 505
CH
4
1048 1045
H
2
O 58993 59003
• Hầu hết các số liệu mô phỏng gần sát với thực tế, vì vậy ta có thể sử
dụng kết quả mô phỏng này

19
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
2.3 Cụm thiết b ị

h ấ p t h ụ C O
2

b ằ

n g

d u n g

môi M D E A .
Hình 2.10: Cụm thiết bị hấp thụ CO
2
bằng dung môi MDEA.
2.3.1 Nguyên tắc.
Hệ thống tách CO
2

được dựa trên quá trình MDEA hoạt hoá hai cấp (công nghệ của
BASF). Dung môi được dùng cho quá trình hấp thụ CO
2
là aMDEA 03. Hệ thống công
nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO
2
hai cấp, một tháp giải hấp CO
2
và hai bình
tách flash.
CO
2
bị tách khỏi khí công nghệ bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa 40%
MDEA. Đóng vai trò như một chất hoạt hoá quá trình hấp thụ, dung dịch MDEA chứa
đựng 3% khối lượng chất piperazine, chất này giúp tăng tốc độ truyền khối của CO
2
từ
pha khí sang pha lỏng. Phần còn lại của dung dịch là nước. Phản ứng tổng thể xảy ra
trong quá trình hấp thụ CO
2
được miêu tả bởi các phản ứng dưới đây:
R
3
N + H
2
O + CO
2
↔ R
3
NH

+
+ HCO
3
-
2R
2
NH + CO
2
↔ R
2
NH
2
+
+ R
2
N-COO
-
2.3.2 Tiến hành mô phỏng.
2.3.2.1 Các dòng và thiết bị chính.
 Thiết bị chính.
+ Thiết bị hấp thụ CO
2
bằng Amine.
+ Thiết bị giải hấp CO
2
.
+ Thiết bị tách Flash.

20
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm

 Dòng công nghệ chính.
+ Dòng khí đi ra từ thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp
+ Dòng khí công nghệ sau khi đã được hấp thụ CO
2
.
+ Dòng khí CO
2
đi ra từ bình tách.
 Thông số đầu vào của quá trình.
+ Dòng khí công nghệ chính đi vào có thông số từ kết qua mô phỏng của
cụm thiết bị trước đó: bảng 2.2.3
+ Dòng Amine tuần hoàn 40% khối lượng MDEA.
+ Thông số cần khảo sát là số đĩa của tháp hấp thụ. Thông số này sẽ được chọn
bằng cách thay đổi số đĩa và đánh giá sai số của dòng sản phẩm, cấu tử chọn để
tính sai số là CO
2
trong dòng khí đã được làm sạch.
Bảng 2.12: Hàm lượng CO
2
theo số đĩa của tháp hấp thụ
Số đĩa làm việc 30 32 34 35 36
Hàm lượng CO
2
(ppm
)
1814.72
1219.16
918.01 636.80 529.83
Hình 2.11: Đồ thị nồng độ CO2 theo số đĩa
Vì hàm lượng tiêu chuẩn của CO

2
trong dòng khí sạch là nhỏ hơn 500 ppm nên ta
chọn số đĩa là 36.
2.3.2.2 Hệ nhiệt động.
Sử dụng hai mô hình nhiệt động để mô phỏng cụm thiết bị. Mô hình Peng-Robinson để
mô phỏng các dòng và thiết bị phụ, còn mô hình Amine dùng để mô phỏng thiết bị hấp
thụ bằng MDEA và thiết bị tái sinh Amine.
2.3.2.3 Nhập thiết bị, liên kết dòng và cài đặt các thông số
a. Tháp hấp thụ CO
2

21
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
Hình 2.12: Tháp hấp thụ CO
2
• Trong tháp hấp thụ CO2 (10-T3002), CO
2
được tách ra khỏi dòng khí bằng hấp thụ
ngược dòng trong hai cấp. Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần
tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO
2
. Trong phần trên của tháp này, dung
dịch thuần tái sinh được dùng để tách CO
2
còn lại.
• Tại đầu ra của tháp hấp thụ, hàm lượng CO
2
trong khí thấp hơn 500 ppm (khí khô).
• Các dung dịch đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 50
o

C (dung dịch thuần - To 10T-
3002_2*) và 73
o
C (dung dịch bán thuần – To 10T-3002_3*).
b. Hệ thống bình tách.
• Dung dịch giàu CO
2
rời khỏi tháp hấp thụ CO
2
tiến hành tách qua hai cấp để đạt
được độ tinh khiết cao của sản phẩm CO
2
.
 Trong bình tách cao áp 10-V3002, hầu hết các thành phần khí trơ hoà tan được
giải phóng tại áp suất khoảng 5,5 barg.
 Dung dịch giàu CO
2
tiếp tục đến bình tách thấp áp 10-V-3001, nơi mà hầu hết
CO
2
được giải phóng khỏi dung dịch tại áp suất 0,27 barg.

Hình 2.13: Hệ thống bình tách

22
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
• CO
2
thoát ra khỏi bình tách thấp áp chứa đầy hơi nước bão hoà tại nhiệt độ khoảng
72

o
C. Hỗn hợp này được làm nguội đến 45
o
C trong bộ làm lạnh khí tách thấp áp
10-E3006, và nước ngưng tụ được tách ra khỏi CO2 thành phẩm trong bình K.O.
(10-V3003). CO
2
thành phẩm rời khỏi 10-V3003 được xuất đến phân xưởng urê ở
áp suất 0,18 barg
c. Tháp giải hấp
Hình 2.14: Tháp giải hấp
• Trong tháp giải hấp, CO
2
được khử bằng nhiệt, nhiệt cho yêu cầu này được tạo ra
trong nồi đun tháp giải hấp nhờ vào khí nóng công nghệ.Nhiệt độ CO
2
đã bảo hoà
hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải hấp ở khoảng 90
o
C sẻ đi qua bình tách thấp áp. Hơi
nước ngưng tụ sẻ làm tăng nhiệt độ trong bình tách thấp áp, kết quả là bình tách
thấp áp làm việc tốt hơn.Trước khi được bơm đến đỉnh tháp hấp thụ bằng bơm
dung dịch thuần 10-P3002 A/B, dung dịch thuần từ đáy của tháp giải hấp được làm
nguội đến 50
o
C nhờ trao đổi nhiệt 10-E3001, bộ hâm nóng nước mềm 10-E3004
và bộ làm nguội dung dịch thuần 10-E3003.
2.3.3 Kết quả và so sánh
Số liệu so sánh của dòng khí công nghệ sau khi đã được hấp thụ CO
2

“Purified gas to
10-E-2011”
Bảng 2.13: Kết quả dòng “Purified gas to 10-E-2011”
CẤU TỬ MÔ PHỎNG PDF SAI SỐ (%)
H
2
(Nm
3
/h) 116444 11710
1
0.56
N
2
(Nm
3
/h) 41888 41889 0.00

23
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
CO (Nm
3
/h) 448 452 0.88
CO
2
(Nm
3
/h) 83 81 2.47
CH
4
(Nm

3
/h) 1213 1044 16.19
H
2
O (Nm
3
/h) 760 708 7.34
MDEA (Nm
3
/h) 0 0 0.00
Số liệu so sánh của dòng CO
2
sau khi đã được tách ra “CO
2
to Urea”
Bảng 2.14: Kết quả dòng “CO
2
to Urea”
CẤU TỬ MÔ PHỎNG PDF SAI SỐ
H2 (Nm3/h) 36 45

N2 (Nm3/h) 5 7

CO (Nm3/h) 0 0

CO2 (Nm3/h) 35513 35014 1.43
CH4 (Nm3/h) 0 0

H2O (Nm3/h) 5029 3073

MDEA (Nm3/h) 0 0

Dựa vào bảng số liệu so sánh của hai dòng chính của cụm thiết bị ta thấy phần lớn các
số liệu mô phỏng gần với số liệu thực tế, vậy kết quả mô phỏng là chấp nhận được.
2.4 Cụm Methane hóa
2.4.1 Nguyên tắc
Công đoạn mêtan hoá là bước cuối cùng của công đoạn khí hoá, trong
công
đoạn
này cacbon oxit còn lại được chuyển thành mêtan. Mêtan đóng vai trò như khí
trơ
trong
vòng tổng hợp NH
3
. Các hợp chất chứa oxi như CO và CO
2
gây ngộ độc xúc
tác
tổng
hợp
Ammonia
Quá trình mêtan hoá diễn ra trong thiết bị mêtan hoá 10-R-3001, phản
ứng
mêtan hoá ngược với các phản ứng
reforming:
CO + 3H
2
↔ CH
4
+ H

2
O
+heat
CO
2
+ 4H
2
↔ CH
4
+ 2H
2
O
+heat
2.4.2 Tiến hành mô phỏng
2.4.2.1 Các dòng và thiết bị chính
 Các thiết bị chính.
+ Thiết bị Metan hóa.
+ Thiết bị tách.

24
Đồ án Công Nghệ II GVHD: PGS.TS Nguyễn Đình Lâm
 Các dòng công nghệ chính.
+ Dòng khí công nghệ đến từ cụm thiết bị hấp thụ CO
2
.
+ Dòng khí công nghệ sau khi đã Metan hóa.
 Thông số đầu vào của quá trình.
+ Dòng khí công nghệ có thông số đầu vào như kết quả mô phỏng của cụm thiết bị
hấp thụ CO
2

: bảng 2.13
+ Thiết bị Metan hóa là thiết bị phản ứng loại cân bằng, điều cần khảo sát ở đây là
sự ảnh hưởng của Delta T nhiệt độ đến độ chuyển hóa thiết bị phản ứng, từ đó có
thể xác định thông số làm viêc của thiết bị.
D
ưới đây là đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của Delta T đến độ chuyển hóa, cấu tử
chọn
để tính là CO và CO
2
.
Bảng 2.15:
Giá trị độ chuyển hóa của CO
2
và CO theo Delta T
Delta T ( 0C)
0 10 20 30 40
CO
2
Conversion
100
%
100
%
100
%
100
%
100
%
CO Conversio

n
100
%
100
%
100
%
100
%
100
%
Từ bảng số liệu chọn Delta T là 0
o
C.
2.4.2.2 Mô hình nhiệt động
Chọn hệ nhiệt động Peng-Robinson để mô phỏng cụm thiết bị này.

25