Bài giảng công nghệ sản xuất LNG: Chi tiết và đầy đủ nhất

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Công nghệ sản xuất LNG

2 chu trình lạnh độc lập

Nội dung

Làm ngọt khí bằng DEA

Convert to Template

Export and Import: Component List, Stream

Mô phỏng quá trình sản xuất LNG sử dụng 2

chu trình lạnh độc lập với tác nhân là metan và nitơ

Trao đổi nhiệt ngược chiều

Main-Flowsheet

Sub-Flowsheet Sweetening

Chu trình lạnh

Sweetening Case

Hệ đơn vị: Field

Chọn 2 hệ nhiệt động:

 Basis-1: PR cho quá trình hóa lỏng LNG (khí ngọt)  Basis-2: Amine Pkg cho quá trình làm ngọt khí chua

Cấu tử cho 2 hệ nhiệt động gồm: N2, H2S, CO2, C1, C2, C3, i-C4, n-C4, i-C5, n-C5, n-C6, DEA, H2O

Sweetening Case

Sweetening Case → Convert to

Template

hệ nhiệt động trong case chính

 Thuận tiện khi mô phỏng một nhà máy lớn, việc chuyển thành các case nhỏ sẽ dễ dàng thực hiện

 Có thể làm một lần và sử dụng nhiều lần

cho các case khác nữa

Ưu điểm khi sử dụng Template:  Liên kết một vài case với nhau  Có thể sử dụng các hệ nhiệt động khác với

Khai báo dòng nguyên liệu

Name SourGas

Temperature, oF 77.00

Pressure, psia 1000.00

Mole Flow, lbmole/hr 104.00

Fluid Pkg

Basis-2 (Amine Pkg)

Thiết lập dòng nguyên liệu

Componen t

MoleFractio n

Compone nt

MoleFractio n

86.92

n-C5

0.12

3.93

n-C6

0.18

0.93

0.16

i-C4

0.26

CO2

4.13

n-C4

0.29

H2S

1.72

i-C5

0.14

H2O

1.22

Thiết lập dòng nguyên liệu

Thiết lập dòng Amine

Name DEA to Contactor

Temperature, oF 95.0

Pressure, psia 995.0

Liq Vol Flow, m3/hr 43.0

Fluid Fkg

Basis-2 (Amine Pkg)

Thiết lập dòng Amine

Component

Mass Fraction

DEA

0.28 H2O

0.72

Thiết lập tháp tách hai pha

Name

Separator

Inlet

Sour Gas

Gas to Contactor

Outlet

Liq Sep

Thiết lập tháp tách hai pha

Thiết lập tháp hấp thụ

Name

DEA Contactor

Top: DEA to Contactor

Inlet

Bottom: Gas to Contactor

Ovhd: Sweet Gas

Outlet

Bottom: RichDEA

Number Stages

N = 20 Stages

Thiết lập tháp hấp thụ

Giá trị

Thông số của tháp

P đỉnh = 995.0

Pressure, psia

P đáy = 1000.0

Tđỉnh = 100.0

Temperature, oF

Tđáy = 160.0

Thiết lập tháp hấp thụ

Add Valve VLV – 100

Name VLV – 100

Inlet Rich DEA

Outlet

DEA to Flash TK P = 89.92 psia

Add Separator Flash TK

Name Flash TK

Inlet DEA to Flash TK

Flash Vap

Outlet

Rich to L/R

Add Heater L/R HEX

Name L/R HEX

Inlet Rich to L/R

Outlet

Regen Feed T = 203.0oF

Energy Q-L/R

DeltaP, psia 10.15

Add Regenerator

Name

Regenerator

Inlet

Regen Feed, inlet Stage 4_Main

Acid Gas

Outlet

Regen Bttms

Condenser

Full Reflux, Reflux Ratio: 1.5

Number of Stages

N = 18

Condenser

Cond Q

Energy

Reb Q

27.56

Pressure, psia

31.91

2.176

Reboiler Pcondenser Preboiler DeltaPcond

Add Regenerator

CO2 : 0.15

Efficiencies

H2S : 0.8

Tray 1: 210

Temperature, oF

Reboiler: 260

Add new Specs

Name

Cond Temp

Stage

Condenser

Spec Value

122.0oF

Name Energy Stream Spec Value

Duty Reb Q 1.2e7 Btu/hr

Active 2 new Spec → RUN Column

Regenerator

HeatExchanger thay thế Heater

Name

L/R HEX

Tube Side

Rich to L/R

Inlet

Shell Side

Regen Bttms

Tube Side

Rengen Feed

Outlet

Shell Side

Lean to L/R

Heat Exchanger Model

Weighted

Tube: 10.15

DeltaP, psia

Shell: 10.15

Heat Exchanger L/R HEX

Khởi tạo dòng Makeup H2O

Name Makeup H2O

Temperature, oF 68.00

Mole Fraction 1.0 H2O

Add Mixer MIX-100

Name MIX-100

Lean to L/R

Inlet

Makeup H2O

Outlet

DEA to Cool 43.0 m3/hr

Equalize All

Automatic Pressure Assignment

Add Cooler

Name Cooler

Inlet DEA to cool

Oulet DEA to Pump

Energy Cooler Q

DeltaP, psia 5.076

Add Pump P-100

Name P-100

Inlet DEA to Pump

Outlet

DEA to Recycle T = 95 F

Energy Pump Q

Adiabatic Efficiency 75.00 %

Add Recycle RCY-1

Name

RCY-1

Inlet

DEA to Recycle

Outlet

DEA to Contactor

Add SET-1

Name SET – 1

Target Variable

Pressure of DEA to Recycle

Source Object Gas to Contactor

Multiplier: 1.000

Parameter

Offset (psia): -5.0763

PFD Sweetening

Convert to Template

 Save case với tên là

Trình tự tiến hành

Từ Simulation menu Chọn Main

Sweetening.hsc

 Bấm vào phím Convert to Template  Bấm vào Yes để chuyển case sang

Property

 Bấm vào No để trả lời câu hỏi “Do you want to save the simulation case?”

 Save Template với tên là

Template

Sweetening.tpl

Export & Import

Mở Case Sweetening.hsc → Export Component List → Export stream Sour Gas

Mở New Case

→ Import Component List → Sửa Component List → Add FP: PR EOS → Enter Simulation Environment → Import stream Sour Gas

Export Component List

Export stream SourGas

Bấm chuột phải vào dòng SourGas trong case Sweetening Thực hiện như hình

bên

Import Component List

New Case  Đến Component List đã Export ở trên

Sửa Component List

Fluid Pkgs

Enter to Simulation Environment

Import Stream SourGas

Simulation

Environment → Bấm chuột phải Làm như hình bên Đến thư mục lưu

dòng SourGas vừa Export ở trên

Đổi Hệ nhiệt động

Add Template Sweetening

Add Template: bấm phím F4 → chọn Process

Templates

→ Read an Existing Template…

Connections tab → chọn các dòng tương

ứng trong môi trường chính và môi trường con

Add Template Sweetening

Thiết bị làm lạnh sơ bộ E-100

Name

E-100

Inlet

Sweet Gas

Outlet

E100-Out T = 50.0oF

Energy

Q- E100

Delta P, psi

10.0

Fruid Pkgs

Basis-1

Thiết bị làm lạnh sơ bộ E-100

Thiết bị làm lạnh sâu E-101

Name E - 101

Inlet E100-Out

Outlet

ColdGas T = - 40oC P = 900 psia

Energy Q-E101

Thiết bị làm lạnh sâu E-101

Thiết bị trao đổi nhiệt LNG

LNG: Thiết bị trao đổi nhiệt nhiều dòng

Thiết bị trao đổi nhiệt loại tấm có gân

Trong Design tab → Connecton page: Nhập

các dòng nóng và lạnh

Áp suất dòng ra: 20 psia

Thiết bị trao đổi nhiệt LNG

Chu trình lạnh tác nhân CH4

Methane Name 77.0 Temperature, oF 300.0 Pressure, psia Mole Flow, lbmole/hr 210.0 Fluid Package Basis - 1

C1: 0.9999

Composition

Mole Fraction

C2: 0.0001 53

Chu trình lạnh tác nhân CH4

Name Compressor-1

Inlet Methane

Outlet

Comp-1-Out P = 600 psia

Energy Com-1-HP

Fruid Package Basis-1

Chu trình lạnh tác nhân CH4

Name Cooler – 1

Inlet Comp-1-Out

Outlet

Cooler-1-Out T = 100oF

Energy Cooler-1-Q

Fruid Package Basis-1

Delta P, psia 20.0

Chu trình lạnh tác nhân CH4

Name Compressor-2

Inlet Cooler-1-Out

Outlet

Comp-2-Out P = 1200 psia

Energy Comp-2-HP

Fruid Package Basis-1

Chu trình lạnh tác nhân CH4

Name Cooler-2

Inlet Comp-2-Out

Outlet

Cooler-2-Out T = 90 oF P = 1185 psia

Energy Cooler-2-Q

Fruid Package Basis-1

Chu trình lạnh tác nhân CH4

Name

Expander-1

Inlet

In Expander-1 to = 20oF P = 995 psia

Outlet

Out Expander-1 T = - 199oF

Energy

Q-Expander1

Fruid Package

Basis-1

Chu trình lạnh tác nhân CH4 Dòng vào In: T = 20oF, P = 995 psia Dòng ra Out: T = - 199oF

Chu trình lạnh tác nhân N2

Name

Nitrogen

Temperature, oF

60.0

Pressure, psia

400.0

Molar Flow, lbmole/hr

250.0

Fruid Package

Basis – 1

Mole Fraction

100% N2

Chu trình lạnh tác nhân N2

Add Compressor-1’: Name

Compressor-1’

Inlet Nitrogen

Outlet

Comp-1’-out P = 800 psia

Energy Comp-1’-HP

Chu trình lạnh tác nhân N2

Add Cooler-1’

Name Inlet

Cooler-1’ Comp-1’-Out

T = -30 oF

Outlet

Cooler-1’-Out

P = 790 psia

Energy

Cooler-1’-Q

Chu trình làm lạnh tác nhân N2

Add Compressor – 2’:

Name

Compressor – 2’

Inlet

Cooler-1’-Out

Outlet

Comp-2’-Out P = 1200 psia;

Energy

Comp-2’-HP

Chu trình làm lạnh tác nhân N2

Add Cooler – 2’:

Name Cooler – 2’

Inlet Comp-2’-Out

T = 90 oF

Outlet Cooler-2’-Out

P = 1185 psia

Energy Cooler-2’-Q

Chu trình làm lạnh tác nhân N2 Add Expander - 2

Name

Expander – 2

Inlet

In Expander-2 T = -130.0 oF;

Outlet

Out Expander-2 T = -260.0 oF; P = 200.0 psia;

Energy

Q-Expander2

Chu trình lạnh tác nhân N2

PFD

Tính chất dòng LNG

Phase Envelope

Tool/Utilities (hoặc Ctr+U), add Envelope

Utility

Design/Connections → Select Stream/Sour

Gas

Phase Envelope

Câu hỏi và Bài tập

 Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng CO2

và H2S đến công đoạn làm ngọt khí

 Tại sao phải dùng tác nhân lạnh là metan và nito? Có thể thay thế bằng các tác nhân lạnh khác được không? Tại sao?

 Xác định cân bằng pha, hệ số nén, khối lượng riêng, của hỗn hợp khí nguyên liệu trước và sau khi làm ngọt. Có gì khác nhau, tại sao?

 Xác định nhiệt trị của hỗn hợp khí  Tính cân bằng vật liệu và cân bằng năng

lượng của toàn quá trình

Bài giảng Công nghệ sản xuất LNG

Làm ngọt khí bằng DEA; convert to Template; export and Import: Component List, Stream; mô phỏng quá trình sản xuất LNG sử dụng 2 chu;... là những nội dung chính mà "Bài giảng Công nghệ sản xuất LNG" hướng đến trình bày.

Chủ đề:

Công nghệ sản xuất LNG

Nội dung

Main-Flowsheet

Sub-Flowsheet Sweetening

Chu trình lạnh

Sweetening Case

Sweetening Case

Sweetening Case

Sweetening Case

Khai báo dòng nguyên liệu

Thiết lập dòng nguyên liệu

Componen t

MoleFractio n

Compone nt

MoleFractio n

Thiết lập dòng nguyên liệu

Thiết lập dòng Amine

Thiết lập dòng Amine

Component

Mass Fraction

DEA

0.28

H2O

0.72

Thiết lập tháp tách hai pha

Name

Separator

Inlet

Sour Gas

Gas to Contactor

Outlet

Liq Sep

Thiết lập tháp tách hai pha

Thiết lập tháp hấp thụ

Name

DEA Contactor

Thiết lập tháp hấp thụ

Giá trị

Thông số của tháp

P đỉnh = 995.0

Pressure, psia

P đáy = 1000.0

Tđỉnh = 100.0

Temperature, oF

Tđáy = 160.0

Thiết lập tháp hấp thụ

Add Valve VLV – 100

Add Separator Flash TK

Add Heater L/R HEX

Add Regenerator

Name

Regenerator

Add Regenerator

CO2 : 0.15

Efficiencies

H2S : 0.8

Tray 1: 210

Temperature, oF

Reboiler: 260

Add new Specs

Name

Cond Temp

Name Energy Stream Spec Value

Duty Reb Q 1.2e7 Btu/hr

Regenerator

HeatExchanger thay thế Heater

Name

L/R HEX

Heat Exchanger L/R HEX

Khởi tạo dòng Makeup H2O

Add Mixer MIX-100

Add Cooler

Add Pump P-100

Add Recycle RCY-1

Name

RCY-1

Inlet