Môphỏng quá trình công nghệ hóa học bằng hysys năm 2024
- 1. Hoàng Điệp Lớp: Hóa dầu 2-K51 Đề thi: Sản xuất Amoniac từ Methane I. Phân tích quá trình mô phỏng: Quá trình sản xuất Amoniac từ metan đi qua hai giai đoạn chính là Steam Reforming và tổng hợp NH3,được thực hiện trong 6 thiết bị phản ứng cân bằng chính: reforming sơ cấp, reforming thứ cấp, chuyển hóa CO nhiệt độ cao, chuyển hóa CO nhiệt độ thấp, metan hóa, tổng hợp NH3. Dựa theo tìm hiểu về chế độ công nghệ của các phản ứng trong công nghiệp để thực hiện mô phỏng, em xin đưa ra điều kiện công nghệ của các thiết bị phản ứng trong hysys như sau: 1.Phản ứng reforming sơ cấp: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2 CO + H2O ↔ CO2 + H2 Phản ứng trong công nghiệp với tỉ lệ H2O:C=1.8-3, nhiệt độ 800÷9000C, áp suất duy trì ở 2÷3Mpa. Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với phản ứng xảy ra ở 8000C, P=2070 kPa ,tỉ lệ H2O:C=2. 2.Phản ứng reforming thứ cấp: CH4+ 1/2O2 ↔ CO + 2H2 Nhiệt độ đầu vào 8000C, nhiệt độ đầu ra 900÷10000C Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với nhiệt độ đầu vào 8000C phản ứng xảy ra ở 10000C; 2070 kPa. 3.Phản ứng chuyển hóa CO nhiệt độ cao [ high temperature water-gas- shift ] :
- 2. ↔ H2 + CO2 Phản ứng trong công nghiệp với nhiệt độ phản ứng 350÷5000C, P=2÷3Mpa Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với phản ứng xảy ra ở 4000C; 2070 kPa. 4.Phản ứng chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp [ low temperature water-gas- shift ]: CO + H2O ↔ H2 + CO2 Phản ứng trong công nghiệp với nhiệt độ phản ứng đầu vào 2000C, đầu ra 2300C; P=1÷3Mpa Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với nhiệt độ đầu vào 2000C, đầu ra 2300C; P=2070 kPa. 5.Phản ứng metan hóa [Methanation]: CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O Phản ứng trong công nghiệp ở P=3Mpa ,nhiệt độ đầu vào 3000C; đầu ra 3650C Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=3Mpa; nhiệt độ đầu vào 3000C; đầu ra 3650C. 6.Phản ứng tổng hợp NH3: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 Mô phỏng hysys: thiết lập Equilibrium reactor với P=2.5e4 kPa; nhiệt độ phản ứng [nhiệt độ đầu ra là 4500C ]. Từ những điều kiện trên em thực hiện mô phỏng: thiết lập giá trị nhiệt độ; áp suất cho dòng vào; dòng ra Reactor. Khi nhiệt độ; áp suất dòng nguyên liệu đi vào Reactor chưa đạt yêu cầu như trên em sử dụng các thiết bị: Cooler, Heater, Compressor, Expander để đưa về điều kiện mô phỏng của Reactor như trình bày ở phần trên.
- 3. thực hiện quá trình nhận thấy có thể tận dụng nhiệt của dòng sản phẩm nên em đưa thêm Heat Exchanger vào để tận dụng nhiệt này đun nóng sơ bộ cho nguyên liệu ban đầu. II. Trình tự tiến hành mô phỏng: 1. Nhập các cấu tử và chọn hệ nhiệt động:
- 4. mô phỏng: Xây dựng các phản ứng trong reactions:
- 5.
- 6. các phản ứng: Thiết lập dòng Feed: CH4 với các tham số như đề bài:
- 7. dòng hơi nước ở 8000C; 2070 kPa, lưu lượng 200Kgmole/h [tỉ lệ C:H20=0.5] để tính toán: Nhập thiết bị phản ứng cân bằng,add phản ứng reforming sơ cấp vào, chọn nhiệt độ dòng ra là 8000C: Nhập dòng vào, dòng ra:
- 8. cho thiết bị: Reforming sơ cấp không tự động tính nhiệt độ dòng ra mà phải chọn nhiệt độ dòng ra để tính duty nên nhập nhiệt độ dòng ra la 8000C: Qui trình thiếp lập dòng, add phản ứng cho các Reactor khác tương tự như trên.
- 9. phẩm từ đầu ra Reactor1 đưa vào Reactor2 reforming thứ cấp, nguyên liệu đưa vào là dòng không khí qua qui trình gia nhiệt và nén lên áp suất cao để đạt trạng thái 8000C; 2070kPa, ban đầu cho lưu lượng của nó là 100kgmole/h , dựa vào tỉ lệ N2/H2 lúc sau ta điều chỉnh sau. nhiệt độ dòng sản phẩm ra khỏi 2 -R2-Vap rất lớn[10000C] nên ta cho qua trao đổi nhiệt để đun nóng sơ bộ lượng nước đưa vào reforming, ở đây em sử dụng nước tự nhiên ở điều kiện thường 250C, 1atm dùng nhiệt quá trình để đun nóng sơ bộ rồi nén lên áp suất cao:
- 10. tiếp tục được làm lạnh đến 4000C đi vào chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao[Reac3], dòng ra khỏi Reac3 được làm lạnh đến 2000C rồi vào chuyển hóa CO nhiệt độ thấp [Reac4].
- 11. ra khỏi quá trình reforming còn lẫn H2O , ta cho tuần hoàn lại bằng cách làm lạnh xuống 200C cho nước ngưng tụ rồi đưa vào tháp phân tách pha: Nước thu được đem tuần hoàn lại trộn với dòng nước ban đầu tạo thành chu trình kín:
- 12. có được chu trình reforming, dùng nước tự nhiên gia nhiệt nhờ nhiệt của sản phẩm quá trình. Có sự tuần hoàn lại lượng nước chưa phản ứng để tiết kiệm chi phí. Dòng ra khỏi reforming sẽ được hấp thụ CO2 bằng C3=Carbonate. Hơi từ reforming đã tách nước được nén lên 8000 kPa, rồi làm lạnh đến 350C đưa vào tháp hấp thụ: Tháp hấp thụ ở đây tuần hoàn dung môi C3=Carbonate em sử dụng chu trình giống như chu trình làm ngọt khí bằng DEA trong Gas8:
- 13. qua tách CO2 được đem đi metan hóa để tinh chế giảm lượng CO xuống cỡ ppm: Hỗn hợp được nâng lên áp suất 3Mpa, 3000C để thực hiện phản ứng metan hóa. Khí sau metan hóa được nén lên 2.5e4 kPa, sau nén hạ nhiệt độ xuống để đi tổng hợp NH3. Ban đầu chưa có tuần hoàn lượng N2,, H2, sau đó ta cho tuần hoàn lại:
- 14. hóa các điều kiện hoạt động của chu trình: Sử dụng công cụ Adjust và Set để hiệu chỉnh chế độ công nghệ,trong PFD: ADJ1: điều chỉnh lưu lượng dòng C3=carbonate sao cho khí ra khỏi tháp hấp thụ có nồng độ CO2