Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án tốt nghiệp mô phỏng quy trình sản xuất dimetyl ete từ khí tổng hợp bằng phần mềm hysys
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC // ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT DIMETYL ETE TỪ KHÍ TỔNG HỢP BẰNG PHẦN MỀM HYSYS CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ DẦU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Trí MSSV: 07704171 Lớp: ĐHHD3 Khóa: 2007-2011 Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Mạnh Huấn Tp. Hồ Chí Minh, năm 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC // ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT DIMETYL ETE TỪ KHÍ TỔNG HỢP BẰNG PHẦN MỀM HYSYS CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ HOÁ DẦU Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Trí MSSV: 07704171 Lớp: ĐHHD3 Khóa: 2007-2011 Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Mạnh Huấn Tp. Hồ Chí Minh, năm 2011 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP T/P HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC // CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do - Hạnh phúc // NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Minh Trí MSSV: 07704171 Ngành: Công nghệ Hóa Dầu Lớp: ĐHHD3 1. Tên đồ án tốt nghiệp: Mô phỏng quy trình sản xuất Dimetyl ete từ khí tổng hợp bằng phần mềm Hysys. 2. Nhiệm vụ Xây dựng quy trình điều chế DME thích hợp với các điều kiện và nhu cầu thực tế của Việt Nam, bằng phương pháp mô phỏng trong môi trường ảo dựa trên phần mềm Hysys. 3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: tháng 3 năm 2011 4. Ngày hoàn thành đồ án tốt nghiệp: ngày 30 tháng 6 năm 2011 5. Họ tên người hướng dẫn: Ts Nguyễn Mạnh Huấn Tp Hồ Chí Minh ngày tháng năm 2011 BCN KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) I. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dụng thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ghi rõ họ, tên) LỜI CÁM ƠN Sau hơn 3 tháng thực hiện đề tài, tuy đó không phải là một khoảng thời gian dài nhưng em rất vui mừng vì những kết quả đạt được cũng như những kiến thức, kỹ năng hữu ích mà em tích lũy được trong quá trình nghiên cứu. Có được kết quả đó là nhờ sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của Ts Nguyễn Mạnh Huấn từ định hướng đề tài, đến tài liệu tham khảo, phương pháp nghiên cứu… trong suốt quá trình thực hiện đề tài, để em có thể hoàn thành tốt công việc. Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy! Bên cạnh đó em cũng xin gởi lơi cảm ơn đối với quý thầy cô trong khoa Công Nghệ Hóa nói chung, và trong tổ bộ môn Dầu Khí nói riêng là những người trong suốt 4 năm qua đã giúp em trang bị nhiều kiến thức bổ ích về lý thuyết cũng như thực tế đời sống, và nay lại còn dành thời gian phản biện để giúp bài luận văn này được hoàn thiện hơn. Ngoài ra, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và các bạn trong nhóm, trong lớp là những người luôn bên cạnh, ủng hộ, động viên em trong quá trình thực hiện đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 PHẦN I 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2 1.1 Tổng quan về Dimethyl ether 2 1.1.1 Tính chất của DME 2 1.1.3 Đánh giá khả năng thay thế của DME với một số nhiên liệu thông dụng[4] 4 1.1.3.1 LPG 4 1.1.3.1 Diesel 5 1.2 Tổng hợp DME 7 1.2.1 Nguồn nguyên liệu: khí tổng hợp 7 1.2.2 Phản ứng tổng hợp DME 9 1.2.2.1 Nhiệt động phản ứng: 9 1.2.2.2 Cơ chế và động học phản ứng: 11 1.2.3 Quy trình tổng hợp DME 13 1.2.3.1 Các loại thiết bị phản ứng 13 1.2.3.1.1 Thiết bị dạng tầng cố định (Fixed – Bed) 14 1.2.3.1.2 Thiết bị dạng huyền phù: 15 1.2.3.2 Các thông số của quá trình 16 1.2.3.2.1 Tỷ lệ nhập liệu 17 1.2.3.2.2 Ảnh hưởng của áp suất: 17 1.2.3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ: 18 1.3 Xúc tác tổng hợp DME[1],[12] 19 1.3.1 Xúc tác cho phản ứng tổng hợp trực tiếp DME từ khí tổng hợp 19 1.3.2 Phương pháp điều chế xúc tác[1],[12] 19 1.3.2.1 Điều chế chất mang 19 1.3.2.2 Điều chế xúc tác trên chất mang 20 1.4 Lựa chọn công nghệ sản xuất DME 22 PHẦN II 24 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 24 Chương 2: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DME BẰNG PHẦN MỀM HYSYS 24 2.1 Tổng quan về mô phỏng và phần mềm Hysys[2] 24 2.1.1 Tầm quan trọng của các phần mềm mô phỏng 24 2.1.2. Giới thiệu về phần mềm Hysys 25 2.1.3 Ứng dụng của Hysys 26 2.2 Mô phỏng quy trình công nghệ 26 2.2.1 Các bước chuẩn bị: 26 2.2.2 Những dữ liệu ban đầu 28 2.2.3 Tính toán các giá trị ban đầu cho quá trình mô phỏng 29 2.2.4 Tiến hành mô phỏng 33 2.2.4.1 Xây dựng cơ sở mô phỏng 33 2.2.4.2 Tiến hành mô phỏng 36 2.2.3 Kết quả thu được từ quá trình mô phỏng 46 PHẦN III 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 3.2 Kiến nghị 48 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Hình 1.1 Sự phụ thuộc áp suất hơi của DME vào nhiệt độ 3 Hình 1.2 Các phương pháp điều chế khí tổng hợp 8 Hình 1.3 Thiết bị phản ứng tấng cố định 15 Hình 1.4 Thiết bị phản ứng huyền phù 16 Hình 1.5: Độ chuyển hóa CO theo thành phần nhập liệu, ở lưu lương 3000 ml/gxt/h, P=3 Mpa, T =260 o C 17 Hình 1.6: Độ chuyển hóa CO theo thành phần áp suất 18 Hình 1.7: Độ chuyển hóa CO theo nhiệt độ 19 Hình 1.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân phối sản phẩm 19 Hình 1.9 Sơ đồ lý thuyết điều chế γ- Al 2 O 3 từ quặng Boxit 20 Hình 1.10 Quy trình sản xuất DME cùa JFE 23 Hình 2.1 Độ chuyển hóa CO dưới ảnh hưởng nhiệt độ trong phản ứng tổng hợp DME và MeOH dưới áp suất 3-5Mpa 30 Hình 2.2 Giao diện Simulation Basic Manager 33 Hình 2.3 Lựa chọn các cấu tử tham gia vào mô phỏng 34 Hình 2.4 Lựa chọn mô hỉnh nhiệt động 34 Hình 2.5 Giao diện reaction tab 35 Hình 2.6 Cửa sổ thiết lập phương trình phản ứng 35 Hình 2.7 Cửa sổ khai báo các tham số của dòng 37 Hình 2.8 Thiết lập máy trộn 38 Hình 2.9 Cài đặt cho thiết bị gia nhiệt 39 Hình 2.10 Cài đặt cho máy nén 40 Hình 2.11 Xây dựng dòng vào- ra và các thuộc tính cho thiêt bị phản ứng 40 Hình 2.12 Xác lập điều kiện phản ứng trong thiết bị phản ứng 41 Hình 2.13 Giao diện thiết kế tháp chưng luyện 42 Hình 2.14 Giao diện thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt 43 Hình 2.15 Tổng quan sơ đồ mô phỏng công nghệ sản xuất DME 45 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tính chất hóa lý tiêu biểu của DME 2 Bảng 1.2 So sánh tính chất của DME với các nhiên liệu khác 4 Bảng 1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ chuyển hóa CO 2 , CH 4 và tỷ lệ H 2 /CO của phản ứng tri-reforming với CH 4 :CO 2 :H 2 O:O 2 = 1:0,475:0,475:0,1 tại 1atm 9 Bảng 2.1 Mô tả và cách lựa chọn các mô hình nhiệt động trong Hysys 28 Bảng 2.2 Độ chuyển hóa- các phản ứng xảy ra trong các thiết bị phản ứng 31 Bảng 2.3 Thông số của các dòng nguyên liệu 37 Bảng 2.4 Cân bằng vật chất trong các thiết bị 46 Bảng 2.5 Tổng kết dòng vào, ra của các thiết bị phản ứng 48 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DME: Dimethyl ether LPG: Khí dầu mỏ hóa lỏng MeOH: Methanol MDR: Methanol Dehydrat Reaction MSR: Methanol Synthesis Reaction SynGas: Khí tổng hợp Synthetic LPG: LPG tổng hợp WGS: Water Gas Shift LỜI NÓI ĐẦU Trong thời điểm hiện nay, nền công nghiệp thế giới trong đó có Việt Nam ngày càng phát triển nhanh chóng, đi kèm theo đó là nhu cầu to lớn về năng lượng. Việc tìm ra nguồn nhiên liệu mới thay thế cho nhiên liệu hóa thạch truyền thống hiện đang là một nhu cầu cấp thiết của thế giới. Trong số các loại nhiên liệu thay thế được đang phát triển hiện nay DME (dimethyl ether) là một loại nhiên liệu sạch và kinh tế. DME không màu, dễ hoá lỏng và vận chuyển. Trên thế giới, DME đã được sử dụng thay thế cho nhiều nguồn năng lượng hoá thạch ngày càng trở nên khan hiếm. DME ít gây ảnh hưởng đến môi trường và có thể thay thế được cho nhiều chất đang sử dụng hiện nay. DME có thể sử dụng như nhiên liệu cho máy dầu diesel, máy xăng dầu và động cơ dùng khí đốt, hoặc dùng dưới dạng gas như LPG. DME còn có tính năng tương tự khí tự nhiên khi dùng trong ngành sản xuất điện và đã được công nhận bởi các nhà sản xuất như General Electric, Hitachi, Mitsubishi… Ngoài ra, nguyên liệu để sản xuất DME cũng phong phú, có thể đi từ khí thiên nhiên, than đá, hoặc biomass thông qua các quá trình khác nhau. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế chung của việc nghiên cứu, triển khai quy trình sản xuất các loại nhiên liệu thay thế, và với việc nghiên cứu điều chế DME từ khí tổng hợp có thể được xem là một hướng đi đúng hiện nay của chúng ta để đón đầu sự thay đổi về cung cầu năng lượng trong một tương lai gần. Với định hướng chung đó, mục tiêu của đề tài này là tìm ra một quy trình sản xuất DME thích hợp với điều kiện thực tế thông qua việc mô phỏng bằng phần mềm Hysys. Tuy nhiên do thời gian tiếp cận các phần mềm còn ít, kiến thức thực tế còn hạn chế do đó chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn. 1 [...]... phỏng quy trình công nghệ với sự trợ giúp của phần mềm Hysys với mục đích tối ưu hoá các quá trình, tìm ra một quy trình công nghệ phù hợp có thể sử dụng trong thực tế PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ Chương 2: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DME BẰNG PHẦN MỀM HYSYS 2.1 Tổng quan về mô phỏng và phần mềm Hysys[ 2] 2.1.1 Tầm quan trọng của các phần mềm mô phỏng Để đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn các sản. .. cho dự án sản xuất DME 6 1.2 Tổng hợp DME 1.2.1 Nguồn nguyên liệu: khí tổng hợp DME có thể đi từ methanol bằng phản ứng dehydrat hóa Nguồn nguyên liệu chính hiện nay để điều chế DME là khí tổng hợp Khí tổng hợp là hỗn hợp của CO và H2 Tỷ lệ H2 so với CO trong hỗn hợp phụ thuộc vào loại nguyên liệu tổng hợp ra nó, phương pháp điều chế và mục đích sử dụng cuối cùng Khí tổng hợp được điều chế từ nhiều... đó phổ biến nhất là PRO/II, DYNSIM và HYSYS 2.1.2 Giới thiệu về phần mềm Hysys Hysys là phần mềm chuyên dụng dùng để tính toán và mô phỏng công nghệ được dùng cho chế biến dầu và khí, trong đó các quá trình xử lý và chế biến khí được sử dụng nhiều nhất Hysys chạy trên Windows là phiên bản mới của Hysim, phần mềm này trước đây dùng trên hệ điều hành MS Dos Hysys là sản phẩm của công ty Hyprotech - Canada... 1,77 2,14 1.2.2 Phản ứng tổng hợp DME 1.2.2.1 Nhiệt động phản ứng: DME có thể được tổng hợp từ khí tổng hợp qua 2 con đường: • Gián tiếp, với việc sử dụng hai thiết bị phản ứng khác nhau • Trực tiếp, với hệ xúc tác lưỡng tính, trong cùng một thiết bị phản ứng: Tuy đi bằng con đường nào, thì bản chất, để tạo ra DME từ khí tổng hợp, cần phải đi qua các giai đoạn sau: • Tổng hợp methanol CO + 2H2 CH3OH... phân phối sản phẩm[11] 1.3 Xúc tác tổng hợp DME[1],[12] 1.3.1 Xúc tác cho phản ứng tổng hợp trực tiếp DME từ khí tổng hợp Đối với quá trình tổng hợp DME trực tiếp hiện nay, thì về mặt bản chất, xúc tác sử dụng được xem là xúc tác lưỡng tính gồm hai thành phần cơ bản là xúc tác cho phản ứng methanol hóa và phản ứng dehydrat hóa methanol thành DME Nếu phương pháp điều chế làm cho thành phần tổng hợp methanol... khí độc NOx, SOx[9]: - Khí tự nhiên Bạch Hổ sẽ là nguồn cung cấp methane sử dụng cho quá trình 23 - Flue gas từ các nhà máy năng lượng sau quá trình xử lý loại bỏ các thành phần không thích hợp hoặc gây đầu độc xúc tác sẽ có thành phần chính gồm CO2, H2O, O2 Đây là các thành phần phù hợp cho quá trình tổng hợp Syngas[9] Khi đã có được những dữ kiện căn bản như trên, bước tiếp theo sẽ tiến hành mô phỏng. .. thiết bị trong dây chuyền mà vẫn đảm bảo yêu cầu về chất lượng sản phẩm Hysys cho phép tính toán vấn đề về tận dụng nhiệt, tối ưu được vấn đề năng lượng trong quá trình sản xuất, tuần hoàn nguyên liệu nhằm tăng hiệu suất quá trình 2.2 Mô phỏng quy trình công nghệ 2.2.1 Các bước chuẩn bị: • Chuẩn bị sơ đồ qui trình công nghệ: Chuẩn bị sẵn sơ đồ công nghệ và các thông số đầu vào, đầu ra cần thiết (tên gọi,... lớn CO 2 sinh ra (từ phản ứng WGS) song song với sự hình thành DME và điều này sẽ làm tăng chi phí tách cũng như độ phức tạp của quá trình bởi vì DME hóa lỏng hòa tan CO2 rất tốt Vì những ưu điểm của mô hình B đó nên trong những phần tính toán tiếp theo sẽ sử dụng mô hình này 1.2.3 Quy trình tổng hợp DME 1.2.3.1 Các loại thiết bị phản ứng Có 3 loại thiết bị thường được dùng trong tổng hợp DME là dạng... Phương pháp tri-Reforming Trong phần mô phỏng tiếp sau để sản xuất khí tổng hợp cho quá trình điều chế DME sẽ sử dụng phương pháp tri-Reforming khí thiên nhiên của tác giả Chunshan Song và Wei Pan[9], đây có thể xem là sự kết hợp của các phương pháp steam reforming, oxi hóa không hoàn toàn và thêm vào đó là CO2 reforming Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ngoài việc tổng hợp syngas (tỷ lệ H2/CO khoảng 1,5–2,0),... này Hình 1.10 Công nghệ sản xuất DME của JFE[13] Quy trình công nghệ gồm 3 cụm chính: 1 Reforming khí thiên nhiên sinh khí tổng hợp: công nghệ Tri- Reforming[9] Bao gồm các phản ứng CO2 reforming, steam reforming và oxi hóa không hoàn toàn 2 Tổng hợp trực tiếp DME: bao gồm phản ứng hydro hóa CO tạo methanol, dehydrate methanol tạo DME và phản ứng WGS 3 Cụm phân tách sản phẩm: hỗn hợp sau phản ứng sẽ đi . Dầu Lớp: ĐHHD3 1. Tên đồ án tốt nghiệp: Mô phỏng quy trình sản xuất Dimetyl ete từ khí tổng hợp bằng phần mềm Hysys. 2. Nhiệm vụ Xây dựng quy trình điều chế DME thích hợp với các điều kiện. 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC // ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT DIMETYL ETE TỪ KHÍ TỔNG HỢP BẰNG PHẦN MỀM HYSYS CHUYÊN NGÀNH: CÔNG. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC // ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT DIMETYL ETE TỪ KHÍ TỔNG HỢP BẰNG PHẦN MỀM HYSYS CHUYÊN NGÀNH: CÔNG