Công nghệ sản xuất CNG

Nhóm Mô phỏng Công nghệ Hoá học và Dầu khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Công nghệ sản xuất CNG Trạm Hiệp Phước 50 triệu m3 /năm Sử dụng Pipesys CNG Hiệp Phước Tính toán kích thước đường ống phù hợp cho mỗi cụm Lựa chọn:  Máy nén  Valve Sử dụng PipeSys để mô phỏng hệ thống:  Cum đo đếm khí đầu vào  Cụm máy nén khí CNG  Cụm dẫn CNG ra họng nạp 2 Tính kích thước đường ống Theo tiêu chuẩn ASME B31.8 vận tốc lưu chất đi trong ống lớn nhất là 30.5 m/s Theo tiêu chuẩn NORSOK, tổn thất áp suất cho phép qua 100m ống:  Đối với lưu chất có P < 35 barg → Delta P = 0.11 bar  Đối với lưu chất có P> 138 barg → Delta P = P/500 3 Tính kích thước đường ống Tính vận tốc khí Vận tốc trung bình lớn nhất qua ống phụ thuộc lưu lượng lớn nhất và khối lượng riêng lớn nhất của khí: 𝑉 = 4×𝜌×𝑄 𝜋×𝑑2 Trong đó: V - Vận tốc khí trung bình, m/s ρ - Tỷ trọng, kg/ m3 d - Đường kính trong ống, m Q - Lưu lượng, kg/s 4 Tính kích thước đường ống Tính toán độ giảm áp  Độ giảm áp lớn nhất qua ống gây ra bởi lưu lượng lớn nhất và tại khối lượng riêng lớn nhất của khí.  Công thức Darcy để tính độ giảm trên 1 đơn vị chiều dài đường ống như sau: 𝛥𝑃100 = 𝑊2 𝜌 × 62530 × 100 × 𝑓 𝑑5 Trong đó: f - Hệ số ma sát W - Lưu lượng khối lượng, kg/h d - Đường kính trong, mm ρ - Tỷ trọng, kg/m3 5 Lựa chọn máy nén Loại máy nén: Pittiong đa cấp (3 cấp) Công suất: 1800 Sm3/h/1 máy Số lượng máy nén: 4 máy ( 3làm việc, 1 dự phòng) Áp suất đầu vào: 14 20 barg Áp suất đầu ra: 250 barg Nhiệt độ đầu vào: -10 65°C Công suất điện: 250 KW 6 Lựa chọn van Lựa chọn van an toàn theo các tiêu chuẩn:  APIRP 520: sizing, selection, and Installation of Pressure- Relieving Devices in Refineries  APIRP 521: Guide for Pressure – Relieving Depressuring Systems  API Std 526: Flanged Steel Pressure Relief Vales Lựa chọn van điều áp theo các tiêu chuẩn:  ISA-S75.01: Flow Equation for Sizing Control Valve  Gas Conditioning & Processing Book  Engineering Data Book 7 PFD Công nghệ CNG 8  FP: Peng-Robinson  Components: CO2, N2, C1- C6, Benzen, Cyclohexan, C7, Toluen, S-Rhombic, H2S Hệ nhiệt động PR 9 Tên dòng Gas In Nhiệt độ (C) 25 Áp suất (bar) 23 Molar Flow (m3/h) 7200 10 Nguyên liệu Component Molefraction Component Molefraction CO2 0.0188 n-C5 0.0012 Nitơ 0.0034 n-C6 0.0023 C1 0.8943 Benzen 0.0001 C2 0.0426 Cyclohexan 0.0001 C3 0.0238 n-C7 0.0001 i-C4 0.0058 Toluen 0.0001 n-C4 0.0054 S-Rhombic 0 i-C5 0.002 H2S 0 Nguyên liệu 11 Nguyên liệu 12 Dùng PIPESYS để mô phỏng hệ thống đường ống của công nghệ CNG Mở PIPESYS: Flowsheet tab → Add Operation (hoặc bấm phím F12) → Chọn Pipesys Extension trong Extensions Categories 13 PIPESYS PIPESYS 14 15 PIPESYS PIPESYS Chú ý: Trước khi thực hiện các bước tiếp theo nên check vào Ignore this UnitOp During Caculations Chuyển sang Elevation Profile tab 16 17 PIPESYS 18 PIPESYS Pipeline Origin → Distance: 0 → Elevation: 0 Từ danh sách drop-down trong ô empty của cột Pipeline Unit → chọn Pipe 19 PIPESYS 20 PIPESYS Giao diện của Pipe Unit sẽ xuất hiện: 21 PIPESYS Dimensions tab nhập các thông số cho ống:  Nominal Diameter: 6 inches  Pipe Schedule: 40 22 Cụm dẫn khí đầu vào Cụm dẫn khí đầu vào Heat Tranfer tab → Heat Tranfer Enviroment →chọn Above Ground Nhập các thông số: Air Density 1.217 kg/m3 Air Viscosity 0.018 cP Air Conductivity 0.026 W/m-K Air Velocity 2.134 m/s 23 Pipe Coatings tab 24 Cụm dẫn khí đầu vào Cụm dẫn khí đầu vào Khi nhập xong tất cả các thông số cho 3 tab → Close để hoàn tất và trở về Elevation Profile Nhập giá trị:  Distance: 20 m  Elevation: 0 m 25 Cụm dẫn khí đầu vào 26 Temperature Profile tab: Ambient Temperature 30 (C) 27 Cụm dẫn khí đầu vào Cụm dẫn khí đầu vào Connection tab: bỏ check tại ô Ignore 28 Add Valve VLV-100 Delta P = 50 KPa 29 Cụm dẫn khí đầu vào Đường ống 6 inch sau đó nhập tương tự Chiều dài của đoạn ống: 50m 30 Add Valve VLV-101 31 P out = 20 bar Add TEE-100 32 Add TEE-100 4 dòng có tỷ lệ như nhau: 0.25 33 Cụm nén khí CNG 34 Cụm nén khí CNG 4 nhánh của đường ống nén khí có thông số công nghệ hoàn toàn như nhau Nhập thông số cho 1 nhánh → 3 nhánh sau hoàn toàn tương tự Trên một nhánh có 5 thiết bị:  Van an toàn  Máy nén khí  Cooler  Đường ống  TEE 35 Add van VLV-102 Delta P = 0 kPa 36 Add máy nén khí K-100 Áp suất ra của dòng khí: 251 bar 37 P out = 251 bar Add Cooler E-100 Nhiệt độ của dòng khí sau khi nén là: 271oC → cần làm mát dòng khí 38 Nhiệt độ dòng: 45 C Áp suất: 251 Bar 39 Add Cooler E-100 40 Add Cooler E-100 delta P = 0 Add PIPESYS. Nhập dòng vào và dòng ra: 41 Cụm nén khí CNG Trong tab Elevation Profile 42 Cụm nén khí CNG Giao diện của Pipe unit 43 Cụm nén khí CNG Dimentions tab nhập các thông số của ống 44 Cụm nén khí CNG Heat Tranfer tab 45 Cụm nén khí CNG Pipe Coating tab 46 Cụm nén khí CNG Điền các thông số còn lại trong tab Elevation Profile 47 Cụm nén khí CNG Temperature Profile tab: Ambient Temp 30 C 48 Cụm nén khí CNG Quay lại tab Connection bỏ check ignore 49 Cụm nén khí CNG 50 Add TEE-101 Parameter tab → Splits 51 Add TEE-101 Kết thúc nhánh thứ nhất Nhánh 2, 3, 4 của lưu trình sử dụng các thiết bị và thông số kĩ thuật hoàn toàn tương tự Tương tự với các nhánh 2, 3, 4 52 Cụm nén khí CNG Sau khi khí được nén trở thành khí cao áp hay gọi là khí CNG (Compressed Natural Gas)  CNG được đưa vào hệ thống nạp Gas cho xe Trailler bằng đường ống Mô phỏng giai đoạn cuối cùng của hệ thống công nghệ CNG 53 Cụm dẫn CNG tới Trailler Sơ đồ mô phỏng: 54 Cụm dẫn CNG tới Trailler Có 5 nhánh dẫn CNG tới Trailler: 4 nhánh trước Mixer 1 nhánh sau Mixer Các nhánh có chế độ công nghệ như nhau Trong mỗi nhánh đều có thiết bị:  TEE (đã được mô phỏng phần trước)  Đường ống nạp khí 55 Cụm dẫn CNG tới Trailler Nhánh 1: add PIPESYS 56 Cụm dẫn CNG tới Trailler Cụm dẫn CNG tới Trailler 57 Cụm dẫn CNG tới Trailler 58 Cụm dẫn CNG tới Trailler 59 60 Cụm dẫn CNG tới Trailler 61 Cụm dẫn CNG tới Trailler Kết thúc mô phỏng 4 nhánh xuất sản phẩm 62 Add Mixer MIX-100 Add PIPESYS dẫn sản phẩm sau MIX-100 Tương tự 4 nhánh trước Mixer. 63 Cụm dẫn CNG tới Trailler PFD Công nghệ CNG 64