МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технологический университет

 

 

 

Кафедра: Химической технологии переработки нефти и газа

 

 

 

ОТЧЕТ

по преддипломной практике

на тему:

Установка аминовой очистки газа

 

 

 

 

 

 

Выполнил: магистрант гр.416-М44

Нуриев А.Р.

Проверил: доцент

Мурзин В.М.

 

 

 

Казань, 2018 г.

 

1. Расчет технологической схемы аминовой очистки кислого газа секции 500

 

Расчёт действующей установки аминовой очистки газа секции 500 был проведен в среде Aspen Hysys v.9, где подробно была создана в статическом режиме компьютерная модель действующей установки. Для расчет физико-химических свойств потоков была использована модель «Acid Gas - Chemical Solvents». Для расчета задан список компонентов (рисунок 1).

 

Рисунок 1 – Список компонентов для моделирования схемы аминовой очистки

 

Согласно данным аналитического контроля, в составе кислого газа кроме водорода, метана, этана и пропана содержаться более тяжелые углеводороды: бутаны, пентаны и изомеры гексана. Дополнительно учитываем состав абсорбента – метилдиэтаноламин и воду.

Смоделированная в Hysys схема приведена на рисунке 2. Питанием установки служат газы содержащие сероводород, поступающие: с флегмовой емкости V-100/1секции стабилизации нефти; с сепаратора V-302 и флегмовой емкости V-303 секции гидроочистки бензина; сепаратора V-402 и флегмовой емкости V-403 секции гидроочистки дизельного топлива; жидкие углеводороды сепаратора V-100/4. Кроме того на установку подается насыщенный раствор метилдиэтаноламина после абсорбционной колонны Т-402 секции 400 гидроочистки дизельной фракции для его регенерации в колонне Т-503.

 

 

 

Рисунок 2 – Схема аминовой очистки кислого газа секции 500, смоделированная в Hysys

 

 

Для расчет схемы аминовой очистки питание установки зададим в виде одного потока  - смеси кислых газов со всех аппаратов производства ЕНПУ. Согласно данным аналитического контроля выведем средний состав смеси кислых газов, состав введем в виде % мольных, что соответствует % объемным (рисунок 3). Нагрузку на установку вводим фактический расход питания газов, который составляет 1761 кг/ч.

Рисунок 3 – Состав смеси кислых газов – питания секции 500

 

Расчет сепараторов кислого газа V-504

Сепараторы V-504 предназначен для отделения жидкой фазы из потоков питания установки, которая выводится в факельный сепаратор V-801 для сжигания. Данный аппарат обеспечивает минимальный перепад давления, поэтому в характеристиках сепаратора был задан перепад давления 0,01 бар (рисунок 4). Аппараты работают без подвода или отвода теплоты, поэтому температура потока в сепараторе остается практически неизменной (за исключением незначительного падения температура из-за дросселяции потока в связи с небольшим падением давления). Программа на основе фазового равновесия разделит потоки в сепараторах на газовую часть (верх) и жидкую часть (низ). В связи с тем, что в составе питания установки отсутствует жидкая фаза, расход низа сепаратора отсутствует (рисунок 5).

Рисунок 4 – Данные для расчета сепаратора V-504

 

Рисунок 5 – Результаты расчета сепарации кислого газа в сепараторе V-504

 

Расчет аминового абсорбера Т-502

Сепарированный поток с сепаратора V-504 поступает на аминовую очистку в колонну Т-502 при температуре 49,99 ^оС и избыточном давлении 5 кгс/см². Колонну в схеме зададим в виде оператора абсорбционной колонны без рибойлера (кипятильника). Зададим потоки куба колонны (насыщенный МДЭА) и очищенного газа в верху колонны (топливный газ). В качестве абсорбента, который подается на верхнюю часть колонны, предварительно зададим раствор МДЭА с концентрацией 38 % масс (остальное вода) и расходом 3000 кг/ч. В дальнейшем, после построения всех схемы, данный раствор будет возвращаться с десорбера Т-503. Предварительный расчет можно провести с предполагаемым составом аминового раствора без учета рецикла.

Колонна загружена насадкой Палля высотой 6096 мм и диаметром 610 мм, число теоретических тарелок не превышает 10 шт. Так как колонна насадочная, то перепад по колонне незначительный. В связи с этим задаем количество тарелок 10 шт, давление в кубе 4,5 кгс/см², в верху 4,49 кгс/см² (перепад 0,01 кгс/см²) (рисунок 6). После построения всей схемы аминовый раствор возвращаем в колонну через оператор рецикла (RCY-1). В результате расчета получаем в верху колонны очищенный от сероводорода (53 ppm масс или 56 ppm об) и насыщенный сероводородом раствор МДЭА в кубе колонны (рисунок 7).

 

 

Рисунок 6 – Данные для расчета колонны Т-502

 

Рисунок 7 – Результаты расчета аминовой очистки кислых газов в колонне Т-502 (% моль)

 

Следующим этапом проведем расчет гидравлики в колонне Т-502. Зададим насадку Палля, диаметр насадочного пакета 0,61 м, высоту насадочного пакета – 6,096 м, что соответствует ВЭТТ (высоте эквивалентной одной теоретической тарелки) – 0,6096 м (рисунок 8).

 

Рисунок 8 – Данные для расчет гидравлики колонны Т-502

 

Согласно полученным данным, заданные характеристики колонны и параметры потоков ее питания, расходы газа и орошаемой жидкости обеспечивают оптимальный гидравлический режим работы (рисунок 9).

Рисунок 9 – Результаты расчета гидравлики колонны Т-502

 

Расчет насоса Р-501

В кубовую часть колонны Т-502 подается поток насыщенного раствора МДЭА с установки гидроочистки дизельной фракции секции 400 для дальнейшей регенерации в колонне Т-503. Расход этого продукта 3500 кг/ч. Условно смешение этого продукта с кубовым продуктом колонны Т-502 осуществим с помощью оператора смешения (mixer). Совмещенный поток направляется на всас насоса Р-501, который предназначен для поддержания давления в системе насыщенного раствора МДЭА для подачи его в колонну-десорбер Т-503. Зададим создаваемое давление насоса 2 бар (рисунок 10). В результате расчет получаем энергопотребление насоса 2311 ккал/ч, общая мощность насоса (ротора) – 2,7 кВт

 

Рисунок 10 – Данные для расчета насоса Р-501

 

Расчет теплообменника Е-501

Насыщенный раствор МДЭА поступает в теплообменник Е-501 для его подогрева за счет охлаждения возвратного потока тощего раствора МДЭА. В расчете учитываются характеристики возвратного потока, которые зависят от работы колонны десорбера Т-503 и теплообменника Е-501А. Поэтому для предварительного расчета задается только температура на выходе из теплообменника (100 ^оС) и перепад давления по этому пространству (0,1 бар). После соединения возвратного потока тощего раствора МДЭА и задания перепада давления (0,1 бар) осуществляется расчет температуры этого потока на выходе из теплообменника. Результаты расчета приведены в таблице 1.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1 – Результаты расчет теплообменника Е-501

Показатель	Е-501
Перепад в межтрубном пространстве, бар	0,1
Перепад в трубном пространстве, бар	0,1
Температура газа на входе, оС	46
Температура газа на выходе, оС	100
Количество ходов по трубному пространству	2
Количество ходов по межтрубному пространству	1
Поверхность теплообмена, м2	14,7
Диаметр кожуха, мм	524
Количество трубок	78
Внутренний диаметр трубок, мм	16
Длинна трубного пучка, м	3

 

Рисунок 11 – Данные для расчета теплообменника Е-501

 

Рисунок 12 – Результаты расчет теплообменника Е-501

 

 

 

Расчет теплообменника Е-501А

Теплообменник Е-501А предназначен для донагрева насыщенного потока МДЭА за счет  охлаждения возвратного потока тощего МДЭА. Расчет этого теплообменника осуществляем аналогичным образом, что и теплообменник Е-501. Так как данный теплообменник пластинчатый, то его расчет осуществляем с оператором LNG Exchenger. Задаем температуру насыщенного раствора МДЭА на выходе – 105 ^оС, перепады давлений по обоим пространствам – 0,1 бар (рисунок 13). Результат расчетов приведен в таблице 14.

Рисунок 13 – Данные для расчета теплообменника Е-501А

Рисунок 14 – Результаты расчет теплообменника Е-501А

 

Расчет колонны десорбера Т-503

Нагретый поток насыщенного раствора МДЭА поступает в колонны десорбер Т-503. Колонну в схеме зададим в виде оператора абсорбционной колонны с рибойлером. Зададим потоки куба колонны (тощий МДЭА) и выпаренного газа в верху колонны (кислый газ). Согласно конструкции данной колонны верхний продукт после охлаждения в АВО АС-501В возвращается в кубовую секцию колонны Т-503, которая конструктивно изолирована от остальной части колонны. Поэтому кубовую секцию колонны Т-503 при расчете в hysys выразим в виде отдельного сепаратора. Конденсат с кубовой секции колонны Т-503 возвращается в питание колонны. Поэтому данный конденсат подмешиваем в основной проток питания с помощью оператора смеситель (Mixer). Возврат этого потока осуществляем через оператор рецикла RCY-1-2.

В колонне зададим количество теоретических тарелок 12 шт, давление в кубе 0,5 кгс/см², в верху 0,49 кгс/см² (перепад 0,01 кгс/см²) (рисунок 14). В результате расчета получаем в верху колонны выпаренный газ с унесенным водным раствором МДЭА, в кубе колонны – тощий раствор МДЭА с остаточным содержанием сероводорода 0,86 % масс или 0,16 % моль (рисунок 15). При этом, необходимо учитывать, что состав верхнего продукта колонны после охлаждения и сепарации измениться.

Рисунок 14 – Данные для расчета колонны Т-503

 

Рисунок 15 – Результаты расчета десорбции насыщенного раствора МДЭА (% моль)

 

Следующим этапом проведем расчет гидравлики в колонне Т-503. Зададим насадку Палля, диаметр насадочного пакета 0,61 м, высоту насадочного пакета – 7,925 м, что соответствует ВЭТТ (высоте эквивалентной одной теоретической тарелки) – 0,6604 м (рисунок 16).

 

Рисунок 16 – Данные для расчета гидравлики колонны Т-503

 

Согласно полученным данным, заданные характеристики колонны и параметры потоков ее питания, расходы газа и орошаемой жидкости обеспечивают оптимальный гидравлический режим работы (рисунок 17).

Рисунок 17 – Результаты расчета гидравлики колонны Т-503

 

 

Расчет АВО АС-501В

Охлаждение кислого газа с верха колонны Т-502 осуществляет в аппарате воздушного охлаждения АС-501В. В качестве исходных данных задаем температуру на выходе из теплообменника 45 ^оС и перепад давления по аппарату – 0,1 бар (рисунок 18). Результаты расчета приведены на рисунке 19.

 

Рисунок 18 – Данные для расчета АС-501В

 

Рисунок 19 – Результаты расчета АВО АС-501 В

 

Расчет кубовой части колонны Т-503

В кубовой части колонны Т-503 осуществляется отделение конденсата из кислого газа после АВО АС-501В. В данной части колонны обеспечивается минимальный перепад давления, поэтому в  характеристиках сепаратора задан перепад давления 0,01 бар (рисунок 20). Эта часть колонны работает без подвода или отвода теплоты, поэтому температура потока в сепараторе остается практически неизменной. Программа на основе фазового равновесия разделит потоки в сепараторах на газовую часть (верх) и жидкую часть (низ). Кубовая часть сепаратора возвращается в колонну Т-503, в результате обеспечивается рецикл этого потока (рисунок 21).

Рисунок 20 – Данные для расчета куба Т-503

 

Рисунок 21 – Результаты расчета сепарации кислого газа в кубе Т-503

 

Расчет емкости V-503

Тощий раствор МДЭА после охлаждения в теплообменника Е-501А и Е-501 собирается в емкости V-503. Для поддержания концентрации раствора МДЭА в эту емкость подается подпитка воды и МДЭА. Поэтому эту емкость на схеме выразим в виде оператора смесителя «makeup» с подпиткой воды и МДЭА. В характеристика смесителя задаем расход раствора МДЭА – 6500 кг/ч (3000 кг/ч в колонну Т-503 и 3500 кг/ч в секцию 400 гидроочитски дизельной фракции) и концентрацию МДЭА в растворе 38 % масс (рисунок 22). В результате оператор сам рассчитает подпитку МДЭА и воды (рисунок 23).

Рисунок 22 – Данные для расчет емкости V-503

 

Рисунок 23 – Результаты расчета емкости V-503

 

Расчет насоса Р-502

Тощий раствор МДЭА подается в колонну  Т-502 с помощью насоса Р-502. Подача общего раствора МДЭА осуществляется с расходом 6500 кг/ч. Т.к. давление в колонне Т-502 составляет 4,5 бар, то с запасом зададим создаваемое насосом давление 4,9 бар (рисунок 24). В результате расчет получаем энергопотребление насоса 994 ккал/ч, общая мощность насоса (ротора) – 10,2 кВт

 

Рисунок 24 – Данные для расчета насоса Р-502

 

Расчет АВО АС-501А

Дополнительное охлаждение тощего раствора МДЭА перед его подачей в колонну Т-502 осуществляется в АВО АС-501А. В качестве исходных данных задаем температуру на выходе из теплообменника 45 ^оС и перепад давления по аппарату – 0,1 бар (рисунок 24). Результаты расчета приведены на рисунке 25.

Рисунок 24 – Данные для расчета АС-501А

 

Рисунок 25 – Результаты расчета АВО АС-501А

 

После охлаждения тощего раствора МДЭА и подачей в колонну Т-502 его необходимо разделить на две части: первая часть 3500 кг/ч направляется в секцию 400 установки гидроочистки дизельной фракции и вторая часть 3000 кг/ч в колонну Т-502. Данную операцию осуществим с помощью оператора «Тее». Долю потока в секцию 400 укажем 3500/6500= 0,5385, долю потока в колонну Т-502 – 3000/6500= 0,4615 (рисунок 26).

 

Рисунок 26 – Разделение потока тощего амина МДЭА

 

Материальный баланс установки аминовой очистки

Приход		Расход
Наименование потока	кг/ч	Наименование потока	кг/ч
Кислый газ (смесь V-303,302,403,402,100)	1761,000	Очищенный газ (топливный газ)	1764,846
Насыщенный раствор МДЭА – амин с Т-402	3500,000	Кислый газ V-601	745,210
Подпитка воды	748,995	Тощий амин в Р-404АВ	3500,000
Подпитка МДЭА	0,055	Жидкая фаза V-801	0
Итого	6010,05	Итого	6010,06

 

 

 

 

 

 

 

Тепловой баланс установки аминовой очистки

Приход		Расход
Наименование потока	ккал/ч	Наименование потока	ккал/ч
Кислый газ (смесь V-303,302,403,402,100)	960131	Очищенный газ (топливный газ)	1009567
Насыщенный раствор МДЭА – амин с Т-402	7055629	Кислый газ V-601	405316
Подпитка воды	2824375	Тощий амин в Р-404АВ	9406109
Подпитка МДЭА	49	Жидкая фаза V-801	0
Пар в кипятильник колонны Т-503	356559	Вывод тепла с АВО АС-501А	7292
		Вывод тепла с АВО АС-501В	334257
Итого	11196743	Итого	11162541

 

Модернизация установки аминовой очистки

Модернизацию установки аминовой очистки осуществим путем активации раствора метилдиэтаноламина путем добавки в него пиперазина. Применение пипериазина приводит к усилению абсорбцию сероводорода и диоксида углерода, что позволяет снизить орошение колонны абсорцбии Т-503 раствором тощего МДЭА. Добавку пиперазина раствор МДЭА осуществим в количестве 2,5 % масс, расход орошения в колонну Т-502 снизим с 3000 кг/ч до 2200 кг/ч.

Для введения пиперазина в систему, добавим его в список компонентов. В составе подпитки насыщенного раствора МДЭА с секции 400 укажем концентрацию пипериазина 25 % масс. В настройках емкости V-503 (оператор Mukeup) укажем концентрацию пиперазина на выходе из емкости 2,5 % масс, общий расход тощего МДЭА с емкости – 5700 кг/ч (рисунок 27).

Рисунок 27- Расчет подпитки пиперазином

 

При разделении на две части потока тощего амина в операторе «Тее» долю потока в секцию 400 укажем 3500/5700= 0,6140, долю потока в колонну Т-502 – 2200/5700= 0,3860. Общая схема модернизированной установки аминовой очистки газа приведена на рисунке 28.

 

Материальный баланс модернизированный установки МДЭА

Приход		Расход
Наименование потока	кг/ч	Наименование потока	кг/ч
Кислый газ (смесь V-303,302,403,402,100)	1761,000	Очищенный газ (топливный газ)	1764,142
Насыщенный раствор МДЭА – амин с Т-402	3500,000	Кислый газ V-601	712,097
Подпитка воды	715,218	Тощий амин в Р-404АВ	3500,000
Подпитка МДЭА	0,026	Жидкая фаза V-801	0
Подпитка пиперазина	0,004
Итого	5976,25	Итого	5976,24

 

 

Тепловой баланс установки аминовой очистки

Приход		Расход
Наименование потока	ккал/ч	Наименование потока	ккал/ч
Кислый газ (смесь V-303,302,403,402,100)	960131,0	Очищенный газ (топливный газ)	1007752,2
Насыщенный раствор МДЭА – амин с Т-402	6837158,4	Кислый газ V-601	387751,7
Подпитка воды	2698321,3	Тощий амин в Р-404АВ	9079940,6
Подпитка МДЭА	23,5	Жидкая фаза V-801	0
Подпитка пиперазина	0,3	Вывод тепла с АВО АС-501А	871,0
Пар в кипятильник колонны Т-503	275495,1	Вывод тепла с АВО АС-501В	256226,0
Итого	10771129,0	Итого	10732541,5

 

Как видно из теплового баланса основные энергозатраты на установке – это подвод тепла с паром-4,2, подаваемого в ребойлер колонны-десорбера Т-503. Остальное количество подводимого тепла приходится на теплосодержание потоков питания установки. Количество пара, подводимого в кубовый кипятильник (рибойлер) колонны Т-503 зависит от количество подаваемого насыщенного раствора МДЭА. Снижение расход МДЭА происходит с 6500 кг/ч до 5700 кг/ч, что привело к снижению потребления тепла с 356559 ккал/ч до 275495 ккал/ч. Количество сэкономленного тепла за год составит (при фонде рабочего времени 350 дн.):

При средне стоимости 1 Гкал пара 1500 руб, экономический эффект от модернизации установки составит:

 

 

 

Рисунок 28 – Общая схема модернизированной установки аминовой очистки

 

Скачать: otchet-po-preddiplomnoy-praktike.rar