Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT Bộ môn Lọc Hoá Dầu  ĐỒ ÁN MÔN HỌC: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THU HỒI CO 2 TỪ KHÍ LÒ THẢI SỬ DỤNG DUNG DỊCH MEA HẤP THỤ Giáo viên hướng dẫn: Ks. Đoàn Huấn Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm 1 LỚP: LỌC - HÓA DẦU K55 1 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Hà Nội Nội dung chính: Chương 1 : tổng quan quá trình hấp thụ Chương 2 : cơ sở thiết kế tính toán Chương 3: mô phỏng quá trình thu hồi CO 2 từ khí lò thải sử dụng phần mềm Hysys Chương 4: phụ lục Tài liệu tham khảo 2 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Chương 1: tổng quan quá trình hấp thụ 1.1 Mục đích Thiết kế được mô hình tối ưu để thu hồi khí CO 2 từ khí lò thải và loại bỏ bớt CO 2 trong các sản phẩm dầu mỏ và trong các mỏ khí có nồng độ CO2 cao để áp dụng vào thực tế sản xuất. 1.2. Ý nghĩa của việc loại CO2 Carbon dioxide là khí có khá nhiều trong các sản phẩm dầu mỏ và trong các khí lò thải. Sự có mặt của CO2 trong các sản phẩm dầu mỏ gây khó khăn cho việc vận chuyển và tàng chứa do gây tăng thể tích và gây ăn mòn thiết bị. Chính vì vậy việc loại khí CO2 là 1 phân đoạn không thể thiếu trong quá trình chế biến dầu mỏ. Trong nhiều mỏ khí của Việt Nam có hàm lượng CO2 quá cao (trên 70%) nên chưa có công nghệ nào để khai thác được các mỏ khí này. Cho nên cần loại bớt CO2 trong các mỏ khí để đạt nồng độ CO2 trong mức cho phép có thể khai thác được. Như chúng ta đã biết: Khí CO2 là nguyên nhân chính gây hiệu ứng nhà kính, chiếm 50% trong cơ cấu các chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất ngày càng nóng lên. Hơn nữa, CO 2 là nguyên nhân gây nhiều tai nạn chết người trên thế giới cũng như Việt Nam , cả trong đời sống cũng như trong sản xuất.Tuy CO 2 là một chất không gây độc tính với con người nhưng nó có thể là một chất gây ngạt đơn thuần. Bên cạnh đó khi chúng ta thu hồi và tinh chế được CO 2 thì nó lại có nhiều ứng dụng trong thực tế : Đặc tính đặc biệt của carbon dioxide là tính trơ và độ hòa tan trong nước cao nên CO2 là một khí hỗ trợ lý tưởng đa dạng trong cuộc sống hằng ngày và trong công nghệ môi trường. 3 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Trong công nghệ thực phẩm, CO2 được dùng để tạo gas cho nhiều thức uống, rất hữu dụng trong việc điều hòa nước uống và trung hòa nước thải. Ở thể lỏng được làm lạnh hoặc ở thể rắn (đá khô), CO2 được sử dụng như một môi trường làm lạnh ở nhiệt độ -79 °C. • Làm lạnh thực phẩm: được dùng giống như Nitơ lỏng, và phù hợp nhất cho các ứng dụng trộn lạnh sử dụng tuyết đá khô. • Đóng gói thức uống. • Dầu phục hồi tăng cường: độ hòa tan của hydrocarbon lỏng được dùng để làm tăng sự lưu thông của dầu bằng cách giảm độ nhớt, tăng thể tích và kích thích sự lưu thông. CO 2 là một sản phẩm tất yếu của các nhà máy chế biến dầu. • Sơn: carbon dioxide siêu hạn được sử dụng như một chất pha lỏng dùng trong sơn phun, làm giảm 80% dung môi hữu cơ. • Chiết xuất thực phẩm: supercritical carbon dioxide được sử dụng trong việcchiết xuất màu và hương vị trong thực phẩm nhằm loại bỏ dầu và chất béo. • Tách và chiết xuất trong công nghiệp: carbon dioxide siêu hạn được dùng trong các qui trình dược phẩm và hóa chất, hoặc là chất thay thế cho dung môi gốc hydrocarbon trong việc tẩy nhờn kim loại. • Tinh chế và nung chảy kim loại: dùng trong việc đổ khuôn và đúc, tuyết carbon dioxide được dùng để làm giảm sự hình thành oxide sắt. • Xử lý nước. • Xử lý chất thải. 1.3. sơ đồ công nghệ: 4 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Hình 1: Sơ đồ dòng tổng quan của một quy trình loại bỏ CO 2 1.4 đặc điểm quá trình hấp thụ MEA: 1.4.1 đặc điểm của MEA  MEA có tính bazo mạnh nhất so với các ankanolamin khác nên có khả năng hấp thụ CO 2 mạnh nhất , dùng để loại bỏ H 2 S và CO 2 ra khỏi hỗn hợp khí.  MEA có tính ổn định hóa học cao  MEA dễ tái sinh  MEA có khả năng phản ứng cao  Công nghệ và thiết bị đơn giản , độ bền cao khi vận hành đúng  Dung dịch MEA khó hấp thụ các hydrocacbon nên có khả năng làm tăng hiệu quả sản xuất lưu huỳnh từ các khí axit làm sạch bằng MEA. Ưu điểm: • làm sạch triệt để H 2 S và CO 2 5 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 • độ ổn định hóa học cao • dễ tái sinh • công nghệ đơn giản nhược điểm: • mức độ bão hòa của dung dịch thấp • không loại được COS, CS 2 , HCN • thuật toán lớn dẫn tăng chi phí 1.4.2 quá trình tương tác của MEA với CO 2 : Phương trình phản ứng: CO 2 + HOCH 2 CH2 NH 2 ↔ CO 3 (CH 2 CH 2 NH 2 ) 2 + H 2 O ΔH= -1917 kJ/kg Trong đó xảy ra theo hai giai đoạn CO 2 + 2RNH 2 + H 2 O ↔ (RNH 3 ) 2 CO 3 CO 2 + (RNH 3 ) 2 CO 3 + H 2 O ↔ 2RNH 3 HCO 3 Chương 2 : cơ sở thiết kế tính toán: Trong chương này đưa ra cách tính toán những thông số thiết kế của các thiết bị chính trong sơ đồ mô phỏng . các thiết bị cơ bản được tính toán như dưới đây 2.1.Tính toán các thông số cơ bản của tháp hấp thụ CO2 dùng MEA Bước 1: Cụ thể hóa các yếu tố đầu vào ● Nguyên liệu :3-Fuel oil Thành phần khí nguyên liệu: 3-Fuel oil với thành phần mol là:CO2 0,037, H2O 0,07, N2 0,893. Nhiệt độ: 39,5 o C , Áp suất :1,03at. ● Hàm lượng CO2 trong khí đầu ra là : 0,00487%mol. ●Chất hấp thụ là dòng Amine nghèo 21-lean amine với nhiệt độ là 40 o C, áp suất 1,01 at, lưu lượng khối lượng là 3,6.10^6 kg/h. Bước 2: Tính áp suất làm việc của tháp hấp thụ Áp suất làm việc của tháp hấp thụ : P ≥ P CO2 /b Trong đó : P CO2 là áp suất hơi riêng phần của CO2 trong dung dịch amin nghèo tại nhiệt độ làm việc của tháp. Có thể được tính theo phương trình Antoine: 6 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Lg P CO2 = A – B/(T+C) T là nhiệt độ làm việc của tháp là 40 o C A,B,C là 3 hệ số của pt tương ứng với amin MEA lần lượt là 7,4; 1140,8; 236  P CO2 = 0,018.10^5 pa. b là hàm lượng của CO2 còn lại trong khí đầu ra (phần trăm) là 0,487  P ≥ 0,037.10^ 5pa Vậy ta chọn áp suất làm việc của tháp ở đỉnh là 1 at và ở đáy là 1,2 at. Bước 3: tính lưu lượng dòng amin giàu đi ra ở đáy tháp m rich amin = m lean amin + m CO2(hấp thụ) Trong đó: n CO2(h.thụ) = n CO2(fuel oil) – n CO2(khí ra ở đỉnh) =3543 kmol.  m rich amin = 3,7.10^6 kg/h. Bước 4: tính lưu lượng của khí ngọt ra ở đỉnh tháp m (khí ra) = m (fuel oil) - m CO2(h.thụ) = 6,63.10^6 kg/h. Bước 5: tính nhiệt độ dòng amin giàu ra ở đáy tháp T(dựa trên định luật baot toàn năng lượng Q thu = Q tỏa ). ● Nhiệt tỏa : là nhiệt tỏa ra khi xảy ra phản ứng giữa amin MEA và CO2 Q tỏa = m CO2(h.thụ) .q CO2 q CO2 là nhiệt tỏa ra khi 1kg CO2 tác dụng với MEA và = 1917 kj/kg  Q tỏa = 3.10^8 kJ. ● Nhiệt thu vào bao gồm: . Nhiệt để đun nóng dòng amin nghèo từ T vào đến nhiệt độ T Q 1 = (n amin .M amin /C% amin ).C p(amin) .( T – T amin ) Trong đó: C p(amin) = 1,48 (kj/kg. o C) . Nhiệt để đun nóng CO2 bị hấp thụ Q 2 = n CO2(h.thụ) .C p(CO2) .(T- T fuel oil ) 7 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Trong đó: C p(CO2) = 0,8778 (kj/kg. o C). . Nhiệt để đun nóng CO2 có sẵn trong dòng lean amin Q 3 = n CO2(lean amin) .C p(CO2) .(T – T lean amin ) . Nhiệt thất thoát ra bên ngoài: lấy băng 5% nhiệt tỏa Q 4 = 5%.Q tỏa = 1,5.10^7 kJ  Q thu = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 . Cho Q tỏa = Q thu ta tính được nhiệt độ của dòng rich amin ra ở đáy tháp là 46 o C. Bước 6: tính số đĩa lý thuyết của tháp N lt = [ ln (1/q(A-1))/lnA] +1 Trong đó: A là yếu tố hấp thụ : A= a(1 + R.r).(1-q)/(P1/P). q = số mol CO2 trong khí ra/ số mol CO2 trong fuel oil = 0,13. a là phần mol của CO2 trong fuel oil = 0,037 R là số mol amin/số mol CO2 (ta chọn R=3) r là số mol CO2/1mol amin = 0,03/1 P áp suất làm bền trong tháp =1,1.10^5 pa P1 là áp suất riêng phần của CO2 tính theo pt Antoine = 0,018.10^5 pa  A = 1,64  N lt = 6 đĩa Bước 7: số đĩa thực của tháp N thực = N lt /φ trong đó φ là hiệu suất đĩa (chọn φ = 0,35)  N thực = 17 đĩa. Bước 8: tính đường kính của tháp D= 0,0114.[(0,1.Q.T)/(ω.P)] 1/2 Trong đó : D đường kính tháp(m) 8 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Q lưu lượng dòng fuel oil (m 3 /h) T nhiệt độ dòng fuel oil ( o K) P áp suất làm việc (Mpa) Ω vận tốc tuyến tính của khí trong tháp (chọn = 0,13m/s)  D = 16 m. Bước 9: tính chiều cao tháp H = N thực .d +h d là khoảng cách giữa các đĩa (chọn d=0,5m) h là chiều cao bổ trợ (gồm chop trên và chop dưới chọn h = 1,5m)  H= 10m. Các kết quả tính cũng gần với các kết quả mà HYSIS đã tính ra. 2.2. Tính toán tháp chưng cất giải hấp Cân bằng vật liệu 1,529.10 5 .= 6153 kmole/h W = F – P = 1,529.10 5 – 6153 = 146746 kmole/h Lệch không nhiều so với sự tính toán của HYSYS Tính toán R min Từ số liệu sổ tay hóa công tập 2 ta có giản đồ lỏng hơi của hỗn hợp cấu tử. Từ giản đồ ta xác định được m’, vậy ta có: = m’ = 0.075 Vậy R min = 0.5714 Mà theo giả thiết mô phỏng trong HYSYS ta chọn giá trị R = 0,6 = 1,28 1,28 là giá trị chấp nhận được 2.3.Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt dòng amin Giàu / amin nghèo: 9 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 ●Giả thiết :  Hỗn hợp đi trong ống : dòng amin nghèo Thành phần hỗn hợp: H 2 O: 0.855 CO 2 : 0.030 MEA: 0.115 T 1 : 120,2 o C  T 2 = 54 o C P 1 : 700 KPa P 2 = 400 KPa Lưu lượng hỗn hợp : 3.496.10 6 kg/h  Hỗn hợp đi ngoài ống : dòng amin giàu Thành phần hỗn hợp: H 2 O: 0.837 CO 2 : 0.053 MEA: 0.110 T’ 1 : 44.4 o C T’ 2 = 110 o C P’ 1 : 750 KPa  P 2 = 450 KPa Lưu lượng hỗn hợp : 3.691.10 6 kg/h ●Tính toán : Với dòng amin nghèo vào ống trao đổi nhiệt : Khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp = 23.73 Lưu lượng mol = lưu lượng khối lượng / khối lượng phân tử trung bình = 3.496.10 6 / 23.73= 1.47.10 5 kmol/h Ta có tỷ trọng trung bình hỗn hợp = 41.76  lưu lượng thể tích dòng amin nghèo = 1.47.10 5 / 41.67 = 35.28 ( m 3 /h) Tương tự ta cũng tính toán các thông số như trên của dòng amin nghèo ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt Với dòng amin giàu vào vỏ trao đổi nhiệt : 10 [...]... kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Hình 1: PFD của quá trình hấp thụ CO2 được mô phỏng trong Aspen Hysys Hình 2 : Tháp hấp thụ khí dùng MEA 24 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Hình 3: Tháp tái sinh MEA 25 Lhdk5 5 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Hình 4: Thông số hoạt động của các thiết bị 26 Lhdk5 5 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải 27 Lhdk5 5 Thiết kế mô. .. Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Bảng 1 : Điều kiện hoạt động các dòng 28 Lhdk5 5 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải 29 Lhdk5 5 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Bảng 2: Thành phần các dòng Tài liệu tham khảo 1 2 3 4 5 6 7 CO2 capture from power plants part 1 Aparametric study of the technical performance based on monoethanolamine Cost estimation of CO2 removal in... Làm lạnh tách thu hồi CO2: Thiết kế với thông số sau: name inlets V-101 10 -CO2 recover 21 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Vapour outlet 11 -CO2 recover Liquid outlet 12-Water make up 3.2 tối ưu hóa : Quá trình thực hiện tối ưu hóa dùng Databook và spreadsheet 3.2.1 khảo sát trong castudy ảnh hưởng của lưu lượng khí nguyên liệu tới nồng độ CO2 trong khí đi ra tháp hấp thụ: Thiết lập... 1 tấn CO2 : 22 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Ta thấy sự ảnh hưởng của lệ số mol nco2/namin tới thời gian sản xuất 1 tấn CO2 tăng nhanh theo tỷ lệ số mol Do đó để giảm tối thiểu thời gian thì tỷ lệ của nco2/namin phải được lựa chọn phù hợp Kết luận: như vậy để đảm bảo nồng độ CO2 trong khí thải ra môi trường cho phép chúng ta phải quan tâm tới tỷ lệ của amin hấp thụ với CO2 trong... Lo >=3 Sạch 0.03 0.075 15 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Trung bình 0.047 0.117 Thô 0.061 Lhdk5 5 0.15 Tính toán :theo bài ra ta có : Ks=0.037 , t=4.6p =1048kg/ =3.338kg/ T =313K P=2atm, qa=4822=1.35 ql =32.08 =0.535 Vl= ql.t=2.459 Hệ số phân ly n=(Gnc,Gnd lưu lượng cuối và đầu của pha lỏng tại lối ra và vào 16 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 n=88% phù hợp với tháp... gian tạo ra 1 tấn CO2 và năng lượng cần thiết ta cần tỷ lệ của nCO2/nAmin= 0,27 Khi đó điều kiện làm việc của tháp giải hấp sẽ là độ hồi lưu đỉnh là 1.27 và nồng độ CO2 đáy tháp hấp thụ là 0,03 3.3 so sánh kết quả mô phỏng và kết quả tính toán: Nhìn chung tuy có sai lệch do phương pháp tính và sai số trong quá trình tính toán Nhưng kết quả nhìn chung có thể chấp nhận được tức là mô phỏng hysys tính... trên hysys: Sơ đồ quy trình 3.1.1 thao tác trên môi trường simulation basis manager: Thao tác Component/add/tradional Fluid pkgs/add/amine Pkg Giá trị CO2, MEAmin,H2O, Nitrogen • Kent-Eisenberg • Non-idel 3.1.2 thao tác trên môi trường Enviroment a Nhập một dòng nguyên liệu với các thông số sau: Stream name Temperature (oC) Flue gas-1 100 17 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Pressure ( kpa)... thì khi tăng lưu lượng nồng đầu vào nồng độ của CO2 trong khí sau khi đi qua tháp hấp thụ tăng lên 3.2.1 khảo sát ảnh hưởng của áp suất đáy tháp hấp thụ tới hiệu suất tách CO2 Khi chúng ta thay đổi áp suất của đáy tháp hấp thụ tức là thay đổi áp suất qua từng đĩa với số đĩa của tháp không đổi chúng ta thu được sự ảnh hưởng như sau: Trong đó độ dịch chuyển CO2 được tính theo công thức: Nó được tính toán... sự ảnh hưởng của nCO2/namin tới tổng năng lượng cần cung cấp cho một tấn CO2 Để khảo sát sự ảnh hưởng này chúng ta cần cố định độ dịch chuyển của CO2 ở trong phần đồ thị đưa ra dưới đây chúng ta có đồ thị phụ thu c như sau: Trong đó tỷ lệ số mol nco2/namin được lấy từ dòng amin đi ra đáy tháp giải hấp tổng năng lượng của toàn bộ quá trình tính cho một tấn CO2 được sản xuất ra sẽ phụ thu c vào tỷ số này... trong nguyên liệu có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ dịch chuyển CO2 liên quan tới tháp hấp thụ, áp suất làm việc của tháp là một yếu tố cần quan tâm Ngoài ra còn có độ tinh khiết của dòng amin, nhiệt độ làm việc, số đĩa, khoảng cách đĩa… tối ưu hóa năng lượng của quy trình đòi hỏi năng lượng thấp nhất vẫn đảm bảo thông số khí thải ra môi trường và lượng CO2 được sản suất ra trong thời gian thích hợp dựa . kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT Bộ môn Lọc Hoá Dầu  ĐỒ ÁN MÔN HỌC: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THU HỒI CO 2 TỪ KHÍ LÒ THẢI SỬ DỤNG. khảo 2 Thiết kế mô hình thu hồi CO2 từ khí lò thải Lhdk5 5 Chương 1: tổng quan quá trình hấp thụ 1.1 Mục đích Thiết kế được mô hình tối ưu để thu hồi khí CO 2 từ khí lò thải và loại bỏ bớt CO 2 trong. quan quá trình hấp thụ Chương 2 : cơ sở thiết kế tính toán Chương 3: mô phỏng quá trình thu hồi CO 2 từ khí lò thải sử dụng phần mềm Hysys Chương 4: phụ lục Tài liệu tham khảo 2 Thiết kế mô