HYSYS
Версия 3.2
Справочные примеры
2 Справочные примеры
В этом томе собраны примеры расчетов технологических объектов в стационарном режиме, которые иллюстрируют основные приемы работы с программой Хайсис.
Информация, приводимая с каждым примером, достаточна для его построения от начала до конца. Тем не менее, детали построения моделей здесь не рассматриваются, их можно найти в более подробном томе документации «Учебник».
Справочные примеры 3
Очистка кислых газов DEA
Описание процесса
В этом примере с помощью системы ХАЙСИС смоделирована типичная схема очистки кислого газа. Влажный природный газ поступает в аминовый абсорбер (колонна К-100). В качестве абсорбирующего агента используется водный раствор диэтаноламина с содержанием амина 28 вес.%. Аминовый абсорбер содержит 20 реальных тарелок. Насыщенный раствор амина дроселируется с 70 кг/см2 до 6 кг/см2 и подогревается до 95°С. Регенератор также содержит 20 реальных тарелок. Кислый газ выходит из регенератора с температурой 50°С, а регенерированный амин - с температурой 124°С. Этот поток охлаждается и вновь поступает в аминовый абсорбер.
Рекомендуются следующие концентрации аминых растворов:
Концентрация амина в водном растворе
|
Амины |
|
% вес. |
|
|
MEA |
|
15-20 |
|
|
DEA |
25-35 |
|
|
|
TEA, MDEA |
35-50 |
|
|
|
DGA |
45-65 |
|
|
Начало расчета
Для расчета мы используем пакет аминов, разработанный Д.Б. Робинсоном. Этот пакет используется для моделирования систем амины-углеводороды-вода. Выберите следующие компоненты: N2, CO2, H2S, C1, C2, C3, iC4, nC4, iC5, nC5, C6, C7, H2O и диэтаноламин (DEA).
4 Справочные примеры
|
|
|
|
|
Состав и условия для потока природного газа приведены в |
||||||||
|
Имя |
|
1 |
|
|||||||||
|
Температура (С) |
|
22.0000 |
|
таблице. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Давление (кг/см2) |
|
70.0000 |
|
Перед расчетом аминового абсорбера следует задать состав и |
||||||||
|
Мольный расход (кмоль/час) |
|
1245.0000 |
|
|||||||||
|
N2, мольные доли |
|
0.0016 |
|
условия для раствора амина (поток 4). Затем эти величины будут |
||||||||
|
CO2, мольные доли |
|
0.0413 |
|
пересчитываться системой. |
|
|
|
|||||
|
H2S, мольные доли |
|
0.0172 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Метан, мольные доли |
|
0.8692 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Этан, мольные доли |
|
0.0393 |
|
|
Имя |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
Пропан, мольные доли |
|
0.0093 |
|
|
Температура (С) |
|
35.0000 |
|
|
|
|
|
|
Изобутан, мольные доли |
|
0.0026 |
|
|
Давление (кг/см2) |
|
69.9500 |
|
|
|
|
|
|
Бутан, мольные доли |
|
0.0029 |
|
|
Об. расход жидк. (м3/час) |
|
43.0000 |
|
|
|
|
|
|
Изопентан, мольные доли |
|
0.0014 |
|
|
H2O, массовые доли |
|
0.7200 |
|
|
|
|
|
|
Пентан, мольные доли |
|
0.0012 |
|
|
DEA, массовые доли |
|
0.2800 |
|
|
|
|
|
|
Гексан, мольные доли |
|
0.0018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гептан, мольные доли |
|
0.0072 |
|
Для отделения воды от газа установите сепаратор Е-100: |
||||||||
|
H2O, мольные доли |
|
0.0050 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СЕПАРАТОР Е-100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закладка, Страница |
|
Поле |
|
Значение |
|
||
|
|
|
|
|
|
Данные, Соединения |
|
Питание |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пар |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Жидкость |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные, Параметры |
|
∆P |
|
0 кг/см2 |
|
||
Аминовый абсорбер
Перед тем, как устанавливать абсорбер, в меню Инструменты выберите Настройки. Убедитесь, что на закладке Расчет (страница Опции) в поле Инспектор ввода установлен флажок.
Теперь можно приступить к расчету аминового абсорбера К-1. Задайте операцию колонна-абсорбер с приведенными спецификациями. При использовании Аминового пакета колонны рассчитываются на реальные тарелки. Абсорбционная эффективность тарелок рассчитывается системой, для этого необходимо задать размеры тарелок.
КОЛОННА К-100
|
Страница |
Поле |
Значение |
|
|
Соединение |
Число тарелок |
20 |
|
|
|
Верхнее питание |
4 |
|
|
|
Нижнее питание |
2 |
|
|
|
Пар сверху |
5 |
|
|
|
Кубовая жидкость |
6 |
|
|
Профиль давления |
1 тарелка |
69.95 кг/см2 |
|
|
|
20 тарелка |
70.00 кг/см2 |
|
|
Оценки температур |
Температура 1 тарелки |
38.0 C |
|
|
|
Температура 20 тарелки |
70.0 C |
|
Задайте размеры тарелок аминового абсорбера К-1 как показано на рисунке. Эти параметры задаются на закладке Параметры, страница Амины. Абсорбционная эффективность тарелок будет рассчитана исходя из высоты слоя жидкости на тарелке и времени контакта пара и жидкости.
Запустите колонну на счет. После того, как расчет сойдется, перейдите на страницу КПД закладки Параметры. Нажмите кнопку КПД по компонентам, чтобы увидеть рассчитанный системой КПД по
CO2 и H2S.
Справочные примеры 5
Поток 6 из абсорбера поступает в дроссель V-100, в котором сбрасывает давление до 6 кг/см2.
Отделение образовавшегося после дросселирования газа происходит в емкости Е-101. Емкость моделируется как сепаратор.
КЛАПАН V-100
|
Закладка, |
Поле |
Значение |
|
|
Страница |
|
|
|
|
Данные, |
Вход |
6 |
|
|
Соединения |
Выход |
7 |
|
|
Рабочая таблица, |
Давление в |
6 кг/см2 |
|
|
Условия |
потоке 7 |
|
|
СЕПАРАТОР Е-101
|
Закладка, |
Поле |
Значение |
|
|
Страница |
|
|
|
|
Данные, |
Вход |
7 |
|
|
Соединения |
Пар |
8 |
|
|
|
Жидкость |
9 |
|
Жидкий продукт из сепаратора (поток 9) подогревается в теплообменнике Т-100 кубовым продуктом колонны К-101 до температуры 95 С и поступает на регенерацию в колонну К-101.
ТЕПЛООБМЕННИК Т-100
|
Закладка, Страница |
Поле |
Значение |
|
|
Данные, Соединения |
Вход в корпус |
11 |
|
|
|
Вход в трубки |
9 |
|
|
|
Выход из корпуса |
12 |
|
|
|
Выход из трубок |
10 |
|
|
Данные, Параметры |
∆ P трубок |
0.7 кг/см2 |
|
|
|
∆ P корпуса |
0.7 кг/см2 |
|
|
Рабочая тетрадь, Условия |
Температура в потоке 10 |
95 С |
|
Регенератор
Регенератор моделируется как полная колонна. Она содержит 20 реальных тарелок - 18 тарелок в тарельчатой секции плюс ребойлер и конденсатор.
КОЛОННА К-101
|
Страница |
Поле |
Значение |
|
|
Соединение |
Число тарелок |
18 |
|
|
|
Питание/тарелка |
10/4 |
|
|
|
Тип конденсатора |
Полный рефлюкс |
|
|
|
Пар сверху |
13 |
|
|
|
Кубовая жидкость |
11 |
|
|
|
Эн.поток конденсатора |
Q-101 |
|
|
|
Эн.поток ребойлера |
Q-102 |
|
|
Профиль давления |
В конденсаторе |
1.95 кг/см2 |
|
|
|
∆Р конденсатора |
0.15 кг/см2 |
|
|
|
В ребойлере |
2.20 кг/см2 |
|
Предполагается, что эффективность тарелок этой колонны составляет 0.8 для H2S и 0.15 для CO2. Эффективность дефлегматора и ребойлера должна быть 1.0, поэтому нужно вводить КПД только для
6 Справочные примеры
тарелок 1-18. Чтобы стереть рассчитанные значения КПД нажмите кнопку H2S CO2, а затем задайте новые значения КПД.
На закладке Параметры, страница Дополнительные задайте демпфирующий фактор 0.4. Это обеспечит более устойчивый процесс расчета.
КОЛОННА К-101
|
Закладка, Страница |
Поле |
Значение |
|
|
|
Параметры, КПД |
Конденсатор |
1 |
|
|
|
|
Ребойлер |
1 |
|
|
|
|
1-18 |
тарелки, CO2 |
0.15 |
|
|
|
1-18 |
тарелки, H2S |
0.8 |
|
|
Параметры, |
Демпфирующий фактор |
0.40 |
|
|
|
Дополнительные |
|
|
|
|
По умолчанию колонна такого типа инсталлируется с 4 спецификациями (флегмовое число, расход флегмы, расход кубового продукта и расход пара), только две из которых являются активными спецификациями. В данной задаче активными будут спецификации, которые Вы сами добавите - Температура верха и Нагрузка ребойлера. Чтобы добавить спецификации, перейдите на страницу Спецификации закладки Данные. Две из имеющихся по умолчанию спецификаций (флегмовое число и расход пара) можно использовать в качестве оценок.
Активные спецификации
|
Поле |
Значение |
|
|
Имя |
Температура верха |
|
|
Тарелка |
Конденсатор |
|
|
Задано |
50 С |
|
|
Имя |
Нагрузка ребойлера |
|
|
Энерг.поток |
Q-102 |
|
|
Задано |
3.026e6 ккал/час |
|
|
|
|
|
|
Оценки |
|
|
|
Поле |
Значение |
|
|
Имя |
Флегмовое число |
|
|
Тарелка |
Конденсатор |
|
|
Единицы |
Мольные |
|
|
Задано |
0.5 |
|
|
Имя |
Расход пара |
|
|
Отбор |
13 |
|
|
Единицы |
Мольные |
|
|
Задано |
100 кмоль/час |
|
Нагрузка на ребойлер вычисляется на основе данных, приведенных ниже. Эта нагрузка должна быть достаточной для отпарки H2S и CO2 из потока тощего амина.
Рекомендации по расходу водяного пара
|
Амин |
Фунт пара/ам.галон |
|
|
|
тощего амина* |
|
|
MEA |
0.80 |
|
|
DEA |
1.00 |
|
|
MDEA |
1.20 |
|
|
DGA |
1.30 |
|
* Теплосодержание принято 1000 БТЕ/фунт пара
Небольшие количества воды теряются в схеме, поэтому необходимо предусмотреть подпитку воды. Сначала заведите новый поток 14, а затем установите смеситель См-100. Задайте состав и температуру потока 14 (вода, 20С). Потоки 12 и 14 смешиваются при одинаковом давлении. Задайте объемный расход потока 15 равный 43 м3/час - ХАЙСИС определит необходимое количество подпитки воды.
Справочные примеры 7
Смеситель См-100
|
Закладка, Страница |
Поле |
Значение |
|
|
|
Данные, Соединения |
Вход |
12 |
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
Выход |
15 |
|
|
|
Данные, Параметры |
Давления потоков |
Все одинаковы |
|
|
|
Рабочая таблица, |
Температура в потоке 14 |
20 |
С |
|
|
Условия |
Объемный расход потока |
43 |
м3/час |
|
|
|
15 |
|
|
|
|
Рабочая таблица, Состав |
Мас.доля H2O в потоке |
1 |
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поток тощего амина охлаждается в холодильнике Т-101. Затем насосом Н-100 он подается в аминовый абсорбер К-100. Чтобы завершить моделирование схемы, добавьте операцию Рецикл.
ХОЛОДИЛЬНИК Т-101 |
|
|
|
|
|
|
|
Операции Н-100 и Т-101 |
|
Закладка, Страница |
|
Поле |
|
Значение |
|
|
будут оставаться не |
||
Данные, Соединения |
|
Вход |
|
15 |
|
|
|
рассчитанными до |
|
|
|
|
Выход |
|
16 |
|
|
|
установки операции |
|
|
|
Энерг. поток |
|
Q-100 |
|
|
Уставка. |
|
Данные, Параметры |
|
∆Р |
|
0.35 кг/см2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
НАСОС Н-100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закладка, Страница |
|
Поле |
|
Значение |
|
|
|
||
Данные, Соединения |
|
Вход |
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Выход |
|
17 |
|
|
|
|
|
|
|
Энерг. поток |
|
Q-103 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УСТАВКА Уставка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Закладка, Страница |
|
Поле |
|
Значение |
|
|
|||
Соединения |
|
Целевой объект |
|
17 |
|
|
|
||
|
|
Целевая переменная |
Давление |
|
|
||||
|
|
Источник |
|
2 |
|
|
|
||
Параметры |
|
Множитель |
|
1 |
|
|
|
||
|
|
Смещение |
|
- 0.05 кг/см2 |
|
|
|||
С помощью операции Уставка (Set), задайте давление потока 17 на 0.05 кг/см2 ниже, чем давление в потоке природного газа, поступающего в абсорбер.
Теперь, когда поток, поступающий в рецикл, полностью рассчитан, установите операцию Рецикл. Первоначально параметры потока тощего амина (поток 4) были заданы как начальные приближения. Теперь эти параметры рассчитаны системой. Рассчитанные значения из потока 17 будут переданы в поток 4, вся схема будет пересчитываться до тех пор, пока рецикл не сойдется. Увеличьте точность расчета рецикла по расходу и составу. Для этого на странице Точность закладки Параметры специализированного окна рецикла задайте новые значения допусков на сходимость 0.1 (вместо 10).
РЕЦИКЛ Рецикл
|
Закладка, Страница |
Поле |
Значение |
|
|
Соединения |
Вход |
17 |
|
|
|
Выход |
4 |
|
|
Параметры, |
Расход |
0.1 |
|
|
Точность |
Состав |
0.1 |
|
8 Справочные примеры
Имя |
5 |
Доля пара |
1.0000 |
Температура (C) |
35.3300 |
Давление (kg/cm2) |
69.9500 |
Мольный расход (kgmole/h) |
1168.0000 |
Массовый расход (kg/h) |
21230.0000 |
Об.расход жидк. (m3/h) |
65.9400 |
Теплосодержание (kcal/h) |
4.0170E+06 |
Comp Mole Frac (Nitrogen) |
0.0017 |
Comp Mole Frac (CO2) |
0.0022 |
Comp Mole Frac (H2S) |
0.0000 |
Comp Mole Frac (Methane) |
0.9249 |
Comp Mole Frac (Ethane) |
0.0418 |
Comp Mole Frac (Propane) |
0.0099 |
Comp Mole Frac (i-Butane) |
0.0028 |
Comp Mole Frac (n-Butane) |
0.0031 |
Comp Mole Frac (i-Pentane) |
0.0015 |
Comp Mole Frac (n-Pentane) |
0.0013 |
Comp Mole Frac (n-Hexane) |
0.0019 |
Comp Mole Frac (n-Heptane) |
0.0077 |
Comp Mole Frac (H2O) |
0.0012 |
Comp Mole Frac (DEAmine) |
0.0000 |
Анализ результатов
Исходный природный газ содержит 4.1% CO2 и 1.7% H2S. В нашем случае при использовании диэтаноламина с концентрацией около 28% вес. удаляется практически весь H2S и большая часть CO2. Состав и условия очищенного газа представлены слева. К природному газу, который поступает на перекачку в магистральные трубопроводы, предъявляются следующие требования по содержанию кислых газов: содержание CO2 не более 2.0 об.% и содержание H2S не более 4 ppm (об.). В нашем случае эти требования выполняются со значительным запасом.
Расчет жесткости процесса
В процессах очистки газа от кислых компонентов в качестве характерного параметра обычно используется так называемая «жесткость процесса».
Ее определяют как количество молей кислого газа, деленное на количество циркулирующего амина. Для расчета жесткости процесса целесообразно использовать электронную таблицу ХАЙСИС. Причем можно не только вычислить эту характеристику, но и использовать ее как «контрольную точку» для оптимизации процесса. Кроме этого, в электронной таблице мы вычислим объемные концентрации H2S и CO2 в очищенном газе.
Следующие формулы используются в процессе вычислений.
Полученное значение удовлетворяет рекомендациям Д.Б. Робинсона.
Максимальная жесткость по кислым газам (количество молей газа/количество молей амина)
МЕА, DGA |
CO2 |
H2S |
0.5 |
0.35 |
|
DEA |
0.45 |
0.30 |
TEA, MDEA |
0.3 |
0 .20 |