Modelowanie procesu amoniakalnego oczyszczania gazu koksowniczego za pomocą programu komputerowego CHEMCAD. H.Fitko, T.Szczypiński

Transkrypt

1 Modelowanie procesu amoniakalnego oczyszczania gazu koksowniczego za pomocą programu komputerowego CHEMCAD H.Fitko, T.Szczypiński

2 Plan prezentacji: Symulacja komputerowa Obliczenia symulacyjne Program komputerowy CHEMCAD Amoniakalna metoda oczyszczania gazu koksowniczego. Model symulacyjny metody amoniakalnej Przykładowe wyniki symulacji komputerowej

3 Symulacja komputerowa to badanie procesu przez eksperymentowanie z modelem komputerowym tego procesu, którego obliczenia imitują działanie systemu. Celem symulacji komputerowych jest zebranie danych o zachowaniu się systemu symulowanego, przy zmianie parametrów technologicznych zewnętrznych i wewnętrznych. Symulacje komputerową stosuje się gdy: potrzebne jest badanie zachowania się nieistniejących systemów (np. projektowanych), badanie zachowania się istniejących systemów, na których przeprowadzenie rzeczywistych eksperymentów jest kosztowne i trudne lub wręcz niemożliwe ze względów technologicznych, pomiarowych, rozwiązanie analityczne równań opisujących model systemu jest trudne lub niemożliwe.

4 Wyróżnia się trzy typy obliczeń wykonywanych za pomocą symulatorów procesowych: obliczenia symulacyjne przeprowadza się w sytuacji gdy znane są założenia techniczne urządzeń, z których składa się instalacja oraz znane są stosowane surowce i otrzymywane produkty a celem symulacji jest uzgodnienie parametrów strumieni wewnętrznych (łączących i recykli) oraz strumieni zewnętrznych (surowce i produkty), obliczenia projektujące prowadzi się w celu optymalnego dobrania charakterystyk procesu. Ilość uzgodnionych strumieni musi w tym przypadku być większa niż w obliczeniach symulacyjnych, obliczenia indentyfikacyjne prowadzi się w celu wyznaczenia nieznanych indywidualnych parametrów dla określonej budowy i wielkości urządzenia. Parametrami tymi mogą być m.in. współczynniki wymiany ciepła.

5 Pakiet programów CHEMCAD firmy Chemstations Inc. (USA) należy do nowoczesnych programów stosowanych w Komputerowo Wspomaganej Inżynierii Procesowej

6 Moduły CHEMCADA CC - STEADY STATE, główny moduł CHEMCADA. Służy do projektowania, wyznaczania szybkości i optymalizacji procesów w warunkach równowagowych. CC - DYNAMICS, służy do projektowania i wyznaczania szybkości procesów zmiennych w czasie (dynamicznych). Moduł ten jest całkowicie zintegrowany z pozostałymi elementami CHEMCADA, co pozwala na łatwe przełączanie z warunków dynamicznych na równowagowe, i na odwrót. CC - BATCH, przeznaczony do projektowania, wyznaczania szybkości i optymalizacji kolumny destylacyjnej periodycznej. CC THERM, do symulacji pojedynczych wymienników ciepła płaszczowych, płytowych i typu rura w rurze. CC - SAFETY NET, służy do symulacji sieci przesyłowych (rur), systemów bezpieczeństwa pracujących zarówno w trybie równowagowym jak i dynamicznym. CC- FLASH, zawiera bazy danych fizykochemicznych substancji i równowag fazowych oraz pozwala na estymacje właściwości fizykochemicznych układów i ich regresje.

7 Zastosowanie symulatora Symulator procesowy CHEMCAD można stosować zarówno w odniesieniu do nieskomplikowanych procesów nieciągłych jak i do wielkich chemicznych procesów technologicznych pracujących w sposób ciągły uwzględniających następujące operacje: destylacja/ekstrakcja (tryb ciągły i nieciągły), reakcje chemiczne (tryb ciągły i nieciągły), procesy elektrolityczne, obliczenia własności termicznych i fizycznych, obliczenia równowag para/ciecz /ciecz, skalowanie aparatury, wymiana ciepła, obliczenia dotyczące ochrony środowiska, analiza ryzyka (bezpieczeństwa), sporządzanie kosztorysów, wycena urządzeń i instalacji.

8 KOLUMNA ABSORPCYJNA Parametry ogólne

9 KOLUMNA ABSORPCYJNA Dane fizykochemiczne

10 WYMIENNIKI CIEPŁA Charakterystyka

11 WYMIENNIKI CIEPŁA Szacowanie kosztów inwestycyjnych

12 Amoniakalna metoda oczyszczania gazu koksowniczego Gaz koksowniczy oczyszczony Gaz koksowniczy H 2 S NH 3 I NH 3 II r-r NaOH Woda amoniakalna zakwaszona Gazy kwaśne do KRAiC r-r NaOH Woda pogazowa Kolumna odpędowa Para wodna Para wodna Woda amoniakalna odkwaszona Kolumna odkwaszająca Woda amoniakalna odpędzona Prod. stężonej wody amoniakalnej Do BOŚ

13 Obliczenia symulacyjne - założenia L.p. Nr w bazie danych Nazwa składnika Wz r 1 62 Woda H 2 O 2 63 Amoniak NH Siarkowod r H 2 S 4 49 Dwutlenek węgla CO Cyjanowod r HCN Wodorotlenek sodu NaOH 7 1 Wod r H Metan CH Azot N Tlen O Tlenek węgla CO

14 Schemat technologiczny w programie CHEMCAD

15 Tabela wyników symulacji Stream No Stream Name Woda (DS) COG z PS 14 Woda (ES) COG I COG II Woda (DAL) Temp C , , , ,5 Pres kpa ,2 106, Enth MW -182,21-12, ,22-12,654-12,404-65,671 Vapor mass frac. 0 0, Total kmol/h 2311, , , , , ,184 Total kg/h 41953, , , , , ,164 Total std L m3/h 42,198 40,403 72,861 40,266 40, Total std V m3/h 51815, , , , ,04 Flow rates in kg/h Water , , , , ,416 Ammonia 448,693 92, ,464 26,073 0,286 18,013 Hydrogen Sulfide 30, ,7 129,024 8,763 20,358 0,3 Carbon Dioxide 137, ,19 374, , ,41 37,019 Carbon Monoxide ,892 0, , ,791 0 Hydrogen ,246 0, , ,2 0 Methane ,183 0, ,9 4052,879 0 Nitrogen ,137 0, , ,091 0

16 Przykładowe wyniki analizy czułości (1) Ilość H 2 S i NH 3 do instalacji KRAiC, kg/h Koncentracja siarkowodoru za płuczką H 2 S, mg/m 3 COG H2S NH Strumień gazu COG do oczyszczenia, tys. m 3 /h Strumień gazu COG do oczyszczenia, tys. m 3 /h

17 Przykładowe wyniki analizy czułości (2) Koncentracja H 2 S i NH 3 w COG oczyszczonym, mg/m 3 Gaz kwaśny do instalacji KRAiC, m 3 /h H2S NH Strumień gazu COG do oczyszczenia, tys. m 3 /h Strumień gazu COG do oczyszczenia, tys. m 3 /h

18 Udział molowy, % Strumień gazu kwaśnego, m 3 (n)/h Kaloryczność AG, MJ/m 3 (n) Przykładowe wyniki analizy czułości (3) Udziały molowe H 2 S, NH 3, CO 2 i H 2 O w gazie kwaśnym do KRAiC Parametry gazu kwaśnego do instalacji KRAiC 50 Udział CO , , ,5 30 Udział H2O Udział H2S 400 8,6 8,5 10 Udział NH , Temp. deflegmatora kolumny odkwaszającej, C 200 Strumień AG Kaloryczność AG Temp. deflegmatora kolumny odkwaszajacej, C 7,8 7,5

19 Model komputerowy instalacji KRAiC

20 INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ul. Zamkowa Zabrze Telefon: Fax: office@ichpw.pl Internet: NIP: Regon: CENTRUM BADAŃ TECHNOLOGICZNYCH Tel. sekretariat w. 300 Tel. Dyrektor Centrum cit@ichpw.pl CENTRUM BADAŃ LABORATORYJNYCH Tel. sekretariat w. 200 Tel. Dyrektor Centrum cba@ichpw.pl