quimica

1. TUTORIAL HYSYS 3.2
REFINO Y REFORMADO GAS
Msc. Ing, Ignacio Velásquez
E Departamento de Procesos Industriales
NATURAL
Docente: Ing. Ignacio Velásquez Soza

2. Caso 1.- Refino y reformado de Gas Natural
Comenzando la simulación
1. Crear la lista de componentes y seleccionar el paquete de fluidos que se
indican en la tabla 1.
Componentes Paq. de fluidos
C1, H2O, CO, CO2, H2, O2 Peng Robinson
Tabla 1. Especificaciones en el entorno de las bases
Tipo de reacción Conversión
Simulación Basis Manager
Add componentes
Área de Entrada Stoichiometry Componente
Metano (-1)
H2O (-1)
CO (1)
H2 (3)
Comp. Base Metano
Conversión 40% Basis
Fase Reacción Vapor Phase
Comentarios CH4 + H2O = CO + 3H2
Tabla 2. Definiendo la Rxn-1
Add Rxn Conversión
View Rxn
Stoichiometry
Basis
Caso 1.- Refino y reformado de Gas Natural
seleccionado.
REACCIÓN [Rxn-2]
Tipo de reacción Conversión
Pestaña Área de entrada Entrada
Componente Stoichiometry
Metano (-1)
H2O (-2)
CO2 (1)
H2 (4)
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Comp. Base Metano
Basis Conversión 30%
Fase Reacción Vapor Phase
Comentarios CH4 + 2H2O = CO2 + 4H2
RE Tabla 3. Definiendo la Rxn-2
ACCIÓN [Rxn-3]
Tipo de reacción Conversión
Pestaña Área de entrada Entrada

3. Componente Stoichiometry
Metano (-1)
O2 (-2)
CO2 (1)
H2O (2)
Comp. Base Metano
Conversión 100% Basis
Fase Reacción Vapor Phase
Comentarios CH4 + 2O2 5¨ CO2 + 2H2O
Tabla 4. Definiendo la Rxn-3
EACCIÓN [Rxn-4]
Tipo de reacción Equilibrio
Pestaña Reacción
Librería CO + H2O = CO2 + H2
Tabla 5. Definiendo la Rxn-4
3. Crear tres sets de reacciones con las definiciones de la tabla 6.
Adicionar los sets de reacciones creados al paquete de fluidos
Con comando copy y Add to FP
Nombre del Set Reac. Activas
Reformer Rxn Set Rxn-1, Rxn-3
Combustor Rxn Set Rxn-1, Rxn-2, Rxn-3
Shift Rxn Set Rxn-4
Tabla 6. Definiendo los sets de reacciones
4. Crearemos ahora las siguientes corrientes materiales (Tabla 7):
T ºF 371,11 246,111 15,5556 246,111
Presión (psia) 3447,4 <empty> <empty> <empty>
Flujo molar (lbmole/h) 90,719 235,87 119,507 149,66
Fracción molar:
Metano 1 0 0 0
H2O 0 1 0 1
CO 0 0 0 0
CO2 0 0 0 0
H2 0 0 0 0
N2 0 0 0,79 0
O2 0 0 0,21 0
Tabla 7. Creando corrientes materiales
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre Reformer
Entra Natural gas
Reformer Steam
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Natural Gas Reformer Steam Air Comb .Steam
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4. Vapor de salida Cobustor Feed
Líquido de salida Reformer Liq
Energía Reformer Q
Página de parámetros
Duty Heating
Página Reactions
Set Reformer Rxn Set
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre Combustor
Entra
Combustor Feed
Air
Comb. Steam
Vapor de salida Mid Combust
Líquido de salida Mid Liq
Reactions [Details]
Raction Set Combustor Rxn Set
Reactions [Results]
Rxn-1 Conversion 35%
Rxn-2 Conversion 65%
Rxn-3 Conversion 100%
Hasta este punto el cálculo está incompleto: las corrientes Reformer
Steam, Comb. Steam y Air necesitan las presiones para quedar
completamente definidas. En consecuencia, las unidades añadidas
posteriormente han quedado también sin definir.
7. Usaremos ahora la operación (lógica) Set para especificar las presiones
de las corrientes de vapor y aire. Insertaremos una para cada corriente
(Tablas 10-12).
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre SET-1
Target Objet Reformer Steam
Target Variable Presión
Source Objet Natural Gas
Página de parámetros
Multiplier 1
Offset 0
Tabla 10. Parámetros del SET-1
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre SET-2
Target Objet Comb. Steam
Target Variable Presión
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5. Source Objet Natural Gas
Página de parámetros
Multiplier 1
Offset 0
Tabla 11. Parámetros del SET-2
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre SET-3
Target Y Air Pressure
Source X Natural Gas
Página de parámetros
Multiplier 1
Offset 0
Tabla 12. Parámetros del SET-3
8. Ahora añadiremos los tres reactores Shift, que son del tipo reactores de
equilibrio. Una nota importante en ellos es que se va reduciendo la
temperatura de los dos últimos para desplazar el equilibrio hacia la
formación de los productos, esto es, favorecer la formación de
hidrógeno. En las tablas 13-15 mostramos las definiciones de estas
unidades.
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre Combustor Shift
Entra Mid Combust
Vapor de salida Shift1 Feed
Líquido de salida Mid Com Liq
Reactions [Details]
Raction Set Shift Rxn Set
Tabla 13. Parámetros Combustor Shift
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre Shift Reactor 1
Entra Shift1 Feed
Vapor de salida Shift2 Feed
Líquido de salida Shift1 Liq
Energía Shift1 Q
Desing [Parameters]
Duty Cooling
Worksheet [Conditions]
Shift2, T 850 ºF
Reactions [Details]
Raction Set Shift Rxn Set
En esta casilla… Introducimos…
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6. Página de conexiones
Nombre Shift Reactor 2
Entra Shift2 Feed
Vapor de salida Síntesis Gas
Líquido de salida Shift2 Liq
Energía Shift2 Q
Desing [Parameters]
Duty Cooling
Worksheet [Conditions]
Syntesis Gas, T 750 ºF
Reactions [Details]
Raction Set Shift Rxn Set
Tabla 15. Parámetros Shift Reactor 2
Por último y para acabar la simulación añadiremos dos operaciones
lógicas Adjust, ADJ-1 y ADJ-2, mediante las cuales determinaremos los
caudales de vapor (Steam Flowrate) y aire (Air Flowrate).
9. Definiendo el ADJ-1 según la información de la tabla 16 y pulsando el
botón Start determinamos en caudal de vapor. Este debe ser tal que
garantice que la temperatura de operación en el reactor Combustor
Shift sea 1700 ºF.
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre ADJ-1
Adjusted Objet Com.Steam
Adjusted Variable Molar Flow
Target Objetct Combustor Shift
Target Variable Vessel. Temp.
Spec. Target Value 1700 ºF
Página de parámetros
Método Secant
Toleracia 0.1 ºF
Paso 50 lbmole/h
Máximo N ºde
iteraciones 25
Tabla 16. Parámetros del ADJ-1
10. Para determinar el caudal de aire también vamos a utilizar un Adjust, si
bien aquí nos vamos a valer de otra herramienta, la Spreadsheet (hoja
de cálculo de HYSYS).
El control de la razón molar de H2:N2 en el gas de síntesis (SYNGAS)
para la producción de amoniaco debe estar en torno al 3:1. Esta
condición será introducida en nuestro cálculo a través de la hoja de
cálculo de HYSYS, con lo cual la Spreadsheet pasa a ser una operación
más dentro del diagrama de flujo que estamos calculando.
12. La conexión de la hoja de cálculo consiste en definir qué variables del
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7. diagrama de flujo serán importadas a la Spreadsheet y cuáles variables
(resultado de las operaciones de la Spreadsheet) serán exportadas de
esta al diagrama de flujo que estamos calculando (Página
Conections/Imported(Exported)Variables). Ver figuras 2 y 4.
En nuestro caso nos interesa utilizar la razón molar H2:N2 como una
variable de operación. Como ella no está explícitamente definida en
ninguna de las operaciones del diagrama de flujo introducidas hasta
ahora, podemos definirla a través de la operación Spreadsheet y
devolverla al diagrama de flujo como variable exportada. Para definir la
relación molar H2:N2 necesitamos importar las variables:
o Synthesis Gas Comp. Molar Flow of Hydrogen
o Synthesis Gas Comp. Molar Flow of Nitrogen
13. En la figura 2 se muestra la forma de importar variables desde unidades
del diagrama de flujo hasta la Spreadsheet.
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9. 16. Una vez que hemos creado la corriente Dummy Stream, podemos
utilizarla para definir la operación Adjust. Esta última recalcula todo el
diagrama de flujo para lograr la relación 3:1 deseada. La operación
Adjust se define según las especificaciones de la tabla 17.
En esta casilla… Introducimos…
Página de conexiones
Nombre ADJ-2
Adjusted Objet Air
Adjusted Variable Molar Flow
Target Objetct Dummy Stream
Target Variable Molar Flow
Spec. Target Value 3.05
Página de parámetros
Método Secant
Toleracia 0.005 lbmole/h
Paso 39.68 lbmole/h
Maximo N ºde
iteraciones 20
Tabla 17. Especificando el ADJ-2
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