Bài giảng: Công nghệ khí (ThS. Hoàng Trọng Quang) - Chương 1

Chia sẻ: Vang Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

114
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1. Tổng quan về khí thiên nhiên - Khí thiên nhiên là một dạng năng lượng hóa thạch không màu, không mùi, thành phần chủ yếu là metan, thành phần phụ gồm Etan, Propane, Butan, CO2, H2S… Khí thiên nhiên cháy trong môi trường không khí và sinh nhiệt.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng: Công nghệ khí (ThS. Hoàng Trọng Quang) - Chương 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN GVGD: ThS. Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS. Hà Quốc Việt
NỘI DUNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 GIỚI THIỆU NGUỒN GỐC KHÍ THIÊN NHIÊN THÀNH PHẦN CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN PHÂN LOẠI KHÍ THIÊN NHIÊN MỤC ĐÍCH XỬ LÝ SẢN PHẨM CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN QUI CÁCH SẢN PHẨM KHÍ THIÊN NHIÊN 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 2
GIỚI THIỆU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí thiên nhiên là một dạng năng lượng hóa thạch không màu, không mùi, thành phần chủ yếu là metan, thành phần phụ gồm Etan, Propane, Butan, CO2, H2S… Khí thiên nhiên cháy trong môi trường không khí và sinh nhiệt. Tuỳ thuộc vào thành phần của hỗn hợp khí thiên nhiên mà giá trị nhiệt lượng khí cung cấp từ 700Btu/scf đến 1600Btu/scf. Nguồn nhiên liệu & nguyên liệu lý tưởng cho: Sinh hoạt: nấu ăn, sưởi ấm, đun nước Công nghiệp: nhiên liệu và nguyên liệu cho các nhà máy, quá trình xử lý và chế biến thực thẩm, sấy khô, Nguồn năng lượng: các nhà máy điện, tuabin... Nhiên liệu cho các phương tiện vân chuyển: xe tải, xe bus. So với nhiên liệu hoá thạch khác thì khí thiên thiên nhiên ít gây ô nhiễm hơn (Bảng 1). 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 3
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Hình 1: Sơ bộ về công nghiệp dầu khí (Adapted from Canon, 1993) 4
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHIỆP KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Hình 2: Ngành công nghiệp khí thiên nhiên 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 5
CÁC DẠNG SỬ DỤNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Hình 3 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 6
MỨC ĐỘ GÂY Ô NHIỄM Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 1 11/14/2013 7
CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG SƠ CẤP Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 4: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 8
TRỮ LƯỢNG KHÍ CỦA CÁC NƯỚC HÀNG ĐẦU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 5: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 9
SẢN LƯỢNG KHAI THÁC KHÍ VÀ TRỮ LƯỢNG THEO KHU VỰC Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Bảng 2: 11/14/2013 10
MỨC TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG TOÀN CẦU ĐẾN NĂM 2020 Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 HÌNH 6: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 11
NGUỒN GỐC KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí thiên nhiên được hình thành từ sự phân hủy xác của động vật và thực vật và được giữ lại trong lỗ rỗng ở những tầng chứa sâu hoặc từ các mỏ khí than sâu hơn 3000ft (coal-bed methane) Khí thiên nhiên thường phân làm 03 loại: Khí đồng hành (associated gas) hoà tan trong dầu và khai thác cùng với dầu thô, được tách tại đầu giếng. Khí không đồng hành (nonassociated gas) khai thác trực tiếp từ các vỉa khí. Khí condensat: có hàm lượng HC lỏng cao khi áp suất và nhiệt độ giảm. Phân loại giếng: giếng khí là giếng có tỷ số khí dầu (GOR) > 100.000 SCF/STB; Giếng condensate: 5000 ≤ GOR ≤ 100000 SCF/STB; Giếng dầu: GOR < 5000 SCF/STB 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 12
THÀNH PHẦN CỦA KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí thiên nhiên là một sự pha trộn phức tạp của những thành phần HC và non-HC và tồn tại ở dạng khí trong điều kiện khí quyển. Thực tế có hàng trăm thành phần khác nhau, có tỉ lệ thay đổi hiện diện trong khí thiên nhiên, ngay cả hai giếng khai thác trong 1 vỉa có thể có thành phần khác nhau (điều kiện thành tạo, địa tầng…). Tuy nhiên, phần lớn khí thiên nhiên có thành phần chính là HC paraffin với một lượng nhỏ olefin HC, naphthenic HC và những thành phần non-HC. Những thành phần non-HC cần phải xử lý trước khi vận chuyển và sử dụng (Nước, CO2, H2S, N2, O2, Sulfur, Thuỷ ngân, phóng xạ tự nhiên,...) 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 13
Thành phần Hydrocacbon Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Methane (CH4 hoặc C1): thành phần chính trong hỗn hợp Ethane (C2H6 hoặc C2): thành phần nhiều thứ 02 trong hỗn hợp, nhiệt đốt nóng cao hơn methane (1769 BTU’s/SCF –so với 1010 BTU’s/SCF hoặc 66.0 MJ/m3 so với 37.7 MJ/m3). Propane (C3H8 hoặc C3): thành phần quan trọng của khí đường ống (tỷ lệ càng cao trong khí thì hiệu quả kinh tế càng lớn). Isobutane (iC1.~H10 hoặc iC4): chiết xuất thành pha lỏng và thường sử dụng để sản xuất nhiên liệu có hàm lượng octane cao (alkylate). nButane (nC4H10 hoặc nC4): chiết xuất thành pha lỏng và thường sử dụng như là tác nhân pha trộn trong nhiên liệu động cơ môto Pentanes và thành phần nặng hơn (C5H12 hoặc C5+): tỷ lệ rất nhỏ, thành phần chính trong condensat. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 14
Thành phần Non Hydrocacbon Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Nitrogen (N2): khí trơ, biểu hiện hàm lượng helium cao trong khí Hydrogen Sulphide (H2S): nguyên nhân gây chua trong khí, độc, nguy hiểm, cần xử lý để giảm xuống 0.25 grain (0.4 ppm) hoặc 1 grain (16 ppm) trên 100ft3 khí đường ống (6 mg/in3 or 23 mg/m3) Carbon Dioxide (CO2): là một loại khí axít như H2S, không có giá trị đốt cháy, tỷ lệ cho phép trong vận chuyển là dưới 2%. Carbonyl Sulphide (COS): thường xuất hiện cùng với H2S và được xử lý như H2S. Hàm lượng nước: nước tự do trong khí là nguyên nhân hình thành hydrat. 14lbs H2O/MMSCF = dewpoint +18°F (-9°C). Ở điều kiện đường ống được chôn thì dewpoint +25°F( -14°C). 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 15
TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Ta biết rằng các hydrocacbon nặng hơn có trong những khí này có thể thu hồi dưới dạng chất lỏng. Lượng chất lỏng có khả năng thu hồi được tính tính theo đơn vị gallon chất lỏng ở điều kiện 600F/1000 scf khí ở điều kiện chuẩn, gọi là GPM. Một khí nào đó được xác định là khí giàu hay khí nghèo thì dựa vào bảng phân loại dưới đây: Khí nghèo < 2,5 GPM Khí trung bình 2,5 – 5 GPM Khí dầu > 5 GPM Sự phân loại trên đây chủ yếu dựa trên hàm lượng etan và các hydrocacbon nặng hơn Nếu etan không thể thu hồi dưới dạng chất lỏng, giá trị GPM có thể được dựa theo propan và các hydrocacbon nặng hơn (C3+). 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 16
TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Thành phần chính của dầu thô và khí thiên nhiên là các hydrocacbon. Các hợp chất này được sắp sếp bắt đầu từ khí metan (CH4), hợp chất có khối lượng phân tử nhẹ nhất, tới các hợp chất hydrocacbon no có số nguyên tử cacbon lên tới 33 và các chuỗi hydrocacbon thơm có số lượng phân tử cacbon lớn trên 20. Phân loại một số sản phẩm dầu khí theo thành phần Hydrocacbon Bảng 3 Phần trăm phần mol Dạng chất lưu Methane (C1) Trung gian (C2-C6) Heptanes+ Dầu đen 30 35 35 Dầu bay hơi 55 30 15 Condensate 70 22 8 Khí khô 90 9 1 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 17
TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Sản phẩm dầu mỏ phân chia theo tỷ số khí dầu, oAPI, đặc tính sắc phổ Bảng 4 Tỷ số khí dầu điển Chất lỏng trong bình chứa hình ban đầu Dạng chất lưu Bsto/Brf Scf/bsto oAPI Màu Dầu thô co ít (GOR thấp), dầu nặng, dầu > 0,5 < 2000 < 45 Rất tối, thường đen thường Dầu thô co nhiều 2000 – (GOR cao), dầu bay < 0,5 > 40 nhiều màu, thường nâu 3300 hơi Khí ngưng tụ 3300 – > 0,35 50 – 60 Nhẹ hay nước, trắng (Condensate) 50000 Khí ướt (Wet gas) - > 50000 > 50 Nước, trắng Khí khô (dry gas) - - - - 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 18
TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Trong khí thiên nhiên tồn tại nhiều thành phần khác nhau, cùng tồn tại. Ngoài Metan là chủ yếu ra, còn tồn tại một số Hydrocarbon nặng hơn, khí không phải là Hydrocarbon. Khí thiên nhiên ở điều kiện mỏ khác nhau thì thành phần của nó cũng có thể khác nhau. Vì vậy, muốn xác định chính xác thành phần trong khí thiên nhiên thì phải tiến hành phân tích cụ thể, không thể có các thành phần xác định cho toàn bộ khí thiên nhiên ở các mỏ khác nhau. Việc xác định thành phần có trong khí thiên nhiên rất quan trọng, nó quyết định đến việc thiết kế các quy trình xử lý, người ta thấy rằng chỉ cần tồn tại một lượng nhỏ hợp chất lưu huỳnh cũng đã ảnh hưởng nhiều đến quy trình công nghệ xử lý khí thiên nhiên. 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 19
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Thành phần thường thấy trong khí thiên nhiên, bảng sau: Bảng 5 Loại Hàm lượng Các hợp chất hydrocacbon Metan 79 – 98% Etan 1 – 10% Propan Rất ít – 5% Butan Rất ít – 2% Pentan Rất ít – 1% Hexan Rất ít – 0,5% Heptan Rất ít – 0,5% Các hợp chất không phải hydrocacbon Nitơ Rất ít – 15% Cacbonic Rất ít – 5% Hydrosulfua Rất ít – 3% Heli Rất ít hoặc không có, đôi khi là 5% 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 20