Đồ án môn học Công nghệ chế biến khí
Phạm Anh Tuấn 1
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 3
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .......................................................................................... 4
I, Giới thiệu chung về khí tự nhiên và khí đồng hành ................................................. 4
1, Thành phần và tính chất chung của khí tự nhiên và khí đồng hành[1] ................. 4
2, Lịch sử phát triên của khí tự nhiên ...................................................................... 5
II, Các phương pháp chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành ..................................... 7
1, Chuẩn bị để chế biến ........................................................................................... 7
2, Phương pháp chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ ..................................... 8
3, Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ ............................................................ 9
4, Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất ....................................................... 10
III, Cơ sở hóa lý của quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp .............................................. 11
1, Khái niệm về quá trình ngưng tụ ....................................................................... 11
2, Đặc điểm của quá trình ngưng tụ ...................................................................... 11
3, Quá trình chuyển pha của khí đồng hành. ......................................................... 12
4, Hằng số cân bằng pha[1]. ................................................................................... 16
5, Phương pháp tính thành phần lỏng hơi[1] .......................................................... 16
6, Quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp trong chế biến khí đồng hành ....................... 17
IV, Tổng quan về các công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp
................................................................................................................................... 19
1. Phân loại các sơ đồ công nghệ........................................................................... 19
2. Phân tích lựa chọn công nghệ[1] ......................................................................... 20
3. Các thiết bị chính có trong qúa trình chế biến bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ
thấp. ....................................................................................................................... 27
Đồ án môn học Công nghệ chế biến khí
Phạm Anh Tuấn 2
TÍNH TOÁN.................................................................................................................. 33
I, Mô phỏng công nghệ bằng phần mềm HYSYS ..................................................... 33
1. Xây dựng cơ sở mô phỏng ................................................................................. 33
2. Xây dựng lưu trình chính................................................................................... 33
3. Thiết lập chu trình làm lạnh bằng propan .......................................................... 37
4. Thiết lập Spreadsheet xác định lượng propan ................................................... 39
II. Kết quả .................................................................................................................. 41
1, Cân bằng chung của quá trình ........................................................................... 41
2. Cân bằng vật chất tại các tháp tách ................................................................... 43
3. Cân bằng nhiệt lượng tại các tháp tách.............................................................. 46
4. Kích thước thiết bị chính ................................................................................... 48
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 50
Đồ án môn học Công nghệ chế biến khí
Phạm Anh Tuấn 3
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành dầu khí Việt Nam là một ngành mới phát triển được hơn 20 năm nhưng đã
chiếm một phần quan trọng trong sự phát triển của đất nước. Đặc biệt là ngành công
nghiệp chế biến dầu khí. Đây là một trong những tiền đề cơ bản để phát triển các ngành
công nghiệp quan trọng của đất nước.
Cùng với quá trình khai thác và chế biến dầu thô, thì ngành công nghiệp chế biến
khí hiện đang phát triển mạnh mẽ. Sản phẩm của các nhà máy chế biến khí của Việt Nam
hiện nay là khí khô thương phẩm, LPG và condensate. Trong đó có hai loại sản phẩm
LPG và Condensate đã được tận dụng triệt để mang lại hiệu quả kinh tế mang lại hiệu quả
kinh tế cho quốc gia. Sản phẩm khí khô thương phẩm mà thành phần chủ yếu là khí metan
và etan, phần lớn được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện, chiếm 85 – 90% sản
lượng khí, có giá trị kinh tế thấp. Trong khi đó, lượng khí dùng làm nguyên liệu cho các
nhà máy đạm Cà Mau và đạm Phú Mỹ, chỉ chiếm 6%[9].
Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật, từ khí tự nhiên và khí đồng hành người ta
đã sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau như: rượu, axeton, NH3, phân bón, chất tẩy rửa
tổng hợp… được ứng dụng trong nhiều ngành như: mỹ phẩm, dệt may, đồ gia dụng…
phục vụ cho công nghiệp và đời sống nhân dân.
Chính vì những lợi ích to lớn mà nghành dầu khí nói chung và ngành chế biến khí
nói riêng đem lại thì việc đầu tư và phát triển công nghiệp ngành công nghiệp mũi nhọn
này là một đi đúng hướng của đảng và nhà nước ta nhằm thúc đẩy kinh tế và cải thiện đời
sống nhân dân.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phương pháp chế biến khí bằng phương
pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp vì phương pháp này vừa đơn giản mà cho hiệu quả cao, và có
tính khả thi nhất.
Đồ án môn học Công nghệ chế biến khí
Phạm Anh Tuấn 4
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
I, Giới thiệu chung về khí tự nhiên và khí đồng hành
1, Thành phần và tính chất chung của khí tự nhiên và khí đồng hành[1]
Những cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là: metan, etan, propan,
butan (normal và izo). Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí, còn khí đồng hành
được khai thác từ các mỏ dầu đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong khí tự
nhiên thành phần chủ yếu là metan (chiếm đến 98% thể tích). Các mỏ khí tự nhiên là các
túi khí nằm sâu dưới mặt đất.
Khí đồng hành nhận được từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ.
Trong thành phần của khí đồng hành ngoài cấu tử chính là metan còn có etan, propan,
butan và các hydrocacbon nặng với hàm lượng đáng kể. Thành phần những cấu tử cơ bản
trong khí thay đổi trong phạm vi khá rộng tùy theo mỏ dầu khai thác. Ngoài ra trong
thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành còn có H2O, H2S, cùng các hợp chất chứa lưu
huỳnh, S, N2 và heli.
Người ta còn phân loại khí theo hàm lượng hydrocacbon từ propan trở lên. Khí
giàu propan, butan và các hydrocacbon nặng (trên 150g/m3) được gọi là khí béo (khí dầu).
Từ khí này người ta chế xăng khí, khí hóa lỏng LPG và các hydrocacbon cho công nghệ
tổng hợp hữu cơ. Còn khí chứa ít hydrocacbon nặng (từ propan trở lên, dưới mức 50g/m3)
gọi là khí khô (khí gầy), được sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống, làm
nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sản xuất phân đạm, sản xuất
etylen, axetylen, etanol…
Trữ lượng khí nước ta có thể phát hiện ước tính vào khoảng 1.300 tỷ m3 khối khí.
Trữ lượng này phân bố trên toàn lãnh thổ nhưng chủ yếu là ở các bể Nam Côn Sơn, Sông
Hồng, Ma Lay – Thổ Chu.
Bảng 1.1: Thành phần khí ở bể Cửu Long (% theo thể tích)
Mỏ
Thành phần
Bạch Hổ
(lô 09)
Rồng (lô 09)
Rạng Đông
(lô 09)
Ruby (lô 09)
Khí tự do
Đồng hành
Metan C1
76,82
84,77
76,54
77,62
78,02
Etan C2
11,87
7,22
6,89
10,04
10,57
Propan C3
5,89
3,46
8,25
5,94
6,70
Đồ án môn học Công nghệ chế biến khí
Phạm Anh Tuấn 5
Butan C4
1,04
1,7
0,78
2,83
1,74
Condensat C5+
0,32
1,3
0,5
0,97
0,38
N2
0,5
-
-
0,33
0,6
CO2
1,00
-
-
0,42
0,07
H2S
-
-
-
-
-
Bảng 1.2: Thành phần khí ở một số bể nước Mỹ[7]
Mỏ
Thành phần
Hugoton
Austin
Deep Lake
Carthage
Earth
Metan C1
71,51
79,74
98,5
90,06
92,76
Etan C2
7,0
9,10
0,87
4,05
3,03
Propan C3
4,40
2,80
0,17
1,51
1,36
Butan C4
0,99
0,50
0,06
1,11
0,80
Condensat C5+
0,02
0,16
0,10
0,74
1,64
N2
15,50
7,30
-
1,83
-
CO2
-
-
0,30
0,70
0,41
H2S
-
-
-
-
-
Heli
0,58
0,40
-
-
-
2, Lịch sử phát triên của khí tự nhiên
Khí tự nhiên đã được phát hiện từ thời cổ đại ở Trung Đông. Hàng ngàn năm trước,
nó được chú ý đến khi xuất hiện ngọn lửa cháy mãi không tắt do sét đánh tại những nơi
khí rò rỉ. Tại Persia, Hy Lạp và Ấn Độ, họ đã xây dựng những đền thời xung quanh những
nơi đó để phục vụ tôn giáo. Tuy nhiên, giá trị về năng lượng không được chú ý cho đến
tận những năm 900 TCN, người Trung Quốc đã khoan giếng khí tự nhiên đầu tiên vào
năm 211 TCN. Tại Châu Âu, khí tự nhiên không được biết đến cho đến khi được phát
hiện tại Anh vào năm 1659, mặc dù đến tận 1790 nó mới được thương mại hóa. Năm
1821 tại Fredonia, Mỹ người dân đã phát hiện thấy những bọt khí nổi lên tại một con lạch.
Wiliam Hart, được coi cha đẻ của ngành khí thiên nhiên, đã đào giếng khí đầu tiên tại Bắc
Mỹ.
Trước đây, khí thiên nhiên được phát hiện như là hệ quả của quá trình thăm dò dầu
thô. Khí tự nhiên được coi là sản phẩm không mong muốn, trong quá trình khoan dầu gặp
phải mỏ khí, công nhân phải dừng khoan và để khí tự do thoát ra ngoài. Cho đến tận