Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế cụm phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí từ nguồn khí sư tử trắng với năng suất nhập liệu 10 triệu sm3 /ngày

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

60
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài này trình bày quá trình thăm dò và khai thác thử đã cho tín hiệu tốt tại vùng bể Cửu Long với sự kiện đón nhận dòng sản phẩm khí đầu tiên tại mỏ Sư Tử Trắng vào ngày 15/11/2012 [20]. Dự kiến Mỏ Sư Tử Trắng có thể có trữ lượng tới 170 tỉ m3 khí so với khoảng 58 tỉ m3 khí với sản lượng khai thác 2,7 tỉ m3/năm của mỏ Lan Tây - Lan Đỏ nằm trong bồn trũng Nam Côn Sơn. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế cụm phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí từ nguồn khí sư tử trắng với năng suất nhập liệu 10 triệu sm3 /ngày

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ TỪ NGUỒN KHÍ SƯ TỬ TRẮNG VỚI NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 10 TRIỆU SM3/NGÀY Trình độ đào tạo: Đại học chính quy Ngành: Công Nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành: Hóa dầu Người hướng dẫn : Tiến sĩ Lê Công Tánh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Luân MSSV: 1152010122 Lớp: DH12HD TP. Hồ Chí Minh, năm 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tính toán thiết kế của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Lê Công Tánh. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án tốt nghiệp này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Nếu có bất kì sự sao chép về số liệu cũng như về kết quả, tôi xin chịu trách nhiệm. TP Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thành Luân
LỜI CẢM ƠN Trong thực tế cuộc sống cũng như trong công việc, học tập hay tất cả các lĩnh vực khác, không có bất kì sự thành công nào mà không được sự giúp đỡ hỗ trợ từ mọi người xung quanh. Cũng chính vì có được sự giúp đỡ hỗ trợ trong suốt quãng thời gian qua nên em mới hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Tính toán, thiết kế cụm phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí từ nguồn nguyên liệu khí Sư Tử Trắng với năng suất nhập liệu 10 triệu Sm3/ngày” một cách tốt đẹp nhất. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Tiến Sĩ Lê Công Tánh , Kỹ sư Nguyễn Thế Thịnh cùng tập thể tất cả anh, chị trong Phòng Công Nghệ thuộc Tổng công ty Tư Vấn Thiết Kế Dầu Khí (PVE) đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành quá trình xây dựng đồ án. Nếu không có sự hỗ trợ của các anh chị, thì em nghĩ đồ án này khó mà hoàn thành được. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn. Trong suốt thời gian thực tập tại công ty và phòng Công nghệ, bản thân em đã học hỏi được rất nhiều về tác phong làm việc cũng như nhận ra sự hạn chế thiếu sót trong kiến thức của bản thân. Trong thời gian thực tập tại công ty, bản thân em đã bộc lộ rất nhiều hạn chế không những về kiến thức đã được học mà còn về thời gian tiến độ làm việc. Tuy nhiên, do là lần đầu tiên được làm việc và tiếp xúc với một môi trường chuyên nghiệp, hiện đại nên em cũng không tránh khỏi các hạn chế. Bản thân em sẽ cố gắng xem những hạn chế trên là bài học để luôn cố gắng, phấn đấu trong công việc cũng như cuộc sống sau này. Bài báo cáo đồ án được hoàn thành trong những ngày cuối của đợt thực tập. Bắt đầu đi vào tìm hiểu và xây dựng tính toán một thiết bị trong ngành công nghiệp dầu khí, kiến thức của em còn hạn chế và rất nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, chắn chắc sai sót là không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các anh chị trong Phòng Công Nghệ thuộc Tổng Công ty Tư Vấn Thiết Kế Dầu Khí và các thầy cô khóa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu những
người đã dìu dắt truyền đạt kiến thức cho em để kiến thức của em trong lĩnh vực này này ngày càng được hoàn thiện hơn. Sau cùng, em xin kính chúc tập thể quý anh chị thuộc Phòng Công Nghệ, Tiến Sĩ Lê Công Tánh, Kỹ sư Nguyễn Thế Thịnh cũng như quý thầy cô Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm đại học Bà Rịa – Vũng Tàu thật dồi dào sức khỏe để tiếp tục thực hiện tốt công việc cũng như sứ mệnh của mình. Trân trọng. TP. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 5 năm 2016 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thành Luân
MỤC LỤC MỤC LỤC ..................................................................................................... ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ iv DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... v DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... vi LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ ..................................................................................... 2 1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp khí Việt Nam .................................... 2 1.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2........................................... 2 1.3 Hoạt động của phân xưởng tách LPG ............................................... 4 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG ..................................................................................... 5 2.1 Thiết kế, mô phỏng sơ bộ nhà máy chế biến khí ................................... 5 2.1.1 Thiết kế sơ đồ hoạt động ............................................................... 5 2.1.2 Chọn thiết bị tách lỏng đầu vào nhà máy ....................................... 7 2.1.3 Chọn hệ thống sấy khí ................................................................... 8 2.1.4 Lựa chọn công nghệ làm lạnh khí đầu vào sau khi ổn định condesat.................................................................................................. 9 2.1.5 Lựa chọn sơ đồ phân tách sản phẩm [2,tr 321] ............................ 10 2.2 Phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí ............................ 12 2.2.1 Hoạt động phân xưởng tách LPG ................................................. 12 2.2.2 Các thiết bị chính của phân xưởng tách LPG ............................... 13 2.3 Phương pháp tính toán cho cụm tách LPG .......................................... 17 2.3.1 Tính toán cân bằng pha [12,tr 32] ................................................ 17 2.3.2 Tính toán cân bằng vật chất cho tháp chưng cất ........................... 18 ii
2.3.3 Cân bằng nhiệt cho tháp chưng cất .............................................. 19 2.3.4 Tính toán thông số hoạt động của tháp ......................................... 20 2.3.5 Tính toán thông số kỹ thuật của tháp chưng cất ........................... 22 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHO CỤM TÁCH LPG ................ 25 3.1 Nguyên liệu, sản phẩm. ...................................................................... 25 3.2 Tính toán các thông số hoạt động của tháp ......................................... 29 3.2.1 Thông số hoạt động đỉnh tháp ...................................................... 29 3.2.2 Thông số hoạt động của đáy tháp ................................................. 33 3.3 Tính toán thông số làm việc của tháp .................................................. 37 3.3.1 Tính số đĩa lý thuyết của tháp theo phương pháp FUG ................ 37 3.3.2 Tính toán hiệu suất đĩa và số đĩa làm việc thực tế ........................ 41 3.4 Tính toán thông số kỹ thuật của tháp .................................................. 43 3.4.1 Tính toán cân bằng cho tháp ........................................................ 43 3.4.2 Tính toán thông số kĩ thuật tháp ................................................... 44 3.4.3 Tính toán cơ khí của tháp ............................................................. 51 3.4.4 Tính toán thiết bị phụ trợ ............................................................. 59 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHI PHÍ ........................................................... 73 4.1 Tính toán sơ bộ lượng nguyên liệu sử dụng: ....................................... 73 4.2 Tính sơ bộ chi phí vật liệu của tháp LPG: ........................................... 74 KẾT LUẬN .................................................................................................. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 76 PHỤ LỤC .................................................................................................... 78 Phụ lục 1: Bản vẽ chi tiết tháp tách LPG .................................................. 78 Phụ lục 2: Sơ đồ công nghệ cơ bản của nhà máy GPP. ............................. 79 iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LPG: Liquefied Petroleum Gas GDC: Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ GPP: Chế độ GPP cho nhà máy chế biến khí iv
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần các dòng nguyên liệu: .................................................. 5 Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu ....................................................... 7 Bảng 2.3 Nhiệt độ điểm sương của các chất hấp phụ ...................................... 9 Bảng 2.4 Ký hiệu các đại lượng.................................................................... 17 Bảng 2.5 So sánh đĩa loại lỗ và đĩa loại van ................................................. 23 Bảng 3.1 Thành phần của nguyên liệu đi vào tháp LPG ............................... 25 Bảng 3.2 Điều kiện của các dòng nguyên liệu .............................................. 26 Bảng 3.3 Thành phần phân tách (gần đúng).................................................. 27 Bảng 3.4 Nồng độ phần mol và lưu lượng của mỗi cấu tử ............................ 27 Bảng 3.5 Số liệu liên quan đến tính toán nhiệt độ tại đỉnh tháp .................... 29 Bảng 3.6 Số liệu liên quan đến tính toán nhiệt độ tại condenser ................... 31 Bảng 3.7 Số liệu liên quan đến tính toán tại đáy tháp ................................... 33 Bảng 3.8 Số liệu liên quan đến tính toán nhiệt độ tại reboiler ....................... 35 Bảng 3.9 Điều kiện hoạt động của tháp ........................................................ 36 Bảng 3.10a Kết quả xác định hệ số φ ........................................................... 38 Bảng 3.10b Kết quả xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu................................... 39 Bảng 3.11 Kết quả mô phỏng cho từng đĩa trong tháp .................................. 44 Bảng 3.12 Tải trọng hơi tại các đĩa trong tháp (phần luyện) ......................... 46 Bảng 3.13 Thông số của đáy và nắp thiết bị ................................................ 51 Bảng 3.14 Kích thước bích ghép đáy, nắp .................................................... 52 Bảng 3.15 Thông số bích ghép ống dẫn ........................................................ 53 Bảng 3.16 Kích thước của chân đỡ ( mm) .................................................... 56 Bảng 3.17 Kích thước của tai treo ................................................................ 57 Bảng 3.18 Các thông số cho tháp tách LPG .................................................. 58 Bảng 4.1 Sơ bộ chi phí tháp tách LPG .......................................................... 74 v
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các vùng mỏ khí chính ở Việt Nam. ................................................ 2 Hình 1.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 ............... 4 Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí ............................................... 6 Hình 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống làm lạnh khí nguyên liệu ............................... 9 Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của nhà máy chế biến khí………………………………11 Hình 2.4 Sơ đồ đơn giản của một tháp chưng cất ......................................... 13 Hình 2.5 Minh họa condenser....................................................................... 15 Hình 2.6 : Một số dạng reboiler .................................................................... 16 Hình 2.7 Mô tả Reboiler dạng Thermosiphon............................................... 16 Hình 3.1 Sơ đồ làm việc của đỉnh tháp và condenser .................................... 29 Hình 3.2 Đáy, nắp thiết bị ........................................................................... 51 Hình 3.3 Bích ghép thân với đáy, nắp ........................................................... 52 Hình 3.4 Bích ghép thân thiết bị với ống dẫn ............................................... 53 Hình 3.5 Mô tả chân đỡ của tháp ................................................................. 56 Hình 3.6 Mô tả tai treo thiết bị ..................................................................... 57 vi
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, nguồn cung cấp khí đốt cho các hộ tiêu thụ khu vực Đông Nam Bộ chủ yếu là từ hai bể Nam Côn Sơn và Cửu Long [18]. Tuy nhiên do sự sụt giảm đáng kể về sản lượng cũng như chất lượng của các nguồn cung cấp khí này, nên nhu cầu cấp thiết đặt ra là phải tìm kiếm nguồn cung cấp với trữ lượng lớn ổn định và đạt yêu cầu về chất lượng tốt trong tương lai. Quá trình thăm dò và khai thác thử đã cho tín hiệu tốt tại vùng bể Cửu Long với sự kiện đón nhận dòng sản phẩm khí đầu tiên tại mỏ Sư Tử Trắng vào ngày 15/11/2012 [20]. Dự kiến Mỏ Sư Tử Trắng có thể có trữ lượng tới 170 tỉ m3 khí so với khoảng 58 tỉ m3 khí với sản lượng khai thác 2,7 tỉ m3/năm của mỏ Lan Tây - Lan Đỏ nằm trong bồn trũng Nam Côn Sơn[19]. Xuất phát từ nhu cầu về sản lượng khí đốt cũng như các sản phẩm khí như LPG đang tăng đáng kể trong khi lượng cung cấp lại có chiều hướng giảm trong những năm tới nên việc vận hành và đưa vào hoạt động Dự án khí Nam Côn Sơn 2 ( nguồn khí từ các mỏ ở bể Nam Côn Sơn và Cửu Long) là rất cần thiết. Ở thời điểm hiện tại nước ta chỉ mới có hai nhà máy chế biến khí là Dinh Cố và Nam Côn Sơn 1 đang hoạt động. Từ nhu cầu thực tế cũng như sự đồng ý chấp thuận của trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu và Tiến Sĩ Lê Công Tánh, tôi chọn đề tài: “ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ TỪ NGUỒN KHÍ SƯ TỬ TRẮNG VỚI NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 10 TRIỆU SM3/NGÀY” . 1
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ 1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp khí Việt Nam Nền tảng cơ bản để phát triển nền công nghiệp khí của nước ta hiện nay đó là nguồn dự trữ khí. Với trữ lượng khí dự trữ được đánh giá là rất lớn và chủ yếu tập trung ở bốn vùng trũng chính: Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Cửu Long và Mã Lai - Thổ Chu [10, tr 17]. Hình 1.1 Các vùng mỏ khí chính ở Việt Nam. Ngoài các vùng mỏ chính kể trên, còn có nhiều mỏ có triển vọng về dầu và khí đồng hành lớn. Bể Cửu Long có triển vọng lớn về dầu nhưng đồng thời cũng có một lượng lớn khí đồng hành. Nhưng với sự sụt giảm đáng kể sản lượng của các nguồn cung cấp khí: Bạch Hổ; Rạng Đông[21,tr 5] thì việc bổ sung các nguồn cung cấp mới( Sư Tử Trắng; Hải Sư Tử Trắng) là điều hết sức cần thiết. 1.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2 Dự án đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2 là dự án trọng điểm quốc gia, bao gồm các hạng mục chính như đường ống ngoài biển (có chiều dài khoảng 325 km, đường kính ống 26 inches, xuất phát từ Hải Thạch-Mộc Tinh đi qua Thiên Ưng- Mãng Cầu, Bạch Hổ và tiếp bờ tại Long Hải) và phần trên bờ (bao gồm khoảng 9 2
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân km tuyến ống 26 inches từ điểm tiếp bờ đến Nhà máy GPP2, Nhà máy GPP2, các trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ. Khu vực bể Nam Côn Sơn được đánh giá là có tiềm năng lớn về khí thiên nhiên. Để thu gom khí khai thác từ các mỏ Hải Thạch - Mộc Tinh, Thiên Ưng - Mãng Cầu, các mỏ khí khác của bể Nam Côn Sơn và bể Cửu Long và vận chuyển về bờ để cung cấp các sản phẩm cho các hộ tiêu thụ ở khu vực Nam Bộ và có tính đến việc vận chuyển khí nhập khẩu trong tương lai. Nhà máy GPP2, các trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm thuộc Hợp đồng EPC Nhà máy xử lý khí GPP2 là những hạng mục quan trọng của dự án Đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2. Nhà máy sẽ được xây dựng tại xã An Ngãi - huyện Long Điền - tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, được thiết kế có khả năng xử lí 10 triệu m3 khí/ngày đêm cho 1 dây chuyền với chế độ phân tách LPG và có xem xét/nghiên cứu xây dựng, lắp đặt hệ thống thu hồi etan cùng hệ thống tách riêng propan trong tương lai.Từ Nhà máy xử lý khí GPP2, khí khô được vận chuyển qua tuyến ống đến Trung tâm phân phối Khí Phú Mỹ (GDC) để tiếp nhận và phân phối khí cho các hộ tiêu thụ (tuyến ống này đi song song và nằm trong hành lang tuyến ống cùng với các hệ thống đường ống hiện hữu Bạch Hổ và Nam Côn Sơn 1) và tuyến ống dẫn sản phẩm lỏng (LPG và Condensat): - Đường ống dẫn khí từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ GDC: dài khoảng 30 km, đường kính ống 30 inches; - Đường ống dẫn Condensate từ GPP2 đến Thị Vải: dài khoảng 25km, đường kính ống 6 inches; - Đường ống dẫn LPG từ GPP2 đến Thị Vải: dài khoảng 25km, đường kính ống 10 inches. Mỏ Sư Tử Trắng được phát hiện vào ngày 19/11/2003, nằm ở góc Đông Nam lô 15- 1 thềm lục địa Việt Nam, ở độ sâu 56m nước, cách đất liền khoảng 62km và cách Vũng Tàu khoảng 135km về phía đông. Theo khảo sát, trữ lượng của mỏ STT do Cửu Long JOC điều hành đạt khoảng 300 triệu thùng dầu thô và 3-4 tỷ m3 khí đốt. 3
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân Ngày 14/5/2012, tại công trường chế tạo Cảng Hạ lưu PTSC, Công ty Cổ phần Dịch vụ Cơ khí Hàng hải PTSC tổ chức lễ hạ thủy, vận chuyển và lắp đặt khối thượng tầng giàn khai thác Sư Tử Trắng do Công ty Cửu Long JOC là chủ đầu tư. Ngày 15/11/2012, Cửu Long JOC đã đón nhận dòng khí đầu tiên của mỏ Sư Tử Vàng. Hiện việc khai thác dầu tại mỏ này đang được tiến hành[18]. Dự kiến cuối năm 2016 dự án mỏ Sư Tử Trắng phát triển toàn mỏ vào giai đoạn 1 cho dòng sản phẩm khí đầu tiên. Tuy nhiên một phần khí được đem trở lại mỏ để chờ phát triển giai đoạn 2. Dự kiến, trong giai đoạn 2 sẽ bổ sung giàn nén khí để đưa khí về đường ống dẫn NCS 2. Từ những thành quả ban đầu trên thì việc tiến hành thi công và đưa vào vận hành nhà máy GPP2 là rất cần thiết. 1.3 Hoạt động của phân xưởng tách LPG a, LPG và nhu cầu sử dụng hiện nay Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) là một nhóm các loại khí Hydro-Carbon, chủ yếu bao gồm Propane và Butane (gồm cả Iso-Butane), phát sinh từ quá trình lọc dầu thô hoặc chế biến khí tự nhiên, khí đồng hành. [17] Hình 1.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 [21] 4
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG 2.1 Thiết kế, mô phỏng sơ bộ nhà máy chế biến khí Thiết kế, tính toán cấu hình cơ bản dựa trên các bước: 1. Sử dụng phần mềm Hysys[3] mô phỏng thành phần của nguyên liệu, xây dựng quy trình nhà máy GPP để tính toán hoạt động của tháp chưng cất tách LPG. 2. Sử dụng các số liệu từ quá trình mô phỏng kết hợp với tính toán để xác định các thông số cơ bản của tháp tách LPG và các cụm công nghệ phụ trợ. 2.1.1 Thiết kế sơ đồ hoạt động * Nguyên liệu Được thiết kế để thu hồi các sản phẩm Sale Gas, Etan và LPG cũng như phần condensat. Nhà máy (GPP) thiết kế được nhập liệu từ nguồn nguyên liệu của mỏ khí Sư Tử Trắng với các thông số cơ bản [6]: Lưu lượng nguyên liệu : 10 triệu Sm3/ ngày đêm Áp suất: 70 barg Nhiệt độ: 25 degC Được phối trộn từ hai dòng thành phần với tỉ lệ 50:50: Bảng 2.1 Thành phần các dòng nguyên liệu: Thành % % Thể tích Khối lượng Điểm sôi ºC phần DST#2 DST#3 lỏng CO2 0,0684 0,0584 N2 0,0836 0,149 C1 70,5633 71,185 C2 9,1198 9,1636 C3 5,3315 5,4549 i-C4 1,3234 1,3703 n-C4 2,1404 2,2378 i-C5 0,9085 0,957 n-C5 1,0058 1,0549 C6 1,3133 1,2126 C7 1,5469 1,4066 94 0,718 85 C8 1,829 1,5868 106 0,740 110 C9 1,1213 0,9757 121 0,759 137 C10 0,7064 0,6027 140 0,778 171 C11 0,5005 0,4286 154 0,789 193 5
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân Thành % % Thể tích Khối lượng Điểm sôi ºC phần DST#2 DST#3 lỏng C12 0,4172 0,3606 168 0,799 214 C13 0,3503 0,2994 182 0,807 233 C14 0,2623 0,2307 196 0,815 252 C15 0,2195 0,1878 210 0,822 269 C16 0,173 0,1504 224 0,829 285 C17 0,1488 0,1281 238 0,835 301 C18 0,1326 0,1146 252 0,840 316 C19 0,1118 0,0977 266 0,845 330 C20 0,0915 0,078 280 0,850 343 C21 0,0774 0,0688 294 0,855 355 C22 0,0656 0,0605 308 0,859 367 C23 0,0558 0,0539 322 0,864 379 C24 0,0475 0,0468 336 0,868 390 C25 0,0405 0,0413 350 0,871 400 C26 0,0346 0,0362 364 0,875 411 C27 0,0296 0,0323 378 0,879 420 C28 0,0253 0,027 392 0,882 430 C29 0,0217 0,023 406 0,885 438 C30 0,0186 0,0184 420 0,888 447 C31 0,0159 0,0148 434 0,891 455 C32 0,0137 0,0122 448 0,894 463 C33 0,0117 0,0097 462 0,897 471 C34 0,0101 0,0074 476 0,900 478 C35 0,0087 0,0066 490 0,903 486 C36+ 0,0543 0,0501 588 0,920 531 Nhà máy được thiết kế làm 5 cụm : Cụm làm lạnh nguyên liệu sau khi phân tách, cụm ổn định condesat để tận thu LPG, cụm thu hồi SaleGas, cụm thu hồi etan và tách LPG với sản phẩm đáy là Condesat (C5+). Căn cứ vào đặc điểm thành phần nguyên liệu, cũng như yêu cầu của các sản phẩm sau khi phân tách [5] ta có thể lập sơ đồ cơ bản của nhà máy như hình 2.1 [10,tr 113]: Tách lỏng Làm ngọt, Làm lạnh Chưng cất sơ bộ sấy khí khí Tách Etan, LPG Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí 6
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân 2.1.2 Chọn thiết bị tách lỏng đầu vào nhà máy Đường ống NCS 2 được thiết kế để làm vận chuyển hai pha lỏng – khí. Nguyên liệu đầu vào nhà máy là dòng nguyên liệu với nhiệt độ 250C, áp suất là 70 bar. Ta có thể thấy ở điều kiện như trên một phần dòng khí đã hóa lỏng, nên cần phải có một thiết bị tách lỏng phù hợp để phân tách dòng lỏng - khí trong nguyên liệu. Bảng 2.2 là tính chất của dòng nguyên liêụ dựa trên kết quả của phần mềm mô phỏng Hysys: Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu Tên dòng Nguyên liệu Pha hơi Pha lỏng Tỷ lệ lỏng hơi 0.76 0.76 0.24 Nhiệt độ [C] 25 25 25 Áp suất [bar] 70 70 70 Lưu lượng mole [106 10,00 7,57 2,43 m3/d_(gas)] Lưu lượng khối lượng 579216,63 259820,91 319395,72 [kg/h] Lưu lượng thể tích [m3/d] 30805,31 18819,87 11985,43 Molar Enthalpy -105162,55 -80344,84 -182588,23 [kJ/kgmole] Molar Entropy 157,46 148,42 185,66 [kJ/kgmole-C] Nhiệt lượng dòng [kJ/h] -1854316779 -1072829444 -781487334,60 Lưu lượng dòng lỏng 9912230,54 7549591,75 11587,55 [m3/d] Có bốn loại bình tách cơ bản là bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách hình cầu và Slug Catcher. Do hệ thống đường ống vận chuyển nguyên liệu từ mỏ vào bờ thay đổi cao độ theo địa hình đáy biển nên trong đường ống có hiện tượng tích tụ lỏng tại những điểm có cao độ thấp của đường ống khi lưu lượng và áp suất của khí trong đường ống nhỏ không đủ áp lực để đẩy lỏng về bờ. Khi lưu lượng khí đầu vào lớn và áp suất cao, lượng lỏng bị tích tụ cuốn theo dẫn đến lượng lỏng vào Nhà máy tăng đột ngột. Vì vậy ta phải lựa chọn thiết bị tách lỏng/khí có thể tích đủ lớn để chứa lượng lỏng này. Slug Catcher là thiết bị phù hợp nhất vì có khả năng chứa và 7
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân tách lỏng lớn do cấu tạo là hệ thống các dãy ống có kích thước lớn để chứa lỏng mặc dù hiệu quả tách lỏng thấp hơn so với các loại khác. 2.1.3 Chọn hệ thống sấy khí Ta có nhiệt độ điểm sương đối với dòng khí đầu vào là 21,93 0C trong khi yêu cầu đối với sản phẩm là nhiệt độ điểm sương của nước ở áp suất 45 bar là 5 0C, do đó khí này được xếp vào khí có hàm ẩm cao cần phải tách nước để đảm bảo hiệu yêu cầu của sản phẩm khí sau phân tách[5]. Ngoài ra nước có mặt trong khí khi ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp sẽ tạo thành các tinh thể hydrate làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của các thiết bị trong quá trình chế biến khí (như bơm, quạt, máy nén, van . . .), ngoài ra sự có mặt của hơi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh sẽ làm tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng thiết bị. Lựa chọn phương pháp tách nước:[1,tr 147],[10,tr 118] Có nhiều phương pháp làm khô khí, tùy thuộc vào hàm lượng nước đầu vào, yêu cầu điểm sương theo mong muốn và cách lựa chọn công nghệ chế biến khí mà ta lựa chọn các phương pháp khác nhau. Để đạt được nhiệt độ điểm sương thấp ( khoảng -90 đến -1000C) ta phải sử dụng phương pháp hấp phụ vì các lí do[10,tr 124-126]: - Đây là phương pháp cần sử dụng để sấy khô khí với độ hạ điểm sương tới 100 0C – 120 0C và yêu cầu khí sau khi sấy phải có điểm sương thấp trong khoảng - 60 đến -90 0C để tách etan. - Quá trình làm lạnh bằng giãn nở Turbo-Expander đòi hỏi dòng khí phải có nhiệt độ tạo thành hydrate rất thấp. - Khả năng làm việc trong một thời gian dài, dễ tái sinh, tuổi thọ thường 2 – 3 năm. Trong công nghiệp chế biến khí các chất hấp phụ thường dùng là silicagel, Al2O3 hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolite 4A và 5A. Khi tính toán thiết kế, kết hợp giá trị điểm sương của khí sau khi sấy với các chất hấp phụ mà lựa chọn môi chất hấp phụ phù hợp được nêu trong bảng 2.3[10,tr 125]: 8
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân Bảng 2.3 Nhiệt độ điểm sương của các chất hấp phụ Chất hấp phụ Điểm sương của khí sau khi sấy Silicagel -60 0C Oxit nhôm hoạt tính -73 0C Zeolit ( rây phân tử) -90 0C Do đặc điểm nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí trước khi vào tháp chưng cất phải ở khoảng -900C đến -1000C nên sử dụng nhôm oxit hay silicagel là không thỏa mãn. Vậy đề xuất sử dụng zeolit để tách nước ra khỏi dòng khí đầu vào. 2.1.4 Lựa chọn công nghệ làm lạnh khí đầu vào sau khi ổn định condesat Để có thể thu hồi tối đa thành phần LPG và ethane trong nguyên liệu khí ban đầu thì cần làm lạnh nhiệt độ của dòng khí nguyên liệu xuống khoảng -880C đến -1000C. Để làm được điều này, ta có thể kết hợp sử dụng phương pháp làm lạnh tổng hợp (làm lạnh ngoài kết hợp giảm áp qua van, giãn nở turbo expander và tận dụng nhiệt lạnh trong hệ thống [2] ). Sơ đồ làm lạnh được nêu trong hình 2.2: Hình 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống làm lạnh khí nguyên liệu Chọn tác nhân làm lạnh dòng nguyên liệu khí ban đầu là dòng sản phẩm đỉnh của tháp demethanize cho quá trình làm lạnh. Có thể mô tả quá trình làm lạnh như sau: -Khí nguyên liệu sau khi đi qua cụm tách nước ở nhiệt độ 20,150C sẽ được hạ nhiệt xuống -30C nhờ tận dụng dòng nhiệt lạnh từ đỉnh tháp T-100. Sau đó nhờ chu trình 9
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân làm lạnh ngoài sẽ giảm nhiệt độ xuống còn -250C, một lần nữa tận dụng dòng nhiệt lạnh từ đỉnh tháp T-100 để hạ nhiệt độ xuống còn -45 0C. -Dòng nguyên liệu ở nhiệt độ -450C này sẽ được phân tách khí/lỏng để dòng lỏng đổ vào tháp T-100. Dòng khí tách ra được giảm áp từ 65 bar xuống còn 22 bar khi đó nhiệt độ sẽ được giảm từ -45 xuống còn -85.6 0C sau đó nhờ trao đổi nhiệt với dòng từ đỉnh tháp T-100 để hạ nhiệt độ xuống -88,90C sau đó được dẫn vào tháp T- 100. - Dòng sản phẩm đi ra từ đỉnh tháp T-100 có nhiệt độ thấp ( -100 0C) nên sẽ được tận dụng trao đổi nhiệt để làm lạnh dòng nguyên liệu vào đình tháp. 2.1.5 Lựa chọn sơ đồ phân tách sản phẩm [2,tr 321] Theo như quy trình cơ bản của nhà máy, ta sẽ có đáy thiết bị phân tách cho ra dòng lỏng, đáy tháp demethanize cho dòng C2+, nên ta cần có tháp tách Etan và tháp tách LPG. Ngoài ra, do sản phẩm thô ở đáy thiết bị phân tách V-101 là hỗn hợp lỏng có chứa nhiều cấu tử nhẹ chưa phân tách nên cần có thêm một tháp ổn định condesat để tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm. Đề xuất sơ đồ hoạt động của nhà máy như hình 2.3: 10
Đồ án tốt nghiệp SVTH: Nguyễn Thành Luân Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của nhà máy chế biến khí (xem phụ lục 2) 11