Giáo trình Vận hành hành các phân xưởng chế biến khí (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:130

Thêm vào BST

Báo xấu

21
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Vận hành hành các phân xưởng chế biến khí được biên soạn với mục tiêu giúp các bạn có thể trình bày được nguyên lý hoạt động của các thiết bị vào trong các phân xưởng chế biến khí; Mô tả được sơ đồ công nghệ của các phân xưởng chế biến khí; Phân tích tác động của các thông số công nghệ trong vận hành phân xưởng chế biến khí. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vận hành hành các phân xưởng chế biến khí (Nghề: Vận hành thiết bị chế biến dầu khí - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao Đẳng Dầu Khí (năm 2020)

TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN : VẬN HÀNH CÁC PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN KHÍ NGHỀ : VẬN HÀNH THIẾT BỊ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ TRÌNH ĐỘ : TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: 191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020 của Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020 (Lưu hành nội bộ)
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. Trang 1
LỜI GIỚI THIỆU Việt Nam là một quốc gia sở hữu nguồn tài nguyên dầu khí. Chúng ta đang và sẽ phát triển ngành công nghiệp chế biến khí thành ngành kinh tế then chốt của Việt Nam, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và là đầu tàu kinh tế trong xây dựng và phát triển đất nước. Giáo trình “Vận hành hành các phân xưởng chế biến khí” được biên soạn theo chương trình đào tạo nghề “Vận hành các phân xưởng chế biến khí” của Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ lôgic chặt chẽ. Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn. Với mục đích cung cấp cho người học các kiến thức về các quá trình chế biến sản phẩm từ khí đang được sử dụng rộng rãi hiện nay, khi biên soạn giáo trình chúng tôi đã cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến mô đun “ Vận hành các phân xưởng chế biến khí” phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn những nội dung lý thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có tính thực tiễn cao. Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 6 bài: Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên; Bài 2: Quá trình làm ngọt khí; Bài 3: Quá trình thu hồi lưu huỳnh; Bài 4: Quá trình làm khô và chống hình thành Hydrate; Bài 5: Thu hồi NGL; Bài 6: Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ và chưng cất. Giáo trình sẽ phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy và học tập của giáo viên và sinh viên trong trường trong việc tìm hiểu cấu tạo, quy trình vận hành, xử lý sự cố khi vận hành các phân xưởng chế biến khí. Với lòng mong muốn giáo trình này có thể góp phần nâng cao chất lượng học tập mô đun “Vận hành các phân xưởng chế biến khí”, chúng tôi xin chân thành cảm ơn và tiếp nhận những ý kiến đóng góp của các em sinh viên và đồng nghiệp về những thiếu sót không thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hoàn thiện hơn. Trân trọng cảm ơn./. Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020 Tham gia biên soạn 1. Chủ biên: GV Phạm Thị Hải Yến 2. Lê Quốc Hoàng 3. Th.S Phạm Công Đại 4. TS. Nguyễn Huỳnh Đông 5. Ks. Phạm Công Quang Trang 2
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU ..........................................................................................................2 MỤC LỤC ......................................................................................................................3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................6 DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................8 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN ...............................................................................................9 BÀI 1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN .......................15 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH ...............16 1.2. CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ 18 1.2.1. Khí tự nhiên, khí đồng hành ...........................................................................18 1.2.2. Khí thô ............................................................................................................18 1.2.3. Khí ngọt, khí chua ...........................................................................................18 1.2.4. Khí béo, khí gầy (rich gas, lean gas) ..............................................................18 1.2.5. Khí khô, khí ẩm ..............................................................................................18 1.2.6. LPG .................................................................................................................18 1.2.7. NGL ................................................................................................................19 1.2.8. LNG ................................................................................................................19 1.2.9. CNG ................................................................................................................19 1.3. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH. 19 5.1.1. Thành phần, tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành: .............................19 5.1.2. Giản đồ pha của khí tự nhiên: .........................................................................21 1.4. SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ .............................................24 1.5. QUY TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ TỔNG QUÁT....................................................27 CÂU 1............................................................................................................................28 CÂU 2............................................................................................................................28 CÂU 3............................................................................................................................29 CÂU 4............................................................................................................................29 BÀI 2. QUÁ TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ .................................................................31 2.1. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ ................................................32 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM NGỌT KHÍ .........................................................34 2.2.1. Làm ngọt khí bằng phương pháp hấp phụ ......................................................34 2.2.2. Phương pháp làm ngọt khí bằng hấp thụ ........................................................35 Trang 3
2.2.3. Phương pháp hấp thụ hóa học.........................................................................38 2.2.4. Phương pháp hấp thụ vật lý ............................................................................48 2.3. THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ AXIT BẰNG AMIN ..............52 2.3.1. Quy trình khởi động ........................................................................................52 2.3.2. Quy trình ngừng hoạt động .............................................................................55 BÀI 3. QUÁ TRÌNH THU HỒI LƯU HUỲNH .....................................................62 3.1. CƠ SỞ HÓA HỌC CỦA QUÁ TRÌNH ..............................................................63 3.2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ........................................................................................64 3.2.1. Quá trình Claus một dòng ...............................................................................65 3.2.2. Quá trình Claus chia dòng ..............................................................................66 3.2.3. Xử lý khí thải (tail gas) ...................................................................................66 3.3. CÁC THIẾT BỊ CHÍNH VÀ THÔNG SỐ VẬN HÀNH ....................................66 BÀI 4. QUÁ TRÌNH LÀM KHÔ VÀ CHỐNG HÌNH THÀNH HYDRATE .....69 4.1. TỔNG QUAN VỀ HYDRATE ..........................................................................70 4.1.1. Khái niệm hợp chất hydrate ............................................................................70 4.1.2. Sự hình thành hợp chất hydrate ......................................................................70 4.1.3. Tác hại của hydrate .........................................................................................74 4.2. ĐỘ ẨM CỦA KHÍ VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM .........................................74 4.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG HÌNH THÀNH HYDRATE ..........................75 4.3.1. Làm khô bằng hấp thụ glycol .........................................................................76 4.3.2. Làm khô khí bằng hấp phụ .............................................................................81 4.3.3. Chống hình thành hydrate bằng bơm Glycol ..................................................84 4.4. THỰC HÀNH LÀM KHÔ KHÍ .........................................................................87 BÀI 5. THU HỒI NGL .............................................................................................90 5.2. GIỚI THIỆU CHUNG VÀ KHÁI NIỆM ...........................................................91 5.2.1. Giới thiệu chung .............................................................................................91 5.2.2. Các khái niệm .................................................................................................92 5.3. PHƯƠNG PHÁP THU HỒI SẢN PHẨM LỎNG BẰNG DẦU HẤP THỤ ......92 5.2.1. Nguyên lý hoạt động .......................................................................................92 5.2.2. Sơ đồ công nghệ .............................................................................................92 5.2.3. Các thông số vận hành của quá trình ..............................................................93 5.4. PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH THU HỒI NGL ................................................94 5.3.1. Nguyên lý quá trình làm lạnh .........................................................................94 5.3.2. Làm lạnh bằng quá trình giãn nở Joule - Thomson ........................................94 5.3.3. Làm lạnh bằng tuabin giãn nở ........................................................................94 Trang 4
5.3.4. Thu hồi NGL bằng hệ thống làm lạnh ............................................................96 5.5. THỰC HÀNH QUÁ TRÌNH THU HỒI NGL TRÊN MÔ HÌNH .......................97 BÀI 6. CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ VÀ CHƯNG CẤT 100 6.1. CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ .....................................101 6.2. CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT ...............................102 6.3. TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH CHÉ BIẾN KHÍ TẠI GPP DINH CỐ ......................103 6.3.1. Các thiết bị chính của nhà máy .....................................................................103 6.3.2. Các chế độ hoạt động của nhà máy chế biến khí Dinh Cố ...........................117 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................129 Trang 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.Giản đồ trạng thái cân bằng lỏng hơi đối với đơn chất ..................................21 Hình 1.2.Giản đồ P-V-T của hệ một cấu tử ...................................................................22 Hình 1.3.Giản đồ P-T của hệ một cấu tử .......................................................................23 Hình 1.4.Giản đồ pha của hệ đa cấu tử hydrocacbon ....................................................24 Hình 1.5.Sơ đồ tổng quát của quá trình chế biến khí ....................................................27 Hình 2.1.Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng dung dịch amin .............................42 Hình 2.2.Hệ thống tái sinh amin - Sơ đồ đơn giản ...............................................................43 Hình 2.3.Ảnh hưởng của tốc độ stripping đến khả năng tái tạo amin ...........................44 Hình 2.4.Khả năng chứa khí axit của các dung dịch amin ............................................45 Hình 2.5.Các đường cong điểm sương và sôi của dung dịch MEA ..............................46 Hình 2.6.Áp suất riêng phần của MEA .........................................................................47 Hình 2.7. Đường cong nhiệt độ đông đặc của các dung dịch MEA ..............................48 Hình 2.8.Sơ đồ công nghệ của quá trình SELEXOL ....................................................51 Hình 3.1.Sơ đồ dòng công nghệ của quá trình Claus một dòng ....................................65 Hình 3.2.Sơ đồ công nghệ quá trình chia dòng .............................................................66 Hình 4.1.Nguyên tắc hình thành hydrate .......................................................................70 Hình 4.2.Ô mạng cơ sở của tinh thể hydrat ...................................................................71 Hình 4.3.Điều kiện hình thành hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên......................73 Hình 4.4.Sự phụ thuộc nhiệt độ hình thành hydrat vào tỷ khối và áp suất ...................73 Hình 4.5.Sơ đồ nguyên lý công nghệ làm khô khí bằng hấp thụ glycol .......................78 Hình 4.6.Sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp khí vào nhiệt độ tiếp xúc với các dung dịch DEG (a) và TEG (b) có nồng độ khác nhau ...........................................79 Hình 4.7.Sự phụ thuộc độ hạ điểm sương của khí vào nhiệt độ tiếp xúc với dung dịch DEG có nồng độ khác nhau ...........................................................................................80 Hình 4.8.Sự phụ thuộc độ hạ điểm sương của khí vào mật độ tưới dung dịch TEG ....80 Hình 4.9.Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa của DEG và TEG vào nhiệt độ ..........................................................................................................................81 Hình 4.10.Sơ đồ công nghệ quá trình dehydrate bằng hấp phụ ....................................82 Hình 4.11.Hệ thống tiêm methanol ...............................................................................85 Hình 4.12.Sơ đồ công nghệ ngăn ngừa tạo hydrat sử dụng chất ức chế glycerol .........86 Hình 5.1.Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ NGL bằng dầu hấp thụ..........................93 Hình 5.2.Quá trình làm lạnh bằng một van giãn nở ......................................................94 Hình 5.3.Làm lạnh bằng tuabin giãn nở ........................................................................95 Hình 5.4.Hệ thống đặc thù của quá trình thu hồi NGL bằng tuabin giãn nở ................95 Hình 5.5.Sơ đồ công nghệ cơ bản của quá trình thu hồi NGL bằng hệ thống làm lạnh97 Hình 5.6.Hệ thống làm lạnh bằng Propan đặc thu.........................................................97 Trang 6
Hình 6.1.Nguyên tắc hoạt động của Slug Catcher 5 ...................................................104 Hình 6.2.Quá trình điều khiển áp suất tại V-06 6........................................................106 Hình 6.3.Cấu tạo thiết bị tách nước .............................................................................111 Hình 6.4.Nguyên tắc hoạt động của thiết bị tách nước V-06A/B ...............................114 Hình 6.5.Thiết bị tách nước sơ bộ V=08 .....................................................................115 Hình 6.6.Cấu tạp Reboiler kiểu Kette .........................................................................117 Hình 6.7.Sơ đồ công nghệ chế độ AMF ......................................................................118 Hình 6.8.Sơ đồ công nghệ chế độ MF .........................................................................121 Hình 6.9.Sơ đồ công nghệ chế độ GPP .......................................................................124 Trang 7
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.Thành phần khí ở bể Cửu Long ( % theo thể tích) ........................................20 Bảng 1.2.Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn (% theo thể tích) ...................................20 Bảng 1.3.Các yêu cầu kỹ thuật của khí thương mại ......................................................25 Bảng 1.4.Một số đặc tính kỹ thuật của LPG .................................................................26 Bảng 2.1.Tính chất hóa lý cơ bản của MEA, DEA, DIPA, DGA .................................39 Bảng 3.1.Bảng phân chia công nghệ dựa theo nồng độ lưu huỳnh ...............................64 Bảng 4.1.Một số tính chất hóa lý quan trọng của các glycol ........................................77 Bảng 4.2.Một số đặc tính của các chất hấp phụ đặc trưng ............................................81 Bảng 6.1.Thông số vận hành tháp C-01 của các chế độ ..............................................108 Bảng 6.2.Các thông số kỹ thuật của CC-01 ................................................................110 Bảng 6.3.Thông số thiết kế của máy nén đầu vào .......................................................116 Trang 8
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN 1. Tên mô đun: VẬN HÀNH CÁC PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN KHÍ 2. Mã mô đun: CNH19MĐ25 3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: 3.1. Vị trí: Là mô đun thuộc môn học, mô đun chuyên môn nghề của chương trình đào tạo. Môn đun này được dạy sau các mô đun như Vận hành phân xưởng chế biến dầu I, Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô và là mô đun cuối cùng trong chương trình đào tạo của nghề. 3.2. Tính chất: Mô đun này trang bị những kiến thức, kỹ năng chuyên ngành về chế biến khí (khí tự nhiên và khí đồng hành) trong công nghiệp chế biến dầu khí. 3.3. Ý nghĩa và vai trò của mô đun : Cung cấp cho người học các kiến thức về các quá trình chế biến sản phẩm từ khí đang được sử dụng rộng rãi hiện nay. 4. Mục tiêu mô đun: 4.1. Về kiến thức: A1. Trình bày được các đặc điểm của khí; A2. Trình bày được nguyên lý hoạt động của các thiết bị vào trong các phân xưởng chế biến khí; A3. Mô tả được sơ đồ công nghệ của các phân xưởng chế biến khí: A4. Phân tích tác động của các thông số công nghệ trong vận hành phân xưởng chế biến khí; 4.2. Về kỹ năng: B1. Đọc được sơ đồ PFD phân xưởng GPP trên mô hình; B2. Vận hành thuần thục và đúng các bước theo quy trình khởi động, vận hành bình thường và ngừng hoạt động phân xưởng GPP trên mô hình động; B3. Phát hiện nhanh và xử lý được các sự cố thường gặp một cách nhanh chóng và an toàn; 4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an toàn, pccc, nội quy phòng học/phòng mô hình và quy chế của nhà trường. C2. Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị điện, tự động hóa có liên quan. C3. Xác định được công việc phải thực hiện, hoàn thành các công việc theo yêu cầu, không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị. 5. Nội dung của mô đun: Trang 9
5.1. Chương trình khung Thời gian đào tạo (giờ) Số Thực hành Kiểm Mã MH/MĐ/HP Tên môn học/ mô đun tín Tổng Lý tra thí nghiệ chỉ số thuyết m bài tập thảo luận LT TH Các môn học chung/ đại I 12 255 94 148 8 5 cương MHCB19MH01 Giáo dục chính trị 2 30 15 13 2 0 MHCB19MH03 Pháp luật 1 15 9 5 1 0 MHCB19MH05 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 0 2 Giáo dục quốc phòng và An MHCB19MH07 2 45 21 21 1 2 ninh MHCB19MH09 Tin học 2 45 15 29 0 1 TA19MH01 Tiếng Anh 4 90 30 56 4 0 Các môn học, mô đun II. 49 1220 372 764 27 57 chuyên môn ngành, nghề Các môn học, mô đun kỹ II.1. 9 165 88 68 6 3 thuật cơ sở ATMT19MH01 An toàn vệ sinh lao động 2 30 23 5 2 0 CK19MH01 Vẽ kỹ thuật - 1 2 45 15 28 0 2 KTĐ19MH10 Điện kỹ thuật 2 3 45 36 6 3 0 TĐH19MĐ12 Cơ sở điều khiển quá trình 2 45 14 29 1 1 Các môn học, mô đun II.2. 40 1055 284 696 21 54 chuyên môn ngành, nghề CNH19MH14 Sản phẩm dầu mỏ 3 45 42 0 3 Vận hành hệ thống đường CNH19MĐ17 6 150 28 106 3 13 ống và bể chứa CNH19MĐ18 Vận hành máy thuỷ khí I 6 150 28 106 2 14 Vận hành lò gia nhiệt, thiết CNH19MĐ20 3 75 21 50 2 2 bị nhiệt Vận hành phân xưởng CNH19MĐ22 6 145 42 94 3 6 chưng cất dầu thô Vận hành phân xưởng chế CNH19MĐ23 6 145 42 94 3 6 biến dầu I Vận hành các phân xưởng CNH19MĐ25 6 150 36 108 2 4 chế biến khí CNH19MĐ26 Thực tập sản xuất 4 195 45 138 3 9 Tổng cộng 61 1475 466 912 35 62 5.2. Chương trình chi tiết mô đun Trang 10
Thời gian (giờ) Thực hành, Số Nội dung tổng quát Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm tra TT số thuyết thảo luận, bài tập LT TH Bài 1: Thành phần và tính chất của 1 03 03 khí tự nhiên Giới thiệu chung về khí tự nhiên và khí 1.1 0.75 0.75 đồng hành Các thuật ngữ thường dùng trong công 1.2 0.5 0.5 nghệ chế biến khí Thành phần, tính chất của khí tự nhiên 1.3 0.75 0.75 và khí đồng hành 1.4 Sản phẩm của quá trình chế biến khí 0.5 0.5 1.5 Quy trình chế biến khí tổng quát 0.5 0.5 2 Bài 2: Quá trình làm ngọt khí 42 04 37 1 2.1 Tổng quan quá trình làm ngọt khí 1 1 2.2 Các phương pháp làm ngọt khí 3 3 Thực hành quá trình làm ngọt khí axit 2.3 38 37 1 bằng amin 3 Bài 3: Quá trình thu hồi lưu huỳnh 06 05 1 3.1 Cơ sở hóa học của quá trình 1 1 3.2 Sơ đồ công nghệ 3 3 3.3 Các thiết bị chính và thông số vận hành 2 1 1 Bài 4: Quá trình làm khô và chống 4 43 05 36 2 hình thành Hydrate 4.1 Tổng quan về hydrate 1.5 1.5 Độ ẩm của khí và cách xác định độ ẩm 4.2 1.5 1.5 của khí Các phương pháp chống hình thành 4.3 2 2 hydrate 4.4 Thực hành làm khô khí 38 36 2 5 Bài 5: Thu hồi NGL 41 05 35 1 5.1 Giới thiệu chung và khái niệm 1 1 Phương pháp thu hồi sản phẩm lỏng 5.2 2 2 bằng dầu hấp thụ 5.3 Phương pháp làm lạnh thu hồi NGL 2 2 Thực hành quá trình thu hồi NGL trên 5.4 36 35 1 mô hình Bài 6: Chế biến khí bằng phương 6 15 14 1 pháp Hấp thụ và Chưng cất Chế biến khí bằng phương pháp Hấp 6.1 3 3 thụ Trang 11
Thời gian (giờ) Thực hành, Số Nội dung tổng quát Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm tra TT số thuyết thảo luận, bài tập LT TH Chế biến khí bằng phương pháp Chưng 6.2 3 3 cất Tìm hiểu quá trình chế biến khí tại Dinh 6.3 9 8 1 cố GPP Cộng 150 36 108 2 4 6. Điều kiện thực hiện mô đun: 6.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, mô hình mô phỏng tháp làm nguội, lò gia nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt. 6.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án, qui trình vận hành. 6.4. Các điều kiện khác: 7. Nội dung và phương pháp đánh giá: 7.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun theo quy định. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 7.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy mô đun như sau: 7.2.1. Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí như sau: Trang 12
Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc mô đun 60% 7.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Quan sát/ Bảng kiểm/ Câu A1, A2, A3, 2 Sau 5 giờ. Hỏi đáp hỏi A4 B1, B2, B3 C1, C2, C3 Định kỳ Viết/ Thông Tự luận/ A2, A3, A4 5 Sau 15 giờ qua sản phẩm Trắc nghiệm/ Sản B1, B2 học tập phẩm học tập C1 Kết thúc mô Viết/ Thông Tự luận và trắc A1, A2, A3, 2 Sau 150 đun qua sản phẩm nghiệm/ Sản A4 giờ học tập phẩm học tập B1, B2, B3 C1, C2, C3, 7.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân với trọng số tương ứng. Điểm mô đun theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân. 8. Hướng dẫn thực hiện mô đun 8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí. 8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun 8.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận… * Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. Trang 13
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học mô đun này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% buổi học thực hành. Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc >0% số tiết thực hành phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc mô đun. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học. 9. Tài liệu tham khảo: - Tài liệu tiếng việt: [1] Trường Cao Đẳng Dầu khí, Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến khí, Lưu hành nội bộ, 2017. [2] PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền, Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2004. - Tài liệu nước ngoài: [1] Prosimulator, Amine treating unit AMI01, mar 2015. [2] Prosimulator, NGL recovery unit NGL01, Aug 2014. Trang 14
BÀI 1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN ❖ GIỚI THIỆU BÀI 1 Bài 1 giới thiệu về một số nội dung cơ bản liên quan đến thành phần và tính chất của khí tự nhiên để người học có được kiến thức nền tảng cho những bài sau. ❖ MỤC TIÊU BÀI 1 Sau khi học xong chương này, người học có khả năng: - Trình bày được các khái niệm thường dùng, các thuật ngữ thường dùng trong công nghệ khí; - Trình bày được khái niệm, thành phần, tính chất, các sản phẩm chính và ứng dụng của khí tự nhiên, khí đồng hành; - Trình bày và giải thích được quy trình chế biến khí tổng quát. ❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1 - Đối với người dạy: + Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy. + Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp) - Đối với người học: + Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ; + Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng; + Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập; + Tuần thủ quy định an toàn, giờ giấc. ❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1 - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng mô hình - Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu. - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Giáo án, giáo trình. - Các điều kiện khác: Không có ❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1 - Nội dung: ✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức ✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng. ✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên Trang 15
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp: ✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm) ✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không ✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không ❖ NỘI DUNG BÀI 1 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH Khí tự nhiên và khí đồng hành được khai thác từ trong lòng đất là hỗn hợp các ankan gồm có: metan, etan, propan, butan… Ngoài ra trong thành phần của khí còn có: H2O, He, N2, CO2, H2S… Số lượng và hàm lượng các cấu tử thay đổi trong những khoảng rộng. 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. Các mỏ khí tự nhiên là các túi khí nằm sâu dưới mặt đất. Khí đồng hành và khí tự nhiên là nguồn chính cung cấp các nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp hóa học và hóa dầu, ví dụ etan. Ở Mỹ từ etan đã chế biến 40% etylen phục vụ cho sản xuất nhựa tổng hợp, oxit etylen, chất hoạt động bề mặt, nhiều sản phẩm và bán sản phẩm hóa học khác (hiện nay người ta đánh giá mức độ phát triển công nghiệp tổng hợp hữu cơ theo tổng sản lượng và nhu cầu etylen). Thực tế nhiều nước trên thế giới đã cho thấy rằng, với trữ lượng dầu và khí tự nhiên lớn, có thể tổ chức sản xuất ở quy mô lớn có lợi nhuận cao các sản phẩm etan, khí hóa lỏng (LPG, LNG), các hydrocacbon khác và nhiên liệu cho động cơ. Do hiệu quả cao của nhiên liệu khí và sự quan tâm ngày càng tăng đến các sản phẩm của nó trên thị trường thế giới, nhiều nước khai thác dầu khí đã xây dựng, mở rộng và trang bị hiện đại lại cho các nhà máy chế biến khí. Khí tự nhiên và khí đồng hành không chỉ là nhiên liệu và nguyên liệu để sản xuất etan, propan và các hợp chất khác. Khi làm sạch và chế biến khí người ta còn nhận được một lượng lớn lưu huỳnh, heli và một số sản phẩm vô cơ khác cho nhiều ngành kinh tế quốc dân. Canađa là nước đứng thứ hai trong số các nước phát triển về sản xuất các hợp chất chứa lưu huỳnh từ công nghiệp chế biến khí tự nhiên. Mỹ đứng đầu về sản xuất heli, một trong những sản phẩm quan trọng nhất trong công nghệ nghiên cứu vũ trụ, nghiên cứu khí quyển, kỹ thuật sắc ký... Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên Trang 16
Ở Việt Nam, cho đến nay đã hình thành 4 cụm khai thác dầu khí quan trọng: Cụm mỏ thứ nhất nằm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong đó có Tiền Hải –“C”, trữ lượng khoảng 250 tỷ m3 khí, đã bắt đầu khai thác từ năm 1981 phục vụ công nghiệp địa phương. Với các phát hiện mới trong khu vực này, đây là cơ sở nguyên liệu cho công nghiệp khí ở các tỉnh phía Bắc. Cụm mỏ thứ hai thuộc vùng biển Cửu Long, gồm chuỗi 4 mỏ dầu: Bạch Hổ, Rồng, Rạng Đông, Ru Bi. Đây là cụm quan trọng nhất hiện nay, cung cấp trên 96% sản lượng dầu toàn quốc. Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã có 21 giàn khai thác lớn nhỏ đang hoạt động với hơn 100 giếng khoan khai thác và bơm ép. Khí đồng hành từ đó được thu gom và đưa vào bờ bằng đường ống dẫn dài 110km. Cụm mỏ thứ 3 ở vùng biển Nam Côn Sơn gồm mỏ dầu Đại Hùng và các mỏ khí ở khu vực xung quanh là Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh và mỏ dầu khí Rồng Đôi Tây… Riêng mỏ khí Lan Tây- Lan Đỏ với trữ lượng xác minh là 58 tỷ m3 sẽ cung cấp ổn định lâu dài ở mức 2,7 tỷ m3 khí/năm. Cụm mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu Long và Nam Côn Sơn có thể cung cấp 6 đến 8 tỷ m3 khí/năm và là cơ sở nguyên liệu cho cụm công nghiệp dầu khí ở Bà Rịa, Phú Mỹ và Dung Quất. Cụm mỏ thứ tư tại thềm lục địa Tây Nam bao gồm mỏ Bunga Kekwa – Cái Nước đang khai thác dầu, mỏ Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Raya tại khu vực thỏa thuận thương mại Việt Nam – Malaysia sẽ là khu khai thác và cung cấp khí lớn thứ hai và sẽ là cơ sở đảm bảo sự phát triển khu công nghiệp dầu khí ở Cà Mau. Nói chung, khí tự nhiên và khí đồng hành của Việt Nam chứa rất ít H2S (0,002g/m3) nên là loại khí rất thuận lợi cho chế biến, sử dụng an toàn với thiết bị và hầu như không gây ô nhiễm môi trường. Chế biến khí bao gồm các công đoạn thu gom, xử lý, sản xuất, tồn trữ và vận chuyển … kết hợp chặt chẽ với nhau tạo thành một "dây chuyền khí". Tất cả các hoạt động chế biến khí này nhằm tạo ra các sản phẩm từ khí phù hợp với nhu cầu sử dụng với chất lượng tốt, hiệu suất cao, đảm bảo an toàn và kinh tế trong quá trình tồn trữ, vận chuyển và sử dụng. Quá trình chế biến khí bao gồm hai công đoạn chính sau: − Tách các tạp chất ra khỏi khí tự nhiên. − Tách khí tự nhiên ra khỏi phần lỏng. Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên Trang 17
Với tiềm năng về khí khá phong phú như hiện nay, nước ta có điều kiện phát triển công nghiệp dầu khí trên toàn lãnh thổ. Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này sẽ góp phần đáng kể vào sự phát triển của đất nước. 1.2. CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ 1.2.1. Khí tự nhiên, khí đồng hành Khí tự nhiên là khí khai thác được từ những mỏ khí riêng biệt. Khí đồng hành (khí dầu mỏ) là khí khai thác được đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ. 1.2.2. Khí thô Khí khai thác được từ các mỏ khí chưa qua xử lý, ngoài thành chính là các hydrocacbon, khí thô còn chứa các hợp chất khác bao gồm cả hợp chất có lợi và có hại. Các hợp chất này thường được tách ra khỏi thành phần của khí. 1.2.3. Khí ngọt, khí chua Khí chua là khí có hàm lượng H2S > 1% thể tích và hàm lượng CO2 > 2% thể tích. Khí ngọt là khí có hàm lượng H2S < 1% thể tích và hàm lượng CO2< 2% thể tích. 1.2.4. Khí béo, khí gầy (rich gas, lean gas) Khí béo là thuật ngữ dùng để chỉ khí giàu hàm lượng hydrocacbon C3+ ( > 150g/m3). Khí này thường được ứng dụng để sản xuất NGL, LPG và hydrocacbon riêng biệt cho công nghiệp hóa dầu. Khí gầy là thuật ngữ dùng để chỉ khí chứa hàm lượng hydrocacbon C3+ ít ( < 50g/m3). Khí này thường được ứng dụng để làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống, làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu. 1.2.5. Khí khô, khí ẩm Khí khô là khí có chứa hàm lượng khí C2+ < 10% thể tích. Khí ẩm là khí có chứa hàm lượng khí C2+ > 10% thể tích. Lưu ý rằng khi nói đến khí tự nhiên, các thuật ngữ khô và ẩm, béo và gầy luôn luôn hàm ý chỉ hàm lượng các hydrocacbon nặng, không chỉ hàm lượng nước. Khi nói đến hàm lượng nước trong khí tự nhiên, thường chỉ rõ ẩm nước (water – wet) hoặc khô - nước (water – dry). 1.2.6. LPG LPG: Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG - Liquefied petroleum gas) thành phần chính là propan và butan. Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên Trang 18
1.2.7. NGL NGL: Phần lỏng của khí tự nhiên (NGL - Natural gas liquid) thành phần chính là etan và các hợp chất nặng hơn. 1.2.8. LNG LNG là thuật ngữ dùng để chỉ khí tự nhiên hóa lỏng (LNG - Liquefied natural gas): LNG thu được khi ta hạ nhiệt độ của khí xuống dưới -160oC. 1.2.9. CNG CNG (Compressed Natural Gas) là khí nén thiên nhiên được khai thác từ các mỏ khí tự nhiên hay là khí đồng hành trong quá trình khai thác dầu mỏ, qua thiết bị làm sạch để loại bỏ các tạp chất và các cấu tử nặng, được vận chuyển bằng đường ống tới Nhà máy nén khí hay nén trực tiếp vào các tầu chở CNG. Khí thiên nhiên được nén tới áp suất 200 – 250 bars,ở nhiệt độ môi trường đề giảm thể tích bồn chứa, tăng hiệu suất và giảm chi phí vận chuyển bằng các phương tiện vân tải đường bộ, đường sắt, đường thủy. Tại nơi tiêu thụ, CNG được gia nhiệt và giảm áp qua cụm thiết bị PRU – Pressure Reducer Unit, tới áp suất yêu cầu của khách hàng (thường là 3 bar). Thành phần khí chủ yếu là CH4 (84%), C2H6(12%), khi cháy sinh ra ít khí CO2, làm cho môi trường sạch hơn, không gây hiệu ứng nhà kính. Trong tương lai, sẽ thay thế cho các loại nhiên liệu như xăng, dầu… Vì là loại nhiên liệu được khai thác muộn hơn so với dầu thô, trữ lượng hiện tại còn nhiều trong khi đó dầu thô ngày càng cạn kiệt. 1.3. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH. 5.1.1. Thành phần, tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành: Những cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là: metan, etan, propan, butan (normal và iso). Trong khí tự nhiên thành phần chủ yếu là metan (chiếm đến 80- 99% theo thể tích). 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 một 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, nitơ, CO2 và heli. Nitơ làm giảm trị nhiệt của khí, do đó hàm lượng nitơ được hạn chế đến lượng khá thấp trong khí thương mại. Việc loại nitơ ra khỏi khí tự nhiên và khí đồng hành đòi hỏi quá trình chế biến sinh hàn rất tốn kém, hàm lượng khí nitơ quá cao có thể đưa đến khí không có giá trị thương mại. Heli không độc hại nhưng làm giảm trị nhiệt của khí. Ngoài ra, một vài nguồn khí tự nhiên có lượng nhỏ khí argon, hydro và oxy. Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên Trang 19