Tìm hiểu công nghệ chế biến khí đồng hành và khí tự nhiên: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:110

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn sách "Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành" trình bày các nội dung về thành phần và tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành bao gồm: Giới thiệu về khí tự nhiên và khí đồng hành; các tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành; các thông số nhiệt động của hydrocacbon riêng biệt và hỗn hợp của chúng, tính chất của hệ hydrocacbon và nước. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tìm hiểu công nghệ chế biến khí đồng hành và khí tự nhiên: Phần 1

NguyÔn thÞ Minh HiÒn C«ng nghÖ ChÕ biÕn khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh Nhμ xuÊt b¶n Khoa häc vμ kü thuËt Hμ Néi ✵ 2002
Lêi Giíi thiÖu Tõ th¸ng 12 n¨m 1998 Nhµ m¸y xö lý khÝ Dinh Cè, nhµ m¸y xö lý khÝ ®Çu tiªn cña n−íc ta ®· chÝnh thøc ®i vµo ho¹t ®éng, cung cÊp LPG phôc vô cho c«ng nghiÖp vµ d©n dông. C¸c dù ¸n KhÝ − §iÖn − §¹m sè I ë Vòng Tµu, dù ¸n KhÝ − §iÖn − §¹m sè II ë Cµ Mau ®· vµ ®ang triÓn khai thùc hiÖn, nh»m sö dông cã hiÖu qu¶ nguån nguyªn liÖu khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh cña ®Êt n−íc. Tr−íc sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ nãi chung vµ cña ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ nãi riªng, nhu cÇu ®µo t¹o kü s− vµ kü thuËt viªn hµng n¨m ngµy cµng t¨ng. Cuèn “ C«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ” ®−îc biªn so¹n nh»m môc ®Ých giíi thiÖu cho c¸c kü s−, kü thuËt viªn vµ sinh viªn chuyªn ngµnh C«ng nghÖ Ho¸ dÇu vµ khÝ nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n hçn hîp c¸c hydrocacbon tõ C1 ®Õn C 10 , H 2 O, CO 2 , H 2 S, ... c¸c cÊu tö chÝnh trong thµnh phÇn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh, phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ xö lý khÝ. §ång thêi cuèn s¸ch còng ®Ò cËp ®Õn mét sè qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh thµnh c¸c hîp chÊt chñ yÕu sö dông lµm nguyªn liÖu cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬ - ho¸ dÇu. Cuèn s¸ch ®−îc chia lµm ba phÇn: PhÇn I: Thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh. Trong phÇn nµy giíi thiÖu thµnh phÇn, tÝnh chÊt vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n c¸c ®¹i l−îng nhiÖt ®éng cña hçn hîp khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh. Trong mçi ch−¬ng ®Òu cã c¸c bµi to¸n vÝ dô ¸p dông lµm s¸ng tá lý thuyÕt, cñng cè c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n. T¸c gi¶ còng ®· ®−a vµo trong phÇn nµy c¸c ®å thÞ thùc nghiÖm rÊt cÇn thiÕt cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng nghÖ. PhÇn II: C¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n chÕ biÕn khÝ, bao gåm c¸c c«ng nghÖ lµm s¹ch khÝ khái c¸c t¹p chÊt (t¸ch bôi, lµm ngät khÝ, sÊy khÝ) vµ c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chÕ biÕn hiÖn ®ang ®−îc sö dông phæ biÕn. §ã lµ 3
c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp, hÊp thô nhiÖt ®é thÊp vµ ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊp. Tuú theo thµnh phÇn hçn hîp khÝ ®−a vµo chÕ biÕn vµ yªu cÇu møc ®é t¸ch c¸c cÊu tö ®Þnh tr−íc mµ lùa chän gi¶i ph¸p c«ng nghÖ thÝch hîp. LÇn t¸i b¶n nµy cã bæ sung c«ng nghÖ cña Nhµ m¸y xö lý khÝ Dinh Cè (Bµ RÞa − Vòng Tµu). PhÇn III: ChuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh, bao gåm c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n chuyÓn ho¸ khÝ thµnh khÝ tæng hîp, metanol, amoniac, axetylen..., lµ nh÷ng nguyªn liÖu quan träng cho tæng hîp h÷u c¬ - ho¸ dÇu. MÆc dï t¸c gi¶ ®· dµnh nhiÒu nç lùc nh−ng do biªn so¹n lÇn ®Çu, nªn ch¾c kh«ng tr¸nh khái cßn thiÕu sãt. RÊt mong c¸c b¹n ®ång nghiÖp vµ b¹n ®äc gãp ý bæ sung ®Ó cuèn s¸ch ®−îc hoµn thiÖn h¬n trong c¸c lÇn t¸i b¶n sau. GS. TS. §μo V¨n T−êng 4
Môc lôc Lêi giíi thiÖu 3 C¸c ký hiÖu dïng trong s¸ch 9 PhÇn I Thμnh phÇn vμ tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh 11 Ch−¬ng I Giíi thiÖu vÒ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh 13 I.1. Thµnh phÇn vµ c¸c ®Æc tÝnh cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh 13 I.2. ChÕ biÕn vµ sö dông khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh trªn thÕ giíi 15 I.3. ChÕ biÕn vµ sö dông khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ë ViÖt Nam 17 Ch−¬ng II C¸c tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh 19 II.1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña c¸c hydrocacbon 19 II.2. Gi¶n ®å pha hÖ mét cÊu tö 21 II.3. Gi¶n ®å pha hÖ nhiÒu mét cÊu tö 24 II.4. C©n b»ng pha láng − h¬i 27 II.5. Ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cña hçn hîp c¸c hydrocacbon 31 II.6. Ph−¬ng ph¸p gi¶n ®å x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cña hçn hîp c¸c hydrocacbon 40 II.7. øng dông cña h»ng sè c©n b»ng pha 51 Ch−¬ng III C¸c th«ng sè nhiÖt ®éng cña c¸c hydrocacbon riªng biÖt vµ hçn hîp cña chóng 55 III.1. NhiÖt ®é s«i vµ ¸p suÊt h¬i b o hoµ 55 5
III.2. C¸c ®¹i l−îng tíi h¹n 58 III.3. Th«ng sè acentric ω 72 III.4. C¸c tÝnh chÊt cña hydrocacbon ë tr¹ng th¸i láng 73 Ch−¬ng IV TÝnh chÊt cña hÖ hydrocacbon vµ n−íc 77 IV.1. Hµm Èm cña khÝ 77 IV.2. C¸c ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm Èm cña khÝ 77 IV.3. ¶nh h−ëng cña nit¬ vµ c¸c hydrocacbon nÆng ®Õn hµm Èm cña khÝ 92 IV.4. Hµm Èm c©n b»ng cña c¸c hydrat 93 IV.5. Sù t¹o thµnh hydrat 94 IV.6. Dù ®o¸n kh¶ n¨ng t¹o thµnh hydrat 97 PhÇn II C¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n chÕ biÕn khÝ 111 Ch−¬ng V ChuÈn bÞ khÝ ®Ó chÕ biÕn 113 V.1. Lµm s¹ch khÝ khái c¸c t¹p chÊt c¬ häc 113 V.2. C¸c ph−¬ng ph¸p h¹n chÕ sù t¹o thµnh hydrat trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ 116 V.3. Lµm s¹ch khÝ khái H 2 S vµ CO 2 (lµm ngät khÝ) 127 Ch−¬ng VI ChÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ng−ng tô 131 VI.1. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi 132 VI.2. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã chu tr×nh lµm l¹nh trong 143 VI.3. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp 147 6
Ch−¬ng VII ChÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô 155 VII.1. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô 155 VII.2. C¸c th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô nhiÖt ®é thÊp 159 VII.3. C¸c ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n tÝnh to¸n qu¸ tr×nh hÊp thô 162 VII.4. C¸c s¬ ®å c«ng nghÖ hÊp thô nhiÖt ®é thÊp hiÖn ®¹i 166 Ch−¬ng VIII ChÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ch−ng cÊt 176 Ch−¬ng IX Ph¹m vi øng dông cña c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ 181 PhÇn III ChuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh 185 Ch−¬ng X Oxy ho¸ ghÐp ®«i metan 187 X.1. Xóc t¸c vµ c¬ chÕ qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan 187 X.2. C¸c thiÕt bÞ ph¶n øng nghiªn cøu qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan 192 Ch−¬ng XI C¸c c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ metan thµnh khÝ tæng hîp 194 XI.1. C¬ chÕ qu¸ tr×nh 194 XI.2. C¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n 195 XI.3. C¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ph¸t triÓn 202 XI.4. So s¸nh vÒ n¨ng l−îng vµ gi¸ c¶ 204 7
Ch−¬ng XII C«ng nghÖ tæng hîp metanol 206 XII.1. C«ng nghÖ tæng hîp metanol trùc tiÕp tõ metan 206 XII.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt metanol tõ khÝ tæng hîp 209 Ch−¬ng XIII C«ng nghÖ tæng hîp amoniac 223 XIII.1. C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh tæng hîp amoniac 223 XIII.2. C«ng nghÖ tæng hîp amoniac 227 Ch−¬ng XIV C«ng nghÖ tæng hîp axetylen 233 XIV.1. C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh ph©n huû hydrocacbon ®Ó s¶n xuÊt axetylen 233 XIV.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylen 242 Phô lôc 257 Phô lôc 1. H»ng sè c©n b»ng pha K 259 Phô lôc 2. C¸c hÖ ®¬n vÞ ®o vµ quan hÖ gi÷a chóng 263 Tμi liÖu tham kh¶o 288 8
C¸c ký hiÖu dïng trong s¸ch ω Thõa sè acentric ρ Tû träng ε HÖ sè hiÖu chØnh ®èi víi khÝ chua ϕi HÖ sè fugat cña cÊu tö i γi HÖ sè ho¹t ®é cña cÊu tö i ai Ho¹t ®é cña cÊu tö i C≥3 C¸c hydrocacbon parafin tõ propan trë lªn fi Fugat cña cÊu tö i K fi Fugat cña cÊu tö i ë tr¹ng th¸i khÝ L fi Fugat cña cÊu tö i ë tr¹ng th¸i láng o fi Fugat cña cÊu tö i tinh khiÕt fw Fugat cña h¬i n−íc gi Khèi l−îng cña cÊu tö i k H»ng sè tèc ®é cña ph¶n øng KP H»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng Ki H»ng sè c©n b»ng pha cña cÊu tö i K r-k H»ng sè c©n b»ng r¾n - khÝ Mi Khèi l−îng ph©n tö cña cÊu tö i ni Sè mol cÊu tö i P ¸p suÊt, MPa (hÖ SI), psi (hÖ Anh) P * ¸p suÊt h¬i cña hçn hîp ë nhiÖt ®é T = 0,7T c Pc ¸p suÊt tíi h¹n Pc’ ¸p suÊt gi¶ tíi h¹n (cña hçn hîp) P ci ¸p suÊt tíi h¹n cña cÊu tö i P qt ¸p suÊt quy tô Pr ¸p suÊt rót gän Pr’ ¸p suÊt gi¶ rót gän (cña hçn hîp) Q HiÖu øng nhiÖt, kJ/mol 9
t NhiÖt ®é, o C (hÖ SI), o F (hÖ Anh) T NhiÖt ®é tuyÖt ®èi, K Tc NhiÖt ®é tíi h¹n Tc’ NhiÖt ®é gi¶ tíi h¹n (cña hçn hîp) T ci NhiÖt ®é tíi h¹n cña cÊu tö i Tr NhiÖt ®é rót gän Tr’ NhiÖt ®é gi¶ rót gän (cña hçn hîp) vi Nång ®é phÇn thÓ tÝch cña cÊu tö i Vc ThÓ tÝch tíi h¹n Vc’ ThÓ tÝch gi¶ tíi h¹n (cña hçn hîp) V ci ThÓ tÝch tíi h¹n cña cÊu tö i Vi ThÓ tÝch cña cÊu tö i Vr ThÓ tÝch rót gän Vr’ ThÓ tÝch gi¶ rót gän (cña hçn hîp) W Hµm Èm cña hçn hîp khÝ chua W1 Hµm Èm cña CO 2 W2 Hµm Èm cña H 2 S W hc Hµm Èm cña hçn hîp c¸c hydrocacbon (khÝ ngät) xi Nång ®é phÇn mol cña cÊu tö i xi’ Nång ®é phÇn khèi l−îng cña cÊu tö i xw PhÇn mol cña n−íc trong pha láng yw PhÇn mol cña n−íc trong pha h¬i z HÖ sè chÞu nÐn C¸c ch÷ viÕt t¾t LPG (Liquefied Petroleum Gas) KhÝ ®ång hµnh ho¸ láng LNG (Liquefied Natural Gas) KhÝ tù nhiªn ho¸ láng CNG (Compressed Natural Gas) KhÝ tù nhiªn nÐn 10
phÇn I Thμnh phÇn vμ tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh 11
12
Ch−¬ng I Giíi thiÖu vÒ khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh I.1. Thμnh phÇn vμ c¸c ®Æc tÝnh cña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh Nh÷ng cÊu tö c¬ b¶n cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh lµ: metan, etan, propan, butan (normal vµ izo). KhÝ tù nhiªn ®−îc khai th¸c tõ c¸c má khÝ, cßn khÝ ®ång hµnh ®−îc khai th¸c tõ c¸c má dÇu ®ång thêi víi qu¸ tr×nh khai th¸c dÇu má. Trong khÝ tù nhiªn thµnh phÇn chñ yÕu lµ metan (chiÕm ®Õn 98% theo thÓ tÝch). C¸c má khÝ tù nhiªn lµ c¸c tói khÝ n»m s©u d−íi mÆt ®Êt. KhÝ ®ång hµnh nhËn ®−îc tõ c¸c má dÇu cïng víi qu¸ tr×nh khai th¸c dÇu má. Trong thµnh phÇn cña khÝ ®ång hµnh ngoµi cÊu tö chÝnh lµ metan cßn cã etan, propan, butan vµ c¸c hydrocacbon nÆng víi hµm l−îng ®¸ng kÓ. Thµnh phÇn nh÷ng cÊu tö c¬ b¶n trong khÝ thay ®æi trong mét ph¹m vi kh¸ réng tuú theo má dÇu khai th¸c. Ngoµi ra trong thµnh phÇn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh cßn cã H2 O, H 2 S cïng c¸c hîp chÊt chøa l−u huúnh, CO 2 , N 2 vµ heli. Ng−êi ta cßn ph©n lo¹i khÝ theo hµm l−îng hydrocacbon tõ propan trë lªn. KhÝ giµu propan, butan vµ c¸c hydrocacbon nÆng (trªn 150 g/m 3 ) ®−îc gäi lµ khÝ bÐo (hoÆc khÝ dÇu). Tõ khÝ nµy ng−êi ta chÕ ®−îc x¨ng khÝ, khÝ ho¸ láng (LPG) vµ c¸c hydrocacbon cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬. Cßn khÝ chøa Ýt hydrocacbon nÆng (tõ propan trë lªn, d−íi møc 50 g/m 3 ) gäi lµ khÝ kh« (hoÆc khÝ gÇy), ®−îc sö dông lµm nhiªn liÖu cho c«ng nghiÖp vµ ®êi sèng, lµm nguyªn liÖu cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬, nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt ph©n ®¹m, s¶n xuÊt etylen, axetylen, etanol ... Tr÷ l−îng khÝ cã thÓ ph¸t hiÖn −íc tÝnh vµo kho¶ng 1.300 tû m 3 khÝ. Tr÷ l−îng nµy ph©n bè trªn toµn l nh thæ nh−ng chñ yÕu lµ ë c¸c bÓ Nam C«n S¬n, S«ng Hång, Malay - Thæ Chu. Trong c¸c b¶ng I.1, I.2, I.3 d−íi ®©y cho thµnh phÇn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh khai th¸c ®−îc ë mét sè má cña ViÖt Nam. 13
B¶ng I.1. Thµnh phÇn khÝ ë bÓ Cöu Long (% theo thÓ tÝch) Má B¹ch Hæ Rång (l« 09) R¹ng §«ng Ruby Thμnh phÇn (l« 09) KhÝ tù do §ång hμnh (l« 09) (l« 01) Metan C 1 76,82 84,77 76,54 77,62 78.02 Etan C 2 11,87 7,22 6,89 10,04 10,67 Propan C 3 5,98 3,46 8,25 5,94 6,70 Butan C 4 1,04 1,70 0,78 2,83 1,74 Condensat C 5 + 0,32 1,30 0,50 0,97 0,38 N2 0,50 − − 0,33 0,60 CO 2 1,00 − − 0,42 0,07 H2S − − − − − B¶ng I.2. Thµnh phÇn khÝ ë bÓ Nam C«n S¬n (% theo thÓ tÝch) Má §¹i Hïng Lan T©y Lan §á Rång §«i H¶i Th¹ch Méc Tinh Thμnh phÇn (05-1a) (06-1) (06-1) (11-2) (05-2) (05-3) Metan C 1 77,25 88,5 93,9 81,41 81,00 89,44 Etan C 2 9,49 4,3 2,3 5,25 5,20 3,80 Propan C 3 3,38 2,4 0,5 3,06 2,8 1,48 Butan C 4 1,34 0,6 0,1 1,47 1,50 0,71 Condensat C 5 + 0,48 1,4 0,2 0,55 4,70 0,54 N2 4,50 0,3 1,6 0,08 0,11 0,15 CO 2 − 1,9 1,2 5,64 4,40 3.88 H2S − 10,0 Ch−a ®o 0,00 − − B¶ng I.3. Thµnh phÇn khÝ ë bÓ Malay − Thæ Chu (% theo thÓ tÝch) Thμnh phÇn PM3 UNOCAL L« T©y Nam Metan C 1 77,91 89,65 89,42 Etan C 2 6,86 2,74 4,26 Propan C 3 4,09 0,40 2,38 Butan C 4 1,98 0,17 1,12 Condensat C 5 + 0,42 0,05 0,32 N2 0,80 2,14 0,34 CO 2 7,86 4,38 1,88 H2S − − 24 ppm 14
Hµm l−îng CO 2 ë bÓ S«ng Hång cao 75 ÷ 85%. Hµm l−îng H2 S, CO2 rÊt nhá trong khÝ ®ång hµnh má B¹ch Hæ, Rång, §¹i Hïng... lµ rÊt thuËn lîi cho chÕ biÕn vµ sö dông, an toµn thiÕt bÞ vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. I.2. ChÕ biÕn sö dông khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh trªn thÕ giíi KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ®−îc khai th¸c tõ trong lßng ®Êt lµ hçn hîp c¸c hydrocacbon cña d y metan gåm cã: metan, etan, propan, butan... Ngoµi ra trong thµnh phÇn cña khÝ cßn cã: He, N2 , CO 2 , H 2 S... Sè l−îng vµ hµm l−îng c¸c cÊu tö thay ®æi trong nh÷ng kho¶ng réng. Metan lµ thµnh phÇn chÝnh trong khÝ tù nhiªn, ®−îc sö dông chñ yÕu lµm nhiªn liÖu cho lß nung vµ nåi h¬i. Etan, propan, butan vµ hydrocacbon nÆng dïng chñ yÕu cho c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬. V× vËy ë CHLB Nga vµ c¸c n−íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, viÖc sö dông hîp lý c¸c hydrocacbon cã ý nghÜa rÊt to lín. KhÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn lµ nguån chÝnh cung cÊp c¸c nguyªn liÖu quan träng cho c«ng nghiÖp ho¸ häc vµ ho¸ dÇu, vÝ dô etan. ë Mü tõ etan ® chÕ biÕn 40% etylen phôc vô cho s¶n xuÊt nhùa tæng hîp, oxit etylen, chÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt, nhiÒu s¶n phÈm vµ b¸n s¶n phÈm ho¸ häc kh¸c (hiÖn nay ng−êi ta ®¸nh gi¸ møc ®é ph¸t triÓn c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬ theo tæng s¶n l−îng vµ nhu cÇu etylen). ë Mü do sö dông etylen víi hiÖu qu¶ cao vµo cuèi nh÷ng n¨m 60 cña thÕ kû tr−íc nªn s¶n xuÊt etan ® t¨ng 24 ÷ 31%. ë Mü vµ Cana®a, ®Ó vËn chuyÓn etan ng−êi ta ® x©y dùng nh÷ng hÖ thèng ®−êng èng dÉn khæng lå. VÝ dô n¨m 1977 ® hoµn thµnh viÖc x©y dùng ®−êng èng dµi gÇn 3 ngµn kil«met ®Ó vËn chuyÓn etan, etylen, propan vµ butan tõ miÒn T©y sang miÒn §«ng Cana®a vµ sang c¶ Mü (c«ng suÊt cña ®−êng èng lµ 2,2 ... 2,4 triÖu tÊn/n¨m, ¸p suÊt lµm viÖc 10 MPa). ë c¸c n−íc T©y ¢u, sau khi t×m ra c¸c má khÝ tù nhiªn lín ® t¨ng c−êng sù quan t©m ®Õn c¸c nguyªn liÖu nhiÖt ph©n nhÑ, bëi v× sö dông etan trong c«ng nghiÖp ho¸ häc vµ c«ng nghiÖp ho¸ dÇu hiÖu qu¶ vµ cã ®−îc sù c©n b»ng gi÷a s¶n xuÊt vµ nhu cÇu etylen. MÆt kh¸c butadien vµ c¸c s¶n phÈm phô kh¸c cña qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n benzin còng lµ c¸c nguyªn liÖu rÊt cÇn thiÕt. ViÖc sö dông etan cho phÐp gi¶m ®Çu t− vµo s¶n xuÊt etylen, rót ng¾n thêi h¹n x©y dùng c¸c d©y chuyÒn c«ng nghÖ ho¸ häc vµ ho¸ dÇu khÐp kÝn (etylen - polyetylen, etylen - r−îu etylic, ...), bëi v× khi nhiÖt ph©n etan cho hiÖu suÊt s¶n phÈm phô tèi thiÓu (hiÖu suÊt etylen tõ etan lµ 70%, tõ benzin 15
lµ 27%, tõ gazoil lµ 15%). Thùc tÕ nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi ® cho thÊy r»ng, víi tr÷ l−îng dÇu vµ khÝ tù nhiªn lín, cã thÓ tæ chøc s¶n xuÊt ë quy m« lín cã lîi nhuËn cao c¸c s¶n phÈm etan, khÝ ho¸ láng (LPG, LNG), c¸c hydrocacbon kh¸c, vµ nhiªn liÖu cho ®éng c¬. Do hiÖu qu¶ cao cña nhiªn liÖu khÝ vµ sù quan t©m ngµy cµng t¨ng ®Õn c¸c s¶n phÈm cña nã trªn thÞ tr−êng thÕ giíi, nhiÒu n−íc khai th¸c dÇu khÝ ® x©y dùng, më réng vµ trang bÞ l¹i c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y c¸c n−íc Trung §«ng (Iran , ¶rËp Xªut, Baren, ...) dù ®Þnh hoµn thµnh ch−¬ng tr×nh vÒ khai th¸c, chÕ biÕn vµ vËn chuyÓn khÝ ®ång hµnh víi tæng gi¸ trÞ kho¶ng 33 tØ USD. Ng−êi ta cho r»ng ®iÒu ®ã cho phÐp xuÊt khÈu kho¶ng 46 triÖu tÊn LPG mçi n¨m. Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò cña ch−¬ng tr×nh lµ x©y dùng nh÷ng nhµ m¸y cã c«ng suÊt lín s¶n xuÊt etylen, polyetylen, styren, vµ c¸c s¶n phÈm ho¸ dÇu kh¸c. ¶rËp Xªut dù ®Þnh sÏ ®¹t 8% tæng s¶n l−îng thÕ giíi vÒ nh÷ng s¶n phÈm ®ã. Trong n¨m 1978, ë c¸c n−íc t− b¶n (trõ Mü) ® ®Çu t− 3,2 tØ ®« la ®Ó x©y dùng nh÷ng nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ, chiÕm kho¶ng 50% tæng sè ®Çu t− cho c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu. KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh kh«ng chØ lµ nhiªn liÖu vµ nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt etan, propan, vµ c¸c hîp chÊt kh¸c. Khi lµm s¹ch vµ chÕ biÕn khÝ ng−êi ta cßn nhËn ®−îc mét l−îng lín l−u huúnh, heli vµ mét sè s¶n phÈm v« c¬ kh¸c cho nhiÒu ngµnh kinh tÕ quèc d©n. Cana®a lµ n−íc ®øng thø hai trong sè c¸c n−íc ph¸t triÓn vÒ s¶n xuÊt c¸c hîp chÊt chøa l−u huúnh tõ c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ tù nhiªn. Mü ®øng ®Çu vÒ s¶n xuÊt heli, mét trong nh÷ng s¶n phÈm quan träng nhÊt trong c«ng nghÖ nghiªn cøu vò trô, nghiªn cøu khÝ quyÓn, kü thuËt th©m l¹nh, s¾c ký, ... ë Mü cã 12 nhµ m¸y s¶n xuÊt heli víi tæng s¶n l−îng 135 m 3 /n¨m. Nhu cÇu vÒ heli n¨m 1980 lµ 35 triÖu m3 , ®Õn n¨m 1999 lµ 60 triÖu m3 . Theo ch−¬ng tr×nh quèc gia dµi h¹n, toµn bé sè heli d− thõa tõ c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ®−îc b¶o qu¶n d−íi lßng ®Êt cho ®Õn khi tr÷ l−îng heli tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ® c¹n sÏ ®−îc mang ra sö dông, bëi v× t¸ch heli tõ kh«ng khÝ cã chi phÝ cao h¬n rÊt nhiÒu. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ë nhiÒu n−íc cã xu h−íng t¨ng c«ng suÊt c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ. T¹i c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ míi x©y dùng, ng−êi ta ® l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ míi thùc hiÖn ®ång thêi mét vµi qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ. Cã nh÷ng nhµ m¸y t¹i ®ã c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n ®−îc 16
thùc hiÖn trong mét bloc. ë Mü vµ Cana®a ® cã d©y chuyÒn c«ng nghÖ víi c«ng suÊt 4 tû m 3 /n¨m, nhê ®ã gi¶m vèn ®Çu t−, gi¶m nh©n c«ng phôc vô vµ t¨ng ®é tin cËy cña c¸c nguyªn c«ng trong nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ. T¨ng c«ng suÊt c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ® t¨ng nhÞp ®é ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ. §iÒu ®ã cßn phô thuéc rÊt nhiÒu yÕu tè nh−: c«ng nghÖ chÕ t¹o thiÕt bÞ, vÊn ®Ò khai th¸c vµ vËn chuyÓn khÝ, sö dông nguyªn liÖu vµ s¶n phÈm. §ã lµ nh÷ng vÊn ®Ò rÊt phøc t¹p, ®Ó gi¶i quyÕt cÇn ph¶i xuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn sö dông hîp lý nguån tµi nguyªn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh cña tõng n−íc. I.3. ChÕ biÕn vμ sö dông khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång Hμnh ë ViÖt nam Cho ®Õn nay ViÖt Nam ®ang khai th¸c 6 má dÇu vµ 1 má khÝ, h×nh thµnh 4 côm khai th¸c dÇu khÝ quan träng: • Côm má thø nhÊt n»m ë vïng ®ång b»ng B¾c Bé, gåm nhiÒu má khÝ nhá, trong ®ã cã TiÒn H¶i − “C”, tr÷ l−îng kho¶ng 250 tû m3 khÝ, ® b¾t ®Çu khai th¸c tõ th¸ng 12 n¨m 1981 víi trªn 450 triÖu mÐt khèi khÝ phôc vô c«ng nghiÖp ®i¹ ph−¬ng. Víi c¸c ph¸t hiÖn míi trong khu vùc nµy, ®©y lµ c¬ së nguyªn liÖu cho c«ng nghiÖp khÝ ë c¸c tØnh phÝa B¾c. • Côm má thø hai thuéc vïng biÓn Cöu Long, gåm chuçi 4 má dÇu: B¹ch Hæ, Rång, R¹ng §«ng, Ru Bi, lµ côm quan trong nhÊt hiÖn nay, cung cÊp trªn 96% s¶n l−îng dÇu toµn quèc. HiÖn nay ë má B¹ch Hæ vµ má Rång ® cã 21 giµn khai th¸c lín nhá ®ang ho¹t ®éng víi h¬n 100 giÕng khoan khai th¸c vµ b¬m Ðp. KhÝ ®ång hµnh tõ ®ã ®−îc thu gom vµ ®−a vµo bê b»ng ®−êng èng dÉn dµi 110 km. − Th¸ng 4 n¨m 1995 cung cÊp 1 triÖu m3 khÝ / ngµy cho nhµ m¸y ®iÖn Bµ RÞa. − N¨m 1997 t¨ng lªn 2 triÖu, råi 3 triÖu m3 khÝ / ngµy cung cÊp cho nhµ m¸y ®iÖn Phó Mü 2.1 vµ Phó Mü 2.1 më réng. − Th¸ng 10 n¨m 1998 nhµ m¸y xö lý khÝ Dinh Cè ®¹t møc thiÕt kÕ 4,2 triÖu 3 m khÝ / ngµy. − Th¸ng 12 n¨m 1998 b¾t ®Çu s¶n xuÊt LPG. HiÖn nay mçi ngµy nhµ m¸y Dinh Cè gom, nÐn, xö lý khÝ ®¹t møc 4,6 ... 4,7 triÖu m3 / ngµy (kho¶ng 1,5 tû m3 / n¨m) ®Ó s¶n xuÊt 800 tÊn LPG, 350 tÊn condensat. §ång thêi ë khu vùc nµy còng ® vµ ®ang nghiªn cøu t¨ng c«ng suÊt chung cña hÖ thèng lªn trªn 2 tû m3 / n¨m. 17
• Côm má thø ba ë vïng biÓn Nam C«n S¬n gåm má dÇu §¹i Hïng ®ang khai th¸c vµ c¸c má khÝ ® ph¸t hiÖn ë khu vùc xung quanh lµ Lan T©y, Lan §á, H¶i Th¹ch, Méc Tinh vµ má dÇu khÝ Rång §«i T©y... ®ang chuÈn bÞ ®−a vµo khai th¸c. Riªng má khÝ Lan T©y - Lan §á víi tr÷ l−îng x¸c minh lµ 58 tû m3 sÏ cung cÊp æn ®Þnh l©u dµi ë møc 2,7 tû m3 khÝ / n¨m. Trong vµi n¨m tíi ®©y khu vùc nµy sÏ lµ côm khai th¸c vµ cung cÊp khÝ lín nhÊt ViÖt Nam, ®¶m b¶o cung cÊp 5 ®Õn 6 tû m3 / n¨m. Theo dù kiÕn cña PetroVietnam, trong kho¶ng thêi gian tõ 2003 ®Õn 2010, côm má dÇu khÝ ë vïng biÓn Cöu Long vµ Nam C«n S¬n cã thÓ cung cÊp 6 ®Õn 8 tû m3 khÝ / n¨m sÏ lµ c¬ së nguyªn liÖu cho côm c«ng nghiÖp dÇu khÝ ë Bµ RÞa − Phó Mü vµ Dung QuÊt. • Côm má thø t− t¹i thÒm lôc ®Þa T©y Nam bao gåm má Bunga Kekwa − C¸i N−íc ®ang khai th¸c dÇu, má Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Raya t¹i khu vùc tho¶ thuËn th−¬ng m¹i ViÖt Nam - Malaysia sÏ lµ khu khai th¸c vµ cung cÊp khÝ lín thø hai vµ sÏ lµ c¬ së ®¶m b¶o sù ph¸t triÓn khu c«ng nghiÖp dÇu khÝ ë Cµ Mau - CÇn Th¬. − L« PM-3-CAA ® b¾t ®Çu khai th¸c dÇu tõ th¸ng 8-1997. KÕ ho¹ch ph¸t triÓn khÝ vµ c¸c ®iÒu kiÖn th−¬ng m¹i ® tho¶ thuËn cho phÐp hy väng viÖc khai th¸c khÝ sÏ cã thÓ b¾t ®Çu tõ cuèi 2003 víi s¶n l−îng kho¶ng 2,5 tû m 3 / n¨m cho hai phÝa trong thêi gian Ýt nhÊt 15 ®Õn 17 n¨m, thËm chÝ cã thÓ 25 ®Õn 30 n¨m. V× ngoµi phÇn tr÷ l−îng ® x¸c minh lµ 47 tû m3 cßn cã phÇn tiÒm n¨ng (kho¶ng 60 tû m 3 ) cã thÓ ®−îc x¸c minh trong nh÷ng n¨m tíi. − C¸c l« 46, 50, 51 liÒn kÒ ® khoan 11 giÕng th¨m dß, trong ®ã cã 8 giÕng ph¸t hiÖn dÇu, ®Æc biÖt lµ khÝ. NÕu cã c¸c gi¶i ph¸p thÝch hîp, gi¶i quyÕt c¸c khã kh¨n (má nhá, nhiÒu CO 2 , ...) l« 46 víi tr÷ l−îng 15 ... 20 tû m 3 cã thÓ cung cÊp kho¶ng 1 tû m3 / n¨m. − L« B + 48/95 + 52/97 ® giao thÇu cho UNOCAL ®−îc ®¸nh gi¸ cã thÓ cã tíi 160 tû m 3 , hy väng ®¶m b¶o cung cÊp dµi h¹n 2 ... 5 tû m 3 / n¨m. Nãi chung khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh cña ViÖt Nam chøa rÊt Ýt H2 S (0,02 g /m 3 ) nªn lµ lo¹i khÝ s¹ch, rÊt thuËn lîi cho chÕ biÕn, sö dông an toµn víi thiÕt bÞ vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng. Víi tiÒm n¨ng vÒ khÝ kh¸ phong phó nh− vËy, n−íc ta cã ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn c«ng nghiÖp dÇu khÝ trªn toµn l nh thæ. Khai th¸c vµ sö dông hîp lý nguån tµi nguyªn thiªn nhiªn quý gi¸ nµy, trong t−¬ng lai ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ sÏ lµ mét ngµnh c«ng nghiÖp ph¸t triÓn m¹nh, ®ãng gãp ®¸ng kÓ vµo sù ph¸t triÓn cña ®Êt n−íc. 18
Ch−¬ng II C¸c tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh II.1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña c¸c hydrocacbon C¸c tÝnh chÊt vËt lý cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh phô thuéc vµo c¸c th«ng sè cña hçn hîp vµ thµnh phÇn ho¸ häc cña nã. Thµnh phÇn cña hÖ nhiÒu cÊu tö cã thÓ biÓu diÔn b»ng nång ®é theo khèi l−îng (x’ i ), theo mol (x i ), hoÆc theo thÓ tÝch (v i ). Nh− vËy nÕu g i lµ khèi l−îng cña cÊu tö thø i trong hçn hîp th× nång ®é phÇn khèi l−îng cña cÊu tö i sÏ ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc sau: x i′ = g i ∑ gi (II.1) T−¬ng tù, n i lµ sè mol cÊu tö thø i trong hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn mol cña cÊu tö thø i sÏ ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc: x i = ni ∑ ni (II.2) V i lµ thÓ tÝch cÊu tö thø i trong hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn thÓ tÝch cña cÊu tö i ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc sau: vi = Vi ∑ Vi (II.3) Gi÷a c¸c nång ®é cã quan hÖ víi nhau vµ cã thÓ tÝnh chuyÓn ®æi tõ nång ®é nµy sang nång ®é kh¸c. Khi tÝnh to¸n c«ng nghÖ qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ, cÇn thiÕt ph¶i x¸c ®Þnh tÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña c¸c chÊt vµ hçn hîp cña chóng nh− entanpi, entropi, tû träng, fugat. §Ó x¸c ®Þnh c¸c ®¹i l−îng trªn, ng−êi ta sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ thÓ tÝch cña hÖ. Víi hÖ khÝ lý t−ëng chóng ta cã ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i: PV = nRT (II.4) TÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh vµ c¸c cÊu tö cña chóng rÊt kh¸c víi tÝnh chÊt cña khÝ lý t−ëng, ®Æc biÖt ë nhiÖt ®é thÊp vµ ¸p suÊt cao. V× vËy kh«ng thÓ sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý t−ëng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c tÝnh chÊt cña chóng. Do ®ã, cã rÊt nhiÒu ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i m« t¶ hÖ khÝ thùc. 19
• Ph−¬ng tr×nh Van der Waals: ( P + a / v2 ) ( v − b ) = RT (II.5) trong ®ã: a , b lµ c¸c h»ng sè t−¬ng quan; v lµ thÓ tÝch mol. • Ph−¬ng tr×nh Benedict - Webb - Rubin (BWR): ph−¬ng tr×nh cã chøa 8 h»ng sè: P = RT ρ + ( B 0 RT − A 0 − C 0 / T 2 ). ρ 2 + ( bRT − a ). ρ 3 2 + a αρ 6 + ( c ρ 3 / T 2 ).(1 + γρ 2 ) e −γρ (II.6) trong ®ã: A 0 , B 0 , C 0 , a , b , c , α vµ γ lµ c¸c h»ng sè quan hÖ; P lµ ¸p suÊt; T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi; ρ lµ tû träng mol. • Ph−¬ng tr×nh Redlich - Kwong (RK): RT a P = − 0, 5 (II.7) v−b T v(v + b) trong ®ã: a , b lµ c¸c h»ng sè quan hÖ; v lµ thÓ tÝch mol. • Ph−¬ng tr×nh Peng - Robinson (PR). RT a( T ) P = − (II.8) v−b v(v + b) + b(v − b) trong ®ã: a, b lµ c¸c h»ng sè quan hÖ; v lµ thÓ tÝch mol. C¸c ph−¬ng tr×nh BWR, RK vµ PR cßn ®−îc gäi lµ c¸c ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i lËp ph−¬ng v× khi viÕt cho thÓ tÝch chóng chøa mò lËp ph−¬ng. C¸c h»ng sè a, b lµ hµm cña nhiÖt ®é tíi h¹n T c , ¸p suÊt tíi h¹n P c vµ thõa sè ω gäi lµ thõa sè acentric. Thõa sè ω ®−îc x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng tr×nh sau: ω = − logP r − 1 (II.9) trong ®ã: P r = P*/P c (II.10) P* lµ ¸p suÊt h¬i ë T = 0,7 T c ; P c lµ ¸p suÊt tíi h¹n; T c lµ nhiÖt ®é tíi h¹n. Thõa sè ω ®−îc sö dông phæ biÕn nh− mét c«ng cô ®Ó hiÖu chØnh sù sai lÖch trong ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ thùc. Ng−êi ta cßn ®−a ra th«ng sè hiÖu chØnh z vµ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cã d¹ng ®¬n gi¶n: PV = zRT (II.11) trong ®ã z lµ hµm sè cña c¸c th«ng sè cña c¸c ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i nãi trªn. 20