Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ bể nam côn sơn Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ bể nam côn sơn Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ bể nam côn sơn
LỜI NÓI ĐẦU Từ xa xưa con nguời đã biết dầu mỏ và khí tự nhiên để phục vụ cho cuộc sống sinh hoạt mặc dù sự hiểu biết còn hạn chế và rất lãng phí nhưng họ cũng đã coi đó là một nguồn tài nguyên vô cùng quý giá. Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con người đã đánh giá và nhận thức được tầm quan trọng của chúng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Đó là nguôn nguyên nhiên liệu chính để phát triển các ngành công nghiệp khác. Dầu mỏ và khí tự nhiên là nguồn khoáng sản không phải là vô tận và không có khả năng tái sinh nên cần biết cách khai thác, chế biến hợp lí chống lãng phí nguồn nguyên liệu này. Trước đây lượng dầu mỏ được khai thác và chế biên gấp nhiều lần khí tự nhiên khai thác, ngày nay khoảng cách đó được thu hẹp lại bởi lượng dầu mỏ cũng đang dần cạn kiệt cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp chế biến dầu khí. Ở Việt Nam ngành công nghiệp chế biến khí đã và đang trên đà phát triển . Chúng ta đã khai thác, xây dựng được những nhà máy chế biến nguồn tài nguyên này đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng và có được nhiều thành phẩm có giá trị kinh tế cao. Tuy còn hạn chế về công nghệ nhưng nó cũng đóng góp môt phần lớn vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon paraíin còn chứa các tạp chất như: Bụi, hơi nước, khí trơ, COT, HTS và các tạp chất hữu cơ của lưu huỳnh. Đây là các thành phần có thể gây tổn hại đén sức khoẻ con người cũng như nó làm ăn <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần ^phạnt (J)ăn $7hình 1 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó mòn đường ống thiết bị trong quá trình khai thác và chế biến. Vì vậy trước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách bụi,tách hơi nước và các khí axit. Được sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo trong bộ môn lọc hoá dầu và sự hướng dẫn tận tình của Tiến Sĩ Nguyễn Thị Bình tôi hoàn thành đồ án với đề tài “Tính toán các thông số kĩ thuât cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ bể Nam Côn Sơn”. Do kinh nghiệm thực tế và kiến thức ngành nghề còn hạn chế, đồ án không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong được sự góp ý của các Thầy, Cô giáo trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn ! PHẦN I: TỔNG QUAN VỂ KHÍ Tự NHIÊN CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM, NGUổN Gốc, PHÂN LOẠI VÀ THÀNH PHẦN KHÍ TỤ NHIÊN 1. Khái niêm về khí tự nhiên : { } Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H I0 Có trong lòng đất.Chúng thường tồn tại thành những mỏ khí riêng rẽ hoặc tồn tại ở trên các lớp dầu mỏ. Trong nghĩa hẹp khí tự nhiên được hiểu là khí trong các mỏ khí. Khí tự nhiên cũng luôn chứa các khí vô cơ N 2 , H 2 S C0 2 khí trơ và hơi nước. <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần ^phạnt (J)ăn $7hình 2 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó 2. Nguồn gốc dầu mỏ và khí tự nhiên Để hiểu rõ về thành phần hoá học của dầu mỏ và khí tự nhiên cần tìm hiểu nguồn gốc, sư hình thành chúng.Mặc dù đó là vấn đề còn tranh cãi giữa nguồn gốc vô cơ và hữu cơ .Nhưng giả thuyết về nguồn gốc hữu cơ có tính thuyêt phục hơn 2.1. Nguồn gốc vô cơ Theo giả thuyết này trong lòng đất chứa các Cacbua kim loại như AL 4 C 3 , CaC 2 các chất này bị phân huỷ bởi H 2 0 để tạo ra CH 4 và C 2 H 2 . Từ các chất khởi đầu (CH 4 , C 2 H 2 ) qua quá trình biến đổi dưới tác dụng của nhiệt độ, áp suất cao trong lòng đất và xúc tác là các khoáng sét, tạo thành nhưng loại hydrocacbon có trong dầu khí. Để chứng minh cho điều đó năm 1886 Berthelot M đã tổng hợp thành công hydrocacbon thơm theo 3 giai đoạn <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần ^phạnt (J)ăn $7hình 3 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó Kim loại kiềm + C0 2 —» Cacbua kim loại Cacbua kim loại + C0 2 —> QEL, C 2 H 2 —> benzen Sabatir và Sendereus cũng đã thực hiện phản ứng hydro hoá axtylen trên xúc tác Niken và sắt ở nhiệt độ trong khoảng 200-300°C đã thu được một loạt các hydrocacbon tương ứng như trong thành phần dầu mỏ. Vì thế giả thuyêt về nguồn gốc vô cơ đã được chấp nhận trong thơi gian khá dài. Trong những thập kỉ gần đây trình độ khoa học và kĩ thuật phát triển thì người ta bắt đầu hoài nghi về luận điểm trên vì. + Đã phân tích được (bằng các phương pháp hiện đại) trong dầu thô có chứa các porphyrin có nguồn gốc từ động thực vật. + Trong vỏ quả đất,hàm lương Cacbua kim loại la không đáng kể. + Các hydrocacbon thường gặp trong các lớp trầm tích, tại đó nhiệt độ ít khi vựơt quá 150-H 200°c (vì áp suất rất cao ), nên không đủ nhiệt độ cần thiết cho phản ứng tổng hợp xảy ra Vì những lý do đó mà giả thuyết về nguồn gốc vô cơ ngày càng phai 2.2 Nguồn gốc hữu cơ Có lẽ xác động thực vật, mà chủ yếu là các loại tảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hàng triệu năm về trước đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên.Có thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo 3 giai đoạn :Biến đổi sinh học bởi vi khuẩn, biến đổi hoá học dưới tác dụng của các điều kiện địa hoá thích hợp và sự di chuyển, tích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất. Xác động thực vật bị phân huỷ bởi các vi khuẩn ưa thích, sau đó bơỉ các vi khuẩn kỵ khí trong qua trình trầm lắng dần trong nước biển. Các albumin bị phân huỷ nhanh nhất, các hydrat cacbon bi phân huỷ chậm hơn. <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần (J)ăn $7hình 4 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó Các khí tạo ra như N 2 , NH 3 , C0 2 , CH 4 Hoà tan trong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày càng sâu trong các lớp đất đá trầm tích. Không gian ở đó xảy ra quá trình phân huỷ sinh học đó gọi là vùng vi khuẩn. Ở giai đoạn hoá học tiếp theo, vật liệu hữư cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hoá học dưới tác dụng xúc tác của vavạt chất vô cơ trong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng trăm , thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân, các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt là các aluminosilicat, có thể đóng vai trò chất súc tác. Quá trình hoá học đó xảy ra vô cùng chậm. Càng suống sâu, thời gian càng lớn, sự biến đổi đó càng chở nên sâu xa theo chiều hướng: Hợp chất phức tạp sinh vật —» hợp chất hữu cơ đơn giản hơn Hợp chất thơm phức tạp —» hợp chất thơm đơn giản, hyđrocacbon đơn giản naphten, parafin Hyđrocacbon phân tử lượng lớn —> hyđrocacbon phân tử lượng bé Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hoá học là phản ứng cracking, trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gẫy dần. Kết quả là tạo ra các chất hữư cơ đơn giản hơn, chủ yếu là hyđrocacbon sinh ra ngày càng nhiều. Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân huỷ đó là quá trình ngưng tụ, kết hợp một số các chất hữu cơ tương đối đơn giản vừa tạo thành để tạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn: các chất nhựa, Asphalten .Các chất nhựa, Asphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa lắng, phần ít còn lại lơ lửng, phân tán trong khối chất lỏng hyđrocacbon sinh ra bởi quá trình cracking. <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần (J)ăn $7hình 5 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó Tập hợp các phản ứng hoá học đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thành dầu mỏ và khí tự nhiên. Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của quá trình phân huỷ hoá học dầu mỏ. Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càng chứa nhiều chất ít phức tạp, càng biến nhiều thành khí. Dầu mỏ đang được tạo thành ở dạng hỗn hợp lỏng có thể bị di cư từ chỗ này sang chỗ khác dưới tác dụng vận động kiến tạo của vỏ trái đất. Chúng thẩm thấu, chui qua các lớp đất đá xốp, chúng chảy qua các khe nứt và có thể bị tập trung, bị giữ trong những tầng đá đặc khít, tạo ra những túi dầu mà ta thường gọi là mỏ dầu. Trong các mỏ dầu các quá trình hoá học vẫn tiếp tục xẩy ra, dầu vẫn liên tục biến thành khí, tạo ra các mỏ khí. Không gian xẩy ra các phản ứng hoá học đó gọi là vùng hoá học. Cần nhớ ràng các quá trình đó xẩy ra rất chậm, kéo dài hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu năm rồi mà vẫn đang xẩy ra, do đó tuổi của dầu mỏ, của khí tự nhiên là rất lớn. Như vậy quá trình hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên có thể được biểu diễn bằng sơ đồ tổng quát sau: 3. Phân loại 3.1. Phân loại theo nguồn gốc Sơ đồ hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên (1): Quá trình phân huỷ sinh học;(2,2’),(3,3’): quá trình hoá học. A: Các vật liệu hữu cơ thực vật, Động vật B: Dầu mỏ sơ khởi. C: Dầu mỏ. D: Khí tự nhiên. <ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần r f)hạm (Văn ÇJhinh 6 Jit'ip : Mọc hf)tì dầu k46 Người ta đã phân chúng ra làm 2 loại dựa theo nguồn gốc của mỏ: + Khí thiên nhiên: là khí được khai thác từ các mỏ khí riêng biệt trong tự nhiên, nó có hàm lượng Metan rất cao, thường từ 90 - 99% thể tích, còn lại là các khí khác như Etan, Propan và ít Butan + Khí đồng hành: Là khí nằm lẫn trong dầu mỏ, được hình thành cùng với dầu còn gọi là khí dầu mỏ. về mặt định tính khí đồng hành khá giống khí thiên nhiên nhưng về mặt định lượng thì khí đồng hành có hàm lượng Metan thấp hơn so với khí tự nhiên, thường là 30-87% + Khí ngưng tụ(condensat) : Thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí ,bao gồm các hydrocacbon như Propan, Butan và một số hydrocacbon lỏng khác như Pentan, Pexan,thậm chí hydrocacbon Naphtenic và Aromatic đơn giản, ở điều kiện thường khí ngưng tụ ở dạng lỏng 3.2. Phân loại theo thành phần định lượng - Dựa theo thành phần của khí Acid có trong khí Hyđrocacbon người ta phân nó ra làm 2 loại: Khí chua và khí ngọt. + Khí chua là khí ( khí tự nhiên hay khí đồng hành ) có hàm lượng H 2 S lớn hơn 5,8 mg/m 3 khí ở điều khiện 15°c và 1 bar , hoặc chứa lượng COt lớn hơn 2% thể tích + Khí ngọt là khí có hàm lượng H 2 S hoặc (và) C0 2 nhỏ hơn qui định trên . Theo cách phân loại này, các khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam phần lớn là khí ngọt, rất thuận tiện cho việc chế biến và sử dụng. Dựa vào hàm lượng các khí Hyđrocacbon nặng (Propan, Butan, Pentan ) người ta phân loại khí thành khí béo và khí gầy. <ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần r f)hạm (Văn ÇJhinh 7 Jit'ip : Mọc hf)tì dầu k46 Theo cách phân loại này: + Nếu hàm lượng C + 3 chứa lớn hơn 50g/m 3 khí ở điều kiện 15°c và 1 bar gọi là khí béo (khí giầu). + Trái lại nếu hàm lượng C + 3 chứa nhỏ hơn 50g/m 3 khí, gọi là khí gầy (khí nghèo). Khí béo có giá trị kinh tết cao hơn khí gầy , vì người ta có thể chế biến thành nhiều sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao hơn như : Khí đầu mỏ hoá lỏng (LPG), Condensat(C + 5 ) để pha xăng. 4. Thành phần Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí đồng hành bao gồm hai phần : Hydrocacbon va phi hydrocacbon 4.1. Các hợp chất hydrocacbon Chủ yếu là các khí metan và đồng đẳng của nó như:Etan , Propan, n- Butan,iso-Butan,ngoài ra còn một lượng ít các hợp chất C 5 , C 6 .Hàm lượng các cấu tử trên thay đổi tuỳ theo nguồn gốc của khí(khi thiên nhiên chứa chủ yếu metan các khí C3-Ỉ-C4 rất ít,còn trong khí đồng hành hàm lượng C3-Ỉ-C4 cao hơn). 4.2. Các hợp chất phi hydrocacbon Ngoài thành phần chính là các hydrocacbon , trong khí thiên nhiên và khí dầu mỏ còn chứa các tạp chất như:C0 2 , N 2 , H 2 S , H 2 , He, Ar, Ne trong các loai khí trên thường N 2 chiếm phần lớn. Tuỳ theo hàm lượng các khí co trong các mỏ mà người ta có phương pháp khác nhau để thu hồi chúng. 5. Sự phân bô ,trữ lượng và tiềm năng khí thiên nhiên tại Việt Nam Theo sô liệu của trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến dầu khí tiềm năng và trữ lượng khí thiên nhiên là 3000 tỷ m 3 ,Trữ lượng được thẩm lượng và sẵn sàng để phát triển khai thác trong thời gian tới vào khoảng 400 tỷ m 3 , nguồn <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần ^phạnt (J)ăn $7hình 8 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó khí Việt Nam tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể :Sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn , và Malay-Thổ chu + Bể cửu Cong : Diện tích 60 ngàn km 2 với trữ lượng 50 tỷ m 3 , sản phẩm chủ yếu dầu và khí đồng hành + Bể Nam Côn Sơn :Diện tích 160 ngàn km 2 với trữ lượng 160 tỷ m 3 sản phẩm chủ yếu khí va condensat + Bể Malay-Thổ Chu :Nằm phía đông vinh Thái Lan, trữ lượng 140 tỷ m 3 sản phẩm dầu và khí + Bể Sông Hồng: Diện tích khoảng 120 ngàn km 2 , tiềm năng khí là khá lớn khoảng 2000 tỷ m 3 khí thiên nhiên nhưng do bể co hàm lượng C0 2 lớn nên việc khai thác và đưa vào sử dụng khí ở các mỏ này là chưa khả thi. Bảng 1.1 Thành phần của khi thiên nhiên (% V) trong các mỏ thuộc Bể Nam Côn Sơn <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần ^phạnt (J)ăn $7hình 9 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó \MỎ Cấu tư Lan tây, Lan đỏ Hải Thạch Mộc Tinh Rồng Đôi n o 1,92 4,5 2,72 5,64 n 2 0,36 0,12 0,10 0,08 Methane 89,65 84,13 89,02 81,41 Ethane 4,30 5,8 4,04 5,25 Propane 2,39 3,36 1,71 3,06 i-Butane 0,56 0,68 0,37 0,71 n-Butane 0,49 0,83 0,48 0,76 i-Pentane 0,14 0,24 0,20 0,32 n-Pentane 0,08 0,17 0,16 0,23 Hexane 0,10 0,17 0,12 2,54 rp /? Tống 100 100 100 100 Trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến Dầu khí <ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần ^phạnt (J)ăn $7hình 10 Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó [...]... hệ số tuần hoàn và điều kiện tái sinh của dung môi hấp thụ Vì vậy, tính kinh tế của quá trình được xác định trong khí nguyên liệu (khí chua) và khí đã làm sạch khí ngọt Trên cơ sở những dự liệu này người ta có thể đánh giá dung môi nào trong các dung môi hấp thụ hóa học theo vật lý được ứng dụng hợp lý nhất đối với điều kiện cho trước, sau đó phải xét đến tính đặc thù của các tạp chất chứa trong khí. .. công nghệ làm ngọt khí bằng các dung môi Alkanol amin được sự thừa nhận và ứng dụng rộng rãi trong công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành và khí trong nhà máy lọc dầu Khi áp suất riêng phần của các khí chua thấp và trung bình thì khả năng hấp thụ của các Alkanol amin tăng theo tỷ lệ H2S và C02 2.3.1 Tính chất chung và các qúa trình làm ngọt khí của các Alkanol amỉn * Tính chất: Các Alkanol amin... quả của quá trình Mức độ bão hoà khí Acid của MEA thường từ 0,3 0,4 mol/molDEA Quá trình làm ngọt khí bằng MEA thường được dùng để làm ngọt khí chua H 2S và C02 khi áp suất riêng phần của chúng không cao hơn 0,6 - 0,7 Mpa * Đánh giá ưu nhược của quá trình làm ngọt khí bằng MEA - Ưu điểm: + MEA có khả năng phản ứng cao, ổn định và dễ tái sinh, công nghệ và thiết bị đơn giản + Quá trình làm ngọt khí. .. (DIPA) Quá trình làm ngọt khí của các dung môi này là quá trình hấp thụ, trong khi tiếp xúc và phản ứng hóa học với khí chua Quá trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat cũng thuộc nhóm này Phương pháp làm ngọt này đảm bảo triệt để để khí chua, với hàm lượng trung bình và thấp, độ hoà tan Hydrocacbon trong dung môi hấp thụ này không đáng kể Thiết bị, công nghệ đơn giản và bền Nhược điểm cơ bản của quá trình... hơn so với quá trình MEA - Quá trình làm ngọt khí bằng dung dịch Metyl Dietanol amin (MDEA), quá trình đặc biệt được chú ý, do tính chọn lọc của nó cao, khi phản ứng với H 2S trong sự có mặt của C02 (J)ăn $7hình 33 jßäp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó Trong quá trình làm ngọt khí của các Alkanol amin đã nêu trên, thì các quá trình MEA, DEA và ADIP thì được ứng dụng nhiều nhất để làm ngọt khí tự nhiên và khí đồng... bị làm nguội bằng không khí; 7,8 thiết bị làm lạnh bằng nước; 9 thiết bị trao đổi nhiệt; 10 tháp nhả hấp thụ; 11 Bộ phận đun nóng; I khí nguyên liệu; II khí sạch khí ngọt) ; III Dung môi bão hoà; IV khí phân ly; V Dung môi đã nhả hấp thụ một phần; VI khí axit; VII Dung môi đã tái sinh tuần hoà trở lại tháp hấp Trong các phản ứng trên thì tốc dộ phản ứng của MEA với CO-, chậm hơn so với phản ứng của. .. PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM NGỌT KHÍ . dẫn tận tình của Tiến Sĩ Nguyễn Thị Bình tôi hoàn thành đồ án với đề tài Tính toán các thông số kĩ thuât cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ bể Nam Côn Sơn . Do kinh. phần của khí Acid có trong khí Hyđrocacbon người ta phân nó ra làm 2 loại: Khí chua và khí ngọt. + Khí chua là khí ( khí tự nhiên hay khí đồng hành ) có hàm lượng H 2 S lớn hơn 5,8 mg/m 3 khí. ẨLọe hí) tí dầu k4ó khí Việt Nam tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể :Sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn , và Malay-Thổ chu + Bể cửu Cong : Diện tích 60 ngàn km 2 với trữ lượng 50 tỷ