Đang tải... (xem toàn văn)
TỔNG HỢP LÝ THUYẾT CHẾ BIẾN KHÍ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Nguồn gốc dầu mỏ và khí Nguồn gốc vô cơ Trong lòng Trái đất có chứa các cacbua kim loại như Al4C3, CaC2. Các chất này bị phân hủy bởi nước để tạo ra CH4 và C2H2: Al4C3 + 12H2O ® 4Al(OH)3 + 3CH4 CaC2 + 2H2O ® Ca(OH)2 + C2H2 Nguồn gốc hữu cơ Các vật liệu hữu cơ (xác động thực vật và tảo biển) phân rã qua hàng triệu năm dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao biến đổi sẽ tạo thành các hydrocacbon ban đầu: RCOOR’ + H2O « RCOOH + R’OH RCOOH ® RH + CO2 RCH2OH ® R’CH=CH2 + H2O R’CH=CH2 + H2 ® R’CH2CH3 2. Trữ lượng khí trên thế giới và Việt Nam Thế giới: 270233 tỷ tấn Việt Nam: 1500 tỷ m3 3. Vùng phân bố dầu khí Viêt Nam Sông Hồng Cửu Long Nam Côn Sơn Ma lai Thổ Chu Vùng phụ: Vũng Mây, Phú Khánh 4. Hệ thống phân phối khí và tồn trữ Hệ thống phân phối Cửu Long Nam côn sơn Đạm cà mau Hệ thống tồn trữ: Kho cảng Thị Vải 5. Phân loại khí Phân loại theo nguồn gốc Khí tự nhiên Khí đồng hành Khí condensate Khí từ nhà máy lọc dầu Phân loại khí theo hàm lượng khí acide có trong khí: Khí chua: lượng H2S > 1% thể tích và CO2 > 2% thể tích. Khí ngọt: lượng H2S ≤ 1% thể tích và CO2 ≤ 2% thể tích. Phân loại khí theo thành phần C3+ Khí béo là khí giàu propan, butan và các hidrocacbon nặng (ρ > 150gm3). Từ khí này thu được xăng, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và các hidrocacbon riêng biệt dùng cho công nghệ tổng hợp hữu cơ. Khí gầy là khí chứa ít hidrocacbon nặng (ρ < 50gm3). Khí này được sự dụng chủ yếu cho công ngiệp và đời sống. Phân loại khí theo thành phần khí C2. Khí khô C2 ≤ 10% Khí ẩm C2>10% 6. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của dòng khí. Khí thiên nhiên là khí không màu, không mùi Khí thiên nhiên có tính cháy sạch. Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là metan (CH4). Tỷ trọng của khí thiên nhiên đối với không khí dao động trong khoảng rộng từ 0,551,1. Nhiệt cháy cao. 7. Chuẩn bị khí trước khi chế biến Gồm các quá trình sau: Lọc các tạp chất cơ học Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học được thực hiện chủ yếu nhờ các thiết bị cơ học. Người ta phân biệt thành 2 nhóm: o Nhóm làm sạch khô dùng thiết bị xyclon, máy lọc điện, máy làm ngưng bụi. o Nhóm làm sạch ướt dùng thiết bị xyclon, scrubber, thiết bị bọt. Xử lý nước + Dùng phương pháp hấp phụ: zeolit, nhôm oxits, silicagel... Xử lý khí chua + Hấp thụ bằng dung môi MEA, DEA, MEG... Chế biến khí +Ngưng tụ nhiệt độ thấp +Hấp thụ nhiệt độ thấp +Chưng cất nhiệt độ thấp. Nguyên tắc chế biến khí bằng pp hấp thụ Dùng dung môi lỏng để hấp thụ và tách các hợp chất C3+ ra khỏi dòng khí. Chất hấp thụ: các phân đoạn kerosen, gasoil, benzin.. Có hiệu quả đối với khí béo có hàm lượng C3+ lớn hơn 100gm3 Ngưng tụ nhiệt độ thấp Nguyên tắc: nén và làm lạnh sơ bộ để tách các hydrocarbon nặng, sau đó dàng khí được phân tách trong thiết bị phân tách 2 pha và tháp chưng cất nhằm thu hồi khí khô và xăng nhiên liệu. Hiệu quả đối với quá trình cần tách các cấu tử khí nhẹ. Chưng cất nhiệt độ thấp Nguyên tắc nén và làm lạnh rồi đưa dòng khí vào tháp chưng cất. Khí khô thu hồi ở đỉnh tháp, H.C nặng thu hồi ở đáy tháp. Phần trên của tháp được giữ ở nhiệt độ âm, phần dưới của tháp được gia nhiệt nhằm thu hồi hoàn toàn các hydro carbon nặng.
TỔNG HỢP LÝ THUYẾT CHẾ BIẾN KHÍ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Nguồn gốc dầu mỏ và khí Nguồn gốc vô cơ - Trong lòng Trái đất có chứa các cacbua kim loại như Al 4 C 3 , CaC 2 . Các chất này bị phân hủy bởi nước để tạo ra CH 4 và C 2 H 2 : Al 4 C 3 + 12H 2 O → 4Al(OH) 3 + 3CH 4 CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Nguồn gốc hữu cơ - Các vật liệu hữu cơ (xác động thực vật và tảo biển) phân rã qua hàng triệu năm dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao biến đổi sẽ tạo thành các hydrocacbon ban đầu: RCOOR’ + H 2 O ↔ RCOOH + R’OH RCOOH → RH + CO 2 RCH 2 OH → R’-CH=CH 2 + H 2 O R’-CH=CH 2 + H 2 → R’-CH 2 -CH 3 2. Trữ lượng khí trên thế giới và Việt Nam - Thế giới: 270-233 tỷ tấn - Việt Nam: 1500 tỷ m 3 3. Vùng phân bố dầu khí Viêt Nam - Sông Hồng - Cửu Long - Nam Côn Sơn - Ma lai Thổ Chu *Vùng phụ: Vũng Mây, Phú Khánh 4. Hệ thống phân phối khí và tồn trữ Hệ thống phân phối - Cửu Long - Nam côn sơn - Đạm cà mau Hệ thống tồn trữ: Kho cảng Thị Vải 5. Phân loại khí Phân loại theo nguồn gốc - Khí tự nhiên - Khí đồng hành - Khí condensate - Khí từ nhà máy lọc dầu Phân loại khí theo hàm lượng khí acide có trong khí: - Khí chua: lượng H 2 S > 1% thể tích và CO 2 > 2% thể tích. - Khí ngọt: lượng H 2 S ≤ 1% thể tích và CO 2 ≤ 2% thể tích. Phân loại khí theo thành phần C 3+ 1 - Khí béo là khí giàu propan, butan và các hidrocacbon nặng (ρ > 150g/m 3 ). Từ khí này thu được xăng, khí dầu mỏ hóa lỏng LPG và các hidrocacbon riêng biệt dùng cho công nghệ tổng hợp hữu cơ. - Khí gầy là khí chứa ít hidrocacbon nặng (ρ < 50g/m 3 ). Khí này được sự dụng chủ yếu cho công ngiệp và đời sống. Phân loại khí theo thành phần khí C2. - Khí khô C2 ≤ 10% - Khí ẩm C2>10% 6. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của dòng khí. - Khí thiên nhiên là khí không màu, không mùi - Khí thiên nhiên có tính cháy sạch. - Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là metan (CH 4 ). - Tỷ trọng của khí thiên nhiên đối với không khí dao động trong khoảng rộng từ 0,55-1,1. - Nhiệt cháy cao. 7. Chuẩn bị khí trước khi chế biến Gồm các quá trình sau: Lọc các tạp chất cơ học - Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học được thực hiện chủ yếu nhờ các thiết bị cơ học. - Người ta phân biệt thành 2 nhóm: o Nhóm làm sạch khô dùng thiết bị xyclon, máy lọc điện, máy làm ngưng bụi. o Nhóm làm sạch ướt dùng thiết bị xyclon, scrubber, thiết bị bọt. Xử lý nước + Dùng phương pháp hấp phụ: zeolit, nhôm oxits, silicagel Xử lý khí chua + Hấp thụ bằng dung môi MEA, DEA, MEG Chế biến khí +Ngưng tụ nhiệt độ thấp +Hấp thụ nhiệt độ thấp +Chưng cất nhiệt độ thấp. Nguyên tắc chế biến khí bằng pp hấp thụ - Dùng dung môi lỏng để hấp thụ và tách các hợp chất C 3+ ra khỏi dòng khí. - Chất hấp thụ: các phân đoạn kerosen, gasoil, benzin - Có hiệu quả đối với khí béo có hàm lượng C 3+ lớn hơn 100g/m 3 Ngưng tụ nhiệt độ thấp 2 - Nguyên tắc: nén và làm lạnh sơ bộ để tách các hydrocarbon nặng, sau đó dàng khí được phân tách trong thiết bị phân tách 2 pha và tháp chưng cất nhằm thu hồi khí khô và xăng nhiên liệu. - Hiệu quả đối với quá trình cần tách các cấu tử khí nhẹ. Chưng cất nhiệt độ thấp - Nguyên tắc nén và làm lạnh rồi đưa dòng khí vào tháp chưng cất. Khí khô thu hồi ở đỉnh tháp, H.C nặng thu hồi ở đáy tháp. - Phần trên của tháp được giữ ở nhiệt độ âm, phần dưới của tháp được gia nhiệt nhằm thu hồi hoàn toàn các hydro carbon nặng. CHƯƠNG 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH 1. Giản đồ pha hệ 2 cấu tử 1-2: thăng hoa. 2-3: nóng chảy. 2-C: hóa hơi. 2: điểm ba (T=0) A: lỏng nén B: hơi quá nhiệt C: điểm tới hạn -P/T không thay đổi trong quá trình chuyển pha đẳng nhiệt/đẳng áp. -T>T C , khí không thay đổi pha khi tăng áp suất. -T>T c , P>P C , lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn. 3 Hình 2.2. Sơ đồ trạng thái pha của đơn chất trong hệ trục P - T • Các đường HD, HC và HF: các đường cân bằng • H: điểm ba pha • FH: pha rắn có thể thăng hoa thành khí • HD: đường cân bằng giữa pha rắn và lỏng (đường bão hòa rắn – lỏng hoặc cân bằng rắn – lỏng). • HC: Đường cân bằng hơi – lỏng, đường áp suất hơi, đường điểm bong bóng hay đường điểm sương. • C - Điểm tới hạn với nhiệt độ tới hạn (Tc) và áp suất tới hạn (Pc). 2. Giản đồ pha hệ lỏng khí P-v Diagram And Phase Envelope Of A Pure Substance 3. Giản đồ pha hệ 1 cấu tử etan 4 4. Giản đồ pha của hệ đa cấu tử 5 Chuyển pha (ẩn nhiệt) *Gia nhiệt đẳng áp: A à E A: lỏng nén B: điểm bong bóng B-D: khỏang nhiệt độ sôi D: điểm sương E: hơi quá nhiệt *Nén đẳng nhiệt: F à G F: hơi dưới T C . F-G: quá trình ngưng tụ. G: ngưng tụ lỏng hòan tòan. *Nén đẳng nhiệt (hóa hơi ngược): H: hơi trên T C . H-J: ngưng tụ - hóa hơi. J: hóa hơi hòan tòan. 6 Học giản đồ pha điều kiện tạo hydrat của propan trang 97 sách Nguyễn Thị Minh Hiền CHƯƠNG 3: LÀM KHÔ KHÍ Lý do làm khô khí - Nước là tạp chất phổ biến nhất lẫn trong các HC, - Nước lẫn trong KTN trong quá trình khoan khai thác và quá trình làm ngọt khí (tách loại các khí chua H 2 S, CO 2 ) - Nước gây ra các vấn đề sau: +Tạo Hydrat gây tắc ngẽn van, đầu vòi trong quá trình vận chuyển. +Gây ăn mòn thiết bị. +Phản ứng phụ tạo bọt mất hoạt tính xtac. Kn Hydrat: là hợp chất dạng tinh thể của các HC và nước tồn tại ở trạng thái bền vững trong đk xác định. ĐK tạo thành Hydrat - Nhiệt độ áp suất khí. - Thành phần khí C 1 ,C 2 ,C 3 , i-C 4 , N 2 ,H 2 S, CO 2 có thể tạo thành Hydrat, nhưng n-C 4 không tạo Hydrat, nhiệt độ bắt đầu tạo Hydrat của C 1 giảm khi trong khí có chứa C 3+ . - Tăng nồng độ muối thì nhiệt độ tạo Hydrat giảm. Các Phương Pháp Ngăn Ngừa Sự Tạo Thành Hydrat • Phương pháp ức chế • Phương pháp làm lạnh • Phương pháp hấp thụ • Phương pháp hấp phụ Xác định điều kiện, áp suất tạo thành hydrat Phương pháp ức chế: - Làm khô khí bằng phương pháp ức chế: + Lấy hơi nước ra khỏi khí và hạ nhiệt độ điểm sương xuống thấp hơn nhiệt độ vận chuyển và chế biến. + Hàm lượng nước tối đa cho phép trong dòng khí sản phẩm thông thường là 100mg nước /1 Sm 3 khí. - Sử dụng chất ức chế như methanol, glycol • Chất ức chế được thêm vào dòng khí sẽ tan trong nước tự do, kết quả làm giảm áp suất hơi nước và hạ nhiệt độ tạo thành hydrat. • Metanol có áp suất hơi bão hòa cao, do vậy khó tách nó ra khỏi dòng khí, việc tái sinh nó rất phức tạp nên sự tiêu hao chất ức chế này tương đối lớn. • Glycol tuy giá cao hơn so với methanol nhưng lại được sử dụng rộng rãi hơn methanol, do áp suất hơi bão hòa rất thấp có khả năng thu hồi đơn giản. *So sánh chất ức chế: Methanol Glycol - Không ăn mòn - Không phản ứng với HC - Tan vô hạn trong nước - Tan trong HC - Không thu hồi được - Dễ bay hơi ở đk vận hành - Rẻ - Sử dụng khi yêu cầu nhiệt độ thấp hơn 25 o C - Ít tan trong HC - Thu hồi và tái sinh sử dụng được - Không bay hơi - Đắt - Sử dụng đến -25 0 C Phương Pháp Hấp Thụ • Yêu cầu của chất hấp thụ: - Có khả năng hấp thụ hơi nước trong khoảng rộng nồng độ, áp suất và nhiệt độ. - Có áp suất hơi bão hòa thấp - Có nhiệt độ sôi khác nhiệt độ sôi của nước - Độ nhớt thấp đảm bảo tiếp xúc tốt với hỗn hợp khí. - Có độ chọn lọc cao - Tính ăn mòn kém - Khả năng tạo bọt kém khi tiếp xúc với dòng khí. - Có độ bền nhiệt và bền oxy hóa cao. - Không độc hại cho người làm việc, không gây ô nhiễm môi trường. - Giá thành rẻ. • Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình sấy khí: -Nhiệt độ - Áp suất - Bản chất của chất hấp thụ - Nồng độ của chất hấp thụ So sánh các dung môi hấp thụ Tên Ưu điểm Nhược điểm DEG - Độ háo nước cao,độ bền cao khi có hợp chất lưu huỳnh,oxi và CO 2 ở nhiệt độ cao. - Dung dịch đậm đặc không đóng rắn. - Mất mát do bị lôi cuốn cao hơn so với TEG. - Khi hoàn nguyên khí nhận được với hàm lượng DEG cao hơn 95%. - Giảm nhiệt độ điểm sương ít hơn so với sử dung TEG. - Giá thành cao. TEG - Độ háo nước cao - Tạo khả năng hạ nhiệt độ điểm sương cao hơn, độ bền tốt khi có hỗn hợp lưu huỳnh. - Hòa tan HC trong TEG cao hơn O 2 và CO 2 ở ĐK thường - Hoàn nguyên dễ dàng đến nồng độ dung dịch 99%. - Dd đậm đặc không đóng băng. - Độ bay hơi thấy hơn DEG - Đầu tư cơ bản cao. - Dd DEG có khả năng tạo bọt cao khi có HC nặng, thơm. - Hòa tan HC cao hơn trong DEG. Hỗn hợp dung dịch (10- 30%)MEA (60- 80%)DEG (5- 10%) nước - Chất hấp thụ cả nước và CO 2 và H 2 S(kết hợp xử lí khí chua) - Khả năng tạo bọt tháp (tránh ngập lụt tháp) - Mất mát do bị cuốn ra cao hơn so với TEG. - Chỉ ứng dụng làm sạch khí chua và khí khô. - Chât hấp thụ ăn mòn kim loại ở nhiệt độ hòan nguyên. (do tạo ra acid H 2 SO 4 và H 2 CO 3 ). - Giảm nhiệt độ điểm sương ít Làm khan khí bằng phương pháp hấp phụ Khi cần sấy khí với độ hạ điểm sương tới 100 … 120 0 C và yêu cầu khí sau khi sấy có điểm sương -60 0 C tới … -90 0 C người ta sử dụng phương pháp hấp phụ. Trong công nghiệp chế biến khí người ta thường dùng silicagel, oxit nhuôm hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolit 4A và 5A. [...]... một nhà máy chế biến khí có tuabin giãn nở khí *Sơ đồ nhà máy loại này bao gồm các công đoạn chính: - Công đoạn nén khí ban đầu khi chế biến khí đồng hành - Sấy khí - Công đoạn tái sinh lạnh và nhiệt của các dòng khí ngược chiều - Công đoạn tách khí áp suất cao nhau - Công đoạn giãn nở khí bằng tuabin có tách khí áp suất thấp - Tách metan (etan) của dòng condensate - Nén khí khô đến... + 3NaOH+3H20 CHƯƠNG 5: CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PP NGƯNG TỤ *Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ là quá trình tách các hidrocacbon lỏng từ khí bằng cách ngưng tụ một hay nhiều bậc ở nhiệt độ thấp và áp suất cao *Các yếu tố chính ảnh hưởng lên quá trình tách khí ở nhiệt độ thấp: Thành phần khí nguyên liệu, nhiệt độ, áp suất, nguồn lạnh, số bậc tách … I... C≥3 có tuabin giãn nở khí, tiết lưu dòng chất lỏng Áp suất khí vào: 5,2 MPa Khí được làm lạnh: - Giai đoạn 1: - 54 0C - Giai đoạn 2: - 84 0C Chế độ làm việc của tháp tách etan: - Áp suất: 1,8 MPa - Nhiệt độ: + Đỉnh tháp: -84 đến -90 0C + Đáy tháp: 30 đến 60 0C 3 Sơ đồ NNT có tuabin giãn nở khí để chế biến khí tự nhiên III SƠ ĐỒ NNT CÓ CHU TRÌNH LÀM LẠNH TỔ HỢP 1 Sơ đồ NNT một bậc... chất lỏng - Tuabin giãn nở khí Thông số đầu vào: - Nhiệt độ: 36,7 0C - Áp suất: 5,9 Mpa *Khí được làm lạnh: - Giai đoạn 1: - 13,3 0C - Giai đoạn 2: - 62 0C - Giai đoạn 3: - 92,2 0C *Thông số làm việc của tháp tách etan: - Nhiệt độ đáy tháp: 16,7 0C - Nhiệt độ đỉnh tháp: -97 0C - Áp suất: 1,9 MPa CHƯƠNG 6: CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PP HẤP THỤ I Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ... công đoạn trong chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ: Công đoạn hấp thụ các cấu tử tương ứng đã định trước (C 2+ hoặc C3+) - Công đoạn tách metan hoặc tách etan khỏi chất hấp thụ đã bão - Công đoạn nhả hấp thụ, chất hấp thụ đã được tách etan hoặc tách hòa metan sẽ được tách tiếp hỗn hợp các hydrocacbon nặng và được tái sinh Chế độ làm việc của các tháp trong sơ đồ nguyên lý thiết bị hấp... lượng áp suất nhiệt độ lưu lượng CHƯƠNG 4: QUÁ TRÌNH XỬ LÝ KHÍ CHUA I Các tạp chất hóa học và ảnh hưởng của chúng 1 Các tạp chất hóa học trong khí: - Các hợp chất chứa lưu huỳnh + Hydrosulfua - H2S + Oxit lưu huỳnh cacbon – COS + Mercaptan – RSH + Lưu huỳnh cacbon – CS2 + Tiophen – C4H4S + Sulfua và disulfua – RSR, RSSR - Các khí trơ như: CO2, N2, He 2 Ảnh hưởng của tạp chất hóa... độc - Ăn mòn thiết bị - Đầu độc xúc tác - Làm giảm nhiệt đốt cháy của nhiên liệu - Làm giảm hiệu quả sử dụng các đường ống dẫn khí II Các phương pháp làm ngọt khí Phương pháp hấp thụ - Hấp thụ vật lý - Hấp thụ hóa học - Hấp thụ vật lý – hóa học Phương pháp hấp phụ: Vật lý và hóa học Phương pháp dùng chất xúc tác: oxi hóa, khử * Ngoài ra người ta còn sử dụng các phương pháp như: Vi sinh,... tuabin giãn nở khí Áp suất của dòng nguyên liệu: 4 MPa Khí được làm lạnh: - Giai đoạn 1: - 30 0C - Giai đoạn 2: - 51 0C Chế độ làm việc của tháp tách etan: - Áp suất: 1,8 MPa - Nhiệt độ: - Đỉnh tháp: -78 0C - Đáy tháp: 69 0C 4 Sơ đồ NNT ba bậc để nhân C≥2 có chu trình làm lạnh tổ hợp (Chu trình làm lạnh ngoài bằng proban, tiết lưu dòng chất lỏng và tuabin giãn nở khí) ... pháp hạn chế sự tạo bọt - Làm sạch khí khỏi tạp chất cơ học - Nhiệt độ dòng amin đi vào cao hơn 2-5 oC của khí đi ra khỏi tháp - Rửa định kỳ và làm sạch thiết bị - Lọc amin - Dùng chất chống tạo bọt 2 Phương pháp hấp thụ vật lý Dung môi được sử dụng trong quá trình này là: - Nước - Methanol (Rektizol) - Propilencacbonat (Flour) - dd glicol - Ete dimetil polietilenglicol - N-metilpirrolidon - Hỗn hợp dung... thiết bị thấp Ít tiêu hao tác nhân sấy khí, các chất hấp thụ dễ chế tạo Các dung dịc không ăn mòn,dùng kim loại rẻ tiền Các dung môi hòa tan HC thấp, khả năng tạo bọt thấp Thực hiện ở nhiệt độ và áp suất thấp Quy trình công nghệ đơn giản, dễ chế tạo, quá trình làm việc liên tục Chất hấp phụ dễ tìm: zeolit, silicagel, Al2O3 Pp đơn giản dễ chế tạo Phương pháp ức chế Phương pháp hấp thụ - - - Phương . Vải 5. Phân loại khí Phân loại theo nguồn gốc - Khí tự nhiên - Khí đồng hành - Khí condensate - Khí từ nhà máy lọc dầu Phân loại khí theo hàm lượng khí acide có trong khí: - Khí chua: lượng. Phân loại khí theo thành phần khí C2. - Khí khô C2 ≤ 10% - Khí ẩm C2>10% 6. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của dòng khí. - Khí thiên nhiên là khí không màu, không mùi - Khí thiên nhiên. hình của một nhà máy chế biến khí có tuabin giãn nở khí *Sơ đồ nhà máy loại này bao gồm các công đoạn chính: - Công đoạn nén khí ban đầu khi chế biến khí đồng hành - Sấy khí - Công đoạn