PHẦN 4. CHUẨN BỊ KHÍ ĐỂ CHẾ BIẾN

Mục đích của quá trình chuẩn bị khí để chế biến Khí thiên nhiên và khí đồng hành sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính còn chứa các tạp chất cơ học, hơi nước, giọt dầu, condensat, khí

PHẦN 4

CHUẨN BỊ KHÍ ĐỂ CHẾ BIẾN

(LÀM SẠCH KHÍ)

Mục đích của quá trình chuẩn bị khí

để chế biến

Khí thiên nhiên và khí đồng hành sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính còn chứa các tạp chất cơ học, hơi nước, giọt dầu, condensat, khí trơ, tạp chất hóa học Những thành phần này ảnh hưởng xấu đến các quá trình chế biến khí sau

Vì vậy để đảm bảo cho quá trình chế biến khí hoạt động tốt, khí khai thác cần phải qua công đoạn rất quan trọng: làm sạch khí.

Sơ đồ khối quá trình làm sạch khí

Khí khai thác

Modul loại bỏ các tạp chất cơ học

Modul tách nước (làm khô khí)

Xử lý tại giàn

Xử lý tại giàn

Xử lý tại nhà máy

Xử lý tại nhà máy

LÀM SẠCH KHÍ KHỎI

TẠP CHẤT CƠ HỌC

CHƯƠNG 1

1.1 Nguồn gốc và ảnh hưởng của các tạp chất cơ học trong khí

Kết quả là phá vỡ chế độ làm việc bình thường của các quá trình

Kết quả là phá vỡ chế độ làm việc bình thường của các quá trình

 Trong thực tế có rất nhiều phương pháp và thiết

bị loại bỏ các tạp chất cơ học ra khỏi khí Việc lựa chọn các phương pháp cần tính tới các đặc tính sau:

Tính tối ưu hóa của quá trình.

Yêu cầu về độ sạch

Loại tạp chất cơ học có trong hỗn hợp khí

=

γ

1.2 Phương pháp làm sạch khí khỏi tạp chất cơ học

Xyclon

Rửa

1.2.1 Phương pháp làm sạch khô

a) XYCLON

Nguyên lý hoạt động xyclon : các hạt bụi được sa lắng từ hỗn hợp khí dưới

tác dụng của lực ly tâm trong quá trình quay dòng khí trong thân xyclon Các hạt bụi văng ra theo thành xyclon và rơi xuố ng thùng chứa.

Khi quay các hạt bụi chịu tác dụng của lực ly tâm được tính theo công thức:

x

o R

g

r f

.

.

3

ω ρ π

=

Cấu tạo của xyclon Tốc độ lắng bụi được tính theo

phương trình Stockes:

g

d

.

Ống tiếp nhận

 Cấu tạo của thiết bị khá đơn giản:

I – dòng khí bụi; II – dòng khí sạch; III – bụi

b) THIẾT BỊ LẮNG BỤI

Thiết bị lắng bụi quán tính:

o Dùng để tách những hạt bụi có kích thước lớn hơn 25 – 30 μm.

o Nguyên lý hoạt động: Bụi được sa lắng dưới tác dụng của lực quán tính do có sự thay đổi đột ngột hướng đi của dòng khí.

o Cấu tạo của thiết bị khá đơn giản

Khí sạch bụi

Khí bụi

Cấu tạo của thiết bị lắng bụi quán tính

c) THIẾT BỊ LỌC ĐIỆN

 Là thiết bị lọc bụi hiệu quả đến 99%.

 Nguyên lý hoạt động dựa trên quá trình ion hóa khí, tức là phân ly các phân tử khí thành ion âm và dương chuyển về các điện cực trái dấu Khi khí có bụi, các ion âm làm cho bụi bị nhiễm điện và kéo chúng kết tủa tại cực dương

 Thiết bị lọc điện chỉ làm việc với dòng điện 1 chiều, hiệu điện thế cao 40 – 75 kV.

 Để tăng khả năng lắng bụi tốt , người ta tiến hành làm ẩm khí.

 Nhược điểm: giá thành cao, khó sử dụng

a) THIẾT BỊ RỬA KHÍ VẬN TỐC

) Nguyên lý hoạt động:

•) Dưới tác động của dòng khí chuyển động với vận tốc lớn, những hạt lỏng sẽ bị chia nhỏ, phân tán khắp trong hệ để tăng mật độ tiếp xúc giữa các phân tử khí và lỏng

•) Các hạt bụi sẽ được tách ra do sự tạo thành giọt lỏng có kích thước nhỏ, chế

độ chảy rối của dòng khí

) Phổ biến của dạng này là thiết bị lọc khí scrubber Ventur

 Cấu tạo và hoạt động thiết bị lọc khí scrubber Ventur

Ống thắt (Confuser, taper pipe)

Ống khuyếch tán (Diffeser) Ống khuyếch tán (Diffeser)

 Phụ thuộc vào vị trí dẫn nước vào thiết bị mà ta có các dạng như hình vẽ:

Nước

Nước Nước

Nước

b) THIẾT BỊ BỌT

 Có 2 loại: Thiết bị sủi bọt và thiết bị tạo bọt.

 Trong thiết bị sủi bọt dòng khí cần được làm sạch ở dạng bọt khí khi đi qua lớp chất

lỏng.

 Thiết bị bọt được sử dụng nhiều hơn trong công nghiệp.

 Cấu tạo và hoạt động của thiết bị tạo bọt

c) THIẾT BỊ LỌC ẨM

 Là một trong những phương pháp hiện đại nhất: Quá trình lọc bụi qua vật liệu xốp.

 Nguyên lý hoạt động: Dòng khí đi qua một vật liệu xốp có khối lượng riêng và bề

dày khác nhau Tạp chất rắn sẽ bị giữ lại.

hạt.

 Thiết bị lọc bằng vải

• Có hai dạng phụ thuộc vào hình dạng bề mặt lọc bụi: dạng tay áo và dạng khung.

• Người ta dùng vải tổng hợp để thực hiện quá trình

• Đặc điểm của vải lọc:

 Cấu tạo và hoạt động của thiết bị lọc vải dạng “tay áo”

1 – Vỏ thiết bị

2 – “Tay áo” bọc vải lọc

3 – Van tiết lưu

 Thiết bị lọc dạng hạt

 Có thể làm việc ở nhiệt độ cao, trong môi trường ăn mòn, thay đổi nhiệt độ và áp suất đột ngột.

 Nhược điểm: giá thành rất cao.

SINH VIÊN TỰ TỔNG KẾT VÀ SO SÁNH CÁC THIẾT BỊ

LÀM SẠCH KHÍ KHỎI TẠP CHẤT CƠ HỌC

LÀM KHÔ KHÍ

CHƯƠNG 2

Nguồn gốc và ảnh hưởng của hơi nước trong khí

 Nguồn gốc

trong quá trình sản xuất (tách, làm sạch cơ học bằng phương pháp ẩm).

 Thường trong điều kiện nào đó khí chứa nhiều HC nặng sẽ chứa nhiều hơi nước hơn so với HC nhẹ

 Sự có mặt CO2, H2S trong khí: làm tăng hàm lượng ẩm.

 N2 trong khí : làm giảm hàm lượng ẩm

 Ảnh hưởng

 Ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển (tạo hydrat, giảm công suất

2.1 Khái niệm chung

 Hàm lượng hơi nước của khí phụ thuộc vào P, T và thành phần hóa học của khí.

 Các loại độ ẩm:

• Độ ẩm bão hòa

• Độ ẩm tuyệt đối

• Độ ẩm tương đối

 Điểm sương của khí:

o Nhiệt độ (ở áp suất nhất định) tại đó hơi nước trong khí bắt đầu ngưng tụ.

o Khí được làm khô càng tốt thì điểm sương càng thấp (thường -20°C đến -40°C)

Sự tạo thành hydrat

Nước cĩ trong hỗn hợp khí luơn luơn tạo hydrat với các cấu tử cĩ trong thành

phần hỗn hợp khí

 Hydrat: là tinh thể tồn tại ở điều kiện xác định

isobutan, nitơ, hydrosulfur, CO2, argon)

 Hydrat giống nước đá hoặc tuyết xốp màu hơi vàng có công thức:

- đối với metan và etan:

CH4.5,75H2O và C2H6.5,75H2O;

- đối với propan và butan :

C3H8.6H2O và C4H10.7H2O

Hydrat bao gồm 2 dạng, dựa trên cấu trúc ơ mạng cơ sở là đa diện 12 mặt 5 cạnh, ký hiệu là

512

 Sự tạo thành hydrat

Các hydrocarbon phân tử lớn hơn isobutan không thể lọt vào khung ⇒ không tạo thành hydrat

n-Butan không tạo thành dạng hydrat, nhưng có thể đi qua mạng lưới của khung hydrat và làm thay đổi áp suất cân bằng trên hydrat

Mức lấp đầy khung hydrat của các phân tử khí và công thức hydrat do P và T của hệ xác định

Nếu khuấy trộn không được thực hiện với mức cần thiết ⇒ khuyếch tán khí qua màng hydrat rắn khó khăn và sự tăng trưởng của hydrat ngừng lại

Tăng nồng độ muối nhiệt độ bắt đầu tạo hydrat giảm

Nhiệt độ bắt đầu tạo hydrat của metan giảm khi trong khí có chứa propan và hydrocarbua

Trong công nghiệp các phương pháp làm khô khí sau:

 Hấp thụ hơi nước bằng chất lỏng háo nước

 Hấp phụ hơi ẩm bằng chất làm khô rắn hoạt hóa

 Ngưng tụ hơi ẩm nhờ nén hoặc làm lạnh khí

2.2 Các phương pháp làm khơ khí

2.2.1 Phương pháp ức chế tạo thành hydrat

Để hạn chế tạo hydrat:

Giảm áp suất khí

Tăng T, khuấy trộn

Ứng dụng phương pháp ức chế - đưa vào dòng khí chất ức chế làm giảm nhiệt độ tạo thành hydrat ( metanol, glycol và các chất khác)

Bản chất: đưa vào dòng khí chất ức chế hòa tan trong nước tự do ⇒ làm giảm áp suất riêng phần hơi nước và nhiệt độ hydrat hóa

Độ giảm nhiệt độ tạo hydrat do chất ức chế:

W

W M

K t

556 ,

0

∆ t - độ giảm nhiệt độ hydrat hóa ở áp suất xác định , oC;

W -hàm lượng chất ức chế, % ;

M- phân tử lượng của chất ức chế;

K- hằng số ( K= 2335 đối với metanol, K= 4000 đối với glycol)

2.2.1 Phương pháp ức chế tạo thành hydrat

(2.1)

C h i p h í c h a á t ư ù c c h e á ( k g t r o n g 1 0 0 0

m 3 k h í :

q = ( 2 2 )

2 1

2 2

(

C C

C W

W

−

−

W1 và W2 - hàm lượng hơi ẩm trong khí trước và sau khi đưa chất ức chế vào, kg/1000m 3 khí;

C1, C2 - nồng độ khối lượng của chất ức chế trước và sau khi sử dụng

Methanol- 93-95%k.l

Glycol- xác định bằng hai yếu tố chính: độ nhớt, tăng mạnh khi giảm áp suất và nhiệt độ đóng băng của dung dịch nước

CaCl2 < 30% k.l ( cao hơn không hiệu quả)

2.2.1 Phương pháp ức chế tạo thành hydrat

Tính chất các chất ức chế:

Metanol :

+ Áp suất hơi bão hòa cao ⇒ khó thu hồi

+ Ứùng dụng trong hệ dòng - ống khoan, ống nhánh và hệ thống ống dẫn khí chính

+ Sử dụng zeolit NaA để thu hồi metanol

Glycol ( etylen glycol , dietylen glycol ):

+ Giá thành cao hơn metanol

2.2.1 Phương pháp ức chế tạo thành hydrat

Sơ đồ công nghệ làm khô khí bằng chất ức chế metanol

1,2,3- Tháp phân riêng khí nguyên liệu; 4,5,6,7- tháp hấp phụ; 8,9,- lò nung khí hoàn nguyên: 10,11- lò nung khí nguyên liệu; 12,13 - tách bụi; 14- trao đổi nhiệt; 15- tháp tách

khí hoàn nguyên.

2.2.1 Phương pháp ức chế tạo thành hydrat

H o a ø n n g u y e â n M e t a n o l : t h a ù p c h ö n g c a á t+ 2 6 m a â m s u p a p

Sơ đồ công nghệ làm khô khí bằng chất ức chế Glycol

1 , 3 - T h a ù p t a ù c h ; 2 - t r a o đ o å i n h i e ä t ; 4 - t h a ù p h o a ø n n g u y e â n ; 5 - m a ù y b ơ m

I- Nguyên liệu; II- khí khô; III- hydrocarbon ngưng tụ; IV- glycol bão hòa;

- Điểm sương cân bằng có được khi khí tiếp xúc với glycol có nồng độ theo tính toán chỉ trên một mâm phía trên ⇒ điểm sương thực tế của cao hơn giá trị cân bằng 5-11oC

Làm khan khí bằng glycol có:

Tsương > (-25) ÷ (-30)oC;

- Để làm khan sâu hơn ⇒ glycol cần có nồng độ cao ⇒ tăng mất mát

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

Sơ đồ công nghệ quá trình làm khô khí bằng glycol.

Hình 10 Sơ đồ công nghệ quá trình làm khô khí bằng glycol.

1- Tháp hấp thụ; 2,4- Trao đổi nhiệt; 3- Tháp phong hóa; 5- Tháp giải hấp; 6- Nồi sôi lại; 7- Máy lạnh; 8- Bể chứa DEG; 9- Máy bơm

I - Khí nguyên liệu; II - Khí khô; III-khí phong hóa; IV- hơi nước +khí;

V- DEG mới; VI- DEG hoàn nguyên.

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

- Tháp hấp thụ 1: Khí ẩm được đưa vào phần dưới, glycol đậm đặc vào mâm trên

Đỉnh : hơi nước và lượng khí còn lại thoát ra

Từ đáy tháp - glycol hoàn nguyên đi ra ⇒ làm lạnh trong trao đổi nhiệt 4, 2 và máy lạnh 7 ⇒ bể chứa 8 ⇒ máy bơm 9 ⇒ tháp 1

Giới hạn trên của nhiệt độ quá trình: đại lượng mất mát glycol cho phép - khoảng 38oC;

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

Ảnh hưởng của lượng tưới và nồng độ glycol đến ∆ T sương:

Hình 2.2.2.3 Ảnh hưởng của lượng tưới và nồng độ dung dịch TEG lên lượng giảm nhiệt độ điểm sương t của khí làm

khô

Số trên các đường cong là nồng độ TEG trong dung dịch (%k.l.).

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

- Ảnh hưởng của chi phí riêng chất hấp thụ lên độ sâu làm khô giảm sau khi đạt tới giá trị nào đóù

- Ảnh hưởng của nồng độ glycol: lớn

- Hàm lượng glycol trong tháp hấp thụ do nhiệt độ hoàn nguyên xác định

Hoàn nguyên:

- Nhiệt độ phân huỷ : DEG : 164,4oC

TEG : 206,7oC

- Áp suất khí quyển: hàm lượng glycol < 97-98% k.l

Để nhận được glycol nồng độ > 99% k.l.:

+ Hoàn nguyên chân không : 99,5%

+ Khí thổi (khí loại xăng): 99,5-99,9%

+ Khí thổi : giảm áp suất riêng phần của hơi nước ⇒ chuyển nước từ pha lỏng sang pha hơi

+ Đưa khí trực tiếp vào phía dưới tháp giải hấp

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

Sơ đồ công nghệ quá trình làm khô hấp thụ với quá trình hoàn nguyên glycol trong chân không

Hình 12 Sơ đồ công nghệ làm khô - hấp thụ khí với bộ phận hoàn nguyên glycol trong chân không.

1-Tháp hấp thụ; 2-,8 ,11- máy bơm; 3- bể chứa TEG; 4- làm lạnh glycol; 5, 7- trao đổi nhiệt; 6- tháp phong hóa; 9- tháp giải hấp; 10- làm lạnh - condensat; 12- bể condensat; 13- nồi

sôi lại; 14- bơm chân không.

I- Khí ẩm; II- khí khô; III- glycol hoàn nguyên; IV- glycol bãûo hòa; V- hơi nước và khí; VI- hồi lưu; VII- khí phong hóa; VIII- khí thải vào không khí.

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

Tháp hấp thụ 1 :

- T = 30oC, TEG 99,0-99,5% k.l ⇒ điểm sương giảm từ -18oC xuống đến -25oC

- Khí ẩm vào phía dưới,

Glycol đậm đặc ⇒ máy bơm 2 ⇒ mâm trên cùng

- Từ đỉnh tháp: khí khô đi ra,

Từ phía đáy tháp Glycol bão hòa nước ⇒ gia nhiệt trong trao đổi nhiệt thu hồi 5 ⇒ tháp phong hóa 6, Glycol loại khí ⇒ trao đổi nhiệt

7 ⇒ giữa của tháp giải hấp 9

Tháp giải hấp 9:

+ P = 10-13 kPa

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

Sơ đồ làm khô hai giai đoạn của Công ty Pridchard:

Sơ đồ công nghệ làm khô - hấp thụ khí hai giai đoạn của Hãng Prichard.

1 - Tháp hấp thụ; 2- tháp phong hóa; 3- bể chứa pentan; 4- máy lạnh; 5- tháp giải hấp thứ nhất; 6- tháp giải hấp thứ hai.

I- khí nguyên liệu; II- khí khô; III-pentan sạch; IV - TEG tríùch ra từ khí khô; V- khí ẩm; VI- khí thổi với nhiệt độ 204oC; VII- TEG hoàn nguyên hoàn toàn (99,95%); VIII- TEG hoàn nguyên một phần (99%); IX- TEG bão hòa; X- khí phong hóa; XI- hỗn hợp pentan và TEG.

2.2.2 Phương pháp hấp thụ

Đặc điểm của sơ đồ:

+ 2 khoang hấp thụ: trên và dưới

+ Cấu tạo của chúng giống nhau,

+ Hàm lượng glycol: dưới : 99,0 và trên 99,95% k.l

+ Điểm sương của khí : đạt tới -84,4oC

+ Đặc điểm hoàn nguyên glycol: trong hai thiết bị

- Tháp giải hấp 5: [glycol] tăng lên đến 99% k.l.,

- Tháp giải hấp 6 - đến 99,95%k.l nhờ khí thổi

+ Hiệu quả kinh tế cao hơn về nhiên liệu và giảm chi phí khí thổi

+ Để hạn chế mất mát TEG: rửa khí bằng pentan.

2.2.2 Phương pháp hấp thụ