Đề tài “ đề xuất công nghệ tách etan từ nguồn khí thương phẩm cho nhà máy GPP dinh cố “

Đề tài “ đề xuất công nghệ tách etan từ nguồn khí thương phẩm cho nhà máy GPP dinh cố “

Đề tài “ đề xuất công nghệ tách Etan từ nguồn khí thương phẩm cho nhà máy GPP Dinh Cố “

I Lý do chọn đề tài

Việt Nam là một trong những nước may mắn được sở hữu nguồn tài nguyên về năng lượng vô cùng quý giá đó là nguồn tài nguyên dầu khí việc khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên này đã góp phần giúp nền kinh tế việt nam ngày cáng phát triển Mặc dù nền công nghiệp khai thác và chế biến khí của việt nam còn khá non trẻ, song cũng đã đi vào hoạt động ổn định Sản phẩm của các nhà máy chế biến khí của việt nam hiện nay là khí khô thương phẩm, LPG và condensate Trong đó có hai loại sản phẩm LPG và Condensat đã được tận dụng triệt để mang lại hiệu quả kinh tế mang lại hiệu quả kinh tế cho quốc gia Sản phẩm khí khô thương phẩm mà thành phần chủ yếu là khí metan và Etan chỉ dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện với giá trị kinh

tế thấp trong khi đó, trên thế giới người ta đã tận thu Etan để sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa dầu dể sản xuất ra hàng loạt sản phẩm mang lại hiệu quả kinh tế cao Vì vậy định hướng cho ngành công nghiệp hóa dầu là một hướng đi đúng, phù hợp vói xu hướng thế giới và tiềm năng khí Việt Nam

Hiện nay khí khô được chế biến tại nhà máy GPP Dinh Cố được cung cấp chủ yếu cho các nhà máy điện và một phần cung cấp cho nhà máy đạm Phú Mỹ để sản xuất phân Urê Lượng khí khô cung cấp cho nhà máy đạm Phú Mỹ để sản xuất Urê chiếm 1/3 tổng lượng khí khô Cửu Long Trong thành phần của khí khô Cưu Long có chứa 1 lượng lớn Etan (khoảng 12-13% mol) Đây là nguồn nguyên liệu có giá trị để sản xuất Ethylene làm nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu mà tại Việt Nam vẫn đang nhập từ nước ngoài về Tuy nhiên công nghệ về xử lý khí tại nhà máy khí Dinh Cố không cho phép tách được lượng C2 nêu trên ra khỏi nguồn khí khô để tăng giá trị sử dụng cho nguồn khí

Vì vậy việc đưa ra 1 quy trình công nghệ để tách C2 dựa trên nguồn khí khô thương phẩm của nhà máy là điều cần thiết

Khí tự nhiên ở Việt Nam đang khai thác là khí ngọt (khí có hàm lượng lưu huỳnh tổng, H2S, CO2, Hg …) dưới các tiêu chuẩn cho phép là yếu tố quan trọng để chế biến trực tiếp từ khí thiên nhiên ra các sản phẩm khác mà không cần phải đầu tư các khu công nghiệp phụ trợ để xử lý khí (loại bỏ lưu huỳnh , N2, CO2,…) giảm đáng kể chi phí đầu tư xây dựng nhà máy

Etan là nguồn nguyên liệu vô cùng quan trọng cho ngành công nghiệp hóa dầu và trên thế giới hiện nay Công nghệ chế biến khí chú trọng việc tách Etan để tận thu triệt để nguồn tài nguyên vô giá này Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay Etan hầu như chỉ sử dụng làm nguyên liệu gây nên sự lãng phí rất lớn so với việc sử dụng Etan làm nguyên liệu Nên với tiềm năng khí ở Việt Nam thì ngành công nghiệp chế biến khí có công nghệ tách Etan là vô cùng quan trọng và cần thiết

Vì vậy em đã quyết định chọn đề tài “ Đề xuất công nghệ tách etan từ nguồn khí thương phẩm cho nhà máy GPP Dinh Cố” làm đồ án tốt nghiệp

Trong đó, Etan là một trong những nguồn nguyên liệu để sản xuất Etylen và các olefin khác cho hiệu suất cao

Ethylene được dánh giá là vua của ngành công nghiệp hóa dầu, vì từ đó người ta

có thể sản xuất ra hang loạt các sản phẩm các chất trung gian có giá trị kinh tế cao và thực tiễn trong cuộc sống như: propylenoxit, etylenoxit, vinylclorua, vinylaxetat, styrene, etylclorua…người ta đánh giá một nước phát triển về công nghiệp hóa dầu qua khả năng sản xuất Etylene Một trong những nguồn nguyên liệu để sản xuất Ethylene và các olefin khác là từ khí thiên nhiên được thể hiện trong các sơ đồ sau: Tính chất lý học Etan

DEA, TEA

NH2 E.O

Axit axetic Axetaldehyt O2, XT

Anhydricaxetic Sợi tổng hợp HCL Cloroetyl Phụ gia cho xăng (tetra etyl chì)

H2SO4

H2O Etanol Dung môi, phụ gia cho xăng Butadien Cao su tổng hợp

C6H6, XT - H2 Etybezen Styren

Polyme hóa P.E

Cl2 Dicloetan - HCL Vinyl clorua PVC

Oligome hóa Axit béo

Khí tự nhiên

Metan

Etan

Propan

Butan

Naphtha

Cycle oil Dầu thô

Metanol

Dehydro hóa

Cracking hơi nước

FCC

Etylen

Propyle

n

Butadien

Butylen MTO

Vì vậy em đã quyết định chọn đề tài “ Đề xuất công nghệ tách etan từ nguồn khí

thương phẩm cho nhà máy GPP Dinh Cố” làm đồ án tốt nghiệp

II Mục tiêu

- xây dựng sơ đồ công nghệ và xác lập các thông số nhằm thu hồi 85% Etan

- tối ưu hóa các thông số để tăng sản lượng Etan đồng thời vẫn phải đảm bảo các

yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng

III Giới thiệu Quá trình cơ bản của công nghệ chế biến khí

khí thương phẩm

nguyên

liệu

sản phẩm

khí nhiên liệu

Cụm thiết bị 1 : xử lí sơ bộ nguồn nguyên liệu bao gồm

- Loại bụi ( tách các hợp chất rắn )

- Loại từng phần hoặc toàn bộ hơi nước trong không khí

- Loại bỏ từng phần hoặc toàn bộ : H2S, CO2, RS2, COS, CS2, RHS

- Loại khí N2

Cụm thiết bị 2 : cụm tách lỏng ra khỏi khí ( chủ yếu là C3 hoặc C2 ra khỏi khí

Cụm thiết bị 3 : cụm ổn định ( loại C2- ra )

Cụm thiết bị 4 : xử lý sản phẩm

Các phương pháp tách phân đoạn khí

Sau khi loại tạp chất cơ học và tách ẩm thì được đưa đi chế biến theo phương pháp

sau:

- Chế biến bằng phương pháp hấp phụ

- Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất

- Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ

1 Phuong pháp hấp thụ nhiệt độ thấp

Mục đích của quá trình hấp thụ là dùng dung môi để hấp thụ các cấu tử nặng mong muôn, phần ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ là phân đoạn nhẹ, phần ra khỏi đáy tháp hấp thụ

là dung môi bão hòa được đưa sang tháp giải hấp để tái sinh dung môi và tách các cấu

tử hydrocacbon ra khỏi dung môi để tiếp tục đi chế biến

Bản chất của quá trình là sự cân bằng giữa dòng khí và dòng lỏng do sự khuếch tán chất từ pha này sang pha khác Khi đạt cân bằng bền động lực sự khuếch tán được xác định bằng hiệu số áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí và pha lỏng Nếu áp suất riêng phần của cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình hấp thụ ( hấp thụ khí bởi chất lỏng ) ngược lại nếu áp suất riêng phần của cấu tử

bị tách ra ở trong pha khi nhỏ hơn trong pha lỏng thì xảy ra qua trình nhả hấp thụ ( khí thoát ra khỏi chất long)

Trong tính toán thực tế, động lực của quá trình hấp thụ được biểu thị chính xác hơn thông qua áp suất riêng phần mà còn thông qua nồng độ của các cấu tử tương ứng nguyên lý của quá trình hấ thụ là để tách khí propan và các hydrocacbon nặng hơn khỏi khí đồng hành và khí tự nhiên

Trong các nhà máy chế biến khí quá trình hấp thụ và giải hấp được tiến hành trong các thiết bị và chưng cất loại mâm hoặc đệm Thông thường 2 thiết bị được kết hợp với nhau tạo thành chu trình kín: dung môi sau khi hấp thụ khí (tại tháp hấp thụ) sẽ đi qua tháp chưng cất Tại đây xảy ra quá trình giải hấp phần khí thu được ở đỉnh tháp được đem đi chế biến hay sử dụng, phần dung môi tái sinh thu hồi ở đáy tháp được đưa ngược lại tháp hấp thụ để hấp thụ khí (trong các nhà máy chế biến khí dung môi hấp thụ thông thường được sủ dụng là các phân đoạn xăng, kerosene hoặc hỗn hợp của chúng)

Sơ đồ nguyên lý thiết bị hấp thụ

Sơ đồ nguyên lý thiết bị hấp thụ

1:Tháp hấp thụ 6,7: Thiết bị làm mát bằng không khí

2: Tháp hấp thụ bốc hơi 8: Thiết bị làm lạnh bằng hơi nước

3: Tháp nhả hấp thụ 9: Hồi lưu

4,5: Thiết bị trao đổi nhiệt 10: Thiết bị đun sôi đáy tháp

I: Khí nguyên liệu II: Khí khô

III: Chất hấp thụ bão hòa IV: Chất hấp thụ bão hòa đã tách Etan

V: Khí khô VI: Các hydrocacbon nặng

VII: Chất hấp thụ tái sinh

2 chế biến bằng phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp

Quá trình phân tách khí được thực hiện khi dẫn hỗn hợp khí cần phân tách lần lượt qua bình tách và tháp chưng cất làm việc ở nhiệt độ và áp suất thích hợp để thu được phân đoạn: phân đoạn ra khỏi đỉnh tháp là hidrocacbon nhẹ, phân đoạn ra khỏi đáy tháp là hidrocacbon nặng

Sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp thực hiện quá trình tách các cấu tử định trước hiệu qua hơn sơ đồ hấp thụ nhiệt độ thấp và thiết bị chế tạo cũng đơn giản hơn

Khác nhau về mặt nguyên lý giữa sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp và sơ đồ hấp thụ nhiệt

độ thấp là ở chỗ nguyên liệu đi vào sau thiết bị làm lạnh (toàn bộ hay một phần dòng

khí nguyên liệu) không có sự tách sơ bộ mà đưa thẳng vào tháp chưng, tại đó xảy ra sự tách riêng biệt khí nguyên liệu thành khí khô (thoát ra từ đỉnh tháp) và phân đoạn các hydrocacbon nặng (lấy ra từ đáy tháp)

Phụ thuộc vào sơ đồ nguyên lý của quá trình chưng cất nhiệt độ thấp , thiết bị cơ bản của sơ đồ là các tháp chưng được chia làm 2 loai

- Tháp chưng-bốc hơi

- Tháp ngưng tụ-bốc hơi

Tháp chưng-bốc hơi làm việc như tháp chưng liên tục, dòng khí nguyên liệu đã được làm lạnh sơ bộ tại thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi nhờ dòng khí đã tách benzin được đưa vào phần giữu của tháp Trên đỉnh tháp được làm lạnh bằng chu trình làm lạnh ngoài, hỗn hợp khí ngưng tụ hồi lưu trở về đĩa trên cùng của tháp chưng, khí sản phẩm đã tách benzin được dẫn theo đường II sau khi đã truyền lạnh cho khí nguyên liệu tại thiết

bị trao đổi nhiệt thu hồi

Tháp ngưng-bốc hơi khác với tháp chưng bốc hơi ở chỗ hỗn hợp khí nguyên liệu được trộn với sản phẩm đỉnh tháp, sau khi làm lạnh nhờ chi trình làm lạnh ngoài bằng propan được đưa vào đĩa trên cùng của tháp chưng Sản phẩm đỉnh tháp được trộn với khí nguyên liệu, qua chu trình làm lạnh ngoài có nhiệt độ âm cần thiết, hỗn hợp đưa qua thiết bị tách 2, phần khí sản phẩm đưa ra theo đường VI, còn phần còn lại được đưa vào đĩa trên cùng của tháp ngưng tụ-bốc hơi

Tháp chưng-bốc hơi và tháp ngưng tụ-bốc hơi

Tháp chưng-bốc hơi Tháp ngưng tụ-bốc hơi

1: Thiết bị trao đổi nhiệt 1: Chu trình làm lạnh ngoái

2: Tháp chưng bốc hơi 2: Tháp tách

3: Chu trình làm lạnh ngoài 3: Tháp ngưng tụ bốc hơi

4: Thiết bị tách I: Khí nguyên liệu

I: Khí nguyên liệu II: Khí đã tách benzin

II: Khí đã tách benzin III: Ống truyền nhiệt

III: Ông truyền nhiệt IV: Hydrocacbon nặng

IV: Hydrocacbon nặng V: Hồi lưu

3 Phương pháp ngưng tụ khí ở nhiệt độ thấp

Khí đồng hành được tách từ các mỏ khí khai thác dầu được nén bằng máy nèn khí, sau

đó được làm lạnh và đưa vào thiết bị sấy khí Khí sau khi được sấy đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt làm nguội và đưa vào thiết bị ngưng tụ nhiệt độ thấp Tại đó khí nén được làm lạnh tới nhiệt đô âm cần thiết, sau đó đưa sang bộ phận tách khí , ở đó một phần hydrocacbon đã ngưng tụ được tách ra

Phần ngưng tụ (gọi là condensate) cảu bậc nén và làm lạnh khí đồng hành, được bơm

từ thùng chứa và qua bộ phận trao đổi nhiệt sang tháp tách Etan, tại đó phân đoạn chứa Metan và Etan được tách ra Sau đó benzin (phần ngưng tụ đã được tách Metan và Etan) qua thiết bị trao đổi nhiệt vào bính chứa, từ đó được đưa đi chế biến tiếp

Phương pháp ngưng tụ ở nhiệt độ thấp -250C,-350C, áp suất cao 3,0 – 4,0Mpa được coi

là phương pháp có hiệu quả kinh tế hơn cả chế biến khí tự nhiên và đồng hành

Sơ đố chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp có thể được phân loại theo số bậc tách 1 bậc, 2 bậc, 3 bậc tại mỗi bậc phải tháo lỏng ra

Theo kiểu nguồn lạnh có thể có : chu trình làm lạnh ngoài, chu trình làm lạnh trong, chu trình làm lạnh tổ hợp ( trong đó nguồn lạnh bao gồm làm lạnh trong và làm lạnh ngoài)

 Chu trình làm lạnh ngoài: chu trình làm lạnh ngoài không phụ thuộc vào sơ đồ công nghệ làm lạnh đặc biệt, tùy thuộc vào tác nhân làm lạnh mà có thể được chia làm

2 nhóm: nhóm 1 tác nhân làm lạnh và nhóm nhiều tác nhân làm lạnh Chu trình làm lạnh ngoài có ứng dụng hai hay nhiều tác nhân làm lạnh được gọi là chu trình làm lạnh bậc thang

Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh dùng tác nhân hỗn hợp

1,4: Máy nén 8,10: Bộ phận tách lọc

3,6,9: Thiết bị trao đổi nhiệt 11: Tháp tách Etan

2,5: Trao đổi nhiệt không khí 12: Hồi lưu

7: Thiết bị bay hơi tác nhân làm lạnh tổ hợp 13,14: Van tiết lưu

I: Khí nguyên liệu

II: Khí khô

III: Hydrocacbon nặng

 Chu trình làm lạnh trong: có tác nhân làm lạnh chính là dòng khí đưa vào chế biến Chu trình này được chia làm 2 nhóm

Nhóm 1: có sư kết hợp với tiết lưu dòng chất lỏng, một chất longgr được nhận

do sự tiết lưu condensat của bậc 1 và bậc 2 hoặc tiết lưu phần lỏng còn lại của tháp tách Metan hoặc Etan

Nhóm 2: có sự kết hợp với giãn nở khí Một phần lạnh và nhiệt độ thấp nhận được do quá trình giãn nở khí bằng tua bin

Về mặt nguyên tắc có thể sự dụng sơ đồ trong đó toàn bộ lượng lạnh cần thiết cho quá trình nhận được do tiết lưu dòng lỏng condensate Tuy nhiên sơ đồ có bộ

- Công đoạn tách khí ở áp suất cao

- Công đoạn giãn nở khi bằng tua bin có tách khí áp suất thấp

- Tách Metan của các chất lỏng ngưng tụ nếu yêu cầu định trước là nhận Etan và các hydrocacbon nặng C2 , tách Etan của condensate nếu yêu nhận propan và các hydrocacbon nặng C3+

- Nén khí khô tới áp suất cần thiết để đưa vào đường ống dẫn

 Chu trình làm lạnh tổ hợp: sơ đồ này có nhiều loại sơ đồ tùy theo yêu cầu sản phẩm ta có thể thấy loại sơ đồ sau:

- Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc để nhận C3 có chu trình làm lạnh tổ hợp trong đó làm lạnh ngoài bằng propan và tiết lưu dòng chất lỏng

- Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp hai bậc để nhận C3 có chu trình làm lạnh tổ hợp trong đó làm lạnh ngoài bằng propan và tiết lưu dòng chất lỏng

- Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp hai bậc để nhận C3+ có chu trình làm lạnh tổ hợp trong đó làm lạnh ngoài bằng propan và tiết lưu dòng chất lỏng và tuabin giãn

nở khí

- Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp ba bậc để nhận C2 có chu trình làm lạnh tổ hợp trong đó làm lạnh ngoài bằng propan và tiết lưu dòng chất lỏng và tuabin giãn

nở khí Trong sơ đồ này công đoạn giãn nở khí được sử dụng kết hợp với chu trình làm lạnh bằng Etan hoặc Etylen

IV Lựa chọn sơ đồ công nghệ tách C 2

IVa Chế biến bằng phương pháp hấp thụ

Mức độ thu hồi C3 của quá trình chế biến khí bằng hấp thụ chỉ đật 40-45% nên quá trình này không phù hợp cho quá trình chế biến khí để thu hồi Etan Người ta cho rằng công nghệ hấp thụ nhiệt độ thấp chỉ có hiệu quả đối với khí có hàm lượng C3 lớn hơn 350g/m3

IVb Chế biến bằng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp

Sự khác nhau giữa sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp và ngưng tụ nhiệt độ thấp là ở chỗ nguyên liệu đi vào thiết bị sau khi làm lạnh (toàn bộ hay một phần khí nguyên liệu) không có sự tách sơ bộ mà đưa thẳng vào tháp chưng Tại đó xảy ra sự phân tách

riêng biệt khí nguyên liệu thành khí khô (thoát ra từ đỉnh tháp) và phân đoạn các hydrocacbon nặng (lấy ra từ đáy tháp) phân ra 2 nhóm

- Chưng cất – bay hơi

- Ngưng tụ - bay hơi

Sơ đố chưng cất nhiệt độ thấp được ứng dụng phân tách khí béo , hàm lượng C3+ lớn hơn 600g/m3

IVc Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ

Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh bằng propan để tách C3+ nên dùng quy trình một bậc Sơ đồ nhiều bậc dùng để tách triệt để các phân đoạn C2, C3 trở lên Trong các sơ đồ này thương sử dụng chu trình làm lạnh trong nhiều bậc hay tổ hợp Vì vậy phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp sử dụng chu trình làm lạnh có tubin giãn nở khí là hiệu quả nhất Sử dụng quy trình dạng tiết lưu tuabin để tạo nguồn lạnh chỉ được dùng với khí béo và khí có độ ẩm thích hợp Do đó công nghệ này chỉ sử dụng để chế biến khí thiên nhiên trong trường hợp nguồn khí thiên nhiên có áp lực vỉa cao hay vùng có khí ngưng tụ

- Tuabin lạnh chỉ nên sử dụng trong quy trình chế biến khí có nhiệt độ khoảng (-450 C,750C) nên trong quá trình tách Etan điều kiện khắc nhiệt hơn ta chỉ sử dụng tuabin lạnh thì sẽ không đủ nhiệt lạnh mà bổ xung nhiệt lạnh Do vậy các sơ đồ chế biến khí thu hồi Etan thường sử dụng chu trình làm lạnh tổ hợp

- Nếu chỉ sử dụng quá trình làm lạnh ngoài thì dù sử dụng chu trình làm lạnh nhiều bậc để tách C2 thì vẫn phải có thiết bị bay hơi propan và Etan Việc sử dụng Etan làm tác nhân làm lạnh không những đòi hỏi nhu cầu năng lượng cao mà việc nén Etan về dạng lỏng rất khó khăn

- Nếu chỉ sử dụng Tuabin giãn nở khí Tubor – Expander thì để đạt hiệu quả thu hồi như mong muốn phải tạo ra được sự chênh áp lớn để có hiệu quả làm lạnh cần thiết thì sơ đồ cũng tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều dòng hồi lưu đi vào tháp tách Etan

Để chế biến khí ở những điều kiện khăc nhiệt như thu hồi Etan thì phương pháp

ngưng tụ nhiệt độ thấp sử dụng chu trình làm lạnh tổ hợp 3 bậc với tác nhân làm lạnh ngoài bằng Propan, tuabin giãn nở khí (Tubor – Expander) và tiết lưu dòng lỏng để tách lượng Etan từ khí thiên nhiên được tối đa và đủ chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

của nhà máy chế biến khí