công nghệ chế biến khí chương 5 công nghệ chế biến khí

• Ngưng tụ nhiệt độ thấp: Nguyên tắc: nén và làm lạnh để tách sơ bộ hydrocarbon nặng nhất, sau đó dòng khí được phân tách trong tháp chưng cất nhằm thu hồi khí khô và xăng thiên nhiên..

Chương 5:

• Mục đích: phân tách khí thiên nhiên thành các cấu tử riêng lẻ hoặc phân đọan:

 Hấp phụ.

 Nén.

 Chưng cất nhiệt độ thấp.

• Hấp thụ:

 Nguyên tắc: dùng dung môi lỏng để hấp thụ và tách

 Chất hấp thụ: các phân đọan kerosene, gasoil,…

g/m 3

 Thu hồi hiệu quả các cấu tử nặng trong khí.

• Hấp phụ:

 Nguyên tắc: dùng chất hấp phụ rắn để tách chọn lọc các hydrocarbon nặng ra khỏi dòng khí.

• Ngưng tụ nhiệt độ thấp:

 Nguyên tắc: nén và làm lạnh để tách sơ bộ hydrocarbon nặng nhất, sau đó dòng khí được phân tách trong tháp chưng cất nhằm thu hồi khí khô và xăng thiên nhiên.

 Hiệu quả đối với quá trình cần tách các cấu tử khí nhẹ.

tháp chưng cất Khí khô thu được ở đỉnh tháp, hydrocarbon nặng thu ở đáy tháp

 Phần trên của tháp được giữ ở nhiệt độ âm, trong khi phần dưới tháp được gia nhiệt nhằm thu hồi hòan tòan hydrocarbon nặng.

5.1 Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ

5.1.1 Khái niệm chung

• Ngưng tụ khí là quá trình làm lạnh đẳng áp đến nhiệt độ xuất hiện pha lỏng

• Các hydrocarbon có nhiệt độ ngưng tụ cao sẽ hóa lỏng trước các hydrocarbon có nhiệt độ ngưng

tụ thấp hơn

• Các hydrocarbon nhẹ có nhiệt độ ngưng tụ thấp cũng có khả năng bị hòa tan vào phần hydrocarbon nặng trong quá trình ngưng tụ

nhiệt độ, hoặc giảm nhiệt độ và giữ nguyên áp suất.

 Nén đẳng nhiệt: mức ngưng tụ tăng nhưng độ chọn lọc ngưng tụ giảm do quá trình hòa tan các hydrocarbon nhẹ trong phần ngưng tụ lỏng.

 Làm lạnh đẳng áp: mức ngưng tụ tăng và sự phân tách các hydrocarbon nặng – nhẹ cũng tăng theo  độ chọn lọc ngưng tụ cao

• Ở nhiệt độ càng thấp và áp suất càng cao, tốc độ ngưng tụ càng giảm.

 Theo dạng chất làm lạnh:

 Làm lạnh nội: giãn nở hoặc tiết lưu Được ứng dụng cho dòng khí có độ béo thấp ([C3+] < 70-75 g/m 3 ) và mức thu hồi hydrocarbon không cao.

 Làm lạnh ngọai: C2, C3 hay hỗn hợp các hydrocarbon

 Làm lạnh hỗn hợp: Được ứng dụng cho dòng khí

có độ béo trung bình ([C3+] ~ 300 g/m 3 ); thu hồi 95% ethane từ khí.

90- Theo sản phẩm chính: C2+, C3+.

5.1.2 Sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp

• Các cụm thiết bị cơ bản trong sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp:

 Lọc khí để tách các giọt lỏng và bụi cơ học.

Ethane -127,48Propane -43,67N-butane 31,1Iso-butane 10,9

5.1.2.1 Ngưng tụ bằng làm lạnh ngọai

• Sơ đồ ngưng tụ một giai đọan với chu trình làm lạnh propane để nhận được C3+

được C3+

• Sơ đồ ngưng tụ một giai đọan với chu trình làm lạnh ngọai bằng propane và ethane để nhận được

C2+

 Hai nguồn lạnh propane và ethane riêng rẽ.

• Sơ đồ ngưng tụ hai giai đọan với chu trình làm lạnh ngọai bằng propane và ethane để nhận được

C2+

trình làm lạnh propane; giai đọan 2 được làm lạnh nhờ nhiệt lạnh của chu trình làm lạnh ethane.

• Sơ đồ nguyên tắc của quá trình ngưng tụ nhiệt

độ thấp với thiết bị giảm áp turbin để chế biến khí thiên nhiên

-750C Nếu [C3+] > 70-75 g/m3  để có mức thu hồi

C3+ cao cần phải làm lạnh thêm

• Mức giảm áp cho phép của thiết bị giãn nở turbin:

2 – 3,5 lần  giảm được 26 – 480C

• Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp hai giai đọan với làm lạnh nội bằng giãn nở turbin và tiết lưu các dòng lỏng để thu C3+

5.1.2.3 Ngưng tụ bằng làm lạnh hỗn hợp

• Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp một giai đọan với chu trình làm lạnh hỗn hợp để nhận C3+

• Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp hai giai đọan với chu trình làm lạnh hỗn hợp (propane ngọai + tiết lưu dòng lỏng) để nhận C3+

• Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp hai giai đọan với chu trình làm lạnh hỗn hợp (propane ngọai + tiết lưu dòng lỏng + giãn nở turbin) để nhận C3+

• Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp ba giai đọan với chu trình làm lạnh hỗn hợp (propane ngọai + tiết lưu dòng lỏng + giãn nở turbin) để nhận C2+

5.2 Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ

5.2.1 Khái niệm chung

• Hấp thụ là quá trình xảy ra khi có sự chênh lệch nồng độ dẫn đến sự khuếch tán vật chất từ pha này sang pha khác cho đến khi đạt cân bằng giữa dòng khí và dòng lỏng

• Động lực của quá trình khuếch tán là sự chênh lệch áp suất riêng phần của các nguyên tố trong pha khí và lỏng

5.2.2 Sơ đồ công nghệ nguyên tắc chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ

• Chất hấp thụ: phân đọan kerosene với phân tử lượng 120-240

• Nhiệt độ hấp thụ: 40-450C

• Áp suất hấp thụ: < 4MPa

• Quá trình hấp thụ tỏa nhiệt, hydrocarbon bị hấp thụ càng nhẹ, nhiệt sinh ra càng lớn

5.2.3 Sơ đồ công nghệ nguyên tắc chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấp

• Chất hấp thụ: phân đọan nhẹ với phân tử lượng 80-140.

• Bão hòa trước chất hấp thụ bằng hydocarbon nhẹ (ethane hoặc methane):

 Điều chỉnh chế độ nhiệt đơn giản, hiệu quả và có độ tin cậy cao.

 Giảm chi phí riêng chất hấp thụ.

 Sử dụng khí khô từ các tháp hấp thụ và/hoặc hấp thụ bay hơi là nguồn hydrocarbon nhẹ.

 Khả năng thu hồi C4+ là 100%.

• Đối với khí có độ béo trung bình, nhiệt độ dòng thấp (-370C), mức độ thu hồi propane:

 Phương án 1: 76%.

 Phương án 2: 83%.

 Phương án 3: 91%.

hydrocarbon.

 Phương pháp:

 Giảm áp suất hệ, kết hợp đưa hơi nước vào đáy tháp.

 Ưu: mức hòan nguyên cao.

 Nhược: cần làm khô, họat động khó khăn vào mùa đông.

Giảm áp suất hệ, kết hợp gia nhiệt đáy tháp.

• Chế biến khí thiên nhiên bằng phương pháp HTNĐT để thu hồi C3+

 Sử dụng 2 chất hấp thụ: chất hấp thụ nhẹ (M=100) và chất hấp thụ nặng (M=140) Mục đích?

 Bão hòa chất hấp thụ bằng khí khô theo phương án nào?

• Chế biến khí thiên nhiên bằng phương pháp HTNĐT để thu hồi C2+

 Chất hấp thụ: phân đọan xăng (M=100).

 Bão hòa chất hấp thụ bằng khí khô theo phương án nào?

• Chế biến khí đồng hành bằng phương pháp HTNĐT để thu hồi C3+

 Chất hấp thụ: phân đọan hydrocarbon 105-205 0 C (M=140).

 Một phần condensate được tách khỏi khí trước khi vào tháp hấp thụ.

 Bão hòa chất hấp thụ bằng khí khô theo phương án nào?

5.3 Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp (CCNĐT)

5.3.1 Khái niệm chung

• Nguyên tắc: hỗn hợp khí được làm lạnh và tăng

áp suất để chuyển sang trạng thái lỏng rồi đi vào tháp chưng cất để phân tách các cấu tử trong khí

• Phân tách hiệu quả các hydrocarbon nhẹ như methane, ethane, propane và iso-butane

• Có hiệu quả và thiết bị đơn giản hơn quá trình NTNĐT

• Thực hiện ở nhiệt độ cao hơn so với NTNĐT

5.3.2 Các sơ đồ chế biến khí bằng CCNĐT

• Phân lọai theo thiết bị chính (tháp chưng cất):

 Tháp chưng cất - bay hơi: dòng khí nguyên liệu được làm lạnh rồi đi vào giữa tháp.

 Tháp ngưng tụ - bay hơi: dòng khí được làm lạnh ngọai bằng hệ thống làm lạnh ở đỉnh tháp, đi vào bộ tách hồi lưu rồi vào đỉnh tháp.

giữa tháp.

 Phần nguyên liệu II được làm lạnh (40%) đi vào tháp tách hồi lưu rồi vào đỉnh tháp.

 Phần condensate có thể được trộn vào phần nguyên liệu II

để tăng hiệu quả phân tách trong tháp chưng cất.

 Dùng để chế biến nguyên liệu khí béo.

• Sơ đồ CCNĐT có thiết bị giãn nở turbine:

 Sử dụng propane từ phân đọan hydrocarbon thu hồi để làm lạnh khí.

5.4 Ứng dụng các quá trình chế biến khí khác nhau

• Khí có hàm lượng C3+ < 350 g/m3: HTNĐT

• Khí có hàm lượng C3+ > 350 g/m3: NTNĐT

• Khí có hàm lượng C3+ > 600 g/m3: CCNĐT, nạp liệu 2 cửa

• Khí có hàm lượng C3+ ~ 350 g/m3: HTNĐT / HTNĐT

• Khi cần thu hồi sản phẩm C2+: NTNĐT

• Sơ đồ công nghệ chế biến khí tại Nhà máy chế biến khí Dinh Cố

 Nguyên liệu: khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ.

 Hàm lượng khí chua rất thấp.

 Đã được tách nước sơ bộ tại giàn.

 Hàm lượng khí béo cao.

 3 chế độ họat động: AMF, MF, GPP.

Chương 6:

Nhà Máy Chế Biến Khí

• Mục đích: phân tách các hỗn hợp không đồng nhất:

 Làm sạch bằng phương pháp ướt: thiết bị phân tách quán tính lọai va đập: hiệu quả làm sạch cao hơn, chất lỏng sử dụng

là nước hoặc condensate thu từ quá trình.

 Thiết bị lọc: màng lọc dễ bị nghẹt, khí cần được làm sạch sơ

bộ trước khi qua màng lọc.

• Sử dụng 2 lọai máy nén: dạng piston và ly tâm.

 Máy nén ly tâm: khắc phục được các nhược điểm của máy nén piston, nhưng độ ổn định kém hơn.

• Mục đích: làm lạnh dòng khí, phục vụ cho các quá trình phân tách.

• Sử dụng 2 lọai máy lạnh: dạng piston và ly tâm

• Tác nhân lạnh: ammonia, propane, ethane, hỗn hợp hydrocarbon từ quá trình,…

• Yêu cầu an tòan, chống cháy nổ, không rò rỉ, bền

 thường sử dụng bơm kín có bơm và động cơ điện được thiết kế chung một khối

Nguyên tắc họat động của bơm ly tâm

Nguyên tắc họat động của bơm bánh răng

6.5 Tháp hấp thụ và chưng cất

• Mục đích: làm sạch và phân tách các cấu tử hydrocarbon

• Thường sử dụng tháp mâm (chóp, van, xuyên lỗ) hoặc tháp đệm

• Sử dụng phổ biến thiết bị truyền nhiệt kiểu vỏ - ống.

 Nhược điểm: cồng kềnh, bề mặt trao đổi nhiệt riêng tương đối nhỏ  thường sử dụng nhiều thiết

bị nối tiếp hoặc song song

• Làm lạnh bằng không khí vs làm lạnh bằng nước:

 Ưu: bền, không có nước thải, rẻ tiền, tiết kiệm nước, dễ bảo quản,…

 Nhược: kích thước lớn, ồn do họat động của quạt.