Bài giảng công nghệ chế biến khí chương 5 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 thụ:

 Nguyên tắc: dùng dung môi lỏng để hấp thụ và tách các hydrocarbon C3+ ra khỏi dòng khí

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

 Có hiệu quả đối với khí béo có hàm lượng C3+ >

100 g/m3

 Thu hồi hiệu quả các cấu tử nặng trong khí

Pipes and Absorption Towers

Source: Duke Energy Gas Transmission Canada

• Hấp phụ:

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

 Có hiệu quả đối với khí có hàm lượng C3+ < 50 g/m3

• Nén:

 Nguyên tắc: nén và làm lạnh khí để phân tách các hydrocarbon nặng ra khỏi dòng khí

 Rẻ, nhưng không tách triệt để được các hydrocarbon nặng

 Thường được kết hợp với các phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp hoặc ngưng tụ nhiệt độ thấp để tách lọai triệt để các hydrocarbon nặng

• 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

• Chưng cất nhiệt độ thấp:

 Nguyên tắc: nén và làm lạnh rồi đưa dòng khí vào 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

• Quá trình ngưng tụ hydrocarbon có thể được thực hiện bằng cách tăng áp suất và giữ nguyên 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

• Có thể kết hợp quá trình nén đẳng nhiệt và làm lạnh đẳng áp trong quá trình ngưng tụ.

• Ở nhiệt độ càng thấp và áp suất càng cao, tốc

độ ngưng tụ càng giảm

• Phân lọai sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp:

 Theo số giai đọan tách

 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/m3) 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/m3); thu hồi 90-95% ethane từ khí

 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

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+

• Sơ đồ ngưng tụ một giai đọan với chu trình làm lạnh ngọai bằng chất làm lạnh hỗn hợp để nhận 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

 Có tháp demethane và deethane để thu C2+

• Sơ đồ ngưng tụ hai giai đọan với chu trình làm lạnh ngọai bằng propane và ethane để nhận được C2+

 Giai đọan 1 được làm lạnh nhờ nhiệt lạnh của chu trình làm lạnh propane; giai đọan 2 được làm lạnh nhờ nhiệt lạnh của chu trình làm lạnh ethane

 Được ứng dụng để thu hồi sâu propane (>80%), hoặc để tách C2+

5.1.2.2 Ngưng tụ bằng làm lạnh nội

• Sơ đồ nguyên tắc của quá trình ngưng tụ nhiệt

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

• Thiết bị giảm áp turbin ứng dụng tốt trong hệ thống chế biến khí với vùng nhiệt độ thấp ~ -45 đến -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

• Hiệu quả hơn sơ đồ ngưng tụ 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 (-37 0 C), mức độ thu hồi propane:

 Phương án 1: 76%.

 Phương án 2: 83%.

 Phương án 3: 91%.

• Tháp hòan nguyên chất hấp thụ (tháp giải hấp):

 Mục đích: hòan nguyên chất hấp thụ bão hòa và thu hồi 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

5.2.4 Sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấp (HTNĐT)

• 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 105-2050C (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.

Nhiệt độ sôi một số hydrocarbon nhẹ

• Sơ đồ CCNĐT với 2 cửa nạp liệu:

 Phần nguyên liệu I không làm lạnh (60%) đi trực tiếp vào 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 / NTNĐT

• 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