Thiết kế phân xưởng sản xuất LPG từ khí đồng hành

Thiết kế phân xưởng sản xuất LPG từ khí đồng hành

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Việt Nam có một tiềm năng về khí khá phong phú Nhà máy chế biến khí ở Dinh

Cố (Bà Rịa Vũng Tàu) hàng năm cung cấp 300.000 tấn khí hoá lỏng (LPG) chứa propan

và butan Do đặc điểm khí của Việt Nam chứa rất ít H2S (0,02g/m3) nên đây là loại khí rấtsạch, rất thuận tiện cho chế biến và sử dụng, điều này cho phép thu được sản phẩm LPGđạt chất lượng cao Nếu từ LPG có thể chuyển sang các nguyên liệu cho tổng hợp Hữu cơ

- Hoá dầu thì giá trị kinh tế sẽ cao hơn nhiều sơ với việc sử dụng làm nhiên liệu Mặc dùhiện nay ở Việt Nam, LPG chủ yếu chỉ được sử dụng làm nhiên liệu đốt dân dụng nhưngtrong tương lai các công nghệ chuyển hoá LPG thành các nguyên liệu cho tổng hợp Hữu

cơ - Hoá dầu sẽ phát triển rất mạnh mẽ

Trong những năm gần đây, khí hơi đốt dầu mỏ hoá lỏng (Liquefied petroleumGases - LPG) là một nguồn cung cấp hơi đốt rất quan trọng đối với nước ta, cả trong dândụng và công nghiệp Nó đóng một phần không nhỏ vào sự phát triển của nền kinh tếquốc dân Từ thực tiễn quí báu này, dần dần từ chỗ chúng ta nhập khẩu khí dầu mỏ hoálỏng chủ yếu, sang chủ động sản xuất được nhờ có nhà máy xử lý khí Dinh Cố, chế biến

và xử lý một lượng lớn khí đồng hành từ các mỏ dầu của nước ta như: Bạch hổ, ĐạiHùng, Rồng, Gần đây, chúng ta còn phát hiện và có những hướng phát triển mới đối vớinhững mỏ khí lớn như: Lan Tây, Lan Đỏ, với qui mô lớn hơn, không chỉ dừng lại ở việccung cấp LPG cho mục đích hơi đốt thông thường

Ngày nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng khí đốt ngày càngtăng Chính vì thế mà nền công nghiệp khai thác và chế biến khí ngày càng phát triển để

có thể đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ Ở Việt Nam trữ lượng khí phát hiện được rất nhiềuhứa hẹn cho một tiềm năng to lớn của đất nước Trong khi lượng dầu thô ngày càng giảm,cạn kiệt thì nguồn nguyên liệu khí mới coi như bắt đầu Do đó trong những năm tới nhucầu tiêu thụ khí sẽ tăng lên, đặc biệt là LPG và LPG có rất nhiều ưu điểm như: dễ vậnchuyển, sạch, không độc hại, không ô nhiễm nhiệt năng cũng như năng lượng cung cấpcho các quá trình lớn

Trong tương lai không xa, LPG sẽ thay thế xăng cho các động cơ Vì sử dụngnhiên liệu này có rất nhiều ưu điểm trong đó đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trường vàrất an toàn và lại rất rẻ Hiện nay LPG chủ yếu được sư dụng trong lĩnh vực đun nấu, sinhhoạt, các lò công nghiệp Ngoài ra trong vài năm tới LPG sẽ được sử dụng trong hầu hếtcác lĩnh vực của toàn xã hội Chính vì thế những thập kỷ tới sẽ là thập kỷ của ngành côngnghiệp hoá dầu - khí hoá lỏng LPG.

Do đó, việc nghiên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất LPG là rất cần thiết nhằm đápứng nhu cầu sử dụng trong nước, giảm thiểu chi phí nhập khẩu từ nước ngoài

PHẦN 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU KHÍ DẦU MỎ VÀ SẢN PHẨM

KHÍ HOÁ LỎNG (LPG)

1 KHÁI NIỆM VỀ KHÍ DẦU MỎ

Khí nắp và khí đồng hành ở điều kiện nhiệt độ và áp suất trong vỉa dầu, cáchydrocacbon có khối lượng phân tử lớn thì ở trạng thái lỏng, các hydrocacbon khối lượngphân tử thấp thì ở trạng thái khí

Trong điều kiện cân bằng khí - lỏng, phần khí hoà tan trong lỏng, phần khác nằm ởkhông gian phía trên lớp lỏng

Khí nằm trong không gian phía trên của tầng dầu thô như cái nắp bằng khí thì gọi

Những cấu tử cơ bản của khí dầu mỏ (KDM) là: Metan, etan, propan, butan (nonal

và iso) Khí dầu mỏ khai thác được từ các mỏ dầu, đồng thời với quá trình khai thác dầumỏ

Khí dầu mỏ chứa một lượng lớn propan, butan và các khí hydrocacbon nặng hơnvới hàm lượng đáng kể thành phần những cấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong mộtphạm vi khá rộng tuỳ theo mỏ dầu khai thác Ngoài ra còn có H2O, H2S và các hợp chấtchứa S, CO2, N2 và Heli [1]

Từ các số liệu nêu trên thấy rằng các cấu tử cơ bản của KDM là các hydrocacbon

no, các parapin, dãy đồng đẳng của metan Do đó trong khí dầu mỏ thành phần thay đổitrong khoảng khá rộng, các cấu tử từ C2 trở lên đã chiếm phần lớn đáng kể trong thànhphần khí Điều đó rất quan trọng trong việc chọn công nghệ chế biến thích hợp, sử dụnghợp lý nguồn nguyên liệu và sản phẩm nhận được

1.2 Tiềm năng, trữ lượng và việc chế biến, sử dụng khí dầu mỏ trên thế giới và ở Việt Nam

Khí dầu mỏ (KDM) là nguồn chính cung cấp các nguyên liệu quan trọng nhất chocông nghệ hoá học và dầu khí Thực tế nhiều nước trên thế giới đã cho thấy rằng với trữlượng dầu lớn, có thể tổ chức sản xuất ở qui mô lớn có lợi nhuận cao các sản phẩm etan,khí hoá lỏng (LPG), các hydrocacbon khác, và nhiên liệu cho động cơ Do hiệu quả caocủa nhiên liệu khí và sự quan tâm ngày càng tăng đến các sản phẩm của nó trên thị trườngthế giới, nhiều nước khai thác dầu khí đã xây dựng, mở rộng, và trang bị các nhà máy chếbiến khí

Trong những năm gần đây ở các nước Trung Đông (Iran, Arập - Xêút, Baran, ) dựđịnh hoàn thành và khai thác chế biến và vận chuyển khí đồng hành với tổng giá thànhkhoảng 33 tỷ đô la [15]

Trong những năm gần đây, nhiều nước trên thế giới có xu hướng tăng công suấtcác nhà máy chế biến khí

Tại hội nghị khí thế giới lần thứ 20 ở copenhagen (Đan Mạch) tháng 6 năm 1997,người ta đã đưa ra dự báo về nhu cầu khí trên thế giới đến năm 2030, chủ yếu dựa vào dựbáo về nhu cầu khí cho sản xuất điện như sau [16]

Bảng 4: Dự báo về nhu cầu khí trên thế giới

Với tiềm năng về khí khá phong phú, nước ta có điều kiện phát triển công nghiệpdầu khí trên toàn lãnh thổ Việc khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiênquí giá này trong tương lai ngành công nghiệp này sẽ là một ngành công nghiệp phát triểnmạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đất nước.

2 GIỚI THIỆU VỀ LPG

2.1 LPG và sử dụng LPG

Hoá lỏng khí dầu mỏ là quá trình tách đơn giản, vốn đầu tư ít hơn so với các quátrình tách triệt để Thông thường người ta chỉ tách riêng metan thuần độ cao làm nguyênliệu sản xuất metanol, còn metan lẫn etan làm khí đốt công nghiệp, gia dụng phát điệnhoặc xuất khẩu theo đường ống dẫn khí, hoặc tách metan + etan cho sản xuất amoniac,urê, còn lại phần hoá lỏng LPG (Liquefied petroleum Gases) [5]

Thành phần hoá học chủ yếu của LPG là hydro hoá dạng parafin, có công thứcchung là: CnH2n+2 như:

Propan (C3H8)Propylen (C3H6)Butan (C4H10)Butylen (C4H8)Tuy nhiên vẫn có khả năng xuất hiện dấu vết của Etan (C2H6), Etylen (C2H4) hoặcpentan (C5H12), Butadien - 1,3 (C4H6) có thể xuất hiện nhưng không đạt tới tỷ lệ đo được

LPG được sản xuất từ nguồn nguyên liệu chính là khí đồng hành (KĐH) và từ cácquá trình chế biến dầu mỏ như: Alkyl hoá, cracking xúc tác, polyme hoá, isome hoá Nhưng hiện nay tổng sản lượng LPG thu được từ quá trình chế biến KĐH chiếm 62%khối lượng.

Ngày nay, LPG được sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp hoá dầu, nhiên liệu đặcbiệt, do nhu cầu ngày càng cao về việc bảo vệ môi trường nên LPG được đặc biệt quantâm [21]

2.2 Một số đặc tính hoá lý thương mại

2.2.1 Trạng thái tồn tại

Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường, LPG tồn tại ở trạng thái hơi Do LPG có tỷ

số giãn nở lớn: một đơn vị thể tích gas lỏng tạo ra 270 đơn vị thể tích gas hơi, vì vậy đểthuận tiện và kinh tế trong tồn chứa, vận chuyển, LPG được hoá lỏng bằng cách nén vàocác bình chứa chịu áp lực ở nhiệt độ thường hoặc làm sạch hoá lỏng để tồn chứa ở áp suấtthường

Khi chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, LPG thu nhiệt Năng lượng cần thiết lấy từbản thân LPG và từ môi trường xung quanh, vì vậy nhiệt độ LPG và bình chứa giảmxuống Đặc biệt khi quá trình hoá hơi xảy ra dữ dội gây giảm áp đến áp suất khí quyển,LPG làm lạnh không khí, bình chứa gây nên hiện tượng tạo tuyết hoặc sương (khi nàynhiệt độ đạt đến nhiệt độ điểm sương) Ngược lại khi hơi LPG ngưng tụ chuyển sang phalỏng thì LPG toả nhiệt dẫn đến làm tăng nhiệt độ LPG và thiết bị công nghệ tồn chứa đẫnđến tăng áp suất của LPG

2.2.2 Nhiệt độ sôi

Ở áp suất khí quyển: propan sôi ở -420C và Butan sôi ở -0,50C Chính vì vậy, ởnhiệt độ và áp suất thường LPG bay hơi dữ dội và nếu LPG tiếp xúc với da có thể gây rabỏng lạnh nặng khi nhiệt độ giảm sút lớn

Bảng 5: Đặc tính của propan và butan thương phẩm [4]

9 Năng suất toả nhiệt thực tế (nét)Năng suất toả nhiệt thực tế 9 (nét) Kcal/kgKcal/Nm3 11000

21000 1090028400

10 Năng suất toả nhiệt chung (gross)Năng suất toả nhiệt chung (gross) Kcal/kgKcal/Nm3 11900

23400

1180030700

11 Không khí cần để đốt cháyKhông khí cần để đốt cháy Kg/kg LPGM3/m3 LPG 15,623,5 15,330,0

2.2.3 Tỷ trọng

Tỷ trọng thể lỏng: ở điều kiện 150C, 760mmHg, tỷ trọng của propan bằng 0,51 vàcủa butan bằng 0,575 Như vậy ở thể lỏng tỷ trọng của LPG xấp xỉ bằng một nửa tỷ trọngcủa nước

Tỷ trọng thể khí: ở điều kiện thường 150C, 760mmHg, tỷ trọng của propan hơibằng 1,52 và của Butan hơi bằng 2,01 Như vậy ở thể hơi tỷ trọng của LPG gần gấp hailần tỷ trọng không khí [17]

2.2.4 Áp suất hơi bão hoà

Áp suất hơi bão hoà của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của thiết bị và tỷ lệthành phần Butan/propan LPG với thành phần 70% propan và 30% butan có áp suất hơibão hoà 6kg/cm2, ở cùng điều kiện nhiệt độ 200C, khi thay đổi thành phần hổn hợp, ápsuất hơi bão hoà cũng thay đổi Áp suất hơi của gas phụ thuộc rất lớn vào môi trườngxung quanh Nhiệt độ môi trường càng cao, áp suất hơi trong bồn chứa càng lớn

Bảng 6: Áp suất hơi bão hoà của hỗn hợp Butan/Propan theo tỷ lệ %, theo nhiệt độ, kg/cm 2

Propan 1 thể tích chất lỏng cao 270 thể tích hơi ở 1 at

Butan 1 thể tích chất lỏng cao 238 thể tích hơi ở 1 at

Điều này mang một ý nghĩa kinh tế rất lớn so với các loại khí nén khác, vì chỉ cần

ít không gian, tức là thiết bị công nghệ nhỏ cho tồn chứa vận chuyển Gas có tốc độ bốchơi nhanh và toả lan trong không khí với một thể tích bằng 270 lần lớn hơn một đơn vịthể tích ở trạng thái lỏng Do đó, trong mọi trường hợp không được để gas xì thoát rangoài khi khu vực xung quanh do có nguồn lửa hở, vì dễ bị bắt cháy

2.2.6 Giới hạn cháy nổ

Giới hạn cháy nổ của LPG trong hỗn hợp không khí - gas được trình bày trong bảng 8

Bảng 8: Giới hạn cháy của LPG trong hỗn hợp không khí - gas.[4]

TT Nhiên liệu Giới hạn cháy nổ dưới(%) thể tích Giới hạn cháy nổ trên(% thể tích)

Chỉ tiêu đáng lưu ý nhất là thành phần hoá học của LPG mà chủ yếu là propan vàbutan Hàm lượng propan càng nhiều thì áp suất hơi càng cao, nhiệt trị càng lớn.

Nhiệt trị của LPG so với một số loại nhiên liệu, năng lượng khác được trình bàytrong bảng 9

Bảng 9: Nhiệt trị của LPG của một số loại nhiên liệu, năng lượng [4]

TT Nhiên liệu, năng

lượng

Nhiệt lượng có ích(Kcal/kg)

Nhiệt lượng toàn phần(Kcal/kg)

13 Điện năng 860 Kcal/Kw.h

Một cách tương đối có thể so sánh: nhiệt lượng do 1kg LPG cung cấp bằng 14kw.h điện năng, bằng 1,5 lít dầu hoả

2.2.8 Nhiệt độ tự bắt cháy

Nhiệt độ tự bắt cháy là nhiệt độ mà ở đó có phản ứng cháy tự xảy ra đối với hỗnhợp không khí - nhiên liệu (hoặc oxy - nhiên liệu) Nhiệt độ tự bắt cháy tối thiểu phụthuộc vào thiết bị thử, tỷ lệ không khí/ nhiên liệu, áp suất hổn hợp Một số giá trị đặctrưng nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển (trong khôngkhí hoặc trong oxy) được trình bày ở bảng 10

Bảng 10: Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển.[4]

TT Nhiên liệu Nhiệt độ tự bắt cháy tối thiểu (0C)

Trong không khí Trong oxy

2.2.12 Tính độc

LPG hoàn toàn không gây độc cho người, không gây ô nhiễm môi trường Tuynhiên, do hơi gas nặng hơn không khí, vì vậy nếu rò rì ra ngoài môi trường kín sẽ chiếmchỗ của không khí và có thể gây ngạt LPG còn là nhiên liệu rất sạch: hàm lượng lưuhuỳnh thấp (<0,02%), khi cháy chỉ tạo ra khí CO2 và hơi nước, lượng khí độc SO2, H2S,

CO của quá trình cháy là rất nhỏ, không gây ảnh hưởng tới môi trường [10]

2.2.13 Màu sắc, mùi vị

LPG ở thể lỏng và hơi đều không mùi, không màu Vì lý do an toàn nên LPG đượcpha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện khi có sự rò rỉ Các nhà sản xuất trộn vào gasnhững chất tạo mùi đặc trưng Theo đa số các tiêu chuẩn an toàn, chất tạo mùi và nồng độpha chế phải thích hợp sao cho có thể phát hiện được trước khi hơi gas rò rỉ đạt nồng độbằng 1/5 giới hạn nổ dưới khi trong không khí có độ 0,5% gas là ta đã có thể ngửi thấymùi [4]

LPG thương mại thường được pha thêm chất tạo mùi Etyl mecaptan và khí này cómùi đặc trưng, hoà tan tốt trong LPG, không độc, không gây ăn mòn kim loại và tốc độbay hơi gần với LPG nên nồng độ trong LPG không đổi khi bình chứa được sử dụng chođến hết

2.2.14 Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hoá lỏng

Bảng 12:Yêu cầu kĩ thuật đối với khí hóa lỏng [4]

Đặc tính Phương pháp thử Propanthương mại Butanthương mại

Hỗn hợp Butan và

Propan thương mại

huỳnh, mgk/kg max ASTM D-2784-89 185 140 140

2.3 Các ứng dụng quan trọng của LPG trong các lĩnh vực khác nhau

Thành phần chủ yếu của LPG là propan và butan, được sản xuất bằng cách nén khíđồng hành hoặc khí từ các quá trình chế biến dầu mỏ ở các nhà máy lọc dầu Việc ứngdụng LPG thương phẩm thường phân chia thành 4 loại chính: [4]

Propan thương phẩm: làm nhiên liệu cho động cơ hoạt động ở những điều kiệnkhắc nghiệt của môi trường (áp suất cao, nhiệt độ thấp)

Butan thương phẩm: sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình

Propan chuyên dùng: là sản phẩm có chất lượng cao sử dụng trong các động cơ đốttrong, đòi hỏi nhiên liệu có khả năng chống kích nổ cao

Hỗn hợp propan - butan: sử dụng làm nhiên liệu đòi hỏi sự bay hơi trung bình

Hỗn hợp propan - butan là thích hợp cho việc chế biến thành sản phẩm khí đốt giadụng vì chúng có áp suất hơi bão hoà và nhiệt độ bay hơi thích hợp trong các điều kiệnsinh hoạt cụ thể.

LPG có nhiệt cháy cao mặc dù tỷ trọng butan lớn hơn tỷ trọng propan nhưng nhiệttrị tương tự nhau và nằm trong khoảng 1130 ÷ 1200 Kcal/kg, tương đương nhiệt trị của1,5 ÷ 2kg than củi, 1,3 lít dầu mazut, 1,35 xăng [17]

Với những đặc tính như trên LPG trở thành sản phẩm có tính năng đa dạng rất cao

và được chia theo các lĩnh vực khác nhau để sử dụng

a) Sử dụng làm nhiên liệu đốt trong sinh hoạt như: đun nấu, sưởi ấm Đây là loạinhiên liệu tương đối sạch, rẻ tiền, tiện nghi, được dùng phổ biến trong gia đình ở các nước

có nền công nghiệp chế biến khí phát triển và khí hậu lạnh Với nước ta thì vấn đề mởrộng thị trường tiêu thụ LPG là hết sức cần thiết, góp phần rất lớn vào việc bảo vệ môitrường sinh thái, tránh chặt phá rừng [18]

b) Trong công nghiệp: các ngành công nghiệp sử dụng LPG làm nhiên liệu trong lòđốt, nung gốm, thuỷ tinh, sành sứ, hàn cắt kim loại, lò hơi nước trong công nghiệp dệtnhuộm, chế biến, sấy nông sản, thực phẩm [23]

c) Trong nông nghiệp: các cơ sở sản xuất nông nghiệp dùng LPG làm nhiên liệutrong sản xuất thức ăn gia súc, chế biến, sấy nông sản, thực phẩm [23]

d) Trong giao thông vận tải: là nhiên liệu hấp dẫn vì làm giảm đáng kể sự thoát khícủa xe tải, làm nhiên liệu đốt trong thay xăng cho các xe du lịch, xe taxi Ở một số nướctiên tiến dùng LPG hoá lỏng thay xăng pha chế vừa hạn chế độc hại trong sử dụng đối vớicon người, vừa kinh tế [23]

e) Trong công nghiệp hoá dầu: LPG được sử dụng trong tinh chế và công nghiệphoá dầu

f) Sử dụng cho nhà máy phát điện: dùng LPG chạy các tuocbin để sản xuất ra điệnphục vụ cho các ngành công nghiệp khác đem lại hiệu quả kinh tế cao và vốn đầu tư xây

dựng ban đầu đối với công nghệ này là thấp hơn so với công nghiệp thuỷ điện và nhiệtđiện.

2.4 Cơ sở hóa lý của quá trình.

Phương pháp chế biến khí bằng phương pháp chưng cất thực hiện quá trình táchcác cấu tử định trước hiệu quả hơn so với các phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấp, ngưng

tụ nhiệt độ thấp, và thiết bị chế tạo cũng đơn giản hơn nên ta xét hóa lý của quá trình này

2.4.1 Khái niệm về quá trình chưng cất.

Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng, cũngnhư hỗn hợp khí thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tửtrong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ

Khi chưng → thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử ta sẽ đượcbấy nhiêu sản phẩm

Đối với trường hợp 2 cấu tử:

Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và ít cấu tử có độ bay hơi bé.

Sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và ít cấu tử có độ bay hơi lớn

Thay vì đưa vào hỗn hợp 1 pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa 2 pha như trongquá trình hấp thụ hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sựbốc hơi hoặc ngưng tụ

Nguyên lý của quá trình chưng cất:

Chưng cất là quá trình tách 1 dung dịch bằng cách đun sôi nó, rồi ngưng tụ hơi bay

ra để được 2 phần: phần nhẹ là distillat có nhiệt độ sôi thấp, chứa nhiều chất dễ sôi, cònphần nặng là cặn chưng cất (reduce)

Chưng cất có hồi lưu: Để nâng cao khả năng phân chia hỗn hợp lỏng, người ta

tiến hành cho hồi lưu một phần sản phẩm đỉnh Nhờ sự tiếp xúc thêm một lần giữa phalỏng (hồi lưu) và pha hơi trong tháp được làm giàu thêm cấu tử nhẹ nhờ đó mà độ phânchia cao hơn

Chưng luyện:

• Là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau

• Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao

• Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường

2.4.2 Đặc điểm quá trình chưng luyện.

Tháp chưng luyện gồm 2 đoạn: [33]

• Đoạn luyện: Là phần trên, gồm từ đĩa tiếp

liệu trở lên đỉnh

• Đoạn chưng: Là phần dưới, gồm từ đĩa

tiếp liệu trở xuống dưới

Tháp chưng luyện gồm có nhiều đĩa →

Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa

pha lỏng và pha hơi Pha hơi đi từ dưới lên qua

các lỗ của đĩa, xuyên qua pha lỏng đi từ trên

xuống theo các ống chảy truyền

Vì nhiệt độ trong tháp càng lên cao càng giảm nên khi hơi đi qua các đĩa từ dướilên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh tháp, ta sẽ thuđược hỗn hợp sản phầm gồm hầu hết là các cấu tử nhẹ (dễ bay hơi) Hơi này sẽ đi vàothiết bị ngưng tụ (condenser) (một phần hoặc hoàn toàn) ở đỉnh tháp để hồi lưu Lỏngngưng tụ được về lại tháp và lấy ra làm sản phẩm đỉnh

Ngược lại, pha lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử

có nhiệt độ sôi thấp sẽ bốc hơi → nồng độ của cấu tử nặng (khó bay hơi) trong pha lỏng

sẽ càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp, ta sẽ thu được hỗn hợp sản phẩm gồm hầu hết làcác cầu tử nặng, Một phần sản phẩm đáy sẽ đi vào thiết bị đung sôi lại (reboiler) ở đáy

tháp để tạo một lượng hơi đưa vào từ đáy tháp, đảm bảo trong tháp luôn luôn có sự tiếpxúc giữa 2 pha lỏng và hơi.

Quá trình bốc hơi và ngưng tụ lặp lại nhiều lần ở các đĩa Pha hơi đi lên càng giàucấu tử nhẹ Pha lỏng đi xuống càng giàu cấu tử nặng

2.4.3 Quá trình chuyển pha của KĐH.

a) Quá trình chuyển pha đối với khí một cấu tử.

Quá trình chuyển pha đối với hệ khí một cấu tử ta có thể biểu diễn trên hệ trục tọa

Giản đồ pha P-V-T của hệ 1 cấu tử

Tất cả các miền hai pha đều vuông gó với trục nhiệt độ nên sẽ là các đường congtrong tọa độ P – V như trên hình 5.

• Đường HD, HC, FH là các đường cân bằng bao gồm tập hợp các giá trị áp suất, nhiệt độ,tại đó có cân bằng pha

• Điểm H là điểm duy nhất tại nhiệt độ và áp suất xác định đồng thời tồn tại 3 pha nằm cânbằng với nhau Tại đường cân bằng ở nhiệt độ và áp suất không đổi hệ có thể chuyển phabằng cách thêm vào hoặc lấy bớt năng lượng của hệ

• Dọc theo đường FH không tồn tại pha lỏng, và pha rắn thăng hoa thành hơi

• Đường HC là đường bão hòa hoặc cân bằng giữa hai pha lỏng và hơi

• Điểm C là điểm tới hạn ứng với nhiệt độ tới hạn TC và áp suất tới hạn PC Tại đó các tínhchất của pha lỏng và pha hơi trở thành đồng nhất

Đối với đơn chất, điểm tới hạn được định nghĩa: là điểm mà phía trên nó, pha lỏngkhông thể tồn tại như một pha độc lập Hay nói một cách khác, phía trên điểm tới hạn, khíkhông thể hóa lỏng bằng cách nén áp suất cao

• Đường HC thường được gọi là đường áp suất hơi hay đường cong điểm sương hay đườngcong điểm bọt của đơn chất.

*Xét quá trình chuyển pha đẳng áp hệ một cấu tử trên hình 6:

o Từ “m” > “n” hệ ở trạng thái rắn

o Từ “o” đến “b” hệ ở trạng thái lỏng, tại “b” hệ ở trạng thái lỏng bão hòa

o Bất kỳ sự cung cấp năng lượng nào cũng làm cho lỏng hóa thành hơi ở nhiệt độ và áp suấtkhông đổi

o Tại “d” hệ ở trạng thái hơi bão hòa, tiếp tục tăng nhiệt độ sẽ nhận được hơi quá nhiệt

b) Giản đồ pha hệ nhiều cấu tử.

Đối với hệ nhiều cấu tử, vị trí của các đường cong trên giản đồ pha phụ thuộc vàothành phần của hỗn hợp và các đường bao pha tạo thành không phải là một mặt phẳng,

mà có chiều dày như hình cái lưỡi với thành phần là biến số phản ánh bề dày của đườngbao pha Trên hình 5 thể hiện giản đồ pha hệ nhiều cấu tử với trục tung là áp suất và trụchoành là nhiệt độ

Giản đồ pha điển hình hệ nhiều cấu tử

 Điểm C là điểm tới hạn, tại đó hai pha trở thành một pha

 Điểm M là điểm tương ứng với áp suất lớn nhất mà tại đó hỗn hợp nhiều cấu tử tồntại ở trạng thái 2 pha.

 Điểm N là điểm tương ứng với áp suất lớn nhất mà tại đó hỗn hợp nhiều cấu tử tồntại ở trạng thái 2 pha

Bên trái đường cong điểm bọt, hệ tồn tại ở trạng thái lỏng, khi bắt đầu chạm đườngcong điểm bọt thì hệ khí bắt đầu xuất hiện bọt khí Khi sang đường cong điểm sương thìtoàn bộ hỗn hợp khí trở thành hơi Từ đường cong điểm bọt đến đường cong điểm sương

là miền mà tồn tại cân bằng hỗn hợp khí ở hai pha lỏng và hơi

 Đường ABDE: biểu diễn quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt suy biến điển hình trongcác mỏ khí condensate Điểm A biểu diễn pha lỏng chặt nằm bên ngoài đường baopha, khi giảm áp suất tới điểm B bắt đầu quá trình ngưng tụ Tiếp tục giảm áp suấtlượng lỏng hình thành nhiều hơn từ điểm A đến D nằm trong miền suy biến đượctạo bởi các điểm thay đổi độ dốc của các đường pha

 Khi tiếp tục giảm áp suất ra khỏi miền suy biến đi từ D tới E thì lượng lỏng giảmdần cho tới khi đạt điểm sương E Phía dưới điểm E, hệ không tồn tại ở trạng tháilỏng , chỉ tồn tại ở trạng thái hơi

Điểm tới hạn C của hỗn hợp khí hydrocacbon luôn luôn ở phía bên trái điểm M và

vị trí là rất quan trọng vì nó ảnh hướng đến sự thay đổi hướng của các đường lỏng hơi bêntrong đường bao pha Điểm tới hạn C có thể nằm bên phải điểm N thể hiện trong hình

Ảnh hưởng của thành phần đến Vị trí quỹ tích giới Đường bao pha của hệ bậc hai metan – propan hạn của một số hệ bậc hai

Trên hình là giản đồ hệ bậc hai metan propan cho thấy thành phần ảnh hưởng đếnhình dáng, vị trí của đường bao pha thì đường cong ngoài cùng là các đường áp suất hơicủa metan propan bắt đầu từ điểm tới hạn, ba đường bao pha còn lại là của 3 hỗn hợp có

tỷ lệ thành phần metan, propan khác nhau được gọi là quỹ tích tới hạn

Như vậy vị trí tới hạn trên mỗi đường bao pha thay đổi theo thành phần của hỗnhợp hydrocacbon

Ngoài ra các tạp chất phi hydrocacbon như: H2O , CO2, H2S, N2 cũng có nhưng ảnhhưởng đáng kể đến đường bao pha của hỗn hợp khí trong điều kiện nhiệt độ cao và ápsuất thấp

 H2S, CO2 làm giảm điểm áp suất cực đại tồn tại lỏng hơi của hỗn hợp khí

 N2 làm tăng điểm áp suất cực trị, tồn tại lỏng hơi hỗn hợp khí và giảm khả năngtrộn lẫn [1]

c) Hằng số cân bằng pha Lỏng – Hơi.

Cân bằng pha của hỗn hợp khí không phải trạng thái tĩnh mà là cân bằng động, vẫnluôn tồn tại sự chuyển động của các phân tử từ pha lỏng sang pha hơi và ngược lại, tốc độbay và tốc độ ngưng tụ là bằng nhau

Đại lượng đặc trưng cho sự phân bố của các cấu tử giữa các pha ở điều kiện cânbằng là hằng số cân bằng pha K được xác định bằng phương trình:

Ki = yi / xi

Trong đó: yi là phần mol của cấu tử i trong pha hơi;

xi là phần mol của cấu tử i trong pha lỏng [1]

2.5 Các thiết bị chính có trong sản xuất LPG

Nhìn chung các thiết bị trong quá trình sản xuất LPG rất đa dạng và phong phú.Trong công nghệ sản xuất LPG ở nhà máy khí Dinh Cố ta có các thiết bị chính sau:

 Máy nén ly tâm: được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học Nó có ưu điểm

so với máy nén pittông là: năng suất lớn, cấu tạo đơn giản, chi phí bảo dưỡng thấp.[33]

2.5.2 Thiết bị phân tách lỏng – hơi

Thiết bị này có nhiệm vụ phân tách lỏng – hơi sau khi ngưng tụ nguyên liệu vào.Hoạt động của thiết bị dựa vào trọng lực, chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn lắngxuống đáy thiết bị, hơi nhẹ hơn đi lên trên Tuy nhiên trong quá trình tách hơi ra khỏilỏng, hơi cuốn theo những giọt lỏng có kích thước nhỏ tạo thành sương mù mà không thểtách bằng trọng lực Trong quá trình đi lên, những hạt này kết hợp lại thành những hạt lớn

và có thể lắng xuống dưới tác dụng của trọng lực

Dựa và hình dạng và chế độ mà người ta phân loại thiết bị dạng đứng và dạng nằmngang.

Cấu tạo thiết bị gồm 4 phần cơ bản sau: đầu A có tác dụng giảm tốc độ dòng chảyphân tách sơ bộ lỏng – hơi Phần tách khí B được thiết kế để dùng trọng lực tách các giọtlỏng bị lôi cuốn theo Nó là vùng không gian trống mà khí di chuyển với vận tốc thấp,trong thiết bị nằm ngang, còn lắp thêm cánh quạt thẳng để giảm sự rối loạn và chiều dàicủa thiết bị Vùng tách lỏng C có nhiệm vụ thu hồi các giọt lỏng rơi xuống, đồng thờicung cấp thời gian lưu đủ lớn để tách hơi Phần tách sương D sử dụng các tấm lưới, hệthống cánh quạt hoặc xyclon Nó có tác dụng loại bỏ những hạt lỏng có kích thước nhỏ,

có thể đến 3 micromet Để lựa chon loại thiết bị không có qui tắc cụ thể nào Thôngthường dựa vào chỉ tiêu kinh tế để lựa chọn Các ứng dụng và so sánh được thể hiện dướiđây: [33]

Ưu điểm - Đường kính nhỏ hơn khi

cùng lượng khí so với dạng - Việc kiểm soát mức chất lỏng không quá quan trọng

- Đường kính lớn hơn so với thiết bị nằm ngang.

- Khó khăn trong lắp các thiết bị kiểm tra, an toàn

2.5.3 Tháp tách

Tháp tách thực chất là tháp chưng cất, sản phẩm đỉnh tháp là phần nhẹ, đáy tháp làphần nặng hơn Áp suất làm việc của tháp từ 3 – 3,5 Mpa Áp suất quá cao gây khó khăn

và không có lợi cho việc tách khí Ở điều kiện áp suất đó nhiệt độ đỉnh tháp từ -30oC đến

0oC, nhiệt độ đáy tháp từ 90-120oC

Có 2 loại tháp chưng phổ biến là tháp đệm và tháp đĩa Tháp đĩa có nhiều dạngnhư: đĩa lỗ, van, đĩa chóp Tháp đệm cũng có nhiều loại: đệm đổ lộn xộn và đệm cấu trúc.Đệm đổ lộn xộn thường được dùng cho các loại tháp nhỏ, đệm cấu trúc thường được dùngcho các loại tháp có thể tích lớn hơn

- Tháp đệm

Các đệm trong tháp là các vòng bằng gốm Để tăng bề tiếp xúc phía trong vònggốm người ta làm các tấm chắn, sắp xếp đệm trên đĩa có hai loại lỗ khác nhau Các lỗ nhỏ(phía dưới) để chất lỏng đi qua và lỗ lớn (phía trên) để cho hơi đi qua Nhược điểm củaloại tháp này là: tiếp xúc giữa pha lỏng và pha hơi không tốt Nhưng khi dùng tháp cóđường kính nhỏ hơn 1m thì hiệu quả không kém gì đĩa chóp vì vậy chúng thường dùng đểchưng luyện gián đoạn với công suất không lớn

- Tháp chóp

Tháp chóp có các đĩa kim loại mà trong đó có cấu tạo nhiều lỗ để cho hơi đi qua.Theo chu vi các lỗ người ta bố trí phía trong các ống có độ cao xác định, nhờ có các ốngnày mà giữ cho mức chất lỏng xác định Phía trên các ống nhánh là các chóp, khoảng giữaống và chóp có khoảng không gian để cho hơi đia qua, hơi đi từ dưới lên trên và lỏngchảy từ trên chảy xuống

- Tháp đĩa lỗ

Lớp chất lỏng một có chiều cao khoảng 25-30mm Giữ ở trên các đĩa, hơi qua các

lỗ sàng hai và làm sủi bọt qua lớp chất lỏng, lớp chất lỏng dư theo ống chảy chuyền 3xuống phía dưới Loại đĩa này yêu cầu chế độ không đổi, vì rằng khi giảm hiệu suất thiết

bị sẻ làm giảm sự trao đổi giữa dòng hơi và dòng lỏng Ngược lại khi tăng công suất sẻ

làm cho dòng hơi sục mạnh vào trong lỏng phá vỡ cân bằng trong tháp và làm giảm sựphân chia trong tháp.

Trước đây, các tháp chưng trong nhà máy chế biến khí thường sử dụng tháp đĩa,

tuy nhiên gần đây tháp đệm cấu trúc lại được dùng phổ biến hơn Ưu điểm của tháp đệm

là độ giảm áp nhỏ (17 - 50 mm H2O trên 1m đệm) và năng suất hơn (trên 1m đường kính)khi tỉ lệ ỏng/hơi cao Ngoài ra, kích thước tháp đệm cũng nhỏ hơn nên chi phí ban đầuthấp Nhược điểm của tháp đệm là dễ tắc khi có lẫn bui bẩn và phân bố lỏng không đềukhi đường kính tháp lớn [33]

- Tháp đĩa van

Nguyên lý hoạt động chung là các van sẻ đóng mở ở một vị trí tùy thuộc vào lưulượng dòng hơi đi từ dưới lên Tháp hoạt động tương đối ổn định, hạn chế hiện tượnglỏng kéo theo dòng hơi do tốc độ quá lớn hoặc hiện tượng sặc tháp

Loại đĩa này có ưu điểm:

Có khả năng hoạt động ở khoảng rộng chế độ hoạt động của tháp

Lớp chất lỏng phía trên ổn định, hạn chế hiện tượng kéo theo lỏng lên đĩa phía trênlàm ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình phân tách

Năng lượng dòng hơi đi qua van được sử dụng một cách hiệu quả để cải thiện quátrình tiếp xúc pha lỏng hơi

Trở lực cục bộ do các van gây ra cho dòng chảy pha lỏng trên đĩa không quá lớn,

vì vậy mà độ chênh lệch bề mặt chất lỏng giữa các phần của đĩa được giảm tối thiểu Nhờđặc điểm này mà hiệu quả làm việc của các vùng trong đĩa đồng đều Vùng chết rất ít

Kiểu đĩa này có kết cấu vững chắc, nhẹ và không đắt.

Thiết kế vận hành đĩa này đơn giản hơn so với các loại đĩa khác

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT LPG

1 THU HỒI LPG TỪ CÁC QUÁ TRÌNH TRONG NHÀ MÁY LỌC DẦU

LPG được tạo thành từ các quá trình xử lý và chế biến dầu thô như là một sảnphẩm phụ từ các thiết bị hoá học Phần Propan, Butan còn lại trong dầu thô đã được ổn

định hoá bị tách ra trong quá trình tinh chế ở cột phân đoạn dầu thô Các thành phần củaLPG này là propan, n-butan và isobutan Ngoài ra LPG còn được sản xuất từ các quátrình chuyển hoá như reforming xúc tác, cracking nhiệt, cracking xúc tác vàhydrocracking Thành phần của LPG này phụ thuộc vào các quá trình trên nhưng đặctrưng là bao gồm cả những hợp chất no (propan, n-butan, isobutan) và cả những hợp chấtkhông no như propen và buten [1]

1.1 Phân xưởng chưng cất dầu thô

Hình1.Quá trình chưng cất dầu thô

Phân xưởng chưng cất dầu thô thực hiện quá trình chưng, tách dầu thô để tạo racác sản phẩm có giá trị như Naphtha,kerosene, diesel và AGO Ngoài ra ta còn thu đượclượng sản phẩm nhẹ trên đỉnh tháp chưng có hàm lượng khoảng 2.3% khối lượng nguyênliệu đầu, chúng có thể được sử dụng để sản xuất LPG [25]

1.2 Phân xưởng Cracking xúc tác

Hình 2.Quá trình Cracking xúc tác

Phân xưởng chuyển hóa khí dầu mỏ có giá trị thấp thành sản phầm có giá trịcao(Naphtha và diesel).Ngoài ra ta còn thu được lượng sản phẩm nhẹ có hàm lượngkhoảng 16.5-22% khối lượng nguyên liệu đầu được đem đi sản xuất LPG [25]

1.3 Phân xưởng Reforming xúc tác

Hình 3.Quá trình Reforming xúc tác

Mục đích chính của quá trình là chuyển đổi những nguyên liệu có chỉ số octan thấpthành sản phẩm có chỉ số octan cao để pha trộn vào xăng và cung cấp 1 lượngaromatics(Benzene, toluene và xylene) cho các nhà máy hóa dầu Quá trình reformingcũng sản xuất ra hydro có độ tinh khiết cao phục vụ cho quá trình hydrotreating.Ngoài ra

nó còn cung cấp 1 lượng sản phẩm nhẹ(khoảng 5-8% thể tích nguyên liệu) để sản xuấtLPG [25]

2 SẢN XUẤT LPG TỪ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐÔNG HÀNH

LPG tách từ khí tự nhiên và khí đồng hành có lượng Propan, Butan khác nhau rấtnhiều, phụ thuộc vào bản chất của mỏ dầu khí và công nghệ xử lý khí Mức đô nhậnPropan, Butan và các hydrocacbon nặng hơn từ khí phụ thuộc vào bản chất của khí vàcông nghệ xử lý khí [1]

b. Thu gom áp lực

Sản phẩm của mỗi giếng dầu vào thiết bị đo nhóm rồi đến thiết bị phân ly áp lựckhu vực Tại đó thực hiện phân ly cấp I dầu mỏ cùng với khí hòa tan vận chuyển đến trạmkhí thu gom trung tâm nhờ áp suất dư của nó hoặc bằng bơm Tại trạm thu gom trung tâm

sẽ tiến hành quá trình phân ly cấp II và cấp III Khí và dầu thô sẽ được chuyển đến nơichế biến riêng [2]

c. Hệ thống thu gom độc lập

Hệ thống thu gom này dựa trên nguyên tắc phân ly sản phẩm ở mỗi giếng hoặcmột nhóm giếng Trên cơ sở đó mỗi giếng hoặc nhóm giếng có trang thiết bị phân ly và

bể chứa xác định sản lượng giếng Các thiết bị này được đặt gần giếng khoan [2]

Khí và dầu mỏ được phân ly ở 0,2 đến 0,4 Mpa, chất lỏng được bơm đi, khí từ

thiết bị phân ly thải ra được đốt cháy để tránh ô nhiễm hoặc được dẫn đến nơi tiêu thụ nếu

có điều kiện

2.1.1.2 Phân ly dầu và khí

Phân ly dầu khí để thu khí đồng hành là nguyên liệu cho quá trình hóa dầu đồngthời tránh mất mát các hydrocacbon nhẹ trong quá trình khai thác, vận chuyển nên cầnphải chọn chế độ tối ưu trong phân ly

Tùy theo áp suất phun của giếng dầu mà người ta chọn phân ly một cấp hay nhiềucấp Khi tăng áp suất trong thiết bị phân ly thì hàm lượng propan và butan, pentan vàhydrocacbon nặng giảm, khi đó khí đồng hành giầu metan Khi phân ly nhiều cấp lượnghydrocacbon lỏng sau phân ly sẽ tăng 2 đến 2,5% khối lượng Lượng khí tách ra phụthuộc vào tốc độ chuyển động và thời gian lưu của dầu mỏ trong thiết bị phân ly

Áp dụng những tiến bộ khoa học trong việc cải tiến thiết bị phân ly nhằm giảm tối

đa tiêu hao năng lượng sao cho năng lượng dòng dầu khí sử dụng chủ yếu để vận chuyểndầu và khí mà không sử dụng trạm bơm hoặc máy nén trung gian [2]

2.1.2 Quá trình làm sạch khí

Khai thác và thu gom khí trong khí đồng hành ngoài thành phần là cáchydrocacbon còn lẫn các tạp chất cơ học, thể lỏng, các phi hydrocacbon như CO2, N2, hợpchất lưu huỳnh, hơi nước sự tồn tại của các tạp chất trong khí đồng hành sẽ gây ảnhhưởng xấu tới tình trạng làm việc của các thiết bị trong quá trình vận chuyển và không antoàn trong sử dụng

Do vậy quá trình làm sạch khí là vô cùng quan trọng và cần thiết

thành các hydrat với hydrocacbon Các hydrat này là tinh thể màu trắng giống như tuyếthoặc nước đá Chúng sẽ làm tắc các ống dẫn hay các thiết bị, gây phá vỡ điều kiện làmviệc bình thường đối với các dây chuyền công nghệ khai thác, vận chuyển và chế biếnkhí Bên cạnh sự có mặt của hơi nước và các tạp chất lưu huỳnh, các tạp chất khác sẽ ảnhhưởng đến sự ăn mòn kim loại làm giảm tuổi thọ của các thiết bị, công nghệ nói chung.

Khí được sấy khô với mục đích tách hơi nước và tạo cho khí có nhiệt độ điểmsương theo nước thấp hơn so với nhiệt độ cực điểm mà tại đó khí được vận chuyển haychế biến

Thường người ta hay sử dụng phương pháp sấy khí trong công nghệ

Đối với khí đồng hành sau khi khai thác lên có thành phần chính là hydrocacbon

từ C1 đến C4, trong đó có chứa một lượng khí tạp, hàm lượng của khí tạp phụ thuộc vàotừng mỏ dầu khác nhau sẽ có hàm lượng khác nhau Các tạp khí như CS2, H2S, RSH lànhững tạp chất dễ gây ăn mòn kim loại, làm giảm hiệu quả của các quá trình xúc tác,giảm hiệu quả chế biến, gây ngộ độc cho con người

Chính vì vậy quá trình làm ngọt khí là công đoạn quan trọng không thể thiếu trongquá trình chế biến khí

Hiện nay người ta tìm ra được nhiều công nghệ tiên tiến và đã được áp dụng vàosản xuất cho phép tăng khả năng thu hồi H2S và CO2 một cách đáng kể Các phương pháplàm ngọt khí được áp dụng là:

- Phương pháp hấp thụ

- Phương pháp hấp phụ

- Quá trình làm sạch khí bằng than hoạt tính bằng zeolit, dùng nước làm dung môi

để rửa.

Trong đó phương pháp hấp thụ được dùng phổ biến và có hiệu quả kinh tế cao [2]

2.2 Các công nghệ sản xuất LPG

2.2.1 Sản xuất LPG bằng phương pháp nén

Hình 4.Sơ đồ công nghệ sản xuất LPG bằng phương pháp nén khí

a Tháp cất phân đoạn d Thiết bị gia nhiệt f Tháp cất loại etan

b Thiết bị tách lỏng khí e Tháp phân ly g Tháp tách propan

c Máy nén

Sản phẩm hơi ở trên cao từ tháp cất phân đoạn được nén đến 1,2 đến 1,5 Mpa nhờmáy nén và kết hợp với sản phẩm ngưng tụ đỉnh tháp Những dòng đó được làm mát đến

40oC bằng không khí hoặc nước, sau đó được chuyển trực tiếp đến tháp phân ly

Pha lỏng từ tháp phân ly đi qua tháp cất loại etan, sản phẩm hơi từ đó quay vònglại máy phân ly để tăng vòng quay LPG Pha hơi từ máy phân ly mà thành phần chủ yếu

là etan được dùng làm khí nhiên liệu Còn dòng sản phẩm lỏng từ cột cất etan là LPGđược chia làm 2 loại gồm propan và butan trong tháp tách propan [1]

2.2.2 Sản xuất LPG bằng phương pháp làm lạnh

Sự quay vòng của LPG đạt được sự làm lạnh bên ngoài hay sự làm lạnh tự độnghoặc sự làm lạnh kết hợp.

Phương pháp làm lạnh có thể thực hiện được nhờ quá trình gia tăng thể tích quavan Joule - Thomson (J - T) hoặc tuabin mở hóa hợp với sự trao đổi nhiệt trong phươngpháp này áp suất trong thiết bị cung cấp trên máy làm giảm sự trao đổi nhiệt Sự làm lạnh

tự động có thể cho quay vòng LPG > 90% và của etan > 80%

Hình 5 Sơ đồ công nghệ sản xuất LPG bằng phương pháp làm lạnh

a Thiết bị gia nhiệt đáy d Tháp tách metan

b Thiết bị trao đổi nhiệt e Tuôcbin giãn nở

Nước, cacbondioxit, sunfua và một thành phần của khí cung cấp được làm lạnhnhờ quá trình cung cấp nhiệt làm sôi lại đến cột cất etan, phần còn lại làm lạnh nhờ sựTĐN với sản phẩm khí từ cột etan Dòng khí được cung cấp kết hợp với nhau và đi quamáy phân ly (c) Từ đó, chất lỏng được đi qua hệ thống van để làm giảm áp suất trongvùng trung gian của cột cất etan Trong quá trình giãn nở, có một phần chất lỏng bốc hơi

và nhiệt độ bị hạ thấp Áp suất hơi từ máy phân ly giảm xuống nhờ tuôcbin (e) Sự giãn

nở qua tuôcbin cùng với sự trao đổi dòng nhiệt có khả năng giảm nhiệt độ đến -90 C vàkèm theo sự ngưng tụ của dòng nhiệt Hơi tạo ra từ đỉnh cột cất etan phần lớn là metan và

Hình 6 Sơ đồ công nghệ sản xuất LPG bằng phương pháp hấp phụ

a,b.Tháp hấp phụ e.Lò đốt h.Máy lọc

c.Tháp nhả hấp phụ d.Máy nén g.Tháp phân ly

2.2.4 Sản xuất LPG bằng phương pháp hấp thụ

Nguyên liệu được đưa vào tháp chưng phân đoạn, tại đây phần nhẹ(C2,C3,C4) đilên đỉnh tháp, được nén đến ngưng tụ, qua tháp tách etan Phần LPG(C3,C4) được tách ởđáy tháp Tại đỉnh tháp thu được Etan còn lẫn C3, C4 tiếp tục qua tháp hấp thụ, phầnC2+ được tách ra ở đáy tháp và tuần hoàn trở lại tháp chưng phân đoạn Từ đỉnh tháphấp thụ nhận được sản phẩm etan [1]

Hình 7.Sơ đồ công nghệ sản xuất LPG bằng phương pháp hấp thụ

2.3 Một số công nghệ sản xuất LPG điển hình

2.3.1 Công nghệ sản xuất LPG của nhà máy xử lý khí Dinh Cố (hình 8)

Chế độ vận hành GPP là chế độ vận hành tối ưu nhất của nhà máy xử lý khí Dinh

Cố Công nghệ này có khả năng tách và thu hồi C3,C4 rất cao(hệ số tách đạt 98%) Chế độGPP sử dụng công nghệ làm lạnh Turbo Expander là một quá trình làm lạnh có hiệu quảnhất về khả năng làm lạnh, có thể tự động hóa hoàn toàn và tự động điều chỉnh khi thànhphần hỗn hợp khí nguyên liệu vào thay đổi

Khí nguyên liệu đi vào với năng suất 6 triệu m2/ngày (p = 75 bar, t=280C) qua tháptách hai pha SC-01/02; phần nặng đi vào tháp tách ba pha V-03, phần nhẹ hơn một phần

đi vào tháp tách V-01 năng suất 1 triệu m3/ngày (p = 54 bar), một phần đưa sang máy nénkhí K1015/A/B/C/D tới p = 109 bar qua làm lạnh E- 1015/A/B/C/D đi vào tháp tách V-08

Tại tháp V-01, phần nhẹ đi ra là khí khô, phần nặng hơn được đưa sang tháp tách

ba pha V-03

Tại tháp V-08, phần nặng đưa vào tháp tách ba pha V-03, phần nhẹ được đưa sangtháp hấp phụ sấy khí V-06 A/B; một phần được đưa vào tuboexpander, một phần qua thiết

bị làm lạnh E-14 rồi đưa vào tháp tách khí metan và etan C- 05 (p = 39 bar, tđỉnh = - 430C,

tđáy = - 200C) Sản phẩm đỉnh tháp C-05 là C1, C2 được đưa sang thiết bị làm lạnh nén tới

p = 109 bar là khí khô đem sử dụng

Tại tháp tách ba pha V-03 (p = 48 bar) tùy thuộc các pha được tách ra mà được đưasang tháp tách etan C-01 tại đỉnh hoặc giữa tháp Sản phẩm đỉnh tháp C-01 được đưa quacác máy nén K-01/02/03 tới p = 109 bar quay trở lại hòa cùng dòng vào tháp tách V-08.Sản phẩm đáy tháp C-01 được đưa sang tháp tách bupro C-02 (p = 11 bar, tđỉnh = 1540C)

Tại tháp C-02, sản phẩm ở đáy tháp qua các thiết bị trao đổi nhiệt E-04, E-09 đi ra

là condensat Sản phẩm trên đỉnh tháp được đưa sang tháp tách C3/C4 C-03 (p = 16 bar,

tđỉnh = 460C, tđáy = 970C) Sản phẩm đi ra ở đỉnh tháp là propan, sản phẩm đáy tháp làButan