Bài giảng: Công nghệ chế biến khí- TS. Nguyễn Hữu Lương (file pp)

Chương 5: Chế biến khí Mục đích: phân tách khí thiên nhiên thành các cấu tử riêng lẻ hoặc phân đọan: C1 C2 hoặc C2+ C3 hoặc C3+ C4 hoặc C3 & C4 C5+ Ứng dụng: nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu và hóa chất. Các phương pháp phân tách: Hấp thụ. Hấp phụ. Nén. Ngưng tụ nhiệt độ thấp. Chưng cất nhiệt độ thấp. 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+ 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: 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: Một Số Thiết Bị Trong  Nhà Máy Chế Biến Khí 6.1. Thiết bị phân tách Mục đích: phân tách các hỗn hợp không đồng nhất: Lỏng – khí. Lỏng – lỏng. Khí – bụi. Giải hấp. Ổn định. … 3 nhóm phân tách: Phân tách nhập liệu: tách sơ bộ bụi và các giọt lỏng trong khí nguyên liệu (làm sạch). Phân tách trung chuyển: phân tách khí – lỏng trong quá trình chế biến khí. Phân tách hòan tất: phân tách khí - lỏng thu hồi sản phẩm. Thiết bị làm sạch: Làm sạch bằng phương pháp khô (cyclone): đơn giản và rẻ tiền 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. Thiết bị phân tách khí – lỏng: Cơ cấu lắng: trọng lực, quán tính, mặt sàng, ly tâm, lưới, lọc. Thiết bị phân tách trọng lực có cấu tạo đơn giản nhưng kích thước và khối lượng lớn. Thiết bị phân tách quán tính mặt sàng họat động hiệu quả hơn và kết cấu gọn hơn. Thiết bị phân tách ly tâm và lưới hiệu quả và có kết cấu gọn nhất. Có thể kết hợp nhiều cơ cấu trong một thiết bị phân tách. 6.2. Máy nén Sử dụng 2 lọai máy nén: dạng piston và ly tâm. Máy nén piston: Ưu: chi phí vận hành thấp, hệ số công có ích cao, họat động ổn định. Nhược: kích thước và khối lượng lớn, dòng khí cung cấp không liên tục, các chi tiết dễ bị mài mòn, chi phí sửa chữa cao. Máy nén ly tâm: khắc phục được các nhược điểm của máy nén piston, nhưng độ ổn định kém hơn. 6.3. Máy lạnh 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,… 6.4. Bơm Dùng để vận chuyển các chất lỏng như xăng, khí hóa lỏng, nước, glycol,… Thường sử dụng bơm ly tâm, đôi khi sử dụng bơm piston; các lọai bơm khác nhu bơm bánh răng, bơm vít, bơm tia,… được sử dụng như các thiết bị phụ. 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. Cấu tạo bơm ly tâm Nguyên tắc họat động của bơm ly tâm Cấu tạo bơm bánh răng Nguyên tắc họat động của bơm bánh răng Cấu tạo và nguyên tắc họat động của bơm piston 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. 6.6. Thiết bị truyền nhiệt 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. Thiết bị truyền nhiệt dạng bảng nhỏ gọn và có bề mặt truyền nhiệt riêng lớn hơn so với lọai vỏ ống. 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.