Bài giảng Công nghệ chế biến khí - Lê Thị Như Ý

CÄNG NGHÃÛÛ CHÃÚÚ BIÃÚÚN KHÊ (45 tiết) Giaïïo viãn phuûû traïïch: Là THË NHÆ YÏÏ TAÌI LIÃÌ ÛÛU THAM KHAÍÍO 1. Alexandre ROJEY, Traitement de gaz naturel, Technip, 1998. 2. John M. CAMPBELL, Gas conditioning and processing, Volume 1 and 2, John M. Campbell and Company, 1998. 3. Donald L. Katz & Robert L. Lee, Natural gas engineering - Production and Storage, McGraw-Hill, 1990. 4. MA. BERLIN - VG. GORTRENCOP - HP. VOLCOP, Dịch: Hoaìng Minh Nam, Nguyãùn Vàn Phæåïc, Nguyãùn Âçnh Soa, Phan Minh Tán; Cäng nghãû chãú biãún khê thiãn nhiãn vaì khê dáöu mỏ, Træåìng Đại Học Kỹ thuật TP HCM. 5. Âäù Vàn Âaìi - Nguyễn Trọng Khuän - Trần Quang Thảo - Voî Thë Ngoüc Tæåi - Trần Xoa; Cå såí caïc quaï trçnh vaì thiãút bë cäng nghãû hoïa hoüc, Tập 1 & 2, Nhaì xuất bản Đại Học vaì Trung hoüc chuyãn nghiệp. NÄÜÜI DUNG Gäööm 8 chæång 1. Giới thiệu về khí thiên nhiên và khí dầu mỏ 2. Các quá trình công nghệ cơ bản chế biến khí 3. Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học 4. Tách condensat 5. Khử nước 6. Khử acide 7. Tách các phân đoạn hydrocarbon 8. Tách nitơ, thuỷ ngân, Hêli GIÅÏÏI THIÃÛÛU VÃÖÖ KHÊ THIÃN NHIÃN VAÌ KHÊ DÌ ÁÖÖU MOÍÍ 1. Nguäöön gäúúc 2. Phán loaûûi 3. Thaìình pháöön 4. Âàûûc tênh 5. Tçnh hçnh chãúú biãúún vaìì sæíí duûûng khê thiãn nhiãn vaìì khê dáööu moíí 1- Nguäöön gäúúc cuíía khê thiãn nhiãn 9Coïï cuììng nguäöön gäúúc våïïi dáööu moíí 9Coïï nguäöön gäúúc tæìì nhæîîng váûût liãûûu hæîîu cå ban âáööu 9Caïïc giai âoaûûn taûûo thaìình dáööu khê: 4 ƒ Têch âoüüng caïïc váûût liãûûu hæîîu cå ban âáööu ƒ Biãúún âäøøi caïïc cháúút hæîîu cå bãöön væîîng thaìình caïïc hydrocacbon ban âáööu cuíía dáööu khê ƒ Di cæ cuíía dáööu khê âãúún caïïc bäöön chæïïa thiãn nhiãn ƒ Dáööu khê biãúún âäøøi tiãúúp tuûûc trong caïïc báùùy chæïïa 2- Phán loaûûi „ Theo nguäöön gäúúc „ Theo haììm læåüüng khê acide „ Theo thaìình pháöön khê C3+ „ Theo thaìình pháöön khê C2+ a- Phán loaûûi khê theo nguäöön gäúúc „ Khê tæûû nhiãn → khai thaïïc âæåüüc tæìì caïïc moíí khê riãng biãûût. Khi khai thaïïc chè thu âæåüüc khê ; „ Khê âäööng haìình (khê dáööu moíí) → thu âæåüüc cuììng våïïi quaïï trçnh khai thaïïc dáööu. Khê nàòmò trong moíí dáööu coïï aïïp suáúút cao nãn chuïïng hoììa tan mäüüt pháöön trong dáööu. Khi khai thaïïc lãn do aïïp suáúút giaíím nãn chuïïng âæåüüc taïïch ra thaìình khê âäööng haìình „ Ngoaììi hai loaûûi khê trãn coììn coïï daûûng trung gian giæîîa dáööu vaìì khê → Condensate : thæûûc cháúút laìì pháöön âuäi cuíía khê vaìì cuîîng laìì pháöön âáööu cuíía dáööu. ÅÍÍ âiãööu kiãûûn thæåììng Condensate åíí daûûng loííng nãn âæåüüc goüüi laìì khê ngæng våïïi nhiãûût cuäúúi khoaííng 2000C Cáúúu truïïc âëa hçnh caïïc moíí khê thiãn nhiãn, condensat, khê âäööng haìình vaìì dáööu moíí Næåïc Khê tæû nhiãn d=0,1 ÷0,2 Næåïc Condensat d ≈ 0,4 Khê Dáöu Næåïc Khê âäöng haình Dáöu moí Næåïc Dáöu moí d = 0,8 ÷ 1 b- Phán loaûûi khê theo haììm læåüüng khê acide chæïïa trong khê „ Khê chua : læåüüng H2S > 1 % thãøø têch vaìì CO2 > 2 % thãøø têch ; „ Khê ngoüüt : læåüüng H2S ≤ 1 % thãøø têch vaìì CO2 ≤ 2 % thãøø têch c- Phán loaûûi khê theo thaìình pháöön khê C3+ „ Khê beïïo → khê giaììu propane, butane vaìì caïïc hydrocarbure nàûûng (ρ > 150 g/cm3). Tæìì khê naììy→ chãúú taûûo âæåüüc xàng (LGN), khê dáööu moíí hoaïï loííng (GPL) vaìì caïïc hydrocarbure riãng biãûût cho cäng nghãûû täøøng håüüp hæîîu cå. „ Khê gáööy → khê chæïïa êt hydrocarbure nàûûng (ρ < 50 g/cm3) → âæåüüc sæíí duûûng chuíí yãúúu laììm nhiãn liãûûu cho cäng nghiãûûp vaìì âåììi säúúng „ Khê khä : C2+ ≤ 10 % ; „ Khê áøøm : C2+ > 10 % d- Phán loaûûi khê theo thaìình pháöön khê C2+ Phán loaûûi khê tæûû nhiãn vaìì khê âäööng haìình theo thaìình pháöön % thãøø têch vaìì træîî læåüüng dæûû âoaïïn cuíía tæììng loaûûi trãn thãúú giåïïi (109 m3) 788012435841025370Træîlæåüng Khê áøm chua (khê âäöng haình hay Condensat) Khê áøm ngoüt (khê âäöng haình hay Condensat) Khê khä chua (khê thiãn nhiãn) Khê khä ngoüt (khê thiãn nhiãn) Tãn goüi >10 >1 >2 >10 <1 <2 <10 >1 >2 <10 <1 <2 C2+ H2S CO2 4321Loaûi 3- Thaìình pháöön khê „ Nhæîîng cáúúu tæíí cå baíín : meïïthane, eïïthane, propane, n-butane vaìì iso-butane. „ Coììn pentane vaìì caïïc hydrocarbure no maûûch thàóóng coïï phán tæíí læåüüng låïïn hån thç chiãúúm mäüüt læåüüng khäng âaïïng kãøø. „ Tuy nhiãn do nguäöön gäúúc cuíía khê tæûû nhiãn vaìì khê dáööu moíí khaïïc nhau nãn thaìình pháöön cuíía chuïïng cuîîng khaïïc nhau. a. Khê thiãn nhiãn „ Khê tæûû nhiãn coïï thaìình pháöön chuíí yãúúu laìì meïïthane (80 ÷ 99% thãøø têch). „ Caïïc moíí khê thiãn nhiãn laìì caïïc tuïïi khê nàòmò sáu dæåïïi màûût âáúút vaìì thaìình pháöön khê åíí báúút cæïï vë trê naììo cuíía tuïïi khê cuîîng giäúúng nhau (trong pha khê, caïïc cáúúu tæíí khê âæåüüc khuyãúúch taïïn trong nhau ráúút âãööu) → Thaìình pháöön khê khäng phuûû thuäüüc vaììo vë trê khai thaïïc b. Khê dáööu moíí „ Ngæåüüc laûûi, ngoaììi thaìình pháöön nhiãööu nháúút laìì meïïthane coììn coïï chæïïa eïïthane, propane, butane vaìì caïïc hydrocarbure nàûûng våïïi haììm læåüüng låïïn hån âaïïng kãøø so våïïi khê thiãn nhiãn „ Thaìình pháöön cuíía khê thay âäøøi trong mäüüt phaûûm vi khaïï räüüng tuyìì theo moíí dáööu khai thaïïc, vë trê khai thaïïc vaìì thåììi gian khai thaïïc. Caïïc moíí dáööu thæåììng täöön taûûi dæåïïi aïïp suáúút cao nãn mäüüt pháöön caïïc hydrocarbure åíí traûûng thaïïi khê hoaìì tan trong pha loííng ; Khi âæåüüc khai thaïïc lãn màûût âáúút, aïïp suáúút trãn bãöö màûût cháúút loííng giaíím xuäúúng nãn læåüüng khê hoaìì tan trong loííng seîî thoaïït ra „ ⇒ thåììi gian khai thaïïc caììng daììi⇒ P cuíía khê trãn bãöö màûût pha loííng caììng giaíím dáöön⇒ khê caììng nàûûng. „ Ngoaììi ra, trong thaìình pháöön cuíía khê thiãn nhiãn vaìì khê dáööu moíí coììn coïï chæïïa mäüüt êt caïïc khê taûûp nhæ : H2S, CO2, N2, He, ... vaìì mäüüt læåüüng nhoíí Hg. „ H2S : Thæûûc tãúú, trong thaìình pháöön âa säúú caïïc khê thiãn nhiãn haììm læåüüng H2S << (< 1 % thãøø têch), chè coïï mäüüt säúú moíí khê åíí Âæïïc vaìì CEI laìì coïï H2S ≥ 10% thãøø têch nhæng ráúút hiãúúm. „ CO2, N2 : Ngæåüüc laûûi, âáy laìì hai loaûûi khê taûûp coïï màûût thæåììng xuyãn trong thaìình pháöön cuíía khê thiãn nhiãn vaìì khê dáööu moíí. „ - CO2 : 0,5 - 10% (coïï thãøø âaûût âãúún 70%) „ - N2 : 0,5 - 5% (coïï thãøø âaûût âãúún hån 25%) Baíng 1.2 : Thaình pháön cuía khê thiãn nhiãn vaì khê dáöu moí khai thaïc tæì mäüt vaìi moí cuía mäüt vaìi næåïc trãn thãú giåïi 10830 12040 8130 27.5 0.1 0.1 0.8 - - 0.7 0.7 0.5 5.5 5 1.8 7.5 5 1.3 12 10 2.3 14 10 3 32 69.2 91 Khê dáöu moí 7980 8050 9560 0.4 9.4 0.2 - 0.2 - 0.2 0.2 0.3 - 0.8 4.8 0.1 0.5 1.7 0.2 1.6 1 0.3 5.5 2 98.8 81.8 90 Khê thiãn nhiãn PCIv (kcal/m3) N2 vaì khê hiãúm H2SCO2 C5H12 vaì âäöng phán C4H10 vaì âäöng phán C3H 8 C2H 6 CH4 Loaûi khê Caïïc phán âoaûûn loííng khaïïc nhau âæåüüc bäúú trê theo mäüüt thang nhiãûût âäüü tæång æïïng biãøøu diãùùn nhiãûût âäüü säi cuíía caïïc hydrocarbure åíí aïïp suáúút khê quyãøøn 0 -30 -80 -100 -160 Thang nhiãût Nhiãût âäü âäü (oC) säi (oC) n-Pentane 36,074 i-Pentane 27,852 n-Butane -0,5 i-Butane -11,73 Propane -42,07 Eïthane -88,63 Meïthane -161,49 Gazoline (Gasoline) Gaz de peïtrole liqueïfieïs (GPL) Liquefied petroleum gas (LPG) Gaz naturel liqueïfieï (GNL) Liquefied natural gas (LNG) Liquides de gaz naturel (LGN) Natural gas liquids (NGL) 4- Tênh cháúút váûût lyïï „ Khê hydrocacbon khäng maììu, khäng muììi, khäng vë do váûûy khi sæíí duûûng ngæåììi ta thãm vaììo cháúút taûûo muììi tuììy theo mæïïc âäüü an toaììn. „ Tênh tan cuíía chuïïng khäng giäúúng nhau, khäng träüün láùùn våïïi næåïïc vaìì coïï thãøø tan dãùù daììng trong caïïc cháúút måîî, cháúút hæîîu cå. „ Âiãøøm säi cuíía n-paraffine tàng dáöön theo säúú nguyãn tæíí Cacbon coïï trong maûûch. 5- Tçnh hçnh chãúú biãúún vaìì sæíí duûûng khê thiãn nhiãn vaìì khê dáööu moíí A- Trãn thãúú giåïïi 9 Khê thiãn nhiãn vaìì khê dáööu moíí laìì nguäöön chênh cung cáúúp caïïc nguyãn liãûûu quan troüüng nháúút cho cäng nghiãûûp hoaïï hoüüc vaìì hoaïï dáööu : 9 Etane : åíí Myîî, tæìì C2 âaîî chãúú biãúún 40% C2= (nguyãn liãûûu quan troüüng nháúút cuíía cäng nghiãûûp täøøng håüüp hoaïï hoüüc) phuûûc vuûû cho saíín xuáúút nhæûûa täøøng håüüp, oxyde eïïtyleììne, cháúút hoaûût âäüüng bãöö màûût, ... Tçnh hçnh saíín xuáúút khê thiãn nhiãn trãn thãúú giåïïi (Âån vë = 106 tep = Triãûûu táúún dáööu tæång âæång) (1 táúún GNL ≈ 2,2 m3 GNL ≈1350 m3(n) khê ≈ 1,2 tep) 262321151472,5Toaìn thãú giåïi 400 130 270 181 127 1189 213 229 284 41 243 446,5 112,5 334,0 114,5 149,5 992 106 115 191,5 30 161,5 467,0 78,5 388,5 69 150 578 50,5 63,5 94,5 16,5 78 Bàõc Myî Canaâa Myî Cháu Myî La tinh Táy Áu Âäng Áu Cháu Phi Trung Âäng Cháu A Ï/ Cháu Âaûi Dæång Nháût, UÏc, Tán Táy Lan Caïc næåïc khaïc 202020001985 Tçnh hçnh tiãu thuûû khê thiãn nhiãn trãn thãúú giåïïi (Âån vë = tep) 262321151476Toaìn thãú giåïi 469 95 374 151 257 1136 138 174 298 61 27 210 454,5 79,5 375,0 112,5 230,5 940,5 71,5 108 197,5 47,5 20,5 129,5 472 58 414 69 191 555 32 61 96 35 14 47 Bàõc Myî Canaâa Myî Cháu Myî La tinh Táy Áu Âäng Áu Cháu Phi Trung Âäng Cháu A Ï/ Cháu Âaûi Dæång Nháût Uïc, Tán Táy Lan Caïc næåïc khaïc 202020001985 B- ÅÍÍ Viãûût Nam „ Tiãööm nàng khê åíí Viãûût nam 9Viãûût nam âæåüüc thãúú giåïïi nhçn nháûûn laìì mäüüt quäúúc gia dáööu khê non treíí trong cäüüng âäööng caïïc quäúúc gia dáööu khê trãn thãúú giåïïi. 9Theo PetroVietnam Gas Company, tiãööm nàng nguäöön khê Viãûût nam táûûp trung åíí 5 vuììng truîîng chênh : truîîng Säng Häööng, truîîng Cæííu Long, truîîng Nam Cän Sån, truîîng Maîî Lai - Thäøø Chu vaìì truîîng miãöön Trung coïï khaíí nàng cung cáúúp khê trong vaììi tháûûp kyíí tåïïi. Caïïc vuììng truîîng naììy âãúún nay váùùn âang giai âoaûûn nghiãn cæïïu vaìì âaïïnh giaïï mäüüt caïïch chi tiãúút.. 9Hiãûûn nay chè coïï 2 truîîng coïï træîî læåüüng thæång maûûi laìì truîîng Cæííu Long vaìì truîîng Nam Cän Sån thuäüüc thãööm luûûc âëa phêa nam næåïïc ta. Trong âoïï moíí dáööu Baûûch Häøø vaìì moíí Räööng thuäüüc vuììng truîîng Cæííu Long âaîî vaìì âang cho saíín læåüüng khai thaïïc khê âäööng haìình quan troüüng nháúút. SONG HONG BASIN MEKONG BASIN NAM CON SON BASIN MALAI-THOCHU BASIN Tiãööm nàng khê åíí Viãûût nam 1260 - 1736201,6 - 319,2Täøng cäüng 28 - 56 84 - 140 532 - 700 84 - 140 532 - 700 5,6 - 11,2 42 - 70 140 - 196 14 - 42 Säng Häöng Cæíu Long Nam Cän Sån Maî Lai - Thäø Chu Caïc moí nhoí khaïc Træî læåüng tiãöm nàng (tè m3) Træî læåüng thæûc tãú (tè m3)Moí khê Thaìình pháöön khê âäööng haìình åíí mäüüt säúú moíí dáööu åíí Viãûût nam (% thãøø têch) 77,25 9,49 3,83 1,34 1,26 2,33 4,50 76,54 6,98 8,25 0,78 0,94 1,49 5,02 71,5 12,52 8,61 1,75 2,96 1,84 0,70 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n- C4H10 C5+ CO2 + H2S Moí Âaûi Huìng Moí Räöng Moí Baûch Häø Thaình pháön khê ¨ ÆÏÏng duûûng cuíía khê „ Khê âäúút coïï ráúút nhiãööu æïïng duûûng trong âåììi säúúng sinh hoaûût cuîîng nhæ trong cäng nghiãûûp: „ chuíí yãúúu sæíí duûûng cho ngaìình cäng nghiãûûp âiãûûn „ sæíí duûûng trong quaïï trçnh bæïïc xaûû nhiãûût „ sæíí duûûng våïïi vai troìì nguyãn liãûûu trong saíín xuáúút „ sæíí duûûng trong cäng nghiãûûp giao thäng váûûn taííi „ sæíí duûûng âãøø saíín xuáúút phán âaûûm „ saíín xuáúút Methanol „ dæûû aïïn liãn håüüp âiãûûn âaûûm So saïïnh caïïc säúú liãûûu cháúút thaííi khi sæíí duûûng nhiãn liãûûu thay thãúú 3500480600NO2 (mg) 02060SO2 (mg) 407290CO (mg) 380720900CO2 (g) Turbine khê häùn håüp Nhiãût âiãûn chaûy DO Nhiãût âiãûn chaûy than Læåüng cháút thaíi/kwh ¾ Triãøøn voüüng cuíía ngaìình cäng nghiãûûp khê „ Khaíí nàng thë træåììng taûûm thåììi âæåüüc âaïïnh giaïï, æåïïc tênh trong tæång lai gáöön, tè lãûû tiãu thuûû khê nhæ sau : 9 Cäng nghiãûûp : 32 % 9 Phán âaûûm : 0 % 9 Váûûn taííi : 0 % 9 Âiãûûn : 68 % „ Nhæng âãúún nàm 2010 nhu cáööu sæíí duûûng khê dæûû kiãúún seîî thay âäøøi : 9 Cäng nghiãûûp : 14 % 9 Phán âaûûm : 6 % 9 Váûûn taííi : 0 % 9 Âiãûûn : 30 % 9 LNG : 31 % 9 Xuáúút kháøøu sang Thaïïi Lan : 19 % CHÆÅNG II CAÏÏC QUAÏÏ TRÇNH CÄNG NGHÃÛÛ CÅ BAÍÍN CHÃÚÚ BIÃÚÚN KHÊ I- Så âäö chung cuía quaï trçnh chãú biãún khê Xæí lyï/Phán taïch Xæí lyï/ hoïa loíngKhê tæì moí C5+ (khê ngæng) C3+ (GPL) Xæí lyï Khê hoïa laûi Âæåìng äúng dáùn khê Taìu chåí khê Chuyãøn hoïa hoïa hoüc Taìu thuíy Saín pháøm hoïa hoüc KHÁU PHÁN TAÏCH VÁÛN CHUYÃØN PHÁN PHÄÚI a- Váûûn chuyãøøn khê bàòng âò æåììng äúúng (Gazoduc) b- Váûûn chuyãøøn khê bàòng taò ììu chåíí khê (meïïthanier) c- Chuyãøøn hoïïa hoïïa hoüüc khê „ Bàòng chuyãò øøn hoïïa hoïïa hoüüc ⇒ coïï khaíí nàng chuyãøøn hoïïa CH4 thaìình caïïc saíín pháøøm loííng khaïïc åíí âiãööu kiãûûn T thæåììng nhæ : xàng, keïïroseììne, gasoil ⇒ váûûn chuyãøøn vaìì sæíí duûûng dãùù daììng hån. „ Coïï 2 hæåïïng : – Chuyãøøn hoïïa træûûc tiãúúp : (> 50%) CH4 thaìình xàng hoàûûc våïïi âiãööu kiãûûn T cao, hoàûûc våïïi T tháúúp hån nhæng phaííi coïï màûût cuíía O2 vaìì cháúút xuïïc taïïc. – Chuyãøøn hoïïa giaïïn tiãúúp : (< 50%) qua giai âoaûûn trung gian saíín xuáúút khê täøøng håüüp, tæìì âoïï seîî : „ täøøng håüüp thaìình HC loííng = phaíín æïïng Fischer + Tropsch „ hoàûûc täøøng håüüp thaìình MeOH hoàûûc mäüüt häùùn håüüp cuíía MeOH vaìì alcool tæìì C1 ÷ C6, hoàûûc chuyãøøn hoïïa tiãúúp tuûûc giai âoaûûn 2 thaìình xàng hoàûûc eïïther (MTBE), laìì nhæîîng cáúúu tæíí ráúút täúút âãøø phäúúi liãûûu cho xàng ; „ hoàûûc täøøng håüüp thaìình NH3⇒ saíín xuáúút phán urã. Toïïm laûûi, quaïï trçnh chãúú biãúún khê bao gäööm caïïc giai âoaûûn chuíí yãúúu sau : 1. Taïïch caïïc taûûp cháúút cå hoüüc 2. Taïïch condensat 3. Khæíí acide 4. Taïïch næåïïc hoàûûc deïïshydrat hoïïa 5. Taïïch phán âoaûûn caïïc hydrocarbure 6. Taïïch Nitå vaìì Hãli 7. Taïïch Hg Chương III Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học „ Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học được thực hiện chủ yếu nhờ các thiết bị cơ học. „ Người ta phân biệt thành hai nhóm : – Nhóm làm sạch ướt – Nhóm làm sạch khô I- Làm sạch ướt „ Để làm sạch ướt đối với các khí ẩm có chứa nhiều dầu mỏ nguyên khai, người ta thường sử dụng các thiết bị như : thiết bị lọc scrubber, cyclone ẩm, máy rửa quay, ... „ Những thiết bị lọc bụi kiểu này có độ làm sạch khí từ 80 ÷ 90 %. „ Trong quá trình làm việc, trong thiết bị hình thành một thể tích bọt khá lớn ⇒ còn có tên là thiết bị bọt. „ Các thiết bị bọt có khả năng loại được 98 ÷ 99 % bụi có đường kính > 5µm và 75 ÷ 80 % bụi có đường kính < 5 µm. Sơ đồ thiết bị bọt 1. Phòng rỗng 2. Tấm lưới 3. Đáy hình nón 4. Tấm chắn II- Làm sạch khô „ Phương pháp làm sạch khô được sử dụng khá phổ biến. „ Người ta thường sử dụng các thiết bị như : – cyclone – thiết bị lắng bụi – lọc bụi điện CHƯƠNG IV TÁCH CONDENSAT I- Đại cương „ Khi được khai thác lên từ mỏ, khí đồng hành thường chứa một lượng lỏng nào đó. Trong vài trường hợp, nhất là khi khai thác khí ở biển, lỏng này thường được vận chuyển đồng thời với khí ở trạng thái 2 pha ⇒ phải tiến hành tách pha lỏng này ra. „ Để đảm bảo tách triệt để phần lỏng ngưng, tránh tình trạng pha khí thu được chứa một hàm lượng đáng kể các HC nặng, cần thiết phải tiến hành tách nhiều giai đoạn theo P Ì dần. Sơ đồ tách 2 giai đoạn và 3 giai đoạn C Phân loại Thiết bị tách khí - lỏng bao gồm 3 loại chính mà sự lựa chọn phụ thuộc vào điều kiện sử dụng : „ thẳng đứng „nằm ngang „hình cầu Thiết bị tách khí - lỏng thẳng đứng Thiết bị tách khí - lỏng nằm ngang Thiết bị tách khí - lỏng hình cầu CHƯƠNG V KHỬ ACIDE I- Nguyên tắc „ Khử acide là quá trình tách các khí acide ra khỏi thành phần của khí thiên nhiên, chủ yếu là khí CO2 và H2S. Và như ta đã biết, quá trình loại khí H2S thường yêu cầu phải triệt để hơn quá trình loại khí CO2. „ Tuy vậy, khí H2S là những nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất S và H2SO4. Các phương pháp khử acide 1. Phương pháp hấp thụ : được sử dụng phổ biến nhất. Độ chọn lựa của dung môi hấp thụ đối với các khí acide phụ thuộc vào ái lực hóa học (trường hợp hấp thụ bằng dung môi hóa học) hoặc ái lực vật lý (hấp thụ bằng dung môi vật lý). 2. Phương pháp hấp phụ : cũng đạt hiệu quả cao ; 3. Phương pháp thẩm thấu : chưa được ứng dụng rộng rãi do người ta còn sử dụng hạn chế các loại màng lọc vì các yêu cầu kỹ thuật cao của chúng ; 4. Phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp : chủ yếu để tách CO2 II- Khử acide bằng phương pháp hấp thụ 1. Mục đích ⇒ Để làm sạch khí thiên nhiên và khí đồng hành khỏi các loại khí acide như: H2S, CO2 và các hợp chất chứa lưu huỳnh và oxy không mong muốn ⇒ Sử dụng chủ yếu phương pháp hấp thụ hóa học và hấp thụ vật lý. Các quá trình khử acide bằng phương pháp hấp thụ hóa học và vật lý Carbonate de propylène Fluor N - méthyl - 2 - pirrolidone (NMP) Purisol Méthanol ở nhiệt độ thấp. Rectisol Dung dịch nước của sulfolane và DiIsoPropanolAmine (DIPA) Sulfinol Dung dịch K2CO3 nóng Dung dịch K2CO3 nóng + 1,8% DEA (phụ gia hoạt hóa) Dung dịch muối Asen của kim loại kiềm nóng (K3AsO3) Ddịch muối Natri (2,6 - 2,7% acide antraquinonsulfonic) Làm sạch bằng K2CO3 : Thông thường Bentild Vetrocokk Stretford Diméthyléther de polyéthylène glycol (DMEPEG) Selexol Monoéthanolamine Diéthanolamine Diisopropanolamine Diglycolamine Làm sạch bằng Alkanolamine: MEA DEA DIPA DGA Dung môiQuá trìnhDung môiQuá trình Hấp thụ vật lýHấp thụ hóa học 2- Quá trình khử acide bằng dung môi hóa học a- Làm sạch bằng bằng các alkanolamine Các loại amine „ Các amine có ái lực hóa học mạnh với các khí acide do tính chất kiềm của chúng ; „ Có nhiều loại amine được dùng làm dung môi hóa học để khử acide : – Monoéthanolamine (MEA) – Diéthanolamine (DEA) – Triéthanolamine (TEA) – Méthyldiéthanolamine (MDEA) – Diglycolamine (DGA) – Diisopropanolamine (DIPA) Bảng tổng hợp các tính chất vật lý cơ bản của các loại amine trên Sơ đồ nguyên lý của quá trình khử acide cho khí bằng cách rửa với các dung môi amine 3- Quá trình khử acide bằng dung môi vật lý „ Đặc trưng của quá trình – khí cần xử lý có áp suất tương đối cao ; – hàm lượng các hydrocarbure nặng trong khí thấp ; – nồng độ khí acide trong khí cao ; – cần thiết phải hấp thụ chọn lọc H2S và CO2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quá trình Selexol III- Quá trình khử acide bằng hấp phụ „ Được sử dụng khi yêu cầu độ sạch của khí sản phẩm rất cao và hàm lượng tạp chất trong khí nguyên liệu tương đối nhỏ. „ Sử dụng rây phân tử 4A hoặc 5A cho phép thực hiện đồng thời quá trình déshydrat hóa và khử acide cho khí ; khí sản phẩm có độ sạch rất cao : – hàm lượng nước chỉ còn khoảng 0,1 ppm – hàm lượng H2S đạt từ 20 - 40 mg/m3 „ Khi trong khí có chứa CO2 và H2S, thường sẽ xảy ra phản ứng giữa chúng tạo thành COS ⇒ nhiều công trình hiện nay đang nghiên cứu các loại rây phân tử mới, có tác dụng tách cả COS. Sơ đồ quá trình khử acide bằng hấp phụ IV- Quá trình khử acide bằng thẩm thấu khí „ Đã được áp dụng trong công nghiệp để décarbonate hóa khí thiên nhiên. Hiện nay, người ta chỉ ứng dụng phương pháp này với các phân xưởng năng suất nhỏ. „ Sử dụng màng lọc trong phương pháp thẩm thấu khí có thể thực hiện đồng thời quá trình décarbonate và déshydrat cho khí thiên nhiên „ Với các loại màng lọc hiện có, các thiết bị thẩm thấu khí chỉ có ý nghĩa kinh tế khi nồng độ của CO2 trong thành phần khí thô là cao và các yêu cầu kỹ thuật của khí sản phẩm không cao lắm. V- Phân tách các khí acide bằng chưng cất „ Người ta có thể sử dụng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp để tách CO2 khi nồng độ của khí tạp này trong khí thô cao. „ Ở nhiệt độ thấp, CO2 sẽ kết tinh (điểm ba là -56,57oC). „ Có 2 cách để giải quyết khó khăn này : – Sử dụng phụ gia là một HC nhẹ – Sử dụng một tháp chưng cất Sơ đồ nguyên lý của quá trình Ryan-Holmes Additif+C3+ C2- + CO2 + εC3+ C2- + εC3+ Sơ đồ nguyên lý của quá trình CFZ CHƯƠNG VI KHỬ NƯỚC I. Khái niệm chung II. Các biện pháp ngăn ngừa sự hình thành hydrate III. Quá trình déhydrate hoá I- KHÁI NIỆM CHUNG 1. Độ ẩm của khí và cách xác định 2. Cấu trúc của hydrate 3. Cân bằng của quá trình tạo thành hydrate 1- Độ ẩm của khí và cách xác định „ Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hòa hơi nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào P, T và thành phần hóa học của khí. „ Mỗi giá trị của T và P sẽ tương ứng với hàm lượng hơi nước cực đại có thể có nhất định. „ ⇒ Hàm lượng ẩm tương ứng với lượng hơi nước bão hòa tối đa được gọi là độ ẩm cân bằng. „ Nếu giảm T của khí có chứa hàm lượng ẩm bão hòa cực đại và giữ P =cte thì một phần hơi nước sẽ ngưng tụ Đồ thị 2.4 : Độ ẩm cân bằng của khí thiên nhiên 2- Cấu trúc của hydrate „ Nước có mặt trong hỗn hợp khí có thể tạo thành các hydrate với cấu trúc tinh thể đều đặn. „ Về bản chất, hydrate là các dung dịch rắn, dung môi là các phân tử nước liên kết với nhau bằng liên kết hydro, tạo thành một mạng lưới, từ đó các phân tử HC nhẹ (méthane, éthane, propane, butane) thâm nhập vào mạng lưới này và tạo thành mạng tinh thể hydrate bền vững Cấu trúc các tinh thể hydrate bao gồm 2 dạng, dựa trên cấu trúc ô mạng cơ sở là đa diện 12 mặt 5 cạnh, ký hiệu là 512 Dạng cấu trúc I Dạng cấu trúc II 3- Cân bằng của quá trình tạo thành hydrate „ Điều kiện hình thành các hydrate trong khí thiên nhiên chủ yếu phụ thuộc vào T và P của hệ. „ Để xác định các điều kiện cân bằng tạo thành các hydrate, người ta sử dụng đồ thị 2.13 Đồ thị 2.13:Đường cong tạo thành hydrate của khí thiên nhiên với các tỉ khối khác nhau 0 20 III. Quá trình déhydrate hoá 1.Đại cương 2.PP làm lạnh với sự có mặt của chất ức chế 3.Phương pháp hấp thụ 4.Phương pháp hấp phụ 5.Phương pháp thẩm thấu 1- Đại cương „ Mục đích: tách hơi nước trong khí → tạo ra cho khí có T điểm sương thấp hơn T tối thiểu mà tại đó dòng khí được vận chuyển và chế biến. „ Có 4 phương pháp khử hydrate : – làm lạnh với sự có mặt của chất ức chế – hấp thụ – hấp phụ – thẩm thấu 2- Phương pháp làm lạnh với sự có mặt của chất ức chế „ Sử dụng chất ức chế méthanol „ Sử dụng chất ức chế glycol a- Sử dụng chất ức chế méthanol Sơ đồ công nghệ bao gồm 2 khu vực : „ Khu vực I : Khu vực déshydrate hoá „ Khu vực II : khu vực khử acide - được thiết kế nếu cần thiết. Sơ đồ công nghệ của quá trình sử dụng chất ức chế méthanol b- Sử dụng chất ức chế glycol „ Trong thực tế → thường sử dụng các loại glycol: EG, DEG, TEG với nồng độ khoảng 60 - 80 % khối lượng. „ Việc lựa chọn một loại glycol sử dụng đạt hiệu quả cao cho một quá trình xử lý khí nào đó phụ thuộc vào : – T đông đặc và độ nhớt của dung dịch glycol ; – độ hạ T tạo hydrate đối với nồng độ glycol đã cho ; – khả năng hòa tan của glycol trong HC ngưng tụ ; – thành phần khí. „ Độ hạ T điểm sương của khí phụ thuộc vào loại chất ức chế, nồng độ của nó và T khí tiếp xúc với chất ức chế . Sơ đồ công nghệ của quá trình sử dụng chất ức chế glycol 3- Quá trình déshydrat hóa bằng hấp thụ a. Đại cương b. Déshydrat hóa bằng Triéthylène glycol (TEG) a- Đại cương „ PP này được dùng khá phổ biến. „ Chất hấp thụ là các dung môi có ái lực mạnh với nước. „ Quá trình sấy khô khí thiên nhiên bằng các chất hấp thụ dựa trên sự khác biệt về pp(hơi nước) trong khí và trong chất hấp thụ. Khí cần xử lý sẽ tiếp xúc ngược dòng với dung môi chọn lọc trong tháp đĩa hoặc tháp đệm. Sơ đồ quá trình déshydrat hóa khí bằng dung môi hấp thụ TEG 4- Quá trình déshydrat hóa bằng hấp phụ „ Các chất hấp phụ thường dùng là : – Nhôm hoạt tính – Silicagel – rây phân tử. „ Đặc trưng của quá trình déshydrat hóa khí bằng zéolite : – hàm lượng nước trong khí ít ; – lưu lượng khí đem xử lý không lớn ; – hoạt động không liên tục, chất hấp phụ thường đắt nên được thay thế 3 năm 1 lần ; – hàm lượng các HC nặng không được lớn lắm ; – các tạp chất (COS và CS2) → chất ngộ độc zéolithe. 5- Quá trình déshydrat hóa bằng thẩm thấu khí „ Cho đến nay, quá trình déshydrat hóa bằng thẩm thấu khí hầu như không còn được sử dụng trong công nghiệp xử lý khí nữa do những yêu cầu kỹ thuật quá cao của quá trình. „ Để déshydrat hóa khí bằng thẩm thấu → phải lựa chọn những hợp chất cao phân tử thích hợp có αij >>, ≈ 200.000 (với loại màng mỏng đồng thể và không hề có khuyết tật) và ≈ 300 ÷ 500 (với loại chùm sợi rỗng). Hơn nữa, phải chấp nhận một lượng C1 thẩm thấu qua màng lọc để màng lọc được chọn có bề mặt riêng không quá lớn. CHƯƠNG VII