Tìm hiểu quá trình sản xuất và ứng dụng của khí tổng hợp

Tìm hiểu quá trình sản xuất và ứng dụng của khí tổng hợp

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM VÀ ỨNG DỤNG CỦA KHÍ TỔNG HỢP 2

1.1 KHÁI NIỆM KHÍ TỔNG HỢP 2

1.2 ỨNG DỤNG KHÍ TỔNG HỢP 3

1.2.1 Sản xuất amoniac 4

1.2.1.1 Quá trình sản xuất amoniac 4

1.2.1.2 Các ứng dụng của amoniac 5

1.2.2 Sản xuất Metyl ancol 8

1.2.2.1 Sản xuất Metanol 9

1.2.2.2 Ứng dụng của metanol 11

1.3 SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP 18

1.3.1 Từ khí thiên nhiên 18

1.3.2 Từ than đá 18

1.3.3 Nguồn sinh khối 19

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP TỪ THIÊN NHIÊN 20

2.1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN 20

2.1.1 Định nghĩa 20

1.2.2 Lịch sử 20

1.2.3 Sự hình thành khí thiên nhiên 20

2.1.4 Thành phần của khí thiên nhiên 22

2.1.4.1 Các hợp chất hydrocacbon 22

2.1.4.2 Các hợp chất phi hyđrocacbon 22

2.1.4.3 Hơi nước bão hoà 22

2.1.5 Phân loại khí dầu mỏ 23

2.1.5.1 Phân loại theo nguồn gốc hình thành 23

2.1.5.2 Phân loại theo hàm lượng axit 23

2.1.6.Tính chất hoá - lý của hydrocacbon 23

2.1.6.1 Phương trình chuyển pha Clapeyron - Clausius 23

2.1.6.2 Trạng thái vật lý của hyđrocacbon 24

2.1.6.3 Giới hạn cháy nổ 24

2.1.6.4 Nhiệt trị (nhiệt cháy hay năng suất toả nhiệt) : 24

2.1.7 Tình hình chế biến và sử dụng khí thiên nhiên và khí dầu mỏ 25

2.1.7.1 Trên thế giới 25

2.1.7.2 Ở Việt Nam 27

2.2 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP TỪ KHÍ TỰ NHIÊN 28 2.2.1 Công nghệ chuyển hoá bằng hơi nước 28

2.2.2 Quá trình chuyển hoá có xúc tác Autothermic refoming (ATR).29 2.2.3 Công nghệ tổ hợp 32

2.2.4 Công nghệ oxy hoá không hoàn toàn không xúc tác 33

2.2.5 Các quá trình phát triển 33

2.2.5.1 Công nghệ CAR của hãng UHDE: 34

2.2.5.2 Công nghệ GHR của hãng ICI : 35

2.2.6 So sánh về năng lượng và giá cả 36

CHƯƠNG III: SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP BẰNG CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ THAN 37

3.1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CHUNG 37

3.1.1 Phân loại công nghệ 37

3.1.2 Những phản ứng cơ bản trong quá trình khí hoá than 40

3.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CÔNG NGHỆ 41

3.3 SỬ DỤNG KHÍ TỔNG HỢP 42

CHƯƠNG IV: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 47

4.1 AN TOÀN LAO ĐỘNG 47

4.1.1 Mục đích 47

4.1.2 Công tác đảm bảo an toàn lao động 47

4.1.2.1.Công tác giáo dục tư tưởng 47

4.1.2.2 Trang bị bảo hộ lao động 47

4.1.2.3 Các biện pháp kỹ thuật 47

4.1.2.4 Công tác vệ sinh trong lao động 48

4.2 BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 49

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Lời cảm ơn

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN

Hình 1.1 Quá trình ICI để sản xuất khí tổng hợp và ammoniac 5

Hình 1.2 :Thiết bị Snamprogetti để sản xuất ure 7

Hình 1.3 Sản xuất Methanol 10

Hình 1.4 MTBE được tạo ra bằng phản ứng của metanol và isobuten 14

Hình 2.1: Sơ đồ hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên 22

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ chuyển hoá khí tự nhiên bằng hơi nước 28

Hình 2.3 : Sơ đồ công nghệ chuyển hóa bằng hơi nước của hãng

Haldor Topsoe 29

Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ chuyển hoá không có xúc tác 30

Hình 2.5 Sơ đồ công nghệ ATR của hãng Howe Baker Engineers 30

Hình 2.6 Công nghệ chuyển hoá tự nhiệt bằng hơi nước của hãng Haldor Topsoe 31

Hình 2.7 Sơ đồ công nghệ quá trình tổ hợp 32

Hình 2.8 Sơ đồ công nghệ chuyển hoá không có xúc tác 33

Hình 2.9 Sơ đồ công nghệ quá trình UHDE 34

Hình 2.10 Sơ đồ công nghệ quá trình GHR của ICI 35

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất xăng từ khí hoá than 43

Hình 3.2 Lượng sản phẩm thay đổi theo phương pháp FTS 44

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU TRONG ĐỒ ÁN

Bảng 1.1 Các đặc tính của các chất oxyhoá (MTBE,TAME, ETBE) 17

Bảng 2.1 Trình bày tình hình sản xuất khí thiên nhiên trên thế giới 26

Bảng 2.2 Tình hình tiêu thụ khí thiên nhên trên thế giới (đơn vị = tep) 26

Bảng 2.3 Tiềm năng khí ở Việt Nam 27

Bảng 2.4 Thành phần khí đồng hành ở một số mỏ dầu ở Việt Nam (% thể tích) 27

Bảng 2.5 So sánh các công nghệ chuyển hoá khí tổng hợp 36 Bảng 3.1 Các điều kiện thiết bị lớp xúc tác cố định thiết bị phản ứng tầng sôi .44

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, ngành công nghiệp khí được đánh giá là ngành mũi nhọn trongchiến lược phát triển kinh tế của nước ta Nhưng thực tế thì ngành công nghiệpnày đang phải đối mặt với rất nhiều khó khăn và thử thách

Cả nước mới chỉ có nhà máy lọc hoá dầu Dung Quất vừa mới đi vào hoạtđộng Tiếp đó là tổ hợp lọc – hoá dầu Nghi Sơn – Thanh Hoá Còn hiện tại thì nhàmáy chế biến khí vẫn đóng một vai trò khá lớn trong nền kinh tế của nước ta.Khí tổng hợp là một sản phẩm trung gian Hỗn hợp CO và H2 được sử dụng đểsản xuất metanol vµ nhiÒu s¶n phÈm kh¸c Nó cũng được sử dụng để tổng hợplượng lớn hydrocacbon từ khí naphtha tới gas oil sử dụng công nghệ Fischer-Tropsch Quá trình này có thể đưa ra phương pháp khác để tổng hợp được cácolefin và các chất khác trong tương lai Phản ứng hydrofocnyl hóa là phản ứngcủa khí tổng hợp và các olefin để thu được các aldehyde và alcohol

Khí tổng hợp là nguồn hydro chính để sản xuất ammoniac Ammoniac đượcdùng để tổng hợp nhiều chất hóa học như là ure, ammoni nitrat, hydrazine CO2 làsản phẩm phụ từ khí tổng hợp

Mục đích của đề tài này là : “Tìm hiểu quá trình sản xuất và ứng dụng của khítổng hợp”

CHƯƠNG I KHÁI NIỆM VÀ ỨNG DỤNG CỦA KHÍ TỔNG HỢP

1.1 KHÁI NIỆM KHÍ TỔNG HỢP

Khí tổng hợp là một hỗn hợp khí CO và H2 Tỉ lệ H2 và CO thay đổi theotừng loại nguồn cung cấp, phương pháp sản xuất và mục đích sử dụng cuốicùng của khí [1]

Có bốn phản ứng quan trọng trong quá chuyển hoá metan thành khí tổng hợp.Phản ứng thứ nhất là phản ứng chuyển hoá bằng hơi nước (steamrefrming)phản ứng thu nhiệt mạnh

Phản ứng này là phản toả nhiệt

Phản ứng thứ tư là oxy hoá không hoàn toàn metan bằng oxy

CH4 + 0,5O2 CO + 2H2 + 35,7KJ/mol

Phản ứng này cũng là phản ứng toả nhiệt

Tû lÖ mol cÊu tö thÝch hîp cho mét sè qu¸ tr×nh c¬ b¶n

1.2 ỨNG DỤNG KHÍ TỔNG HỢP

Rất nhiều chất hoá học được sản xuất từ khí tổng hợp Điều này là do hoạt tínhhai hợp phần của khí tổng hợp là khí hydro và cacbon monoxit - có hoạt tính cao.Hoạt tính của hỗn hợp khí này được chứng minh trong suốt chiến tranh thế giới IIkhi mà nó được sử dụng để sản xuất nhiên liệu thay thế sử dụng công nghệFischer Tropsch Hỗn hợp khí tổng hợp khi đó được sản xuất bằng phương phápkhí hoá than [2]

Khí tổng hợp cũng là một hợp phần cơ sở quan trọng để sản xuất andehyt từcác olefin Phản ứng hydro hoá xúc tác (phản ứng tổng hợp Oxo) chuyển hoánhiều olefin thành andehyt và rượu là phản ứng rất quan trọng trong thương mại

Sự OXH một phần khí tự nhiên và các sản phẩm dầu khí

Khí tổng hợp (hỗn hợp CO, H2)

Hai s¶n phÈm chính tạo thành từ khí tổng hợp là amoniac và metanol Mỗihợp chất này là một tiền chất để sản xuất nhiều chất hoá học khác Urê, axit nitric,hydrazin, acrylonitril, metylamin, và nhiều chất hoá học khác được tạo ra từ NH3.Mỗi chất trong số này lại là một tiền thân để sản xuất những chất hoá học khác Metanol, sản phẩm chính thứ hai đi từ khí tổng hợp là hợp chất duy nhất cótính hoạt động hoá học cao cũng như tính chất ưu việt cho nhiên liệu Nó là mộthợp phần cơ sở để tạo ra nhiều hợp chất hoạt động khác như fomandehyt, axitaxêtic và metylamin Một phương pháp khác để sản xuất các hydrocacbon trongphân đoạn xăng (quá trình MTG) từ metanol được tìm ra Trong tương laimetanol có thể sẽ chứng minh nó là một nguồn thay thế để sản xuất các olefinnhẹ.

1.2.1 Sản xuất amoniac

Amoniac là một trong những chất vô cơ quan trọng nhất, chỉ đứng sau axitsunfuric và vôi Chất khí không màu này có mùi rất khó chịu và dễ tan trong nướctạo thành một dung dịch bazơ yếu Amoniac dễ dàng bị hoá lỏng dưới áp suất cao

và amoniac lỏng là một chất làm lạnh quan trọng Amoniac khan là một loại phânbón trực tiếp cho đất Amoniac thu được từ phản ứng của hydro và nitơ khíquyển Sản lượng amoniac ở Mỹ năm 1994 ước tính khoảng 40 tỷ pound (xếp thứ

6 về thể tích trong các hoá chất)

1.2.1.1 Quá trình sản xuất amoniac

Lịch sử sản xuất amoniac được quan tâm từ lâu bởi vì nó mô tả ứng dụng quantrọng đầu tiên của nhiệt động học vào một quá trình công nghiệp Xét phản ứngtổng hợp amoniac từ các nguyên tố của nó, nhiệt phản ứng (∆H) và năng lượng tự

do (∆G) ở nhiệt độ phòng theo tính toán lần lượt là -46 và -16,5 KJ/mol Mặc dùhằng số cân bằng ở nhiệt độ phòng theo tính toán là Kc = 3,6 ×108 là khá cao,nhưng phản ứng không diễn ra ở điều kiện như này, và tốc độ của phản ứng thực

tế bằng không Phản ứng tổng hợp amoniac có thể mô tả như sau:

Tăng nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng nhưng làm giảm hằng số cân bằng (Kc

=0.08 ở 500 oC) Theo nguyên lý của Lechatlier, cân bằng thuận lợi ở áp suất cao

và nhiệt độ thấp Nhiều nghiên cứu của Haber đã tìm ra một chất xúc tác thíchhợp cho phản ứng tạo amoniac với vận tốc thích hợp ở nhiệt độ thấp hơn Sắt oxitđược xúc tiến bằng các oxit khác như kali oxit và nhôm oxit hiện đang được sửdụng là xúc tác để sản xuất amoniac với hiệu suất cao ở nhiệt độ tương đối thấp Trong quá trình công nghiệp, hỗn hợp hydro và nitơ (khí thoát ra từ thiết bịsản xuất metan) tỉ lệ 3:1 được nén đến áp suất dự tính (khoảng 150 -1000 atm)

Sau đó hỗn hợp khí nén này được gia nhiệt bằng cách cho nhiệt tiếp xúc với dòngsản phẩm trước khi đi vào thiết bị phản ứng amoniac Phản ứng diễn ra trên lớpxúc tác ở nhiệt độ khoảng 450oC Khí thoát ra chứa amoniac được đưa tới buồnglàm lạnh, ở đó amoniac được ngưng tụ thành lỏng, còn khí hydro và nitơ chưaphản ứng được thu hồi lại Thông thường, dưới các điều kiện như trên độ chuyểnhoá xấp xỉ 15%

Hình 1.1 Quá trình ICI để sản xuất khí tổng hợp và ammoniac

(1) thiết bị đề sunfua, (2) thiết bị bão hoà khí nguyên liệu,(3) thiết bị reforming sơcấp, (4) thiết bị reforming thứ cấp, (5) thiết bị chuyển hoá, (6) thiết bị tạomethanol, (7) thiết bị phản ứng ammoniac

1.2.1.2 Các ứng dụng của amoniac

Ứng dụng chính của amoniac là làm nguyên liệu sản xuất phân bón urê, amoninitrat, amoni photphat Amoniac khan có thể dùng như một loại phân bón trựctiếp cho đất đai Ure đang được chấp nhận rộng rãi như là một loại phân bón tácdụng chậm

Amoniac là tiền chất để sản xuất nhiều chất hoá học khác như axit nitric,hydrazin, và hexametylendiamin Phân tử amoniac có ba nguyên tử hydro, có thểcoi đây là một nguồn năng lượng Người ta cho rằng amoniac khan có thể được sửdụng như một loại nhiên liệu sạch cho công nghiệp ô tô So với hydro thì amoniackhan dễ bảo quản hơn Nó được lưu chứa trong bình sắt hoặc thép và có thể vậnchuyển thương mại bằng đường ống, các thùng chứa trên tàu hoả xe tải Phản ứngoxi hoá amoniac có thể mô tả như sau:

Chỉ có nitơ và nước tạo ra Tuy nhiên, nhiều vấn đề khác cần phải được xemxét như vấn đề về các đồng sản phẩm taọ ra khi đốt NH3 nitơ oxit, tính kinh tế liênquan tới việc lắp thêm các bộ phận mới cho động cơ ôtô,vv Dưới đây chỉ ra cácchất hoá học quan trọng đi từ amoniac.

Ure là phân bón chứa hàm lượng nitơ cao nhất 46,7%, là một chất rắn màutrắng tan trong nước và rựơu Thông thường ure là chất rắn ở dạng tinh thể, dạngphiến, tuyết hoặc hạt nhỏ Ure là một hợp chất có tính hoạt động, tác dụng vớinhiều chất Nó tạo các sản phẩm cộng và các hợp chất dạng lưới với nhiều chấtnhư phenol và axit salixylic Urê phản ứng với formandehyt tạo một loại polymequan trọng (nhựa urê formandehyt) được dùng làm keo trong việc làm gỗ, ván ép

a Sản xuất urê

Công nghệ sản xuất ure dựa trên phản ứng của amoniac với cacbon dioxit

Phản ứng diễn ra theo hai giai đoạn: Amoni cacbamit được tạo ra trước, sau đó

là giai đoạn phân huỷ cácbamit tạo thành ure và nước Phản ứng đầu tiên là toảnhiệt, cân bằng của phản ứng này ưu tiên ở nhiệt độ thấp và áp suất cao.Việc động

ở áp suất cao thuận lợi cho giai đoạn tách hấp thụ mà kết quả là cho nồng độ dungdịch cacbamit cao hơn Tỷ lệ amoniac cho vào cao hơn hệ số tỷ lượng theo phảnứng để bù lượng amoniac bị hoà tan Nhiệt độ ở thiết bị phản ứng thay đổi từ 170-

220o C và áp suất khoảng 200atm

Phản ứng thứ hai là sự phân huỷ cacbamit Điều kiện nhiệt độ và áp suất củaphản ứng là 200oC và 30atm Sự phân huỷ diễn ra với sự có mặt của lượng dưamoniac sẽ hạn chế những vấn đề về ăn mòn và ức chế sự phân huỷ của carbamit

từ amoniac và cacbon dioxit Dung dịch ure đi ra từ thiết bị phân huỷ cacbamitđược làm giãn nở bằng cách gia nhiệt ở áp suất thấp, amoniac được thu hồi lại.Dung dịch thu được được cô lại thành dạng chảy đặc, sau đó đựoc tạo hình bằngcách cho đi qua một thiết bị phun đặc biệt trong dòng hơi không khí Hình 1.2biễu diễn sơ đồ quá trình Snampogetti sản xuất ure

* Ứng dụng của urê Ứng dụng chính của ure là làm phân bón, chiếm xấp xỉ80% sản lượng của nó (khoảng 16,2 tỷ pound được sản xuất ở Mỹ năm 1994).Khoảng 10% ure được sử dụng để sản xuất chất kết dính và nhựa (nhựa

formandehyt và melamin formandehyt ) 5% sản lượng ure đựơc dùng trong thức

ăn của động vật

Hình 1.2 :Thiết bị Snamprogetti để sản xuất ure

(1) thiết bị phản ứng, (2, 3, 4) thiết bị phân huỷ cacbatmit, (5, 6) thiết bị nén và

tạo tinh thể

Ure là chất duy nhất có khả năng tạo các sản phẩm cộng với các parafin Tínhchất này được sử dụng để tách C12-C14 n-parafin từ C12-C14 các kerosen dùng đểsản xuất chất tẩy rửa

b Axit nitric

Axit nitric là một trong những chất hoá học được sử dụng nhiều nhất Năm

1994 Mỹ sản xuất khoảng 17,65 tỉ pound Nó là một chất lỏng không màu hoặcmàu vàng, và rất ăn mòn Nó là một axit có tính oxi hoá mạnh có thể tác dụng vớihầu hết kim loại Ứng dụng quan trọng nhất của axit nitric là để sản xuất phân bónamoni nitrat

Axit nitric được sản xuất trong công nghiệp bằng cách oxihoá ammoniac vớikhông khí trên xúc tác lưới kim loại Pt-Ro Dưới đây mô tả những phản ứng diễn

ra trên hệ xúc tác dị thể

Ba phản ứng đều là phản ứng toả nhiệt, hằng số cân bằng ở hai phản ứng đầutiên giảm nhanh chóng khi tăng nhiệt độ Tăng áp suất thuận lợi cho phản ứng thứhai nhưng có ảnh hưởng bất lợi cho phản ứng đầu tiên.

Vì lí do này, quá trình thường hoạt động ở áp suất khí quyển Tốc độ thể tíchnên lớn để tránh phản ứng của ammoniac với oxy trên thành của thiết bị phảnứng, dễ tạo ra nitơ và nước làm giảm độ chuyển hoá Nồng độ của ammoniac phảiđược giữ ở dưới giới hạn cháy của hỗn hợp khí nguyên liệu để tránh sự nổ Điềukiện thích hợp nhất để sản xuấ axit nitric là 900oC và áp suất khí quyển

* Ứng dụng của axit nitric Ứng dụng trước tiên của axit nitric là để sản xuấtamoni nitrat để làm phân bón Ứng dụng chính thứ hai của axit nitric là làmnguyên liệu sản xuất thuốc nổ Nó cũng là tác nhân nitro hoá cho các hợp chấtthơm và paraffin, sản phẩm thu được rất có ích trong công nghiệp thuốc nhuộm

và thuốc nổ Nó cũng được sử dụng trong việc tinh chế thép và chiết uran

c Hydrazin

Hydrazin là một chất lỏng bốc khói không màu, tan trong nước, có tính bazơyếu nhưng tính khử mạnh Hydrazin được sử dụng làm nhiên liệu phản lực vì khicháy nó toả ra nhiều nhiệt (620KJ/mol)

Hydrazin được sản xuất bằng cách oxihoá ammoniac theo quá trình Rashig.Tác nhân oxi hoá là natrihypoclorua, phản ứng tạo ra sản phẩm trung gian làcloramin NH2Cl Cloramin phản ứng tiếp với ammoniac tạo ra hydrazin

* Ứng dụng của hydrazin Ngoài làm nhiên liệu phản lực, hydrazin còn được dùnglàm tác nhân tạo khí, và được sử dụng trong công nghiệp dược phẩm và phân bón Doliên kết yếu N-N, nên nó được sử dụng làm chất khơi mào của phản ứng polymer hoá

Vì là chất khử, hydrazin được dùng làm chất dọn oxy trong các nồi hơi Nó cũng làmột tác nhân khử chọn lọc cho các hợp chất nitro Hydrazin là một hợp phần cơ sở đểsản xuất nhiều hoá chất khác, đặc biệt là các sản phẩm nông nghiệp

1.2.2 Sản xuất Metyl ancol

Metyl ancol (metanol) chất đầu tiên của họ rượu béo Nó nằm trong số 12 chấthữu cơ được sử dụng ở Mỹ Nhu cầu metanol trên thế giới vào khoảng 25,5 triệutấn/năm (1998) và lên tới 30 triệu tấn vào năm 2002 Sản lượng metanol ở Mỹnăm 1994 là 10,8 tỷ pound

Metanol ban đầu được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phân huỷ gỗ (rượugỗ) cho việc sản xuất than Hiện nay, metanol được sản xuất chủ yếu từ khí tổnghợp

Metanol là một hợp chất hoá học có tính phân cực cao, có liên kết hydro bềnđược thể hiện ở nhiệt độ sôi cao của metanol (65oC), nhiệt hoá hơi cao và độ bayhơi nhỏ Do có hàm lượng oxy cao (50% khối lượng), nên nó được xem là mộtloại hợp chất pha xăng để giảm sự phát thải của cacbonmonoxyt và hydrocacbontrong khí thải của động cơ Nó cũng được thử nghiệm pha xăng do có trị số octancao (RON = 112) Vào cuối những năm 70 đầu những năm 80 nhiều thử nghiệm

đã thực hiện để kiểm tra khả năng tra sử dụng metanol nguyên chất làm nhiên liệuthay thế cho xăng ôtô Tuy nhiên nếu sử dụng nó làm nhiên liệu cũng gặp phảimột vài khó khăn như là khó khởi động động cơ khi nhiệt độ thấp do nhiệt hoáhơi của metanol cao (gấp 3,7 lần xăng) nhiệt trị thấp (khoảng ½ lần nhiệt trị củaxăng) và tính ăn mòn của metanol Chủ đề này đã được Keller báo cáo tổng quan.Tuy vậy, metanol là một loại nhiên liệu tiềm năng cho các tuabin khí vì nó cháy

êm và lượng nitơ oxit thoát ra đặc biệt thấp

Do khả năng phản ứng cao của metanol, rất nhiều chất hoá học khác được tạo ra

từ đó Ví dụ, nó có thể bị oxi hóa tạo ra formandehyt - một hợp chất hoá học cơ sởquan trọng, có thể cacbonyl hoá tạo ra axit axetic và đề hydrat hoá, polyme hoátạo ra các hydrocacbon thuộc phân đoạn xăng (quá trình MTG) Metanol phảnứng gần như hoàn toàn với isobuten và isoamin theo thứ tự tạo ra metyl tertbutylen ete (MTBE) và tert amin metyl ête (TAME) Cả hai chất này đều là phụgia quan trọng cho xăng để tăng chỉ số octan và giảm khí thải cacbon monoxit vàhydrocacbon Hơn nữa, rất nhiều công trình nghiên cứu hiện nay tập trung sửdụng loại xúc tác thích hợp để chuyển hoá metanol thành các olefin nhẹ được coi

là nguồn etylen và propylen trong tương lai

1.2.2.1 Sản xuất Metanol

Metanol được sản xuất bằng phản ứng xúc tác của cacbonmonoxit và hydro(khí tổng hợp) Vì tỷ lệ CO:H2 trong khí tổng hợp đi từ khí tự nhiên xấp xỉ 1:3,còn hệ số tỷ lượng trong phản ứng tổng hợp metanol là 1:2, cacbon monoxit đượcthêm vào để giảm lượng hydro dư Một phương án hiệu quả về năng lượng đểđiều chỉnh tỷ lệ CO:H2 là kết hợp dòng hơi quá trình reforming với nhiệt của nóhoặc kết hợp sao cho lượng nạp vào bằng với lượng cần thiết, xấp xỉ khoảng1:2,05 Nếu kết hợp quá trình autothemal reforming thì nên sử dụng oxy nguyênchất

Hình 1.3 Sản xuất Methanol

Một thuận nữa của quá trình reforming kết hợp là giảm lượng khí NOx sinh ra.Tuy nhiên chi phí đầu tư sẽ tăng lên (ước tỉnh khoảng 15% cho thiết bị táchkhông khí) khi sử dụng với reforming kết hợp so với nhà máy chỉ sử dụng mộtthiết bị Quá trình này có thể áp dụng được và đã được tính toán rất kinh tế Cácphản ứng sau mô tả sự tổng hợp metanol

Các quá trình cñ sử dụng chất xúc tác oxit Zr-Cr ở khoảng áp suất cao khoảng

từ 270 – 420 atm để sản xuất metanol

Một quá trình hoạt động ở áp suất thấp đã được phát triển bởi quá trình ICI ởkhoảng 50atm (700 psi) sử dụng một loại xúc tác mới hoạt động dựa trên đồng ở

240oC Phản ứng tổng hợp xảy ra trên nền của xúc tác dị thể được sắp xếp theo

Methanol tổng hợp Chưng cất

metanol

dãy hoặc được đặt trong các ống trao đổi nhiệt Phản ứng được giới hạn bởi trạngthái cân bằng, nồng độ metanol đi ra từ thiết bị ít khi vượt quá 7% Sản phẩm từthiết bị chuyển hoá đîc làm lạnh tới 40oC để ngưng tụ thành metanol sản phẩm,các khí chưa phản ứng được quay vòng lại Metanol thô thu được từ thiết bị phântách chứa nước và lượng ít một lượng nhỏ sản phẩm phụ, các chất này được loại

bỏ bằng việc sử dụng hệ thống chưng cất hai cột Hình 1.3 mô tả quá trình ICItổng hợp metanol

Sự tổng hợp metanol trên hệ xúc tác dị thể được cho là sự hydro hoá một cáchliên tục cacbonmonoxit được hấp phụ trên kim loại

Một vài cơ chế khác cũng đã được đề cập

1.2.2.2 Ứng dụng của metanol

Metanol là chất hoá học có rất nhiều ứng dụng quan trọng, làm nhiên liệu, và làtiền chất cơ sở cho nhiều chất khác Khoảng 50% sản lượng metanol đựơcc oxihoá để sản xuất formandehyt, nó được sử dụng như một tác nhân metyl hoá nhiềuaxit hữu cơ khác để sản xuất metyl este như metyl acrylat, metyl meta crylat,metyl axetat, và metyl tephtalat Metanol cũng được sử dụng để sản xuất dimetylcacbonat và metyl tert-butyl ete, một phụ gia pha xăng quan trọng Nó cũng được

sử dụng để sản xuất xăng tổng hợp sử dụng loại xúc tác thích hợp (quá trìnhMTG) Sản xuất các olefin từ metanol có thể là nguồn để tạo ra etylen vàpropylen cạnh tranh với khí crắcking các hydrocacbon Ứng dụng của metanollàm pin nhiên liệu cũng đang đựoc nghiên cứu Pin nhiên liệu theo lý thuyết cóthể chuyển năng lượng tự do của sự oxy hoá một nhiên liệu thành điện Trongmột loại pin nhiên liệu, catốt được làm từ vanadi, cực này xúc tác cho phản ứngkhử của oxi, còn anot làm từ sắt III, cực này oxihoá metan thành CO2 và tạo ra sắt

II trong dung dịch H2SO4 Tuy nhiên lợi ích của sự phát thải thấp bị hạn chế bởigiá thành cao Dưới đây mô tả những chất hóa học chính đi từ metanol

a formandehyt

Sơ đồ 1.4 mô tả quá trình với xúc tác Fe-Mo của Haldor Topsoe

* Ứng dụng của formandehyt.

Formandehyt là andehyt đơn giản nhất và phản ứng mạnh nhất Polyme hoángưng tụ formandehyt với các chất như phenol, ure hoặc melamin lần lượt tạo racác loại nhựa phenol formandehyt, ure formandehyt, và melamin formandehyt.Đây là những loại keo quan trọng được sử dụng để sản xuất gỗ, ván ép

Ngưng tụ formandehyt với axetandehyt có mặt chất kiềm mạnh tạo rapentaetynol -một loại rượu đa chức để sản xuất nhựa akit

Kẽm clorua cũng là một loại xúc tác cho quá trình ở thể lỏng sử dụng axithydrocloric đặc ở nhiệt độ 100-150oC Axit hydrocloric cũng có thể được tạo ra

tại chỗ nhờ phản ứng của Natri clorua với axit sunfuric Như đã đề cập ở phầnđầu, metyl clorua cũng có thể được sản xuất trực tiếp từ metan với các clormetankhác Tuy nhiên, metyl clorua từ metanol có thể bị clo hoá tiếp để tạo ra dicloruametan, cloroform, và cacbon tetraclorua.

Metyl clorua chủ yếu được dùng làm sản phẩm trung gian để sản xuất các hoáchất khác Những ứng dụng khác của metyl clorua đã được đề cập cùng ở phầncác clometan

c Axit axetic

Cacbonyl hoá metanol là một trong những phương pháp để sản xuất axitaxêtic hiện nay Quá trình cơ bản của phản ứng ở pha lỏng được nghiên cứu bởiBASF sử dụng xúc tác coban ở nhiệt độ 250oCvà áp suất cao khoảng 70atm Qu¸trình gần đây hơn sử dụng một hệ xúc tác phức của Rodi có mặt CH3I phản ứngnhư một chất xúc tiến Phản ứng xảy ra ở 150oC và ở áp suất khí quyển Độ chọnlọc của phản ứng là 99%

Sơ đồ biểu diễn quá trình carbonyl hoá của Mosanto

Axit axetic cũng được sản xuất bằng cách oxy hoá axetandehyt và oxi hoá butan.Tuy nhiên, axit axetic sản xuất bằng phương pháp carbonyl hoá có mộtthuận lợi hơn những quá trình khác bởi vì cả metanol và carbon monoxit đều đi từkhí tổng hợp và các điều kiện cho của quá trình là khá nhẹ nhàng

* Ứng dụng của axit axetic

Ứng dụng chính của axit axetic là để sản xuất vinyl axêtat (44%), tiếp theo làsản xuất các este của axit axetic (13%) và anhydrit axetic (12%) Vinyl axetat

được sử dụng cho việc sản xuất chất kết dính, fim máy ảnh, giấy và sợi Axittephtalic cần dùng khoảng 12% sản lượng axit axetic Axit axetic cũng được dùng

để sản xuất thuốc, thuốc nhuộm, và thuốc trừ sâu Axit cloaxetic (đi từ axit axetic)

là một chất trung gian phản ứng được sử dụng để sản xuất rất nhiều chất hoá họckhác như glyxin và carbonmetyl xenlulozơ

Hình 1.4 MTBE được tạo ra bằng phản ứng của metanol và isobuten Metyl tert butyl ete (MTBE)

Phản ứng diễn ra ở pha lỏng ở nhiệt độ trung bình (khoảng 50oC) có mặt mộtchất xúc tác rắn Một vài phản ứng phụ diễn ra như phản ứng hydrat hoá isobutentạo rượu tertbutylic, và phản ứng đề hydrat hoá metanol tạo ra dimetyl ete +nước Tuy nhiên, chỉ một lượng nhỏ các hợp chất này được tạo ra Sơ đồ dòngđơn giản của qu¸ trình E của hãng BP đã được vẽ đơn giản

Phản ứng tổng hợp MTBE bị là phản ứng cân bằng Nhiệt độ cao làmtăng tốc độ phản ứng, nhưng lại làm giảm độ chuyển hoá Nhiệt độ thấp làmchuyển dịch cân bằng về phía tạo ête, nhưng cần nhiều xúc tác hơn Vì vậycho nên các thiết bị MTBE được thiết kế có hai thiết bị phản ứng đi cùngnhau Phần lớn phản ứng ete hoá được thực hiện tốt ở nhiệt độ cao trongthiết bị đầu tiên và sau đó kết thúc phản ứng ở nhiệt độ thấp để h ơn thuậnlợi về mặt nhiệt động lực học trong thiết bị thứ hai

Một phương pháp khác để sản xuất MTBE là sử dụng isobutan, propen, vàmetanol Quá trình này cùng tạo ra propylen oxit Trong quá trình này, isobutanphản ứng với oxy tạo ra tert-butyl hydropeoxit Epoxit này phản ứng với propentạo ra rượu tert-butyl và propylen oxit Rượu tert-butylic tách nước tạo raisobuten, isobuten phản ứng với metanol tạo ra MTBE Dưới đây là trình tự cácphản ứng

MTBE là một phụ gia pha xăng quan trọng vì nó có khả năng tạo chỉ số octan cao.Ngày nay, nó càng trở nên quan trọng hơn để sản xuất xăng không chì Nó làmgiảm lượng carbon monoxit và các hydrocacbon trong khí thải điều này có thể là

do lượng hydrocacbon thơm trong xăng (điều này vẫn chưa được sáng tỏ) Vàinăm vừa qua, có nhiều những cuộc tranh luận về việc sử dụng MTBE làm phụ giapha xăng Người ta tìm thấy sự rò rỉ MTBE từ các thùng chứa xăng gây ô nhiễmnguồn nước ngầm So với các hợp phần khác của xăng, MTBE hoà tan trong nướcnhiều gấp 10 lần Nó cũng có rất ít ảnh hưởng lên đất đai, và không giống như cáchợp phần khác của xăng nó thấm xuyên qua đất và được nước cuốn đi

Rất nhiều những gợi ý được đưa ra để giảm ảnh hưởng ô nhiễm của MTBE.Một cách là sử dụng chất oxy hoá khác thay thế mà khả năng hoà tan trong nướckém hơn MTBE Phương pháp nữa là pha vào 2% oxy theo trọng lượng trongcông thức hoá học của xăng Những thay đổi này sẽ tác động đến nhu cầu củaMTBE trong tương lai Hiện tại, lượng MTBE tiêu thụ trên thế giới đã lên tới 6,6

tỷ thùng, 65% số này được tiêu thụ ở Mỹ

TAME cũng được tạo ra bằng phản ứng của metanol với isobuten Các điều kiệncủa phản ứng cũng tương tự như với MTBE, ngoại trừ nhiệt độ có cao hơn mộtchút

Cũng như MTBE,TAME được sử dụng làm phụ gia pha xăng do nó có trị sốoctan cao, và có khả năng giảm lượng cacbonmonoxit và hydrocacbon trong khíthải tạo Đặc tính của các chất chứa oxi được sử dụng làm phụ gia pha xăng đượcchỉ ra ở bảng 1.1

d Dimetyl carbonat

Dimetyl carbonat (DMC) là một chất lỏng không màu có mùi dễ chịu Nó tantrong hầu hết các dung dịch hữu cơ nhưng không tan trong nước Phương pháp cổđiển tổng hợp DMC sử dụng phản ứng của metanol với photgen Bởi vì photgenđộc, nên thích hợp hơn là dùng chất không chứa photgen Phương pháp mới nàydùng phản ứng của metanol với ure trên xúc tác thiếc Tuy nhiên hiệu suất lạithấp Dùng những dung môi nhường electron như trimetylen glycol, dimetyl ete

và liên tục cất sản phẩm ra sẽ tăng hiệu suất

Dimetyl carbonat được dùng như một dung môi đặc biệt Nó có thể được sử dụnglàm chất oxi hoá để thay thế MTBE Nó có hàm lượng oxy cao gấp 3 lần MTBE

Nó cũng có trị số octan cao Tuy nhiên, cần phải xem xét đến tính độc hại và tínhkinh tế.

Bảng 1.1: Các đặc tính của các chất oxyhoá (MTBE,TAME, ETBE)

có tính ái nhân amoniac Sản phẩm khi cân bằng chứa monometylamin MMA(43%), dimetylamin DMA (24%) và trimetylamin (33%):

Để tăng hiệu suất của mono- và dimetylamin, người ta đã thử nghiệm dùng mộtloại xúc tác lựa chọn hình dạng đã được thử Sợi cacbon là những vật liệu vi maoquản (tương tự như zeolit), có hoạt tính xúc tác và tính lựa chọn hình dạng Sự kếthợp xúc tác nhôm silicat vô định hình (dùng để sản xuất amin) với sợi cacbon đãtăng hiệu suất cao các sản phẩm MMA và DMA , có giá trị hơn

* Ứng dụng của metylamin: dimetylamin là chất được sử dụng rộng rãi nhấttrong số ba amin Dùng dư metanol dư và quay vòng monometylamin làm tănghiệu suất tạo dimetylamin Ứng dụng chính của dimetylamin là tổng hợp

dimetylformandehyt và dimetylaxetamit, là những dung môi để sản xuất sợiacrylic và polyuretan.

Monoetylamin được sử dụng trong tổng hợp sevin, một loại thuốc trừ sâu quantrọng Trimetylamin chỉ có một ứng dụng chính là tổng hợp colin, một loại phụgia năng lượng cao trong thức ăn gia cầm

1.3 SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP 1.3.1 Từ khí thiên nhiên

Quá trình chuyển hoá khí tự nhiên chủ yếu là CH4 thành khí tổng hợp đòi hỏinhững yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, tuỳ theo mục đích sử dụng khí tổng hợp màngười ta điều chỉnh tỷ lệ các cấu tử chính của hỗn hợp cho phù hợp [4]

Quá trình chuyển hóa khí tự nhiên chủ thành khí tổng hợp có 4 phản ứng chínhquan trọng sau:

Phản ứng chuyển hoá bằng hơi nước

CH4 + H2O CO + 3H2 - 206,8 KJ/mol Phản ứng chuyển hoá một phần Metan thành CO2

Khi than cốc đã nguội đến một nhiệt độ mà các phản ứng thu nhiệt không còn

có thể tiến hành, hơi nước sau đó được thay thế bởi một luồng không khí

Các phản ứng thứ hai và thứ ba diễn ra sau đó sản xuất một phản ứng dẫn nhiệt– hình thành cacbon monoxide ban đầu – tăng nhiệt độ của đáy cốc, theo sau làphản ứng thu nhiệt thứ hai, trong đó sau này được chuyển đổi thành CO, CO phảnứng tổng thể là toả nhiệt tạo thành “nhà sản suất khí đốt” Hơi nước sau đó có thểtái tiêm, sau đó không khí W để cung cấp cho một loạt bất tận của chu kỳ cho đếnkhi khí than cốc cuối cùng là tiêu thụ Sản xuất khí đốt có giá trị năng lượng thấphơn nhiều, liên quan đến nước gas, do chủ yếu để pha loãng nitơ trong khí quyểnoxy nguyên chất có thể thay thế cho khí để tránh hiệu ứng pha loãng, sản xuất khíđốt của nhiệt trị cao hơn nhiều

Khi được sử dụng như một trung gian trong quy mô tổng hợp công nghiệp lớncủa hiđrô (chủ yếu sử dụng trong sản xuất amoniac) nó cũng được sản xuất từ khí

tự nhiên (thông qua hơi nước cải cách phản ứng)

Các qu¸ trình hoá than được sử dụng trong hiều năm để sản xuất khí đốt phátquan (khí than) cho khí ánh sáng và ở một mức độ, sưởi ấm, trước khi có đèn điện

và khí đốt tự nhiên từ cơ sở hạ tầng đã trở thành phổ biến rộng rãi

1.3.3 Nguồn sinh khối.

Nguồn sinh khối cũng có thể được sử dụng sản xuất metanol Theo ước tính mỗimột tấn sinh khối có thể tạo ra khoảng 100g metanol Nguồn sinh khối này có thể

đi từ các chất thải nông nghiệp (rơm, rạ, bẹ ngô), cỏ, chất thải súc vật, gỗ và cácdạng chất thải rắn khác Sinh khối là những nguồn nguyên liệu dễ tạo và hoàntoàn có khả năng là nguồn nguyên liệu tiềm năng sản xuất metanol trong tươnglai

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP

1.2.2 Lịch sử

Con người đã sử dụng khí tự nhiên trong nhiều thế kỷ Các ghi chép đã cho thấykhí thiên nhiên được đốt ở trung quốc năm 250 Vào thế kỷ 17, khí thiên nhiên đãđược sử dụng để sưởi ấm và chiếu sáng ở miền bắc nước Ý Ở Hoa Kỳ khí thiênnhiên lần đầu tiên đã được phát hiện ở New York năm 1821

Do khí thiên nhiên ở dạng khí khó vận chuyển bằng các phương tiện thôngthường, trong lịch sử khí thiên nhiên đã được sử dụng ở các khu vực gồm mỏ khí.Khí ngành công nghiệp dầu khí phát triển vào cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20, khíthiên nhiên được phát hiện cùng dầu mỏ (khí đồng hành) từ các mỏ ngầm thường

xử lý như chất nhẹ phẩm, phế thải và thường được đốt bỏ ngay trên giàn khoan.Ngày nay khí tự nhiên được vận chuyển qua các mạng lưới đường ống dẫn khírộng lớn hoặc được hoá lỏng và chở bằng tàu

1.2.3 Sự hình thành khí thiên nhiên

Xác động vật, thực vật chủ yếu là tảo phù du trong biển đã l¾ng đọng, tích tụcùng với các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hàng triệu năm vềtrước đã dần biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên có thể quá trìnhlâu dài đó xảy ra theo 3 giai đoạn: biến đổi sinh học bởi vi khuẩn biến đổihoá học dưới tác dụng của các điều kiện địa hoá thích hợp và sự di chuyểntích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất

Xác động vật bi phân huỷ bỏi các vi khuẩn ưu khí, sau đó bởi các vi khuẩn kỵkhí trong quá trình trầm lắng dần trong nước biển Các albumin bị phân huỷ nhanh

nhất, các khí tạo ra như N2, NH3, CO2, CH4 hoà tan trong nước rồi thoát ra ngoài, phầnchất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày càng sâu trong lớp đất đá trầm tích Không gian ở đóxẩy ra quá trình phân huỷ sinh học đó gọi là vùng vi khuẩn

Ở giai đoạn hoá học tiếp theo vật liệu hửu cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipid,nhựa, sáp, terpen axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hoá học dưới tácdụng xúc tác của các chất vô cơ trong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng trăm,thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân Các chất vô cơ khácnhau, đặc biệt là các aluminosilicat, có thể đống vai trò chất xúc tác Quá trìnhbiến đổi hoá học đó xảy ra vô cùng chậm Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sựbiến đổi càng trở nên sâu xa theo chiều hướng:

Hợp chất phức tạp sinh vật-> h/c hữu cơ đơn giản hơn

Hợp chất thơm phức tạp -> h/c thơm đơn giản, hydrocacbon đơn giản naphen,parafin

Hydrocacbon phân tử lớn -> Hydrocacbon phân tử lượng bé

Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hoá học là phản ứng cracking, trong

đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy dần Kết quả là các chất hữu

cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các hydrocacbon sinh ra ngày càng nhiều

Đồng thời với việc xáy ra các phản ứng cracking phân huỷ đó là quá trìnhngưng tụ, kết hợp với một số các chất hữu cơ tương đối đơn giản vùă tạo thành đểtạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn: các chất nhựa, asphalten.Các chất nhựaasphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa lắng, phần ít còn lại lơlửng phân tán khối chất lỏng hydrocacbon sinh ra bởi quá trình carcking

Tập hợp các phản ứng địa hoá học đó đã biến dần các vật liệu hưu cơ thànhdầu mỏ và khí tự nhiên Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của quá trìnhphân huỷ hoá học dầu mỏ, do đó mỏ khí tự nhiên thường ở sâu hơn mỏ dầu, tuổicủa khí tự nhiên cao hơn tuổi của dầu mỏ Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càngchứa nhiều chất ít phức tạp, càng biến nhiều thành khí

Dầu mỏ đang được tạo thành ở dạng hỗn hợp lỏng có thể bị di cư từ chỗ này sangchỗ khác dưới tác dụng vận động kiến tạo của vỏ trái đất Chúng thẩm thấu, chui quacác lớp đất đá xốp, chúng chảy theo khe nứt và có thể bị tập trung, bị giữ trong nhữngtầng đá đặc khít, tạo ra những túi dầu mà ta thường gọi là mỏ dầu Trong các mỏ dầucác quá trình hóa học vẫn tiếp tục xẩy ra, dầu vẫn tiếp tục biến thành khí, tạo ra các mỏkhí Không gian xảy ra các phản ứng hoá học đó gọi là vùng hoá học

Cần nhớ rằng quá trình đó xảy ra rất chậm, kéo dài hàng chục thậm chíhàng trăm triệu năm rồi và vẫn đang xảy ra, do đó tuổi của dầu mỏ, của khí

tự nhiên là rất lớn

Như vậy quá trình hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên có thể biểu diễn bằng sơ

đồ sau:

(1) (2) (3 (3)

(2’) (3’)

Hình 2.1: Sơ đồ hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên

(1) Quá trình phân huỷ sinh học

(2,2’); (3;3’) Quá trình hoá học

A: Các vật liệu hữu cơ thực vật, động vật

B: Dầu mỏ sơ khởi, ở đó các vật liệu hữu cơ thực động vật sơ bộ bị phân huỷ nhờquá trình sinh học, hoá học

C: Dầu mỏ D: Khí tự nhiên

2.1.4 Thành phần của khí thiên nhiên

Thành phần hoá học của khí thiên nhiên khá đơn giản, bao gồm: hợp chấthydrocacbon, hợp chất phi hydrocacbon

2.1.4.1 Các hợp chất hydrocacbon

Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí CH4 và đồng đẳng của nó như: C2H6, C3H8,n-C4H10, i-C4H10, ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp chất C5 Hàm của cáccấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí

Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là C1 còn các cấu tử nặng hơn như C3,

C4 là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kỳ vị trí nào đều là nhưnhau, nó không phụ thuộc vị trí khai thác

Đối với khí đồng hành thì hàm lượng các cấu tử C3, C4 cao hơn và thành phầncủa khí phụ thuộc vị trí khai thác và thời gian khai thác

2.1.4.3 Hơi nước bão hoà

Khí thiên nhiên luôn chứa hơi nước bão hoà, hàm lượng hơi nước trong khíkhai thác được phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, áp suất, thành phần hoáhọc của khí trong suốt quá trình khai thác Lượng hơi nước cực đại trong khí

ở 200C, 1atm là 20g/m3

2.1.5 Phân loại khí dầu mỏ

Có nhiều cách phân loại khí, mỗi phương pháp được đưa ra đều dựa trên nhữngtiêu chí khác nhau

2.1.5.1 Phân loại theo nguồn gốc hình thành

Theo nguồn gốc hình thành khí được phân thành ba loại

Khí tự nhiên là khí khai thác từ các mỏ khí, mà thành phần chủ yếu là metan (80 95% có mỏ lên đến 99%), còn lại là các khí khác như êtan, propan, butan

-Khí đồng hành là khí khai thác từ mỏ dầu Ở áp suất lớn khí tan trong dầu nên khikhai thác lên mặt đất do sự thay đổi áp suất khí bị tách ra Thành phần chủ yếuvẫn là metan nhưng hàm lượng các cấu tử nặng hơn (C2+) tăng lên đáng kể

Khí ngưng tụ là dạng trung gian giữa dầu và khí, bao gồm các Hydrocacbon như.Propan, butan

2.1.5.2 Phân loại theo hàm lượng axit

Theo hàm lượng khí axit thì khí được phần thành hai

Khí chua: là khí có hàm lượng H2S  5,7 mg/m3 khí ở điều kiện tiêu chuẩn hoặc

và hàm lượng CO2  2% thể tích

Khí ngọt: là khí có hàm lượng H2S và CO2 nhỏ hơn quy định trên

a Phân loại theo hàm lượng C3

Theo cách phân loại này thì có hai loại khí: Khí béo và khí gầy

Khí béo: là khí có hàm lượng C3+ lớn hơn 50g/cm3, có thể sản xuất ra khí tự nhiênhoá lỏng LNG (Liquefied Natural Gas), khí dầu mỏ hoá lỏng LPG và sản xuấtmột số Hydrocacbon riêng biệt cho công nghệ tổng hợp hữu cơ hoá dầu

Khí gầy là khí có hàm lượng C3+ nhỏ hơn 50g/cm3, dùng làm nhiên liệu cho côngnghiệp và sưởi ấm

b Phân loại theo cấp độ chế biến

Theo cách phân loại này ta có hai loại: khí khô và khí ẩm

Khí khô là khí chưa qua chế biến

Khí ẩm là sản phẩm khí thu được từ thiên nhiên hay khí đồng hành sau khi được

xử lý tách loại nước và các tạp chất cơ học, tách khí hoá lỏng (LPG) và khí ngưng

tụ (Condensate) tại nhà máy xử lý khí Thành phần khí khô ẩm bao gồm chủ yếu

là metan, etan, ngoài ra còn có propan, butan và một số tạp chất khác như nitơ,cacbondioxit, hydrosulphua với hàm lượng cho phép

2.1.6.Tính chất hoá - lý của hydrocacbon

2.1.6.1 Phương trình chuyển pha Clapeyron - Clausius