Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí đồng hành

Tài liệu "công nghệ chế biến khí" dùng cho kỹ thuật viên, sinh viên và kỹ sư thuộc ngành công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí đồng hành và các ngành có liên quan

http://www.ebook.edu.vn Nguyễn thị Minh Hiền Công nghệ Chế biến khí tự nhiên v khí đồng hnh (Tái bản có sửa chữa và bổ sung) Nh xuất bản Khoa học v kỹ thuật H Nội 2004 http://www.ebook.edu.vn 3 Lời Giới thiệuLời Giới thiệuLời Giới thiệuLời Giới thiệu Từ tháng 12 năm 1998 Nhà máy xử lý khí Dinh Cố, nhà máy xử lý khí đầu tiên của nớc ta đã chính thức đi vào hoạt động, cung cấp LPG phục vụ cho công nghiệp và dân dụng. Các dự án Khí Điện Đạm số I ở Vũng Tàu, dự án Khí Điện Đạm số II ở Cà Mau đã và đang triển khai thực hiện, nhằm sử dụng có hiệu quả nguồn nguyên liệu khí thiên nhiên và khí đồng hành của đất nớc. Trớc sự phát triển của ngành công nghiệp dầu khí nói chung và của ngành công nghiệp chế biến khí nói riêng, nhu cầu đào tạo kỹ s và kỹ thuật viên hàng năm ngày càng tăng. Cuốn Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí đồng hành đợc biên soạn nhằm mục đích giới thiệu cho các kỹ s, kỹ thuật viên và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Hoá dầu và khí những kiến thức cơ bản về các phơng pháp tính toán hỗn hợp các hydrocacbon từ C1 đến C10 , H2O, CO2 , H2S, . các cấu tử chính trong thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành, phục vụ cho việc tính toán thiết kế các quá trình công nghệ xử lý khí. Đồng thời cuốn sách cũng đề cập đến một số quá trình công nghệ chuyển hoá khí tự nhiên và khí đồng hành thành các hợp chất chủ yếu sử dụng làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ - hoá dầu. Cuốn sách đợc chia làm ba phần: Phần I: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành. Trong phần này giới thiệu thành phần, tính chất và phơng pháp tính toán các đại lợng nhiệt động của hỗn hợp khí tự nhiên và khí đồng hành. Trong mỗi chơng đều có các bài toán ví dụ áp dụng làm sáng tỏ lý thuyết, củng cố các kiến thức cơ bản. Tác giả cũng đã đa vào trong phần này các đồ thị thực nghiệm rất cần thiết cho việc tính toán thiết kế công nghệ. Phần II: Các quá trình công nghệ cơ bản chế biến khí, bao gồm các công nghệ làm sạch khí khỏi các tạp chất (tách bụi, làm ngọt khí, sấy khí) và các quá trình công nghệ chế biến hiện đang đợc sử dụng phổ biến. Đó là http://www.ebook.edu.vn 4các quá trình công nghệ ngng tụ nhiệt độ thấp, hấp thụ nhiệt độ thấp và chng cất nhiệt độ thấp. Tuỳ theo thành phần hỗn hợp khí đa vào chế biến và yêu cầu mức độ tách các cấu tử định trớc mà lựa chọn giải pháp công nghệ thích hợp. Lần tái bản này có bổ sung công nghệ của Nhà máy xử lý khí Dinh Cố (Bà Rịa Vũng Tàu). Phần III: Chuyển hoá khí tự nhiên và khí đồng hành, bao gồm các quá trình công nghệ cơ bản chuyển hoá khí thành khí tổng hợp, metanol, amoniac, axetylen ., là những nguyên liệu quan trọng cho tổng hợp hữu cơ - hoá dầu. Mặc dù tác giả đã dành nhiều nỗ lực nhng do biên soạn lần đầu, nên chắc không tránh khỏi còn thiếu sót. Rất mong các bạn đồng nghiệp và bạn đọc góp ý bổ sung để cuốn sách đợc hoàn thiện hơn trong các lần tái bản sau. GS. TS. Đo Văn Tờng http://www.ebook.edu.vn 5 Mục lục Lời giới thiệu 3Các ký hiệu dùng trong sách 9Phần I Thnh phần v tính chất của khí tự nhiên v khí đồng hnh 11 Chơng I Giới thiệu về khí tự nhiên và khí đồng hành 13 I.1. Thành phần và các đặc tính của khí tự nhiên và khí đồng hành 13I.2. Chế biến và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành trên thế giới 15I.3. Chế biến và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam 17 Chơng II Các tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành 19 II.1. Phơng trình trạng thái của các hydrocacbon 19II.2. Giản đồ pha hệ một cấu tử 21II.3. Giản đồ pha hệ nhiều một cấu tử 24II.4. Cân bằng pha lỏng hơi 27II.5. Phơng pháp giải tích xác định hằng số cân bằng pha của hỗn hợp các hydrocacbon 31II.6. Phơng pháp giản đồ xác định hằng số cân bằng pha của hỗn hợp các hydrocacbon 40 II.7.ứng dụng của hằng số cân bằng pha 51 Chơng III Các thông số nhiệt động của các hydrocacbon riêng biệt và hỗn hợp của chúng 55 III.1. Nhiệt độ sôi và áp suất hơi bo hoà 55 http://www.ebook.edu.vn 6III.2. Các đại lợng tới hạn 58III.3. Thông số acentric 72III.4. Các tính chất của hydrocacbon ở trạng thái lỏng 73 Chơng IV Tính chất của hệ hydrocacbon và nớc 77 IV.1. Hàm ẩm của khí 77IV.2. Các phơng pháp xác định hàm ẩm của khí 77IV.3. ảnh hởng của nitơ và các hydrocacbon nặng đến hàm ẩm của khí 92IV.4. Hàm ẩm cân bằng của các hydrat 93IV.5. Sự tạo thành hydrat 94IV.6. Dự đoán khả năng tạo thành hydrat 97 Phần II Các quá trình công nghệ cơ bản chế biến khí111 Chơng V Chuẩn bị khí để chế biến 113 V.1. Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học 113V.2. Các phơng pháp hạn chế sự tạo thành hydrat trong quá trình chế biến khí 116V.3. Làm sạch khí khỏi H2S và CO2 (làm ngọt khí) 127 Chơng VI Chế biến khí bằng phơng pháp ngng tụ 131 VI.1. Sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh ngoài 132VI.2. Sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh trong 143VI.3. Sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh tổ hợp 147 http://www.ebook.edu.vn 7Chơng VII Chế biến khí bằng phơng pháp hấp thụ 155 VII.1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ chế biến khí bằng phơng pháp hấp thụ 155VII.2. Các thông số công nghệ của quá trình chế biến khí bằng phơng pháp hấp thụ nhiệt độ thấp 159VII.3. Các phơng trình cơ bản tính toán quá trình hấp thụ 162VII.4. Các sơ đồ công nghệ hấp thụ nhiệt độ thấp hiện đại 166 Chơng VIII Chế biến khí bằng phơng pháp chng cất 176 Chơng IX Phạm vi ứng dụng của các quá trình chế biến khí 181 Phần III Chuyển hoá khí tự nhiên v khí đồng hnh 185 Chơng X Oxy hoá ghép đôi metan 187 X.1. Xúc tác và cơ chế quá trình oxy hoá ghép đôi metan 187X.2. Các thiết bị phản ứng nghiên cứu quá trình oxy hoá ghép đôi metan 192 Chơng XI Các công nghệ chuyển hoá metan thành khí tổng hợp 194 XI.1. Cơ chế quá trình 194XI.2. Các quá trình công nghệ cơ bản 195XI.3. Các quá trình công nghệ phát triển 202XI.4. So sánh về năng lợng và giá cả 204 http://www.ebook.edu.vn 8 Chơng XII Công nghệ tổng hợp metanol 206 XII.1. Công nghệ tổng hợp metanol trực tiếp từ metan 206XII.2. Công nghệ sản xuất metanol từ khí tổng hợp 209 Chơng XIII Công nghệ tổng hợp amoniac 223 XIII.1. Cơ sở hoá lý của quá trình tổng hợp amoniac 223XIII.2. Công nghệ tổng hợp amoniac 227 Chơng XIV Công nghệ tổng hợp axetylen 233 XIV.1. Cơ sở hoá lý của quá trình phân huỷ hydrocacbon để sản xuất axetylen 233XIV.2. Công nghệ sản xuất axetylen 242 Phụ lục 257 Phụ lục 1. Hằng số cân bằng pha K 259Phụ lục 2. Các hệ đơn vị đo và quan hệ giữa chúng 263 Ti liệu tham khảo 288 http://www.ebook.edu.vn 9 Các ký hiệu dùng trong sách Thừa số acentric Tỷ trọng Hệ số hiệu chỉnh đối với khí chua i Hệ số fugat của cấu tử i i Hệ số hoạt độ của cấu tử i ai Hoạt độ của cấu tử i C3 Các hydrocacbon parafin từ propan trở lên fi Fugat của cấu tử i fiK Fugat của cấu tử i ở trạng thái khí fiL Fugat của cấu tử i ở trạng thái lỏng fio Fugat của cấu tử i tinh khiết fw Fugat của hơi nớc gi Khối lợng của cấu tử i k Hằng số tốc độ của phản ứng KP Hằng số cân bằng của phản ứng Ki Hằng số cân bằng pha của cấu tử i Kr-k Hằng số cân bằng rắn - khí Mi Khối lợng phân tử của cấu tử i ni Số mol cấu tử i P áp suất, MPa (hệ SI), psi (hệ Anh) P* áp suất hơi của hỗn hợp ở nhiệt độ T = 0,7Tc Pc áp suất tới hạn Pc áp suất giả tới hạn (của hỗn hợp) Pci áp suất tới hạn của cấu tử i Pqt áp suất quy tụ Pr áp suất rút gọn Pr áp suất giả rút gọn (của hỗn hợp) Q Hiệu ứng nhiệt, kJ/mol http://www.ebook.edu.vn 10t Nhiệt độ, oC (hệ SI), oF (hệ Anh) T Nhiệt độ tuyệt đối, K Tc Nhiệt độ tới hạn Tc Nhiệt độ giả tới hạn (của hỗn hợp) Tci Nhiệt độ tới hạn của cấu tử i Tr Nhiệt độ rút gọn Tr Nhiệt độ giả rút gọn (của hỗn hợp) vi Nồng độ phần thể tích của cấu tử i Vc Thể tích tới hạn Vc Thể tích giả tới hạn (của hỗn hợp) Vci Thể tích tới hạn của cấu tử i Vi Thể tích của cấu tử i Vr Thể tích rút gọn Vr Thể tích giả rút gọn (của hỗn hợp) W Hàm ẩm của hỗn hợp khí chua W1 Hàm ẩm của CO2 W2 Hàm ẩm của H2S Whc Hàm ẩm của hỗn hợp các hydrocacbon (khí ngọt) xi Nồng độ phần mol của cấu tử i xi Nồng độ phần khối lợng của cấu tử i xw Phần mol của nớc trong pha lỏng yw Phần mol của nớc trong pha hơi z Hệ số chịu nén Các chữ viết tắt LPG (Liquefied Petroleum Gas) Khí đồng hành hoá lỏng LNG (Liquefied Natural Gas) Khí tự nhiên hoá lỏng CNG (Compressed Natural Gas) Khí tự nhiên nén http://www.ebook.edu.vn 11 phÇn I Thμnh phÇn vμ tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh [...]... 13 Chơng I Giới thiệu về khí tự nhiên v khí đồng hnh I.1. Thnh phần v các đặc tính của khí tự nhiên v khí đồng hnh Những cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là: metan, etan, propan, butan (normal và izo). Khí tự nhiên đợc khai thác từ các mỏ khí, còn khí đồng hành đợc khai thác từ các mỏ dầu đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong khí tự nhiên thành phần chủ yếu là metan... nguyên công trong nhà máy chế biến khí. Tăng công suất các nhà máy chế biến khí đ tăng nhịp độ phát triển của công nghiệp chế biến khí. Điều đó còn phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh: công nghệ chế tạo thiết bị, vấn đề khai thác và vận chuyển khí, sử dụng nguyên liệu và sản phẩm. Đó là những vấn đề rất phức tạp, để giải quyết cần phải xuất phát từ điều kiện sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên khí tự nhiên và. .. phần khí tự nhiên và khí đồng hành còn có H 2 O, H 2 S cùng các hợp chất chứa lu huỳnh, CO 2 , N 2 và heli. Ngời ta còn phân loại khí theo hàm lợng hydrocacbon từ propan trở lên. Khí giàu propan, butan và các hydrocacbon nặng (trên 150 g/m 3 ) đợc gọi là khí béo (hoặc khí dầu). Từ khí này ngời ta chế đợc xăng khí, khí hoá lỏng (LPG) và các hydrocacbon cho công nghệ tổng hợp hữu cơ. Còn khí chứa... hợp lý nguồn tài nguyên khí tự nhiên và khí đồng hành của từng nớc. I.3. Chế biến v sử dụng khí tự nhiên v khí đồng Hnh ở Việt nam Cho đến nay Việt Nam đang khai thác 6 mỏ dầu và 1 mỏ khí, hình thành 4 cụm khai thác dầu khí quan trọng: ã Cụm mỏ thứ nhất nằm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong đó có Tiền Hải C, trữ lợng khoảng 250 tỷ m 3 khí, đ bắt đầu khai thác từ tháng 12... mỏ khí tự nhiên là các túi khí nằm sâu dới mặt đất. Khí đồng hành nhận đợc từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong thành phần của khí đồng hành ngoài cấu tử chính là metan còn có etan, propan, butan và các hydrocacbon nặng với hàm lợng đáng kể. Thành phần những cấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong một phạm vi khá rộng tuỳ theo mỏ dầu khai thác. Ngoài ra trong thành phần khí. .. sạch, rất thuận lợi cho chế biến, sử dụng an toàn với thiết bị và không gây ô nhiễm môi trờng. Với tiềm năng về khí khá phong phú nh vậy, nớc ta có điều kiện phát triển công nghiệp dầu khí trên toàn lnh thổ. Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá này, trong tơng lai ngành công nghiệp dầu khí sẽ là một ngành công nghiệp phát triển mạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển cđa... thùc: http://www.ebook.edu.vn 8 Chơng XII Công nghệ tổng hợp metanol 206 XII.1. Công nghệ tổng hợp metanol trực tiếp từ metan 206 XII.2. Công nghệ sản xuất metanol từ khí tổng hợp 209 Chơng XIII Công nghệ tổng hợp amoniac 223 XIII.1. Cơ sở hoá lý của quá trình tổng hợp amoniac 223 XIII.2. Công nghệ tổng hợp amoniac 227 Chơng XIV Công nghệ tổng hợp axetylen 233 XIV.1. Cơ sở hoá lý... chứa ít hydrocacbon nặng (từ propan trở lên, dới mức 50 g/m 3 ) gọi là khí khô (hoặc khí gầy), đợc sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống, làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sản xuất phân đạm, sản xuất etylen, axetylen, etanol Trữ lợng khí có thể phát hiện ớc tính vào khoảng 1.300 tỷ m 3 khí. Trữ lợng này phân bố trên toàn lnh thổ nhng chủ yếu là ở các bể... Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, ngời ta đ đa ra phơng pháp chọn P qt để đơn giản quá trình tính toán nh sau: Khi tính toán sơ đồ công nghệ chế biến khí đồng hành có hàm lợng C 3 = 150 640 g/m 3 bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp, tuỳ thuộc vào áp suất và nhiệt độ tại công đoạn tách, có thể chọn giá trị P qt nh sau: ã P qt = 2000 psi khi ¸p st cđa hƯ xÊp xØ 2 MPa, T = −20 0 C. • P qt = 1500... giếng khoan khai thác và bơm ép. Khí đồng hành từ đó đợc thu gom và đa vào bờ bằng đờng ống dẫn dài 110 km. Tháng 4 năm 1995 cung cấp 1 triệu m 3 khí / ngày cho nhà máy điện Bà Rịa. Năm 1997 tăng lên 2 triệu, rồi 3 triệu m 3 khí / ngày cung cấp cho nhà máy ®iƯn Phó Mü 2.1 vµ Phó Mü 2.1 më réng. Tháng 10 năm 1998 nhà máy xử lý khí Dinh Cố đạt mức thiết kế 4,2 triệu m 3 khí / ngày. Tháng . của khí tự nhiên v khí đồng hnh 11 Chơng I Giới thiệu về khí tự nhiên và khí đồng hành 13 I.1. Thành phần và các đặc tính của khí tự nhiên và khí đồng hành. đồng hành 13I.2. Chế biến và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành trên thế giới 15I.3. Chế biến và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam