Đồ áns kĩ sư chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấp bách khoa hà nội

đồ án chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấpgiá bán 150 k bao gồmbản word đồ án kĩ sư chế biến khí bằng phương hấp hấp thụ nhiệt độ thấpbản vẽ cad chuẩn đã qua kiểm duyệtbản mô phỏng bằng phần mềm hysis chuẩnliên hệ https://www.facebook.com/sang.nguyenvan.7967 hoặc sdt 01656034667 , hoặc nhập số điện thoại sẽ ra facebook để lấy bản cad, mô phỏng . mình ko up lên đây vì lí do bản quyền của mình hehe

MỤC LỤC

Phần1.Tổng Quan ………

I, giới thiệu chung về khí tự nhiên và khí dồng hành………

thành phần và các đặc tính của khí tự nhiên và khí đòng hành………

chế biến sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành trên thế giới………

chế biên và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành ở việt nam…………

II, các phương pháp chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành……….

2.1chuẩn bị chế biến khí……… ………

2.2 các phương pháp chế biến khí………

2,2.1 chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ………

2.2.2 chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ ………

2.2.3 chế biến khí bằng phương pháp chưng cất 2.2.4 nhận xét chung về 3 phương pháp………

III, cơ sở hóa lí của quá trình hấp thụ nhiệt độ thấp……….

3.1 khái niệm về quá trình hấp thụ trong chế biến khí………

3.2 quá trình chuyển pha của khí đồng hành , khí thiên nhiên………

3.2.1 quá trình chuyển pha của hệ 1 cấu tử ………

3.2.2 giản đồ pha hệ nhiều cấu tử ………

3.2.3 hằng số cân bằng pha ………

3.3 sơ đồ nguyên lí công nghệ chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ………

3.4 , các thông số công nghệ của quá trình chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấp 3.4.1 quá trình hấp thụ………

3.4.2 quá trình nhả hấp thụ………

3.5 các sơ đồ công nghệ hấp thụ nhiệt độ thấp hiện đại………

3.5.1 sơ đồ công nghệ HNT tại nhà máy chế biến khí thành phố cotrein –cân nađa………

3.5.2 sơ đồ công nghệ thiết bị HNT của nhà máy chế biến khí dùng để tách etan và các hydrocacbon nặng từ khí tự nhiên ở thành phố Elvin (Mỹ) ………

3.5.3 sơ đồ HNT của nhà máy chế biến khí dùng để tách propan và hydrocacbon nặng từ khi đồng hành ở thành phố Nhiznevartovsk (CHLB Nga) … 3.6 , phân tích lựa chọn sơ đồ công nghệ ………

3.6.1 sơ đồ công nghệ HNT ………

3.6.2 các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ………

a, tháp hấp thụ ………

6 6 6 8 9 10 10 12 12 13 13 15 15 15 16 16 17 19 19

21 21 23 24 24

26 28

30 30 30 32 32

C, thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm………

d , bơm, máy nén………

PhầnII.Tính toán quá trình………

1, cân bằng vật chất ……….

1 cân bằng vật chất cho toàn bộ phân xưởng ………

a, thành phần nguyên liệu………

b, thành phần chất hấp thụ………

c, cân bằng vật chất tại thiết bị tách 3 pha trước khi vào tháp hấp thụ số 1 … C, cân bằng vật chất tại thiết bị hấp thụ số 1 (tháp tách C1………

d, cân bằng vật chất tại thiết bị hấp thụ số 2 (tháp tách C2)………

e, cân bằng vật chất tại thiết bị nhả hấp thụ………

2, cân bằng nhiệt lượng………

3,tính đường kính, chiều cao thiết bị chính ( tháp hấp thụ )………

PhầnIII Mô Phỏng Quá Trình………

1, xấy dựng cơ sở môphỏng………

2, xây dựng chu tình tính……….

3, kết quả mô phỏng………

1, cân bằng chung của quá trình………

2, cân bằng chung tại thiết bị tách số 5- V100………

3, cân bằng chung tại tháp hấp thụ số 1 ………

4, cân bằng chung tại tháp hấp thụ số 2 ………

5, cân bằng chung tại tháp nhả hấp thụ ………

6, cân bằng nhiệt lượng tại các thiết bị trao đổi nhiệt ………

7, cân bằng nhiệt lượng tại các máy nén………

8, cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị hấp thụ số 1………

9, cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị hấp thụ số 2………

10,cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị nhả hấp thụ ………

Tổng kết ………

Tài liệu tham khảo………

36 37

40 40 40 40 41 44 45 47 48 49 51 55 56

57 57

57 58 59 60 61 62 62 62 62 63 64 66

LỜI MỞ ĐẦU

Khí dồng hành và khí tự nhiên là nguồn chính cung cấp các nhiên liệu quan trọngcho công nghiệp hóa học và hóa dầu, ví dụ etan, ở mĩ từ etan đã chế biến 40%etylen phục vụ cho sản xuất nhự tổng hợp, oxit etylen, chất hoạt động bề mặt, hiềusản phẩm và bán sản phẩm hóa học khác ở mỹ do sủ dụng etylen với hiệu quả cao

và cuối những năm 60 của thế kỉ trước nên sản xuất etan đã tăng 24: 31% ở mỹ vàcanada, để vận chuyển etan người ta đã xây dựng những hệ thống đường ống dẫnkhổng lồ ở các nước tây âu, sau khi tìm ra các mỏ khí tự nhiên lớn đã tăng cường

sự quan tâm đến các nhiên liệu nhiệt phân nhẹ, bởi vì sử dụng etan trong côngnghiệp hóa học và hóa dầu hiệu quả và có được sự cân bằng giữa sản xuất và nhucầu etylen Măt khác butadien và các sản phẩm phụ khác của quá trình nhiệt phânbenzin cũng là nguyên liệu rất cần thiết

Trong những năm gần đây, ở nhiều nước có xu hướng tăng công suất các nhà máychế biến khí , tại các nhà máy chế biến khí mới xây dựng, người ta đã lắp đặt cácthiết bị mới thực hiện đồng thời một vài quá trình công nghệ chế biến khí ở mỹ vàcânđa đã có dây chuyền công nghệ với công suất 4 tỷ m3/năm Nhờ đó giảm vốnđầu tư, giảm nhân công phục vụ và tăng độ tin cậy của các nguyên công trong nhàmáy chế biên khí

Phương pháp hấp thụ tách khí tự nhiên và khí đồng hành dựa trên cơ sở hai quátrình chuyển khối cơ bản : hấp thụ và nhả hấp thụ Bản chất vật lí của quá trình lầ

sự cân bằng giữa dòng khí và lỏng do sự khuyeechs tán chất từ pha này sang phakhác khi đạt cân bằng bền động lực , sự khuếch tán được xác định bằng hiệu số ápsuất riêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì xảy raquá trình hấp thụ và ngược lại, nếu áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra ở trongpha khí nhỏ hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ đối với các tínhtoán thực tế, động lực của quá trình hấp thụ được biêu thị chính xác hơn không chỉqua áp suất riêng phần mà còn qua nồng đọ của các cấu tử tương ứng

Tại các nhà máy chế biên khí, quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ được thực hiệntrong các tháp hấp thụ và các tháp chưng luyện có cấu tạo kiểu tháp đĩa hoặc thápđệm, chát hấp thụ được dùng ở đây là các phân đoạn benzin, kerosen hoặc hỗn hợpcủa chúng

tự nhiên là các túi khí nằm sâu dưới lòng đất.

khí đồng hành nhận được từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ trong thành phần của khí đồng hành ngaoif cấu tử chính là metan còn có etan,propan, butan và các hydrocacbon nặng với hàm lượng đáng kể thành phần nhữngcấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong một phạm vi khá rộng tùy theo mỏ dầu khaithác ngoài ra trong thành phần khí tự nhiên và khí dồng hành còn có H2O, H2Scùng các tạp chất chứa lưu huỳnh, CO2 ,N2 và heli

Người ta còn phân loại khí theo hàm lượng hydrocacbon từ propan trở lên Khígiàu propan, butan và các hydrocacbon nặng ( trên 150g/m3) được gọi là khí béohoặc khí dầu từ khí này nguuwoif ta chế được xăng khí , khí hóa lỏng (LPG) vàcác hydrocacbon cho công nghệ hữu cơ, nguyên liệu cho sản xuất phân đạm, sảnxuất etylen, axetylen, etanol…

Trữ lượng khí có thể phát hiện ước tính vào khoản 1.300 tỷ m3 khí Trữu lượng nàyphân bố trên toàn lãnh thổ nhưng chủ yếu là các bể nam côn sơn, sông hồng,malay- cổ chu Trong các bảng I.1, I.2, I.3 dưới đây cho thành phần khí tự nhiên vàkhí đồng hành khai thác được ở một số mỏ của việt nam

Bảng I.1 thành phần khí ở bể cửu long (% theo thể tích)

Bạch hổ( lô 09)

(lô 09)

Ruby(lô 01)Metan C1

84.777.223.461.701.30 -

76.546.898.250.780.50 -

77.6210.045,942.830.970.330.42-

78.0210.676.701.740.480.600.07-

Bảng 1.2 thành phần khí ở bể nam côn sơn ( % theo thể tích)

Đại hùng(05-1a)

Lan tây(06-1)

Lan đỏ(06-1)

Rồng đôi (11-2)

Hải thạch(05-2)

Mộc tinh(05-3)

88.504.32.40.61.40.31.90.6

93.92.30.50.10.21.61.2Chưa đo

81.4q5.253.061.470.550.035.640.00

81.005.202.81.504.700.114.40-

89.443.801.480.710.540.153.88-

89.652.740.400.170.05

89.424.262.381.120.32

CO2

H2S

0.807.86-

2.144.38-

0.341.8824ppm

Hàm lương CO2 ở bể sông hồng cao 75 : 85%, hàm lượng H2S, CO2 rất nhỏ trongkhí đồng hành mỏ bạch hổ, rồng, đại hùng… là rất thuận lợi cho chế biến và sửdụng, an toàn thiết bị và không gây ô nhiễm môi trường

1,2 chế biến sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành trên thế giới

Khí tự nhiên và khí đồng hành được khai thác từ lòng đất là hỗn hợp cáchydrocacbon của dãy metan, số lượng và hàm lượng các cấu tử thay đổi trongnhững khoảng rộng

Metan là thành phần chinhd trong tự nhiên, được sử dụng chủ yếu làm nhiên liệucho lò nung và nồi hơi, etan, propan, butan và hydrocacbon nặng đùng chủ yếu chocông nghiệp tổng hợp hữu cơ, vì vậy CHLB Nga và các nước công nghiệp pháttriển, việc sử dụng hợp lí các hdrocacbon có ý nghĩa rất to lớn

Khí dồng hành và khí tự nhiên là nguồn chính cung cấp các nhiên liệu quan trọngcho công nghiệp hóa học và hóa dầu, ví dụ etan, ở mĩ từ etan đã chế biến 40%etylen phục vụ cho sản xuất nhự tổng hợp, oxit etylen, chất hoạt động bề mặt, hiềusản phẩm và bán sản phẩm hóa học khác ở mỹ do sủ dụng etylen với hiệu quả cao

và cuối những năm 60 của thế kỉ trước nên sản xuất etan đã tăng 24: 31% ở mỹ vàcanada, để vận chuyển etan người ta đã xây dựng những hệ thống đường ống dẫnkhổng lồ ở các nước tây âu, sau khi tìm ra các mỏ khí tự nhiên lớn đã tăng cường

sự quan tâm đến các nhiên liệu nhiệt phân nhẹ, bởi vì sử dụng etan trong côngnghiệp hóa học và hóa dầu hiệu quả và có được sự cân bằng giữa sản xuất và nhucầu etylen Măt khác butadien và các sản phẩm phụ khác của quá trình nhiệt phânbenzin cũng là nguyên liệu rất cần thiết

Việc sử dụng etan cho phép giảm đầu tư vào sản xuất etylen, rút ngắn thời hạn xâydưng các dây chuyền công nghệ hóa học và hóa dầu khép kín Bởi vì khi nhiệt phân

Thực tế nhiều nước trên thế giới đã cho thấy rằng, với trữ luwowngjdaauf và khí tựnhiên lớn , có thể tổ chưc sản xuất ở quy mô lớn có lợi nhuận cao các sản phẩmetan, khí hóa lỏng , các hydrocacbon khác , và nhiên liệu cho động cơ

Trong những năm gần đây, các nước trung đông dự định hoàn thành chương trình

về khai thác , chế biến và vận chuyển khí đồng hành với tổng giá trị lên tới 33 tỷUSD người ta cho rằng điều đó cho phé suất khẩu khoảng 46 triệu tấn LPG mỗinăm

Khí tự nhiên và khí dồng hành không chỉ là nhiên liệu và nguyên liệu để sản xuấtetan, propan, và các hợp chất khác Khi làm sạch và chế biến khí người ta còn nhậnđược một lượng lớn lưu huỳnh, he li và một số sản phẩm vô cơ khác cho nhiềungành kinh tế quốc dân Canada là nước đứng thứ 2 trong số các nước phát triẻn vềsản xuất các hợp chất chúa lưu huỳnh từ công nghiệp chế biến khí tự nhiên, nỹđứng đầu về sabr xuất heli, một trong những sản phẩm uan trọng nhất trong côngnghệ nghiên cứu vũ trụ, nghiên cứu khí quyển, kỹ thuật tham lạnh, sắc kí…

Trong những năm gần đây, ở nhiều nước có xu hướng tăng công suất các nhà máychế biến khí , tại các nhà máy chế biến khí mới xây dựng, người ta đã lắp đặt cácthiết bị mới thực hiện đồng thời một vài quá trình công nghệ chế biến khí ở mỹ vàcânđa đã có dây chuyền công nghệ với công suất 4 tỷ m3/năm Nhờ đó giảm vốnđầu tư, giảm nhân công phục vụ và tăng độ tin cậy của các nguyên công trong nhàmáy chế biên skhis

1.3 , chế biên và sử dụng khí tự nhiên và khí đồng hành ở việt nam

việt nam đang khai thác 6 mỏ dầu và 1 mỏ khí, hình thành 4 cụm khai thác dầu khíquan trong

cụm mỏ thứ nhất nằm ở cùng đồng bằng bắc bộ , gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong đó

có tiền hải trữ lượng khoảng 250 tỷ m3 khí, đã bắt đầu khai thác từ tháng 12 năm

1981 với trên 450 triệu mét khối khí phục vụ công nghiệp địa phương, với các pháthiwwnj mới trong khu vực này , đây là cơ sở nguyên liêu cho công nghiệp khí ởcác tỉnh phía bắc

cụm mỏ thứ hai thuộc vùng biể cửu long, gồm 4 chuổi mỏ dầu bạch hổ, rạng đông,

ru bi, là cụm quan trọng nhất hiện nay, cung cấp trên 96% sản lượng dầu toàn quốc cụm mỏ thứ 3 ở vùng biển nam côn sơn gồm mỏ đại hùng đang khai thác và các mỏkhí đã phát hiện ở khu vực xung quanh là lan tây, lan đỏ, hải thạch, mộc tinh….Đang chuẩn bị đưa vào khai thác

Riêng ở mỏ khí lan tây – lan đỏ với trữ lượng xác minh là 58 tỷ m3khí sẽ cung cấp

ổn định lâu dài ỏ mức 2,7 tỷ m3 khis / năm

Cụm mỏ thứ 4 tại thềm lục địa tây nam bao gồm Cụm mỏ thứ tư : tại thềm lục địaTây Nam bao gồm mỏ Bungakclwa - Cái Nước đang khai thác dầu, mỏ BungaOrkid, Bunga Parkma, Bunga Rây tại khu vực thỏa thuận thương mại Việt Nam –Malaysia là khu khai thác và cung cấp khí lớn thứ hai và sẽ là cơ sở đảm bảo sựphát triển khu công nghiệp dầu khí ở Cà Mau – Cần Thơ

Với tiềm năng về khí khá phong phú như vậy, Viêt Nam có nhiều điều kiện pháttriển công nghiệp dầu khí trên toàn lãnh thổ, khia thác và sử dụng hợp lý nguồn tàinguyên thiên nhiên quý giá này, trong tương lai ngành cồn nghiệp dầu khí sẽ là mộtngành công nghiệp phát triển mạnh, đóng góp đáng kể vào sự phát triển của đấtnước,

II, các phương pháp chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành

2.1, chuẩn bị chế biến khí

Khí tự nhiên và khí đồng hành là những nguyên liệu rất có giá trị để sản xuất nhiênliệu và nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu các sản phẩm chính của quá trình chếbiến các khí đó là : xăng khí, khí hóa lỏng và các khí khô, các hydrocacbon :propan, izobutan, n butan, pen tan Chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành đượcthực hiện ở các nhà máy đặt ngay tại xí nghiệp khai thác

Khí Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin cònchứa các tạp chất như: bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S và các hợp chất hữu cơ củalưu huỳnh Tước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại đó

tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng quá trình tách bụi, tách hơi nước và khíaxít

Trên thực tế có rất nhiều phương pháp loại bỏ cỏ học bao gồm

Làm sạch khí bằng phương pháp lắng

Làm sạch khí bằng phương pháp ướt

Làm sạch khí bằng phương pháp lọc

Làm sạch khí bằng phương phám điện trường

Đối với phương pháp lắng dưới tác dụng của trọng lực cho hiệu quả thấp, thiết bị

sử dụng cồng kềnh như lại được áp dụng một cách thông dụng do quá trình đơngiản

Đối với phương pháp làm ướt thì khí làm nguội bão hào hơi nước nên một sốtrường hợp không dùng

Đối với phương pháp lọc dưới tác dụng của lực ly tâm thì thiết bị gọn hơn, songkhông thể lọc hoàn hảo được đối vơí hạt nhỏ, phương pháp tốn nhiều năng lượngDùng phương pháp điện trường sẽ cho nhiều ưu điểm hơn như:

Độ sạch cao 90-99%

Ăng lượng tiêu hao ít

Trở lực không quá 3-5 mm cột nước

Tiến hành ở nhiệt độ cao, trong môi trường ăn mòn hóa học

Có thể tự động hóa và cơ khí hóa hoàn toàn

Tuy nhiên nó có nhươc điểm là chi phí cao và tiêu hao nhiệt năng lớn

Sự có mặt của nước trong khí có thể tạo hydrat, cản trở quá trình vận hành của cácthiết bị trong quá trình chế biến khí ( như bơm, quạt, máy nén…) Để hạn chế táchại của hiện tượng này, khí cần được dehydrat bằng cách sấy khí hoặc trộn thêm

vào khí hoặc trộn thêm vào khí tác nhân ức chế quá trình tạo hydrat Mục đích củaquá trình sấy khí hay dùng chất ức chế tạo hydrat là tách bớt lượng hơi nước và tạo

ra cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu màtại đó khí được vận chuyển hay chế biến

Các phương pháp để sấy khí bao gồm

Sấy khí bằng phương pháp hấp thụ

Ssays khí bằng phương pháp hấp phụ

Sử dụng chất ức chế quá trình tạo hydrat

Để làm sạch khí khỏi H2S, CO2 và các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh ta thường

sử dụng các dung môi hữu cơ sau:

- Làm sạch bằng dung môi Alknol amin

- Làm sạch bằng dung môi vật lý và dung môi tổng hợp

2.2 các phương pháp chế biến khí

2,2.1 chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ

Tiến hành chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ ở nhiệt độ thấp từ 25oC đến 35oC áp suất cao 3,0 – 4,0 Mpa Đây được coi là phương pháp có hiệu quả và kinh

-tế hơn cả để chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành Khí đồng hành từ xí nghiệpkhai thác dầu được nén bằng máy nén khí sau đó được làm lạnh và đưa vào thiết bịsấy khí để tách ẩm rồi được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt và làm nguôi sau đó khíđược đưa đén thiết bị ngưng tụ nhiệt độ thấp, tại đó khí được nén và làm lạnh tớinhiệt độ âm cần thiết, sau đó hỗn hợp khí được đưa qua bộ phận tách khí, lúc nàymột phần hydrocacbon đã ngưng tụ được tách ra

Sau khi được nén và làm lạnh thì hỗn hợp khí được tách ra làm hai phần : Phầnngưng tụ (gọi là condesat) của bậc nén và làm lạnh Khí đồng hành được bơm từthùng chứa qua bộ phận trao đổi nhiệt sang cột tách etan Tại đó phân đoạn chứametan và etan được tách ra Sau đó benzin là phần ngưng tụ đã tách metan và etanqua thiết bị trao đổi nhiệt vào bình chứa, từ đó nó được đưa đi chế biến tiếp

Phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp để tách bezin từ khí đồng hành là phươngpháp rất tốn kém, để thực hiện được cần có thiết bị làm lạnh phức tạp Tuy nhiên do

sơ đồ công nghệ tương đối đơn giản, mà hiệu quả tách benzin ra khỏi hỗn hợp khíkhá cao, triệt để nên phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệpchế biến khí

2.2.2 chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ

Ngoài chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ thì người ta còn áp dụng phươngpháp hấp thụ để chế biến khí Phương pháp này dựa trên cơ sở của 2 quá trìnhchuyển khối cơ bản: hấp thụ và nhả hấp thụ Bản chất vật lý của quá trình là sự cânbằng giữa dòng khí và dòng lỏng do sự khuếch tán chất từ pha này sang pha khác.Khi đạt cân bằng bền động lực, sự khuếch tán được xác định bằng hiệu số áp suấtriêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí và pha lỏng Nếu áp suất riêng phầncủa cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình hấp thụ (hấpthụ khí bởi chất lỏng) Và ngược lại, nếu áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ratrong pha khí nhỏ hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ (thoát khí rakhỏi chất lỏng) Đối với các tính toán thực tế, động lực của quá trình hấp thụ đượcbiểu thị chính xác hơn không chỉ qua áp suất riêng phần mà còn qua nồng độ củacác cấu tử tương ứng Tại các nhà máy chế biến khí, quá trình hấp thụ và nhả hấpthụ được thực hiện trong các tháp hấp thụ và tháp nhả hấp thụ (tháp chưng luyện)

có cấu tạo kiểu tháp đĩa hoặc tháp đệm, chất hấp thụ được dùng ở đây là các phânđoạn benzin, kerosen hoặc hỗn hợp của chúng

2.2.3 chế biến khí bằng phương pháp chưng cất

Sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp được thực hiện quá trình tách các cấu từ định trướchiệu quả hơn sơ đồ hấp thụ nhiệt độ thấp (HNI) và thiết bị chế tạo cũng đơn giảnhơn Khác nhau về mặt nguyên lý giữa hai sơ đồ CNT và NTT là ở chỗ nguyên liệu

đi vào thiết bị sau khi làm lạnh (không có sự tách sơ bộ mà được đưa thẳng vàotháp chưng Tại đó xảy ra sự phân tích riêng biệt khí nguyên liệu thành khíkhô(thoát ra từ đỉnh tháp) và phân đoạn hydrocacbon nặng Phụ thuộc vào sơ đồnguyên lý của quá trình chưng cất nhiệt độ thấp, thiết bị cơ bản của sơ đồ là thápchưng được chia thành chưng bốc hơi và tháp ngưng tụ – bốc hơi

Tháp chưng- bốc hơi làm việc như tháp chưng liên tục, dòng khí nguyên liệu đãđược làm lạnh sơ bộ tại thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi nhờ dòng khí đã tách benzinđược đưa vào phần giũa của tháp Trên đỉnh tháp được làm lạnh bằng chu trình làmlạnh ngoài, hỗn hợp khí được ngưng hồi lưu trở về đĩa trên cùng của tháp chưng,khí sản phẩm đã tách benzin được dẫn theo đường 2 sau khi đã truyền lạnh cho khínguyên liệu tại thiết bị trao đổi nhiệt thu hồi

A, sơ đồ tháp chưng – bốc hơi b, sơ đồ tháp ngưng tụ- bốc hơiTháp ngưng tụ bốc hơi khác với tháp chưng- bốc hơi ở chỗ hỗn hợp khí nguyên liệuđược trộn với sản phẩm đỉnh tháp , sau khi làm lạnh nhờ chu trình làm lạnh ngoàibằn propan được đưa vào đĩa trên cùng của tháp chưng

Trong quá trình làm việc của tháp chưng, việc tăng áp suất sẽ làm giảm không đáng

kể năng lượng cho công đoạn làm lạnh, nhưng năng lượng tiêu hao chung cho toànquá trình sẽ giảm đáng kể vì quá trình được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn chỉ sốhồi lưu tính toán trong khoảng 1,55… 1,78

2.2.4 nhận xét chung về 3 phương pháp

Từ những ưu nhược điểm và phạm vi công dụng của mỗi công nghệ thì phươngpháp chế biến khí bằng NNT đem lại hiệu quả cao , Phương pháp này phù hợp vớiđiều kiện chế biến khí đồng hành với năng suất công nghệ là 5 triệu m3/ngày, hệ sốtách cấu tử chính là =75% propan

Việc sử dụng phương pháp hấp thụ cho phép đảm bảo sản xuất một lượng cần thiếtkhí hóa lỏng và thiết lập được những điều kiện ổn định để vận chuyển khí theođường ống dẫn khí, sơ đồ HNT đảm bảo tách triệt để propan từ khí đồng hành vớimức độ làm lạnh vừa phải: để tách 90-95% propan yêu cầu làm lạnh tới -30 … -38

oC, còn trên sơ đồ NNT đòi hỏi làm lạnh sâu hơn từ -80đến-85 độ C ngoài ra trongcác thiết bị HNT quá trình tách các hydrocacbon theo yêu cầu ít phụ thuộc vào sựphân bó và sự thay đổi thành phần của nguyên liệu khí ở đầu vào, ưu điểm đó có ýnghĩa quan trọng , bbowir vì theo mức độ chế biến sơ bộ tại mỏ dầu mà thành phầncủa khí đồng hành đưa đến nhà máy chế biến khí có thể rất khác nhau, điều đó cóthể dẫn đến khó khăn cho quá trình sản xuất các sản phẩm khí yêu cầu trong đó cóetan trong thiết bị NNT, việc giảm hàm lượng propan và hydrocacbon nặng trongkhí làm giảm sự tách etan ngay cả khi hàm lượng etan trong nguyên liệu đầu khôngđổi

III, cơ sở hóa lí của quá trình hấp thụ nhiệt độ thấp

3.1 khái niệm về quá trình hấp thụ trong chế biến khí

Phương pháp hấp thụ tách khí tự nhiên và khí đồng hành dựa trên cơ sở hai quátrình chuyển khối cơ bản : hấp thụ và nhả hấp thụ Bản chất vật lí của quá trình lầ

sự cân bằng giữa dòng khí và lỏng do sự khuyeechs tán chất từ pha này sang phakhác khi đạt cân bằng bền động lực , sự khuếch tán được xác định bằng hiệu số ápsuất riêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì xảy raquá trình hấp thụ và ngược lại, nếu áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra ở trongpha khí nhỏ hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ đối với các tínhtoán thực tế, động lực của quá trình hấp thụ được biêu thị chính xác hơn không chỉqua áp suất riêng phần mà còn qua nồng đọ của các cấu tử tương ứng

Tại các nhà máy chế biên khí, quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ được thực hiệntrong các tháp hấp thụ và các tháp chưng luyện có cấu tạo kiểu tháp đĩa hoặc thápđệm, chát hấp thụ được dùng ở đây là các phân đoạn benzin, kerosen hoặc hỗn hợpcủa chúng.

3.2 quá trình chuyển pha của khí đồng hành , khí thiên nhiên

3.2.1 quá trình chuyển pha của hệ 1 cấu tử

Quá trình chuyền pha đối với hệ khí một cấu tử ta có thể biểu diễn trên trục tọa độP-T trong đó trục tung là áp suất và trục hoành là nhiệt độ

Hình 2 Giản đồ pha hệ một cấu tử

Đường HD, HC và 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 suấtxác định đồng thời tồn tại ba pha nằm cân bằng với nhau Tại đường cân bằng ởnhiệt độ và áp suất không đổi hệ có thể chuyển pha bằng cách thêm vào hoặc bớt

năng lượng của hệ Dọc theo đường FH không tồn tại pha lỏng, và pha rắn thănghoa thành hơi Điểm C là điểm tới hạn ứng với nhiệt độ tới hạn T c và áp suất tớihạn Pc thì tại đó các tính chất của pha lỏng và pha hơi trở thành đồng nhất Đối vớiđơn chất điểm tới hạn được định nghĩa: là điểm mà phía trên nó pha lỏng không thểtồn tại như một pha độc lập Hay nói cách khác phía trên điểm tới hạn khí khôngthể bị hóa lỏng bằng cách nén áp suất cao Đường HC thường gọi là đường áp suấthơi hay đường cong điểm sương và đường cong điểm bọt của đơn chất * Xét quátrình pha đẳng áp của hệ một cấu tử trên hình 3.1 Từ”m”>”n”hệ ở trạng thái rắn.

Từ “o” đến “b”: hệ ở trạng thái lỏng, tại “b” hệ ở trạng thái lỏng bão hòa Bất kỳ sựcung cấp năng lượng nào cũng làm cho lỏng hóa thành hơi ở nhiệt độ và áp suấtkhông đổi Tại “d”: hệ ở trạng thái hơi bão hòa, tiếp tục tăng

3.2.2 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 mặtphẳng, mà có chiều dày như hình cái lưỡi với thành phần là biến số phản ánh chiều

dày của đường bao pha Trên hình 3.2a thể hiện giản đồ pha hệ nhiều cấu tử trong

đó trục tung là áp suất và trục hoành là nhiệt độ

Hình 3 Giản đồ pha hệ nhiều cấu tử

Điểm C là điểm tới hạn, tại đó hai pha trở thành một pha * Điểm M là điểm tươngứng với áp suất lớn nhất mà tại đó hỗn hợp nhiều cấu tử tồn tại ở trạng thái hai pha.

* Điểm N: là điểm tương ứng với áp suất lớn nhất mà tại đố hỗn hợp nhiều cấu tửtồn tại ở trạng thái hai pha Bên trái đường cong điểm bọt hệ tồn tại ở trạng tháilỏng khi bắt đầu chạm tới đường cong điểm bọt thì hệ khí bắt đầu xuất hiện nhữngbọt khí Khi sang đường cong điểm sương thì toàn bộ hỗn hợp khí trở thành hơi từđường cong điểm bọt và đường cong điểm sương là miền mà tồn tại cân bằng giữahai pha lỏng và hơi + Đường ABDE: biểu diễn quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt suybiến điển hình trong các mỏ khí condensate Điểm A biểu diễn pha lỏng chặt nằmbên ngoài đường bao pha khi giảm áp suất tới điểm B bắt đầu quá trình ngưng tụ.Tiếp tục giảm áp suất lượng lỏng hình thành nhiều hơn từ điểm “A” đến “D” nằmtrong miền suy biến được tạo 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 Điểm tới hạn C của hỗn hợp khí hydrocacbon luôn luôn ở phía bên trái củađiểm M và vị trí mà là rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến sự thay đổi hướng củacác đường lỏng hơi bên trong đường bao pha Điểm tới hạn C có thể nằm bên phảiđiểm N thể hiện như hình dưới đây

Trên hình 4b là giản đồ của hệ bậc hai metan-propan cho thấy ảnh hưởng của thành

phần đến hình dáng vị trí của đường bao pha thì đường cong ngoài cùng là cácđường áp suất hơi của metan - propan bắt đầu từ điểm tới hạn ba đường bao phacòn lại là của ba hỗn hợp có tỷ lệ thành phần metan - propan khác nhau được gọi làquỹ tích tới hạn Như vậy vị trí tới hạn trên mỗi đường bao pha thay đổi theo thànhphần của hỗn hợp các hydrocacbon

Ngoài ra các tạp chất như phi hydrocacbon như: H2O, CO2, H2S, N2 cũng cónhững ảnh hưởng đáng kể đến đường bao pha của hỗn hợp khí trong điều kiệnnhiệt độ cao và áp suất thấp - H2S, CO2 làm giảm điểm áp suất cực đại tồn tạilỏng hơi của hỗn hợp khí - N2: Làm tăng điểm áp suất cực trị, tồn tại lỏng hơi hỗnhợp khí và giảm khả năng trộn lẫn

3.2.3 hằng số cân bằng pha

Cân bằng pha của hỗn hợp khí không phải là trạng thái tĩnh mà là cân bằng động,vẫn luôn tồn tại sự chuyển đồng của các phân tử từ pha lỏng sang pha hơi và ngượclại, tốc độ bay 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 cân bằng là hằng số cân bằng pha Kđược xác định bằng phương trình : ki= yi/xi

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

xi : là phần mol của cấu tử i trong pha lỏng

Để xác định hằng số cân bằng pha của hệ nhiều cấu tử có nhiều cấu tử có cácphương pháp sau - Phương pháp giải tích: sử dụng các phương trình trạng tháikhác nhau, tính toán hệ số fugat và hoạt độ của cấu tử, để từ đó xác định hằng sốcân bằng pha - Phương pháp giản đồ: là các giản đồ thể hiện các giá trị của K tại

áp suất và nhiệt độ xác định của từng chất Phương pháp này có ưu điểm là đơngiản, dễ xác định, sai số từ 5 – 10% Phổ biến nhất hiện nay là sử dụng các giản đồ NGPA và Neyrey

3.3 sơ đồ nguyên lí công nghệ chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ

Trên hình 7.1 đưa ra sơ đồ nguyên lí của quá trình hấp thụ để tách khí propan và cáhydrocacbon nặng hơn khỏi khí đồng hành và khí tự nhiên

Theo sơ đồ, khí nguyên liệu sau khi làm sạch khỏi giọt lỏng và các tạp chất cơ học ,được nén, sấy đén điểm sương cần thiết , được đưa vào đĩa cuối cùng của tháp hấpthụ 1 ( các công đoạn tách, nén, sấy khí không thể hiện trên hình) Chất hấp thụ đãđược tái sinh được tưới lên đĩa trên cùng Trong thiết bị nàycác cấu tử theo yêu cầuđịnh trước (C ≥ 3) được tách ra khỏi khí vào, ngoài ra còn có cả một lượng cáchydrocacbon nhẹ (metan và etan)

Khí khô thoát ra từ đỉnh tháp hấp thụ một , còn chất hấp thụ bão hòa hydrocacbonđược thoát ra từ đáy tháp khí khô đưa di sử dụng, còn chất hấp thụ bảo hòa đượcđưa vào tháp hấp thụ bôc hơi 2 (công đoạn tách etan, metan) trong tháp này cáchydrocacbon nhẹ metan và etan được thoát ra khỏi chất hấp thụ bão hòa để giảmmất mát propan đi theo hydrocacbon nhẹ từ đỉnh tháp 2 và đảm bảo tách etan triệt

để hơn khỏi chất hấp thụ bảo hòa , người ta tưới chất hấp thụ đã tái sinh vào đĩatrên cùng của tháp 2 còn đáy tháp thì được gia nhiệt khí khô được sử dụng làmnhiên liệu còn chất hấp thụ bão hòa đã tách etan được gia nhiệt trong thiết bị trao

đổi nhiệt 4 và đi vào tháp nhả hấp thụ 3 Từ đỉnh tháp nhả hấp thụ 3 nhận được hỗnhợp propan và hydrocacbon nặng phân đoạn các hydrocacbon năng được ngưng tụtrong thiết bị làm lạnh bằng không khí 7 và đi vào hồi lưu 9 , từ đó một phầnhydrocacbon nặng đã ngưng tụ quay trở vào làm giàu thêm cho đĩa trên cùng củatháp nhã hấp thụ 3, phần còn lại đưa qua tháp chưng phân đoạn khí sản xuất từnghydrocacbon riêng biệt hoặc phân đoạn khí hóa lỏng tương ứng.nhiệt cung cấp chophần dưới của tháp nhả hấp thụ do sự tuần hoàn của chất hấp thụ chảy từ đĩa cuốisang thiết bị đun sôi đáy tháp 10.chất hấp thụ đã được tái sinh được dẫn ra từ đáytháp nhả hấp thụ 3 và làm nguội trong thiết bị trao đổi nhieetj4 và 5 và trong cácthiết bị làm lạn 6 và 8 sau đó đi vào tháp hấp thụ 1 và tháp hấp thụ- bốc hơi 2

Đặc điểm của sơ đồ này là khí nguyên liệu ở đầu vào và chất haaos thụ đa tái sinhđược làm lạnh trong thiết bị làm lạnh bằng nước hoặc thiết bị làm lạnh bằng khôngkhí đến nhiệt độ 25, 35 độ c , trong các sơ dồ hiện đại , khí và chất hấp thụ đượclàm lạnh đến nhiệt độ thấp hơn do sử dụng các chu trình tương ứng

Khi thiết kế thiết bị hấp thụ loại dầu này, người ta đã chấp nhận các thông số làmviệc của tháp hấp thụ- bốc hơi áp suât 1,2 đén 2 Mpa, nhiệt độ hỗn hợp vào tháp40…70 oC , còn nhiệt độ đáy tháp 100…200 oC số đia thực tế trong tháp khôngquá 40 đĩa

3.4 , các thông số công nghệ của quá trình chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ nhiệt độ thấp

Các thông số công nghệ ảnh hưởng tới quá trình công nghệ là áp suất, nhiệt độ,thành phần hỗ hợp khí nhiên liệu, thành phần và tính chất hóa lí của chất hấp thụ ,

số đia lí thuyết và cấu tạo của tháp hấp thụ , tháp nhả hấp thụ

3.4.1 quá trình hấp thụ

Quá trình hâp thụ xảy ra trong tháp hấp thụ nhiệt độ thấp (-30 đến -40 oC ) và ápsuất trong tháp 3-7 Mpa, tùy thuộc vào thành phần khí đưa vào chế biến , khí cóhàm luộng C≥3 cao cần có áp suất cao

Quá trình hấp thụ các hydrocacbon trong hỗn hợp khí đưa vào chế biến kèm theo

sự tỏa nhiệt.hiệu ứng nhiệt phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp khí , hydrocacboncàng nhẹ nhiệt haapss thụ tooar ra càng lớn trên hình 7,2 mô tả sự thay đổi hàmlượng các chất hấp thụ trong dầu (a) sự sự thay đổi nhiệt độ dòng khí và dòng dầutheo chiều cao tháp hấp thụ(b)

Để tăng hiệu quả của quá trình cần đảm bảo cân bằng nhiệt tối ưu trong tháp và cácnhà nghiên cứu đã đưa ra phương án công nghệ : giải nhiệt theo chiều cao tháp, bảohòa sơ bộ chất hấp thụ tái sinh bằng các cấu tử nhẹ

- Dầu tái sinh được trộn lẫn với khí khi đi ra từ đỉnh tháp hấp thụ - bốc hơi,sau khi làm nhạnh nhờ chu trình làm lạnh propan được bão hòa sơ bộhydrocacbon nhẹ dầu đã bảo hòa được tưới vào tháp hấp thụ, hấp thu- bôchơi

- Dầu tái sinh tưới vào tháp hấp thụ - bốc hơ sơ bộ hydrocacbon nhẹ từ đỉnhtháp hấp thụ bốc hơi, sau khi trộn với dòng khí khô từ đỉnh tháp hấp thụ và

được làm lạnh, dầu tái sinh đã bão hòa hydrocabon nhẹ hai lần sẽ tưới vàotháp hấp thụ

- Dầu tái sinh tưới vào tháp hấp thụ và tháo hấp thụ bốc hơi đươc bão hòahydro nhẹ từ đỉnh tháp tương uwngsm có nghĩa là tưới vào thap nào sẽ bãohòa sơ bộ hydrocacbon nhẹ tù dỉnh tháp đó

Như vậy nhờ phương pháp bão hòa chất hấp thụ tái sinh bằng các hydrocacbonnhẹ ở bên ngoài tháp hấp thụ, cho phép giải quyết vấn đề nhiệt hấp thụ cáccaaud tử nhẹ một cách đơn giản, bảo đảm chế độ ccoong nghệ tối ưu trong tháp,tăng mức độ hấp thụ các cấu tử cần thiết trong tháp

3.4.2 quá trình nhả hấp thụ

Quá trình tái sinh lại chất hấp thụ, ở đay là các phân fđoạn dầu benzin hoặckerosen , được thực hiện bằng cách giảm áp suất trong tháp và cấp nhiệt vàotháp đẻ tách các hydrocacbon nhẹ trong chất hấp thụ bão hòa trên hình 7.4trình bày các phuuwong án tuần hoàn dầu tái sinh từ đáy tháp và thiết bị đun sôiThiết bị đun nóng đáy tháp kiểu kettle dễ điều khiển quá trình, tương đườn vớimột đĩa lí thuyết

3.5 các sơ đồ công nghệ hấp thụ nhiệt độ thấp hiện đại

3.5.1 sơ đồ công nghệ HNT tại nhà máy chế biến khí thành phố cotrein –cân nađa

1,2,8,13,14,15 thiết bị trao đổi nhiêt, 5,6,11 các tháp tách, 3,4,10 thiết bịbay hơi propan; 7 tháp hấp thụ ; 9 thiết bị gia nhiệt; 12 tháp hấp thụ-bốc hơi;

16 thiết bị làm lạnh bằng không khí ; 17 hồi lưu; 18 tháp nhả hấp thụ; 19 lò

I, khí nguyên liệu ; II dung dịc etylen glycol; III khí khô của tháp háp thụ- bốchơi sau công đoạn bão hòa chất hấp thụ tái sinh; IV khí khô của tháp hấp thụ saucông đoạn bão hòa chất hấp thụ tái sinh; V,VIII khí khô; VI,XII chấp hấp thụnhẹ bão hòa hydrocacbon nhẹ ; VII chất hấp thụ nặng; VIII chất hấp thụ nhẹ bãohòa; IX etylenglycol tự do; X condensat; XI khí, XIV chất hấp thụ nhe đã táchetan; XV phân đoạn hydrocacbon nặng C≥3; XVI chất hấp thụ nhẹ đã tái sinhTrên hình là sơ đồ công nghệ HNT của nhà máy chế biến khí để tách propan vàcác hydrocacbon nặng từ khí tự nhiên tại thành phố Cotrein Canađa Công suấtcủa nhà máy theo khí nguyên liệu là 8,57 tỷ m3/năm.Tách được 84% propanchứa trong nguyên liệu đầu Thiết bị sử dụng hai chất hấp thụ: chất hấp thụ nhẹ

có khối l-ợng phân tử trung bình 100, chất hấp thụ nặng có khối lượnphân tử

trao đổi nhiệt 1 và thiết bị bay hơi propan 3 từ nhiệt độ 18 0C đến nhiệt độ -37

oC, do đó một phần khí được ngưng tụ Khí nguyên liệu trước khi vào thiết bịtrao đổi nhiệt 1 để được bổ sung dung dịch etylen glycol để hấp thụ tách nước

có trong khí Hỗn hợp khí từ tháp 3 có chứa etylen glycol để hấp thụ nước vàcác hydrocacbon đã ngưng tụ (gọi là condensat) được đưa vào tháp tách 6 Saukhi ra khỏi tháp tách etylen glycol đã hấp thụ nước được đưa sang tháp tái sinh(không thể hiện trong sơ đồ), condensat được đưa vào tháp hấp thụ-bốc hơi 12,còn khí được chia làm hai dòng: một dòng đi qua thiết bị bay hơi propan 4 vàtháp tách 5 vào đỉnh tháp hấp thụ 7 cùng với chất hấp thụ đãđược tái sinh, mộtdòng khác đi vào phần d-ới của tháp hấp thụ 7.Tháp hấp thụ 7 có hai phần hấpthụ độc lập A và B: phần A là phần dưới của tháp có nhiệt độ -37 oC, chất hấpthụ nhẹ (có khối lượng phân tử 100) được đưa vào đây để tách khỏi khí các cấu

tử cần thiết, phần trên của tháp là phần B được tưới chất hấp thụ nặng (có khốilượng phân tử 140) để hấp thụ chất hấp thụ nhẹ từ phần A của tháp (chất hấp thụnặng đi vào tháp có nhiệt độ cao hơn, quá trình tái sinh chất hấp thụ khôngđược thể hiện trên hình).Phần dưới của tháp hấp thụ được cung cấp nhiệt do sựtuần hoàn của chất hấp thụ bão hoà qua thiết bị trao đổi nhiệt 8, tại đây tác nhânchuyển tải nhiệt chính là chất hấp thụ vừa tái sinh có nhiệt độ cao Do đó hàmlượng hydrocacbon nhẹ có trong khí nguyên liệu vào được giảm đi trước khivào tháp hấp thụ-tách khí 12.Khí khô đi ra từ đỉnh tháp hấp thụ 7 được trộn vớikhí từ tháp tách 6, và cùng với chất hấp thụ nhẹ đã tái sinh đi vào thiết bị bayhơi propan 4, tại đây do sự trao đổi chất và trao đổi nhiệt (làm lạnh) của dòngkhí và dòng lỏng,chất hấp thụ nhẹ được bão hoà các hydrocacbon nhẹ Từ thiết

bị bay hơi 4 hỗn hợp khí khô và chất hấp thụ được phân tách trong tháp tách 5.Khí khô từ tháp tách được đưa đi sử dụng sau khi đã truyền lại lạnh trong thiết

bị trao đổi nhiệt 1 và 2, còn chất hấp thụ tái sinh đã bão hoà hydrocacbon nhẹđược đưa vào đĩa trên của phần B (phần trên) của tháp hấp thụ 7

Từ đáy tháp hấp thụ 7 nhận được chất hấp thụ nhẹ (có khối lượng phân tử trungbình 100), sẽ trộn lẫn với condensat từ tháp tách 6, và được dẫn vào phần giữacủa tháp hấp thụ - bốc hơi 12 (áp suất trong tháp là 3,0 MPa) Đểđảm bảo chế độlàm việc của tháp, chất hấp thụ nhẹ đi vào đĩa trên cùng của tháp cần phải có

nhiệt độ -37 oC Còn phần dưới của tháp 12 có nhiệt độ khác nhau do tuần hoànlỏng qua ba thiết bị trao đổi nhiệt 13, 14, 15 Khí khô thoát ra từ đỉnh tháp 12,còn từ đáy tháp là chất hấp thụ bão hoà đã tách etan

Khí khô sau khi bão hoà sơ bộ cho chất hấp thụ nhẹ đã tái sinh (trong thiết bị bayhơi propan 10 và thiết bị tách 11 ) và được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt 9 đượcđưa đi sử dụng (đường III trên hình VII.7), còn chất hấp thụ đã tách etan đi vàophần giữa của tháp nhả hấp thụ 18 (áp suất trong tháp là 2,0 MPa) Từ đỉnh thápnhả hấp thụ nhận được phân đoạn các hydrocacbon nặng C=3, sau khi ngưng tụ vàlàm lạnh trong thiết bị làm lạnh bằng không khí 16 đi vào hồi lưu 17, một phầnquay trở lại tháp nhả hấp thụ,một phần đưa đi đóng gói sản phẩm

chất hấp thụ đã tái sinh lấy ra từ đáy tháp nhả hấp thụ 18 một phần được gia nhiệttrong lò 19 và quay trở lại đáy tháp nhả hấp thụ, còn một lượng cân bằng tương ứngsau khi truyền nhiệt trong các thiết bị trao đổi nhiệt 15, 14,13, 2 và 8 được dẫn đibão hoà bằng các hydrocacbon nhẹ Như vậy chất hấp thụ đi vào tháp 12 bão hoàhydrocacbon nhẹ một lần do tiếp xúc với khí khô của tháp, còn đi vào tháp hấp thụ

7 chất hấp thụ bão hoà hai lần: lần đầu do tiếp xúc của chất hấp thụ tái sinh với khíkhô từ tháp 12 (ở áp suất 3,0 MPa),lần thứ hai do tiếp xúc của chất hấp thụ đã hấpthụ lần một với khí khô từ đỉnh tháp hấp thụ 7 (ở áp suất 5,9 MPa) Sơ đồ như vậycho phép đảm bảo các điều kiện tối ưu để tiến hành quá trình thực hiện trong tháphấp thụ và tháp hấp thụ - bốc hơi

3.5.2 sơ đồ công nghệ thiết bị HNT của nhà máy chế biến khí dùng để tách etan và các hydrocacbon nặng từ khí tự nhiên ở thành phố Elvin (Mỹ)

1,8,12,13 Thiết bị trao đổi nhiệt; 3,7,15 Các tháp tách; 2,4,6,10,14,17,19 Thiết bịbay hơi propan; 5 Tháp hấp thụ;9 Tháp bốc hơi - tách; 11 Tháp hấp thụ-bốc hơi;

16 Tháp nhả hấp thụ; 18 Thiết bị làm lạnh bằng không khí; 20 Hồi l-u; 21 Lò;

I Khí nguyên liệu; II Khí khô của tháp hấp thụ sau công đoạn bão hoà chất hấp thụtái sinh; III Dung dịch etylen glycol;IV Etylen glycol tự do; V Chất hấp thụ bãohoà; VI, IX Khí khô; VII, XI Chất hấp thụ bão hoà hydrocacbon nhẹ;VIII - Chấthấp thụ đã tái sinh; X Khí khô của tháp hấp thụ-bốc hơi sau công đoạn bão hoà

chất hấp thụ tái sinh; XII Chất hấp thụ bão hoà đã tách metan; XIII Chất hấp thụbão hoà một phần; XIV Khí; XV Phân đoạn hydrocacbon nặng C=2.

Chất hấp thụ sử dụng ở đây là phân đoạn benzin có khối lượng phân tử 100 Khí tựnhiên (có áp suất 3,2 MPa) được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt 1 và chutrình lạnh propan 2, 4 đến nhiệt độ -37 oC Để sơ bộ tách ẩm truớc khi làm lạnhkhí, dòng khí nguyên liệu trước khi vào 2 được trộn với dung dịch etylen glycol,dung dịch này sau khi đã bão hoà hơi nước đượctách khỏi khí ở tháp tách 3 và đưa

đi tái sinh (trên hình không thể hiện côngđoạn tái sinh etylen glycol) Sau đó dòngkhí lại được bão hoà một phần với chất hấp thụ để sơ bộ tách các hydrocacbonnặng C=4 và được đưa vào đĩa dưới cùng của tháp hấp thụ 5 Chất hấp thụ tái sinh

đã bão hoà hydrocacbon nhẹ và được làm lạnh trong thiết bị bay hơi propan 6 cónhiệt độ -37 oC đượ đưa vào đĩa trên cùng của tháp hấp thụ 5 Từ đỉnh tháp hấp thụ

5 nhận đ-ợc khí khô, sau khi qua công đoạn bão hoà sơ bộ (ở thiết bị bay hơipropan 6 và thiết bị tách 7) và truyền lạnh trong bộ thiết bị trao đổi nhiệt 1 , khí đưa

đi tiêu thụ (đường II) Từ đáy tháp hấp thụ 5 nhận được chất hấp thụ bão hoà Chất

hấp thụ bão hoà này chia làm hai dòng: một dòng sẽ hỗn hợp với khí trước khi vàothiết bị bay hơi propan 4 (nhằm mục đích sơ bộ tách benzin khỏi khí), dòng thứ haisau khi truyền lạnh trong bộ thiết bị trao đổi nhiệt 8 đi vào thiết bị bốc hơi-tách 9,tại đâychất hấp thụ bão hoà được tách khí một phần do quá trình tiết lưu Sau đó cảkhí và chất hấp thụ được dẫn vào tháp hấp thụ -bốc hơi 11 Các phần còn lại tương

tự sơ đồ đã xem xét ở trên

3.5.3 sơ đồ HNT của nhà máy chế biến khí dùng để tách propan và hydrocacbon nặng từ khí đồng hành ở thành phố Nhiznevartovsk (CHLB Nga)

1,2,3,9,13,14,15,16 Thiết bị trao đổi nhiệt; 5,6,11 Các tháp tách; 4,7,10 Thiết bịbay hơi propan; 8 Tháp hấp thụ; 12 Tháp hấp thụ -bốc hơi; 21 Tháp nhả hấp thụ;17,18,20 Thiết bị làm lạnh bằng không khí; 19 Hồi lưu; 22 Thiết bị đun sôi đáytháp; I Khí nguyên liệu; II Khí khô sau khi đã bão hoà hydrocacbon nhẹ cho chấthấp thụ tái sinh; III Dung dịch etylen glycol; IV,XII Chất hấp thụ tái sinh bão hoàhydrocacbon nhẹ; V,XI Khí khô; VI Chất hấp thụ tái sinh; VII Chất hấp thụ bãohoà; VIII Khí; IX Condensat; X Etylen glycol tự do; XIII Chất hấp thụ bão hoà

đã tách etan; XIV Phân đoạn hydrocacbon nặng C =3

Công suất nhà máy 1 tỷ m3/năm Tách 90% hydrocacbon C=3 trong khí nguyênliệu ban đầu Chất hấp thụ ở đây dùng phân đoạn 105 205 oC có khối lượng phân

tử 140 Quá trình hấp thụ thực hiện ở áp suất 4,0MPa và nhiệt độ dòng khí vào -23

oC Khí trước khi vào các thiết bị trao đổi nhiệt 2, 3 và thiết bị bay hơi propan 4được bổ sung etylen glycol để tách một phần nước Từ thiết bị bay hơi propan 4 ra,hỗn hợp khí etylen glycol đã hấp thụ nước và các hydrocacbon ngưng tụ(condensat) được đưa vào tháp tách 5

Sau tháp tách etylen glycol đã hấp thụ nước được đưa đi tái sinh (trênhình khôngthể hiện công đoạn tái sinh này), condensat đưa sang tháp hấp thụ - bốc hơi 12 saukhi đã truyền lạnh trong các thiết bị trao đổi nhiệt 3 và 16, còn khí đi vào phần dướicủa tháp hấp thụ 8, đĩa trên cùng của tháp hấpthụ được tưới chất hấp thụ tái sinh đãbão hoà hydrocacbon nhẹ có nhiệt độ-23 oC Từ đỉnh tháp hấp thụ nhận được khíkhô, sau công đoạn bão hoà (ở thiết bị bay hơi propan 7 và tháp tách 6) và hoànnguyên lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt 2 đúợc đưa đi làm nhiên liệu.Chất hấp thụbão hoà được lấy ra từ đáy tháp hấp thụ 8, đưa qua van tiếtlưu (giản nở từ áp suất4,0 đến 3,5 MPa) và sau khi truyền lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt 9 được đưa vàophần giữa của tháp hấp thụ - bốc hơi 12 (áp suất trong tháp là 3,4 MPa) Để đảmbảo chế độ làm việc của tháp, chất hấp thụ đưa vào đĩa trên cùng của tháp được làmlạnh đến -23 oC , còn đáy tháp được đun nóng ở các nhiệt độ khác nhau nhờ cácthiết bị trao đổi nhiệt tuần hoàn 13, 14

Từ đỉnh tháp hấp thụ - bốc hơi 12 nhận đ-ợc khí khô, sau công đoạn bão hoà (quathiết bị bay hơi propan 10 và tháp tách 11 ) và truyền lạnh trongthiết bị trao đổinhiệt 1 được đưa đi tiêu thụ Từ đáy tháp 12 nhận được chất hấp thụ đã bão hoà,sau khi được gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt 15 đi vào phần giữa của tháp nhảhấp thụ 21 (tháp làm việc ở áp suất 1,4 MPa) Từ đỉnh tháp nhả hấp thụ nhận đượcphân đoạn hydrocacbon C=3 , sau khi ngưng tụ và làm lạnh trong thiết bị làm lạnhbằng không khí 18 được đưa vào hồi lưu 19 Một phần hydrocacbon quay trở lạilàm giàu cho đĩa trên cùng của tháp nhả hấp thụ, phần còn lại được làm lạnh trongthiết bị làm lạnh bằng không khí 20 và đ-a đi sử dụng.Để đảm bảo chế độ nhiệt độlàm việc cần thiết của tháp nhả hấp thụ 21 ,chất hấp thụ đưa vào đáy tháp được gianhiệt trong lò 22 và tuần hoàn vào tháp Từ đáy tháp nhả hấp thụ 21 nhận được

chất hấp thụ đã tái sinh Sau khi làm lạnh chất hấp thụ trong các thiết bị trao đổinhiệt 15, 14, 13, 16 và trong thiết bị làm lạnh bằng không khí 17, và thiết bị traođổi nhiệt 9, một dòng chất hấp thụ được hỗn hợp với khí khô của tháp hấp thụ, làmlạnh trong thiết bị bay hơi propan 7 và sau khi qua tháp tách 6 đi vào tháp hấp thụ

8, còn một dòng khí khác hỗn hợp với khí khô từ tháp 12, làm lạnh trong thiết bịbayhơi propan 10, và sau tháp tách 11 được đưa vào tháp hấp thụ - bốc hơi 12

3.6 , phân tích lựa chọn sơ đồ công nghệ

Qua các quy trình được nêu ra ở trên chúng ta có thẻ thấy rằng :

Việc áp dụng sơ đồ công nghệ HNT thứ 3 ( nhà máy chế biến khí tại thành phốnhiznevarto vsk –CHLB nga) có nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với 2 nhà máytrước đó

Thứ nhất, nói về hiệu quả quá trình, thì sơ đồ thứ 3 cho hiệu quả tách cao nhất vớitrên 90 % lượng hydrocacbon C3+ cao hơn hẳn so với 2 công nghệ ở trên (84%)Thứ hai, quá trình làm lạnh diễn ra ở - 23 oC là cao hơn so với -37 độ C của 2 nhàmáy trên, việc này cho phép tiết kiệm năng lượng và chi phí thiết bị cho nhà máyhơn, và dễ dàng thự hiện quá trình công nghệ hơn do việc làm lạnh xuống nhiệt độ-37 oC rất phức tạp khó hơn nhiều so với -23 oC

Thứ 3 , sơ đồ 3 sử dụng ít chất hấp thụ hơn , ít thiết bị hơn nên chi phí sẽ thấp hơn

và tiết kiệm được diện tích mặt bằng sản xuất hơn

Vì vậy, em lựa chọn sơ đồ công nghệ của nhà máy chế biến khí tại thành phốnhiznevarto vsk –CHLB nga làm quy trình công nghệ cho đề tài thiết kế của minh

3.6.1 sơ đồ công nghệ HNT

Thuyết minh sơ đồ công nghệ:

nhà máy Tách 90% hydrocacbon C=3 trong khí nguyên liệu ban đầu Chất hấp thụ

ở đây dùng phân đoạn 105 205 oC có khối lượng phân tử 140 Quá trình hấp thụthực hiện ở áp suất 4,0MPa và nhiệt độ dòng khí vào -23 oC Khí trước khi vào các

để tách một phần nước Từ thiết bị bay hơi propan 4 ra, hỗn hợp khí etylen glycol

đã hấp thụ n-ớc và các hydrocacbon ngưng tụ (condensat) được đưa vào tháp tách5

Sau tháp tách etylen glycol đã hấp thụ nước được đưa đi tái sinh (trênhình khôngthể hiện công đoạn tái sinh này), condensat đưa sang tháp hấp thụ - bốc hơi 12 saukhi đã truyền lạnh trong các thiết bị trao đổi nhiệt 3 và 16, còn khí đi vào phần dướicủa tháp hấp thụ 8, đĩa trên cùng của tháp hấpthụ được tưới chất hấp thụ tái sinh đãbão hoà hydrocacbon nhẹ có nhiệt độ-23 oC Từ đỉnh tháp hấp thụ nhận được khíkhô, sau công đoạn bão hoà (ở thiết bị bay hơi propan 7 và tháp tách 6) và hoànnguyên lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt 2 đúợc đưa đi làm nhiên liệu.Chất hấp thụbão hoà được lấy ra từ đáy tháp hấp thụ 8, đưa qua van tiết lưu (giản nở từ áp suất4,0 đến 3,5 MPa) và sau khi truyền lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt 9 được đưa vàophần giữa của tháp hấp thụ - bốc hơi 12 (áp suất trong tháp là 3,4 MPa) Để đảmbảo chế độ làm việc của tháp, chất hấp thụ đưa vào đĩa trên cùng của tháp được làmlạnh đến -23 oC , còn đáy tháp được đun nóng ở các nhiệt độ khác nhau nhờ cácthiết bị trao đổi nhiệt tuần hoàn 13, 14

Từ đỉnh tháp hấp thụ - bốc hơi 12 nhận đ-ợc khí khô, sau công đoạn bão hoà (quathiết bị bay hơi propan 10 và tháp tách 11 ) và truyền lạnh trongthiết bị trao đổinhiệt 1 được đưa đi tiêu thụ Từ đáy tháp 12 nhận được chất hấp thụ đã bão hoà,sau khi được gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt 15 đi vào phần giữa của tháp nhảhấp thụ 21 (tháp làm việc ở áp suất 1,4 MPa) Từ đỉnh tháp nhả hấp thụ nhận đượcphân đoạn hydrocacbon C=3 , sau khi ngưng tụ và làm lạnh trong thiết bị làm lạnhbằng không khí 18 được đưa vào hồi lưu 19 Một phần hydrocacbon quay trở lạilàm giàu cho đĩa trên cùng của tháp nhả hấp thụ, phần còn lại được làm lạnh trongthiết bị làm lạnh bằng không khí 20 và đ-a đi sử dụng.Để đảm bảo chế độ nhiệt độlàm việc cần thiết của tháp nhả hấp thụ 21 ,chất hấp thụ đưa vào đáy tháp được gianhiệt trong lò 22 và tuần hoàn vào tháp Từ đáy tháp nhả hấp thụ 21 nhận đượcchất hấp thụ đã tái sinh Sau khi làm lạnh chất hấp thụ trong các thiết bị trao đổinhiệt 15, 14, 13, 16 và trong thiết bị làm lạnh bằng không khí 17, và thiết bị traođổi nhiệt 9, một dòng chất hấp thụ được hỗn hợp với khí khô của tháp hấp thụ, làmlạnh trong thiết bị bay hơi propan 7 và sau khi qua tháp tách 6 đi vào tháp hấp thụ

8, còn một dòng khí khác hỗn hợp với khí khô từ tháp 12, làm lạnh trong thiết bịbayhơi propan 10, và sau tháp tách 11 được đưa vào tháp hấp thụ - bốc hơi 12

3.6.2 các thiết bị có trong sơ đồ công nghệ

a, tháp hấp thụ

các loại tháp hấp thụ như tháp đệm, tháp đĩa lỗ , tháp đĩa chóp, … ứng với mỗiloại tháp đều có ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng khác nhau, sau đây là bảng sosánh một số loại tháp hấp thụ phổ biến công nghiệp hiện nay

Ưu điểm chế tạo đơn giản và

trở lực thấp

chế tạo đơn giản,

vệ sinh dễ dàng,trở lực thấp hơntháp chóp và íttốn kim loại hơntháp chóp

Hiệu suất chuyển khốicao, ổn định,ít tiêu haonăng lượng nên có sốmâm nhỏ hơn

Nhược điểm Hiệu suất thấp,

kém ổn định , sử dụng tháp đệm không cho phép ta kiểm soát quá trìnhhấp thụ theo khônggian do dễ gây hiệuứng thành màng thiết bị, kích thước thường bé hơn 1,2 m

Yêu cầu lắp đặtcao: Mâm lắpphải rất phẳng,đối với nhữngtháp có đườngkính quá lớn(>2,4m) ít dùngmâm xuyên lỗ vìkhi đó chất lỏngphân phối khôngđều trên mâm

Chế tạo phức tạp, yêucầu công nghệ cao, trởlực lớn, chi phí lắp đặtcũng cao hơn các loạitháp khác

Phạm vi sử

dụng

Quy mô nhỏ,đường kính dưới1,2 m

Khá phổ biến vớikích thước 1.2đến 2.5 m, dùngtốt với chất lỏng

có độ nhớt cao

Quy mô nhỏ, yêu câùchất lượng sản phẩmđạt tiêu chuẩn cao,đường kínhtháp khôngquá lớn

Trong bản thiết kế này sử dụng thiết bị hấp thụ loại tháp đĩa lỗ có bộ phận phânphối lỏng

Nguyên lý hoạt động:

Hỗn hợp nhập liệu được đưa vào tháp qua ống nhập liệu 8, trong tháp chưng cấtpha lỏng và hơi tiếp xúc với nhau trên mâm dẫn đến cấu tử nhẹ bị lôi cuốn lên trênđỉnh, còn cấu tử nặng thì chảy xuống đáy theo ống chảy chuyền.

Tại đáy tháp, hỗn hợp lỏng được tháo ra qua ống 6, một phần được lấy làm sảnphẩm đáy, phần còn lại qua nồi đun đáy tháp hóa hơi và quay lại tháp chưng cấtqua ống 5

Tại đỉnh tháp, hơi ra khỏi tháp qua ống 1 rồi đi vào thiết bị ngưng tụ thành sôi Một phần được lấy làm sản phẩm đỉnh, phần còn lại hoàn lưu lại tháp qua ốnghoàn lưu 2

lỏng-b , thiết lỏng-bị tách lỏng-ba pha

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 hơnlắng xuống đáy thiết bị, hơi nhẹ hơn đi lên trên Tuy nhiên, trong quá trình hơi tách

ra khỏi lỏng, hơi cuốn theo những giọt lỏng có kích thước nhỏ tạo thành sương mù

mà không thể tách bằng trọng lực Trong quá trình đi lên, những hạt này kết hợp lạithành những hạt lớn hơn và có thể lắng xuống dưới tác dụng trọng lực Dựa vàohình dạng và chế độ mà ngươi ta phân loại thiết bị thành dạng nằm đứng và dạngnằm ngang