Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hòa hơi nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào ấp suất, nhiệt độ, và thành phần hóa học của khí. Mỗi một giá trị nhiệt độ và áp suất tương ứng với hàm lượng nước cực đại có thể nhất định. Hàm lượng ẩm tương ứng với hơi nước bão hòa tối đa được gọi là độ ẩm cân bằng. Hàm lượng hơi nước trong khí đồng hành và khí thiên nhiên cần phải biết vì hơi nước có thể bị ngưng tụ trong các hệ thống công nghệ xử lý sau này, hình thành các hydrat ( các tinh thể chất rắn ) dễ đóng cục chiếm các khoảng không trong các ống dẫn hay các thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thường đối với các dây chuyền khai thác, vận chuyển và chế biến khí. Ngoài ra sự có mặt của hơi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh ( H2S và các chất khác ) sẽ là tiền đề thúc đẩy ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng của các thiết bị, công trình. Trước những nguy cơ về tác hại to lớn của hơi nước có mặt trong khí thiên nhiên và khí đồng hành trong các quy trình công nghệ thì việc làm khô khí sao cho đạt yêu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật là một nhiệm vụ bắt buộc để đảm bảo khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả của các dây chuyền công nghệ chế biến các sản phẩn khí sau này. Khí được sấy khô với mục đích tách hơi nước và tạo ra cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp hơn với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí được vận chuyển hay chế biến. Do vậy, mục đích của đồ án này là thiết kế một sơ đồ công nghệ làm khô khí bằng phương pháp Hấp thụ dùng MonoEtylenGlycol (MEG) bằng phần mềm mô phỏng Hysys.
Đồ án công nghệ chế biến khí LHDK52 – Đề Lời Mở Đầu Khí đồng hành khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hòa nước hàm lượng nước phụ thuộc vào ấp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học khí Mỗi giá trị nhiệt độ áp suất tương ứng với hàm lượng nước cực đại định Hàm lượng ẩm tương ứng với nước bão hòa tối đa gọi độ ẩm cân Hàm lượng nước khí đồng hành khí thiên nhiên cần phải biết nước bị ngưng tụ hệ thống công nghệ xử lý sau này, hình thành hydrat ( tinh thể chất rắn ) dễ đóng cục chiếm khoảng không ống dẫn hay thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thường dây chuyền khai thác, vận chuyển chế biến khí Ngoài có mặt nước hợp chất chứa lưu huỳnh ( H 2S chất khác ) tiền đề thúc đẩy ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ thời gian sử dụng thiết bị, công trình Trước nguy tác hại to lớn nước có mặt khí thiên nhiên khí đồng hành quy trình công nghệ việc làm khô khí cho đạt yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật nhiệm vụ bắt buộc để đảm bảo khả hoạt động ổn định hiệu dây chuyền công nghệ chế biến sản phẩn khí sau Khí sấy khô với mục đích tách nước tạo cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp với nhiệt độ cực tiểu mà khí vận chuyển hay chế biến Do vậy, mục đích đồ án thiết kế sơ đồ công nghệ làm khô khí phương pháp Hấp thụ dùng MonoEtylenGlycol (MEG) phần mềm mô Hysys 1|Page Đồ án công nghệ chế biến khí LHDK52 – Đề Chương I - Tổng quan trình công nghệ sấy khô khí Cơ sở lý thuyết Hydrat hợp chất tồn cách bền vững dạng tinh thể Thực chất dung dịch rắn, phân tử nước dung môi nhờ liên kết hydro tạo thành “khung” hydrat Trong khoang khung phân tử khí có khả tạo hydrat metan, etan, propan, isobutan, nitơ, H2S, CO2, argon chiếm chỗ Các hydrocacbon với phân tử xâm nhập vào “khung” với phân tử khí có kích thước nhỏ hơn, dẫn tới thay đổi áp suất cân hydrat Mức độ chiếm chỗ khung phân tử khí tạo hydrat thành phần khí cho chủ yếu phụ thuộc vào áp suất nhiệt độ hệ Các tinh thể hydrat hình thành bề mặt phân chia pha hệ khí-nước Nước tự lại sau hình thành hydrat tiếp tục chuyển thành trạng thái hydrat có khuấy trộn pha có điều kiện nhiệt động thích hợp Khi khuấy trộn trình khuếch tán khí qua lớp màng cứng hydrat khó khan phát triển liên tục hydrat không xảy Điều kiện hình thành hydrat phụ thuộc vào hàm lượng muối có nước, hàm lượng chúng tăng dẫn đến giảm nhiệt độ bắt đầu tạo thành hydrat Nhiệt độ phụ thuộc vào thành phần khí, ví dụ nhiệt độ bắt đầu tạo thành hydrat metan có mặt propan, CO 2, H2S thấp so với vắng mặt chất Hình dạng hydrat đa dạng, xác định thành phần khí điều kiện nhiệt động học Thông thường hình dạng chúng giống nước đá hay tuyết âm nén Nhằm ngăn ngừa hình thành hydrat người ta sử dụng rộng rãi phương pháp ức chế tức phương pháp đưa vào dòng khí chất khác gọi chất ức chế làm hạ nhiệt độ tạo thành hydrat methanol, glycol … phương pháp làm khô (tách nước) khí dựa sở tách nước khỏi khí chất hấp thụ lỏng rắn - Phương pháp ức chế: thực chất cho chất ức chế vào dòng khí ẩm, chất ức chế tan nước tự do, kết làm giảm áp suất nước hạ I 2|Page Đồ án công nghệ chế biến khí LHDK52 Đề nhiệt độ tạo thành3 hydrat Hiện chất ức chế ngăn ngừa tạo–thành hydrat thông dụng là: o Sử dụng chất ức chế methanol, cần có khu vực khử hydrat khu o vực khử axit Sử dụng chất ức chế glycol Trong thực tếthường sử dụng loại glycol: EG, DEG,TEG với nồng độ khoảng 60 - 80 % khối lượng Việc lựa chọn loại glycol sử dụng đạt hiệu cao chomột trình xử lý khí phụ thuộc vào : T đông đặc độ nhớt dung dịch glycol ; độ hạ T tạo hydrate nồng độ glycol cho ; khả hòa tan glycol HC ngưng tụ ; thành phần khí Độ hạ T điểm sương khí phụ thuộc vào loại chất ức chế,nồng độ T khí tiếp xúc với chất ức chế Những ưu điểm mà glycol có Glycol Metanol Không gây độc với người môi Gây độc hại với người môi trường trường Có áp suất bão hòa thấp có khả thu hồi cao phương pháp vật lí đơn giản cô đặc dung dịch nước chứa glycol Áp suất bão hòa cao khó tách khỏi dòng khí, việc tái sinh phức tạp nên việc tiêu hao chất ức chế lớn Nhiệt độ sôi cao nên khó bị bay Nhiệt độ sôi thấp nên khả thất Tránh mat khỏi thiết bị thoát cao Không gây ăn mòn cho thiết bị - Một số phân xưởng cần thiết kế thêm thiết bị loại axit sinh Phương pháp hấp phụ: phương pháp hấp phụ cho phép đạt điểm sương theo ẩm khoảng 100–200oC sấy sâu khí đến điểm sương -85 ÷ -100oC Các chất hấp phụ chia thành : Boxit khoáng thiên nhiên chứa chủ yếu oxit nhôm ; oxit nhôm hoạt hóa Boxit làm ; 3|Page Đồ án công nghệ chế biến khí LHDK52 loại Gel những4 hợp chất cấu tạo từ oxit silic alumogel ; rây– Đề phân tử zeolite Các chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn ( 500-800 m 2/g ) bề mặt tạo thành từ mao quản hay mạng tinh thể Các trình hấp phụ thực gián đoạn thiết bị với tầng thấp hấp phụ cố định liên tục với thiết bị chứa lớp hấp phụ chuyển động Tuy nhiên trình liên tục khí sử dụng thiết bị công nghệ phức tạp - Phương pháp thẩm thấu khí: Cho đến nay, trình dehydrat hóa thẩm thấu khí không sử dụng công nghiệp xử lý khí yêu cầu kỹ thuật cao trình Để déshydrat hóa khí thẩm thấu phải lựa chọn hợp chất cao phân tử thích hợp có αij lớn, khoảng200.000 (với loại màng mỏng đồng thể khuyết tật) khoảng300÷ 500 (với loại chùm sợi rỗng) Hơn nữa, phải chấp nhận lượng C1 thẩm thấu qua màng lọc để màng lọc chọn có bề mặt riêng không lớn - Phương pháp hấp thụ: phương pháp hấp thị sử dụng rộng rãi để sấy khô khí công trình ống dẫn khí nhà máy chế biến khí Chất hấp thụ sấy khô dung dịch nước đậm đặc mono- , divà trietylenglycol Sự sấy khô khí chất hấp thụ dựa khác biệt áp suất riêng phần nước không khí chất hấp thụ Giá trị điểm sương khí đảm bảo dung dịch Glycol So sánh ưu nhược điểm dung môi hấp thụ nước: MEG DEG Ưu điểm Ít tan khí ngưng tụ Dung dịch đậm đặc không bị đông đặc Độ nhớt thấp tăng khả tiếp xúc với hỗn hợp khí Có khả ngăn ngừa tạo hidrat cao DEG TEG Độ hút ẩm cao, bền có mặt hợp chất lưu huỳnh, O2 CO2 nhiệt độ thường Dung dịch đậm đặc không bị đông đặc nhiệt độ cao có độ chọn lọc cao Nhược điểm Áp suất bão hòa cao DEG TEG Nhưng độ hòa tan HC cao DEG TEG Tiêu hao thất thoát cao TEG Khi tái sinh khó thu DEG nồng độ >95% Điểm sương thấp so với TEG Giá thành cao 4|Page Đồ án công nghệ chế biến khí TEG Metanol Ưu điểm Độ hút ẩm cao Tạo điểm sương cho khí sấy cao (27.8 – 47.3oC) độ bền cao có mặt hợp chất lưu huỳnh, O2 CO2 nhiệt độ bình thường Khi tái sinh dễ thu nồng độ cao >99% Dung dịch không bị đông đặc Độ bay TEG thấp DEG Giá thành rẻ Được sử dụng chủ yếu hệ thống vận chuyển Điều kiện thường dung dịch đậm đặc không bị đông đặc Có độ nhớt thấp nên khả nẳng tiếp xúc với hỗn hợp khí cao glycol LHDK52 – Đề Nhược điểm Đòi hỏi chi phí đầu tư cao Dung dịch TEG có khả tạo màng có mặt HC nhẹ Độ hòa tan HC nhẹ TEG cao DEG Có áp suất riêng phần cao lên khó tách khỏi khí tái sinh Tiêu hao lớn Đặctính vật lý Glycol Metanol (dùng làm khô khí) ĐẶC TÍNH VẬT LÝ Công thức KLPT Điểm sôi áp suất 760mmHg, (oC) Áp suất 25oC, (mmHg) Khối lượng riêng 25oC, (g/ml) Khối lượng riêng 25oC, (pound/usgall) Điểm đông đặc, (oC) METANO L MEG DEG TEG TREG HCCH2CH2OH 62.1 HO(CH2CH2O)2-H 106.1 HO(CH2CH2O)3-H 150.2 HO(CH2CH2O)4-H 194.2 197.3 224.8 285.5 314 64.5 0.12