Công nghệ xử lý khí CO2 tại Việt Nam

LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, đặc biệt đến Thầy Cơ Khoa Kĩ Thuật Địa Chất – Dầu Khí Thầy Cô Bộ Môn Công Nghệ Khoan Khai Thác Dầu Khí tận tình giảng dạy, bảo giúp đỡ em suốt quãng thời gian qua Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy Hồng Trọng Quang giảng viên Bộ Mơn Cơng Nghệ Khoan Khai Thác Dầu Khí Anh Mai Xn Ba Trưởng Phòng Quản lý vận hành – Ban Kỹ Thuật Sản Xuất, công ty PVGas tạo điều kiện cho em học tập sẵn sàng hướng dẫn em thực Luận Văn Tốt Nghiệp Con xin cảm ơn Bố Mẹ sinh thành nuôi dưỡng dạy dỗ nên người đến ngày hôm Bố Mẹ động viên tạo điều kiện tốt đẹp cho đường học tập trưởng thành Trước đây, sau này, Bố Mẹ gia đình ln chỗ dựa lớn lao Em muốn cảm ơn anh chị, bạn khóa em sinh viên khóa sau Khoa Kỹ Thuật Địa Chất Dầu Khí tơi học tập, sinh hoạt trao đổi kinh nghiệm đem lại cho tơi nhiều học q giá khó qn Hoàn thành Luận Văn Tốt Nghiệp đồng thời với việc kết thúc quãng thời gian học tập, hoạt động sôi người sinh viên mái trường Đại Học Bách Khoa Em muốn bày tỏ cảm nghĩ tốt đẹp lòng tới người em chia đoạn đường đẹp vừa qua Sinh viên Nguyễn Ngọc Quang SVTH: Nguyễn Ngọc Quang i TÓM TẮT LUẬN VĂN Giới thiệu tổng quát khí thiên nhiên Việt Nam, nhu cầu lượng ngành cơng nghiệp hóa chất, phân bón, giao thơng vận tải, hộ cơng nghiệp sinh hoạt dân dụng, tình hình sử dụng khí Việt Nam dự án khí quy mô lớn triển khai vùng Nam Việt Nam Trình bày lý thuyết khí thiên nhiên phương pháp xử lý khí CO2 có : Hấp thụ, hấp phụ, màng tách khí, đơng lạnh Chỉ tính chất, dặc điểm, quy trình cơng nghệ phương pháp, ưu điểm, nhược điểm, phạm vi ứng dụng phương pháp Lựa chọn sơ đồ cơng nghệ xử lý khí CO2 phù hợp với điều kiện Việt Nam, đặc biệt vùng Nam Việt Nam Tính tốn thiết kế quy trình cơng nghệ lựa chọn đưa kết so sánh để nhận xét, ứng dụng thực tế tương lai SVTH: Nguyễn Ngọc Quang ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN .ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH VẼ v DANH SÁCH BẢNG BIỂU .vii MỞ ĐẦU viii CHƢƠNG I TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ TẠI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan ngành cơng nghiệp khí Việt Nam [3], [5] 1.2 Tổng quan chế biến sử dụng khí thiên nhiên Việt Nam [4] 1.3 Tổng quan nguồn khí thiên nhiên bồn trũng phía nam Việt Nam [5] CHƢƠNG LÝ THUYẾT VỀ KHÍ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ 2.1 Lý thuyết khí tiêu chuẩn kỹ thuật khí vận chuyển [5] 2.1.1 Lý thuyết khí 2.1.2 Quy trình xử lý tiêu chuẩn kỹ thuật khí vận chuyển đường ống 2.2 Các phương pháp tách khí CO2 từ khí thiên nhiên [5] 2.2.1 Phương pháp hấp phụ [5] 10 2.2.2 Phương pháp đông lạnh [5] 11 2.2.3 Phương pháp màng phân tách [7], [8], [9], [10], [14] 11 2.2.3.1 Định nghĩa phân loại màng 12 2.2.3.2 Quá trình màng 13 2.2.3.3 Giới thiệu số loại màng phân sử dụng phổ biến tách khí CO2 16 2.2.3.4 Một số loại module màng sử dụng để tách khí CO2 34 2.2.4 Phương pháp hấp thụ [4], [14] 34 2.2.4.1 Các quy trình hấp thụ hóa học AMIN 37 2.2.4.2 Các quy trình hấp thụ vật lý 50 CHƢƠNG III CƠ SỞ LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP TÁCH CO2 VÀ TÍNH TỐN THƠNG SỐ CHO CÁC QUY TRÌNH ĐÃ LỰA CHỌN 65 3.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 từ khí thiên nhiên [5], [10] 65 3.1.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 màng tách khí 65 SVTH: Nguyễn Ngọc Quang iii 3.1.1.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp màng tách khí màng Polymer 65 3.1.1.2 Cơ sở lựa chọn màng tách khí Polyimide 65 3.1.1.3 Mơ tả q trình màng tách khí 66 3.1.2 Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 dung môi DEA 69 3.1.2.1 Cơ sở lựa chọn phương pháp hấp thụ dung mơi hóa học 69 3.1.2.2 Cơ sở lựa chọn dung môi DEA 70 3.1.2.3 Phân tích quy trình làm khí dung mơi DEA 72 3.2 Tính tốn thơng số cho quy trình lựa chọn [2], [11], [12] 75 3.2.1 Tính tốn màng tách khí 75 3.2.1.1 Cơ sở tính tốn 75 3.2.1.2 Tính tốn thơng số màng tách khí 78 3.2.1.3 Tính tốn tổn thất áp suất đường ống 83 3.2.2 Tính tốn thơng số cho q trình tách CO2 amine mơ quy trình phần mềm HYSYS [2], [13] 91 3.2.2.1 Tính tốn thơng số cho q trình tách CO2 amine 91 3.2.2.2 Mơ quy trình làm khí phần mềm HYSYS 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SVTH: Nguyễn Ngọc Quang iv DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1: Hệ thống đường ống dẫn khí phía Nam [1] Hình 1: Quy trình xử lý khí từ vỉa đến nhà máy chế biến khí [1] Hình 2: Quy trình xử lý khí điển hình nhà máy sản xuất [6] Hình 3: Cấu trúc đơn vị màng phân tách [9] 12 Hình 4: Phân loại chung màng [8] 13 Hình 5: Quy trình xử lý trước vào màng [7] 14 Hình 6: Quy trình tách CO2 màng phân cách [7] 15 Hình 7: Quy trình tách CO2 màng phân cách [7] 15 Hình 8: Cấu trúc phân tử Polysulfone [14] 16 Hình 9: Cấu trúc màng Polysulfone [14] 16 Hình 10: Cấu trúc phân tử Polyethersulfone [14] 17 Hình 11: Cấu trúc màng Polyethersulfone [14] 18 Hình 12: Ảnh hưởng nhiệt độ tác động lên module chịu uốn [14] 19 Hình 13: Ảnh hưởng nhiệt độ tác động lên độ bền kéo [14] 19 Hình 14: Nhiệt độ phụ thuộc vào chu kỳ bán rã độ bền kéo [14] 20 Hình 15: Sự so sánh nhiệt độ PES với loại nhựa khác [14] 20 Hình 16: Nhiệt độ phụ thuộc vào hệ số giãn nở tuyến tính [14] 21 Hình 17: Đường cong biến dạng PES (23oC, trạng thái hấp thụ nước cân bằng) [14] 22 Hình 18: Đặc tính biến dạng nhiệt độ cao (Nhiệt độ: 150oC, Áp suất: 50 MPa) [14] 22 Hình 19: Sự phụ thuộc nhiệt độ vào hệ số phân tán điện môi [14] 23 Hình 20: Cấu trúc phân tử CA [14] 25 Hình 21: Cấu trúc màng CA [14] 25 Hình 22: Cấu trúc phân tử PA [14] 27 Hình 23: Cấu trúc màng PA [14] 27 Hình 24: Cấu trúc phân tử PI [14] 29 Hình 25: Cấu trúc màng PI [14] 30 Hình 26: Các tính chất hóa lý ứng dụng chất lỏng ion [10] 31 Hình 27: Cấu trúc màng PVDF, PTFE, PES [10] 31 Hình 28: Cấu trúc màng tẩm chất lỏng ion [10] 32 Hình 29: Cơ chế tách khí CO2 sử dụng màng mang chất lỏng ion [10] 33 Hình 30: Các module sử dụng để tách khí CO2 khỏi khí tự nhiên [10] 34 Hình 31: Sơ đồ cơng nghệ quy trình MEA [4] 39 Hình 32: Quy trình cơng nghệ Fluor [14] 52 Hình 33: Sơ đồ quy trình cơng nghệ Sulfinol [14] 55 Hình 34: Sơ đồ quy trình cơng nghệ Morphysorb [14] 60 Hình 35: Sơ đồ cơng nghệ quy trình Selecsol [14] 63 SVTH: Nguyễn Ngọc Quang v Hình 1: Quy trình xử lý trước vào màng [7] 66 Hình 2: Quy trình tách CO2 màng phân cách [7] 67 Hình 3: Quy trình tách CO2 màng phân cách [7] 67 Hình 4: Hệ thống màng tách khí Mexico [11] 68 Hình 5: Hệ thống màng tách khí Kadanwari (Pakistan) [11] 69 Hình 6:Đồ thị lựa chọn phương pháp làm khí 70 Hình 7: Quy trình chi tiết tách CO2 amine 72 Hình 8: Mơ hình tháp hấp thụ 72 Hình 9: Sơ đồ q trình dòng chảy qua màng (mơ hình dòng chảy ngang) [12] 76 Hình 10:Tính tốn màng tách khí cấp 80 Hình 11: Tính tốn màng tách cấp 81 Hình 12: Mơ hình màng tách khí cấp 83 Hình 13: Giản đồ Standing-Katz [2] 85 Hình 14: Biểu đồ xác định € [2] 86 Hình 15: Tính tốn tổn thất đường ống 90 Hình 16: Mơ hình tính tốn thơng số làm khí [5] 91 Hình 17 Đồ thị tra đường kính tháp hấp thụ [14] 92 Hình 18: Chọn hệ đơn vị cho hệ thống 100 Hình 19: Chọn gói dung dịch cho hệ thống 101 Hình 20: Thơng số thành phần khí vào 101 Hình 21: Thành phần dòng vào dung mơi DEA 102 Hình 22: Bình tách đầu vào (SEPARATOR) 102 Hình 23: Tháp hấp thụ (ABSORBER) 103 Hình 24: Valve điều áp (VLV-100) 103 Hình 25: Bình tách nhanh (FLASH TK) 104 Hình 26: Thiết bị trao đổi nhiệt (E-100) 104 Hình 27: Tháp nhả khí (REGENERATOR) 105 Hình 28: Thiết bị trộn dòng (MIX-100) 105 Hình 29: Thiết bị làm lạnh (E-101) 106 Hình 30: Bơm dung mơi hồn lưu (P-100) 106 Hình 31: Nhập liệu SET-1 107 Hình 32: Nhập liệu RCY-1 107 Hình 33: Dòng khí khỏi tháp hấp thụ 108 SVTH: Nguyễn Ngọc Quang vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1: Thơng số dòng khí trước vào đường ống [5] Bảng 2: Khả phản ứng PES với số dung dịch hóa chất [14] 24 Bảng 3: Các tính chất vật lý CA [14] 26 Bảng 4: Các tính chất vật lý PA [14] 28 Bảng 5: Các tính chất vật lý MEA [4] 37 Bảng 6: Các tính chất vật lý DEA [4] 42 Bảng 7: Các tính chất vật lý DGA [4] 45 Bảng 8: Các tính chất vật lý DIPA [4] 47 Bảng 9: Các tính chất vật lý MDEA [4] 48 Bảng 10: Các tính chất vật lý Propylen Cacbonate [4] 51 Bảng 11: Các tính chất vật lý Sulfolane [4] 54 Bảng 12: Tính chất vật lý NFM NAM [4] 58 Bảng 13: Tính chất vật lý dung mơi DMEPEG [4] 62 SVTH: Nguyễn Ngọc Quang vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài - Trước phát triển công nghiệp khí nhu cầu ngày cao Việt Nam, nhà đầu tư triển khai hàng loạt dự án khí với quy lớn (đặc biệt vùng Nam Việt Nam) nhằm đáp ứng nhu cầu khí cho điện, cơng nghiệp hóa chất, phân bón, giao thông vận tải, hộ công nghiệp sinh hoạt dân dụng - Khí sau khai thác từ giếng có chứa nhiều tạp chất : Cát, bụi, xi măng, nước, đặc biệt khí chua CO2, H2S… gây tổn hại đến đường ống chất lượng khí Vậy việc vận chuyển thuận lợi, không gặp cố đường ống, đồng thời cung cấp cho nơi tiêu thụ sản phẩm đạt chất lượng cao khí phải xử lý đạt yêu cầu định Hiện nay, người ta phát thêm nhiều mỏ có trữ lượng cao, nhiên có chứa nhiều CO2 Do việc xây dựng quy trình cơng nghệ xử lý khí CO2 vấn đề cần quan tâm Với phát triển khoa học, đặc biệt công nghệ ngày đại, giúp ta tính tốn, thiết kế xậy dựng nên quy trình cơng nghệ xử lý khí cách nhanh chóng xác Đó lí mà đề tài “CƠNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ CO2 CHO CÁC MỎ Ở THỀM LỤC ĐỊA NAM VIỆT NAM” chọn để nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Mục tiêu luận văn Lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý khí CO2 phù hợp với điều kiện Việt Nam ứng dụng thực tế vào mỏ có hàm lượng CO2 cao Nhiệm vụ luận văn - Chƣơng Tổng quan Giới thiệu cách khái qt cơng nghiêp khí Việt Nam Tổng quan tiềm khí mỏ thềm lục địa Nam Việt Nam Đề cập tới dự án phát triển khí Việt Nam tương lai - Chƣơng Lý thuyết khí phƣơng pháp xử lý khí Nêu lên lý thuyết khí yêu cầu kỹ thuật khí vận chuyển Trình bày phương pháp xử lý khí CO2, phương pháp trình bày định nghĩa, nguyên lý, quy trình hoạt động phạm vi ứng dụng - Chƣơng Cơ sở lựa chọn phƣơng pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình chọn SVTH: Nguyễn Ngọc Quang viii Nêu lên sở lựa chọn phương pháp tách CO2 ứng dụng vào mỏ thềm lục địa Nam Việt Nam tương lai Tính tốn thơng số cho quy trình lựa chọn, sử dụng phần mềm Hysys để mơ thiết kế quy trình.kiểm tra hoạt động sau thiết kế Phƣơng pháp nghiên cứu  Thu thập tài liệu quy trình cơng nghệ xử lý khí CO2 (càng nhiều tốt) dạng (văn photo, file, sơ đồ, video…) từ nhiều nguồn khác nhau: Tài liệu học, bạn bè, anh chị khóa trước, thầy cơ, internet  Phân loại tài liệu thu thập được, phương pháp tính tốn ví dụ áp dụng, luận văn khóa trước  Soạn thảo đề cương góp ý phê duyệt thầy hướng dẫn hoàn tất phần đề cương khoảng thời gian định từ việc tham khảo tài liệu có Mỗi hồn tất phần trình lên thầy hướng dẫn kiểm tra đánh giá tính đắn, hợp lí Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài - Luận văn “Công nghệ xử lý khí CO2 H2S khí thiên nhiên ” sinh viên Đỗ Thế Thanh – Khoá 2004 Luận văn nghiên cứu công nghệ hấp thụ - truyền khối để xử lý khí CO2 H2S, thiết kế hệ thống làm khí giàn nén khí trung tâm - Luận văn “ Cơng nghệ xử lý khí giàn cơng nghệ trung tâm số 2” sinh viên Trần Linh Văn - Khóa 2004 Luận văn trình bày cách tổng quát quy trình cơng nghệ xử lý khí đồng hành thống xử lý khí nhiên liệu, xây dựng hệ thống xử lý khí, tiết kiệm chi phí, bảo vệ môi trường - Luận văn “Công nghệ tách CO2 từ khí thiên nhiên ứng dụng giàn nén khí trung tâm mỏ Bạch Hổ” sinh viên Trần Quang Tun – Khóa 2004 Luận văn trình bày phương pháp tách CO2 có, quy trình phương pháp, xây dựng quy trình thiết kế hệ thống làm khơ khí Amine, ứng dụng giàn nén khí trung tâm mỏ Bạch Hổ SVTH: Nguyễn Ngọc Quang ix Chương 1: Tổng quan ngành cơng nghiệp khí Việt Nam CHƢƠNG I TỔNG QUAN NGÀNH CƠNG NGHIỆP KHÍ TẠI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan ngành cơng nghiệp khí Việt Nam [3], [5] Từ tháng 12 năm 1998, nhà máy xử lý khí Dinh Cố, nhà máy xử lý khí nước ta thức vào hoạt động, cung cấp LPG phục vụ cho công nghiệp dân dụng Quá trình phát triển khơng gặp khó khăn, cơng nghiệp khí Việt Nam thực vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ Sau nhà máy xử lý khí Dinh Cố dự án Khí – Điện – Đạm số I Vũng Tàu, dự án Khí – Điện – Đạm số II Cà Mau triển khai thực hiện, nhằm sử dụng hiệu nguồn nguyên liệu khí thiên nhiên khí đồng hành đất nước Ngành cơng nghiệp dầu khí nói chung ngành cơng nghiệp chế biến khí Việt Nam nói riêng, dù non trẻ gặp nhiều khó khăn, đặc biệt vốn đầu tiên, kỹ thuật công nghệ đóng góp phần đáng kể công xây dựng đất nước Trước phát triển cơng nghiệp khí nhu cầu ngày cao Việt Nam, Petrovietnam triển khai hàng loạt dự án khí với quy lớn nhằm khơng đáp ứng nhu cầu khí cho điện mà đáp ứng nhu cầu khí cho cơng nghiệp hóa chất, phân bón, giao thơng vận tải, hộ công nghiệp sinh hoạt dân dụng DỰ ÁN KHÍ ĐANG VẬN HÀNH  Hệ thống đƣờng ống dẫn khí bể Cửu Long Hệ thống đường ống dẫn khí bể Cửu Long vào bờ với công suất vận chuyển khoảng tỷ m3 khí/năm, cung cấp khoảng 1,1 tỷ m3 khí/năm cho hộ tiêu thụ  Hệ thống đƣờng ống Nam Côn Sơn Được đưa vào vận hành từ năm 2003 với công suất vận chuyển khoảng tỷ m3 khí/năm Hệ thống bao gồm: khoảng 360km đường ống biển, gần 40km đường ống bờ, trạm tiếp nhận xử lý khí Dinh Cố trạm phân phối khí Phú Mỹ Hệ thống khí Nam Côn Sơn vận chuyển xử lý khí từ Lơ 06.1 Lơ 11.2 để cung cấp cho nhà máy điện hộ tiêu thụ khu vực Phú Mỹ  Hệ thống đƣờng ống Phú Mỹ - Nhơn Trạch SVTH: Nguyễn Ngọc Quang Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình - Tính chiều cao tháp giải hấp Tương tự tháp hấp thụ H = 11.6 m - Tính bề dày tháp hấp thụ Tương tự tháp hấp thụ  = 21.8mm (theo tiêu chuẩn ASME)  = 16.09mm (theo tiêu chuẩn BS 5500) 3.2.2.2Mô quy trình làm khí phần mềm HYSYS Giới thiệu HYSYS HYSYS sản phẩm phần mềm công ty Aspentech (tên cũ HYPROTECH), chuyên cung cấp phần mềm cơng nghệ xử lý dầu khí, cho phép lập mơ hình mơ q trình chế biến dầu khí Chương trình kết hợp liệu hồi quy, sở nhiệt động học công nghệ chưng cất dầu khí để thiết kế, mơ phân tích hệ thống xử lý khí, bao gồm dòng khí lý tưởng, khí hỗn hợp dòng chảy nhiều pha HYSYS cài đặt dễ dàng tất máy vi tính với thư viện liệu rộng lớn, có khả đáp ứng hầu hết cho công việc thiết kế, nghiên cứu ngành công nghệ lọc dầu xử lý chế biến khí Việc nhập liệu hướng dẫn chặt chẽ trình làm việc nên đơn giản thao tác HYSYS đồng thời có khả báo lỗi (bằng màu đỏ) thiết bị mô liệu tính tốn nhập vào khơng hợp lệ Việc điều hành tính tốn thơng số cơng nghệ mang tính logic cao nên việc thêm hay bớt thiết bị đơn giản khơng đòi hỏi nhập lại số liệu ban đầu lập lại quy trình Nguyên lý chung chương trình dựa bảo tồn cân vật chất, phương trình lượng thơng qua phương pháp tính tốn cân bằng, chuyển đổi pha… với hầu hết phương trình tính tốn áp dụng cho lưu chất Trong xây dựng mơ hình, dòng khí ngun liệu sau qua thiết bị hệ thống xử lý có giá trị thay đổi thơng số như: Trạng thái, thành phần mole, nhiệt độ… Các thiết bị mơ hình kết nối với thơng qua việc thiết lập thông số đầu vào (inlet) thông số đầu (outlet) thiết bị HYSYS có cơng cụ (palette) có định nghĩa sẵn loại thiết bị sử dụng công nghệ xử lý khí Bằng cách chọn loại thiết bị palette nhập tên dòng sản phẩm vào dòng sản phẩm khỏi thiết bị mơ hình tự kết nối thiết bị lại với Khi ta cung cấp giá trị thông số dòng khí ngun liệu hay thơng số thiết bị,… HYSYS nhanh chóng tính tốn thơng số dòng khí đầu Một thơng số đầu vào thiết bị hay dòng khí nhập đầy đủ chương trình SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 97 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình ghi nhớ thơng số dùng để tính module ta cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết thiết bị hay dòng sản phẩm q trình xây dựng mơ hình Nếu tat hay đổi thơng số đầu vào dòng khí ngun liệu hay thơng số hoạt động thiết bị chương trình tự động tính lại hết thơng số lại HYSYS có khả tính tốn hai chiều thơng tin phần Chương trình chia thành nhiều phần (unit nhỏ), phần thiết bị; tháp chưng cất, van điều khiển áp suất,… khả tự xác định thêm thơng số tính tốn từ dòng nối với phần Khả truyền liệu HYSYS thể HYSYS cung cấp thêm thơng tin mới, chương trình thực tính tốn truyền kết tới thiết bị sử dụng chúng Q trình tiếp diễn khí khoảng cách hai thiết bị thiết bị cuối hoàn tất Ngoài ra, HYSYS có khả tự động tính tốn lại.Tức người thiết kế loại bỏ thông số chương trình tự động loại bỏ tất thơng số tính tốn từ thông số cũ giả định chúng chưa biết Các thông số không liên quan (trực tiếp hay gián tiếp) đến thông số bị loại bỏ giữ lại Mơ quy trình làm khí phần mềm HYSYS Sau khi vào bờ, ta tiếp tục xử lý hỗn hợp khí cho hàm lượng CO không 2% phù hợp với tiêu chuẩn đường ống NACE Mơ hình thiết kế đặt bờ thiết kế lớn khơng phù hợp giàn Ta có thơng số dòng vào sau tính tốn phần trên: Unit RETENATE GAS Temperature (T) Feed Pressure (Ph) Molar Flow rate (q) Components Mole Fraction Nitrogen (N2) Hydrogen sulfide (H2S) Carbon dioxide (CO2) Methane (C1) SVTH: Nguyễn Ngọc Quang O 30 6900 783.379 C kPa kmol/h 1.25 1.72 79.95 %mol %mol %mol %mol 98 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình Ethan (C2) Propan (C3) i – Butan (C4) n – Butan (C4) I – Pentan (C5) N – Pentan (C5) N – Hexane (C6) Water (H2O) 5.6 3.19 1.05 1.15 0.39 0.28 0.2 1.22 %mol %mol %mol %mol %mol %mol %mol %mol Dòng dung mơi DEA (27.95%wt) có : Nhiệt độ 95oF, áp suất 995 psia, lưu lượng (Lia Vol Flow) 190 USGPM Phần trăm mol thành phần: CO2 – 0.15%, H2O – 71.87%, DEA – 27.95% u cầu mơ hình: Từ yêu cầu kỹ thuật khí trước vào đường ống đặt ra, thông số kỹ thuật khí sau hệ thống tách CO2 sau:  Nồng độ CO2 khí khơng q 2%  Thiết kế thơng số thiết bị để việc dòng dung mơi tái sinh thích hợp tuần hồn với dòng dung mơi vào tháp hấp thụ Trước thiết kế thiết bị, ta cần chon hệ đơn vị, gói dung dịch thành phần dòng ngun liệu SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 99 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình Hình 18: Chọn hệ đơn vị cho hệ thống SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 100 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình Hình 19: Chọn gói dung dịch cho hệ thống Hình 20: Thơng số thành phần khí vào SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 101 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình Hình 21: Thành phần dòng vào dung môi DEA Các thiết bị thiết kế:  Bình tách đầu vào (SEPARATOR) Hình 22: Bình tách đầu vào (SEPARATOR) SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 102 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình  Tháp hấp thụ (ABSORBER): Với số mâm thực tế 20 mâm Đường kính tháp D = 0.8m, chiều cao tháp H = 11.6m Hình 23: Tháp hấp thụ (ABSORBER)  Valve (VLV-100): Được thiết kế để điều khiển áp suất dòng tới bình tách nhanh (FLASH TK) ln 90 psi Hình 24: Valve điều áp (VLV-100) SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 103 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình  Bình tách nhanh (FLASH TK) Hình 25: Bình tách nhanh (FLASH TK)  Thiết bị trao đổi nhiệt (E-100): Dùng nhiệt dòng dung mơi hồn lưu khỏi tháp nhả khí để gia nhiệt cho dòng dung mơi bão hòa khí acid vào tháp nhả khí đến 95oC Hình 26: Thiết bị trao đổi nhiệt (E-100) SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 104 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình  Tháp nhả khí (REGENERATOR):Với D = 0.8m, H = 11.6m, n = 18 Hình 27: Tháp nhả khí (REGENERATOR)  Thiết bị nhập dòng (MIX-100) Là thiết bị dủng để trộn dòng DEA hồn lưu dòng nước bổ sung, nước trình hấp thụ nhả khí Hình 28: Thiết bị trộn dòng (MIX-100) SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 105 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình  Thiết bị làm lạnh (E-101): Dùng để làm lạnh dòng dung mơi DEA hồn lưu Hình 29: Thiết bị làm lạnh (E-101)  Bơm (P-100): Dùng để bơm dung mơi DEA hồn lưu tới tháp hấp thụ Hình 30: Bơm dung mơi hồn lưu (P-100) SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 106 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình  Thiết bị SET-1: Dùng để kiểm sốt áp suất dung mơi Hình 31: Nhập liệu SET-1  Thiết bị RCY-1: Thông qua thiết bị này, giá trị tính tốn hội tụ Hình 32: Nhập liệu RCY-1 SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 107 Chương 3: Cơ sở lựa chọn phương pháp tách CO2 tính tốn thơng số cho quy trình  Phân tích kết q trình mơ phỏng: Hình 33: Dòng khí khỏi tháp hấp thụ Theo bảng số liệu chương trình mơ ta có hàm lượng CO2 chì 0.05% < 2% thỏa mãn u cầu mơ hình đặt từ trước Toàn hệ thống hoạt động tương đối ổn định Các thông số hệ thống tham khảo phần mục lục SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 108 Kết luận kiến nghị KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn trình bày cách tổng quát phương pháp tách khí CO2, đặc biệt phương pháp màng tách khí, phương pháp phát triển phương pháp hấp thụ dung môi DEA 27.95%wt Với việc chọn lựa hệ thống kết hợp màng – Amine hướng cơng nghiệp khí tương lai ưu diểm như: Hệ thống màng có khả xử lý CO2 có hàm lượng cao (3 – 90%) áp suất cao, hệ thống đơn giản, dễ thiết kế, đặt ngồi giàn khí hệ thống amine xử lý CO2 triệt để, thu hồi CO2 cao, giảm khả mát dung môi, hydrocacbon … Sau lựa chọn phương pháp kết hợp màng – Amine, luận văn vào phân tích chế hoạt động, quy trình, ưu nhược điểm tính tốn thơng số hệ thống kết hợp Với phát triển khoa học máy tính, việc ứng dụng phần mềm giúp tiết kiệm nhiều thời gian việc tính tốn, phân tích, luận văn sử dụng phần mềm Excel để tính tốn hệ thống màng tách khí dùng Hysys để thiết kế, mô hệ thống tách CO2 dung môi DEA Kết tính tốn cho thấy, thiết kế hệ thống màng tách khí giai đoạn tách CO2 nhiều so với giai đoạn , hàm lượng Hydrocacbon thu hồi cao hơn, tổn thất Với hệ thống amine dùng dung môi DEA 27.95%, lưu lượng dung mơi 190 USGPM, kết tính tốn cho thấy hệ thống thiết kế đạt tiêu chuẩn đường ống (NACE) với hàm lượng CO2 < 2%, hệ thống hoạt động tốt Kiến nghị Sau cùng, em xin đưa kiến nghị sau: - Đi vào phân tích yếu tố kinh tế thiết bị, vận hành hệ thống kết hợp màng Amine điều kiện đất liền khơi để có thiết thực mặt kinh tế Sau lựa chọn vị trí cần xem xét yếu tố khí, mặt thiết bị giàn bờ để có phương pháp lắp đặt thiết bị Xây dựng thiết bị kiểm soát hệ thống màng – Amine yếu tố môi trường vận hành Đến luận văn hồn tất, thời gian khả có hạn nên chắn có nhiều thiếu sót, mong góp ý q thầy bạn để rút kinh nghiệm SVTH: Nguyễn Ngọc Quang 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ThS Hoàng Trọng Quang, ThS Hà Quốc Việt Giáo trình cơng nghệ khí Đại Học Bách Khoa, Tp.HCM [2] KS Thái Võ Trang Thu gom, xử lý vận chuyển dầu & khí Đại Học Bách Khoa Tp.HCM [3] PetroVietNam Báo cáo thường niên (2012) [4] Đỗ Thế Thành (2009) Công nghệ xử lý CO2 H2S khí thiên nhiên Đại Học Bách Khoa Tp.HCM [5] Trần Quang Tuyên (2011) Công nghệ tách CO2 từ khí thiên nhiên ứng dụng giàn nén khí trung tâm mỏ Bạch Hổ Đại Học Bách Khoa Tp.HCM [6] John M Campbell (2004) Gas conditioning and processing Volume 1,2, 8th Edition, 3rd printing, John M Campbell and Company [7] Slako Abiodun Ebenezer (2005) Optimization of Amine Base CO2 Removal Process Institute of Petroleum Technology, Norwegian University of Science [8] Arthur J Kidnay and William Parrish (2006), Fundamentals of Natural Gas Processing [9] Department of Chemical Engineering & Chemical Technology Imperial College, London Membrane Science and Membrane Separation Processes [10] PetroVietNam Tạp chí Dầu Khí số – 2013 [11] Tom Cnop, David Dormundt and Mark Schott (2007) Continued Development of Gas Seperation Membranes for Highly Sour Service UOP LLC [12] Professor Xijun Hu Membrane Separation Processes – Advanced Physio-Chemical Treatment Processes [13] Aspen Technology (2006) Tutorials and Application of HYSYS 7.1 [14] http://www.google.com PHỤ LỤC ... để nghiên cứu luận văn tốt nghiệp Mục tiêu luận văn Lựa chọn sơ đồ công nghệ xử lý khí CO2 phù hợp với điều kiện Việt Nam ứng dụng thực tế vào mỏ có hàm lượng CO2 cao Nhiệm vụ luận văn - Chƣơng... kế hệ thống làm khí giàn nén khí trung tâm - Luận văn “ Công nghệ xử lý khí giàn cơng nghệ trung tâm số 2” sinh viên Trần Linh Văn - Khóa 2004 Luận văn trình bày cách tổng quát quy trình cơng... quan tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài - Luận văn “Cơng nghệ xử lý khí CO2 H2S khí thiên nhiên ” sinh viên Đỗ Thế Thanh – Khoá 2004 Luận văn nghiên cứu công nghệ hấp thụ - truyền khối để