Dưới đây là đồ án công nghệ hóa dầu về quá trình hấp phụ hơi nước cho dòng khí thiên nhiên từ mỏ khí Nam Côn Sơn. Đây là một trong số ít các đồ án tại Việt Nam thực hiện tính toán thành công hệ thống hấp phụ này.
TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ BỘ MƠN LỌC – HÓA DẦU // ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CỤM LÀM KHAN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ CHO DỊNG KHÍ TỪ ĐƯỜNG ỐNG NAM CÔN SƠN Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS.DƯƠNG CHÍ TRUNG Nguyễn Phúc Hồng 03PPR110010 Tống Ngọc Quân 03PPR110018 Nguyễn Hùng Vương 03PPR110030 Chuyên ngành: Lọc – Hóa Dầu Lớp: K3LHD (2013 – 2018) Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 5/2017 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Phần đánh giá: Điểm số: /10 Điểm chữ: Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày…… tháng … năm 2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………… …………………… Phần đánh giá: Điểm số: /10 Điểm chữ: Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày…… tháng … năm 2017 GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên SV: Nguyễn Phúc Hồng 03PPR110010 Tống Ngọc Quân 03PPR110018 Nguyễn Hùng Vương 03PPR110030 Chuyên ngành: Lọc - Hóa Dầu Lớp: K3-LHD 1.Tên đồ án mơn học: Thiết kế cụm làm khan khí phương pháp hấp phụ cho dòng khí từ đường ống Nam Côn Sơn Nhiệm vụ: Nội dung yêu cầu số liệu ban đầu: Lưu lượng khí thiên nhiên: 6.106 stm3/ ngày Nhiệt độ: 440C Áp suất: 8000 kPa Thành phần khí thiên nhiên (theo % thể tích): CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5+ N2 CO2 H2 S 84,75 5,25 3,06 1,07 0,15 0,08 5,64 Các số liệu khác: tự chọn Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Tổng quan (lý thuyết, cơng nghệ) Tính tốn cân vật chất cân lượng Tính tốn thiết kế tháp hấp phụ (đường kính, chiều cao, trở lực) Kết luận Sơ đồ công nghệ sơ đồ tháp hấp phụ Ngày giao đồ án: 3/3/2017 Ngày hoàn thành đồ án: 26/5/2017 Họ tên người hướng dẫn: TS Dương Chí Trung iii Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm 2017 TRƯỞNG KHOA TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) iv TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ Độc lập – Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC (Mẫu người phản biện) Tên đề tài: Thiết kế cụm làm khan khí phương pháp hấp phụ cho dòng khí từ đường ống Nam Côn Sơn Họ tên SV: Nguyễn Phúc Hồng 03PPR110010 Tống Ngọc Quân 03PPR110018 Nguyễn Hùng Vương 03PPR110030 Chuyên ngành: Lọc - Hóa Dầu Khóa: 2013-2018 Lớp: K3-LHD I PHẦN NHẬN XÉT: 1) Về hình thức kết cấu đồ án môn học: 2) Về nội dung: 2.1 Nhận xét phần tổng quan tài liệu: 2.2 Nhận xét phương pháp nghiên cứu: 2.3 Nhận xét kết đạt được: 2.4 Nhận xét phần kết luận: 2.5 Những thiếu sót tồn đồ án mơn học: (Đề nghị quý Thầy Cô ghi chi tiết chuyển cho môn) II ĐIỂM: (ghi chữ) (Đề nghị quý Thầy Cô đánh máy rõ ràng, đầy đủ tiêu chí nêu trên) Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm 2017 NGƯỜI PHẢN BIỆN v TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM KHOA DẦU KHÍ CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN MÔN HỌC (Mẫu dành cho GVHD) Tên đề tài: Thiết kế cụm làm khan khí phương pháp hấp phụ cho dòng khí từ đường ống Nam Cơn Sơn Họ tên SV: Nguyễn Phúc Hồng 03PPR110010 Tống Ngọc Quân 03PPR110018 Nguyễn Hùng Vương 03PPR110030 Chuyên ngành: Lọc - Hóa Dầu Khóa: 2013-2018 Họ tên GVHD: i Nhận xét tinh thần thái độ làm việc nghiên cứu SV ii Nhận xét kết quả: iii Những tồn có: Bà Rịa - Vũng Tàu, ngày tháng năm 2017 NGƯỜI HƯỚNG DẪN vi LỜI CẢM ƠN Nhóm đồ án công nghệ xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô giáo mơn Lọc - Hóa Dầu đặc biệt TS Dương Chí Trung hướng dẫn chúng em thực đồ án nhiệt tình tâm huyết để nhóm hồn thành đồ án Trong q trình thực đồ án, nhóm đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót hạn chế kiến thức việc tham khảo tài liệu Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy giáo để nhóm hồn thiện đồ án vii MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Mở đầu 1.1.1 Khí đồng hành khí khơng đồng hành 1.1.2 Tác hại nước khí thiên nhiên 1.2 Cơ sở lý thuyết 1.2.1 Một số khái niệm 1.2.2 Hàm ẩm khí 1.3 Một số phương pháp làm khan khí 1.3.1 Hấp thụ 1.3.2 Hấp phụ 12 1.3.2.1 Khái niệm 12 1.3.2.2 Các chất hấp phụ 13 1.3.2.3 Lựa chọn chất hấp phụ 20 1.3.2.4 Hệ thống làm khan khí phương pháp hấp phụ 21 1.3.2.5 Phân tích lựa chọn cơng nghệ 22 1.4 Sử dụng chất ức chế tạo thành hydrate 25 CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN HỆ THỐNG HẤP PHỤ 29 2.1 Tính tốn cân vật chất 29 2.2 Tính tốn thiết kế tháp hấp phụ 41 2.3 Cân lượng 52 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thành phần phổ biến khí khơng đồng hành Bảng 1.2: Thành phần phổ biến khí đồng hành Bảng 1.3: Tính chất chất hấp thụ Bảng 1.4: Các phương pháp làm khan khí 12 Bảng 1.5: Tính chất chất hấp phụ 16 Bảng 1.6: Các loại kích thước zeolite thường dùng hấp phụ 18 Bảng 1.7: Nhiệt độ điểm sương đạt chất 20 Bảng 1.8: Thứ tự truyền khối xảy bed hấp phụ 23 Bảng 1.9: Tính chất chất ức chế methanol MEG 27 Bảng 2.1: Thành phần khí đầu vào 29 Bảng 2.2: Tóm tắt kết tính tốn cân 41 Bảng 2.3: Hằng số B,C cho loại rây phân tử 51 Bảng 2.4: Tóm tắt kết tính tốn tháp hấp phụ 51 Bảng 2.5: Tóm tắt nhiệt độ trình giải hấp 54 Bảng 2.6: Giá trị nhiệt động cho chất 55 Bảng 2.7: Tóm tắt kết tính toán cân nhiệt lượng 63 2.3 Cân lượng Trong phần này, yêu cầu sau cần thực hiện: - Tính tốn khí cho tháp (chiều dày vỏ tháp, khối lượng thép) - Xác định nhiệt lượng cho trình gia nhiệt làm lạnh - Xác định lưu lượng dòng khí tái sinh kiểm tra lại giá trị vận tốc khí, tổn thất áp suất Yêu cầu lưu lượng dòng khí tái sinh hàm theo thời gian, nguồn khí tái sinh loại chất hấp phụ sử dụng Sự bố trí dòng khí tái sinh phải định, thêm vào q trình u cầu tách nước cấu tử khác H2S Vòng gia nhiệt quan trọng tháp không tái sinh đầy đủ khả tách nước Việc gia nhiệt phải hoàn thành theo bước sau: Gia nhiệt chất làm khan đến thấp 204-316oC (tùy thuộc chất làm khan) Gia nhiệt hóa nước hấp phụ Gia nhiệt hóa hydrocarbon tháp Gia nhiệt vỏ bên lõi thép bên Gia nhiệt van đường ống tháp hấp phụ giải hấp Cung cấp nhiệt trình Nếu chất làm khan loại 4A 5A, nhiệt độ tháp cuối vòng gia nhiệt khoảng 260-288oC Với loại 3A, silica-gel, alumina nhiệt độ tái sinh lớn khoảng 180-232oC Nhiệt độ tái sinh thực tế nên nhỏ cho vừa đủ cho việc tái sinh Hình 2.11 (trang 437, TLTK 2) miêu tả nhiệt độ tái sinh cho loại rây phân tử 4A TH nhiệt độ dòng khí nóng vào tháp, T1 đến T4 nhiệt độ dòng khí khỏi tháp vòng gia nhiệt Trong trường hợp này, nhiệt độ dòng khí khỏi tháp (T4) xấp xỉ 260oC, 52 vòng gia nhiệt kết thúc vòng làm lạnh bắt đầu Nhiệt độ T4 đến T5 cho thấy nhiệt độ đầu trình làm lạnh Hình 2.11: Nhiệt độ tái sinh cho chất hấp phụ 4A Vòng tái sinh chia thành khoảng thời gian, khoảng A (QA) khoảng gia nhiệt thực tế Nó đại diện cho thời gian gia nhiệt tháp, vật liệu (thép) nước hấp phụ từ T1 đến T2 Tại T2 trình giải hấp nước bắt đầu Khoảng B (QB) nơi phần lớn nước khỏi chất hấp phụ từ nhiệt độ T2 đến T3, yêu cầu lượng nhiệt đủ để hóa lượng nước bẻ gãy lực tương tác nước bề mặt chất hấp phụ Đây gọi nhiệt giải hấp Giá trị chúng xấp xỉ 4190 kJ/kg với rây phân tử 3260 kJ/kg với alumina hay gel Đối với chất hấp phụ thương mại hóa, T2=110 oC T3=140 oC Khi lượng lớn nước khỏi tháp, khoảng thời gian C (QC) thể khoảng thời gian cần thiết để tách tạp chất nặng nước cặn Nhiệt độ tăng từ T3 đến T4 Khoảng D (QD) khoảng thời gian làm lạnh tháp từ T4 đến T5 lúc kết thúc việc tái sinh Lưu lượng dòng khí tái sinh tính dưạ theo cân lượng, tốc độ dòng khí 53 phải đủ để chuyển lượng nhiệt yêu cầu khoảng thời gian xác định Tương tự, phải đủ khả làm lạnh khoảng thời gian yêu cầu Dữ liệu tính tốn Với phân tích nguồn dùng làm khí tái sinh mục 1.3.2.5, dòng Regeneration Gas sản phẩm đỉnh Demethanizer lựa chọn Các thông số tham khảo trang 442, TLTK sau: Hệ số nén: z = Áp suất: p = 2068 kPa Tỷ khối so với khơng khí: 𝛾 = 0,59 Nhiệt dung riêng: Cp = 2,68kJ/kg.0C Độ nhớt: 𝜇 = 0,02 𝑐𝑃 Bảng 2.5: Tóm tắt nhiệt độ trình giải hấp TH T1 T2 T3 T4 T5 288 44 110 140 260 55 Nhiệt hấp phụ nước rây phân tử: 4187 kJ/kg H2O (bảng 2.6) Khối lượng chất hấp phụ: mT = 27520,3 kg Lượng nước bị hấp phụ thời gian hấp phụ: MH2O = mH2O/hr t =157,5.24 =3780 kg Áp suất thiết kế: Ptk = 9000 kPa Thông số tháp hấp phụ: D = 2,6 m; hv = 8,9 m (hay l = 8,9 m) Độ dày vỏ tháp tra hình 2.12 (trang 441, TLTK 2): tdày = 100 mm 54 Hình 2.12: Chiều dày vỏ tháp thiết kế Giá trị nhiệt dung riêng Cp cho bảng 2.6 (trang 440, TLTK 2): Bảng 2.6: Giá trị nhiệt động cho chất Cp (kJ/kg.oC) Giá trị CPS - thép 0,5 CPL - nước 4,19 CPD- chất hấp phụ Δh (kJ/kg) Nước tách từ rây phân tử 4187 Nước từ silica-gel hay alumina 3256 Hydrocarbon 465 55 Khối lượng thép tính theo công thức 11.29, trang 47, TLTK 2: Wthép = 0,032.D.tdày.l =0,032.2600.100.8,9 = 74048 (kg) Với : Wthép : khối lượng thép (kg) D: đường kính tháp (mm) Tdày: độ dày tường bao gồm lớp chống ăn mòn (mm) l: chiều cao tháp (m) Tính nhiệt tải QH Phương trình cân nhiệt: QA= mCPΔTAθA QB = mCPΔTBθB QC = mCPΔTCθC QD = mCPΔTDθD Với: Q: nhiệt cung cấp khoảng thời gian (kJ) m: lưu lượng dòng khí tái sinh (kg/giờ) ΔT: chênh lệch nhiệt độ khoảng thời gian (oC) θ: khoảng thời gian (giờ) QH lượng cần gia nhiệt khoảng thời gian A,B C: QH = QA + QB + QC (công thức 18.26, trang 439, TLTK2) 56 Trong QA lượng nhiệt cần thiết, QB nhiệt giải hấp nước QC tính cho lượng nước “boot” tách khỏi tháp Khối lượng thép tăng 20% để tính cho phần phụ trợ, đường ống… Các giá trị QA, QB, QC tính theo cơng thức trang 439, TLTK sau: 𝑄𝐴 = 1.2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑃𝑆 (𝑇2 − 𝑇1 ) + 𝑚 𝑇 𝐶𝑃𝐷 (𝑇2 − 𝑇1 ) + 𝑚𝐻2𝑂 𝐶𝑃𝐿 (𝑇2 − 𝑇1 ) (18.27) 𝑄𝐵 = 1.2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑃𝑆 (𝑇3 − 𝑇2 ) + 𝑚 𝑇 𝐶𝑃𝐷 (𝑇3 − 𝑇2 ) + 𝑚𝐻2 𝑂 𝛥ℎ (18.28) 𝑄𝐶 = 1.2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑃𝑆 (𝑇4 − 𝑇3 ) + 𝑚 𝑇 𝐶𝑃𝐷 (𝑇4 − 𝑇3 ) (18.29) Tổng lượng nhiệt tải cân thêm nhiệt mát ngồi mơi trường: 𝑄𝐻 = 1.2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑃𝑆 (𝑇4 − 𝑇1 ) + 𝑚 𝑇 𝐶𝑃𝐷 (𝑇4 − 𝑇1 ) + 𝑚𝐻2 𝑂 𝐶𝑃𝐿 (𝑇3 − 𝑇1 ) + 𝑚𝐻2 𝑂 𝛥ℎ + 𝑄𝑚𝑖𝑠𝑐 (công thức 18.30, trang 439,TLTK 2) Nhiệt độ trung bình : 𝑇𝑡𝑏 = 𝑇2 + 𝑇3 110 + 140 = = 125℃ 2 Nhiệt tải thép tính theo cơng thức là: 𝑡ℎé𝑝 𝑄𝑡ℎé𝑝 = 1,2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑝 𝑡ℎé𝑝 Với 𝐶𝑝 (𝑇4 − 𝑇1 ) = 1,2.74048.0,5 (260 − 44) = 9596,6 (𝑀𝐽) = 0,5 kJ/kg.0C ( tra bảng 2.6) Nhiệt tải chất hấp phụ tính theo cơng thức là: 𝑄𝑑𝑒𝑠𝑖𝑐𝑐𝑎𝑛𝑡 = 𝑚 𝑇 𝐶𝑝0 (𝑇4 − 𝑇1 ) = 27520,3.1 (260 − 44) = 5944,4 (𝑀𝐽) Với 𝐶𝑝0 = kJ/kg.0C (tra bảng 1.5) Nhiệt tải nước hấp phụ tính theo cơng thức là: 𝑄𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 𝑚𝐻20 𝐶𝑝𝐿 (𝑇𝑡𝑏 − 𝑇1 ) = 3780.4,19 (125 − 44) = 1282,9 (𝑀𝐽) 57 Lưu ý thay ta tính T3 – T1 ta thay T3 Ttb 𝐶𝑝𝐿 = 4,19 kJ/kg.0C (tra bảng 2.6) Nhiệt tải nước giải hấp tính theo cơng thức là: 𝑄𝐷𝑒𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 = 𝑚𝐻20 𝐻𝐷𝑒𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 = 3780.4,187 = 15826,9 (𝑀𝐽) Nhiệt tổng tải : 𝑄𝐻 = 𝑄𝑡ℎé𝑝 + 𝑄𝐷𝑒𝑠𝑖𝑐𝑐𝑎𝑛𝑡 + 𝑄𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 + 𝑄𝐷𝑒𝑠𝑜𝑟𝑝𝑡𝑖𝑜𝑛 = 9596,6 + 5944,4 + 1282,9 + 15826,9 = 32650,8 (𝑀𝐽) Thêm vào 15% lượng nhiệt mát : 𝑄𝑚ấ𝑡 𝑚á𝑡 = 32650,8.0,15 = 4897,6 (𝑀𝐽) Nhiệt tổng tải thực tế: 𝑄𝐻 = 32650,8 + 4897,6 = 37548,4 (𝑀𝐽) Xác định thời gian tái sinh : Thời gian bước hấp phụ tính theo cơng thức 18.1, trang 417, TLTK 2: 𝑡𝑠𝑡𝑒𝑝 = 𝑡𝑛 24 = = 12 (ℎ) 𝑛−1 3−1 Tốc độ tăng áp hay giảm áp không nên 345 kPa/min để tránh tượng “bed lifting” (tràn tháp) Thời gian giảm áp : 𝑡𝑑𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠 = 8000 − 2068 = 17,2 (𝑝ℎú𝑡 ) 345 58 Thời gian tăng áp: 𝑡𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠 = 8000 − 2068 = 17,2 (𝑝ℎú𝑡 ) 345 Tổng thời gian để áp suất cân 17,2+17,2 = 34,4 (phút ) Lựa chọn ttổng = 40 phút = 2/3 (giờ) Cho phép 60-70% thời gian tái sinh cho gia nhiệt, lại dùng cho làm lạnh Tổng thời gian gia nhiệt làm lạnh : 𝜃𝑡 = 12 − 34 (𝑔𝑖ờ) = 3 Lựa chọn thời gian làm mát chiếm 36% gia nhiệt 64% : 𝜃𝐻 = 34 64 = 7,25 (𝑔𝑖ờ) 100 𝜃𝐶 = 34 36 = 4,08 (𝑔𝑖ờ) 100 Tính lưu lượng Gereneration Gas Những yêu cầu việc tái sinh cần đươc đáp ứng: - Đảm bảo dòng khí phân phối lượng nước tách, tối thiểu dòng khí gia nhiệt vận tốc bề mặt chất hấp phụ phải lớn vận tốc gây áp 0,23 kPa/m - Tốc độ tối đa dòng khí gia nhiệt khơng nên tạo áp lớn 5,4 kPa/m để tránh tượng “bed lifting” (tràn tháp) - Lưu lượng khí tái sinh khoảng 5-15% lưu lượng khí qua tháp hấp phụ 59 Tính tốn lượng khí tái sinh theo cơng thức 18.24, trang 438, TLTK 2: 𝑚= 𝑄𝐻 𝑄𝐷 = 𝐶𝑃 𝛥𝑇𝐻 𝜃𝐻 𝐶𝑃 𝛥𝑇𝐷 𝜃𝐷 Với: θH θD thời gian gia nhiệt làm lạnh Để xác định chênh lệch nhiệt độ thực tế, cần sử dụng phương pháp tích phân Nhiều tài liệu tham khảo đề nghị thay TH-T1 ΔTH QH nhân 2,5 lần để đơn giản hóa việc tính tốn Giá trị 2,5 tương đương với việc giả sử hiệu gia nhiệt 40%, cụ thể ta có cơng thức 18.25, trang 439, TLTK 2: 𝑚= 2,5𝑄𝐻 2,5.37548,4.1000 𝑘𝑔 ) = = 19800,2 ( 𝐶𝑝 (𝑇𝐻 − 𝑇1 )𝜃𝐻 2,68 (288 − 44) 7,25 𝑔𝑖ờ (với Cp = 2,68 kJ/kg0C nhiệt dung riêng dòng khí tái sinh) Lưu lượng dòng khí tái sinh là: 19800,2𝑘𝑔 1𝑘𝑚𝑜𝑙 23,64𝑠𝑡𝑑𝑚3 24 𝑔𝑖ờ 𝑞𝑠 = = 0,66 106 (𝑠𝑡𝑚3 /𝑛𝑔à𝑦) 𝑔𝑖ờ 0,59.28,75𝑘𝑔 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑛𝑔à𝑦 Tỉ lệ dòng dòng khí tái sinh so với dòng khí đầu vào: 0,66 106 = 11 % ( 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑘ℎ𝑜ả𝑛𝑔 − 15% 𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛 𝑦ê𝑢 𝑐ầ𝑢 ) 106 Tính nhiệt tải lạnh Tính nhiệt tải lạnh theo công thức 18.31, trang 440, TLTK 2: 𝑄𝐷 = 1.2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑃𝑆 (𝑇4 − 𝑇5 ) + 𝑚 𝑇 𝐶𝑃𝐷 (𝑇4 − 𝑇5 ) Với: Wthép: khối lượng thép (kg) 𝑚 𝑇 : khối lượng chất hấp phụ (kg) 60 𝐶𝑃𝑆 : nhiệt dung riêng thép (kJ/kg 0C) 𝐶𝑃𝐷 : nhiệt dung riêng chất hấp phụ (kJ/kg 0C) Nhiệt cần thiết cho bình hấp phụ dựa vật liệu cách nhiệt sử dụng Đó internal (cách nhiệt trong) external (cách nhiệt ngoài) Loại cách nhiệt có loại: (1) loại “steel can” vỏ tạo không gian trống bed vỏ, (2) “sprayed internal” Nếu loại cách nhiệt sử dụng loại (2) dùng cho rây phân tử Lượng nhiệt tải cho loại cách nhiệt 25% so với loại cách nhiệt ngồi Nhiệt tải lạnh thép tính theo cơng thức là: 𝑄𝑡ℎé𝑝 = 1,2𝑊𝑡ℎé𝑝 𝐶𝑝𝑇 (𝑇4 − 𝑇5 ) = 1,2.74048.0,5(260 − 55) = 9107,9 (𝑀𝐽) Nhiệt tải lạnh chất hấp phụ tính theo cơng thức là: 𝑄𝑑𝑒𝑠𝑖𝑐𝑐𝑎𝑛𝑡 = 𝑚 𝑇 𝐶𝑝0 (𝑇4 − 𝑇5 ) = 27520,3.1 (260 − 55) = 5641,7 (𝑀𝐽) Tổng nhiệt tải lạnh là: 𝑄𝐷 = 𝑄𝑠𝑡𝑒𝑒𝑙 + 𝑄𝐷𝑒𝑠𝑖𝑐𝑐𝑎𝑛𝑡 = 9107,9 + 5641,7 = 14749,6 (𝑀𝐽) Một phương pháp ước tính nhiệt độ chênh lệch trung bình sử dụng hàm số logarit cho q trình làm lạnh (cơng thức 18.23, trang 438, TLTK 2): ∆𝑇𝐷 = (𝑇4 − 𝑇1 ) − (𝑇5 − 𝑇1 ) (260 − 44) − (55 − 44) = = 68,9 ℃ 𝑇4 − 𝑇1 260 − 44 𝑙𝑛 𝑙𝑛 𝑇5 − 𝑇1 55 − 44 Ta kiểm tra giá trị tính tốn: - Kiểm tra tính tốn thời gian làm lạnh: 𝑄𝐷 = 19800,2 𝑘𝑔 𝑔𝑖ờ 2,68 𝑘𝐽⁄𝑘𝑔 ℃ 68,9℃ 𝑡 = 14749,6 1000 kJ Suy ra: t = 4,03 (giờ) ( t < 4,08 giờ, thỏa mãn ) - Kiểm tra điều kiện tổn thất áp suất: 0,23 𝑘𝑃𝑎/𝑚 ≤ 61 ∆𝑃 𝐿 ≤ 5,4 𝑘𝑃𝑎⁄𝑚 Lưu lượng khối dòng khí tái sinh: 𝑚= 19800,2 = 330 (𝑘𝑔⁄𝑝ℎú𝑡 ) 60 Khối lượng riêng dòng khí tái sinh: 𝜌= 𝑃 𝑀 2068.0,59.28,75 = = 7,52 (𝑘𝑔⁄𝑚3 ) 𝑧𝑅𝑇 1.8,314 (288 + 273) Lưu lượng dòng khí tái sinh: 𝑞𝑎 = 𝑚 330 = = 43,88 (𝑚3 ⁄𝑝ℎú𝑡 ) 𝜌 7,52 Vân tộc dòng khí tháp: 𝑣𝑔 = 𝑞𝑎 43,88 = = 8,26 (𝑚⁄𝑝ℎú𝑡) 𝜋𝐷 𝜋 2,62 4 Giá trị nhỏ vmax= 8,56 m/phút nên thỏa mãn Tính tổn thất áp suất theo cơng thức 18.12, trang 429, TLTK 2: ∆𝑃 = 𝐵 𝜇 𝑣𝑔 + 𝐶𝑝𝑔 𝑣𝑔2 = 5,36.0,02.8,26 + 0,00189.7,52 8,262 = 1,86 𝑘𝑃𝑎⁄𝑚 𝐿 Với: ΔP/L: độ tổn thấp áp suất/chiều dài (kPa/m) μ: độ nhớt khí (cP) 𝜌g: khối lượng riêng khí (kg/m3) vg: vận tốc dòng khí (m/phút) B,C: số tra theo bảng 2.3 Tính toán cho thấy giá trị tổn thất áp suất thỏa mãn 62 Công suất thiết bị gia nhiệt tính theo phương trình 18.32, trang 441, TLTK 2: 𝑄𝑅𝐻 = 𝑚𝐶𝑝 (𝑇𝐻 − 𝑇1 ) = 19800,2 2,68 (288 − 44) = 3596,6 (𝑘𝑊) 3600 Với: QRH: công suất thiết bị gia nhiệt heater (kW) m: lưu lượng khối dòng khí (kg/giờ) Cp: nhiệt dung riêng dòng khí tái sinh (kJ/kg.℃) TH: nhiệt độ đầu heater (℃) T1: nhiệt độ dòng khí đầu vào (℃) Bảng 2.7: Tóm tắt kết tính tốn cân nhiệt lượng Kết tính tốn cân nhiệt lượng Bề dày vỏ tháp 100 mm Khối lượng thép 74048 kg Lượng nhiệt tải Nhiệt tải lạnh Thép 9596,6 MJ Chất hấp phụ 5944,4 MJ Nước hấp phụ 1282,9 MJ Nước giải hấp 15826,9 MJ Thép 9107,9 MJ Chất hấp phụ 5641,7 MJ 0,66.106 stm3 Luu lượng dòng khí tái sinh 63 KẾT LUẬN Khí thiên nhiên sau khai thác có lẫn tạp chất nước, hợp chất lưu huỳnh, thủy ngân… Trong nước gây nhiều tác hại cần tách Có nhiều phương pháp làm khan khí, nhiên phương pháp hấp phụ làm giảm lượng nước khí đến mức thấp, giúp đảm bảo tiêu sản phẩm Với đề tài “Thiết kế cụm làm khan khí phương pháp hấp phụ cho dòng khí từ đường ống Nam Cơn Sơn”, nhóm đề xuất phương án thiết kế hệ thống hấp phụ tháp hoạt động với chất hấp phụ rây phân tử 4A Dòng khí thiên nhiên sau làm khan có nồng độ nước thấp (0,125ppm) đảm bảo tiêu đề cho sản phẩm Nhóm thực nội dung sau đồ án: - Tổng quan khí thiên nhiên phương pháp làm khan khí - Tính tốn cân vật chất, cân lượng cho hệ thống - Tính tốn khí, thiết kế tháp hấp phụ (đường kính, chiều cao, trở lực…) - Vẽ sơ đồ dây chuyền công nghệ, vẽ tháp hấp phụ Việc đề xuất cơng nghệ dựa tính tốn lý thuyết, chưa có điều kiện kết hợp với khảo sát thực tế nên đồ án tránh khỏi thiếu sót Q trình thực đồ án giúp thành viên nâng cao kỹ làm việc nhóm, tìm kiếm tài liệu, củng cố áp dụng kiến thức học, tích lũy kinh nghiệm tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thiên nhiên Đó sở để nhóm thực nghiên cứu chuyên sâu công việc thực tế sau 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] John, M.Campell Gas conditioning and processing USA : 9th Edition, 2013 volumes (I ) [2] John, M.Campell Gas conditioning and processing USA : 9th Edition, 2013 volumes (II) [3] GPSA Engineering Data Book USA : FPS version, 2014 volumes (I&II) [4] Nguyễn Thị Minh Hiền Cơng nghệ chế biến khí Nhà xuất bách khoa Hà Nội, 2014 65 PHỤ LỤC 01 vẽ tháp hấp phụ - vẽ A1 01 vẽ sơ đồ công nghệ - vẽ A3 01 file excel số liệu tính tốn đính kèm 66 ... thành đồ án Trong q trình thực đồ án, nhóm đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót hạn chế kiến thức việc tham khảo tài liệu Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q báu thầy giáo để nhóm hồn thiện đồ án. .. HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Mở đầu 1.1 .1 Khí đồng hành khí khơng đồng hành 1.1 .2 Tác hại nước khí thiên nhiên 1.2 Cơ sở... thuyết, cơng nghệ) Tính tốn cân vật chất cân lượng Tính tốn thiết kế tháp hấp phụ (đường kính, chiều cao, trở lực) Kết luận Sơ đồ công nghệ sơ đồ tháp hấp phụ Ngày giao đồ án: 3/3/2017