Ứng dụng công nghệ phân tích số liệu trong tối ưu hiệu quả tách CO2 bằng màng thấm trên giàn BR-E

Công tác phát triển và vận hành khai thác các mỏ khí có hàm lượng carbon dioxide (CO2 ) cao hiện đang đặt ra thách thức mới cho các công ty điều hành khai thác dầu khí trên thế giới. Tách và loại bỏ khí acid khỏi dòng khí tự nhiên là quá trình xử lý không thể thiếu nhằm tăng chất lượng khí (tăng nhiệt trị) trước khi sử dụng. Công nghệ tách CO2 bằng màng thấm đã và đang được sử dụng hiệu quả trong các nhà máy xử lý khí tự nhiên, đặc biệt là để loại bỏ khí acid do có lợi thế so với các phương pháp khác về hiệu suất tách, tính gọn nhẹ và thân thiện với môi trường.

THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ TẠP CHÍ DẦU KHÍ Số - 2020, trang 14 - 21 ISSN-0866-854X ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU TRONG TỐI ƯU HIỆU QUẢ TÁCH CO2 BẰNG MÀNG THẤM TRÊN GIÀN BR-E Nguyễn Hải An, Trần Quốc Việt Tổng công ty Thăm dò Khai thác Dầu khí Email: annh1@pvep.com.vn Tóm tắt Công tác phát triển vận hành khai thác mỏ khí có hàm lượng carbon dioxide (CO2) cao đặt thách thức cho công ty điều hành khai thác dầu khí giới Tách loại bỏ khí acid khỏi dòng khí tự nhiên q trình xử lý khơng thể thiếu nhằm tăng chất lượng khí (tăng nhiệt trị) trước sử dụng Công nghệ tách CO2 màng thấm sử dụng hiệu nhà máy xử lý khí tự nhiên, đặc biệt để loại bỏ khí acid có lợi so với phương pháp khác hiệu suất tách, tính gọn nhẹ thân thiện với môi trường Hệ thống tách CO2 giàn BR-E với công nghệ màng sử dụng 10 năm Thời gian tới đưa mỏ khí vào khai thác, đòi hỏi cơng suất xử lý khí ngày lớn (sản lượng 700 triệu ft3 tiêu chuẩn/ngày) có hàm lượng CO2 cao (trên 50%) Khi đó, hiệu suất tách hệ thống màng không đảm bảo thông số kinh tế kỹ thuật Trong báo này, tác giả sử dụng mô hình phân tích liệu kết hợp với mơ hình mơ q trình xử lý khí (phần mềm chun dụng HYSYS) nhằm tối ưu hóa hiệu suất điều chỉnh cấu hình hệ thống để nghiên cứu độ nhạy tham số (hàm lượng CO2) lưu lượng khí thơ khác Từ khóa: Giàn BR-E, xử lý khí, cơng nghệ màng, cellulose acetate tách CO2 Giới thiệu Hệ thống màng thấm thiết kế theo kiểu module với diện tích màng định sẵn, gắn giá đỡ với kích thước chuẩn hóa Số lượng module màng thấm phụ thuộc vào lưu lượng dòng khí cung cấp tiêu chuẩn lượng CO2 theo yêu cầu khí xuất Nếu diện tích màng cố định, gia tăng lưu lượng khí đầu vào dẫn đến gia tăng CO2 khí thương phẩm Trong suốt thời gian làm việc màng, thông số hoạt động hệ thống liên tục điều chỉnh đặc tính màng (độ chọn lọc tính thấm) thay đổi Để hệ thống ln đạt thông số kỹ thuật cần thiết, thiết kế màng tách thường đánh giá mức độ suy giảm hiệu suất tự nhiên (lão hóa màng) Mục tiêu nghiên cứu nhằm đưa giải pháp hiệu chỉnh cấu hình tối ưu thơng số làm việc cho hệ Ngày nhận bài: 23/12/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 23/12/2019 - 4/2/2020 Ngày báo duyệt đăng: 6/3/2020 14 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 thống xử lý khí giàn BR-E lưu lượng khí khai thác hàm lượng CO2 tăng lên, phải đảm bảo yêu cầu chất lượng khí xuất giảm thiểu hao hụt hydrocarbon Công nghệ tách CO2 màng thấm 2.1 Khái quát chung màng thấm Màng cellulose acetate (cellulose acetate - CA) [1] dạng màng thấm phổ biến sử dụng q trình làm khí Gần đây, module tiền chế tổ hợp nhiều màng thấm đóng khung sẵn với cấu trúc nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ… áp dụng có hiệu cao cho cơng trình ngồi khơi Q trình tách đơn giản màng thấm mơ tả dạng sơ đồ Hình Hiệu trình tách phụ thuộc vào thành phần khí, vật liệu chế tạo màng điều kiện làm việc lưu lượng đầu vào, nhiệt độ chênh lệch áp suất Phương trình tổng quan (phương trình 1) biểu diễn động học cho thành phần khí xây dựng sở định luật phân tán theo Adolf Fick [2], yếu tố động học chênh lệch áp suất riêng phần qua chiều dày màng Phương trình cơng cụ sử dụng PETROVIETNAM trường hợp đánh dự báo xác thơng số làm việc màng thấm khí , , = = = ( − ) (1) Trong đó: J (m3(STP)/m2h): Hiệu suất dòng chảy cấu tử gas i; Pi: Độ thấm cấu tử khí i ((m3(STP)/m2hbar), ph pl áp suất vào màng (bar), xi yi hàm lượng cấu tử khí i bề mặt trước vào sau màng; Am (m2) diện tích cần thiết màng cho q trình thấm Độ thấm (P) tính tốn theo phương trình (2) Khí thấm qua màng (CO2 cao) G yi Màng thấm R ri F xi Khí thô DAB (m2/s): Độ khuếch tán; S (m3(STP)/m3bar): Hệ số hòa tan khí màng Tỷ số độ thấm đơi cấu tử khí (PA, PB) thể hệ số tách độ lựa chọn màng, α = PA/PB 2.2 Module màng thấm qp: Lưu lượng cấu tử khí (i) thấm qua màng (m3(STP)/h); P = DAB × S Trong đó: Để ứng dụng cơng nghiệp, module màng chế tạo từ màng cellulose phối hợp với vải cường lực [3, 4] Lá màng gồm phần: phần mỏng bên cùng, phần dày tiếp xúc trực tiếp với vải cường lực Tổ hợp nhiều lớp màng cuộn xoắn ốc bao quanh ống lõi đục lỗ sẵn phân tách khỏi miếng đệm chịu áp suất cao Các màng làm kín chất kết dính cạnh; cạnh lại để hở nhằm tạo dòng chất lưu hướng vào ống lõi (Hình 2) Khi qua ống màng, khí thơ tách thành khí giàu methane áp suất cao (phần không thấm qua màng) dòng khí áp suất thấp với hàm lượng carbon dioxide cao (thấm qua màng) Khí khơng thấm qua màng (CO2 thấp) Hình Sơ đồ biểu diễn trình tách màng thấm Khí thơ Khí thấm qua màng Khí khơng thấm Lớp đệm cho khí thơ Màng thấm Lớp đệm cho khí thấm Màng thấm Lớp đệm cho khí thơ Khí khơng thấm Hình Thành phần cấu tạo màng thấm [3] DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 15 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ 2.3 Các dạng cấu hình màng thấm Cấu hình màng cấp tách gồm nhiều đơn vị thẩm thấu lắp đặt khung có chung đường dẫn khí thơ vào Do đơn giản nên cấu hình cấp tách (Hình 3) có chi phí đầu tư thấp Theo sơ đồ, khí tự nhiên thơ đưa vào hệ thống, CO2 thấm qua màng đến phía áp suất thấp Trong đó, khí khơng thấm qua màng có áp suất gần áp suất đầu vào Thực tế ứng dụng cơng nghiệp [3], cấu hình khó đạt chất lượng khí cao theo u cầu, đồng thời lượng hydrocarbon thấm qua màng lớn Cấu hình nhiều cấp tách đề xuất nhằm khắc phục nhược điểm cấu hình tách cấp đạt chất lượng sản phẩm tỷ lệ thu hồi mong muốn Mặc dù cấu hình đa tầng làm giảm tổn thất hydrocarbon đến mức tối thiểu, nhiên, hệ thống lại có chi phí đầu tư cao đáng kể Hình minh họa sơ đồ dòng hệ thống màng với cấp tách, với dòng thấm màng thứ đưa vào màng thứ Do áp suất thấp nên dòng thấm cần phải nén tăng áp làm mát Dòng hồi lưu cấp tách thứ đưa trở lại hòa với dòng khí thơ Luồng khí khơng thấm qua màng cấp tách thứ phải đảm bảo yêu cầu chất lượng khí thương phẩm Hệ thống tách CO2 giàn BR-E Giàn tách BR-E lắp đặt năm 2007 cụm mỏ PM3CAA, cách khu cơng nghiệp khí Cà Mau khoảng 370km Hệ Khí khơng thấm (CO2 thấp) Màng thấm Khí thơ Khí thấm (CO2 cao) Hình Sơ đồ đơn vị màng thấm cấp tách Khí khơng thấm qua màng Khí thơ Khí thấm qua màng Hình Sơ đồ cấu hình tách cấp 16 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 thống thiết bị giàn thực chức tách CO2 từ khí thơ từ giếng thuộc cụm mỏ phía Bắc khí đồng hành từ mỏ dầu phía Nam để xử lý xuất bán: 350 triệu ft3/ngày với tiêu chuẩn hàm lượng CO2 8% điều kiện áp suất 101bar ổn định 3.700 thùng condensate Khí thô thu gom từ giàn đầu giếng thông qua đường ống ngầm biển đưa vào bình tách đứng pha để tách khí condensate Khí sau tách đưa vào tổ hợp lọc để tiếp tục loại bỏ triệt để chất lỏng, ngưng tụ nhằm tránh giảm áp suất cho hệ thống Tiếp theo đó, khí xử lý sơ lớp tái sinh hấp phụ nhiệt độ (TSA) để loại bỏ đồng thời nước, chất thơm tạp chất khác (thủy ngân) Sau làm nóng tới nhiệt độ cần thiết, khí vào hệ thống làm khí với tổ hợp cấp màng tách nhằm giảm hàm lượng CO2 theo yêu cầu Tại đầu vào cấp tách thứ 1, dòng hồi lưu cấp tách màng thứ đưa trở lại tạo thành luồng kết hợp với hàm lượng CO2 lên tới 40 - 45% mol Khí thương phẩm xuất khỏi hệ thống từ đầu cấp tách thứ đưa qua máy nén nâng áp suất để đưa khí vào bờ Phần condensate thu gom từ bước xử lý chuyển tới hệ thống loại bỏ hydrocarbon nhẹ cho đạt yêu cầu chất lượng trước lưu trữ tàu chứa xuất bán 3.1 Thông số vận hành hệ thống tách CO2 Trong trình làm việc, lưu lượng khí thơ hàm lượng CO2 thay đổi liên tục (Hình biểu diễn tham số vòng năm), nên đòi hỏi phải điều chỉnh tham số hệ thống nhằm có khí thương phẩm theo u cầu Thực tế cho thấy chất lượng khí ln đảm bảo u cầu dòng khí thơ với hàm lượng CO2 cao 40% Tuy nhiên, lưu lượng khí (sau xử lý) thấp đáng kể phải điều chỉnh tăng lượng hao hụt khí hydrocarbon qua màng tách Hình cho thấy tổng mức tách CO2 hàm lượng thay đổi theo lưu lượng khí thô đưa vào hệ thống màng Khái niệm “tổng mức tách” định nghĩa tỷ phần lưu lượng khí thấm qua tồn hệ thống màng tách so với lưu lượng khí thơ đầu vào Trong giai đoạn khảo sát, biểu rõ ràng cần thiết phải điều chỉnh thơng số hệ thống để có hiệu PETROVIETNAM suất tách phù hợp với lưu lượng khí thơ (giảm), hàm lượng CO2 cao Cụ thể hơn, hàm lượng CO2 khí thu gom từ giàn đầu giếng thay đổi khoảng ±5% so với giá trị trung bình 40%, giá trị mức độ tách CO2 thay đổi tới 10% Tương ứng với điều chỉnh này, hàm lượng CH4 bị theo dòng thấm qua màng Khí xuất sang giàn BRA Lọc thô bị ảnh hưởng, mức tách thấp nhiều so với CO2 lượng CH4 chiếm đa số tất dòng khí hệ thống Các thông số làm việc hệ thống phân tích theo hàm lượng CO2 dòng khí thơ (đầu vào) với giới hạn lớn 40% nhỏ 40% Số liệu hàm lượng CO2 Lọc hấp phụ Hệ thống tái sinh khí Bình tách Khí thơ từ cụm mỏ phía Bắc Lọc bụi mịn, sương Khí thơ từ cụm mỏ phía Nam Hệ thống làm mát Bình tách khí/condensate CW Cụm gia nhiệt Khí thương phẩm CO2 < 8%mol CO2 CO2 Condensate tới giàn BRA Hệ thống ổn định condensate Cụm màng tách cấp Hệ thống làm mát Cụm màng tách cấp Nước thải Cụm máy nén tăng áp cho cấp tách 700 46 600 44 40 400 38 300 36 200 Hàm lượng CO2 (%) 42 500 34 100 32 201X Tháng 12 Tháng 11 Tháng 10 Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Hàm lượng CO2 khí thơ Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 12 Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng Tháng 11 Khí xử lý Tháng 10 Khí thơ Tháng Lưu lượng khí (triệu ft3/ngày) Hình Sơ đồ thiết bị tách CO2 ổn định condensate giàn BR-E [5] 30 201Y Hình Thơng số xử lý khí DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 17 THĂM DÒ - KHAI THÁC DẦU KHÍ Hình cho thấy mối quan hệ phụ thuộc với lưu lượng dòng giảm tổng mức tách CO2 tăng, tức hàm lượng CO2 khí thơ tăng lên buộc phải tăng tổng mức tách hay tăng lưu lượng khí thấm qua màng, dẫn tới tăng hao hụt hydrocarbon giảm đáng kể lưu lượng khí thương phẩm Ngồi ra, suốt thời gian theo dõi, khơng có tượng hàm lượng CO2 vượt 8% khí thương phẩm khơng có biểu hiện tượng suy giảm chức (lão hóa) màng Các giá trị mức tách hệ thống màng thường điều chỉnh tương ứng theo lưu lượng khí thơ hàm lượng CO2 Trong Hình 8, hàm lượng CO2 tăng lên vào khoảng 0,7 Tổng mức tách 0,65 0,6 0,55 0,5 CO2 > 40% 0,45 CO2 < 40% 0,4 0,35 0,3 30 45 - 50% đòi hỏi hệ thống tăng giá trị tổng mức tách khoảng từ 0,5 - 0,6 đồng thời lưu lượng khí thương phẩm giảm khoảng 150 - 200 triệu ft3 chuẩn/ ngày Tăng giá trị tổng mức tách CO2 tức phải tăng áp suất qua màng (làm tăng áp suất riêng phần) nên hệ tăng lượng CH4 thất thoát thấm qua màng 3.2 Mơ hình mơ Đánh giá thiết kế hiệu suất hệ thống màng tách thường phải sử dụng cơng cụ tốn học để giải đồng thời hệ phương trình cân vật chất Đặc biệt hệ thống đa cấp tách phức tạp mà bảng tính (Microsoft Excel) khơng đảm bảo tính xác thời gian tính tốn Do đó, việc sử dụng phần mềm mơ q trình xử lý với mơ hình phù hợp đề xuất nhằm đánh giá thông số tối ưu hóa q trình phức tách màng thấm Về bản, q trình tách màng mơ hình hóa chế khuếch tán chất lưu biến đổi từ phương trình truyền khối dòng chảy Thực tế vận hành hệ thống 0,7 tách CO2 giàn BR-E khẳng định mức độ làm việc hiệu0,65 cao với thiết kế thời gian dài Thông số điều 0,6 kiện biên cung cấp cho mơ hình trường hợp CO2 thấp cao (so với thiết kế) Để điều 0,55 chỉnh cấu hình thông số làm việc hệ thống đáp ứng 0,5 lượng hàm lượng CO cao (tới 50%) với lưu khí 0,45 thơ, thơng số cần mơ kiểm chứng mơ hình xây dựng phần mềm chuyên dụng HYSYS Tổng mức tách thu thập hoàn toàn khoảng 35 - 45%, thấp nhiều so với dự kiến đưa vỉa/mỏ khác vào khai thác có hàm lượng CO2 tới 50% Do đo đạc điều kiện thực tế khơi nên liệu có tồn lượng nhỏ điểm nhiễu nên khơng ảnh hưởng đến kết phân tích 0,4 80 130 180 230 280 330 Lưu lượng khí thơ (triệu ft3/ngày) 380 430 Mơ hình mơ xây dựng quán từ 0,35 liệu đặc tính tổ hợp thiết bị hệ thống xử lý.0,3Ngồi ra, thơng tin kế hoạch hiệu chỉnh, sửa 30 Hình Tổng mức tách CO2 hệ thống màng giàn BR-E Tổng mức tách Tổng mức tách 0,55 0,5 0,45 50 0,55 0,5 0,45 0,4 0,4 0,35 0,35 32 34 36 38 40 42 44 46 Hàm lượng CO2 khí thơ (%) 0,7 h 48 0,6 , 0,6 0,65 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 0,6 , 36 38 40 42 44 46 Hàm lượng CO2 khí thơ (%) 0,65 0,65 18 34 0,7 0,7 0,3 30 32 48 50 0,3 30 80 130 180 230 280 330 Khí thương phẩm (triệu ft3/ngày) Hình Ảnh hưởng lưu lượng khí thương phẩm theo hàm lượng CO2 khí thơ 380 430 PETROVIETNAM chữa, thay đổi phải cập nhật vào mô hình Để sử dụng mơ hình cho cơng tác dự báo tối ưu, liệu lịch sử làm việc hệ thống cần mô lại điều chỉnh thông tin điều kiện biên cho phù hợp Do có mỏ đưa vào khai thác mới, trường hợp xây dựng phải bao trùm đầy đủ khoảng thay đổi lưu lượng khí thơ theo dự báo khai thác tổng thể cụm mỏ Tính xác mơ hình tốn học tính đắn giải pháp ứng dụng cho hệ thống tách CO2 giàn BR-E đánh giá dựa liệu đo đạc trực tiếp mỏ năm Dòng khí thơ đưa vào hệ thống áp suất 4.000kPag, áp suất đầu dòng thấm thiết lập 210kPa Các thông số làm việc màng tách CO2 đo đạc ghi lại với thay đổi lưu lượng, tỷ lệ áp suất chất lượng khí sau tách Hình biểu diễn độ phù hợp tốt kết mô từ mơ hình tốn học số liệu đo đạc dải điều chỉnh tổng mức tách toàn hệ thống Lượng CO2 thấm qua màng Số liệu đo Poly (mơ hình) 0,9 Kết thảo luận Nghiên cứu đánh giá khả đáp ứng hệ thống thiết bị trường hợp hàm lượng CO2 khí thơ thay đổi từ 35 - 50%, xác định yếu tố ảnh hưởng đề xuất giải pháp tăng lưu lượng khí thương phẩm Trong đó, lưu lượng tiềm tối đa qua hệ thống xử lý khí giàn BR-E đánh giá trường hợp vận hành tách CO2 cao thấp Đồng thời, xem xét sửa đổi cấu hình thiết bị để tăng hiệu suất tách, giảm hao hụt hydrocarbon Tuy vậy, sửa đổi tập trung vào thiết bị tách CO2 mà không xét đến thiết bị khác giàn BR-E Bảng thơng số khí đầu vào khí đầu hệ thống xử lý (lưu lượng dòng chảy, áp suất, nhiệt độ hàm lượng CO2) với trường hợp tính tốn: tại; CO2 cao (50%) CO2 thấp (35%) Ngồi ra, số thơng số màng giả định: độ chọn lọc màng đánh giá dải từ - 80 với độ dày màng 1.000A˚ (3,937 × 10-6 in.); hàm lượng CO2 khí thương phẩm đặt cố định 8%; áp suất đầu khí khơng lớn 3.000kPag; nhiệt độ đầu tối đa máy nén giới hạn 35oC với tỷ lệ nén 20 giai đoạn máy nén 0,8 0,7 4.1 Công suất máy nén 0,6 0,4 0,5 Tổng mức tách 0,6 0,7 Hình Kiểm chứng mơ hình tốn với số liệu đo đạc Ảnh hưởng thành phần khí thơ, áp suất đầu vào độ chọn lọc màng Bảng Các thông số hệ thống xử lý Tham số Khí thơ (đầu vào) Lưu lượng Áp suất Nhiệt độ Hàm lượng CO2 Khí thương phẩm Lưu lượng Áp suất (yêu cầu) Nhiệt độ (cao nhất) Hàm lượng CO2 Khí xả (CO2 ) Lưu lượng Áp suất (thấp nhất) Chênh áp Thu hồi hydrocarbon Đơn vị Số liệu thực tế Trường hợp CO2 cao Trường hợp CO2 thấp Triệu ft3 chuẩn /ngày kPag o C % mol 650 4.000 30 38 - 44 750 4.000 30 50 630 4.000 30 35 Triệu ft3 chuẩn /ngày kPag o C % mol 400 3.200 35 7,8 - 360 3.000 35 450 3.000 35 Triệu ft3 chuẩn /ngày kPag kPa % 350 250 800 87 - 92 350 250 800 90 - 95 210 250 800 93 - 98 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 19 THĂM DỊ - KHAI THÁC DẦU KHÍ u cầu cơng suất máy nén phân tích đánh giá với điều kiện làm việc đảm bảo hỗ trợ cho hiệu suất màng tách tốt Hình 10 cho thấy cơng suất máy nén tăng lên theo hàm lượng CO2 khí thơ cao Tuy nhiên tăng đến điểm tối đa (phụ thuộc đặc tính màng thấm), sau hiệu suất tách khơng yêu cầu tăng công suất máy nén Độ chọn lọc màng yêu cầu công suất máy nén phù hợp theo dạng cấu hình phân tích đánh 0,6 CO2 khí thơ 50 0,4 40 0,3 30 0,2 20 0,1 10 10000 11000 12000 13000 14000 Độ chọn lọc màng thấm 60 0,5 15000 Công suất nén (mã lực) 0,6 60 CO2 khí thơ 0,5 50 0,4 40 0,3 30 0,2 20 0,1 10 0 50 100 150 Tổng diện tích màng thấm (m2) Độ chọn lọc màng thấm Hình 10 Phân tích u cầu cơng suất máy nén 200 Lưu lượng khí xuất bán (triệu ft3/ngày) Hình 11 Phân tích tổng diện tích màng theo hàm lượng CO2 khí thơ Lưu lượng khí thơ (triệu ft3/ngày) Hình 12 Hiệu tối ưu hệ thống thơng số làm việc hệ thống màng tách 20 DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 Hình 10 Khi tăng độ chọn lọc màng từ 10 lên đến 20, đòi hỏi cơng suất máy nén tăng vọt từ 10.500hp lên tới 14.000hp Nhưng sau đó, tăng độ chọn lọc màng 20 máy nén giảm tải dần Do vậy, tùy thuộc vào điều kiện tách CO2 khí thơ mà lựa chọn hợp lý độ chọn lọc điều kiện làm việc màng thông qua việc tối ưu công suất máy nén 4.2 Tổng diện tích màng thấm Hàm lượng CO2 khí thơ cao cần màng với diện tích lớn để tách nhằm đạt chất lượng yêu cầu sử dụng Công nghệ thiết bị tách CO2 màng thấm thường có chi phí đầu tư ban đầu cao, đồng thời lượng thất khí methane theo tách tương đối lớn, khó thu hồi Do vậy, cấu hình tách tầng song song không áp dụng nhiều thực tế Hệ thống tách CO2 giàn BR-E có cấp tách nên tổng diện tích màng tách tối ưu đánh giá sở hàm lượng CO2 khí thơ (đầu vào) Theo số liệu Hình 11, tổng diện tích màng cần thiết tăng đến mức tối đa hàm lượng CO2 đạt 40% dòng khí vào, sau u cầu diện tích màng giảm hàm lượng CO2 tiếp tục tăng lên Mơ hình mơ cho thấy để thu hồi khí methane, yêu cầu diện tích màng cấp tách thứ tương đối lớn, hiệu suất tách tốt hẳn so với cấu hình cấp tách Hình 11 cho thấy ảnh hưởng độ chọn lọc màng tổng diện tích màng cấu hình làm việc khác Khi tăng độ chọn lọc làm giảm tổng diện tích màng thấm Đặc biệt lưu ý sử dụng độ chọn lọc hợp lý cho cấp tách luồng khí tách cấp hòa trở lại dòng đầu vào Trong q trình đo đạc thực tế mỏ, hàm lượng CO2 lưu lượng khí thơ khoảng 35 - 45% 650 triệu ft3 chuẩn/ngày tương ứng, thấp so với thông số thiết kế tối ưu đưa mỏ vào khai thác Do liệu đo đạc dùng để ngoại suy cho phù hợp với điều kiện làm việc hệ thống: hàm lượng CO2 tăng lên đến 50% lưu lượng khí thơ đạt 750 triệu ft3 chuẩn /ngày Thơng số mơ hình hệ thống điều chỉnh đạt đến giá trị tối ưu để cung cấp 400 triệu ft3 chuẩn/ngày khí thương phẩm đảm bảo yêu cầu chất lượng khí 8% CO2 Tuy nhiên hiệu suất thu hồi hydrocarbon hệ thống chịu ảnh hưởng đáng kể buộc phải điều chỉnh giảm Cấu hình hệ thống tiếp tục đánh giá mơ hình để hiệu chỉnh diện tích màng cấp tách (sơ cấp thứ cấp) Kết cho thấy mơ hình cấu hình cần tăng PETROVIETNAM khoảng 30% diện tích màng để đạt hiệu suất thu hồi hydrocarbon đảm bảo yêu cầu chất lượng lưu lượng khí thương phẩm Kết luận Các dự án phát triển khai thác khí ngồi khơi thường đồ sộ, đại chi phí vận hành cao Giàn BR-E tách CO2 xử lý khí cụm mỏ PM3-CAA ứng dụng công nghệ xử lý màng thấm, vận hành 10 năm đáp ứng yêu cầu chất lượng khí xuất bán với hàm lượng CO2 thấp 8% Phân tích liệu mơ hình tốn học cho phép thực mơ q trình tách, tối ưu hóa đánh giá hiệu suất hệ thống màng tách giai đoạn phức tạp Trong nghiên cứu này, module HYSYS sử dụng để mơ sau đánh giá hiệu q trình tách bỏ CO2, hàm lượng CO2 khí thơ giảm từ 35 - 50% mol xuống 8% mol Kết cho thấy với cấu hình màng phù hợp, điều kiện nhiệt độ, áp suất tối ưu, đặc điểm kỹ thuật khí bán đáp ứng thách thức vận hành, lưu lượng dòng chảy cao tắc nghẽn giảm thiểu Ngồi ra, mơ hình mơ q trình xử lý có tiềm ứng dụng cho nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế hệ thống màng tách phức tạp Tài liệu tham khảo P.Bernardo, E.Drioli, G.Golemme Membrane gas separation: A review/state of the art Industrial & Engineering Chemistry Research 2009; 48 (10): p 4638 4663 https://en.wikipedia.org/wiki/Fick’s_laws_of_ diffusion Honeywell Company UOP SeparexTM membrane technology UOP LLC 2009 David Dortmundt, Mark Schott, Tom Cnop Sour gas processing applications using separex membrane technology UOP LLC 2007 BR-E CO2 removal process overview PVEP APPLICATION OF DATA ANALYSIS MODEL FOR CO2 REMOVAL OPTIMISATION USING THE BR-E MEMBRANE SYSTEM Nguyen Hai An, Tran Quoc Viet Petrovietnam Exploration and Production Corporation Email: annh1@pvep.com.vn Summary Development of offshore high carbon dioxide (CO2) gas fields will indisputably pose new challenges for E&P companies in the world Acid gas removal from natural gas is an indispensable treatment process that is required to boost the produced gas quality prior to its utilisation The use of membrane units has increased in natural gas treatment plants, particularly for acid gas removal Such technology shows tremendous advantages over other methods in terms of removal efficiency, compactness, and environmental friendliness BR-E CO2 removal facility using membrane technology has been utilised for more than 10 years As new gas fields require increasingly high gas volumes (production of more than 700 million standard cubic feet per day) and have very high CO2 content (above 50%), existing membrane performance is no longer economical for such new field development In this paper, a data analysis model for membrane separation has been incorporated with HYSYS as a user defined unit operation in order to optimise performance and redesign the membrane system for CO2 separation from natural gas Parameter sensitivities have been studied for different crude gas flow and its CO2 concentrations Key words: BR-E platform, gas treatment, membrane technology, cellulose acetate, CO2 removal DẦU KHÍ - SỐ 3/2020 21 ... trình tách màng thấm Khí thơ Khí thấm qua màng Khí khơng thấm Lớp đệm cho khí thơ Màng thấm Lớp đệm cho khí thấm Màng thấm Lớp đệm cho khí thơ Khí khơng thấm Hình Thành phần cấu tạo màng thấm. .. khu công nghiệp khí Cà Mau khoảng 370km Hệ Khí khơng thấm (CO2 thấp) Màng thấm Khí thơ Khí thấm (CO2 cao) Hình Sơ đồ đơn vị màng thấm cấp tách Khí khơng thấm qua màng Khí thơ Khí thấm qua màng. .. số hòa tan khí màng Tỷ số độ thấm đơi cấu tử khí (PA, PB) thể hệ số tách độ lựa chọn màng, α = PA/PB 2.2 Module màng thấm qp: Lưu lượng cấu tử khí (i) thấm qua màng (m3(STP)/h); P = DAB × S Trong