Nghiên cứu quá trình hấp phụ hơi nước khả năng thay thế chất hấp phụ tại nhà máy xử lý khí dinh cố

Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ XUÂN THÀNH ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ HƠI NƯỚC & KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC MÃ SỐ NGÀNH: 02.10.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2005 CÔNG TRÌNH HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG Cán chấm nhận xét 1:…………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:…………………………………………………………………………………………… Luận văn bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng………năm 2005 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh Trường Đại Học Bách Khoa -000 - Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -000 - Tp HCM, ngày 25 tháng năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HỒ XUÂN THÀNH Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15 – 05 – 1972 Nơi sinh: Qủang trị Chuyên Ngành : Mã số: I Công nghệ hóa học 02.10.00 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ HƠI NƯỚC & KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát chế độ hoạt động hệ thống hấp phụ nước Nhà máy xử lý khí Dinh cố & giải pháp tối ưu cho hệ thống - Nghiên cứu khả thay chất hấp phụ sử dụng chất hấp phụ khác chất hấp phụ sản xuất Việt Nam III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25 – 04 - 2005 - IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25 – 09 - 2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH TS NGUYỄN THIẾT DŨNG Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày …… tháng …… năm 2005 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH KHOA QUẢN LÝ NGÀNH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC *** ĐƠN XIN BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ Kính gửi: KHOA QUẢN LÝ NGÀNH PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐHBK TP.HCM Họ tên học viên: HỒ XUÂN THÀNH Ngày tháng năm sinh: 15 -05 -1972 Nơi sinh: Qủang trị Chuyên ngành: Công nghệ hoá học Mã ngành:02.10.00 Tên đề tài: Nghiên cứu trình hấp phụ nước khả thay chất hấp phụ nhà máy xử lý khí Dinh Cố Hiện em hoàn thành luận văn Vậy em viết đơn kính mong Khoa quản lý ngành, Phòng đào tạo sau đại học Trường ĐHBK Tp.HCM xét duyệt cho em bảo vệ Em xin chân thành cảm ơn! Ngày 25 tháng 09 năm 2005 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Học viên thực TS NGUYỄN THIẾT DŨNG HỒ XUÂN THÀNH Lời cảm ơn Trước hết, em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Thiết Dũng tận tình hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường đại học bách khoa – Khoa công nghệ hóa học – Tp Hồ Chí Minh nhiệt tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức chuyên môn năm học vừa qua Em xin cảm ơn thầy cô Hội đồng chấm luận văn dành thời gian q báu để đọc luận văn cho nhận xét xác đáng bổ ích Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Đình Thành, TS Lê Văn Tiệp anh chị em Phân viện vật liệu khoa học Tp Hồ Chí Minh nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện cho em thực nghiệm Phân viện suốt trình làm luận văn Tôi chân thành cảm ơn Ban giám đốc Tổng công ty dầu khí Việt Nam, Ban giám hiệu Trường đào tạo nhân lực dầu khí tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành khóa học luận văn Tôi xin cảm ơn Ban quản lý nhà máy xử lý khí Dinh cố đồng chí vận hành nhiệt tình tạo điều kiện cho tiếp cận thực nghiệm nhà máy Xin cảm ơn anh chị đồng nghiệp, bạn đồng môn tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, nguồn động viên điểm tựa vững hỗ trợ tạo cho nghị lực suốt trình học hoàn thành luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN Mục tiêu đề tài nghiên cứu trình công nghệ làm khô khí nhà máy xừ lý khí Dinh cố Kết tính toán kiểm chứng với thực tế, từ đưa giải pháp vận hành thay đổi tỷ lệ chất hấp phụ nhằm giảm chi phí cho hệ thống Đề tài nghiên cứu khả thay chất hấp phụ nhập ngoại nhà máy chất hấp phụ khác, đặc biệt chất hấp phụ chế tạo thành công Phân viện khoa học vật liệu Tp HCM Nội dung đề tài bao gồm: Phần Tổng quan Nội dung phần trình bày tổng quan khí tự nhiên, chất hấp phụ rắn công nghệ làm khô khí tự nhiên hấp phụ Phần Thực nghiệm Nội dung phần bao gồm: nghiên cứu trình công nghệ làm khô khí hành nhà máy xử lý khí Dinh cố; nghiên cứu khả thay chất hấp phụ nhôm hoạt tính F-200 silicagel; nghiên cứu khả thay chất hấp phụ sử dụng nhà máy chất hấp phụ chế tạo Phân viện Phần Kết thảo luận Nội dung phần bao gồm: trình bày kết tính toán công nghệ kết khảo sát thực tế, thảo luận đề xuất giải pháp tối ưu cho hệ thống hành, giải pháp thay chất hấp phụ Phần kết luận : Kết luận kiến nghị hướng phát triển đề tài Trang MỤC LỤC Trang CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 11 PHẦN 1 TỔNG QUAN .14 KHÍ TỰ NHIÊN 14 1.1 Thành phần khí tự nhieân 14 1.2 Quy trình chế biến khí tổng quát 17 1.3 Tác hại nước khí tự nhiên 19 1.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng nước khí tự nhiên 19 1.3.2 Hydrat 20 1.4 Các phương pháp chống hình thành hydrat 20 1.4.1 Phương pháp chống hình thành hydrat tạm thời 20 1.4.2 Phương pháp chống hydrat vónh cửu 21 VẬT LIỆU HẤP PHỤ 23 2.1 Nhoâm hoạt tính, γ - Al2O3 26 2.1.1 Phương pháp điều chế γ - Al2O3 dạng cầu 27 2.1.2 Nhôm hoạt tính dùng làm khô khí thương mại 28 2.2 Rây phân tử (zeolite) 30 2.2.3 Caáu trúc phân loại zeolite 30 2.2.4 Một số đặc điểm zeolite 33 2.2.5 Raây phân tử thương phẩm 34 2.3 Silicagel 36 2.4 Chọn chất hấp phụ 38 CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT HẤP PHỤ RẮN 40 3.1 Sơ đồ công nghệ 40 Trang 3.1.1 Qúa trình hấp phụ 41 3.1.2 Qúa trình tái tạo 46 3.2 Một số tạp chất gây nhiễm bẩn chất hấp phụ 49 PHẦN THỰC NGHIỆM 52 KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ KHÍ Ở NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ DINH COÁ 52 1.1 Quá trình công nghệ 52 1.1.1 Sơ đồ công nghệ 52 1.1.2 Qúa trình hấp phụ 53 1.1.3 Qúa trình tái tạo 53 1.2 Thông số thiết kế tháp hấp phụ 55 1.3 Phân tích công nghệ 57 1.3.1 Tính toán công nghệ cho hệ thống 57 1.3.2 Gỉai pháp tối ưu cho hệ thốngï 70 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG THAY THẾ NHÔM HOẠT TÍNH BẰNG SILICAGEL 75 2.1 Phaân tích ưu nhược điểm silicagel nhôm hoạt tính 75 2.2 So sánh đặc tính chất hấp phuï: 76 2.3 Phân tích công nghệ cho trường hợp thay nhôm hoạt tính silicagel ……………………………………………………………………………………………………………………………………78 2.3.1 Lượng rây phân tử MS4A giữ nguyên với khối lượng 4050 kg 78 2.3.2 Thay nhôm hoạt tính silicagel giữ nguyên chiều cao toàn lớp chất hấp phụ 80 Trang PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ BẰNG CHẤT HẤP PHỤ ĐIỀU CHẾ TẠI PHÂN VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU TP HCM 83 3.1 Khảo sát cấu trúc chất hấp phụ 83 3.1.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 83 3.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 84 3.2 Phân tích khả thay F-200 MS 4A chất hấp phụ chế tạo Phân viện 85 3.2.1 Xác định số thông số công nghệ 85 3.2.2 Xác định tỷ lệ chất hấp phụ nhôm hoạt tính rây phân tử 86 3.2.3 Xác định nhiệt tái tạo 86 PHAÀN KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .87 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỚI THỰC TẾ: 87 GIẢI PHÁP TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG ĐANG HIỆN HÀNH 88 2.1 Thay đổi chế độ vận hành cho nhà máy 88 2.2 Thay đổi tỷ lệ chất hấp phụ 89 GIẢI PHÁP THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ MỚI 90 3.1 Thay nhôm hoạt tính silicagel GSA35 90 3.1.1 Lượng rây phân tử MS4A giữ nguyên với khối lượng 4050 kg 90 3.1.2 Thay nhôm hoạt tính silicagel giữ nguyên chiều cao toàn lớp chất hấp phụ 91 3.2 Thay F-200 MS 4A γ - Al2O3 dạng cầu rây phân tử điều chế Phân vieän 93 3.2.1 Khảo sát cấu trúc chất hấp phụ phương pháp vật lý 93 3.2.2 Kết phân tích công nghệ 95 Trang 10 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHUÏ LUÏC ………………………………………………………………………………………………………………………… 100 Trang 97 KẾT LUẬN Đề tài đạt số kết định sau: - Đề xuất giải pháp tối ưu chế độ hoạt động cho hệ thống làm khô khí hành, cụ thể kéo dài thời gian hấp phụ lên đến - Đề xuất tỷ lệ chất hấp phụ với chi phí chất hấp phụ nhỏ mà bảo đảm hoạt động tốt theo chu kỳ hấp phụ Nhôm hoạt tính Rây phân tử 5362,0 3670,7 5562,0 3473,3 - Đề xuất giải pháp thay chất hấp phụ F-200 silicagel - Đề xuất giải pháp thay chất hấp phụ nhập ngoại chất hấp phụ chế tạo Phân viện khoa học vật liệu Tp HCM Do thời gian nghiên cứu hạn chế nên chưa khảo sát độ bền học chất hấp phụ, suy giảm khả hấp phụ chất hấp phụ theo thời gian Do để đến kết luận cuối khả thay chất hấp phụ cần phải có thời gian nghiên cứu nhiều Trang 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Hữu Phú - Gíao trình: Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2]- Mai Hữu Khiêm - Bài Gỉang: Kỹ thuật xúc tác – Nhà xuất Đại học Quốc gia – TP.HCM [3]- Mai Hữu Khiêm – Gíao trình giảng dạy môn học Xúc Tác Dị Thể – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM [4]- Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh - Các qúa trình thiết bị công nghiệp hóa chất thực phẩm – Tập 3: Truyền khối – Trường Đại học Kỹ thuật Thành phố Hồ chí Minh [5]- Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế - Hóa Lý – Tập II – Nhà Xuất Bản Gíao Dục [6]- Gíao trình giảng dạy môn: Công nghệ chế biến khí – Trường đào tạo nhân lực dầu khí [7]- Sổ tay vận hành Nhà máy chế biến khí Dinh Cố [8]- Nguyễn Thiết Dũng, Nguyễn Đình Thành – “ Công nghệ chế tạo γ-Al2O3 hoạt tính dạng viên cầu sử dụng hấp phụ xúc tác”, Báo cáo tổng kết khoa học Phân viện khoa học vật liệu Tp.HCM [9]- Tài liệu thiết kế: Natural Gas Dehydration Package V-06 – Nhà máy chế biến khí Dinh cố [10]- R.Szostak - Handbook of Molecular Sieves – VAN NOSTRAND REINHOLD New York [11]- Arthur Kohl - Gas Purification [12]- Gas Processors Suppliers Association - Engineering Data Book – FPS Volume II , I -1998 Trang 99 [13] – Dr.John M Campbell - Gas Conditioning and Processing Volume – 1966-1998 [14]- Sanjay Kumar - Gas Production Engineering – Volume [15]- DennWell Books - Oilfield Processing of Petroleum – Volume one: Natural Gas [16]- Richard W Donnelly, P.E - Project Development for Gas Processing Plants and Facilities, Second Edition – by Edited by Karen lone Stelzner – Petroleum Extension Service, Division of Continuing Education, The University of Texas of Austin, Austin, Texas [17] - Dr.John M Campbell - Gas Conditioning and Processing Volime – 19661998 [18]- Dr.John M Campbell - Gas Conditioning and Processing Volime – 19661998 [19] – http://www.ecompressedair.com/desiccant/silicagel.shtml [20]- ISG Adsorbent Design Summary and Mass Balance – Design Operation in GPP Technical Data Bool, Vol Mechanical 13 [21] - Bùi Hải, Trần Thế Sơn – Nhiệt động học truyền nhiệt kỹ thuật lạnh – Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật Trang 100 PHỤ LỤC Phụ lục Khảo sát khả hấp phụ F-200 MS 4A thực nghiệm Bảng 1.1 Kết khảo sát khả hấp phụ động nhôm hoạt tính Stt Lượng MAl Lượng MAl ban đầu sau hấp (kg) phụ 19,3 21,2 Nhiệt độ bình sục nước (oC) 30 Độ ẩm tương đối thiết bị hấp phụ (%) 100 (%) Khả hấp phụ động (%) 9,5 19,3 21,0 26,7 85 (%) 19,3 20,4 17 45 (%) 5,7 Bảng 1.2 Kết khảo sát khả hấp phụ động rây phân tử Stt Lượng Mrây ban đầu (g) 19 Lượng Mrây sau hấp phụ (g) 22,1 Nhiệt độ bình sục nước (oC) 30 Độ ẩm tương đối thiết bị hấp phụ (%) 100 (%) Khả hấp phụ ñoäng (%) 16 19 21,9 26,7 85 (%) 15 19 21,0 17 45 (%) 10,5 Trang 101 Phuï lục Khảo sát trình hoạt động thực nhà máy xứ lý khí Dinh Cố Bảng 2.1 Số liệu thu thập phòng điều khiển ngày 06/09/2005 Thời gian Tháp Chế độ hoạt động B Hấp phụ A Tái tạo TReg(in) o C TReg(uot) Nhiệt độ o C thân tháp, oC Lưu lượng khí tái tạo (kg/giờ) 2h 20’ Nung nóng 25 25 25 2h 25’ Bắt ñaàu 228 26 26 9000 h 00’ 230 116 116 9100 h 00’ 231 120 130 11000 231 200 208 11000 h 45’ 25 49 73 11500 h 45’ 25 40 65 12000 25 30 30 12500 25 30 30 h 35’ Kết thúc Làm nguội h 45’ Bắt đầu 10h15’ Kết thúc 10h20’ Tăng áp Standby 18h45’ 18h45’ Hấp phụ A Hấp phụ B Tái tạo Nung nóng Trang 102 18h50 230 27 27 9000 20h10’ 230 117 116 11000 22h00’ 230 120 122 11000 230 210 200 11000 25 50 75 12000 25 40 62 12000 25 30 30 12500 23h15’ Baét đầu Kết thúc Làm nguội 24h20 Bắt đầu 1h20’ 3h25’ Kết thúc Phụ lục Khảo sát chế độ hấp phụ tháp hấp phụ nhà máy Dinh cố Bảng 3.1 Số liệu thu thập phòng điều khiển vào tháng 08/2005 Thời gian bắt đầu hấp phụ 11h10’ Thời gian bắt đầu tăng điểm sương 22h10’ Lưu lượng khí đầu vào (kg/hr) 133924,5 Độ ẩm tương đối 84% Điều kiện kPa, oC Max: 11700, 29oC min: 10900, 31OC 22h20’ 7h20’(hoâm sau) 211680 86% Max: 10000 , 30oC Min: 13900, 27oC Trang 103 Phụ lục Kết khảo sát cấu trúc chất hấp phụ Phụ lục 4.1 Phổ IR boehmite: Hãng CONDEA Điều chế Phân viện Trang 104 Phụ lục 4.2 Phổ XRD boehmite hãng CONDEA Phụ lục 4.3 Phổ XRD boehmite điều chế Phân viện Phụ lục 4.4 Phổ IR nhôm hoạt tính F-200 Trang 105 Phụ lục 4.5 Phổ IR rây phân tử MS 4A Trang 106 Phụ lục 4.6 Phổ XRD sodium alumium silicate hydrate điều chế Phân viện Trang 107 Phụ lục 4.7 Phổ XRD Sodium Alumium Silicate Hydrate sử dụng Dinh cố Trang 108 Phụ lục 4.8 Phổ XRD F-200 Trang 109 Trang 110 Phụ lục Multi Point BET Analysis Report Generated by Quantachrome TP Rwin v1.0 VIỆN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC File name: 03041605.qtb Created by: Kim Dung Analysis Date: Description: SAV – 48 Sample Weight: 0.01400 g Baseline: 0.000 Ignore values below baseline Calibration Volume (cc) 1.00 1.20 1.40 Relative pressure (P/PO) 0.1000 0.2000 0.3000 Adsorbed volume (Vstp) 0.8999 1.0607 1.2368 BET Transform 1/V(PO/P-1) 0.1235 0.2357 0.3465 Slope: 1.12 Intercept:0.01 BET C: 92.58 Correlation coeff.(r): 1.0000 Monolayer Uptake Volume: 0.89 cc Total surface area: 3.86 m2 Specific surface area: 275.80 m2/g SAV - 48 1.8 1.6 Vgas,cm3/g 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.05 0.1 0.15 0.2 P/Po 0.25 0.3 0.35 0.4 Phụ lục 4.11 Bề mặt riêng γ - Al2O3 chế tạo Phân viện Trang 111 Phụ lục Một số thông số vật lý 6.1 Nhiệt dung riêng, CP Thép 0,50 KJ/kg oC Nước lỏng 4,19 KJ/kg.oC Chất hấp phụ: Nhôm hoạt tính F- 200 1,0 KJ/kg.oC Rây phân tử 0,96 KJ/kg.OC Silica Gel 0,92 KJ/kg.oC γ - Al2O3 điều chế Phân viện 1.1 KJ/kg.oC Rây phân tử điều chế Phân viện 0.98 KJ/kg.oC Vật liệu đệm Ceramic 0,48 KJ/kg.oC Nhôm ABS 0,96 KJ/kg.oC Khí tái tạo 2,45 KJ/kg.oC 6.2.Nhiệt giải hấp H2O rây phân tử 4187 KJ/kg H2O rây gel nhôm hoạt tính 3256KJ/kg 6.3 Khối lượng riêng thể tích chất hấp phụ: γ - Al2O3 điều chế Phân viện 765 kg/m3 Rây phân tử điều chế Phân viện 689 kg/m3 ... TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ HƠI NƯỚC & KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Khảo sát chế độ hoạt động hệ thống hấp phụ nước Nhà máy xử lý khí. .. khô khí hành nhà máy xử lý khí Dinh cố; nghiên cứu khả thay chất hấp phụ nhôm hoạt tính F-200 silicagel; nghiên cứu khả thay chất hấp phụ sử dụng nhà máy chất hấp phụ chế tạo Phân viện Phần Kết... giải pháp vận hành thay đổi tỷ lệ chất hấp phụ nhằm giảm chi phí cho hệ thống Đề tài nghiên cứu khả thay chất hấp phụ nhập ngoại nhà máy chất hấp phụ khác, đặc biệt chất hấp phụ chế tạo thành