2. Tháp hấp thụ; 5.Bồn chứa tách khí; 7 Thiết bị tái sinh glycol; 8 Bồn chứa glycol.Khí khô
1.3.4 Tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp
* Tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu
Chu trình làm lạnh ngoài không phụ thuộc vào sơ đồ công nghệ và có tác nhân lạnh riêng. Dựa vào loại tách nhân lạnh, chu trình làm lạnh ngoài có thể chia thành hai nhóm: một loại tách nhân làm lạnh một cấu tử và một loại tác nhân làm lạnh nhiều cấu tử (thờng là hỗn hợp hydrocacbon nhẹ). Chu trình làm lạnh ngoài sử dụng hai hoặc nhiều tác nhân lạnh một cấu tử đợc gọi là chu trình làm lạnh nhiều bậc.
- Sơ đồ ngng tụ 1 bậc tách C3+ với tác nhân làm lạnh propan lỏng.
Hình 3.7 trình bày sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp bậc 1.
Sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp bậc 1 có những u và nhợc điểm sau.
+ Ưu điểm: Chi phí cho việc làm lạnh tại thiết bị bốc hơi propan 9 thấp
+ Nhợc điểm: Độ lựa chọn của quá trình ngng tụ nhiệt độ thấp 1 bậc không cao. Chi phí năng lợng cho quá trình khử etan cao.
Trong quá trình làm lạnh 1 bậc do làm lạnh đột ngột nên máy móc dễ hỏng và khả năng làm việc kém an toàn
- Sơ đồ ngng tụ 1 bậc tách C3+ bằng tách nhân làm lạnh hỗn hợp (C1, C2, C3, C4... lỏng).
Vì metan và etan có nhiệt độ sôi lần lợt là -1610C và -890C nên khi sử dụng chúng làm tác nhân lạnh thì quá trình ngng sẽ xảy ra tốt hơn, các cấu từ nặng đợc tách triệt để hơn. Sơ đồ tách C3+ trong trờng hợp này về cơ bản giống nh sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp 1 bậc với tác nhân làm lạnh bằng propan nhng các thông số về nhiệt độ và áp suất của quá trình thì khác. Ngời ta đã nghiêm cứu và thấy rằng sử dụng tác nhân lạnh tổ hợp có lợi nhiều hơn về mặt kinh tế cũng nh kỹ thuật.
- Sơ đồ ngng tụ nhiều bậc tách C3+ với chu trình làm lạnh ngoài.
Hình 3.8 trình bày sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp 3 bậc với chu trình làm lạnh ngoài bằng propan, trong đó propan sẽ bay hơi ở mỗi bậc với đờng đẳng nhiệt khác nhau. ở bậc ngng tụ thứ nhất khí nhập liệu sẽ đợc làm lạnh nhờ thiết bị trao đổi nhiệt 4a, 4b và thiết bị bốc hơi propan 5 đến nhiệt độ nào đó cao hơn nhiệt độ ở bậc tiếp theo. Hỗn hợp lỏng - hơi tạo thành sau đó sẽ đợc tách
1.7 - Thiết bị tách; 2.12 - Máy nén; 3 - Thiết bị làm lạnh; 4.5 - Thiết bị trao đổi nhiệt; 6.9 - Thiết bị bốc hơi propan; 10 - Bình hồi lưu; 11 - Thiết bị gia nhiệt; 8 - Tháp tách etan. hơi propan; 10 - Bình hồi lưu; 11 - Thiết bị gia nhiệt; 8 - Tháp tách etan.
Hình 3.7: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp bậc 1
1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Khí khô C2- Condensate (C3+) Khí nguyên liệu 12
ra tại thiết bị tách 6, pha khí từ đỉnh 6 sẽ đi tiếp vào bậc ngng tụ thứ hai nhờ thiết bị bốc hơi propan 7. Tại đây, nó sẽ đợc làm lạnh tới nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ ở bậc ngng tụ thứ nhất, nhng cao hơn bậc thứ ba. Hỗn hợp hơi tạo thành lại đợc tách ra ở thiết bị tách 8, phần khí sẽ đi tiếp vào bậc ngng thứ ba nhờ thiết bị bốc hơi propan 9. Tại đây, nó sẽ làm lạnh tới nhiệt độ cuối cùng cần thiết và hỗn hợp lỏng-hơi tạo thành lại đợc tách riêng ra. Phần lỏng ở đáy tháp 8,10,6 đợc gom lại cho trao đổi nhiệt tại thiết bị trao đổi nhiệt 4b sau đó đợc dẫn vào tháp tách etan 11.
Sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp nhiều bậc với chu trình làm lạnh ngoài so với sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp 1 bậc có u và nhợc điểm sau:
+ Ưu điểm: - Lợng C1, C2 bị lôi cuốn trong pha lỏng giảm
- Lợng C3+ bị lôi cuốn trong khí khô giảm một cách đáng kể.
- Chi phí làm lạnh cho toàn bộ quá trình giảm.
- Thời gian hoàn vốn nhanh hơn và vận hành dễ hơn so với làm lạnh 1 bậc. Ngoài ra, khả năng làm việc của máy móc trong quá trình làm lạnh nhiều bậc an toàn hơn so với làm lạnh 1 bậc.
+ Nhợc điểm:- Chi phí xây dựng ban đầu cao.
Dựa vào những u điểm trên, ngời ta hay sử dụng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp nhiều bậc hơn là ngng tụ 1 bậc.
* Công nghệ tách phân đoạn khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong.
- Nguyên lý:
Có hai kiểu làm lạnh khí bằng phơng pháp giãn nở trong quá trình chế biến khí đó là:
+ Tua bin giãn nở khí hay còn gọi là Turbo Expander. + Van giãn nở
Van giãn nở làm việc dựa vào quá trình đẳng entanpy. Công sinh ra trong quá trình đợc chuyển thành nhiệt. Theo Joule Thomson khi giảm áp sẽ dẫn đến nhiệt độ của dòng khí cũng giảm theo. Khi nhiệt độ giảm đến giá trị thích hợp nào đó thì khí bắt đầu ngng tụ và đợc đem đi chế biến tiếp.
Turbo Expander là máy giãn nở khí hoạt động dựa vào quá trình giãn nở đẳng entropy. Turbo Expander gồm hai phần: bộ phận giãn và bộ phận nén đợc nối đồng trục với nhau. Khí vào bộ phận giãn sẽ giảm áp suất kéo theo việc
1.6.8.10 - Thiết bị tách; 2.15 - Máy nén; 5.7.9.12 - Thiết bị bốc hơi propan; 13 - Bình hồi lưu; 14 - Thiết bị gia nhiệt; 11 - Tháp tách etan; 3 - Thiết bị làm lạnh bằng không khí; 4a.4b - Thiết bị trao đổi nhiệt bị gia nhiệt; 11 - Tháp tách etan; 3 - Thiết bị làm lạnh bằng không khí; 4a.4b - Thiết bị trao đổi nhiệt
Condensate (C3+) 4b 4a 5 7 8 9 10 11 12
Hình 3.8: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp 3 bậc
Khí khô C2- 13 14 1 3 6 2 15 Khí nguyên liệu
giảm nhiệt độ. Sự thay đổi nhiệt độ của dòng khí sẽ sinh ra công. Theo nguyên lý II của nhiệt động học thì công có thể biến hoàn toàn thành nhiệt nhng nhiệt không thể biến hoàn toàn thành công nên công sinh ra do việc giảm nhiệt độ ở trên chỉ thu đợc một phần. Phần công này sẽ đợc tận dụng để truyền cho bộ phận nén.
- Một số sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong.
Hình 3.9 trình bày sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh
trong bằng Turbo Expander. Với khả năng thu hồi C3+ đạt 85%.
Nếu sử dụng công nghệ này thì sẽ thu đợc 99,5% lợng propan và chi phí sản xuất thấp hơn 20% so với quá trình chế biến thông thờng.
Công nghệ tách phân đoạn khí bằng hiệu ứng giãn nở làm lạnh khí có những u và nhợc điểm sau:
+ Ưu điểm: Có khả năng tự động hoàn toàn, có thể xây dựng sơ đồ chế biến khí thích hợp cho những mỏ khí khác nhau, điều đó đảm bảo khả năng xây dựng nhanh chóng hệ Khí nguyên liệu C3+ C1 V1 2 T1 K1 E1 P1
Hình 3.9: Sơ đồ công nghệ tách C3+ sử dụng hiệu ứng dãn nở làm lạnh khí
E1 - Thiết bị trao đổi nhiệt; V1 - Bình tách; C1 - Thiết bị làm sạch; C2 - Thiết bị tách etan; P1 - Bơm; T1.K1 - Turbo Expander. P1 - Bơm; T1.K1 - Turbo Expander.
thống thiết bị do việc giảm nhẹ khối lợng công việc xây lắp trực tiếp hệ thống thiết bị.
+ Nhợc điểm: Thiết bị Turbo Expander rất đắt nên chi phí xây dựng ban đầu thờng cao.
* Công nghệ chế biến khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với
chu trình làm lạnh tổ hợp (kết hợp giữa làm lạnh trong và làm lạnh ngoài).
Hình 3.10 là sơ đồ ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh tổ hợp.
Ưu điểm và nhợc điểm của phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh tổ hợp:
+ Ưu điểm: Tận dụng đợc các u điểm của phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong và ngoài đã trình bày trên.
+ Nhợc điểm: Vì sử dụng cả hai phơng pháp nên sơ đồ công nghệ khá phức tạp, đòi hỏi chi phí xây dựng cao và khó vận hành.
Nhận xét sơ đồ công nghệ của ph ơng pháp ng ng tụ nhiệt độ thấp:
Dựa vào những phân tích trên cho thấy, ngng tụ nhiệt độ thấp sử dụng chu KNL
C3+
Khí khô
Hình 3.10: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh tổ hợp
1 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 13 15
1.3 - Thiết bị làm lạnh bằng không khí; 2 - Máy nén; 5.8 - Thiết bị bốc hơi propan; 4.6.7.9 - Thiết bị trao đổi nhiệt; 10 - Bộ tiết lưu; 11 - Tháp tách nhiệt độ thấp; 12 - Tháp tách etan; 13 - Thiết bị gia nhiệt; 14 - đổi nhiệt; 10 - Bộ tiết lưu; 11 - Tháp tách nhiệt độ thấp; 12 - Tháp tách etan; 13 - Thiết bị gia nhiệt; 14 -