Bảng 4.3. Đặc tính kỹ thuật dầu mỏ Đại Hùng
STT TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA DẦU ĐƠN VỊ KẾT QUẢ
1
Khối lượng riêng ở 15oC Tỷ trọng d60/60 Tỷ trọng oAPI g/ml - 0 API 0.8708 0.8713 30.90 2 Độ nhớt động học ở 50oC Độ nhớt động học ở 70oC cSt 7.09 4.67 3 Điểm chảy oC 27 4 Hàm lượng paraffin %KL 17.60 5 Trọng lượng phân tử - 260.71
6 Hàm lượng Cặn Carbon Conradson %KL 3.61
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 36 SVTH: Hoàng Trung Kiên
8 Hàm lượng Asphalten %KL 1.75
9 Hàm lượng tro %KL 0.33
10 Hàm lượng muối Clo mg/kg 1608.33
11 Hàm lượng lưu huỳnh tổng số %KL 0.11
12 Hàm lượng Nitơ %KL 0.039
13 Hàm lượng cacbon %KL 85.46
14 Hàm lượng Hydro %KL 12.62
15 Hằng số đặc trưng KUOP - 12
16 Áp suất hơi bảo hòa psi 1.96
17 Chỉ số acid mgKOH/g 0.15
18 Hàm lượng tạp chất cơ học %KL 0.092
19 Hàm lượng Vanadium ppm 0.06
20 Hàm lượng Niken ppm 2.36
4.4.2. Đặc tính khí và Condensate đầu vào Nhà máy NCS2
Bảng 4.4. Đặc tính kỹ thuật của khí và Condensate đầu vào Nhà máy GPP2
STT Chỉ tiêu chung Đơn vị tính Đặc tính kỹ thuật
1 Nhiệt độ điểm sương, Max oC -10oC
2 Áp suất lớn nhất Bar 157 3 Áp suất nhỏ nhất Bar 80 4 Nhiệt độ lớn nhất oC 85 5 Nhiệt độ nhỏ nhất oC -10 6 Hàm lượng S tổng ppm 30 7 Hàm lượng H2S, Max ppm 20 8 Hàm lượng O2, Max ppm 7.5
9 Hàm lượng khí trơ % mole 6
10 Tỷ lệ Condensate/khí
Hàm lượng Condensate tối đa sao cho Condensate sau xử lý không lớn hơn 0.05 kg/s.m3 khí sau khi xử lý
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 37 SVTH: Hoàng Trung Kiên
4.5. Đặc tính kỹ thuật các sản phẩm khí từ nhà máy NCS2
Căn cứ vào các yêu cầu về đặc tính kỹ thuật của các sản phẩm khí khô, LPG và Condensate do Tổng Công ty Khí sản xuất và cung cấp phải đáp ứng tối thiểu các yêu cầu kỹ thuật sau đây:
4.5.1. Đặc tính kỹ thuật của khí khô thương phẩm
Bảng 4.5. Đặc tính kỹ thuật của khí khô
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức chất lượng
Phương pháp thử
ASTM
1
Nhiệt độ điểm sương của nước ở 45 bar, nhỏ hơn
o
C < 5 D1141-95
2
Nhiệt độ điểm sương của Hydrocacbon ở 45 bar, nhỏ hơn o C < 5 Theo thành phần khí 3 Hàm lượng chất rắn ppm < 30 Phương pháp trọng lượng 4 Hàm lượng lưu huỳnh tổng, không lớn hơn ppm < 36 D2385-81 5 Hàm lượng H 2S ppm 24 D4810-99 6 Nhiệt trị toàn phần (GHV), không bé hơn MJ/m3 37<GHV<47 D3588-98 7 Thành phần khí D1945-96 8 O2 ppm < 7,5 9 N2 và CO2 % mole < 6,6 10 C6+ % mole < 1
4.5.2. Đặc tính kỹ thuật của Etan thương phẩm
Căn cứ vào yêu cầu của nhà máy sản xuất olefin tại khu công nghiệp Long Sơn, yêu cầu kỹ thuật đối với sản phẩm Etan cung cấp cho nhà máy như bảng 4.6.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 38 SVTH: Hoàng Trung Kiên Bảng 4.6. Đặc tính kỹ thuật của Etan STT Thành phần Đơn vị Mức chất lượng 1 Ethane, min %wt 96 2 Methane, max %wt 2 3 C3+, max %wt 2
4 Hợp chất lưu huỳnh, max ppm 400
4.5.3. Đặc tính kỹ thuật của LPG thương phẩm
Bảng 4.7. Đặc tính kỹ thuật của LPG
Mức chất lượng
Tên chỉ tiêu
Propan Butan Bu-pro
Phương
pháp phân tích
Áp suất hơi ở 37.80C, max (KPa) 1430 485 1430 ASTM D1267-87 Hàm lượng lưu huỳnh (max),
(ppm) 185 140 140
ASTM D2784-89 Hàm lượng nước tự do, (%kl) Không
có Không có Không có ASTM D95 Độ ăn mòn tấm đồng trong 1h ở 37.80 C Số 1 Số 1 Số 1 ASTM D 1838-91 Thành phần cặn sau khi bốc hơi
100 ml, max (ml) 0.05 0.05 0.05
ASTM D1657-91
Tỷ trọng ở 150C (kg/l) - - - ASTM
D1657-91
Hàm lượng etan (%mol) - - -
Hàm lượng butan và các chất nặng
hơn, max (%mol) 2.5 - -
Hàm lượng pentan và các chất
nặng hơn, max (%mol) - 2 2
ASTM D2158-97
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 39 SVTH: Hoàng Trung Kiên
4.5.4. Đặc tính kỹ thuật của condensate thương phẩm
Bảng 4.8. Đặc tính kỹ thuật của condensate
STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Mức chất lượng
Phương pháp thử (ASTM) 1 Tỷ trọng ở 15oC Kg/l D1298-99 2 Áp suất hơi ở 37.8 oC, max Psi 11.2 D323-99
3 Hàm lượng lưu huỳnh,
max % Gr 0.15 D1266-98 4 Hàm lượng nước tự do % Gr 0 D95-99 5 Hàm lượng axit tổng, Max Mg KOH/g 0.033 D974-95 6 Độ ăn mòn tấm đồng trong 3h ở 50oC Số 1 D130-94
7 Trị số (RON), min 55 D2699-95a
4.6.Biện luận lựa chọn công nghệ, thiết bị cho nhà máy NCS 2
Căn cứ vào các đặc điểm của khí NCS2 nêu tại mục 4.2 và yêu cầu chất lượng các sản phẩm khí khô, Etan, LPG, Condensate có thể xác định cấu hình hệ thống các thiết bị công nghệ chính của nhà máy NCS2 bao gồm các hạng mục sau:
Hình 4.1. Sơ đồ khối công nghệ chế biến khí NCS2
4.6.1. Lựa chọn thiết bị tách lỏng khí đầu vào
Do nguyên liệu đầu vào của Nhà máy là dòng khí có nhiệt độ là 26 0C, áp suất là 70 - 100 bar. Tại nhiệt độ và áp suất này thì nhiệt độ điểm sương của hydrocarbon là -100C thấp hơn nhiệt độ đầu vào Nhà máy là 260C, do vậy dòng
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 40 SVTH: Hoàng Trung Kiên
khí tại đầu vào của Nhà máy có khả năng tạo lỏng . Do đó phải có thiết bị tách lỏng/khí đặt ngay đầu vào Nhà máy.
Có bốn loại bình tách cơ bản là bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách hình cầu và Slug Catcher. Do hệ thống đường ống vận chuyển nguyên liệu từ mỏ vào bờ thay đổi cao độ liên tục theo địa hình nên trong đường ống có hiện tượng tích tụ lỏng tại những điểm có cao độ thấp của đường ống khi lưu lượng và áp suất của khí trong đường ống nhỏ không đủ áp lực để đẩy lỏng về bờ. Khi lưu lượng khí đầu vào lớn và áp suất cao, lượng lỏng bị tích tụ cuốn theo dẫn đến lượng lỏng vào Nhà máy tăng đột ngột. Vì vậy ta phải lựa chọn thiết bị tách lỏng/khí có thể tích đủ lớn để chứa lượng lỏng này. Căn cứ theo tài liệu Sổ tay thiết kế vận hành và xử lý khí của hiệp hội chế biến khí Mỹ (GPSA) thì Slug Catcher là thiết bị phù hợp nhất vì có khả năng chứa và tách lỏng lớn do cấu tạo là hệ thống các dãy ống có kích thước lớn để chứa lỏng mặc dù hiệu quả tách lỏng thấp hơn so với các loại khác.
4.6.2. Lựa chọn thiết bị loại các tạp chất cơ học trong khí
Khí sau Slug Catcher có một lượng tạp chất cơ học không mong muốn sinh ra từ quá trình khai thác trong các mỏ, cặn rỉ sắt trong đường ống sinh ra trong quá trình vận chuyển khí. Ngoài ra tạp chất cơ học phát sinh trong khí từ quá trình chế biến do sử dụng các chất hấp phụ để tách loại nước, khử chua khí… Sự có mặt của các tạp chất cơ học này sẽ dẫn đến gây tắc nghẽn đường ống, van trong quá trình vận chuyển và chế biến, làm nhiễm bẩn sản phẩm, gây hư hỏng thiết bị do va đập, đặc biệt đối với các thiết bị quay có tốc độ quay cực lớn như Turbo Expander, máy nén, máy bơm.. Do vậy các hợp chất này phải được tách loại hoàn toàn trước khi chế biến khí.
Với những ưu điểm như hiệu suất tách tạp chất cơ học cao (99 – 99.99%) với các tạp chất cơ học có kích thước từ 10trở lên, thiết bị tĩnh nên dễ dàng cho vận hành và kiểm soát (chỉ cần kiểm soát chênh áp qua thiết bị lọc). Do đó đề xuất chọn phương pháp lọc tạp chất cơ học ra khỏi khí dùng Filter lọc.
Do Slug Catcher tách lỏng không triệt để nên đề xuất kết hợp thiết bị tách tạp chất cơ học với tách lỏng tăng cường (Filter Separator) nhằm tách triệt để lỏng bị cuốn theo dòng khí ra từ Slug Catcher.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 41 SVTH: Hoàng Trung Kiên
4.6.3. Lựa chọn hệ thống làm sạch CO2 có trong khí nguyên liệu
Dựa vào thành phần các hợp chất của nguyên liệu vào Nhà máy, ta thấy hàm lượng CO2 khoảng 4.197% với hàm lượng này thì khí nguyên liệu vào Nhà máy thuộc loại khí chua (hàm lượng CO2 > 2%). Hàm lượng CO2 trong khí cao sẽ gây ăn mòn thiết bị vận chuyển và chế biến. Ngoài ra với hàm lượng CO2 sẽ dẫn đến giảm nhiệt trị của khí, giảm giá trị sử dụng khí và CO2 còn tạo hỗn hợp đẳng phí với Etan do vậy cần phải tách loại hoàn toàn.
Người ta thường làm ngọt khí bằng phương pháp hấp thụ hóa học, sử dụng dung môi hấp thụ là nước của các alkanol amine, đáng chú ý là Mono Ethanol Amine (MEA) và MDEA được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Công nghệ của quá trình như sau:
Hình 4.2. Công nghệ hấp thụ khí acid bằng MEA
Sơ đồ công nghệ trên có những ưu điểm như sau:
-MEA có tính base mạnh nhất, nhiệt tỏa ra trong hấp thụ cao nhất khoảng 455 Kcal/1kg H2S, 284 Kcal/1kg CO2. Chính vì vậy mà MEA cho phép loại acid triệt để nhất. Hàm lượng khí ngọt có thể đạt được 4ppmv, khả
năng hấp thụ MEA là 0.03 – 0.04 mole H2S/mole MEA.
-Nhờ khả năng hấp thụ tốt, phân tử nhỏ nên người ta dùng dung dịch có nồng độ không cao thường từ 10 – 20% khối lượng, trong khi đó các dung
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 42 SVTH: Hoàng Trung Kiên
dịch anime khác cần nồng độ cao hơn, đối với DEA từ 20 – 30% khối lượng, còn DGA khoảng 50 – 70% khối lượng.
-Amine MEA có thể phản ứng với các hợp chất như COS, CS2 . . . song hợp chất tạo ra không phân hủy trong quá trình tái sinh.
-Qua trình hấp thụ H2S và CO2 bằng MEA xảy ra ở áp suất cao và nhiệt độ từ 250C – 400C, quá trình tái sinh chất hấp thụ được thực hiện ở áp suất gần áp suất khí quyển và nhiệt độ cao khoảng trên 1500C.
4.6.4. Lựa chọn phương pháp làm khô khí
Như đã đề cập ở trên, nhiệt độ điểm sương đối với nước trong khí đầu vào là 27.620C. Trong khi theo yêu cầu sản phẩm khí có nhiệt độ điểm sương của nước ở áp suất 45 bar là phải nhỏ hơn 50C, do đó khí này được xếp vào loại khí có hàm ẩm cao, không đảm bảo chất lượng sản phẩm đầu ra và cần phải được tách loại nước.
Ngoài ra nước có mặt trong khí khi ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp sẽ tạo thành các tinh thể hydrate làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của các thiết bị trong quá trình chế biến khí (như bơm, quạt, máy nén . . .), ngoài ra sự có mặt của hơi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh sẽ làm tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng thiết bị.
Lựa chọn phương pháp loại nước
Có nhiều phương pháp làm khô khí, tuy nhiên tùy thuộc vào hàm lượng nước đầu vào, yêu cầu điểm sương theo mong muốn và cách lựa chọn công nghệ chế biến khí mà ta lựa chọn các phương pháp khác nhau. Để đạt được nhiệt độ điểm sương thấp (khoảng -90 đến -1000C) ta phải sử dụng phương pháp hấp thụ bằng rây phân tử vì:
- Đây là phương pháp cần sử dụng để sấy khô khí với độ hạ điểm sương tới 1000C – 1200C và yêu cầu khí sau khi sấy phải có điểm sương thấp trong khoảng -600C đến -900C.
- Vì quá trình làm lạnh giãn nở Turbo-Expander đòi hỏi dòng khí phải có nhiệt độ tạo thành hydrate rất thấp.
- Khả năng làm việc trong một thời gian dài, dễ tái sinh, tuổi thọ thường 2 – 3 năm.
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 43 SVTH: Hoàng Trung Kiên
- Hệ thống làm việc liên tục khi sử dụng 2 thiết bị làm việc song song (một tháp hấp phụ, một tháp tái sinh).
Trong công nghiệp chế biến khí các chất hấp phụ thường dùng là silicagel, Al2O3 hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolite 4A và 5A. Các chất hấp phụ phải có bề mặt riêng lớn, điểm sương của khí sau công đoạn sấy phụ thuộc vào chất hấp phụ đã chọn và công nghệ đã thiết kế. Khi tính toán thiết kế sơ đồ công nghệ sử dụng giá trị điểm sương có thể đạt được và các chất hấp phụ thường dùng như sau:
Bảng 4.9. Nhiệt độ điểm sương của các chất hấp phụ
Chất hấp phụ Điểm sương của khí sau khi sấy
Silicagel 600C (760F)
Oxit nhôm hoạt tính 730C (1000F)
Zeolite (rây phân tử) 900C (1300F)
Sơ đồ hấp phụ nước bằng glycol
Hình 4.3. Công nghệ sấy khí bằng hấp phụ
Nguyên tắc hoạt động của phương pháp này: Cho dòng khí ướt qua lớp hấp phụ, nước bị giữ lại trong các mao quản chất hấp phụ và dòng khí đi ra khỏi lớp hấp phụ là dòng khí khô. Chất hấp phụ được tái sinh tách ẩm bằng cách đun nóng
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 44 SVTH: Hoàng Trung Kiên
Đặc tính của hệ thống:
- Chất hấp phụ dạng hạt, dạng viên có kích thước 2 - 7mm. - Nhiệt độ tháp hấp phụ thường thấp hơn 500C.
- Nhiệt độ tháp tái sinh khoảng 200 – 3500C. - Áp suất tháp hấp phụ: 28 – 80bar.
- Độ giảm áp suất trong lớp đệm: 0.07 – 0.1bar/m.
- Tốc độ dòng khí trong lớp đệm chất hấp phụ: 7 – 16 m/phút. - Thời gian một chu trình hấp phụ khoảng 5 – 8 giờ.
- Lưu lượng khí tái sinh khoảng 5-15% lượng khí đi vào tháp hấp phụ. - Lượng nước hấp phụ được:
+ 4-7kg/100kg Nhôm oxyt hoạt tính. + 7-9kg/100kg Silicagel.
+ 9-12/100 kg Zeolite.
Bên cạnh đó yêu cầu nhiệt độ điểm sương của khí trước khi vào tháp chưng tách là -800C nên việc sử dụng nhôm oxyte hoạt tính hay silicagel là không phù hợp, mà chỉ có Zeolite là phù hợp vì zeolite có thể làm nhiệt độ điểm sương của khí xuống mức -900C.
Vậy đề xuất sử dụng Zeolite trong công nghệ tách nước ra khỏi khí nguyên liệu.
4.6.5. Biện luận và lựa chọn phương pháp làm lạnh khí
Về mặt nguyên lý có 3 cách làm lạnh khí: Gồm chu trình làm lạnh trong, chu trình làm lạnh ngoài, và chu trình làm lạnh tổ hợp (kết hợp chu trình làm lạnh trong và làm lạnh ngoài).
Chu trình làm lạnh trong bao gồm các thiết bị như sau: Trao đổi nhiệt, van giãm áp, turbo giãn nở khí. Dòng khí được làm lạnh trong thiết bị trao đổi nhiệt để tận thu nhiệt lạnh, qua van giảm áp và giãn nở khí bằng Turbo để hạ nhiệt độ dòng khí xuống nhằm tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm lỏng.
Chu trình làm lạnh ngoài được thực hiện trong hệ thống làm lạnh có máy nén khí đầu vào để hóa lỏng tác nhân làm lạnh, sau đó đưa qua hệ thống làm lạnh khí đầu vào trước khi đưa đến cột phân tách sản phẩm.
Để có thể thu hồi được sản phẩm Etan trong khí nguyên liệu thì nhiệt độ của khí nguyên liệu cần phải làm lạnh đến từ -80 OC đến – 100 OC. Để đạt được
Trường ĐH Bà Rịa - Vũng TàuChuyên ngành Hoá dầu 45 SVTH: Hoàng Trung Kiên
đến nhiệt độ này, trong thực tế hiện nay người ta sử dụng phương pháp lành lạnh tổng hợp (sử dụng chu trình làm lạnh ngoài kết hợp với giảm áp qua van, qua Turbo expander và tận thu nhiệt lạnh trong hệ thống) nhằm đảm bảo làm lạnh sâu khí. Mô hình làm lạnh hỗn hợp có thể được mô tả như sau:
Hình 4.4. Mô hình làm lạnh hỗn hợp
Đối với tác nhân làm lạnh, phụ thuộc vào nhiệt độ khí sau làm lạnh, tác