Lựa chọn sơ đồ công nghệ chế biến khí Nam côn sơn nhằm thu hồi lpg
4.3 Nguồn khí tự nhiên Nam Côn Sơn
Khí từ mỏ Nam Côn Sơn khai thác lên ở giai đoạn II thờng tồn tại ở dạng hai pha lỏng - khí với thành phần đợc cho trong bảng 4.2
Bảng 4.2: Thành phần khí ở mỏ nam côn sơn.
Cấu tử Condensate trắng (%mol) Khí (%mol)
N2 0,0000 0,0012 CO2 0,0000 0,0450 C1 0,4022 0,8413 C2 0,0619 0,0580 C3 0,0741 0,0336 i-C4 0,0293 0,0060 n-C4 0,0363 0,0083
i-C5 0,0247 0,0024 n-C5 0,0189 0,0017 C6 0,0344 0,0017 C7 0,0102 0,0000 C8 0,0662 0,0000 C9 0,0378 0,0000 C10 0,1123 0,0000 H2O 0,000375 0,0000 Diethylamine 0,0000 0,0000 Tổng 1,0000 1,0000 - áp suất: 110 bar - Nhiệt độ: 27 0C - Lu lợng pha lỏng: 72 m3 /ngày. - Lu lợng pha khí: 20 triệu m3 /ngày. Nhận xét:
Với thành phần, nhiệt độ và áp suất nh trên, khí vào bờ sẽ tồn tại ở dạng hai pha. Hàm lợng hydrocacbon nặng chiếm tỷ lệ nhỏ nên đây là khí nhẹ. Thành phần của CO2 là 0,045 %mol nhng vần nằm trong giới hạn cho phép, thành phần H2S không có nên đây là khí ngọt.
3.4Lựa chọn sơ đồ công nghệ chế biến khí ở mỏ Nam Côn Sơn
4.4.1. Lựa chọn thiết bị tách lỏng - khí
- Khí khai thác ra khỏi mỏ đợc vận chuyển vào bờ qua đờng ống dẫn khí. Trong quá trình vận chuyển, qua một số địa hình không bằng phẳng áp suất thay đổi, nhiệt độ thay đổi dẫn đến vận tốc dòng chảy thay đổi theo. Vận tốc dòng khí nhỏ, hệ số Re sẽ nhỏ và dẫn đến hiện tợng chảy tầng làm chất lỏng đọng lại gây tắc nghẽn đờng ống dấn khí và làm áp suất dòng khí thay đổi. Hiện tợng này gọi là hiện tợng Slug. Khi lu lợng dòng khí tăng hệ số Re cũng tăng, dòng chảy ở chế độ chảy rối sẽ cuốn theo lỏng làm tăng tỉ số lỏng. Khi vào nhà máy sẽ gây ảnh hởng trực tiếp đến các thiết bị phía sau. Để tránh trờng hợp này ta phải tách lỏng và khí ra khỏi nhau trớc khi đi vào chế biến ở những giai đoạn sau.
- Mặt khác, do lu lợng tăng đột ngột nh thế nên nguyên liệu khí đầu vào sẽ có lợng lỏng khá lớn, điều này đòi hỏi bình tách phải có không gian đủ lớn để thời gian lu của khí nguyên liệu vừa đủ để tách triệt lỏng và khí ra khỏi nhau mà không gây ảnh hởng đến đến thiết bị và các giai đoạn chế biên phía sau.
Từ những phân tích trên và kết hợp với những phân tích ở phần 3.1.1 thì Slug Catcher (có thể tích lớn) là thiết bị phù hợp nhất để tách và tồn chứa lỏng.
4.4.2. Lựa chọn thiết bị loại các tạp chất cơ học trong khí
- Trong quá trình khai thác, vận chuyển dòng khí sẽ cuốn theo các hạt bụi từ dới lòng đất hoặc do các thiết bị máy móc bị bào mòn, bị va đập, hoặc sản phẩm phân huỷ Glycol trong quá trình hấp thụ nớc sơ bộ ngoài giàn... gây ra. Vì vậy, trong khí lẫn rất nhiều tạp chất cần phải loại bỏ.
- Việc loại bỏ các tạp chất cơ học sẽ đảm bảo cho thiết bị chế biến phía sau và phù hợp với yêu cầu sản phẩm đầu ra. Để thoả mãn hai điều kiện trên và kết hợp với những phân tích nêu trong phần 3.1.2 thì thiết bị lọc dạng filter lọc sẽ phù hợp với nguồn khí này. Thiết bị dạng filter lọc sẽ lọc đợc hạt bụi có kích thớc lớn hơn 1à và khả năng lọc rất cao. Do đó, ta chọn filter để
loại các tạp chất cơ học trong dòng khí.
4.4.3. Lựa chọn phơng pháp làm khô khí
- Hàm lợng C3+ trong khí rất thấp, do đó muốn thu hồi C3+ triệt để thì trong quá trình chế biến khí phải làm lạnh sâu. Việc làm lạnh sâu dòng khí đồng nghĩa với việc hình thành hydrat trong khí (do sự có mặt của nớc trong khí) gây cản trở quá trình vận chuyển và chế biến phía sau. Do đó bắt buộc phải loại nớc.
+ Để tránh hiện tợng tạo hydrat thì điểm sơng của khí sau thiết bị loại nớc phải nhỏ hơn nhiệt độ làm lạnh của dòng khí sau van giảm áp, thiết bị trao đổi nhiệt, thờng là 10 0C.
+ Cụ thể nh sau: Dựa vào kết quả mô phỏng sơ đồ công nghệ 4.3 sau khi đã tối u thì: nhiệt độ và áp suất qua thiết bị trao đổi nhiệt E-03 là -11,50C; nhiệt độ và áp suất qua CC-01 EXP là -560C. Khi đó, điểm s- ơng của khi sau thiết bị loại nớc V-06 phải nhỏ hơn nhiệt độ qua CC-01 EXP là -560C. Khi đó điểm sơng của khí sau V-06 là -660C tại áp suất 109 bar.
Dựa vào điểm sơng nêu trên và những phân tích ở phần 3.2.2 ta thấy phơng pháp hấp thụ???? với chất hấp thụ???? là zeolite sẽ phù hợp với dây chuyền công nghệ này.
4.4.4. Lựa chọn phơng pháp tách phân đoạn
Dựa vào phân tích phần 3.4 ta thấy công nghệ chế biến khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong có khả năng phân tách lớn, cho độ sạch sản phẩm cao, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, chi phí vận hành thấp hơn. Dựa vào những luận điểm kinh tế kỹ thuật, đặc trng của nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm đầu ra đợc phân tích ở trên, tác giả chọn phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh tổ hợp (có tiết lu dòng lỏng có trong qui trình và giảm áp dòng khí sau khi tách bỏ một phần hydrocacbon nặng) nh hình 4.1A/B/C.
khí đã loại nước
bằng hấp phụ Thiết bị trao đổi nhiệt (khí-khí) Tubor Expander- Compressor Van giãn nở khí khô thư ơng phẩm
Hình 4.1A: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp không có tháp tách
Tubor Expander- Compressor khí đã loại nước bằng hấp phụ khí khô thư ơng phẩm Thiết bị trao đổi
nhiệt (khí-khí)
Van giãn nở
4.4.5. Cụm thiết bị tách sản phẩm
Cụm thiết bị tách các sản phẩm sau khi làm lạnh gồm có:
- Tháp loại etan
- Tháp tách Condensate và Bupro - Tháp tách butan và propan.
4.4.6. Đề xuất sơ đồ chế biến khí Nam Côn Sơn
Từ những phân tích trên tác giả đề xuất so đồ công nghệ chế biến khí tự nhiên Nam Côn Sơn nh sau:
Tubor Expander- Compressor
Thiết bị trao đổi nhiệt (khí-khí)
khí khô thư ơng phẩm
Van giãn nở
Hình 4.1C: Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp có bình tách
khí đã loại nước bằng hấp phụ Tháp loại Etan Dòng nhập liệu Tháp tách Bupro và Cond
Hình ???Sơ đồ cụm thiết bị phân tách sản phẩm
Bupro
Cond khí thương
- Tách lỏng khí đầu vào sử dụng slug-catcher. - Tách các tạp chất cơ học sử dụng filter lọc.
- Tách nớc, sử dụng phơng pháp hấp phụ với chất hấp phụ là Zeolite.
- Sử dụng phơng pháp chế biến khí là phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong.
- Cụm phân tách sản phẩm bằng phơng pháp chng cất nhiệt độ thấp
Đợc trình bày ở sơ đồ hình 4.2 A, 4.2 B và 42.C A. Mô tả sơ đồ hình 4.2A.
Khí nguyên liệu và condensate nguyên liệu đợc đa vào thiết bị tách Slug- Catcher (SC). Tại đây dòng nguyên liệu sẽ đợc tách thành ba dòng gồm:
- SC-V: Dòng khí ra khỏi đỉnh thiết bị.
- SC-L: Dòng condensate thu đợc từ đáy thiết bị.
- SC-W: Dòng nớc đợc tách ra khỏi condensate, lấy ra ở đáy thiết bị.
Dòng SC-V đợc đa tới tháp hấp phụ V-06 để loại nớc nhằm hạ điểm sơng của khí, tránh sự hình thành hydrat trong quá trình làm lạnh sau.
Dòng khí sau khi đợc sấy khô đợc đa tới cụm thiết bị làm lạnh (ngng tụ). Cụm thiết bị này gồm các thiết bị trao đổi nhiệt E-14, E-100, cụm thiết bị giãn nở/nén Turbo Expander/Compressor (CC-01 Exp và CC-01 Comp) và tháp tách C-05. Dòng khí này đợc chia thành hai dòng:
- Dòng thứ nhất đợc đa vào thiết bị trao đổi nhiệt E-14 để trao đổi nhiệt với dòng khí lạnh đi ra từ tháp C-05, sau đó qua van giảm áp FV-101 và đi vào đỉnh tháp C-05.
- Dòng thứ hai đi qua thiết bị giãn nở Turbo-Expander (CC-01 Exp) giãn nở. Thiết bị này hoạt động dựa trên hiệu ứng Joule-Thomson, thông qua việc giảm áp làm cho nhiệt độ dòng khí giảm. Thiết bị nén CC-01 hoạt động dựa trên công do quá trình giãn nở khí ở CC-01 sinh ra. Dòng khí đi ra khỏi CC-01 Exp đợc đa vào đáy tháp C-05.
Dòng khí ra khỏi đỉnh tháp C-05 đợc trao đổi nhiệt ở E-14 và đợc nén đến áp suất của khí thơng phẩm tại CC-01 Comp và đợc đa đến đờng dẫn khí thơng phẩm.
Dòng lỏng ra khỏi C-05 sẽ đợc đa tới cụm phân tách sản phẩm gồm: - Tháp tách etan.
- Tháp tách Bupro và condensate. - Tháp tách propan và butan.
Tháp tách etan có hai dòng nhập liệu: - Dòng khí từ V-03.
- Dòng ra từ đáy của C-05. - Dòng lỏng từ V-03.
Tháp này có nhiệm vụ tách phần lớn C2- có trong khí nguyên liệu. Dòng sản phẩm khí ra khỏi tháp C-01 sẽ đợc trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu ở E-01 nhằm tận dụng nhiệt trớc khi đa vào đờng dẫn khí thơng phẩm.
Dòng lỏng ra khỏi C-01 chủ yếu là C3+ sẽ làm nguyên liệu cho tháp C-02. Tháp C-02 có nhiệm vụ tách condensate và Bupro ra khỏi nhau. Dòng condensate sẽ đợc đa tới thiết bị tồn chứa ở điều kiện cho phép. Dòng Bupro ra ở đỉnh sẽ làm nguyên liệu cho tháp tách C-03. Tại đây, butan và propan sẽ đợc tách ra khỏi nhau và đợc đa tới thiết bị tồn chứa ở những điều kiện đã quy định.