1 CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ Trường Đại học Công nghiệp TS. Nguyễn Mạnh Huấn 2 Cụng ngh ch bin khớ Cụng ngh ch bin khớ CHNG 5. CH BIN KH Hỡnh 1.1: Heọ thoỏng thu gom, xửỷ lyự dau khớ 3 Công nghệ chế biến khí Công nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Slug catcher: ống dài gây áp suất thấp trong ống dẫn khí khiến những dòng phun condensat tích tụ lại 4 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Khí thiên nhiên và khí đồng hành ứng dụng theo hai hướng: • - Làm nhiên liệu (khí khô) • - Nguyên liệu hóa học. • Khí béo chứa từ 50 đến 100% C 3+ được chế biến khác nhau. Trong chế biến khí trước tiên thu hồi xăng thiên nhiên (quá trình loại xăng). Sau khi loại xăng: khí (metan, etan, propan và butan) phân tách để thu được các H/C riêng lẻ. • Trong quá trình ổn đònh: thu LPG. 5 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Trong công nghiệp sử dụng các phương pháp hấp thụ, hấp phụ và nén để loại xăng. - Phương pháp hấp thụ: Ứùng dụng: khí có C 3+ > 100 g/m 3 . Các chất hấp thụ: sản phẩm chưng cất dầu Chất làm lạnh: amoniac hoặc propan lỏng ϕ C3 = 90%; ϕ của n- và iso-butan: 95 ÷98%. - Phương pháp hấp phụ: ứng dụng khi hàm lượng H/C nặng trong khí không cao (< 50g/m 3 ) 6 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ - Phương pháp nén: nén, sau đó làm lạnh ⇒ H/C nặng ngưng tụ, phân riêng. Phương pháp: rẻ, nhưng không thu hồi hoàn toàn H/C nặng. ⇒ ứng dụng kết hợp với các phương pháp khác: nén, tách các H/C nặng, khí tiếp tục được phân tách (chưng cất nhiệt độ thấp hoặc ngưng tụ nhiệt độ thấp). - Ngưng tụ nhiệt độ thấp: khí nén, làm lạnh, ngưng tụ một phần các H/C nặng nhất, vào tháp phân riêng ⇒ đ tách khí. Khí khô ể ⇒ ống dẫn khí, Phần ngưng tụ ⇒ tháp chưng cất, thu khí và xăng thiên nhiên. - Chưng cất nhiệt độ thấp: nén, làm lạnh, vào tháp chưng cất thu khí (C1 và C2) vào ống dẫn khí, và H/C nặng (khí xăng). Nhiệt độ trên của tháp chưng cất luôn âm, còn phần dưới nung nóng. ⇒ thu hồi hoàn toàn H/C nặng. 7 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ I. CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGƯNG TỤ I.1. Khái niệm chung Ngưng tụ khí là quá trình làm lạnh đẳng áp đến nhiệt độ xuất hiện pha lỏng. Đơn chất: điểm tới hạn ( T C và P C )⇒ T>T C , P >P C :trạng thái một pha, không thể chuyển sang trạng thái hai pha Khí đồng hành và khí thiên nhiên là hỗn hợp đa cấu tử ⇒ có vùng tới hạn Nhiệt độ và áp suất tới hạn ngưng tụ của hệ đa cấu tử : T và P cực đại có thể tồn tại hai pha. + Trong giảm đồ pha có vùng hỗn hợp thể hiện mình như đơn chất nhưng hỗn hợp chuyển pha trong một vùng nhiệt độ. + Quá trình nén hoặc nở đẳng nhiệt tương tự như các đơn chất nhưng pha lỏng hình thành hoặc bay hơi trong một vùng P + Vùng thoái hóa, quá trình ngưng tụ ngược. 8 Công nghệ chế biến khí Công nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ 9 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Xét quá trình ngưng tụ khí ngoài vùng tới hạn và cận tới hạn. + Khí có nhiệt độ ngưng tụ khác nhau ⇒ làm lạnh thành phần có T ngưng tụ cao nhất ở áp suất riêng phần của nó sẽ ngưng tụ trước tiên. + Nếu các thành phần tồn tại cân bằng: trước tiên thành phần T ngưng tu ï cao nhất sẽ ưu tiên ngưng tụ trước. Đặc tính quan trọng của khí H/C: hòa tan trong H/C lỏng ⇒ cả chất có nhiệt độ T hỗn hợp > T C cũng chuyển sang pha lỏng. Thí dụ: Hỗn hợp: 10% mol CH 4 và 90% mol C 3 H 8 ngưng tụ hoàn toàn ở T= 10 o C, P= 2,0 MPa. ⇒ CH4 (T C = -82 o C) sẽ chuyển sang thể lỏng ở 10 o C nếu có C 3 H 8 . Hòa tan khí và ngưng tụ khí - tỏa nhiệt. T giảm lượng chất lỏng tăng và chất lỏng giàu các chất dễ bay hơi hơn, pha khí cũng giàu các chất dễ bay hơi. Tiếp tục làm lạnh, quá trình tiếp tục đến ngưng tụ hoàn toàn. 10 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Mức độ ngưng tụ H/C tăng khi tăng P đẳng nhiệt hoặc giảm T đẳng áp. + Tăng P đẳng nhiệt mức ngưng tụ tăng nhưng S ngưng tụ giảm, + Giảm T đẳng áp: ngưng tụ tăng và độ lựa chọn ngưng tụ cao hơn . Để đạt được mức thu hồi ϕ kết hợp giữa P và T: + Ngưng tụ nhiệt độ thấp (NTNĐT) tiếp tục đến một mức độ ngưng tụ nào đó để đạt được ϕ cần thiết đối với nguyên tố cho trước. Thí dụ, ϕ C3 = 85% + Trong vùng P nhỏ: mức ngưng tụ tăng nhanh khi P tăng. Tiêáp tục tăng P cường độ tăng mức ngưng tụ giảm. + Trong vùng T cao mức ngưng tụ tăng nhanh hơn khi giảm Tä, sau đó tiếp tục giảm T tốc độ ngưng tụ giảm đi. + Mức ngưng tụ nào đó có thể đạt được bằng cách kết hợp T và P: Tăng P, T=const : mức ngưng tụ tăng lên, tiếp theo, hạ nhiệt độ đẳng áp. [...]... 25 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ 2.1 Sơ đồ nguyên tắc NTNĐT với thiết bò giảm áp turbin để chế biến khí thiên nhiên Hình V.8 Sơ đồ công nghệ NTNĐT với thiết bò giảm áp turbin 1,3 ,5- Tháp phân riêng; 2- trao đổi nhiệt hoàn nguyên; 4- thiết bò giảm áp turbin; 6- máy nén chất làm lạnh giảm áp turbin I- Khí nguyên liệu; II - khí khô; III- condensat 26 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN...Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ Hình V.1 Sự phụ thuộc mức ngưng tụ vào nhiệt độ và áp suất 11 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ Sơ đồ nguyên tắc chế biến khí bằng phương pháp NTNĐT gồm: nén đến P; làm khô; làm lạnh đến T để tạo hai pha; tách; khí khô đi sử dụng, pha lỏng đi loại etan hoặc metan (C3+ , C2) Hình V.2 Sơ đồ nguyên tắc chế biến khí bằng phương pháp... T= - 45 ÷ -75oC [C3+] > 70 ÷ 75 g/m3, ϕ C3+ cao ⇒ lượng nhiệt lạnh do giảm P không đủ ⇒ làm lạnh thêm Đặc điểm của thiết bò giảm áp suất turbin: Mức giảm áp cho phép, 2 ÷ 3 ,5 Giảm nhiệt độ, oC 26 ÷ 48 Độ hóa lỏng khí, % 5 ÷ 20 Độ nén khí do năng lượng tạo ra từ giảm P 1,3 ÷ 1 ,5 P tại cửa vào thiết bò giảm P turbin, MPa 1,103 ÷ 9,240 32 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ II CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG... 4,7,10 tháp phân riêng; 5, 6 - trao đổi nhiệt; 8- tháp phong hóa; 9- thiết bò giảm áp turbin; 11 - tháp demetan; 12 - nồi sôi lại; 13 - máy nén khí làm việc bằng năng lượng từ thiết bò giảm áp turbin 9; 14 31 máy nén khí; 15 - máy làm lạnh không khí I- Khí nguyên liệu; II- phân đoạn hydrocarbon C2+; III- khí khô Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ Ứng dụng các công nghệ NTNĐT với chu trình... Trong giai đoạn II: nhiệt độ thấp hơn - tiết lưu dòng lỏng - Làm lạnh hỗn hợp nội và ngoại ứng dụng cho khí có độ béo trung bình (C 3+ ≈ 300 g/m3) Khí có hàm lượng C3+ > 70 ÷ 75 g/m3 và cần có ϕ cao ⇒ ứng dụng làm lạnh hỗn hợp 15 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ I.2 Sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp (NTNĐT) •1 Ngưng tụ làm lạnh ngoại 1.1 Sơ đồ ngưng tụ một... CH4 (20 ÷70% t.t), C2H6 (30 ÷ 75% t.t.) và C3H8 < 5% t.t -Đáy: C3+ ⇒ propan, butan, pentan và khí xăng (C5+) hoặc khí dân dụng 19 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ 1.2 Sơ đồ NTNĐT một giai đoạn, chất làm lạnh hỗn hợp, nhận C3+ Đặc điểm: - Chất làm lạnh nhận được trực tiếp trong sơ đồ - Công suất khí 1 tỷ m3/năm, ϕ C3 = 84% -Tăng phân tử lượng chất làm lạnh công suất làm lạnh của nó tăng ⇒... 1- Máy nén khí nguyên liệu; 2- cụm làm khô khí; 3- cụm làm lạnh; 4- tháp tách; 5- tháp deetan hóa (hoặc demetan hóa) I- Khí nguyên liệu áp suất thấp; II- khí nguyên liệu áp suất cao; III- khí nguyên liệu đã làm khô; IV12 hỗn hợp hai pha lỏng – hơi lạnh; V- khí khô; VI- phần ngưng tụ; VII- phân đoạn hydrocarbon; VIIIkhí hydrocarbon từ tháp deetan hóa Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ Phân... hợp 24 Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ 2 Ngưng tụ làm lạnh trong (nội) Chế biến khí với [C3+] < 70 ÷ 75 g/m3 : NTNĐT với nguồn lạnh duy nhất là thiết bò giãn nở turbin ⇒ thu hồi sâu: C2, C3 và C4+ Sơ đồ tiêu biểu : - nén khí nguyên liệu; - làm khô khí; - trao đổi nhiệt ; - phân riêng áp suất cao; - giảm áp turbin + phân riêng áp suất thấp; - demetan và deetan hóa; - nén khí khô để đưa... dụng chu trình propan Hình V .5 Sơ đồ NTNĐT với chu trình gồm các chất làm lạnh hỗn hợp 1,4 - Máy nén khí; 2 ,5 - máy lạnh không khí, 3,6,9 - trao đổi nhiệt; 7 - thiết bò làm lạnh bằng chất làm lạnh hỗn hợp; 8,10 - tháp 20 n phâ riêng; 11- tháp deetan; 12 - bể chứa; 13,14 - van tiết lưu I - Khí nguyên liệu; II - khí khô; III – C Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ 1.3 Sơ đồ NTNĐT một giai đoạn,... - Tháp tách; 2 - máy nén; 3 - máy lạnh không khí; 5 - cụm làm khô; 6,8- trao đổi nhiệt; 7,12, 15 - làm lạnh bằng propan; 9 - làm lạnh bằng etan; 11 - tháp demetan; 13, 16 - bể chứa; 14 - tháp deetan 21 I- Khí nguyên liệu; II - khí khô; III - phân đoạn hydrocarbon; IV etan thương phẩm Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5 CHẾ BIẾN KHÍ Tháp demetan hóa: P = 3 ,5 ÷ 4,0 MPa, T13 = -60 ÷ -90oC, xác đònh ϕ C2 . tụ ngược. 8 Công nghệ chế biến khí Công nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ 9 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Xét quá trình ngưng tụ khí ngoài vùng. 11 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Hình V.1. Sự phụ thuộc mức ngưng tụ vào nhiệt độ và áp suất 12 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ. ÷ 75% t.t.) và C 3 H 8 < 5% t.t - Đáy: C3+ ⇒ propan, butan, pentan và khí xăng (C5+) hoặc khí dân dụng. 20 Cơng nghệ chế biến khí Cơng nghệ chế biến khí CHƯƠNG 5. CHẾ BIẾN KHÍ Hình V .5.