Tài liệu đồ án tốt nghiệp tính toán lựa chọn công nghệ tối ưu và các thông số cơ bản của tháp tách etan từ nguồn khí nam côn sơn 2

Rị a- Vũ ng Tà TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM …..………………… u BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐH Bà TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ TỐI ƯU VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP TÁCH ETAN TỪ NGUỒN KHÍ NAM CÔN SƠN 2 Tr ườ ng Giảng viên hướng dẫn: Th.S MAI XUÂN BA Sinh viên thực hiện: HOÀNG TRUNG KIÊN Lớp: DH08H1 Khoá học: 2008 – 2012 Tp Vũng Tàu, tháng 07 năm 2012 Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba u LỜI MỞ ĐẦU Tà Thực hiện theo chiến lược phát triển ngành Công nghiệp khí Việt Nam giai đoạn 2011 – 2025 được Thủ Tướng Chính phủ phê duyệt tại quyết định số 459/QĐ-TTg ngày 30/3/2011, Hiện nay Tập Đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) đã và đang triển khai đồng bộ tất cả các khâu trong dây chuyền công nghiệp khí từ Vũ ng khai thác, vận chuyển, chế biến, tiêu thụ và từng bước đa dạng hóa các hộ tiêu thụ khí. Nguồn cung cấp khí chính hiện nay cho các hộ tiêu thụ thuộc khu vực Đông Nam Bộ chủ yếu từ hai bể là Cửu Long và Nam Côn Sơn, nguồn khí này được vận chuyển theo hệ thống đường ống Rạng Đông - Bạch Hổ - Long Hải Dinh Cố - Phú Mỹ, Lan Tây – Long Hải - Dinh Cố - Phú Mỹ - Nhơn Trạch và a- đường ống thấp áp Phú Mỹ - Mỹ Xuân - Gò Dầu tới các hộ tiêu thụ ở Bà Rịa Vũng Tàu – TP Hồ Chí Minh. Theo dự báo sản lượng sản phẩm khí như: LPG sẽ thiếu hụt khoảng Rị 300000 tấn/năm và phải nhập khẩu từ nước ngoài, sản lượng khí khô sẽ thiếu hụt theo nhu cầu của các nhà máy điện và các hộ tiêu thụ công nghiệp khu vực Nam Bộ ngày càng tăng, nhất là miền Đông Nam Bộ từ khoảng 0.79 tỷ m3 năm 2010 Bà tăng dần lên 1.7 tỷ m 3 năm 2016 và 5.7 tỷ m3 năm 2025. Ngoài ra theo dự báo bắt đầu từ năm 2017 Nhà máy sản xuất Olefin tại khu lọc hóa dầu Long Sơn sẽ đi vào hoạt động và cần một lượng lớn nguyên liệu Ethane để sản xuất Ethylene ĐH phục vụ cho hóa dầu. Do vậy Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam đang tích cực triển khai dự án xây dựng đường ống dẫn khí NCS2 để đưa khí từ các mỏ Hải Thạch/Mộc Tinh về bờ nhằm bổ sung nguồn thiếu hụt nêu trên và xây dựng các phương án đa dạng hóa các sản phẩm từ khí. ng Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại nước ta chỉ mới có 2 nhà máy chế biến khí là Nhà máy Chế biến Khí Dinh Cố và NCS1 đang hoạt động. Đặc điểm chung ườ của 2 nhà máy này là sử dụng các nguồn nguyên liệu từ các mỏ khí thuộc bể Cửu Long và NCS1 có hàm lượng CO2 và lưu huỳnh rất thấp và áp dụng công nghệ làm lạnh trong (sử dụng van giảm áp, hiệu ứng giãn nỡ qua Turbo Expander kết Tr hợp với tận thu nhiệt lạnh trong hệ thống) để thu hồi các sản phẩm lỏng nên hiệu suất thu hồi LPG chưa cao và không được thiết kế để có khả năng thu hồi sản phẩm Ethane trong khí. Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba Xuất phát từ nhu cầu cấp thiết hiện nay và được sự đồng ý chấp thuận của u Trường Đại Học Bà Rịa- Vũng Tàu và Th.S Mai Xuân Ba, tôi chọn chuyên đề Tà “TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ TỐI ƯU VÀ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP TÁCH ETAN TỪ NGUỒN KHÍ NAM CÔN SƠN 2” nhằm mục đích là ứng dụng kiến thức về công nghệ chế biến khí, các quá trình Vũ ng thiết bị nói chung và ứng dụng phần mềm chuyên dụng nói riêng để tính toán, lựa chọn công nghệ thích hợp chế biến khí từ nguồn NCS2 thành các sản phẩm Khí khô, Ethane, LPG và Condensate làm cơ sở định hướng cho việc xem xét thiết kế Nhà máy chế biến Khí NCS2 sau khi hoàn thành dự án xây dựng đường ống. 1. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI a- Tìm hiểu tổng quan về ngành công nghiệp khí của Việt Nam và đánh giá về khả năng cung cầu các sản phẩm khí trong tương lai. Tìm hiểu về công nghệ chế biến khí và chức năng nhiệm vụ, phạm vi áp Rị dụng của các quá trình trong dây chuyền công nghệ chế biến khí. Đánh giá đặc tính kỹ thuật các mỏ khí thuộc bể NCS2 dự kiến sẽ được đưa Bà vào vận hành trong thời gian tới. Xác định các yêu cầu về chất lượng liên quan đến các sản phẩm khí từ nguồn khí NCS2 trên cơ sở đó lựa chọn công nghệ thích hợp cho nhà máy chế biến khí NCS2. ĐH Tìm hiểu ứng dụng của phần mềm Hysys và cách thức sử dụng phần mềm Hysys để mô phỏng các thiết bị, quá trình công nghệ trong chế biến dầu mỏ và khí đốt. ng Xây dựng mô hình mô phỏng Nhà máy xử lý khí NCS2 để thu hồi các sản phẩm như: Khí khô, ethane, LPG và condensate trên phần mềm hysys, kết nối các module thiết bị chính trong công nghệ thành sơ đồ hoàn chỉnh đảm bảo độ tin ườ cậy từ đó làm cơ sở cho quá trình tính toán, đánh giá và lựa chọn công nghệ tối Tr ưu cho Nhà máy. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thu thập các số liệu về sản lượng, thành phần của các mỏ khí thuộc đường ống dẫn khí NCS2 dự kiến đưa vào hoạt động. Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba Trên cơ sở đặc tính kỹ thuật của nguồn nguyên liệu đầu vào Nhà máy u NCS2 đánh giá lựa chọn công suất và cấu hình thiết kế Nhà máy NCS2 nhằm Tà đảm bảo chất lượng các sản phẩm khí đầu ra. Sử dụng phầm mềm Hysys 7.1 xây dựng các mô hình mô phỏng nhà máy chế biến khí NCS2 trên cơ sở công suất và cấu hình thiết kế được lựa chọn làm Vũ ng cơ sở tính toán lựa chọn phương án công nghệ tối ưu. Xây dựng phương pháp luận tính toán lựa chọn sơ đồ công nghệ tối ưu thông qua các dữ liệu về hiệu suất thu hồi các sản phẩm và chi phí vận hành đối với từng phương án lấy từ kết quả mô phỏng công nghệ. Trên cơ sở sơ đồ công nghệ tối ưu được lựa chọn, khảo sát tính toán các a- thông số vận hành chính ảnh hưởng đến hiệu quả thu hồi sản phẩm lỏng của Nhà máy và trên cơ sở đó xác định các thông số vận hành tối ưu nhất. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Rị 3. Thu thập và đánh giá các số liệu về đặc tính kỹ thuật của các mỏ khí đưa Bà vào vận hành trong dự án NCS2. Thu thập số liệu về đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra. ĐH Lựa chọn công nghệ, thiết bị chế biến khí NCS2 để đạt chất lượng sản phẩm như mong muốn. Tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng như đã thiết kế. ng Xây dựng phương pháp luận để đánh giá kinh tế kỹ thuật của từng phương Sử dụng chức năng Databook để khảo sát các thông số vận hành tối ưu. Tr ườ án mô phỏng. Trên cơ sở đó lựa chọn công nghệ tối ưu nhất. Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên u LỜI CÁM ƠN Qua thời gian học kiến thức ở nhà trường và thực tập tại Nhà máy xử lý khí Tà Dinh Cố. Em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Tính toán lựa chọn công nghệ tối ưu và các thông số cơ bản của tháp tách Etan từ nguồn khí Nam Côn Sơn 2” Trong thời gian làm đồ án em đã nhận được sự hướng dẫn hết sức tận tình về Vũ ng lý thuyết và công nghệ mô phỏng nhằm lựa chọn công nghệ tối ưu cho việc chế biến dòng nguyên liệu đầu vào đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Em chân thành cám ơn Thầy Mai Xuân Ba giảng viên bộ môn “ Thiết kế mô phỏng công nghệ chế biến Dầu khí”, các giảng viên khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. a- Tuy nhiên với kinh nghiệm còn hạn chế chắc chắn em sẽ không tránh khỏi những sai sót. Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo để đề tài Chân thành cám ơn! Rị đạt kết quả tốt hơn. Tr ườ ng ĐH Bà Vũng Tàu, tháng 7 năm 2012 SVTH: Hoàng Trung Kiên Sinh viên thực hiện Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba MỤC LỤC u Mở đầu Tà CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỒNG HÀNH VÀ KHÍ TỰ NHIÊN ...................... 1 1.1. Khái niệm và thành phần khí đồng hành................................................... 1 1.1.1 Khái niệm .............................................................................................. 1 Vũ ng 1.1.2. Phân loại................................................................................................ 1 1.2. Tính chất của khí ......................................................................................... 1 1.2.1. Tính chất hóa học .................................................................................. 1 1.2.2. Tính chất lý học..................................................................................... 2 1.2.3. Các sản phẩm của quá trình chế biến khí ............................................... 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH KHÍ VIỆT NAM..................................... 5 a- 2.1. Giới thiệu về công nghiệp khí Việt Nam ...................................................... 5 2.2. Các nguồn cung cấp khí thiên nhiên hiện nay ............................................. 5 Rị 2.2.1. Bể cửu long ........................................................................................... 5 2.2.2. Bể Nam Côn Sơn................................................................................... 6 2.2.3. Bể Malay – Thổ Chu ................................................................................ 7 Bà 2.3. Các dự án khí đang vận hành....................................................................... 7 2.3.1. Dự án khí Cửu Long.............................................................................. 7 2.3.2. Dự án khí Nam Côn Sơn 1..................................................................... 9 ĐH 2.3.3. Dự án khí PM3 Cà Mau....................................................................... 10 2.4. Nguồn khí Nam Côn Sơn 2 ......................................................................... 10 2.4.1. Nguồn khí đường ống Nam Côn Sơn 2 ................................................ 10 2.4.2. Nhà máy xử lý khí Nam Côn Sơn 2 ..................................................... 10 ng 2.5. Đánh giá khả năng nhu cầu các sản phẩm hiện nay................................. 11 2.5.1. Nhu cầu tiêu thụ của các sản phẩm khí ................................................ 11 2.5.2. Nguồn cung các sản phẩm khí hiện nay .............................................. 14 ườ CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM HYSYS ............................................. 16 3.1. Tiện ích của phần mềm mô phỏng.............................................................. 16 Tr 3.2. Phần mềm Hysys ......................................................................................... 16 3.2.1. Giới thiệu về phần mềm Hysys ............................................................ 16 3.2.2. Ứng dụng của Hysys ........................................................................... 17 Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba 3.3. Các thao tác để tiếp cận với môi trường trong Hysys................................ 18 u 3.3.1. Các bước tiến hành mô phỏng trong Hysys.......................................... 18 Tà 3.3.2. Các bước cơ bản để vào trường mô phỏng của Hysys .......................... 18 3.3.3. Mô phỏng dòng và thiết bị trong mô hình hóa tĩnh .............................. 21 3.3.4. Tìm hiểu về PFD ................................................................................. 23 Vũ ng 3.3.5. Tùy biến của Workbook ...................................................................... 25 3.3.6. Tìm một dòng hay thiết bị.................................................................... 27 3.3.7. Databook............................................................................................. 28 CHƯƠNG 4: NGUỒN KHÍ NCS 2 VÀ CƠ SỞ LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ .................................................................................................................... 31 4.1. Nhu cầu về sản phẩm Etan và cơ sở thực hiện đồ án ................................ 31 a- 4.2. Xác định quy mô công suất hệ thống tách Etan......................................... 32 4.3. Tổng quan về dự án khí Nam Côn Sơn 2 dự kiến...................................... 33 4.3.1. Nguyên liệu đầu vào nhà máy NCS 2 .................................................. 33 Rị 4.3.2. Đặc điểm nguyên liệu đầu vào nhà máy NCS 2 ................................... 34 4.4. Đặc tính kỹ thuật của nguyên liệu .............................................................. 35 Bà 4.4.1. Đặc tính nguyên liệu mỏ Đại Hùng...................................................... 35 4.4.2. Đặc tính khí và Condensate vào nhà máy Nam Côn Sơn 2................... 36 4.5. Đặc tính kỹ thuật các sản phẩm khí của nhà máy NCS 2 ......................... 37 4.5.1. Đặc tính kỹ thuật của khí khô thương phẩm......................................... 37 ĐH 4.5.2. Đặc tính kỹ thuật của Etan thương phẩm ............................................. 37 4.5.3. Đặc tính kỹ thuật của LPG thương phẩm ............................................. 38 4.5.4. Đặc tính kỹ thuật của Condensate thương phẩm .................................. 39 4.6. Biện luận lựa chọn công nghệ thiết bị cho nhà máy NCS 2....................... 39 ng 4.6.1. Lựa chọn thiết bị tách lỏng khí đầu vào ............................................... 39 4.6.2. Lựa chọn thiết bị loại các tạp chất cơ học trong khí ............................. 40 ườ 4.6.3. Lựa chọn hệ thống làm sạch khí CO2 có trong khí nguyên liệu ............ 41 4.6.4. Lựa chọn phương pháp làm khô khí..................................................... 42 Tr 4.6.5. Biện luận lựa chọn phương pháp làm lạnh khí ..................................... 44 4.6.6. Lựa chọn sơ đồ chưng cất phân đoạn các sản phẩm ............................. 46 Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba 4.7.1. Phương án 1: Làm lạnh Sale Gas đầu ra sau khi đã tách LPG và u 4.7. Đề xuất sơ đồ công nghệ tối ưu tách Etan từ nhà máy xử lý khí NCS 2............ 46 Tà Condensate để thu hồi Ean ................................................................................... 48 4.7.2. Phương án 2: Làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngày từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer không có máy nén khí Vũ ng tuần hoàn ............................................................................................................. 53 4.7.3. Phương án 3: Làm lạnh sâu để tách Etan từ nguồn nguyên liệu khí NCS2 ngày từ đầu kết hợp với tháp hấp thụ Demethanizer có máy nén khí tuần hoàn ..................................................................................................................... 54 CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ TỐI ƯU TÁCH ETAN TỪ KHÍ NCS 2 ..................................................................................... 56 a- 5.1. Phương pháp luận tính toán lựa chọn sơ đồ công nghệ tối ưu.................. 56 5.2. Phương pháp mô phỏng.............................................................................. 57 5.3. Kết quả tính toán mô phỏng ....................................................................... 58 Rị 5.3.1. Xác định nhiệt độ làm lạnh bằng chu trình Propan............................... 58 5.3.2. Chất lượng sản phẩm Etan................................................................... 59 Bà 5.3.3. Sản lượng các sản phẩm của từng phương án....................................... 60 5.3.4.Năng lượng tiêu tốn cho từng phương án.............................................. 61 5.3.5. Khả năng đấu nối khi dự án đi vào hoạt động ...................................... 65 5.4. Nhận xét và đánh giá lựa chọn công nghệ tối ưu ....................................... 67 ĐH 5.5. Tính toán xác định các thông số vận hành tối ưu ...................................... 68 5.5.1. Mục đích lựa chọn thông số vận hành tối ưu........................................ 68 5.5.2. Nguyên tắc thực hiện khảo sát ............................................................. 69 5.5.3. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đầu vào đến khả năng thu hồi Etan .... 69 ng 5.5.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ khí đầu vào.................................................... 70 5.5.5. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ dòng khí sau khi qua chu trình làm ườ lạnh ngoài bằng Propan đến khả năng thu hồi Etan .............................................. 71 5.5.6. Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chia dòng qua thiết bị trao đổi nhiệt E- Tr 104p/ Turbo Expander CC-01 .............................................................................. 72 5.5.7. Áp suất vận hành tháp hấp thụ T-100................................................... 73 5.5.8. Các thông số của tháp Demethanizer C-01 .......................................... 74 4.5.9. Các thông số của tháp Deethanizer C-02.............................................. 76 Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỞ BẢN CỦA THÁP TÁCH ETANE .. 77 u 6.1. Nguyên liệu đầu vào .................................................................................... 77 Tà 6.1.1. Nguyên liệu ......................................................................................... 77 6.1.2. Nhiệt độ áp suất nguyên liệu ban đầu................................................... 78 6.2. Yêu cầu phân tách....................................................................................... 79 Vũ ng 6.3. Tính toán các thông số hoạt động của tháp tách Etane............................. 80 6.3.1. Tính toán các thông số hoạt động của đỉnh tháp................................... 80 6.3.2. Tính toán các thông số hoạt động của đáy tháp.................................... 81 6.3.3. Tính toán các thông số hoạt động của Reboiler.................................... 82 6.3.4. Kết luận chung về điều kiện hoạt động của tháp .................................. 83 6.4. Tính số đĩa thực tế của tháp tách Etan C-02.............................................. 83 a- 6.4.1. Tính số đĩa lý thuyết theo phương pháp FUG ...................................... 83 6.4.2. Tìm Nmin .............................................................................................. 84 6.4.3. Tìm Rmin .............................................................................................. 84 Rị 6.4.4. Tính hiệu suất tháp và số đĩa thực tế .................................................... 84 6.4.5. Xác định vị trí nạp liệu ........................................................................ 88 Bà 6.5. Tính chất của dòng hơi, dòng lỏng và nhiệt tải.......................................... 89 6.5.1. Tính tải nhiệt bình ngưng..................................................................... 89 6.5.2. Tải nhiệt của nồi tái đun Reboiler ........................................................ 92 6.6. Tính đường kính tháp ................................................................................. 96 ĐH 6.6.1. Khối lượng riêng ................................................................................. 96 6.6.2. Lưu lượng............................................................................................ 96 6.6.3. Hệ số ngập lụt FF ................................................................................ 97 6.6.4. Yếu tố hệ thống SF.............................................................................. 97 ng 6.6.5. Vận tốc thiết kế trong ống chảy chuyền ............................................... 97 6.6.6. Yếu tố công suất hơi CAF ................................................................... 98 ườ 6.6.7. Tải dòng Vload ...................................................................................... 98 6.7. Tính chiều cao toàn tháp............................................................................. 99 Tr 6.8. Tính đường kính các ống dẫn của tháp...................................................... 99 6.8.1. Đường kính ống dẫn nguyên liệu ......................................................... 99 6.8.2. Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh................................................... 100 6.8.3. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy.................................................... 100 Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba 6.8.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm hồi lưu đỉnh....................................... 101 u 6.8.5. Đường kính ống dẫn sản phẩm hồi lưu đáy........................................ 102 Tà 6.9. Tính bề dày thân, đỉnh, đáy tháp.............................................................. 102 6.10.Tính toán thiết kế mâm van..................................................................... 104 6.10.1. Tính chiều dài gờ chảy tràn.............................................................. 105 Vũ ng 6.10.2. Tính số đĩa trên mâm ....................................................................... 105 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................106 Tr ườ ng ĐH Bà Rị a- TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 107 Chuyên ngành Hóa dầu SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba u TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất. NXB Khoa Tà học và kỹ thuật. Tập 1. Năm 2006. [2]. Tập thể tác giả. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất. NXB Khoa Vũ ng học và kỹ thuật. Tập 2. Năm 2006. [3]. GS.TSKH Nguyễn Bin. Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm. NXB Khoa học và kỹ thuật. Tập 4. Năm 2008. [4]. Võ Thị Ngọc Tươi – Hoàng Minh Nam. Chưng cất hỗn hợp nhiều cấu tử. NXB ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh. Tập 14. Năm 2007. a- [5]. John M.Campbell. Gas Conditioning and Processing . Pushlish Campell Petroleum Seriver. Vol 1. 1992. [6]. Xí nghiệp khai thác dầu khí VietsoPetro và Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Rị Minh. Giáo trình công nghệ, NXB Đại học quốc gia Tp.Hồ Chí Minh. Năm 2008. [7]. MA. Berlin – VG. Gortrencốp – HP. Volcốp. Công nghệ chế biến khí thiên Bà nhiên và khí dầu mỏ. NXB Trường ĐH Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Năm 2006. [8]. Nguyễn Thị Minh Hiền. Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành. NXB Khoa học kỹ thuật. Năm 2006. ĐH [9]. Phạm Hùng Viêt. Bài tập Hóa kỹ thuật. NXB Khoa học và kỹ thuật. Tập 1. Năm 2006. [10]. David S.J. Stan Jones. Handbook of Petroleum Processing. UOP LLC ng Illionis U.S.A. [11]. Hồ Lê Viên. Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị Hóa chất và Dầu khí. NXB Khoa học và kỹ thuật. Năm 2006. ườ [12]. Phan Tử Bằng. Giáo trình công nghệ lọc dầu. NXB Xây dựng. Năm 2002. [13]. A.А. Кузнецов; С.М. Кагерманов; Е.Н. Судаков. Расчеты Tr процессов и аппаратов нефтеперебатывающей промышленности. Химия – 1974. 38,39. Chuyên ngành Hóa dầu 107 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 BẢNG 1.1. Yêu cầu kỹ thuật của khí khô thương phẩm BẢNG 1.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với LPG Vũ ng BẢNG 1.3. Yêu cầu kỹ thuật đối với Condensate thương phẩm Tà u DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH, BẢN VẼ BẢNG 2.1. Một số tính chất hóa lý quan trọng của Glycol BẢNG 2.2. Ưu điểm và nhược điểm của từng loại chất hấp thụ BẢNG 2.3. Một số tính chất của chất hấp phụ dùng để hút ẩm BẢNG 2.4. Các tính chất hóa lý cơ bản của dung môi alkanolamin BẢNG 3.2. Hiệu suất thu hồi Etan a- BẢNG 3.1. Thành phần của hỗn hợp khí cần phân tách BẢNG 3.3. Sản lượng của từng phương án Rị BẢNG 3.3. Chất lượng sản phẩm Etan BẢNG 3.4. Tổng năng lương tiêu thụ cho từng phương án BẢNG 4.1. Thành phần nguyên liệu vào tháp tách Etan Bà BẢNG 4.2. Khối lượng riêng của hơi nhập liệu BẢNG 4.3. Thành phần phần trăm các cấu tử cần phân tách BẢNG 4.4. Nồng độ phần mol và lưu lượng mỗi cấu tử trong các dòng sản phẩm ĐH BẢNG 4.5. Số liệu liên quan tính nhiệt độ bình ngưng BẢNG 4.6. Số liệu liên quan tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất BẢNG 4.7. Tính toán nhiệt độ đáy tháp BẢNG 4.8. Tính toán nhiệt độ Reboiler ng BẢNG 4.9. Cân bằng lỏng – hơi của nguyên liệu BẢNG 4.10. Tính độ nhớt của khí ở 27,50C và 1 atm ườ BẢNG 4.11. Tính nhiệt độ và áp suất rút gọn của hỗn hợp khí BẢNG 4.12. Tính độ nhớt của hỗn hợp lỏng ở 27,50C và 1 atm Tr BẢNG 4.13. Khối lượng riêng của dòng hơi V2 BẢNG 4.14. Khối lượng riêng của dòng lỏng L2 BẢNG 4.15. Khối lượng riêng của dòng hơi V32 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp – Khóa III- Năm 2008-2012 u BẢNG 4.16. Khối lượng riêng của dòng lỏng L31 HÌNH 2.1. Mô hình hấp phụ Tà HÌNH 2.2. Sơ đồ công nghệ loại nước HÌNH 2.3. Sơ đồ công nghệ làm ngọt khí HÌNH 2.5. Giản đồ trạng thái hệ nhiều chất Vũ ng HÌNH 2.4. Giản đồ hệ một chất HÌNH 2.6. Sơ đồ công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp bậc 1 HÌNH 2.7. Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp bậc 3 HÌNH 2.8. Sơ đồ công nghệ tách C3+ sử dụng hiệu ứng giãn nở HÌNH 2.9. Sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh tổ hợp HÌNH 2.11. Sơ đồ chưng cất bay hơi a- HÌNH 2.10. Sơ đồ nguyên tắc công nghệ hấp thụ Rị HÌNH 2.12. Sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp có 2 đường nguyên liệu HÌNH 3.1. Sự phụ thuộc của hiệu suất thu hồi Etan vào nhiệt độ dòng Propan HÌNH 3.2. Năng lượng tiêu thụ của các phương án Bà HÌNH 3.3. Công suất tiêu thụ của chu trình Propan HÌNH 4.1. Sơ đồ dòng tại đỉnh tháp chưng cất HÌNH 4.2. Sơ đồ dòng đáy tháp ĐH HÌNH 4.3. Cấu tạo gờ chảy tràn L HÌNH 4.4. Bố trí van trên mâm BẢN VẼ SỐ 01. Sơ đồ vận hành chế độ MGPP của nhà máy xử lý khí Dinh Cố BẢN VẼ SỐ 02. Sơ đồ công nghệ tách Etan Tr ườ ng BẢN VẼ SỐ 03. Bản vẽ chi tiết tháp chưng cất Etan SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỒNG HÀNH VÀ KHÍ TỰ NHIÊN Tà 1.1. Khái niệm và thành phần u CHƯƠNG 1 1.1.1. Khái niệm Khí đồng hành và khí tự nhiên là hỗn hợp những hydrocacbon có thành Vũ ng phần chủ yếu là: Metane, Etane, Propane,Butane…, CO2, N2, H2S ngoài ra có thể lẫn tạp chất và hơi nước. Trong đó hàm lượng Metane chiếm khoảng 80 -90%. 1.1.2. Phân loại 1.1.2.1. Phân loại theo mức độ chứa khí Axit. - Khí chua: là khí có chứa hàm lượng H2S > 1% thể tích và hàm lượng khí CO2 > 2% thể tích. a- - Khí ngọt: là khí có chứa hàm lượng H2S < 1% thể tích và hàm lượng khí CO2 < 2% thể tích. 1.1.2.2. Phân loại theo hàm lượng C3+ Rị - Khí béo: là khí có hàm lượng C3+ > 150g/ cm3 có thể sản xuất ra khí hóa lỏng CNG, khí dầu mỏ và một số hydrocacbon riêng biệt cho công Bà nghệ hóa dầu. - Khí gầy: là khí có hàm lượng C3+ < 150g/ cm3 dùng làm nhiên liệu cho các ngành công nghiệp. 1.1.2.3. Phân loại theo hàm lượng C2+ ĐH - Khí khô: là khí có hàm lượng C2+ < 10% thể tích. - Khí ẩm: là khí có hàm lượng C2+ > 10% thể tích. 1.2. Tính chất của khí 1.2.1. Tính chất hóa học ng Các hydrocacbon trong khí là các hydrocarbon no nên có đầy đủ tính chất của các hydrocacbon no. Ở điều kiện thường chúng có cấu trúc rất bền vững Tr ườ có liên kết C-C và H-H, C-H không phân cực hoặc ít phân cực: - Phản ứng halogen hóa R-H + X-X  R-X + HX - Phản ứng Nitro hóa R-H + HO-NO2  Chuyên ngành Hoá dầu R-NO2 + H2O 1 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba - Phản ứng Sunfua hóa R-SO3-H + H2O R-R’ + H-H  Tà - Phản ứng hydoro hóa cắt mạch R-H + R’-H - Phản ứng nhiệt phân R-CH=CH2 + R’-H Vũ ng R-CH2-CH2-R’  - Phản ứng cháy R-H + O2  u R-H + HO-HSO3 CO2 + H2O + Q 1.2.2. Tính chất lý học. 1.2.2.1. Áp suất hơi bão hòa Là áp suất ở trạng thái bay hơi cực đại, khi tốc độ bay hơi và ngưng tụ trên a- bề mặt chất lỏng bằng nhau. Áp suất hơi bão hòa của hỗn hợp khí có thể tính theo Rị công thức sau: Pi là áp suất riêng phần của từng cấu tử trong hỗn hợp Với Xi là nồng độ phần mol của từng cấu tử trong hỗn hợp Bà Áp suất bão hòa của dung dịch càng lớn thì hỗn hợp càng dễ bay hơi. 1.2.2.2. Khối lượng riêng và tỷ khối Khối lượng riêng là khối lượng tính ra kg của 1 m3 khí ở điều kiện ĐH nhiệt độ và áp suất cho trước. Được tính bằng công thức: Trong đó: M: khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp khí ng P: Áp suất của hỗn hợp khí T: Nhiệt độ của hỗn hợp khí ườ R: Hằng số khí Z: Hệ số nén của hỗn hợp khí 1.2.2.3. Hàm ẩm và điểm sương của khí Tr Khí đồng hành từ mỏ luôn có lượng hơi nước bão hòa hàm lượng hơi nước bão hòa trong khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất, thành phần khí. Hàm ẩm tương ứng với trạng thái khí bão hòa hơi nước được gọi là hàm ẩm cân bằng. Để Chuyên ngành Hoá dầu 2 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba biểu diễn hàm lượng hơi nước có trong khí người ta dung hai khái niệm là: Độ ẩm u tuyệt đối và độ ẩm tương đối. Tà - Độ ẩm tuyệt đối: là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích hoặc một đơn vị khối lượng. - Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong khí và Vũ ng lượng hơi nước tối đa có thể có trong khí ở điều kiện bão hòa. Điểm sương: Là nhiệt độ mà tại đó hỗn hợp khí bắt đầu xuất hiện những giọt lỏng đầu tiên. 1.2.2.3. Độ nhớt Là đại lượng đặc trưng cho mức cản trở giữa hai lớp lưu chất khi chúng chuyển động tương đối với nhau. Đơn vị đo là cSt hoặc cp. a- Độ nhớt phụ thuộc vào bản chất, nhiệt độ, áp suất, nồng độ. Nên việc tính toán hết sức phức tạp. Độ nhớt ảnh hưởng lớn đến quá trình chuyển pha trong hỗn Rị hợp nên khi tính toán thiết bị dầu khí người ta thường tính toán một giá trị gần đúng. 1.2.2.4. Trạng thái tới hạn của khí Bà - Nhiệt độ tới hạn ( TC) Một chất có thể chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng khi nhiệt độ giảm, áp suất tăng trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn một giá trị nào đó. Nếu vượt ĐH quá nhiệt độ đó thì không thể biến hơi thành lỏng ở bất kỳ áp suất nào. Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ tới hạn. - Áp suất tới hạn (PC) Đối với hydrocacbon có thể xác định áp suất tới hạn chính xác đến  0,05 ng Mpa theo phương trình: với n là số nguyên tử cacbon. 1.2.2.5. Nhiệt cháy ườ Nhiệt cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy chất đó bằng oxi tạo thành oxit cao nhất và các hợp chất tương ứng. Trong công nghệ chế biến khí người ta dùng khái niệm nhiệt cháy trên và Tr nhiệt cháy dưới. Nhiệt cháy trên là nhiệt cháy khi nước tạo thành ở thể lỏng bão hòa CO2 và các sản phẩm cháy. Nhiệt cháy dưới là nhiệt cháy khi nước tạo thành Chuyên ngành Hoá dầu 3 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba ở thể hơi. Nhiệt cháy dưới bao giờ cũng nhỏ hơn nhiệt cháy trên một giá trị bằng u nhiệt ngưng tụ hơi nước sinh ra. 1.2.3.1. Tà 1.2.3. Các sản phẩm của quá trình chế biến khí Khí khô thương phẩm: là khí chứa hàm lượng chủ yếu là metan. Dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện, đạm, và các ngành công nghiệp 1.2.3.2. Vũ ng khác…. LPG: Là hỗn hợp khí hóa lỏng thành phần chủ yếu là: C3 và C4. Dùng làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong, phụ gia cho công nghiệp sơn.. 1.2.3.3. Condensate: là hỗn hợp khí thu được sau quá trình chưng cất tại các nhà máy xử lý khí thành phần chủ yếu là C5 + . Dùng để pha chế nhiên liệu Tr ườ ng ĐH Bà Rị a- cho các phương tiện giao thong và một số ngành công nghiệp khác… Chuyên ngành Hoá dầu 4 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba CHƯƠNG 2 Tà 2.1. Giới thiệu về công nghiệp khí Việt Nam. u TỔNG QUAN VỀ NGÀNH KHÍ VIỆT NAM Nền tảng cơ bản đầu tiên để phát triển ngành công nghiệp khí ở nước ta là nguồn khí. Trữ lượng khí tại Việt Nam được đánh giá rất lớn, theo Petro Vietnam Vũ ng các mỏ khí phân bố rộng rãi từ Bắc đến Nam trong đó chủ yếu tập trung tại bốn vùng trũng chính: Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Cửu Long và Vùng Mã Lai – Thổ Chu. Tiềm năng khí của Việt Nam được thống kê trong bảng sau: Bảng 2.1. Thống kê tiềm năng khí Việt Nam Trữ lượng tiềm năng Mỏ khí 3 (Tỷ m ) Trữ lượng thực tế (Tỷ m 3) 28 ÷ 56 5.6 ÷ 11,2 Cửu Long 84 ÷ 140 42 ÷ 70 Nam Côn Sơn 532 ÷ 700 140 ÷ 196 Mã Lai – Thổ Chu Các vùng khác 84 ÷ 140 14 ÷ 42 532 ÷ 700 – 1260 ÷ 1736 201,6 ÷ 319,2 Bà Tổng Rị a- Sông Hồng Về mặt tiềm năng, bể Nam Côn Sơn và Sông Hồng có triển vọng về khí, bể Cửu Long có triển vọng về dầu nhưng đồng thời cũng có một lượng khí đồng ĐH hành rất lớn. Ngoài ra còn 3 mỏ khí phát hiện tại Đà Nẵng, trong đó hai mỏ lớn có trữ lượng khai thác dự báo khoảng 700 tỷ m 3 , tuy nhiên lượng CO2 trong bể cũng khá cao do đó tiềm năng kinh tế cũng thấp. ng 2.2. Các nguồn cung cấp khí thiên nhiên hiện nay 2.2.1. Bể Cửu Long Tiềm năng của bể Cửu Long chủ yếu là dầu và khí. Trong giai đoạn 2006- ườ 2009, khu vực Bể Cửu Long chiếm tỷ trong cao nhất về gia tăng trữ lượng của Việt Nam. Hiện nay trữ lượng về dầu khí còn lại của bể Cửu Long khoảng 72.91 Tr triệu m3. Chuyên ngành Hoá dầu 5 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba Hiện tại, nguồn khí khai thác được từ bể Cửu Long đang được vận chuyển Tà 117 km, phần trên bờ là 9 km, công suất vận chuyển khoảng 2.2 tỷ m3 khí/năm. u vào bờ bằng đường ống Bạch Hổ có kích thước 16”, chiều dài phần trên biển là Tuy đã được bổ sung thêm một số 2011 như: Rồng – Đồi Mồi (2011), Tê Giác Trắng (2011) cùng với việc bổ sung một số mỏ mới trong trong thời gian tới Vũ ng như: Sư Tử Trắng (2012, khai thác thử), Hải Sư Tử Trắng (2013), nhưng do sự suy giảm nhanh của các nguồn cung khí của mỏ Bạch Hổ (đang suy giảm sản lượng), Rạng Động ( hết khí từ khoảng 2014), Phương Đông ( hết khí từ khoảng 2010), Cá Ngừ Vàng ( hết khí từ khoảng 2014), Sư Tử Đen, Sư Tử Vàng ( hết khí từ 2013) nên tổng sản lượng cấp khí bể Cửu Long đạt mức tối đa 1,5 tỷ m 3 vào năm 2013 và sẽ giảm dần cho đến khi hết khí vào năm 2025. a- Với tình hình này đường ống dẫn khí Bạch Hổ - Dinh Cố và nhà máy xử lý khí Dinh Cố có công suất 2,2 tỷ m3/năm sẽ thường xuyên chỉ vận hành ở mức 55- 2.2.2. Bể Nam Côn Sơn Rị 65% công suất tối đa. Bể Nam Côn Sơn có độ sâu lớn với tiềm năng đã phát hiện chủ yếu là các Bà mỏ khí và dầu. Hiện nay, công tác thăm dò khai thác tại khu vực bể Nam Côn Sơn còn diễn ra rất chậm chạp chưa tương xứng với tiềm năng của bể. Trữ lượng tiềm năng dầu khí còn lại của bể Nam Côn Sơn rất lớn khoảng 593.45 triệu m3 dầu. ĐH Hiện tại, nguồn khí khai thác được từ bể Nam Côn Sơn đang được vận chuyển vào bờ bằng đường ống Nam Côn Sơn 1 có kích thước 26”, chiều dài phần trên biển khoảng 370 km, phần trên bờ khoảng 9 km, công suất vận chuyển 7 tỷ m 3 khí/năm. Hiện nay, đường ống Nam Côn Sơn 1 đang vận chuyển khí khai thác từ các ng lô 06.1 (mỏ Lan Tây và Lan Đỏ từ 2012) và lô 11.2 (mỏ Rồng Đôi và Rồng Đôi Tây), ngoài ra từ năm 2011 đến 2015 có bổ sung nguồn khí đồng hành từ mỏ ườ Chim Sáo nhưng sản lượng nhỏ (100 - 200 triệu m 3/năm ). Sản lượng khí của đường ống Nam Côn Sơn 1 trong giai đoạn ổn định và sẽ giảm dần từ sau 2015. Petrovietnam đang chỉ đạo các đơn vị triển khai dự án đường ống Nam Côn Tr Sơn 2 để khai thác, thu gom khí từ các lô 05.2 và 05.3 (mỏ Hải Thạch, Mộc Tinh) và lô 04.3 (mỏ Thiên Ưng) dự kiến hoàn thành xây dựng từ năm 2013. Dự án Chuyên ngành Hoá dầu 6 SVTH: Hoàng Trung Kiên Đồ án tốt nghiệp Đại học – Khóa III- Năm 2008-2012 GVHD: Th.S Mai Xuân Ba Nam Côn Sơn 2 đi vào vận hành sẽ bổ sung kịp thời khí cho sự suy giảm sản u lượng của đường ống Nam Côn Sơn 1. Tà Với hai hệ thống đường ống Nam Côn Sơn 1 và 2 đi vào vận hành, sản lượng khí cung cấp từ bể Nam Côn Sơn từ khoảng hơn 5 tỷ m 3/năm hiện nay sẽ tăng dần đến mức 6 – 7,5 tỷ m3/năm trong giai đoạn 2013 – 2020 sau đó bắt đầu 2.2.3. Bể Malay – Thổ Chu. Vũ ng giảm dần. Hiện tại đang khai thác, thu gom khí từ lô PM3 – CAA (vùng chồng lấn Việt Nam – Malaysia) và 46 – Cái Nước để dẫn về bờ cung cấp cụm công nghiệp điện – đạm Cà Mau theo đường ống PM3 – CM nên PVGAS đang nỗ lực tăng công suất đường ống để nhận phần khí bù này a- Tại khu vực lân cận ở lô 46.02 và mỏ Hoa Mai đã có những phát hiện khí có khả năng khai thác thương mại nhưng do giới hạn công suất đường ống PM3 – Rị CM nên việc khai thác,thu gom khí từ những lô, mỏ này sẽ lùi lại sau năm 2018. PVN/PVGAS cũng đang tích cực triển khai dự án xây dựng đường ống dẫn khí lô B– Ô Môn để khai thác, thu gom khí từ các lô B, 48/95 & 52/97 (các mỏ Bà Kim Long, Ác Quỷ, Cá Voi). Dự án sẽ hoàn thành xây dựng năm 2014. Ở giai đoạn vận hành ổn định từ năm 2016 sản lượng khí cung cấp từ khu vực này sẽ đạt khoảng 5 tỷ m 3/năm,khí có hàm lượng CO2 tối đa là 21%. ĐH 2.3. Các dự án khí đang vận hành 2.3.1. Dự án khí Cửu Long Vận chuyển khí đồng hành từ các mỏ Rạng Đông, Cá Ngừ Vàng, Sư Tử Đen/Sư Tử Vàng, Bạch Hổ và các mỏ khác thuộc Bể Cửu Long vào bờ, cung cấp khí ẩm cho Nhà máy xử lý khí Dinh Cố và khí khô sau khi xử lý được cấp cho ng Nhà máy điện Bà Rịa, Phú Mỹ, Nhà máy đạm Phú Mỹ và các hộ tiêu thụ khí thấp áp. Hệ thống khí Cửu Long bao gồm các hạng mục sau: ườ - Hệ thống thu gom và vận chuyển khí đồng hành Bạch Hổ – Dinh Cố – Bà Rịa – Phú Mỹ: Với kích thước 16’’ dài 104 km đã được đầu tư xây dựng từ năm 1993 và đưa vào vận hành từ năm 1995, công suất vận chuyển khoảng 2 tỷ m3 Tr khí/năm. Chuyên ngành Hoá dầu 7 SVTH: Hoàng Trung Kiên