Giáo trình Vận hành hành các phân xưởng chế biến khí (Nghề Vận hành thiết bị chế biến dầu khí Trình độ Cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ


GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN : VẬN HÀNH CÁC PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN KHÍ
NGHỀ
: VẬN HÀNH THIẾT BỊ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số: 191/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng 3 năm 2020
của Trường Cao Đẳng Dầu Khí)

Bà Rịa-Vũng Tàu, năm 2020
(Lưu hành nội bộ)


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

Trang 1


LỜI GIỚI THIỆU
Việt Nam là một quốc gia sở hữu nguồn tài nguyên dầu khí. Chúng ta đang và sẽ
phát triển ngành cơng nghiệp chế biến khí thành ngành kinh tế then chốt của Việt Nam,
góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và là đầu tàu kinh tế trong xây dựng và
phát triển đất nước. Giáo trình “Vận hành hành các phân xưởng chế biến khí” được biên
soạn theo chương trình đào tạo nghề “Vận hành các phân xưởng chế biến khí” của Bộ

Lao động – Thương binh và Xã hội. Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên
hệ lơgic chặt chẽ. Tuy vậy, giáo trình cũng chỉ là một phần trong nội dung của chuyên
ngành đào tạo cho nên người dạy, người học cần tham khảo thêm các giáo trình có liên
quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình có hiệu quả hơn.
Với mục đích cung cấp cho người học các kiến thức về các quá trình chế biến sản
phẩm từ khí đang được sử dụng rộng rãi hiện nay, khi biên soạn giáo trình chúng tơi đã
cố gắng cập nhật những kiến thức mới liên quan đến mô đun “ Vận hành các phân xưởng
chế biến khí” phù hợp với đối tượng sử dụng cũng như cố gắng gắn những nội dung lý
thuyết với những vấn đề thực tế thường gặp trong sản xuất, đời sống để giáo trình có
tính thực tiễn cao.
Nội dung của giáo trình được biên soạn gồm 6 bài:
Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên;
Bài 2: Q trình làm ngọt khí;
Bài 3: Quá trình thu hồi lưu huỳnh;
Bài 4: Quá trình làm khơ và chống hình thành Hydrate;
Bài 5: Thu hồi NGL;
Bài 6: Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ và chưng cất.
Giáo trình sẽ phục vụ tốt cho việc nghiên cứu, giảng dạy và học tập của giáo viên
và sinh viên trong trường trong việc tìm hiểu cấu tạo, quy trình vận hành, xử lý sự cố
khi vận hành các phân xưởng chế biến khí.
Với lịng mong muốn giáo trình này có thể góp phần nâng cao chất lượng học tập
mô đun “Vận hành các phân xưởng chế biến khí”, chúng tơi xin chân thành cảm ơn và
tiếp nhận những ý kiến đóng góp của các em sinh viên và đồng nghiệp về những thiếu
sót khơng thể tránh khỏi trong nội dung và hình thức để giáo trình hồn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn./.
Bà rịa - Vũng Tàu, tháng 3 năm 2020
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: GV Phạm Thị Hải Yến
2. Lê Quốc Hồng
3. Th.S Phạm Cơng Đại

4. TS. Nguyễn Huỳnh Đông
5. Ks. Phạm Công Quang

Trang 1


MỤC LỤC
LỜI GIỚI THIỆU ..........................................................................................................1
MỤC LỤC ......................................................................................................................2
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................7
GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN ...............................................................................................8
BÀI 1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN .......................15
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH ...............16

1.2.

CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ
18

1.2.1.

Khí tự nhiên, khí đồng hành ...........................................................................18

1.2.2.

Khí thơ ............................................................................................................18

1.2.3.

Khí ngọt, khí chua...........................................................................................18

1.2.4.

Khí béo, khí gầy (rich gas, lean gas) ..............................................................18

1.2.5.

Khí khơ, khí ẩm ..............................................................................................18

1.2.6.

LPG .................................................................................................................18

1.2.7.

NGL ................................................................................................................19

1.2.8.

LNG ................................................................................................................19

1.2.9.

CNG ................................................................................................................19

1.3.

THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH.
19

5.1.1.

Thành phần, tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành: .............................19

5.1.2.

Giản đồ pha của khí tự nhiên: .........................................................................21

1.4.

SẢN PHẨM CỦA Q TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ .............................................24

1.5.

QUY TRÌNH CHẾ BIẾN KHÍ TỔNG QT....................................................27

BÀI 2. Q TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ .................................................................31
2.1.

TỔNG QUAN Q TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ ................................................32

2.2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM NGỌT KHÍ .........................................................34

2.2.1.

Làm ngọt khí bằng phương pháp hấp phụ ......................................................34

2.2.2.

Phương pháp làm ngọt khí bằng hấp thụ ........................................................35

2.2.3.

Phương pháp hấp thụ hóa học.........................................................................38

2.2.4.

Phương pháp hấp thụ vật lý ............................................................................48

2.3.
2.3.1.

THỰC HÀNH Q TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ AXIT BẰNG AMIN ..............52
Quy trình khởi động ........................................................................................52
Trang 2


2.3.2.

Quy trình ngừng hoạt động .............................................................................55

BÀI 3. Q TRÌNH THU HỒI LƯU HUỲNH .....................................................62
3.1.

CƠ SỞ HĨA HỌC CỦA Q TRÌNH ..............................................................63

3.2.

SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ ........................................................................................64

3.2.1.

Q trình Claus một dịng ...............................................................................65

3.2.2.

Q trình Claus chia dịng ..............................................................................66

3.2.3.

Xử lý khí thải (tail gas) ...................................................................................66

3.3.

CÁC THIẾT BỊ CHÍNH VÀ THƠNG SỐ VẬN HÀNH ....................................66

BÀI 4. Q TRÌNH LÀM KHƠ VÀ CHỐNG HÌNH THÀNH HYDRATE .....69
4.1.

TỔNG QUAN VỀ HYDRATE ..........................................................................70

4.1.1.

Khái niệm hợp chất hydrate ............................................................................70

4.1.2.

Sự hình thành hợp chất hydrate ......................................................................70

4.1.3.

Tác hại của hydrate .........................................................................................74

4.2.

ĐỘ ẨM CỦA KHÍ VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH ĐỘ ẨM .........................................74

4.3.

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG HÌNH THÀNH HYDRATE ..........................75

4.3.1.

Làm khơ bằng hấp thụ glycol .........................................................................76

4.3.2.

Làm khơ khí bằng hấp phụ .............................................................................81

4.3.3.

Chống hình thành hydrate bằng bơm Glycol ..................................................84

4.4.

THỰC HÀNH LÀM KHƠ KHÍ .........................................................................87

BÀI 5. THU HỒI NGL .............................................................................................90
5.2.

GIỚI THIỆU CHUNG VÀ KHÁI NIỆM ...........................................................91

5.2.1.

Giới thiệu chung .............................................................................................91

5.2.2.

Các khái niệm .................................................................................................92

5.3.

PHƯƠNG PHÁP THU HỒI SẢN PHẨM LỎNG BẰNG DẦU HẤP THỤ ......92

5.2.1.

Nguyên lý hoạt động .......................................................................................92

5.2.2.

Sơ đồ công nghệ .............................................................................................92

5.2.3.

Các thông số vận hành của quá trình ..............................................................93

5.4.

PHƯƠNG PHÁP LÀM LẠNH THU HỒI NGL ................................................94

5.3.1.

Nguyên lý quá trình làm lạnh .........................................................................94

5.3.2.

Làm lạnh bằng quá trình giãn nở Joule - Thomson ........................................94

5.3.3.

Làm lạnh bằng tuabin giãn nở ........................................................................94

5.3.4.

Thu hồi NGL bằng hệ thống làm lạnh ............................................................96

5.5.

THỰC HÀNH Q TRÌNH THU HỒI NGL TRÊN MƠ HÌNH .......................97

BÀI 6. CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ VÀ CHƯNG CẤT
100
Trang 3

6.1.

CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ .....................................101

6.2.

CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT ...............................102

6.3.

TÌM HIỂU Q TRÌNH CHÉ BIẾN KHÍ TẠI GPP DINH CỐ ......................103

6.3.1.

Các thiết bị chính của nhà máy .....................................................................103

6.3.2.

Các chế độ hoạt động của nhà máy chế biến khí Dinh Cố ...........................117

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................129

Trang 4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1.Giản đồ trạng thái cân bằng lỏng hơi đối với đơn chất ..................................21
Hình 1.2.Giản đồ P-V-T của hệ một cấu tử ...................................................................22
Hình 1.3.Giản đồ P-T của hệ một cấu tử .......................................................................23
Hình 1.4.Giản đồ pha của hệ đa cấu tử hydrocacbon ....................................................24

Hình 1.5.Sơ đồ tổng quát của q trình chế biến khí ....................................................27
Hình 2.1.Sơ đồ ngun lý cơng nghệ hấp thụ bằng dung dịch amin .............................42
Hình 2.2.Hệ thống tái sinh amin - Sơ đồ đơn giản ...............................................................43
Hình 2.3.Ảnh hưởng của tốc độ stripping đến khả năng tái tạo amin ...........................44
Hình 2.4.Khả năng chứa khí axit của các dung dịch amin ............................................45
Hình 2.5.Các đường cong điểm sương và sơi của dung dịch MEA ..............................46
Hình 2.6.Áp suất riêng phần của MEA .........................................................................47
Hình 2.7. Đường cong nhiệt độ đơng đặc của các dung dịch MEA ..............................48
Hình 2.8.Sơ đồ cơng nghệ của q trình SELEXOL ....................................................51
Hình 3.1.Sơ đồ dịng cơng nghệ của q trình Claus một dịng ....................................65
Hình 3.2.Sơ đồ cơng nghệ q trình chia dịng .............................................................66
Hình 4.1.Ngun tắc hình thành hydrate .......................................................................70
Hình 4.2.Ơ mạng cơ sở của tinh thể hydrat ...................................................................71
Hình 4.3.Điều kiện hình thành hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên......................73
Hình 4.4.Sự phụ thuộc nhiệt độ hình thành hydrat vào tỷ khối và áp suất ...................73
Hình 4.5.Sơ đồ ngun lý cơng nghệ làm khơ khí bằng hấp thụ glycol .......................78
Hình 4.6.Sự phụ thuộc nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp khí vào nhiệt độ tiếp xúc với
các dung dịch DEG (a) và TEG (b) có nồng độ khác nhau ...........................................79
Hình 4.7.Sự phụ thuộc độ hạ điểm sương của khí vào nhiệt độ tiếp xúc với dung dịch
DEG có nồng độ khác nhau ...........................................................................................80
Hình 4.8.Sự phụ thuộc độ hạ điểm sương của khí vào mật độ tưới dung dịch TEG ....80
Hình 4.9.Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa của DEG và TEG vào
nhiệt độ ..........................................................................................................................81
Hình 4.10.Sơ đồ cơng nghệ q trình dehydrate bằng hấp phụ ....................................82
Hình 4.11.Hệ thống tiêm methanol ...............................................................................85
Hình 4.12.Sơ đồ công nghệ ngăn ngừa tạo hydrat sử dụng chất ức chế glycerol .........86
Hình 5.1.Sơ đồ ngun lý cơng nghệ hấp thụ NGL bằng dầu hấp thụ..........................93
Hình 5.2.Quá trình làm lạnh bằng một van giãn nở ......................................................94
Hình 5.3.Làm lạnh bằng tuabin giãn nở ........................................................................95
Hình 5.4.Hệ thống đặc thù của quá trình thu hồi NGL bằng tuabin giãn nở ................95

Hình 5.5.Sơ đồ cơng nghệ cơ bản của q trình thu hồi NGL bằng hệ thống làm lạnh97
Trang 5


Hình 5.6.Hệ thống làm lạnh bằng Propan đặc thu.........................................................97
Hình 6.1.Nguyên tắc hoạt động của Slug Catcher 5 ...................................................104
Hình 6.2.Quá trình điều khiển áp suất tại V-06 6........................................................106
Hình 6.3.Cấu tạo thiết bị tách nước .............................................................................111
Hình 6.4.Nguyên tắc hoạt động của thiết bị tách nước V-06A/B ...............................114
Hình 6.5.Thiết bị tách nước sơ bộ V=08 .....................................................................115
Hình 6.6.Cấu tạp Reboiler kiểu Kette .........................................................................117
Hình 6.7.Sơ đồ cơng nghệ chế độ AMF ......................................................................118
Hình 6.8.Sơ đồ cơng nghệ chế độ MF .........................................................................121
Hình 6.9.Sơ đồ cơng nghệ chế độ GPP .......................................................................124

Trang 6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1.Thành phần khí ở bể Cửu Long ( % theo thể tích) ........................................20
Bảng 1.2.Thành phần khí ở bể Nam Cơn Sơn (% theo thể tích) ...................................20
Bảng 1.3.Các yêu cầu kỹ thuật của khí thương mại ......................................................25
Bảng 1.4.Một số đặc tính kỹ thuật của LPG .................................................................26
Bảng 2.1.Tính chất hóa lý cơ bản của MEA, DEA, DIPA, DGA .................................39
Bảng 3.1.Bảng phân chia công nghệ dựa theo nồng độ lưu huỳnh ...............................64
Bảng 4.1.Một số tính chất hóa lý quan trọng của các glycol ........................................77
Bảng 4.2.Một số đặc tính của các chất hấp phụ đặc trưng ............................................81
Bảng 6.1.Thông số vận hành tháp C-01 của các chế độ ..............................................108
Bảng 6.2.Các thông số kỹ thuật của CC-01 ................................................................110
Bảng 6.3.Thông số thiết kế của máy nén đầu vào .......................................................116

Trang 7


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
1. Tên mơ đun: VẬN HÀNH CÁC PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN KHÍ
2. Mã mơ đun: CNH19MĐ25
3. Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của mơ đun:
3.1. Vị trí: Là mơ đun thuộc mơn học, mơ đun chun mơn nghề của chương trình đào
tạo. Mơn đun này được dạy sau các mô đun như Vận hành phân xưởng chế biến
dầu I, Vận hành phân xưởng chưng cất dầu thô và là mô đun cuối cùng trong
chương trình đào tạo của nghề.
3.2. Tính chất: Mơ đun này trang bị những kiến thức, kỹ năng chuyên ngành về chế biến
khí (khí tự nhiên và khí đồng hành) trong cơng nghiệp chế biến dầu khí.
3.3. Ý nghĩa và vai trị của mơ đun : Cung cấp cho người học các kiến thức về các quá
trình chế biến sản phẩm từ khí đang được sử dụng rộng rãi hiện nay.
4. Mục tiêu mơ đun:
4.1. Về kiến thức:
A1. Trình bày được các đặc điểm của khí;
A2. Trình bày được ngun lý hoạt động của các thiết bị vào trong các phân xưởng chế
biến khí;
A3. Mơ tả được sơ đồ cơng nghệ của các phân xưởng chế biến khí:
A4. Phân tích tác động của các thông số công nghệ trong vận hành phân xưởng chế biến
khí;
4.2. Về kỹ năng:
B1. Đọc được sơ đồ PFD phân xưởng GPP trên mơ hình;
B2. Vận hành thuần thục và đúng các bước theo quy trình khởi động, vận hành bình
thường và ngừng hoạt động phân xưởng GPP trên mơ hình động;
B3. Phát hiện nhanh và xử lý được các sự cố thường gặp một cách nhanh chóng và an
tồn;

4.3. Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Tuân thủ tuyệt đối các qui định về an tồn, pccc, nội quy phịng học/phịng mơ hình
và quy chế của nhà trường.
C2. Tuân thủ các qui trình vận hành các thiết bị điện, tự động hóa có liên quan.
C3. Xác định được cơng việc phải thực hiện, hồn thành các công việc theo yêu cầu,
không để xảy ra sự cố, hư hỏng đối với hệ thống thiết bị.
5. Nội dung của mô đun:
Trang 8


5.1. Chương trình khung
Thời gian đào tạo (giờ)

Mã MH/MĐ/HP

Tên mơn học,
mơ đun

Số
tín
chỉ

Trong đó
Tổng
số

Lý
thuyết

Thực

hành/
thí nghiệm
/ bài tập/
thảo luận

Thi/ Kiểm
tra
LT

TH
8

Các mơn học chung/
đại cương

21

435

157

255

15

MHCB19MH02

Giáo dục chính trị

4

75

41

29

5

MHCB19MH03

Pháp luật

2

30

18

10

2

MHCB19MH05

Giáo dục thể chất

2

60

5

51

MHCB19MH08

Giáo dục quốc phịng
và An ninh

4

75

36

35

MHCB19MH09

Tin học

3

75

15

58

Tiếng Anh

6

120

42

72

6

75

1855

556

1182

38

79

11

195

119

65

8

3

I

TA19MH02
II
II.1

Các mơn học, mơ
đun chun môn
ngành, nghề
Môn học, mô đun kỹ
thuật cơ sở

4
2

2

CK19MH01

Vẽ kỹ thuật - 1

2

45

15

28

KTĐ19MĐ06

Điện kỹ thuật 2

3

45

36

6

3

An toàn vệ sinh lao
động

2

30

26

2

2

Nhiệt kỹ thuật

2

30

28

0

2

ATMT19MH 01
CNH19MH10
TĐH19MĐ12
II.2

CNH19MH13
CNH19MH14
CNH19MĐ16
CNH19MĐ17

2

2

Cơ sở điều khiển q
trình

Mơn học, mơ đun
chun mơn ngành,
nghề
Cơ sở q trình và
thiết bị trong cơng
nghệ hóa học

2

45

14

29

1

1

61

1660

437

1117

30

76

3

45

42

0

3

Sản phẩm dầu mỏ

3

45

42

0

3

2

45

14

29

1

1

6

150

28

106

3

13

Vận hành thiết bị tách
dầu khí
Vận hành hệ thống
đường ống và bể chứa

Trang 9


Thời gian đào tạo (giờ)

Mã MH/MĐ/HP

CNH19MĐ18

CNH19MĐ19
CNH19MĐ20
CNH19MĐ21
CNH19MĐ22
CNH19MĐ23
CNH19MĐ24
CNH19MĐ25

Tên môn học,
mô đun

Vận hành máy thuỷ
khí I
Vận hành máy thuỷ
khí II
Vận hành lị gia nhiệt,
thiết bị nhiệt
Kỹ thuật phịng thí
nghiệm
Vận hành phân xưởng
chưng cất dầu thô
Vận hành phân xưởng
chế biến dầu I
Vận hành phân xưởng
chế biến dầu II
Vận hành các phân
xưởng chế biến khí

Số
tín

chỉ

Trong đó
Tổng
số

Lý
thuyết

Thực
hành/
thí nghiệm
/ bài tập/
thảo luận

LT

TH

6

150

28

106

2

14

4

100

28

66

2

4

3

75

21

50

2

2

2

45

13

30

1

1

6

145

42

94

3

6

6

145

42

94

3

6

4

100

28

66

2

4

6

150

36

108

2

4

3

9

CNH19MĐ26

Thực tập sản xuất

4

195

45

138

CNH19MĐ27

Khóa luận tốt nghiệp

6

270

28

230

93

2290

713

1437

Tổng cộng

Thi/ Kiểm
tra

12
53

87

5.2. Chương trình chi tiết mơ đun
Thời gian (giờ)
Số TT

1
1.1
1.2
1.3
1.4

Nội dung tổng quát

Bài 1: Thành phần và tính chất của
khí tự nhiên
Giới thiệu chung về khí tự nhiên và khí
đồng hành
Các thuật ngữ thường dùng trong cơng
nghệ chế biến khí
Thành phần, tính chất của khí tự nhiên

và khí đồng hành
Sản phẩm của q trình chế biến khí

Tổng
số

Lý
thuyết

03

03

0.75

0.75

0.5

0.5

0.75

0.75

0.5

0.5

Thực hành,

thí nghiệm,
thảo luận,
bài tập

Kiểm tra

LT

TH

Trang 10


Thời gian (giờ)
Số TT

1.5
2
2.1
2.2
2.3
3
3.1
3.2
3.3
4
4.1
4.2
4.3
4.4

5
5.1
5.2
5.3
5.4
6
6.1
6.2
6.3

Nội dung tổng quát

Quy trình chế biến khí tổng qt
Bài 2: Q trình làm ngọt khí
Tổng quan q trình làm ngọt khí
Các phương pháp làm ngọt khí
Thực hành q trình làm ngọt khí axit
bằng amin
Bài 3: Q trình thu hồi lưu huỳnh
Cơ sở hóa học của q trình
Sơ đồ cơng nghệ
Các thiết bị chính và thơng số vận hành
Bài 4: Q trình làm khơ và chống
hình thành Hydrate
Tổng quan về hydrate
Độ ẩm của khí và cách xác định độ ẩm
của khí
Các phương pháp chống hình thành
hydrate
Thực hành làm khơ khí

Bài 5: Thu hồi NGL
Giới thiệu chung và khái niệm
Phương pháp thu hồi sản phẩm lỏng
bằng dầu hấp thụ
Phương pháp làm lạnh thu hồi NGL
Thực hành quá trình thu hồi NGL trên
mơ hình
Bài 6: Chế biến khí bằng phương
pháp Hấp thụ và Chưng cất
Chế biến khí bằng phương pháp Hấp
thụ
Chế biến khí bằng phương pháp Chưng
cất
Tìm hiểu q trình chế biến khí tại Dinh
cố GPP
Cộng

Tổng
số
0.5
42
1
3

Lý
thuyết

Thực hành,
thí nghiệm,
thảo luận,

bài tập

0.5
04
1
3

38
06
1
3
2

05
1
3
1

43

05

1.5

1.5

1.5

1.5

2

2

38
41
1

05
1

2

2

2

2

36
15

14

3

3

3

3

9

8

150

36

Kiểm tra

LT

TH

37

1

37

1
1

1
36

2

36
35

2
1

35

1
1

1
108

2

4

6. Điều kiện thực hiện mơ đun:
6.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn
Trang 11


6.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, mơ hình mơ phỏng
tháp làm nguội, lị gia nhiệt, thiết bị trao đổi nhiệt.
6.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, giáo án, qui trình vận
hành.
6.4. Các điều kiện khác:
7. Nội dung và phương pháp đánh giá:
7.1. Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơ đun theo quy định.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
7.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mô đun như sau:
7.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Cao đẳng hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư
số 09/2017/TT-LĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh
và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Dầu khí
như sau:
Điểm đánh giá

Trọng số

+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)

40%

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc mô đun

60%

7.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp

đánh giá
Thường xuyên

Phương pháp
tổ chức
Quan sát/
Hỏi đáp

Hình thức
kiểm tra
Bảng kiểm/ Câu
hỏi

Chuẩn đầu ra
đánh giá
A1, A2, A3,
A4
B1, B2, B3
C1, C2, C3

Số
cột
2

Thời điểm
kiểm tra
Sau 5 giờ.

Trang 12

Định kỳ
Kết thúc mô
đun

Viết/ Thông
qua sản phẩm
học tập
Viết/ Thông
qua sản phẩm
học tập

Tự luận/
Trắc nghiệm/ Sản
phẩm học tập
Tự luận và trắc
nghiệm/ Sản
phẩm học tập

A2, A3, A4
B1, B2
C1
A1, A2, A3,
A4
B1, B2, B3
C1, C2, C3,

5

Sau 15 giờ

2

Sau 150
giờ

7.2.3. Cách tính điểm
- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc mô đun được chấm theo thang điểm
10 (từ 0 đến 10), làm trịn đến một chữ số thập phân.
- Điểm mơ đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của mô đun nhân
với trọng số tương ứng. Điểm mơ đun theo thang điểm 10 làm trịn đến một chữ số thập
phân.
8. Hướng dẫn thực hiện mô đun
8.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng HSSV trường Cao đẳng Dầu khí.
8.2. Phương pháp giảng dạy, học tập mơ đun
8.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: nêu vấn đề, hướng dẫn
đọc tài liệu, bài tập tình huống, câu hỏi thảo luận…
* Bài tập: Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập theo nội dung đề ra.
* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong nhóm
tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày
nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
8.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung
cấp nguồn trước khi người học vào học mô đun này (trang web, thư viện, tài liệu...)
- Tham dự tối thiểu 70% các buổi giảng lý thuyết và 100% buổi học thực hành.
Nếu người học vắng >30% số tiết lý thuyết hoặc >0% số tiết thực hành phải học lại mơ
đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc

theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề
thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1
Trang 13


hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng để phát triển và hồn thiện
tốt nhất tồn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc mô đun.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
9. Tài liệu tham khảo:
Tài liệu tiếng việt:
[1] Trường Cao Đẳng Dầu khí, Giáo trình Vận hành phân xưởng chế biến khí, Lưu
hành nội bộ, 2017.
[2] PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền, Cơng nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng
hành, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2004.
Tài liệu nước ngoài:
[1] Prosimulator, Amine treating unit AMI01, mar 2015.
[2] Prosimulator, NGL recovery unit NGL01, Aug 2014.

Trang 14


BÀI 1. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN
❖ GIỚI THIỆU BÀI 1
Bài 1 giới thiệu về một số nội dung cơ bản liên quan đến thành phần và tính chất của
khí tự nhiên để người học có được kiến thức nền tảng cho những bài sau.
❖ MỤC TIÊU BÀI 1
Sau khi học xong chương này, người học có khả năng:
-

Trình bày được các khái niệm thường dùng, các thuật ngữ thường dùng trong

cơng nghệ khí;
-

Trình bày được khái niệm, thành phần, tính chất, các sản phẩm chính và ứng

dụng của khí tự nhiên, khí đồng hành;
-

Trình bày và giải thích được quy trình chế biến khí tổng quát.

❖ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP BÀI 1
-

Đối với người dạy:
+ Thiết kế giáo án theo thể loại lý thuyết, thực hành hoặc tích hợp phù hợp với
bài học. Giáo án được soạn theo bài hoặc buổi dạy.
+ Tổ chức giảng dạy: Chia ca, nhóm (phụ thuộc vào số lượng sinh viên/lớp)

-

Đối với người học:
+ Chuẩn bị tài liệu, dụng cụ học tập, vở ghi đầy đủ;
+ Hoàn thành các bài thực hành kỹ năng;
+ Tổ chức làm việc nhóm, làm việc độc lập;
+ Tuần thủ quy định an tồn, giờ giấc.

❖ ĐIỀU KIỆN THỰC HIỆN BÀI 1

-

Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Phịng mơ hình

-

Trang thiết bị máy móc: Máy tính, máy chiếu.

-

Học liệu, dụng cụ, ngun vật liệu: Giáo án, giáo trình.

-

Các điều kiện khác: Khơng có

❖ KIỂM TRA VÀ ĐÁNH GIÁ BÀI 1
-

Nội dung:

✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 15

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mô đun.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
-

Phương pháp:

✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: vấn đáp, bảng kiểm)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: Không
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: Không
❖ NỘI DUNG BÀI 1
1.1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH

Khí tự nhiên và khí đồng hành được khai thác từ trong lịng đất là hỗn hợp các
ankan gồm có: metan, etan, propan, butan… Ngồi ra trong thành phần của khí cịn có:
H2O, He, N2, CO2, H2S… Số lượng và hàm lượng các cấu tử thay đổi trong những
khoảng rộng.
Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí, cịn khí đồng hành được khai thác từ
các mỏ dầu đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ. Các mỏ khí tự nhiên là các túi khí
nằm sâu dưới mặt đất.
Khí đồng hành và khí tự nhiên là nguồn chính cung cấp các ngun liệu quan
trọng cho cơng nghiệp hóa học và hóa dầu, ví dụ etan. Ở Mỹ từ etan đã chế biến 40%
etylen phục vụ cho sản xuất nhựa tổng hợp, oxit etylen, chất hoạt động bề mặt, nhiều
sản phẩm và bán sản phẩm hóa học khác (hiện nay người ta đánh giá mức độ phát triển
công nghiệp tổng hợp hữu cơ theo tổng sản lượng và nhu cầu etylen).
Thực tế nhiều nước trên thế giới đã cho thấy rằng, với trữ lượng dầu và khí tự
nhiên lớn, có thể tổ chức sản xuất ở quy mơ lớn có lợi nhuận cao các sản phẩm etan, khí
hóa lỏng (LPG, LNG), các hydrocacbon khác và nhiên liệu cho động cơ.

Do hiệu quả cao của nhiên liệu khí và sự quan tâm ngày càng tăng đến các sản
phẩm của nó trên thị trường thế giới, nhiều nước khai thác dầu khí đã xây dựng, mở
rộng và trang bị hiện đại lại cho các nhà máy chế biến khí.
Khí tự nhiên và khí đồng hành không chỉ là nhiên liệu và nguyên liệu để sản xuất
etan, propan và các hợp chất khác. Khi làm sạch và chế biến khí người ta cịn nhận được
một lượng lớn lưu huỳnh, heli và một số sản phẩm vô cơ khác cho nhiều ngành kinh tế
quốc dân. Canađa là nước đứng thứ hai trong số các nước phát triển về sản xuất các hợp
chất chứa lưu huỳnh từ cơng nghiệp chế biến khí tự nhiên. Mỹ đứng đầu về sản xuất
heli, một trong những sản phẩm quan trọng nhất trong cơng nghệ nghiên cứu vũ trụ,
nghiên cứu khí quyển, kỹ thuật sắc ký...
Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 16


Ở Việt Nam, cho đến nay đã hình thành 4 cụm khai thác dầu khí quan trọng:
Cụm mỏ thứ nhất nằm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong
đó có Tiền Hải –“C”, trữ lượng khoảng 250 tỷ m3 khí, đã bắt đầu khai thác từ năm 1981
phục vụ công nghiệp địa phương. Với các phát hiện mới trong khu vực này, đây là cơ
sở nguyên liệu cho cơng nghiệp khí ở các tỉnh phía Bắc.
Cụm mỏ thứ hai thuộc vùng biển Cửu Long, gồm chuỗi 4 mỏ dầu: Bạch Hổ,
Rồng, Rạng Đông, Ru Bi. Đây là cụm quan trọng nhất hiện nay, cung cấp trên 96% sản
lượng dầu toàn quốc.
Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng đã có 21 giàn khai thác lớn nhỏ đang hoạt
động với hơn 100 giếng khoan khai thác và bơm ép. Khí đồng hành từ đó được thu gom
và đưa vào bờ bằng đường ống dẫn dài 110km.
Cụm mỏ thứ 3 ở vùng biển Nam Côn Sơn gồm mỏ dầu Đại Hùng và các mỏ khí
ở khu vực xung quanh là Lan Tây, Lan Đỏ, Hải Thạch, Mộc Tinh và mỏ dầu khí Rồng
Đơi Tây…
Riêng mỏ khí Lan Tây- Lan Đỏ với trữ lượng xác minh là 58 tỷ m3 sẽ cung cấp

ổn định lâu dài ở mức 2,7 tỷ m3 khí/năm.
Cụm mỏ dầu khí ở vùng biển Cửu Long và Nam Cơn Sơn có thể cung cấp 6 đến
8 tỷ m3 khí/năm và là cơ sở nguyên liệu cho cụm cơng nghiệp dầu khí ở Bà Rịa, Phú
Mỹ và Dung Quất.
Cụm mỏ thứ tư tại thềm lục địa Tây Nam bao gồm mỏ Bunga Kekwa – Cái Nước
đang khai thác dầu, mỏ Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Raya tại khu vực thỏa
thuận thương mại Việt Nam – Malaysia sẽ là khu khai thác và cung cấp khí lớn thứ hai
và sẽ là cơ sở đảm bảo sự phát triển khu cơng nghiệp dầu khí ở Cà Mau.
Nói chung, khí tự nhiên và khí đồng hành của Việt Nam chứa rất ít H2S
(0,002g/m3) nên là loại khí rất thuận lợi cho chế biến, sử dụng an toàn với thiết bị và
hầu như không gây ô nhiễm môi trường.
Chế biến khí bao gồm các cơng đoạn thu gom, xử lý, sản xuất, tồn trữ và vận
chuyển … kết hợp chặt chẽ với nhau tạo thành một "dây chuyền khí". Tất cả các hoạt
động chế biến khí này nhằm tạo ra các sản phẩm từ khí phù hợp với nhu cầu sử dụng
với chất lượng tốt, hiệu suất cao, đảm bảo an tồn và kinh tế trong q trình tồn trữ, vận
chuyển và sử dụng. Q trình chế biến khí bao gồm hai cơng đoạn chính sau:
−

Tách các tạp chất ra khỏi khí tự nhiên.

−

Tách khí tự nhiên ra khỏi phần lỏng.

Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 17


Với tiềm năng về khí khá phong phú như hiện nay, nước ta có điều kiện phát triển

cơng nghiệp dầu khí trên tồn lãnh thổ. Khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên
thiên nhiên quý giá này sẽ góp phần đáng kể vào sự phát triển của đất nước.
1.2.

CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG TRONG CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN
KHÍ

1.2.1. Khí tự nhiên, khí đồng hành
Khí tự nhiên là khí khai thác được từ những mỏ khí riêng biệt.
Khí đồng hành (khí dầu mỏ) là khí khai thác được đồng thời với q trình khai
thác dầu mỏ.
1.2.2. Khí thơ
Khí khai thác được từ các mỏ khí chưa qua xử lý, ngồi thành chính là các
hydrocacbon, khí thơ cịn chứa các hợp chất khác bao gồm cả hợp chất có lợi và có hại.
Các hợp chất này thường được tách ra khỏi thành phần của khí.
1.2.3. Khí ngọt, khí chua
Khí chua là khí có hàm lượng H2S > 1% thể tích và hàm lượng CO2 > 2% thể
tích.
Khí ngọt là khí có hàm lượng H2S < 1% thể tích và hàm lượng CO2< 2% thể tích.
1.2.4. Khí béo, khí gầy (rich gas, lean gas)
Khí béo là thuật ngữ dùng để chỉ khí giàu hàm lượng hydrocacbon C3+ ( >
150g/m3). Khí này thường được ứng dụng để sản xuất NGL, LPG và hydrocacbon riêng
biệt cho cơng nghiệp hóa dầu.
Khí gầy là thuật ngữ dùng để chỉ khí chứa hàm lượng hydrocacbon C3+ ít ( <
50g/m3). Khí này thường được ứng dụng để làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống,
làm nguyên liệu cho cơng nghiệp hố dầu.
1.2.5. Khí khơ, khí ẩm
Khí khơ là khí có chứa hàm lượng khí C2+ < 10% thể tích.
Khí ẩm là khí có chứa hàm lượng khí C2+ > 10% thể tích.
Lưu ý rằng khi nói đến khí tự nhiên, các thuật ngữ khơ và ẩm, béo và gầy luôn

luôn hàm ý chỉ hàm lượng các hydrocacbon nặng, khơng chỉ hàm lượng nước. Khi nói
đến hàm lượng nước trong khí tự nhiên, thường chỉ rõ ẩm nước (water – wet) hoặc khô
- nước (water – dry).
1.2.6. LPG
LPG: Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG - Liquefied petroleum gas) thành phần chính là
propan và butan.

Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 18


1.2.7. NGL
NGL: Phần lỏng của khí tự nhiên (NGL - Natural gas liquid) thành phần chính là
etan và các hợp chất nặng hơn.
1.2.8. LNG
LNG là thuật ngữ dùng để chỉ khí tự nhiên hóa lỏng (LNG - Liquefied natural
gas): LNG thu được khi ta hạ nhiệt độ của khí xuống dưới -160oC.
1.2.9. CNG
CNG (Compressed Natural Gas) là khí nén thiên nhiên được khai thác từ các mỏ
khí tự nhiên hay là khí đồng hành trong q trình khai thác dầu mỏ, qua thiết bị làm sạch
để loại bỏ các tạp chất và các cấu tử nặng, được vận chuyển bằng đường ống tới Nhà
máy nén khí hay nén trực tiếp vào các tầu chở CNG. Khí thiên nhiên được nén tới áp
suất 200 – 250 bars,ở nhiệt độ môi trường đề giảm thể tích bồn chứa, tăng hiệu suất và
giảm chi phí vận chuyển bằng các phương tiện vân tải đường bộ, đường sắt, đường thủy.
Tại nơi tiêu thụ, CNG được gia nhiệt và giảm áp qua cụm thiết bị PRU – Pressure
Reducer Unit, tới áp suất yêu cầu của khách hàng (thường là 3 bar).
Thành phần khí chủ yếu là CH4 (84%), C2H6(12%), khi cháy sinh ra ít khí CO2,
làm cho môi trường sạch hơn, không gây hiệu ứng nhà kính. Trong tương lai, sẽ thay
thế cho các loại nhiên liệu như xăng, dầu… Vì là loại nhiên liệu được khai thác muộn

hơn so với dầu thô, trữ lượng hiện tại cịn nhiều trong khi đó dầu thơ ngày càng cạn kiệt.
1.3.

THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG
HÀNH.

5.1.1.

Thành phần, tính chất của khí tự nhiên và khí đồng hành:
Những cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là: metan, etan, propan,

butan (normal và iso). Trong khí tự nhiên thành phần chủ yếu là metan (chiếm đến 8099% theo thể tích).
Thành phần của khí đồng hành ngồi cấu tử chính là metan cịn có etan, propan,
butan và các hydrocacbon nặng với hàm lượng đáng kể.
Thành phần những cấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong một phạm vi khá rộng
tùy theo mỏ dầu khai thác. Ngồi ra trong thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành cịn
có H2O, H2S cùng các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ, CO2 và heli.
Nitơ làm giảm trị nhiệt của khí, do đó hàm lượng nitơ được hạn chế đến lượng
khá thấp trong khí thương mại.
Việc loại nitơ ra khỏi khí tự nhiên và khí đồng hành địi hỏi q trình chế biến
sinh hàn rất tốn kém, hàm lượng khí nitơ q cao có thể đưa đến khí khơng có giá trị
thương mại. Heli khơng độc hại nhưng làm giảm trị nhiệt của khí.
Ngồi ra, một vài nguồn khí tự nhiên có lượng nhỏ khí argon, hydro và oxy.
Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 19


Hydrosunfua và dioxitcacbon được tìm thấy trong nhiều nguồn khí tự nhiên với
hàm lượng tương đối cao. Hàm lượng của H2S thường <1%, tuy nhiên ở một số mỏ khí

hàm lượng H2S có thể lên đến >10% cịn hàm lượng CO2 thơng thường từ 0,5 - 10 %
(có nơi lên đến 70%).
Khí H2S rất độc hại và có tính ăn mịn rất lớn, cịn CO2 ngồi làm giảm trị nhiệt
cũng có tính ăn mịn.
Khí tự nhiên và khí đồng hành khơng màu, khơng mùi, khơng vị. Vì vậy khi sử
dụng người ta thường cho các chất tạo mùi để nhận biết tuỳ theo mức độ an tồn.
Trữ lượng khí phát hiện ước tính vào khoảng 1.300 tỷ m3 khí. Trữ lượng này
phân bố trên toàn lãnh thổ nhưng chủ yếu là ở các bể Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Malay
– Thổ Chu. Trong các bảng 1.1; 1.2 dưới đây cho thấy thành phần khí tự nhiên và khí
đồng hành khai thác được ở một số mỏ của Việt Nam.
Bảng 1.1.Thành phần khí ở bể Cửu Long ( % theo thể tích)
Mỏ
Thành phần
Metan Metan C1
Etan C2
Propan C3
Butan C4
Condensat C5+
N2
CO2
H2S

Bạch Hổ
(lơ 09)
76,82
11,87
5,98
1,04
0,32
0,50

1,00
-

Rồng (lơ 09)
Khí tự
Khí đồng
nhiên
hành
84,77
76,54
7,22
6,89
3,46
8,25
1,70
0,78
1,30
0,50
-

Rạng Đơng
(lơ 09)

Ruby
(lơ 01)

77,62
10,04
5,94
2,83

0,97
0,33
0,42
-

78,02
10,67
6,70
1,74
0,38
0,60
0,07
-

Bảng 1.2.Thành phần khí ở bể Nam Cơn Sơn (% theo thể tích)
Mỏ
Thành phần
Metan Metan C1
Etan C2
Propan C3
Butan C4
Condensat C5+
N2
CO2

Đại
Hùng
(05-1a)
77,25
9,49

3,38
1,34
0,48
4,50
-

Lan
Tây
(06-1)
88,5
4,3
2,4
0,6
1,4
0,3
1,9

Lan
Đỏ
(06-1)
93,9
2,3
0,5
0,1
0,2
1,6
1,2

Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Rồng
Đơi
(11-2)
81,41
5,25
3,06
1,47
0,55
0,08
5,64

Hải
Thạch
(05-2)
81,00
5,20
2,8
1,50
4,70
0,11
4,40

Mộc Tinh
(05-3)
89,44
3,80
1,48
0,71
0,54
0,15

3,88

Trang 20


Mỏ
Thành phần
H2S

Đại
Hùng
(05-1a)
-

Lan
Tây
(06-1)
10,0

Lan
Đỏ
(06-1)
Chưa
đo

Rồng
Đôi
(11-2)
0,00

Hải
Thạch
(05-2)
-

Mộc Tinh
(05-3)
-

Hàm lượng CO2 ở bể Sông Hồng cao 75-85% (theo thể tích). Hàm lượng H2S,
CO2 rất nhỏ trong khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, Rồng, Đại Hùng…là rất thuận lợi cho
chế biến và sử dụng, an toàn thiết bị và không gây ô nhiễm môi trường.
5.1.2.

Giản đồ pha của khí tự nhiên:
Trạng thái tới hạn lỏng – hơi

Một chất có thể chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng khi nhiệt độ giảm,
khi áp suất tăng trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn một giá trị nào đó.
Trên nhiệt độ đó khơng thể chuyển hơi thành lỏng ở bất kỳ áp suất nào. Nhiệt độ
đó là nhiệt độ tới hạn (tới hạn của cân bằng lỏng – hơi), thường ký hiệu là Tc.
Tương ứng với nhiệt độ Tc ta cũng có áp suất tới hạn Pc và thể tích tới hạn Vc.
Các đại lượng Tc, Pc, Vc đặc trưng cho từng khí. Hydrocacbon càng nặng thì có Tc càng
cao.

Hình 1.1.Giản đồ trạng thái cân bằng lỏng hơi đối với đơn chất
Hỗn hợp hydrocacbon cũng có Tc của nó và giá trị Tc này phụ thuộc cả vào thành
phần định tính lẫn thành phần định lượng, giá trị của Tc của hỗn hợp khí nằm giữa nhiệt
độ tới hạn của chất nhẹ nhất và nhiệt độ tới hạn của chất nặng nhất.
Ở chất nguyên chất giản đồ trạng thái cân bằng lỏng – hơi trong hệ toạ độ P-T là

một đường cong, còn ở hỗn hợp là gồm 2 đường cong gặp nhau tại một điểm. Điểm đó
chính là điểm tới hạn.

Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 21


Giản đồ pha của hệ một cấu tử hydrocacbon (hydrocacbon đơn chất)
Trong hệ một cấu tử, chất tạo thành có thể tồn tại ở nhiều pha khác nhau và số
pha nói chung khơng bị hạn chế. Tuy nhiên số lượng pha cùng tồn tại ở trạng thái cân
bằng được quy định bởi quy tắc pha.
Trạng thái của hệ một cấu tử có thể được biểu diễn qua 3 biến số P,T và V (hoặc
C – nồng độ).
Trên Error! Reference source not found. là giản đồ pha của chất tinh khiết (hệ m
ột cấu tử) theo hệ ba trục tọa độ P, V, T. Các miền tồn tại hai pha: BDHG- lỏng và rắn,
FGIJ-rắn và hơi, HCI- lỏng và hơi. Các miền này vng góc với trục nhiệt độ.

Hình 1.2.Giản đồ P-V-T của hệ một cấu tử
Miền chỉ có pha lỏng là miền bên trái của miền HCI và liền kề miền BDHG. Miền
chỉ có pha hơi là sườn dốc phía bên phải của miền HCI. Tất cả các miền đều đáng chú
ý, nưng đặc biệt quan trọng là miền HCI.
Người ta có thể biểu diền trên hệ hai trục tọa độ P-T hoặc P-V. Tất cả các miền
hai pha đều vng góc với trục nhiệt độ nên sẽ là các đường cong trong tọa độ P-T như
Error! Reference source not found..
Đường HD, HC và FH là các đường cân bằng, bao gồm tập hợp các giá trị áp
suất, nhiệt độ, tại đó có cân bằng pha.
Trong đó HD là đường cân bằng lỏng và rắn, HC là đường cân bằng lỏng và hơi
hay thường được gọi là đường áp suất hơi hoặc đường cong điểm sương, FH là đường
cân bằng rắn và hơi,

Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 22


Điểm H là điểm duy nhất tại nhiệt độ và áp suất xác định đồng thời tồn tại ba pha
rắn, lỏng, khí cân bằng với nhau.
Điểm C là điểm tới hạn ứng với nhiệt độ tới hạn Tc và áp suất tới hạn Pc. Tại
điểm này các tính chất của lỏng và hơi trở thành đồng nhất.

Hình 1.3.Giản đồ P-T của hệ một cấu tử
Đối với đơn chất điểm tới hạn là điểm mà trên nó pha lỏng khơng thể tồn tại như
một pha độc lập hay phía trên điểm tới hạn thì khí khơng thể hóa lỏng bằng cách nén áp
suất cao.
Phía trên điểm C được mơ tả như pha lỏng chặt (dense fluid) khác với pha hơi và
lỏng thơng thường. Lỏng tại pha lỏng chặt có tỷ trọng lớn hơn khí nhưng độ chịu nén
cao hơn lỏng thơng thường,
Từ điểm nhiệt độ tới hạn tc trên trục tọa độ nhiệt độ (Error! Reference source n
ot found.) đi tới điểm tới hạn C, tiếp xúc với đường bao pha HIC. Các đường nhiệt độ
nằm giữa các đường cong HC và CI bên trong đường bao pha tương ứng với áp suất
khơng đổi, đó là đặc trưng cơ bản của giản đồ hệ một cấu tử.
Giản đồ pha của hệ đa cấu tử hydrocacbon
Đối với hệ nhiều cấu tử, vị trí của các đường cong trên giản đồ pha phụ thuộc vào
thành phần hỗn hợp. Với hệ một cấu tử, đường bao pha HCI tạo thành miền là một mặt
phẳng.
Đối với hệ nhiều cấu tử hỗn hợp các chất, đường bao pha tạo thành không phải
là một mặt phẳng mà có chiều dày như hình cái lưỡi. Thành phần cấu tử là biến số phản
ánh chiều dày của bao pha.

Bài 1: Thành phần và tính chất của khí tự nhiên

Trang 23