Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ bể nam côn sơn

LỜI NÓI ĐẦU
Từ xa xưa con nguời đã biết dầu mỏ và khí tự nhiên để phục vụ
cho cuộc sống sinh hoạt mặc dù sự hiểu biết còn hạn chế và rất lãng
phí nhưng họ cũng đã coi đó là một nguồn tài nguyên vô cùng quý
giá.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con
người đã đánh giá và nhận thức được tầm quan trọng của chúng đối
với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Đó là nguôn nguyên nhiên
liệu chính để phát triển các ngành công nghiệp khác. Dầu mỏ và khí tự nhiên
là nguồn khoáng sản không phải là vô tận và không có khả năng tái sinh nên cần biết cách
khai thác, chế biến hợp lí chống lãng phí nguồn nguyên liệu này.
Trước đây lượng dầu mỏ được khai thác và chế biên gấp nhiều
lần khí tự nhiên khai thác, ngày nay khoảng cách đó được thu hẹp lại
bởi lượng dầu mỏ cũng đang dần cạn kiệt cùng với sự phát triển của
ngành công nghiệp chế biến dầu khí.
Ở Việt Nam ngành công nghiệp chế biến khí đã và đang trên đà
phát triển . Chúng ta đã khai thác, xây dựng được những nhà máy chế
biến nguồn tài nguyên này đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng
và có được nhiều thành phẩm có giá trị kinh tế cao. Tuy còn hạn chế
về công nghệ nhưng nó cũng đóng góp môt phần lớn vào sự phát triển
kinh tế của đất nước.
Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các
hydrocacbon paraíin còn chứa các tạp chất như: Bụi, hơi nước, khí
trơ, COT, HTS và các tạp chất hữu cơ của lưu huỳnh. Đây là các thành
phần có thể gây tổn hại đén sức khoẻ con người cũng như nó làm ăn
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 1
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
mòn đường ống thiết bị trong quá trình khai thác và chế biến. Vì vậy
trước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại
đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách

bụi,tách hơi nước và các khí axit. Được sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô giáo trong bộ môn lọc hoá dầu và sự hướng dẫn tận tình của
Tiến Sĩ Nguyễn Thị Bình tôi hoàn thành đồ án với đề tài “Tính toán
các thông số kĩ thuât cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên
liệu khí từ bể Nam
Côn Sơn”. Do kinh nghiệm thực tế và kiến thức ngành nghề còn hạn
chế, đồ án không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong được sự góp ý
của các Thầy, Cô giáo trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
PHẦN I: TỔNG QUAN VỂ KHÍ Tự NHIÊN
CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM, NGUổN Gốc, PHÂN LOẠI VÀ
THÀNH
PHẦN KHÍ TỤ NHIÊN
1. Khái niêm về khí tự nhiên : { }
Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH
4
, C
2
H
6
,
C
3
H
8
, C
4
H
I0
Có trong lòng đất.Chúng thường tồn tại thành những mỏ

khí riêng rẽ hoặc tồn tại ở trên các lớp dầu mỏ. Trong nghĩa hẹp khí tự
nhiên được hiểu là khí trong các mỏ khí. Khí tự nhiên cũng luôn chứa
các khí vô cơ N
2
, H
2
S C0
2
khí trơ và hơi nước.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 2
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
2. Nguồn gốc dầu mỏ và khí tự nhiên
Để hiểu rõ về thành phần hoá học của dầu mỏ và khí tự nhiên
cần tìm hiểu nguồn gốc, sư hình thành chúng.Mặc dù đó là vấn đề còn
tranh cãi giữa nguồn gốc vô cơ và hữu cơ .Nhưng giả thuyết về nguồn
gốc hữu cơ có tính thuyêt phục hơn
2.1. Nguồn gốc vô cơ
Theo giả thuyết này trong lòng đất chứa các Cacbua kim loại
như AL
4
C
3
, CaC
2
các chất này bị phân huỷ bởi H
2
0 để tạo ra CH
4
và

C
2
H
2
.
Từ các chất khởi đầu (CH
4
, C
2
H
2
) qua quá trình biến đổi dưới
tác dụng của nhiệt độ, áp suất cao trong lòng đất và xúc tác là các
khoáng sét, tạo thành nhưng loại hydrocacbon có trong dầu khí.
Để chứng minh cho điều đó năm 1886 Berthelot M đã tổng hợp
thành công hydrocacbon thơm theo 3 giai đoạn
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 3
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Kim loại kiềm + C0
2
—» Cacbua kim loại
Cacbua kim loại + C0
2
—> QEL,
C
2
H
2
—> benzen

Sabatir và Sendereus cũng đã thực hiện phản ứng hydro hoá axtylen trên
xúc tác Niken và sắt ở nhiệt độ trong khoảng 200-300°C đã thu được một loạt
các hydrocacbon tương ứng như trong thành phần dầu mỏ. Vì thế giả thuyêt về
nguồn gốc vô cơ đã được chấp nhận trong thơi gian khá dài.
Trong những thập kỉ gần đây trình độ khoa học và kĩ thuật phát triển thì
người ta bắt đầu hoài nghi về luận điểm trên vì.
+ Đã phân tích được (bằng các phương pháp hiện đại) trong dầu thô có
chứa các porphyrin có nguồn gốc từ động thực vật.
+ Trong vỏ quả đất,hàm lương Cacbua kim loại la không đáng kể.
+ Các hydrocacbon thường gặp trong các lớp trầm tích, tại đó nhiệt độ ít
khi vựơt quá 150-H 200°c (vì áp suất rất cao ), nên không đủ nhiệt độ cần thiết cho
phản ứng tổng hợp xảy ra
Vì những lý do đó mà giả thuyết về nguồn gốc vô cơ ngày càng phai
2.2 Nguồn gốc hữu cơ
Có lẽ xác động thực vật, mà chủ yếu là các loại tảo phù du sống trong
biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển
từ hàng triệu năm về trước đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên.Có
thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo 3 giai đoạn :Biến đổi sinh học bởi vi khuẩn,
biến đổi hoá học dưới tác dụng của các điều kiện địa hoá thích hợp và sự di
chuyển, tích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất.
Xác động thực vật bị phân huỷ bởi các vi khuẩn ưa thích, sau đó bơỉ các
vi khuẩn kỵ khí trong qua trình trầm lắng dần trong nước biển. Các albumin bị
phân huỷ nhanh nhất, các hydrat cacbon bi phân huỷ chậm hơn.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
(J)ăn $7hình 4
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Các khí tạo ra như N
2
, NH
3

, C0
2
, CH
4
Hoà tan trong nước rồi thoát ra ngoài,
phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày càng sâu trong các lớp đất đá trầm
tích. Không gian ở đó xảy ra quá trình phân huỷ sinh học đó gọi là vùng vi
khuẩn.
Ở giai đoạn hoá học tiếp theo, vật liệu hữư cơ còn lại, chủ yếu là các chất
lipid, nhựa, sáp, terpen, axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hoá học dưới
tác dụng xúc tác của vavạt chất vô cơ trong đất đá ở điều kiện áp suất lớn hàng
trăm , thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân, các chất vô
cơ khác nhau, đặc biệt là các aluminosilicat, có thể đóng vai trò chất súc tác. Quá
trình hoá học đó xảy ra vô cùng chậm. Càng suống sâu, thời gian càng lớn, sự
biến đổi đó càng chở nên sâu xa theo chiều hướng:
Hợp chất phức tạp sinh vật —» hợp chất hữu cơ đơn giản hơn Hợp chất
thơm phức tạp —» hợp chất thơm đơn giản, hyđrocacbon đơn giản naphten,
parafin
Hyđrocacbon phân tử lượng lớn —> hyđrocacbon phân tử lượng bé Phản
ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hoá học là phản ứng cracking, trong đó mạch
cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gẫy dần. Kết quả là tạo ra các chất hữư cơ
đơn giản hơn, chủ yếu là hyđrocacbon sinh ra ngày càng nhiều.
Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân huỷ đó là quá trình
ngưng tụ, kết hợp một số các chất hữu cơ tương đối đơn giản vừa tạo thành để
tạo ra các chất hữu cơ phức tạp hơn: các chất nhựa, Asphalten .Các chất nhựa,
Asphalten tan kém, nặng hơn, nên phần lớn bị kết tủa, sa lắng, phần ít còn
lại lơ lửng, phân tán trong khối chất lỏng hyđrocacbon sinh ra bởi quá trình
cracking.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
(J)ăn $7hình 5

Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Tập hợp các phản ứng hoá học đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thành
dầu mỏ và khí tự nhiên. Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của quá
trình phân huỷ hoá học dầu mỏ. Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càng chứa
nhiều chất ít phức tạp, càng biến nhiều thành khí.
Dầu mỏ đang được tạo thành ở dạng hỗn hợp lỏng có thể bị di cư từ chỗ
này sang chỗ khác dưới tác dụng vận động kiến tạo của vỏ trái đất. Chúng thẩm
thấu, chui qua các lớp đất đá xốp, chúng chảy qua các khe nứt và có thể bị tập
trung, bị giữ trong những tầng đá đặc khít, tạo ra những túi dầu mà ta thường gọi
là mỏ dầu. Trong các mỏ dầu các quá trình hoá học vẫn tiếp tục xẩy ra, dầu vẫn
liên tục biến thành khí, tạo ra các mỏ khí. Không gian xẩy ra các phản ứng hoá
học đó gọi là vùng hoá học.
Cần nhớ ràng các quá trình đó xẩy ra rất chậm, kéo dài hàng chục, thậm
chí hàng trăm triệu năm rồi mà vẫn đang xẩy ra, do đó tuổi của dầu mỏ, của khí
tự nhiên là rất lớn.
Như vậy quá trình hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên có thể được biểu
diễn bằng sơ đồ tổng quát sau:
3. Phân loại
3.1. Phân loại theo nguồn gốc
Sơ đồ hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên (1): Quá trình phân huỷ sinh học;(2,2’),(3,3’): quá
trình hoá học. A: Các vật liệu hữu cơ thực vật, Động vật B: Dầu mỏ sơ khởi.
C: Dầu mỏ.
D: Khí tự nhiên.
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
r
f)hạm (Văn ÇJhinh
6
Jit'ip : Mọc hf)tì dầu k46
Người ta đã phân chúng ra làm 2 loại dựa theo nguồn gốc của mỏ:
+ Khí thiên nhiên: là khí được khai thác từ các mỏ khí riêng biệt trong tự

nhiên, nó có hàm lượng Metan rất cao, thường từ 90 - 99% thể tích, còn lại là các
khí khác như Etan, Propan và ít Butan
+ Khí đồng hành: Là khí nằm lẫn trong dầu mỏ, được hình thành cùng với
dầu còn gọi là khí dầu mỏ. về mặt định tính khí đồng hành khá giống khí thiên
nhiên nhưng về mặt định lượng thì khí đồng hành có hàm lượng Metan thấp hơn
so với khí tự nhiên, thường là 30-87%
+ Khí ngưng tụ(condensat) : Thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và
khí ,bao gồm các hydrocacbon như Propan, Butan và một số hydrocacbon lỏng
khác như Pentan, Pexan,thậm chí hydrocacbon Naphtenic và Aromatic đơn giản,
ở điều kiện thường khí ngưng tụ ở dạng lỏng
3.2. Phân loại theo thành phần định lượng
- Dựa theo thành phần của khí Acid có trong khí Hyđrocacbon người ta
phân nó ra làm 2 loại: Khí chua và khí ngọt.
+ Khí chua là khí ( khí tự nhiên hay khí đồng hành ) có hàm lượng H
2
S
lớn hơn 5,8 mg/m
3
khí ở điều khiện 15°c và 1 bar , hoặc chứa lượng COt lớn hơn
2% thể tích
+ Khí ngọt là khí có hàm lượng H
2
S hoặc (và) C0
2
nhỏ hơn qui định trên .
Theo cách phân loại này, các khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam phần lớn
là khí ngọt, rất thuận tiện cho việc chế biến và sử dụng.
Dựa vào hàm lượng các khí Hyđrocacbon nặng (Propan, Butan, Pentan ) người
ta phân loại khí thành khí béo và khí gầy.
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần

r
f)hạm (Văn ÇJhinh
7
Jit'ip : Mọc hf)tì dầu k46
Theo cách phân loại này:
+ Nếu hàm lượng C
+
3 chứa lớn hơn 50g/m
3
khí ở điều kiện 15°c và 1 bar
gọi là khí béo (khí giầu).
+ Trái lại nếu hàm lượng C
+
3 chứa nhỏ hơn 50g/m
3
khí, gọi là khí gầy (khí
nghèo). Khí béo có giá trị kinh tết cao hơn khí gầy , vì người ta có thể chế biến
thành nhiều sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao hơn như : Khí đầu mỏ hoá lỏng
(LPG), Condensat(C
+
5
) để pha xăng.
4. Thành phần
Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí đồng hành bao gồm hai phần
: Hydrocacbon va phi hydrocacbon
4.1. Các hợp chất hydrocacbon
Chủ yếu là các khí metan và đồng đẳng của nó như:Etan , Propan, n-
Butan,iso-Butan,ngoài ra còn một lượng ít các hợp chất C
5
, C

6
.Hàm lượng các
cấu tử trên thay đổi tuỳ theo nguồn gốc của khí(khi thiên nhiên chứa chủ yếu
metan các khí C3-Ỉ-C4 rất ít,còn trong khí đồng hành hàm lượng C3-Ỉ-C4 cao
hơn).
4.2. Các hợp chất phi hydrocacbon
Ngoài thành phần chính là các hydrocacbon , trong khí thiên nhiên và khí
dầu mỏ còn chứa các tạp chất như:C0
2
, N
2
, H
2
S , H
2
, He, Ar, Ne trong các loai
khí trên thường N
2
chiếm phần lớn. Tuỳ theo hàm lượng các khí co trong các mỏ
mà người ta có phương pháp khác nhau để thu hồi chúng.
5. Sự phân bô ,trữ lượng và tiềm năng khí thiên nhiên tại Việt Nam
Theo sô liệu của trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến dầu khí tiềm
năng và trữ lượng khí thiên nhiên là 3000 tỷ m
3
,Trữ lượng được thẩm lượng và
sẵn sàng để phát triển khai thác trong thời gian tới vào khoảng 400 tỷ m
3
, nguồn
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 8

Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
khí Việt Nam tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể :Sông Hồng, Cửu
Long, Nam Côn Sơn , và Malay-Thổ chu
+ Bể cửu Cong : Diện tích 60 ngàn km
2
với trữ lượng 50 tỷ m
3
, sản phẩm
chủ yếu dầu và khí đồng hành
+ Bể Nam Côn Sơn :Diện tích 160 ngàn km
2
với trữ lượng 160 tỷ m
3
sản
phẩm chủ yếu khí va condensat
+ Bể Malay-Thổ Chu :Nằm phía đông vinh Thái Lan, trữ lượng 140 tỷ m
3
sản phẩm dầu và khí
+ Bể Sông Hồng: Diện tích khoảng 120 ngàn km
2
, tiềm năng khí là khá
lớn khoảng 2000 tỷ m
3
khí thiên nhiên nhưng do bể co hàm lượng C0
2
lớn nên việc
khai thác và đưa vào sử dụng khí ở các mỏ này là chưa khả thi.
Bảng 1.1 Thành phần của khi thiên nhiên (% V) trong các mỏ thuộc Bể
Nam Côn Sơn
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần

^phạnt (J)ăn $7hình 9
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
\MỎ Cấu tư Lan tây, Lan
đỏ
Hải Thạch Mộc Tinh Rồng Đôi
n
o
1,92 4,5 2,72 5,64
n
2
0,36
0,12 0,10
0,08
Methane 89,65 84,13 89,02 81,41
Ethane 4,30 5,8 4,04 5,25
Propane 2,39 3,36 1,71 3,06
i-Butane 0,56
0,68
0,37 0,71
n-Butane 0,49 0,83 0,48 0,76
i-Pentane 0,14 0,24
0,20
0,32
n-Pentane 0,08 0,17 0,16 0,23
Hexane
0,10
0,17
0,12
2,54
rp /?

Tống
100 100 100 100
Trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến Dầu khí
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 10
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Bảng 1.2 Thành phần khí đồng hành Bể Cửu Long
\ Mỏ Cấư tư
Bạch Hổ Sư tử đen Rạng Đông Ruby
O
o
0.07 0.05 0.04 0.079
n
2
0.25 1.69 0.26 0.640
Methane 74 75.08 79.20 78.026
Ethane 12.35 11.24 10.87 10.679
Propane 13.33 6.75 6.14 6.705
i-Butane
0.00
1.87 1.04 1.305
n-Butane
0.00
1.85 1.46 1.741
i-Pentane
0.00
0.51 0.35 0.308
n-Pentane
0.00
0.45 0.35 0.382

Hexane
0.00
0.69 0.29 0.135
rp /?
Tống
100 100 100 100
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 11
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Bảng 1.3 biểu đồ dự kiến khai thác đến năm 2025
CHƯƠNG II: MỘT SỐ TÍNH CHẤT QUAN
TRỌNG CỦA KHÍ HYDROCACBON
1. Khối lượng trung bình và tỷ khôi
Để sơ bộ đánh giá được khí nặng hay nhẹ, người ta
có thể dựa vào khối lượng phân tử trung bình và tỷ khối của
khí :
+ Khối lượng phân tử trung bình của một tổ hợp
khí tính theo công thức sau:
M
TB
= Ỳ Mịx Yj (2.1)
7=1
□ Ser
ies
3
□ Ser
ies
2
□ Ser
ies

1
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ пинг : Jßoe hoứ dần
(
'Pítạnt (ĩ)ăn ÇJk în h
12
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
Trong đó : Mj - khối lượng phân tử trung
bình của phân tử j Yj - Phẩn mol của cấu tử j
trong tổ hợp Nếu gọi d là tỷ khối của tổ hợp
khí so với không khí ta có: d„h = M
tb
/29
2. Nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn
Mỗi một chất hơi có một nhiệt độ mà cao hơn nhiệt
độ đó nó không thể hoá lỏng ở bất khì áp suất nào đó gọi là
nhiệt độ tới hạn Tc , giá trị áp suất tương ứng với nó gọi là
áp suất tớ hạn P
c
, thể tích tương ứng là thể tích tới hạn V
c
,
áp suất tới hạn và nhiệt độ tới hạn phụ thuộc vào từng loại
Hyđrocabon , cùng một nhiệt độ sôi như nhau nhưng các
Hyđrocacbon thơm bao giờ cũng có nhiệt độ tới hạn cao
hơn các Hyđrocacbon Parafin.
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ пинг : Jßoe hoứ dần
(
'Pítạnt (ĩ)ăn ÇJk în h
13
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46

Trên bảng 2.1 trình bầy thông số tới hạn của một sô khí thông thường:
Nhiệt độ và áp suất tới hạn của Hydrocacbon đơn chất từ c, đến C
15
có thể sách
đinh một cánh gân đúng theo công thưc
Đối với một hỗn hợp hydrocacbon nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn phụ
thuộc vào thành phần định tính và thành phần định lượng của các phần
tử . Úng với mỗi thành phần sẽ có một nhiệt độ tới hạn, nó chỉ đăc trưng cho
thành phần đó khi thành phần biến thiên thì nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn
cũng thay đổi . Chính vì vậy, đối với hỗn hợp khí người ta quan tâm tới nhiêt độ
giả tới hạn và áp suất giả tới hạn. Chúng tính toán theo công thức sau:
Tgth = ±T
ci
.C, (2.5)
/=1
Và:
Hyđrocacbon Nhiệt độ tới hạn (k) áp suất tới hạn(atm)
X
U
190.55 45.44
C
2
H
6
305.43 48.16
C
3
H
8
369.82 41.94

I - C
4
H
10
408.43 36.00
N-QH.O 425.46 37.47
N-C
5
H
12
469.60 33.25
I - C
5
H
12
460.39 33.37
N- C
6
H
14
507.40 29.73
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 14
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Pgth
=ỵp
t
,.c
i
(2.6)

i=1
Trong đó:
T
ci
: Nhiệt độ tới hạn của cấu tử i
P
ci
: áp suất tới hạn của cấu tử i
Q: Phần mol của i trong hỗn hợp
3. Giới hạn cháy nổ
Một hỗn hợp khí chỉ có thể bắt cháy khi gặp nguồn lửa nếu nồng độ của nó
trong không khí đạt đến một lượng xác định nào đó. Để đặc trưng cho khả năng
cháy nổ của khí người ta nghiên cứu và đưa ra khái niệm “giới hạn cháy nổ”: Là
phần trăm thể tích của nhiên liệu trong hỗn hợp với không khí hoặc với Oxy
nguyên chất có thể cháy khi gặp nguồn lửa.
+ Hàm lượng phần trăm thể tích (hay % mol) của một khí trong liệu trong
không khí hoặc Oxy nguyên chất đạt giá trị nhỏ nhất có thể bắt cháy khi gặp ngọn
lửa gọi là giới hạn cháy nổ dưới.
+ Lượng % lớn nhất theo thể tích (hay % mol) của khí trong không khí hoặc
Oxy nguyên chất mà có thể cháy khi gặp nguồn lửa gọi là giới hạn cháy nổ
trên.Với hàm lượng khí từ giới hạn cháy nổ dưới đến giới hạn cháy nổ trên, khí sẽ
bắt cháy khi có nguồn lửa, đó là vùng cháy nổ. Hàm lượng khí nhỏ hơn giới hạn
cháy nổ dưới và lớn hơn giới hạn cháy nổ trên được xem là vùng an toàn.
Từ bảng 2.2 ta nhận xét được khi làm việc với khí chua là nguy hiểm rất
cao so với khí ngọt vì phạm vi cháy nổ của H
2
S trong không khí là rất rộng người
ta thường quan tâm đến cháy nổ dưới hơn (bởi vì cháy nổ dưới thường tạo ra do
những sự cố rò rỉ từ những thiết bị dẫn chứa khí ra ngoài).
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu

^phạnt (J)ăn $7hình 15
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Trên bảng 2.2: Trình bày giới hạn cháy nổ của Hydrocacbon và H
2
S
Cấu tử Hỗn hợp với không khí Hỗn hợp với Oxy nguyên chất
Giới hạn cháy nổ
dưới, %v
Giới hạn cháy nổ
trên, %v
Giới hạn cháy nổ
dưới, %v
Giới hạn cháy nổ
trên, %v
CH
4
5,3 14,0 5,1 61
C
2
H
6
3,0 12,5 3,2
66
C
3
H
8
2,2
9,5 2,3 55
N - C

4
H
10
1,9 8,5
1,8
49
I - C
4
H,0
1,8
8,4
1,8
49
N - C
5
H
12
1,5 7,8
- -
i - C
5
H
12
1,4 8,3
- -
N- C
6
H
14
1,2

7,7
- -
H
2
S 4,3 45,5
- -
QH
4
3,1 32,0 3,0 53
C
6
H
6
1,4 7,1
2,6
30
Trong thực tế khai thác, vận chuyển, chế biến và sử dụng khi đồng hành và khí tự
nhiên, luôn luôn phải làm việc với hỗn hợp khí, do đó phải biết cách xác định giới
hạn cháy nổ đối với hỗn hợp. Một trong các chất đó là tính giới hạn cháy nổ của
hỗn hợp theo công thức 2.7.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 16
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
(2.7)
Trong đó:
Y : Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp
n,: Phần trăm thể tích (hoặc % mol) của cấu tử i trong hỗn hợp khí
Nj: giới hạn cháy nổ của cấu tử i.
Biết được giới hạn cháy nổ của 1 chất khí (hay của hỗn hợp khí) nắm vai trò
quan trọng trong việc phòng cháy cho hệ thống ống dẫn, trong quy trình công nghệ

chế biến khí cũng như trong sử dụng. Để hạn chế rủi ro do cháy nổ, trong quá trình
vận chuyển khí người ta thường cho thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện rò rì, kịp
thời xử lý tránh để xảy ra nguy cơ cháy.
4. Nhiêt tri
Nhiệt trị còn gọi là nhiệt cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng
đốt cháy chất đó bằng oxy 0
2
để tạo thành các oxyd cao nhất và các chất tương ứng.
Nhiệt trị thường được ký hiệu: Q, đơn vị đo trong công nghiệp là
: Kj/Kg khí, kj/m
3
khí.
Trong công nghiệp dầu khí người ta dùng khái niệm phân biệt: Nhiệt trị trên
và nhiệt trị dưới chúng thường có giá trị khác nhau:
- Nhiệt trị trên (nhiệt trị cao) - Qt: Là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy
hoàn toàn 1 đơn vị khối lượng hay thể tích của khí Hydrocacbon mà nước sinh ra
trong phản ứng ở trạng thái lỏng.
- Nhiệt trị dưới (nhiệt trị thấp) - Qd: là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt
cháy hoàn toàn một thể tích hay khối lượng của khí Hydrocacbon mà nước sinh ra
trong phản ứng ở trạng thái hơi.
Nhiệt trị dưới bao giờ cũng nhỏ h ơn nhiệt trị trên một lượng bằng nhiệt
ngưng tụ hơi nước sinh ra và chúng có phương trình liên hệ như sau:
Qt
=
Qd + 558(9. h + W)
(2.8)
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 17
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Trong đó:

558: là lượng nhiệt làm ngưng tụ 1 kg nước
h : là số Kg H liên kết
w: sô Kg nước có mặt trong 1 kg nhiên liệu ở thể hơi
Trong thực tế thì thường dùng khái niệm nhiệt trị dưới. Và nhiệt là một
trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng của khí hoặc hỗn hợp khí thương phẩm.
Ta có thể tính nhiệt trị của hỗn hợp khí theo công thức:
Qhh = Ỳ Q j
ỵ
j (2.9)
j=1
Trong đó:
Q
hh
: Nhiệt trị của hỗn hợp
Qj: Nhiệt trị của các tửj
Y: Phần mol của các tửj
5. Độ ẩm điểm sương của khí
- Độ ẩm của khí: Là lượng hơi nước có trong khí tại một áp suất và nhiệt
độ xác định. Độ ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, áp suất càng tăng,
nhiệt độ càng giảm thì lượng hơi nước trong khí càng nhỏ và ngược lai. Người ta
hay dùng hai khái niệm về độ ẩm:
+ Độ ẩm tuyệt đối: Là khối lượng nước có trong một đơn vị thể tích hay
một đơn vị khối lượng của khí (đo bằng gam H
2
0/m
3
khí, gam H
2
0/kg khí).
+ Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong hỗn hợp khí

so với khối lượng hơi nước cực đại ở trong khí, trong cùng một nhiệt độ. (Lượng
hơi nước bão hoà ở nhiệt độ nào đó).
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 18
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
- Điểm sương của khí là nhiệt độ mà tại đó hơi nước ở trong khí được ngưng tụ
thành các giọt lỏng như sương mù ở một áp suất nhất định. Khí có điểm sương
càng thấp thì hàm lượng nước ở trong càng nhỏ.
6. Nhiệt dung, nhiệt bay hơi, Entalpy
- Nhiệt dung:
+ Nhiệt dung của một chất (ký hiệu là C): Nhiệt dung là lựơng nhiệt cần
thiết để làm tăng nhiệt độ một đơn vị chất đó lên một độ, thường được đo bằng
Cal/Kg °c. Nhiệt dung là hàm quá trình có giá trị phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ
và bản chất của chất đó.
+ Nhiệt dung của các Hydrocacbon tăng gần như tuyến tính với nhiệt
độ,giảm theo tỷ khối, nhiệt dung của các Hydrocacbon nhẹ tăng nhanh hơn theo
nhiệt độ
+ Đối với các hỗn hợp ở áp suất khí quyển nhiệt dung riêng được xác định
như sau .
c p
th
= Ẹ<v, (2 .1 0 )
i
ơ đây cPị: Nhiệt dung inol của cấu tử thứ i ơ nhiệt độ của hệ;
Yi: phần mol của cấu tử thứ i.
+ Ở áp suất cao hơn nhiệt dung riêng của các hydrocacbon khí và hỗn hợp
của chúng cũng phụ thuộc vào áp suất. Trong trường hợp này nhiệt dung riêng các
hydrocacbon khí được xác định theo phương trình: C^IO AC,(2.11)
c : Nhiệt dung mol của hỗn hợp các khí hydrocacbon ở nhiệt độ và áp suất
của hệ;

c: Nhiệt dung mol của cấu tử thứ I ở trạng thái lý tưởng ở nhiệt đô
của hệ;
AC : Đại lượng hiệu chỉnh cho áp suất.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 19
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
- Entalpy:
Trong ngành chế biến khí người ta thường dùng Entalpy H, đây không phải
là Etalpy tuyệt đối mà là biến thiên Entalpy từ nhiệt độ gốc quy ước T° đến nhiệt
độ đang xét T. Đơn vị đo là Kcal/Kg hoặc Kj/Kg.
Entalpy của các Hydrocacbon ở thể hơi phụ thuộc và áp suất, ở áp suất càng
lớn thì Entalpy càng nhỏ.
- Nhiệt bay hơi:
Nhiệt bay hơi là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một đơn vị khối lượng
chất lỏng để nó chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, thường được tính bằng đơn vị
Kcal/Kg hoặc Kj/Kg. Nhiệt bay hơi phụ thuộc vào áp suất, nhiệt bay hơi tăng khi
áp suất tăng.
Công thức Trouton tính gần đúng nhiệt bay hơi của một chất (cấu tử):
L = KT
tbm
/M
tb
(2.12)
Trong đó :
M
tb
: Phân tử lượng trung bình
K : Hệ số bằng 20 đến 22
T
tbm

: Nhiệt độ sôi trung bình mol (độ K)
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 20
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM
NGỌT KHÍ
2.1. Tác hại của khí Acid và sự cần thiết phải loại
bỏ khí Acid (H
2
S,
co
2
).
Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành và khí hoá
dầu ngoài khí Hydrocacbon còn chứa một số khí khác như:
Khí chua (H
2
S, C0
2
), đồng thời còn chứa một lượng không
lớn khí hữu cơ khác như: COS, CS
2
, Mecaptan Sự tồn tại
của chúng trong khí sẽ gây cản trở trong sự vận hành và chế
biến khí, chúng gây ăn mòn thiết bị, gây ngộ độc chất xúc
tác trong chế biến, đối với người sử dụng nó có ảnh hưởng
không tốt đến sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường, khí
cacbonic có phần ít độc hại hơn. Nhưng nếu thành phẩn của
chúng quá lớn thì sẽ làm giảm nhiệt trị của hỗn hợp khí.
Mặt khác, Hydrosunfua (HrS) là khí dễ cháy (giới hạn

cháy nổ rộng) là chất không có màu trứng thối rất khó chịu.
H
2
S rất độc có thể gây ngộ độc dẫn đến tử vong cho con
người khi tiếp xúc lâu với nó ờ nồng độ cao trong khí. Cho
nên, trong quá trình vận hành khí chúng ta phải hết sức quan
tâm đến sự an toàn thiết bị, đề phòng rò rỉ khí. Từ những
vấn đề phân tích trên chúng ta đã nhận thấy sự bất lợi và tác
hại của khí chua H
2
S, co, có mặt trong khí tự nhiên, khí đồng
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh
21
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
hành. Vì thế chúng ta cần phải loại bỏ chúng trước khi đưa
vào chế biến, nói một cách khác chính là làm ngọt. Tuy vậy,
bên cạnh sự tác hại của khí chua, thì chúng vẫn có lợi còn
ứng dụng được trong công nghiệp chế biến:
+ H
2
S là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất
Lưu huỳnh nguyên chất và Acid Suníuaric.
+ C0
9
cũng là nguyên nhiên liệu được dùng trong
công nghiệp chế biến thực phẩm, trong công nghiệp hoá
chất hoá học, trong nông nghiệp, trong công nghiệp sản xuất
đồ uống nước giải khát
Vì vậy, khi lựa chọn các quy trình làm ngọt khí cần

phải tính đến mức độ loại các cấu tử không mong muốn trên
và tận dụng chúng để sản xuất ra các sản phẩm chuyên dùng
cần thiết.
* Tiêu chuẩn cho phép khí chua còn lại trong khí
sạch
- Ở Mỹ: Hàm lượng H
2
S cho phép < 5,7
mgH
2
S/m
3
khí
- Ở Nga: Hàm lượng H
2
S cho phép < 20
mgH
2
S/m
3
khí
- Ở Việt Nam : Hiện nay chưa có một quy định nào
cụ thể nào, vì khí tự nhiên, khí đồng hành và khí hóa dầu
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh
22
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
của chúng ta có hàm lượng co, và H
2
S thấp, (trừ khí ở bể

Sông Hồng có hàm lượng CO
?
tương đối cao)
Nói chung, trong các quy trình công nghệ xử lý khí
cẩn phải làm ngọt khí nhằm có mục đích:
Giảm ăn mòn đường ống, thiết bị trong quá trình
xử lý khí hay sử
dụng khí.
- Giảm thiểu khả năng gây ngộ độc chất xúc tác
trong các công đoạn chế biến sâu.
- Đảm bảo an toàn cho sức khoẻ và ô nhiễm môi
trường.
Đáp ứng tiêu chuẩn về các chỉ tiêu kỹ thuật của
sản phẩm khí thương mại.
- Thu hồi khi chua dùng cho các ngành công nghiệp
khác, khi hàm lượng lưu huỳnh trong khí là đáng kể.
2.2. Giới thiệu tổng quát về các phương pháp làm ngọt
khí:
Để loại bỏ khí chua (H
2
S, C0
2
) và các hợp chất khác
chứa lưu huỳnh không mong muốn ra khỏi tự nhiên, khí
đồng hành và khí hoá dầu. Người ta sử dụng chủ yếu yếu tô
là các quá trình hấp thụ, tuỳ thuộc vào đặc điểm tương tác
của các hợp chất này với dung môi - chất hấp thụ chúng có
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh
23

jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
thể hợp thành các nhóm sau. Phương pháp hóa học, phương
pháp vật lý, phương pháp kết hợp vật lý và hóa học.
2.2.1. Làm ngọt khí bằng phương pháp hóa học
Làm ngọt khí bằng dung môi hấp thụ hóa học là
những dung dịch nước Alkanol amin. Các Alkanol amin
thường được sử dụng là: mondo Etanol amin (MEA), di
Etanol amin (DEA), Diglycol amin (DGA), TriEtanol amin
(TEA), Di IzoPropanol amin (DIPA)
Quá trình làm ngọt khí của các dung môi này là quá
trình hấp thụ, trong khi tiếp xúc và phản ứng hóa học với khí
chua. Quá trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat cũng thuộc
nhóm này. Phương pháp làm ngọt này đảm bảo triệt để để
khí chua, với hàm lượng trung bình và thấp, độ hoà tan
Hydrocacbon trong dung môi hấp thụ này không đáng kể.
Thiết bị, công nghệ đơn giản và bền.
Nhược điểm cơ bản của quá trình là không tách được
toàn bộ lượng khí chua H
2
S , C0
2
, cos, CS
2
và Mecaptan) ở
khí có chứa hàm lượng lớn. Vì lẽ đó hàm lượng các hợp chất
chứa lưu huỳnh còn lại tương tác với dung môi tạo thành các
hợp chất hóa học bền ,khó tái sinh ở điều kiện của quá trình.
Để thực hiện quá trình cần phải có bậc tuần hoàn chất hấp
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh

24
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
thụ cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn (chúng tăng lên khi nồng
độ các chất không mong muốn tăng lên). Chất hấp thụ và
sản phẩm tương tác của chúng với các tạp chất chứa trong
khí nhiên liệu nhiều khi có hoạt tính ăn mòn cao.
Cùng với sự gia tăng nồng độ amin và mức bão hoà
dung môi bởi khí chua các tạp chất không mong muốn thì
hoạt tính ăn mòn hóa học của các chất hấp thụ Alkanol amin
cũng tăng. Vì vậy, khả năng hấp thụ của chúng thường bị
hạn chế không phải bởi điều kiện cân bằng nhiệt động mà là
bởi độ bão hoà giới hạn của các chất hấp thụ bằng các khí
Acid.
2.2.2. Các quá trình làm ngọt khí bằng phương pháp
hấp thụ vật lý
Phương pháp hấp thụ này dùng bằng dùng môi hữu
cơ gồm: Propylen cacbonat (C
3
H
6
C0
3
), Di Metyl Ete
Polyetylenglycol (DMEPEG), N- Metyl Pirrolidon các
dung môi này xử lý lượng khí chua trong khí bằng phương
pháp hấp thụ vật lý.
Đặc điểm chung của quá trình:
Là các dung môi này có độ hoà tan tốt ở nhiệt độ
thấp, khả năng hấp thụ cao các khí chua (đặc biệt là khí C0
2

,
H
9
S) có thể làm sạch gần như là triệt để đồng thời chúng có
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh
25
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46