ĐỒ ÁN MÔN HỌC Công Nghệ Chế Biến Khí

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Công Nghệ Chế Biến Khí
Đề 11: Tính toán tháp làm khô khí bằng TEG
Cấu tử

C
1
C
2
C
3
n-C
4

n-C
5

n-C
6

H
2
S

N
2
CO
2

%V 80

5.2

3.8

3.5 3.0 2.5 0.5 1.0

0.5
- Lượng khí cần làm khô: 4 triệu Nm
3
/ngày
- Nhiệt độ khí vào: 60
o
C
- Áp suất khí vào: 7,5 MPa
- Điểm sương yêu cầu: +10
o
C
- Áp suất khí khô: 7,3 MPa
- Lưu lượng riêng TEG nghèo: 30 kg TEG/1 kg H
2
O
Tính các yếu tố:
- Nồng độ tối thiểu của TEG
- Lượng dung dịch tuần hoàn
- Số đĩa lý thuyết
- Số đĩa thực tế
- Bán kính (đường kính) tháp
- Chiều cao tháp

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 2

Bài làm
Phần I: TIỀM NĂNG KHÍ Ở VIỆT NAM
 Việt Nam được thế giới nhìn nhận là một quốc gia dầu khí non trẻ trong cộng
đồng các quốc gia dầu khí trên thế giới.
 Theo PetroVietnam Gas Company, tiềm năng nguồn khí Việt Nam tập trung ở
5 vùng trũng chính: trũng Sông Hồng, trũng Cửu Long, trũng Nam Côn Sơn,
trũng Mã lai – Thổ Chu và trũng miền Trung có khả năng cung cấp khí trong
vài thập kỷ tới. Các vùng trũng này đến nay vẫn đang giai đoạn nghiên cứu và
đánh giá một cách chi tiết.
 Hiện nay, chỉ có 2 trũng có trữ lượng thương mại là trũng Cửu Long và trũng
Nam Côn Sơn thuộc thềm lục địa phía nam nước ta. Trong đó mỏ dầu Bạch
Hổ và mỏ Rồng thuộc vùng trũng Cửu Long đã và đang cho sản lượng khai
thác khí đồng hành quan trọng nhất.
Bảng 1: Tiềm năng khí ở Việt Nam
Mỏ khí Trữ lượng thực tế
(tỉ m
3
)
Trữ lượng tiềm năng
(tỉ m
3
)
Sông Hồng
Cửu Long
Nam Côn Sơn
Mã Lai – Thổ Chu
Các mỏ nhỏ khác

5,6 – 11,2
42 – 70
140 – 196
14 – 42

28 – 56
84 – 140
532 – 700
84 – 140
532 – 700
Tổng cộng 201,6 – 319,2 1260 – 1736
Bảng 2: Triển vọng của ngành công nghiệp khí
Thị trường Nhu cầu sử dụng khí (năm2010)
Công nghiệp
Phân đạm
Vận tải
Điện
LNG
Xuất khẩu sang Thái Lan
14%
6%
0%
30%
31%
19%
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 3

Phần II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ KHÍ
(DEHYDRATION)

1. Mục Đích Quá Trình Làm Khô Khí
- Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các Hydrocacbon Parafin còn
chứa các tạp chất như: bụi, hơi nước, khí trơ, CO
2
, H
2
S và các hợp chất hữu cơ
của lưu huỳnh. Một số khí (CH
4
, C
2
H
6
, C
3
H
8
, i- C
4
H
10
, H
2
S, CO
2
và N
2
) có khả
năng tạo hydrat khí làm tắc nghẽn đường ống, cản trở quá trình vận hành của các
thiết bị trong quá trình chế biến khí như bơm, quạt,máy nén, thúc đẩy ăn mòn…

- Hydrat là những tập hợp chất có thể tồn tại một cách bền vững dưới dạng
tinh thể. Thực chất chúng là những dung dịch rắn, trong đó các phân tử nước
dung môi nhờ các liên kết hydro tạo thành “khung” hydrat. Trong các khoang
của khung này các phân tử khí có khả năng tạo hydrat sẽ chiếm chỗ.
+ Điều kiện tạo thành Hydrat chỉ khi hội đủ các yếu tố sau:
 Có nước ở dạng tự do và có sự tiếp xúc giữa khí và nước
 Điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ tạo Hydrat
 Có các thànhphần có khả năng tạo hydrat (CH
4
, C
2
H
6
, C
3
H
8
, i- C
4
H
10
,
H
2
S, CO
2
và N
2
)
 Có sự thay đổi áp suất như qua van giảm áp

 Có môi trường và đủ thời gian
+ Công thức của các hydrat khí:
CH
4
.6H
2
O, C
2
H
6
.8H
2
O, C
3
H
8
.17H
2
O, i- C
4
H
10
. 17H
2
O,
H
2
S. 6H
2
O, CO

2
. 6H
2
O, N
2
.6H
2
O.
- Nước làm giảm nhiệt trị của khí, làm giảm hoạt tính xúc tác, tăng cường ăn
mòn thiết bị đặc biệt khi có H
2
S, CO
2
.
 Khí cần phải được tách hơi nước (dehydrat) trước khi đưa vào chế biến bằng
cách sấy khí hoặc trộn thêm vào khí tác nhân ức chế quá trình tạo hydrat.
Quá trình sấy khí làm giảm hàm lượng nước có trong khí sao cho áp suất riêng phần
của hơi nước nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của hydrat, nhằm các mục đích sau:
- Ngăn ngừa sự hình thành hydrat khí.
- Ngăn ngừa ăn mòn (đặc biệt khi có hơi nước).
- Tăng giá trị nhiệt cháy cho khí.
- Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật của khí.
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 4

2. Các Phương Pháp Làm Khô Khí
Trong công nghiệp, các phương pháp sấy khô khí sau đây thường được sử dụng:
2.1 Làm khô bằng phương pháp hấp thụ dùng dung môi hút ẩm
- Phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi để sấy khô khí tại các công
trình ống dẫn khí cũng như trong các nhà máy chế biến khí.

- Sự sấy khô khí bằng các chất hấp thụ này dựa trên sự khác biệt về áp suất
riêng của hơi nước trong khí và trong chất hấp thụ.
- Chất hấp thụ sấy khô là những dung dịch nước đậm đặc của mono-, di- và
trietylenglycol.
- Lượng ẩm có thể tách ra từ khí bằng các chất hấp thụ - sấy khô được xác
định bằng khả năng hút ẩm của các chất hấp thụ, nhiệt độ và áp suất, sự tiếp
xúc giữa khí với chất hấp thụ, khối lượng chất hấp thụ tuần hoàn trong hệ và
độ nhớt của nó.
2.2 Làm khô bằng phương pháp hấp phụ dùng chất hấp phụ rắn xốp (vật liệu
mao quản)
- Khi cần phải sấy khí với độ hạ điểm sương tới 100  200
o
C và yêu cầu khí
sau khi sấy có điểm sương rất thấp -85  -100
o
C, ta sử dụng phương pháp hấp
phụ.
- Hấp phụ là quá trình tập trung các chất trên bề mặt hoặc trong không gian
của các vi lỗ xốp của chất rắn.
- Quá trình sấy khô khí bằng các chất hấp phụ dựa vào khả năng của các vật
thể rắn với cấu trúc xác định hấp phụ lượng ẩm từ khí ở nhiệt độ tương đối
thấp và sau đó tách ẩm khi tăng nhiệt độ.
- Trong công nghiệp chế biến khí, người ta thường dùng silicagel, oxit nhôm
hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolit 3A và 4A. Hiện nay, việc sử dụng zeolit có
nhiều triển vọng vì đạt điểm sương rất thấp và có thể làm việc ở nhiệt độ cao.
2.3 Phương pháp nén khí hoặc làm lạnh
Phương pháp đơn giản nhất để làm giảm lượng ẩm có trong khí là làm lạnh
khí ẩm đến nhiệt độ dưới nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp khí. Hơi nước sẽ
bị ngưng tụ và tách khỏi khí dưới dạng những hạt sương.
Nhưng trong đa số trường hợp, nếu chỉ làm lạnh sẽ không đủ và khó điều

khiển quá trình.
 Hiện nay các phương pháp hấp thụ và hấp phụ được sử dụng rất phổ biến.
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 5

* So sánh ưu nhược điểm của phương pháp sấy khô khí bằng hấp thụ và hấp phụ:
Phương pháp Hấp Thụ Hấp Phụ





Ưu điểm








- Sơ đồ thiết bị đơn giản
- Dễ tính toán thiết kế
- Dễ vận hành
- Quá trình liên tục có thể tự
động hóa
- Giá thành thiết bị thấp
- Ít tiêu hao tác nhân sấy khí
- Các chất hấp thụ là các
glycol:

+ dễ chế tạo, tan hoàn toàn
trong nước với bất kỳ tỉ lệ nào
+ không ăn mòn  cho phép
dùng kim loại rẻ tiền để chế
tạo thiết bị
+ làm giảm nhiệt độ đông
đặc của dung dịch nước  có
thể dùng dung dịch nước của
các glycol làm chất hấp thụ
nước ở nhiệt độ âm
- Có thể đạt được điểm sương
thấp và sự giải ẩm cao trong
khoảng rộng của các thông số
kỹ thuật
- Sự thay đổi nhiệt độ và áp
suất không gây ảnh hưởng lớn
đến chất lượng sấy
- Quá trình rất thuận tiện và
đơn giản



Nhược điểm
- Sự sấy khí bằng glycol được
thực hiện đến điểm sương
không thấp hơn -25  -30
o
C
 muốn sấy triệt để hơn cần
dùng dung dịch glycol đậm

đặc hơn làm gia tăng sự tiêu
hao glycol cùng với khí khô.
- Chất lượng sấy phụ thuộc
vào sự thay đổi nhiệt độ và áp
suất
- Chi phí đầu tư xây dựng các
thiết bị công suất lớn rất cao
- Chi phí vận hành lớn
- Không có các quá trình liên
tục
- Hiệu quả của các chất hấp
phụ giảm do bị nhiễm các chất
chống ăn mòn, các tạp chất cơ
học …
 Phải thay thế chất hấp phụ
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 6

Phần III: TÍNH TOÁN THÁP HẤP THỤ LÀM KHÔ KHÍ BẰNG TEG
1. Chất Hấp Thụ Làm Khô Khí – TEG (Trietylen glycol)
- CTPT: HO – CH
2
– CH
2
– O – CH
2
– CH
2
– O – CH
2

– CH
2
– OH
- TEG được sử dụng làm chất hấp thụ vì đáp ứng được các yêu cầu của một
chất hấp thụ:
 Có độ hút ẩm cao.
 Có áp suất hơi bão hòa đủ nhỏ để tránh thất thoát khi tái sinh.
 Dễ tái sinh để đạt nồng độ cao
 Nhiệt độ sôi khác nhiệt độ sôi của nước để có thể dễ dàng tách nước (dễ
dàng nhả hấp thụ để tái sinh chất hấp thụ).
 Độ nhớt đủ nhỏ để dễ dàng lưu thông trong tháp và tiếp xúc tốt với hỗn
hợp khí trong tháp hấp thụ và thiết bị trao đổi nhiệt…
 Ít hòa tan hoặc không hòa tan Hydrocacbon
 Chịu được nhiệt độ lạnh (không bị đông cứng) khoảng -20  -30
o
C
 Tính ăn mòn kém
 Khả năng tạo bọt kém khi tiếp xúc với dòng khí
 Có độ bền nhiệt và bền oxy hóa cao
 Không độc hại cho người làm việc, không gây ô nhiễm môi trường
 Giá thành rẻ.
- Một số tính chất hóa lý quan trọng của TEG

Các đại lượng hóa lý TEG
Khối lượng phân tử
Khối lượng riêng ở 25
o
C, g/ml
Điểm sôi ở 760 mmHg,
o
C
Điểm đông đặc,
o
C
Nhiệt độ bắt đầu phân hủy,
o
C
Nhiệt độ tái sinh,
o
C
Độ nhớt động lực ở 25
o
C, cP
Nhiệt dung riêng ở 25
o
C, kJ/kg.
o
C
150,2

1,119
285,5
-7,2
206,7
185  200
37,3
0,69
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 7

- Một số nhận xét về ảnh hưởng của TEG đến quá trình sấy khí:
 Nồng độ dung dịch TEG càng cao, mức độ sấy khí càng cao, tức là khí
sau khi sấy có điểm sương càng thấp.
 Độ hạ điểm sương T cho biết mức độ sấy khí của chất hấp thụ.
Độ hạ điểm sương phụ thuộc vào nồng độ dung dịch TEG, nhiệt độ tiếp
xúc của dung dịch TEG với khí ẩm và lưu lượng tưới dung dịch TEG:
+ Nồng độ glycol sạch là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến điểm sương
của khí, nó cao hơn ngay cả khi tăng lưu lượng tuần hoàn glycol.
Muốn làm khô triệt để thì cần dung dịch glycol có độ sạch càng cao.
+ Nhiệt độ tiếp xúc của dung dịch TEG với khí ẩm càng lớn, độ hạ
điểm sương càng cao.
+ Khi giảm nồng độ TEG (tức là lượng nước trong tháp hấp thụ tăng
lên) ảnh hưởng của lưu lượng nước tưới dung dịch TEG đến T giảm
đi. (Đồ thị hình 1).
Trong thực tế thường sử dụng mật độ tưới 10  35 lít TEG cho 1 kg
hơi ẩm tách khỏi khí.
 TEG có nhiệt độ phân hủy cao (T
ph
= 206,7
o

C) nên trong thiết bị tái sinh
TEG, nhiệt độ được duy trì trong khoảng 185  200
o
C và có thể tái sinh
TEG mà không cần chân không (tháp nhả hấp thụ không cần làm việc ở
điều kiện chân không).












Hình 1: Sự phụ thuộc độ hạ điểm sương
của khí vào mật độ tưới dung dịch TEG



Hình 2: Sự phụ thuộc áp suất hơi bão hòa
của TEG vào nhiệt độ
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 8

 Tóm lại, với các ưu điểm của TEG như:
- Có độ hút ẩm cao,

- Tạo được điểm sương cho khí sau làm khô khá cao (47
o
C)
- Khi tái sinh dễ dàng thu được dung dịch có nồng độ khối lượng cao trên 99%
Nên nó được dùng trong hầu hết các hệ thống làm khô khí.
2. Sơ Đồ Nguyên Tắc Cụm Thiết Bị Hấp Thụ Làm Khô Khí Bằng TEG

* Kí hiệu thiết bị: * Kí hiệu dòng:
1: Tháp hấp thụ I: Khí ngyên liệu ẩm
2, 4: TB trao đổi nhiệt II: Khí đã làm khô
3: TB thổi khí để tách III: Dòng TEG giàu ra khỏi
Hydrocacbon hòa tan đáy tháp hấp thụ
5: Tháp tái sinh IV: Dòng hơi nước (có một ít TEG)
6: TB gia nhiệt V: Dòng TEG bổ sung nếu cần
7: TB làm nguội VI: Dòng TEG tái sinh (TEG nghèo)
8: Bồn chứa VII: dòng hơi nước quá nhiệt
9: Bơm hoặc dòng dầu nóng

VIII: Khí thổi ra
IX: Hơi nước đi vào khí quyển

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 9

- Điều kiện làm việc của tháp hấp thụ: Quá trình hấp thụ tỏa nhiệt nên làm việc
ở nhiệt độ thấp(15 – 38
o
C) để tránh chảy nhớt và áp suất cao (6  8,5 MPa).
- Điều kiện làm việc của tháp tái sinh: Làm việc ở áp suất thấp (1  1,2 bar) và
nhiệt độ cao (115

o
C  T  T
phân hủy Glycol
), nhiệt độ lớn hơn 115
o
C (nhiệt độ sôi
của nước) để nước bay hơi hết.
- Thuyết minh sơ đồ:
Trong tháp hấp thụ 1, dòng khí ẩm đi từ dưới lên còn dung môi hấp thụ TEG
được tưới từ trên xuống, hơi nước bị dung dịch TEG hấp thụ.
Khí đã được sấy khô đi ra ở đỉnh tháp, còn dung dịch TEG đã hấp thụ nước
được lấy ra ở phía dưới. TEG hấp thụ nước qua thiết bị trao đổi nhiệt 2 được
đun nóng sơ bộ đi vào TB thổi khí 3 để tách Hydrocacbon đã bị hấp thụ.
Tiếp theo, TEG được đun nóng trong TB trao đổi nhiệt 4 và TB giải hấp thụ
5. Hơi nước giải phóng đi ra ở phía trên của tháp giải hấp thụ 5, phần còn lại là
TEG tái sinh được làm nguội trong TB trao đổi nhiệt 4, 2 và sinh hàn 7, đi vào
bồn chứa 8, từ đây bằng bơm 9 sẽ đi vào TB hấp thụ 1 (bồn chứa 8 sẽ được bổ
sung một lượng glycol mới khi cần thiết).

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 10

3. Tính Toán Tháp Hấp Thụ Làm Khô Khí Bằng TEG
Bước 1 : Cụ thể hóa các số liệu ban đầu
- Thành phần khí ngyên liệu
Cấu tử

C
1
C
2
C
3
n-C
4

n-C
5

n-C
6

H
2
S

N
2
CO
2
%V 80

5.2

3.8

3.5 3.0 2.5 0.5 1.0

0.5
- Lượng khí cần làm khô: 4 triệu Nm
3
/ngày = 166666,67 Nm
3
/h
- Nhiệt độ khí vào: 60
o
C
- Áp suất khí vào: 7,5 MPa
- Điểm sương yêu cầu: +10
o
C
- Áp suất khí khô: 7,3 MPa
- Lưu lượng riêng TEG nghèo: 30 kg TEG/1 kg H
2
O

Bước 2: Xác định nồng độ tối thiểu α
min
của TEG
Dựa vào nhiệt độ tiếp xúc T
tx
(bằng nhiệt độ của khí nguyên liệu) và điểm
sương của khí đã sấy khô để xác định nồng độ tối thiểu α
min
của TEG cần để
thu được điểm sương cho trước của khí thông qua đồ thị hình II.8 (trang 98 –
[1]).
Trong tháp tiếp xúc (contactor), TEG sạch chỉ tiếp xúc với khí tại mâm trên
cùng còn ở các mâm dưới nồng độ TEG bị giảm đi do đã hấp thụ nước. Cho
nên trong tháp tiếp xúc, điểm sương thực tế của khí đã làm khô sẽ cao hơn từ
5 - 8
o
C so với điểm sương cân bằng.
Theo bài cho điểm sương của khí khô yêu cầu là +10
o
C. Chọn điểm sương
thấp hơn 8
o
C.
Vậy nhiệt độ điểm sương của khí khô để tra đồ thị sẽ là 2
o
C.
Theo bài ra, nhiệt độ của khí nguyên liệu là 60
o
C, do quá trình hấp thụ là
quá trình tỏa nhiệt nên làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp để tránh chảy nhớt

(15 - 38
o
C). Thường thì nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ xấp xỉ nhiệt độ
môi trường nên khí nguyên liệu trước khi vào tháp ta làm lạnh bằng không
khí từ 60
o
C xuống 40
o
C.
 Nhiệt độ khí nguyên liệu vào tháp (nhiệt độ tiếp xúc) là 40
o
C.
Từ đồ thị hình II.8 ta có tọa độ của: điểm sương cân bằng 2
o
C và nhiệt độ
tiếp xúc (bằng nhiệt độ khí nguyên liệu) 40
o
C rơi vào đường nồng độ TEG
sạch là 98%. Đây chính là nồng độ TEG sạch yêu cầu. Vậy α
min
= 98%.
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 11

Bước 3: Xác định hàm lượng ẩm của khí nguyên liệu W
1
và hàm lượng ẩm
của khí thành phẩm W
2
Theo bài ra thành phần của khí nguyên liệu có lượng H

2
S chiếm 0,5%V.
Vậy hàm lượng của H
2
S được xác định như sau:
- Trong 1 std m
3
(= 1000 lit) khí nguyên liệu chứa thể tích H
2
S là:



= 1000.
,

= 5 (lít)
- Ở đktc: T = 15 + 273 = 288
o
C, P = 1atm
Từ PT trạng thái: PV = nRT, khi n = 1 mol ta có thể tích của 1 mol khí V
M
là:
V
M
=


=
,.



..

= 23,6 l/mol
- Số mol của H
2
S chiếm trong 1std m
3
khí nguyên liệu ở đktc

là:
n


=






=

,/
= 0,2119 mol
 Khối lượng của H
2
S chiếm trong 1std m
3

khí nguyên liệu ở đktc

là:
m


= 0,2119  34 g/mol = 7,2046 g = 7204,6 mg/std m
3
>> 5,7 mg/ std m
3
Theo quy ước: khí chua là khí có hàm lượng H
2
S  5,7 mg/ std m
3

Mà trong thành phần khí nguyên liệu còn có cả CO
2
: %


= 0,5 %.
Vậy khí nguyên liệu đã cho là khí chua nên khi xác định hàm lượng ẩm của
khí nguyên liệu phải xét cả hàm lượng ẩm do H
2
S và CO
2
đóng góp.
Áp dụng CT tính hàm lượng ẩm W
1
của khí nguyên liệu đối với khí chua:

W
1
= y
HC
.W
HC
+ y


. W


+ y



. W




Trong đó:
W
HC
– hàm lượng ẩm của thành phần Hydrocacbon trong khí.




– hàm lượng ẩm do H

2
S đóng góp



– hàm lượng ẩm do CO
2
đóng góp
y



– phần mol của H
2
S
y


– phần mol của CO
2
y
HC
– phần mol của Hydrocacbon,
( y
HC
= 1 - y



- y



)
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 12


Hình 1: Đồ thị tra hàm ẩm khí tự nhiên ngọt ở các áp suất và nhiệt độ
(Trang 79, [3])
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 13


Hình 2: Đồ thị tra hàm ẩm do CO
2
đóng góp
(Trang 84, [3])

Hình 3: Đồ thị tra hàm ẩm do H
2
S đóng góp
(Trang 85, [3])
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 14

Tại T
nguyên liệu
= 40
o
C và P = 7,5 Mpa:

+ Từ đồ thị hình 1có: W
HC
= 1050 kg/10
6
std m
3
+ Từ đồ thị hình 2 có: 


= 1300 kg/10
6
std m
3
+ Từ đồ thị hình 3 có: 



= 1700 kg/10
6
std m
3
 W
1
= 0,99. 1050 + 0,005. 1300 + 0,005. 1700 = 1054,50 (kg/10
6
std m
3
)
Tại T
khí khô

= 10
o
C và P = 7,3 Mpa:
+ Từ đồ thị hình 1có: W
HC
= 197 kg/10
6
std m
3
+ Từ đồ thị hình 2 có: 


= 340 kg/10
6
std m
3
+ Từ đồ thị hình 3 có: 



= 420 kg/10
6
std m
3
 W
2
= 0,99. 197 + 0,005. 340 + 0,005. 420 = 198,83 (kg/10
6
std m
3

)
Bước 4: Lưu lượng dung môi tuần hoàn
L
1
= V.( W
1
- W
2
).l , kg/h
Trong đó :
V - thể tích khí bơm vào (m
3
/h)
l - lưu lượng riêng chất hấp thụ (kg/kg H
2
O)
W
1
, W
2
- hàm ẩm của khí nguyên liệu và khí thành phẩm (kg/ m
3
)
 L
1
=166666,67.(1054,50 – 198,83).10
-6
.30 = 4278,35 (kg/h)
Bước 5: Nồng độ dung dịch TEG giàu (bão hòa) ra ở đáy tháp 
2

- Từ phương trình cân bằng vật chất dựa trên độ ẩm trong pha lỏng và khí, ta có:
α

=
L

α

L

+
(
W

−W

)
V

- Chọn nồng độ ban đầu của dung dịch TEG là α
1
= 98% bằng nồng độ tối
thiểu của TEG là α
min
= 98%
Từ đó suy ra :
α

=
L


α

L

+
(
W

−W

)
V
=
4278,35 ∗98
4278,35+
(
1054,50 −198,83
)
∗10

∗166666,67
= 94,8%
Bước 6: Lưu lượng dung dịch TEG giàu ra khỏi đáy tháp L
2
L
2
= L
1
+ (W

1
- W
2
).V, kg/h
 L
2
= 4278,35 + (1054,50 – 198,83).10
-6
. 166666,67 = 4420,96 (kg/h)
Bước 7: Hằng số cân bằng K
K =
W

[
(
1 −α

)
.M

+ 18.α

]
748,44M

(
1 −α

)

Trong đó:
M
o
- khối lượng phân tử của chất hấp thụ: M
TEG
= 150 đvC
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 15

W
2
= 198,83 kg/10
6
std m
3
= 198,83.10
-3
g/ m
3
 K =
,.

[
(
,
)
..,]
,..
(
,

)
= 0,0018

Bước 8: Xác định yếu tố hấp thụ A theo công thức:
A =
L
′
KV
′

Trong đó :
L
’
- lưu lượng dung môi TEG vào tháp tính ra Kmol/h
V
’
- lưu lượng khí cần làm khô tính ra Kmol/h
- Xác định L
’
từ L
1
:
Theo tính toán ở trên ta có L
1
= 4278,35 kg/h.
Khối lượng phân tử trung bình của dung môi hấp thụ:
M

=
98 ∗150 + 18 ∗2

100
= 147,36
 L
′
=




=
,
,
= 29,03 (Kmol/h)
- Xác định V
’
từ V:
V
’
=




Với V
15
: thể tích của một mol khí chiếm ở 15
o
C và 1atm.
V
15

=


.



.

=


., .()
.

= 23,6 l/mol = 23,6 m
3
/Kmol
 V
’
=
,
,
= 7062,12 (Kmol/h)
Vậy: A =
,
,∗,
= 2,28
Bước 9: Hệ số tách ẩm thực tế của quá trình hấp thụ
φ


=
W

−W

W

=
1054,50−198,83
1054,50
= 0,81
Bước 10: Hệ số tách lý thuyết có chú ý đến lượng nước trong TEG nghèo
φ

=
φ

∗Y′

Y′

−K∗X′


Trong đó :
- 


: nồng độ phần mol của nước trong dung dịch TEG nghèo

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 16

′

=
1 −α

18
1 −α

18
+
α



=
1 −0,98
18
1 −0,98
18
+
0,98
150
= 0,1453
- Y’
n+1
: phần mol nước trong khí nguyên liệu
Y’

n+1
=


.,

=
,.

.,

= 0,0014

 φ

=
,∗,
,,∗,
= 0,996
Bước 11: Xác định số đĩa lý thuyết của tháp hấp thụ dựa vào PT Kramser (rút gọn):

L
=






 A

n+1
=
φ






 n + 1 =

φ







=

,,
,

,
= 7,003
Vậy số đĩa lý thuyết của tháp là: n
L
= 6,003 đĩa
Bước 12: Xác định số đĩa thực của tháp hấp thụ

n
thực
=




Trong đó:  - hiệu suất làm việc của đĩa, 0,25    0,4
Chọn  = 0,35
 n
thực
=
,
,
= 17,15  18 đĩa
Vậy số đĩa thực tế của tháp là: n
thực
= 18 đĩa
Bước 13: Tính đường kính D của tháp hấp thụ
=0,0114

0,1..
ω.P
(  )
Trong đó :
Q  lưu lượng khí nguyên liệu, m
3
/h
T  nhiệt độ khí nguyên liệu, K
P  áp suất khí nguyên liệu, Mpa

ω  vận tốc tuyến tính của dòng khí trong tháp (0,05-0,15 m/s)
Chọn ω = 0,13 m/s = 0,13.3600 = 468 m/h
 D = 0,0114*

,∗,()
∗.,
= 0,4395 (m)
Vậy đường kính của tháp hấp thụ: D = 0,4395 m  440 mm
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 17

Bước 14: Tính chiều cao H của tháp hấp thụ
H = n
thực
*d + h
Trong đó:
d  khoảng cách giữa 2 đĩa, thường chọn 0,5m hoặc 0,6 m
h  chiều cao chóp dưới và chóp trên của tháp, h = 1 1,2 m
Chọn d = 0,6 m và h = 1,2 m
 H = 18 * 0,6 + 1,2 = 12 (m)
Vậy chiều cao của tháp hấp thụ: H = 12 m
4. Kết luận
Vậy với các thông số của khí nguyên liệu đã cho, ta cần thiết kế tháp làm khô
khí bằng TEG với các thông số như sau:
Các thông số

Khí nguyên liệu :
Lưu lượng (m
3
/h)

Nhiệt độ (
o
C)
Áp suất (Mpa)
Hàm lượng ẩm W
1
(kg/m
3
)

166666,67
40
7,5
1054,50.10
-6
Khí khô
Điểm sương (
o
C)
Áp suất (Mpa)
Hàm lượng ẩm W
2
(kg/m
3
)

10
7,3
198,83.10
-6

TEG nghèo vào
Lưu lượng riêng (kg TEG/1kg H
2
O)
Lưu lượng L
1
(kg/h)
Nồng độ tối thiểu 
min
(%)
Nồng độ 
1
(%)

30
4278,35
98
98
TEG giàu
Nồng độ 
2
(%)
Lưu lượng L
2
(kg/h)

94,8
4420,96
Hằng số cân bằng của quá trình hút ẩm K

0,0018
Yếu tố hấp thụ A
2,28
Hệ số tách ẩm
Thực tế
Lý thuyết

0,81
0,996
Tháp hấp thụ
Số đĩa lý thuyết (đĩa)
Số đĩa thực tế (đĩa)
Đường kính (mm)
Chiều cao (m)

6,003
18
440
12
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 18


Tài Liệu Tham Khảo:
1. Công Nghệ Chế Biến Khí Thiên Nhiên Và Khí Dầu Mỏ
Hoàng Minh Nam dịch  Trường ĐH Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
2. Gas Conditioning And Processing, Volume 1  John M. Campbell
3. Công Nghệ Chế Biến Khí Tự Nhiên Và Khí Đồng Hành
Nguyễn Thị Minh Hiền  NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội

Filename: DA Che Bien Khi 1.docx
Directory: D:\Bài làm
Template: C:\Users\Nhungcool\AppData\Local\Chemistry Add-in for
Word\Chemistry Gallery\Chem4Word.dotx
Title: Đồ án môn Công nghệ chế
biến khí
Subject:
Author: N

Keywords:
Comments:
Creation Date: 11/5/2011 11:02:00 AM
Change Number: 4
Last Saved On: 11/5/2011 11:20:00 AM
Last Saved By: N
Total Editing Time: 1 Minute
Last Printed On: 11/5/2011 11:21:00 AM
As of Last Complete Printing
Number of Pages: 18
Number of Words: 3,123 (approx.)
Number of Characters: 17,804 (approx.)