Tìm hiểu về khí đốt và tính toán các thông số cơ bản của tháp hấp thụ làm khô khí mỏ tây nam bằng triethylene glycol (TEG) công suất 5,7 triệu m3 tiêu chuẩn ngày

Đề tài:
Tìm hiểu về khí đốt và tính toán các thông số cơ bản của tháp hấp thụ làm
khô khí mỏ Tây Nam bằng Triethylene glycol (TEG) công suất 5,7 triệu m
3
tiêu
chuẩn /ngày
Sinh Viên thực hiện
Trịnh Văn Nga
Giáo viên hướng dẫn
PGS.TS: Nguyễn Danh Nhi
BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Khoa Dầu Khí
Bộ Môn Lọc Hóa Dầu
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ ĐỐT
1.1. Khái niệm
Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon nhẹ như : CH
4
, C
2
H
6
, C
3
H
8
…, chúng tồn tại những mỏ khí riêng rẽ hoặc
trên các lớp dầu mỏ.
1.2. Nguồn gốc của dầu và khí tự nhiên
Nguồn gốc hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên được hình thành theo 4 giai đoạn sau:


Giai đoạn 1: Các quá trình tích tụ vật liệu hữu cơ ban đầu.

Giai đoạn 2: Các quá trình biến các chất hữu cơ thành các phân tử hydrocacbon ban đầu.

Giai đoạn 3: Các quá trình di cư các hydrocacbon ban đầu đến các bồn chứa dầu.

Giai đoạn 4: Các quá trình biến đổi dầu mỏ trong các bể chứa tự nhiên.
2
1.3. Thành phần hóa học của khí đốt
Thành phần chủ yếu của khí tự nhiên là metan (có thể chiếm tới 98% thể tích).
Thành phần của khí đồng hành ngoài cấu tử chính là metan còn có etan, propan, butan, và các
hydrocacbon nặng chiếm một hàm lượng đáng kể.
Ngoài ra trong thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành còn có H
2
O, H
2
S và các hợp chất chứa lưu
huỳnh, CO
2
, N
2
, và Heli.
3
•
Khí tự nhiên: Là khí khai thác từ các mỏ khí
•
Khí đồng hành: Là khí khai thác từ mỏ dầu
•
Khí ngưng tụ: Thực chất là dạng trung gian giữa dầu và khí

Phân loại theo nguồn gốc hình thành
•
Khí chua: là khí có hàm lượng H
2
S 5,7 mg/m
3
CO
2
2%
•
Khí ngọt : là khí có hàm lượng H
2
S và CO
2
nhỏ hơn
Phân loại theo hàm lượng khí axit
•
Khí béo : là khí có hàm lượng C
3
+
lớn hơn 50 g/m
3
khí ở dktc
•
Khí gầy: là khí có hàm lượng C
3
+
nhỏ hơn 50g/m
3
khí ở dktc

Phân loại theo hàm lượng C
3
+
•
Khí thô : là khí chưa qua chế biến
•
Khí thương phẩm : đã qua xử lý
Phân loại theo cấp độ chế biến
•
Khí tự nhiên: Là khí khai thác từ các mỏ khí
•
Khí đồng hành: Là khí khai thác từ mỏ dầu
•
Khí ngưng tụ: Thực chất là dạng trung gian giữa dầu và khí
Phân loại theo nguồn gốc hình thành
•
Khí chua: là khí có hàm lượng H
2
S 5,7 mg/m
3
CO
2
2%
•
Khí ngọt : là khí có hàm lượng H
2
S và CO
2
nhỏ hơn
Phân loại theo hàm lượng khí axit

•
Khí béo : là khí có hàm lượng C
3
+
lớn hơn 50 g/m
3
khí ở dktc
•
Khí gầy: là khí có hàm lượng C
3
+
nhỏ hơn 50g/m
3
khí ở dktc
Phân loại theo hàm lượng C
3
+
•
Khí thô : là khí chưa qua chế biến
•
Khí thương phẩm : đã qua xử lý
Phân loại theo cấp độ chế biến
1.2. Phân loại khí
4
Đặc tính hóa lý
Phương trình chuyển pha Clapeyron – Clausius
Độ nhớt
Khối lượng phân tử (KLPT) trung bình của hỗn hợp khí
Khối lượng riêng và tỷ khối
Trạng thái tới hạn của khí

Nhiệt trị ( hay nhiệt cháy )
Nhiệt độ sôi và áp suất hơi bão hòa
Giới hạn cháy nổ
1.3. Đặc tính hóa lý quan trọng của khí đốt
5
1.4. Tiềm năng khí đốt ở Việt Nam
TRỮ LƯỢNG TIỀM NĂNG:
-
Ước tính có khoảng 1500 tỷ m
3
khí gồm:
+ 160 tỷ m
3
khí đồng hành
+ 1130 tỷ m
3
khí không đồng hành
+ 200 triệu m
3
Condensate
Trữ lượng khí xác minh: là 500 tỷ m
3
khí (trong
đó khí không đồng hành chiếm khoảng 90% )
BẢNG SẢN LƯỢNG KHAI THÁC KHÍ TẠI
VIỆT NAM
Bảng 1: Sản lượng khí khai thác tại các bể
6
CHƯƠNG 2 : HƠI ẨM CỦA KHÍ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM KHÔ KHÍ
2.1. Hơi ẩm của khí

Khí tự nhiên và khí đồng hành khi khai thác từ các mỏ dưới lòng đất luôn bão hòa hơi nước.
Để biểu diễn hàm lượng nước có trong khí có hai yếu tố để đánh giá là độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối
+Độ ẩm tuyệt đối (hàm ẩm) là lượng hơi nước có trong khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định được tính bằng kg H
2
O/m
3

khí hoặc g H
2
O/lit khí.
+ Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm đo được và độ ẩm bão hòa ở cùng một điều kiện nhiệt độ và áp suất.
Điểm sương là nhiệt độ mà tại đó khí bắt đầu ngưng tụ. Ta có hai phương pháp tính điểm sương của khí:
+ Điểm sương theo nước : là nhiệt độ tại đó hơi nước bắt đầu ngưng tụ tạo thành sương mù ở áp suất nhất định.
+ Điểm sương theo hydrocacbon : là nhiệt độ tại đó hydrocacbon bắt đầu xuất hiện ở thể lỏng ở áp suất nhất định.
7
2.2. Tinh thể hydrat và mục đích làm khô khí
2.1. Tinh thể Hydrat khí (gas hydrat)
Nước có trong hỗn hợp khí luôn tạo thành hydrat khí với các cấu tử có trong thành phần hỗn hợp khí
Một số tinh thể hydrat điển hình : CH
4
.5,9H
2
O; C
2
H
6
.8,2H
2
O; H
2

S.6,1H
2
O, CO
2
.6H
2
O, N
2
.6H
2
O ; C
3
H
8
.17H
2
O,
i.C
4
H
10
.17H
2
O nC
4
H
10
Tất cả các parafin có khối lượng lớn hơn thì không tạo thành hydrat.
Nhằm ngăn ngừa sự hình thành các hydrat người ta sử dụng rộng rãi phương pháp ức chế tức là phương pháp đưa vào
dòng khí các chất khác nhau gọi là các chất ức chế làm hạ nhiệt độ tạo thành hydrat như methanol, glycol … và phương pháp

làm khô (tách nước).
8
Các mục đích
Ngăn ngừa sự hình
thành hydrat khí
Ngăn ngừa ăn mòn (đặc
biệt khi có hơi nước và
các khí CO
2
, H
2
S)
Tăng giá trị nhiệt cháy
cho khí.
Đáp ứng yêu cầu kỹ
thuật của khí.
2.2. Mục đích làm khô khí
9
Phương pháp ức chế
•
Cho chất ức chế vào dòng khí ẩm, chất ức chế sẽ tan trong nước tự do, kết quả là làm giảm áp suất hơi nước và hạ
nhiệt độ tạo thành hydrat.
•
Thường sử dụng các loại glycol: EG, DEG,TEG với nồng độ khoảng 60 đến 80 % khối lượng.
Phương pháp hấp thụ hơi nước bằng chất lỏng
•
Làm giàu hàm lượng nước có trong khí sao cho áp suất riêng phần của hơi nước nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của
hydrat.
•
Chất hấp thụ sấy khô là những dung dịch nước đậm đặc của mono-, di- và trietylenglycol

2.3. Các phương pháp làm khô khí
10
Phương pháp hấp phụ
•
Các phương pháp hấp phụ cho phép đạt điểm sương theo ẩm trong khoảng 100–200
o
C và sấy sâu khí đến điểm sương
-85 ÷ -100
o
C.
•
Các chất hấp phụ có thể chia thành: Boxit là khoáng thiên nhiên chứa chủ yếu là oxit nhôm, oxit nhôm hoạt hóa là
Boxit đã làm sạch, các loại Gel là những hợp chất cấu tạo từ oxit silic và alumogel, các rây phân tử là các zeolite như
Zeolite 4A và 5A.
Phương pháp làm lạnh ngưng tụ
•
Để dehydrat hóa khí bằng thẩm thấu phải lựa chọn những hợp chất cao phân tử thích hợp có αij rất lớn, khoảng
200.000 (với loại màng mỏng đồng thể và không hề có khuyết tật) và khoảng 300÷ 500 (với loại chùm sợi rỗng). Hơn
nữa, phải chấp nhận một lượng C
1
thẩm thấu qua màng lọc để màng lọc được chọn có bề mặt riêng không quá lớn.
11
Mục đích: Tính toán các thông số cơ bản của tháp hấp thụ làm khô khí bằng triEtylenglycol (TEG) đối với khí mỏ PM3 Tây Nam
công suất 5,7 triệu m
3
tiêu chuẩn/ngày
CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP HẤP THỤ LÀM KHÔ KHÍ BẰNG TEG VỚI THÀNH PHẦN MỎ DẦU
PM3 TÂY NAM BỘ
Bước 1. Xác định các thông số cơ bản của khí ẩm vào tháp.
Tỷ khối của khí nguyên liệu:

d= = = 0,738
Hệ số nén khí z:
Hệ số nén khí z được xác định theo phương pháp đồ thị z= f(
P
T
R
,
P
P
R
)
- Nhiệt độ giả rút gọn
P
T
R =
= == 1,48
- Áp suất giả rút gọn
P
P
R=
= = 2,81
"
Sử dụng biểu đồ 1(phụ lục ) ta tìm được z= 0,77
12
Bước 2: Tính toán nhiệt độ và áp suất làm việc của tháp hấp thụ
- Nhiệt độ làm việc của dòng khí bằng nhiệt độ dòng vào tháp T
1
:
T
lv

= T
1
= 50
0
C
- Áp suất làm việc được xem là giá trị trung bình của áp suất khí vào và ra khỏi tháp:
P
lv
= = = 13,45 MPa

"
Bước 3: Xác định nồng độ tối thiểu dung dịch TEG nghèo vào tháp
Dựa vào biểu đồ 2 (phụ lục) về sự phụ thuộc nồng độ TEG vào nhiệt độ tiếp xúc và điểm sương.
Với T
tiếp xúc
= 50
0
C
T
sương
= 0
0
C
Ta tìm được:
min
= 98,8 %
"
13
Bước 4. Xác định lưu lượng dung dịch TEG vào tháp
Lưu lượng TEG nghèo vào tháp:

L
1
= V(- )l = 237500 (1296,26 - 82,33).10
-6
. 25 = 7207,68 kg/h
"
Trong đó: - Hàm ẩm khí vào tháp :
1250.0,90584 + 2000. 0,07998 = 1292,26 kg H
2
O/10
6
Std m
3
-
Hàm ẩm khí ra khỏi tháp:
75.0,90584 + 0,07998.180 = 82,33 kg H
2
O/10
6
Std m
3
"
Bước 5. Xác định nồng độ và lưu lượng TEG bão hòa
Lưu lượng dung dịch TEG bão hòa bằng tổng lưu lượng TEG nghèo vào tháp và lượng nước bị hấp thụ :
L
2
= L
1
+ (- ).V
L

2
= 7207,68 + (1296,26- 82,33 ).10
-6
.237500 = 7495,99 kg/h
Nồng độ % khối lượng của dung dịch TEG bão hòa tính theo công thức :
Chọn nồng độ ban đầu của dung dịch TEG là α
1
= 98,8% bằng nồng độ tối thiểu của TEG là α
min
= 98,8%
Khi đó: = = 94,9 %
"
14
Bước 6 : Hằng số cân bằng K
K =
"
Trong đó: Mo - khối lượng phân tử của chất hấp thụ: MTEG = 150 đvC
2
= 82,33 kg/10
6
std m
3
=82,33.10
-3
g/m
3
"
K = = 0,0012
"
Bước 7. Xác định yếu tố hấp thụ A theo công thức

Trong đó:
L’ - lưu lượng dung môi TEG vào tháp tính ra Kmol/h , L
’
= = = 48,56 kmol/h
V’ - lưu lượng khí cần làm khô tính ra Kmol/h, V
’
= 10063,56 Kmol/h
"
A = = = 4,02
"
15
'
'
.
L
A
K V
=
Bước 8. Hệ số tách ẩm thực tế của quá trình hấp thụ
Hệ số tách ẩm thực tế được xác định theo công thức:
"
Bước 9. Hệ số tách lý thuyết có chú ý đến lượng nước trong TEG nghèo
: nồng độ phần mol của nước trong dung dịch TEG nghèo, = 0,092
: phần mol nước trong khí nguyên liệu, = 0,0017
Vậy hệ số tách ẩm lý thuyết.
0,999
"
16
'
1

' '
1
.
.
T n
L
n o
Y
Y K X
ϕ
ϕ
+
+
=
−
'
o
X
'
1n
Y
+
'
1
' '
1
.
.
T n
L

n o
Y
Y K X
ϕ
ϕ
+
+
=
−
Bước 10: Xác định số đĩa lý thuyết của tháp hấp thụ dựa vào PT Kramser (rút gọn

L
= A
n+1
=
= = 5,76

Vậy số đĩa lý thuyết của tháp là n
L
= 4,76 đĩa.
"
Bước 11: Xác định số đĩa thực của tháp hấp thụ
= 0,35
n
T
= = 13,6 đĩa
Vậy số đĩa thực của tháp là 14 đĩa
"
Chọn :
17

L
T
n
n
η
=
η
Bước 12: Tính đường kính D của tháp hấp thụ
Đường kính của tháp hấp thụ được xác định theo công
thức.
Chọn ω = 0,13 m/s = 0,13.3600 = 468 m/h.
Suy ra:
D = 0,0114 = 0,0114 = 0,3979 m
Vậy đường kính của tháp hấp thụ: D = 0,3979 m ≈ 400 mm
"
Bước 13: Tính chiều cao H của tháp hấp thụ
Chiều cao của tháp hấp thụ được xác định theo công thức:
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 = 0,5 m và h = 1 m
Suy ra:
H = 14. 0,5 +1=8 m
Vậy chiều cao của tháp hấp thụ: H = 8 m
18
0,1. .
0,0114
.

QT
D
P
ω
=
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN

- Đã tìm hiểu tổng quan thành phần, tính chất, các bước hình thành các mỏ khí tự nhiên và mỏ khí đồng hành.
- Tìm hiểu tổng quan trữ lượng khí tại các bể khí lớn của Việt Nam.
- Tìm hiểu các phương pháp làm khô khí và các chất làm khô khí hiện nay đang được sử dụng.
- Tính toán được các thông số của tháp làm khô khí bằng TEG với nguồn nguyên liệu từ mỏ PM3 Tây Nam công suất
5,7 triệu m
3
tiêu chuẩn/ngày với kết quả được thống kê dưới bảng sau :
19
A. CÁC THÔNG SỐ ĐÃ TÍNH TOÁN
Nhiệt độ giả tới hạn của khí vào K 218,26
Áp suất giả tới hạn của khí vào MPa 4,8
Khối lượng phân tử trung bình của khí vào 21,401
Nhiệt độ làm việc của tháp
0
C 50
Áp suất làm việc của tháp MPa 13,45
Nồng độ TEG tối thiểu %kl 98,8
Lưu lượng TEG nghèo vào tháp kg/h 7207,68
Hàm lượng ẩm khí vào tháp kg H
2
O/10
6
Std m

3
1292,26
Hàm lượng ẩm khí khô ra khỏi tháp kg H
2
O/10
6
Std m
3
82,33
Nồng độ TEG bão hòa % kl 94,9
Lưu lượng TEG bão hòa ra khỏi tháp kg/h 7495,99
Yếu tố hấp thụ / 4,02
Hệ số tách ẩm lý thuyết / 0,999
Hệ số tách ẩm thực tế / 0,936
Số đĩa lý thuyết / 4,76
Số đĩa thực tế / 14
Đường kính tháp hấp thụ mm 400
Chiều cao tháp hấp thụ m 8
20
Em xin chân thành cảm ơn !
21