Chương 5,6 Chế biến khí và Một Số Thiết Bị Trong Nhà Máy Chế Biến Khí (Môn Công nghệ chế biến Khí)

Chương 5:

Chế biến khí
Chế biến khí




•
Mục đích: phân tách khí thiên nhiên thành các
cấu tử riêng lẻ hoặc phân đọan:

C
1

C
2
hoặc C
2+


C
3
hoặc C
3+


C
4
hoặc C
3

& C
4

C
5+
•
Ứng dụng: nhiên liệu hoặc nguyên liệu cho công
nghiệp hóa dầu và hóa chất.


•
Các phương pháp phân tách:

Hấp thụ.

Hấp phụ.

Nén.


Ngưng tụ nhiệt độ thấp.

Chưng cất nhiệt độ thấp.


•
Hấp thụ:

Nguyên tắc: dùng dung môi lỏng để hấp thụ và tách
các hydrocarbon C

3+
ra khỏi dòng khí.

Chất hấp thụ: các phân đọan kerosene, gasoil,…

Có hiệu quả đối với khí béo có hàm lượng C
3+
> 100
g/m
3
.

Thu hồi hiệu quả các cấu tử nặng trong khí.


Pipes and Absorption Towers
Source: Duke Energy Gas Transmission Canada


•
Hấp phụ:

Nguyên tắc: dùng chất hấp phụ rắn để tách chọn lọc
các hydrocarbon nặng ra khỏi dòng khí.

Có hiệu quả đối với khí có hàm lượng C
3+
< 50 g/m
3
.

•
Nén:

Nguyên tắc: nén và làm lạnh khí để phân tách các
hydrocarbon nặng ra khỏi dòng khí.

Rẻ, nhưng không tách triệt để được các hydrocarbon
nặng.

Thường được kết hợp với các phương pháp chưng
cất nhiệt độ thấp hoặc ngưng tụ nhiệt độ thấp để tách
lọai triệt để các hydrocarbon nặng.


•
Ngưng tụ nhiệt độ thấp:

Nguyên tắc: nén và làm lạnh để tách sơ bộ
hydrocarbon nặng nhất, sau đó dòng khí được phân
tách trong tháp chưng cất nhằm thu hồi khí khô và xăng
thiên nhiên.

Hiệu quả đối với quá trình cần tách các cấu tử khí
nhẹ.


•
Chưng cất nhiệt độ thấp:


Nguyên tắc: nén và làm lạnh rồi đưa dòng khí vào
tháp chưng cất. Khí khô thu được ở đỉnh tháp,
hydrocarbon nặng thu ở đáy tháp.

Phần trên của tháp được giữ ở nhiệt độ âm, trong khi
phần dưới tháp được gia nhiệt nhằm thu hồi hòan tòan
hydrocarbon nặng.


5.1. Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ
5.1.1. Khái niệm chung
•
Ngưng tụ khí là quá trình làm lạnh đẳng áp đến
nhiệt độ xuất hiện pha lỏng.
•
Các hydrocarbon có nhiệt độ ngưng tụ cao sẽ
hóa lỏng trước các hydrocarbon có nhiệt độ ngưng
tụ thấp hơn.
•
Các hydrocarbon nhẹ có nhiệt độ ngưng tụ thấp
cũng có khả năng bị hòa tan vào phần
hydrocarbon nặng trong quá trình ngưng tụ.


•
Quá trình ngưng tụ hydrocarbon có thể được
thực hiện bằng cách tăng áp suất và giữ nguyên
nhiệt độ, hoặc giảm nhiệt độ và giữ nguyên áp
suất.


Nén đẳng nhiệt: mức ngưng tụ tăng nhưng độ chọn
lọc ngưng tụ giảm do quá trình hòa tan các hydrocarbon
nhẹ trong phần ngưng tụ lỏng.

Làm lạnh đẳng áp: mức ngưng tụ tăng và sự phân
tách các hydrocarbon nặng – nhẹ cũng tăng theo  độ
chọn lọc ngưng tụ cao.




•
Có thể kết hợp quá trình nén đẳng nhiệt và làm
lạnh đẳng áp trong quá trình ngưng tụ.
•
Ở nhiệt độ càng thấp và áp suất càng cao, tốc độ
ngưng tụ càng giảm.




•
Phân lọai sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp:

Theo số giai đọan tách.

Theo dạng chất làm lạnh:

Làm lạnh nội: giãn nở hoặc tiết lưu. Được ứng

dụng cho dòng khí có độ béo thấp ([C
3+
] < 70-75
g/m
3
) và mức thu hồi hydrocarbon không cao.

Làm lạnh ngọai: C
2
, C
3
hay hỗn hợp các
hydrocarbon.

Làm lạnh hỗn hợp: Được ứng dụng cho dòng khí
có độ béo trung bình ([C
3+
] ~ 300 g/m
3
); thu hồi 90-
95% ethane từ khí.

Theo sản phẩm chính: C
2+
, C
3+
.


5.1.2. Sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương

pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp
•
Các cụm thiết bị cơ bản trong sơ đồ công nghệ
chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ
thấp:

Lọc khí để tách các giọt lỏng và bụi cơ học.

Sấy khí, tách ẩm.

Hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt tuần hòan để tận dụng
nhiệt lạnh và nhiệt nóng của các dòng.

Chu trình lạnh.

Thiết bị phân tách.

Tháp demethane và deethane.


Hydrocarbon T
s
,
0
F
Ethane -127,48
Propane -43,67
N-butane 31,1
Iso-butane 10,9

5.1.2.1. Ngưng tụ bằng làm lạnh ngọai
•
Sơ đồ ngưng tụ một giai đọan với chu trình làm
lạnh propane để nhận được C
3+






•
Sơ đồ ngưng tụ một giai đọan với chu trình làm
lạnh ngọai bằng chất làm lạnh hỗn hợp để nhận
được C
3+






•
Sơ đồ ngưng tụ một giai đọan với chu trình làm
lạnh ngọai bằng propane và ethane để nhận được
C
2+

Hai nguồn lạnh propane và ethane riêng rẽ.


Có tháp demethane và deethane để thu C
2+
.