Tính toán tháp làm khô khí bằng Dietylen glycol

Bộ môn Lọc hóa dầu Lớp Lọc hóa dầu K51
Bài tập lớn môn Công nghệ Chế biến Khí
- 1 -

LỜI NĨI ĐẦU
Khí là nguồn ngun nhiên liệu vơ cùng q hiếm, gần như khơng thể thay thế
và tái sinh được, nó đóng vai trò cực kì quan trọng nếu khơng muốn nói là quyết định
trong thời đại văn minh hiện nay và trong vài chục năm nữa khi mà những nguồn
năng lượng khác vẫn chưa thể thay thế được. Mọi sự biến động của cán cân cung và
cầu của dầu khí đều lập tức ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực kinh tế, đến chính sách xã
hội, thậm chí có thể dẫn đến xung đột vũ trang. Con người khơng dùng trực tiếp khí
thiên nhiên mà chế biến chúng thành các sản phẩm có tính chất kỹ thuật được chuẩn
hóa.
Do khí khi khai thác lên ngoài những thành phần chính là các hydrocacbon từ
C
1
-C
10
còn chứa các tạp chất cơ học và các phi hydrocacbon như : CO
2
, N
2
, H
2
S,
H
2
O,...Trước khi đưa vào các quá trình tách phân đoạn khí thì cần phải đưa vào quá
trình xử lý để để loại các tạp chất cơ học và các hợp chất phi hydrocacbon ảnh
hưởng đến quá trình chế biến. Q trình xử lý này cần phải có các thiết bị như tháp
hấp thụ, thiết bị trao đổi nhiệt, bình tách… nhưng chúng đều phải được thiết kế sao

cho phù hợp với thành phần khí cần xử lý , điều kiện làm việc, dung mơi ... Để hiểu
rõ vấn đề này chúng ta đi tính tốn tháp làm khơ khí bằng Dietylen glycol (DEG).
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Danh Nhi đã giúp đỡ em hồn
thành bài tập này.
Trong q trình làm bài do thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi những thiếu
xót, sai lầm. Mong thầy có ý kiến chỉnh sửa giúp em.
Em xin chân thành cảm ơn !
Vũng Tàu, ngày 03 tháng 04 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Lưu Thò Hường
Bộ môn Lọc hóa dầu Lớp Lọc hóa dầu K51
Bài tập lớn môn Công nghệ Chế biến Khí
- 2 -
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ
1.1 Thành phần khí
Gồm các cấu tử chính là Hydrocacbon no từ C
1
đến C
12
(mà trong đó chủ yếu là C
1

đến C
4
).
Trong khí thường chứa các tạp chất như: H
2
S, COS, CS
2
, RSH, khí trơ (He, Ar…),

N
2
, hơi nước… Sự có mặt các hợp chất cơ học trong khí, nó gây ảnh hưởng xấu tới
quá trình hoạt động của các thiết bò, phức tạp trong quá trình vận chuyển, không an
toàn trong sử dụng. Do vậy, nguyên liệu vào phải được tách các hợp chất cơ học và
các hợp chất phi hydrocacbon có hại ra khỏi khí. Nhìn chung quá trình tách này
gồm :
 Tách các tạp chất cơ học.
 Tách condensate.
 Tách nước (làm khơ khí-khử nước).
 Khử khí axít (loại bỏ H
2
S, CO
2
...).
 Tách N
2
, và He.
 Tách Hg.
 Tách các phân đoạn hydrocacbon
1.2 Các phương pháp làm khơ khí
Mục đích : Trong dòng khí có chứa các phân tử nước, khi gặp điều kiện nhiệt độ
áp suất thích hợp thì nó tạo thành các tinh thể hydrat, nó gây bòt kín các đường ống
dẫn, gây ăn mòn thiết bị, làm giảm nhiệt trị của khí và ảnh hưởng đến quá trình làm
việc của thiết bò vận chuyển. Quá trình hình thành hydrat xảy ra khi áp suất riêng
phần trong hỗn hợp khí lớn hơn áp suất hơi bão hòa của hydrat. Như vậy, để làm
giảm khả năng tạo thành hydrat thì phải làm giảm hàm lượng nước trong khí, khi đó
Bộ môn Lọc hóa dầu Lớp Lọc hóa dầu K51
Bài tập lớn môn Công nghệ Chế biến Khí
- 3 -

áp suất riêng phần của hơi nước trong khí sẽ giảm xuống thấp hơn áp suất của
hydrat, nên sẽ làm ngưng quá trình tạo thành hydrat. Quá trình làm khơ khí gồm có
bốn phương pháp như sau:
 Phương pháp làm lạnh với sử dụng chất ức chế
 Phương pháp hấp thụ
 Phương pháp hấp phụ
 Phương pháp thẩm thấu
a. Phương pháp sử dụng chất ức chế :
Về nguyên tắc người ta bơm các chất ức chế vào để ngăn cản quá trình tạo
thành hydrat, chất ức chế thường sử dụng glycol hoặc mêtanol. Glycol thường dùng
là DEG (Dietylen glycol), TEG (tri etylen glycol), EG (etylen glycol) với nồng độ
khoảng 60-80% khối lượng.
Sự lựa chọn glycol phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
 Nhiệt độ đông đặc của dung dòch glycol
 Độ nhớt của dung dòch glycol
 Độ hạ nhiệt độ điểm sương đối với nồng độ glycol đã cho
 Thành phần khí
 Khả năng hòa tan của glycol
 Glycol dùng phải bền nhiệt và dễ tái sinh
 Hòa tan ít hoặc không hòa tan trong hydrocacbon
b. Phương pháp hấp thụ :
Đây là phương pháp sử dụng rộng rãi nhất trong công nghệ chế biến khí. Về
nguyên tắc, phương pháp này dựa vào sự khác biệt về áp suất riêng phần của hơi
Bộ môn Lọc hóa dầu Lớp Lọc hóa dầu K51
Bài tập lớn môn Công nghệ Chế biến Khí
- 4 -
nước trong khí và trong dung môi hấp thụ, khí tiếp xúc ngược dòng với dung môi
hấp thụ trên các đóa van hoặc đệm. Chất hấp thụ thường dùng là : DEG, TEG, EG.
Mỗi chất hấp thụ thì có những ưu việt riêng của từng loại, nói chung chúng có khả
năng hút ẩm tốt, khá bền với sự có mặt của các khí axít, không đông đặc ở nhiệt độ

thường khi dung dòch có nồng độ cao. Nhưng nhược điểm của phương pháp này là
chi phí đầu tư cao, khó tái sinh, cho nhiệt độ điểm sương của khí cao, có khả năng
ăn mòn kim loại, điều này ít mang lại hiệu quả cho quá trình trình sử dụng công
nghệ.
c. Phương pháp hấp phụ :
Phương pháp này được sử dụng khi yêu cầu khí sản phẩm có độ sạch cao. Quá
trình này được tiến hành khi người sử dụng một pha rắn có bề mặt riêng lớn, để giữ
lại một cách chọn lọc trên bề mặt nó các cấu tử cần tách. Do vậy, các chất hấp phụ
thường được đặc trưng bởi cấu trúc xốp với các mao quản rất nhỏ để tạo ra bề mặt
riêng lớn. Các chất hấp phụ thường sử dụng là : Nhôm hoạt tính, silicagen, đất sét,
zeolit.
Những ưu nhược điểm của phương pháp:
+ Ưu điểm : Cho hiệu suất làm sạch rất cao, có thể làm giảm hàm lượng nước
xuống còn 0,01 ppm và tạo ra cho khí có nhiệt độ điểm sương thấp, đồng thời zeolit
có thể làm việc ở nhiệt độ cao.
+ Nhược điểm : Giá thành tương đối cao do đó chỉ áp dụng khi yêu cầu điểm
sương thấp.
d. Phương pháp thẩm thấu :
Nguyên tắc của phương pháp là dựa vào sự thẩm thấu của khí qua màn thẩm
thấu. Dưới tác dụng của màng thẩm thấu sẽ cho những phân tử có kích thước nhỏ
Bộ môn Lọc hóa dầu Lớp Lọc hóa dầu K51
Bài tập lớn môn Công nghệ Chế biến Khí
- 5 -
hơn kích thước của màng qua còn các cấu tử có kích thước lớn hơn sẽ được giữ lại.
Như vậy, áp suất càng cao thì quá trình thẩm thấu ngày càng nhanh. Phương pháp
này chỉ áp dụng khi độ tinh khiết của khí không cao.
Qua các phương pháp đã nêu trên, ta thấy phương pháp hấp phụ là cho hiệu
suất khử nước là cao nhất, đem lại hiệu quả kinh tế cao và dễ tự động hóa.

Bộ môn Lọc hóa dầu Lớp Lọc hóa dầu K51
Bài tập lớn môn Công nghệ Chế biến Khí
- 6 -
PHẦN II: TÍNH TỐN THÁP LÀM KHƠ KHÍ BẰNG
DIETYLEN GLYCOL (DEG)
Đề số 6:
Cấu tử C
1
C
2
C
3
n-C
4

i-C
4
n-C
5
H
2
S CO
2
N
2
%V 70 8.2 4.8 4.1 3.5 2.8 1.8 2.5 2.3

Lượng khí cần làm khơ: 5.2.10
6
Nm
3
/ngày
Nhiệt độ khí ngun liệu: 65
o
C
Áp suất khí ngun liệu: 8.5 MPa
Điểm sương khí khơ: +15
o
C
Áp suất khí khơ: 8.2 MPa
Lưu lượng DEG nghèo: 34 kg DEA / 1kg H
2
O.