Bài giảng công nghệ khí (ths hoàng trọng quang) chương 6

Bài giảng

CÔNG NGHỆ KHÍ
Chương 6:

LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL
GVGD: ThS. Hoàng Trọng Quang
GVTG: ThS. Hà Quốc Việt


NỘI DUNG

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Nhiệm vụ, mục đích xử lý
Mục đích xử lý khí
Quy trình xử lý cơ bản

Làm khô khí bằng phương pháp hấp thụ
Làm khô khí bằng glycol
Nồng độ tối thiểu của glycol sạch
Tính toán lượng glycol tuần hoàn
Tính toán, thiết kế contactor

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

2

NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ
Mục đích của xử lý khí

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Mục đích của công tác xử lý khí là làm cho khí thích hợp
với quá trình vận chuyển và sẵn sàng đưa vào sử dụng.
Xử lý khí cũng được yêu cầu để thu hồi những thành phần
có giá trị từ khí.
Khí thường được khai thác ở các điều kiện áp suất, nhiệt
độ và có các thành phần làm cho việc vận chuyển khí khó
khăn, đắt tiền hoặc không thể thực hiện được và khí có thể
có những tính chất không tuân theo các yêu cầu của nơi
tiêu thụ.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

3


NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ
Mục đích của xử lý khí

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Các thành phần trong khí gây ra nhiều vấn đề khó khăn
trong việc vận chuyển, đối với cả bộ phận sản xuất cũng
như bộ phận tiêu thụ khí là:
Hơi nước (ăn mòn, hydrat)
Sunfua hydro - H2S (độc hại, ăn mòn)
Dioxit cacbon - CO2 (ăn mòn)
Thủy ngân - Hg (ăn mòn)
Các hydro nặng hơn (gây ra dòng chảy hai pha trong ống vận
chuyển)

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

4


NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ
Mục đích của xử lý khí

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Các lý do chính cần phải xử lý khí là:
Áp suất để các thiết bị xử lý khí làm việc hiệu quả nhất thường từ
10 – 100atm.
Ở áp suất thấp các bình và các tháp xử lý cần có đường kính
lớn để hoạt động một cách thích hợp và sẽ chiếm nhiều không
gian cũng như có thể cồng kềnh và chi phí đắt tiền.
Ở áp suất cao các thiết bị có thể nhỏ hơn về kích thước nhưng

bề dày của thành sẽ lớn và có thể cần một loại thép đặc biệt, do
đó sẽ đắt tiền.
Để thu hồi hydrocacbon nặng hơn từ khí, áp suất tối ưu vào
khoảng giữa 20 đến 40 atm.
Áp suất để vận chuyển khí qua một khoảng cách lớn thay đổi
giữa khoảng 70 và 140 atm. Áp suất yêu cầu để bơm ép khí
vào vỉa dầu có thể cao hơn nhiều.
11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

5


NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ
Mục đích của xử lý khí

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Khí thường bão hòa hơi nước khi được khai thác. Nước ở pha lỏng sẽ gây
ăn mòn khi có mặt CO2 và H2S trong khí tạo thành hydrat.
Hydrat có thể làm bít đường ống khí, thiết bị và các van ở nhiệt độ cao
khoảng 20oC. Áp suất càng cao và nhiệt độ càng thấp thì càng có khả
năng để hydrat tạo thành.

Các lý do chính để người sử dụng đặt ra các thông số kỹ thuật cụ thể
được yêu cầu đối với khí là:
Người sử dụng khí luôn cần một áp suất chuyển giao tối thiểu
Trong hầu hết các trường hợp, khí sử dụng làm nhiên liệu do đó người sử

dụng cần một năng suất tỏa nhiệt tối thiểu và tối đa của khí
Trong gần như tất cả các trường hợp, người sử dụng khí có các thông số
nghiêm ngặt đối với hàm lượng H2S bởi vì tính độc hại của nó. Đối với khí
làm nhiên liệu gia dụng thì thông số cụ thể là nhỏ hơn 5mg/m3.
Người sử dụng khí không muốn có nước trong khí với lý do tương tự như
nơi sản xuất. Thông thường thông số này được xác định bằng điểm sương
của nước.
11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

6


NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ
Mục đích của xử lý khí

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Người sử dụng khí không muốn các hydrocacbon nặng tạo thành
trong đường ống. Thông thường người ta đưa ra thông số điểm
sương của hydrocacbon.
Một số thành phần khí có trong khí có thể gây hỏng các thiết bị
trong nhà máy cũng như gây nguy hiểm.

Các thông số kỹ thuật của khí thành phẩm:
Năng suất tỏa nhiệt (nhiệt cháy): có thể ở giữa 20 và 65 MJ/m3
Áp suất chuyển giao: có thể thấp cỡ 2 atm và cao cỡ vài trăm atm.
Điểm sương của hydrocacbon: tiêu biểu từ -8oC → 0oC ở tất cả các

giá trị áp suất có thể.
Điển sương của nước: giống như của hydrocacbon nhưng ở áp
suất cao nhất có thể.
Hàm lượng H2S, CO2, N2, Hg phụ thuộc vào đối tượng sử dụng
khí.
11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

7


NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ
Quy trình xử lý cơ bản

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Quy trình xử lý khí cơ bản bao gồm các bước sau:
Tách khí ra từ dung dịch tự do như dầu nặng, condensate, nước,
hạt rắn lên theo.
Xử lý khí để tách những chất ngưng tụ và thu hồi những hơi
hydrocacbon.
Xử lý tách hơi nước ngưng tụ mà trong một số điều kiện thích hợp
nào đó nó sẽ tạo thành hydrat.
Xử lý để tách ra khỏi khí những hợp chất không mong muốn như
H2S, CO2.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

8


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Mục đích

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Trong công nghiệp quá trình hấp thụ được dùng để:
Thu hồi các cấu tử trong pha khí
Làm sạch pha khí
Tách hỗn hợp thành các cấu tử riêng biệt
Tạo thành một dung dịch sản phẩm

Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba bắt buộc phải tiến
hành quá trình nhả hấp sau khi hấp thụ để thu hồi các cấu
tử và dung môi. Trong trường hợp thứ hai thì quá trình này
không cần thiết nếu dung môi rẻ tiền, dễ kiếm (ví dụ:
nước) và khí lạ thường là bỏ đi, chỉ khi nào cần thực hiện
thu hồi dung môi ta mới thực hiện quá trình nhả hấp.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

9

LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Phương Pháp

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với một chất
lỏng nhằm mục đích chọn lựa một hay nhiều cấu tử của
hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong
chất lỏng.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

10


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Quá trình hấp thụ

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Là quá trình truyền khối từ pha khí sang pha lỏng
Đây là quá trình tương tác vật lý giữa hơi nước và dung môi
Hai định luật chi phối quá trình hấp phụ:
trong đó:

Raoult: Pi = Pi* x Xi
Dalton: Pi = Ptotal x Yi

– Pi : áp suất riêng phần của cấu tử i
– Pi* : áp suất hơi của cấu tử i nguyên chất
– Ptotal : áp suất tổng của dòng khí
– Xi : % cấu tử i trong pha lỏng
– Yi : % cấu tử i trong pha khí
Diễn ra hiệu quả hơn ở T thấp và Ptotal cao

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

11


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Yêu cầu của dung môi:
Có ái lực với nước mạnh, và với HC thấp
Có độ bay hơi thấp tại nhiệt độ hấp thụ: giảm mất mát dung môi
Có độ nhớt thấp: dễ bơm và tiếp xúc tốt với dòng khí
Có độ bền nhiệt tốt: hiệu quả thu hồi cao
Khả năng gây ăn mòn thấp

Triethylene glycol (TEG) là dung môi phổ biến nhất

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

12


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

13


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với một chất
lỏng nhằm mục đích chọn lựa một hay nhiều cấu tử của
hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong
chất lỏng.
Vật chất luôn luôn đi từ nơi có tích tụ cao đến nơi có tích tụ
thấp. Sự tích tụ của chất hấp thụ của phần hơi phải cao
hơn của phần lỏng.
Ở Stripping, ngược lại với sự hấp thụ, sự tích tụ của phần

lỏng cao hơn cả hai. Sự tích tụ là driving force. Thuật ngữ
“concentration – Sự tích tụ” trong phần này có liên quan
đến “sự cân bằng”

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

14


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Sức kháng chuyển đổi thì tương hổ với diện tích. Theo kinh nghiêmk
hệ số chuyển đổi vật chất gồm sự ảnh hưởng của tất cả thay đổi của
sự tích tụ có thể chấp nhận được
Đối với sự hoạt động của hệ thống đã cho tại những điều kiện đặc biệt
với các tính chất đặc trưng của các dòng chảy nhánh, hiệu quả của vật
chất chuyển đổi tùy vào diện tích tiếp xúc giữa hơi và lỏng, và cũng
trên những yếu tố đó (như là độ nhớt, sức căng bề mặt, độ nhớt tương
đối…) mà ảnh hưởng sự khuyếch tán của các phân tử của vùng giao
giữa chất lỏng – hơi. Diện tích, gradient nhiệt độ và tỉ số hơi lỏng của
vật chất chuyển đổi là những biến sẵn có để cho việc thiết kế qui trình
làm việc đạt hiệu quả kinh tế.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

15


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Đối với một vùng phân đoạn với một thành phần no và điều kiện pha,
tại áp suất phù hợp, các biến cơ bản, để thiết kết việc kiểm soát nhiệt
độ tại đáy và đầu vùng tiếp xúc hơi lỏng. Trong chất hấp phụ các biến
cơ bản sẽ là lưu lượng hấp thụ, thành phần hấp thụ, và khối lượng tiếp
xúc của vùng hấp thụ.
Có ba cách cơ bản để làm lớn nhất diện tích tiếp xúc giữa phần hơi
lỏng trên một đơn vị thể tích của tháp:
Điểm sôi khí qua lỏng
Bơm chất lỏng dạng giọt sương vào dòng khí
Dòng chất lỏng dưới dạng dẻo trên bề mặt trong diện tích lớn

Các hình thể cơ học khác nhau có thể được phát triển để thiết lập
những yếu tố này.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

16


Các loại mâm (plate – tray) trong tháp (tower)

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Hình minh họa
của các mâm
trong tháp

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

17


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

18


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Structured Parking và Bubble cap

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí

19


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL
- Structured Parking và Bubble cap

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí

20


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Các tháp sử dụng Structured
và/hoặc Packing ngẫu nhiên

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

21


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Khí được làm khô với mục đích tách hơi nước ra khỏi khí
gas để tránh hiện tượng có nước tự do xuất hiện trong hệ
thống (nước là nguồn gốc của hiện tượng hydrates và ăn
mòn)
Tạo ra cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp
hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí được vận
chuyển hay chế biến.
Với ưu điểm của TEG có độ hút ẩm cao, tạo được điểm
sương cho khí sau làm khô khá cao (-47oC), 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.
11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

22


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Trong công nghiệp các phương pháp làm khô khí sau đây
thường được sử dụng:
Hấp thụ bằng các chất lỏng hút ẩm như diethylene glycol (DEG),
triethylene glycol (TEG), monoethylene glycol (MEG), tetraethylene
glycol (TREG).
Hấp thụ hơi nước bằng các tác nhân sấy rắn hoạt tính, ngưng tụ
ẩm do nén, hoặc làm lạnh khí.

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

23


HÌNH 6: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TIÊU BIỂU CHO CỤM LÀM KHÔ KHÍ
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

(Glycol nghèo)

(Khí khô)

(tia khí)

(Hơi nước)

Tháp tiếp xúc Glycol

Glycol giàu

(Khí ướt)

(đầu lọc)
Đầu ra
Máy lọc hơi đốt
(Chất lỏng tự do)

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

24


LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL
Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí
Copyright 2008

Đặc điểm quy trình:
Quy trình hấp thụ ngược dòng: dòng khí ướt từ dưới đi lên
thu được khí khô tại đỉnh tháp; TEG nguyên chất từ trên
chảy xuống, dòng TEG lẫn nước bị hấp phụ ra khỏi đáy tháp
và được đưa đi thu hồi.
Áp suất hoạt động của tháp hấp thụ: 70 - 80 bar
T của dòng khí ướt : 18 - 38 oC
%TEG nguyên chất: 98.5 - 98.9
Tại tháp thu hồi TEG: T 185 - 200 oC

11/14/2013

Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM

25