TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ TỪ NGUỒN KHÍ SƯ TỬ TRẮNG VỚI NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 10 TRIỆU SM3/NGÀY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM PHÂN XƯỞNG
TÁCH LPG TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ
TỪ NGUỒN KHÍ SƯ TỬ TRẮNG VỚI NĂNG SUẤT
NHẬP LIỆU 10 TRIỆU SM3/NGÀY

Trình độ đào tạo: Đại học chính quy
Ngành: Công Nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu
Người hướng dẫn

: Tiến sĩ Lê Công

Tánh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành
Luân
MSSV: 1152010122 Lớp: DH12HD

TP. Hồ Chí Minh, năm 2016


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tính toán thiết kế của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Lê Công Tánh. Các số liệu và kết quả nghiên cứu
trong đồ án tốt nghiệp này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác.
Nếu có bất kì sự sao chép về số liệu cũng như về kết quả, tôi xin chịu trách

nhiệm.
TP Hồ Chí Minh, ngày 5 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Luân


LỜI CẢM ƠN
Trong thực tế cuộc sống cũng như trong công việc, học tập hay tất cả các lĩnh
vực khác, không có bất kì sự thành công nào mà không được sự giúp đỡ hỗ trợ từ
mọi người xung quanh. Cũng chính vì có được sự giúp đỡ hỗ trợ trong suốt quãng
thời gian qua nên em mới hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Tính toán, thiết kế cụm
phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí từ nguồn nguyên liệu khí Sư Tử
Trắng với năng suất nhập liệu 10 triệu Sm3/ngày” một cách tốt đẹp nhất.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Tiến Sĩ Lê Công Tánh , Kỹ sư
Nguyễn Thế Thịnh cùng tập thể tất cả anh, chị trong Phòng Công Nghệ thuộc Tổng
công ty Tư Vấn Thiết Kế Dầu Khí (PVE) đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt
nhất để em hoàn thành quá trình xây dựng đồ án. Nếu không có sự hỗ trợ của các
anh chị, thì em nghĩ đồ án này khó mà hoàn thành được. Một lần nữa em xin chân
thành cảm ơn.
Trong suốt thời gian thực tập tại công ty và phòng Công nghệ, bản thân em
đã học hỏi được rất nhiều về tác phong làm việc cũng như nhận ra sự hạn chế thiếu
sót trong kiến thức của bản thân.
Trong thời gian thực tập tại công ty, bản thân em đã bộc lộ rất nhiều hạn chế
không những về kiến thức đã được học mà còn về thời gian tiến độ làm việc. Tuy
nhiên, do là lần đầu tiên được làm việc và tiếp xúc với một môi trường chuyên
nghiệp, hiện đại nên em cũng không tránh khỏi các hạn chế. Bản thân em sẽ cố gắng
xem những hạn chế trên là bài học để luôn cố gắng, phấn đấu trong công việc cũng
như cuộc sống sau này.
Bài báo cáo đồ án được hoàn thành trong những ngày cuối của đợt thực tập.

Bắt đầu đi vào tìm hiểu và xây dựng tính toán một thiết bị trong ngành công nghiệp
dầu khí, kiến thức của em còn hạn chế và rất nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, chắn chắc sai
sót là không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các anh chị
trong Phòng Công Nghệ thuộc Tổng Công ty Tư Vấn Thiết Kế Dầu Khí và các thầy
cô khóa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu những


người đã dìu dắt truyền đạt kiến thức cho em để kiến thức của em trong lĩnh vực
này này ngày càng được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc tập thể quý anh chị thuộc Phòng Công Nghệ, Tiến
Sĩ Lê Công Tánh, Kỹ sư Nguyễn Thế Thịnh cũng như quý thầy cô Khoa Hóa Học
và Công Nghệ Thực Phẩm đại học Bà Rịa – Vũng Tàu thật dồi dào sức khỏe để tiếp
tục thực hiện tốt công việc cũng như sứ mệnh của mình.
Trân trọng.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Luân


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ NGÀNH
CÔNG NGHIỆP KHÍ ..................................................................................... 2
1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp khí Việt Nam .................................... 2
1.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2........................................... 2

1.3 Hoạt động của phân xưởng tách LPG ............................................... 4
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ CỤM PHÂN
XƯỞNG TÁCH LPG ..................................................................................... 5
2.1 Thiết kế, mô phỏng sơ bộ nhà máy chế biến khí ................................... 5
2.1.1 Thiết kế sơ đồ hoạt động ............................................................... 5
2.1.2 Chọn thiết bị tách lỏng đầu vào nhà máy ....................................... 7
2.1.3 Chọn hệ thống sấy khí ................................................................... 8
2.1.4 Lựa chọn công nghệ làm lạnh khí đầu vào sau khi ổn định
condesat.................................................................................................. 9
2.1.5 Lựa chọn sơ đồ phân tách sản phẩm [2,tr 321] ............................ 10
2.2 Phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí ............................ 12
2.2.1 Hoạt động phân xưởng tách LPG ................................................. 12
2.2.2 Các thiết bị chính của phân xưởng tách LPG ............................... 13
2.3 Phương pháp tính toán cho cụm tách LPG .......................................... 17
2.3.1 Tính toán cân bằng pha [12,tr 32] ................................................ 17
2.3.2 Tính toán cân bằng vật chất cho tháp chưng cất ........................... 18

ii


2.3.3 Cân bằng nhiệt cho tháp chưng cất .............................................. 19
2.3.4 Tính toán thông số hoạt động của tháp ......................................... 20
2.3.5 Tính toán thông số kỹ thuật của tháp chưng cất ........................... 22
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHO CỤM TÁCH LPG ................ 25
3.1 Nguyên liệu, sản phẩm. ...................................................................... 25
3.2 Tính toán các thông số hoạt động của tháp ......................................... 29
3.2.1 Thông số hoạt động đỉnh tháp ...................................................... 29
3.2.2 Thông số hoạt động của đáy tháp ................................................. 33
3.3 Tính toán thông số làm việc của tháp .................................................. 37
3.3.1 Tính số đĩa lý thuyết của tháp theo phương pháp FUG ................ 37

3.3.2 Tính toán hiệu suất đĩa và số đĩa làm việc thực tế ........................ 41
3.4 Tính toán thông số kỹ thuật của tháp .................................................. 43
3.4.1 Tính toán cân bằng cho tháp ........................................................ 43
3.4.2 Tính toán thông số kĩ thuật tháp ................................................... 44
3.4.3 Tính toán cơ khí của tháp ............................................................. 51
3.4.4 Tính toán thiết bị phụ trợ ............................................................. 59
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHI PHÍ ........................................................... 73
4.1 Tính toán sơ bộ lượng nguyên liệu sử dụng: ....................................... 73
4.2 Tính sơ bộ chi phí vật liệu của tháp LPG: ........................................... 74
KẾT LUẬN .................................................................................................. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 76
PHỤ LỤC .................................................................................................... 78
Phụ lục 1: Bản vẽ chi tiết tháp tách LPG .................................................. 78
Phụ lục 2: Sơ đồ công nghệ cơ bản của nhà máy GPP. ............................. 79

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LPG: Liquefied Petroleum Gas
GDC: Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ
GPP: Chế độ GPP cho nhà máy chế biến khí

iv


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần các dòng nguyên liệu: .................................................. 5
Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu ....................................................... 7

Bảng 2.3 Nhiệt độ điểm sương của các chất hấp phụ ...................................... 9
Bảng 2.4 Ký hiệu các đại lượng.................................................................... 17
Bảng 2.5 So sánh đĩa loại lỗ và đĩa loại van ................................................. 23
Bảng 3.1 Thành phần của nguyên liệu đi vào tháp LPG ............................... 25
Bảng 3.2 Điều kiện của các dòng nguyên liệu .............................................. 26
Bảng 3.3 Thành phần phân tách (gần đúng).................................................. 27
Bảng 3.4 Nồng độ phần mol và lưu lượng của mỗi cấu tử ............................ 27
Bảng 3.5 Số liệu liên quan đến tính toán nhiệt độ tại đỉnh tháp .................... 29
Bảng 3.6 Số liệu liên quan đến tính toán nhiệt độ tại condenser ................... 31
Bảng 3.7 Số liệu liên quan đến tính toán tại đáy tháp ................................... 33
Bảng 3.8 Số liệu liên quan đến tính toán nhiệt độ tại reboiler ....................... 35
Bảng 3.9 Điều kiện hoạt động của tháp ........................................................ 36
Bảng 3.10a Kết quả xác định hệ số φ ........................................................... 38
Bảng 3.10b Kết quả xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu................................... 39
Bảng 3.11 Kết quả mô phỏng cho từng đĩa trong tháp .................................. 44
Bảng 3.12 Tải trọng hơi tại các đĩa trong tháp (phần luyện) ......................... 46
Bảng 3.13 Thông số của đáy và nắp thiết bị ................................................ 51
Bảng 3.14 Kích thước bích ghép đáy, nắp .................................................... 52
Bảng 3.15 Thông số bích ghép ống dẫn ........................................................ 53
Bảng 3.16 Kích thước của chân đỡ ( mm) .................................................... 56
Bảng 3.17 Kích thước của tai treo ................................................................ 57
Bảng 3.18 Các thông số cho tháp tách LPG .................................................. 58
Bảng 4.1 Sơ bộ chi phí tháp tách LPG .......................................................... 74

v


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Các vùng mỏ khí chính ở Việt Nam. ................................................ 2

Hình 1.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 ............... 4
Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí ............................................... 6
Hình 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống làm lạnh khí nguyên liệu ............................... 9
Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của nhà máy chế biến khí………………………………11

Hình 2.4 Sơ đồ đơn giản của một tháp chưng cất ......................................... 13
Hình 2.5 Minh họa condenser....................................................................... 15
Hình 2.6 : Một số dạng reboiler .................................................................... 16
Hình 2.7 Mô tả Reboiler dạng Thermosiphon............................................... 16
Hình 3.1 Sơ đồ làm việc của đỉnh tháp và condenser .................................... 29
Hình 3.2 Đáy, nắp thiết bị ........................................................................... 51
Hình 3.3 Bích ghép thân với đáy, nắp ........................................................... 52
Hình 3.4 Bích ghép thân thiết bị với ống dẫn ............................................... 53
Hình 3.5 Mô tả chân đỡ của tháp ................................................................. 56
Hình 3.6 Mô tả tai treo thiết bị ..................................................................... 57

vi


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, nguồn cung cấp khí đốt cho các hộ tiêu thụ khu vực Đông Nam Bộ
chủ yếu là từ hai bể Nam Côn Sơn và Cửu Long [18]. Tuy nhiên do sự sụt giảm
đáng kể về sản lượng cũng như chất lượng của các nguồn cung cấp khí này, nên nhu
cầu cấp thiết đặt ra là phải tìm kiếm nguồn cung cấp với trữ lượng lớn ổn định và
đạt yêu cầu về chất lượng tốt trong tương lai.
Quá trình thăm dò và khai thác thử đã cho tín hiệu tốt tại vùng bể Cửu Long với sự

kiện đón nhận dòng sản phẩm khí đầu tiên tại mỏ Sư Tử Trắng vào ngày
15/11/2012 [20]. Dự kiến Mỏ Sư Tử Trắng có thể có trữ lượng tới 170 tỉ m3 khí so
với khoảng 58 tỉ m3 khí với sản lượng khai thác 2,7 tỉ m3/năm của mỏ Lan Tây Lan Đỏ nằm trong bồn trũng Nam Côn Sơn[19].
Xuất phát từ nhu cầu về sản lượng khí đốt cũng như các sản phẩm khí như
LPG đang tăng đáng kể trong khi lượng cung cấp lại có chiều hướng giảm trong
những năm tới nên việc vận hành và đưa vào hoạt động Dự án khí Nam Côn Sơn 2
( nguồn khí từ các mỏ ở bể Nam Côn Sơn và Cửu Long) là rất cần thiết. Ở thời
điểm hiện tại nước ta chỉ mới có hai nhà máy chế biến khí là Dinh Cố và Nam Côn
Sơn 1 đang hoạt động.
Từ nhu cầu thực tế cũng như sự đồng ý chấp thuận của trường Đại Học Bà Rịa –
Vũng Tàu và Tiến Sĩ Lê Công Tánh, tôi chọn đề tài:
“ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM PHÂN XƯỞNG TÁCH LPG TRONG NHÀ
MÁY CHẾ BIẾN KHÍ TỪ NGUỒN KHÍ SƯ TỬ TRẮNG VỚI NĂNG SUẤT
NHẬP LIỆU 10 TRIỆU SM3/NGÀY” .

1


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ
NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ
1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp khí Việt Nam
Nền tảng cơ bản để phát triển nền công nghiệp khí của nước ta hiện nay đó là
nguồn dự trữ khí. Với trữ lượng khí dự trữ được đánh giá là rất lớn và chủ yếu tập
trung ở bốn vùng trũng chính: Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Cửu Long và Mã Lai Thổ Chu [10, tr 17].

Hình 1.1 Các vùng mỏ khí chính ở Việt Nam.

Ngoài các vùng mỏ chính kể trên, còn có nhiều mỏ có triển vọng về dầu và khí đồng
hành lớn. Bể Cửu Long có triển vọng lớn về dầu nhưng đồng thời cũng có một
lượng lớn khí đồng hành. Nhưng với sự sụt giảm đáng kể sản lượng của các nguồn
cung cấp khí: Bạch Hổ; Rạng Đông[21,tr 5] thì việc bổ sung các nguồn cung cấp
mới( Sư Tử Trắng; Hải Sư Tử Trắng) là điều hết sức cần thiết.
1.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2
Dự án đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2 là dự án trọng điểm quốc gia, bao
gồm các hạng mục chính như đường ống ngoài biển (có chiều dài khoảng 325 km,
đường kính ống 26 inches, xuất phát từ Hải Thạch-Mộc Tinh đi qua Thiên ƯngMãng Cầu, Bạch Hổ và tiếp bờ tại Long Hải) và phần trên bờ (bao gồm khoảng 9

2


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

km tuyến ống 26 inches từ điểm tiếp bờ đến Nhà máy GPP2, Nhà máy GPP2, các
trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ.
Khu vực bể Nam Côn Sơn được đánh giá là có tiềm năng lớn về khí thiên
nhiên. Để thu gom khí khai thác từ các mỏ Hải Thạch - Mộc Tinh, Thiên Ưng Mãng Cầu, các mỏ khí khác của bể Nam Côn Sơn và bể Cửu Long và vận chuyển
về bờ để cung cấp các sản phẩm cho các hộ tiêu thụ ở khu vực Nam Bộ và có tính
đến việc vận chuyển khí nhập khẩu trong tương lai.
Nhà máy GPP2, các trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm thuộc Hợp đồng EPC Nhà
máy xử lý khí GPP2 là những hạng mục quan trọng của dự án Đường ống dẫn khí
Nam Côn Sơn 2. Nhà máy sẽ được xây dựng tại xã An Ngãi - huyện Long Điền tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, được thiết kế có khả năng xử lí 10 triệu m3 khí/ngày đêm
cho 1 dây chuyền với chế độ phân tách LPG và có xem xét/nghiên cứu xây dựng,
lắp đặt hệ thống thu hồi etan cùng hệ thống tách riêng propan trong tương lai.Từ
Nhà máy xử lý khí GPP2, khí khô được vận chuyển qua tuyến ống đến Trung tâm
phân phối Khí Phú Mỹ (GDC) để tiếp nhận và phân phối khí cho các hộ tiêu thụ

(tuyến ống này đi song song và nằm trong hành lang tuyến ống cùng với các hệ
thống đường ống hiện hữu Bạch Hổ và Nam Côn Sơn 1) và tuyến ống dẫn sản phẩm
lỏng (LPG và Condensat):
- Đường ống dẫn khí từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ GDC: dài khoảng 30 km,
đường kính ống 30 inches;
- Đường ống dẫn Condensate từ GPP2 đến Thị Vải: dài khoảng 25km, đường
kính ống 6 inches;
- Đường ống dẫn LPG từ GPP2 đến Thị Vải: dài khoảng 25km, đường kính ống
10 inches.
Mỏ Sư Tử Trắng được phát hiện vào ngày 19/11/2003, nằm ở góc Đông Nam lô 151 thềm lục địa Việt Nam, ở độ sâu 56m nước, cách đất liền khoảng 62km và cách
Vũng Tàu khoảng 135km về phía đông. Theo khảo sát, trữ lượng của mỏ STT do
Cửu Long JOC điều hành đạt khoảng 300 triệu thùng dầu thô và 3-4 tỷ m3 khí đốt.

3


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Ngày 14/5/2012, tại công trường chế tạo Cảng Hạ lưu PTSC, Công ty Cổ phần Dịch
vụ Cơ khí Hàng hải PTSC tổ chức lễ hạ thủy, vận chuyển và lắp đặt khối thượng
tầng giàn khai thác Sư Tử Trắng do Công ty Cửu Long JOC là chủ đầu tư.
Ngày 15/11/2012, Cửu Long JOC đã đón nhận dòng khí đầu tiên của mỏ Sư Tử
Vàng. Hiện việc khai thác dầu tại mỏ này đang được tiến hành[18].
Dự kiến cuối năm 2016 dự án mỏ Sư Tử Trắng phát triển toàn mỏ vào giai đoạn 1
cho dòng sản phẩm khí đầu tiên. Tuy nhiên một phần khí được đem trở lại mỏ để
chờ phát triển giai đoạn 2. Dự kiến, trong giai đoạn 2 sẽ bổ sung giàn nén khí để
đưa khí về đường ống dẫn NCS 2.
Từ những thành quả ban đầu trên thì việc tiến hành thi công và đưa vào vận hành

nhà máy GPP2 là rất cần thiết.
1.3 Hoạt động của phân xưởng tách LPG
a, LPG và nhu cầu sử dụng hiện nay
Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) là một nhóm các loại khí Hydro-Carbon, chủ yếu
bao gồm Propane và Butane (gồm cả Iso-Butane), phát sinh từ quá trình lọc dầu thô
hoặc chế biến khí tự nhiên, khí đồng hành. [17]

Hình 1.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 [21]

4


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ CỤM PHÂN
XƯỞNG TÁCH LPG
2.1 Thiết kế, mô phỏng sơ bộ nhà máy chế biến khí

Thiết kế, tính toán cấu hình cơ bản dựa trên các bước:
1. Sử dụng phần mềm Hysys[3] mô phỏng thành phần của nguyên liệu, xây dựng
quy trình nhà máy GPP để tính toán hoạt động của tháp chưng cất tách LPG.
2. Sử dụng các số liệu từ quá trình mô phỏng kết hợp với tính toán để xác định các
thông số cơ bản của tháp tách LPG và các cụm công nghệ phụ trợ.
2.1.1 Thiết kế sơ đồ hoạt động
* Nguyên liệu
Được thiết kế để thu hồi các sản phẩm Sale Gas, Etan và LPG cũng như phần
condensat. Nhà máy (GPP) thiết kế được nhập liệu từ nguồn nguyên liệu của mỏ khí
Sư Tử Trắng với các thông số cơ bản [6]:

Lưu lượng nguyên liệu : 10 triệu Sm3/ ngày đêm
Áp suất: 70 barg
Nhiệt độ: 25 degC
Được phối trộn từ hai dòng thành phần với tỉ lệ 50:50:
Bảng 2.1 Thành phần các dòng nguyên liệu:
Thành
phần
CO2
N2
C1
C2
C3
i-C4
n-C4
i-C5
n-C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11

%
DST#2
0,0684
0,0836
70,5633
9,1198
5,3315

1,3234
2,1404
0,9085
1,0058
1,3133
1,5469
1,829
1,1213
0,7064
0,5005

%
DST#3
0,0584
0,149
71,185
9,1636
5,4549
1,3703
2,2378
0,957
1,0549
1,2126
1,4066
1,5868
0,9757
0,6027
0,4286

Khối lượng

94
106
121
140
154

5

Thể tích
lỏng

0,718
0,740
0,759
0,778
0,789

Điểm sôi ºC

85
110
137
171
193


Đồ án tốt nghiệp

Thành

phần
C12
C13
C14
C15
C16
C17
C18
C19
C20
C21
C22
C23
C24
C25
C26
C27
C28
C29
C30
C31
C32
C33
C34
C35
C36+

SVTH: Nguyễn Thành Luân

%

DST#2
0,4172
0,3503
0,2623
0,2195
0,173
0,1488
0,1326
0,1118
0,0915
0,0774
0,0656
0,0558
0,0475
0,0405
0,0346
0,0296
0,0253
0,0217
0,0186
0,0159
0,0137
0,0117
0,0101
0,0087
0,0543

%
DST#3
0,3606

0,2994
0,2307
0,1878
0,1504
0,1281
0,1146
0,0977
0,078
0,0688
0,0605
0,0539
0,0468
0,0413
0,0362
0,0323
0,027
0,023
0,0184
0,0148
0,0122
0,0097
0,0074
0,0066
0,0501

Khối lượng
168
182
196
210

224
238
252
266
280
294
308
322
336
350
364
378
392
406
420
434
448
462
476
490
588

Thể tích
lỏng
0,799
0,807
0,815
0,822
0,829
0,835

0,840
0,845
0,850
0,855
0,859
0,864
0,868
0,871
0,875
0,879
0,882
0,885
0,888
0,891
0,894
0,897
0,900
0,903
0,920

Điểm sôi ºC
214
233
252
269
285
301
316
330
343

355
367
379
390
400
411
420
430
438
447
455
463
471
478
486
531

Nhà máy được thiết kế làm 5 cụm : Cụm làm lạnh nguyên liệu sau khi phân tách,
cụm ổn định condesat để tận thu LPG, cụm thu hồi SaleGas, cụm thu hồi etan và
tách LPG với sản phẩm đáy là Condesat (C5+).
Căn cứ vào đặc điểm thành phần nguyên liệu, cũng như yêu cầu của các sản phẩm
sau khi phân tách [5] ta có thể lập sơ đồ cơ bản của nhà máy như hình 2.1 [10,tr
113]:

Tách lỏng

Làm ngọt,

Làm lạnh

Chưng cất

sơ bộ

sấy khí

khí

Tách Etan,
LPG

Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí

6


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

2.1.2 Chọn thiết bị tách lỏng đầu vào nhà máy
Đường ống NCS 2 được thiết kế để làm vận chuyển hai pha lỏng – khí.
Nguyên liệu đầu vào nhà máy là dòng nguyên liệu với nhiệt độ 250C, áp suất là 70
bar. Ta có thể thấy ở điều kiện như trên một phần dòng khí đã hóa lỏng, nên cần
phải có một thiết bị tách lỏng phù hợp để phân tách dòng lỏng - khí trong nguyên
liệu. Bảng 2.2 là tính chất của dòng nguyên liêụ dựa trên kết quả của phần mềm mô
phỏng Hysys:
Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu
Tên dòng
Tỷ lệ lỏng hơi

Nhiệt độ [C]
Áp suất [bar]
Lưu lượng mole [106
m3/d_(gas)]
Lưu lượng khối lượng
[kg/h]
Lưu lượng thể tích [m3/d]
Molar Enthalpy
[kJ/kgmole]
Molar Entropy
[kJ/kgmole-C]
Nhiệt lượng dòng [kJ/h]
Lưu lượng dòng lỏng
[m3/d]

Nguyên liệu
0.76
25
70

Pha hơi
0.76
25
70

Pha lỏng
0.24
25
70

10,00

7,57

2,43

579216,63

259820,91

319395,72

30805,31

18819,87

11985,43

-105162,55

-80344,84

-182588,23

157,46

148,42

185,66

-1854316779

-1072829444

-781487334,60

9912230,54

7549591,75

11587,55

Có bốn loại bình tách cơ bản là bình tách đứng, bình tách ngang, bình tách hình
cầu và Slug Catcher. Do hệ thống đường ống vận chuyển nguyên liệu từ mỏ vào bờ
thay đổi cao độ theo địa hình đáy biển nên trong đường ống có hiện tượng tích tụ
lỏng tại những điểm có cao độ thấp của đường ống khi lưu lượng và áp suất của khí
trong đường ống nhỏ không đủ áp lực để đẩy lỏng về bờ. Khi lưu lượng khí đầu vào
lớn và áp suất cao, lượng lỏng bị tích tụ cuốn theo dẫn đến lượng lỏng vào Nhà máy
tăng đột ngột. Vì vậy ta phải lựa chọn thiết bị tách lỏng/khí có thể tích đủ lớn để
chứa lượng lỏng này. Slug Catcher là thiết bị phù hợp nhất vì có khả năng chứa và

7


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

tách lỏng lớn do cấu tạo là hệ thống các dãy ống có kích thước lớn để chứa lỏng
mặc dù hiệu quả tách lỏng thấp hơn so với các loại khác.

2.1.3 Chọn hệ thống sấy khí
Ta có nhiệt độ điểm sương đối với dòng khí đầu vào là 21,93 0C trong khi yêu
cầu đối với sản phẩm là nhiệt độ điểm sương của nước ở áp suất 45 bar là 5 0C, do
đó khí này được xếp vào khí có hàm ẩm cao cần phải tách nước để đảm bảo hiệu
yêu cầu của sản phẩm khí sau phân tách[5].
Ngoài ra nước có mặt trong khí khi ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp sẽ tạo
thành các tinh thể hydrate làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của các thiết bị
trong quá trình chế biến khí (như bơm, quạt, máy nén, van . . .), ngoài ra sự có mặt
của hơi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh sẽ làm tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn
kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng thiết bị.
Lựa chọn phương pháp tách nước:[1,tr 147],[10,tr 118]
Có nhiều phương pháp làm khô khí, tùy thuộc vào hàm lượng nước đầu vào, yêu
cầu điểm sương theo mong muốn và cách lựa chọn công nghệ chế biến khí mà ta
lựa chọn các phương pháp khác nhau. Để đạt được nhiệt độ điểm sương thấp
( khoảng -90 đến
-1000C) ta phải sử dụng phương pháp hấp phụ vì các lí do[10,tr 124-126]:
- Đây là phương pháp cần sử dụng để sấy khô khí với độ hạ điểm sương tới
100 0C – 120 0C và yêu cầu khí sau khi sấy phải có điểm sương thấp trong khoảng 60 đến -90 0C để tách etan.
- Quá trình làm lạnh bằng giãn nở Turbo-Expander đòi hỏi dòng khí phải có
nhiệt độ tạo thành hydrate rất thấp.
- Khả năng làm việc trong một thời gian dài, dễ tái sinh, tuổi thọ thường 2 – 3
năm.
Trong công nghiệp chế biến khí các chất hấp phụ thường dùng là silicagel, Al2O3
hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolite 4A và 5A. Khi tính toán thiết kế, kết hợp giá trị
điểm sương của khí sau khi sấy với các chất hấp phụ mà lựa chọn môi chất hấp phụ
phù hợp được nêu trong bảng 2.3[10,tr 125]:

8

Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Bảng 2.3 Nhiệt độ điểm sương của các chất hấp phụ
Chất hấp phụ
Silicagel
Oxit nhôm hoạt tính
Zeolit ( rây phân tử)

Điểm sương của khí sau khi sấy
-60 0C
-73 0C
-90 0C

Do đặc điểm nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí trước khi vào tháp chưng cất
phải ở khoảng -900C đến -1000C nên sử dụng nhôm oxit hay silicagel là không thỏa
mãn. Vậy đề xuất sử dụng zeolit để tách nước ra khỏi dòng khí đầu vào.
2.1.4 Lựa chọn công nghệ làm lạnh khí đầu vào sau khi ổn định condesat
Để có thể thu hồi tối đa thành phần LPG và ethane trong nguyên liệu khí ban đầu thì
cần làm lạnh nhiệt độ của dòng khí nguyên liệu xuống khoảng -880C đến -1000C.
Để làm được điều này, ta có thể kết hợp sử dụng phương pháp làm lạnh tổng hợp
(làm lạnh ngoài kết hợp giảm áp qua van, giãn nở turbo expander và tận dụng nhiệt
lạnh trong hệ thống [2] ). Sơ đồ làm lạnh được nêu trong hình 2.2:

Hình 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống làm lạnh khí nguyên liệu

Chọn tác nhân làm lạnh dòng nguyên liệu khí ban đầu là dòng sản phẩm đỉnh của
tháp demethanize cho quá trình làm lạnh. Có thể mô tả quá trình làm lạnh như sau:
-Khí nguyên liệu sau khi đi qua cụm tách nước ở nhiệt độ 20,150C sẽ được hạ nhiệt

xuống -30C nhờ tận dụng dòng nhiệt lạnh từ đỉnh tháp T-100. Sau đó nhờ chu trình

9


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

làm lạnh ngoài sẽ giảm nhiệt độ xuống còn -250C, một lần nữa tận dụng dòng nhiệt
lạnh từ đỉnh tháp T-100 để hạ nhiệt độ xuống còn -45 0C.
-Dòng nguyên liệu ở nhiệt độ -450C này sẽ được phân tách khí/lỏng để dòng lỏng
đổ vào tháp T-100. Dòng khí tách ra được giảm áp từ 65 bar xuống còn 22 bar khi
đó nhiệt độ sẽ được giảm từ -45 xuống còn -85.6 0C sau đó nhờ trao đổi nhiệt với
dòng từ đỉnh tháp T-100 để hạ nhiệt độ xuống -88,90C sau đó được dẫn vào tháp T100.
- Dòng sản phẩm đi ra từ đỉnh tháp T-100 có nhiệt độ thấp ( -100 0C) nên sẽ được
tận dụng trao đổi nhiệt để làm lạnh dòng nguyên liệu vào đình tháp.
2.1.5 Lựa chọn sơ đồ phân tách sản phẩm [2,tr 321]
Theo như quy trình cơ bản của nhà máy, ta sẽ có đáy thiết bị phân tách cho ra dòng
lỏng, đáy tháp demethanize cho dòng C2+, nên ta cần có tháp tách Etan và tháp tách
LPG.
Ngoài ra, do sản phẩm thô ở đáy thiết bị phân tách V-101 là hỗn hợp lỏng có
chứa nhiều cấu tử nhẹ chưa phân tách nên cần có thêm một tháp ổn định condesat
để tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm.
Đề xuất sơ đồ hoạt động của nhà máy như hình 2.3:

10


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của nhà máy chế biến khí (xem phụ lục 2)

11


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Mô tả quy trình vận hành của nhà máy:
Dòng nguyên liệu với các thành phần đã nêu ở trên, được đi qua thiết bị phân
tách V-101 được phân tách ra 2 pha lỏng và khí. Pha khí tách ra được phối trộn
chung với dòng sản phẩm đỉnh tháp ổn định condesat đã qua máy nén K-101 để nén
đến áp suất 50 bar.
Dòng lỏng tách ra từ đáy thiết bị V-101 sẽ được đưa đến tháp ổn định condesat ở
nhiệt độ 260C và áp suất 16 bar. Đạt được điều kiện nhiệt độ này nhờ van VLV -103
giảm áp còn khoảng 16 bar và đi qua thiết bị trao đổi nhiệt E-100 để giảm tăng nhiệt
độ lên 260C. Thiết bị E-100 hoạt động nhờ trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm đáy
của tháp tách LPG.
Ở tháp T-102, hoạt động ở áp suất trung bình khoảng 15 bar, dòng sản phẩm có
chứa C3+ được tách ra ở đáy, thực hiện trao đổi nhiệt với dòng sản phẩm đáy tháp
tách LPG và đổ vào tháp LPG ở nhiệt độ 1980C. Dòng sản phẩm đỉnh tháp, sau khi
qua máy nén sẽ trộn với dòng khí ban đầu từ V-101 để đi qua cụm hấp thụ nước.
Cụm làm lạnh hoạt động bằng cách tận dụng tối đa dòng lạnh sinh ra từ đỉnh tháp
T-100, hoạt động ở áp suất trung bình 25 bar, dòng sản phẩm đỉnh tháp sau khi
được tận dụng làm lạnh dòng nguyên liệu sẽ được đi qua thiết bị giãn nở và thu hồi
ở điều kiện nhiệt độ 400C, áp suất 30 bar.

Dòng nguyên liệu qua thiết bị giãn nở được làm lạnh sâu xuống đến -89 0C sau
đó đổ vào tháp T-100. Dòng nguyên liệu thứ 2 được chia ra từ dòng nguyên liệu ban
đầu ở nhiệt độ -450C được giảm áp xuống đến 27 bar sau đó đổ vào tháp T-100.
Lượng C2+ từ đáy tháp demethanize được qua tháp T-101 và T-103, hai tháp
hoạt động ở điều kiện áp suất lần lượt là 22 bar và 15 bar. Tại đây cac sản phẩm như
Ethane, LPG và Condensat được tách ra.
2.2 Phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí
2.2.1 Hoạt động phân xưởng tách LPG
Nhà máy chế biến khí được xây dựng nhằm thu hồi LPG từ nguồn nguyên liệu
với hiệu suất thu hồi khoảng 80 – 99% C3.

12


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Phân xưởng tách LPG được hoạt động dựa trên dòng nguyên liệu đã tách các sản
phẩm nhẹ là C1, C2 . Sản phẩm của phân xưởng LPG là LPG và condensat để phục
vụ cho nhu cầu pha trộn xăng thương phẩm.
Dựa theo sơ đồ nhà máy, tháp tách LPG hoạt động ở áp suất 14 – 16 barg với hai
dòng nguyên liệu đi vào tháp với một dòng C3+ ở đáy của tháp T-102 và sản phẩm
đáy của tháp T-101.
LPG tách ra được hóa lỏng ở 450C, 14 bar để tồn chứa, pha trộn cũng như vận chuyển.
Dòng nhập liệu đi vào tháp được trung gian qua hai thiết bị van giảm áp, trao đổi
nhiệt để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tách xảy ra.
2.2.2 Các thiết bị chính của phân xưởng tách LPG
a, Tháp chưng cất
Để đảm bảo hiệu suất thu hồi LPG cao, tháp chưng cất phải đảm bảo các yêu

cầu thiết kế một cách chặt chẽ.
Ở tháp chưng cất trong công nghiệp dầu khí sẽ có hình dạng trụ đứng. Vật liệu làm
tháp được thiết kế dựa trên độ ăn mòn của nguyên liệu di chuyển bên trong tháp, áp
suất , nhiệt độ làm việc, nhiệt độ môi trường. Tuy nhiên, thông thường tháp chưng
cấtđược làm bằng thép. Chiều cao tháp được thiết kế dựa trên tổng số đĩa thực tế và
khoảng cách giữa chúng. Thường khi đường kính tháp nằm trong khoảng 1 đến 5 m
thì chiều cao tháp dao động trong khoảng từ 15 – 38 m. Bên trong tháp là một hệ
thống các đĩa (mâm), ngoài ra còn có thêm cửa để có thể quan sát vệ sinh cũng như
tiến hành sửa chữa, lắp đặt.

Hình 2.4 Sơ đồ đơn giản của một tháp chưng cất[22]

13


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Đường kính: chủ yếu phụ thuộc vào công suất của tháp chưng cất, hay nói cách
khác là lưu lượng dòng hơi và dòng lỏng đi vào bên trong tháp. Thông số đường
kính tháp sẽ được thiết kế phù hợp sao cho khi tháp làm việc thì sẽ không xảy ra
hiện tượng ngập lụt hay cuốn theo dòng lỏng lên đĩa trên.
Đĩa ( Tray): Là các phần bên trong của tháp chưng cất được đặt nằm ngang để tạo
điều kiện cho pha hơi đi lên và pha lỏng đi xuống bên trong tháp tiếp xúc với nhau
một thời gian đủ lâu để sự trao đổi giữa nguyên liệu xảy ra một cách hoàn hảo. Tùy
vào yêu cầu sản phẩm cũng như chế độ công nghệ mà số đĩa trong tháp thay đổi sao
cho phù hợp nhất. Trên đĩa bao gồm các thành phần:
Gò chảy tràn: là vách ngăn có chiều cao cố định thấp hơn gờ chắn của ống
hơi.Mục đích của gờ chảy tràn là giữ cho mực chất lỏng bên trên đĩa, tạo điều kiện

cho pha lỏng cũng như pha hơi tiếp xúc.
Ống chảy truyền: Tiết diện có thể là hình tròn, số ống phụ thuộc vào kích
thước tháp và lưu lượng lỏng. Có thể bố trí một ống hoặc nhiều hơn, và ở hai bên
hay chính giữa đĩa,ổng chảy truyền phải được kéo sát đến gần đĩa dưới ( phải thấp
hơn gờ chảy tràn của đĩa dưới ) để giữ một lớp chất lỏng ở trong ống, ngăn không
cho pha hơi đi qua.
Với tháp chóp, Chóp: Có thể là dạng tròn hoặc dạng khác lắp vào đĩa bằng
nhiều cách khác nhau, ở chóp có rãnh để khí đi qua.Rãnh cũng có thể đa dạng về
hình dạng ( tròn, tam giác…). Chóp có tác dụng làm cho khí đi từ đĩa dưới lên qua
các ống khí rồi xuyên qua các rãnh của chóp và sục vào lớp chất lỏng trên đĩa để
thực hiện quá trình trao đổi lỏng – hơi. Ngoài ra tháp chưng cất còn có một số thiết
bị phụ trợ như làm lạnh ngưng tụ,thiết bị trao đổi nhiệt, bình hồi lưu, nồi tái đun sôi.
Nguyên tắc hoạt động của tháp chưng cất:
Nguyên liệu ở dạng lỏng – hơi được đưa vào giữa tháp trở xuống ( để dòng lỏng có
thời gian đi xuống vùng chưng của tháp). Phần ở dưới đĩa nhập liệu gọi là vùng
chưng, phần trên đĩa nhập liệu là vùng cất. Tại đây dòng lỏng sẽ chạy từ vùng
chưng xuống đáy tháp. Tại đây mức chất lỏng luôn được duy trì và cung cấp nhiệt
để bay hơi, hơi bay lên sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi hơn so với dòng lỏng. Hơi này sẽ

14


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

sục vào phần lỏng của các đĩa phái trên. Ở đó, hơi cùng lỏng sẽ thực hiện quá trình
trao đổi pha. Kết quả tạo ra một dòng hơi mới giàu cấu tử dễ bay hơi hơn, chất lỏng
giàu cấu tử khó bay hơi hơn sẽ chảy xuống đáy tháp và lại tiếp tục trao đổi nhiệt với
dòng hơi đang bay lên tại các đĩa mà dòng lỏng này đi xuống.

Cứ như vậy tiếp tục qua nhiều bậc, hơi đi ra khỏi đỉnh tháp chưng cất sẽ chứa
nhiều cấu tử dễ bay hơi hơn.Phần lỏng giàu cấu tử khó bay hơi sẽ đi theo dòng lỏng
ra khỏi đáy tháp chưng cất. Dòng lỏng này một phần được đưa vào thiết bị tái đun sôi,
tại đây nó được đun sôi bay hơi một phần và dẫn trở lại tháp với mục đích cung cấp
nhiệt cho quá trình đun sôi ở đáy tháp. Dòng hơi bay lên đỉnh tháp đi qua các đĩa và
lên đỉnh tháp, sau khi được hồi lưu 1 phần thì được bơm ra thùng chứa sản phẩm.
b, Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh [15, tr 14-15]
Có 2 dạng Condenser:
- Partial ( ngưng tụ 1 phần): hơi đi ra từ đỉnh tháp được làm lạnh và chỉ ngưng
tụ một phần. Loại condenser này thực chất là một bậc thay đổi nồng độ. Nhiệt độ
trong condenser chính là nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp hơi cân bằng.
Gồm 2 loại: + Distillation vapor: Lỏng ngưng tụ chỉ để hồi lưu về đỉnh tháp, còn
sản phẩm lấy ra ở thể hơi được gọi là Overhead.
+ Distillation mix: Lỏng ngưng tụ một phần để hồi lưu về đỉnh tháp, còn
lại lấy ra làm sản phẩm => sản phẩm gồm hai loại sản phẩm lỏng và sản phẩm hơi.
- Bubble Temperature: Hơi đi ra từ đỉnh tháp được làm lạnh đến nhiệt độ điểm
sôi của hỗn hợp và ngưng tụ hoàn toàn, một phần cho hồi lưu về đỉnh tháp, phần
còn lại lấy ra ở dạng sản phẩm lỏng, được gọi là Fix Rate Draw.

Hình 2.5 Minh họa condenser [15,tr 14]

15


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

c, Thiết bị đun sôi đáy tháp
Có 4 dạng reboiler: Thermosiphon without baffles và with baffles; Dạng

Kettle; Dạng One through; Dạng lò.

Hình 2.6 : Một số dạng reboiler[15,tr 15]

Thông thường để đạt được hiệu suất cao, người ta thiết kế loại Thermosiphon
with baffles có cấu tạo như sau:

Hình 2.7 Mô tả Reboiler dạng Thermosiphon[23]

16