Tiểu Luận Công Nghệ Hoá Lỏng Khí Đồng Hành LPG

văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Muc lục
Mở đầu

3

Phần I. Giới thiệu chung về LPG.

4

I. Giới thiệu chung

5

I.2. Một số đặc tính hoá lý thơng mại

8

II. ứng dụng của LPG thơng mại

14

Phần II. Công nghệ hóa lỏng LPG

17

I. Làm sạch khí.
1. Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học.

17

2. Quá trình sấy khí.
1. Quá trình làm ngọt khí.

19
20

II. Các công đoạn chế biến khí

25

1. Phơng pháp ngng tụ:

26
28

2. Phơng pháp hấp thụ:
3. Phơng pháp chng cất:

30

III. Một số sơ đồ công nghệ sản LPG.

31

1. Phơng pháp nén khí

2. Phơng pháp làm lạnh

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

32
34

1


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

3. Phơng pháp hấp phụ
4. Thuyết minh dây chuyền công nghệ của hãng Sam Sung .
Kết luận
Tài liệu tham khảo

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

35
36
40
41

2

văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Mở Đầu
Việt Nam có một tiềm năng về khí khá phong phú. Nhà máy chế biến khí ở
Dinh Cố (Bà Rịa-Vũng Tàu) hàng năm cung cấp 300.000 tấn khí hoá lỏng LPG
chứa propan và butan. Do đặc điểm khí của Việt Nam chứa rất ít H2S (0,02 g/m3)
nên đây là loại khí rất sạch, rất thuận lợi cho chế biến và sử dụng, điều này cho
phép thu đợc sản phẩm LPG đạt chất lợng cao. Nếu từ LPG có thể chuyển sang các
nguyên liệu cho tổng hợp Hữu cơ - Hoá dầu thì giá trị kinh tế sẽ cao hơn nhiều so
với việc sử dụng làm nhiên liệu. Mặc dù hiện nay ở Việt Nam, LPG chủ yếu chỉ đợc
sử dụng làm nhiên liệu đốt dân dụng nhng trong tơng lai các công nghệ chuyển hoá
LPG thành các nguyên liệu cho tổng hợp Hữu cơ - Hoá dầu sẽ phát triển rất mạnh
mẽ. Do đó trong bài tiểu luận này em xin trình bày về công nghệ hoá lỏng khí đồng
hành LPG và những ứng dụng của nó.
Trong những năm gần đây, khí hơi đốt dầu mỏ hoá lỏng (Liquefied Petroleum
Gas - LPG) là một nguồn cung cấp hơi đốt rất quan trọng đối với nớc ta, cả trong
dân dụng và công nghiệp. Nó đóng góp một phần không nhỏ vào sự phát triển của
nền kinh tế quốc dân. Từ thực tiễn quý báu này, dần dần, từ chỗ chúng ta nhập khẩu
khí dầu mỏ hoá lỏng chủ yếu, sang chủ động sản xuất đợc nhờ có nhà máy xử lý khí
Dinh Cố, chế biến và xử lý một lợng khí đồng hành từ các mỏ dầu của nớc ta nh:
Bạch Hổ,...Gần đây, chúng ta còn phát hiện và có những hớng phát triển mới đối với
những mỏ khí lớn nh: Lan Tây, Lan Đỏ...với quy mô lớn hơn, không chỉ dừng lại ở
việc cung cấp LPG cho mục đích hơi đốt thông thờng.
Ngày nay trên thế giới cũng nh ở Việt nam, nhu cầu sử dụng khí đốt ngày càng
tăng. Chính vì thế mà nền công nghiệp khai thác và chế biến khí ngày càng phát

triển để có thể đáp ứng đợc nhu cầu tiêu thụ. ở Việt Nam trữ lợng khí phát hiện đợc
rất nhiều hứa hẹn một tiềm năng to lớn của đất nớc. Trong khi lợng dầu thô ngày
càng giảm, cạn kiệt thì nguồn nhiên liệu khí mới coi nh bắt đầu. Do đó, trong những
năm tới nhu cầu tiêu thụ khí sẽ tăng lên, đặc biệt là LPG và LPG có rất nhiều u
điểm nh: dễ vận chuyển, sạch, không độc hại, không ô nhiễm, nhiệt năng cũng nh
năng lợng cung cấp cho các quá trình lớn...
Trong tơng lai không xa, LPG sẽ thay thế xăng trong các động cơ vì sử dụng
nhiên liệu này có rất nhiều u điểm trong đó đặc biệt là không gây ô nhiễm môi trờng và rất an toàn và lại rất rẻ. Hiện nay LPG chủ yếu đợc sử dụng trong lĩnh vực
đun nấu, sinh hoạt, các lò công nghiệp. Ngoài ra, trong vài năm tới LPG sẽ đợc sử
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

3


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

dụng trong hầu hết các lĩnh vực của toàn xã hội. Chính vì thế những thập kỷ tới sẽ
là thập kỷ của ngành công nghiệp hoá dầu- khí hoá lỏng LPG.

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

4


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

phần I
Giới thiệu chung về LPG
I.1. Giới thiệu chung. [5]
LPG là tên viết tắt của khí dầu mỏ hoá lỏng (liquified Petroleum Gas). LPG
là sản phẩm thu đợc từ quá trình chế biến dầu bao gồm hỗn hợp của loại hydro hoá
khác nhau.
Thành phần hoá học chủ yếu của LPG là hydro hoá dạng parafin, có công
thức chung là: CnH2n+2, nh:
Propan (C3H8)
Propylen (C3H6)
Butan (C4H10)
Buten (C4H8)
Tuy nhiên vẫn có khả năng xuất hiện dấu vết của Etan (C 2H6), Etylen (C2H4)
hoặc pentan (C5H12), Butadien-1,3 (C4H6) có thể xuất hiện nhng không đạt tới tỷ lệ
đo đợc.
Trên thế giới, việc khai thác khí đã đợc phát triển và ứng dụng từ lâu, nhất là
các nớc thuộc vùng Bắc Âu và Mỹ la tinh. Ngoài ra LPG là một trong những sản
phẩm của các nhà máy lọc dầu có tính thơng mại.
Hiện nay, ở Việt Nam khí đợc khai thác từ:
- Các mỏ dầu nh Bạch Hổ, Đại Hùng, Rồng, Bunga Kelwa, Hồng Ngọc và
Rạng Đông. Khí đợc tách ra khỏi pha lỏng gọi là khí đồng hành. Từ năm
1995, khí đợc đa vào sử dụng chạy tuốc bin tại nhà mày điện Phú Mỹ.
- Các mỏ khí ở thềm lục địa nam Việt Nam thuộc bể tràm tích Nam Côn
Sơn và bồn trũng Cửu long.
LPG đợc dùng làm nhiên liệu, nguyên liệu cho nhu cầu dân dụng, công
nghiệp và giao thông vận tải. LPG là loại chất đốt dân dụng rẻ và sạch, có nhiệt lợng cao, an toàn, dễ sử dụng, ít gây ô nhiễm môi trờng nên rất phổ biến trên các nớc

tiên tiến hiện nay.
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

5


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Sản phẩm LPG có thể có hydrocarbon dạng olefin hay không có olefin phụ
thuộc vào phơng pháp chế biến.
Sản phẩm LPG thơng mại bao gồm ít nhất một thành phần nh danh mục kể
trên. trong đó chỉ có hỗn hợp Propan Butan là thích hợp cho việc chế biến thành
sản phẩm khí đốt gia dụng vì chúng có áp suất bão hoà và nhiệt độ bay hơi thích
hợp trong những điều kiện cụ thể. Hiện nay LPG đợc đề cập chủ yếu là hỗn hợp của
Propan Butan. LPG của Petrolimex Gas là hỗn hợp có tỷ lệ Propan/ Butan từ
30/70 đến 50/50 % về thể tích.
I.2. nGUồN GốC THàNH PHầN Vá TíNH CHấT CủA KHí ĐồNG HàNH
Khí đồng hành nhận đợc từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong
thành phần của khí đồng hành ngoài cấu tử chính là metan còn có etan, propan,
butan và các hydrocacbon nặng với hàm lợng đáng kể. Thành phần những cấu tử cơ
bản trong khí thay đổi trong một phạm vi khá rộng tuỳ theo mỏ dầu khai thác.
Ngoài ra trong thành phần khí đồng hành còn có H2O, H2S và các hợp chất chứa lu
huỳnh, CO2, N2, và He...
Ngời ta có thể phân loại khí theo hàm lợng hydrocacbon từ propan trở lên. Khí giàu
propan, butan và các hydrocacbon nặng đợc gọi là khí béo (hoặc khí dầu). Từ khí
này ngời ta chế đợc xăng khí, khí hoá lỏng (LPG) và các hydrocacbon riêng biệt

cho tổng hợp hữu cơ. Còn khí chứa ít hydrocacbon nặng (từ propan trở lên) gọi là
khí khô (hoặc khí gầy), đợc sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và đời sống,
làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho nhà máy phân
đạm, sản xuất etylen, axetylen, etanol...
Trong bảng sau đa ra thành phần của khí đồng hành khai thác từ một vài mỏ ở
CHLB Nga và Việt Nam. Thành phần các cấu tử tính bằng phần trăm thể tích. [1]
Cấu tử
CHLB Nga
Việt Nam
Quibisep
Volgagrad Bạch Hổ
Đại Hùng Rồng
CH4
39,91
76,25
73,0
77,0
78,0
C2H6
23,32
8,13
13,0
10,0
3,0
C3H8
17,72
8,96
7,0
5,0
2,0

C4H10
5,78
3,54
2,9
3,3
1,0
C5+
1,1
3,33
2,5
1,2
1,0
N2
11,36
1,25
0,5
0,5
3,3
CO2
0,46
0,83
0,7
2,0
3,0
H2S
0,35
Thuật ngữ Khí đồng hành hoá lỏng (LPG) dùng để chỉ hỗn hợp các hydrocacbon
mà các cấu tử chính trong đó là propan, n-butan, isobutan, propen và buten. Các cấu
6
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

tử này cũng nh hỗn hợp của chúng ở nhiệt độ và áp suất bình thờng tồn tại ở trạng
thái khí, nhng có thể bị hoá lỏng bởi làm lạnh, nén hay kết hợp cả hai quá trình.
LPG đợc sản xuất từ hai nguồn riêng biệt. Thứ nhất là tách từ dầu thô và khí tự
nhiên ở nơi sản xuất từ mỏ chứa. Lợng Propan, Butan trong dòng lỏng khác nhau rất
nhiều, phụ thuộc vào bản chất của mỏ chứa.
Mức độ nhận Propan, Butan và các hydrocacbon nặng hơn từ khí phụ thuộc vào
bản chất của khí đợc sản xuất ra và đặc tính của khí đợc vân chuyển đến ngời tiêu
thụ. Trớc khi tàng trữ hay vận chuyển dầu thô bởi tàu chở dầu, áp suất hơi của nó
phải đợc làm thấp đi để có thể chứa trong các xitéc của tàu thuỷ. Quá trình làm
giảm trên, đợc gọi là quá trình làm ổn định, đợc thực hiện bởi sự tách Propan, Butan
và các cấu tử nhẹ hơn để tạo thành dầu thô và khí tự nhiên đã đợc ổn định hoá.
Trong trờng hợp này, các cấu tử trong LPG chủ yếu là các hydrocacbon no nh
propan, n-butan và isobutan.
Thứ hai, LPG đợc tạo thành từ các quá trình xử lý và chế biến dầu thô nh là một
sản phẩm phụ từ các thiết bị hoá học. Phần Propan, Butan còn lại trong dầu thô đã
đợc ổn định hoá bị tách ra trong quá trình tinh chế ở cột phân đoạn dầu thô. Các
thành phần của LPG này là propan, n-butan và isobutan. Ngoài ra LPG còn đợc sản
xuất từ các quá trình chuyển hoá nh reforming xúc tác, cracking nhiệt, cracking xúc
tác và hydrocracking. Thành phần của LPG này phụ thuộc vào các quá trình trên
nhng đặc trng là bao gồm cả những hợp chất no (propan, n-butan, isobutan) và cả
những hợp chất không no nh propen và buten.
Tính chất vật lý của các cấu tử chính trong LPG đợc chỉ ra trong bảng sau: [7]

Cấu tử

Propan
n-Butan
isoButan
Propen
1-Buten
Cis-2buten
Trans-2Buten
IsoButen

Nhiệt độ
sôi, 0C
(ở 101,3
kPa)
-42,1
-0,5
-11,8
-47,7
-6,3
3,7

áp suất hơi, Tỷ trọng của lỏng,
kPa
kg/m3
(ở 37,80C)
(ở áp suất hơp bão
hoà, 15,60C)
1310
506,0

356
583,0
498
561,5
1561
520,4
435
599,6
314
625,4

Nhiệt cháy,
kJ/kg
(ở 250C)

0,9

343

608,2

47 878

-6,9

435

600,5

47 786

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

50 014
49 155
49 051
48 954
48 092
47 941

7


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

II. Một số đặc tính hoá lý thơng mại

1. Trạng thái tồn tại

ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thờng, LPG tồn tại ở trạng thái hơi. Do LPG
có tỷ số giãn nở lớn: 1 đơn vị thể tích Gas lỏng tạo ra 250 đơn vị thể tích Gas hơi, vì
vậy để thuận tiện và kinh tế trong tồn chứa, vận chuyển, LPG đợc hoá lỏng bằng
cách nén vào các bình chứa chịu áp lực ở nhiệt độ thờng hoặc làm lạnh hoá lỏng để
tồn chá ở áp suất thấp.
Đặc trng lớn nhất của LPG là chúng đợc tồn chứa ở trạng thái bão hoà, tức là
tồn tại ở cả dạng lỏng và dạng hơi, nên với thành phần không đổi (Ví dụ: 70%

Butan và 30% Propan) áp suất bão hoà trong bình chứa không phụ thuộc vào lợng
LPG có trong bình, mà hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài.
Khi chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, LPG thu nhiệt. Năng lợng cần thiết lấy
từ bản thân LPG và từ môi trờng xung quanh, vì vậy nhiệt độ LPG và bình chứa
giảm xuống. Đặc biệt khi quá trình hoá hơi xảy ra dữ dội gây, do giảm áp đến áp
suất khí quyển, LPG làm lạnh không khí, bình chứa gây nên hiện tợngtạo tuyết hoặc
sơng (khi này nhiệt độ đạt đến nhiệt độ điểm sơng). Ngợc lại khi hơi LPG ngng tụ
chuyển sang pha lỏng thì LPG toả nhiệt dẫn đến làm tăng nhiệt độ LPG và thiết bị
công nghệ tồn chứa dẫn đnế tăng áp suất của LPG.

2. Nhiệt độ sôi

ở áp suất khí quyển: Butan sôi ở 0,50các và Propan sôi ở 420C. Chính vì
vậy, ở nhiệt độ và áp suất thờng LPG bay hơi dữ dội.

3. Tỉ trọng
a. Tỷ trọng thể lỏng: ở điều kiện 15 0, 760mmHg, tỷ trong của Butan bằng
0,575 và của Propan bằng 0,51. Nh vậy ở thể lỏng tỷ trọng của LPG xấp
xỉ bằng một nửa tỷ trọng của nớc.
b. Tỷ trọng thể khí: ở điều kiện thờng 150C, 760mmHg, tỷ trọng của Butan
hơi bằng 2,01 và của Propan hơi bằng 1,52. Nh vậy ở thể hơi tỷ trọng của
LPG gần gấp 2 lần tỷ trọng không khí.
Vì vậy nếu thoát ra ngoài hơi Gas sẽ lan truyền dới mặt đất ở những nơi trũng
nh rãnh nớc , hố ga tuy nhiên hơi cũng phân tán ngay khi có gió.

4. áp suất hơi bão hoà

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

8

văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

áp suất hơi bão hoà của LPG phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài của thiết bị
và tỷ lệ thành phần Butan/Propan. LPG với thành phần 70% Butan và 30% Propan
có áp suất hơi bão hoà 6kg/cm2, ở cùng điều kiện nhiệt độ khi thay đổi thành phần
hỗn hợp, áp suất hơi bão hoà cũng thay đổi. áp suất hơi của Gas phụ thuộc rất lớn
vào môi trờng xung quanh. Nhiệt độ môi trờng càng cao, áp suất hơi trong bồn chứa
càng lớn.

5. Tính dãn nở
Propan và Butan là các loại khí ở trạng thái tự nhiên, nhng đợc nén thành
trạng thái lỏng để vận chuyển và tàng trữ. Sự dãn nở nhiệt của LPG lỏng rất lớn
(lớn gấp 15- 20 lần so với nớc và lớn hơn rất nhiều so với cácác sản phẩm dầu mỏ
khác). Do đó các bình chứa, bồn chứa LPG chỉ đợc chứa đến 80 85% dung tích
toàn phần để có không gian cho LPG lỏng dãn nở khi nhiệt độ tăng. Khí hoá lỏng,
Propan luôn luôn sôi ở nhiệt độ thờng. Mọi sự giảm nhẹ áp suất hoặc tăng nhiệt độ
đều làm cho Propan sôi và tạo hơi. Đây là đặc tính nổi bật cần đợc quan tâm khi
chuyển khí hoá lỏng từ bồn này sang bồn khác.
Khi chuyển sang pha hơi 1 đơn vị thể tích lỏng tạo ra 250 lần đơn vị thể tích
hơi. Điều này mang một ý nghĩa kinh tế rất lớn so với các loại khí nén khác, vì chỉ
cần ít không gian, tức là thiết bị công nghệ nhỏ cho tồn chứa vận chuyển. Gas có
tốc độ bốc hơi nhanh và toả lan trong không khí với một thể tích bằng 250 lần lớn
hơn một đơn vị thể tích ở trạng thái lỏng. Do dó, trong mọi trờng hợp không đợc để
Gas xì thoát ra ngoài khi khu vực xung quanh so nguồn lửa hở, vì dễ bị bắt cháy.

6. Giới hạn cháy nổ
Giới hạn cháy nổ của hoi Gas trong hỗn hợp không khí- Gas hay trong hỗn
hợp oxy- Gas là phần trăm thể tích hơi Gas để tự bắt cháy, nổ. Giới hạn cháy nổ của
hơi Gas trong không khí rất hẹp từ 1,5- 10% thể tích. Chính vì vậy, LPG an toàn
cháy nổ hơn rất nhiều nhiên liệu khác.
Giới hạn cháy nổ của LPG trong hỗn hợp không khí Gas đợc trình bày
trong bảng 1.

Bảng 1: Giới hạn cháy của LPG trong hỗn hợp không khí Gas.
STT

Nhiên liệu

1

Propan

Giới hạn cháynổ dới
(% thể tích)
2,2

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

Giới hạn cháy nổ trên
(% thể tích)
10,0
9

văn HUY Vơng

2
3
4
5
6
7

HD3-K43

Butan
Khí than
Khí than ớt
Hydro
Axetylen
Xăng

Tiểu luận môn học

1,8
4,0
5,0
4,0
2,5
0,5

9,0
29,0
46,0

75,0
80,0
7,0

7. Nhiệt trị
Chỉ tiêu đáng lu ý nhất là thành phần hoá học của LPG mà chủ yếu là Propan
và Butan. Hàm lợng Propan càng nhiều thì áp suất hơi càng cao, nhiệt trị càng lớn
Nhiệt trị của LPG so với một số loại nhiên liệu, năng lợng khác đợc trình bầy
trên bảng 2.
Bảng 2: Nhiệt trị của LPG và một số loại nhiên liệu, năng lợng
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Nhiên liệu,
năng lợng
Propan
Butan
Axetylen
Hydro
Dầu FO
Dầu FO

Dầu hoả
Xăng
Than củi
Than

11
12

Than cốc
Củi

13

Điện năng

Nhiệt lợng có ích
Nhiệt lợng toàn phần
(kcal/kg)
(kcal/kg)
11000
11900
10900
11800
11530
11950
28800
34000
9880
10500
10250

10900
10400
11100
10500
11300
7900
8050
4200
4400
8100
8300
5800
5850
1800
2200
400
4700
860kcal/kw.h

Trong đó:
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

10


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

- Nhiệt lợng toàn phần: Tổng nhiệt lợng sinh ra trình cháy hoàn toàn.
- Nhiệt lợng có ích= Nhiệt lợng toàn phần Nhiệt lợng phải cung cấp để
hoá hơi sản phẩm phụ của phản ứng cháy(nớc).
Một cách tơng đối có thể so sánh: Nhiệt lợng do 1 kg LPG cung cấo bằng
14KWh điện năng, bằng 1,5 lít dầu hoả

8. Nhiệt độ tự bắt cháy
Nhiệt độ tự bắt cháy là nhiệt độ mà ở đó có phản ứng cháy tự xảy ra đối với
hỗn hợp không khí- nhiên liệu (hoặc oxy- nhiên liệu). Nhiệt độ tự bắt cháy tối thiểu
phụ thuộc vào thiết bị thử, tỷ lệ không khí/ nhiên liệu , áp suất hỗn hợp . Một số giá
trị đặc trng nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất khí quyển
(trong không khí hoặc trong oxy) đợc trình bày ở bảng 3:

Bảng 3: Nhiệt độ tự bắt cháy của một số loại nhiên liệu tại áp suất
khí quyển
STT

Nhiên liệu

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Propan
Butan
Axetylen
Hydro
Dầu DO
Xăng
Dầu hoả
Than
Than cốc
Metan

Nhiệt độ tự bắt cháy tối thiểu (0C)
Trong không khí
Trong oxy
400-580
470-575
410-550
280-550
305-500
295-440
550-59000000
560
250-340
>240
280-430
>240
>250
>240
370-500

>240
425-650
>240
630-750

9. Nhiệt độ ngọn lửa
Nhiệt độ ngọn lửa của nhiên liệu cháy trong không khí hoặc oxy đợc
xác định bằng phơng pháp đo hoặc tính toán. Nhiệt độ ngọn lửa của LPG và một số
loại nhiên liệu khác đợc trình bày trên bảng 4:

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

11


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Bảng 4: Nhiệt độ ngọn lửa của một số loại nhiên liệu

STT

Nhiên
liệu

1
2

3
4
5

Propan
Butan
Axetylen
Hydro
Metan

Nhiệt độ ngọn lửa (0C)
Trong không khí
Trong oxy
Tính toán
Đo
Tính toán
Đo
2000
1930
2850
2740
2000
1900
2850
2325
3200
31500
1960
2045
2980

2660
1990
1925
2800
2720

10. Vận tốc ngọn lửa
Vận tốc ngọn lửa (hoặc tốc độ bắt cháy) phụ thuộc vào phơng pháp đo và các điều
kiện thử. Bảng 5 giới thiệu một số vận tốc ngọn lửa tối đa của hỗn hợp không khí
nhiên liệu ở áp suất và nhiệt độ khí qiyển trong ôngs có đờng kính khác nhau. Từ
bảng này ta thấy vận tốc ngọn lửa trong ống đờng kính 2,54cm của hơi LPG là 82,2
cm/s, của Axetylen là 2,86cm/s.
Bảng 5: Vận tốc ngọn lửa của một số là nhiên liệu
STT Nhiên liệu
1

Propan

2

n- Butan

3

Axetylen

Đờng kính ống thử
1,27
2,54
30,48

2,54
30,48
2,54
8,89

11. Trị số Octan
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

Vận tốc ngọn lửa tối đa
(cm/s)
44,0
82,2
216
82,2
210
286
342

12


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Trị số Octan của LPG rất cao. Trị số Octan của Propan và Butan theo tiêu
chuẩn ASTM đợc trình bày trong Bảng 6:

Bảng 6: Trị số Octan của Propan và Butan
Thành phần
LPG
Propan
Butan

Trị số Octan ASTM
Phơng pháp động cơ D- Phơng pháp nghiên cứu
357
D-908
99,5
111,4
89,1
94,0

12. Thể tích phân tử gam

ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, 1 atm): 1 mol hơi Propan có thể tích 21,98 lít, 1
mol Butan có thể tích 21,58 lít.

13. Độ nhớt
LPG có độ nhớt rất thấp, ở 200C độ nhớt của LPG là 0,3 cSt. Chính vì vậy,
LPG có tính linh động cao, có thể rò rỉ, thẩm thấu ở những nơi mà nớc và xăng dầu
không rò rỉ nên dễ làm hỏng dầu mỡ bôi trơn tại các vị trí làm kín không tốt.

13. Tính độc
LPG hoàn toàn không gây độc cho ngời, không gây ô nhiễm môi trờng. Tuy
mhiên, do hơi Gas nặng hơn không hkí, vì vậy nếu rò rỉ ra ngoài trong môi trờng
kín sẽ chiếm chỗ của không khí và có thể gây ngạt. LPG còn là nhiên liệu rất sạch:
hàm lợng lu huỳnh thấp (<0,02%), khi cháy chỉ tạo ra khí CO 2 và hơi nớc, lợng khí

độc SO2, H2S, CO của quá trình cháy là rất nhỏ, không gây ảnh hởng tới môi trờng.

14. Màu sắc, mùi vị:
LPG ở thể lỏng và hơi đều không màu, không mùi. Vì lý do an toàn nên LPG
đợc pha thêm chất tạo mùi để dễ phát hiện khi rò rỉ. Các nhà sản xuất trộn vào Gas
những chất tạo mùi đặc trng. Theo đa số các tiêu chuẩn an toàn, chất tạo mùi và
nồng độ pha chế phải thích hợp sao cho có thể phát hiện đợc trớc kho hơi Gas rò đạt
nồng độ bằng 1/5 giới hạn nổ dới. Khi trong không khí có độ 0,5% Gas là ta đã có
thể ngửi thấy mùi.
LPG thơng mại thờng đợc pha thêm chất tạo mùi Etyl Mecaptan và khí này
có mùi đặc trng, hoà tan tốt trong LPG, không độc, không gây ăm mòn kim loại và
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

13


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

tốc độ bay hơi gần với LPG nên nồng độ trong LPG không đổi khi bình chứa đợc sử
dụng cho đến hết.

15. Yêu cầu kỹ thuật đối với khí đốt hoá lỏng
Đặc tính

Phơng
Propan thButan thHỗn hợp Butan,

pháp thử
ơng mại
ơng mại
Propan thơng mại
Thành phần
ASTM D- Chủ yếu là Chủ yếu là Hỗn hợp chủ yếu
2163
C3H8
và/ C4H10 và/ gồm C4H10 và/ hoặc
hoặc C3H6
hoặc C4H8
C4H8 với C3H8, và/
hoặc C3H6
áp suất hơi ở ASTM D1430
1485
1430
0
37,8 C, kpa, max
1267 hoặc
ASTM D2598
Nhiệt độ bốc hơi ASTM
- 38,3
2,2
2,2
95% thể tích, 0C, D 1837
max
Thành phần cặn ASTM D0,05
0,05
0,05
sau khi bốc hơi 2158- 89

100ml, ml, max
Hàm
lợng
lu ASTM D185
140
140
huỳnh,
mgk/kg, 2784- 89
max
II. ứng dụng của LPG . [5]
LPG đợc sử dụng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Một cách tơng đối có
thể phân chia các ứng dụng của LPG nh sau:
1. Sử dụng LPG trong dân dụng: Trong đời sống hàng ngày LPG đợc sử
dụng rất rộng rãi:
- Sử dụng trong nấu nớng: sử dụng cho các bếp Gas dân dụng, lò nớng,...
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

14


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

- Sử dụng LPG thay thế điện trong các bình đun nớc nóng: Bình đun nớc
nóng bằng LPG đã đợc phát triển rất rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là
tại cácác nớc ôn đới. ở Việt Nam, việc sử dụng các bình đun nớc dạng
này còn tơng đối hạn chế.

- Ngoài ra còn rất nhiều ứng dụng LPG trong các hệ thống sởi ấm nhà ở,
chiếu sáng, giặt là...
2. Sử dụng LPG trong thơng mại: Việc sử dụng LPG trong thơng mại, cũng
tơng tự nh trong dân dụng nhng ở quy mô lớn hơn rất nhiều:
- Sử dụng LPG trong các nhà hàng: sử dụng cho các bếp công nghiệp, lò
nớng, đun nớc nóng...
- Sử dụng LPG cho các lò nớng công nghiệp với công suất lớn.
- Sử dụng LPG cho các bình nớc nóng trung tâk (cung cấp nớc nóng cho
hệ thống)
3. Sử dụng LPG trong công nghiệp : LPG đợc sử dụng rộng rãi trong rất
nhiều ngành công nghiệp: gia công kim loại, hàn cắt ghép, nấu và gia
công thuỷ tinh, lò nung sản phẩm silicat. Khử trùng đồ hộp, lò đốt rác, sấy
màng sơn, bản cực ắc quy, đốt mặt sợi vải...
4. Sử dụng LPG trong nông nghiệp: sử dụng sấy nong sản ngũ cốc thuốc lá,
sấy chè, sấy cà phê, lò ấp trứng, đốt cỏ, sởi ấm nhà kính...
5. Sử dụng LPG trong giao thông: LPG là một nhiên liệu lý tởng thay hế
xăng cho động cơ đốt trong vì trị số Octan rất cao giá thành rẻ ít gây ô
nhiễm môi trờng, đơn giản hoá cấu tạo động cơ.
6. Để cung cấp cho khách hàng công nghiệp thì có 4 phơng pháp cung cấp
chính cho khách hàng công nghiệp:
1. Nhóm bình hoá hơi tự nhiên:
Dùng cho các khách hàng tiêu thụ không nhiều, công suất tiêu thụ nhỏ. Chỉ
cần hệ thống 2 dàn bình mắc song song là có thể đáp ứng đợc nhu cầu. ở hệ thống
này các bình đợc nối với nhau ra một ống góp để rồi qua một van điều áp cấp 1
giảm áp suất xuống với cần thiết tuỳ thuộc vào mỗi khách hàng. Hệ thống 2 dàn
chai đợc mắc song song nhằm mục đích khi một dàn hết thì chỉ cần gạt bộ đổi chiều
tự động sử dụng dàn chai bên kia và cứ thế lần lợt thay đổi nhau đảm bảo quá trình
làm việc liên tục không bị gián đoạn. Các bình thờng sử dụng loại bình 48 kg.
Trong ngành công nghiệp LPG hiện nay, Gas đợc sử dụng rất rộng rãi, ở rất nhiều
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

15


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

lĩnh vực nh: Đun nấu, bình nóng lạnh, lò công nghiệp...Hiện nay xã Bát Tràng đã đa
Gas vào trong các lò đốt để thay than, vì sử dụng than cho hiệu suất sản phẩm thấp
chỉ 30- 40% sản phẩm loại 1, nhng khi sử dụng nhiên liệu Gas thì hiệu suất sản
phẩm rất cao từ 95- 99% sản phẩm loại 1 đồng thời lại không ô nhiễm môi trờng
nh than và lại rất thuận tiện, sạch sẽ. Một lò đốt công nghiệp , 2 m 3, hay 5 m3 thờng
sử dụng từ 6 đến 12 bình.
2. Nhóm bình cùng với thiết bị hoá hơi:
Khi đòi hỏi sử dụng công suất tiêu thụ cao hơn mà các bình không đủ để đáp
ứng, đồng thời tận dụng tối đa lợng Gas trong bình, chúng ta lắp đặt các bình cùng
với thiết bị hoá hơi. ở thiết bị này, lợng lỏng rút từ bình ra đợc hoá hơi và trộn với
dòng hơi lấy từ bình đem đi tiêu thụ. Để có thể rút lỏng và hơi từ bình chứa, có thể
sử dụng van kép vừa rút lỏng vừa rút hơi, hoặc sử dụng 2 van, một van rút lỏng và
một van rút hơi. Vì áp suất trong bình rất cao( 6- 8 at) nên cần phải có điều áp công
nghiệp để giảm áp xuống phù hợp với mức tiêu thụ, thờng từ 0,02- 0,04 at.
Hệ thống sơ đồ này, phù hợp với những nơi có diện tích không gian nhỏ hẹp,
không đủ để lắp đặt xây dựng bồn chứa. Đồng thời, với phơng pháp này cũng hạn
chế đợc nhiều chi phí vì không phải xây dựng bồn chứa cũng nh các điều kiện an
toàn &PCCC cho bồn chứa mà vẫn đáp ứng đợc yêu cầu.
3. Bể chứa có thiết bị hoá hơi:
Khi hệ thống bình chứa cùng với thiết bị hoá hơi không đáp ứng đợc công

suất sử dụng nh ở các lò sấy công nghiệp thì đòi hỏi phải có bồn chứa cùng với thiết
bị hoá hơi.
4. Bồn chứa LPG cùng với thiết bị trộn và thiết bị hoá hơi:
Khi đòi hỏi lợng khí vào ổn định và đông đều thì cần có thiết bị trộn để đảm
bảo hỗn hợp khí cháy đợc tốt nhất, ngọn lửa cháy ổn định và tận dụng tối đa lợng
Gas sử dụng.

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

16


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

pHầN II
công nghệ hóa lỏng LPG
I. Quá trình làm sạch khí.
Trong KĐH ngoài thành phần hyđrocacbon, khí còn có lẫn các tạp chất cơ
học, các tạp chất thể lỏng, các phi hydrocacbon nh : dioxit cacbon, Nitơ, hợp chất lu
huỳnh (hydro sunfua, dietyl sunfit, thiofen) chủ yếu là hydro sunfua, hơi nớc các
hạt rắn, hydro các bon thể lỏng. Sự tồn tại của các hợp chất nêu trên trong KĐH sẽ
gây ảnh hởng xấu tới tình trạng làm việc của thiết bị, phức tạp trong vận chuyển bảo
quản, không an toàn trong sử dụng. Chính vì vậy quá trình làm sạch khí là vô cùng
quan trọng và cần thiết. Công nghệ chính của quá trình làm sạch khí gồm hai quá
trình đó là :
- làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học.

- Quá trình làm ngọt khí làm sạch khí khỏi H2S, và CO2.
- Quá trình sấy khí.
1. Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học.
Khí dầu mỏ đợc đa vào nhà máy chế biến khí thờng chứa nhiều các tạp chất
khác nhau ở dạng lỏng và dạng bụi. Do đó trong các nhà máy chế biến khí, việc làm
sạch khí khỏi các tạp chất cơ học là rất cần thiết.
Để làm sạch khí khỏi các tạp chất
cơ học ngời ta thờng sử dụng các
II
phơng pháp sau đây:
I
a) Làm sạch khí bằng phơng pháp lắng [10]
Lắng dới tác dụng của trọng lực
hoặc lực ly tâm. Thiết bị lắng đợc
sử dụng có hiệu quả đối với ph1
ơng pháp này để làm sạch khí là
xiclon. Xiclon hoạt động dựa vào
nguyên lý sử dụng lực ly tâm xuất
2
hiện khi các dòng khí có chứa bụi
đợc thổi với tốc độ cao theo ph3
ơng tiếp tuyến với thành thiết bị,
sau đó theo đờng xoắn ốc. Bụi
văng ra khỏi dòng khí do lực ly
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

17


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

tâm rơi xuống thùng chứa, còn dòng khí đã sạch bụi đợc dẫn theo ống dẫn ở giữa
xiclon [1].
b).Làm sạch khí bằng phơng pháp ớt.
Cho khí lẫn bụi đi qua lớp chất lỏng hoặc phun chất lỏng thành cáchạt nhỏ vào
dòng khí, chất lỏng làm ẩm bụi, làm cho kích thớc và trọnglợng của bụi tăng lên rồi
bị cuốn theo chất lỏng.
Làm sạch bằng phơng pháp ớt có thể tiến hành dới tác dụng của trọng lực, lực
quán tính và lực ly tâm. thiết bị làm sạch có các loại khác nhau :
+ loại tĩnh học.
+ Loại động học.
+ Loại bề mặt ớt .
+ Loại sủi bọt.
Trong các loại nếu trên thì loại thiết bị sủi bọt đợc sử dụng có hiệu quả hơn cả.
b) Làm sạch khí bằng phơng pháp.
Cho khí lẫn bụiđi lớp vật ngăn xốp , khí hiếm sẽ chui qua lỗ nhỏ ( ống mao
quản) của vật ngăn còn bụi bị giữ lại trên lớp vật ngăn.
d) Làm sạch khí bằng điện trờng.Cho khí lẫn bụi qua điện trờng, điện thế cao,
các hạt rắn sẽ lắng lại trên điện cực.
Các phơng pháp vừa nêu trên đều có những nhợc điểm nh :
- thiết bị lắng dớitác dụng trọng lực thì cồng kềnh, hiệu quả thấp.
- Thiết bị lắng dới tác dụng ly tâm thì gọn hơn nhng không thể lọc hoàn
hảo đối với các hạt nhỏ, tốn nhiều năng lợng.
- Làm sạch bằng phơng pháp ớt thì một số trờng hợp không dùng đợc vì
khí bị làm nguội và bão hoà hơi nớc.
Vì vậy ngời ta đa ra phơng pháp điện trờng để làm sạch khí. Phơng pháp này có

những điểm lợi là:
+ Độ làm sạch cao 90 ữ 99%.
+ Năng lợng tiêu hao ít, trở lực không quá 3 ữ 15 mm cột nớc .
+ Tiến hành làm sạch nhiệt độ cao, trong môi trờng ăn mòn hoá học.
+ Có thể tự động hoá và cơ khí hoá hoàn toàn.
Tách bụi bằng thiết bị lọc điện dựa vào sự ion hoá khí tức là phân ly khí
thành ion có điện tích âm và dơng chuyển động tới các điện cực trái dấu. Khi hiệu
điện thế một chiều khoảng vài nghìn Vôn các khí bị ion hoá hoàn toàn, do sự va
chạm các hạt bụi cũng bị nhóm điện và di chuyển tới các bản cực và bám vào bản
cực đó, các hạt bụi này cũng sẽ phóng điện và rơi tự do trọng lợng của nó hoặc bị
rung động. Để tăng khả năng ion hoá ngời ta có thể làm ẩm khí.
2 Quá trình sấy khí [1, 8,9]
Hàm lợng hơi nớc trong KĐH, KTN cần phải biết vì hơi nớc có thể bị
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

18


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Ngng tụ trong các hệ thông công nghệ xử lý sau này, kết quả sẽ tạo ra các điều kiện
hình thành các hydrat với hydrocacbon. Các hydrat này là các tinh thể màu trắng
giống nh tuyết hoặc nớc đá đợc nén ép lại[1].
Các hydrat dễ đóng cục chiếm các khoảng không trong các ống đẫn hay các
thiết bị, phá vỡ điều kiện làm bình thờng đối với các đây chuyển khai thác, vận
chuyển, và chế biến khí. Ngoài ra sự có mặt của hơi nớc và các tạp chất chứa lu

huỳnh (H2S và các chất khác) sẽ là tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn kim loại, làm giảm
tuổi thọ và thời gian sử dụng của các thiết bị, công trình.
Hydrat là hợp chất có thể tông tại một cách bền vững dạng tinh thểlà dung dịch
rắn trong đó các phân tử nớc dung môi nhờ các liên kết hydro tạo thành khung
hydrat.
ở mỗi nhiệt độ tơng ứng với áp suất xác định, KTN bão hoà hơi nớc có khả
năng tạo hydrat. Khi nhiệt độ không đổi, để tạo hydrat cần áp suất càng lớn với
hydrocacbon có trọng lợng phân tử càng nhỏ. Để thực hiện quá trình hydrat cần áp
suất riêng phần của hơi nớc trong hỗn hợp khí lớn hơn áp suất hơi bão hoà của
hydrat[1].
Đặc trng cho hàm lợng ẩm của KTN ngời ta dùng điểm sơng - đó là nhiệt độ mà
khi ở thấp hơn nhiệt độ đó hơi nớc bị ngng tụ (thoát khỏi khí ở dạng hạt sơng) [1].
Khí đợc sấy khô với mục đích tách hơi nớc và tạo cho khí có nhiệt độ điểm sơng
theo nớc thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí đợcvận chuyển hay chế
biến.
Trong công nghiệp các phơng pháp sấy khô khí sau đây thờng đợc sử dụng :
+ Phơng pháp hấp thụ
+ Phơng pháp hấp phụ
+ Phơng pháp ức chế
+ Phơng pháp giản nở khí bằng hiệu ứng tiết lu.
a) Phơng pháp hấp phụ [1, 10, 8]

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

19


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Hình 1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp phụ sấy khí
1, 2. Các tháp hấp phụ có chứa các lớp chất hấp phụ.
3. Bộ phận gia nhiệt.
I.
Khí đa vào sấy.
II.
Khí sau khi sấy.
III. Khí đa qua gia nhiệt để tái sinh.
IV. Khí ẩm sau tái sinh chất hấp phụ
Các phơng pháp hấp phụ cho phép đạt điểm sơng theo ẩm trong khoảng
100 ữ 2000C và sấy sâu đến điểm sơng 85 ữ -100C.
Quá trình sấy khô khí bằng các chất hấp phụ dựa vào khả ngăng của các vật thể
rắn với cấu trúc xác định hấp phụ lợng ẩm từ khí ở nhiệt ở nhiệt độ tơng đối thấp
và sau đó tách ẩm khi tăng nhiệt độ. Đầu tiên xảy ra hấp phụ còn sau đó là giải
hấp. Sự kết hợp hai quá trình này trong một thiết bị cho phép tách ẩm liên tục từ
khí .
Các chất hấp phụ rắn trong công nghiệp thờng dùng: silicagel, ôxit nhôm
hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolit 4A và 5A. Trong những năm gần đây zeolit
(còn gọi là rây phân tử) không chỉ sử dụng làm chất sấy khí mà còn sử dụng
trong nhiều quá trình chế biến dầu và hoá dầu [2].
b) Trong phơng pháp hấp thụ [1, 2, 8].
Phơng pháp hấp thụ đợc sử dụng rông rãi để sấy khô khí tại các công trình ống
dẫn khí cũng nh trong các nhà máy chế biến khí [1]. Các chất hấp thụ sấy khí là
những dung dịch nớc đậm đặc của monoetanmin, trietylen-glycon (TEG),
dietylenglycol (DEG), tetraetylenglycol (TREC).
Trong quá trình sử dụng đẻ sản xuất ngời ta dùng hầu nh là 100% trờng hợp tách
nớc bằng glycol sử dụng TEG [30]. Phơng pháp này đợc sử dụng phổ biến do có

nhiều u điểm sau: Khả năng hấp thụ đối với nớc cao, năng suất cao, dễ tái sinh,
độ hút ẩm cao, có bề mặt riêng lớn.
c) phơng pháp ức chế .
Là phơng pháp đa vào dọng khí các chất khác nhau làm hạ nhiệt đội tạo thành
hydrat nh metanol, glycol.... Sử dụng chất ức chế đòi hỏi sự phân bố đồng đều tạo
đợc bề mặt tiếp xúc lớn nhất giữa chúng với nớc.
3 Quá trình làm ngọt khí.
KĐH và KTN khai thác từ mỏ ngoài thành phần chính là các hydrocacbon (C1 ữ C4)
có chứa một lợng khí tạp, hàm lợng cac khí tạp thay đổi tuỳ thuộc vào các mỏ khác
nhau.Các hợp chất CS2, H2S, RSH tạo điều kiện thuận lợi cho sự ăn mòn kim loại,
làm giảmhiệu quả các quá trình xúc tác, ngộ độc các chẫtức tác (H2S, RSH là những
chất rất độc hại ), giảm hiệu suất làm việc, gây độc hại cho ngời và động vật. Vì vậy
quá trình xúc tác, ngộ độc các chất xúc tác (H2S, CO2...) cao hay thấp để sử dụng
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

20


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

quá trình làm ngọt khí hoặc thu hồi khí tạp để sản xuất lu huỳnh, H2S hoặc CO2.
Hiện nay có rất nhiều công nghệ tiên tiến đợc áp dụng vào sản xuất đã cho phép
tăng khả năng thu hồi H2S và CO2 lên một cách đáng kể
Các phơng pháp đợc ứng dụng để làm ngọt khí nh: Phơng pháp hấp thụ, phơng pháp
hấp phụ, quá trình làm sạch khí bằng than hoạt tính, bằng zeolit, dùng nớc làm dung
môi để rửa... trong đó các quá trình hấp thụ đợc dùng phổ biến, rộng rãi và kinh tế

hơn.
Tuỳ thuộc vào đặc điểm tơng tác của các hợp chất này với dung môi mà các chất
hấp thụ có thể hợp thành các nhóm sau:
a) Các quá trình hấp thụ
- các quá trình hấp thụ hoá học làm sạch khí bằng dung môi là những dung
dịch nớc alcanolamin, MEA, DEA, DGA.... Chúng dựa trên phản ứng hoá học của
các hợp chất không mong muốn với alcanolamin là phần phản ứng hoạt động của
chất hấp thụ.
Quá trình hấp thụ hỗn hợp (QTHTHH) đợc sử dụng tơng đối rộng rãi, đặc biệt
là dùng để sử lý các nguồn khí có chứa CO2, H2S với áp suất riêng phần thấp. Quá
trình này đảm bảo khí triệt để khử H2S và CO2 với áp suất và nồng độ làm việc của
chúng trong khí ban đầu khác nhau, đọ hoà tan các hydrocacbon trong những chất
hấp thụ này không cao, thiết bị và công nghệ của quá trình đơn giản và bền.
- Các quá trình làm sạch khí bằng phơng pháp hấp thụ vật lý (PPHTVL) các hợp
chất không mong muốn bằng dung môi hữu cơ: propylen cacbonnatm dimetyl ete
polyetylglycol (DMEPEG), N-melylpyrrolidon... Chúng dựa trên hấp thụ vật lý chứ
không phải trên phản ứng hoá học nh cac QTHTHH.
* Ưu điểm:
+Các chất hấp thụ: không sủi bọt, không ăn mòn thiết bị, nhiều chất có nhiệt
đông đặc thấp - đây là điều quan trọng trong trờng hợp áp dụng chúng trong điều
kiên khí hậu lạnh.
+Chi phí đầu t và vận hành ít hơn đối với việc thực hiện bằng quá trình hấp
thụ hoá học.
* Nhợc điểm:
+ Các dung môi vật lý hấp thụ tơng đối tốt các hydrocacbon dẫn đến tốn một
lợng dung môi khá lớn.
+ Quá trình hấp thụ vật lý không lám sạch triệt để khí nguyên liệu.
- Các quá trình làm sạch khí khỏi hợp chất không mong muốn bằng dung
môi là hỗn hợp dung dịch nớc alcanolamin với dung môi hữu cơ nh
sunfolan, metanol.

Dựa trên HTVL các hợp chất không mong muốn bằng dung môi hữu cơ và tơng tác
hoá học với alcanolamin là phản ứng tích cực của chất hấp thụ.
21
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Ưu điểm : có thể tách triệt để toàn bộ khí khỏi tạp chất.
Nhợc điểm: Dung môi tổ hợp (DNTH) tơng đối tốt các hydrocacbon nên đã hạn chế
lĩnh vực sử dụng của QTHTVL và QTHTHH.
Hiện nay trên thế giới có khoảng 12 phơng pháp khác nhau dùng để là sạch sufua
và dioxit cacbon trong khí dầu mỏ.
Một số quá trình điển hình ghi ở bảng 13.
Bảng 13
Quá trình

Dung môi

Làm sạch

a) Amine
b) Alkazid

Monoetanolamin 15 ữ 30% trong nớc
Dung dịch muối Kali của dimetylamin

axetic axit trong nớc
Metyl-2-pyrrolidon
Propylen cacbonat
Dimetyl ete polyetylenglycol

H2S, CO2

c) Purisol
d) Fluor
e) Selexol

H2S, và lợng nhỏ CO2

H2S, CO2
H2S, CO2
H2S, CO2

Khi khảo sát các đặc tính công nghệ của các quá trình làm sạch khí cần thấy rằng
việc chọn phơng pháp làm sạch dẫn đến việc chọn chất hấp thụ mà với công nghệ
và thiết bị tơng ứng phải bảo đảm sản xuất với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao. Nhng
hiện nay phơng pháp đợc sử dụng phổ biến nhất là qui trình monoetanolamin
(MEA) dựa trên khả năng hấp thụ cao của MEA đối với H2S và CO2.
Làm sạch bằng MEA
u điểm:
+ làm sạch khí triệt để khỏi H2S và CO2 đợc bảo đảm trong khoảng áp suất
riêng phần rộng.
+ Công nghệ và thiết bị đơn giản và độ bền cao khi vận hành đúng.
+ Có tính ổn định hoá học cao, dễ tái sinh, có khả năng phản ứng cao.
Nhợc điểm:
+ Mức độ bão hoà dung dịch thấp

+ Chi phí vận hành cao
+ Một vài tạp chất (CO2, CS2, HCN, SO2, SO3) trong khí nguyên liệu khi tơng
tác với dung môi tạo thành hợp chất cao phân tử không tái sinh đợc hoặc khó tái
sinh.
+ Mức thu hồi mercaptan và các hợp chất hữu cơ chứa lu huỳnh khác thấp.
Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

22


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ làm sạch khí khỏi H2S và CO2 bằng MEA
II
2

1

I

VI

8
6

P cao

T=25-400c

10

4

Pkq
T>1500c

V
III

IV

11

3
9

7
5

VII

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA
1. Tháp hấp thụ; 2,3,4. Thiết bị phân ly; 5,6. Thiết bị làm nguội bằng không khí; 7,8. Thiết bị làm lạnh bằng nớc; 9.
Thiết bị trao đổi nhiệt; 10. Tháp nhả hấp thụ; 11. Bộ phận đun nóng;I. Khí nguyên liệu; II. Khí sạch (khí ngọt); III.
Dung môi bão hoà; IV. Khí phân ly; V. Dung môi đã nhả hấp thụ một phần; VI. Khí axit;VII. Dung môi đã tái sinh
tuần hoàn trở lại tháp hấp thụ.

Thuyết minh dây chuyền :
Khí nhiên liệu sau khi đợc làm sạch đa vào phía dới của tháp hấp thụ 1(đĩa dới
cùng đợc làm giàu bằng dung dịch nớc MEA). Dung môi hấp thu đa vào đĩa trên
của tháp hấp thụ. Trong tháp hấp thụ dung môi đợc tới lên toàn bề mặt tháp và hấp
thụ khí axit đợc thổi lên từ đáy tháp.
Từ đỉnh tháp khí sạch đợc đa ra còn chất hấp thu đã bão hoà ra ngoài ở đáy tháp .
khí sạch sau khi qua bộ ổn định 2 đợc đem đi sử dụng , phần lỏng còn lại đi xuống
bộ phận tách 3 cùng với chất hấp thụ ra ở đáy tháp . tại đó hiệu ứng tiết lu mà
hydrocacbon bị hấp thụ đợc đem đi sử dụng, phần lỏng còn lại đi xuống bộ phận
tách 3 cùng với chất hấp thụ ra ở đáy tháp. Tại đó hiệu ứng tiết lu mà hydrocacbon
bị hấp thụ đợc tách ra qua bộ phận TĐN 6 và chuyển đến tháp khử hấp thụ. Tại đây
khí axit, hơi nớc, các hydrocacbon còn lại sẽ đợc tách ra. Quá trình đun nóng dung
môi đợc thực hiện nhờ thiết bị 11(t = 115 ữ 130oC, P = 0.1 ữ 0.15Mpa). Hỗn hợp
khí axit, hơi nớc, hydrocacbon thoát ra từ tháp 7 đợc làm lạnh trong sinh hàn không
khí 8, 9, sau đó hỗn hợp có hai pha vào tháp tách 10, tại đó nớc đợc tách ra và quay
*

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

23


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

trở lại tháp, còn khí axit đợc đa đi sử dụng. Dung môi tái sinh sau khi đợc làm sạch
quay trở lại tháp hấp thụ để thực hiện tiếp quá trình làm sạch.

*làm sạch khí bằng dung môi dietanolamin (DEA) [2]:
Nồng độ DEA trong dung dịch phụ thuộc vào nồng độ khí axit trong nguyên liệu và
độ bão hoà dụng dịch. Nồng độ của DEA trong dung dịch thay đổi từ 20 ữ 30%
khối lợng. Nếu nồng độ khí axit trong dung dịch là 0,05 ữ 0.08m3/l thì sử dụng
dung môi DEA 20 ữ 25% khối lợn. Nếu 0,14 ữ 0,15 thì dung môi DEA 25 ữ 27 %.
Nếu nồng độ khí axit 0,15 ữ 0,17 m3/l thì 25 ữ 30% (quá trình SNPA DEA).
Quá trình SNPA DEA đợc sử dụng khi áp duất riêng phần của khí axit là 0,4
Mpa và cao hơn. Điều đó cho phép bảo đảm sự bão hào cần thiết và sử dụng các u
điểm của quá trình : Độ bão hào dung dịch trong quá trình SNPA DEA đạt 1 ữ
1,3 mol/mol DEA (0,3 ữ 0,4 mol/mol đối với quá trình MEA). Quá trình hấp thụ
H2S và CO2 vào dung môi DEA thông qua các phản ứng sau:
2R2NH + H2S
(R2NH2) 2S + H2S
R2NH + H2O + CO
( R2NH2)2 CO3+ H2O + CO 2

(R2NH2) 2S
2R2NH
(R2NH2) 2CO3
2R2NH2 HCO3

R =HO CH2 CH2
Công thức cấu tạo của DEA : (HO CH2 CH2 )2 NH
Hay HO CH2 CH2 - NH CH2 CH2 OH
Sơ đồ công nghệ của quá trình tơng tự nh quá trình MEA, nhng với quá trình DEA
thì trong thiết bị cụm dùng để tách các hợp chất không tái sinh đợc khỏi dung môi,
các hợp chất này đợc loại bỏ bằng cách lọc và bay hơi dung môi.
Ưu điểm:
Đảm bảo làm sạch triệt để khí khỏi H 2S và CO2 với sự có mặt của COS, CS2, dung
dịch bền về mặt hoá học trong điều kiện quá trình dễ phục hồi, áp suất hơi bão hào

thấp, công nghệ và thiết bị đơn giản.
Nhợc điểm :
Khả năng hấp thụ của dung môi thấp, chi phí vận hành lớn, khả năng hấp thụ các
mercaptan và các hợp chất hữu cơ chứa lu huỳnh khác thấp.
b) Quá trình làm ngọt khí bằng dung dịch cacbonat
Đây là phơng pháp sử dụng các muối hào tan của ion CO 32-có tính kiềm yếu để loại
bỏ các khí axit nh CO2, H2S khỏi khí nguyên liệu. Từ những năm 1960 quá trình hấp
thụ dùng K2CO3 này đã đợc áp dụng và mang lại nhiều kết quả.

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

24


văn HUY Vơng

HD3-K43

Tiểu luận môn học

Nguyên tắc cơ bản của quá trình là dựa vào phản ứng hoá học của các muối
cacbonat với khí axít. Dung dịch K2CO3 nóng đợc sử dụng để hấp thụ H2S và CO2.
Phản ứng xảy ra:
K2CO3 + CO2 + H2O
2KHCO3
(1)
K2CO3 + H2S
2KHCO3
(2)
Qúa trình hấp thụ CO2, H2S và K2CO3tăng lên khi nhiệt độ tăng và ngời ta đã chứng

minh rằng quá trình này tiến hành tốt nhất khi gần với nhiệt độ phản ứng nghịch các
phản ứng (1) và (2).
Chi phí đâù t của quá trình K2CO3 nóng thấp hơn đối với quá trình MEA và DEA,
bởi vì thiết bị TĐNgiữa dung môi bão hoà và dung môi tái sinh là không cần thiết.
d) Quá trình hấp thụ bằng nớc.
Việc dùng nớc làm dung môi hấp thụcác khí axit thờng đợc sử dụng để hấp thụ sơ
bộ hay ngời ta gọi là quá trình rửa khí bằng nớc. Với quá trình này cho phép đợc
làm ẩm.
Nguyên lý hấp thụcác khí axit nói trên vào nớc xảy ra đồng thời hai quá trình: hấp
thụ vật lý và hấp thụ hoá học.
Tính chấp hào tan cao của các khí axit vào nớc cũng đồng nghĩa với việc khó tái
sinh, điều nàygây khó khănkhi chúng ta muốnthuhồi cáckhí axit để sử dụngvào mục
đích khác. Hơn nữa yêu cầu mức độ tinh khiết cần thiết của nớc thải rất nghiêm
ngặt, vấn đề ô nhiễm môi trờng cũng cần đợc quan tâm. Vì vậy nớc sau khi hấp thụ
phải đợc qua các quá trình sử lý. Để đáp ứng các yêu cầu trên ngời ta thờng dùng
hơi nớc để làm bay hơi các cấu tử axit. Nớc tái sinh đến mức độ cho phép có thể
tuần hoàn trở lại tháp hấp thụ hoặc thải.
Với phơng pháp này có nhiều u điểm nh:
- Thiết kế đơn giản (không cần thiết bị TĐN).
- Không mất nhiệt trong quá trình làm việc.
- Dung môi rẻ tiền dễ kiếm.
- Dung môi không phản ứng với COS, CS2.
- Tuy nhiên nhợc điểm của quá trình là năng suất không cao.
II. Các công đoạn chế biến khí
* Chế biến khí bằng phơng pháp ngng tụ nhiệt độ thấp
* Chế biến khí bằng phơng pháp hấp thụ nhiệt độ thấp
* Chế biến khí bằng phơng pháp chng cất nhiệt độ thấp
1. Phơng pháp ngng tụ:

Công nghệ hoá lỏng khí đồng hành LPG

1

I

12

14
13
16

15

2

VIII
3

17
16
201921

C3
22
24 25

4

5
23

6
26

25
C2

28

30 31

8
7
33
29

11
37

36
39

9 C
2
35
40

34

10

II
III
IV

41