Công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc và nhiều bậc: những đặc điểm đặc trưng và so sánh

Tiểu luận môn học

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ
Công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc và
nhiều bậc: những đặc điểm đặc trưng và so sánh

GVHD: PGS.TS. Lê Minh Thắng
Sinh viên thực hiện:
Lê Anh Tú – MSSV: 20134478
Nguyễn Mạnh Tuấn – MSSV: 20134303

Hà nội, tháng 11 năm 2016


Lời nói đầu:
Với mong muốn tìm hiểu về các công nghệ chế biến khí, đặc biệt là công nghệ
chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp, chúng em đã chọn đề tài:
“Công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc và nhiều bậc: những đặc điểm đặc trưng
và so sánh.”.
Tiểu luận gồm có 2 phần chính:
Chương 1: Tổng quan về quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp
Chương 2: Mô phỏng lại các quá trình công nghệ
Trong quá trình làm tiểu luận này, dù đã cố gắng nhưng do kiến thức có hạn
nên em không thể tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý và bổ sung của
cô để tiểu luận này có thể hoàn thiện hơn.

2


Mục lục:
Nội dung

Chương 1 Tổng quan về quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp
Sơ lược về quá trình chế biến khí theo sơ đồ ngưng tụ
I.
nhiệt độ thấp.
II
Sơ đồ công nghệ của các phương pháp
II.1
Ngưng tụ nhiệt độ thấp có lưu trình làm lạnh ngoài
II.2
Ngưng tụ nhiệt độ thấp có lưu trình làm lạnh trong
Chương 2: Mô phỏng lại các quá trình công nghệ:
I
Thông số chung khi mô phỏng các quá trình:
1.
Thông số cơ bản của dòng nguyên liệu
2.
Yêu cầu đề ra của bài tiểu luận
II
Sơ đồ NNT có chu trình làm lạnh ngoài:
1.
Mô phỏng lưu trình trong Hysys
2.
Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng của quá trình
3.
So sánh hai lưu trình
III
Lưu trình NNT có chu trình làm lạnh trong:
1.
Mô phỏng lưu trình trong Hysys
2.

Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng của quá trình
3.
So sánh hai lưu trình

3

Trang
4
4
5
5
6
8
8
8
8
9
9
11
13
15
15
16
17


Chương 1: Tổng quan về quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp
I.

Sơ lược về quá trình chế biến khí theo sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp.

Phương pháp ngưng tụ khí ở nhiệt độ thấp -25 oC đến -35oC, áp suất cao 3.0-4.0
MPa được coi là phương pháp có hiệu quả và kinh tế hơn cả để chế biến khí tự nhiên
và khí đồng hành.
Khí từ xí nghiệp khai thác dầu được nén bằng máy nén khí, sau đó được làm lạnh
và đưa vào thiết bị ngưng tụ nhiệt độ thấp. Tại đó, khí nén được làm lạnh tới nhiệt độ
âm cần thiết, sau đó đưa sang bộ phận tách khí, ở đó một phần Hydrocacbon đã được
ngưng tụ tách ra.
Phần ngưng tụ của bậc nén và làm lạnh khí đồng hành được bơm từ thùng chứa qua
bộ phận trao đổi nhiệt sang cột tách etan, tại đó phân đoạn chứa metan và etan được
tách ra. Sau đó, phần nặng hơn là phần ngưng tụ đã được tách metan và etan, qua thiết
bị trao đổi nhiệt vào trong bình chứa, từ đó nó được đưa đi chế biến tiếp.
Phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp để tách phần nặng từ khí đồng hành là phương
pháp rất tốn kém, để thực hiện cần có thiết bị làm lạnh phức tạp. Tuy nhiên, do sơ đồ
công nghệ tương đối đơn giản hiệu quả tách C3+ khỏi khí khá cao và tương đối triệt để
nên những năm gần đây, phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
chế biến khí.
Có nhiều phương pháp để áp dụng, có thể phân loại theo số bậc tách hay kiểu
nguồn làm lạnh. Theo kiểu nguồn lạnh, ta có thể có chu trình làm lạnh trong, chu trình
làm lạnh ngoài, hay chu trình làm lạnh tổ hợp là kết hợp cả hai phương pháp trên.
Chu trình làm lạnh ngoài không phụ thuộc vào sơ đồ công nghệ có tác nhân làm
lạnh đặc biệt. Tùy thuộc vào tác nhân làm lạnh mà chu trình làm lạnh ngoài có thể
được chia làm hai nhóm: nhóm một tác nhân làm lạnh và nhóm nhiều tác nhan làm
lạnh, thường là hỗn hợp các hydrocacbon nhẹ. Chu trình làm lạnh ngoài có ứng dụng
hai hay nhiều tác nhân làm lạnh được gọi là chu trình làm lạnh bậc thang.
Chu trình làm lạnh trong, tác nhân làm lạnh chính là dòng khí đưa vào chế biến.
Chu trình làm lạnh trong có thể chia làm hai nhóm:

4

-

Nhóm thứ nhất có kết hợp với sự tiết lưu dòng chất lỏng, một phần lạnh nhận
được do sự tiết lưu condensat của bậc 1 và 2, hoặc tiết lưu phần lỏng còn lại của

-

các tháp tách metan và etan.
Nhóm thứ hai có kết hợp sự giãn nở khí. Một phần lạnh và nhiệt độ thấp nhận
được do quá trình giãn nở khí bằng tuabin.
Về mặt nguyên tắc, có thể sử dụng sơ đồ trong đó toàn bộ lượng lạnh cần thiết cho

quá trình nhận được do tiết lưu dòng lỏng condensat. Tuy nhiên, sơ đồ có bộ phận tiết
lưu trong trường hợp này là không kinh tế và phức tạp. Chỉ sử dụng tuabin giãn nở khí
làm nguồn nhiệt duy nhất trong trường hợp khí gầy và khí được truyền dẫn với áp suất
tương ứng.
Khí đồng hành thường được chế biến theo sơ đồ, trong đó chu trình làm lạnh ngoài
bằng propan kết hợp với chu trình làm lạnh trong. Trong những sơ đồ như vậy, ở bậc 1
người ta áp dụng chu trình làm lạnh ngoài, làm lạnh khí tới nhiệt độ khoảng -30 oC, còn
ở bậc 2, để nhận được nhiệt độ thấp hơn, người ta sử dụng chu trình làm lạnh trong.
Theo yêu cầu nhận sản phẩm ra, sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp được chia thành sơ đồ
để nhận C2+ và sơ đồ để nhận C3+.
II.

Sơ đồ công nghệ của các phương pháp

II.1. Ngưng tụ nhiệt độ thấp có lưu trình làm lạnh ngoài:

Hình 1: Sơ đồ công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp (NNT) có lưu trình làm lạnh ngoài

5


1, 7. Tháp tách 2 pha
4, 5. Thiết bị trao đổi nhiệt
2. Bộ phận nén khí
6, 10. Thiết bị làm lạnh bằng propan
3. Thiết bị làm mát bằng không khí 8. Tháp tách etan
I. Khí đưa vào chế biến
II. Khí khô sản phẩm

9. Thiết bị hồi lưu
11. Thiết bị đun sôi đáy tháp
III. Các hydrocacbon C3+

Nguyên lý của sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp có lưu trình làm lạnh ngoài:
Theo sơ đồ này, khí nguyên liệu từ ống dẫn được đưa vào bộ phận tách khí sơ
bộ 1, tại đây nó được làm sạch khỏi các tạp chất cơ học và các chất lỏng dạng hạt (dầu,
nước, ...). Sau khi được làm sạch sơ bộ trong tháp tách 1, khí được đưa vào máy nén 2.
Khí nén đi qua thiết bị làm mát bằng không khí 3, được làm lạnh lần lượt trong các
thiết bị trao đổi nhiệt 4 và 5 do dòng lạnh của khí khô và chất lỏng ngưng tụ từ tháp
phân tách 7. Sau đó qua bộ phận bay hơi propan 6, một phần khí được ngưng tụ và đi
vào tháp phân tách 7, ở đó hydrocacbon đã ngưng tụ được tách ra. Từ đỉnh tháp 7 khí
khô thoát ra, sau khi truyền lạnh ở bộ phận trao đổi nhiệt 4 được đưa vào đường ống
dẫn khí chính. Từ đáy tháp tách 7, phần ngưng tụ (condensat) được tháo ra, sau khi
được truyền lạnh ở bộ phận trao đổi nhiệt 5, nhiệt độ được nâng lên và được đưa vào
phần giữa tháp tách etan 8. Sản phẩm đỉnh tháp gồm có hỗn hợp metan (20% ÷ 70%
thể tích), etan (30% ÷ 75% thể tích) và propan (không quá 5% thể tích) được trộn lẫn
với khí khô, đưa vào đường ống dẫn khí chính. Sản phẩm đáy tháp chính là phân đoạn

chứa hỗn hợp propan và hydrocacbon nặng C 3+, được sử dụng để sản xuất propan,
butan, pentan và benzin khí hoặc khí đốt cho sinh hoạt (đun nấu, sưởi,...).
II.2. Ngưng tụ nhiệt độ thấp có lưu trình làm lạnh trong.

Hình 2: Công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp sử dụng turbo expander
1. Công đoạn sấy khí
2. Bộ phận trao đổi nhiệt
3. Máy nén

4. Bộ phận tách áp suất cao
5. Tuabin giãn nở khí
6. Bộ phận tách áp suất thấp
6

7. Tháp tách metan


I. Khí nguyên liệu

II. Khí khô

III. Phân đoạn hydrocacbon nặng

Nguyên lý của sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp có sử dụng turbo expander:
Khí có áp suất cao đi vào công đoạn sấy khí 1 để giảm hàm lượng nước xuống
giới hạn cho phép, sau đó khí được đưa qua bộ phận trao đổi nhiệt 2 để làm lạnh, tận
dụng nhiệt của dòng khí khô tách ra từ tháp tách metan 7 có nhiệt độ thấp. Sau khi ra
khỏi thiết bị làm lạnh, khí vào bộ phận tách áp suất cao 4. Phần lỏng tách ra được đưa
thẳng vào tháp tách metan.
Phần khí tách ra từ bộ phận tách áp suất cao 4 được đưa qua tuabin giãn nở khí

để giảm áp, giảm nhiệt độ rồi dẫn vào bộ phận tách áp suất thấp 6 để tách triệt để hơn
các hydrocacbon nhẹ. Khí tách ra tại bộ phận tách áp suất thấp 6 được đưa ra trộn với
dòng sản phẩm. Phần lỏng được đưa vào tháp tách metan 7. Sản phẩm khí thu được ở
tháp tách metan 7 có thành phần chủ yếu là metan được đưa ra ngoài. Do có nhiệt độ
thấp nên được tận dụng bằng cách trao đổi nhiệt với dùng nguyên liệu thông qua bộ
phận trao đổi nhiệt 2 rồi tới máy nén khí 3 để nén đến áp suất thích hợp rồi đưa vào
bồn chứa hoặc đưa đi tiêu thụ. Máy nén được nối với tuabin giãn nở khí qua 1 trục
nhằm tận dụng công do quá trình giãn nở khí sinh ra. Phần lỏng tách ra ở đáy tháp chủ
yếu là C2, C3, và C4+.

7


Chương 2: Mô phỏng lại các quá trình công nghệ:
I.

Thông số chung khi mô phỏng các quá trình:
1.
Thông số cơ bản của dòng nguyên liệu:

Trong bài tiểu luận này, dòng nguyên liệu đầu vào có thông số như sau:
Thông số
Nhiệt độ
Áp suất
Năng suất làm việc

Số liệu
15oC
1 MPa
500 triệu m3/năm

Cấu tử
Methane
Ethane
Propane
n-Butane
Nitrogen
CO2
C5+

Phần Mole
0.7877
0.1217
0.0613
0.0107
0.0051
0.0103
0.0033

Thông số thành phần dòng được lấy từ thông số mỏ Bạch Hổ, trong sách công nghệ
Chế biến khí. Ngoài ra, cấu tử C5+ được lấy tính chất tương tự như C7
2.

Yêu cầu đề ra của bài tiểu luận:

Công nghệ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc và nhiều bậc: những đặc điểm đặc
trưng và so sánh. Từ đó, trong bài sẽ mô phỏng lại 2 quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp
sử dụng lưu trình làm lạnh trong và ngoài ứng với hai loại là ngưng tụ NNT một bậc
và nhiều bậc. Những điểm cần so sánh:
II.

Điểm đặc trưng của lưu trình một bậc và nhiều bậc.
Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng của cả quá trình, sử dụng hysys để tính toán.
Xét đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật để đánh giá tính ứng dụng trong mỗi lưu trình.
Sơ đồ NNT có chu trình làm lạnh ngoài:

1. Mô phỏng lưu trình trong Hysys:

8


a. Lưu trình một bậc:

Hình 3: Lưu trình khi mô phỏng bằng Hysys

•

Thuyết minh lưu trình:
Do dòng vào có CO 2 nên dòng khí được làm ngọt, coi như tách hoàn toàn CO 2

thông qua tháp tách lý tưởng (Component Spliter) thu được dòng khí “ngọt”. Dòng
khí đó được đưa qua tháp tách 2 pha EQ-1 để thu phần hơi, đảm bảo cho quá trình
nén bởi máy nén EQ-2 lên 3MPa. Do dòng khí thu được có áp suất cao nên được
làm mát sơ bộ bằng quạt không khí EQ-3. Dòng khí mát được chia đôi với tỉ lệ
50/50 (dòng 1 và 2). Dòng 1 được trao đổi nhiệt với dòng hơi kết hợp từ đỉnh tháp
tách 2 pha EQ-7 và tháp chưng EQ-8. Dòng 2 được trao đổi nhiệt với dòng lỏng ở
tháp chưng EQ-7. Trộn lại hai dòng, ta thu được dòng 5. Tiếp đến, dòng 5 được
làm lạnh bởi thiết bị bay hơi propan (hoặc propan-etan) EQ-6 xuống. Sau khi được
làm lạnh, dòng trở thành dòng 2 pha, dòng này tiếp tục đi qua tháp tách 2 pha, phần
lỏng trao đổi nhiệt qua EQ-5 để lên nhiệt độ khoảng 10 oC và đi vào tháp chưng

EQ-8. Phần hơi từ EQ-7 và đỉnh tháp chưng EQ-8 sẽ được trộn vào và trao đổi
nhiệt qua EQ-4 lên nhiệt độ khoảng 0oC rồi đi ra ngoài.

9


b. Lưu trình nhiều bậc:

Hình 4: Lưu trình ba bậc
•

Thuyết minh lưu trình:
Tương tự với lưu trình một bậc, dòng khí trước khi đưa vào các bậc đều được

gia nhiệt sơ bộ. Dòng sau trộn được đi qua thiết bị làm lạnh EQ-5 xuống -10 oC,
tháp tách pha thứ nhất EQ-6, dòng hơi lại được qua thiết bị làm lạnh EQ-7 xuống
-20oC và chuyển thành hỗn hợp hai pha được tách bởi tháp tách EQ-8. Dòng hơi lại
tiếp tục được làm lạnh xuống thêm và chuyển pha qua thiết bị EQ-9 và được tách
bởi EQ-10. Cuối cùng, dòng lỏng của ba tháp tách EQ-6, 8, 10 được trộn lại, trao
đổi nhiệt qua thiết bị EQ-4.1 lên 10oC và đi vào tháp chưng EQ-11. Dòng hơi từ
đỉnh tháp chưng kết hợp với dòng hơi đỉnh tháp tách trao đổi nhiệt qua thiết bị EQ4 lên 0oC.
c. Lựa chọn chất tải lạnh:
Chất tải lạnh trong lưu trình NNT có làm lạnh ngoài rất quan trọng. Lưu trình có sử
dụng template của chu trình lạnh:

1
0


Để làm lạnh cho lưu trình thì cần hai điều kiện quan trọng: Nhiệt độ đủ thấp để

đáp ứng khả năng tách hợp lý và lưu lượng chất tải lạnh đi trong chu trình. Theo khảo
sát sơ bộ, khi sử dụng propan có nhiệt độ sôi là -42.19 oC, ta lựa chọn nhiệt độ cuối của
trao đổi nhiệt là -40oC (qua thiết bị EQ-6 ở một bậc và EQ-19 ở ba bậc) thì hiệu quả
thu được propan ở dòng lỏng tương ứng với tháp tách sơ bộ là không cao. Do đó ta cần
hạ nhiệt độ thấp hơn. Trong lưu trình của bài tiểu luận này ta lựa chọn chất tải lạnh là
hỗn hợp dòng C2 và C3 tỉ lệ 50:50. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tại 1 atm là -54.81 oC.
Chọn nhiệt độ làm lạnh cuối là -50oC.
Cấu tử
Methane
Ethane
Propane
n-Butane
Nitrogen
CO2
C5+

Nhiệt độ sôi (oC) tại 3 MPa
-96.25
9.461
77.36
137.4
-149.6
-5.050
------

Lưu lượng mole (kmole/h)
747931.96
115568.24
58222.25
10125.61

4868.08
9736.16
3115.57

2. Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng của quá trình:
a. Tại lưu trình một bậc:
Xét cân bằng vật liệu và nhiệt lượng tại các thiết bị EQ-1 đến 8, ta có bảng sau:
Cân bằng vật chất

1
1


Cân bằng năng lượng:

b. Tại lưu trình nhiều bậc, ta có bảng sau:
Cân bằng vật chất

Cân bằng năng lượng

1
2


3. So sánh hai lưu trình:
a. Điểm đặc trưng của hai lưu trình
•

Lưu trình một bậc:
Ở lưu trình này, hệ thống chỉ sử dụng một thiết bị làm lạnh và một thiết bị tách hai

pha. Lưu lượng của chất tải lạnh cần dùng là 695259.8 kmole/h.
Xét dòng trước khi vào tháp tách etan:
Ta có thành phần dòng lỏng như sau (kmole/h)
Lưu lượng mole của Propane

44365.70

Lưu lượng mole của Ethane

45448.62

Lưu lượng mole của Methane

50261.46

Do đó ta chọn điều kiện của tháp chưng sao cho phù hợp với khả năng tách
thực tế lượng C3 ở đỉnh tháp là 4% là tháp có 14 đĩa, chỉ số hồi lưu là 2, áp suất làm
việc ở đỉnh và đáy đều là 3MPa.
Tổng kết lại, ta thu được khả năng tách C3 của lưu trình là 69.36%, C4 là 93.79%
•

Lưu trình ba bậc
Ở lưu trình này, hệ thống sử dụng 3 thiết bị làm lạnh và ba thiết bị tách pha. Ta thu

được thông tin của dòng lỏng trộn cả ba dòng lỏng dưới đáy như sau:
Tổng lưu lượng chất tải lạnh cần sử dụng: 690473.6 kmole/h
Tổng lưu lượng mole Propane: 43307.38 kmole/h
Tổng lưu lượng mole Ethane: 41454.17 kmole/h
Tổng lưu lượng mole Methane: 44900.16 kmole/h

Do đó ta chọn điều kiện của tháp chưng sao cho phù hợp với khả năng tách
thực tế lượng C3 ở đỉnh tháp là 4% là tháp có 14 đĩa, chỉ số hồi lưu là 2, áp suất làm
việc ở đỉnh và đáy đều là 3MPa.
Tổng kết lại, ta thu được hiệu suất tách C3 là 68.09%, C4 là 94.61%
1
3


Khi so sánh, có một điều dễ thấy rằng, lượng C 1 và C2 ở dòng lỏng đã giảm đi ở
lưu trình nhiều bậc so với một bậc sau khi ra khỏi hệ thống ngưng tụ, có nghĩa là khả
năng tách đã sâu hơn. Do sự cân bằng lỏng hơi cũng như sự cân bằng khi hấp thụ các
chất ở nhiệt độ xác định nên đã gây ra hiện tượng hệ thống tách 3 bậc có lượng propan
sau tách nhỏ hơn một bậc một chút nhưng không đáng kể, bù lại, hàm lượng C 4+ trong
dòng sản phẩm có hàm lượng cao hơn.
Ngoài ra, ta nhận thấy rằng, lượng chất tải lạnh cần sử dụng cho lưu trình ba
bậc đã nhỏ hơn so với một bậc, tức là đã tiết kiệm được lượng chất tải lạnh. Nếu tối ưu
lượng chất tải lạnh, ta hoàn toàn thấy sự chênh lệch này là đáng kể
Tựu chung lại, lưu trình ba bậc có những điểm tốt hơn như là khả năng tách sâu
hơn, dòng sản phẩm ít lẫn khí khô hơn, giảm chi phí cho chất tải lạnh cũng như năng
lượng cung cấp cho tháp chưng.
b. Chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật:
Điều ta dễ thấy là sơ đồ nhiều bậc tốn khá nhiều thiết bị, thêm 4 thiết bị không
kể chu trình lạnh khép kín. Do đó, chi phí thi công, lắp đặt hay vận hành bị cao hơn.
Tựu chung lại khi kết hợp giữa ưu điểm về đặc trưng của quá trình với đưa vào thực tế
thì chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật là tương đương nhau. Do vậy, người ta thường sử dụng
lưu trình một bậc để tách C3+. Những chu trình nhiều bậc chủ yếu người ta ứng dụng
để tách sâu C2 và C3, ngoài ta có thể kết hợp chu trình làm lạnh trong hay kết hợp các
chu trình (làm lạnh tổ hợp).

1

4


III.

Lưu trình NNT có chu trình làm lạnh trong:
1. Mô phỏng lưu trình trong Hysys:
a. Lưu trình một bậc:

Hình 5: Lưu trình mô phỏng NNT tách C3+ một bậc bằng Hysys.
•

Thuyết minh lưu trình:
Do dòng vào có chứa CO 2, N2 nên dòng khí được đưa qua tháp tách cấu tử

(Component spliter) và giả thiết như 2 cấu tử này được tách hoàn toàn. Khí sau khi
được loại bỏ CO2, N2 thì được nén đến áp suất 5MPa. Do quá trình tăng áp thì đi liền
với quá trình tăng nhiệt, ta dẫn hỗn hợp khí sau khi nén qua Cooler E101 để làm mát
về 20oC. Dòng khí sau đó được đưa vào tháp tách pha EQ1 để tách những giọt lỏng
còn sót lại trong quá trình chuẩn bị ban đầu. Hơi đi ra từ EQ1 được trao đổi nhiệt với
dòng khí khô sản phẩm giảm xuống còn -5oC. Do nhiệt độ giảm, một phần khí bị
ngưng tụ và được tác ra ở tháp tách EQ2, rồi sau đó đi vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng
T-100. Trong khi đó, dòng khí đi ra từ EQ2 được giảm áp bằng Expander K-100. Khi
xảy ra quá trình này, nhiệt độ dòng khí giảm sâu xuống còn -33.5 oC; khiến cho một
phần lỏng bị ngưng tụ lại. Phần lỏng này sau đó lại được tách ra ở tháp tách EQ3 và đi
vào đĩa trên cùng của tháp chưng T-100. Khí khô đi ra từ EQ3 được trộn với khí khô
đi ra từ đỉnh tháp chưng, qua Compressor K-101 sử dụng công sinh ra từ K-100, nén
tới áp suất 2.7MPa trước khi đem đi sử dụng.

1

5


b. Lưu trình nhiều bậc:

Hình 6: Lưu trình NNT hai bậc tách C3+ có tuabin giãn nở khí, tiết lưu dòng
chất lỏng.
•

Thuyết minh lưu trình:
Tương tự như lưu trình một bậc, dòng khí trước khi đưa vào bậc đầu tiên cũng

được đưa qua tháp tách Component spliter X-100 để loại bỏ các cấu tử không mong
muốn rồi sau đó được tăng áp và làm mát đến 5MPa và 20 oC. Dòng khí sau khi được
chuẩn bị sơ bộ được đưa vào tháp tách pha EQ1 nhằm loại bỏ các tạp chất cơ học và
các giọt lỏng còn sót lại. Dòng khí ra khỏi tháp được chia thành 2 dòng với tỷ lệ đã
tính toán tối ưu là tee1: tee2 =0.9:0.1. Hai dòng này được trao đổi nhiệt với các dòng
khí khô và condensate từ tháp tách EQ3,EQ4 và tháp chưng T-100. Sau khi trao đổi
nhiệt, chúng được trộn lại thành 1 dòng có nhiệt độ -20 oC trước khi đi vào tháp tách
EQ3. Dòng lỏng condensate đi ra từ EQ3 được đem đi trao đổi nhiệt với dòng tee2
(như đã nói ở trên) rồi đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng. Trong khi đó, dòng khí
được đưa vào bậc tách tiếp theo. Khi đi qua tubo expander K-100, dòng khí giảm áp và
nhiệt độ xuống 2MPa và -55.5oC. Khí ngưng tụ thành lỏng một phần được tách ra nhờ
tháp tách EQ4, trước đi đưa vào đĩa trên cùng của tháp chưng T-100. Khí đi ra từ EQ4
được trộn với dòng khí khô sản phẩm đi từ đỉnh tháp chưng và tháp EQ3. Dòng khí
khô này được đem đi trao đổi nhiệt với dòng tee 1 và bị nén tại compressor K-101 tới
2.7 MPa nhờ công sinh ra từ máy giãn K-100.
2. Cân bằng vật liệu và nhiệt lượng của quá trình:
a. Tại lưu trình một bậc:

1
6


Xét cân bằng của vật liệu và nhiệt lượng cho toàn bộ quá trình, ta có bảng
sau:
Cân bằng vật chất

Cân bằng nhiệt lượng
b. Lưu trình hai bậc:

Cân bằng vật chất

Cân bằng năng lượng
3. So sánh hai lưu trình
a. Đặc điểm đặc trưng của hai lưu
-

trình
Để dễ so sánh hiệu suất tách của cả 2 quá trình, ta chọn điều kiện tháp tách và tháp

-

chưng ở cả 2 lưu trình là như nhau.
Cụ thể, tháp chưng trong 2 lưu trình hoạt động với số đĩa là 10 (các thông số vật lý
để mặc định như nhau), chỉ số hồi lưu là 2, áp suất làm việc ở đỉnh là 2MPa, ở đáy
là 3MPa. Nhiệt độ condenser là -30oC, nhiệt độ của Reboiler là 85oC.
• Với lưu trình một bậc:
Sử dụng công cụ tính toán Spreadsheet trong Hysys, ta tính toán được hiệu suất
tách của các cấu tử như sau:

% Tách C1 = = 99,90 %
% Tách C2 = = 97,02 %
% Tách C3 = = 32,46%
% Tách C4 = = 67%
1
7


•

Với lưu trình 2 bậc:
% Tách C1 = = 99,90 %
% Tách C2 = = 97,46 %
% Tách C3 = = 72,95%
% Tách C4 = = 93,15%

Khi so sánh, ta dễ dàng nhận thấy hiệu suất tách metan và etan ở cả 2 sơ đồ là rất
cao (đều ở mức trên 97%). Tuy nhiên, sơ đồ tách một bậc lại cho khả năng tách propan
kém đáng kể so với sơ đồ tách 2 bậc (32,46% so với 72,95%). Tương tự với khả năng
tách n-butan của sơ đồ 1 bậc so với 2 bậc (67% so với 93.15%).
Tuy tiêu tốn nhiều năng lượng hơn, nhưng sơ đồ NNT hai bậc có chu trình làm
lạnh trong đem lại hiệu quả kinh tế lâu dài rõ rệt hơn nhiều so với sơ đồ cơ bản.
b. Chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật:

Với sơ đồ nhiều bậc, số thiết bị nếu so sánh với sơ đồ một bậc là khá tương
đồng (thêm 1 tháp tách tách và 1 van tiết lưu). Tuy nhiên, kể cả với sơ đồ một bậc, chi
phí đầu tư cũng khá lớn do giá thành của máy giãn cao. Bù lại, ưu điểm của phương
pháp ngưng tụ làm lạnh trong chính là việc nó có tính tự động hóa cao, khả năng lắp
đặt nhanh chóng dẫn đến tiết kiệm được chi phí nhân công khi vận hành và sửa chữa.
Do vậy, sơ đồ tách một bậc thường phù hợp với quy trình tách mà không đòi

hỏi chất lượng sản phẩm cao. Trong khi với sơ đồ tách nhiều bậc phù hợp với nhà máy
quy mô lớn, đòi hỏi chất lượng sản phẩm tốt, hàm lượng C3 tách cao; thậm chí có thể
được dùng để tách C2+.

1
8


Kết luận
Sau một thời gian tìm hiểu, tham khảo các tài liệu tham khảo cùng với sự
hướng dẫn tận tình của cô Minh Hiền và cô Minh Thắng, chúng em đã hoàn thành bài
tiểu luận này.
Trong quá trình làm tiểu luận này, em đã tìm hiểu thêm được các kiến thức về
các quá chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp. Bên cạnh đó, quá trình
thiết kế, mô phỏng sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ
thấp đã giúp em tìm hiểu thêm các vấn đề như tối ưu hóa các chế độ vận hành của sơ
đồ công nghệ, các thông số hoạt động của nhà máy. Qua đó, em càng hiểu thêm được
các kiến thức đã được học ở trên lớp.
Trong quá trình làm tiểu luận này, ngoài các kiến thức chuyên ngành, em còn
có thêm các kỹ năng như kỹ năng tìm tài liệu, kỹ năng xử lý thông tin phục vụ cho
việc hoàn thiện đồ án này.

1
9


Tài liệu tham khảo
[1]. Nguyễn Thị Minh Hiền. Công nghệ chế biến khí. NXB Bách Khoa Hà
Nội.Hà Nội.2014.
[2]. John M.Camphell. Gas Conditioning and Processing.Vol 1. Camphell

Petroleum Series. Oklahoma. 1992.
[3]. Nguyễn Thị Minh Hiền. Mô phỏng các quá trình cơ bản trong công nghệ
hóa học. NXB Bách Khoa Hà Nội.Hà Nội.2016.

2
0