Thiết kế quy trình công nghệ làm khô khí trên giàn Hải Thạch (Đồ án tốt nghiệp)

I H C BÀ R
KHOA HÓA H C VÀ CÔNG NGH TH C PH M

ÁN T T NGHI P
THI T K QUY TRÌNH CÔNG NGH LÀM KHÔ
KHÍ TRÊN GIÀN H I TH CH

o

:

i h c chính quy

Ngành

: Công ngh k thu t hóa h c

Chuyên ngành

: Công ngh hóa d u

Gi

ng d n

: PGS.TS Nguy
ThS. Nguy

Sinh viên th c hi n

: Nguy n Tu n Anh

MSSV : 12030043

L p : DH12HD

Bà R a


C NG HÒA XÃ H I CH
KHOA HÓA H C & CNTP

T NAM

c l p T do H nh phúc

-----o0o-----

-----o0o-----

NHI M V

ÁN T T NGHI P
h

MSSV: 12030043.

sinh: 04/08/1994.

.

ph
.
.
03/03/2015.
IV. NGÀY HOÀ

20/06/2015.


L IC
Tôi xin chân thành g i l i c
ngh th c ph
th c hi

n toàn th gi ng viên khoa Hóa h c và Công

i h c Bà R

tr và t o m

u ki

án này .
il ic
ng d

C

n PGS.TS Nguy

ThS. Nguy n

tôi có th
tr v tài li

án.
tôi.

C
thi

tôi

giúp tôi hoàn
án.
Bà R a

0
Sinh viên th c hi n

Nguy n Tu n Anh


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

M CL C

M C L C .................................................................................................................. i

DANH M C CH

VI T T T...............................................................................iii

DANH M C B NG ................................................................................................ iv
DANH M C HÌNH .................................................................................................. v
M

U.................................................................................................................... 1
NG QUAN TÀI LI U....................................................................... 2

1.1. T ng quan v ngu n khí c n làm khô .............................................................. 2
1.1.1. Khái quát v m H i Th ch và công ngh x lý trên giàn ........................ 2
1.1.2.

m k thu t c a ngu n khí .............................................................. 3

1.2. S hình thành hydrat ........................................................................................ 5
.................................................................................................. 5
1.2.2. Nguyên nhân t o hydrat............................................................................. 5
1.2.3. C u trúc hydrat .......................................................................................... 6
1.2.4. Tác h i c a vi c t o thành hydrat .............................................................. 7
1.3. Gi i thi u v

.................................................... 7

1.3.1.

p th ................................................................................. 8
p ph .............................................................................. 10

a ch
lý thuy t c

..................................... 12
p th ...................................................... 14

................................................................................................ 14
1.4.2. Các y u t

n quá trình h p th ........................................... 16

1.5. Các công ngh

n hình............................................................ 22

1.5.1. Công ngh làm khô khí c a hãng SIIRTEC NIGI 2004.......................... 22
1.5.2. Công ngh làm khô khí c a hãng SIIRTEC NIGI 2006.......................... 23
Ngành công ngh k thu t hóa h c

i

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

1.5.3. Công ngh làm khô khí c a hãng CAMERON ....................................... 24
1.5.4. Công ngh làm khô khí c a hãng SHELL ............................................... 25

1.6. T ng quan v ph n m m Hysys ..................................................................... 26
1.6.1. Gi i thi u v Hysys ................................................................................. 26
1.6.2.

ng d ng c a Hysys................................................................................ 37
T K ............................................................................................. 38

Ch

2.1. Yêu c u thi t k .............................................................................................. 39
2.2. L a ch n thi t b , thi t k quy trình công k ................................................. 39
2.3. Quy trình công ngh ....................................................................................... 45
2.3

u ki n làm vi c ................................................................................... 45

2.3.2. Quy trình làm vi c c a h th ng làm khô khí b ng TEG ........................ 46
T B ............................................................. 46
3.1. Thi t b chính ................................................................................................. 48
3.2. Thi t b gi i h p th ....................................................................................... 55
NG QUY TRÌNH CÔNG NGH ........................................ 56
4.1.

d li u mô ph ng ................................................................................. 48

4.2. Mô ph ng quy trình công ngh làm khô khí.................................................. 60
4.3. Kh o sát k t qu mô ph ng .......................................................................... 648
K T LU N ............................................................................................................. 67
TÀI LI U THAM KH O...................................................................................... 66
PH L C ................................................................................................................ 70

Ngành công ngh k thu t hóa h c

ii

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

DANH M C CH

VI T T T

MEG

Monoethylene Glycol

DEG

Diethylene Glycol

TEG

Triethylene Glycol

TREG

Tetraethylene Glycol

mmHg

Milimet th y ngân

ppmV

Part Per Million Volume

MMSCFD

Million Standard Cubic Feet Per Day

LPG

Liquefied Petroleum Gas

CNG

Compressor Natural Gas

LNG

Liquefied Natural Gas

Sm3

Mét kh i khí tiêu chu n

POC

Petroleum Operation Company

PR

Peng-Robinson

GS

Grayson Streed

ZJ

Zudkevitch-Joffee

CS

Chao Seader

Ngành công ngh k thu t hóa h c

iii

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

DANH M C B NG
B ng 1.1. Thành ph n ngu n khí m H i Th ch.......................................................4
Bang 1.2. Thông s k thu t ngu n khí.....................................................................4
B

c tính hóa lý c a MEG, DEG, TEG, TREG ...................................8

B

c tính c a ch t h p ph ...................................................................11

B

p th và h p ph ...........................................13

B ng 1.6. Danh sách các h

ng ...............................................33

B ng 1.7. Các thu t toán logic trong Hysys ..............................................................37
B ng 2.1. Các thông s v t lý c a thép carbon và thép không g ..............................45
B ng 2.2

u ki n công ngh c a quá trình kh

c .....................................46

B ng 3.1. Thành ph n ngu n khí m H i Th ch.......................................................47
B ng 3.2. Thông s k thu t ngu n khí.....................................................................48

B ng 3.3. Tính t tr ng c a dòng khí ........................................................................50
B ng 3.4. Quan h gi
B ng 3.5.

ng kính và kho ng cách gi

...................52

nh chi u dày thân tháp thông quá chi u cao và áp su t..................53

B ng 3.6. Tóm t

c c a tháp h p th ...................................................54

B ng 4.1. Thông s k thu t c a dòng Feed TEG.....................................................60
B ng 4.2. Thông s k thu t c a tháp Contactor.......................................................60
B ng 4.3. Thông s k thu t c a tháp gi i h p th ...................................................61
B ng 4.4. So sánh gi a dòng Wet Gas và Dry Gas ...................................................63
B ng 4.5. So sánh v s li u c a dòng Feed TEG, Rich TEG và Lean TEG............64
B ng 4.6. So sánh gi a nhi
B ng 4.7. Kh

t o hydrat lý thuy t và mô ph ng ..........................64
ng TEG và nhi

Ngành công ngh k thu t hóa h c

t o hydrat sau h p th ....................64

iv

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

DANH M C HÌNH
H

1.1. V trí c a m H i Th ch ............................................................................2
x lý trên giàn H i Th ch................................................................3

Hình 1.3. C u trúc c a hydrat ....................................................................................6
Hình 1.4. Quy trình công ngh c
Hình 1.5

p th ........................................9

quy trình công ngh c

p ph ..............................12

Hình 1.6. Gi n

pha................................................................................................16

Hình 1.7. P

trình truy n ch

Hình 1.8.

ng c a nhi

ng n

làm vi c.........20

và áp su t lên quá trình h p th .........................21

Hình 1.9

quy trình công ngh c a hãng SIIRTEC NIGI 2004......................22

Hình 1.10

quy trình công ngh c a hãng SIIRTEC NIGI 2006.....................23

Hình 1.11

quy trình công ngh c a hãng CAMERON ..................................24

Hình 1.12

quy trình công ngh c a hãng SHELL ..........................................25

Hình 1.13. M i quan h gi
Hình 1.14

ng trong Hysys .......................................28
ng trên Object Palette .............................................29

Hình 1.15. Giao di n Simulation Basis Manager ......................................................30
Hình 1.16. Cách truy nh p t o c u t ........................................................................30
Hình 1.17. Giao di n Component List.......................................................................31
Hình 1.18. Giao di n thi t l p các c u t gi .............................................................31
Hình 1.19. Giao di n thi t l

m c a c u t gi ..................................32

Hình 1.20. Giao di n h nhi

ng...........................................................................34

Ngành công ngh k thu t hóa h c

v

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Hình 1.21. Giao di n ch n gói nhi

ng.................................................................35

Hình 1.22. Giao di n dòng v t ch t ...........................................................................36
Hình 1.23. Giao di

ng .....................................................................36

Hình 1.24. Giao di n ch n thi t b .............................................................................40
Hình 2.1. Thi t b

i ...................................................................41

l ..........................................................................................................42
a van.......................................................................................................43
Hình

.....................................................................................................44

Hình 4.1. Khai báo các c u t và ph n mol các c u t ..............................................58
Hình 4.2. Khai báo các thong s k thu t c a dòng khí ............................................59
Hình 4.3. S chênh l ch áp su t qua van ...................................................................59
Hình 4.4. S chênh l ch áp su t qua thi t b
Hình 4.5. So sánh gi

i nhi t .......................................60

c và sau gi i h p ..........................................61

Hình 4.6. So sánh gi a dòng Wet Gas và Dry Gas....................................................61
Hình 4.7. So sánh gi a dòng Feed TEG và Rich TEG ..............................................62
Hình 4.8.

Hình 4.9. Nhi

nh nhi

t o hydrat dòng Wet Gas..............................................63

t o hydrat c a dòng Dry Gas ......................................................64

Ngành công ngh k thu t hóa h c

vi

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

M
Khí t nhiên

U

ng hành

c khai thác t các gi ng

c này s
áp su t s quy

m trong khí, cùng v i nhi

nh kh

i hydrat và s

thi t b và van [5],[10],[18
kh

p th

ng ng,

p ph

5],[23].
p th

mc

tk

lý thuy t và quy trình công ngh

c s d ng r ng rãi

n, hi u su t kh

n hành th p [6], [8], [9]

tài t t nghi

công ngh làm khô khí trên giàn H i Th ch

c

ùng ch t c ch ,

Theo các bài báo khoa h c g
và ph bi n, nh

và

c v n chuy n vào b dòng khí s

lo i b hàm m c a khí ta có nhi

làm l

ng bão hòa

c t t, chi

Thi t k quy trình

c th c hi n nh m góp ph n xây d ng

kh

t trên giàn v i gi i h n v kh i

ng và kho ng không phù h p nh t v i giàn H i Th ch [1], [2].
M c tiêu c

tài là thu th

k m t quy trình công ngh kh
và kh

ng mà v n b

ph

lý thuy t c a quá trình h p th
c

m kh

N i dung nghiên c u c

c

c v i hi u su t cao và sau cùng là mô

i hi u su t kh

- Thu th

t i gi n nh t v

t

c.
tài g m có:

lý thuy t và thông s k thu t c a ngu n khí c n làm khô.

- Thu th p, phân tích c s lý thuy t v
- Nghiên c

th

c s d ng.

- Thi t k , tính toán h th ng làm khô khí.
- Mô ph ng l i quá trình kh

Ngành công ngh k thu t hóa h c

c trên Hysys.

1

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Ch
T NG QUAN TÀI LI U
1.1. T ng quan v ngu n khí c n làm khô
1.1.1. Khái quát v m H i Th ch và công ngh x lý trên giàn
M H i Th ch là m khí-condensate n m trong d án Bi
c lô 05.2 t i b
c khai thác m s

a Bi n

trí cách b kho ng 340 km v phía
cd

ng

tr m ti p nh n và phân ph i khí Dinh C [1].

1.1. V trí c a m H i Th ch
i công su t 8.5 tri u m3 khí và 25

M H i Th ch có th

p kho ng hai t m3

ngàn thùng condensate m i ngày [3], m
Ngành công ngh k thu t hóa h c

2

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

c, ngoài ra còn b
th i gian t i. Bên c nh, ta ph
H i Th ch có kh

ng cho Vi t Nam trong

n kh

ng kh ng l c

u gi nh

ng g n 10 000 t n và giàn x lý có kh

ng g n 21 000 t n.
Fuel Gas

Acid Gas Treatment
End Flash

Acid Gas

Reception

Gas Well

Dehydration

Liquefaction

Removal

Natural Gas

Fractionanation

Condensate
Stabilisation

LPG C4 and C3
Condensate C5+

Hình 1.2.

x lý trên giàn H i Th ch [3]

Hình 1.2 th hi
thác t

i gi ng s

n x lý khí trên giàn H i Th ch,
cd

n tr m ti p nh n, t

s làm nhi m v phân tách ngu

th ng tách condensate-khí

u vào ra thành dòng khí và dòng condensate, dòng

qua h th ng
thu t

c khai

nh condensate cho phù h

c tính hóa lý

n ch

ng t khí, lo i b

th ng làm
2,

H2

lo i b
vào b và chu n b

p theo dòng khí s

c d n qua h

c bão hòa còn l n trong khí. Và s
n ch bi

cd n

và ngu n khí

ng các yêu c u cho khí nguyên li u [6].
1.1.2.

m k thu t c a ngu n khí
Bên c nh bi

n c a quy trình công ngh x lý khí trên giàn,

n ph i bi t các thông s k thu

n ngu

ph c v

cho vi c thi t k tháp h p th làm khô khí [3]. Thông s k thu t c a ngu n khí khai
thác.

Ngành công ngh k thu t hóa h c

3

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

B ng 1.1. Thành ph n ngu n khí m H i Th ch [1], [2]
STT

Thành ph n khí

% Mole

1

Metane

0.8855

2

Etane

0.0545

3

Propane

0.0294

4

i-butane

0.0068

5

n-butane

0.0088

6

i-pentane

0.0032

7

n-pentane

0.0021

8

n-pentane

0.0025

9

C7+

0.0020

10

H2O

0.0020

11

N2

0.0032

Các thông s k thu t c a ngu n khí s quy

nh các thông s công ngh c a

các thi t b trong h th
thông s

th ng s

, áp su

ng. Các thông s

c th hi n trong b ng 1.2

B ng 1.2. Thông s k thu t ngu n khí [3]
(oC)

Nhi

38

Áp su t (kPa)

6200

ng (MMSCFD)
T tr ng (kg/m3)

378.5
32.08

c tách t m khí-

) nên thành ph n

ch y u là khí metan (0.8855 %mole), bên c
hydrocarbon t

ng c a

n

ng th

có ch a m

ng th
th ng quy trình

làm ng

ng các khí chua vào tháp h p th là không

có. Nên ta k t lu n khí vào tháp h p th là khí khô, ng

ng khí chua vì H2S <

1% th tích, CO2 < 2% th tích) [18], ngu n khí là khí g y (ch a ít các hydrocarbon
n ng) [18
r t cao. Vì v

c trong khí

m

n ti p theo c a dòng khí s là h th ng làm khô khí.

Ngành công ngh k thu t hóa h c

4

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

1.2. S hình thành hydrat
1.2.1.
Hydrat có tên khoa h c là Natural Hydrate ho
r n hình thành t

c

t

d ng

u ki n áp su t cao (trên 30 atm) và nhi t

i 0oC). Hydrat có các phân t c u trúc ch y u là m ng tinh th k t tinh t

th
các phân t

c, bên trong ch a các phân t khí. Các ô t o thành m ng tinh th ch t

khít, c u trúc c a hydrat gi

u trúc c

khí n m

trong các ô tinh th và gi a chúng không có liên k t nào. Nhìn bên ngoài hydrat gi ng
t thì hydrat cháy [18].
Tính ch t v t lý c a hydrat:
- Hydrat gi

c ép l i v i nhau.

- Màu c a hydrat có th

i t tr

n xám ph thu c vào thành ph n

t p ch t có trong thành ph n.
ng riêng là 0.8-0.24 g/cm3.

- Hydrat có kh
- Tinh th

b

Th c nghi m cho th

i cao và

phá h y hoàn toàn m t mol hydrat metan c n 14.5

ng c a metane t C2+ tr lên thì nhi

Kcal; v

th m th u nh .

ng phân t

ng c n cung c

t t i 32 Kcal.

1.2.2. Nguyên nhân
u ki
-

s hình thành hydrat di n ra [5]:
c t do,

hay hàm m trong dòng khí, tùy thu c vào

hàm m khác nhau s
- Áp su
t

n nhi

và áp su t t o thành hydrat.

iv

c càng l n thì nhi

t o

c l i.
- Nhi

th p, v i dòng khí

m t nhi

nh, áp su t t o tinh th

c l i.
D a vào các nguyên nhân trên ta s có các gi i
- Lo i b

c bão hòa l n

tránh t o thành hydrat:
c là m t y u t quan

tr ng trong vi c hình thành hydrat.

Ngành công ngh k thu t hóa h c

5

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

- H n ch vi

t trong quá trình v n chuy

u này không kh

khi vì khi v n chuy n t giàn vào b b t bu c ph i tuân theo thông s áp su t, áp su t
n ph

d dàng v n chuy n.
- Nhi

ph i cao, v

i ph i gia nhi

ng

ng nhi t

u này không kh thi và gây nguy hi m cho quá trình v n hành c a công
nhân.
m t kinh t và kh thi c a quy trình thì p
c bão hòa là phù h p và thu n l

ib

.

1.2.3. C u trúc hydrat

Hình 1.3. C u trúc c a hydrat [9]
V c u trúc các tinh th hydrat có hai lo i ô m
Các ch m tròn ch các phân t
ux

n th ng ch liên k t hydro. B ng
y c u trúc tinh th hydrat có d ng 12 m t,

m i m t là hình 5 c nh. C u trúc này có th bi

i thành d ng 14 m t và 16 m t.

- D ng c u trúc 1 có h ng s m ng là 12 A, ch a 46 phân t
hình thành 8 l tr

cs px p

tr ng d ng 12 m t, 6 l tr ng còn l i d ng 14 m t.

d ng này thì các phân t khí metane có th chui vào.
- D ng c u trúc 2 có 16 m t, có h ng s m ng là 17 A. Ô m
136 phân t

ch a

c, v i c u trúc ch a 16 l tr ng nh d ng 12 m t và 8 l tr ng l n d ng

Ngành công ngh k thu t hóa h c

6

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

12 m t.

i h c-Khóa 2012-2016

d ng c u trúc này có th b

c các phân t l

-butane,

izo-butane.
M t s

n hình: CH4.5,9H2O; C2H6.8,2H2O; C3H8.17H2O; izo-

C4H10.17H2
1.2.4. Tác h i c a vi c t o thành hydrat
T c ngh n:

u ki n phù h p (nhi

, áp su t) s hình thành hydrat di n ra

s t o ra các nút c n tr s v n chuy

ng ng, làm h p kho ng không di

chuy n. M t kh

c kh c ph c s c vì các

kh i hydrat r t c ng. Gi i pháp t t nh t hi

lo i b kh i hydrat chính là h th ng

phóng thoi thông minh [23].
N : vi c t o thành các nút s
Các v n

t trong ng, d

ng d n d u-khí là các v

hàng lo

ng d n khí.

nghiêm tr ng, không nh ng gây thi t h i l n

v tài chính: th t thoát ngu n nguyên li
khu công nghi p. Bên c nh,

nn

n vi c cung c p nguyên li u cho các

ng nghi m tr

ng v t bi n và b ra hàng t

-

ng bi n, gây ch t
kh c ph c s c [23].
c ph c h u qu

i trên, t t nh t ta nên tuy

gi m thi u

vi c hình thành hydrat.

1.3. Gi i thi u v

c t n t i trong khí ch y
c trong khí t

id

a vi c lo i b

làm gi m s

i

c ngh n

ng ng do vi c t o thành hydrat. Trong m t vài t
nh m m

ng thông s k thu

lý ho c thu h i các s n ph m l
Quá trình kh

c có th

ng h p, quá trình kh

c

nh s n cho các quá trình sau x
c.

c ti n hành b ng nhi u

p th

p ph . Bên c nh n u chúng ta không dùng

h th ng làm khô khí, ta còn có th s d ng các ch t c ch h
làm gi m s

ng

n m t h th ng ph tr

tách

ch t c ch ra kh i dòng khí [7], [10], [13].

Ngành công ngh k thu t hóa h c

7

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

1.3.1.

p th
S kh

cb

p th

c di n ra khi có s ti p xúc gi a khí

m và dung môi, nh ng dung môi này ph i có ái l c hóa h c cao v
t làm khô d ng l ng. Các ch t làm khô h p th
vì ch

t làm khô s

hoàn nguyên l i ch t làm khô

c bi t
c và tr nên

c gi i h p b

t

u và quay tr quy trình l i ti p t c quá trình h p

th .
Dung môi h p th ph

c tính sau: [5]

- Có ái l c cao v
-

nh t th

c và có ái l c th p v i các hydrocarbon
thu n l i cho vi

ti p xúc d dàng gi a dung

môi và khí.
- Kh
không di n ra

n nhi t t

nhi

- Th

ch c r ng quá trình phân h y dung môi h p th

ng th i hi u qu thu h i dung môi cao.
nc

-

p.
p t i nhi

h p th : gi m m t mát dung môi.

- R ti n và d dàng tái s d ng.
-

ch iv

Các ch t làm khô d ng l

ng.
c dung ph bi n trong quá trình h p th

glycol: monoethylene glycol (MEG), diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG)
và tetraethylene glycol (TREG) [6]. B ng 1.3. th hi n các thông s quan tr ng c a
nh ng dung môi trên:
B ng 1.3.
Glycol
Công th c phân t

c tính hóa lý c a MEG, DEG, TEG, TREG [7]
MEG

DEG

TEG

TREG

C2H6O2

C4H10O4

C6H14O4

C8H18O5

Kh

ng nguyên t , g/mol

62

106

150

194

Nhi

sôi (760 mmHg), oC

197

245

288

329

Nhi

c, oC

-13.4

-9.0

-4.3

-4.0

1.115

1.118

1.125

1.124

ng h c, cP

16.9

35.7

49.0

58.3

phân h y, oC

240

162

206

226

T tr ng, g/cc ( 20oC)
nh
Nhi

Ngành công ngh k thu t hóa h c

8

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Bên c nh glycol

c tính n i b t sau [5], [10]:

-

c s d ng khi trong khí có ch

c bi n

cao, tính tan c a NaCl trong MEG là 20wt % còn các glycol khác ch kho ng 5wt%, kh
t mát, th t thoát dung môi, kh
-

cs d

nm t

yêu c u và k t h p thêm dùng ch t c ch
trong th i ti

ng

c dùng

nh t th p.

- Triethylene glycol là ch t h p th
kh

c th p nh t.

c dung ph bi n nh t trong quá trình

c dung ph bi n b i các lý do sau: ti n hành gi i h

mà không b phân h

c t t, tri

trên 500

n nhi
tiêu t n nhi

cao

mà không c n có h th ng ph .

c s d ng khi nhi
nh t cao d

nn

làm vi c c a tháp h p th

n s ti p xúc không t t gi a dòng khí và
ng cho vi

t h n ch n a là TREG

hoàn nguyên.

D a vào các y u t kinh t

hi u qu nh t, vì TEG r , d hoàn nguyên

ng, chi phí l
nhi

t v n hành, thì TEG t ra

trung bình, kh

c hi u qu , ít

th t thoát trong quá trình v n hành.

Hình 1.4. Quy trình công ngh c

Ngành công ngh k thu t hóa h c

9

p th [6]

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Dòng khí m s

Absorber

nh tháp hai dòng ch
khô s ra kh i tháp

ng th i dòng glycol s

c chi

n kh

nh còn dòng glycol m s

c d n qua thi t b gi m áp và tách

các hydrocarbon b l n vào glycol ti p theo dòng glycol m s vào thi t b gi i h p th ,
d

ng c a nhi

glycol n

cao

trình kh

c trong glycol s
u, dòng glycol này s

c dòng

c d n tr l i tháp Absorber

quá

c di n ra m t cách liên t c.
- Thi t k quy trình h th
- Thi t b

n, g n ít t n kho ng không.

- D dàng t
Tuy v

n.

ng hóa.
n lo i b t

1.3.2.

ng

c bão hòa theo yêu c u.

p ph
Quá trình h p ph là quá trình mà các ch t làm khô r

c ho

cs d

lo i

c trong khí. Có hai lo i h p ph : h p ph hóa h c và h p ph v t lý.

H p ph hóa h
m

a vào các ph n ng hóa h
t ion, liên k t c ng hóa tr

vi c hoàn nguyên ch t h p ph

t này b n v
p th v

v t lý d a vào các liên k t v t lý nh
Ch t h p ph có nh

tb
n cho

c ng d

c Vandervan, l c liên k

p ph
[15]

c tính sau:

- T l b m t và th tích cao.
- R và d dàng tái sinh.
-

ch n l c cao.
b

c cao, không b b , v v n.
ch iv

- Các ch t ph bi

ng, ch

.

c dung trong quá trình h p ph là: Silica gel (SiO2),

aluminum dioxide (Al2O3) và các ch t rây phân t

Ngành công ngh k thu t hóa h c

10

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

B

c tính c a ch t h p ph [10]

Property

Silica gel

Activated alumina

Zeolite 4A

Hình d ng

Hình c u

Hình c u

D ng viên

T tr ng, kg/m3

720-780

750-850

720-780

250-280

160-220

200-315

Di n tích b m t, m2/g

650-830

210-360

600-800

Th tích x p, cm2/g

0.36-0.43

0.2-0.4

0.28

2-5

3,5,6

1.6,3.2,6

10-20

5-10

0.1

tái sinh, oC

Nhi

c h t, mm
m t i thi u c a h t

- Silica gel: có ái l c v

c dùng ph bi n khi n

-51oC

trong khí r t là cao (>1 mol %), dòng khí sau x lý có th
c trong khí xu ng còn 0.034 g/m3. Silica gel có kh
m

c bi t hi u qu khi dòng khí có n

c

ch ng ch u axit

khí axit cao [7].

- Alumina là m t ch t hình thành trong t nhiên, là h p ch t phân c c, lôi
cu n m t cách m nh m
v ac

c. Alumina thì thích h p s lo

c

b

c cao nh

ilica gel và h p ch t rây
-68oC [6], [7].

phân t . Dòng khí sau x lý có th

- H p ch t rây phân t : r t ph bi n cho quá trình kh
n -184oC

x

cv im c

c, dòng khí sau

ng m trong khí ch còn 0.0001 g/m3.

tái sinh c a các h p ch t rây phân t l i cao t 200-315oC và giá thành
i silica gel và alumina [6].

C ba lo i ch t h p ph

c ng d

i s ng th c t

v i

c ng d ng nhi u trong các phòng thí nghi m, các quy
trình v i quy mô nh

tb c

b i các l i th n i b t c a nó v i di n tích b m

ch n l c r t cao. Alumina

c s d ng nhi u trong nghiên c u, di n tích b m
u là giá thành thì selicagel và alumina r
c, m

d ng

ng zeolite
c vào m

kh

a h th ng mà ta s ch n ch t h p ph cho

phù h p nh t.

Ngành công ngh k thu t hóa h c

11

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Hình 1.5

quy trình công ngh c

Quy trình công ngh g

p ph [8]

t song song v i nhau. M t tháp làm nhi m

v h p ph trong khi tháp còn l i làm nhi m v gi i h p ph , c

luân phiên v i

nhau.
n h p ph

c: Khí m s qua thi t b

ph . Trong tháp h p ph là các l
cs

m ch a ch t h p ph

c gi l i, khí khô s

ph n khí khô này s

m

c d n cho m
làm nguyên li

n gi i h p ph
nhi t lên 300oC

c khi vào tháp h p

p theo, m t

t.

ts

t, gia nhi

c

p ph , dòn

c quá

c quá nhi t s lôi

c b hút b i ch t h p ph , dòng h n h p khi ra
nh tháp s

l i.
- Quy trình công ngh này có kh
-

c r t cao.

n hai tháp, chi m di n tích l n và chi phí xây d ng cao.

- Bên c

n nhi u thi t b ph tr : thi t b

- Khi mu n thay th ch t h p ph thì ph i d ng h th ng.
1.3.3.

a ch
Có nhi u y u t c

pháp h p th và h p ph

cs d
d

án này, ta xem xét và l a ch
m

Ngành công ngh k thu t hóa h c

i ích v kinh t và ti t ki m kho ng không.

12

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

B ng 1.5.

p th và h p ph

H p th

H p ph

+ Khi s

p

th

+ Khi s

d

c là - h p ph

25o

n

i -50o

c bão hòa còn t n

c còn l i trong

t i là 0.2 g/m3. [4],[8]
+ Chi phí l
Lý thuy t

3

t th p,cùng

m t h th ng thì h th ng h p th
s r

+ Chi phí xây d ng và l

p

ng khí th .

33% n

+ Ít b

ng khí vào là 50

MMSCFD. [5]

v

ng khi có s thay

i nh v áp su
nhi

+B

u vào,
ng.

i
ng, áp su t.

+ Chi phí v a

ch t kh

thay th

+ H thông h p ph c n nhi u

c, th i h n s d ng kho ng không và n

c a ch t h p th nhi u

t sánh v i h th ng h p th .

h p ph .

+ H thông h p ph

+ Các ch t glycol thì r

ch t rây phân t .

+Ch t h p ph có giá thành cao
và th i gian s d ng không lâu. M i

+ TEG hoàn nguyên d
nn

n hai

tháp và nhi u thi t b ph tr . [7]

so v i silica gel, alumina, h p

99%. [8]

T các d n ch ng trên thì, kh
c nh

t

t n kém nhi

vào là 10 MMSCFD và r

Quá trình

. [4]

l n thay ch t h p th là ph i d ng h
th ng.

cb

và có nhi u l i ích v

p th thì chi phí r
c b ng

p ph .

Ngành công ngh k thu t hóa h c

13

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

1.4.

i h c-Khóa 2012-2016

lý thuy t c

p th

1.4.1.
H p th là quá trình hút khí ho
t pha khí vào pha l

ng ch t l

t ch t di chuy n

c hút g i là ch t b h p th , ch t l

hút g i là dung

môi (hay ch t h p th ).
Trong công nghi p quá trình h p th

:

- Thu h i các c u t quý trong pha khí.
- Làm sách khí.
- Tách h n h p khí thành t ng c u t riêng bi t.
ng h p m t và ba, b t bu c b t bu c ph i ti n hành quá trình gi h p
thu h i các c u t

ng h p hai, thì quá trình này không

c n thi t n u dung môi r ti n, d ki

c) ch khi nào c n th c hi n thu h i dung

môi ta m i th c hi n quá trình gi i h p.
m c a quá trình h p th :
- Là quá trình truy n kh i t pha khí sang pha l ng.
- Áp su

n c a pha khí l

-

ng.

t lý gi

Quá trình h p th có th

c trong pha khí và dung môi.

c hi u m

:

Khi hai pha ti p xúc v i nhau, các c u t trong hai pha s có s chuy
nhau tùy thu c vào v n t c v t ch t
pha s

n pha kia mà n

nm

i cho

c u t trong hai

ng s

v n t c chi u thu n và chi u ngh ch b ng nhau.
G

x

y

l

t là pha l ng và pha khí; x, y là n

c

c trong pha

l ng và pha khí; vt, vn là v n t c c a pha khí vào pha l ng và c a l ng vào khí.
un

c

c trong pha l ng b ng 0 (x=0), còn n

c trong

pha khí l
Quá trình chuy n kh i x y ra khi v n t c c a pha khí vào pha l ng l
t c c a pha l ng vào pha khí (vt>vn

Ngành công ngh k thu t hóa h c

y gi m d

14

v n

n.

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m

án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Quá trình cân b

ng y=ycb, x=xcb t i tr ng thái cân b ng pha, quá trình di

chuy n v t ch t gi a hai pha là b ng nhau vt=vn..
T im

u ki

c ut

nh s t n t i m t m i quan h cân b ng gi a n
c bi u di n b

ng cân b ng.Khi cân b ng thì s khuy t

tán t ng c ng c a hai pha b ng 0.
các c u t c
là khi h

các

ng s x y ra quá trình khuy t tán c a

tr ng thái cân b ng. Gi i h n c a quá trình truy n kh i

t tr ng thái cân b ng.

Chi u khuy t tán c u t s tuân theo quy lu t:
- N u y
x

- N u y >ycb, v t ch t truy n t

y

y

Ch t phân b s

x

làm vi c th

cân b ng.

S t n t i c a m t pha hay s cân b ng pha trong h th ng ch có th th c hi n
c

nh

u ki

nh. N

s b phá h

i nh

u ki

i s pha trong h .

Quy t c pha (Gibbs) cho phép bi

i v i m t h nh

nh có th

i

bao nhiêu y u t mà cân b ng pha c a h không b phá h y.
N u g i:
- C: S b c t do
- H: S pha c a h
- K: S c u t

cl pc ah

- N: S y u t bên ngoài

n cân b ng c a h .

c pha có th bi u th b

C= K

Ngành công ngh k thu t hóa h c

15

H+N

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m


án t t nghi

i h c-Khóa 2012-2016

Hình 1.6. Gi n
Ta s xét thê

nh lu

v các y u t

pha

n quá trình cân b

hi u thêm

n quá trình h p th .

1.4.2. Các y u t

n quá trình h p th

hòa tan c a khí trong l ng ph thu c r t nhi u y u t : b n ch t dung môi và
khí, áp su t trên m t ch t l ng, nhi
t quan tr ng nh t là: Nhi

,n

các t p ch t.

xét ba y u

, áp su t và thành ph n các c u t .

hòa tan c a khí trong l

ng khí hòa tan trong m

ch t l ng,

c bi u th b ng kg/kg, kg/m3, g/l,...
hòa tan c a khí trong l ng ph thu c vào tính ch t c a khí và c a ch t l ng,
ph thu c vào nhi
a)

ng, áp su t riêng ph n c a khí trong h n h p

ng c a áp su

S

ng c a áp su
nh lu t Henry: N u

c a khí trong l ng t i nhi

hòa tan c a khí trong l ng
hòa tan ph thu
áp su t th

nh lu t Henry
i nh

hòa tan

l v i áp su t riêng ph n c a khí trong dung

d ch [17].

Thành ph n cân b ng c a các pha trong h khí dung d ch, ch t l ng hòa tan khí
iv

ng nhi

t ih

nh

nh lu t

Henry.
Ngành công ngh k thu t hóa h c

16

Khoa hóa h c và Công ngh th c ph m