Tài liệu Khoa dầu khí - lựa chọn sơ đồ công nghệ chế biến khí nam côn sơn nhằm thu hồi c3+

Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí Lời mở đầu Hiện nay, ngành công nghiệp được đánh giá là ngành mũi nhọn trong chiến lược phát triển kinh tế của nước ta là ngành dầu khí. Nhưng thực tế thì ngành công nghiệp này đang phải đối mặt với rất nhiều khó khăn và thử thách. Cả nước mới chỉ có nhà máy lọc dầu Dung Quất, nhưng theo dựa kiến đến năm 2009 thì nhà máy lọc dầu này mới đi vào hoạt động và kế tiếp đó tổ hợp lọc-hoá dầu ở Nghi Sơn - Thanh Hoá và nhà máy lọc dầu ở Long Sơn Bà Rịa Vũng Tàu cũng dự kiến đi vào xây dựng. Còn hiện tại thì nhà máy chế biến khí vẫn đóng một vai trò khá lớn trong nền kinh tế của nước ta. Hiện nay, trong nước mới chỉ có nhà máy chế biến khí Dinh Cố là đi vào hoạt động và hàng năm cũng cung cấp được một phần LPG cho đất nước giảm tình trạng nhập khẩu LPG. Hơn nữa, nhà máy còn góp phần giải quyết công ăn việc làm cho một lượng lớn người lao động tăng GDP cho đất nước. Còn lại một lượng lớn khí ở ngoài giàn được đưa vào bờ như nhà máy khí Nam Côn Sơn, khí điện - đạm Cà Mau mới chỉ dừng lại ở việc thu hồi khí cung cấp cho các nhà máy điện và Condensate. Theo kế hoạch sắp tới nhà máy Nam Côn Sơn sẽ tăng lưu lượng khí vào bờ. Nếu cứ để tình trạng trên thì sẽ lãng phí một lượng lớn LPG vào trong khí khô và Condensate. Mặt khác, xét về mặt giá trị sử dụng thì LPG đem lại lợi ích kinh tế hơn so với Condensate. LPG được dùng trong dân dụng, và trong rất nhiều lĩnh vực công nghiệp khác. Đặc biệt, để giải quyết vấn đề năng lượng người ta đã và đang tiến hành đưa khí hoá lỏng vào chạy các động cơ như : xe máy, ô tô. Việc sử dụng LPG thay xăng chạy các động cơ trên sẽ đem lại rất nhiều lợi ích. So với xăng thì việc dùng LPG để chạy các động cơ sẽ kinh tế hơn, khả năng ô nhiễm cũng giảm. Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 1 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí Đứng trước nhu cầu thiết thực trên, tôi đã quyết định chọn đề tài: “Lựa chọn sơ đồ công nghệ chế biến khí Nam Côn Sơn nhằm thu hồi C 3+” làm đồ án tốt nghiệp. Mục đích cơ bản của đề tài là:  Lựa chọn công nghệ chế biến khí nhằm thu hồi các sản phẩm mong muốn với giá trị cao nhất.  Đề xuất đầy đủ dây chuyền công nghệ và tìm ra các thông số công nghệ tối ưu nhằm thu hồi sảm phẩm mong muốn với giá trị cao nhất. Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 2 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 3 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất 1.1. Khoa Dầu Khí Khái niệm,và thành phần của khí. 1.1.1. Khái niệm. Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH 4, C2H6, C3H8 ... có trong lòng đất. Chúng thường tồn tại thành những mỏ khí riêng rẽ hay tồn tại trên các lớp dầu mỏ. Khí tự nhiên cũng luôn chứa các khí vô cơ như N 2, H2S, CO2 , khí trơ, hơi nước... 1.1.2. Thành phần của khí tự nhiên Thành phần hoá học của khí tự nhiên khá đơn giản, bao gồm: hợp chất hydrocacbon, hợp chất phi hydrocacbon. - Các hợp chất hydrocacbon. Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí CH 4 và đồng đẳng của nó như: C2H6, C3H8, n-C4H10, i-C4H10, ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp chất C5+. Hàm ??????????????của các cấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí. Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là C 1 còn các cấu tử nặng hơn như C3, C4 là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kỳ vị trí nào đều là như nhau, nó không phụ thuộc vị trí khai thác. Đối với khí đồng hành thì hàm lượng các cấu tử C 3, C4 cao hơn và thành phần của khí phụ thuộc vị trí khai thác và thời gian khai thác. - Các hợp chất phi hydrocacbon. Ngoài các thành phần chính là hydrocacbon, trong khí dầu mỏ còn chứa các hợp chất khác như : CO2, N2, H2S, H2O, CS2, RSH, He, Ar, Ne ... Trong đó cấu tử thường chiếm nhiều nhất là N 2. Đặc biệt, có những mỏ khí chứa hàm lượng He khá cao. Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 4 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí - Hơi nước bão hoà: Khí tự nhiên luôn chứa hơi nước bão hoà, và hàm lượng hơi nước trong khí khai thác được phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ, áp suất, thành phần hoá học của khí trong suốt quá trình khai thác. Lượng hơi nước cực đại trong khí ở 200C, 1atm là 20g/m3. 1.2. Phân loại khí dầu mỏ Có nhiều cách phân loại khí, mỗi phương pháp được đưa ra đều dựa trên những tiêu chí khác nhau. 1.2.1. Phân loại theo nguồn gốc hình thành. Theo nguồn gốc hình thành khí được phân thành ba loại: - Khí tự nhiên: là khí khai thác từ các mỏ khí, mà thành phần chủ yếu là metan (80-95% có mỏ lên đến 99%), còn lại là các khí khác như êtan, propan, butan... - Khí đồng hành: là khí khai thác từ mỏ dầu. Ơ áp suất lớn khí tan trong dầu nên khi khai thác lên mặt đất do sự thay đổi áp suất khí bị tách ra. Thành phần chủ yếu vẫn là metan nhưng hàm lượng các cấu tử nặng hơn (C2+) tăng lên đáng kể. - Khí ngưng tụ: Thực chất là dạng trung gian giữa dầu và khí, bao gồm các Hydrocacbon như : Propan, butan ... 1.2.2. Phân loại theo hàm lượng khí axít. Theo hàm lượng khí axit thì khí được phần thành hai??????????: - Khí chua: là khí có hàm lượng H2S ≥ 5,7 mg/m3 khí ở đktc hoặc và hàm lượng CO2 ≥ 2% thể tích. - Khí ngọt: là khí có hàm lượng H2S và CO2 nhỏ hơn quy định trên. 1.2.3. Phân loại theo hàm lượng C3+. Theo cách phân loại này thì có hai loại khí: Khí béo và khí gầy Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 5 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí - Khí béo: là khí có hàm lượng C3+ lớn hơn 50g/cm3, có thể sản xuất ra khí tự nhiên hoá lỏng LNG (Liquefied Natural Gas), khí dầu mỏ hoá lỏng LPG và sản xuất một số Hydrocacbon riêng biệt cho công nghệ tổng hợp hữu cơ hoá dầu. - Khí gầy: là khí có hàm lượng C3+ nhỏ hơn 50g/cm3, dùng làm nhiên liệu cho cho công nghiệp và sưởi ấm. 1.2.4. Phân loại theo cấp độ chế biến. Theo cách phân loại này ta có hai loại: khí khô và khí ẩm: - Khí khô: là khí chưa qua chế biến. - Khí thương phẩm: là sản phẩm khí thu được từ thiên nhiên hay khí đồng hành sau khi được xử lý tách loại nước và các tạp chất cơ học, tách khí hoá lỏng (LPG) và khí ngưng tụ (Condensate) tại nhà máy xử lý khí. Thành phần khí khô thương phẩm bao gồm chủ yếu là metan, etan, ngoài ra còn có propan, butan ... và một số tạp chất khác như nitơ, cacbondioxit, hydrosulphur với hàm lượng cho phép. 1.3. Tính chất hoá - lý của hydrocacbon 1.3.1. Phương trình chuyển pha Clapeyron - Clausius Trong quá trình chế biến khí việc chuyển pha là rất quan trọng bởi vì sự thay đổi thể tích khi chuyển từ pha khí sang pha lỏng là rất lớn. Phương trình clapeyron - Clausius cho thấy mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển pha và áp suất: ∆V dT ∆V Τ ⋅ ∆V = = ∆Η Τ = dP ∆S ∆Η Trong đó: ∆Η : Nhiệt chuyển pha. ∆V : Biến thiên thể tích trong quá trình chuyển pha. ∆S : Biến thiên entropy trong quá trình chuyển pha. Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 6 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí 1.3.2. Trạng thái vật lý của hydrocacbon - Khí hydrocacbon không màu, không mùi, không vị. Vì vậy để kiểm tra độ rò rỉ của khí người ta thêm vào chất tạo mùi, tuỳ theo yêu cầu mức độ an toàn. Chất tạo mùi thường sử dụng trong các quy trình kiểm tra độ rò rỉ của khí là Mercaptan. - Tính tan của chúng không giống nhau, không trộn lẫn với nước và dễ dàng hoà tan trong các dung môi hữu cơ. - Điểm sôi của các hydrocacbon no mạch thẳng tăng dần theo số nguyên tử cacbon trong mạch. 1.3.3. Giới hạn cháy nổ + Giới hạn cháy nổi dưới của một chất: Là nồng độ tính ra phần trăm thể tích hoặc phần trăm mol trong không khí hoặc trong oxi nguyên chất có giá trị cực tiểu có thể cháy được khi gặp ngọn lửa. + Giới hạn cháy nổ dưới của một chất: là nồng độ tính ra phần trăm thể tích (phần trăm mol) trong không khí hoặc trong oxi nguyên chất có giá trị cực đại có thể cháy được khi gặp ngọn lửa. + Vùng cháy nổ: là vùng hỗn hợp khí có thành phần về phần trăm thể tích (%V) hoặc phần trăm mol nằm trong miền giới hạn cháy nổ dưới và giới hạn cháy nổ trên. + Vùng an toàn: là vùng hỗn hợp khí có thành phần về phần trăm thể tích (%V) hoặc phần trăm mol nằm ngoài vùng cháy nổ. 1.3.4. Nhiệt trị (nhiệt cháy hay năng suất toả nhiệt) Nhiệt trị của một chất là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy một lượng chất ấy để tạo ra các oxit cao nhất hoặc các chất bền. + Nhiệt trị trên (nhiệt trị cao): Là nhiệt trị của phản ứng cháy khi nước sinh ra tồn tại ở thể lỏng. Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 7 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất Khoa Dầu Khí + Nhiệt trị dưới (nhiệt trị thấp): Là nhiệt trị của phản ứng khi nước sinh ra tồn tại ở thể hơi. 1.3.5. Các đại lượng tới hạn: - Nhiệt độ tới hạn (Tc): nhiệt độ tới hạn của một chất là nhiệt độ mà ở nhiệt độ cao hơn chất khí không biến thành chất lỏng ở bất kỳ áp suất nào. Nhiệt độ tới hạn được xác định bằng thực nghiệm thông qua công thức: 391,7(n − 1) Tc = 2,645 + (n − 1) 0,785 + 190,7 Trong đó: n: Là số nguyên tử cacbon. - áp suất tới hạn (Pc): áp suất tới hạn của một chất là áp suất mà ở áp suất cao hơn chất khí không biến thành chất lỏng ở bất kỳ nhiệt độ nào. áp suất tới hạn cũng được xác định bằng thực nghiệm và được xác định theo công thức: Pc = 49,51 7,977 + n1, 2 - Thể tích tới hạn (Vc): Thể tích tới hạn được xác định bằng thực nghiệm thông qua công thức có thể sai lệch 4 cm3/mol: Vc = 58,0 n + 22 1.3.6. Độ ẩm và điểm sương của khí hydrocacbon - Độ ẩm của khí là lượng nước chứa trong khí Có hai khái niệm được đưa ra để đánh giá độ ẩm trong khí là độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối. + Độ ẩm tuyệt đối (hàm ẩm) là lượng hơi nước có trong khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định được tình bằng kg H 2O/m3 khí hoặc g H2O/lít khí. Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền 8 Lớp: Lọc-Hoá dầu K47 Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất + Khoa Dầu Khí Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm bão hoà ở cùng điều kiện nhiệt độ và áp suất. - Điểm sương: Có hai phương pháp tính điểm sương của khí: + Điểm sương theo nước: là nhiệt độ tại đó hơi nước bắt đầu ngưng tụ tạo thành sương mù ở áp suất nhất định. + Điểm sương theo hydrocacbon: là nhiệt độ tại đó hydrocacbon bắt đầu suất hiện ở thể lỏng ở áp suất nhất định. 1.4. Các sản phẩm của quá trình chế biến khí. 1.4.1. Khí khô thương phẩm. Khí khô thương phẩm được bảo quản và vận chuyển trong đường ống dẫn khí cao áp đến 50 bar. Khí khô thương phẩm là sản phẩm dễ cháy nổ nên cần được bảo quản và vận chuyển phù hợp với TCVN 3254 - 89 và TCVN 325586. Đặc tính của khí khô thương phẩm. Bảng 1.1: Yêu cầu kỹ thuật cần đạt được của khí khô thương phẩm. Tên chỉ tiêu Điểm sương của nước ở 45bar Điểm sương của hydrocacbon ở 45 bar Hàm lượng tạp chất có đường kính không lớn hơn 10 µm Hàm lượng H2S Hàm lượng lưu huỳnh tổng (H2S và mercaptan) Nhiệt trị toàn phần (GHV) Sinh viên: Đồng Thị Thu Huyền Đơn vị tính Mức chất lượng Phương pháp phân tích 0 C <5 ASTM D1142-95 0 C <5 Ppm ≤ 30 Tính theo thành phần khí Phương pháp trọng lượng Ppm Ppm ≤ 24 ≤ 36 ASTM D2385-81 ASTM D2385-81 MJ/m3 37 - Xem thêm -