LỜI NÓI ĐẦU
Từ xa xưa con nguời đã biết dầu mỏ và khí tự nhiên để phục vụ
cho cuộc sống sinh hoạt mặc dù sự hiểu biết còn hạn chế và rất lãng
phí nhưng họ cũng đã coi đó là một nguồn tài nguyên vô cùng quý
giá.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, con
người đã đánh giá và nhận thức được tầm quan trọng của chúng đối
với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Đó là nguôn nguyên nhiên
liệu chính để phát triển các ngành công nghiệp khác. Dầu mỏ và khí tự nhiên
là nguồn khoáng sản không phải là vô tận và không có khả năng tái sinh nên cần biết cách
khai thác, chế biến hợp lí chống lãng phí nguồn nguyên liệu này.
Trước đây lượng dầu mỏ được khai thác và chế biên gấp nhiều
lần khí tự nhiên khai thác, ngày nay khoảng cách đó được thu hẹp lại
bởi lượng dầu mỏ cũng đang dần cạn kiệt cùng với sự phát triển của
ngành công nghiệp chế biến dầu khí.
Ở Việt Nam ngành công nghiệp chế biến khí đã và đang trên đà
phát triển . Chúng ta đã khai thác, xây dựng được những nhà máy chế
biến nguồn tài nguyên này đáp ứng được nhu cầu sử dụng năng lượng
và có được nhiều thành phẩm có giá trị kinh tế cao. Tuy còn hạn chế
về công nghệ nhưng nó cũng đóng góp môt phần lớn vào sự phát triển
kinh tế của đất nước.
Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các
hydrocacbon paraíin còn chứa các tạp chất như: Bụi, hơi nước, khí
trơ, COT, HTS và các tạp chất hữu cơ của lưu huỳnh. Đây là các thành
phần có thể gây tổn hại đén sức khoẻ con người cũng như nó làm ăn
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 1
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
mòn đường ống thiết bị trong quá trình khai thác và chế biến. Vì vậy
trước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại
đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách

khí riêng rẽ hoặc tồn tại ở trên các lớp dầu mỏ. Trong nghĩa hẹp khí tự
nhiên được hiểu là khí trong các mỏ khí. Khí tự nhiên cũng luôn chứa
các khí vô cơ N
2
, H
2
S C0
2
khí trơ và hơi nước.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 2
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
2. Nguồn gốc dầu mỏ và khí tự nhiên
Để hiểu rõ về thành phần hoá học của dầu mỏ và khí tự nhiên
cần tìm hiểu nguồn gốc, sư hình thành chúng.Mặc dù đó là vấn đề còn
tranh cãi giữa nguồn gốc vô cơ và hữu cơ .Nhưng giả thuyết về nguồn
gốc hữu cơ có tính thuyêt phục hơn
2.1. Nguồn gốc vô cơ
Theo giả thuyết này trong lòng đất chứa các Cacbua kim loại
như AL
4
C
3
, CaC
2
các chất này bị phân huỷ bởi H
2
0 để tạo ra CH
4
và

Sabatir và Sendereus cũng đã thực hiện phản ứng hydro hoá axtylen trên
xúc tác Niken và sắt ở nhiệt độ trong khoảng 200-300°C đã thu được một loạt
các hydrocacbon tương ứng như trong thành phần dầu mỏ. Vì thế giả thuyêt về
nguồn gốc vô cơ đã được chấp nhận trong thơi gian khá dài.
Trong những thập kỉ gần đây trình độ khoa học và kĩ thuật phát triển thì
người ta bắt đầu hoài nghi về luận điểm trên vì.
+ Đã phân tích được (bằng các phương pháp hiện đại) trong dầu thô có
chứa các porphyrin có nguồn gốc từ động thực vật.
+ Trong vỏ quả đất,hàm lương Cacbua kim loại la không đáng kể.
+ Các hydrocacbon thường gặp trong các lớp trầm tích, tại đó nhiệt độ ít
khi vựơt quá 150-H 200°c (vì áp suất rất cao ), nên không đủ nhiệt độ cần thiết cho
phản ứng tổng hợp xảy ra
Vì những lý do đó mà giả thuyết về nguồn gốc vô cơ ngày càng phai
2.2 Nguồn gốc hữu cơ
Có lẽ xác động thực vật, mà chủ yếu là các loại tảo phù du sống trong
biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển
từ hàng triệu năm về trước đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên.Có
thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo 3 giai đoạn :Biến đổi sinh học bởi vi khuẩn,
biến đổi hoá học dưới tác dụng của các điều kiện địa hoá thích hợp và sự di
chuyển, tích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất.
Xác động thực vật bị phân huỷ bởi các vi khuẩn ưa thích, sau đó bơỉ các
vi khuẩn kỵ khí trong qua trình trầm lắng dần trong nước biển. Các albumin bị
phân huỷ nhanh nhất, các hydrat cacbon bi phân huỷ chậm hơn.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
(J)ăn $7hình 4
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Các khí tạo ra như N
2
, NH
3

Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Tập hợp các phản ứng hoá học đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thành
dầu mỏ và khí tự nhiên. Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của quá
trình phân huỷ hoá học dầu mỏ. Dầu mỏ càng già sẽ càng nhẹ đi, càng chứa
nhiều chất ít phức tạp, càng biến nhiều thành khí.
Dầu mỏ đang được tạo thành ở dạng hỗn hợp lỏng có thể bị di cư từ chỗ
này sang chỗ khác dưới tác dụng vận động kiến tạo của vỏ trái đất. Chúng thẩm
thấu, chui qua các lớp đất đá xốp, chúng chảy qua các khe nứt và có thể bị tập
trung, bị giữ trong những tầng đá đặc khít, tạo ra những túi dầu mà ta thường gọi
là mỏ dầu. Trong các mỏ dầu các quá trình hoá học vẫn tiếp tục xẩy ra, dầu vẫn
liên tục biến thành khí, tạo ra các mỏ khí. Không gian xẩy ra các phản ứng hoá
học đó gọi là vùng hoá học.
Cần nhớ ràng các quá trình đó xẩy ra rất chậm, kéo dài hàng chục, thậm
chí hàng trăm triệu năm rồi mà vẫn đang xẩy ra, do đó tuổi của dầu mỏ, của khí
tự nhiên là rất lớn.
Như vậy quá trình hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên có thể được biểu
diễn bằng sơ đồ tổng quát sau:
3. Phân loại
3.1. Phân loại theo nguồn gốc
Sơ đồ hình thành dầu mỏ và khí tự nhiên (1): Quá trình phân huỷ sinh học;(2,2’),(3,3’): quá
trình hoá học. A: Các vật liệu hữu cơ thực vật, Động vật B: Dầu mỏ sơ khởi.
C: Dầu mỏ.
D: Khí tự nhiên.
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
r
f)hạm (Văn ÇJhinh
6
Jit'ip : Mọc hf)tì dầu k46
Người ta đã phân chúng ra làm 2 loại dựa theo nguồn gốc của mỏ:
+ Khí thiên nhiên: là khí được khai thác từ các mỏ khí riêng biệt trong tự

r
f)hạm (Văn ÇJhinh
7
Jit'ip : Mọc hf)tì dầu k46
Theo cách phân loại này:
+ Nếu hàm lượng C
+
3 chứa lớn hơn 50g/m
3
khí ở điều kiện 15°c và 1 bar
gọi là khí béo (khí giầu).
+ Trái lại nếu hàm lượng C
+
3 chứa nhỏ hơn 50g/m
3
khí, gọi là khí gầy (khí
nghèo). Khí béo có giá trị kinh tết cao hơn khí gầy , vì người ta có thể chế biến
thành nhiều sản phẩm lỏng có giá trị kinh tế cao hơn như : Khí đầu mỏ hoá lỏng
(LPG), Condensat(C
+
5
) để pha xăng.
4. Thành phần
Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí đồng hành bao gồm hai phần
: Hydrocacbon va phi hydrocacbon
4.1. Các hợp chất hydrocacbon
Chủ yếu là các khí metan và đồng đẳng của nó như:Etan , Propan, n-
Butan,iso-Butan,ngoài ra còn một lượng ít các hợp chất C
5
, C

Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
khí Việt Nam tập trung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể :Sông Hồng, Cửu
Long, Nam Côn Sơn , và Malay-Thổ chu
+ Bể cửu Cong : Diện tích 60 ngàn km
2
với trữ lượng 50 tỷ m
3
, sản phẩm
chủ yếu dầu và khí đồng hành
+ Bể Nam Côn Sơn :Diện tích 160 ngàn km
2
với trữ lượng 160 tỷ m
3
sản
phẩm chủ yếu khí va condensat
+ Bể Malay-Thổ Chu :Nằm phía đông vinh Thái Lan, trữ lượng 140 tỷ m
3
sản phẩm dầu và khí
+ Bể Sông Hồng: Diện tích khoảng 120 ngàn km
2
, tiềm năng khí là khá
lớn khoảng 2000 tỷ m
3
khí thiên nhiên nhưng do bể co hàm lượng C0
2
lớn nên việc
khai thác và đưa vào sử dụng khí ở các mỏ này là chưa khả thi.
Bảng 1.1 Thành phần của khi thiên nhiên (% V) trong các mỏ thuộc Bể
Nam Côn Sơn
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần

Tống
100 100 100 100
Trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biến Dầu khí
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
^phạnt (J)ăn $7hình 10
Jíf?p : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Bảng 1.2 Thành phần khí đồng hành Bể Cửu Long
\ Mỏ Cấư tư
Bạch Hổ Sư tử đen Rạng Đông Ruby
O
o
0.07 0.05 0.04 0.079
n
2
0.25 1.69 0.26 0.640
Methane 74 75.08 79.20 78.026
Ethane 12.35 11.24 10.87 10.679
Propane 13.33 6.75 6.14 6.705
i-Butane
0.00
1.87 1.04 1.305
n-Butane
0.00
1.85 1.46 1.741
i-Pentane
0.00
0.51 0.35 0.308
n-Pentane
0.00
0.45 0.35 0.382

1
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ пинг : Jßoe hoứ dần
(
'Pítạnt (ĩ)ăn ÇJk în h
12
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
Trong đó : Mj - khối lượng phân tử trung
bình của phân tử j Yj - Phẩn mol của cấu tử j
trong tổ hợp Nếu gọi d là tỷ khối của tổ hợp
khí so với không khí ta có: d„h = M
tb
/29
2. Nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn
Mỗi một chất hơi có một nhiệt độ mà cao hơn nhiệt
độ đó nó không thể hoá lỏng ở bất khì áp suất nào đó gọi là
nhiệt độ tới hạn Tc , giá trị áp suất tương ứng với nó gọi là
áp suất tớ hạn P
c
, thể tích tương ứng là thể tích tới hạn V
c
,
áp suất tới hạn và nhiệt độ tới hạn phụ thuộc vào từng loại
Hyđrocabon , cùng một nhiệt độ sôi như nhau nhưng các
Hyđrocacbon thơm bao giờ cũng có nhiệt độ tới hạn cao
hơn các Hyđrocacbon Parafin.
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ пинг : Jßoe hoứ dần
(
'Pítạnt (ĩ)ăn ÇJk în h
13
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46

I - C
4
H
10
408.43 36.00
N-QH.O 425.46 37.47
N-C
5
H
12
469.60 33.25
I - C
5
H
12
460.39 33.37
N- C
6
H
14
507.40 29.73
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 14
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Pgth
=ỵp
t
,.c
i
(2.6)

^phạnt (J)ăn $7hình 15
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
Trên bảng 2.2: Trình bày giới hạn cháy nổ của Hydrocacbon và H
2
S
Cấu tử Hỗn hợp với không khí Hỗn hợp với Oxy nguyên chất
Giới hạn cháy nổ
dưới, %v
Giới hạn cháy nổ
trên, %v
Giới hạn cháy nổ
dưới, %v
Giới hạn cháy nổ
trên, %v
CH
4
5,3 14,0 5,1 61
C
2
H
6
3,0 12,5 3,2
66
C
3
H
8
2,2
9,5 2,3 55
N - C

7,7
- -
H
2
S 4,3 45,5
- -
QH
4
3,1 32,0 3,0 53
C
6
H
6
1,4 7,1
2,6
30
Trong thực tế khai thác, vận chuyển, chế biến và sử dụng khi đồng hành và khí tự
nhiên, luôn luôn phải làm việc với hỗn hợp khí, do đó phải biết cách xác định giới
hạn cháy nổ đối với hỗn hợp. Một trong các chất đó là tính giới hạn cháy nổ của
hỗn hợp theo công thức 2.7.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 16
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
(2.7)
Trong đó:
Y : Giới hạn cháy nổ của hỗn hợp
n,: Phần trăm thể tích (hoặc % mol) của cấu tử i trong hỗn hợp khí
Nj: giới hạn cháy nổ của cấu tử i.
Biết được giới hạn cháy nổ của 1 chất khí (hay của hỗn hợp khí) nắm vai trò
quan trọng trong việc phòng cháy cho hệ thống ống dẫn, trong quy trình công nghệ

558: là lượng nhiệt làm ngưng tụ 1 kg nước
h : là số Kg H liên kết
w: sô Kg nước có mặt trong 1 kg nhiên liệu ở thể hơi
Trong thực tế thì thường dùng khái niệm nhiệt trị dưới. Và nhiệt là một
trong những chỉ tiêu đánh giá chất lượng của khí hoặc hỗn hợp khí thương phẩm.
Ta có thể tính nhiệt trị của hỗn hợp khí theo công thức:
Qhh = Ỳ Q j
ỵ
j (2.9)
j=1
Trong đó:
Q
hh
: Nhiệt trị của hỗn hợp
Qj: Nhiệt trị của các tửj
Y: Phần mol của các tửj
5. Độ ẩm điểm sương của khí
- Độ ẩm của khí: Là lượng hơi nước có trong khí tại một áp suất và nhiệt
độ xác định. Độ ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ, áp suất càng tăng,
nhiệt độ càng giảm thì lượng hơi nước trong khí càng nhỏ và ngược lai. Người ta
hay dùng hai khái niệm về độ ẩm:
+ Độ ẩm tuyệt đối: Là khối lượng nước có trong một đơn vị thể tích hay
một đơn vị khối lượng của khí (đo bằng gam H
2
0/m
3
khí, gam H
2
0/kg khí).
+ Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong hỗn hợp khí

c: Nhiệt dung mol của cấu tử thứ I ở trạng thái lý tưởng ở nhiệt đô
của hệ;
AC : Đại lượng hiệu chỉnh cho áp suất.
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL Oỉộ mồn : Jlẹe koá dầu
^phạnt (J)ăn $7hình 19
Jíớp : ẨLọe hí) tí dầu k4ó
- Entalpy:
Trong ngành chế biến khí người ta thường dùng Entalpy H, đây không phải
là Etalpy tuyệt đối mà là biến thiên Entalpy từ nhiệt độ gốc quy ước T° đến nhiệt
độ đang xét T. Đơn vị đo là Kcal/Kg hoặc Kj/Kg.
Entalpy của các Hydrocacbon ở thể hơi phụ thuộc và áp suất, ở áp suất càng
lớn thì Entalpy càng nhỏ.
- Nhiệt bay hơi:
Nhiệt bay hơi là nhiệt lượng cần thiết cung cấp cho một đơn vị khối lượng
chất lỏng để nó chuyển từ pha lỏng sang pha hơi, thường được tính bằng đơn vị
Kcal/Kg hoặc Kj/Kg. Nhiệt bay hơi phụ thuộc vào áp suất, nhiệt bay hơi tăng khi
áp suất tăng.
Công thức Trouton tính gần đúng nhiệt bay hơi của một chất (cấu tử):
L = KT
tbm
/M
tb
(2.12)
Trong đó :
M
tb
: Phân tử lượng trung bình
K : Hệ số bằng 20 đến 22
T
tbm

cháy nổ rộng) là chất không có màu trứng thối rất khó chịu.
H
2
S rất độc có thể gây ngộ độc dẫn đến tử vong cho con
người khi tiếp xúc lâu với nó ờ nồng độ cao trong khí. Cho
nên, trong quá trình vận hành khí chúng ta phải hết sức quan
tâm đến sự an toàn thiết bị, đề phòng rò rỉ khí. Từ những
vấn đề phân tích trên chúng ta đã nhận thấy sự bất lợi và tác
hại của khí chua H
2
S, co, có mặt trong khí tự nhiên, khí đồng
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh
21
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
hành. Vì thế chúng ta cần phải loại bỏ chúng trước khi đưa
vào chế biến, nói một cách khác chính là làm ngọt. Tuy vậy,
bên cạnh sự tác hại của khí chua, thì chúng vẫn có lợi còn
ứng dụng được trong công nghiệp chế biến:
+ H
2
S là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất
Lưu huỳnh nguyên chất và Acid Suníuaric.
+ C0
9
cũng là nguyên nhiên liệu được dùng trong
công nghiệp chế biến thực phẩm, trong công nghiệp hoá
chất hoá học, trong nông nghiệp, trong công nghiệp sản xuất
đồ uống nước giải khát
Vì vậy, khi lựa chọn các quy trình làm ngọt khí cần

Sông Hồng có hàm lượng CO
?
tương đối cao)
Nói chung, trong các quy trình công nghệ xử lý khí
cẩn phải làm ngọt khí nhằm có mục đích:
Giảm ăn mòn đường ống, thiết bị trong quá trình
xử lý khí hay sử
dụng khí.
- Giảm thiểu khả năng gây ngộ độc chất xúc tác
trong các công đoạn chế biến sâu.
- Đảm bảo an toàn cho sức khoẻ và ô nhiễm môi
trường.
Đáp ứng tiêu chuẩn về các chỉ tiêu kỹ thuật của
sản phẩm khí thương mại.
- Thu hồi khi chua dùng cho các ngành công nghiệp
khác, khi hàm lượng lưu huỳnh trong khí là đáng kể.
2.2. Giới thiệu tổng quát về các phương pháp làm ngọt
khí:
Để loại bỏ khí chua (H
2
S, C0
2
) và các hợp chất khác
chứa lưu huỳnh không mong muốn ra khỏi tự nhiên, khí
đồng hành và khí hoá dầu. Người ta sử dụng chủ yếu yếu tô
là các quá trình hấp thụ, tuỳ thuộc vào đặc điểm tương tác
của các hợp chất này với dung môi - chất hấp thụ chúng có
<ỉ)ầ шг lất nụhiêfL (Bộ mồn : Jßoe hoứ dần
(J)ăn ÇJkînh
23

24
jßäp : Лее hí) tí dÂu U46
thụ cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn (chúng tăng lên khi nồng
độ các chất không mong muốn tăng lên). Chất hấp thụ và
sản phẩm tương tác của chúng với các tạp chất chứa trong
khí nhiên liệu nhiều khi có hoạt tính ăn mòn cao.
Cùng với sự gia tăng nồng độ amin và mức bão hoà
dung môi bởi khí chua các tạp chất không mong muốn thì
hoạt tính ăn mòn hóa học của các chất hấp thụ Alkanol amin
cũng tăng. Vì vậy, khả năng hấp thụ của chúng thường bị
hạn chế không phải bởi điều kiện cân bằng nhiệt động mà là
bởi độ bão hoà giới hạn của các chất hấp thụ bằng các khí
Acid.
2.2.2. Các quá trình làm ngọt khí bằng phương pháp
hấp thụ vật lý
Phương pháp hấp thụ này dùng bằng dùng môi hữu
cơ gồm: Propylen cacbonat (C
3
H
6
C0
3
), Di Metyl Ete
Polyetylenglycol (DMEPEG), N- Metyl Pirrolidon các
dung môi này xử lý lượng khí chua trong khí bằng phương
pháp hấp thụ vật lý.
Đặc điểm chung của quá trình:
Là các dung môi này có độ hoà tan tốt ở nhiệt độ
thấp, khả năng hấp thụ cao các khí chua (đặc biệt là khí C0
2