BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Lời nói đầu
Dehydrate hóa là một quá trình quan trọng trong công nghệ xử lý khí xa bờ cũng như
trong các nhà máy chế biến khí. Khí được loại bỏ nước từ ngoài khơi để hạn chế khả
năng tạo nút hydrate trong vận chuyển bằng đường ống và các quá trình làm với khí ẩm.
Các vấn đề có thể xảy ra:
 Ăn mòn
 Hình thành nước dạng lỏng
 Hình thành “Ice”
 Hình thành Hydrate khí
Bởi những khả năng gây nguy hiểm từ hydrate khí nên chúng phải được loại bỏ. Có một
số phương pháp để loại bỏ sự hình thành hydrate khí:
 Loại bỏ nước
 Tăng nhiệt độ
 Giảm áp suất
 Thêm các chất ức chế
Loại bỏ nước là phương pháp hiệu quả nhất để ngăn ngừa sự hình thành hydrate,
nhưng nó thực tế nó bị hạn chế bởi phải có một phân xưởng trung tâm để loại
hydrate.Có 2 phương pháp chính để loại bỏ nước là: hấp thụ, hấp phụ Hấp phụ
thường sẽ tách được lượng nước nhiều hơn bởi sử dụng các vật liệu mao quản (
Alumina, Silicagel, Zeolit ) .Tuy nhiên, nó bị giới hạn bởi vật liệu hấp phụ đắt hơn và
đòi hỏi sự tái sinh phức tạp hơn. Vì thế phương pháp phổ biến nhất hiện này là hấp thụ,
dùng các dung dịch glycol để hấp thụ nước ra khỏi dòng khí, sau đó dung môi hấp thụ được
tái sinh dễ dàng bằng phương pháp chưng cất.
Chúng ta sẽ “Thiết kế và mô phỏng quy trình Dehydration bằng phương pháp hấp thụ sử
dụng dung môi hấp thụ là TEG - Trietylenglycol “ bằng phần mềm Aspen Hysys của
hãng Aspen Technology (Cambridge, USA). Phần mềm này chuyên dùng để tính
toán và
thiết kế các quy trình công nghệ trong lĩnh vực dầu khí và hóa dầu với độ
chính xác
cao , thuận tiện và có nhiều ưu điểm.

*Thiết kế mô phỏng là quá trình thiết kế với sự trợ giúp của máy tính với các phần
mềm chuyên nghiệp.
*Mô phỏng là 1 công cụ cho phép người kĩ sư tiến hành công việc 1 cách hiệu quả
hơn
khi thiết kế 1 quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến 1 quá
trình đang hoạt động trong thực tế.
*Mục đích của thiết kế mô phỏng:
- Để mô hình hóa:
 Chia nhỏ quá trình
 Đặc tính quá trình
- Thiết kế 1 quá trình mới
- Thử lại, kiểm tra lại các quá trình đang tồn tại
- Hiệu chỉnh các quá trình đang vận hành.
- Tối ưu hóa các quá trình đang vận hành.
*Ưu điểm của mô phỏng
 Độ chính xác cao
 Thay đổi bộ số hiệu đầu vào
 Tối ưu hóa chế độ công nghệ(T,P )
 Nhanh chóng, chính xác, kiểm tra
 Thân thiện.
1.2. Tổng quan quá trình công nghệ
Chúng ta đã biết nước và hydrocarbon có thể hình thành hydrat, mà có thể làm tắc
nghẽn van và đường ống. Vì thế việc xây dựng các tháp loại nước trong khí được sử
dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý khí hiện nay. Nước cũng có thể gây ra sự ăn
mòn trong khí do có chứa thành phần axit. Cho đến tận ngày nay, thì các phương pháp
loại nước phổ biến để loại nước đó là hoặc là hấp thụ hoặc là hấp phụ. Trong phần bài
tập trình bày dưới đây chính là phương pháp loại nước mà sử kết hợp cả 2 quá trình
3
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
hấp thụ và hấp phụ, trong đó tri-ethylene glycol (TEG) và silica gel được hấp thụ và

Quá trình tái sinh
Các chức năng chính trong hệ thống tái sinh glycol có thể được chia thành ba loại:
1. Đạt được đặc tính áp suất và nhiệt độ tối ưu trong tái sinh dòng glycol giàu
2. Táisinh Glycol
3. Điều chỉnh lại áp suất và nhiệt độ dòng glycol để tối ưu được việc loại nước trong
Glycol Contactor.
Ngoài ba điểm chính, có một số tính năng bổ sung để được xem xét khi thiết kế một
phân xưởng loại nước:
 Cài đặt một tháp tách nhanh trước tháp tái sinh. Bộ phân tách này loại bỏ phần
lớn các bộ hydrocarbonbị hòa tan trong glycol.
 Bộ lọc glycol giàu nếu có các hạt rắn hoặc hydrocarbon lỏng trong glycol
 Tích hợp các bộ trao đổi nhiệt, vì vậy các glycol nghèo được làm lạnh bằng
cách nhóm các glycol phong phú, do đó giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.
 Glycol hình thánh sẽ thay thế các glycol mất đi, ví dụ ở trong bể chứa
Bởi vì những nhận xét này thiết kế của quá trình tái sinh khác nhau với thiết kế của nhà
máy. Sự tích hợp của bộ trao đổi nhiệt là đặc biệt quan trọng, bởi vì điều này làm giảm
tiêu thụ năng lượng tổng thể của nhà máy.
Mô tả quy trình
Quá trình này được mô tả bởi các thiết bị được sử dụng trong nhà máy glycol.
Tháp làm mát đầu vào
Một bộ làm mát khí vào có thể được sử dụng bởi vì việc loại nước sẽ hiệu quả hơn
khi ở nhiệt độ thấp. Một lợi ích của làm mát đầu vào là một số nước (hydrocarbon)
trong khí sẽ ngưng tụ, và được loại bỏ trong chà sàn đầu vào, thay vì trong các tiếp
xúc.
Một bộ làm mát đầu vào được sử dụng khi nhiệt độ khí đầu vào là cao hơn so với
nhiệt độ mong muốn trong contactor. Nó cũng là một công cụ hữu ích trong mô phỏng nếu
nhiệt độ trong contactor cần phải tối ưu .
5
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Tháp rửa

thông ra phía khí quyển. Nhiệt độ trong bình ngưng được đưa ra là 98,9°C
(210°F)Năng lượng cần thiết để tách glycol và nước được thay thế bởi reboiler ở
trong tháp tái sinh. Đối với TEG nhiệt độ tối đa được đề nghị trong reboiler là 204 ° C
6
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
(400 ° F). Các glycol nghèo được lấy từ các reboiler và chuyển tới bể chứa trước khi nó
được tái chế hoặc được sinh trực tiếp từ reboiler.
Áp suất trong hệ thống tái sinh cao hơn áp suất khí quyển, điều này là để đảm bảo
rằng không có không khí có thể xâm nhập vào hệ thống từ lỗ thông khí quyển. Các
điều kiện hoạt động đối với ảnh hưởng tái tạo độ tinh khiết của glycol. Ở 204
o
C hiệu
suất TEG của dòng glycol nghèo đạt khoảng 98,6% wt [B4]. Nếu độ tinh khiết của
glycol là không đầy đủ, nó có thể được cải thiện bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tạo
tiên tiến hơn.
1.3. Phương pháp hấp thụ
Ưu nhược điểm của phương pháp hấp thụ
Ưu điểm Sơ đồ đơn giản, dễ tính toán thiết kế, dễ vận hành, quá trình liên tục
nên có thể tự động hóa được, giá thành thiết bị thấp, ít tiêu hao tác
nhân làm khô khí, các chất hấp thụ dễ chế tạo. Đạt hiệu quả kinh tế
cao và được sử dụng để làm lạnh khí đến điểm sương -25
o
C -
30
o
C.
Nhược Không loại được triệt để nước nên sẽ rất khó khăn khi chế biến khí ở
điểm những giai đoạn sau, điểm sương còn cao do đó không loại triệt để
hơi nước ra khỏi khí. Để hạ điểm sương xuống thấp hơn nên dùng
phương pháp hấp thụ.

C -13 -8 -7,2 -60
Nhiệt độ bắt đầu phân - 164 206 -
hủy,
o
C
Nhiệt độ tái sinh,
o
C 165 164 206 -
Độ nhớt 20
o
C, cP 20,9 35,7 47,8 56,0
Nhiệt dung riêng, 2,35 2,09 2,20 2,47
kj/kg.C
Ưu nhược điểm của các chất hấp thụ:
Ưu điểm Nhược điểm
DEG (Dietylenglycol)
Độ hút ẩm cao, khá bền khi có mặt các Tiêu hao do thất thoát cao hơn so với
chất: S,O
2
, CO
2
ở nhiệt độ thường TEG. Khi tái sinh khó thu được dung dịch
có nồng độ DEG lớn hơn 95%. Điểm
sương thấp hơn so với khi sử dụng TEG
MEA (Monotanolamin) 10-30%, DEG 60-80%, H
2
O 5 - 10%
Chất hấp thụ có thể tách nước H
2
S, CO

Như vậy thành phần khí có chứa khí Acid (H
2
S và CO
2
) như vậy sẽ không sử dụng
DEG
vì nó có thể bị phân hủy bởi các tác nhân này ở nhiệt độ thực hiện tái sinh
(khoảng
206
o
C). Mặt khác nồng độ khí Acid không quá cao nên ta có thể chỉ cần sử dụng TEG.
Ngoài ra nó có sự thất thoát trong quá trình hấp thụ và tái sinh khá nhỏ. Như vậy ta chọn
TEG làm chất hấp thụ.
9
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Chương 2: Cơ sở của việc thiết kế tính toán mô hình
2.1. Tháp Separator
Tháp Separator dùng để tách nước tự do đi cùng với khí ra khỏi hỗi hợp trước khi đi vào
tháp hấp thụ.
Dòng vào:
Tên dòng Inlet Gas
Nhiệt độ [C] 30
Áp suất [kPa] 6200
Lưu lượng mole 500
[kgmole/h]
Thành phần
Cấu tử Phần mole
N2 0.0010
H2S 0.0010
CO2 0.0020

o
C) 29.60
Áp suất (kPa) 6100
Lưu lượng mole 20.04
(kgmole/h)
Thành phần Phần mole
H
2
S 0.0001
H
2
O 0.9999
Ở đỉnh:
Tên dòng Gas to Contactor
Nhiệt độ (
o
C) 29.16
Áp suất (kPa) 6000
Lưu lượng mole 480,0
(kgmole/h)
Thành phần Phần mole
Nitrogen 0.0010
H2S 0.0010
CO2 0.0021
Methane 0.9364
Ethane 0.0323
Propane 0.0154
i-Butane 0.0061
n-Butane 0.0031
i-Pentane 0.0010

3
0.0154
iC
4
0.0061
nC
4
0.0031
i C
5
0.0010
n C
5
0.0005
H
2
O 0.0009
TEG 0.0000
Dung môi TEG
 Lưu lượng : 6.519 kgmole/h, 100% lỏng 
Nhiệt độ : 35
o
C
 Áp suất : 6200 Kpa
 Thành phần dung môi
Cấu tử Phần mole
N
2
0.0000
H

O 0.4901
TEG 0.5099
Vậy ta có lưu lượng riêng của dung môi là m = = 6.127 kg/kg H
2
O.
Áp suất đỉnh tháp là 6190 kpa, đáy là 6200 kpa. Tháp gồm có 8 đĩa lý thuyết Bài
toán cần tính những thông số sau:
 Nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, thành phần dòng TEG giàu
 Nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, thành phần khí khô
Nồng độ các cấu tử trong dòng khí khô được tính theo công thức sau:
Y
i
=
(
Trong đó :
B = A
1
A
2
…A
i-1
+ A
2
A
3
…A
i-1
+ A
i
C = A

13
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
K
j
- hằng số cân bằng pha của cấu tử cần hấp thụ ở nhiệt độ trung bình của
quá trình hấp thụ
L - lưu lượng dung môi đi vào tháp hấp thụ (mol/h) G -
lưu lượng khí nguyên liệu (mol/h)
A
j
- yếu tố hấp thụ của cấu tử j
Thường thì ta giả sử lượng mole hơi và lỏng ra khỏi đĩa bằng nhau. Khi đó A được tính
như sau:
A
j
Thành phần các cấu tử trong dung môi bão hòa ra khỏi tháp được tính như sau:
X
j
= Y
j
Phần mole của H
2
O được tính bằng cách lấy 1 trừ phần mole các cấu từ còn lại.
Theo những công thức như trên ta tính toán được bảng số liệu sau:
Cấu tử Hệ số K Y
j
X
j
N
2

O 0.0003 0.4985
TEG 8.816 0.0000 0.4877
Nhiệt độ của các sản phẩm được lấy sấp xỉ bằng với nhiệt độ của khí nguyên liệu là
30
o
C.
14
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Áp suất của khí lấy bằng áp suất trên đỉnh tháp là 6190 Kpa, của TEG béo lấy bằng áp suất
của đáy là 6200 Kpa.
Lưu lượng các dòng sản phẩm được tính như sau:
Biết thành phần nguyên liệu vào ta biết được d = 2,848 kgmole/dm
3
, ta có :
V = = 168,54.10
-3
m
3
/h.
Biết thành phần dung môi béo ta xác định được d = 13.55 kgmole/m
3
. Tính
lưu lượng của dung môi béo ra khỏi đáy tháp bằng công thức :
L = V( w
1
- w
2
)( m + 1 )
Trong đó : w
1

Vậy lưu lượng dòng khí khô là :
V
nl
= 480 + 6.519 - 6.79 = 479.729 kgmole/h
15
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
2.3. Van VLV-100
Dòng vật chất đi qua van, bơm, và các thiết bị trao đổi nhiệt xem như có thành phần và
lưu lượng không đổi.
Do đó, ta có:
( ) ( ) ( ⁄ )
Biết áp suất dòng đầu vào, chênh lệch áp suất ∆P, tính được áp suất dòng đầu ra:
( )
Tính nhiệt độ đầu ra dòng LP TEG.
Áp dụng phương trình Peng-Robinson:
Trong đó:
16
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG
* (
Trong đó:
P: Pressure
V
m
: Molar Volume
T: Temperature
Tc : Critical temperature
P
c
: Critical pressure
a : Peng-Robinson

n-Butan 4,69E-05 0,1995 425 3800
i-Pentan 9,71E-06 0,228 460 3390
n-Pentan 5,26E-06 0,2514 470 3370
H
2
O 0,49865285 0,3443 647 22060
TEG 0,48746342 0,563 806 3958
Acentric fractor của hỗn hợp:
∑
Nhiệt độ tới hạn của hỗn hợp:
∑ ( )
Áp suất tới hạn của hỗn hợp:
∑ ( )
Tính các thông số của phương trình:
* (
)(
√
)+
18
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
* (
√
)+
* (
√
)+
Thể tích mol của hỗn hợp V
m
luôn thay đổi tùy theo nhiệt độ và áp suất. Ta cho cố
định áp suất, thử một vài giá trị của T để tìm mối quan hệ V

Ta có phương trình liên hệ V
m
và T như sau:
V
m
.100 = 0,0018T +3,3798
Thay V
m
vào phương trình Peng-Robinson
* (
√
)+
( ) ( )
Ta được T=310,56K (hay 37,4
o
C).
20
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG
2.4. Tính toán thiết bị trao đổi
nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt TEG
- Ex
Dòng thứ nhất: Pump out >
Nhiệt độ(
o
C ) 51.42
Thành phần % Phần mol
GROUP 4 - LHD K52
TEG to Recycle
35
Nhiệt dung riêng (j/kg.độ)

Thành phần
% số mol (%
n
i
)
Nhiệt dung riêng (J/kg.độ)(
C
i )
21
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Nito 0.001041 6783
H 2 S
0.001025 1812
CO
2
0.002076 847
CH 4
0.936858 932
C
2
H
6
0.032302 1005
C 3 H 8
i-C4
n-C4
i-C5
n-C5
0.012420
0.006149

* 2c
- 30.63 )
*
→
t
2c
= 31.56 (
o
C
) ≈ 31.53 (
o
C
) (giá tri tính toán theo Hysis) chỉ
lệch do làm tròn.
22
BÀI TẬP LỚN TIN ỨNG DỤNG GROUP 4 - LHD K52
Thiết bị trao đổi nhiệt L/R HEX
Dòng thứ nhất : Regen Bttms → Lean from L/R
Nhiệt độ (
O
C ) 131.7 52.90
Lưu lượng (kg/h) 556.7 556.7
Thành phần % mol
TEGlycol 0.509851
H2O 0.490149
Dòng thứ hai : LPTEG → Regen Feed
**
Nhiệt độ (
O
C

i-C5 0.000010 1038
n-C5 0.000015 1235
H2
O
TEG
0.498653
0.487463
971
000
Tính toán tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt thứ nhất:Áp dụng công thức (2-22 SGK
HC1)
Ta tính được
t
**
2c = 35.32 (
O
C )
2.5. Tháp tái sinh TEG Regenerator
Thiết bị tái sinh là một tháp chưng cất, TEG và nước được tách ra. Áp suất trong hệ
thống tái sinh cao hơn áp suất khí quyển điều này đảm bảo rằng không có không khí có
thể xâm nhập vào hệ thống từ lỗ thông khí quyển. Các điều kiện hoạt động có ảnh hưởng
tới tái tạo độ tinh khiết của Glycol.
Như ta đã đặt điều kiện thì áp suất hoạt động của tháp tái sinh cao hơn áp suất khí
quyển một chút trong khoảng 110 kPa - 150 kPa.
Trong khi đó nhiệt độ đỉnh không thấp hơn 100
o
C, để đảm bảo nước ở dạng hơi sẽ được
tách ra ở đỉnh tháp và nhiệt độ không được vượt quá 206
o
C tại vì quá nhiệt độ này thì

CO2 8,87
Dựa vào bảng trên tính được nhiệt dung riêng của các dòng Regen feed, Sour Gas,
Regen Bttms như sau :
Dòng C
Regen Feed 240,1
Sour Gas 37,57
Regen Bttms 259,7
P (KJ/Kmole.
o
C)
C
P
 C pi C i
25

Trích đoạn Các thiết bị điều khiển RCY-1và ADJ-1

---