1
LỜI CẢM ƠN
Trong những năm được học tại trường Đại Học Mỏ - Địa Chất, em đã nhận
được sự dạy dỗ, chỉ bảo ân cần từ các thầy cô giáo, với những kiến thức mà các thầy
cô đã truyền đạt cho chúng em vô cùng bổ ích và quý báu, để phục vụ cho bản thân
em vì ngày mai lập nghiệp.
Em vô cùng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Lọc – Hóa dầu,
khoa Dầu Khí những người đã dạy chúng em tận tình, chỉ bảo chúng em những kiến
thức vô cùng bổ ích về chuyên ngành chúng em học.
Đặc biệt em xin gửi lời cám ơn đến TS. Ngô Thanh Hải đã hướng dẫn tận tình và
chỉ bảo em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.
Em xin cảm ơn những kiến thức bổ ích và sự giúp đỡ nhiệt tình của cô để em hoàn
thành đồ án này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 11 năm 2014
Sinh viên thực hiện:
1
2
Mục Lục

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG ĐỒ ÁN
STT Hình vẽ Tên hình vẽ Trang
1 Hình 2.1 Sơ đồ mô tả chế độ công nghệ AMF 25
2 Hình 2.2 Sơ đồ mô tả chế độ công nghệ MF 29
3 Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ chế độ GPP 32
4 Hình 2.4 Sơ đồ công nghệ chế độ GPP chuyển đổi 37
5 Hình 3.1 Hình ảnh cấu tạo đơn giản của tháp chưng
cất
41
6 Hình 4.1 Sơ đồ dòng tại đỉnh tháp 48
7 Hình 4.2 Sơ đồ dòng để tính cân bằng cho toàn tháp 49
2

12 Bảng 4.7 Điều kiện làm việc tại đỉnh tháp 55
13 Bảng 4.8 Điều kiện làm việc tại đáy tháp 56
14 Bảng 4.9 Tính L và V trong nguyên liệu 57
15 Bảng4.10 Phần mol các cấu tử trong nguyên liệu ở
pha hơi và pha lỏng
58
16 Bảng 4.11 Độ bay hơi tương đối của các cấu tử so với
HK
59
17 Bảng 4.12 Tìm hệ số với q= 0,7052 62
18 Bảng 4.13 Độ hồi lưu tối thiểu h
min
61
19 Bảng 4.14 Entanpy của dòng khí tại đỉnh tháp 62
20 Bảng 4.15 Entanpy của dòng distilat tại đỉnh tháp 63
3
4
21 Bảng 4.16 Entanpy của dòng hơi nguyên liệu 65
22 Bảng 4.17 Entanpy của dòng lỏng nguyên liệu 65
23 Bảng 4.18 Entanpy của dòng sản phẩm đáy 66
24 Bảng 4.19 Entanpy của dòng hồi lưu tại đáy tháp 67
25 Bảng 4.20 Khối lượng riêng của dòng lỏng tại đĩa số 1 68
26 Bảng 4.21 Khối lượng riêng của dòng lỏng tại đĩa số
17
69
27 Bảng 4.22 Nhiệt độ và áp suất tới hạn tại đỉnh tháp 70
28 Bảng 4.23 Nhiệt độ và áp suất tới hạn tại đáy tháp 71
29 Bảng 4.24 Kết quả tính toán được so với số liệu tham
khảo
74

4
là cụm thiết bị rất quan trọng trong dây truyền công nghệ này.
Cho nên việc nghiên cứu tháp chưng cất là yêu cầu rất cần thiết để tiếp cận với
những tiến bộ khoa học kỹ thuật của ngành công nghiệp dầu khí thế giới. Chính vì
những lý do trên em chọn đề tài “ Tìm hiểu quy trình công nghệ nhà máy xử lý
khí dinh cố và tính toán một số thông số kỹ thuật cho tháp tách butan ’’.
Đồ án được thực hiện với mục tiêu hiểu và tính toán được các thông số của
tháp chưng cất như: đường kính tháp, chiều cao tháp…, với lưu lượng nguyên liệu
và yêu cầu sản phẩm cho trước. Đồng thời nắm được các chế độ vận hành trong nhà
máy chế biến khí Dinh Cố.
Cấu trúc đồ án gồm 4 chương:
Chương 1 giới thiệu tổng quan về khí tự nhiên các tính chất vật lý và hóa học,
những ứng dụng của khí trong công nghiệp hiện nay. Chương 2 giới thiệu tổng quan
nhà máy chế biến khí Dinh Cố như: mục đính và ý nghĩa của nhà máy, các sản
phẩm của nhà máy và các chế độ vận hành. Chương 3 nêu khái quát chung về tháp
chưng cất như cấu trúc và nguyên tắc hoạt động. Chương 4 tính toán các thông số
cơ bản của tháp chương cất phân đoạn C
3
và C
4
của nhà máy chế biến khí Dinh Cố.
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHÍ
1.1. Khái niệm khí tự nhiên
Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH
4 ,
C
2
H
6 ,
C

metan(80-95% có mỏ lên đến 99%) còn lại là các khí như êtan, propan, butan…
Khí đồng hành: khí nằm trong dầu khi khai thác dầu có sự giảm áp ta sẽ thu
được khí này. Thành phần chủ yếu vẫn là metan nhưng hàm lượng các cấu từ nặng
hơn (C
2
+
) tăng lên đáng kể.
1.2.2. Phân loại theo hàm lượng axit
Theo cách phân loại này, ta có 2 loại khí sau:
Khí chua: khí có hàm lượng H
2
S>5,7mg/m
3
, và/hoặc hàm lượng CO
2
>2% thể
tích.
Khí ngọt: khí có hàm lượng các khí axit H
2
S<5,7mg/m
3
, và hàm lượng
CO
2
<2% thể tích.
1.2.3. Phân loại theo hàm lượng C
3
+
Theo cách phân loại này thì có 2 loại khí: khí béo và khí gầy
Khí béo: khí có hàm lượng C

Mỗi chất khí có một nhiệt độ mà ở trạng thái cao hơn nhiệt độ đó, chất khí
này không thể hóa lỏng ở bất kì áp suất nào. Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ tới hạn
(T
c
) tương tự T
c
ta cũng có khái niệm áp suất tới hạn P
c
, tại điểm tới hạn (T
c
, P
c
)
không còn khái niệm lỏng hay hơi, sôi hay ngưng tụ.
Đối với hỗn hợp khí nhiệt độ tới hạn và áp suất tới hạn phụ thuộc vào thành
phần hỗn hợp, ứng với mỗi thành phần khí sẽ tồn tại đại lượng nhiệt độ giả tới hạn
T
pc
và áp suất tới hạn P
tc
có thể tính gần đúng theo công thức:
T
pc
= ∑ T
ci
Y
i
( [1]- 51)
P
pc

pr
Z = f (T
pr
,P
pr
).
1.3.2. Áp suất hơi bão hòa
Áp suất hơi bão hòa của một chất lỏng là áp suất hơi riêng phần gây ra bởi
các phần tử hơi chất đó tồn tại trên mặt thoáng khi chất lỏng bay hơi nhiều nhất, hay
nói cách khác khi có cân bằng bay hơi – ngưng tụ.
Nếu dung dịch là chất khí lý tưởng theo định luật Rasult ta có:
P
i
= P
i
0
. X
i
Trong đó: P
i
: áp suất riêng phần của cấu tử i trong pha hơi
7
8
P
i
0
: áp suất hơi bão hòa của cấu tử i nguyên chất ở cùng một nhiệt độ
X
i
: phần mol của cấu tử i trong pha lỏng áp suất hơi bão hòa là đại

không đổi thì một phần hơi nước sẽ ngưng tụ thành giọt lỏng như sương. Nhiệt độ
mà tại đó hơi nước ngưng tụ được gọi là điểm sương. Khí có điểm sương càng thấp
thì hàm lượng nước trong khí càng nhỏ (điểm sương ở đây là điểm sương theo
nước).
1.3.4. Nhiệt dung riêng, nhiệt bay hơi, entanpy
Nhiệt dung riêng
8
9
Nhiệt dung riêng của một chất khí ký hiệu là C là lượng nhiệt cần thiết để
làm tăng nhiệt độ của một đơn vị khối lượng chất đó lên một độ, thường được đo
bằng cal/kg
0
C.
Nhiệt dung riêng là một hàm có giá trị phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và bản
chất của nó. Nhiệt dung của các hydrocacbon tăng gần như tuyến tính với nhiệt độ,
gảm theo tỷ khối. Nhiệt dung của hỗn hợp khí phụ thuộc mỗi chất khí có một nhiệt
độ mà ở trạng thái cao hơn nhiệt độ đó.
Nhiệt bay hơi
Nhiệt bay hơi là lượng nhiệt cần thiết cung cấp cho một đơn vị khối lượng
chất lỏng để 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
Entanpy
Trong chế biến khí người ta thường dùng Entanpy H, đây không phải là
entapy tuyệt đối mà là biến thiên entanpy từ nhiệt độ gốc quy ước T
0
đến nhiệt độ T
đang xét.
Đơn vị thường dùng của Entanpy là kcal/kg.
H =

2
H
6
3.0 12.5 3.0 66.0
C
3
H
8
2.2 9.5 2.3 55.0
n-C
4
H
10
1.9 8.5 1.8 49.0
i-C
4
H
10
1.8 8.4 1.9 40.0
n-C
5
H
12
1.4 8.3 - -
n-C
6
H
14
1.2 7.7 - -
H

Khí dầu mỏ có ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và trong đời sống:
dùng cho sản phẩm xuất điện, cho các hộ công nghiệp, cho sản xuất phân urê, cho
hóa chất, cho tiêu thụ trong gia đình, cho giao thông vận tải.
Với ưu việt như vậy, khí dầu mỏ dùng làm nhiên liệu ở hầu hết các lĩnh vực kinh tế.
1.4.1. Sử dụng làm nhiên liệu
Ở nhiều nước đã dùng khí để phát điện (chiếm 70-80% sản lượng khí) bằng
các nhà máy điện chạy bằng tuabin khí, tuabin khí chu trình hỗn hợp.
Trong các ngành công nghiệp khác có thể sử dụng trong các lò đốt trực tiếp
trong các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng, luyện cán thép, sản xuất đồ gốm,
thủy tinh cao cấp, sản xuất hơi cho các mục đích sấy, tẩy rửa,… và yêu cầu công
nghệ khác của nhà máy chế biến thực phẩm, dệt, sợi,…
Trong giao thông vận tải, LPG có thể thay thế các loại nhiên liệu được sử
dụng trước đây là xăng, diesel cho các loại xe ôtô. Nó là loại nhiên liệu sạch, ít làm
ô nhiễm môi trường.
Ngoài ra khí còn làm chất đốt lý tưởng dùng cho đun nấu trong gia đình và
các dịch vụ ( nhà hàng, khách sạn), khí còn dùng cho các hệ thống sưởi ấm hoặc
điều hòa nhiệt độ ở những trung tâm lớn.
1.4.2. Sử dụng khí làm nguyên liệu
Khí còn có thể dùng làm nguyên liệu trong các ngành công nghiệp khác.
11
12
Sản xuất phân đạm urê cho nông nghiệp, chất nổ cho khai khoáng và quốc
phòng.
Sản xuất Methanol bán sản phẩm, từ đó có thể điều chế MTBE ( là một loại
phụ gia tăng chỉ số octan cho xăng thay cho chì, giảm độc hại môi trường), sợi tổng
hợp. Methanol là nguyên liệu chính để sản xuất nhiều sản phẩm công nghiệp quan
trọng như formalin, axit axêton, metylmetaxylat (MMA), dymethyltelephtalat
(DMT), alefin,…
Sản xuất sắt xốp theo công nghệ hoàn nguyên trực tiếp thay cho phương
pháp cốc hóa than truyền thống.

Khí đồng hành thu gom được từ mỏ Bạch Hổ được dẫn về nhà máy GPP theo
đường ống ngầm đường kính 16 inch để xử lý nhằm thu hồi LPG, Condensate và
khí khô. Hiện nay, nguồn nguyên liệu vào nhà máy từ mỏ Rạng Đông và mỏ Bạch
Hổ. Thành phần nguyên liệu vào nhà máy được thống kê trong bảng 2.1:
13
14
Bảng 2.1. Thành phần khí về bờ từ CPP (%mol) [9]
Tên mẫu
Khí Rạng
Đông
Condensate
trắng
Khí sau
làm khô
Khí về
bờ
Tên cấu tử % mol % mol % mol % mol
N
2
0,243 0 0,213 0,233
CO
2
0,022 0 0,026 0.033
Metan 79,52 7,919 75,472 75,873
Etan 10,469 8,523 10,574 11,97
Propan 6,366 14,426 6,383 6,671
I-Butan 1,091 6,038 1,556 1,454
N-Butan 1,518 11,73 2,333 2,074
I-Pentan 0,257 6,624 0,679 0,526
N-Pentan 0,213 9,128 0,777 0,57

Trọng lượng phân tử
TB, g/mol
20,93 67,63 23,44 22,18
Nhiệt cháy cao, KJ/m
3
(15,5
0
C, 1at)
47782,6 - 52855,2 50298
Nhiệt cháy thấp KJ/m
3
(15,5
0
C, 1at)
43345,7 - 48076,7 45692,2
Lưu lượng: 5,7 triệu m
3
/ngày
Áp suất: 60 - 70 bar
Nhiệt độ: 25
0
C
2.3. Các sản phẩm của nhà máy
2.3.1. 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 3255-86.
15
16
Bảng 2.2. Yêu cầu của khí khô thương phẩm [9]

Ppm
≤
36 ASTM D2385-81
Nhiệt trị toàn phần (GHV) MJ/m
3
37<GHV<4
7
ASTM D3588-91
Thành phần khí (%mol)
O
2
%mol < 7,5
ASTM D1945-96
CO
2
, N
2
%mol < 6,6
C
1
, C
2
, C
3
, C
4
,C
5
%mol Số liệu báo
cáo

ASTM
D2784-89
Hàm lượng nước tự do, (%kl)
Không
có
Không
có
Không
có
ASTM
D95
Độ ăn mòn tấm đồng trong 1h ở
37,8
0
C
Số 1 Số 1 Số 1 ASTM D
1838-91
Thành phần cặn sau khi bốc hơi
100 ml, max (ml)
0,05 0,05 0,05
ASTM
D1657-91
Tỷ trọng ở 15
0
C (kg/l)

ASTM
D1657-91
Hàm lượng etan (%mol) - -
ASTM

tích
Tỷ trọng ở 15
0
C (kg/l) Số liệu báo
cáo
ASTM D1298-90
áp suất hơi bão hoà ở 37,8
0
C (pis,
max)
11,2 ASTM D323-94
Hàm lượng lưu huỳnh (% kl,
max)
0,25 ASTM D1552-95
Hàm lượng nước (% tt) 0,1 ASTM D95-90
Hàm lượng cặn lắng (% kl, max) 0,01 ASTM D473-95
Axit tổng (mg KOH/g mẫu, max) 0,033 ASTM D974-95
Cốc cặn 10% đáy (%kl) 0,01 ASTM D189-95
Ăn mòn tấm đồng trong 3h ở
50
0
C
Loại 1 ASTM D130-94
Hàm lượng tro (% kl) 0,005 ASTM D482-94
Hàm lượng muối(mg/l) < 10 ASTM D3230-89
Hàm lượng mercaptan (ppm, 40 ASTM D3227-96
18
19
max)
Chỉ số octan (RON) (min) 45 ASTM D2699-95a

/ngày cho các nhà máy điện và thu hồi
condensat với sản lượng 340 tấn/ngày. Đây đồng thời cũng là chế độ dự phòng cho
chế độ MF, khi các thiết bị trong chế độ MF, GPP xảy ra sự cố hoặc cần sửa chữa,
bảo dưỡng mà không có thiết bị dự phòng.
2.4.1.2. Các thiết bị chính
Đây là chế độ nhà máy ở cụm thiết bị tối thiểu tuyệt đối. Nó bao gồm các thiết
bị chính sau:
- Hai tháp chưng cất C-01, C-05.
- Ba bình tách V-06, V-08, V-15.
19
20
- Máy nén Jet Compresser EJ-01 A/B.
- Bồn chứa Condensat TK-21.
2.4.1.3. Mô tả chế độ vận hành AMF
Khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ được đưa tới Slug Catcher của nhà máy bằng
đường ống 16” với áp suất 109 bar, nhiệt độ 25,6
0
C. Tại đây, condensat và khí được
tách ra theo các đường riêng biệt để tiếp tục xử lý, còn nước chứa trong condensat
cũng được tách nhờ trọng lực và đưa vào bình tách nước (V-52) để xử lý. Ở đây
nước được giảm áp tới áp suất khí quyển và hydrocacbon bị hấp thụ sẽ được giải
phóng đưa vào đốt ở hệ thống cột đuốc. Nước sau đó được đưa tới hầm đốt (ME-
52).
Dòng lỏng đi ra từ Slug Catcher sẽ được giảm áp và đưa vào bình tách V-03
hoạt động ở 75 bar và được duy trì ở nhiệt độ 20
0
C. V-03 dùng để tách hydrocacbon
nhẹ hấp thụ trong lỏng bằng cách giảm áp. Với việc giảm áp từ 109 bar xuống 75
bar, nhiệt độ sẽ giảm thấp hơn nhiệt độ hình thành hydrat nên để tránh hiện tượng
này bình được gia nhiệt đến 20

nhiệt của đáy C-01 là E-01A/B đến 194
0
C. Khí ra ở đỉnh tháp có nhiệt độ 64
0
C được
trộn với khí nguyên liệu nhờ EJ-01A/B/C. Dòng Condensat ở đáy tháp được trao
đổi nhiệt tại E-04A/B và được làm lạnh bằng không khí ở E-09 để giảm nhiệt độ
xuống 45
0
C trước khi ra đường ống dẫn Condensat về kho cảng hoặc chứa vào bồn
chứa TK-21.
21
C-01
22
22
Dầu nóng
23
2.4.2. Chế độ vận hành MF [10]
2.4.2.1. Mục đích.
Trong chế độ vận hành MF, sản phẩm của nhà máy ngoài lượng khí thương phẩm
cung cấp cho các nhà máy điện, còn thu được lượng Condensat là 380 tấn/ngày và
lượng Bupro là 630 tấn/ngày.
2.4.2.2. Các thiết bị chính.
Đây là chế độ hoạt động trung gian của nhà máy. MF là chế độ cải tiến của chế độ
AMF. Nên ở chế độ này nhà máy bao gồm toàn bộ các thiết bị của chế độ AMF (trừ
EJ-A/B/C) cộng thêm các thiết bị chính sau :
− Tháp ổn định Condensat C-02
− Các thiết bị trao đổi nhiệt : E-14, E-20
− Thiết bị hấp thụ V-06A/B
2.4.2.3. Mô tả chế độ vận hành MF

20
0
C lên 80
0
C tại thiết bị E-04A/B nhờ dòng lỏng ra từ tháp ổn định C-02.
Có 3 dòng nguyên liệu được đưa đến tháp C-01:
− Dòng khí đến từ V-03 vào giữa đĩa thứ 2 và 3 của tháp C-01
− Dòng lỏng từ V-03 vào đĩa thứ 20 của tháp C-01
− Dòng lỏng đến từ đáy C-05 vào đĩa trên cùng của tháp C-01
Tại đây các hydrocacbon nhẹ như C
1
, C
2
được tách ra và đi lên đỉnh tháp, sau đó
nó được nén từ 25 bar lên 47 bar nhờ máy nén K-01 trước khi được dẫn qua đường dẫn
khí thương phẩm.
Phần lỏng ra từ đáy tháp C-01 được đưa đến tháp C-02.
Tháp C-02 làm việc ở áp suất 11 bar, nhiệt độ đỉnh 60
0
C và nhiệt độ đáy 154
0
C. Tại
đây C
5
+
được tách ra ở đáy tháp, sau đó chúng được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt E-
04A/B để gia nhiệt cho dòng lỏng ra từ đáy V-03. Sau khi ra khỏi E-04A/B lượng lỏng
này được đưa đến làm lạnh tại thiết bị trao đổi nhiệt bằng không khí E-09 trước khi đưa
ra đường ống hoặc ra bồn chứa condensat TK-21.
Phần hơi ra khỏi đỉnh tháp C-02 là Bupro, hơi Bupro được ngưng tụ tại E-02, một