Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 1

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Công Nghệ Chế Biến Khí
Đề 11: Tính toán tháp làm khô khí bằng TEG
Cấu tử

C
1
C
2
C
3
n-C
4

n-C
5

n-C
6

H
2
S

N
2
CO
2

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 2

Bài làm
Phần I: TIỀM NĂNG KHÍ Ở VIỆT NAM
 Việt Nam được thế giới nhìn nhận là một quốc gia dầu khí non trẻ trong cộng
đồng các quốc gia dầu khí trên thế giới.
 Theo PetroVietnam Gas Company, tiềm năng nguồn khí Việt Nam tập trung ở
5 vùng trũng chính: trũng Sông Hồng, trũng Cửu Long, trũng Nam Côn Sơn,
trũng Mã lai – Thổ Chu và trũng miền Trung có khả năng cung cấp khí trong
vài thập kỷ tới. Các vùng trũng này đến nay vẫn đang giai đoạn nghiên cứu và
đánh giá một cách chi tiết.
 Hiện nay, chỉ có 2 trũng có trữ lượng thương mại là trũng Cửu Long và trũng
Nam Côn Sơn thuộc thềm lục địa phía nam nước ta. Trong đó mỏ dầu Bạch
Hổ và mỏ Rồng thuộc vùng trũng Cửu Long đã và đang cho sản lượng khai
thác khí đồng hành quan trọng nhất.
Bảng 1: Tiềm năng khí ở Việt Nam
Mỏ khí Trữ lượng thực tế
(tỉ m
3
)
Trữ lượng tiềm năng
(tỉ m
3
)
Sông Hồng
Cửu Long
Nam Côn Sơn
Mã Lai – Thổ Chu
Các mỏ nhỏ khác

1. Mục Đích Quá Trình Làm Khô Khí
- Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các Hydrocacbon Parafin còn
chứa các tạp chất như: bụi, hơi nước, khí trơ, CO
2
, H
2
S và các hợp chất hữu cơ
của lưu huỳnh. Một số khí (CH
4
, C
2
H
6
, C
3
H
8
, i- C
4
H
10
, H
2
S, CO
2
và N
2
) có khả
năng tạo hydrat khí làm tắc nghẽn đường ống, cản trở quá trình vận hành của các
thiết bị trong quá trình chế biến khí như bơm, quạt,máy nén, thúc đẩy ăn mòn…

 Có môi trường và đủ thời gian
+ Công thức của các hydrat khí:
CH
4
.6H
2
O, C
2
H
6
.8H
2
O, C
3
H
8
.17H
2
O, i- C
4
H
10
. 17H
2
O,
H
2
S. 6H
2
O, CO

- Sự sấy khô khí bằng các chất hấp thụ này dựa trên sự khác biệt về áp suất
riêng của hơi nước trong khí và trong chất hấp thụ.
- Chất hấp thụ sấy khô là những dung dịch nước đậm đặc của mono-, di- và
trietylenglycol.
- Lượng ẩm có thể tách ra từ khí bằng các chất hấp thụ - sấy khô được xác
định bằng khả năng hút ẩm của các chất hấp thụ, nhiệt độ và áp suất, sự tiếp
xúc giữa khí với chất hấp thụ, khối lượng chất hấp thụ tuần hoàn trong hệ và
độ nhớt của nó.
2.2 Làm khô bằng phương pháp hấp phụ dùng chất hấp phụ rắn xốp (vật liệu
mao quản)
- Khi cần phải sấy khí với độ hạ điểm sương tới 100  200
o
C và yêu cầu khí
sau khi sấy có điểm sương rất thấp -85  -100
o
C, ta sử dụng phương pháp hấp
phụ.
- Hấp phụ là quá trình tập trung các chất trên bề mặt hoặc trong không gian
của các vi lỗ xốp của chất rắn.
- Quá trình sấy khô khí bằng các chất hấp phụ dựa vào khả năng của các vật
thể rắn với cấu trúc xác định hấp phụ lượng ẩm từ khí ở nhiệt độ tương đối
thấp và sau đó tách ẩm khi tăng nhiệt độ.
- Trong công nghiệp chế biến khí, người ta thường dùng silicagel, oxit nhôm
hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolit 3A và 4A. Hiện nay, việc sử dụng zeolit có
nhiều triển vọng vì đạt điểm sương rất thấp và có thể làm việc ở nhiệt độ cao.
2.3 Phương pháp nén khí hoặc làm lạnh
Phương pháp đơn giản nhất để làm giảm lượng ẩm có trong khí là làm lạnh
khí ẩm đến nhiệt độ dưới nhiệt độ điểm sương của hỗn hợp khí. Hơi nước sẽ
bị ngưng tụ và tách khỏi khí dưới dạng những hạt sương.
Nhưng trong đa số trường hợp, nếu chỉ làm lạnh sẽ không đủ và khó điều

+ dễ chế tạo, tan hoàn toàn
trong nước với bất kỳ tỉ lệ nào
+ không ăn mòn  cho phép
dùng kim loại rẻ tiền để chế
tạo thiết bị
+ làm giảm nhiệt độ đông
đặc của dung dịch nước  có
thể dùng dung dịch nước của
các glycol làm chất hấp thụ
nước ở nhiệt độ âm
- Có thể đạt được điểm sương
thấp và sự giải ẩm cao trong
khoảng rộng của các thông số
kỹ thuật
- Sự thay đổi nhiệt độ và áp
suất không gây ảnh hưởng lớn
đến chất lượng sấy
- Quá trình rất thuận tiện và
đơn giản
Nhược điểm
- Sự sấy khí bằng glycol được
thực hiện đến điểm sương
không thấp hơn -25  -30
o
C
 muốn sấy triệt để hơn cần
dùng dung dịch glycol đậm

– CH
2
– OH
- TEG được sử dụng làm chất hấp thụ vì đáp ứng được các yêu cầu của một
chất hấp thụ:
 Có độ hút ẩm cao.
 Có áp suất hơi bão hòa đủ nhỏ để tránh thất thoát khi tái sinh.
 Dễ tái sinh để đạt nồng độ cao
 Nhiệt độ sôi khác nhiệt độ sôi của nước để có thể dễ dàng tách nước (dễ
dàng nhả hấp thụ để tái sinh chất hấp thụ).
 Độ nhớt đủ nhỏ để dễ dàng lưu thông trong tháp và tiếp xúc tốt với hỗn
hợp khí trong tháp hấp thụ và thiết bị trao đổi nhiệt…
 Ít hòa tan hoặc không hòa tan Hydrocacbon
 Chịu được nhiệt độ lạnh (không bị đông cứng) khoảng -20  -30
o
C
 Tính ăn mòn kém
 Khả năng tạo bọt kém khi tiếp xúc với dòng khí
 Có độ bền nhiệt và bền oxy hóa cao
 Không độc hại cho người làm việc, không gây ô nhiễm môi trường
 Giá thành rẻ.
- Một số tính chất hóa lý quan trọng của TEG
1,119
285,5
-7,2
206,7
185  200
37,3
0,69
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 7

- Một số nhận xét về ảnh hưởng của TEG đến quá trình sấy khí:
 Nồng độ dung dịch TEG càng cao, mức độ sấy khí càng cao, tức là khí
sau khi sấy có điểm sương càng thấp.
 Độ hạ điểm sương T cho biết mức độ sấy khí của chất hấp thụ.
Độ hạ điểm sương phụ thuộc vào nồng độ dung dịch TEG, nhiệt độ tiếp
xúc của dung dịch TEG với khí ẩm và lưu lượng tưới dung dịch TEG:
+ Nồng độ glycol sạch là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến điểm sương
của khí, nó cao hơn ngay cả khi tăng lưu lượng tuần hoàn glycol.
Muốn làm khô triệt để thì cần dung dịch glycol có độ sạch càng cao.
+ Nhiệt độ tiếp xúc của dung dịch TEG với khí ẩm càng lớn, độ hạ
điểm sương càng cao.
+ Khi giảm nồng độ TEG (tức là lượng nước trong tháp hấp thụ tăng
lên) ảnh hưởng của lưu lượng nước tưới dung dịch TEG đến T giảm
đi. (Đồ thị hình 1).
Trong thực tế thường sử dụng mật độ tưới 10  35 lít TEG cho 1 kg
hơi ẩm tách khỏi khí.
 TEG có nhiệt độ phân hủy cao (T
ph
= 206,7
o

- Tạo được điểm sương cho khí sau làm khô khá cao (47
o
C)
- Khi tái sinh dễ dàng thu được dung dịch có nồng độ khối lượng cao trên 99%
Nên nó được dùng trong hầu hết các hệ thống làm khô khí.
2. Sơ Đồ Nguyên Tắc Cụm Thiết Bị Hấp Thụ Làm Khô Khí Bằng TEG

* Kí hiệu thiết bị: * Kí hiệu dòng:
1: Tháp hấp thụ I: Khí ngyên liệu ẩm
2, 4: TB trao đổi nhiệt II: Khí đã làm khô
3: TB thổi khí để tách III: Dòng TEG giàu ra khỏi
Hydrocacbon hòa tan đáy tháp hấp thụ
5: Tháp tái sinh IV: Dòng hơi nước (có một ít TEG)
6: TB gia nhiệt V: Dòng TEG bổ sung nếu cần
7: TB làm nguội VI: Dòng TEG tái sinh (TEG nghèo)
8: Bồn chứa VII: dòng hơi nước quá nhiệt
9: Bơm hoặc dòng dầu nóng

VIII: Khí thổi ra
IX: Hơi nước đi vào khí quyển

Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 9

- Điều kiện làm việc của tháp hấp thụ: Quá trình hấp thụ tỏa nhiệt nên làm việc
ở nhiệt độ thấp(15 – 38
o
C) để tránh chảy nhớt và áp suất cao (6  8,5 MPa).
- Điều kiện làm việc của tháp tái sinh: Làm việc ở áp suất thấp (1  1,2 bar) và
nhiệt độ cao (115 Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 10

3. Tính Toán Tháp Hấp Thụ Làm Khô Khí Bằng TEG
Bước 1 : Cụ thể hóa các số liệu ban đầu
- Thành phần khí ngyên liệu
Cấu tử

C
1
C
2
C
3
n-C
4

n-C
5

n-C
6

H
2
S

Bước 2: Xác định nồng độ tối thiểu α
min
của TEG
Dựa vào nhiệt độ tiếp xúc T
tx
(bằng nhiệt độ của khí nguyên liệu) và điểm
sương của khí đã sấy khô để xác định nồng độ tối thiểu α
min
của TEG cần để
thu được điểm sương cho trước của khí thông qua đồ thị hình II.8 (trang 98 –
[1]).
Trong tháp tiếp xúc (contactor), TEG sạch chỉ tiếp xúc với khí tại mâm trên
cùng còn ở các mâm dưới nồng độ TEG bị giảm đi do đã hấp thụ nước. Cho
nên trong tháp tiếp xúc, điểm sương thực tế của khí đã làm khô sẽ cao hơn từ
5 - 8
o
C so với điểm sương cân bằng.
Theo bài cho điểm sương của khí khô yêu cầu là +10
o
C. Chọn điểm sương
thấp hơn 8
o
C.
Vậy nhiệt độ điểm sương của khí khô để tra đồ thị sẽ là 2
o
C.
Theo bài ra, nhiệt độ của khí nguyên liệu là 60
o
C, do quá trình hấp thụ là
quá trình tỏa nhiệt nên làm việc ở điều kiện nhiệt độ thấp để tránh chảy nhớt

2
S chiếm 0,5%V.
Vậy hàm lượng của H
2
S được xác định như sau:
- Trong 1 std m
3
(= 1000 lit) khí nguyên liệu chứa thể tích H
2
S là:



= 1000.
,

= 5 (lít)
- Ở đktc: T = 15 + 273 = 288
o
C, P = 1atm
Từ PT trạng thái: PV = nRT, khi n = 1 mol ta có thể tích của 1 mol khí V
M
là:
V
M
=


=
,.

khí nguyên liệu ở đktc

là:
m


= 0,2119  34 g/mol = 7,2046 g = 7204,6 mg/std m
3
>> 5,7 mg/ std m
3
Theo quy ước: khí chua là khí có hàm lượng H
2
S  5,7 mg/ std m
3

Mà trong thành phần khí nguyên liệu còn có cả CO
2
: %


= 0,5 %.
Vậy khí nguyên liệu đã cho là khí chua nên khi xác định hàm lượng ẩm của
khí nguyên liệu phải xét cả hàm lượng ẩm do H
2
S và CO
2
đóng góp.
Áp dụng CT tính hàm lượng ẩm W
1
của khí nguyên liệu đối với khí chua:

2
S đóng góp



– hàm lượng ẩm do CO
2
đóng góp
y



– phần mol của H
2
S
y


– phần mol của CO
2
y
HC
– phần mol của Hydrocacbon,
( y
HC
= 1 - y



- y

+ Từ đồ thị hình 1có: W
HC
= 1050 kg/10
6
std m
3
+ Từ đồ thị hình 2 có: 


= 1300 kg/10
6
std m
3
+ Từ đồ thị hình 3 có: 



= 1700 kg/10
6
std m
3
 W
1
= 0,99. 1050 + 0,005. 1300 + 0,005. 1700 = 1054,50 (kg/10
6
std m
3
)
Tại T
khí khô

)
Bước 4: Lưu lượng dung môi tuần hoàn
L
1
= V.( W
1
- W
2
).l , kg/h
Trong đó :
V - thể tích khí bơm vào (m
3
/h)
l - lưu lượng riêng chất hấp thụ (kg/kg H
2
O)
W
1
, W
2
- hàm ẩm của khí nguyên liệu và khí thành phẩm (kg/ m
3
)
 L
1
=166666,67.(1054,50 – 198,83).10
-6
.30 = 4278,35 (kg/h)
Bước 5: Nồng độ dung dịch TEG giàu (bão hòa) ra ở đáy tháp 
2


α

L

+
(
W

−W

)
V
=
4278,35 ∗98
4278,35+
(
1054,50 −198,83
)
∗10

∗166666,67
= 94,8%
Bước 6: Lưu lượng dung dịch TEG giàu ra khỏi đáy tháp L
2
L
2
= L
1
+ (W

Trong đó:
M
o
- khối lượng phân tử của chất hấp thụ: M
TEG
= 150 đvC
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 15

W
2
= 198,83 kg/10
6
std m
3
= 198,83.10
-3
g/ m
3
 K =
,.

[
(
,
)
..,]
,..
(
,

100
= 147,36
 L
′
=




=
,
,
= 29,03 (Kmol/h)
- Xác định V
’
từ V:
V
’
=




Với V
15
: thể tích của một mol khí chiếm ở 15
o
C và 1atm.
V
15


=
W

−W

W

=
1054,50−198,83
1054,50
= 0,81
Bước 10: Hệ số tách lý thuyết có chú ý đến lượng nước trong TEG nghèo
φ

=
φ

∗Y′

Y′

−K∗X′


Trong đó :
- 


: nồng độ phần mol của nước trong dung dịch TEG nghèo

n+1
=


.,

=
,.

.,

= 0,0014

 φ

=
,∗,
,,∗,
= 0,996
Bước 11: Xác định số đĩa lý thuyết của tháp hấp thụ dựa vào PT Kramser (rút gọn):

L
=






 A

n
thực
=




Trong đó:  - hiệu suất làm việc của đĩa, 0,25    0,4
Chọn  = 0,35
 n
thực
=
,
,
= 17,15  18 đĩa
Vậy số đĩa thực tế của tháp là: n
thực
= 18 đĩa
Bước 13: Tính đường kính D của tháp hấp thụ
=0,0114

0,1..
ω.P
(  )
Trong đó :
Q  lưu lượng khí nguyên liệu, m
3
/h
T  nhiệt độ khí nguyên liệu, K
P  áp suất khí nguyên liệu, Mpa

Nhiệt độ (
o
C)
Áp suất (Mpa)
Hàm lượng ẩm W
1
(kg/m
3
)

166666,67
40
7,5
1054,50.10
-6
Khí khô
Điểm sương (
o
C)
Áp suất (Mpa)
Hàm lượng ẩm W
2
(kg/m
3
)

10
7,3
198,83.10
-6

0,0018
Yếu tố hấp thụ A
2,28
Hệ số tách ẩm
Thực tế
Lý thuyết

0,81
0,996
Tháp hấp thụ
Số đĩa lý thuyết (đĩa)
Số đĩa thực tế (đĩa)
Đường kính (mm)
Chiều cao (m)

6,003
18
440
12
Đồ án môn Công nghệ chế biến khí
Nguyễn Trang Nhung – Lọc hóa dầu K52 Page 18 Tài Liệu Tham Khảo:
1. Công Nghệ Chế Biến Khí Thiên Nhiên Và Khí Dầu Mỏ
Hoàng Minh Nam dịch  Trường ĐH Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
2. Gas Conditioning And Processing, Volume 1  John M. Campbell
3. Công Nghệ Chế Biến Khí Tự Nhiên Và Khí Đồng Hành
Nguyễn Thị Minh Hiền  NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội


Keywords:
Comments:
Creation Date: 11/5/2011 11:02:00 AM
Change Number: 4
Last Saved On: 11/5/2011 11:20:00 AM
Last Saved By: N
Total Editing Time: 1 Minute
Last Printed On: 11/5/2011 11:21:00 AM
As of Last Complete Printing
Number of Pages: 18
Number of Words: 3,123 (approx.)
Number of Characters: 17,804 (approx.)