BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CỤM PHÂN XƯỞNG
TÁCH LPG TRONG NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ
TỪ NGUỒN KHÍ SƯ TỬ TRẮNG VỚI NĂNG SUẤT
NHẬP LIỆU 10 TRIỆU SM3/NGÀY

Trình độ đào tạo: Đại học chính quy
Ngành: Công Nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành: Hóa dầu
Người hướng dẫn

: Tiến sĩ Lê Công

Tánh
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành
Luân
MSSV: 1152010122 Lớp: DH12HD

TP. Hồ Chí Minh, năm 2016


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tính toán thiết kế của riêng tôi
dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Lê Công Tánh. Các số liệu và kết quả nghiên cứu
trong đồ án tốt nghiệp này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác.
Nếu có bất kì sự sao chép về số liệu cũng như về kết quả, tôi xin chịu trách

Bắt đầu đi vào tìm hiểu và xây dựng tính toán một thiết bị trong ngành công nghiệp
dầu khí, kiến thức của em còn hạn chế và rất nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, chắn chắc sai
sót là không thể tránh khỏi, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ các anh chị
trong Phòng Công Nghệ thuộc Tổng Công ty Tư Vấn Thiết Kế Dầu Khí và các thầy
cô khóa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu những


người đã dìu dắt truyền đạt kiến thức cho em để kiến thức của em trong lĩnh vực
này này ngày càng được hoàn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc tập thể quý anh chị thuộc Phòng Công Nghệ, Tiến
Sĩ Lê Công Tánh, Kỹ sư Nguyễn Thế Thịnh cũng như quý thầy cô Khoa Hóa Học
và Công Nghệ Thực Phẩm đại học Bà Rịa – Vũng Tàu thật dồi dào sức khỏe để tiếp
tục thực hiện tốt công việc cũng như sứ mệnh của mình.
Trân trọng.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 5 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thành Luân


MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ NGÀNH
CÔNG NGHIỆP KHÍ ..................................................................................... 2
1.1 Giới thiệu về ngành công nghiệp khí Việt Nam .................................... 2
1.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2........................................... 2

3.3.2 Tính toán hiệu suất đĩa và số đĩa làm việc thực tế ........................ 41
3.4 Tính toán thông số kỹ thuật của tháp .................................................. 43
3.4.1 Tính toán cân bằng cho tháp ........................................................ 43
3.4.2 Tính toán thông số kĩ thuật tháp ................................................... 44
3.4.3 Tính toán cơ khí của tháp ............................................................. 51
3.4.4 Tính toán thiết bị phụ trợ ............................................................. 59
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CHI PHÍ ........................................................... 73
4.1 Tính toán sơ bộ lượng nguyên liệu sử dụng: ....................................... 73
4.2 Tính sơ bộ chi phí vật liệu của tháp LPG: ........................................... 74
KẾT LUẬN .................................................................................................. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 76
PHỤ LỤC .................................................................................................... 78
Phụ lục 1: Bản vẽ chi tiết tháp tách LPG .................................................. 78
Phụ lục 2: Sơ đồ công nghệ cơ bản của nhà máy GPP. ............................. 79

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
LPG: Liquefied Petroleum Gas
GDC: Trung tâm phân phối khí Phú Mỹ
GPP: Chế độ GPP cho nhà máy chế biến khí

iv


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần các dòng nguyên liệu: .................................................. 5
Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu ....................................................... 7

Hình 1.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 ............... 4
Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí ............................................... 6
Hình 2.2 Sơ đồ mô tả hệ thống làm lạnh khí nguyên liệu ............................... 9
Hình 2.3 Sơ đồ hoạt động của nhà máy chế biến khí………………………………11

Hình 2.4 Sơ đồ đơn giản của một tháp chưng cất ......................................... 13
Hình 2.5 Minh họa condenser....................................................................... 15
Hình 2.6 : Một số dạng reboiler .................................................................... 16
Hình 2.7 Mô tả Reboiler dạng Thermosiphon............................................... 16
Hình 3.1 Sơ đồ làm việc của đỉnh tháp và condenser .................................... 29
Hình 3.2 Đáy, nắp thiết bị ........................................................................... 51
Hình 3.3 Bích ghép thân với đáy, nắp ........................................................... 52
Hình 3.4 Bích ghép thân thiết bị với ống dẫn ............................................... 53
Hình 3.5 Mô tả chân đỡ của tháp ................................................................. 56
Hình 3.6 Mô tả tai treo thiết bị ..................................................................... 57

vi


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, nguồn cung cấp khí đốt cho các hộ tiêu thụ khu vực Đông Nam Bộ
chủ yếu là từ hai bể Nam Côn Sơn và Cửu Long [18]. Tuy nhiên do sự sụt giảm
đáng kể về sản lượng cũng như chất lượng của các nguồn cung cấp khí này, nên nhu
cầu cấp thiết đặt ra là phải tìm kiếm nguồn cung cấp với trữ lượng lớn ổn định và
đạt yêu cầu về chất lượng tốt trong tương lai.
Quá trình thăm dò và khai thác thử đã cho tín hiệu tốt tại vùng bể Cửu Long với sự

Ngoài các vùng mỏ chính kể trên, còn có nhiều mỏ có triển vọng về dầu và khí đồng
hành lớn. Bể Cửu Long có triển vọng lớn về dầu nhưng đồng thời cũng có một
lượng lớn khí đồng hành. Nhưng với sự sụt giảm đáng kể sản lượng của các nguồn
cung cấp khí: Bạch Hổ; Rạng Đông[21,tr 5] thì việc bổ sung các nguồn cung cấp
mới( Sư Tử Trắng; Hải Sư Tử Trắng) là điều hết sức cần thiết.
1.2 Dự án: Nam Côn Sơn 2 và nhà máy GPP 2
Dự án đường ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2 là dự án trọng điểm quốc gia, bao
gồm các hạng mục chính như đường ống ngoài biển (có chiều dài khoảng 325 km,
đường kính ống 26 inches, xuất phát từ Hải Thạch-Mộc Tinh đi qua Thiên ƯngMãng Cầu, Bạch Hổ và tiếp bờ tại Long Hải) và phần trên bờ (bao gồm khoảng 9

2


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

km tuyến ống 26 inches từ điểm tiếp bờ đến Nhà máy GPP2, Nhà máy GPP2, các
trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm từ Nhà máy GPP2 đến Phú Mỹ.
Khu vực bể Nam Côn Sơn được đánh giá là có tiềm năng lớn về khí thiên
nhiên. Để thu gom khí khai thác từ các mỏ Hải Thạch - Mộc Tinh, Thiên Ưng Mãng Cầu, các mỏ khí khác của bể Nam Côn Sơn và bể Cửu Long và vận chuyển
về bờ để cung cấp các sản phẩm cho các hộ tiêu thụ ở khu vực Nam Bộ và có tính
đến việc vận chuyển khí nhập khẩu trong tương lai.
Nhà máy GPP2, các trạm và tuyến ống dẫn sản phẩm thuộc Hợp đồng EPC Nhà
máy xử lý khí GPP2 là những hạng mục quan trọng của dự án Đường ống dẫn khí
Nam Côn Sơn 2. Nhà máy sẽ được xây dựng tại xã An Ngãi - huyện Long Điền tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, được thiết kế có khả năng xử lí 10 triệu m3 khí/ngày đêm
cho 1 dây chuyền với chế độ phân tách LPG và có xem xét/nghiên cứu xây dựng,
lắp đặt hệ thống thu hồi etan cùng hệ thống tách riêng propan trong tương lai.Từ
Nhà máy xử lý khí GPP2, khí khô được vận chuyển qua tuyến ống đến Trung tâm
phân phối Khí Phú Mỹ (GDC) để tiếp nhận và phân phối khí cho các hộ tiêu thụ

nhà máy GPP2 là rất cần thiết.
1.3 Hoạt động của phân xưởng tách LPG
a, LPG và nhu cầu sử dụng hiện nay
Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) là một nhóm các loại khí Hydro-Carbon, chủ yếu
bao gồm Propane và Butane (gồm cả Iso-Butane), phát sinh từ quá trình lọc dầu thô
hoặc chế biến khí tự nhiên, khí đồng hành. [17]

Hình 1.2 Triển vọng cung- cầu LPG trong nước cho đến năm 2020 [21]

4


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ VÀ CỤM PHÂN
XƯỞNG TÁCH LPG
2.1 Thiết kế, mô phỏng sơ bộ nhà máy chế biến khí

Thiết kế, tính toán cấu hình cơ bản dựa trên các bước:
1. Sử dụng phần mềm Hysys[3] mô phỏng thành phần của nguyên liệu, xây dựng
quy trình nhà máy GPP để tính toán hoạt động của tháp chưng cất tách LPG.
2. Sử dụng các số liệu từ quá trình mô phỏng kết hợp với tính toán để xác định các
thông số cơ bản của tháp tách LPG và các cụm công nghệ phụ trợ.
2.1.1 Thiết kế sơ đồ hoạt động
* Nguyên liệu
Được thiết kế để thu hồi các sản phẩm Sale Gas, Etan và LPG cũng như phần
condensat. Nhà máy (GPP) thiết kế được nhập liệu từ nguồn nguyên liệu của mỏ khí
Sư Tử Trắng với các thông số cơ bản [6]:

1,3234
2,1404
0,9085
1,0058
1,3133
1,5469
1,829
1,1213
0,7064
0,5005

%
DST#3
0,0584
0,149
71,185
9,1636
5,4549
1,3703
2,2378
0,957
1,0549
1,2126
1,4066
1,5868
0,9757
0,6027
0,4286

Khối lượng

phần
C12
C13
C14
C15
C16
C17
C18
C19
C20
C21
C22
C23
C24
C25
C26
C27
C28
C29
C30
C31
C32
C33
C34
C35
C36+

SVTH: Nguyễn Thành Luân

%

0,2994
0,2307
0,1878
0,1504
0,1281
0,1146
0,0977
0,078
0,0688
0,0605
0,0539
0,0468
0,0413
0,0362
0,0323
0,027
0,023
0,0184
0,0148
0,0122
0,0097
0,0074
0,0066
0,0501

Khối lượng
168
182
196
210

0,840
0,845
0,850
0,855
0,859
0,864
0,868
0,871
0,875
0,879
0,882
0,885
0,888
0,891
0,894
0,897
0,900
0,903
0,920

Điểm sôi ºC
214
233
252
269
285
301
316
330
343

Chưng cất

sơ bộ

sấy khí

khí

Tách Etan,
LPG

Hình 2.1: Sơ đồ cơ bản cho nhà máy xử lý khí

6


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

2.1.2 Chọn thiết bị tách lỏng đầu vào nhà máy
Đường ống NCS 2 được thiết kế để làm vận chuyển hai pha lỏng – khí.
Nguyên liệu đầu vào nhà máy là dòng nguyên liệu với nhiệt độ 250C, áp suất là 70
bar. Ta có thể thấy ở điều kiện như trên một phần dòng khí đã hóa lỏng, nên cần
phải có một thiết bị tách lỏng phù hợp để phân tách dòng lỏng - khí trong nguyên
liệu. Bảng 2.2 là tính chất của dòng nguyên liêụ dựa trên kết quả của phần mềm mô
phỏng Hysys:
Bảng 2.2 Tính chất của dòng nguyên liệu
Tên dòng
Tỷ lệ lỏng hơi

10,00

7,57

2,43

579216,63

259820,91

319395,72

30805,31

18819,87

11985,43

-105162,55

-80344,84

-182588,23

157,46

148,42

185,66


2.1.3 Chọn hệ thống sấy khí
Ta có nhiệt độ điểm sương đối với dòng khí đầu vào là 21,93 0C trong khi yêu
cầu đối với sản phẩm là nhiệt độ điểm sương của nước ở áp suất 45 bar là 5 0C, do
đó khí này được xếp vào khí có hàm ẩm cao cần phải tách nước để đảm bảo hiệu
yêu cầu của sản phẩm khí sau phân tách[5].
Ngoài ra nước có mặt trong khí khi ở điều kiện nhiệt độ, áp suất thích hợp sẽ tạo
thành các tinh thể hydrate làm ảnh hưởng đến quá trình vận hành của các thiết bị
trong quá trình chế biến khí (như bơm, quạt, máy nén, van . . .), ngoài ra sự có mặt
của hơi nước và các hợp chất chứa lưu huỳnh sẽ làm tiền đề thúc đẩy sự ăn mòn
kim loại, làm giảm tuổi thọ và thời gian sử dụng thiết bị.
Lựa chọn phương pháp tách nước:[1,tr 147],[10,tr 118]
Có nhiều phương pháp làm khô khí, tùy thuộc vào hàm lượng nước đầu vào, yêu
cầu điểm sương theo mong muốn và cách lựa chọn công nghệ chế biến khí mà ta
lựa chọn các phương pháp khác nhau. Để đạt được nhiệt độ điểm sương thấp
( khoảng -90 đến
-1000C) ta phải sử dụng phương pháp hấp phụ vì các lí do[10,tr 124-126]:
- Đây là phương pháp cần sử dụng để sấy khô khí với độ hạ điểm sương tới
100 0C – 120 0C và yêu cầu khí sau khi sấy phải có điểm sương thấp trong khoảng 60 đến -90 0C để tách etan.
- Quá trình làm lạnh bằng giãn nở Turbo-Expander đòi hỏi dòng khí phải có
nhiệt độ tạo thành hydrate rất thấp.
- Khả năng làm việc trong một thời gian dài, dễ tái sinh, tuổi thọ thường 2 – 3
năm.
Trong công nghiệp chế biến khí các chất hấp phụ thường dùng là silicagel, Al2O3
hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolite 4A và 5A. Khi tính toán thiết kế, kết hợp giá trị
điểm sương của khí sau khi sấy với các chất hấp phụ mà lựa chọn môi chất hấp phụ
phù hợp được nêu trong bảng 2.3[10,tr 125]:

8



xuống -30C nhờ tận dụng dòng nhiệt lạnh từ đỉnh tháp T-100. Sau đó nhờ chu trình

9


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

làm lạnh ngoài sẽ giảm nhiệt độ xuống còn -250C, một lần nữa tận dụng dòng nhiệt
lạnh từ đỉnh tháp T-100 để hạ nhiệt độ xuống còn -45 0C.
-Dòng nguyên liệu ở nhiệt độ -450C này sẽ được phân tách khí/lỏng để dòng lỏng
đổ vào tháp T-100. Dòng khí tách ra được giảm áp từ 65 bar xuống còn 22 bar khi
đó nhiệt độ sẽ được giảm từ -45 xuống còn -85.6 0C sau đó nhờ trao đổi nhiệt với
dòng từ đỉnh tháp T-100 để hạ nhiệt độ xuống -88,90C sau đó được dẫn vào tháp T100.
- Dòng sản phẩm đi ra từ đỉnh tháp T-100 có nhiệt độ thấp ( -100 0C) nên sẽ được
tận dụng trao đổi nhiệt để làm lạnh dòng nguyên liệu vào đình tháp.
2.1.5 Lựa chọn sơ đồ phân tách sản phẩm [2,tr 321]
Theo như quy trình cơ bản của nhà máy, ta sẽ có đáy thiết bị phân tách cho ra dòng
lỏng, đáy tháp demethanize cho dòng C2+, nên ta cần có tháp tách Etan và tháp tách
LPG.
Ngoài ra, do sản phẩm thô ở đáy thiết bị phân tách V-101 là hỗn hợp lỏng có
chứa nhiều cấu tử nhẹ chưa phân tách nên cần có thêm một tháp ổn định condesat
để tăng hiệu suất thu hồi sản phẩm.
Đề xuất sơ đồ hoạt động của nhà máy như hình 2.3:

10


Đồ án tốt nghiệp

Dòng nguyên liệu qua thiết bị giãn nở được làm lạnh sâu xuống đến -89 0C sau
đó đổ vào tháp T-100. Dòng nguyên liệu thứ 2 được chia ra từ dòng nguyên liệu ban
đầu ở nhiệt độ -450C được giảm áp xuống đến 27 bar sau đó đổ vào tháp T-100.
Lượng C2+ từ đáy tháp demethanize được qua tháp T-101 và T-103, hai tháp
hoạt động ở điều kiện áp suất lần lượt là 22 bar và 15 bar. Tại đây cac sản phẩm như
Ethane, LPG và Condensat được tách ra.
2.2 Phân xưởng tách LPG trong nhà máy chế biến khí
2.2.1 Hoạt động phân xưởng tách LPG
Nhà máy chế biến khí được xây dựng nhằm thu hồi LPG từ nguồn nguyên liệu
với hiệu suất thu hồi khoảng 80 – 99% C3.

12


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

Phân xưởng tách LPG được hoạt động dựa trên dòng nguyên liệu đã tách các sản
phẩm nhẹ là C1, C2 . Sản phẩm của phân xưởng LPG là LPG và condensat để phục
vụ cho nhu cầu pha trộn xăng thương phẩm.
Dựa theo sơ đồ nhà máy, tháp tách LPG hoạt động ở áp suất 14 – 16 barg với hai
dòng nguyên liệu đi vào tháp với một dòng C3+ ở đáy của tháp T-102 và sản phẩm
đáy của tháp T-101.
LPG tách ra được hóa lỏng ở 450C, 14 bar để tồn chứa, pha trộn cũng như vận chuyển.
Dòng nhập liệu đi vào tháp được trung gian qua hai thiết bị van giảm áp, trao đổi
nhiệt để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân tách xảy ra.
2.2.2 Các thiết bị chính của phân xưởng tách LPG
a, Tháp chưng cất
Để đảm bảo hiệu suất thu hồi LPG cao, tháp chưng cất phải đảm bảo các yêu

cho pha lỏng cũng như pha hơi tiếp xúc.
Ống chảy truyền: Tiết diện có thể là hình tròn, số ống phụ thuộc vào kích
thước tháp và lưu lượng lỏng. Có thể bố trí một ống hoặc nhiều hơn, và ở hai bên
hay chính giữa đĩa,ổng chảy truyền phải được kéo sát đến gần đĩa dưới ( phải thấp
hơn gờ chảy tràn của đĩa dưới ) để giữ một lớp chất lỏng ở trong ống, ngăn không
cho pha hơi đi qua.
Với tháp chóp, Chóp: Có thể là dạng tròn hoặc dạng khác lắp vào đĩa bằng
nhiều cách khác nhau, ở chóp có rãnh để khí đi qua.Rãnh cũng có thể đa dạng về
hình dạng ( tròn, tam giác…). Chóp có tác dụng làm cho khí đi từ đĩa dưới lên qua
các ống khí rồi xuyên qua các rãnh của chóp và sục vào lớp chất lỏng trên đĩa để
thực hiện quá trình trao đổi lỏng – hơi. Ngoài ra tháp chưng cất còn có một số thiết
bị phụ trợ như làm lạnh ngưng tụ,thiết bị trao đổi nhiệt, bình hồi lưu, nồi tái đun sôi.
Nguyên tắc hoạt động của tháp chưng cất:
Nguyên liệu ở dạng lỏng – hơi được đưa vào giữa tháp trở xuống ( để dòng lỏng có
thời gian đi xuống vùng chưng của tháp). Phần ở dưới đĩa nhập liệu gọi là vùng
chưng, phần trên đĩa nhập liệu là vùng cất. Tại đây dòng lỏng sẽ chạy từ vùng
chưng xuống đáy tháp. Tại đây mức chất lỏng luôn được duy trì và cung cấp nhiệt
để bay hơi, hơi bay lên sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi hơn so với dòng lỏng. Hơi này sẽ

14


Đồ án tốt nghiệp

SVTH: Nguyễn Thành Luân

sục vào phần lỏng của các đĩa phái trên. Ở đó, hơi cùng lỏng sẽ thực hiện quá trình
trao đổi pha. Kết quả tạo ra một dòng hơi mới giàu cấu tử dễ bay hơi hơn, chất lỏng
giàu cấu tử khó bay hơi hơn sẽ chảy xuống đáy tháp và lại tiếp tục trao đổi nhiệt với
dòng hơi đang bay lên tại các đĩa mà dòng lỏng này đi xuống.

Kettle; Dạng One through; Dạng lò.

Hình 2.6 : Một số dạng reboiler[15,tr 15]

Thông thường để đạt được hiệu suất cao, người ta thiết kế loại Thermosiphon
with baffles có cấu tạo như sau:

Hình 2.7 Mô tả Reboiler dạng Thermosiphon[23]

16