ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

MỤC LỤC
PHẦN 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................... 5
1. Giới thiệu về khí tự nhiên và khí đồng hành ................................................................. 5
1.1. Thành phần và các đặc tính của khí tự nhiên và khí đồng hành ................................ 5
1.2. Tình hình khai thác và chế biến khí tự nhiên, khí đồng hành ở Việt Nam ................ 5
1.3. Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành ................................................... 6
1.3.1. Chuẩn bị khí để chế biến ......................................................................................... 6
1.3.2. Các phương pháp chế biến khí ................................................................................ 7
1.4. Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp (NNT) ............................... 8
1.5. Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ ................................................................... 9
1.6. Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất .............................................................. 10
PHẦN 2: CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ NHIỆT ĐỘ THẤP CÓ CHU TRÌNH
LÀM LẠNH NGOÀI ......................................................................................................... 11
2.1. Cơ sở của quá trình NNT có chu trình làm lạnh ngoài ............................................ 11
2.2. Qúa trình chuyển pha ............................................................................................... 11
2.2.1. Phương trình trạng thái của các hydrocacbon ....................................................... 11
2.2.2. Giản đồ pha hệ một cấu tử .................................................................................... 12
2.2.3. Giản đồ pha hệ nhiều cấu tử .................................................................................. 13
2.2.4. Cân bằng pha lỏng – hơi ....................................................................................... 14
2.2.4.1. Hằng số cân bằng pha ........................................................................................ 14
2.2.4.2. Cách tính thành phần lỏng hơi bên trong đường bao pha .................................. 15
PHẦN 3: ............................................................................................................................. 17
CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN NGƯNG TỤ
NHIỆT ĐỘ THẤP (NNT) CÓ CHU TRÌNH LÀM LẠNH NGOÀI ................................. 17
3.1. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh bằng Propan .......................... 17
3.2. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh bằng Propan và tách Etan sơ bộ
......................................................................................................................................... 18

3.3. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh với tác nhân lạnh hỗn hợp .... 21
3.4. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥2 có chu trình làm lạnh bằng Propan và Etan ............. 22
3.5. Sơ đồ NNT hai bậc nhận C≥2 có chu trình làm lạnh bằng Propan và Etan .............. 24
3.6. Sơ đồ NNT ba bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh bằng Propan ............................ 25
PHẦN 4 .............................................................................................................................. 28

SVTH: Ngọ Thị Trang

1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP CHẾ BIẾN NNT CÓ CHU TRÌNH LÀM LẠNH NGOÀI .................................... 28
4.1. Thiết bị phân tách lỏng – hơi ................................................................................... 28
4.2. Tháp tách etan (tháp tách metan) ............................................................................. 31
4.2.1. Tháp đệm ............................................................................................................... 31
4.2.2. Tháp đĩa ................................................................................................................. 33
PHẦN 5 ............................................................................................................................. 39
PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CHÍNH .................................. 39
5.1. Phân tích lựa chọn công nghệ .................................................................................. 39
5.2. Phân tích lựa chọn thiết bị chính .............................................................................. 40
5.2.1. Các yếu tố có lợi cho tháp đệm ............................................................................. 40
5.2.2. Các yếu tố có lợi cho tháp đĩa ............................................................................... 42
PHẦN 6: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ............................................................................. 43
6.1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG ............................... 43
6.1.1. Cân bằng vật chất theo tính toán ........................................................................... 43

6.1.2. Cân bằng năng lượng theo tính toán ..................................................................... 61
6.1.2.1. Tính năng lượng hỗn hợp khí đem vào .............................................................. 61
6.1.2.2. Tính năng lượng dòng khí II lấy ra trong quá trình ........................................... 62
6.1.2.3. Tính năng lượng dòng khí III lấy ra trong quá trình .......................................... 63
6.1.2.4. Tính năng lượng dòng khí IV lấy ra trong quá trình .......................................... 64
6.1.2.5. Tính năng lượng dòng khí V lấy ra trong quá trình ........................................... 65
6.1.2.6. Tính năng lượng dòng khí VI lấy ra trong quá trình .......................................... 66
6.1.2.7. Tính năng lượng dòng khí VII lấy ra trong quá trình ........................................ 67
6.1.2.8. Tính năng lượng dòng khí VIII lấy ra trong quá trình ....................................... 67
6.1.2.9. Tính toán cân bằng năng lượng cho tháp chưng (10) ........................................ 68
6.1.2.10. Cân bằng năng lượng cho tháp chưng (13) ...................................................... 73
6.1.2.11. Cân bằng năng lượng cho tháp chưng (20) ...................................................... 76
6.1.2.12. Cân bằng năng lượng cho tháp tách (24) ......................................................... 79
6.1.2.13. Cân bằng năng lượng cho tháp tách (30) ......................................................... 83
6.1.2.14: Cân bằng năng lượng cho tháp tách (41) ......................................................... 86
6.1.2.15: Năng lượng lấy ra từ thiết bị bay hơi Propan và Etylen (4-6) ......................... 88

SVTH: Ngọ Thị Trang

2


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

6.1.2.16. Năng lượng lấy ra từ thiết bị làm lạnh E-107 và E-108 và đưa vào từ thiết bị
gia nhiệt E-106 ................................................................................................................ 91
6.2. Tính toán thiết bị chính- tháp tách etan.................................................................... 93
6.2.1. Tính đường kính .................................................................................................... 93

6.3. Tháp tách Methane ................................................................................................... 98
6.3.1. Tính đường kính .................................................................................................... 98
PHẦN 7: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH- HYSYS .............................................................. 107
7.1. Xây dựng cơ sở mô phỏng ..................................................................................... 107
7.2. Xây dựng lưu trình chính ....................................................................................... 107
7.3. Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng ............................................ 115
7.3.1. Cân bằng vật chất và năng lượng cho các dòng vào – ra .................................... 115
7.3.2. Cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cho từng tháp tách .......................... 117
7.4. Tính toán thiết bị chính .......................................................................................... 121
7.4.1. Tháp tách Metan .................................................................................................. 121
KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 126

SVTH: Ngọ Thị Trang

3


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

LỜI MỞ ĐẦU
Ngành dầu khí Việt Nam mới phát triển được hơn 20 năm nhưng đã chiếm một phần quan
trọng trong sự phát triển của đất nước. Đặc biệt là ngành công nghiệp chế biến dầu khí.
Đây là một trong những tiền đề cơ bản để phát triển các ngành công nghiệp quan trọng của
đất nước.
Cùng với quá trình khai thác và chế biến dầu thô, thì ngành công nghiệp chế biến khí hiện
đang phát triển mạnh mẽ. Sản phẩm của các nhà máy chế biến khí của Việt Nam hiện nay
là khí khô thương phẩm, LPG và condensate. Trong đó có hai loại sản phẩm LPG và

Condensate đã được tận dụng triệt để mang lại hiệu quả kinh tế mang lại hiệu quả kinh tế
cho quốc gia. Sản phẩm khí khô thương phẩm mà thành phần chủ yếu là khí metan và etan,
phần lớn được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy điện, chiếm 85 – 90% sản lượng khí,
có giá trị kinh tế thấp. Trong khi đó, lượng khí dùng làm nguyên liệu cho các nhà máy đạm
Cà Mau và đạm Phú Mỹ, chỉ chiếm 6%.
Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật, từ khí tự nhiên và khí đồng hành người ta đã sản
xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau như: rượu, axeton, NH3, phân bón, chất tẩy rửa tổng
hợp… được ứng dụng trong nhiều ngành như: mỹ phẩm, dệt may, đồ gia dụng… phục vụ
cho công nghiệp và đời sống nhân dân.
Chính vì những lợi ích to lớn mà nghành dầu khí nói chung và ngành chế biến khí nói riêng
đem lại thì việc đầu tư và phát triển công nghiệp ngành công nghiệp mũi nhọn này là một
đi đúng hướng của đảng và nhà nước ta nhằm thúc đẩy kinh tế và cải thiện đời sống nhân
dân.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phương pháp chế biến khí bằng phương pháp
ngưng tụ nhiệt độ thấp vì phương pháp này vừa đơn giản mà cho hiệu quả cao, và có tính
khả thi nhất. Cụ thể ở đây, ta sẽ tìm hiểu sâu về phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp hai
bậc để nhận C≥2 có chu trình làm lạnh ngoài bằng propan và etan.

SVTH: Ngọ Thị Trang

4


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

PHẦN 1: TỔNG QUAN
1. Giới thiệu về khí tự nhiên và khí đồng hành
1.1. Thành phần và các đặc tính của khí tự nhiên và khí đồng hành

Cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là : CH4, C2H6, C3H8, i-butan, n-butan.
Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí, còn khí đồng hành được khai thác từ các mỏ
dầu đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ. Khí tự nhiên thành phần chủ yếu là CH4
(98% thể tích). Các mỏ khí tự nhiên là các túi khí nằm sâu dưới mặt đất.
Khí đồng hành nhận được từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong thành
phần của khí đồng hành ngoài CH4 là cấu tử chính còn có C2H6, C3H8, i- C4, n-C4 và các
hydrocacbon nặng với hàm lượng đáng kể. Thành phần những cấu tử cơ bản trong khí thay
đổi trong một phạm vi khá rộng tùy theo mỏ dầu khai thác. Ngoài ra trong thành phần khí
tự nhiên và khí đồng hành còn có H2O,H2S cùng các hợp chất chứa S, CO2, N2 và Heli.
Khí còn được phân loại theo hàm lượng hydrocacbon từ propan trở lên. Khí giàu propan,
butan và các hydrocacbon nặng (trên 150 g/m3) được gọi là khí béo (hoặc khí dầu). Từ khí
này chế tạo được xăng khí, khí hóa lỏng (LPG) và các hydrocacbon cho công nghệ tổng
hợp hữu cơ. Còn khí khô (hoặc khí gầy), được sử dụng làm nhiên liệu cho công nghiệp và
đời sống, làm nguyên liệu cho tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sản xuất phân đạm, sản
xuất etylen, axetylen, etanol,…
1.2. Tình hình khai thác và chế biến khí tự nhiên, khí đồng hành ở Việt Nam
Trữ lượng khí có thể phát hiện ước tính vào khoảng 1.300 tỷ m3 khí. Trữ lượng này phân
bố trên toàn lãnh thổ nhưng chủ yếu ở bể Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Malay-Thổ Chu.
Tiềm năng dầu khí nước ta chủ yếu ở 7 bể: Nam Côn Sơn, Malay-Thổ Chu, Sông Hồng,
bể Phú Khánh, bể Hoàng Sa, bể Trường Sa, bể Cửu Long. Trong đó có năm bể đang hoạt
động, còn hai bể đang thăm dò, kiểm tra.
Sản xuất khí đốt tự nhiên ở Việt Nam là khoảng 9 tỷ m3 trung bình trong vòng năm năm

SVTH: Ngọ Thị Trang

5


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ


GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

gần đây. Sản lượng khí đốt tự nhiên của Việt Nam được dự báo sẽ nhanh chóng suy giảm
trong vòng 10 năm tới do mỏ Bạch Hổ thuộc bể Cửu Long cạn kiệt và sản lượng bể Nam
Côn Sơn giảm xuống.
Khoảng 85% nhu cầu khí đốt tự nhiên Việt Nam dành cho Phát điện, 10% cho sản xuất
phân bón và phần còn lại được tiêu thụ qua hình thức khí thấp áp hoặc LPG. Tuy nhiên,
nguồn cung khí đốt hiện nay chỉ có thể đáp ứng 60% nhu cầu điện năng, 30% nhu cầu phân
bón và 60% nhu cầu LPG của Việt Nam. Dự báo trong tương lai, những nhu cầu trên sẽ
tăng mạnh, kéo theo nhu cầu tiêu thụ khí đốt cũng gia tăng.
1.3. Công nghệ chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành
1.3.1. Chuẩn bị khí để chế biến
Khí tự nhiên và khí đồng hành là những nguyên liệu rất có giá trị để sản xuất nhiên liệu và
nguyên liệu cho tổng hợp hóa dầu. Các sản phẩm chính của quá trình chế biến khí đó là:
xăng khí, khí hóa lỏng và các khí khô, các hydrocacbon: propan, i-butan, n-butan, pentan.
Chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành được thực hiện ở các nhà máy đặt ngay tại xí nghiệp
khai thác, chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành.
Tại các giàn khoan, dầu mỏ từ các giếng khoan được chuyển đến các giàn áp suất cao,
trung bình và thấp. Tại đó có sự thay đổi áp suất, khí hòa tan thoát ra khỏi dầu mỏ và được
dẫn đến nhà máy chế biến khí. Dầu mỏ được chuyển đến thùng chứa, tại đó lắng tách nước
khỏi dầu, sau đó đưa sang ổn định tức là tách các cẩu tử nhẹ: etan, propan, butan và một
phần pentan. Dầu đã ổn định được dẫn đến nhà máy chế biến dầu, còn khí tách ra từ công
đoạn ổn định cũng được dùng làm nguyên liệu cho các nhà máy chế biến khí.
Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin còn chứa các tạp
chất như: bụi, hơi nươc, khí trơ, CO2, H2S và các hợp chất hữu cơ của S. 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 bụi, tách hơi nước và các khí axit.
- Làm sạch khí khỏi các tạp chất cơ học:

SVTH: Ngọ Thị Trang


6


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Quá trình này được thực hiện nhờ các thiết bị cơ học. Chia làm hai phương pháp làm sạch:
khô và ướt. Để làm sạch khô người ta sử dụng các thiết bị tách bụi: xyclon, lắng bụi và lọc
điện. Đối với những khí ẩm có chứa nhiều dầu mỏ nguyên khai, người ta dùng thiết bị lọc
Scrubber, xyclon ẩm, máy rửa quay,…
-Quá trình sấy khí:
Nhằm mục đích giảm hàm lượng nước có trong khí sao cho áp suất riêng phần của hơi
nước nhỏ hơn áp suất hơi bão hòa của hydrat. Các phương pháp thường sử dụng trong sấy
khí là: hấp thụ, hấp phụ. Ngoài ra có thể sử dụng thêm chất ức chế tạo hydrat để giảm nhiệt
độ tạo hydrat của hỗn hợp khí.
-Làm ngọt khí:
Nhằm loại bỏ các tạp chất có tính axit như CO2, H2S và các hợp chất chứa S khác như
COS, CS2, mecaptan RSH, thiophen,…gây độc hại cho người sử dụng, ô nhiễm môi trường,
ngộ độc xúc tác, gây nhiều khó khăn cho quá trình vận chuyển và sử dụng.
Phương pháp hấp thụ được sử dụng cho quá trình này:
+ Hấp thụ vật lý: sử dụng dung môi propylen cacbonat, ete dimetyl polyetylen glycol,
N-metylpyrolidon,…
+ Hấp thụ hóa học: sử dụng dung dịch nước của alkanol amin, đáng chú ý là MEA.
1.3.2. Các phương pháp chế biến khí
Hiện nay với sự phát triển của công nghệ chế biến khí, có 3 phương pháp chính được sử
dụng cho quá trình này:
- Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ ở nhiệt độ thấp (NNT)
- Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ ở nhệt độ thấp (HNT)

- Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp (CNT)

SVTH: Ngọ Thị Trang

7


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Ở mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng tùy theo từng loại dầu khí sử
dụng.
1.4. Chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp (NNT)
 Cơ sơ lý thuyết quá trình ngưng tụ
Ngưng tụ khí là quá trình chuyển khí hoặc hơi sang trạng thái lỏng bằng cách làm
lạnh khí hoặc nén làm lạnh khí đồng thời.
Quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp có thể được coi là quá trình làm lạnh đẳng áp (nếu
ta bỏ qua một vài tổn thất áp suất khi khí chuyển động trong ống và thiết bị công nghệ) cho
tới nhiệt độ tương ứng và áp suất đó thì xuất hiện pha lỏng.
 Nguyên tắc chế biến bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp

Khí đồng hành từ xí nghiệp khai thác dầu được nén bằng máy nén khí sau đó được
làm lạnh và đưa vào thiết bị sấy khí để tách ẩm rồi được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt và
nguội sau đó khí được đưa đến thiết bị ngưng tụ nhiệt độ thấp. Tại đó, khí được nén và làm
lạnh tới nhiệt độ âm cần thiết, sau đó hỗn hợp khí được đưa sang bộ phận tách khí, lúc này
một phần hydrocacbon đã ngưng tụ được tách ra.
Sau khi được nén và làm lạnh thì hỗn hợp khí bị tách ra thành hai phần:
Phần ngưng tụ (gọi là condesat) của bậc nén và làm lạnh. Khí đồng hành được bơm từ
thùng chứa qua bộ phận trao đổi nhiệt sang cột tách etan. Tại đó phân đoạn chứa metan và

etan được tách ra. Sau đó benzin là phần ngưng tụ đã tách metan và etan qua thiết bị trao
đổi nhiệt vào bình chứa, từ đó nó được đưa đi chế biến tiếp.
Phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp để tách bezin từ khí đồng hành là phương pháp
rất tốn kém, để thực hiện được cần có thiết bị làm lạnh phức tạp. Tuy nhiên do sơ đồ công
nghệ tương đối đơn giản, mà hiệu quả tách benzin ra khỏi hỗn hợp khí khá cao, triệt để nên
phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến khí.
Sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp có thể được phân
loại theo số bậc tách, kiểu nguồn làm lạnh, yêu cầu nhận sản phẩm ra.

SVTH: Ngọ Thị Trang

8


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Theo nguồn làm lạnh có thể có: chu trình làm lạnh trong, chu trình làm lạnh ngoài,
chu trình làm lạnh tổ hợp, trong đó nguồn lạnh bao gồm cả chu trình làm lạnh trong và chu
trình làm lạnh ngoài.
1.5. Chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ
 Cơ sở lý thuyết
Ngoài chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ thì người ta còn áp dụng phương
pháp hấp thụ để chế biến khí. Quá trình hấp thụ vật lý được sử dụng trong công nghệ xử lý
khí để loại hơi nước, H2S và CO2.
Phương pháp hấp thụ tách khí tự nhiên và khí đồng hành dựa trên cơ sở của 2 quá
trình chuyển khối cơ bản: hấp thụ và nhả hấp thụ.
Bản chất vật lý của quá trình là sự cân bằng giữa dòng khí và dòng lỏng do sự khuếch tán
chất từ pha này sang pha khác. Khi đạt cân bằng bền động lực, sự khuếch tán được xác

định bằng hiệu số áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra trong pha khí và pha lỏng. Nếu
áp suất riêng phần của cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình hấp
thụ (hấp thụ khí bởi chất lỏng), và ngược lại, nếu áp suất riêng phần của cấu tử bị tách ra
trong pha khí nhỏ hơn trong pha lỏng thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ (thoát khí ra khỏi
chất lỏng). Đối với các tính toán thực tế, động lực của quá trình hấp thụ được biểu thị chính
xác hơn không chỉ qua áp suất riêng phần mà còn qua nồng độ của các cấu tử tương ứng.
Tại các nhà máy chế biến khí, quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ được thực hiện trong
các tháp hấp thụ và tháp nhả hấp thụ (tháp chưng luyện) có cấu tạo kiểu tháp đĩa hoặc tháp
đệm, chất hấp thụ được dùng ở đây là các phân đoạn benzin, kerosen hoặc hỗn hợp của
chúng.


Nguyên lý công nghệ chế biến khí bằng phương pháp hấp thụ

Nguyên lý của quá trình hấp thụ để tách khí propan và các hydrocacbon nặng hơn
khỏi khí đồng hành và khí tự nhiên. Mức độ nhận C≥3 của quá trình chế biến khí bằng

SVTH: Ngọ Thị Trang

9


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

phương pháp hấp thụ chỉ đạt 40-50%. Người ta cho rằng phương pháp hấp thụ chỉ có hiệu
quả đối với nguồn nguyên liệu khí có hàm lượng C≥3 lớn hơn 350g/m3.
Sơ đồ công nghệ này có thể đạt hiệu quả cao đối với nguồn nguyên liệu có C≥3 suất
lớn. Tháp hấp thụ hoạt động ở áp suất cao để giảm tối thiểu việc nén khí và duy trì tình

trạng hoạt động của tháp tách etan và tháp này sẽ hoạt động ở áp suất thấp hơn.
1.6. Chế biến khí bằng phương pháp chưng cất


Khái niệm chung về quá trình chưng cất

Nguyên tắc‫ ׃‬hỗn hợp khí được làm lạnh và tăng áp suất để chuyển sang trạng thái
lỏng rồi đi vào tháp chưng cất để phân tách các cấu tử trong khí.
Phân tách hiệu quả các hydrocacbon nhẹ như metan, etan, propan và iso – butan.


Phương pháp chung chế biến khí bằng phương pháp chưng cất

Phụ thuộc vào sơ đồ nguyên lý của quá trình chưng cất nhiệt độ thấp, thiết bị cơ bản của
sơ đồ là các tháp chưng được chia thành tháp chưng – bốc hơi, tháp ngưng tụ - bốc hơi.
Tháp chưng cất – bốc hơi‫ ׃‬dòng khí nguyên liệu được làm lạnh rồi đi và giữa tháp. Tháp
ngưng tụ – bốc hơi: dòng khí được làm lạnh ngoài bằng hệ thống làm lạnh ở đỉnh tháp, đi
vào bộ tách hồi lưu rồi vào đỉnh tháp.


Nhận xét sơ đồ chưng cất nhiệt độ thấp:

Sơ đồ công nghệ của phương pháp này đạt hiệu quả cao đối với khí có hàm lượng C≥3
lớn hơn 600g/m3 và thiết bị đơn giản hơn quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp.
Thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp.

SVTH: Ngọ Thị Trang

10



ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

PHẦN 2: CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH NGƯNG TỤ NHIỆT ĐỘ THẤP CÓ
CHU TRÌNH LÀM LẠNH NGOÀI
2.1. Cơ sở của quá trình NNT có chu trình làm lạnh ngoài
Khí đồng hành và khí tự nhiên là một hỗn hợp bao gồm nhiều cấu tử do đó qúa trình
chuyển pha và các vùng tới hạn của chúng khác nhau nhiều so với qúa trình tương ứng với
điểm đó là nhiệt độ và áp suất tới hạn. Khi nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ tới hạn thì chất
đó sẽ tồn tại ở trạng thái một pha. Khi đó dù có thay đổi của bất kì tổ hợp các thông số nào
thì cũng không thể đưa chất đó về trạng thái hai pha được vì vậy muốn hóa lỏng khí ta chỉ
được phép tiến hành nhiêt độ tới hạn.
Điều này có nghĩa là quá trình hóa lỏng một phần hay toàn bộ khí bằng phương pháp nén
chỉ thực hiện được khi hạ nhiệt độ khí đó xuống dưới nhiệt độ tới hạn.
 Tính chất NNT có chu trình làm lạnh ngoài

Chu trình làm lạnh ngoài không phụ thuộc vào sơ đồ công nghệ và có tác nhân lạnh
riêng. Dựa vào loại tác nhân lạnh, chu trình làm lạnh ngoài có thể chia thành hai nhóm:
nhóm một tác nhân làm lạnh và nhóm nhiều tác nhân làm lạnh (trong đó thường là hỗn hợp
các hydrocacbon nhẹ). Chu trình làm lạnh ngoài có ứng dụng hai hay nhiều tác nhân làm
lạnh được gọi là chu trình làm lạnh bậc thang.
2.2. Qúa trình chuyển pha
2.2.1. Phương trình trạng thái của các hydrocacbon
Một số phương trình trạng thái xác định quan hệ giữa nhiệt độ, áp suất và thể tích của
hệ.


Với hệ lý tưởng chúng ta có phương trình trạng thái: PV= nRT




𝑅𝑇
a
Phương trình Redlich – Kwong(RK): P = 𝑣−𝑏
− 𝑇 0.5 (𝑣+𝑏)

Trong đó: a,b là các hằng số quan hệ; v là thể tích mol

SVTH: Ngọ Thị Trang

11


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

 Phương trình Peng – Robinson(PR) : P =

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

𝑅𝑇
𝑣−𝑏

a(T)

− 𝑣(𝑣+𝑏)+𝑏(𝑣−𝑏)

Trong đó: a,b là các hằng số quan hệ; v là thể tích mol
2.2.2. Giản đồ pha hệ một cấu tử

Quá trình chuyền pha đối với hệ khí một cấu tử ta có thể biểu diễn trên trục tọa độ PT trong đó trục tung là áp suất và trục hoành là nhiệt độ.

Hình 2.1. Giản đồ P – T của hệ một cấu tử[1]
Đường HD, HC và FH là các đường cân bằng bao gồm tập hợp các giá trị áp suất, nhiệt độ,
tại đó có cân bằng pha.
Điểm H là điểm duy nhất tại nhiệt độ và áp suất xác định đồng thời tồn tại ba pha nằm cân
bằng với nhau. Tại đường cân bằng ở nhiệt độ và áp suất không đổi hệ có thể chuyển pha
bằng cách thêm vào hoặc bớt năng lượng của hệ.
Dọc theo đường FH không tồn tại pha lỏng, và pha rắn thăng hoa thành hơi. Điểm C là
điểm tới hạn ứng với nhiệt độ tới hạn Tc và áp suất tới hạn Pc thì tại đó các tính chất của
pha lỏng và pha hơi trở thành đồng nhất.

SVTH: Ngọ Thị Trang

12


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Đối với đơn chất điểm tới hạn được định nghĩa: là điểm mà phía trên nó pha lỏng không
thể tồn tại như một pha độc lập. Hay nói cách khác phía trên điểm tới hạn khí không thể bị
hóa lỏng bằng cách nén áp suất cao.
Đường HC thường gọi là đường áp suất hơi hay đường cong điểm sương và đường cong
điểm bọt của đơn chất.
* Xét quá trình pha đẳng áp của hệ một cấu tử trên hình 2.1.
Từ ”m” đến ”n” hệ ở trạng thái rắn. Từ “o” đến “b”: hệ ở trạng thái lỏng, tại “b” hệ ở trạng
thái lỏng bão hòa. Bất kỳ sự cung cấp năng lượng nào cũng làm cho lỏng hóa thành hơi ở
nhiệt độ và áp suất không đổi. Tại “d”: hệ ở trạng thái hơi bão hòa, tiếp tục tăng nhiệt độ sẽ

nhận được hơi qúa nhiệt.
2.2.3. Giản đồ pha hệ nhiều cấu tử
Đối với hệ nhiều cấu tử, vị trí của các đường cong trên giản đồ pha phụ thuộc vào
thành phần của hỗn hợp và các đường bao pha tạo thành không phải là một mặt phẳng, mà
có chiều dày như hình cái lưỡi với thành phần là biến số phản ánh chiều dày của đường bao
pha. Trên hình 2.2 thể hiện giản đồ pha hệ nhiều cấu tử trong đó trục tung là áp suất và trục
hoành là nhiệt độ.

Hình 2.2. Giản đồ pha điển hình của hệ nhiều cấu tử[1]

SVTH: Ngọ Thị Trang

13


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

* Điểm C là điểm tới hạn, tại đó hai pha trở thành một pha.
* Điểm M là điểm tương ứng với áp suất lớn nhất mà tại đó hỗn hợp nhiều cấu tử tồn tại ở
trạng thái hai pha.
* Điểm N: là điểm tương ứng với áp suất lớn nhất mà tại đố hỗn hợp nhiều cấu tử tồn tại ở
trạng thái hai pha.
Bên trái đường cong điểm bọt hệ tồn tại ở trạng thái lỏng khi bắt đầu chạm tới đường cong
điểm bọt thì hệ khí bắt đầu xuất hiện những bọt khí. Khi sang đường cong điểm sương thì
toàn bộ hỗn hợp khí trở thành hơi từ đường cong điểm bọt và đường cong điểm sương là
miền mà tồn tại cân bằng giữa hai pha lỏng và hơi.
2.2.4. Cân bằng pha lỏng – hơi
2.2.4.1. Hằng số cân bằng pha

Cân bằng pha của hỗn hợp khí không phải là trạng thái tĩnh mà là cân bằng động, vẫn luôn
tồn tại sự chuyển đồng của các phân tử từ pha lỏng sang pha hơi và ngược lại, tốc độ bay
và tốc độ ngưng tụ là bằng nhau.
Đại lượng đặc trưng cho sự phân bố của các cấu tử giữa các pha ở điều kiện cân bằng là
hằng số cân bằng pha K được xác định bằng phương trình:
Ki =

𝑌𝑖
𝑥𝑖

Trong đó: yi là phần mol của cấu tử i trong pha hơi.
xi là phần mol của cấu tử i trong pha lỏng.
Để xác định hằng số cân bằng pha của hệ nhiều cấu tử có nhiều cấu tử có các phương pháp
sau:
 Phương pháp giải tích: sử dụng các phương trình trạng thái khác nhau, tính toán hệ số
fugat và hoạt độ của cấu tử, để từ đó xác định hằng số cân bằng pha.

SVTH: Ngọ Thị Trang

14


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

 Phương pháp giản đồ: là các giản đồ thể hiện các giá trị của K tại áp suất và nhiệt độ
xác định của từng chất. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ xác định, sai số
từ 5 – 10%. Phổ biến nhất hiện nay là sử dụng các giản đồ NGPA và Neyrey.
2.2.4.2. Cách tính thành phần lỏng hơi bên trong đường bao pha

Xét phương trình cân bằng vật liệu toàn hệ:
F= V + L
Với một cấu tử bất kì: F.Ci = V.yi+L.xi
Trong đó: Ci : là phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu vào tháp tách.
yi là phần mol cấu tử i trong pha hơi.
xi là phần mol cấu tử i trong pha lỏng.
Ki: hằng số cân bằng pha lỏng – hơi.
F : là tổng số mol nguyên liệu.
V: là tổng số mol hơi.
L: là tổng số mol lỏng.
Giả sử F = 1, ta có Ci = V.yi + L.xi
Đồng thời, theo định nghĩa hằng số cân bằng pha yi = K.xi, ta có
𝐶

𝑖
xi= 𝐿+𝑉.𝐾
, yi=
𝑖

𝐶𝑖
𝑉+

𝐿
𝐾𝑖

Tổng phần mol các cấu tử phải bằng 1, do đó

Bằng phương pháp lặp, chọn các giá trị L và K sao cho các biểu thức trên là đúng.
Mặt khác, có thể viết Σyi - Σxi = 0


SVTH: Ngọ Thị Trang

15


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Biểu thức trên là biểu thức tổng quá thường được sử dụng trong lập trình tính toán trên máy
tính.

SVTH: Ngọ Thị Trang

16


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

PHẦN 3:
CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHẾ BIẾN
NGƯNG TỤ NHIỆT ĐỘ THẤP (NNT) CÓ CHU TRÌNH LÀM LẠNH
NGOÀI
Trong công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp. Dựa vào số bậc
tách, kiểu nguồn lạnh và cách đưa sản phẩm ra thì ta có các sơ đồ công nghệ chế biến khí
khác nhau. Theo đó mỗi một loại công nghệ ta đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi
ứng dụng khác nhau.
Để hiểu hơn ta đi xét một số sơ đồ công nghệ chế biến khí bằng phương pháp ngưng tụ

nhiệt độ thấp có chu trình làm lạnh ngoài
3.1. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh bằng Propan
 Sơ đồ công nghệ

Hình 3.1. Sơ đồ ngưng tụ NNT một bậc[1]

SVTH: Ngọ Thị Trang

17


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

1,7. Bộ phận tách khí; 2. Bộ phận nén khí; 3. Thiết bị làm mát bằng không khí; 4,5. Thiết
bị trao đổi nhiệt; 6,10. Bộ phận bay hơi propan; 8. Tháp tách etan; 9. Hồi lưu; 11. Bộ phận
đun nóng; I. Khí đưa vào chế biến; II. Khí khô sản phẩm; III. Các hydrocacbon C≥3.
 Nguyên lý hoạt động
Theo như sơ đồ trên, khí nguyên liệu từ ống dẫn được đưa vào bộ phận tách khí sơ bộ 1, tại
đây nó được làm sạch khỏi các tạp chất cơ học và các chất lỏng dạng hạt (dầu, nươc...).
Tiếp theo khí được đưa vào máy nén 2, tại đây áp suất có thể đạt tới 3,0 – 4,0 MPa và cao
hơn. Khí được nén qua thiết bị làm mát bằng không khí 3, được làm lạnh tới nhiệt độ -200C
… -350C lần lượt trong các thiết bị trao đổi nhiệt 4 và 5 do dòng lạnh của khí khô và chất
lỏng ngưng tụ từ tháp phân tách 7. Sau đó qua bộ phận bay hơi propan 6, một phần khí
được ngưng tụ và đi vào tháp phân tách 7, ở đó hydrocacbon đã ngưng tụ được tách ra. Từ
đỉnh tháp 7 khí khô thoát ra, sau khi truyền lạnh ở bộ phận trao đổi nhiệt 4 được đưa vào
đường ống dẫn khí chính. Từ đáy tháp 7, phần ngưng tụ được tháo ra, sau khi được truyền
qua bộ trao đổi nhiệt 5, nhiệt độ được nâng lên 200C … 300C và được đưa vào phần giữa
tháp tách etan 8. Sản phẩm đỉnh tháp gồm C1, C2, C3 được trồn lẫn với khí khô, đưa vào

đường ống dẫn khí chính. Sản phẩm đáy tháp chính là phân đoạn chứa hỗn hợp propan và
các hydrocacbon nặng C≥3.
* Ưu điểm: vốn đầu tư ít, sơ đồ đơn giản.
* Nhược điểm:
- Độ chọn lọc của quá trình ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc không cao. Chi phí năng
lượng cho quá trình khí etan cao.
- Trong quá trình làm lạnh một bậc do làm lạnh đột ngột nên máy móc dễ hỏng và khả
năng làm việc kém an toàn.
3.2. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh bằng Propan và tách Etan
sơ bộ
 Sơ đồ công nghệ

SVTH: Ngọ Thị Trang

18


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Hình 3.2. Sơ đồ NNT có tách sơ bộ etan[1]
1.Máy nén; 2. Thiết bị làm mát bằng không khí; 3,4,5. Thiết bị trao đổi nhiệt; 6,11. Thiết
bị bay hơi propan; 7,8. Tháp tách; 9. Tháp tách etan; 10. Bình chứa có hồi lưu; 12. Thiết bị
đun sôi đáy tháp; I. Khí nguyên liệu; II. Khí khô; III. Các hydrocacbon nặng.
 Nguyên lý hoạt động
Theo sơ đồ thì khí được chế biến như sau: trước khi chế biến, khí nguyên liệu được đưa
vào bộ phận tách khí sơ bộ, tại đây nó được làm lạnh khỏi các tạp chất cơ học và các chất
lỏng dạng hạt (dầu, nước, chất lỏng ngưng tụ…).
Sau khi được làm sạch sơ bộ, khí được đưa vào máy nén (1), tại đây khí được nén tới áp

suất 3,0 - 4,0 MPa và cao hơn, khí nén đi qua thiết bị làm mát bằng không khí (2), được
làm mát tới nhiệt độ -200C … -350C lần lượt trong các thiết bị trao đổi nhiệt (3), (4) và (5)
do dòng lạnh của khí khô và chất lỏng ngưng tụ từ tháp phân tách (7) và (8), ở đó
hydroacbon đã ngưng tụ được tách ra. Từ đỉnh tháp (7) khí khô thoát ra, sau khi truyền lạnh
ở bộ phận trao đổi nhiệt (4) được đưa vào đường ống dẫn khí chính.

SVTH: Ngọ Thị Trang

19


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Phần ngưng tụ từ bộ phận phân tách (7) được bơm đến bộ phận trao đổi nhiệt (5), tại đây
nó được nâng nhiệt độ lên do dòng khí nhiên liệu vào. Sau đó chất lỏng ngưng tụ lại được
đưa vào tháp tách (8), ở đó bơm luôn giữ áp suất cao cho pha hơi lấy ra từ đỉnh tháp tách
này để trộn với dòng khí nguyên liệu trước khi vào bộ phận bay hơi propan (6) để ngưng
tụ. Còn phần lỏng tách ra ở đáy tháp đi qua thiết bị trao đổi nhiệt (4) và được đưa vào phần
giữa của tháp (9).
Do quá trình đốt nóng sơ bộ condensat ở trong tháp tách (9), một phần các cấu tử dễ bay
hơi (chủ yếu là C1, C2 và một ít C3) được bay hơi lên đỉnh tháp (9) gồm có hỗn hợp metan,
etan, propan được trộn lẫn với khí khô đưa vào đường ống dẫn khí chính. Sản phẩm đáy
tháp chính là phân đoạn chứa hỗn hợp propan và hydrocacbon nặng.
Như vậy nguyên liệu đưa vào tháp tách etan (9) đã được tăng tỷ trọng và với lợng ít hơn so
với sơ đồ NNT một bậc. Điều đó cho phép tăng nhiệt độ đỉnh tháp (9) và giảm tác nhân làm
lạnh cần thiết cho quá trình, cũng như làm giảm nhiệt cần để bay hơi các cấu tử dễ bay hơi
ở các tháp tách (7),(8). Mặt khác phải cần tăng tác nhân để làm lạnh khí nguyên liệu trước
khi vào tháp (7) do cần phải làm lạnh cả khí làm lạnh lấy ra từ đỉnh tháp tách etan (9), kết

quả là về mặt năng lượng tổng cộng vẫn có lợi.
Lượng tác nhân lạnh cần thiết để ngưng tụ trước khi vào tháo tách (7) và ngưng tụ trên tháp
tách etan (9) cũng như lượng nhiệt cần cung cấp cho đáy tháp etan (9), khi chế biến khí
đồng hành có thành phần xác định phụ thuộc vào nhiệt độ cần thiết của condensat trong bộ
phận trao đổi nhiệt (5). Vì vậy khi tính toán sơ đồ NNT có tách sơ bộ etan cần phải tìm tối
ưu của condensat trong tháp tách (8), phụ thuộc thành phần nguyên liệu vào và các thông
số của quá trình.
* Ưu điểm:
- Lấy được nhiệt từ nguyên liệu đưa vào.
- Tăng hiệu quả của chu trình lạnh và pha lỏng so với chu trình không tách sơ bộ etan do
có tỷ trọng lớn hơn (vì ít cấu tử nhẹ).

SVTH: Ngọ Thị Trang

20


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

- Tháp tách etan có thể làm việc ở nhiệt độ cao hơn do vậy tiết kiệm được nhiên liệu làm
lạnh.
* Nhược điểm:
- Vốn đầu tư lớn và thiết kế phức tạp hơn chu trình không tách sơ bộ etan do có thêm tháp
tách.
3.3. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh với tác nhân lạnh hỗn hợp
 Sơ đồ công nghệ

Hình 3.3. Sơ đồ NNT có chu trình làm lạnh dùng tác nhân lạnh hỗn hợp[1]

1,4. Máy nén; 8,1. Bộ phận tách khí; 2,5. Trao đổi nhiệt không khí; 11. Tháp tách etan;
3,6,9. Thiết bị trao đổi nhiệt; 12. Hồi lưu; 7. Thiết bị bay hơi tác nhân lạnh hỗn hợp; 13,14.
Van tiết lưu; I. Khí nguyên liệu; II. Khí khô; III. Các hydrocacbon nặng.
 Nguyên lý hoạt động
Khí đồng hành được nén tới áp suất 3,7 MPa đi và thiết bị làm mát bằng không khí qua
thiết bị trao đổi nhiệt 3, thiết bị bay hỏi tác nhân làm lạnh hỗn hợp 7 và được làm lạnh đến

SVTH: Ngọ Thị Trang

21


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

nhiệt độ -600C. Hỗn hợp 2 pha tạo thành được tách ở tháp tách 10. Khí khô sau khi truyền
nhiệt lạnh ở thiết bị 6 và được dẫn vào giữa tháp tách từ tháp tách etan 11 khí sau khi truyền
lạnh trong thiết bị 3 được đưa đi sử dụng phân đoạn chứa các hydrocacbon được tháo ra ở
tháp 11, sau khi truyền nhiệt trong thiết bị 9.
Một phần condesat tử tháp phân tách 1 có thể được đưa đi để tạo hỗn hợp tác nhân làm
lạnh. Nó được gia nhiệt trong thiết bị 9 bằng sản phẩm của tháp 11 đến 20 ÷ 450C. Một
phần được bay hơi và tách khí trong tháp tách 8 qua van tiết lưu 14 để giảm áp suất tới
0.118 ÷ 0.125MPa, hoàn toàn được bay hơi và đưa máy nén 4 có chu trình lạnh và từ đó nó
trở thành tác nhân làm lạnh.
 Ưu, nhược điểm
Vì metan và etan có nhiệt độ sôi lần lượt là -1610C và -890C nên khí sử dụng chúng là tác
nhân làm lạnh thì quá trình ngưng tụ sẽ xảy ra tốt hơn, các cấu tử nặng được tách triệt để
hơn. Sơ đồ này về cơ bản giống như sơ đồ ngưng tụ nhiệt độ thấp một bậc với tác nhân làm
lạnh bằng propan nhưng các thông số về nhiệt độ áp suất của quá trình thì khác nhau. Người

ta đã nghiên cứu và thấy rằng sử dụng tác nhân lạnh tổ hợp có lợi nhiều hơn về mặt kinh tế
cũng như kỹ thuật.
3.4. Sơ đồ NNT một bậc nhận C≥2 có chu trình làm lạnh bằng Propan và Etan
 Sơ đồ công nghệ

SVTH: Ngọ Thị Trang

22


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

Hình 3.4. Sơ đồ NNT một bậc có chu trình làm lạnh ngoài bằng propan và etan để nhận
C≥2[1]
1,4,10. Các tháp tách; 2. Máy nén; 3. Thiết bị làm mát bằng không khí; 5. Bloc sấy; 6,8.
Trao đổi nhiệt; 7,12,15. Bay hơi propan; 9. Bay hơi etan; 11. Tháp tách metan; 13,16. Hồi
lưu; 14. Tháp tách etan; I. Khí nguyên liệu; II. Khí khô; III. Các hydrocacbon nặng; IV.
Etan sản phẩm.
 Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ này có hai nguồn làm lạnh: chu trình làm lạnh bằng propan và chu trình làm lạnh
bằng etan. Khí được làm lạnh liên tục và một phần được ngưng tụ ở thiết bị làm mát bằng
không khí 3, thiết bị trao đổi nhiệt 6, bộ phận bay hơi propan 7, thiết bị trao đổi nhiệt 8 và
bộ phận bay hơi 9, chưa có sự tách pha lỏng. Điều đó cho phép tách etan tốt hơn ở các bậc
sau.
Đặc điểm thứ hai của sơ đồ có tháp tách etan và tháp tách metan để được sản phẩm C≥2.
Nhiệm vụ của tháp tách metan là tách toàn bộ metan ra khỏi phân đoạn chứa hydrocacbon
C≥2 ,tháp tách metan làm việc trong điều kiện áp suất 3.5 ÷ 4.0Mpa, nhiệt độ hồi lưu là
60...900C, nhiệt độ đáy tháp là 20...600C, số đĩa trong tháp tách là từ 20...25 đĩa.


SVTH: Ngọ Thị Trang

23


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

 Ưu điểm: có hai tác nhân làm lạnh propan và etan có thể nhận trực tiếp từ nhà máy

chế biến khí, điều đó đảm bảo tính độc lập cao của nhà máy.
Có 2 thiết bị tách sơ bộ, khí nguyên liệu được tách khỏi các tạp chất triệt để hơn.
Tách triệt để metan ra khỏi hỗn hợp, sản phẩm etan tách tinh khiết hơn, do đó tính chọn lọc
sản phẩm cao. Vốn đầu tư ít, dễ vận hành do điều kiện nhiệt độ, áp suất làm việc thấp.

3.5. Sơ đồ NNT hai bậc nhận C≥2 có chu trình làm lạnh bằng Propan và Etan
 Sơ đồ công nghệ

Hình 3.5.Sơ đồ công nghệ nhà máy chế biến khí ở Tây Virginia (Mỹ) [1]
1.Tháp tách sơ bộ; 2. Tháp sấy; 3. Lọc; 4. Hệ thống trao đổi nhiệt và bay hơi Propan; 5,7.
Tháp tách nhiệt độ thấp; 6. Hệ thống trao đổi nhiệt và bay hơi etylen; 8,15,19,23,29,36. Hồi
lưu; 9. Thiết bị làm mát bằng etylen; 10. Tháp tách metan; 11,16,21,25,31,39. Bộ phận đun

SVTH: Ngọ Thị Trang

24



ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ SƯ

GVHD: ThS.Nguyễn Tiến Thành

sôi đáy tháp; 12. Bình chứa trung gian; 13. Tháp tách etan; 14,33. Chu trình bay hơi propan;
17. Bloc làm sach CO2; 18,22,27,28,32,40. Thiết bị làm mát bằng không khí; 20. Tháp tách
propan; 24. Tháp tách butan; 26. Thiết bị trao đổi nhiệt; 30. Cột izo-butan; 34. Bình chứa
etan; 35. Bloc làm sạch H2S; 37. Đốt nóng sơ bộ; 38. Bloc làm sạch benzin; 41. Tháp chưng
condensat; I. Khí nguyên liệu; II. Etan; III. Propan; IV. Izo-butan; V. Cặn benzin; VI. nbutan; VII. Benzin; VIII. Khí khô.
 Nguyên lý hoạt động
Khí tự nhiên sau khí qua tháp tách sơ bộ 1 được làm sạch khỏi các tạp chất cơ học, đi vào
tháp sấy 2 có chứa rây phân tử, ở đây khí được sấy đến điểm sương -840C và sau đó được
làm sạch bụi ở bộ phận lọc 3. Qua hệ thống trao đổi 4 nhờ dòng khí khô lạnh đi ngược chiều
và bộ phận bay hơi propan, khí tự nhiên được làm lạnh đến -370C. Khí đó khoảng một nửa
hydrocacbon được ngưng tụ. Chúng được tách ra ở tháp tách 5 và được dẫn đến tháp tách
metan 10. Còn khí đi ra từ tháp tách 5 được làm lạnh đến -930C trong hệ thống trao đổi
nhiệt và bay hơi etylen 6 bằng khí khô condensat và etylen đang sôi. Phân đoạn lỏng lấy ra
khí này được phân tách trong tháp tách 7 và sau khi tuần hoàn lạnh được đưa vào tháp tách
metan 1. Còn khí thoát ra được đưa đi sử dụng. Theo sơ đồ này khoảng 87% etan và gần
99% propan và toàn bộ hydrocacbon nặng được tách ra.
 Ưu- nhược điểm, phạm vi ứng dụng:
Sơ đồ này được ứng dụng điển hình trong các nhà máy chế biến khí tự nhiên và khí đồng
hành để nhận etan và các hydrocacbon nặng hơn. Không có sự khác nhau về nguyên tắc
giữa chu trình làm lạnh sử dụng tác nhân lạnh propan –etan và propan – etylen. Chu trình
lạnh propan- etylen cho phép nhận được nhiệt độ thấp hơn.
3.6. Sơ đồ NNT ba bậc nhận C≥3 có chu trình làm lạnh bằng Propan
 Sơ đồ công nghệ

SVTH: Ngọ Thị Trang


25