Đồ án tốt nghiệp_Mỏ địa chất

Chia sẻ: Luong Van Son | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

178
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với nhu cầu sử dụng khí trên thế giới tăng nhanh, sự thăm dò khai thác khí thiên nhiên ngày càng tăng, bên cạnh đó là sự phát hiện dầu ngày càng giảm thì ngành công nghiệp khí sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp_Mỏ địa chất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI MỎ ĐỊA CHẤT
2 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất MỤC LỤC CHƯƠNG 1 ..........................................................................................................................6 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN............................................................................6 1.1. Khái niệm về khí tự nhiên [2,4,5] ...........................................................................6 1.2. Nguồn gốc của dầu và khí tự nhiên[2,4,5] ..............................................................6 1.3. Thành phần và phân loại khí tự nhiên [2,4,5] ........................................................7 1.3.1. Thành phần của khí thiên nhiên.......................................................................7 Bảng 1.1: Thành phần khí đồng hành mỏ Bạch Hổ và Rạng Đông thuộc bể Cửu Long-Việt Nam (% theo thể tích). ...........................................................................................................8 * Nguồn Petrovietnam Gas.Co, 11/2 .....................................................................................8 1.3.2. Thành phần hóa học và phân loại khí tự nhiên ..............................................8 1.4. Một số tính chất cơ bản của khí tự nhiên [1,2,5,6].................................................9 1.4.1. Áp suất hơi bão hòa ...........................................................................................9 1.4.3. Hàm ẩm và điểm sương của khí .....................................................................10 1.4.4. Độ nhớt..............................................................................................................11 1.4.5. Trạng thái tới hạn của khí ..............................................................................11 Tương ứng với nhiệt độ tới hạn Tc ta có các khái niệm áp suất tới hạn Pc, thể tích tới hạn Vc. ........................................................................................................................................12 1.4.6. Nhiệt cháy .........................................................................................................12 1.4.7. Giới hạn cháy nổ ..............................................................................................12 Bảng 1.2: Một số tính chất hóa lý của hydrocacbon và N2, CO2, H2S ................................13 CHƯƠNG 2 ........................................................................................................................14 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY GPP DINH CỐ ................................................................14 2.2. Các chế độ vận hành của nhà máy GPP Dinh Cố ................................................14 2.2.1 Chế độ vận hành AMF (Absorluted Minimum Facility)...............................14 ● Chế độ vận hành AMF ...................................................................................................15 Như vậy trong chế độ AMF tháp tách C-01 có hai dòng nguyên liệu đi vào, dòng thứ nhất là hydrocacbon lỏng từ bình tách V-03 được đưa vào đĩa thứ 14, dòng thứ hai là dòng hydrocacbon lỏng từ đáy tháp C-05 được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-01, tại đây hầu hết các thành phần nhẹ C1, C2 được tách khỏi hỗn hợp đầu vào. Hỗn hợp lỏng từ đáy của tháp C-01 được tận dụng để gia nhiệt cho hỗn hợp đầu vào của chính nó đến từ tháp V-03 thông qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04, sau đó được làm lạnh tại E- 09 trước khi đưa ra đường ống hoặc vào bồn chứa Condensat TK-21........................17 2.2.2.Chế độ vận hành MF (Minimum Facility)......................................................17 ● Chế độ vận hành MF: ....................................................................................................17 2.2.3. Chế độ vận hành GPP (Gas Processing Plant) .............................................20 2.2.4. Chế độ vận hành GPP chuyển đổi:................................................................23 CHƯƠNG 3 ........................................................................................................................28 CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT ..............................................28 3.1. C©n b»ng láng h¬i [3]..............................................................................................28 3.1.1. Kh¸i niÖm..........................................................................................................28 3.1.2. C¸c quan hÖ nhiÖt ®éng häc cña c©n b»ng láng h¬i ......................................29 3.2. Định luật Daltont và Raoult [1] .............................................................................30 3.3. Cấu trúc tháp chưng cất trong công nghiệp dầu khí [3] .....................................34 3.3.1. Thân tháp chưng cất ........................................................................................34 3.3.2. Đường kính tháp ..............................................................................................34 2 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
3 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất 3.3.3. Đĩa tháp chưng cất ...........................................................................................34 3.3.4. Nguyên tắc hoạt động của tháp ......................................................................35 3.4. Tính toán cân bằng pha [3] ....................................................................................36 3.5.1. Cân bằng vật chất ............................................................................................39 3.5.3. Entanpy ở một đĩa bất kỳ. ...............................................................................41 3.6. Tính số đĩa lý thuyết S [3] ......................................................................................42 3.6.1. Số đĩa lý thuyết tối thiểu Smin ..........................................................................42 3.6.2. Tỷ lệ hồi lưu tối thiểu hmin ...............................................................................42 3.6.3. Mối tương quan giữa độ hồi lưu thực tế h và số đĩa lý thuyết S ..................43 3.7. Hiệu suất đĩa E0 và số đĩa thực tế Sact [9] ..............................................................43 3.8. Xác định vị trí nạp liệu [3] .....................................................................................43 3.9. Tính các thông số kĩ thuật của tháp chưng cất [3,9,14] .......................................44 3.9.1. Hệ số ngập lụt FF ( Flood Factor) ..................................................................44 3.9.2. Vận tốc thiết kế của lưu chất trong hộp chảy tràn VDdsg (Downcomer Design Velocity)..........................................................................................................44 3.9.3. Yếu tố hệ thống SF (System Factor)...............................................................44 3.9.4. Hệ số năng suất hơi, CAF (Vapor Capcity Fractor) .......................................44 3.9.5. Tải dòng Vload ...................................................................................................45 3.9.6. Đường kính tháp ..............................................................................................45 3.9.7. Chiều cao tháp ..................................................................................................45 CHƯƠNG 4 ........................................................................................................................47 TÍNH TOÁN CHO THÁP ỔN ĐỊNH CONDENSATE C-02 ........................................47 4.1. Nguyên liệu và yêu cầu phân tách .........................................................................47 4.1.1. Nguyên liệu .......................................................................................................47 Bảng 4.1: Thành phần nguyên liệu vào tháp ......................................................................47 4.1.2. Yêu cầu phân tách............................................................................................47 Bảng 4.2 : Thành phần % các cấu tử cần phân tách. ..........................................................48 Bảng 4.3: Nồng độ phần mol và lưu lượng mỗi cấu tử trong các dòng sản phẩm và nguyên liệu. ......................................................................................................................................48 4.2. Tính toán các thông số hoạt động của tháp chưng cất ........................................49 4.2.1. Nhiệt độ làm việc tại bình hồi lưu ..................................................................49 4.2.2. Áp suất làm việc tại bình hồi lưu ....................................................................49 Bảng 4.4. Tính áp suất tại bình hồi lưu. ...........................................................................49 4.2.3. Tính áp suất của Reboiler ...............................................................................49 4.2.4. Tính nhiệt độ của Reboiler ..............................................................................50 Bảng 4.5 : Tính toán nhiệt độ của Reboiler .........................................................................50 4.2.5. Tính áp suất tại đỉnh tháp chưng cất .............................................................50 4.2.6. Tính nhiệt độ đỉnh tháp chưng cất .................................................................50 Bảng 4.6 : Số liệu liên quan đến phép tính nhiệt độ ở đỉnh tháp chưng cất ........................51 4.2.7. Tính áp suất ở đáy tháp ...................................................................................51 4.2.8. Tính nhiệt độ ở đáy tháp .................................................................................51 Bảng 4.7: Tính toán nhiệt độ đáy tháp ................................................................................51 4.2.9. Kết luận chung về điều kiện hoạt động của tháp ..........................................52 4.3. Tính số đĩa lý thuyết theo phương pháp FUG (Fenske-Underwood-Gilliand)...52 Bảng 4.8: Số liệu liên quan đến phép tính giả sử – kiểm tra để tính E trong phương trình Underwood, q= 1 .................................................................................................................53 Bảng 4.9: Áp dụng phương trình (3.30) với E=0,5082 .......................................................54 4.4. Tính hiệu suất tháp và số đĩa thực tế ....................................................................54 4.4.1. Tính cân bằng lỏng hơi của nguyên liệu ........................................................54 3 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
4 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất zi ∑x =∑ = 1 và dùng phương pháp giả sử Áp dụng công thức 1 + V(K i − 1) i ∑x = 1 . Ta có kiểm tra để tính cân bằng lỏng hơi của nguyên liệu sao cho thoả mãn i bảng sau với V = 0,443 và L = 0,557 .........................................................................54 4.4.2. Độ nhớt của nguyên liệu ở điều kiện trung bình của tháp ...........................55 Bảng 4.11: Tính độ nhớt của khí ở 1040C và 1 atm............................................................56 Bảng 4.12 : Tính độ nhớt của hỗn hợp ở 1040C và 1 atm. ..................................................57 4.5. Xác định vị trí nạp liệu ...........................................................................................58 4.6. Tính tải nhiệt của bình ngưng và nồi tái đun. ......................................................59 4.6.1. Tính chất của dòng hơi V2 ...............................................................................59 Bảng 4.13: Khối lượng riêng của hơi V2 .............................................................................59 4.6.2. Tính chất của dòng lỏng L2 .............................................................................60 Bảng 4.14: Khối lượng riêng của lỏng L2............................................................................60 4.6.3. Tải nhiệt của bình ngưng ................................................................................61 Bảng 4/1: Các giá trị entanpy h2 và hD được trình bày ở bảng sau ....................................61 4.6.4 Tải nhiệt của nồi tái đun...................................................................................62 Bảng 4.16: Giá trị entanpy của sản phẩm đáy tháp ............................................................62 Bảng 4.17: Entapy của hơi nguyên liệu ...............................................................................63 Bảng 4.18: Etanpy lỏng nguyên liệu ....................................................................................64 4.6.5. Tính chất dòng hơi V32 ....................................................................................64 Bảng 4.19: Entanpy của dòng hơi V32 ................................................................................65 Bảng 4.20 : Tính toán khối lượng riêng dòng hơi V32 .........................................................66 4.6.6. Tính chất của dòng lỏng L31 ............................................................................66 Bảng 4.21: Khối lượng riêng của lỏng L31 ..........................................................................67 4.7. Tính đường kính tháp.............................................................................................67 4.7.1. Khối lượng riêng ..............................................................................................67 4.7.2. Lưu lượng .........................................................................................................68 4.7.3. Yếu tố hệ thống SF ...........................................................................................68 4.7.4. Vận tốc thiết kế trong ống chảy chuyền VDdsg ..............................................68 4.7.5. Yếu tố công suất hơi CAF ...............................................................................69 4.7.6. Tải dòng VLoad ..................................................................................................69 4.8. Chiều cao tháp H.....................................................................................................69 Bảng 4.22: Tổng kết các thông số kĩ thuật cơ bản của tháp C-02 theo tính toán và theo thực tế vận hành hiện tại.......................................................................................70 4 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
5 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất LỜI MỞ ĐẦU Với nhu cầu sử dụng khí trên thế giới tăng nhanh, sự thăm dò khai thác khí thiên nhiên ngày càng tăng, bên cạnh đó là sự phát hiện dầu ngày càng giảm thì ngành công nghiệp khí sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng. Nhà máy chế biến khí Dinh Cố là nhà máy xử lý khí đầu tiên ở Việt Nam do Tập đoàn dầu khí Việt Nam xây dựng, để chế biến các nguồn khí đồng hành, các nguồn khí tự nhiên dồi dào ở các mỏ Bạch Hổ, Rạng Đông và các mỏ lân cận thành những sản phẩm khác nhau, nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Hiện nay sản phẩm của nhà máy GPP Dinh Cố bao gồm khí khô, LPG và Condensat. Trong đó LPG và Condensat là 2 sản phẩm có giá trị kinh tế cao hơn nhiều so với khí khô. Nó là nguồn nguyên liệu để sản xuất xăng, các loại dung môi hữu cơ, nhiên liệu đốt và những nguyên liệu quan trọng cho công nghiệp hoá dầu. Với nhu cầu lớn về LPG và Condensat nhà máy cần có những giải pháp nhằm tăng công suất để đáp ứng được nhu cầu của thị trường nhưng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm thương phẩm. Tháp ổn định condensat C-02 là tháp chưng cất phân đoạn có nhiệm vụ phân tách LPG và Condensat để các sản phẩm này đáp ứng đủ các tiêu chuẩn thương mại quy định. Tháp C-02 là cụm thiết bị quan trọng không thể thiếu trong dây truyền công nghệ của nhà máy GPP Dinh Cố. Khi tiếp nhận thêm các nguồn khí từ các mỏ lân cận, lưu lượng khí vào nhà máy sẽ liên tục thay đổi, để khảo sát tháp khả năng đáp ứng của tháp C-02 nên em chọn đề tài: “Tìm hiểu và tính toán các thông số kỹ thuật của tháp ổn định condensat C-02 tương ứng với lưu lượng khí đầu vào 5,9 triệu m3/ngày của nhà máy GPP Dinh Cố ” Trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp, trình độ bản thân còn nhiều hạn chế, chưa được làm quen nhiều với việc tính toán thiết kế nên đồ án hẳn còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận được những nhận xét, góp ý của các thầy cô cùng bạn bè đồng môn. Nhân dịp này em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Danh Nhi, cô Nguyễn Thị Bình, các thầy cô giáo trong bộ môn Lọc-Hoá Dầu và bạn bè đồng môn đã giúp đỡ em trong quá trình học tập, rèn luyện tại trường trong thời gian qua. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Dương Viết Cường đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em hoàn thành đồ án này.Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nôi, tháng 06 năm 2009 Sinh viên thực hiện: Hoàng Văn Tuân 5 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
6 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN 1.1. Khái niệm về khí tự nhiên [2,4,5] Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khí CH4, C2H6, C3H8, C4H10 v.v.. có trong lòng đất. Chúng thường tồn tại trong những mỏ khí riêng rẽ hoặc tồn tại ở trên các lớp dầu mỏ. Khí tự nhiên còn được hiểu là khí trong các mỏ khí. Khí tự nhiên cũng luôn chứa các khí vô cơ như N2, H2S, CO2..., khí trơ, hơi nước. Người ta phân loại khí tự nhiên làm hai loại: khí không đồng hành (còn gọi là khí thiên nhiên) và khí đồng hành. Khí thiên nhiên khai thác được từ mỏ khí, còn khí đồng hành khai thác được trong quá trình khai thác dầu mỏ ở trong mỏ dầu. Trong lòng đất, dưới áp suất và nhiệt độ cao, các chất hydrocacbon khí như CH4, C2H6, C3H8... phần lớn hòa tan trong dầu, khí bơm lên mặt đất, do áp suất giảm nên chúng tách ra khỏi dầu tạo thành khí đồng hành. Thành phần định tính, định lượng của khí tự nhiên rất giống nhau ở các mỏ khác nhau, có thể khác nhau đáng kể ở các tầng trong cùng một mỏ. Giữa khí tự nhiên và khí đồng hành không có sự khác biệt lớn về thành phần định tính, nhưng về mặt định lượng thì khí đồng hành nghèo CH4, hơn và giàu C4+ hơn so với khí thiên nhiên. Khí tự nhiên là nguồn nguyên liệu, nhiên liệu vô cùng quý giá, gần như không tái sinh, đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong hoạt động kinh tế, trong cuộc sống của con người. Một sự biến động trong cán cân cung cầu dầu khí đều lập tức ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực kinh tế, đến chính sách kinh tế, xã hội. Ngày nay, dầu khí được coi là tài nguyên chiến lược, chịu sự kiểm soát trực tiếp hoặc gián tiếp của các quốc gia. 1.2. Nguồn gốc của dầu và khí tự nhiên[2,4,5] Nguồn gốc hình thành dầu mỏ được các nhà khoa học giải thích theo nhiều chiều hướng khác nhau, tuy nhiên giả thuyết hữu cơ của các hydrocacbon trong dầu mỏ là có nhiều cơ sở khoa học nhất. Các vật liệu hữu cơ tạo ra dầu mỏ có nhiều nguồn gốc khác nhau, trong đó quan trọng nhất là các sinh vật đồng thời cũng có một phần xác động thực vật hình thành nên. Các giai đoạn hình thành dầu khí: 6 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
7 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Quá trình hình thành dầu khí xảy ra trong một thời gian dài và liên tục. Sự hình thành này xảy ra hàng triệu năm và có thể chia thành 4 giai đoạn sau: ● Giai đoạn 1: Giai đoạn này bao gồm các quá trình tích tụ vật liệu hữu cơ ban đầu. Xác động thực vật được lắng đọng lại. Chúng được các vi sinh vật phân huỷ thành khí và các sản phẩm tan trong nước, phần bền vững nhất không tan sẽ lắng đọng lại thành các lớp trầm tích dưới đáy biển. Quá trình này diễn ra trong khoảng vài triệu năm. ● Giai đoạn 2: Giai đoạn này bao gồm các quá trình biến các chất hữu cơ thành các phân tử hydrocacbon ban đầu. Những hợp chất hữu cơ ban đầu không bị phân huỷ bởi vi khuẩn là nhóm hợp chất béo. Qua hàng triệu năm, những hợp chất này lắng sâu xuống đáy biển. ở độ sâu càng lớn, áp suất và nhiệt độ càng cao (t0: 100-2000C, p: 200-1000 atm). ở điều kiện này, các thành phần hữu cơ trên bị biến đổi do các phản ứng hóa học tạo ra các cấu tử hydrocacbon ban đầu của dầu khí. ● Giai đoạn 3: Giai đoạn này bao gồm các quá trình di cư các hydrocacbon ban đầu đến các bồn chứa thiên nhiên. Chúng được phân bố rải rác trong các lớp trầm tích. Do áp suất trong các lớp đá trầm tích rất cao nên các hydrocacbon ban đầu bị đẩy ra và di cư đến nơi khác. Quá trình di cư diễn ra liên tục cho đến khi các hydrocacbon ban đầu đến được các lớp sa thạch, đá vôi, nham thạch có độ rỗng xốp cao được gọi là đá chứa, từ đó hình thành nên các bồn chứa tự nhiên. Tại các bồn chứa này, các hydrocacbon không thể di cư được nữa. Trong suốt quá trình di cư ban đầu, các hydrocacbon luôn chịu các biến đổi hóa học và dần nhẹ đi. ● Giai đoạn 4: Giai đoạn này gồm các quá trình biến đổi dầu mỏ trong các bồn chứa tự nhiên. 1.3. Thành phần và phân loại khí tự nhiên [2,4,5] 1.3.1. Thành phần của khí thiên nhiên Khí tự nhiên là sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa vật liệu hữu cơ của thế giới sinh vật thành dầu khí trong lòng đất. Về mặt hóa học, CH4 là hydrocacbon bền nhất, nên nó là hợp phần cơ bản của khí tự nhiên. Bên cạnh CH4 khí tự nhiên còn chứa các hydrocacbon khí nặng hơn: C2H6, C3H8, C4H10, C5H12, C6H14, C7H16... Ngoài các hydrocacbon, khí tự nhiên còn chứa các khí vô cơ: N2, CO2, H2S và hơi nước bão hòa với hàm lượng không cố định. Bảng 1.1 trình bày thành phần của một số mỏ khí ở Việt Nam. 7 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
8 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Bảng 1.1: Thành phần khí đồng hành mỏ Bạch Hổ và Rạng Đông thuộc bể Cửu Long-Việt Nam (% theo thể tích). Rạng Đông Bạch Hổ Cửu Long Công thức (chưa xử lý) (chưa xử lý) (đã xử lý) CO2 0,130 0,109 0,042 N2 0,180 0,327 0,386 CH4 78,042 74,672 83,573 C2H6 11,109 12,218 12,757 C3H8 6,947 7,176 2,438 i-C4H10 1,208 1,548 0,301 n-C4H10 1,648 2,221 0,371 i-C5H12 0,258 0,548 0,061 n-C5H12 0,207 0,589 0,059 C6H14 0,112 0,390 0,012 C7H16 0,134 0,165 0,000 C8H18 0,025 0,036 0,000 0 0 -280C Điểm sương của 30 C 44 C hyđrocabon Tại 45 bar Tại 45 bar Tại 45 bar -30,100C -1,100C Điểm sương của - nước Tại 57 bar Tại 45 bar Hàm lượng nước - 0,102 Vết (g/m3) Tổng hàm lượng 17 (ppmv) 10 (ppmv) 16,2 (ppmv) lưu huỳnh 17 (ppmv) 10 (ppmv) 8,7 (ppmv) H2S RHS - - 7,5 (ppmv) * Nguồn Petrovietnam Gas.Co, 11/2 1.3.2. Thành phần hóa học và phân loại khí tự nhiên Hợp phần cơ bản của khí tự nhiên là CH4, khí càng nặng thì hàm lượng CH4 càng ít. Nhiệt độ ở các mỏ khí tự nhiên thường là một vài trăm độ do đó khí tự nhiên luôn chứa cả những hydrocacbon C5+, những chất ở thể lỏng ở điều kiện thường. Lượng hydrocacbon C5+ có thể khá lớn đặc biệt là ở trong các mỏ ngưng tụ, đôi khi đạt đến bốn trăm gam/m3 khí. 8 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
9 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Khí tự nhiên bao giờ cũng chứa các khí vô cơ với hàm lượng thường giảm theo thứ tự N2, CO2, H2S, khí trơ (He, Ne), COS... Khí tự nhiên ở trong mỏ luôn luôn chứa hơi nước bão hòa, khí khai thác được cũng thường bão hòa hơi nước nhưng cũng có thể chứa ít hơi nước hơn. Việc khí khai thác có bão hòa hơi nước hay không là phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ áp suất trong suốt quá trình khai thác. Ở các mỏ khác nhau thành phần định tính và định lượng của khí tự nhiên khác nhau. Phân loại khí thiên nhiên Khí thiên nhiên có thể phân thành các loại sau: ● Theo nguồn gốc: + Khí đồng hành: Khí đồng hành là khí hòa tan trong dầu, lôi cuốn theo dầu trong quá trình khai thác và sau đó được tách ra khỏi dầu. Khí đồng hành được khai thác từ các giếng dầu hoặc giếng dầu khí (chủ yếu là dầu). + Khí không đồng hành: Khí không đồng hành là khí khai thác từ mỏ khí và mỏ khí ngưng tụ Condensat. ● Theo thành phần: - Khí khô: Là khí có hàm lượng C2+
10 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Với Pi, xi lần lượt là áp suất hơi bão hòa và nồng độ phần mol của cấu tử i trong lỏng. Vậy hợp phần i có nồng độ càng lớn, có áp suất hơi bão hòa càng lớn sẽ gây ra một áp suất hơi bão hòa riêng phần càng lớn. áp suất hơi bão hòa của dung dịch càng lớn khi chứa càng nhiều chất để bay hơi. 1.4.2. Khối lượng riêng và tỉ khối Khối lượng riêng của khí lý tưởng: Lý thuyết về khí lý tưởng cho ta mối liên hệ sau: P.V = n.R.T (1.1) Trong đó: P: Áp suất (Bar) V: Thể tích (m3) (0K) T: Nhiệt độ n : số mol (mol) (m3.bar/ (mol. 0K)) R : Hằng số của khí tưởng = 0,08314 Khối lượng riêng của khí lý tưởng: M .P M .P ρ gp = = 12, 03 × (1.2) R .T T Trong đó: ρ gp : Khối lượng riêng của khí lý tưởng (kg/m3) M: Khối lượng mol (kg/kmol). Khối lượng riêng của khí thực: M .P M .P ρg = = 12 , 03 × ( R .T . z ) (T . z ) (1.3) Trong đó : z : Hệ số nén. ρg : Khối lượng riêng của khí, [kg/m3]. Tỉ khối của khí A so với khí B là tỉ số giữa khối lượng riêng của khí A và khí B ở cùng nhiệt độ và áp suất. 1.4.3. Hàm ẩm và điểm sương của khí Khí tự nhiên và khí đồng hành khai thác được từ các mỏ dưới lòng đất luôn bão hoà hơi nước. Hàm lượng hơi nước có trong hỗn hợp khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần khí. Tại mỗi giá trị áp suất và nhiệt độ có thể xác định được 10 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
11 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất hàm lượng ẩm tối đa của khí. Hàm ẩm tương ứng với trạng thái khí bão hoà hơi nước được gọi là hàm ẩm cân bằng hay còn gọi là độ ẩm cân bằng. Để biểu diễn hàm lượng hơi nước có trong khí, người ta sử dụng hai khái niệm: độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối. - Độ ẩm tuyệt đối: là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích hoặc một đơn vị khối lượng (được biểu diễn bằng g/m3 khí hoặc g/kg khí). - Độ ẩm tương đối: là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong khí và khối lượng hơi nước tối đa có thể có trong khí ở điều kiện bão hoà (biểu diễn theo phần trăm hoặc phần đơn vị). - Điểm sương: nếu giảm nhiệt độ khí bão hoà hơi nước còn áp suất không đổi, thì một phần hơi nước bị ngưng tụ. Nhiệt độ tại đó hơi nước có trong khí bắt đầu ngưng tụ được gọi là điểm sương của khí ẩm tại áp suất đã cho. 1.4.4. Độ nhớt Độ nhớt là đại lượng đặc trưng cho mức cản trở giữa hai lớp chất lưu khi chúng chuyển động tương đối với nhau. Đơn vị là cSt. Độ nhớt phụ thuộc rất phức tạp vào bản chất, nhiệt độ, nồng độ, áp suất. Không có một phương trình toán học nào, dù ở dạng rất phức tạp, cho phép tính độ nhớt của tất cả các sản phẩm dầu mỏ, mà chỉ có những phương trình gần đúng để tính độ nhớt cho những phân đoạn rất hẹp. Khác với ở thể lỏng, độ nhớt của hydrocacbon ở thể khí tăng nhiệt độ tăng, giảm khi phân tử lượng tăng. Độ nhớt gần như tăng tuyến tính với nhiệt độ, phân tử lượng càng lớn thì độ nhớt càng ít phụ thuộc nhiệt độ. Sự tăng áp suất làm tăng độ nhớt của hydrocacbon, đặc biệt khi chúng ở thể hơi. Người ta quan tâm đến độ nhớt của khí và sản phẩm của khí khi cần tính toán công suất bơm, máy nén, trở lực đường ống trên đường ống dẫn khí cũng như trong các thiết bị, khi tính độ hiệu dụng của tháp chưng cất... 1.4.5. Trạng thái tới hạn của khí ● Nhiệt độ tới hạn TC: Một chất có thể biến từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng khi nhiệt độ giảm, áp suất tăng trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn một giá trị nào đó. Trên nhiệt độ đó không thể biến hơi thành lỏng ở bất kỳ áp suất nào. Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ tới hạn (tới hạn của cân bằng lỏng - hơi). Đối với các hydrocacbon từ C1 đến C5 có thể xác định nhiệt độ tới hạn TC (chính xác đến ± 10K) theo phương trình: 11 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
12 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất 391,7(n − 1) TC = + 190,7 (1.4) 2,645 + (n − 1) 0,785 (n: là số nguyên tử cacbon của phân tử hydrocacbon). Tương ứng với nhiệt độ tới hạn Tc ta có các khái niệm áp suất tới hạn Pc, thể tích tới hạn Vc. ● Áp suất tới hạn(Pc): Đối với các hydrocacbon từ C1 đến C20 (trừ C18) có thể xác định chính xác đến ± 0,05 Mpa theo phương trình sau: 49,51 PC = (1.5) 7,977 + n1, 2 (n: số nguyên tử cacbon của phân tử hydrocacbon). ● Thể tích tới hạn VC: Đối với các hydrocacbon từ C3 đến C16 có thể xác định thể tích tới hạn chính xác đến 4cm3/mol có thể áp dụng phương trình: VC = 58,0 . n + 22 (1.6) (n: là số nguyên tử cacbon của phân tử hydrocacbon) 1.4.6. Nhiệt cháy Nhiệt cháy của một chất là hiệu ứng nhiệt của phản ứng đốt cháy chất đó bằng ôxi tạo thành ôxit cao nhất và các chất tương ứng. Trong công nghiệp chế biến khí người ta dùng khái niệm nhiệt cháy trên và nhiệt cháy dưới. Nhiệt cháy trên là nhiệt cháy khi nước tạo thành ở thể lỏng bão hòa CO2 và các sản phẩm cháy. Như vậy, về mặt thực nghiệm phải xác định nhiệt cháy trên bằng cách đốt nhờ O2 bão hòa hơi nước. Nhiệt cháy dưới, còn gọi là cháy tinh, là nhiệt cháy khi nước tạo thành ở thể hơi. Nhiệt cháy dưới Qd bao giờ cũng nhỏ hơn nhiệt cháy trên Qt một đại lượng bằng nhiệt ngưng tụ hơi nước sinh ra. 1.4.7. Giới hạn cháy nổ Giới hạn cháy nổ dưới (trên) của một chất khí là phần trăm thể tích lớn nhất (nhỏ nhất) của khí đó trong hỗn hợp với không khí hoặc với ôxy nguyên chất khi hỗn hợp có thể cháy nổ. Công thức tính giới hạn cháy nổ dưới cho hỗn hợp khí: ⎛x ⎞ n y.∑ ⎜ i ⎟ = 100% ⎜ ⎟ i =1 ⎝ N i ⎠ Với y : là giới hạn cháy nổ của hỗn hợp khí xi : là nồng độ phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp Ni : là giới hạn cháy nổ dưới của cấu tử i. 12 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
13 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Bảng 1.2: Một số tính chất hóa lý của hydrocacbon và N2, CO2, H2S Thể tích Áp suất Hệ số Thành Nhiệt độ sôi Nhiệt độ tới hạn riêng tới tới hạn nén tới phần hạn hạn 0 0 0 0 cm3/g C K C K MPa CH4 - 161,4 111,6 - 82,6 90,5 4,6 6,19 0,28 C2H6 - 86,6 184,5 32,2 305,4 4,8 4,55 0,28 C3H8 - 42,6 213,0 96,6 369,8 4,2 4,55 0,28 i- C4H10 - 0,5 272,6 152,0 425,1 3,8 4,39 0,27 n-C4H10 - 11,7 261,4 134,9 408,1 3,6 4,52 0,28 i-C5H12 36,0 309,0 196,5 469,6 3,3 4,30 0,26 n-C5H12 27,8 301,0 187,2 460,3 3,3 4,27 0,27 C6H14 68,7 341,8 234,2 507,3 3,0 4,27 0,26 C7H16 98,4 371,5 267,0 540,1 2,7 4,25 0,26 C8H18 125,6 398,8 295,6 568,7 2,4 4,25 0,25 C9H20 150,7 423,9 321,4 594,5 2,2 4,20 0,25 C10H22 174,1 447,2 344,4 617,5 2,1 4,18 0,24 N2 - 195,7 77,3 - 149,8 126,2 3,4 3,21 0,29 CO2 - 78,4 194,6 31,05 304,2 7,3 3,17 1,27 H2S - 60,3 312,8 110,4 373,6 9,0 - 0,28 13 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
14 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY GPP DINH CỐ 2.1. Nguyên liệu vào nhà máy và các sản phẩm chính Nhà máy xử lý khí Dinh Cố được xây dựng tại xã An Ngãi, huyện Long Điền, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu, cách tỉnh lộ 44 khoảng 1 km, cách Long Hải khoảng 6 km về hướng bắc. Nhà máy có tổng diện tích 89.600 m2, dài 329 m, rộng 280 m. 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, Condensat và khí khô. Các sản phẩm lỏng sau khi ra khỏi nhà máy được dẫn về kho cảng Thị Vải theo ba đường ống đường kính 16 inch, khí khô được đưa về các nhà máy điện thông qua hệ thống đường kính 16 inch để dùng làm nguyên liệu. Nhà máy chế biến khí được xây dựng theo thiết kế bước sử dụng nguyên liệu với lưu lượng là 4,3 triệu m3 khí/ngày đêm. Hiện nay, do mỏ Rạng Đông đã đi vào khai thác dầu và Tập đoàn Dầu Khí Việt Nam đã đầu tư xây dựng đường ống dẫn khí từ mỏ Rạng Đông về mỏ Bạch Hổ. Do đó, hiện nay toàn bộ lượng khí của mỏ Rạng Đông và mỏ Bạch Hổ được nén và dẫn vào bờ, do đó hiện tại tổng lưu lượng khí cung cấp cho nhà máy khí Dinh Cố là khoảng 5,7 triệu m3 khí/ngày. Sản phẩm của nhà máy hiện nay bao gồm : + Khí khô thương phẩm với thành phần chủ yếu là metan và etan, được cung cấp cho nhà máy điện Bà Rịa, nhà máy điện Phú Mỹ. + Condensat hay còn gọi là khí ngưng tụ, là một hỗn hợp hydrocacbon ở dạng lỏng trong điều kiện thường (1atm, 250C), thành phần chủ yếu là C5+. Dòng condensat được dẫn đến nhà máy chế biến condensat để pha chế thành xăng. + Bupro là hỗn hợp của butan và propan, hỗn hợp lỏng này được dẫn về kho cảng Thị Vải, tại đây nó được đưa ra thị trường. 2.2. Các chế độ vận hành của nhà máy GPP Dinh Cố − Chế độ vận hành AMF − Chế độ vận hành MF − Chế độ vận hành GPP 2.2.1 Chế độ vận hành AMF (Absorluted Minimum Facility) Đây là chế độ hoạt động của nhà máy ở trạng thái cụm thiết bị hoạt động là tối thiểu tuyệt đối. Giai đoạn này được hoạt động với mục đích cung cấp khí thương 14 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
15 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất phẩm gia dụng cho các nhà máy điện, đồng thời cũng thu hồi một lượng tối thiểu condensat với sản lượng 340 tấn/ngày. Chế độ AMF là chế độ dự phòng cho chế độ MF trong trường hợp chế độ MF, GPP và GPP chuyển đổi không hoạt động được như: xảy ra sự cố, sửa chữa, bảo dưỡng. ● Chế độ vận hành AMF Dòng khí nguyên liệu từ ngoài khơi được vận chuyển theo đường ống đường kính 16 inch vào nhà máy với áp suất 109 bar, nhiệt độ 25,60C đi qua thiết bị Slug- Catcher, dòng khí và dòng lỏng được tách ra theo các đường riêng biệt, phần lớn nước lẫn trong hydrocacbon được tách và thải ra từ thiết bị này. Dòng hydrocacbon từ Slug-Catcher được giảm áp và đưa vào bình tách V-03 hoạt động ở áp suất 75 bar, nhiệt độ 200C để tách thêm phần nước vẫn còn lẫn lại trong hydrocacbon lỏng. Khi giảm áp suất từ 109 bar xuống còn 75 bar một phần hydrocacbon nhẹ hấp thụ trong lỏng được tách ra nhưng do hiệu ứng Joule- Thomson đồng thời với việc giảm áp suất, nhiệt độ sẽ giảm xuống thấp hơn nhiệt độ tạo thành hydrat nên để tránh hiện tượng tạo hydrat này bình được gia nhiệt đến 200C bằng dầu nóng ra từ thiết bị E-07. Dòng hydrocacbon lỏng ra khỏi V-03 được gia nhiệt tại thiết bị trao đổi nhiệt E-04A/B trước khi đưa vào tháp C-01. Dòng khí thoát ra từ Slug-Catcher được dẫn vào bình tách lọc V-08 để tách triệt để các hạt lỏng nhỏ bị cuốn theo dòng khí, Khí thoát ra ở đầu V-08 được dùng để hút khí từ C-01 thông qua các bơm hoà dòng EJ-01A/B/C. Đầu ra của các bơm hòa dòng EJ-01A/B/C là dòng hai pha có áp suất 47 bar và nhiệt độ 210C, dòng hai pha này được nạp vào tháp C-05 cùng với dòng khí nhẹ từ tháp V-03. Tháp tách C-05 có nhiệm vụ tách phần lỏng ngưng tụ do hệ thống bơm hòa dòng đưa vào, dòng khí ra khỏi đỉnh tháp là dòng khí thương phẩm dùng để cung cấp cho các nhà máy điện, hydrocacbon lỏng từ đáy C-05 được đưa sang tháp tách etan C-01. 15 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
chất Đồ án tốt nghiệp Hoàng Văn Tuân ME-13 Sale Gas EJ-01 C - ThấpTách Phân Đoạn. V - Thiết Bị Tách. C-05 V-08 SC- Slug- Catcher. SC- Khí Đầu Vào E- Thiết Bi Trao Đổi Nhiệt. ME- Thiết Bị Đo 16 V-03 C-01 DầuNóng Nước E-01A/B V-15 E-04 E-09 Trường Đại học Mỏ - Địa ME-24 Lớp Lọc - Hóa dầu – K49 16 DầuNóng Hình 2.1: Sơ Đồ Công Nghệ AMF TK-21
17 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Như vậy trong chế độ AMF tháp tách C-01 có hai dòng nguyên liệu đi vào, dòng thứ nhất là hydrocacbon lỏng từ bình tách V-03 được đưa vào đĩa thứ 14, dòng thứ hai là dòng hydrocacbon lỏng từ đáy tháp C-05 được đưa vào đĩa trên cùng của tháp C-01, tại đây hầu hết các thành phần nhẹ C1, C2 được tách khỏi hỗn hợp đầu vào. Hỗn hợp lỏng từ đáy của tháp C-01 được tận dụng để gia nhiệt cho hỗn hợp đầu vào của chính nó đến từ tháp V-03 thông qua thiết bị trao đổi nhiệt E-04, sau đó được làm lạnh tại E-09 trước khi đưa ra đường ống hoặc vào bồn chứa Condensat TK-21. 2.2.2.Chế độ vận hành MF (Minimum Facility) Đây là chế độ vận hành của nhà máy ở trạng thái cụm thiết bị hoạt động tối thiểu, Chế độ MF được phát triển từ chế độ AMF nhằm mục đích thu hồi sản phẩm Bupro với sản lượng 630 tấn/ngày và condensat với sản lượng 380 tấn/ngày, đây là chế độ dự phòng trong trường hợp không thể vận hành nhà máy theo chế độ GPP. Ngoài các thiết bị trong giai đoạn AMF, trong giai đoạn MF có thêm các thiết bị chính sau: - Tháp ổn định condensat (Stabilizer C-02) - Dehydration and Regeneration V-06A/B - Các thiết bị trao đổi nhiệt (Exchanger E-14, E-20) - OFVHD Compressor (K-01): Là thiết bị nén dùng để tăng áp suất khí từ đỉnh C-01 lên 45 bar để đưa vào dòng khí Sale Gas. ● Chế độ vận hành MF: Dòng khí ra từ Slug-Catcher được đưa đến bình tách lọc V-08 để tách nước, hydrocacbon lỏng, dầu nhờn và các hạt rắn, tác dụng của V-08 là bảo vệ lớp chất lỏng hấp phụ trong V-06A/B khỏi bị hỏng và tăng tuổi thọ của chúng. Dòng khí khô ra khỏi V-06A/B được đưa đồng thời đến hai thiết bị trao đổi nhiệt E-14 và E-20 với mục đích làm lạnh sâu để hóa lỏng khí. Dòng khí sau khi ra khỏi E-14 và E-20 là dòng hai pha lỏng-khí được đưa vào tháp C-05 để tách lỏng. Khí ra từ đỉnh tháp C-05 có nhiệt độ -18,50C được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt nhằm với hai mục đích: - Làm tác nhân làm lạnh bậc một cho dòng nguyên liệu tại thiết bị trao đổi nhiệt E-14. - Nhiệt độ giảm từ 25,60C xuống -170C trước khi được làm lạnh bậc hai tại van giãn nở FV-1001. Tăng nhiệt độ cho chính dòng khí ra từ tháp C-05 lên đến nhiệt độ yêu cầu cần cung cấp cho các nhà máy điện. 17 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
18 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Lỏng ra từ đáy tháp C-05 có nhiệt độ -26,80C đến thiết bị trao đổi nhiệt E-20 để làm lạnh dòng nguyên liệu của tháp C-05 từ nhiệt độ 25,60C xuống còn 190C đồng thời cũng gia nhiệt cho chính dòng lỏng từ C-05 trước khi được nạp vào đĩa trên cùng của tháp C-01. Hai tháp hấp phụ V-06A và V-06B được sử dung luân phiên, khi tháp này làm việc thì tháp kia tái sinh. Quá trình tái sinh được thực hiện nhờ sự cấp nhiệt của dòng khí thương phẩm sau khi được gia nhiệt đến 2200C bằng dòng dầu nóng tại E- 18, dòng khí này sau khi ra khỏi V-06A/B được tái làm nguội tại E-14 và tách lỏng ở V-07 trước khi ra đường khí thương phẩm. Sơ đồ dòng lỏng trong chế độ MF tương tự như ở chế độ AMF chỉ khác ở chỗ khí ra ở V-03 được đưa đến tháp C-01 thay vì đưa vào tháp C-05 như chế độ AMF. Ngoài ra trong chế độ độ MF, tháp C-02 được thêm vào để thu hồi Bupro, đồng thời tách một phần C1, C2 còn sót lại. Kết quả chúng ta thu được nhiều Bupro hơn và sản phẩm lỏng có chất lượng tốt hơn. 18 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49
chất E-14 FV-1001 C-05 E-15 Đồ án tốt nghiệp Hoàng Văn Tuân V-08 SC-01 V-06 Khí Đầu Vào E-20 E-18 F-01 K-04 V-07 ME-13 Sale Gas K-01 19 E-02 V-12 V-02 V-03 C-02 PV-1701 P-01A/B C-01 Nước V-15 DầuNóng E-01A/B N ME-24 E-03 E-04 DầuNóng E-05 PV-1301 TK-21 Bupro ME-26 Trường Đại học Mỏ - Địa Bupro ME25 Lớp Lọc - Hóa dầu – K49 19 Hình 2.2: Sơ Đồ Công Nghệ MF
20 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong chế độ MF tháp C-01 có ba dòng nguyên liệu được đưa vào: - Dòng lỏng đến từ V-03 được gia nhiệt từ 200C lên 800C tại thiết bị trao đổi nhiệt E-04A/B nhờ dòng lỏng nóng ra từ tháp ổn định C-02. - Dòng lỏng đến từ đáy tháp C-05 được đưa vào đĩa trên cùng. - Dòng khí từ đỉnh V-03 được đưa vào đĩa thứ 2 và thứ 3. Tại tháp C-01 các hydrocacbon nhẹ C1, C2 được tách ra và đi lên đỉnh tháp, sau đó được nén từ áp suất 25 bar lên 75 bar nhờ máy nén K-01 trước khi đưa vào đường khí thương phẩm. Phần lỏng ra từ C-01 được đưa vào đĩa thứ 11 của tháp C- 02. Tháp C-02 làm việc ở áp suất 11 bar, nhiệt độ đỉnh 600C, nhiệt độ đáy là 1540C, tại đây C5+ được tách ra và đi ra ở đáy tháp, sau đó chúng được dẫn qua bộ trao đổi nhiệt E-04 để gia nhiệt cho hỗn hợp đầu vào của tháp. Sau khi ra khỏi E-04 lượng lỏng này được đưa đến thiết bị làm lạnh bằng không khí E-09 để làm lạnh trước khi đưa ra đường ống hoặc bồn chứa condensat thương phẩm TK-21. Hơi ra khỏi đỉnh tháp C-02 là Bupro, hơi Bupro được ngưng tụ tại thiết bị làm mát bằng không khí E-02, một phần được hồi lưu lại tháp C-02, phần còn lại được đưa đến bồn chứa V-21A/B hoặc đưa vào đường ống vận chuyển Bupro đến kho cảng Thị Vải. 2.2.3. Chế độ vận hành GPP (Gas Processing Plant) Đây là chế độ hoàn thiện của nhà máy xử lý khí, lúc này nhà máy được hoàn thiện các thiết bị từ cụm thiết bị MF với mục đích thu hồi triệt để Condensat, Propan và Butan. Khi hoạt động ở chế độ GPP hiệu suất thu hồi các sản phẩm lỏng cao hơn so với các chế độ AMF và MF. Sản lượng của nhà máy trong giai đoạn GPP như sau: - Khí thương phẩm: 3,3 triệu m3/ngày. - Propan 540 tấn/ngày, Butan 415 tấn/ngày. - Condensat 400 tấn/ngày. ● Ngoài các thiết bị chính có trong chế độ vận hành MF, ở chế độ GPP được bổ sung thêm một số thiết bị sau: - Turbo Expander/Compressor (CC-01) - Splitter (C-03) - Máy nén K-02, K-03 - Stripper C-04 ● Mô tả vận hành chế độ GPP: Khí đồng hành từ ngoài khơi vào có áp suất 109 bar, nhiệt độ khoảng 25,60C được tiếp nhận tại Slug-Catcher, tại đây hai pha lỏng-khí được tách riêng ra, sau đó: 20 Hoàng Văn Tuân Lớp Lọc - Hóa dầu – K49