Đồ án Giải pháp kỹ thuật, công nghệ tận thu condensate trên giàn nén khí nhỏ – vòm bắc mỏ Bạch Hổ

çn hîp hay dung dÞch khÝ nhiÒu cÊu tö , vïng tíi h¹n th­êng lµ mét kho¶ng réng c¸c th«ng sè vµ phô thuéc vµo thµnh phÇn khÝ. XÐt tr¹ng th¸i hÖ nhiÒu cÊu tö trong gi¶n ®å pha P,T H×nh II.1.1.2 ta cã c¸c nhËn xÐt sau: §iÓm tíi h¹n C , t¹i ®ã hai pha trë thµnh mét pha. - §iÓm N (cricondenbar) ®iÓm t­¬ng øng víi ¸p suÊt lín nhÊt mµ ë ®ã hçn hîp cã thÓ ë tr¹ng th¸i hai pha. - §iÓm M (cricondentherm) ®iÓm t­¬ng øng víi nhiÖt ®é lín nhÊt mµ t¹i ®ã hçn hîp cã thÓ tån t¹i ë tr¹ng th¸i hai pha. - Nh÷ng gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é mµ t¹i ®ã hçn hîp nhiÒu cÊu tö cã thÓ tån t¹i ë tr¹ng th¸I hai pha ®­îc gäi lµ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt ng­ng tô tíi h¹n cña hçn hîp. - VÞ trÝ t­¬ng hç cña c¸c ®iÓm C, M, N trªn gi¶n ®å pha phô thuéc vµo thµnh phÇn cña hçn hîp. - Trªn gi¶n ®å pha phÇn ®­êng bªn tr¸i cho tíi C lµ ®­êng ®iÓm s«i (bubble) cßn phÇn ®­êng bªn ph¶i lµ ®­êng ®iÓm s­¬ng. - T­¬ng tù nh­ cÊu tö ®¬n khi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt l©n cËn ®iÓm C ®iÓm tíi h¹n khi Êy hÖ trong vïng “dense phase” lµ trung gian gi÷a khÝ vµ láng (tØ träng lín h¬n khÝ, ®é chÞu nÐn cao h¬n láng ...). - Trong c¸c qu¸ tr×nh thuËn tøc khi nÐn (¸p t¨ng), hoÆc khi gi¶m nhiÖt ®é th× l­îng chÊt láng ng­ng tô t¨ng lªn. - Cßn ng­îc l¹i khi nÐn lªn hay khi gi¶m nhiÖt mµ l­îng chÊt láng ng­ng tô gi¶m ®i th× ®ã lµ qu¸ tr×nh (ng­ng tô, bay h¬i) ng­îc (vïng g¹ch säc). 1.2 C©n b»ng pha láng – khÝ [1,4] §¹i l­îng ®Æc tr­ng cho sù ph©n bè c¸c cÊu tö gi÷a c¸c pha trong ®iÒu kiÖn c©n b»ng ®­îc gäi lµ h»ng sè c©n b»ng pha. Nã ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng tr×nh: Ki=yi/xi yi lµ phÇn mole cña cÊu tö trong pha h¬i. xi lµ phÇn mole cña cÊu tö trong pha láng. Ki phô thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt ®é, vµ ¸p suÊt héi tô (¸p suÊt mµ ë ®ã c¸c h»ng sè c©n b»ng cña tÊt c¶ mäi thµnh phÇn ®Òu b»ng 1) cña hÖ. ¸p suÊt héi tô ®­îc x¸c ®Þnh theo thµnh phÇn cña pha láng c©n b»ng (mµ thµnh phÇn pha láng nµy còng lµ Èn sè) do ®ã th­êng th× ta chän mét ¸p suÊt héi tô cho hÖ láng sau ®ã tra c¸c Ki, tÝnh to¸n ra thµnh phÇn láng khÝ, sau ®ã tõ thµnh phÇn láng c©n b»ng ta l¹i tÝnh ra ¸p suÊt héi tô nÕu ¸p suÊt héi tô chän vµ tÝnh to¸n gièng nhau th× ®ã lµ kÕt qu¶ ®óng. Trong thùc tÕ trong c¸c hÖ dÇu khÝ cã ¸p suÊt d­íi 50 bar th× c¸c h»ng sè c©n b»ng Ki kh«ng phô thuéc nhiÒu vµo ¸p suÊt héi tô khi ®ã qu¸ tr×nh tÝnh to¸n ®­îc ®¬n gi¶n ho¸ ®i rÊt nhiÒu. §Ó tÝnh ¸p suÊt héi tô theo c¸c b­íc nh­ sau : ChuyÓn pha láng c©n b»ng thµnh hÖ bËc hai gi¶ trong ®ã cÊu tö thø nhÊt lµ cÊu tö nhÑ, cã l­îng kh«ng Ýt h¬n 0,1% moles, cÊu tö thø hai lµ gåm c¸c cÊu tö cßn l¹i (cÊu tö gi¶ nÆng). TÝnh nhiÖt ®é tíi h¹n trung b×nh khèi vµ ¸p suÊt tíi h¹n trung b×nh khèi ®èi víi cÊu tö gi¶ nÆng theo ph­¬ng tr×nh: Ttbk=åxiMWiTci / åxiMWi Ptbk=åxiMWiPci / åxiMWi Ptbk: ¸p suÊt tíi h¹n trung b×nh khèi Ttbk: NhiÖt ®é tíi h¹n trung b×nh khèi Pci: ¸p suÊt tíi h¹n cÊu tö i Tci:NhiÖt ®é tíi h¹n cÊu tö i MWi:Khèi l­îng ph©n tö cÊu tö i xi : PhÇn mole cÊu tö i Sau ®ã ®¸nh dÊu trªn h×nh II.1.2.1 vÞ trÝ cÊu tö gi¶ nÆng cã tung ®é vµ hoµnh ®é lµ Ptbk, Ttbk , b»ng con ®­êng néi suy gi÷a c¸c ®­êng cong tíi h¹n bËc 2 cã trªn ®å thÞ chóng ta vÏ ®­êng cong tíi h¹n cÊu tö nhÑ-cÊu tö gi¶ nÆng. Tõ ®­êng cong vÏ ®­îc vµ ¸p suÊt ban ®Çu cña hÖ ®iÓm giãng tõ nhiÖt ®é qua ®­êng cong chÝnh lµ ¸p suÊt héi tô. Sau ®ã so s¸nh ¸p suÊt héi tô chän vµ tÝnh to¸n nÕu sai kh¸c kho¶ng d­íi 12% lµ chÊp nhËn ®­îc. H×nh II.1.2.1: §å thÞ kiÓm tra ¸p suÊt héi tô Sau ®ã Ki cã thÓ tra tõ c¸c ®å thÞ ®­îc t¹o ra vµ ®· ®­îc so s¸nh víi ch­¬ng tr×nh m¸y tÝnh cho kÕt qu¶ tèt. VÝ dô nh­ ®å thÞ tra K cña Ethane ë H×nh II.1.2.2 H×nh II.1.2.2: §å thÞ tra hÖ sè c©n b»ng K cña C2H6 (¸p suÊt héi tô 1500 psi) - øng dông hÖ sè c©n b»ng trong tÝnh to¸n dßng khÝ qua b×nh t¸ch nh­ sau: zi lµ phÇn mole cña cÊu tö trong dßng khÝ vµo b×nh t¸ch. yi lµ phÇn mole cña cÊu tö trong pha h¬i. xi lµ phÇn mole cña cÊu tö trong pha láng. F lµ tæng sè moles khÝ vµo b×nh. V lµ tæng sè moles khÝ ra khái b×nh. L lµ tæng sè moles chÊt láng ng­ng tô. H×nh II.1.2.3: M« h×nh tÝnh to¸n c©n b»ng láng khÝ trong b×nh t¸ch Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng vËt chÊt F*zi = V*yi + L*xi; F = V + L , Ki = yi/xi thay vµo Fzi = V*yi + L*xi, yi = Ki*xi => F*zi = V*ki*xi + L*xi = xi*(L+V*ki) §Ó ®¬n gi¶n ta xÐt F = 1 khi ®ã xi = zi/ zi ( L+Vki) Chó ý åxi = 1 nh­ vËy åzi/( L+Vki) = 1 trong ph­¬ng tr×nh nµy zi ®· biÕt, Ki tra theo P, T, ta chØ cÇn thay L (tõ 0 ®Õn 1) ®Ó cho åzi/( L+Vki) = 1 lµ ®­îc. Dßng khÝ vµo b×nh t¸ch cã thÓ kh«ng cã ng­ng tô chÊt láng khi ®ã L = 0, V=1 khi nµy bµi to¸n lµ x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn ®iÓm s­¬ng P, T. Hay dßng khÝ ng­ng tô hoµn toµn L = 1, V = 0 khi ®ã bµi to¸n lµ x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn ®iÓm s«i. C¸c ®iÒu kiÖn d­íi ®©y cho phÐp dù ®o¸n tr¹ng th¸i dßng khÝ vµo b×nh t¸ch. **NÕu: - åkizi vµ å(zi/ki) c¶ hai ®Òu lín h¬n 1 th× dßng vµo b×nh lµ 2 pha. - åkizi nhá h¬n 1 th× dßng vµo lµ toµn láng, åkizi = 1 dßng vµo lµ ®iÓm s«i. - å(zi/ki) nhá h¬n 1 th× dßng vµo lµ toµn khÝ, å(zi/ki) = 1 dßng vµo lµ ®iÓm s­¬ng - åkizi vµ å(zi/ki) sÏ kh«ng ®ång thêi nhá h¬n 1. 1.3 NhiÖt l­îng [4] + TÝnh nhiÖt l­îng theo sù thay ®æi nhiÖt ®é + Khi cã sù trao ®æi nhiÖt l­îng gi÷a hçn hîp khÝ vµ m«i tr­êng th× nhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ th­êng thay ®æi. NhiÖt l­îng trao ®æi nµy cã thÓ tÝnh qua c«ng thøc: Q = SCi * mi * DTi - Ci lµ nhiÖt dung riªng khèi l­îng cña cÊu t­ i (cã thÓ lµ CP hay CV tuú tr­êng hîp ®¼ng ¸p hay ®¼ng tÝch). - mi lµ l­u l­îng khèi l­îng cña dßng i (kg). 1.4 NhiÖt dung riªng [4] NhiÖt dung riªng cña mét chÊt lµ l­îng nhiÖt cÇn thiÕt ®Ó n©ng mét ®¬n vÞ khèi l­îng t¨ng thªm 1oC. NhiÖt dung riªng cña hçn hîp HC khÝ ®­îc x¸c ®Þnh tõ ph­¬ng tr×nh: Cp = åCopi yi +DCp Cp : NhiÖt dung mole cña hçn hîp khÝ hydrocacbon ë P,T. Copi : NhiÖt dung mole cña cÊu tö khÝ i ë ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ nhiÖt ®é T t×m b»ng c¸ch tra ®å thÞ H×nh II. 1.4.1 DCp : §¹i l­îng hiÖu chØnh cho ¸p suÊt P t×m b»ng c¸ch tra ®å thÞ H×nh II.1.4.2 KhÝ tù nhiªn cã tØ träng 0,65 ®Õn 0,75 khi cã P,T ta cã thÓ tra ®å thÞ H×nh II.1.4.3 ®Ó cã Cp. §èi víi HC láng ta cã thÓ tÝnh nhiÖt dung riªng theo c«ng thøc: Cp = 2,96 - 1,34g + T(0,0062-0,00234g) (kJ/kg.oC); T lµ nhiÖt ®é OC hoÆc tra ®å thÞ H×nh II. 1.4.4 H×nh II.1.4.1: §å thÞ nhiÖt dung riªng Cp (kJ/kgoC) cña c¸c khÝ hydrocacbon ë ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ nhiÖt ®é T H×nh II.1.4.2: §å thÞ tra DCp theo nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt qui ®æi Chó ý: J/mole oC = MW.kJ/kg oC H×nh II.1.4.3: §å thÞ nhiÖt dung riªng cña khÝ thiªn nhiªn cã tØ träng 0,65~0,75 H×nh II. 1.4.4: NhiÖt dung riªng cña c¸c HC láng 1:etan, 2: propan, 3: ibutan, 4: nbutan, 5: ipentan, 6: npentan, 8 nhexan. VÝ dô: TÝnh Cp cña khÝ ®Çu vµo cã tØ träng 0,75 t¹i ¸p suÊt lµ 10 bar vµ nhiÖt ®é lµ 50oC. Gi¶i: Ta cã P = 10 bar = 1MPa, T = 50oC , tra ®å thÞ h×nh II.1.4.3, tõ trôc nhiÖt ®é 50oC dãng th¼ng lªn c¾t ®­êng ¸p suÊt 0,1 MPa, sau ®ã dãng sang ngang ta cã Cp = 2,105. TiÕp tôc chän ®iÓm thø hai gi÷a T = 50oC vµ P = 3 MPa ta cã Cp = 2,40. Néi suy tõ hai ®iÓm trªn ta ®­îc Cp= 2,3 (kJ/kg oC) 1.5 Enthapy [1,4] Trong khi thùc hiÖn c¸c bµi to¸n vÒ nhiÖt ®éng häc ta th­êng gÆp biÓu thøc (u + p*v) vÒ sau biÓu thøc nµy cã tªn lµ enthanpy (h) Enthanpy cña khÝ thùc phô thuéc vµo nhiÖt ®é, ¸p suÊt, thµnh phÇn hçn hîp. Trong c¸c qu¸ tr×nh khÝ, l­îng biÕn ®æi H mang ý nghÜa n¨ng l­îng. Trong c¸c ph­¬ng ph¸p gi¶i tÝch x¸c ®Þnh enthanpy ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p dùa trªn c¬ së ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña Redlich-Kwong-Barxuk ¸p dông cho hÖ Hydrocacbon tõ C1 ®Õn C10 cã thÓ cã chøa N2, CO2, H2S. enthanpy ®­îc tÝnh theo biÓu thøc H = {åyiH¬i+RT(Z-1)–R{åyi[Bi+2Ci(Tc/T - 1)]Tc}ln(1+m/Z)}/MW (kJ/kg) H¬i = 4,187[A1T/100 + A2(T/100)2 + A3(T/100)3 + A4(T/100)4 +A5(T/100)5+A6(T/100)6] (kJ/kmole) Ng­êi ta còng lËp s½n c¸c ®å thÞ tra enthanpy cña hçn hîp hydrocacbon tuú thuéc vµo MW, P,T vÝ dô nh­ H×nh II.1.5.1, II.1.5.2. H×nh II.1.5.1: §å thÞ Enthanpy cña hydrocacbon láng theo MW vµ T H×nh II.1.5.2: §å thÞ Enthanpy cña khÝ theo MW vµ T víi P=13800~20700 kPa 1.6 Entropy [1,4] Entropy lµ lo¹i th«ng sè tr¹ng th¸i mµ l­îng biÕn ®æi cña nã trong mét qu¸ tr×nh thuËn nghÞch nµo ®ã cã gi¸ trÞ b»ng dS= dQ/T . Trong c¸c phương ph¸p giải tÝch x¸c định entropy người ta sử dụng phương pháp dựa trªn cơ sở phương tr×nh trạng th¸i của Redlich-Kwong-Barxuk ¸p dụng cho hệ hydrocacbons C1 đến C10 cã thể cã chứa N2, CO2, H2S. entropy được tÝnh theo c¸c c«ng thức: Shh = {Sohh + Rrln(1 + m/Z) + Rln[(Z - m)/P]}/MW +2.23 (kJ/kg.K) Sohh = åyiSoi - Rå(yi * lnyi) r = åri = åyi[4,934 – Bi + Ci - Ci(Tci/T)2] S«i = 4,187[A1lnT +2A2(T-1)/100 + 1,5A3(T2 - 1)/1002 + 4/3 * A4(T3-1)/1003 +5/4 * A5(T4-1)/1004 + 6/5 * A6(T5-1)/1005]/100 (kJ/kmole) Gi¸ trị c¸c tham sè: A1 A2 A3 A4 A5 A6 Bi Ci C1 832.5838 -33.218390 8.34748 0.000000 0.0000000 0.0000000 7.5000 0.35 C2 834.4148 -50.739260 42.38703 -4.475561 0.2133584 -0.0039638 8.2000 0.70 C3 747.6758 54.580940 43.12740 -5.077400 0.2514270 -0.0047700 8.8200 0.50 iC4 918.6402 109.745800 49.68894 -6.266520 0.3147684 -0.0060000 8.8000 1.00 nC4 918.6402 109.745800 49.68894 -6.266520 0.3147684 -0.0060000 8.9000 1.00 iC5 1125.8500 135.701300 59.75617 -7.185797 0.3649476 -0.0070000 9.4000 1.25 nC5 1125.8500 135.701300 59.75617 -7.185797 0.3649476 -0.0070000 9.5000 1.25 nC6 1257.6060 183.095000 69.43283 -8.740665 0.4452560 -0.0086000 10.0000 1.40 nC7 1349.2500 232.769000 73.62374 -9.448433 0.4839200 -0.0093900 10.5000 1.30 nC8 1513.1110 303.029500 76.88945 -9.400066 0.4392000 -0.0111000 11.0000 1.40 nC9 1677.6660 335.148100 92.05947 -12.074470 0.6240000 -0.0122000 11.2000 1.40 nC10 1799.4750 399.898500 95.56796 -12.646240 0.6490000 -0.0125000 11.6000 1.40 CO2 718.3000 32.200000 0.00000 0.000000 0.0000000 0.0000000 9.8000 0.30 H2S 680.6000 20.000000 0.00000 0.000000 0.0000000 0.0000000 8.3000 0.80 N2 7.6600 0.30 HoÆc cã thÓ tra entropy s, enthapy h theo ®å thÞ h×nh II.1.6.1 H×nh II.1.6.1: §å thÞ entropy s, enthanpy h cña khÝ thiªn nhiªn theo P, T II.2 C¸c ph­¬ng ph¸p t¸ch Condensate 2.1 Ph­¬ng ph¸p ng­ng tô [10,11] Qu¸ tr×nh ng­ng tô khÝ cã thÓ coi lµ qu¸ tr×nh lµm l¹nh ®¼ng ¸p(nÕu bá qua tæn thÊt ¸p trong ®­êng èng, thiÕt bÞ c«ng nghÖ) cho tíi nhiÖt ®é t­¬ng øng víi ¸p suÊt ®ã sÏ suÊt hiÖn pha láng. Khi gi¶m nhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ th× sÏ ®Õn lóc mét cÊu tö nµo ®ã cña khÝ sÏ b¾t ®Çu ng­ng tô, cÊu tö ng­ng tô ®Çu tiªn lµ cÊu tö cã nhiÖt ®é ng­ng tô lín nhÊt. KhÝ HC cã 1 ®Æc ®iÓm quan träng lµ chóng hßa tan trong HC láng, do ®ã khi ng­ng tô kh«ng chØ cã cÊu tö cã thÓ ng­ng tô t¹i gi¸ trÞ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt riªng phÇn ®ã mµ c¶ c¸c cÊu tö kh¸c cã nhiÖt ®é tíi h¹n thÊp h¬n c¶ nhiÖt ®é cña hçn hîp t¹i thêi ®iÓm ®ã. Sù hßa tan khÝ vµo chÊt láng hay qu¸ tr×nh ng­ng tô lu«n kÌm theo sù táa nhiÖt, l­îng nhiÖt táa ra khi hßa tan còng xÊp xØ khi ng­ng tô vÒ trÞ sè. Trong qu¸ tr×nh ng­ng tô nhiÖt ®é thÊp (NNT) qu¸ tr×nh lµm l¹nh khÝ chØ diÔn ra khi ®¹t møc ®é ng­ng tô ®Þnh tr­íc cña pha h¬i. Møc ®é ng­ng tô cña c¸c HC sÏ t¨ng khi ¸p suÊt t¨ng ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi, hoÆc khi gi¶m nhiÖt ®é ë ¸p suÊt kh«ng ®æi. Tuy nhiªn qu¸ tr×nh ng­ng tô cña hai tr­êng hîp trªn x¶y ra kh¸c nhau. Khi t¨ng ¸p suÊt vµ gi÷ nguyªn nhiÖt ®é th× møc ®é ng­ng tô sÏ t¨ng lªn, nh­ng sù ph©n t¸ch c¸c HC sÏ kÐm ®i: trong pha láng cïng víi c¸c cÊu tö nÆng cßn cã mét l­îng ®¸ng kÓ c¸c cÊu tö nhÑ. Khi gi¶m nhiÖt ®é ë ¸p suÊt kh«ng ®æi møc ®é ng­ng tô t¨ng lªn cung víi sù ph©n t¸ch HC nÆng vµ nhÑ tèt h¬n. S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ b»ng NNT cã thÓ chia ra theo: sè bËc ph©n li c¬ b¶n, lo¹i nguån nhiÖt l¹nh, lo¹i s¶n phÈm cuèi. • Theo sè bËc ph©n li c¬ b¶n, quy tr×nh ®­îc chia ra mét, hai, ba bËc. Mçi bËc nhÊt thiÕt ph¶i cã s¶n phÈm ra d¹ng láng. • Theo nguån nhiÖt l¹nh: chu tr×nh l¹nh ngoµi, chu tr×nh l¹nh trong, chu tr×nh l¹nh kÕt hîp • Theo lo¹i s¶n phÈm: s¬ ®å thu ®­îc C2 vµ c¸c ph©n ®o¹n cao, s¬ ®å thu ®­îc C3 vµ c¸c ph©n ®o¹n cao. H×nh II.2.1: S¬ ®å ng­ng tô nhiÖt ®é thÊp mét bËc V-100, 101 . Bé phËn t¸ch khÝ; K-100. Bé phËn nÐn khÝ; AC-100. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ; E-100,101. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; P-100,101. Bé phËn bay h¬i Propan; T-100. Th¸p t¸ch etan; DP-100. Håi l­u; H-100. Bé phËn ®un nãng; I. KhÝ ®­a vµo chÕ biÕn; II. KhÝ kh«; III. C¸c HC nÆng (> C3). Trªn H×nh II.2.1 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ lµm viÖc theo ph­¬ng ph¸p ng­ng tô nhiÖt ®é thÊp. S¬ ®å cã mét nguån l¹nh ngoµi lµ chu tr×nh lµm l¹nh b»ng propane vµ mét c«ng ®o¹n ph©n t¸ch hçn hîp hai pha. Theo s¬ ®å, khÝ nguyªn liÖu ®­îc lµm s¹ch khái c¸c cÆn c¬ häc, láng t¹i bé phËn t¸ch khÝ V-100, sau ®ã qua m¸y nÐn, tiÕp tôc qua thiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ råi thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt do dßng l¹nh cña khÝ kh« vµ chÊt láng ng­ng tô tõ th¸p ph©n t¸ch V-101. Sau ®ã qua bé phËn bay h¬i propane, mét phÇn khÝ ng­ng tô vµ ®i v¸o th¸p V-101. T¹i ®©y HC ®· ng­ng tô(Condensate) ®­îc t¸ch ra tõ ®¸y th¸p, khÝ kh« tho¸t ra tõ ®Ønh th¸p sau khi trao ®æi nhiÖt ®­îc ®­a vµo èng dÉn chÝnh. Condensate ®­îc t¸ch ra sau khi trao ®æi nhiÖt ®­îc ®­a vµo th¸p t¸ch etane T-100. S¶n phÈm tõ ®Ønh th¸p bao gåm methane, etane, propane ®­îc trén lÉn víi khÝ kh«, s¶n phÈm tõ ®¸y th¸p lµ c¸c ph©n ®o¹n HC nÆng (Condensate) dïng ®Ó s¶n suÊt propane, butane, pentane, hoÆc khÝ ®èt. Do h¹n chÕ cña viÖc l¾p ®Æt nhiÒu thiÕt bÞ c«ng nghÖ trªn giµn nªn t¹i CCP ®ang ¸p dông ph­¬ng ph¸p NNT gi¶m nhiÖt ®é ë ¸p suÊt kh«ng ®æi ®Ó t¸ch Condensate. 2.2 Ph­¬ng ph¸p hÊp thô [10,11] Ph­¬ng ph¸p hÊp thô t¸ch khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh dùa trªn c¬ së hai qu¸ tr×nh chuyÓn khèi c¬ b¶n: hÊp thô vµ nh¶ hÊp thô, b¶n chÊt cña vËt lÝ cña qu¸ tr×nh lµ sù c©n b»ng gi÷a dßng khÝ vµ láng do sù khuÕch t¸n chÊt tõ pha nµy sang pha kh¸c. Khi ®¹t c©n b»ng bÒn ®éng häc, sù khuÕch t¸n ®­îc x¸c ®Þnh b»ng hiÖu sè ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö bÞ t¸ch ra trong pha khÝ vµ pha láng. NÕu ¸p suÊt rieng phÇn cña cÊu tö trong pha khÝ lín h¬n trong pha láng th× x¶y ra qu¸ tr×nh hÊp thô (hÊp thô khÝ bëi chÊt láng), nÕu ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö bÞ t¸ch ra ë trong pha khÝ nhá h¬n trong pha láng th× x¶y ra qu¸ tr×nh nh¶ hÊp thô (tho¸t khÝ ra khái chÊt láng). ChÊt hÊp thô th­êng ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp lµ c¸c ph©n ®o¹n benzin, keroxen hoÆc hçn hîp cña chóng. Sau ®©y sÏ giíi thiÖu ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n ®Ó tÝnh to¸n qu¸ tr×nh hÊp thô hçn hîp nhiÒu cÊu tö rót ra dùa trªn ®iÒu kiÖn c©n b»ng pha ë tõng bËc ph©n t¸ch. Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng ®èi víi m©m j bÊt k× cã d¹ng: Trong ®ã: Yij - nång ®é cÊu tö thø i trong pha khÝ khi ra khái m©m j, mol/mol khÝ nguyªn liÖu Xij - nång ®é cÊu tö thø i trong pha láng khi ra khái m©m j, mol/mol dung m«i nguyªn chÊt Kij - hÖ sè c©n b»ng pha cña cÊu tö thø i trªn m©m j Lo - l­u l­îng dung m«i nghÌo, mol/h Lj - l­u l­îng pha láng ra khái, mol/h Gj,Gn+1 - l­u l­îng pha khÝ ra khái m©m j vµ l­u l­îng khÝ nguyªn liÖu vµo th¸p hÊp thô cã n m©m, mol/h S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp thô ngoµi nh÷ng c«ng ®o¹n chÝnh nh­: ph©n li, nÐn, sÊy khÝ cßn cã c«ng ®o¹n hÊp thô (hÊp thô cña c¸c cÊu tö cña khÝ nh­ etane, propane,...), khö metane hay etane cña dung m«i b·o hßa vµ gi¶i hÊp . H×nh I.2.2: S¬ ®å nguyªn t¾c cña thiÕt bÞ hÊp thô V-100. Th¸p hÊp thô; V-101. Th¸p khö metane hoÆc etane; T-100. Th¸p gi¶i hÊp; E-101. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; AC-100,101. ThiÕt bÞ ng­ng tô b»ng kh«ng khÝ; C-100. ThiÕt bÞ ng­ng tô b»ng n­íc; RC-100. B×nh håi l­u; RB-100. B×nh gia nhiÖt; I. KhÝ Èm; II, V. KhÝ kh«; III. Dung m«i b·o hßa; IV. Dung m«i b·o hßa ®· khö metane hoÆc etane; VI. Ph©n ®o¹n réng HC; VII. Dung m«i t¸i sinh. Trªn s¬ ®å H×nh I.2.2 ®­a ra s¬ ®å nguyªn lÝ ®Ó t¸ch propane vµ c¸c HC nÆng. theo s¬ ®å trªn th× khÝ nguyªn liÖu sau khi ®­îc lµm s¹ch, nÐn, sÊy ®Õn ®iÓm s­¬ng cÇn thiÕt ®­îc ®­a vµo tõ ®¸y cña th¸p hÊp thô V-100, chÊt hÊp thô ®· ®­îc t¸i sinh ®­îc ®­a vµo tõ ®Ønh th¸p. Trong thiÕt bÞ nµy c¸c cÊu tö chñ yÕu tõ C3 trë lªn vµ mét phÇn metane hoÆc etane sÏ bÞ hÊp thô, khÝ kh« ra tõ ®Ønh th¸p, dung m«i b·o hßa ra tõ ®¸y th¸p. Dung m«i b·o hßa sÏ ®i vµo th¸p khö metane hoÆc etane V-101, trong ®ã c¸c HC nhÑ (metane, etane) sÏ ®­îc lo¹i bá khái dung m«i b·o hßa. Dung m«i nµy ®­îc gia nhiÖt ë thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt E-101 vµ ®­a vµo th¸p gi¶i hÊp T-100, ë ®Ønh th¸p sÏ thu ®­îc hçn hîp propane vµ c¸c HC nÆng (Condensate) ®­îc ng­ng tô ë thiÕt bÞ ng­ng tô AC-101 sau ®ã ch¶y vÒ b×nh håi l­u RC-100 tõ ®©y mét phÇn quay trë l¹i m©m trªn cïng cña th¸p gi¶i hÊp, phÇn cßn l¹i ®­îc ®­a vÒ th¸p t¸ch ph©n ®o¹n ®Ó s¶n xuÊt HC riªng biÖt. §¸y th¸p gi¶i hÊp ®­îc gia nhiÖt bëi dßng dung m«i tuÇn hoµn gi÷a ®¸y th¸p vµ b×nh gia nhiÖt RB-100. Dung m«i t¸i sinh ra tõ ®¸y th¸p ®­îc lµm nguéi ë thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, thiÕt bÞ ng­ng tô råi ®­a vµo th¸p hÊp thô vµ th¸p khö metane (etane). 2.3 Ph­¬ng ph¸p ch­ng cÊt [10,11] Qu¸ tr×nh tr­ng cÊt vÒ mÆt nhiÖt ®éng häc thuËn lîi h¬n qu¸ tr×nh hÊp thô. S¬ ®å ch­ng cÊt nhiÖt ®é thÊp (CNT) hiÖu qu¶ h¬n. Kh¸c nhau vÒ mÆt nguyªn lÝ gi÷a s¬ ®å CNT vµ NNT lµ nguyªn liÖu ®i vµo thiÕt bÞ sau khi lµm l¹nh kh«ng cã sù t¸ch s¬ bé mµ ®­îc ®­a th¼ng vµo th¸p ch­ng, t¹i ®ã x¶y ra sù ph©n t¸ch khÝ nguyªn liÖu thµnh khÝ kh« vµ c¸c ph©n ®o¹n HC nÆng (Condensate). Phô thuéc vµo s¬ ®å nguyªn lÝ cña qu¸ tr×nh ch­ng cÊt nhiÖt ®é thÊp, thiÕt bÞ c¬ b¶n cña s¬ ®å lµ c¸c th¸p ch­ng cÊt ®­îc chia thµnh th¸p ch­ng - bèc h¬i vµ th¸p ng­ng tô - bèc h¬i. H×nh I.2.3.1: S¬ ®å th¸p ch­ng - bèc h¬i E-100. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; T-100. Th¸p ch­ng – bèc h¬i; E-101. Chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi; S-100. ThiÕt bÞ t¸ch; I. KhÝ nguyªn liÖu; II. KhÝ ®· t¸ch benzin; III. èng truyÒn nhiÖt; IV. HC nÆng; V. Håi l­u. Th¸p ch­ng - bèc h¬i lµm viÖc nh­ th¸p ch­ng liªn tôc, dßng khÝ nguyªn liÖu ®­îc lµm l¹nh s¬ bé t¹i thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt E-100 thu håi nhê dßng khÝ ®· t¸ch benzin ®­îc ®­a vµo phÇn gi÷a cña th¸p. Trªn ®Ønh th¸p ®­îc lµm l¹nh b»ng chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi. Hçn hîp khÝ ®­îc ng­ng tô håi l­u vÒ ®Üa trªn cña th¸p, khÝ s¶n phÈm ®· t¸ch benzin ®­îc dÉn theo ®­êng II sau khi truyÒn nhiÖt cho dßng khÝ nguyªn liÖu, HC nÆng ra tõ ®¸y th¸p. Hình I.2.3.2: Sơ đồ tháp ngưng tụ - bốc hơi E-100. Chu trình làm lạnh ngoài; V-100. Bình tách; T-10. Tháp ngưng tụ - bốc hơi; I. Khí nguyên liệu; II. Khí đã tách benzin; III. Ống truyền nhiệt; IV. HC nặng. Tháp ngưng tụ - bốc hơi khác tháp chưng – bốc hơi chỗ hỗn hợp khí nguyên liệu được trộn với sản phẩm VI từ đỉnh tháp, qua chu trình làm lạnh ngoài hỗn hợp được đưa vào bình tách V-100, khí tách ra theo đường II, phần ngưng tụ theo đường V vào tháp T-100. HC nặng được đưa ra theo đường IV. I.3 C¸c thiÕt bÞ øng dông trong c«ng nghÖ khÝ 3.1 B×nh t¸ch C¸c b×nh t¸ch dÇu - khÝ lµ mét bé phËn cña hÖ thèng khai th¸c dÇu - khÝ trªn bÒ mÆt, ®­îc dïng ®Ó t¸ch c¸c s¶n phÈm khai th¸c thµnh láng - khÝ riªng biÖt. • Ph©n lo¹i theo h×nh d¹ng - B×nh t¸ch ®øng - B×nh t¸ch ngang - B×nh t¸ch cÇu • Ph©n lo¹i theo kh¶ n¨ng t¸ch pha - B×nh t¸ch hai pha - B×nh t¸ch ba pha • Nguyªn lÝ t¸ch - T¸ch c¬ häc: T¸ch nhê träng lùc, ly t©m, va ®Ëp. - T¸ch nhê hãa phÈm 3.2 M¸y nÐn khÝ [4] Th«ng th­êng ph¶i dïng c¸c m¸y nÐn khÝ nh»m gia t¨ng ¸p suÊt ®Ó vËn chuyÓn khÝ theo hÖ thèng èng vËn chuyÓn. Mét øng dông n÷a cña m¸y nÐn khÝ lµ lµm gi¶m thÓ tÝch khÝ gióp cho viÖc vËn chuyÓn khÝ b»ng tµu, l­u tr÷ thuËn lîi, m¸y nÐn khÝ t¹o ¸p cao ®Ó b¬m l­îng khÝ vµo vØa ®Ó duy tr× ¸p suÊt vØa (khai th¸c gaslift). Hai lo¹i m¸y nÐn khÝ th­êng dïng lµ m¸y nÐn khÝ li t©m, m¸y nÐn khÝ piston, ngoµi ra mét lo¹i ®Æc biÖt kh¸c dïng lµm thiÕt bÞ hßa khÝ lµ Ejector. HiÖn nay t¹i Giµn nÐn khÝ nhá ®ang dïng lo¹i m¸y nÐn pist«ng 4 cÊp nÐn t¸c dông kÐp do ý s¶n xuÊt. • Chän lùa m¸y nÐn: tïy thuéc vµo môc ®Ých sö dông cña m¸y nÐn nªn khi lùa chän m¸y nÐn th× cÇn quan t©m c¸c yÕu tè sau: - TÝnh chÊt khÝ; tØ träng, tÝnh nÐn, tØ sè nhiÖt dung riªng, l­u l­îng. - TØ sè nÐn vµ ¸p suÊt vËn hµnh - NhiÖt ®é vËn hµnh - ThiÕt bÞ dÉn ®éng m¸y nÐn - §é rung bÒ mÆt sµn - C¸c chi phÝ • C«ng suÊt m¸y nÐn khÝ W th = m*(h2isen - h1) Trong ®ã: m : L­u l­îng khÝ qua m¸y nÐn (kg/s) h2isen : Enthanpy ®Çu ra m¸y nÐn (kJ/kg) h1 : Enthanpy ®Çu vµo m¸y nÐn (kJ/kg) Wac = W th /E E : HiÖu suÊt cña m¸y nÐn 3.3 Turbine khÝ [4] Turbine ®­îc øng dông trong c«ng nghÖ khÝ ®Ó dÉn ®éng m¸y nÐn. T¹i CCP sö dông turbine Mars 100 do h·ng Solar Turbines cña Mü s¶n xuÊt. nh×n chung turbine cã nguyªn lÝ ho¹t ®éng, cÊu tróc c¬ b¶n vµ chu tr×nh nhiÖt ®éng t­¬ng tù nhau. Nguyªn lý ho¹t ®éng turbine khÝ Turbine khÝ lµ mét lo¹i ®éng c¬ nhiÖt, biÕn nhiÖt n¨ng thµnh c¬ n¨ng. Theo øng dông cña chu tr×nh nhiÖt ®éng (Brayton). VÒ cÊu tróc: hÖ thèng turbine khÝ gåm ba bé phËn chÝnh sau ®©y: H×nh II.3.3.1: CÊu tróc cña Turbine -Buång nÐn kh«ng khÝ: Dïng ®Ó nÐn dßng kh«ng khÝ lªn ¸p suÊt cao cung cÊp Oxy cho qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu trong buång ®èt. -Buång ®èt: Lµ n¬i ®èt ch¸y nhiªn liÖu t¹o nªn s¶n phÈm ch¸y cã ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é rÊt cao. -Turbine khÝ: §©y lµ n¬i mµ s¶n phÈm ch¸y tõ buång ®èt vµo èng t¨ng tèc cña turbine (c¸nh tÜnh g¾n trªn th©n turbine), qua èng t¨ng tèc nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt dßng khÝ gi¶m xuèng, tèc ®é vµ ®éng n¨ng dßng khÝ t¨ng lªn, sau ®ã dßng khÝ ®­îc thæi vµo hÖ thèng c¸nh g¾n trªn ®Üa quay cña turbine (c¸nh ®éng) ë ®©y ®éng n¨ng cña dßng khÝ biÕn ®æi thµnh c¬ n¨ng vµ lµm quay trôc turbine. C¸c qu¸ tr×nh nhiÖt ®éng cña ®éng c¬ turbine: H×nh II.3.3.2: Chu tr×nh nhiÖt ®éng Brayton Qu¸ tr×nh nÐn: Kh«ng khÝ ®­îc m¸y nÐn cña turbine hót vµ nÐn lªn ¸p suÊt cã thÓ tíi 30 bar (tuú lo¹i) ®Ó phôc vô cho viÖc ®èt ch¸y h¬i nhiªn liÖu, lµm m¸t, ®iÒu khiÓn vµ lµm kÝn. Trªn ®å thÞ h×nh II.3.3.2, qu¸ tr×nh nµy ®­îc biÓu diÔn b»ng ®­êng 1-2. Qu¸ tr×nh ®èt: KhÝ nhiªn liÖu ®­îc hßa trén ®Òu bëi l­îng kh«ng khÝ n¹p ®­îc tÝnh to¸n theo chÕ ®é ho¹t ®éng cña ®éng c¬ víi l­îng nhiªn liÖu ®­îc phun vµo theo tû lÖ nhÊt ®Þnh råi ®èt ch¸y trong buång ®èt cña turbine. §©y lµ qu¸ tr×nh ch¸y ®¼ng ¸p. Trªn ®å thÞ H×nh II.3.3.2, qu¸ tr×nh nµy ®­îc biÓu diÔn b»ng ®­êng 2-3. Qu¸ tr×nh gi·n në: Hçn hîp khÝ ch¸y gi·n në qua c¸c c¸nh h­íng dßng råi qua c¸c tÇng c¸nh cña turbine lùc. Trong qóa tr×nh gi·n në vËn tèc dßng hçn hîp khÝ kÐo theo ®éng n¨ng dßng khÝ t¨ng lªn. Khi t¸c ®éng lªn bÒ mÆt cña c¸c c¸nh turbine ®éng n¨ng nµy sÏ chuyÓn hãa thµnh c¬ n¨ng (cô thÓ lµ m« men quay). Trªn ®å thÞ H×nh II.3.3.2, qu¸ tr×nh nµy t­¬ng øng víi ®­êng 3-4. Qu¸ tr×nh x¶: Hçn hîp khÝ ch¸y sau khi ®· gi·n në qua c¸c tÇng c¸nh cña turbine theo èng x¶ ®i ra ngoµi. T­¬ng øng víi ®­êng 4-1 trªn H×nh II.3.3.2. 3.4 ThiÕt bÞ thu håi nhiÖt HRSG (Heat Recovery Steam Generator) HRSG ®­îc thiÕt kÕ ®Ó tËn thu nhiÖt l­îng sau ®u«i Turbine khÝ. VÒ cÊu t¹o chung cña HRSG lµ gåm hÖ thèng d·y èng “nhËn nhiÖt” song song chøa “l­u chÊt c«ng nghÖ”, c¸c èng nµy ®­îc ®èt trùc tiÕp tõ nhiÖt l­îng sau ®u«i Turbine. H×nh II.3.4.1: èng “nhËn nhiÖt” cña h·ng MitSui BadCock Enery Ltd H×nh II.3.4.2: CÊu t¹o bªn trong cña HRSG c¬ b¶n - øng dông HRSG trong c«ng nghiÖp ®iÖn: Trong c«ng nghiÖp ®iÖn, HRSG ®­îc øng dông phæ biÕn, vµ “l­u chÊt c«ng nghÖ” th­êng lµ n­íc. Sau khi n­íc trong èng “nhËn nhiÖt” hãa h¬i, h¬i n­íc nµy sÏ t¸c ®éng lªn Turbine h¬i n­íc ®Ó ch¹y m¸y ph¸t ®iÖn. H×nh II.3.4.3: øng dông HRSG trong c«ng nghiÖp ®iÖn 3.5 ThiÕt bÞ lµm m¸t, gia nhiÖt, trao ®æi nhiÖt Theo yªu cÇu cña thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ mµ dßng c«ng nghÖ cÇn ph¶i gi¶i nhiÖt hoÆc ph¶i gia nhiÖt. C¸c thiÕt bÞ trªn tuy nhiÖm vô cã kh¸c nhau nh­ng khi tÝnh to¸n ®Òu ph¶i dùa vµo hai ph­¬ng tr×nh c¬ b¶n lµ ph­¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt vµ ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt [7] • Ph­¬ng tr×nh truyÒn nhiÖt: Q = U*A* t •Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng nhiÖt: Q = G1(i’1 - i’’1) = G2(i’’2 - i’2) Trong ®ã: Q: L­îng nhiÖt trao ®æi gi÷a hai chÊt t¶i nhiÖt trong mét ®¬n vÞ thêi gian (W) G: L­u l­îng khèi l­îng (kg/s) U: HÖ sè truyÒn nhiÖt tæng cña t"hiÕt bÞ (W/m2) A: DiÖn tÝch bÒ mÆt trao ®æi nhiÖt (m2) t: §é chªnh nhiÖt ®é trung b×nh i: Enthapy (J/kg) ChØ sè “1” t­¬ng øng chÊt t¶i nhiÖt nãng ChØ sè “2” t­¬ng øng chÊt t¶i nhiÖt l¹nh DÊu “ ’ ” t­¬ng øng víi c¸c th«ng sè khi vµo thiÕt bÞ DÊu “ ” ” t­¬ng øng víi c¸c th«ng sè khi ra khái thiÕt bÞ - NÕu dßng nãng vµ l¹nh ch¶y cïng chiÒu th×: - NÕu hai dßng ng­îc chiÒu nhau th×: 3.6 Van ®iÒu khiÓn [4] Trªn ®­êng c«ng nghÖ van ®ãng vai trß rÊt quan träng nh­ ®iÒu ¸p, chØnh l­u, c¸ch li, an toµn. ViÖc chän van cã kÝch cì ®óng lµ rÊt quan träng, nÕu van qu¸ nhá nã cã thÓ kh«ng ®¸p øng ®­îc yªu cÇu cho dßng l­u chÊt ®i qua, nÕu qu¸ lín sÏ l·ng phÝ vµ lµm viÖc kh«ng æn ®Þnh. Mçi van ®iÒu khiÓn ®Òu cã mét hÖ sè Cv kh¸c nhau phô thuéc vµo kÝch cì vµ lo¹i van ®iÒu khiÓn. §Ó chän ®­îc ®óng van ph¶i biÕt ®iÒu kiÖn dßng ch¶y thùc tÕ vµ ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n Cv yªu cÇu.C¸c c«ng thøc ®Ó tÝnh kÝch th­íc van ®­îc chuÈn ho¸ bëi ISA ®­îc sö dông kh¸ réng r·i. • Đối với chất lỏng dßng b¸n tới hạn (∆P < ∆PS /2FL2) Dòng thể tÝch :Cv = q*(Gf/∆P)0.5 Dßng khối lượng: Cv = W/[500* (Gf*∆P)0.5] • Đối với chất lỏng dßng hạn (∆P >= ∆PS *FL2) Dßng thể tÝch :Cv = q/FL * (Gf/∆PS)0.5 Dßng khối lượng: Cv = W/[500 FL * (Gf*∆PS)0.5 ] • Đối với chất khÝ dßng b¸n tới hạn (∆P < P1 /