font12.pdf

7/26/2019 FONT12.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/font12pdf 1/88

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA K Ỹ THUẬT ĐỊA CHẤT VÀ DẦU KHÍ

BỘ MÔN KHOAN VÀ KHAI THÁC DẦU KHÍ

------------------o0o------------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

LỰ A CHỌN VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ TÁCH CO2

TẠI GIÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG MÀNG

CHO CÁC MỎ KHÍ CÓ HÀM LƯỢ NG CO2 CAO

SVTH : VŨ XUÂN HIỆP

MSSV : 31101185

GVHD : ThS. HOÀNG TR ỌNG QUANG

TS. NGUYỄN HỮ U HIẾU

TP.HỒ CHÍ MINH – 12/2015

7/26/2019 FONT12.pdf


i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Số: ……../ĐHBK -ĐT

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆPKHOA : K Ỹ THUẬT ĐỊA CHẤT & DẦU KHÍ

BỘ MÔN : KHOAN – KHAI THÁC DẦU KHÍ

HỌ VÀ TÊN : VŨ XUÂN HIỆP MSSV : 31101185

NGÀNH : KHOAN – KHAI THÁC DẦU KHÍ LỚP : DC11KK

1. Đầu đề luận văn:

LỰ A CHỌN VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ TÁCH CO2 TẠI GIÀNBẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG MÀNG CHO CÁC MỎ KHÍ CÓ

HÀM LƯỢ NG CO2 CAO

2. Nhiệm vụ của luận văn tốt nghiệ p:

Giớ i thiệu khái quát về nền công nghiệ p khí của việt nam và thế giớ i, giải thích nguyên nhântại sao phải tách (giảm nồng độ) khí CO2 trong khí tự nhiên.

Từ giớ i thiệu tổng quát về các phương pháp tách CO2 đến giớ i thiệu chi tiết công nghệ táchCO2 bằng màng.

Nêu lên các lý thuyết chung trong tính toán, tính toán hàm lượng khí trướ c và sau khi quamàng.

Từ đặc điểm k ỹ thuật của thiết bị, yêu cầu điều kiện kinh tế, đặc điểm riêng biệt ở giàn ta đưara k ết luận lựa chọn công nghệ màng để xử lý khí tại giàn là tối ưu nhất.

3. Ngày giao nhiệm vụ luận văn: 31/08/2015

4. Ngày hoàn thành luận văn: 28/12/20155. Họ tên người hướ ng dẫn:

- THS. HOÀNG TR ỌNG QUANG

-TS. NGUYỄN HỮ U HIẾU

Nội dung và yêu cầu LVTN đã thông qua Bộ môn Khoan – Khai Thác Dầu Khí thuộc Khoa K ỹ Thuật Địa Chất & Dầu Khí.

Ngày…….. tháng ……. năm 20….

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚ NG DẪN CHÍNH

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN Ngườ i duyệt (chấm sơ bộ): ................................................................

Đơn vị: ...............................................................................................

Ngày bảo vệ: ......................................................................................

Điểm tổng k ết: ................................................................................... Nơi lưu trữ luận văn:

7/26/2019 FONT12.pdf


LỜ I C ẢM ƠN

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p ii

LỜ I CẢM ƠN

Trướ c tiên, tác giả xin gửi lờ i cảm ơn sâu sắc đến gia đình, nơi được sinh ra, dưỡ ng dục trong

vòng tay yêu thương ấm áp. Gia đình luôn là điểm tựa vững chắc và là nguồn động viên lớ n lao

cho tác giả vượ t qua mọi khó khăn trong cuộc sống.

Giờ đây khi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp và bướ c sang hành trình cuối trong quãng đờ i

sinh viên, tác giả muốn bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô đã

dìu dắt, dạy dỗ, giúp tác giả có được như ngày hôm nay. Luận văn không thể hoàn thành nếu

không có sự dìu dắt tận tình của thầy hướ ng dẫn. Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy HOÀNG

TR ỌNG QUANG, dù r ất bận vớ i công việc nhưng thầy cũng đã dành thời gian quý báu để

hướ ng dẫn sinh viên chu đáo. Đã có những lúc tác giả gặp khó khăn nhưng thầy đã tận tình chỉ

bảo, cung cấ p tài liệu, định hướ ng giải quyết vấn đề. Tác giả muốn bày tỏ lòng biết ơn đến các

thầy đã đồng hành cùng tác giả trong những năm qua, người đã luôn luôn lắng nghe, chia sẽ

những niềm vui nỗi buồn đối vớ i sinh viên.

Bên cạnh đó, một nhân tố luôn luôn ở bên cạnh, thúc giục và động viên tác giả những lúc khó

khăn nhất, xin cảm ơn các bạn trong lớp đã động viên và hỗ tr ợ mình trong suốt thờ i gian qua.

Và xin chân thành cảm ơn:

- Thầy Nguyễn Hữu Hiếu - Hướ ng dẫn chính luận văn (Khoa K ỹ Thuật Hóa Học-

ĐHBK.HCM).

- Các quý thầy cô trong Bộ môn Khoan và Khai Thác Dầu khí – ĐHBK TPHCM.

- Gia đình và ban bè.

Một lần nữa tác giả xin gở i lờ i cảm ơn chân thành và nồng nhiệt nhất đến những người đã giúp

đỡ tác giả r ất nhiều trong thờ i gian qua. Chúc mọi điều tốt đẹ p và thành công.

TP.HCM ngày ... tháng ... năm 2015

Tác giả

SV. Vũ Xuân Hiêp

7/26/2019 FONT12.pdf


TÓM T Ắ T LU ẬN VĂN

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Luận văn giớ i thiệu tổng quan về nguồn khí thiên nhiên tại Việt Nam vớ i các dự án khai thác

ngày càng nhiều, cho thấy nhu cầu về nguồn khí càng lớn. Đồng thờ i, luận văn cũng giớ i thiệu

quy trình xử lý khí qua nhiều phương pháp khác nhau.Trình bày các phương pháp xử lý khí chua: hấ p thụ, hấ p phụ, đông lạnh, phương pháp màng.

Chỉ ra các tính chất đặc điểm, quy trình công nghệ và ưu, nhược điểm, phạm vi ứng dụng của

từng phương pháp, đồng thờ i chọn lựa giớ i thiệu chi tiết phương pháp xử lý khí bằng công nghệ

màng.

Đưa ra một dữ liệu về một nguồn khí tại một mỏ có hàm lượ ng CO2 cao và yêu cầu xử lý ngay

tại giàn. Sau đó, đưa ra cơ sở lựa chọn phương pháp thích hợ p. Trong luận văn này, phương

pháp đượ c lựa chọn là phương pháp xử lý bằng màng. Những lý thuyết tính toán về màng, về

đườ ng ống vận chuyển đượ c nêu ra.

Ngoài ra luận văn còn dùng số liệu để chạy HYSYS cho phương pháp xử lý khí bằng dung môi

amine để so sánh.

Từ những cơ sở lý thuyết ấy, đưa ra kết quả tính toán và nhận xét.

7/26/2019 FONT12.pdf


M Ụ C LỤ C

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p iv

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................................. ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................................ iii

MỤC LỤC ................................................................................................................................. iv

DANH SÁCH HÌNH Ả NH ...................................................................................................... vii

DANH SÁCH BẢ NG BIỂU ..................................................................................................... ix

PHẦ N MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ x

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: .................................................................................... x

2. MỤC TIÊU LUẬN VĂN: ................................................................................................. x

3. NỘI DUNG LUẬN VĂN: ................................................................................................. x

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U: ................................................................................... xi

5. TỔ NG QUAN NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG CỦA LUẬN VĂN: ................................. xi

6. TỔ NG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI: ............. xii

CHƯƠNG 1 :

TỔ NG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ VIỆT NAM ................. 1

1.1 Tổng quan về ngành công nghiệ p khí tại Việt Nam:[10] ............................................ 1

1.2 Tổng quan về chế biến và sử dụng khí thiên nhiên ở Việt Nam [4] ............................ 3

1.3 Tình hình khai thác khí có chứa CO2 ở Việt Nam và quy trình chế biến khí thiên

nhiên: [5] ................................................................................................................................ 5

CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KHÍ CO2 HIỆ N NAY ............................... 11

2.1

Nguyên nhân tách khí CO2 : [3] ................................................................................ 11

2.2 Các phương pháp tách CO2 phổ biến hiện nay : ....................................................... 12

2.2.1 Phương pháp hấ p thụ: [3] ................................................................................... 12

A. Quá trình hấ p thụ vật lý: ..................................................................................... 12

B. Hấ p thụ hóa học .................................................................................................. 14

C. Hấ p thụ hỗn hợ p vật lý – hóa học ....................................................................... 17

2.2.1 Phương pháp hấ p phụ [3] ................................................................................... 18

7/26/2019 FONT12.pdf


M Ụ C LỤ C

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p v

2.2.2 Phương pháp đông lạnh ...................................................................................... 19

2.2.3 Phương pháp màng bán thấm: [5] ...................................................................... 20

2.2.4 Phương pháp Hybrid ........................................................................................... 22

CHƯƠ NG 3 : GIỚI THIỆU CHI TIẾT CÔNG NGHỆ TÁCH CO2 BẰ NG MÀNG ....... 24

1. Khái niệm .................................................................................................................... 24

2. Vật liệu màng .............................................................................................................. 24

3. Cấu trúc màng .............................................................................................................. 24

3.1. Các loại màng phổ biến dùng hiện nay: ..................................................................... 25

A. Màng Polysulfone (PS) ....................................................................................... 25

B. Màng Polyethersulfone (PES) ............................................................................ 26

C. Màng Cellulose Acetate (CA) ............................................................................ 27

D. Màng Polyamide (PA) ........................................................................................ 28

E. Màng Polyimide (PI) .......................................................................................... 29

3.2. Các dạng module màng dùng để tách CO2 ................................................................ 30

3.3. Tính thấm của màng: ................................................................................................. 32

3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình màng ................................................................ 34

A. Sơ đồ bố trí dòng chảy ........................................................................................ 34

B. Lưu lượ ng dòng chảy .......................................................................................... 36

C. Nhiệt độ vận hành ............................................................................................... 37

D. Áp suất khí nguyên liệu ...................................................................................... 37

E. Áp suất thấm ....................................................................................................... 38

F. Lượ ng CO2 loại bỏ .............................................................................................. 39

3.5. Tiền xử lý trướ c khí vào màng ................................................................................... 39

CHƯƠNG 4 : CƠ SỞ LỰ A CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CO2 VÀ LÝ THUYẾT

TÍNH TOÁN, K ẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH VỚI K ẾT QUẢ VỚI DÙNG PHẦ N

MỀM HYSYS CHO PHƯƠNG PHÁP TÁCH CO2 BẰNG DUNG MÔI AMINE TƯƠNG

Ứ NG…………….. ................................................................................................................... 40

4.1. Lý thuyết tính toán phương pháp xử lý bằng màng :[9] ............................................ 40

7/26/2019 FONT12.pdf


M Ụ C LỤ C

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p vi

4.1.1 Loại mô hình dòng chảy:[9] ............................................................................... 40

A. Mô hình dòng chảy hỗn hợ p (complete-mixing model) ..................................... 40

B. Mô hình dòng chảy ngang (cross-flow model)[9] .............................................. 42

C. Mô hình dòng chảy ngượ c (countercurrent-flow model) [9] .............................. 44

4.2. Tính toán quá trình màng trên giàn: ........................................................................... 47

4.2.1 Mô hình thiết k ế .................................................................................................. 47

a: Hollow Fiber Membrane b: Spiral Wound Membrane ........................... 47

4.2.2 K ết quả tính toán màng ....................................................................................... 50

A. Tính toán màng: .................................................................................................. 50

B. Các yếu tố ảnh hưở ng lên hiệu suất tách khí qua màng: .................................... 57

4.3. K ết quả tính toán dùng phần mềm HYSYS cho phương pháp xử lý CO2 bằng dung

môi AMINE : ....................................................................................................................... 62

4.3.1 Giớ i thiệu về phần mềm HYSYS : ..................................................................... 62

4.3.2 Mô phỏng quá trình làm ngọt CO2 bằng HYSYS: ............................................. 63

K ẾT LUẬ N VÀ KIẾ N NGHỊ .................................................................................................. 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 72

PHỤ LỤC ................................................................................................................................. 73

7/26/2019 FONT12.pdf


DANH SÁCH

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p vii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Hệ thống đườ ng ống dẫn khí phía Nam [10] .............................................................. 3

Hình 1.2: Hệ thống thu gom xử lý dầu khí [1] ......................................................................... 10

Hình 2.1: Các phương pháp sử dụng để tách CO2 .................................................................... 12

Hình 2.2: Sơ đồ của phương pháp hấ p phụ vật lý điển hình [3] .............................................. 13

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ hấ p thụ amine [3] .......................................................................... 16

Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ hấ p thụ bằng K 2CO3 [3]................................................................ 17

Hình 2.5: Sơ đồ hấ p phụ bằng rây phân tử [8] ......................................................................... 19

Hình 2.6: Các thành phần của một màng bán thấm [11] ......................................................... 20

Hình 2.7: Sơ đồ xử lý khí sơ bộ trướ c khi vào màng [11] ........................................................ 20

Hình 2.8: Quy trình 1 – cấ p [11] ............................................................................................ 21

Hình 2.9: Quy trình 1- bướ c (2-cấ p) [11] ................................................................................ 21

Hình 2.10: Quy trình 2- bướ c (2-cấ p) [11] ............................................................................ 21

Hình 2.11: Kích thướ c của phân tử CH4 và CO2 [11] .............................................................. 22

Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống k ết hợ p màng và amine [3] ............................................................ 22

Hình 3.1: Cấu trúc phân tử của Polysulfone [3] ....................................................................... 25

Hình 3.2: Cấu trúc màng Polysulfone [3] ................................................................................ 25

Hình 3.3: Cấu trúc phân tử của Polyethersulfone [3] ............................................................... 26

Hình 3.4: Cấu trúc màng Polyethersulfone [3] ......................................................................... 26

Hình 3.5: Cấu trúc phân tử của CA [3]..................................................................................... 27

Hình 3.6: Cấu trúc màng CA [3] .............................................................................................. 27

Hình 3.7: Cấu trúc phân tử của PA [3] ..................................................................................... 28

Hình 3.8: Cấu trúc màng PA [3] ............................................................................................... 28

Hình 3.9: Cấu trúc phân tử của PI [3]....................................................................................... 29

Hình 3.10: Cấu trúc màng PI [3] .............................................................................................. 29

Hình 3.11: Các dạng modun của màng bán thấm [11] ............................................................. 30

Hình 3.12: Cơ chế tách khí CO2 sử dụng màng chất lỏng ion [3] ............................................ 31

Hình 3.13: Tốc độ thấm của một số phần tử ............................................................................ 33

Hình 3.14: Bố trí dòng trong công nghệ màng lọc vớ i nguyên liệu đầu vào gồm có một dòng

.................................................................................................................................................. 34

Hình 3.15: Hệ thống thu hồi hydrocacbon giai đoạn 2 ............................................................. 35

Hình 3.16: Tỷ lệ thu hồi hydrocacbon ứng với độ loại bỏ CO2 ................................................ 36

Hình 3.17: Ảnh hưở ng của nhiệt độ đến diện tích màng và hydrocacbon thất thoát ............... 37

Hình 3.18: Ảnh hưở ng của áp suất đến diện tích màng lọc và HC thất thoát ......................... 38

http://d/hk9/lu%E1%BA%ADn%20v%C4%83n/1/V%C5%A9%20Xu%C3%A2n%20Hi%E1%BB%87p-31101185-LVTN.docx%23_Toc439025639


















7/26/2019 FONT12.pdf


DANH SÁCH

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p viii

Hình 3.19: Ảnh hưở ng của diện tích màng đến áp suất thẩm thấu và hydrocacbon thất thoát 38

Hình 3.20: Ảnh hưở ng của hàm lượng CO2 đến diện tích màng và sự thu hồi HC ................. 39

Hình 4.1: Mô hình dòng chảy hỗn hợ p [9] ............................................................................... 40

Hình 4.2: Mô hình dòng chảy ngang [9] .................................................................................. 42

Hình 4.3: Mô hình dòng chảy ngượ c [9] .................................................................................. 44

Hình 4.4: Lựa chọn modun cho màng tách [9] ......................................................................... 47

Hình 4.5: Các kiểu dòng chảy lý tưở ng trong bình tách màng [9] ........................................... 47

Hình 4.6: Hiệu quả tách CO2 của từng giai đoạn [3] ................................................................ 48

Hình 4.7: Đồ thị tính hệ số diện tích màng cấ p 1 ..................................................................... 55

Hình 4.8: Đồ thị tính hệ số diện tích màng cấ p 2 ..................................................................... 56

Hình 4.9:Ảnh hưở ng của áp suất thấm lên diện tích màng tách ............................................... 58

Hình 4.10: Ảnh hưở ng của áp suất thấm lên tổn thất CH4....................................................... 58

Hình 4.11: Ảnh hưở ng của áp suất thấm lên hiệu suất tách CO2 ............................................. 59

Hình 4.12: Ảnh hưở ng của áp suất dòng nguyên liệu lên diện tích màng ................................ 59

Hình 4.13: Ảnh hưở ng của áp suất dòng nguyên liệu lên hiệu suất tách ................................. 60

Hình 4.14: Ảnh hưở ng của áp suất dòng nguyên liệu lên tổn thất CH4 ................................... 60

Hình 4.15: Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ lại lên diện tích màng .................................... 61

Hình 4.16: Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ lại lên hiệu suất tách ..................................... 61

Hình 4.17: Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ lại lên tổn thất CH4 ....................................... 62

Hình 4.18: Sơ đồ mô phỏng hệ thống là ngọt bằng dung môi amine ....................................... 64

Hình 4.19: Dòng khí ngọt ra khỏi tháp hấ p thụ ........................................................................ 65

Hình 4.20: So sánh kích cỡ của hệ thống màng thấm và amine [6] ......................................... 69

7/26/2019 FONT12.pdf


DANH SÁCH

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 : Thông tin các khu vực mỏ có chứa CO2 ở Miền Bắc [3] ......................................... 6

Bảng 1-2: Thông tin các khu vực mỏ có chứa CO2 ở Miền Trung [3] ....................................... 7

Bảng 1-3: Thông tin các khu vực có chứa CO2 ở Miền Nam [3] ............................................... 8

Bảng 2-1: So sánh giũa dung môi vật lý và dung môi hóa học [3] .......................................... 18

Bảng 3-1: Cho thấy sự lựa chọn các thông số cho từng modun cua màng bán thấm. [3] ........ 31

Bảng 4-1: Chú thích tính toán cho quy trình màng. [9] ............................................................ 46

Bảng 4-2 : Số liệu dòng khí đầu vào của luận văn ................................................................... 49

Bảng 4-3: Tính toán màng tách khí cấ p 1 ................................................................................. 52

Bảng 4-4: Tính toán màng tách khí cấ p 2 ................................................................................. 53

Bảng 4-5: Bảng tính diện tích màng cấ p 1 ............................................................................... 55

Bảng 4-6: Bảng tính diện tích màng cấ p 2 ............................................................................... 56

Bảng 4-7: Tính toán lại phần trăm sau khi qua 2 cấ p hệ thống màng ...................................... 57

Bảng 4-8: So sánh 2 phương pháp ............................................................................................ 66

Bảng 4-9: So sánh tiện ích để chọn lựa công nghệ Amine và công nghệ màng ....................... 67

Bảng 4-10: Bảng khảo sát các thông số của màng ................................................................... 73

7/26/2019 FONT12.pdf


PH Ầ N M Ở ĐẦ U

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p x

PHẦN MỞ ĐẦU

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI:

Dầu khí đã trở thành một nguồn nguyên liệu có mặt hầu như trong tất cả các ngành nghề,cả công nghiệ p lẫn nông nghiệp, và năng lượng…. Ngoài khai thác và xử lý dầu thì tầm quan

tr ọng của việc khai thác và xử lý khí đã trở nên phổ biến và cấ p thiết hơn trong ngành dầu khí

hiện nay.

Nhằm đáp ứng những nhu cầu đó, ngành công nghiệ p chế biến khí đã ra đờ i từ lâu nhằm

mục đích loại bỏ những tạ p chất không cần thiết và gây hại trong khí khai thác đượ c từ mỏ, để

chúng tr ở thành một nguồn khí thương phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu của thị trườ ng tiêu dùng.

Một trong những tr ở ngại cho việc vận chuyển khí về bờ, cũng như làm giảm giá tr ị thương

mại chất lượ ng của khí là vấn đề khí có lẫn tạ p chất CO2 vượ t quá tiêu chuẩn cho phép. Vậy

việc chế biến làm sao để giảm , khống chế lượ ng CO2 trong khí xuống mức cho phép là một

yêu cầu cấ p thiết hiện nay trong ngành công nghiệ p chế biến khí, và nó cũng chính là một trong

những tr ở ngại trong ngành dầu khí hiện nay. Đó chính là lý do tại sao tác giả lựa chọn đề tài

luận văn là: ”LỰ A CHỌN VÀ TỐI ƯU HÓA CÔNG NGHỆ TÁCH CO2 TẠI GIÀN

BẰNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG MÀNG CHO CÁC MỎ KHÍ CÓ HÀM LƯỢ NG

CO2 CAO ”

2. MỤC TIÊU LUẬN VĂN:

Lựa chọn công nghệ tách phù hợ p và tính toán thiết k ế quy trình tách CO2 cho khí khai

thác chứa nồng độ CO2 cao hơn tiêu chuẩn cho phép nhằm năng cao hiệu quả kinh tế

của khí thành phẩm cũng như tăng hiệu suất trong công tác chế biến.

3.

NỘI DUNG LUẬN VĂN: Nêu khái quát về nền công nghiệ p khai thác và chế biến khí ở Việt Nam trong hiện tại

và tương lai.

Tìm hiểu các công nghệ tách CO2 đang đượ c áp dụng hiện nay và từ đó lựa chọn công

nghệ tách CO2 phù hợp đối vớ i tính chất nguồn khí đang khảo sát cũng như điều kiện

kinh tế.

7/26/2019 FONT12.pdf



SVTH: Vũ Xuân Hiệ p xi

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U:

Từ các tài liệu thu thập đượ c ta sẽ hệ thống hóa nền tảng lý thuyết, dựa vài các công

thức thực nghiệm để hiểu thêm về bản chất cũng như ảnh hưở ng của các thông số

quan tr ọng trong việc tách CO2 . Dựa vào các số liệu của nguồn khí xét trong luận văn, ta lựa chọc công nghệ tách

CO2 phù hợ p, từ đó ta tiến tính toán các thông số quan tr ọng trong công nghệ tách

CO2 mà ta đã chọn.

Mô phỏng k ết quả nghiên cứu tính toán bằng EXCEL.

5. TỔNG QUAN NỘI DUNG CÁC CHƯƠNG CỦA LUẬN

VĂN: CHƯƠNG 1: Tổng quan về ngành công nghiệp khí

Chương này nêu tổng quan về ngành công nghiệ p khí hiện nay, đặc biệt là tình hình khai

thác khí của các mỏ khí có chứa CO2. Trình bày tổng quan quy trình thu gom, xử lý và vận

chuyển khí tử mỏ đến các nhà máy.

CHƯƠNG 2: Giớ i thiệu các phương pháp tách khí CO2 hiện nay

Giải thích nguyên nhân tại sao phải tách CO2 và giớ i thiệu các phương pháp tách khí CO2 phổ biến hiện nay. So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp qua đó lựa chọn phương pháp

tách phù hợ p vớ i từng điều kiện tại giàn đang xét.

CHƯƠNG 3: Giớ i thiệu chi tiết về công nghệ tách CO2 băng màng.

Giớ i thiệu chi tiết công nghệ màng về tính thấm, vật liệu và các yếu tố ảnh hưở ng. Tiến hành

xây dựng sơ đồ, cơ sở lý thuyết tính toán cho hệ thống tách.

CHƯƠNG 4: Cơ sở lự a chọn phương pháp xử lý CO2 và lý thuyết tính toán, k ết quả tínhtoán và so sánh k ết quả vớ i dùng phần mềm HYSYS cho phương pháp tách CO2 bằng

dung môi amine tương ứ ng.

Mô phỏng tính toán dòng khí đầu ra và hiệu suất tách, tổn thất CH4 cho công nghệ màng

bằng EXCEL .

Dùng thông số khí đầu vào để chạy phần mềm HYSYS cho phương pháp xử lý dùng dung

môi amine. Từ đó rút ra nhận xét ưu nhược điểm của 2 phương pháp. Và k ết luận vì sao phương

pháp tách CO2 bằng màng là tối ưu cho điều kiện tại giàn mà luận văn đang xét.

7/26/2019 FONT12.pdf



SVTH: Vũ Xuân Hiệ p xii

K ết luận và kiến nghị: rút ra k ết luận và các hướ ng nghiên cứu phát triễn về sau.

6. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨ U LIÊN QUAN

ĐẾN ĐỀ TÀI:

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, tác giả đã sử dụng một số báo cáo và công trình nghiên cứu,

cụ thể là các tài liệu sau:

Luận văn “ công nghệ tách CO2 cho các mỏ ở thề m l ục địa VI Ệ T NAM “, Nguyễn Ngọc

Quang- khóa 2009. Luận văn này đã nghiên cứu hệ thống xử lý CO2 bằng màng lọc,

ứng dụng cho các mỏ ở thềm lục địa VIỆT NAM.

Luận văn “ Tìm hiể u công nghệ tách CO2 và mô phỏng bằ ng phần mề m HYSYS ”, Hồ

Thanh Tuyền-khóa 2008. Trong luận văn này đã nghiên cứu công nghệ tách CO2 bằng

amine và mô phỏng hệ thống tách bằng phần mềm HYSYS.

ThS. Hoàng Tr ọng Quang, ThS. Hà Quốc Việt. Giáo trình công nghệ khí . Đại Học BáchKhoa, Tp.HCM.

KS. Thái Võ Trang. Thu gom, xử lý và vận chuyể n d ầu & khí. Đại Học Bách KhoaTp.HCM.

Research Report “Optimal heat Transfer Calculation and Balancing for Gas

Sweetening Process’’, Ribwar Kermanj Abdularhman -2012, School of Chemical andPetroleum Engineering , Kurdistan Region-Irad.

Research Report “ Membrane Separation Process”, Professor Xijun Hu -2010, Hong

Kong University of Science and Technology.

Research Report “Gas Sweetening Part-1”, Dr Mahmood Moshfeghian -2014, John M.

Campbell & Company.

Resrearch report” Membrane Sepatation Process”, Mrs Hafiza Binti Shukor,2011,

BIOSEPARATION ENGINEERING. SPE paper” CO2 Rich Natural Gas Conditioning Technologies: comparision study”,

O.Frarges, S. Frankie, M.Linicus and P..Terren, Air Liquide Global E&C Solutions.

2014: các tác giả phân tích ưu nhược điểm của 3 phương pháp thông dụng dùng để tách

CO2 , xem xét 1 nguồn khí tự nhiên cơ bản ở khu vực Đông Nam Á r ồi chọn phương

pháp tối ưu để xử lý và tính toán.

7/26/2019 FONT12.pdf



SVTH: Vũ Xuân Hiệ p xiii

SPE paper” Improved Polymer Membranes for Sour Gas Fitration and Separation”,

G.george, N.Bhoria, and V. Mittal, Petroleum Instile. 2015: các tác giả phân tích ưu

nhượ c của các loại vật liệu màng phổ biến hiện nay về đặc tính k ỹ thuật, hiệu quả về

kinh tế để cải thiện, đưa ra lựa chọn màng tối ưu.

SPE paper” Evaluation of Membrane Processes for Acid Gas Treatment”, J. Jahn, W.A.P. Van Den Bos, L.J.P. Van Den Broeke, TNO, Netherland. 2012: các

tác giả phân tích và đưa ra đánh giá quá trình xử lý khí chua bằng công nghệ màng.

Qua đó các tác giả có so sánh xử lý công nghệ màng vớ i làm ngọt khí CO2 bằng dung

môi amine Dienthanolamine (DEA), và đưa ra kết luận các ưu -nhược điểm của từng

phương pháp xử lý khí chua trong quá trình xử lý khí thiên nhiên.

7/26/2019 FONT12.pdf


CHƯƠNG 1: TỔ NG QUAN V Ề NGÀNH CÔNG NGHI Ệ P KHÍ VI Ệ T NAM

SVTH: Vũ Xuân Hiệ p 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP KHÍ

VIỆT NAM

1.1

Tổng quan về ngành công nghiệp khí tại Việt Nam: [10]Từ tháng 12 năm 1998, nhà máy xử lý khí Dinh Cố, nhà máy xử lý khí đầu tiên của nước ta đã

chính thức đi vào hoạt động, cung cấp lượ ng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG phục vụ cho công nghiệ p

và dân dụng.

Quá trình phát triển đã không gặp ít khó khăn, nhưng cho đến nay thì nền công nghiệ p khí của

Việt Nam đã thực sự đi vào giai đoạn phát triển r ất mạnh mẽ. Sau nhà máy xử lý khí Dinh Cố

là các dự án Khí – Điện – Đạm số I ở Vũng Tàu, dự án Khí – Điện – Đạm số II ở Cà Mau đã

và đang triển khai thực hiện, nhằm sử dụng hiệu quả nguồn nguyên liệu khí thiên nhiên và khíđồng hành của đất nướ c. Ngành công nghiệ p dầu khí nói chung và ngành công nghiệ p chế biến

khí Việt Nam nói riêng, dù còn r ất non tr ẻ và gặ p nhiều khó khăn, đặc biệt là vốn đầu tiên, k ỹ

thuật công nghệ nhưng nó cũng đã đóng góp một phần đáng kể trong công cuộc xây dựng đất

nướ c.

Trướ c sự phát triển của nền công nghiệ p khí và nhu cầu ngày càng cao tại Việt Nam,

PetroVietnam đã và đang triển khai hàng loạt các dự án khí vớ i quy mô lớ n nhằm không những

đáp ứng nhu cầu khí cho điện mà còn đáp ứng các nhu cầu khí cho công nghiệ p hóa chất, phân

bón, giao thông vận tải, các hộ công nghiệ p và sinh hoạt dân dụng.

DỰ ÁN KHÍ ĐANG VẬN HÀNH:

Hệ thống đườ ng ống dẫn khí bể Cử u Long

Hệ thống đườ ng ống dẫn khí ở bể Cửu Long vào bờ vớ i công suất vận chuyển khoảng 2 tỷ m3

khí/năm, hiện đang cung cấ p khoảng 1,1 tỷ m3 khí/năm cho các hộ tiêu thụ.

Hệ thống đườ ng ống Nam Côn Sơn

Hệ thống này đã được đưa vào vận hành từ năm 2003 vớ i công suất vận chuyển khoảng 7 tỷ m3

khí/năm. Hệ thống bao gồm: khoảng 360km đườ ng ống biển, gần 40km đườ ng ống trên bờ ,

tr ạm tiế p nhận và xử lý khí Dinh Cố và tr ạm phân phối khí Phú Mỹ. Hệ thống khí Nam Côn

Sơn hiện đang vận chuyển và xử lý khí từ Lô 06.1 và Lô 11.2 để cung cấ p cho các nhà máy

điện và các hộ tiêu thụ tại khu vực Phú Mỹ.

Hệ thống đườ ng ống Phú Mỹ - Nhơn Trạch

Hệ thống đườ ng ống được đưa vào vận hành năm từ năm 2008 vớ i công suất vận chuyển khoảng2 tỷ m3 khí/năm nhằm cung cấp khí cho các nhà máy điện và các khu công nghiệ p dọc theo

7/26/2019 FONT12.pdf




tuyến ống, đồng thờ i phát triển thị trườ ng tiêu thụ khí ở TP.HCM trong tương lai cũng như phục

vụ việc k ết nối vớ i khu vực Tây Nam Bộ qua đườ ng ống dẫn khí k ết nối Đông – Tây Nam Bộ.

Hệ thống đườ ng ống dẫn khí thấp áp Phú Mỹ - Mỹ Xuân - Gò Dầu

Vớ i công suất vận chuyển 1 tỷ m3 khí/năm, hệ thống đườ ng ống vận chuyển khí Bạch Hổ và

khí Nam Côn Sơn từ tr ạm phân phối khí Phú Mỹ (GDS) và trung tâm phân phối khí Phú Mỹ

(GDC) cung cấ p cho các hộ tiêu thụ thuộc các khu công nghiệ p Phú Mỹ - Mỹ Xuân - Gò Dầu.

Hệ thống đã đượ c vận hành chính thức từ năm 2003.

Hệ thống đườ ng ống dẫn khí PM3 - Cà Mau

Hệ thống đườ ng ống có công suất vận chuyển khoảng 2 tỷ m

3

khí/năm, vận chuyển khí từ cáckhu vực PM3 (thuộc vùng biển chồng lấn giữa Việt Nam và Malaysia) và 46 Cái Nướ c về Cà

Mau nhằm cung cấ p khí cho cụm khí điện đạm Cà Mau. Hệ thống hoàn thành và đưa vào vận

hành tháng 5/2007.

DỰ ÁN KHÍ ĐANG TRIỂN KHAI

Hệ thống đườ ng ống khí Lô B - Ô Môn

Hệ thống đườ ng ống có công suất vận chuyển khoảng 18.3 triệu m3 khí/ngày (6.4 tỷ m3/năm),cung cấ p khí cho cụm khí điện đạm Cà Mau và các nhà máy điện tại Ô Môn, Cần Thơ. Dự án

dự kiến hoàn thành vào năm 2015.

Dự án đườ ng ống dẫn khí Nam Côn Sơn 2

Hệ thống đườ ng ống vận chuyển 2 pha có công suất thiết k ế 18,4 triệu m3 khí và 1.320 tấn

condensate/ngày đượ c xây dựng nhằm vận chuyển khí từ các mỏ Hải Thạch – Mộc Tinh (thuộc

Lô 05-2 & 05-3), mỏ Thiên Ưng – Mãng Cầu (thuộc Lô 04-3), các mỏ khí khác của Bể Nam

Côn Sơn và Bể Cửu Long vào bờ để cung cấ p khí cho các hộ tiêu thụ tại khu vực miền Đông

Nam Bộ. Dự kiến hoàn thành vào năm 2015.

Dự án nhà máy xử lý khí Cà Mau

Dự án nhằm mục đích khai thác và sử dụng tối đa nguồn khí khu vực Tây Nam Bộ từ các mỏ:

Lô PM3 CAA, Lô 46-CN, Lô B, 48/95, 52/97; thu hồi các sản phẩm có giá tr ị cao hơn; vận

hành hiệu quả nguồn khí PM3-Cà Mau và Lô B – Ô Môn; tăng khả năng thu hồi sớm lượ ng 5.1

7/26/2019 FONT12.pdf




tỷ m3 khí Petronas đã nhận hộ PetroVietnam từ năm 2003. Dự án dự kiến hoàn thành vào năm

2015.

Dự án nhập khẩu khí

Vớ i mục tiêu đảm bảo lượng khí đang cung cấ p cho các hộ tiêu thụ, PetroVietnam hiện đang

triển khai dự án kho chứa và cảng nhậ p LNG.

Hình 1.1: Hệ thống đườ ng ống dẫn khí phía Nam [10]

1.2 Tổng quan về chế biến và sử dụng khí thiên nhiên ở Việt Nam [4]

Cho đến hiện nay nước ta đang khai thác 6 mỏ dầu và 1 mỏ khí, hình thành 4 cụm khai thác dầukhí quan tr ọng:

Cụm thứ nhất nằm ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, gồm nhiều mỏ khí nhỏ, trong đó có Tiền

Hải – “C”, trữ lượ ng khoảng 250 m3 khí, đã bắt đầu khai thác từ tháng 12 năm 1981 vớ i

trên 450 triệu m3 phục vụ cho ngành công nghiệp địa phương. Vớ i các phát hiện mớ i

trong khu vực này, đây là cơ sở nguyên liệu cho công nghiệ p khí ở các tỉnh phía Bắc.

Cụm mỏ thứ 2 thuộc bể Cửu Long, gồm 4 chuỗi dầu mỏ: Bạch Hổ, R ồng, R ạng Đông,

Ru Bi, và là cụm quan trong nhất hiện nay, cung cấ p trên 96% sản lượ ng dầu toàn quốc.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hiện nay ở mỏ Bạch Hổ và mỏ R ồng đã có 21 giàn khai thác lớ n nhỏ đang hoạt động với hơn

100 giếng khoan, khai thác và bơm ép. Khí đồng hành từ đó đượ c thu gom, xử lý tại các giàn

nén khí để cung cấ p tr ở lại cho các giếng khai thác bằng phương pháp gaslift và đưa vào bờ

bằng đườ ng ống dài 110km.

Tháng 4/1995, cung cấ p 1 triệu m3/ngày cho nhà máy điện Bà R ịa.

Năm 1997 tăng lên 2 triệu, r ồi 3 triệu m3/ngày cung cấ p cho nhà máy Phú Mỹ 2.1 và

Phú Mỹ 2.1 mở r ộng.

Tháng 10/1998, nhà máy xử lý khí Dinh Cố đạt mức thiết k ế 4.2 triệu m3/ngày.

Tháng 12/1998, bắt đầu sản xuất LGN. Hiện nay mỗi ngày nhà máy Dinh Cố thu gom,

nén xử lý đạt mức 4.6 đến 4.7 m3

/ngày (khoảng 1.5 tỷ m3

/năm) để sản xuất 800 tấnLGN, 350 tấn condensate.

Đồng thờ i khu vực này cung đã và đang nghiên cứu tăng công suất chung của hệ thống trên 2

tỷ m3/năm.

Cụm mỏ thứ 3 ở bể Nam Côn Sơn gồm mỏ dầu Đại Hùng đang khai thác và các mỏ khí

đã phát hiện ở khu vực xung quanh là mỏ Lan Tây – Lan Đỏ, Hải Thạch – Mộc Tinh và

mỏ dầu khí R ồng Đôi Tây… đang chuẩn bị đưa vào khai thác.

Riêng mỏ Lan Tây –Lan Đỏ vớ i tr ữ lượ ng xác minh là 58 tỷ m3 khí sẽ cung cấ p ổn định lâu dài

ở mức 2.7 tỷ m3 khi/năm. Trong vài năm tới đây, khu vực này sẽ là cụm khai thác và cung cấ p

khí lớ n nhất Việt Nam, đảm bảo cung cấp 5 đến 6 tỷ m3 khí/năm.

Theo dự kiến của PetroVietnam, trong khoảng từ 2003 đến 2010, cụm mỏ dầu khí ở bể Cửu

Long và Nam Côn Sơn có thể cung cấ p tử 6 đến 8 m3 khí/năm sẽ là cơ sở nguyên liệu cho ngành

công nghiệ p dầu khí ở Bà R ịa – Vũng Tàu và Dung Quất.

Cụm mỏ thứ 4 tại thềm lục địa Tây Nam bao gồm mỏ Bunga Raya Kekwa – Cái Nướ c

đang khai thác dầu, mỏ Bunga Orkid, Bunga Raya tại khu vực thỏa thuận thương mại

Việt Nam – Malaysia sẽ là khu khai thác và cung cấ p khí lớ n thứ 2 và sẽ là cơ sở đảm

bảo cho sự phát triển khu công nghiệ p dầu khí ở Cà Mau – Cần Thơ.

- Lô PM3-3-CAA đã bắt đầu khai thác dầu từ tháng 8/1997. K ế hoạch phát triển khí và

các điều kiện thương mại đã thỏa thuận, cho phép hy vọng cho việc khai thác khí sẽ bắt

đầu từ cuối năm 2003 và sản lượ ng khai thác 2.5 tỷ m

3

khí/năm cho hai phía trong thờ igian ít nhất từ 15 đến 17 năm, thậm chí có thể tới 25 đến 30 năm. Vì ngoài phần tr ữ

7/26/2019 FONT12.pdf




lượng đã phát minh là 47 tỷ m3 khí còn phần tiềm năng (khoảng 60 tỷ m3 khí) có thể

đượ c xác minh trong những năm tớ i.

- Các lô 46, 50, 51 liền k ề đã khoan 11 giếng thăm dò, trong đó có 8 giếng phát hiện dầu,

đặc biệt là khí. Nếu có giải pháp thích hợ p, giải quyết khó khăn (mỏ nhỏ, nhiều CO2,…)lô 46 vớ i tr ữ lượ ng 15 – 20 tỷ m3 khí có thể cung cấ p khoảng 1 tỷ m3 khí/năm.

- Lô B+48/95+52/97 đã giao thầu cho UNOCAL được đánh giá có thể đạt tớ i 160 m3 khí,

hy vọng đảm bảo cung cấ p dài hạn 2- 5 tỷ m3 khí /năm.

Vớ i tiềm năng về khí khá phong phú như vậy, nước ta có điều kiện phát triển công nghiệ p dầu

khí trên toàn lãnh thổ. Khai thác và sử dụng hợ p lý nguồn tài nguyên thiên nhiên quý này, trong

tương lai ngành công nghiệ p dầu khí sẽ là một ngành công nghiệ p phát triển mạnh, đóng gópđáng kể vào sự nghiệ p phát triển của đất nướ c.

1.3 Tình hình khai thác khí có chứ a CO2 ở Việt Nam và quy trình chế biến khí thiên nhiên:

[5]

Theo báo cáo nghiên cứu của PVEP cuối năm 2011, tình hình khai thác khí có chứa CO2 ở miền

Bắc, miền Trung, và miền Nam của nướ c ta có thể đượ c tóm tắt như sau:

Miền Bắc: Hàm lượ ng CO2 trong khí khá cao, chủ yếu ở vùng mỏ Bạch Long. Bảng 1.1

cho biết hàm lượ ng CO2 ở các mỏ khí ở khu vực phía Bắc.

Miền Trung: Khu vực này có hàm lượ ng CO2 trong khí r ất cao, đặc biệt là mỏ Cá Voi

Xanh và Rùa Biển. Hiện nay mỏ Cá Voi Xanh đang đượ c nghiên cứu, lậ p k ế hoạch khai

thác. Bảng 1.2 cho biết hàm lượ ng CO2 hàm lượ ng trung bình khí CO2 ở các mỏ khu vực

miền Trung.

Miền Nam: Hàm lượ ng CO2 trong khí cũng rất đáng đượ c chú ý. Bảng 1.3 cho biết hàm

lượ ng trung bình khí CO2 ở các mỏ khí khu vực phía Nam.

Từ những số liệu trên, ta có thể thấy các mỏ khí ở Việt Nam có hàm lượ ng CO2 khá cao,

đặc biệt tậ p trung ở các mỏ khu vực miền Bắc và miền Trung. Vì vậy, việc nghiên cứu tìm

ra phương pháp tách CO2 ra khỏi dòng khí là một vấn đề r ất quan tr ọng trong tương lai.

7/26/2019 FONT12.pdf




Bảng 1-1 : Thông tin các khu vực mỏ có chứa CO2 ở Miền Bắc [3]

Khu vự c Lô Cấu Tạo % CO2

Trữ lượ ng CO2 (Bcf)

GHP 2P

(P50)

Trữ lượ ng

tiềm năng

Miền Bắc

102-106

Petronas

Thái Bình 0,5 139,8 -

Hàm R ồng 7 174,6 -

103-107

Bạch Đằng

Hoàng Long 6 9,5 -

Hồng Long 5 73,8 -

Hắc Long 2 63,3 -

Bạch Long 35 23,8 -

Địa Long 6,32 22,8 -

Tổng Miền Bắc 507,7

-

7/26/2019 FONT12.pdf




Bảng 1-2: Thông tin các khu vực mỏ có chứa CO2 ở Miền Trung [3]

Khuvự c

Lô Cấu Tạo % CO2


GHP 2P

(P50)

Trữ lượ ng

tiềm năng

Miền

Trung

114-115

Thái Phương - - 773,0

Hồng Hạc - - 467,4

Rùa Biển 85 - 2882,6

111-113

Vietgazprom

Báo Đen 44 487,6 -

Báo Tr ắng 70 1674,6 -

Báo Vàng 2 983,2 -

117-118-119

Exxonmobil

Cá Voi Xanh 76 16500 -

Sư Tử Biển 85 16000 -

Cá Heo 4 400 -

Cá Ngừ Vĩ Đại - - 17500

Cá Ngừ Vĩ Đại

Bắc

- - 450

Lead A - - 1330

Lead B- - 1120

Tổng Miền Trung 36045,4 24523

7/26/2019 FONT12.pdf




Bảng 1-3: Thông tin các khu vực có chứa CO2 ở Miền Nam [3]

Khu vự c Lô Cấu Tạo % CO2


GHP 2P

(P50)

Trữ lượ ng

tiềm

năng

Miền Nam

Lô 46B2-

Trường Sơn

JOC

Đầm Dơi 40-61 140,6 -

Khánh Mỹ 17-61 308,1 -

Phú Tân 24-68 40,6 -

48/52&52/97

Kim Long2,3-29,3 2102 -

Cá Voi 7-16,5 1597 -

Ác quỷ 8-34 2311 -

04/3 VSPThiên Ưng-

Mãng Cầu

10-25 698,6 -

PM3CAA

Cụm mỏ Phía

Nam

4-70 2445,9 -

Cụm mỏ Phía

Bắc

4-67 3159,2 -

46CN 4-53 173,64 -

Tổng Miền Nam 12977

Khí thiên nhiên là một dạng năng lượ ng hóa thạch không màu, không mùi, thành phần chủ yếu

là metan, thành phần phụ gồm Etan, Propan, Butan, CO2, H2S…

Khí thiên nhiên cháy trong môi trườ ng không khí và sinh nhiệt. Tu thuộc vào thành phần của

hỗn hợp khí thiên nhiên mà giá trị nhiệt lượng khí cung cấp từ 700Btu/scf đến 1600Btu/scf.

7/26/2019 FONT12.pdf




Nguồn nhiên liệu và nguyên liệu lý tưở ng cho:

Sinh hoạt: nấu ăn, sưở i ấm, đun nước,…

Công nghiệ p: nhiên liệu và nguyên liệu cho các nhà máy, quá trình xử lý và chế biến

thực thẩm, sấy khô,…

Nguồn năng lượng: các nhà máy điện, tuabin...

Nhiên liệu cho các phương tiện vân chuyển: xe tải, xe bus.

Khí thiên nhiên đượ c hình thành từ sự phân hủy xác của động vật và thực vật và đượ c giữ lại

trong lỗ r ỗng ở những tầng chứa sâu hoặc từ các mỏ khí than sâu hơn 3000ft (coal-bed methane)

Khí thiên nhiên thường phân làm 03 loại:

Khí đồng hành (associated gas) hoà tan trong dầu và khai thác cùng với dầu thô, được

tách tại đầu giếng.

Khí không đồng hành (nonassociated gas) khai thác trực tiếp từ các vỉa khí.

Khí condensate: có hàm lượng HC lỏng cao khi áp suất và nhiệt độ giảm.

Quy trình xử lý khí

Quy trình chung của hệ thống xử lý khí từ mỏ khí khai thác đến khu vực chế biến và tiêu thụ

bao gồm các module sau:

Module vỉa:

Bao gồm vỉa sản phẩm và các giếng khai thác.

Module bình tách dầu khí:

Dòng sản phẩm từ vỉa đi lên bao gồm cả chất lỏng, khí, các hạt r ắn, do đó phải có các bình tách

để tách riêng.

Module xử lý khí:

Khí sau khi ra khỏi module bình tách dầu khí – nướ c cần phải đượ c xử lý loại bỏ tạ p chất (chất

độc hại, H2S, CO2…) trước khi đến module chế biến khí.

Module chế biến khí:

7/26/2019 FONT12.pdf




Dòng khí từ module xử lý khí đượ c vận chuyển tớ i module chế biến để tách các thành phần

riêng biệt (thông thườ ng là các khí hóa lỏng như Etan, Propan…), loại tr ừ các chất độc hại đến

mức tối thiểu đạt tiêu chuẩn khí thương phẩm (như CO2, H2S, O2,…), thêm mùi cho khí thương

phẩm…

Hình 1.2: Hệ thống thu gom xử lý dầu khí [1]

Quy trình xử lý khí trên giàn nén khí cơ bản gồm các bướ c sau:

Tách khí ra từ dung dịch tự do như dầu nặng, condensate, nước, hạt rắn lên theo.

Xử lý khí để tách những chất ngưng tụ và thu hồi những hơi hydrocacbon.

Xử lý tách hơi nước ngưng tụ mà trong một số điều kiện thích hợp nào đó nó sẽ tạo

thành hydrat.

Xử lý để tách ra khỏi khí những hợp chất không mong muốn như H2S, CO

7/26/2019 FONT12.pdf


CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KHÍ HIỆ N NAY


CHƯƠNG 2 : CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH KHÍ CO2 HIỆN

NAY

2.1

Nguyên nhân tách khí CO2 : [3] Nếu không tách CO2 ra khỏi khí thiên nhiên thì khi chế biến, sử dụng khí thiên nhiên sẽ

gặ p một số vấn đề sau:

CO2 có tính axit sẽ gây ăn mòn đườ ng ống vận chuyển và thiết bị xử lý ở giàn cũng

như ở nhà máy xử lý khí trên bờ . Nếu có mặt H2O, khi áp xuất riêng phần của CO2 >

30 psi (207 kPa) sẽ gây ăn mòn đườ ng ống đáng kể, khi pCO2 < 15 psi (103 kPa) sự ăn

mòn có thể chấ p nhận được nhưng cần phải sử dụng chất ức chế. Ngoài ra, khả năng

ăn mòn đườ ng ống còn phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và hàm lượ ng ẩm trong khí. CO2 làm giảm nhiệt độ cháy của khí dẫn đến làm giảm giá tr ị kinh tế của khí khi đem

bán làm chất đốt.

Làm tăng hàm lượng nướ c trong khí.

Để đạt tiêu chuẩn thành phần khí chua cho phép đầu vào của thiết bị.

Tiêu chuẩn chất lượ ng của khí thiên nhiên [3]

Tiêu chuẩn Nga: [ H2S]<=20 mg/m3 ; [RSH]<=36 mg/m3

Tiêu chuẩn Mỹ: [CO2] <= 1-2%tt; [H2S] <=5,7mg/m3; [S] <=22-mg/m3…

Theo tiêu chuẩn đườ ng ống NACE: Hàm lượ ng CO2 không quá 2%.

Theo tiêu chuẩn đườ ng ống NON –NACE: Hàm lượ ng CO2 khoảng từ 4- 6%.

7/26/2019 FONT12.pdf




2.2 Các phương pháp tách CO2 phổ biến hiện nay :

2.2.1 Phương pháp hấp thụ: [3]

Hấ p thụ là quá trình hút khí bằng dung môi, khí đượ c hút gọi là chất bị hất thụ, dung môi hút

còn gọi là dung môi hấ p thụ, khí không bị hấ p thụ gọi là khí trơ. Nguyên tắc của quá trình hấ p

thụ là cho dòng khí tiế p xúc với dòng dung môi trong tháp đĩa hoặc tháp đệm, khí thổi từ dướ i

lên, lỏng từ trên xuống và quá trình hấ p thụ xảy ra.

Tùy thuộc vào đặc điểm tương tác của các hợ p chất này vớ i dung môi – chất hấ p thụ chúng hợ p

thành những nhóm sau: hóa học, vật lý và hỗn hợ p.

A. Quá trình hấp thụ vật lý:

Phương pháp dựa vào nguyên lý hòa tan của khí acid vào các dung môi mà không có xảy phản

ứng hóa học. Đối vớ i khí CO2, độ hòa tan CO2 vào dung môi phụ thuộc vào áp suất riêng phần

của khí CO2 trong hỗn hợ p và nhiệt độ của dòng khí dòng vào. Quá trình tái sinh dung môi nhờ

vào quá trình giảm áp.

Áp suất riêng phần khí CO2 càng cao và nhiệt độ đầu vào càng thấ p thì hòa tan CO2 càng thuận

lợ i.

Hình 2.1: Các phương pháp sử dụng để tách CO2

7/26/2019 FONT12.pdf




Trong quá trình hấ p thụ vật lý, dung môi đượ c sử dụng phổ biến hiện nay là:

Propylen Carbonate.

Dimenthylether Polyethylene Glycol.

N-Methyl Pyrrolidine.

Công nghệ hấ p thụ vật lý phổ biến nhất là công nghệ Selexol.

Yêu cầu đối vớ i dung môi vật lý

Áp suất hơi bão hòa tại nhiệt độ vận hành phải thấp để giảm thiểu sự mất mát dung môi.

Độ hòa tan của các cấu tử HC khí vào dung môi phải thấ p.

Không bị phân hủy dưới điều kiện vận hành thông thườ ng.

Không có phản ứng hóa học giữa dung môi vớ i bất k cấu tử nào trong dòng khí nguyênliệu.

Không ăn mòn kim loại nói chung.

Hình 2.2: Sơ đồ của phương pháp hấ p phụ vật lý điển hình [3]

7/26/2019 FONT12.pdf




Yêu cầu đối vớ i quá trình hấp thụ vật lý

Áp suất riêng phần của khí acid trong dòng khí nguyên liệu là 50 psi (345 kPa) hoặc cao

hơn.

Nồng độ hydrocacbon nặng trong nguyên liệu thấ p. Thích hợ p khi cần loại một lượ ng lớ n khí acid.

Loại bỏ chọn lọc H2S là bắt buộc.

Ưu điểm:

Gia tăng nhiệt độ của dung môi trong tháp hấ p thụ thấ p vì không có phản ứng hóa học

sinh ra nhiệt.

Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấ p.

Các dung môi sử dụng không ăn mòn thiết bị, không độc hại, không sủi bọt nhiều chấtcó nhiệt độ đông đặc thấ p nên có thể áp dụng ở vùng có khí hậu lạnh.

Nhược điểm:

Các dung môi hấ p thụ vật lý có ái lực khá lớn đối vớ i Hydrocacbon nặng (nếu khí chứa

nhiều C3+ sẽ dẫn đến mất mát Hydrocacbon có khối lượ ng phân tử lớ n).

Các quy trình hấ p thụ vật lý không làm sạch triệt để dòng khí, muốn làm sạch triệt để

dòng khí cần phải có sự k ết hợ p vớ i các quy trình hóa học.

B. Hấp thụ hóa học

Nguyên tắc

Cho dòng khí tiế p xúc vớ i dòng chất lỏng trong tháp tiế p xúc, khí thổi từ dướ i lên, dung môi

chảy tử trên chảy xuống dướ i. Quá trình hấ p thụ tốt hay không là do dung môi hấ p thụ quyết

định.

Sử dụng dung môi có tính bazo yếu để phản ứng hóa học vớ i khí acid dòng khí chua.

Động lực hấ p thụ là chênh lệch áp suất riêng phần của khí acid trong pha khí và pha

lỏng.

Phản ứng thuận nghịch nên tái sinh dung môi bằng cách thay đổi điều kiện vận hành: t,

p.

7/26/2019 FONT12.pdf




Dung môi hấ p thụ thường đượ c sử dụng là những dung dịch Ankanolamine như: Metyl Ethanol

Amine (MEA), Di Ethanol Amine (DEA), Tri Ethanol Amine (TEA), Methyl Di Ethnol Amine

(MDEA), Di Glycol Amine (DGA), dung dịch K 2CO3 nóng…Các amin này có ái lực mạnh đối

vớ i khí axit nhờ vào tính kiềm của nó.

Ưu điểm

Cho phép làm sạch đến mức tinh CO2, H2S.

Ít mất mát Hydrocacbon.

Thiết bị và công nghệ đơn giản.

Nhược điểm

Để thực hiện quá trình cần phải có bậc tuần hoàn chất hấ p thụ cao và tiêu hao nhiệt

lượ ng lớ n (35,000-60,000 BTU/lbmol CO2).

Chất hấ p thụ và sản phẩm tương tác của chúng vớ i các tạ p chất chứa trong khí nguyên

liệu có thể tạo thành các hoạt chất có tính ăn mòn thiết bị cao.

Mức độ Mercaptan (RSH) và các hợ p chất lưu hunh thấ p.

Không làm sạch hoàn toàn H2S, CO2, RSH, COS và CS2

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ hấ p thụ amine [3]

Hấp thụ hóa học bằng K 2CO3 nóng

K 2CO3 là muối kiềm, tồn tại dạng r ắn ở nhiệt độ thườ ng.

Hòa tan tốt trong nước, do đó ở dạng dung dịch với nướ c ở >60oC tương ứng vớ i nồng

độ dung dịch là 30% wt.

Thườ ng dùng K 2CO3 nóng vì K 2CO3 chỉ hấ p thụ đượ c ở nhiệt độ cao (110-120oC).

Quá trình hấ p thụ và tái sinh tương tự như dung dịch amine.

Có thể cải tiến hiệu quả quá trình hấ p thụ K 2CO3 truyền thống bằng cách thêm phụ gia.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ hấ p thụ bằng K 2CO3 [3]

Đặc trưng

Hấ p thụ và tái sinh ở cùng điều kiện nhiệt độ.

Khí đã tách khí ra khỏi tháp hấ p thụ ở nhiệt độ cao.

Tạ p chất RSH phải đượ c loại bỏ trướ c.

Quá trình phù hợ p vớ i nguyên liệu chứa lượ ng lớ n CO2. Hợ p chất KSH r ất khó tái sinh, nên lượ ng lớ n H2S và ít CO2 sẽ khó tái sinh dung dịch.

Công nghệ có vốn đầu tư và chi phí vận hành thấ p.

Không thỏa mãn tiêu chuẩn k ỹ thuật của sale gas, do đó nên cải thiện công nghệ bằng 2

giai đoạn.

K 2CO3 ăn mòn, cần sử dụng thép không gỉ hoặc thép cacbon chịu ứng suất cao để giảm

hiện tượ ng nứt gãy mối hàn, thêm chất ức chế ăn mòn như amine béo hoặc K 2Cr 2O7.

C.

Hấp thụ hỗn hợ p vật lý – hóa học

Dung môi hấ p thụ: là hỗn hợ p của dung môi ankanine vớ i dung môi hữu cơ như sulfinol,

methanol…

Nguyên tắc: xảy ra cả quá trình hấ p thụ vật lý và tương tác hóa học giữa các hợ p chất không

mong muốn trong khí và dung môi.

7/26/2019 FONT12.pdf




Ưu điểm

Có ưu điểm của quá trình hấ p thụ vật lý và hóa học.

Làm sạch đến mức tinh CO2, H2S, RSH, COS, CS2.

Nhược điểm Độ hòa tan Hydrocacbon trong dung môi hấ p thụ cao.

Bảng 2-1: So sánh giũa dung môi vật lý và dung môi hóa học [3]

2.2.2

Phương pháp hấp phụ [3]

Sự hấ p phụ là quá trình hấ p thụ các cấu tử khí acid từ hỗn hợ p khí bằng các chất r ắn, các quá

trình loại bỏ bằng cách phản ứng hóa học hoặc bằng cách liên k ết ion của các hạt r ắn vớ i khí

acid.

Thườ ng sử dụng quá trình hấ p phụ là các oxit sắt, oxit k ẽm và sàng phân tử (Zeolite). Hấ p phụ

nói chung là một cấu trúc vi mô xố p có chọn lọc giữ lại các thành phần được tách ra cho đến

khi sàng là bão hòa, với khí acid đượ c lấy ra từ hệ thống tái sinh bở i khí nóng chảy ngượ c quasàng.

Trong số các quá trình hấ p phụ đề cậ p ở trên chỉ có sàng phân tử là phù hợp hơn để loại bỏ đến

lượ ng nhỏ nồng độ khí CO2 từ khí thiên nhiên. Sàng sử dụng các tinh thể Zeolite tổng hợ p r ắn

để loại bỏ các khí tạ p chất. Cấu trúc tinh thể tạo ra một bề mặt tiế p xúc hoạt động lớ n, các phần

tử khí phân cực như H2S và H2O bị giữ lại trên sàng. Các phần tử không phân cực như

hydrocacbon sẽ không bị giữ lại. Mặc dù các phân tử CO2 không phân cực nhưng do cấu trúc

nhỏ, nên phần tử CO2 sẽ bị mắc k ẹt trong lỗ r ỗng. Do đó, quá trình chỉ áp dụng cho khí vớ inồng độ CO2 thấ p.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 2.5: Sơ đồ hấ p phụ bằng rây phân tử [8]

Ưu điểm

Sàng phân tử không bị suy thoái cơ khí .

Các hoạt động của quá trình này là đơn giản, loại nước đồng thờ i loại bỏ khí và acid.

Nhược điểm

Quá trình này đượ c giớ i hạn dòng khí nhỏ hoạt động ở áp suất vừa phải, hoạt động của

nó là không phù hợ p với lưu thông liên tục do tiêu hao. Các thiết k ế của quá trình r ất phức tạ p.

2.2.3 Phương pháp đông lạnh

Phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp (tách đông lạnh hay còn gọi là làm lạnh sâu) là quy trình

thương mại đượ c sử dụng để hóa lỏng và làm sạch khí CO2 với độ tinh khiết tương đối cao

(>90%). Khí đượ c làm lạnh đến nhiệt độ thấ p (<-73.3oC), CO2 bị đông lạnh, hóa lỏng và tách

ra.

Ưu điểm.

Thích hợ p vớ i nguồn khí vào có nồng độ CO2 cao.

Tạo ra CO2 lỏng sẵn sàng cho vận chuyển bằng đườ ng ống.

Nhược điểm.

Năng lượ ng tốn cho quy trình cao, chi phí vận hành lớ n.

Thiết bị xử lý có xu hướ ng hay bị tắc nghẽn.

Một số chất đông lạnh dễ cháy và độc hại (Acrtylene, Ethane…).

7/26/2019 FONT12.pdf




2.2.4 Phương pháp màng thấm: [5]

Màng

- Là một lớ p bán thấm mỏng có khả năng tách chọn lọc các cấu tử trong hỗn hợ p.

Hình 2.6: Các thành phần của một màng bán thấm [11]

Nguyên tắc: Khi một hỗn hợ p khí thấm qua màng, đầu tiên nó hòa tan ở áp suất cao của màng

sau đó khuếch tán qua vách màng và bốc hơi ở hai phía áp suất thấ p. Mỗi loại khí gặ p một sức

kháng khác nhau khi qua màng, phụ thuộc vào 2 yếu tố, đầu tiên là kích thướ c và hình dạng của

các phân tử khí, thứ hai là mức độ tương tác phân tử giữa màng và khí đặc trưng cho độ hòa tan

của phân tử khí trong màng tế bào.Trướ c khi vào màng, khí phải qua giai đoạn tiền xử lý.

Các giai đoạn tách CO2 bằng màng

Hình 2.7: Sơ đồ xử lý khí sơ bộ trướ c khi vào màng [11]

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 2.8: Quy trình 1 – cấ p [11]

Hình 2.9: Quy trình 1- bướ c (2-cấ p) [11]

Hình 2.10: Quy trình 2- bướ c (2-cấ p) [11]

Ưu điểm

Thích hợ p vớ i nguồn nguyên liệu khí có nồng độ CO2 cao và lưu lượ ng lớ n.

Màng bán thấm có tr ọng lượ ng nhỏ và chiếm khoảng không gian ít nên áp dụng tốt

ngoài giàn.

Hệ thống an toàn và thân thiện với môi trườ ng.

Chi phí thấp, độ linh động cao.

Nhược điểm

CO2 có áp suất tương đối thấ p (65psig).

Khí nguyên liệu cần đượ c xử lý tách nướ c và cặn cơ học trướ c khi vào màng.

Mức độ làm ngọt khí không cao.

Mất mát HC do bay hơi.

Chi phí cho thiết bị cao trong trườ ng hợ p yêu cầu làm ngọt khí cao nếu so sánh vớ i các

phương pháp còn lại.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 2.11: Kích thướ c của phân tử CH4 và CO2 [11]

2.2.5 Phương pháp Hybrid

Đây là phương pháp kết hợ p giữa dung môi vật lý và hóa học để tách khí axit ra khỏi khí thiên

nhiên một cách hiệu quả. Chu trình Sulfinol của Shell E & P là một trong những chu trình đượ cáp dụng r ất thành công. Sulfinol là hỗn hợ p của sulfolane 40%, 20% nướ c và 40% dung môi

hóa học DIPA hoặc MDEA, nó có thể tách 1.5 mole khí axit trên mỗi moile sulfinol (Ken Arnol,

1999).

Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống k ết hợ p màng và amine [3]

Ưu điểm

Yêu cầu ít năng lượ ng.

Dung môi ít tạo bọt và ăn mòn.

Khả năng hấ p thụ khí axit r ất cao.

7/26/2019 FONT12.pdf




Nhược điểm

Lôi cuốn HC nặng.

Cần thêm một bộ chưng cất để loại bỏ oxazolidones- sản phẩm phản ứng của DIPA vớ i

CO2.

7/26/2019 FONT12.pdf


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHI TIẾT CÔNG NGHỆ TÁCH CO2 BẰ NG MÀNG


CHƯƠNG 3 : GIỚ I THIỆU CHI TIẾT CÔNG NGHỆ TÁCH

CO2 BẰNG MÀNG

1.

Khái niệm

Màng là vật liệu cản tr ở mỏng có tính bán thấm, có khả năng thấm chọn lọc một vài cấu tử

trong hỗn hợ p.

Các dạng chủ yếu của màng tổng hợ p:

Màng hữu cơ: Dạng đồng nhất/không đồng nhất (thường là các polymer vô định hình)

Màng vô cơ:

Dạng không có lỗ xố p (hợ p kim Pb, oxit) dạng có lỗ (kim loại đioxit, zeolit)

Dạng cấu trúc/ không cấu trúc

2. Vật liệu màng

Hiện nay, để loại bỏ khí CO2 thì phổ biến nhất trên thị trườ ng là màng chế tạo từ polymer.

Chẳng hạn như: cellulose acetate, polyimides, polyamide, polysulfone, polyethersulfone. Trong

đó, cellulose acetate là vật liệu thí nghiệm và đượ c sử dụng r ộng rãi trong các hệ thống màng

lọc. Polyimide cũng có những khả năng trong việc loại bỏ CO2 nhưng nó vẫn chưa nhận đượ c

sự nghiên cứu đầy đủ để có thể ứng dụng r ộng rãi.

3. Cấu trúc màng

Dung dịch để sản xuất màng bao gồm một lớ p không chứa lỗ r ỗng cực mỏng được đặt lên một

lớ p lỗ r ỗng dày hơn nhiều của cùng một loại vật liệu. Cấu trúc màng được nói đên ở đây chính

là cấu trúc màng không đồng chất (Asymmetric Membrane Structue).

Cấu trúc này trái ngượ c hẳn vớ i cấu trúc đồng nhất (Homogenous Structure). Ở đó tính xố p của

màng kém, hoặc đồng nhất toàn diện hơn.

Lớ p không chứa lỗ r ỗng đáp ứng những yêu cầu về màng lý tưở ng, ở đó độ chọn lọc của màng

cao hơn và màng cũng mỏng hơn. Lớ p có lỗ r ỗng cung cấ p sự chống đỡ cơ học và cho phép

dòng chảy tự do của các hợ p chất thấm qua lớ p không có lỗ.

Mặc dù các màng dạng không đồng nhất là sự cải tiến r ất lớ n dựa trên các cấu trúc màng đồng

nhất, nhưng chúng cũng có một tr ở ngại. Bở i vì chúng chỉ bao gồm một loại vật liệu, đắt tiền,

các polymer sản xuất theo yêu cầu của khách hàng đòi hỏi độ thẩm thấu cao, chúng thườ ng

đượ c sản xuất vớ i số lượ ng r ất nhỏ. Để khắc phục sự khó khăn này ngườ i ta tạo ra một loại

màng vớ i tên gọi là màng tổng hợ p (composite membrane). Màng này gồm một lớ p thẩm thấu

7/26/2019 FONT12.pdf




chọn lọc r ất mỏng (selective layer) chế tạo từ một loại polymer đượ c gắn vào một cấu trúc

không đồng nhất đượ c tạo ra từ một loại polymer khác. Cấu trúc hỗn hợ p này cho phép sản xuất

màng sử dụng dễ dàng, vật liệu sẵn có. Cấu trúc hỗn hợp đang đượ c sử dụng trong hầu hết các

màng loại bỏ CO2 vì những tính chất của lớ p chọn lọc có thể được điều chỉnh dễ dàng mà khôngcần tăng chi phí cho màng.

3.1.Các loại màng phổ biến dùng hiện nay:

A. Màng Polysulfone (PS)

Hình 3.1: Cấu trúc phân tử của Polysulfone [3]

Do chi phí cao của nguyên liệu và chế biến, polysulfones đượ c sử dụng trong các ứng dụng đặc

biệt và thườ ng là một sự thay thế tốt hơn cho polycarbonat.

Hình 3.2: Cấu trúc màng Polysulfone [3]

Tính chất vật lý: Những polyme này r ất cứng, có độ bền cao, và trong suốt, duy trì đượ c những

tính chất này ở nhiệt độ từ - 100°C và 150°C. Nó có độ ổn định cao, có sự thay đổi kích thướ c

khi tiế p xúc với nướ c nóng hoặc trong không khí ở 150°C hoặc hơi nướ c giảm xuống dướ i mức

0,1%. Nhiệt độ chuyển hóa thành thủy tinh là 185°C.

7/26/2019 FONT12.pdf




B. Màng Polyethersulfone (PES)

Polyethersulfone (PES) là một loại chịu nhiệt cao, trong suốt, có màu hổ phách, là nhựa k ỹ

thuật không k ết tinh có cấu trúc phân tử là:

Hình 3.3: Cấu trúc phân tử của Polyethersulfone [3]

Hình 3.4: Cấu trúc màng Polyethersulfone [3]

Đặc điểm lớ n nhất của PES là nó có độ bền tốt hơn ở nhiệt độ cao so vớ i các loại nhựa k ỹ thuật

thông thường. Đặc biệt, PES có thể sử dụng liên tục lâu dài trong điều kiện khác mà không gây

ra bất k sự thay đổi về kích thước cũng như tính chất vật lý ở nhiệt độ cao như 200ºC.

7/26/2019 FONT12.pdf




C. Màng Cellulose Acetate (CA)

Màng cellulose acetate là màng thuộc loại dạng lâu đờ i nhất của màng thẩm thấu ngượ c (RO).

Chúng có sẵn trong lớ p diacetate và triacetate (CTA), và trong hỗn hợ p của các lớ p (CA / CTA).

Tên của màng cellulose acetate đượ c nêu không phải từ cấu trúc của chúng, mà từ chất liệu

đượ c sử dụng để chế tạo chúng. Tất cả các màng CA đượ c phân loại có cấu trúc là màng không

đối xứng.

Hình 3.5: Cấu trúc phân tử của CA [3]

Hình 3.6: Cấu trúc màng CA [3]

Ưu điểm

Chi phí r ẻ.

Có khả năng chịu được Clo trong nướ c cấ p.

Nhược điểm

Dễ tan trong dung dịch axit và kiềm, dung môi hữu cơ.

Loại bỏ muối trong nướ c tính khiết thấ p. Thu hẹ p phạm vi độ pH làm giảm tính linh hoạt và khả năng làm sạch của màng.

7/26/2019 FONT12.pdf




Tuổi thọ không cao.

Hiệu suất thấ p (40 – 50%), dẫn đến chi phí năng lượ ng cao.

D. Màng Polyamide (PA)

Polyamide là một trong những nhựa nhiệt k ỹ thuật tốt nhất hiện nay. Nó r ất phổ biến trong các

thị trườ ng lớ n sử dụng vật liệu nhựa nhiệt dẻo. Bở i vì những tính năng tốt như: độ dẻo và khả

năng chịu nhiệt, polyamide là một trong những loại vật liệu ứng dụng thay thế kim loại trong

tương lai.

Hình 3.7: Cấu trúc phân tử của PA [3]

Hình 3.8: Cấu trúc màng PA [3]

Ưu điểm Thông lượ ng qua màng r ất tốt, cho năng suất cao và áp suất vận hành thấ p.

Lớp dướ i bị nén chặt chống lại áp lực hoạt động phía trên, góp phần làm cho màng đượ c

bền hơn.

Độ bền cơ học cao cấ p chống lại sự mài mòn và gia tăng tuổi thọ.

Hoạt động r ộng (pH 2-11).

Chống lại sự thủy phân, ổn định màng.

Lọc tốt, cho sản phẩm chất lượ ng cao.Nhược điểm

7/26/2019 FONT12.pdf




Bị phân hủy bở i tia cực tím.

Dễ cháy, nhưng chậm.

Dễ hòa tan trong dung môi clo và các chất thơm.

R ất khó để liên k ết. Nhiệt độ thấ p, khả năng chịu va đậ p kém.

Giá thành cao.

E. Màng Polyimide (PI)

Polyimide (PI) là một loại polymer của monome imide. Cấu trúc của polyimide (PI) đượ c hiển

thị ở hình 3.11. Polyimides đã đượ c sản xuất từ năm 1955. Loại Monome điển hình bao gồm

dianhydride pyromellitic và 4, 4 '-oxydianiline.

Hình 3.9: Cấu trúc phân tử của PI [3]

Hình 3.10: Cấu trúc màng PI [3]

7/26/2019 FONT12.pdf




3.2. Các dạng module màng dùng để tách CO2

Spiral-wound module tubular module

(Dạng nhiều lớ p) (Dạng ống)

Hollow fiber modun (Dạng sợ i r ỗng)

Hình 3.11: Các dạng modun của màng bán thấm [11]

7/26/2019 FONT12.pdf




Các thông số của các modun

Bảng 3-1: Cho thấy sự lựa chọn các thông số cho từng modun cua màng bán thấm. [3]

Cơ chế hoạt động của màng.

Hình 3.12: Cơ chế tách khí CO2 sử dụng màng chất lỏng ion [3]

MODUN

Thông số Tubular

(dạng ống)

Spiral-wound

(dạng nhiều lớ p)

Hollow fiber

(dạng sợ i r ỗng)

Diện tích bề mặt (m2/m3) 300 1000 15000

Đườ ng kính trong (m2) 20-50 4-20 0.5-2

Lưu lượ ng (L/m2 day) 300-1000 300-1000 30-100

Khai thác (m3/m3 per

modun & day)100-1000 300-1000 450-1500

Vận tốc (cm/s) 100-500 25-50 0.5

Tổn thất áp suất (bar) 2-3 1-2 0.3

Tiền xử lý Đơn giản Trung bình Cao

Khả năng thay thế Đơn giản Khó khăn Không thể

Làm sạch:

- Cơ học

- Hóa học

Có thể

Có thể

Không thể

Có thể

Không thể

Có thể

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 3.12 thể hiện sự vận chuyển khí CO2 qua màng mang chất lỏng ion theo cơ chế hòa tan –

khuếch tán.

Cơ chế vận chuyển khí CO2 qua màng gồm 4 bướ c sau:

Bướ c 1: Khí CO2 đượ c hấ p thụ lên bề mặt phân chia pha màng – nguyên liệu.

Bướ c 2: Khí CO2 đượ c hấ p thụ vào trong chất lỏng ion đượ c cố định bên trong màng.

Bướ c 3: Sự khuếch tán của khí qua màng mang chất lỏng ion. Đây là các giai đoạn quan

trong đóng vai trò quyết định cơ chế hoạt động của màng.

Bướ c 4: Khí CO2 đượ c giải hấ p ở mặt thấm qua của màng. Có thể sử dụng khí trơ (N2)

để giảm nồng độ của CO2 trên bề mặt màng, tạo điều kiện cho sự giải hấp đượ c diễn ra

thuận lợi. Phương pháp này được dung trong trườ ng hợ p không cần thu hồi CO2 cho

mục đích khác. Một số nghiên cứu gẩn đây cho rằng, màng tách khí Polyimie dùng để tách khí CO2 có nhiều

đặc tính ưu việt hơn các loại màng Polymer khác như: Cellulose acetate, polyamide,

polysulfone, polycarbonate, polyesterimide… :

Độ thấm cao.

Cấu trúc bất đối xứng.

Ổn định nhiệt cao và ổn định hóa học cao.

Độ bền cơ học cao. Chống lại bức xạ tia cực tím.

Tuổi thọ cao hơn các loại polymer khác.

Đồng thờ i, khả năng thấm khí và độ chọn lọc vớ i khí cần tách cao hơn so vớ i màng

polymer thông thường khác. Đó chính là lý do trong luận văn này chọn màng Polyimide

để tách CO2 ra khỏi dòng khí.

3.3.Tính thấm của màng:

Các loại màng đượ c sử dụng để loại bỏ CO2 hoạt động không giống như các thiết bị lọc, tại nơinày những phần tử nhỏ đượ c tách ra khỏi những phần tử lớn hơn thông qua một vật trung gian

vớ i những lỗ r ỗng. Thay vào đó, chúng vận hành dựa trên nguyên tắc hòa tan – khuếch tán

thông qua một màng (không có lỗ). Đầu tiên, lượ ng CO2 hòa tan vào màng và sau đó khuếch

tán qua nó. Vì màng không chứa các lỗ, nên nó không phân tách dựa trên kích thướ c của các

phân tử. Đúng hơn là nó phân tách dựa trên khả năng hoà tan vào màng của các cấu tử, sau đó

khuếch tán qua màng.

Vì các chất khí như: CO2, H2, He, H2S, hơi nướ c, thẩm thấu r ất nhanh nên chúng đượ c gọi làkhí nhanh (fast gases).

7/26/2019 FONT12.pdf




Các khí như CO, N2, CH4, C2H6 và các hydrocacbon khác, thẩm thấu chậm hơn do đó đượ c gọi

là các khí chậm (slow gases)

Màng cho phép loại bỏ chọn lọc các khí nhanh ra khỏi các khí chậm: CO2 đượ c loại bỏ từ dòng

khí tự nhiên, hơi nướ c và khí H2S cũng đượ c loại ra cùng thời gian đó nhưng các khí metan,etan và các hydrocacbon có phân tử lượng cao hơn bị loại bỏ vớ i tốc độ thấp hơn nhiều.

Hình 3.13: T ốc độ thấ m của một số phần t ử

Định luật của Fick, trình bày dưới đây, đượ c dùng gần đúng cho quá trình hòa tan và khuếch

tan:

J = k × D × Pl 3.1

Trong đó:

J: dòng thấm qua màng của CO2, đó là lưu lượ ng phân tử của CO2 qua một đơn vị diện

tích màng.

k: độ tan của CO2 trong màng

D: hệ số khuếch tán của CO2 qua màng

P: độ sụt áp riêng phần của CO2 giữa nguồn cấ p vào (áp suất cao) và phần thấm qua

màng (áp suất thấ p).

l: bề dày của màng.

Để đơn giản hóa hơn, độ hòa tan và hệ số khuếch tán đượ c k ết hợ p vào một biến mới đượ c gọi

là độ thấm (P). Như vậy, định luật Fick đượ c tách thành hai phần: tỷ số P/l phụ thuộc vào màng

và

P phụ thuộc vào quá trình. P/l không là một hằng số, nó r ất nhạy vớ i sự thay đổi của điềukiện hoạt động như nhiệt độ, áp suất.

7/26/2019 FONT12.pdf




Phương trình định luật của Fick không chỉ ứng dụng cho CO2 mà còn có thể đượ c dùng cho cả

metan và các thành phần khác trong dòng khí.

Một biến quan tr ọng thứ hai được định nghĩa trong quá trình này là độ chọn lọc . Độ chọn lọc

là tỷ số của độ thấm của CO2 so vớ i các cấu tử khác trong dòng khí qua màng. . Ví dụ, độ chọn

lọc của CO2 đối vớ i metane là = 5 - 30, điều đó có nghĩa là CO2 thấm qua màng nhanh hơn

gấp 5 đến 30 lần so vớ i metan.

Cả độ thấm và độ chọn lọc là những thông số quan tr ọng khi lựa chọn một màng. Độ thấm cao

hơn, diện tích màng thấp hơn và do đó tiết kiệm được chi phí. Độ chọn lọc cao hơ n, sự mất mát

hydrocacbon ít hơn sau khi loại bỏ CO2 và do đó khối sản phẩm thương mại cao hơn.

3.4.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình màng

A. Sơ đồ bố trí dòng chảy

Cách bố trí dòng đơn giản nhất trong công nghệ màng lọc là nguyên liệu đầu vào chỉ gồm có 1

dòng (hình vẽ )

Hình 3.14: Bố trí dòng trong công nghệ màng lọc vớ i nguyên liệu đầu vào gồm có một dòngDòng khí nguyên liệu đượ c phân tách thành 1 dòng thấm qua màng lọc (giàu CO2) và 1 dòng

còn lại (giàu hydrocacbon). Trong quá trình loại bỏ CO2, một lượng hydrocacbon đáng kể bị

thẩm thấu qua màng và bị thất thoát. Từ đó, ngườ i ta xây dựng hệ thống hai bậc tách.

Hệ thống hai bậc cho mức độ CO2 thấm lọc qua là cao nhất và lượ ng hydrocacbon thất thoát là

ít nhất. Dòng thu hồi lưu phải được tái nén trướ c khi nhậ p vào cùng dòng nguyên liệu.

7/26/2019 FONT12.pdf




Một cách bố trí dòng 2 giai đoạn khác đượ c mô tả trên (hình vẽ 3.15)

Hình 3.15: Hệ thống thu hồi hydrocacbon giai đoạn 2Dòng khí thấm qua ở giai đoạn 2 thường có hàm lượ ng CO2 qua lớn hơn hai lần so với lượ ng

CO2 qua ở giai đoạn 1. Phần khí còn lại ở giai đoạn 2 cũng đượ c thu hồi tr ở lại và k ết hợ p vớ i

dòng khí nguyên liệu.

Khí thấm qua ở giai đoạn 1 phải đượ c nén bằng một máy nén trước khi đưa vào giai đoạn 2. Hệ

thống hai giai đoạn cho phép mức độ thu hồi hydrocacbon cao hơn hệ thống 1 giai đoạn. Nhưng

yêu cầu về năng lượ ng lại lớn hơn (vì phải nén nhiều khí hơn trướ c khi xử lý tiế p).

Cũng có một vài cách bố trí hệ thống khác nhưng chúng ít khi đượ c sử dụng.

Để quyết định xem có nên sử dụng hệ thống 1 giai đoạn hay nhiều giai đoạn hay không còn

nhiều yếu tố phải xem xét thêm. Biểu đồ sau đây (hình vẽ 3.15) sẽ minh hoạ cho điều này.

7/26/2019 FONT12.pdf




Tỷ lệ thu hồi hydrocacbon (%) đượ c vẽ tương ứng mức độ loại CO2 (%) đối vớ i một hệ thống

1 giai đoạn và 2 giai đoạn ở những điều kiện nhất định của quá trình.

Hình 3.16: Tỷ lệ thu hồi hydrocacbon ứng với độ loại bỏ CO2

Tỷ lệ Hydrocacbon thu hồi được định nghĩ a bằng phần trăm Hydrocacbon thu hồi đượ c từ khí

thương phẩm đối với hàm lượ ng Hydrocacbon có trong khí nguyên liệu. Từ biểu đồ trên ta thấy,

lượ ng Hydrocacbon thu hồi đượ c ở hệ thống 2 giai đoạn lớn hơn ở hệ thống một giai đoạn .Tuy

nhiên để quyết định xem có sử dụng phương pháp một giai đoạn hay nhiều giai đoạn, ngườ i

k ỹ sư thiết k ế phải tính đến tác động của máy nén hồi lưu. Để loại CO2 ở mức độ vừa phải (xấ p

xỉ dướ i 50%) thì hệ thống màng lọc 1 giai đoạn thường đượ c sử dụng vì xét đến góc độ kinh tế,

lúc này hệ thống 1 giai đoạn có tính kinh tế hơn so vớ i hệ thống gồm nhiều giai đoạn.

B. Lưu lượ ng dòng chảy

Vì hệ thống màng hoạt động theo kiểu module, sự tăng lưu lượ ng sẽ ảnh hưở ng tr ực tiếp đến tỷ

lệ tăng diện tích màng đối vớ i sự phân tách lượ ng hydrocacbon thất thoát cũng tăng nhưng tỷ

lệ (%) Hydrocacbon thất thoát (hydrocacbon mất mát/hydrocacbon nguyên liệu) vẫn là 1 hằngsố.

7/26/2019 FONT12.pdf




C. Nhiệt độ vận hành

Sự tăng nhiệt độ của nguyên liệu dẫn đến sự tăng khả năng thấm của màng và làm giảm độ

chọn lọc. Diện tích màng yêu cầu do đó sẽ giảm, nhưng lượ ng hydrocacbon thất thoát và năng

lượ ng cho sự tái nén đối vớ i hệ thống nhiều giai đoạn cũng tăng.

Hình 3.17: Ảnh hưở ng của nhiệt độ đến diện tích màng và hydrocacbon thất thoát

D. Áp suất khí nguyên liệu

Áp suất khí nguyên liệu tăng sẽ làm giảm cả khả năng thấm của màng lẫn độ chọn lọc. Tuy

nhiên sự tăng áp suất nguyên liệu tạo ra lực phát động lớ n xuyên qua màng, do đó diện tích

màng yêu cầu giảm xuống. Năng lượng cho máy nén tăng không đáng kể và lượ ng hydrocacbon

thất thoát giảm ít.

7/26/2019 FONT12.pdf




Vì diện tích màng yêu cầu cũng bị tác động bở i áp suất, trong khi một vài yếu tố khác thì không.

Ngườ i k ỹ sư phải cố gắng sử dụng áp suất vận hành cao tớ i mức có thể để hệ thống r ẻ hơn và

nhỏ gọn hơn.

Hình 3.18: Ảnh hưở ng của áp suất đến diện tích màng lọc và HC thất thoát

E. Áp suất thấm

Tác động của áp suất thẩm thấu trái ngượ c với tác động áp suất của khí nguyên liệu. Áp suất

thấp hơn tạo lức phát động qua màng cao hơn, do đó diện tích màng yêu cầu sẽ thấp hơn. Khácvớ i áp suất khí nguyên liệu, áp suất thẩm thấu ảnh hưở ng mạnh tới lượ ng hydrocacbon mất mát

Hình 3.19: Ảnh hưở ng của diện tích màng đến áp suất thẩm thấu và hydrocacbon thất thoát

7/26/2019 FONT12.pdf




Các phân tích chi tiết đã chỉ ra r ằng, một yếu tố khác cũng khá quan trọng không kém khi thiết

k ế hệ thống đó là tỷ lệ áp suất xuyên qua màng. Tỷ lệ này chịu ảnh hưở ng mạnh mẽ bở i áp suất

thẩm thấu.

Ví dụ: Nếu áp suất khí nguyên liệu là 90 bar, áp suất thẩm thấu là 3 bar, thì tỷ lệ áp suất xuyên

qua màng của sản phẩm là 30. Nếu ta giảm áp suất thẩm thấu xuống còn 1 bar, thì tỷ lệ này sẽ

tăng từ 30 đến 90, sự thay đổi này ảnh hưở ng mạnh mẽ tớ i hoạt đọng của hệ thống. Vì lý do đó,

ngườ i k ỹ sư thiếu k ế phải làm sao để đạt đượ c áp suất thẩm thấu thấ p nhất tớ i mức có thể.

F. Lượ ng CO2 loại bỏ

Một ví dụ đối với khí thương phẩm, sự tăng hàm lượ ng CO2 nguyên liệu dẫn đến sự tăng diện

tích màng yêu cầu và làm giảm độ thu hồi hydrocacbon (CO2 phải thấm qua nhiều hơn, lượ ng

hydrocacbon thẩm thấu cũng nhiều hơn). Điều này chỉ ra trên hình

Hình 3.20: Ảnh hưở ng của hàm lượ ng CO2 đến diện tích màng và sự thu hồi HC

3.5.Tiền xử lý trướ c khí vào màng

Trên sơ đồ giai đoạn tiền xử lý bao gồm những thiết bị sau:

- Bộ lọc coalescing để tách chất lỏng và sương

- Adsorbent guard bed để loại bỏ các chất bẩn, tạ p chất

-

Bộ lọc Particle có nhiệm vụ loại bỏ hạt bụi sau khi qua absorbent bed - Thiết bị nung cung cấp đủ lượ ng nhiệt cho khí.

7/26/2019 FONT12.pdf


C HƯƠNG 4: C Ơ SỞ LỰ A CH Ọ N …. X Ử LÝ CO2 …. AMINE TƯƠNG Ứ NG


CHƯƠNG 4 : CƠ SỞ LỰ A CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ CO2

VÀ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN, K ẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ SO

SÁNH VỚ I K ẾT QUẢ VỚ I DÙNG PHẦN MỀM HYSYS CHOPHƯƠNG PHÁP TÁCH CO2 BẰNG DUNG MÔI AMINE

TƯƠNG Ứ NG

4.1.Lý thuyết tính toán phương pháp xử lý bằng màng : [9]

4.1.1 Loại mô hình dòng chảy: [9]

Có 3 mô hình dòng chảy được dùng để mô tả quá trình màng

A. Mô hình dòng chảy hỗn hợ p (complete-mixing model)

Bảo toàn khối lượ ng cho dòng khí:

qf = qo + q p (4.1)

Trong đó :

qf là lưu lượng đầu vào

qo là lưu lượ ng dòng raq p là lưu lượ ng dòng thấm.

Độ tạ p chất từ dòng vào đến dòng thấm: =

Hình 4.1: Mô hình dòng chảy hỗn hợ p [9]

Tốc độ khuếch tán của CO2

7/26/2019 FONT12.pdf




= = ( × × ) 4.2

Trong đó PA là độ thấm của CO2; qA là lưu lượ ng dòng chảy của CO2; Am là diện tích

màng; t là độ dày của màng; Ph là áp suất đầu vào; Pl là áp suất đầu ra; x0 là phần trăm molecủa CO2 dòng ra; và y p là phần trăm mole CO2 dòng thấm.

Một công thức tương tự đượ c viết cho thành phần B (CH4):

= 1 = ( × 1 × 1 )

4.3

Lấy công thức (4.2) đem chia cho (4.3) ta sẽ được phương trình ẩn y p:

1 = ∗ 1 1 4.4

Vớ i * là tỷ số tách: *= 4.5

Đưa phương trình (4.4) về phương trình bậc 2 để giải :

= 0 4.6

Vớ i

= 1 ∗

= 1 1 ∗ ∗

= ∗

Vậy đáp án của phương trình là

= √ 42 4.7

Mặt khác, theo phương pháp bảo toàn khối lượ ng cho khí CO2 trong dòng khí:

× = × × 4.8

Chia hai vế cho qf , k ết hợ p với phương trình (4.1) ta có:

=

7/26/2019 FONT12.pdf




Suy ra diện tích màng cần thiết k ế là:

=

4.10

B. Mô hình dòng chảy ngang (cross-flow model) [9]

Dòng chảy phía áp suất cao đượ c xem xét là dòng chảy nút. Còn dòng thấm bên phía áp suất

thấp thì đươc hút chân không, vì thế dòng chảy có hướ ng tr ực giao vớ i màng. Chế độ dòng chảyngang là một mô hình gần đúng cho màng tách dạng xoắn ốc.

Hình 4.2: Mô hình dòng chảy ngang [9]

Lưu lượ ng thấm cục bộ qua mộ diện tích màng vi phân dAm ở tại vài điểm là:

=

× ×

4.10

1 = × 1 × 1 4.11

Lấy (4.10) chia cho (4.11):

1 =

∗

1 1

412

= 1

4.9

7/26/2019 FONT12.pdf




Phép giải cho 3 phương trình (4.10)-(4.12) là

1 ∗1

1 = ⁄ ⁄

∗ ∗

4.13

Trong đó:

∗ = 1

4.14

= 1 4.15

= 2 . 4.16

= 0 . 5 [1

∗

∗] 4.17

= ∗

2 4.18

= 0 . 5 1 ∗ 1 4.19

= 1

2 1 4.20

= ∗ 1 2 1 ∗2 4.21

= 11 ⁄ 4.22

Thuật ngữ uf là giá tr ị của u tại i = if = xf /(1-xf ). Giá tr ị ∗ là tỷ lệ phần thắm lên giá tr ị của x.

Tổng diện tích màng yêu cầu là:

= 1 ∗1

[ 11 11 ]

4.23

Vớ i f i=(Di-F)+(D2i2+2Ei+F2)0.5

7/26/2019 FONT12.pdf




C. Mô hình dòng chảy ngượ c (countercurrent-flow model) [9]

Mô hình này sử dụng để tính toán cho màng dạng sợ i r ỗng

Hình 4.3: Mô hình dòng chảy ngượ c [9]

Bảo toàn khối lượ ng cho dòng khí:

= ′ 4.24

Bảo toàn khối lượ ng cho khí CO2 trong dòng khí:

× = × ′ × 4.25

Đạo hàm phương trình (4.25)

=0′ 4.26

Cân bằng khối lượ ng CO2 ở 2 phía áp suất cao và thấ p:

× = ×

4.27

Đơn giản công thức (4.27), sẽ ra:

= = 4.28

Lượ ng khí thấm qua màng có diện tích dAm:

7/26/2019 FONT12.pdf




= × × 4.29

K ết hợ p 3 công thức (4.26), (4.28), (4.29) ra sẽ ra đượ c:

′ = = = × × 4.30

Tương tự cho CH4:

1 = 1 = × 1 ×1 4.31

K ết hợ p (4.24) và (4.25) rút triệt tiêu q’, suy ra

= × 4.32

Vì đạo hàm

1 = × 1 1

= 1 1 4.33

Nên ta có đượ c

= 1 1 4.34

Thế qdx từ công thức (4.24), d(qx) của công thức (4.20) và d[q(1-x)] từ công thức (4.21) vào

công thức (4.22)

′ = 1 ∗ 1 1 4.35

Vớ i = và ∗ =

Tương tự ta có thể từ

= 4.36

7/26/2019 FONT12.pdf




Mà chứng minh ra đượ c:

′

=

1 ∗ 1 1 4.38

Vậy diện tích màng tính ra đượ c từ công thức:

= {1 ∗( ) ( 1 ) 1 } ×

4.39

Vớ i =

Các giá tr ị xo và yi được tính tương tự như ở mô hình dòng chảy hỗn hợ p.

Bảng 4-1: Chú thích tính toán cho quy trình màng. [9]Kýhiệu

Ghi chú Đơn vị

Ph Áp suất đầu vào kPa

Pl Áp suất bên thấ p kPaqf Lưu lượng đầu vào kmol/hq0 Lưu lượ ng dòng ra kmol/hq p Lưu lượ ng dòng thấm kmol/hxf Phần % mole CO2 dòng vào %xo Phần % mole CO2 dòng ra %y p Phần % mole CO2 dòng thấm %P’ Độ thấm qua màng của khí kmol/h.kPa.m2

Am Diện tích màng m2

∗ Tỉ số tách Độ tạ p chất từ dòng vào đến dòng thấmt Độ dày của màng cm

7/26/2019 FONT12.pdf




4.2.Tính toán quá trình màng trên giàn:

4.2.1 Mô hình thiết k ế

Chọn màng: màng polyimide (PI) và tách theo hai cấ p (phải sử dụng thêm máy nén)

Chọn Module: modun Hollow Fiber

a: Hollow Fiber Membrane b: Spiral Wound Membrane

Hình 4.4: Lựa chọn modun cho màng tách [9] Chọn chế độ dòng chảy: Cross – flow (dòng chảy ngang)

Hình 4.5: Các kiểu dòng chảy lý tưở ng trong bình tách màng [9]

a: complete mixing; b: cross – fl ow; c: counter curr ent; d: cocurent f low

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.6: Hiệu quả tách CO2 của từng giai đoạn [3]

Theo hình 4.3 ta thấy, nếu dùng phương pháp tách CO2 vớ i màng 1 cấ p và màng 2 cấ p thì hiệu

quả tách sẽ phụ thuộc vào hiệu suất thu hồi hdrocacbon đi kèm vớ i nó.

7/26/2019 FONT12.pdf




Bảng 4-2 : S ố liệu dòng khí đầu vào của luận văn

FEED GAS Unit

Temperature 45 oC

Pressure 5100 kPa

Flow rate 1300 kmol/h

Components mole fraction

Nitrogen (N2) 0.67 % mole

Hydrogen sulfide (H 2S) 1.02 % mole

Carbon dioxide (CO2 ) 39 % mole

Methane (C1) 50 % mole

Ethane (C2) 3.4 % mole

Propane (C3) 2.2 % mole

i-Butane (C4) 1.55 % mole

n- Butane (C4) 1 % mole

i-Pentane (C5) 0.25 % mole

n-Pentane (C5) 0.23 % mole

n-Hexane (C6) 0.2 % mole

Water (H2O) 0.48 % mole

Ta sẽ chọn %CO2 sau khi ra hệ thống màng tách khí là 8% phù hợ p vớ i tiêu chuẩn đườ ng ốngvận chuyển.

Quy trình tính toán này tính theo sơ đồ màng tách 2 cấ p (như hình 3.15)

7/26/2019 FONT12.pdf




4.2.2 K ết quả tính toán màng

A. Tính toán màng:

Lưu lượng đầu vào của dòng khí qf = 1300 kmol/h vớ i thành phần khí CO2 là xf = 39%. Phần% mol CO2 dòng ra là xo = 0.08. Độ dày của màng t= 2.5410-3 cm, áp suất đầu vào Ph = 5100

kPa và áp suất bên thấ p Pl = 101 kPa. Các giá tr ị độ thấm P’CH4= 3.207E-10 mol.m/h.kPa.m2 và

P’CO2= 1.33E-11 mol.m/h.kPa.m2 .

Ta cần xác định phần % mol CO2 dòng thấm y p, độ tạ p chất và diện tích màng Am.

Lờ i giải:

= ′′ = 3.207×10−

1.33×10− =24.112

Thay vào tính các hệ số D, E, F, R, S, T:

= 0 . 5 [1 ∗

∗] = 11.844

= ∗

2 =3.620

= 0 . 5 1 ∗ 1=0.722

= 12 1 =0.044

= ∗ 1

21∗2 =1.019

=1

1 ⁄ =0.063

Lần lượ t tính

= 1 = 0.0810.08 =0.087

Và

=

1 = 0.39

10.39=0.64

Sau đó, ta đượ c :

7/26/2019 FONT12.pdf




= ( 2 ). =0.332

Thuật ngữ uf là giá tr ị của u tại i = if = xf /(1-xf ).

Tìm đượ c giá tr ị

tại x=xo thông qua các công thức như sau: 1 ∗1

1 = ⁄ ⁄

∗ ∗

Sau khi có = 0.397, tính y p:

= = × 1

7/26/2019 FONT12.pdf




Bảng 4-3: Tính toán màng tách khí cấ p 1

TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHO MÀNG THẤM CẤP 1 GHI CHÚ

qf Lưu lượng mol dòngvào 1300 kmol/s

xfPhần mol dòng vào

(CO2)0.390 % đầu vào

xoPhần mol dòng giữ lại

(CO2)0.08 % yêu cầu

Q’CO2 Tốc độ thấm CO2 3.207E-10 mol/s.kPa.m2 dữ liệu

Q’CH4 Tốc độ thấm CH4 1.33E-11 mol/s.kPa.m2 dữ liệu

α Hệ số tách(độ chọn

lọc) 24.11278195

if 0.639344262i0 0.086956522D 11.84417362E 3.620764895F 0.712217362R 0.044075489S 1.018707168T -0.062782657uf 0.331918852u0 0.452537302H 0.909785039

yP Phần mol CO2 thấmqua

0.861303236 %

phi* 0.396772963t Bề dày màng thấm 0.0000254 m

Dòng ra Qo 784.195148 kmol/hCO2 62.73561184 kmol/hCH4 578.4595 kmol/h

Dòng thấm Qp 515.804852 kmol/h

CO2 444.2643882 kmol/hCH4 17.58 kmol/h

Độ thu hồiHydrocacbon 88.99377479 %

Độ loại bỏ CO2 87.63480661

%

7/26/2019 FONT12.pdf




Tương tự tính như trên.

Bảng 4-4: Tính toán màng tách khí cấ p 2

TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CHO MÀNG THẤM CẤP 2 GHI CHÚ

qfLưu lượng mol

dòng vào512.77 kmol/s

xfPhần mol dòng

vào (CO2)0.87 % đầu vào

xoPhần mol dònggiữ lại (CO2)

0.08 % yêu cầu

P’CO2 Tốc độ thấm CO2 3.207E-10 mol/s.kPa.m2 dữ liệu P’CH4 Tốc độ thấm CH4 1.33E-11 mol/s.kPa.m2 dữ liệu

alpha*Hệ số tách (độ

chọn lọc) 24.11278195

if 6.458895728i0 0.086956522D 11.93967143E 4.6929622F 0.616719549R 0.043707549S 1.010203051T -0.0539106uf 0.394513118u0 0.469891253

yP Phần mol CO2thấm qua

0.973334381 %

phi* 0.87977348H 0.825016511

tBề dày màng

thấm 0.0000254

Dòng ra Qo 61.64820104 kmol/hCO2 4.931856083 kmol/hCH4 56.7163 kmol/h

Dòng thấm Qp 451.1188739 kmol/h

CO2 439.0895099 kmol/hCH4 12.03 kmol/hĐộ thu hồiHydrocacbon 82.50165108 %Độ loại bỏ CO2 98.8892751 %

7/26/2019 FONT12.pdf




K ết quả, ta đượ c qua 2 cấ p màng:

Độ thu hồi Hydrocacbon 98.1493286 %

Độ loại bỏ CO2 86.605426 %Giả sử chỉ sử dụng màng phân tách 1 cấp thì độ thu hồi chỉ đạt đượ c là 88.9%. Trong khi đó ở

màng 2 cấp nó đạt tớ i 98.15 % . Cho ta thấy được điểm ưu việt của màng 2 cấ p.

Tính toán diện tích màng dùng công thứ c (4.23)

Diện tích màng cấp 1

Ở đây hệ số diện tích màng là giá tr ị:

∫(−

∗)−

−[

+−

+]

Vớ i f i=(Di-F)+(D2i2+2Ei+F2)0.5.

Để tính phân này dùng phương pháp Trapezoid để tính diện tích gần đúng

Trong bài toán này, hàm f(x)=Fi= 1 ∗(1) 11ℎ11

, và giá tr ị xk chạy từ 1 đến n, tương

ứng vớ i giá tr ị I chạy từ io đến if . Diện tích phần màu xanh dương trên hình 4.1 chính là hệ số

diện tích màng cần tìm.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.7: Đồ thị tính hệ số diện tích màng cấ p 1

Bảng 4-5: Bảng tính diện tích màng cấ p 1

x i fi q Fi Trapezoid0.08 0.086956522 1.800176 0.3968 0.354629 0.011249

0.111 0.124859393 2.663595 0.3757 0.238957 0.0084380.142 0.165501166 3.603472 0.3532 0.17628 0.0068490.173 0.209189843 4.622212 0.3289 0.137235 0.0058370.204 0.256281407 5.725727 0.3028 0.11067 0.0051450.235 0.307189542 6.922409 0.2746 0.091465 0.0046490.266 0.36239782 8.222868 0.2439 0.076951 0.0042820.297 0.422475107 9.640045 0.2106 0.065604 0.0040060.328 0.488095238 11.18955 0.1742 0.056495 0.0037970.359 0.560062402 12.89019 0.1342 0.049024 0.003639

0.39 0.639344262 14.76471 0.0902 0.0427870.057892

Vậy nên diện tích màng yêu cầu là

Am 26132.38602 m2

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

T r ụ c F i

Trục I

iện tích màng cấp 1

7/26/2019 FONT12.pdf




Diện tích màng cấ p 2

Hình 4.8: Đồ thị tính hệ số diện tích màng cấ p 2

Bảng 4-6: Bảng tính diện tích màng cấ p 2

0

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

T r ụ c F i

Trục i

iện tích màng cấp 2

x i fi q Fi Trapezoid0.08 0.086956522 1.800176221 0.876055188 0.07286554 0.0053

0.158 0.187648456 4.119117021 0.864573365 0.03166123 0.00310.236 0.308900524 6.962676493 0.850747085 0.01868414 0.00230.314 0.457725948 10.47226734 0.833776637 0.01240543 0.0020.392 0.644736842 14.89224152 0.812451929 0.00871597 0.0018

0.47 0.886792453 20.61925481 0.784850515 0.00629135 0.00180.548 1.212389381 28.32708459 0.747722949 0.00457747 0.00180.626 1.673796791 39.25323769 0.695109019 0.00330224 0.0020.704 2.378378378 55.94060055 0.614766125 0.00231656 0.0023

0.782 3.587155963 84.57211344 0.476930151 0.00153198 0.00310.86 6.142857143 145.1104475 0.185505521 0.0008927

0.0254Vậy nên diện tích màng

yêu cầu là Am 4551.135944 m2

7/26/2019 FONT12.pdf




Tính toán lại phần trăm sau khi qua hệ thống màng

Bảng 4-7: Tính toán lại phần trăm sau khi qua 2 cấ p hệ thống màng

Tính lại thành phần củahỗn hợp khí sau khi quamàng

Mwi yiMwi

Nitrogen (N2) 0.01027 28.02 0.2878

Hydrogen sulfide (H2S) 0.0156 34.08 0.5328

Carbon dioxide (CO2) 0.08 44.01 3.5208

Methane (C1) 0.7514 16.04 12.052

Ethane (C2) 0.0521 30.07 1.5671

Propane (C3) 0.0337 44.1 1.4871

i-Butane (C4) 0.0238 58.12 1.3808

n-Butane (C4) 0.0153 58.12 0.8909

i-Pentane (C5) 0.0038 72.15 0.2765

n-Pentane (C5) 0.0035 72.15 0.2544

n-Hexane (C6) 0.0031 86.18 0.2642

Water (H2O) 0.0074 18 0.1324

Mw 22.647 g 0.8

Tổng 1.0000 g 0.9

B.

Khảo sát để tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưở ng lên hiệu suất tách khí qua màng:

Ảnh hưở ng của áp suất thấm ( Pl) :

Ảnh hưở ng của bên dòng thấm là ngượ c lại vớ i ảnh hưở ng của áp suất dòng nguyên liệu vào.

Áp suất thấm càng thấm, lực truyền động càng cao do đó yêu cầu diện tích màng cao hơn. Do

đó cần hoạt động ở chế độ áp suất thấm thấ p nhất có thể. Hình 4.11; 4.12; 4.13 sẽ cho thấy ảnh

hưở ng của áp suất thấm lên hiệu suất màng tách.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.9: Ảnh hưở ng của áp suấ t thấ m lên diện tích màng tách

Hình 4.10: Ảnh hưở ng của áp suấ t thấ m lên t ổ n thấ t CH4

30

30.5

31

31.5

32

32.5

33

33.5

34

34.5

0 20 40 60 80 100 120 140

D i ệ n t í c h m à n g

P thấm

P thấm- Diện tích màng

86.59

86.595

86.6

86.605

86.61

86.615

86.62

86.625

86.63

86.635

0 20 40 60 80 100 120 140 160

H t á

c h C O 2

P thấm

P thấm- H tách CO2

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.11: Ảnh hưở ng của áp suấ t thấ m lên hiệu suấ t tách CO2

Ảnh hưở ng của áp suất dòng nguyên liệu đầu vào ( P feed , Ph) :

Tăng áp suất dòng nguyên liệu sẽ làm giảm độ thấm và độ chọn lọc của màng. Tuy nhiên, tăng

áp suất sẽ làm tăng lực truyền động ngang của dòng khí, dẫn đến yêu cầu diện tích màng thấm

sẽ giảm, năng lượ ng cho máy nén sẽ tăng nhẹ và mất mát hydrocacbon sẽ giảm nhẹ. Hình 4.14;

4.15; 4.16 cho thấy rõ:

Hình 4.12: Ảnh hưở ng của áp suấ t dòng nguyên liệu lên diện tích màng

1.7

1.75

1.8

1.85

1.9

1.95

2

2.05

0 20 40 60 80 100 120 140

T ổ n t h ấ t C H 4

P thấm

P thấm- Tổn thất CH4

0

20

40

60

80

100

120

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

D i ệ

n t í c h m à n g

P feed

P feed- Diện tích màng

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.13: Ảnh hưở ng của áp suấ t dòng nguyên liệu lên hiệu suấ t tách

Hình 4.14: Ảnh hưở ng của áp suấ t dòng nguyên liệu lên t ổ n thấ t CH4

0.8659

0.866

0.8661

0.8662

0.8663

0.8664

0.8665

0.8666

0.8667

0.8668

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

H t á

c h C O 2

P feed

P feed- H tách CO2

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000


P feed

P feed- Tổn thất CH4

7/26/2019 FONT12.pdf




Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ lại trong khí (xo) :

Hình 4.15: Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ l ại lên diện tích màng

Hình 4.16: Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ l ại lên hiệu suấ t tách

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

D i ệ n t í c h m à n g

% CO2 giữ lại

% CO2 giữ lại- Diện tích màng

85

85.5

86

86.5

87

87.5

88

88.5

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

l ạ i H t á c h C O 2

% CO2 giữ

% CO2 giữ lại- H tách CO2

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.17: Ảnh hưở ng của phần trăm CO2 giữ l ại lên t ổ n thấ t CH4

Từ hình 4.17; 4.18; 4.19 ta thấy, tăng phần trăm lượ ng CO2 còn lại trong khí mà phần trăm CO2

khí đầu vào màng tách không thay đổi thì hiệu suất tách gần như không dao động (có giảm r ất

nhẹ ), diện tích màng sẽ giảm, tổn thất CH4 cũng giảm.

Từ những hình trên ta thấy, để màng hoạt động vớ i diện tích nhỏ nhất, ít tổn thất hydrocacbon

nhất, dẫn đến chi phí vận hành thấ p nhất, hàm lượ ng CO2 thu hồi tinh khiết hơn thì cần tối ưu

hóa áp suất dòng vào, hàm lượ ng CO2 giữ lại trong khí sao cho hợ p lý cả về yếu tố k ỹ thuật,

yếu tố kinh tế của dự án.

4.3.K ết quả tính toán dùng phần mềm HYSYS cho phương pháp xử lý CO2 bằng dung môi

Amine :

4.3.1

Giớ i thiệu về phần mềm HYSYS :

HYSYS là sản phẩm phần mềm của công ty Aspentech (tên cũ là HYPROTECH), chuyên cung

cấ p phần mềm công nghệ xử lý dầu khí, cho phép lậ p mô hình mô phỏng các quá trình chế biến

dầu khí. Chương trình kết hợ p những dữ liệu hồi quy, cơ sở nhiệt động học và công nghệ chưng

cất dầu khí để thiết k ế, mô phỏng và phân tích hệ thống xử lý khí, bao gồm dòng khí lý tưở ng,

khí hỗn hợ p và dòng chảy nhiều pha.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16


% CO2 giữ lại

% CO2 giữ lại- Tổn thất CH4

7/26/2019 FONT12.pdf




HYSYS có thể cài đặt dễ dàng trên tất cả các máy vi tính vớ i một thư viện dữ liệu r ộng lớ n, có

khả năng đáp ứng hầu hết cho các công việc thiết k ế, nghiên cứu trong ngành công nghệ lọc

dầu cũng như trong xử lý chế biến khí.

4.3.2

Mô phỏng quá trình làm ngọt CO2 bằng HYSYS:

Lựa chọn các thông số dung môi DEA

Nồng độ DEA: 35 % wt

Nhiệt độ dòng lean DEA vào tháp hấ p thụ: 45 oC

Áp suất dòng lean DEA vào tháp hấ p thụ: 5065 kPa

Lưu lượ ng tuần hoàn lean DEA:2500 m3/h

Sơ đồ hệ thống mô phỏng

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.18: S ơ đồ mô phỏng hệ thố ng là ng ọt bằ ng dung môi amine

K ết quả mô phỏng dòng khí đi ra khỏi tháp (Sweet gas) :

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.19: Dòng khí ngọt ra khỏi tháp hấ p thụ

Theo k ết quả của hệ thống mô phỏng ta có hàm lượ ng của CO2 đầu ra chỉ còn 8% thỏa

mãn yêu cầu của mô hình đã đặt ra trong luận văn. Toàn bộ hệ thống hoạt động tươngđối ổn định.

7/26/2019 FONT12.pdf




Bảng 4-8: S o sánh 2 phươn g pháp

K ẾT QUẢ TÍNH TOÁN BẰNG EXCEL CỦA CÔNG NGHỆ MÀNG VÀ HYSYS

CHO CÔNG NGHỆ AMINE

MÀNG AMINE

Lưu lượ ng dòng ra Qp

(m3/hr)848.1 764.7

% CH4 dòng ra 75.14 76.21

%mol CO2 8 8.01

Độ thu hồiHydrocacbon (%) 98.14

99,15

Độ loại bỏ CO2 (%) 86.6187.92

7/26/2019 FONT12.pdf




So sánh đặc điểm của 2 phương pháp:

Bảng 4-9: So sánh tiện ích để chọn l ự a công nghệ Amine và công nghệ màng

Ưu điểm Nhược điểm

Công Nghệ

Màng

Loại bỏ CO2 khỏi dòng khí tối đa đến2-3%.

Đơn giản, dễ vận hành, xử lý linhđộng.

Áp dụng tốt ngoài giàn (do tr ọnglượ ng nhỏ và chiếm không gian ít)

Hệ thống an toàn và thân thiện vớ imôi trườ ng.

Có thể tích hợp để khử nướ c, acid,khử Hg, và khống chế điểm sương.

Đắt tiền. R ất nhạy với nướ c, bụi và

hydrocacbon lỏng. Mất mát hydrocacbon cao. Giảm 20% khả năng phân tách

sau 1000 ngày đối vớ i khí khô. Khí nguyên liệu cần phải đượ c

xử lý trướ c.

Không thể sử dung r ộng rãi tr ừ khi cải thiện tính thấm và độ chọn lọc của màng.

Công Nghệ

Amine DEA

Cho phép làm sạch đến mức tinh CO2 và H2S nếu có khí COS và CS2.

Dung dịch DEA bền hóa học, dễ hoànnguyên.

Áp suất hơi bão hòa thấp nên độ mấtmát thấ p.

Công nghệ và thiết bị đơn giản. Tiến hành ở nhiệt độ cao hơn quá

trình MEA 10-20 OC Khả năng tạo bọt thấp đối vớ i dòng

khí có chứa thành phần HC nặng cao.

Chi phí riêng chất hấ p thụ vàchi phí sản xuất cao.

Có sự tương tác giữa CO2 (một phần) và HCN (hoàn toàn) vớ ichất hấ p thụ tạo thành hỗn hợ pkhông hoàn nguyên đượ c.

Khả năng làm sạch mercaptanvà hợ p chất lưu hunh hữu cơthấ p.

7/26/2019 FONT12.pdf




Yếu tố Amine Màng

Các vấn đề vận hành

Mất mát Hydrocacbon R ất thấ p. Phụ thuộc vào từng điều kiện.

Khả năng loại bỏ CO2 Tốt (lên đến mức ppm). Không cao (<2%)

Tiêu thụ năng lượ ng Từ trung bình đến cao Thấ p (tr ừ khi sử dụng máy nén)

Chi phí hoạt động Trung bình. Thấp đến trung bình

Chi phí bảo dưỡ ng Thấp đến trung bình. Thấ p (tr ừ khí có sử dụng máy nén)

Dễ dàng hoạt động Tương đối vừa phải. Tương đối dễ dàng.

Ảnh hưởng môi trườ ng Phức tạ p. Thấ p

Các vấn đề chi phí vốn

Chi phí xử lý sơ bộ Thấ p Thấp đến trung bình.

Nén tuần hoàn Không sử dụng Phụ thuộc vào điều kiện.

Thờ i gian lắp đạt tại hiện

trườ ngDài Ngắn nều hệ thống đặt trên con lăn.

Thờ i gian vận chuyển Dài cho hệ thống lớ n Xây dựng modun nhanh, nhỏ và gọn.

7/26/2019 FONT12.pdf




Hình 4.20: So sánh kích cỡ của hệ thố ng màng thấ m và amine [6]

Dựa vào bảng trên và những đặc tính so sánh của 2 phương pháp trên ta nhận thấy mỗi phương

pháp có những ưu, nhược điểm riêng biệt. Nhưng đối với điều kiện đang xét đến của luận văn

thì ta chọn lựa dùng phương pháp màng thấm để xử lý CO2 sơ bộ do phưong pháp này thích

hợ p với điều kiện không gian hạn chế ngoài giàn cũng như không mất nhiều nhân công bảo

dưỡng thườ ng xuyên.

7/26/2019 FONT12.pdf


K Ế T LU Ậ N VÀ KI Ế N NGH Ị


K ẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

K ết luận

Luận văn đã trình bày một cách tổng quát các phương pháp tách khí CO2, đặc biệt là phương pháp màng tách khí, một phương pháp hiện nay đang phát triển, ngoài ra luận văn còn giớ i thiệu

phương pháp hấ p thụ hóa học bằng dung môi DEA. Vớ i việc chọn lựa hệ thống công nghệ

màng hướng đi mớ i trong công nghiệp khí trong tương lai vì những ưu điểm của nó như : hệ

thống màng có khả năng xử lý CO2 có hàm lượ ng cao ở áp suất cao, hệ thống đơn giản, dễ thiết

k ế, có thể đặt ngay tại ngoài giàn trong khi đó hệ thống amine có thể làm điều này nhưng bản

thân nó kích thướ c lại k ềnh càng, không hợ p lý khi áp dụng ở nơi có không gian hạn chế ngoài

giàn. Để tận dụng những ưu điểm của 2 phương pháp này ngườ i ta đã xây dựng một mô hìnhk ết hợ p hệ thống màng-amine. K ết quả luận văn đã đạt đượ c:

Phương pháp xử lý khí bằ ng màng ngoài giàn: k ết quả cho thấy thiết k ế hệ thống tách màng 2

cấ p sẽ tách nhiều CO2 hơn so vớ i tách 1 cấ p, mặt khác hàm lượ ng thu hồi hydrocacbon sẽ cao

hơn, ít tổn thất hơn. Phương pháp này có thể làm giảm đáng kể hàm lượ ng CO2 với hàm lượ ng

lớ n trong khí xuống mức phù hợ p với đầu vào của tiêu chuẩn đườ ng ống vận chuyển. Trong

phương pháp này, luận văn cũng nêu ra một số yếu tố ảnh hưở ng khá chi tiết như nhiệt độ, áp

suất của dòng khí đầu vào, áp suất dòng thấm, hàm lượ ng CO2 trong dòng khí đến hiệu suấttách, diện tích bề mặt của màng, mất mát hydrocacbon nhẹ…

- Hiệu suấ t tách khí CO2 qua 2 cấ p màng là: 86%.

- Diện tích màng thấ m 2 cấ p là: 30683.52m2.

- Hiệu suấ t thu hồi hydrocacbon: 98.15%

- Phần trăm CO2 còn l ại trong khí sau 2 cấ p tách: 8%

Phương pháp làm ngọt bằ ng dung môi amine: tuy có ưu điểm là làm ngọt

(giảm nồng đồ CO2 tớ i mức gần như tinh <2%, và lưu lượng đầu ra cao

hơn so vớ i cùng dố liệu của phương pháp xử lý bằng màng nhưng lại có

nhược điểm (đối với điều kiện ngoài giàn) là tốn nhiều không gian và cần

có lượ ng dung môi DEA lớn để làm ngọt CO2.

7/26/2019 FONT12.pdf


K Ế T LU Ậ N VÀ KI Ế N NGH Ị


Luận văn đã chọn lựa được phương pháp tách CO2 phù hợ p cho dữ liệu dòng khí đang xét, đó

là công nghệ tách CO2 bằng màng. Luận văn đã chọn đượ c vật liệu là vật liệu Polyimide (PI)

và loại modul phù hợ p cho màng là Hollow fiber modun (Dạng sợ i r ỗng), chọn 2 cấ p màng

tách. Hơn hết luận văn đã tính toán khảo sát tối ưu hóa cácthông số đầu vào đầu ra cho côngnghệ màng tách.

Kiến nghị

Luận văn, xin đưa ra những kiến nghị sau:

- Đi vào phân tích yếu tố kinh tế thiết bị, vận hành của hệ thống k ết hợ p màng trong điều

kiện ngoài khơi để có thiết thực về mặt kinh tế.

-

Sau khi lựa chọn vị trí cần xem xét yếu tố cơ khí, mặt bằng thiết bị trên giàn , chi phí bảo dưỡ ng, tối ưu hóa để có phương pháp lắp đặt thiết bị thích hợ p.

- Xây dựng thiết bị kiểm soát hệ thống hoạt động để kiểm soát, ngăn ngừa sự cố và tối

ưu hóa hoạt động của hệ thống.

Đến đây, vì thờ i gian và khả năng có hạn nên chắc chắn còn có nhiều thiếu sót, r ất mong

nhận đượ c sự góp ý của quý thầy cô và các bạn để rút kinh nghiệm.

7/26/2019 FONT12.pdf


TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ThS. Hoàng Tr ọng Quang and ThS. Hà Quốc Việt, Giáo trình công nghệ khí, Đại Học

Bách Khoa, Tp.HCM.

[2] K. T. V. Trang, Thu gom, xử lý và vận chuyển dầu & khí, Đại Học Bách Khoa Tp.HCM.

.

[3] T. N. T. T. Xuân, Công Nghệ Xử Lý Khí, Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 2013.

[4] Đ. T. Thành, Công nghệ xử lý CO2 và H2S của khí thiên nhiên, Đại Học Bách Khoa

Tp.HCM, 2009.

[5] T. T. Quyền, Công nghệ tách CO2 từ khí tự nhiên và mô phỏng bằng phần mềm HYSYS,

Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, 2008.

[6] N. N. Quang, Công nghệ xử lý CO2, Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, 2009.

[7] J. M. Campbell, Gas conditioning and processing Volume 1.2, 8th Edition, 3rd printing,

John M Campbell and Company, 2004.

[8] S. A. Ebenezer, Optimization of Amine Base CO2 Removal Process, Institute ofPetroleum Technology,Norwegian University of Science, 2005.

[9] PetroVietNam. Tạ p chí Dầu Khí số 7, 2013.

[10] http://www.pvgas.com.vn..

[11] L. Department of Chemical Engineering & Chemical Technology Imperial College,

Membrane Science and Membrane Separation Processes.

7/26/2019 FONT12.pdf


PH Ụ LỤ C


PHỤ LỤC

K ẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO MÀNG BẰNG EXCEL

Khảo sát các yếu tố ảnh hưở ng lên hiệu suất tách khí bằng màng:

Bảng 4-10: Bảng khảo sát các thông số của màng

KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ LÊN HIỆU SUẤT TÁCH CO2(Pfeed =5100 kPa)

P thấm (psi) 10 20 40 60 80 100 120 140

DT màng(tr.m2)

30.3432 30.65 31.281 31.935 32.6131 33.3158 34.0442 34.7995

Tổn thất CH4(gmol/s) 1.75439 1.7768 1.8231 1.8714 1.92182 1.97442 2.02933 2.08668

H tách CO2(%)

86.5947 86.597 86.602 86.608 86.6134 86.6192 86.6253 86.6317

KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ LÊN HIỆU SUẤT TÁCH CO2 (Pthấm =101kPa)

P feed (kPa) 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

DT màng(tr.m2)

101.57 43.825 27.894 20.452 16.1439 13.3346 11.358 9.89157

H tách CO2(%)

0.86676 0.8663 0.8662 0.8661 0.86605 0.86603 0.86602 0.866

Tổn thất CH4(%)

2.47976 2.0542 1.937 1.8823 1.85067 1.83006 1.81557 1.80482

KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ LÊN HIỆU SUẤT TÁCH CO2(Pfeed =5100 kPa , P thấm =101 kPa)

% CO2 giữ lại 0.14 0.12 0.1 0.0.8 0.06 0.04 0.02 0.01

DT màng(tr.m2)

24.5562 27.052 29.914 33.352 37.7854 44.2709 57.1458 75.4491

H tách CO2

(%)85.5955 85.946 86.286 86.62 86.9517 87.2958 87.6956 87.9838

Tổn thất CH4(gmol/s)

1.21854 1.4174 1.662 1.9771 2.41236 3.08851 4.43137 6.01318

7/26/2019 FONT12.pdf


PH Ụ LỤ C

Hình 0.1: Quy trình công nghệ màng

font12.pdf

Documents