Cụm thiết bị tách các sản phẩm sau khi làm lạnh gồm có

• 
  Tháp loại etan
  
• 
  Tháp tách Condensate và Bupro
  
• 
  Tháp tách butan và propan.
  

6. 
   Đề xuất sơ đồ chế biến khí Nam Côn Sơn
   

• 
  Tách lỏng khí đầu vào sử dụng slug-catcher.
  
• 
  Tách các tạp chất cơ học sử dụng filter lọc.
  
• 
  Tách nước, sử dụng phương pháp hấp phụ với chất hấp phụ là Zeolite.
  
• 
  Sử dụng phương pháp chế biến khí là phương pháp ngưng tụ nhiệt độ thấp với chu trình làm lạnh trong.
  
• 
  Cụm phân tách sản phẩm bằng phương pháp chưng cất nhiệt độ thấp
  

Khí nguyên liệu và condensate nguyên liệu được đưa vào thiết bị tách Slug-Catcher (SC). Tại đây dòng nguyên liệu sẽ được tách thành ba dòng gồm:

• 
  SC-V: Dòng khí ra khỏi đỉnh thiết bị.
  
• 
  SC-L: Dòng condensate thu được từ đáy thiết bị.
  
• 
  SC-W: Dòng nước được tách ra khỏi condensate, lấy ra ở đáy thiết bị.
  

Dòng khí sau khi được sấy khô được đưa tới cụm thiết bị làm lạnh (ngưng tụ). Cụm thiết bị này gồm các thiết bị trao đổi nhiệt E-14, E-100, cụm thiết bị giãn nở/nén Turbo Expander/Compressor (CC-01 Exp và CC-01 Comp) và tháp tách C-05. Dòng khí này được chia thành hai dòng:

• 
  Dòng thứ nhất được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt E-14 để trao đổi nhiệt với dòng khí lạnh đi ra từ tháp C-05, sau đó qua van giảm áp FV-101 và đi vào đỉnh tháp C-05.
  
• 
  Dòng thứ hai đi qua thiết bị giãn nở Turbo-Expander (CC-01 Exp) giãn nở. Thiết bị này hoạt động dựa trên hiệu ứng Joule-Thomson, thông qua việc giảm áp làm cho nhiệt độ dòng khí giảm. Thiết bị nén CC-01 hoạt động dựa trên công do quá trình giãn nở khí ở CC-01 sinh ra. Dòng khí đi ra khỏi CC-01 Exp được đưa vào đáy tháp C-05.
  

Dòng lỏng ra khỏi C-05 sẽ được đưa tới cụm phân tách sản phẩm gồm:

• 
  Tháp tách etan.
  
• 
  Tháp tách Bupro và condensate.
  
• 
  Tháp tách propan và butan.
  

• 
  Dòng khí từ V-03.
  
• 
  Dòng ra từ đáy của C-05.
  
• 
  Dòng lỏng từ V-03.
  

Dòng lỏng ra khỏi C-01 chủ yếu là C₃⁺ sẽ làm nguyên liệu cho tháp C-02. Tháp C-02 có nhiệm vụ tách condensate và Bupro ra khỏi nhau. Dòng condensate sẽ được đưa tới thiết bị tồn chứa ở điều kiện cho phép. Dòng Bupro ra ở đỉnh sẽ làm nguyên liệu cho tháp tách C-03. Tại đây, butan và propan sẽ được tách ra khỏi nhau và được đưa tới thiết bị tồn chứa ở những điều kiện đã quy định.

Về cơ bản ba sơ đồ chỉ khác nhau ở cụm thiết bị làm lạnh

Thay tháp tách C-05 bằng hai bình tách V-02 và V-03. Dòng khí ra khỏi V-06 vẫn được tách thành hai dòng. Một dòng đến E-14, qua van giảm áp FV-1001 rồi vào bình tách V-02.

Dòng khí thứ hai sẽ được giãn nở ở CC-01 Exp và tiếp tục đưa tới tháp tách V-03. Dòng khí ra khỏi V-02 sẽ được nhập với dòng khí ra khỏi bình tách V-03 để trao đổi nhiệt ở E-14 trước khi đi vào máy nén CC-01 Comp.

Dòng sản phẩm ra ở đáy bình tách V-02, V-03 sẽ làm nguyên liệu cho tháp C-01.

C. Mô tả sơ đồ 4.2C:

Sơ đồ này khác hai sơ đồ 4.2A và 4.2B ở chỗ dòng khí sau V-06 sẽ không chia thành hai dòng mà sẽ đưa toàn bộ dòng khí đó qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng ra khỏi đỉnh bình tách V-03 ở thiết bị trao đổi nhiệt E-14 vào bình tách V-02. Dòng khí ra khỏi V-02 sẽ được giãn nở ở CC-01 Exp và được đưa vào bình tách V-03. Dòng khí sẽ được giảm áp kéo theo nhiệt độ giảm làm ngưng tụ phần hydrocacbon nặng còn lại trong khí.

Dòng khí ra khỏi V-03 sẽ được trao đổi nhiệt ở E-014 và được đưa tới phần nén CC-01 Comp để nén đến áp suất khí thương phẩm.

Sự khác biệt giữa ba sơ đồ trên.

• 
  Đối với sơ đồ hình 4.2A
  

+ Dòng nhập liệu vào đỉnh có nhiệt độ thấp và hàm lượng lỏng cao, do được ngưng tụ nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E-14 nên nó đóng vai trò như là dòng hồi lưu ngoài.

+ Dòng nhập liệu ở đáy được đưa tời từ CC-01 Exp có nhiệt độ cao hơn với hàm lượng chủ yếu là hơi đóng vai trò như dòng tái bốc hơi.

Do đó, tháp tách C-05 đóng vai trò như là tháp hấp thụ. Tại đây xảy ra sự tiếp xúc giữa hai pha, lượng khí bay lên từ phần dưới của tháp C-05 chứa một lượng lớn propan sẽ được ngưng tụ bằng dòng hồi lưu ngoài có nhiệt độ thấp hơn đi vào từ đỉnh tháp, lượng khí bị ngưng tụ này sẽ quay trở lại phần đáy tháp C-05 và được đưa tiếp vào tháp tách etan C-01.Vì vậy, nếu tháp C-05 làm việc ở nhiệt độ thích hợp thì lượng lỏng và khí sẽ tách ra khỏi nhau một cách triệt để và hiệu quả nhất.

• 
  Đối với sơ đồ hình 4.2B
  

• 
  Đối với sơ đồ hình 4.2C :
  

5. 
   Mô phỏng công nghệ chế biến khí.
   

để(Để) đảm bảo tính chính xác của mô hình so với thự tế trên cơ sở lý thuyết của các tài liệu tham khảo.

Xác lập, đề xuất giá trị tối ưu trong giới hạn cho phép của các thông số vận hành các thiết bị trong quy trình công nghệ chế biến khí để tách Bupro.

Tìm ra thông số vận hành có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng thu hồi sản phẩm mong muốn. Trên cơ sở đó có thể điều chỉnh các thông số đó để sản phẩm thu hồi đạt giá trị cao nhất.

4.5.2 Phầm mềm sử dụng để mô phỏng.

HYSYS làm phần mềm sử dụng để mô phỏng và đánh giá các thông số vận hành trong đồ án này.

HYSYS là sản phẩm của AEA Technologie Engineering Software - Hyprotech Ltd. Đây là phầm mềm mô phỏng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hoá học đặc biệt trong công nghệ chế biến khí, phần mền này có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả tính toán có độ chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong thiết kế các nhà máy chế biến khí. Vì vậy, khi sử dụng phần mềm này để mô phỏng và tính toán sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian, chi phí đầu tư cũng như mức độ chính xác khi áp dụng mô hình vào thực tế. Hiện nay phần mềm này đang được sử dụng tại nhà máy chế biến khí Dinh Cố.

4.5.3 Mô phỏng ba sơ đồ

• 
  Áp suất nguyên liệu đầu vào: 110 bar.
  
• 
  Nhiệt độ nguyên liệu đầu vào: 27 ⁰C.
  
• 
  Lưu lượng nguyên liệu đầu vào (pha khí): 20 triệu m³/ngày.
  
• 
  Lưu lượng nguyên liệu đần vào (pha lỏng): 72 m³/giờ.
  

• 
  Áp suất hơi ở 37,8 ⁰C là: 1430 KPa.
  
• 
  Hàm lượng lưu huỳnh: 140 ppm.
  
• 
  Hàm lượng C₅: 2% thể tích.
  
• 
  Hàm lượng khí C₂: 2% thể tích.
  

• 
  Áp suất khí thương phẩm: 51,94 bar.
  
• 
  Áp suất LPG: 10,5 bar.
  
• 
  Áp suất condensate: 10,6 bar.
  

Với các thông số đầu vào và điều kiện sản phẩm như trên khi mô phỏng ba sơ đồ 4.2A; 4.2B; 4.2C thì sản phẩm thu được sẽ có lưu lượng và hiệu suất cho trong bảng 4.3.

• 
  Theo kết quả mô phỏng ta thấy sơ đồ hình 4.2C cho hiệu suất thu hồi LPG cao hơn hai sơ đồ hình 4.2A và hình 4.2C.
  
• 
  Hiện nay trên thế giới, hiệu suất thu hồi LPG từ khí tự nhiên đạt 75% là có thể đưa vào sản xuất thương mại. Trong khi đó, từ kết quả mô phỏng ta đã tính được hiệu suất thu hồi LPG đạt 81,07%. Đây là giá trị tương đối cao.
  

• 
  Đối với sơ đồ 4.2B: khi dòng khí được tách thành hai dòng:
  

+ Dòng còn lại được cho giãn nở tại CC-01 EXP và đưa tiếp vào bình tách V-03.

Dòng vào V-02 sẽ được tách lỏng triệt để do nhiệt độ làm lạnh tương đối thấp là -63,31 ⁰C. Còn dòng vào V-03 chỉ ở nhiệt độ -26,67 ⁰C nên lượng lỏng còn lại trong khí khá nhiều.

Chính vì lý do trên, nên hiệu suất lỏng thu hồi ở sơ đồ này thấp.

• 
  Đối với sơ đồ hình 4.2A:
  

Tháp C-05 có vai trò khác hai bình tách trên ở chỗ: tháp C-05 làm tăng phần nặng trong lỏng và làm tăng phần nhẹ trong khí.

Do đó, so với sơ đồ hình 4.2B thì sơ đồ hình 4.2A có hiệu suất thu hồi lỏng cao hơn.

• 
  Đối với sơ đồ hình 4.2C:
  

Do làm lạnh hai bậc nên so với hai sơ đồ hình 4.2A; 4.2C thì sơ đồ này có hiệu suất cao nhất.

Đối với khí tự nhiên hiệu suất thu hồi LPG đạt 75% là có thể đưa vào sản xuất thương mại. Trên thế giới hiện nay, do công nghệ phát triển nên hiệu suất thu hồi LPG đã đạt từ 85% trở lên(nên). Trong khi đó hiệu suất thu hồi LPG ở sơ đồ 4.2C đạt 81,07%. Tuy nhiên, thành phần Propane còn lại trong dòng khí ra khỏi tháp C-01 nhiều. Chính vì thế, để thu hồi triệt để lượng lỏng ta sẽ cho dòng khí từ tháp C-01 quay trở lại nhập vào dòng nguyên liệu vào tháp hấp phụ V-06.

Mặt khác từ kết quả mô phỏng ta thu được nhiệt độ của dòng khí ra khỏi đỉnh C-01 có nhiệt độ rất thấp. Để tận dụng nhiệt độ này, ta cho dòng khí từ C-01 trao đổi nhiệt với dòng khí ra từ tháp hấp phụ V-06. Lúc đó, công suất của thiết bị trao đổi nhiệt E-04 sẽ giảm đi :6536000 - 6210000 = 326000 (kJ/h).

Mô phỏng sơ đồ chế biến khí khi dòng khí từ C-01 nhập trở lại vào dòng khí nguyên liệu.

Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng công nghệ chế biến khí Nam Côn Sơn.

Để đưa dòng khí ra từ đỉnh tháp C-01 nhập vào dòng nguyên liệu phải vận hành thêm hai máy nén nhằm đưa áp suất dòng khí của C-01 lên áp suất khí nguyên liệu. Do đó chi phí đầu tư lắp đặt máy móc sẽ tăng. Nhưng so với hiệu suất thu hồi LPG vẫn có giá trị kinh tế. Vì vậy việc lắp đặt thêm máy nén có thể chấp nhận được. Ngoài ra, để tận dụng nhiệt và giảm công suất làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt E-04 ta sẽ cho dòng khí ra từ đỉnh tháp C-01 trao đổi nhiệt với dòng ra từ đỉnh V-06.

5. 
   Tối ưu hoá sơ đồ công nghệ.
   

• 
  Áp suất khí nguyên liệu.
  
• 
  Áp suất khí thương phẩm.
  
• 
  Hàm lượng C­₂ trong sản phẩm LPG không quá 2% mol.
  
• 
  Hàm lượng C₅ trong sản phẩm LPG không quá 2% mol.
  
• 
  Các thông số vận hành C-01 (áp suất vận hành, đĩa nạp liệu).
  
• 
  Các thông số vận hành C-02 (áp suất, số đĩa, đĩa nạp liệu)
  

Từ các yếu tố trên tác giả sẽ đề xuất một số phương án tối ưu hoá nhằm tăng hiệu xuất thu hồi LPG.

1. 
   Khảo sát áp suất đầu vào.
   

• 
  P: áp suất dòng nguyên liệu (bar).
  
• 
  W: lưu lượng dòng sản phẩm LPG (tấn/ngày).
  

• 
  Dựa vào đồ thị ta thấy khi áp suất khí đầu vào tăng thì lượng LPG cũng tăng. Trung bình thì áp suất tăng 1 bar thì sản lượng LPG tăng 5,857 tấn.
  
• 
  Vậy, nếu áp suất khí nguyên liệu ngoài biển đưa vào chế biến ở áp suất thấp thì khả năng thu hồi LPG sẽ giảm. Nhưng nếu áp suất khí nguyên liệu này có áp suất cao thì khả năng thu hồi LPG lại hoàn toàn có lợi.
  

2. 
   ảnh hưởng của áp suất Salegas đến khả năng thu hồi LPG
   

ình 4.5: Đồ thị ảnh hưởng của áp suất Salegas đến sản lượng LPG.

Từ đồ thị ta thấy: áp suất khí Salegas ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng thu hồi LPG. Vì thế, nên điều chỉnh áp suất Salegas càng thấp thì khả năng thu hồi càng cao nhưng vẫn đảm bảo yêu cầu áp suất Salegas đủ cao để cung cấp cho nhà máy điện.

2. 
   Khảo sát hàm lượng C₂ trong LPG.
   

Hàm lượng C₂ trong LPG càng nhiều thì lưu lượng LPG càng lớn. Cụ thể: khi hàm lượng C₂ trong LPG tăng 1 %mol thì sản lượng LPG tăng 1,65 tấn. Đồng thời nhiệt độ đáy tháp C-01 cũng giảm theo nhưng giảm không đáng kể. Nếu hàm lượng C₂ trong LPG càng nhiều thì khả năng tồn chứa LPG càng nguy hiểm so áp suất hơi bão hoà của C₂ cao. Vì vậy, để đảm bảo an toàn và đúng với hàm lượng C₂ quy định ta nên điều chỉnh áp suất vận hành tháp C-01 để hàm lượng C₂ trong đó là 1,4 %mol.

4. 
   Khảo sát hàm lượng C₅ trong sản phẩm LPG.