Mục lục Trang mở đầu .3 Phần I : tæng quan .5 CHƯƠNG I : Phần lý thuyết I.1 Kh¸i niƯm chung vỊ sÊy khÝ I.2 Nguyên tắc chung phơng pháp sấy khô khí I.3 Các phơng pháp sấy khô khí I.3.1 SÊy kh« khÝ phơng pháp hấp phụ I.3.2 Sấy khô khí phơng pháp hấp thụ .8 CHƯƠNG II : Hấp thụ - Sấy khô khí dung môi DEG .13 II.1 Một số tính chất hoá lý cđa dung m«i DEG 13 II.2 Cơ sở hóa lý trình .16 II.2.1 Độ hoà tan khí láng 17 II.2.2 ¶nh hëng cđa hµm Èm 17 II.2.3 Sù phụ thuộc nhiệt độ điểm sơng hỗn hợp khí vào nhiệt độ tiếp xúc với dung dịch DEG .18 II.2.4 Sù phơ thc ¸p st bão hoà dung dịch DEG vào nhiệt độ 19 II.2.5 ảnh hởng lợng dung môi đến trình hấp thụ 19 ii.3 Công nghệ sấy khí chất hấp thụ DEG 21 II.3.1 Sơ đồ nguyên tắc nguyên tắc công nghệ sấy khô khí DEG 21 II.3.2 Sơ đồ nguyên tắc nguyên tắc công nghệ sấy khô khí với tái sinh chân kh«ng DEG 22 II.3.3 Sơ đồ nguyên tắc nguyên tắc công nghệ sấy khô khÝ b»ng DEG víi sù bỉ sung DEG .24 Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá phần II : tính toán thiÕt kÕ 26 A - TÝnh to¸n thiÕt kÕ th¸p hÊp thơ 26 I Hàm lợng ẩm hỗn hợp khÝ 26 II TÝnh lu lợng chất làm khô DEG lỏng 30 III Tính cân vật liệu thiết bị hấp thụ .32 VI Tính cân nhiệt lợng cho thiÕt bÞ hÊp thơ 36 B - TÝnh toán thiết kế tháp nhả hấp thụ 42 I Tính cân vật liệu cho tháp nhả hÊp thơ 44 II TÝnh c©n b»ng nhiƯt lợng cho tháp nhả hấp thụ 51 phần III : tính toán thiết kế thiết bị 60 A - TÝnh to¸n th¸p hÊp thơ 60 I TÝnh kÝch thíc th¸p hÊp thơ .60 II Tính đờng kính tháp hấp thụ 62 III TÝnh chiỊu cao th¸p hÊp thơ 63 B - TÝnh to¸n th¸p nh¶ hÊp thơ 65 I TÝnh sè ®Üa lý thuyÕt .65 II Tính đờng kính tháp nhả hấp thụ 66 III TÝnh chiỊu cao th¸p nh¶ hÊp thơ 67 phơ lơc kÕt luËn Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá tài liệu tham khảo Më đầu Cùng song song phát triển với ngành công nghiệp khác ngành dầu khí Việt Nam phát triển đà phát triển mạnh, ngày cao với kỹ thuật - khoa học Những nhà máy đại đời nh nhà máy sử lý khí Dinh Cố, nhà máy sử lý khí nớc ta thức vào hoạt động từ tháng 12 năm 1998 cung cấp khí dầu mỏ hoá lỏng (LPG) phục vụ cho công nghiệp cho dân dụng Các dự án khí - điện - đạm số Vũng Tàu, dự án khí - điện - đạm số Cà Mau ®· vµ ®ang triĨn khai thùc hiƯn nh»m sư dơng có hiệu nguồn nguyên liệu khí tự nhiên, khí đồng hành đất nớc Kỹ thuật khí hoá nhiên liệu lỏng kỹ thuật chế biến khí thiên nhiên, khí dầu mỏ ngành kỹ thuật phát triển mạnh năm gần đây, đặc biệt sau đại chiến Thế Giới lần thứ Hiện hầu hết nớc công nghiệp tiên tiến Thế Giới xây dựng hàng nghìn nhà máy công suất lớn để chế biến khí tự nhiên khí dầu mỏ Sở dĩ ngành công nghiệp phát triển mạnh nh nguyên nhân sau: Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá nhiều nớc Thế Giới đặc biệt Liên Xô, số nớc khác tìm thấy nhiều mỏ khí thiên nhiên, khí dầu mỏ có trữ lợng lớn nên nguồn nguyên liệu rẻ tiền giá thành hạ Sản phẩm thu đợc từ trình chế biến khí tự nhiên dầu mỏ có chất lợng cao nhờ chế độ kỹ thuật khống chế chặt chẽ Quá trình chế biến khí tự nhiên, khí dầu mỏ đợc tiến hành pha gọi pha khí nên dễ khí hoá tự động hoá, suất lao động cao Khí dầu mỏ, khí tự nhiên nguyên liệu quý đẻ sản xuất hợp chất hữu phần hợp chất vô quan trọng cho kinh tế quốc dân quốc phòng nguồn nguyên liệu quý giá cho tổng hợp hoá học Sấy khô nhằm để tách nớc trình quan trọng để tách khí, thu đợc khí khô trớc đợc chế biến sâu hơn, sấy khí trình đợc sử dụng dây chuyền công nghệ chế biến khí Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá Phần I : Tổng quan Chơng I : Phần lý thuyết I.1 Khái niệm chung sấy khí Khí đồng hành khí tự nhiên khai thác từ lòng đất thờng bão hoà nớc, hàm lợng nớc phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ, thành phần hoá học khí Mỗi giá trị nhiệt độ, áp suất t- Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá ơng ứng với hàm lợng nớc cực đại có định Hàm lợng ẩm tơng ứng với nớc bão hoà tối đa gọi cân ngời ta phân chia độ ẩm không khí thành độ ẩm tơng đối tuyệt đối Độ ẩm tuyệt đối không khí khối lợng nớc có đơn vị thể tích đơn vị khối lợng khí (đo g/m3 g/Kg khí) Độ ẩm tơng đối tỷ lệ khối lợng nớc có hỗn hợp khí lợng níc cùc ®ai cã thĨ cã thĨ tÝch khÝ cho dới điều kiện bão hoà (đo phần trăm hay phần đơn vị) Nếu giảm nhiệt độ khí có chứa hàm lợng ẩm bão hoà cực đại, giữ áp suất không đổi phần nớc ngng tụ đợc gọi điểm sơng khí áp suất định Nhằm xác định hàm lợng ẩm cân khí thiên nhiên ngời ta sử dụng: - Quan hệ áp suất riêng phần thành phần lỏng - Sử dụng đờng cong thực nghiệm phụ thuộc hàm ẩm vào nhiệt độ áp suất - Hiệu chỉnh đờng cong có mặt H2S, CO2, N2 - Sử dụng phơng trình trạng thái P - V - T Thông thờng ngời ta sử dụng đồ thị biểu diễn phụ thuộc hàm lợng ẩm khí thiên nhiên vào nhiệt độ (tỷ trọng khí so với không khí 0,6) Khi tỷ trọng khí lớn 0,6 có muối nớc hàm lợng ẩm suy từ đồ thị cần phải nhân tơng ứng với hệ số C1 (hoặc C2) Khi tỷ trọng khí hàm lợng Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá muối tăng lợng ẩm khí giảm (ở điều kiện gần giống nhau) Một số yếu tố khác ảnh hởng đến hàm lợng ẩm cân khí nh có mặt propan, hydro-cacbon nặng: H2S, CO2, N2, diện H2S CO2 làm tăng hàm lợng ẩm, N2 lại làm giảm Vì có lợng lớn khí hydro-cacbon nặng: CO2, H2S lợng ẩm tính theo đồ thị khác xa so với thực tế Khi lợng H2S khí thấp 20% giá trị hàm lợng ẩm cân xác định theo Sherm Kempbel (sai số cực đại không 6%) Hàm lợng nớc khí đồng hành khí thiên nhiên cần phải biết nớc bị ngng tụ hệ thống công nghệ sử lý khí sau này, kết tạo điều kiện hình thành hydrat (các chất tinh thể rắn) dễ đóng cục chiếm khoảng không ống dẫn hay thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thờng dây chuyền khai thác, vận chuyển, chế biến khí Ngoài có mặt nớc hợp chất chứa lu huỳnh (H2S chất khác) tiền đề thúc đẩy ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ, thời gian sử dụng thiết bị, công trình Ngoài điều kiện hình thành hydrat phụ thuộc vào hàm lợng muối vô nớc, hàm lợng chúng tăng dẫn đến giảm nhiệt độ bắt đầu tạo thành hydrat Nhiệt độ củng phụ thuộc vào thành phần khí Ví dụ: Nhiệt độ bắt đầu Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá tạo thành hydrat metan có mặt propan, H 2S CO2 thấp so với vắng mặt chất Nh với nhũng tác hại hàm lợng nớc khí nói để giải vấn đề có hại nh ngời ta đa phơng pháp sấy khô khí nhằm tách nớc khí để ngăn ngừa hình thành hydrat, sử dụng rộng rãi phơng pháp ức chế - phơng pháp đa vào dòng khí chất khác (gọi chất ức chế) làm hạ nhiệt độ tạo thành hyđrat nh metanol, glycol phơng pháp sấy khô (tách nớc) khí dựa sở tách nớc khỏi khí chất hấp thụ lỏng rắn Trong hai phơng pháp sử dụng phơng pháp sấy khô dễ tiến hành, dễ thao tác, thiết bị đơn giản(IV - 89) I.2 Nguyên tắc phơng pháp sấy khô khí Khí đợc sấy khô nhằm mục đích tách nớc tạo cho khí có nhiệt độ điểm sơng theo nớc thấp so với nhiệt độ cực tiểu mà khí đợc vận chuyển hay chế biến Nguyên tắc chung ngời ta dùng dung môi lỏng rắn để hấp thụ nớc, nớc bị ngng tụ tách khỏi khí dới dạng sơng Còn khí khô thoát đỉnh tháp hấp thụ, trình sấy khí thờng dùng dung môi để hấp thụ hấp phụ nớc Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá I.3 Các phơng pháp sấy khô khí : Trong công nghệ chế biến khí, có nhiều phơng pháp làm giảm hàm lợng ẩm có khí đợc sử dụng cho áp riêng phần nớc nhỏ áp suất bão hoà hydrat Nhng đa số trờng hợp làm lạnh không đủ khó điều khiển trình Hiện phơng pháp hấp thụ hấp phụ phổ biến I.3.1 Sấy khô khí phơng pháp hấp phụ Khi cần phải sấy khí đến độ hạ điểm sơng tới 1000C ữ 1200C yêu cầu khí sau sấy có điểm sơng thấp - 600C ữ - 900C, ngời ta sử dụng phơng pháp hấp phụ Trong công nghiƯp chÕ biÕn khÝ ngêi ta thêng dïng silicagel, «xit nhôm hoạt tính, boxit hoạt tính, zeolit 4A 5A Các chất hấp phụ có bề mặt riêng lớn 200800 m2/g Điểm sơng khí sản phẩm sau sấy phụ thuộc vào chất hấp phụ chọn công nghệ thiết kế Khi tính toán thiết kế sơ đồ công nghệ sử dụng giá trị điểm sơng đạt đợc với chất hấp phụ thờng dùng nh sau : Chất hấp thụ Điểm sơng khí sau sấy Silicagel Oxit nhôm hoạt tính Zeolit (r©y ph©n -600C (-760F) -730C (-1000F) -900C (-1300F) tư) Ngun Thị Thu dầu Vinh 2003 - K47 Hoá Sơ đồ công nghệ sấy khí phơng pháp đơn giản bao gồm hai tháp Nhng thực tế công nghiệp ngời ta sử dụng hai ba tháp, tháp thứ làm nhiệm vụ hấp phụ, tháp thứ hai làm nhiệm vụ nhả hấp phụ, tháp thứ ba làm lạnh chất hấp phụ sau tái sinh Trong nhiều trờng hợp có bốn tháp, hai th¸p thùc hiƯn hÊp phơ, mét th¸p t¸i sinh tháp làm nguội Các tháp làm việc luân phiên cho phép thực trình sấy khí liên tục Trong trình làm việc, khả hấp phụ chất hấp phụ bị giảm dần tạo cốc bề mặt, đặc biệt lớp bị giảm hoạt tính nhanh Vì sau thời gian cần phải thay chất hấp phụ (khoảng từ ữ năm, tuỳ thuộc vào chất ®iỊu kiƯn lµm viƯc ®èi víi tõng chÊt hÊp phơ) (I - 112) I.3.2 Sấy khí phơng pháp hấp thụ Sấy khí phơng pháp hấp thụ đợc sử dụng rộng rãi để sấy khô khí công trình ống dẫn khí nh nhà máy chế biến khí Chất hấp thụ sấy khô dung dịch đậm đặc mono-, đi-, trietylenglycol Sự sấy khô khí chất hấp thụ dựa khác biệt áp suất riêng phần nớc khí chất hấp thụ Giá trị điểm sơng khí, nguyên tắc đợc đảm bảo dung dịch glycol Nguyễn Thị Thu Hoá dầu Vinh 2003 - K47 10 Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy 40 99,5 99 Độ hạ điểm sơng T,0 C 30 20 98 10 95 10 20 30 40 50 Nhiệt độ tiếp xúc, 0C Hình Sự phụ thuộc độ hạ điểm sơng khí vào nhiệt độ tiếp xúc với dung dịch DEG có nồng độ khác (1119) Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 90 Hoá dầu Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy 1000 áp suất bão hoà cña DEG, mmHg 600 200 75 100 60 20 10 85 98 90 99 100 0.6 95 0,2 0.1 -20 -10 20 40 60 80 110 150 210 Nhiệt độ, C Hình Đồ thị phụ thuộc ấp suất bão hoà dung dịch DEG vào nhiệt độ (1-120) Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 91 Hoá dầu Thiết dây chuyền công nghệ sÊy I I II III IV V Đồ án tốt nghiệp khí DEG Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 92 Hoá dầu Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chun c«ng nghƯ sÊy 14 I II III IV VII IV V VI 13 10 11 12 VIII Hình Sơ đồ nguyên lý côpng nghệ sấy khí DEG Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 93 Hoá dầu Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy Hình Sơ đồ nguyên tắc công nghệ sấy khí với tái sinh chân không DEG Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 94 Hoá dầu Thiết dây chuyền công nghệ sấy I V VI III VI I IV Đồ án tốt nghiệp khí DEG Hình Sơ đồ nguyên tắc công nghệ sấy khí DEG Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 95 Hoá dầu Đ ộ hoà tan (m3/ m3) Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy 27 C 51 C 2 áp suất MPa Hì nh Sự phụ thuộc đ ộ hoà tan Hydrocacbon khí DEG vào nhiệt độ áp suất Hằng số cân K 50 40 30 20 t = 164 C 10 150°C t = 125°C k 1,3 2,6 3,9 6,5 9,0 13 áp suất KPa.10 Hì nh Đ thịxác định số cân pha hệ: DEG - nứơc (1-239) Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 96 Hoá dầu Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy 50 40 30 H»ng sè c©n b»ng K 20 10 t = 164 C t = 150 C t = 125 C 15 30 60 90 150 300 áp suất Pa.10-3 Hình 10 Sự phụ thuộc số cân pha nớc Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 97 Hoá dầu Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy 10 NhiƯt bay h¬i 10 (Kj/Kg) hƯ DEG vào nhiệt độ áp suất 20 100 180 260 340 420 NhiƯt ® é (C) Nhiệt hoà tan 10 (Kj/Kg) Hì nh 11 Sự phụ thuộc nhiệt bay DEG vào nhiƯt ® é 1-DEG C4 C5 C3 C2 C1 1 ¸p suÊt MPa Hì nh 12 Sự phụ thuộc nhiệt hoà tan Hydrocacbon khíC1-C5 vào áp suất Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 98 Hoá dầu Thiết dây chuyền công nghệ sÊy Hµm Èm, kg/106 m3 khÝ (15 OC; 0,1 MPa) Đồ án tốt nghiệp khí DEG Nguyễn Thị Thu Vinh 2003 - K46 99 Hoá dầu Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy Hình 13: Hàm lợng ẩm khí tự nhiên khô Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K46 100 Hoá Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy Kết luận Sau khoảng thời gian ba tháng làm đồ án tốt nghiệp thiết kế dây chuyền công nghệ sấy khí dietylenglycol với suất 50.000 m3/h thời gian hạn chế gặp nhiều khó khăn việc thu thập tổng hợp tài liệu tham khảo nhng dới bảo hớng dẫn tận tình cô giáo Lê Minh Thắng với nỗ lực thân em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Qua trình nghiên cứu khí thiên nhiên, nh phơng pháp sấy khí ta thấy đợc tầm quan trọng to lớn Đặc biệt ngày với trình độ khoa học-kỹ thuật phát triễn nh vũ bão, nhiều nhà máy, xí nghiệp đời, mà khí nguồn nguyên liệu, nhiên liệu thiếu ngành công nghiệp khí hoá, khí tự nhiên đợc sử dụng sinh hoạt ngày Quá trình chuẩn bị khí để chế biến sấy khí công đoạn quan trọng, giai đoạn khởi đầu cho giai đoạn công nghệ chế biến khí, sấy khí phơng pháp hấp thụ phơng pháp tách ẩm khỏi hỗn hợp khí có hiệu quả, nhằm tăng khả sử dụng khí, nh an toàn mặt kỹ thuật cho thiết bị Quá trình làm đồ án giúp cho em có nhìn tổng quan thiết kế dây chuyền công nghệ sấy khí phơng pháp hấp thụ với dung môi sấy khí dietylenglycol, giúp em biết cách tổng hợp kiến thức, tra Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K46 101 Hoá Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy cứu tài liệu hình thành t làm việc, thiết kế vấn đề cách khoa học Do hạn chế mặt thời gian, gặp nhiều khó khăn việc tìm kiếm, tra cứu tài liệu, số liệu, lần thiết kế dây chuyền công nghệ sấy khí nên không tránh khỏi bở ngỡ, sai sót Kính mong thầy, cô bảo cho em thiếu xót để em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Hoá Học, môn Công Nghệ Hữu CơHoá Dầu đặc biệt cô giáo hớng dẫn Lê Minh Thắng giúp đỡ tận tình cho em để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2006 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thu Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K46 102 Hoá Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy Tài liệu tham khảo PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền - Công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 Sổ tay tóm tắt kỹ s hoá chất - Vơng Đình Nhàn Nhà xuất giáo dục Hà Nội năm 1961 Tập thể tác giả Đại học Bách Khoa Hà Nội Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 1999 Nguyễn Thị Thu dầu Vinh 2003 - K46 103 Hoá Đồ án tốt nghiệp khí DEG Thiết dây chuyền công nghệ sấy MA.Berlin - VG.Gortrencop - HP.Volcop Công nghệ chế biến khí thiên nhiên khí dầu mỏ - Trờng Đại Học Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Tập thể tác giả Đại học Bách Khoa Hà Nội Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 1999 .Tập thể tác giả trờng đại học Bách Khoa Hà Nội - Quá trình thiết bị công nghệ hoá học tập - Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2001 Campbell.J.M Gas Conditioning and Processing Vol The Basic Principles Campbell Ptroleum Series Normal, oklahoma October 1994 Campbell J M Gas Conditioning and Processing Vol The Equiqment Modules Campbell Ptroleum Series Normal, oklahoma October 1994 Ullman’s Encyclopedia of industrial chemistry Vol A18 Ngun ThÞ Thu dầu Vinh 2003 - K46 104 Hoá ... tắc công nghệ sấy khô khí DEG Các thiết bị công nghệ bao gồm: Thiết bị hấp thụ Thiết bị trao đổi nhiệt 2; Thiết bị thổi khí Thiết bị nhả hấp thụ Thiết bị tái sinh Thiết bị sinh hàn Bồn chứa DEG. .. nguyên lý công nghệ sấy khí DEG hình (phụ lục) Các thiết bị sơ đồ nguyên tắc công nghệ sấy khí DEG Thùng chứa Tháp hấp thụ Tháp nhả hấp thụ Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị đun sôi đáy tháp Thiết. .. sù tái sinh chân không DEG Sơ đồ công nghệ bao gồm thiết bị sau: Thiết bị hấp thụ Bơm 2; Thùng chứa DEG Thiết bị làm lạnh Thiết bị trao đổi nhiệt 5; Thiết bị thổi khí Thiết bị giải hấp thụ ThiÕt