Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
b. Phân loại theo cấp độ chế biến.

b. Phân loại theo cấp độ chế biến.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trong q trình chế biến khí việc chuyển pha là rất quan trọng bởi vì sự thay đổi

thể tích khi chuyển từ pha khí sang pha lỏng là rất lớn. Phương trình clapeyron Clausius cho thấy mối quan hệ giữa nhiệt độ chuyển pha và áp suất:

V

dT

V

 V

=

=

=

 

dP

S





Trong đó:

 : Nhiệt chuyển pha.

V : Biến thiên thể tích trong quá trình chuyển pha.

S :



Biến thiên entropy trong quá trình chuyển pha.

2.1.6.2 Trạng thái vật lý của hyđrocacbon

Khí hydrocacbon khơng màu, khơng mùi, khơng vị. Vì vậy để kiểm tra độ rò rỉ của khí

người ta thêm vào chất tạo mùi, tuỳ theo yêu cầu mức độ an toàn. Chất tạo mùi thường

sử dụng trong các quy trình kiểm tra độ rò rỉ của khí là mercaptan.

Tính tan của chúng không giống nhau, không trộn lẫn với nước và dễ dàng hồ

tan trong các dung mơi hữu cơ.

Điểm sơi của các hydrocacbon no mạch thẳng tăng dần theo số nguyên tử cacbon

trong mạch.

2.1.6.3 Giới hạn cháy nổ

Giới hạn cháy nổ dưới của một chất là nồng độ của chất đó tính ra phần trăm thể

tích hoặc phần trăm mol trong khơng khí hoặc trong oxi ngun chất có giá trị

cực tiểu có thể cháy được khi gặp ngọn lửa.

Giới hạn cháy nổ dưới của một chất là nồng độ tính ra phần trăm thể tích (phần

trăm mol) trong khơng khí hoặc trong oxi nguyên chất có giá trị cực đại có thể

cháy được khi gặp ngọn lửa.

Vùng cháy nổ là vùng hỗn hợp khí có thành phần về phần trăm thể tích (%V) hoặc

phần trăm mol nằm trong miền giới hạn cháy nổ dưới và giới hạn cháy nổ trên.

Vùng an tồn là vùng hỗn hợp khí có thành phần về phần trăm thể tích (%V)

hoặc phần trăm mol nằm ngoài vùng cháy nổ.

2.1.6.4 Nhiệt trị (nhiệt cháy hay năng suất toả nhiệt) :

Nhiệt trị của một chất là lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy một lượng chất ấy để tạo

ra các oxit cao nhất hoặc các chất bền.

Nhiệt trị trên (nhiệt trị cao) là nhiệt trị của phản ứng cháy khi nước sinh ra tồn tại

ở thể lỏng.

Nhiệt trị dưới (nhiệt trị thấp) là nhiệt trị của phản ứng khi nước sinh ra tồn tại ở

thể hơi.

* Các đại lượng tới hạn:

26



Nhiệt độ tới hạn (Tc) là nhiệt độ mà ở giá trị cao hơn chất khí khơng biến thành

chất lỏng ở bất kỳ áp suất nào.

Nhiệt độ tới hạn được xác định bằng thực nghiệm thông qua công thức:

Tc =



391,7(n  1)

 190,7

2,645  (n  1) 0,785



Trong đó:

n: Là số nguyên tử cacbon.

Áp suất tới hạn (Pc) áp suất mà ở cao hơn áp suất đó chất khí khơng biến thành chất

lỏng ở bất kỳ nhiệt độ nào.

Áp suất tới hạn cũng được xác định bằng thực nghiệm và được xác định theo công thức:

Pc =



49,51

7,977  n1, 2



n: là số nguyên tử cacbon



Thể tích tới hạn (Vc):

Thể tích tới hạn được xác định bằng thực nghiệm thơng qua cơng thức có thể sai

lệch 4 cm3/mol:

Vc = 58,0 n + 22 n: là số nguyên tử cacbon

* Độ ẩm và điểm sương của khí hydrocacbon

Độ ẩm của khí là lượng nước chứa trong khí

Có hai khái niệm được đưa ra để đánh giá độ ẩm trong khí là độ ẩm tương đối và

độ ẩm tuyệt đối.

Độ ẩm tuyệt đối (hàm ẩm) là lượng hơi nước có trong khí ở điều kiện nhiệt độ và

áp suất xác định được tình bằng kg H2O/m3 khí hoặc g H2O/lít khí.

Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm bão hoà ở cùng điều kiện

nhiệt độ và áp suất.

Điểm sương:

Có hai phương pháp tính điểm sương của khí:

Điểm sương theo nước: là nhiệt độ tại đó hơi nước bắt đầu ngưng tụ tạo thành

sương mù ở áp suất nhất định.

Điểm sương theo hydrocacbon: là nhiệt độ tại đó hydrocacbon bắt đầu suất

hiện ở thể lỏng ở áp suất nhất định.

2.1.7. Tình hình chế biến và sử dụng khí thiên nhiên và khí dầu mỏ

2.1.7.1. Trên thế giới

Khí thiên nhiên và khí dầu mỏ là nguồn chính cung cấp các nguyên liệu quan

trọng nhất cho cơng nghiệp hố học và hố dầu [5].



27



Etan: Ở Mỹ, 40% etylen được sản xuất từ etan. Etylen là nguyên liệu quan trọng

nhất của cơng nghiệp tổng hợp hố học để sản xuất nhựa tổng hợp, oxit etylen,

chất hoạt động bề mặt…



28



Bắc Mỹ

Canada

Mỹ

Châu Mỹ La Tinh

Tây Âu

Đông Âu

Châu Phi

Trung Đông

Châu Á/ Châu Đại Dương

Nhật, Úc

Các nước khác

Toàn thế giới



1985

467,0

78,5

388,5

69

150

578

50,5

63,5

94,5

16,5

78

1478,5



2000

446,5

112,5

224

114,5

149,5

992

106

115

191,5

30

161,5

2115



2020

400

130

270

181

127

1189

213

229

284

41

243

2623



Bảng 2.1. Trình bày tình hình sản xuất khí thiên nhiên trên thế giới

(Đơn vị = 106 tep = Triệu tấn dầu tương đương)

(1 tấn GNL gần bằng 2,2 m3 GNL gần bằng 1350m3 (n) khí gần bằng 1,2 tep)

1985

472

58

414

69

191

555

32

61

96

35

14

47

1476



Bắc Mỹ

Canada

Mỹ

Châu Mỹ La Tinh

Tây Âu

Đông Âu

Châu Phi

Trung Đông

Châu Á/ Châu Đại Dương

Nhật

Úc

Các nước khác

Tồn thế giới



2000

245,5

79,5

375,0

112,5

230,5

940,5

71,5

108

197,5

47,5

20,5

129,5

2115



2020

469

95

374

151

257

1136

138

174

298

61

27

210

2623



Bảng 2.2. Tình hình tiêu thụ khí thiên nhên trên thế giới (đơn vị = tep)



29



2.1.7.2. Ở Việt Nam

a. Tiềm năng khí ở Việt Nam

Việt Nam được thế giới nhìn nhận là một quốc gia dầu khí non trẻ trong cộng

đồng các quốc gia dầu khí trên thế giới.

Theo petro Việt Nam Gas Company, tiềm năng nguồn khí Việt Nam tập trung ở 5 vùng

trũng chính: Trũng Sông Hồng, trũng Cửu Long, trũng Nam Côn sơn, trũng Mã Lai,

Thổ miền Trung có khả năng cung cấp khí trong các thập kỷ tới. Các vùng trũng này

đến nay vẫn đang giai đoạn nghiên cứu và đánh giá một cách chi tiết…

Hiện nay chỉ có 2 trũng có trữ lượng thương mại là trũng Cửu Long và trũng

Nam Côn Sơn thuộc thềm lục địa phía nam nước ta. Trong đó mỏ Cửu Long đã và

đang cho sản lượng khai thác khí đồng hành quan trọng nhất.

Mỏ khí

Sơng Hồng

Cửu Long

Nam Cơn Sơn

Mãi Lai - Thổ Chu

Các mỏ khác

Tổng cộng

T/phần khí

CH4

C2H6

C3H5

i - C4H10

N - C4H10

C5

CO2 + H2S



Trữ lượng thực tế (tỉ m3)

5,6 – 11,2

42 – 70

140 – 196

14 – 42



Trữ lượng tiềm năng (tỉ m3)

28 – 56

84 – 140

532 – 700

84 – 140

532 – 700

201,6 – 319,2

1260 - 1736

Bảng 2.3. Tiềm năng khí ở Việt Nam

Mỏ Bạch Hổ

71,5

12,52

8,61

1,75

2,96

1,84

0,7



Mỏ Rồng

76,54

6,98

8,25

0,78

0,94

1,49

5,02



Mỏ Đại Hùng

77,25

9,49

3,83

1,34

1,26

2,33

4,5



Bảng 2.4. Thành phần khí đồng hành ở một số mỏ dầu ở Việt Nam (% thể tích)

b. Triển vọng của ngành cơng nghiệp khí

- Khả năng thị trường tạm thời được đánh giá, ước tính trong tương lai gần, tỷ lệ

tiêu thụ khí như sau:

+ Cơng nghiệp: 32%

+ Phân đạm : 0%

+ Vận tải: 0%

+ Điện : 68%

- Nhưng đến năm 2010 nhu cầu sử dụng khí dự kiến sẽ thay đổi

+ Công nghiệp: 14%

+ Phân đạm : 6%

30



+ Vận tải: 0%

+ Điện : 30%

+ LNG : 31%

+ Xuất khẩu sang Thái Lan : 19%

2.2. CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP TỪ KHÍ TỰ NHIÊN

2.2.1 Cơng nghệ chuyển hố bng hi nc

Đây là công nghệ sử dụng phổ biến cho quá trình tổng hợp

metanol và amoniac [3].

S nguyờn lý của q trình..



Hình 2.2. Sơ đồ cơng nghệ chuyển hố khí tự nhiên bằng hơi nước

Khí tự nhiên sau khi loại bỏ các hợp chất chứa lưu huỳnh và hơi nước được hỗn

hợp và gia nhiệt theo tỷ lệ mol H2O/CH4 trong khoảng 1,5  3 tuỳ thuộc vào mục

đích sử dụng khí tổng hợp.Hỗn hợp khí được dẫn qua ống có đường kính 10  15

cm, có chứa xúc tác niken. Phía ngồi ống phản ứng được đốt nóng để cung cấp

nhiệt cần thiết cho q trình phản ứng. Nhiệt độ được khống chế khoảng 750 

9000C.

Khí tổng hợp thấp sử dụng khi chuyển hố metan khơng cần giới hạn, ví dụ nh ư

khí tổng hợp được sử dụng để tổng hợp NH3. Trong trường hợp này áp yêu cầu

3,5  4 Mpa. Nhiệt độ cao hơn áp dụng khi chuyển hoá metan cần phải khống

chế giới hạn. Khí tổng hợp sau khi được làm lạnh ngưng tụ hi nc d, c

n ỏp sut cn thit.

Công nghệ này đợc hãng Haldor Topsoe (Đan mạch) sử dụng sản

xuất khí tổng hợp cho quá trình tổng hợp metanol và amoniac.

31



CO2

6500C



Hụi nướ

c

Khí tựnhiê

n



2



3



1



Khí thả

i

Nhiê

n liệ

u



9270C



Khí tổ

ng hợp

Hình 2.3 : Sơ đồ cơng nghệ chuyển hóa bằng hơi nước của hãng

Haldor Topsoe

1. Tháp tách lu huỳnh

2. Tháp làm ẩm khí

3. Tháp chuyển ho¸

Thut minh:

Sơ đồ trên hình 2.3 mơ tả cơng đoạn sản xuất khí tổng hợp gồm tháp (1) tách S

trong nguyên liệu, tháp (2) làm ẩm khí bằng hơi nước đến tỉ lệ cần thiết và thiết bị

chuyển hoá (3). Khí tự nhiên đợc chuyển hóa bằng hơi nớc trên xúc

tác niken đặt trong các ống phản ứng. Thiết bị chuyển hóa bao

gồm các ống chứa đầy xúc tác xếp thành hàng, đợc đốt nóng

do bức xạ nhiệt từ thành lò. Hệ thống đầu vào và ra đợc thiết

kế đặc biệt để làm việc ở nhiệt độ cao, nhiệt độ đầu vào

của thiết bị chuyển hoá lên tới 650 0C nhiệt độ đầu ra là 8950C.

Tỷ lệ mol hơi nớc trên hydrocacbon khoảng 13,5 tùy thuộc vào

mục đích sử dụng khí tổng hợp ở công đoạn sau.

2.2.2. Quỏ trỡnh chuyn hoỏ cú xỳc tỏc Autothermic refoming (ATR)

Quá trình này dựa trên cơ sở phản ứng giữa metan với oxi và

hơi níc. Sơ đồ cơng nghệ q trình chuyển hố có xúc tác.



32



Hình 2.4. Sơ đồ cơng nghệ chuyển hố khơng có xúc tác

Trước hết hỗn hợp qua lò gia nhiệt sơ bộ, sau đó chuyển hố có xúc tác Ni ở

nhiệt độ cao. Quá trình bao gồm cả các phản ứng thu nhiệt và các phản ứng q

trình oxy hố khơng hồn tồn.

Q trình có xúc tác hoạt tính cao dẫn đến tạo thành một lượng đáng kể CO2 khỏi

hỗn hợp khí tổng hợp trước khi đưa đi sử dụng.

Quá trình yêu cầu áp suất cao hơn quá trình chuyển hoá bằng hơi nước, tiêu tốn

năng lượng thấp hơn cho q trình nén, và có thể sử dụng ngay cho q trình tổng

hợp metanol.

Hãng Howe Baker Engineers sử dụng cơng nghệ chuyển hoá tự nhiệt bằng hơi

nước để sản xuất khí tổng hợp có độ tinh khiết cao làm ngun liu cho tng cỏc

hp cht hu c.

Tiêu biểu cho công nghệ này là công nghệ của hãng Howe Baker

Engineers.



O2

Hụi nửụực



Khớ tựnhiên



CO2 tuần hoàn

(không bắtbuộc)



1



3



nh phẩm

CO thà

2



Khí tổng hợp



4



5



6

H



33



2



thành phẩm



Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ ATR của hãng Howe Baker Engineers

ThuyÕt minh:

Nguyên liệu được gia nhiệt sơ bộ tại thiết bị gia nhiệt (1) được loại bỏ các hợp

chất chứa lưu huỳnh tại thiết bị (2), sau đó hỗn hợp với nước và CO2 tuần hoàn

(nếu cần).

Hỗn hợp được đưa vào thiết bị chuyển hoá (3) chứa xúc tác. Ban đầu hỗn hợp khí

đốt cháy tại buồng đốt ở phía trên của thiết bị. Phản ứng oxi hoá một phần xảy ra

tại vùng cháy, sau đó qua lớp xúc tác tiếp tục chuyển hố bằng hơi nước. Hỗn hợp

khí ra khỏi thiết bị ATR có nhiệt độ 1000  11000C. Sau khi làm nguội tại thiết

bị trao đổi nhiệt (4) được tách CO2 tại thiết bị (5). Hỗn hợp khí tổng hợp thành

phẩm nhận được bao gồm CO và H2 có thể dùng làm nguyên liệu cho sản xuất

một số hợp chất hoá học như metanol và các rượu cao hơn, cũng có thể đưa đi sử

lý tiếp (thường là phân tách nhiệt độ thấp) tại thiết bị tách (6) để nhận được từng

cấu tử riêng biệt CO và H2 có độ tinh khiêt cao.

CO2 nhận được từ thiết bị tách (5) có thể cho hồn tồn lại để điều chỉnh tỉ lệ

H2/CO trong hỗn hợp khí tổng hợp thành phẩm. Nếu sử dụng nguyên liệu là khí tự

nhiên, tỉ lệ H2/CO nằm khoảng 2,7 (nếu khơng tuần hồn CO 2) đến 1,6 (nếu tuần

hồn tồn bộ CO2)

Trong cơng nghệ này khơng thể sử dụng khơng khí làm tác nhân oxy hố ban đầu

vì N2 sẽ làm cho giảm độ tinh khiết của khí thành phẩm. Cơng nghệ này có giá trị

cao về mặt kinh tế nếu như oxy có sẵn với giá rẻ.

Trên hình 2.6 là sơ đồ cơng nghệ chuyển hố tự nhiệt bằng hơi nước của hãng

Hatdol Topsoe



Hình 2.6. Cơng nghệ chuyển hố tự nhiệt bằng hơi nước của hãng Haldor Topsoe

34



1. Thiết bị gia nhiệt; 2. Tháp tách S; 3. Thiết bị chuyển hoá ATR;

4. Thiết bị trao đổi nhiệt; 5. Thiết bị tách CO2.

Công nghệ này kết hợp cả hai q trình oxy hố khơng hồn tồn bằng oxy và

chuyển hố bằng hơi nước trong thiết bị chuyển hoá ATR với lớp xúc tác cố định

(xúc tác niken). Sơ đồ bao gồm thiết bị các hợp chất lưu huỳnh tránh ngộ độc xúc

tác (nếu nguyên liệu có hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh thấp dưới mức cho

phép thì có thể khơng cần tháp này), thiết bị chuyển hố tự nhiệt (3) gồm đèn đốt,

phòng đốt và tầng xúc tác niken, thiết bị tự nhiệt (4) tận dụng nhiệt của sản phẩm

để sản xuất hơi nước, tháp tách (5) để loại CO2. Đèn đốt của thiết bị ATR được

làm bằng hợp kim chịu nhiệt độ cao và có độ bền chống mài mòn cơ học bảo

đảm tuổi thọ lâu dài trong quá trình làm việc của thiết bị.

Sản phẩm của q trình là khí tổng hợp co tỷ lệ cần thiết, hoặc khí CO 2 và H2

tinh khiết phục vụ cho sản xuất metanol, amoniac hoặc nhiên liệu tổng hợp.

2.2.3. Công nghệ tổ hợp

Khi yêu cầu phải khống chế chặt chẽ tỷ lệ H 2/CO trong khí tổng hợp, hoặc tăng

áp suất đồng thời tiết kiệm oxy người ta sử dụng quá trình tổ hợp gồm có thiết bị

chuyển hố sơ cấp và thứ cấp. Trong thiết bị phản ứng sơ cấp, khí tự nhiên được

chuyển hố bằng một dòng hơi nước nhỏ sau đó nó được dẫn vào thiết bị chuyển

hố thứ cấp có xúc tác thực hiện tiếp q trình chuyển hố tự cung cấp nhiệt nhờ

bổ sung oxy.

Để tổng hợp amoniac, đây là một quá trình rất phù hợp khi sử dụng oxy khơng

khí trong thiết bị thứ cấp với tỷ lệ O 2/H2 là 3. Trong trường hợp này CO chuyển

hoá tiếp nhờ hơi nước thành CO2 và H2 theo phản ứng.

CO + H2O

CO2 + H2

Sau đó CO2 được tách ra. Trong trường hợp dư nitơ, có thể bổ sung oxy với tỷ

lệ trong khoảng 0,35  0,45 nhỏ hơn trong quá trình oxy hố khơng xúc tác với

oxy hố có xúc tác.



35



Oxy

Khí tựnhiê

n

Hơi nướ

c



Thiế

t bò

phả

n ứ

ng

sơ cấ

p



Thiế

t bòphả

n



ng thứcấ

p



Khí tổ

ng hợp



Hình 2.7: Sơ đồ cơng nghệ q trình tổ hợp

u ®iĨm của quá trình chuyển hoá tổ hợp là áp suất có thể tăng

tới 3,5- 4,5 MPa do sự giảm nhiệt độ đầu ra của giai đoạn

chuyển hóa sơ cấp, dẫn đến giảm đợc 50% công suất máy nén

so với quá trình chuyển hóa bằng hơi nớc.

Khớ tng hp nhn c nhờ q trình chuyển hố tổ hợp này có tỷ lệ, thành

phần thích hợp cho q trình tổng hợp amoniac, metanol.

2.2.4. Cơng nghệ oxy hố khơng hồn tồn khơng cần xúc tác.

Trong cơng nghệ này oxy và khí tự nhiên được gia nhiệt, hỗn hợp và đánh lửa.

Phản ứng xảy ra là phản ứng toả nhiệt.

CH4 + 0,5O2

CO + 2H2 + 35,7 KJ/mol

Sản phẩm ngồi CO và H 2 có thể còn có CO2 và H2O chuyển hố bằng hơi nước

cũng xảy ra. Nhiệt độ phản ứng 1000  11000C. Khí ở giai đoạn này gần với

cân bằng nhiệt động.

Theo phương trình phản ứng trên, tỷ lệ O2/CH4 là khoảng 0,5. Thường trong thực

tế cao hơn 40  50%, tức là tỷ lệ khoảng 0,7  0,75.

Sơ đồ công nghệ q trình oxy hố khơng hồn tồn khơng xác tác như hình 2.8.

Tuy nhiên, nếu như thiết bị về mặt ngun lý đơn giản thì giá của cơng đoạn sản

xuất oxy lại lớn đáng kể



36



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

b. Phân loại theo cấp độ chế biến.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×