che bien khi

7/30/2019 che bien khi

http://slidepdf.com/reader/full/che-bien-khi 1/292

http://www.ebook.edu.vn

NguyÔn thÞ Minh HiÒn

C«ng nghÖ ChÕ biÕn

khÝ tù nhiªn

vμ khÝ ®ång hμnh

(T¸i b¶n cã söa ch÷a vµ bæ sung)

Nhμ xuÊt b¶n Khoa häc vμ kü thuËt

Hμ Néi ✵ 2004



http://www.ebook.edu.vn 3

Lêi Giíi thiÖuLêi Giíi thiÖuLêi Giíi thiÖuLêi Giíi thiÖu

Tõ th¸ng 12 n¨m 1998 Nhµ m¸y xö lý khÝ Dinh Cè, nhµ m¸y xö lý khÝ

®Çu tiªn cña n−íc ta ®· chÝnh thøc ®i vµo ho¹t ®éng, cung cÊp LPG phôc vô

cho c«ng nghiÖp vµ d©n dông. Çc dù ¸n KhÝ − §iÖn − §¹m sè I ë Vòng Tµu,

dù ¸n KhÝ − §iÖn − §¹m sè II ë Cµ Mau ®· vµ ®ang triÓn khai thùc hiÖn,

nh»m sö dông cã hiÖu qu¶ nguån nguyªn liÖu khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ ®ång

hµnh cña ®Êt n−íc. Tr−íc sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp dÇu khÝ nãi

chung vµ cña ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ nãi riªng, nhu cÇu ®µo t¹o kü

s− vµ kü thuËt viªn hµng n¨m ngµy cµng t¨ng.

Cuèn “C«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ” ®−îc biªn

so¹n nh»m môc ®Ých giíi thiÖu cho çc kü s−, kü thuËt viªn vµ sinh viªn

chuyªn ngµnh C«ng nghÖ Ho¸ dÇu vµ khÝ nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ çc

ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n hçn hîp çc hydrocacbon tõ C1 ®Õn C10 , H2O, CO2 ,

H2S, ... çc cÊu tö chÝnh trong thµnh phÇn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh,phôc vô cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ xö lý khÝ. §ång

thêi cuèn s¸ch còng ®Ò cËp ®Õn mét sè qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ khÝ

tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh thµnh çc hîp chÊt chñ yÕu sö dông lµm nguyªn

liÖu cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬ - ho¸ dÇu.

Cuèn s¸ch ®−îc chia lµm ba phÇn:

PhÇn I : Thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh.

Trong phÇn nµy giíi thiÖu thµnh phÇn, tÝnh chÊt vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n

çc ®¹i l−îng nhiÖt ®éng cña hçn hîp khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh. Trong

mçi ch−¬ng ®Òu cã çc bµi to¸n vÝ dô ¸p dông lµm s¸ng tá lý thuyÕt, cñngcè çc kiÕn thøc c¬ b¶n. T¸c gi¶ còng ®· ®−a vµo trong phÇn nµy çc ®å thÞ

thùc nghiÖm rÊt cÇn thiÕt cho viÖc tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng nghÖ.

PhÇn II : Çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n chÕ biÕn khÝ, bao gåm çc

c«ng nghÖ lµm s¹ch khÝ khái çc t¹p chÊt (t¸ch bôi, lµm ngät khÝ, sÊy khÝ) vµ

çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ chÕ biÕn hiÖn ®ang ®−îc sö dông phæ biÕn. §ã lµ



http://www.ebook.edu.vn4

çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp, hÊp thô nhiÖt ®é thÊp vµ

ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊp. Tuú theo thµnh phÇn hçn hîp khÝ ®−a vµo chÕ biÕn

vµ yªu cÇu møc ®é t¸ch çc cÊu tö ®Þnh tr−íc mµ lùa chän gi¶i ph¸p c«ng

nghÖ thÝch hîp. LÇn t¸i b¶n nµy cã bæ sung c«ng nghÖ cña Nhµ m¸y xö lý

khÝ Dinh Cè (Bµ RÞa − Vòng Tµu).

PhÇn III : ChuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh, bao gåm çc qu¸

tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n chuyÓn ho¸ khÝ thµnh khÝ tæng hîp, metanol,

amoniac, axetylen..., lµ nh÷ng nguyªn liÖu quan träng cho tæng hîp h÷u c¬ -

ho¸ dÇu.

MÆc dï t¸c gi¶ ®· dµnh nhiÒu nç lùc nh−ng do biªn so¹n lÇn ®Çu, nªn

ch¾c kh«ng tr¸nh khái cßn thiÕu sãt. RÊt mong çc b¹n ®ång nghiÖp vµ b¹n

®äc gãp ý bæ sung ®Ó cuèn s¸ch ®−îc hoµn thiÖn h¬n trong çc lÇn t¸i b¶n

sau.

GS. TS. §μo V¨n T−êng




Môc lôc

Lêi giíi thiÖu 3

Çc ký hiÖu dïng trong s¸ch 9

PhÇn IThμnh phÇn vμ tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn

vμ khÝ ®ång hμnh 11 Ch−¬ng I

Giíi thiÖu vÒ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh 13

I.1. Thµnh phÇn vµ çc ®Æc tÝnh cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh 13I.2. ChÕ biÕn vµ sö dông khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh trªn thÕ giíi 15I.3. ChÕ biÕn vµ sö dông khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ë ViÖt Nam 17

Ch−¬ng II

Çc tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh 19

II.1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña çc hydrocacbon 19II.2. Gi¶n ®å pha hÖ mét cÊu tö 21II.3. Gi¶n ®å pha hÖ nhiÒu mét cÊu tö 24II.4. C©n b»ng pha láng − h¬i 27II.5. Ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cña hçn hîp

çc hydrocacbon 31II.6. Ph−¬ng ph¸p gi¶n ®å x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cña hçn hîp

çc hydrocacbon 40 II.7. ø ng dông cña h»ng sè c©n b»ng pha 51

Ch−¬ng III

Çc th«ng sè nhiÖt ®éng cña çc hydrocacbonriªng biÖt vµ hçn hîp cña chóng 55

III.1. NhiÖt ®é s«i vµ ¸p suÊt h¬i bo hoµ 55




III.2. Çc ®¹i l−îng tíi h¹n 58

III.3. Th«ng sè acentric ω 72

III.4. Çc tÝnh chÊt cña hydrocacbon ë tr¹ng th¸i láng 73

Ch−¬ng IV

TÝnh chÊt cña hÖ hydrocacbon vµ n−íc 77

IV.1. Hµm Èm cña khÝ 77

IV.2. Çc ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm Èm cña khÝ 77

IV.3. ¶nh h−ëng cña nit¬ vµ çc hydrocacbon nÆng ®Õn hµm Èm cña khÝ 92

IV.4. Hµm Èm c©n b»ng cña çc hydrat 93

IV.5. Sù t¹o thµnh hydrat 94

IV.6. Dù ®o¸n kh¶ n¨ng t¹o thµnh hydrat 97

PhÇn IIÇc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n chÕ biÕn khÝ 111

Ch−¬ng V

ChuÈn bÞ khÝ ®Ó chÕ biÕn 113

V.1. Lµm s¹ch khÝ khái çc t¹p chÊt c¬ häc 113

V.2. Çc ph−¬ng ph¸p h¹n chÕ sù t¹o thµnh hydrat trong qu¸ tr×nh chÕ

biÕn khÝ 116

V.3. Lµm s¹ch khÝ khái H2S vµ CO2 (lµm ngät khÝ) 127

Ch−¬ng VI

ChÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ng−ng tô 131

VI.1. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi 132

VI.2. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã chu tr×nh lµm l¹nh trong 143

VI.3. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp 147




Ch−¬ng VII

ChÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô 155

VII.1. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô 155

VII.2. Çc th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng

ph¸p hÊp thô nhiÖt ®é thÊp 159

VII.3. Çc ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n tÝnh to¸n qu¸ tr×nh hÊp thô 162

VII.4. Çc s¬ ®å c«ng nghÖ hÊp thô nhiÖt ®é thÊp hiÖn ®¹i 166

Ch−¬ng VIII

ChÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ch−ng cÊt 176

Ch−¬ng IX

Ph¹m vi øng dông cña çc qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ 181

PhÇn III

ChuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh 185

Ch−¬ng X

Oxy ho¸ ghÐp ®«i metan 187

X.1. Xóc t¸c vµ c¬ chÕ qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan 187

X.2. Çc thiÕt bÞ ph¶n øng nghiªn cøu qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan 192

Ch−¬ng XI

Çc c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ metan thµnh khÝ tæng hîp 194

XI.1. C¬ chÕ qu¸ tr×nh 194

XI.2. Çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n 195

XI.3. Çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ph¸t triÓn 202

XI.4. So s¸nh vÒ n¨ng l−îng vµ gi¸ c¶ 204




Ch−¬ng XII

C«ng nghÖ tæng hîp metanol 206

XII.1. C«ng nghÖ tæng hîp metanol trùc tiÕp tõ metan 206

XII.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt metanol tõ khÝ tæng hîp 209

Ch−¬ng XIII

C«ng nghÖ tæng hîp amoniac 223

XIII.1. C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh tæng hîp amoniac 223

XIII.2. C«ng nghÖ tæng hîp amoniac 227

Ch−¬ng XIV

C«ng nghÖ tæng hîp axetylen 233

XIV.1. C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh ph©n huû hydrocacbon ®Ó s¶n xuÊt

axetylen 233

XIV.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylen 242

Phô lôc 257

Phô lôc 1. H»ng sè c©n b»ng pha K 259

Phô lôc 2. C¸c hÖ ®¬n vÞ ®o vµ quan hÖ gi÷a chóng 263

Tμi liÖu tham kh¶o 288




C¸c ký hiÖu dïng trong s¸ch

ω Thõa sè acentric

ρ Tû träng

ε HÖ sè hiÖu chØnh ®èi víi khÝ chua

ϕ i HÖ sè fugat cña cÊu tö i

γ i HÖ sè ho¹t ®é cña cÊu tö i

ai Ho¹t ®é cña cÊu tö i

C≥3 C¸c hydrocacbon parafin tõ propan trë lªn

f i Fugat cña cÊu tö i

f iK Fugat cña cÊu tö i ë tr¹ng th¸i khÝ

f iL Fugat cña cÊu tö i ë tr¹ng th¸i láng

f io Fugat cña cÊu tö i tinh khiÕt

f w Fugat cña h¬i n−íc

g i Khèi l−îng cña cÊu tö i

k H»ng sè tèc ®é cña ph¶n øng K P H»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng

K i H»ng sè c©n b»ng pha cña cÊu tö i

K r-k H»ng sè c©n b»ng r¾n - khÝ

M i Khèi l−îng ph©n tö cña cÊu tö i

ni Sè mol cÊu tö i

P ¸p suÊt, MPa (hÖ SI), psi (hÖ Anh)

P* ¸p suÊt h¬i cña hçn hîp ë nhiÖt ®é T = 0,7 T c

Pc ¸p suÊt tíi h¹n

Pc’

¸p suÊt gi¶ tíi h¹n (cña hçn hîp) Pci ¸p suÊt tíi h¹n cña cÊu tö i

Pqt ¸p suÊt quy tô

Pr ¸p suÊt rót gän

Pr’ ¸p suÊt gi¶ rót gän (cña hçn hîp)

Q HiÖu øng nhiÖt, kJ/mol




t NhiÖt ®é, oC (hÖ SI), oF (hÖ Anh)

T NhiÖt ®é tuyÖt ®èi, K

T c NhiÖt ®é tíi h¹n

T c’ NhiÖt ®é gi¶ tíi h¹n (cña hçn hîp)

T ci NhiÖt ®é tíi h¹n cña cÊu tö i

T r NhiÖt ®é rót gän

T r’ NhiÖt ®é gi¶ rót gän (cña hçn hîp)

v

i Nång ®é phÇn thÓ tÝch cña cÊu tö i

Vc ThÓ tÝch tíi h¹n

Vc’ ThÓ tÝch gi¶ tíi h¹n (cña hçn hîp)

Vci ThÓ tÝch tíi h¹n cña cÊu tö i Vi ThÓ tÝch cña cÊu tö i

Vr ThÓ tÝch rót gän

Vr’ ThÓ tÝch gi¶ rót gän (cña hçn hîp)

W Hµm Èm cña hçn hîp khÝ chua

W 1 Hµm Èm cña CO2

W 2

Hµm Èm cña H2SW hc Hµm Èm cña hçn hîp c¸c hydrocacbon (khÝ ngät)

x i Nång ®é phÇn mol cña cÊu tö i

x i’ Nång ®é phÇn khèi l−îng cña cÊu tö i

x w PhÇn mol cña n−íc trong pha láng

yw PhÇn mol cña n−íc trong pha h¬i

z HÖ sè chÞu nÐn

C¸c ch÷ viÕt t¾t

LPG (Liquefied Petroleum Gas) KhÝ ®ång hµnh ho¸ láng

LNG (Liquefied Natural Gas) KhÝ tù nhiªn ho¸ láng

CNG (Compressed Natural Gas) KhÝ tù nhiªn nÐn




phÇn I

Thμnh phÇn vμ tÝnh chÊtcña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh




Ch−¬ng I

Giíi thiÖu vÒ khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh

I.1. Thμnh phÇn vμ çc ®Æc tÝnh cña khÝ tù nhiªn vμ

khÝ ®ång hμnh

Nh÷ng cÊu tö c¬ b¶n cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh lµ: metan, etan,propan, butan (normal vµ izo ). KhÝ tù nhiªn ®−îc khai th¸c tõ çc má khÝ,

cßn khÝ ®ång hµnh ®−îc khai th¸c tõ çc má dÇu ®ång thêi víi qu¸ tr×nh khai

th¸c dÇu má. Trong khÝ tù nhiªn thµnh phÇn chñ yÕu lµ metan (chiÕm ®Õn

98% theo thÓ tÝch). Çc má khÝ tù nhiªn lµ çc tói khÝ n»m s©u d−íi mÆt ®Êt.

KhÝ ®ång hµnh nhËn ®−îc tõ çc má dÇu cïng víi qu¸ tr×nh khai th¸c

dÇu má. Trong thµnh phÇn cña khÝ ®ång hµnh ngoµi cÊu tö chÝnh lµ metan

cßn cã etan, propan, butan vµ çc hydrocacbon nÆng víi hµm l−îng ®¸ng kÓ.

Thµnh phÇn nh÷ng cÊu tö c¬ b¶n trong khÝ thay ®æi trong mét ph¹m vi kh¸

réng tuú theo má dÇu khai th¸c. Ngoµi ra trong thµnh phÇn khÝ tù nhiªn vµ

khÝ ®ång hµnh cßn cã H2O, H2S cïng çc hîp chÊt chøa l−u huúnh, CO2, N2

vµ heli.

Ng−êi ta cßn ph©n lo¹i khÝ theo hµm l−îng hydrocacbon tõ propan trë

lªn. KhÝ giµu propan, butan vµ çc hydrocacbon nÆng (trªn 150 g/m3) ®−îc

gäi lµ khÝ bÐo (hoÆc khÝ dÇu). Tõ khÝ nµy ng−êi ta chÕ ®−îc x¨ng khÝ, khÝ

ho¸ láng (LPG) vµ çc hydrocacbon cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬. Cßn khÝ

chøa Ýt hydrocacbon nÆng (tõ propan trë lªn, d−íi møc 50 g/m3) gäi lµ khÝ

kh« (hoÆc khÝ gÇy), ®−îc sö dông lµm nhiªn liÖu cho c«ng nghiÖp vµ ®êi

sèng, lµm nguyªn liÖu cho c«ng nghÖ tæng hîp h÷u c¬, nguyªn liÖu cho s¶n

xuÊt ph©n ®¹m, s¶n xuÊt etylen, axetylen, etanol ...Tr÷ l−îng khÝ cã thÓ ph¸t hiÖn −íc tÝnh vµo kho¶ng 1.300 tû m3 khÝ. Tr÷

l−îng nµy ph©n bè trªn toµn lnh thæ nh−ng chñ yÕu lµ ë çc bÓ Nam C«n

S¬n, S«ng Hång, Malay - Thæ Chu. Trong çc b¶ng I.1, I.2, I.3 d−íi ®©y cho

thµnh phÇn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh khai th¸c ®−îc ë mét sè má cña

ViÖt Nam.




B¶ng I.1. Thµnh phÇn khÝ ë bÓ Cöu Long (% theo thÓ tÝch)

Rång (l« 09)Má

Thμnh phÇn

B¹ch Hæ

(l« 09) KhÝ tù do §ång hμnh

R¹ng §«ng

(l« 09)

Ruby

(l« 01)

Metan C1

Etan C2

Propan C3

Butan C4

Condensat C5+

N2

CO2

H2S

76,82

11,87

5,98

1,04

0,32

0,501,00

−

84,77

7,22

3,46

1,70

1,30

− −

−

76,54

6,89

8,25

0,78

0,50

− −

−

77,62

10,04

5,94

2,83

0,97

0,330,42

−

78.02

10,67

6,70

1,74

0,38

0,600,07

−

B¶ng I.2. Thµnh phÇn khÝ ë bÓ Nam C«n S¬n (% theo thÓ tÝch)

Má

Thμnh phÇn

§¹i Hïng(05-1a)

Lan T©y(06-1)

Lan §á(06-1)

Rång §«i(11-2)

H¶i Th¹ch(05-2)

Méc Tinh(05-3)

Metan C1

Etan C2

Propan C3

Butan C4

Condensat C5+

N2

CO2

H2S

77,25

9,49

3,38

1,34

0,48

4,50−

−

88,5

4,3

2,4

0,6

1,4

0,3

1,9

10,0

93,9

2,3

0,5

0,1

0,2

1,6

1,2

Ch−a ®o

81,41

5,25

3,06

1,47

0,55

0,08

5,64

0,00

81,00

5,20

2,8

1,50

4,70

0,11

4,40−

89,44

3,80

1,48

0,71

0,54

0,15

3.88−

B¶ng I.3. Thµnh phÇn khÝ ë bÓ Malay − −− − Thæ Chu (% theo thÓ tÝch)

Thμnh phÇn PM3 UNOCAL L« T©y Nam

Metan C1

Etan C2

Propan C3 Butan C4

Condensat C5+

N2

CO2

H2S

77,91

6,86

4,091,98

0,42

0,80

7,86

−

89,65

2,74

0,400,17

0,05

2,14

4,38

−

89,42

4,26

2,381,12

0,32

0,34

1,88

24 ppm




Hµm l−îng CO2 ë bÓ S«ng Hång cao 75 ÷ 85%. Hµm l−îng H2S, CO2 rÊtnhá trong khÝ ®ång hµnh má B¹ch Hæ, Rång, §¹i Hïng... lµ rÊt thuËn lîi chochÕ biÕn vµ sö dông, an toµn thiÕt bÞ vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng.

I.2. ChÕ biÕn sö dông khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnhtrªn thÕ giíi

KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ®−îc khai th¸c tõ trong lßng ®Êt lµ hçnhîp çc hydrocacbon cña dy metan gåm cã: metan, etan, propan, butan...Ngoµi ra trong thµnh phÇn cña khÝ cßn cã: He, N 2, CO2, H2S... Sè l−îng vµhµm l−îng çc cÊu tö thay ®æi trong nh÷ng kho¶ng réng.

Metan lµ thµnh phÇn chÝnh trong khÝ tù nhiªn, ®−îc sö dông chñ yÕu lµmnhiªn liÖu cho lß nung vµ nåi h¬i. Etan, propan, butan vµ hydrocacbon nÆngdïng chñ yÕu cho c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬. V× vËy ë CHLB Nga vµ çcn−íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, viÖc sö dông hîp lý çc hydrocacbon cã ýnghÜa rÊt to lín.

KhÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn lµ nguån chÝnh cung cÊp çc nguyªn liÖu

quan träng cho c«ng nghiÖp ho¸ häc vµ ho¸ dÇu, vÝ dô etan. ë Mü tõ etan ®chÕ biÕn 40% etylen phôc vô cho s¶n xuÊt nhùa tæng hîp, oxit etylen, chÊtho¹t ®éng bÒ mÆt, nhiÒu s¶n phÈm vµ b¸n s¶n phÈm ho¸ häc kh¸c (hiÖn nay

ng−êi ta ®¸nh gi¸ møc ®é ph¸t triÓn c«ng nghiÖp tæng hîp h÷u c¬ theo tængs¶n l−îng vµ nhu cÇu etylen). ë Mü do sö dông etylen víi hiÖu qu¶ cao vµo

cuèi nh÷ng n¨m 60 cña thÕ kû tr−íc nªn s¶n xuÊt etan ® t¨ng 24 ÷ 31%. ë Mü vµ Cana®a, ®Ó vËn chuyÓn etan ng−êi ta ® x©y dùng nh÷ng hÖ thèng®−êng èng dÉn khæng lå. VÝ dô n¨m 1977 ® hoµn thµnh viÖc x©y dùng®−êng èng dµi gÇn 3 ngµn kil«met ®Ó vËn chuyÓn etan, etylen, propan vµbutan tõ miÒn T©y sang miÒn §«ng Cana®a vµ sang c¶ Mü (c«ng suÊt cña

®−êng èng lµ 2,2 ... 2,4 triÖu tÊn/n¨m, ¸p suÊt lµm viÖc 10 MPa). ë çc n−ícT©y ¢u, sau khi t×m ra çc má khÝ tù nhiªn lín ® t¨ng c−êng sù quan t©m®Õn çc nguyªn liÖu nhiÖt ph©n nhÑ, bëi v× sö dông etan trong c«ng nghiÖp

ho¸ häc vµ c«ng nghiÖp ho¸ dÇu hiÖu qu¶ vµ cã ®−îc sù c©n b»ng gi÷a s¶nxuÊt vµ nhu cÇu etylen. MÆt kh¸c butadien vµ çc s¶n phÈm phô kh¸c cñaqu¸ tr×nh nhiÖt ph©n benzin còng lµ çc nguyªn liÖu rÊt cÇn thiÕt.

ViÖc sö dông etan cho phÐp gi¶m ®Çu t− vµo s¶n xuÊt etylen, rót ng¾nthêi h¹n x©y dùng çc d©y chuyÒn c«ng nghÖ ho¸ häc vµ ho¸ dÇu khÐp kÝn(etylen - polyetylen, etylen - r−îu etylic, ...), bëi v× khi nhiÖt ph©n etan chohiÖu suÊt s¶n phÈm phô tèi thiÓu (hiÖu suÊt etylen tõ etan lµ 70%, tõ benzin




lµ 27%, tõ gazoil lµ 15%).

Thùc tÕ nhiÒu n−íc trªn thÕ giíi ® cho thÊy r»ng, víi tr÷ l−îng dÇu vµkhÝ tù nhiªn lín, cã thÓ tæ chøc s¶n xuÊt ë quy m« lín cã lîi nhuËn cao çcs¶n phÈm etan, khÝ ho¸ láng (LPG, LNG), çc hydrocacbon kh¸c, vµ nhiªnliÖu cho ®éng c¬. Do hiÖu qu¶ cao cña nhiªn liÖu khÝ vµ sù quan t©m ngµycµng t¨ng ®Õn çc s¶n phÈm cña nã trªn thÞ tr−êng thÕ giíi, nhiÒu n−íc khaith¸c dÇu khÝ ® x©y dùng, më réng vµ trang bÞ l¹i çc nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ.

Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y çc n−íc Trung §«ng (Iran , ¶rËp Xªut,

Baren, ...) dù ®Þnh hoµn thµnh ch−¬ng tr×nh vÒ khai th¸c, chÕ biÕn vµ vËnchuyÓn khÝ ®ång hµnh víi tæng gi¸ trÞ kho¶ng 33 tØ USD. Ng−êi ta cho r»ng®iÒu ®ã cho phÐp xuÊt khÈu kho¶ng 46 triÖu tÊn LPG mçi n¨m.

Mét trong nh÷ng vÊn ®Ò cña ch−¬ng tr×nh lµ x©y dùng nh÷ng nhµ m¸ycã c«ng suÊt lín s¶n xuÊt etylen, polyetylen, styren, vµ çc s¶n phÈm ho¸

dÇu kh¸c. ¶rËp Xªut dù ®Þnh sÏ ®¹t 8% tæng s¶n l−îng thÕ giíi vÒ nh÷ng s¶nphÈm ®ã. Trong n¨m 1978, ë çc n−íc t− b¶n (trõ Mü) ® ®Çu t− 3,2 tØ ®« la®Ó x©y dùng nh÷ng nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ, chiÕm kho¶ng 50% tæng sè ®Çu t− cho c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu.

KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh kh«ng chØ lµ nhiªn liÖu vµ nguyªn liÖu ®Ó

s¶n xuÊt etan, propan, vµ çc hîp chÊt kh¸c. Khi lµm s¹ch vµ chÕ biÕn khÝ ng−êi ta cßn nhËn ®−îc mét l−îng lín l−u huúnh, heli vµ mét sè s¶n phÈmv« c¬ kh¸c cho nhiÒu ngµnh kinh tÕ quèc d©n. Cana®a lµ n−íc ®øng thø haitrong sè çc n−íc ph¸t triÓn vÒ s¶n xuÊt çc hîp chÊt chøa l−u huúnh tõ c«ngnghiÖp chÕ biÕn khÝ tù nhiªn. Mü ®øng ®Çu vÒ s¶n xuÊt heli, mét trongnh÷ng s¶n phÈm quan träng nhÊt trong c«ng nghÖ nghiªn cøu vò trô, nghiªncøu khÝ quyÓn, kü thuËt th©m l¹nh, s¾c ký, ...

ë Mü cã 12 nhµ m¸y s¶n xuÊt heli víi tæng s¶n l−îng 135 m3 /n¨m. NhucÇu vÒ heli n¨m 1980 lµ 35 triÖu m3, ®Õn n¨m 1999 lµ 60 triÖu m3. Theoch−¬ng tr×nh quèc gia dµi h¹n, toµn bé sè heli d− thõa tõ çc nhµ m¸y chÕ

biÕn khÝ ®−îc b¶o qu¶n d−íi lßng ®Êt cho ®Õn khi tr÷ l−îng heli tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ® c¹n sÏ ®−îc mang ra sö dông, bëi v× t¸ch heli tõ kh«ng khÝ cã chi phÝ cao h¬n rÊt nhiÒu.

Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ë nhiÒu n−íc cã xu h−íng t¨ng c«ng suÊt çcnhµ m¸y chÕ biÕn khÝ. T¹i çc nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ míi x©y dùng, ng−êi ta® l¾p ®Æt çc thiÕt bÞ míi thùc hiÖn ®ång thêi mét vµi qu¸ tr×nh c«ng nghÖchÕ biÕn khÝ. Cã nh÷ng nhµ m¸y t¹i ®ã çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n ®−îc




thùc hiÖn trong mét bloc. ë Mü vµ Cana®a ® cã d©y chuyÒn c«ng nghÖ víic«ng suÊt 4 tû m3 /n¨m, nhê ®ã gi¶m vèn ®Çu t−, gi¶m nh©n c«ng phôc vô vµt¨ng ®é tin cËy cña çc nguyªn c«ng trong nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ.

T¨ng c«ng suÊt çc nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ® t¨ng nhÞp ®é ph¸t triÓn cñac«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ. §iÒu ®ã cßn phô thuéc rÊt nhiÒu yÕu tè nh−: c«ngnghÖ chÕ t¹o thiÕt bÞ, vÊn ®Ò khai th¸c vµ vËn chuyÓn khÝ, sö dông nguyªnliÖu vµ s¶n phÈm. §ã lµ nh÷ng vÊn ®Ò rÊt phøc t¹p, ®Ó gi¶i quyÕt cÇn ph¶ixuÊt ph¸t tõ ®iÒu kiÖn sö dông hîp lý nguån tµi nguyªn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh cña tõng n−íc.

I.3. ChÕ biÕn vμ sö dông khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång Hμnhë ViÖt nam

Cho ®Õn nay ViÖt Nam ®ang khai th¸c 6 má dÇu vµ 1 má khÝ, h×nh thµnh4 côm khai th¸c dÇu khÝ quan träng:

• Côm má thø nhÊt n»m ë vïng ®ång b»ng B¾c Bé, gåm nhiÒu má khÝ

nhá, trong ®ã cã TiÒn H¶i − “C”, tr÷ l−îng kho¶ng 250 tû m3 khÝ, ® b¾t ®Çukhai th¸c tõ th¸ng 12 n¨m 1981 víi trªn 450 triÖu mÐt khèi khÝ phôc vô c«ngnghiÖp ®i¹ ph−¬ng. Víi çc ph¸t hiÖn míi trong khu vùc nµy, ®©y lµ c¬ së nguyªn liÖu cho c«ng nghiÖp khÝ ë çc tØnh phÝa B¾c.

• Côm má thø hai thuéc vïng biÓn Cöu Long, gåm chuçi 4 má dÇu:B¹ch Hæ, Rång, R¹ng §«ng, Ru Bi, lµ côm quan trong nhÊt hiÖn nay, cungcÊp trªn 96% s¶n l−îng dÇu toµn quèc.

HiÖn nay ë má B¹ch Hæ vµ má Rång ® cã 21 giµn khai th¸c lín nhá®ang ho¹t ®éng víi h¬n 100 giÕng khoan khai th¸c vµ b¬m Ðp. KhÝ ®ånghµnh tõ ®ã ®−îc thu gom vµ ®−a vµo bê b»ng ®−êng èng dÉn dµi 110 km.

− Th¸ng 4 n¨m 1995 cung cÊp 1 triÖu m3 khÝ / ngµy cho nhµ m¸y ®iÖn Bµ RÞa.

− N¨m 1997 t¨ng lªn 2 triÖu, råi 3 triÖu m3 khÝ / ngµy cung cÊp cho nhµm¸y ®iÖn Phó Mü 2.1 vµ Phó Mü 2.1 më réng.

− Th¸ng 10 n¨m 1998 nhµ m¸y xö lý khÝ Dinh Cè ®¹t møc thiÕt kÕ 4,2 triÖum3 khÝ / ngµy.

− Th¸ng 12 n¨m 1998 b¾t ®Çu s¶n xuÊt LPG. HiÖn nay mçi ngµy nhµ m¸yDinh Cè gom, nÐn, xö lý khÝ ®¹t møc 4,6 ... 4,7 triÖu m 3 / ngµy (kho¶ng 1,5 tûm3 / n¨m) ®Ó s¶n xuÊt 800 tÊn LPG, 350 tÊn condensat.

§ång thêi ë khu vùc nµy còng ® vµ ®ang nghiªn cøu t¨ng c«ng suÊtchung cña hÖ thèng lªn trªn 2 tû m 3 / n¨m.




• Côm má thø ba ë vïng biÓn Nam C«n S¬n gåm má dÇu §¹i Hïng ®angkhai th¸c vµ çc má khÝ ® ph¸t hiÖn ë khu vùc xung quanh lµ Lan T©y, Lan§á, H¶i Th¹ch, Méc Tinh vµ má dÇu khÝ Rång §«i T©y... ®ang chuÈn bÞ ®−avµo khai th¸c.

Riªng má khÝ Lan T©y - Lan §á víi tr÷ l−îng x¸c minh lµ 58 tû m 3 sÏcung cÊp æn ®Þnh l©u dµi ë møc 2,7 tû m 3 khÝ / n¨m.

Trong vµi n¨m tíi ®©y khu vùc nµy sÏ lµ côm khai th¸c vµ cung cÊp khÝ lín nhÊt ViÖt Nam, ®¶m b¶o cung cÊp 5 ®Õn 6 tû m 3 / n¨m.

Theo dù kiÕn cña PetroVietnam, trong kho¶ng thêi gian tõ 2003 ®Õn

2010, côm má dÇu khÝ ë vïng biÓn Cöu Long vµ Nam C«n S¬n cã thÓ cungcÊp 6 ®Õn 8 tû m3 khÝ / n¨m sÏ lµ c¬ së nguyªn liÖu cho côm c«ng nghiÖp dÇukhÝ ë Bµ RÞa − Phó Mü vµ Dung QuÊt.

• Côm má thø t− t¹i thÒm lôc ®Þa T©y Nam bao gåm má Bunga Kekwa − Çi N−íc ®ang khai th¸c dÇu, má Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Rayat¹i khu vùc tho¶ thuËn th−¬ng m¹i ViÖt Nam - Malaysia sÏ lµ khu khai th¸cvµ cung cÊp khÝ lín thø hai vµ sÏ lµ c¬ së ®¶m b¶o sù ph¸t triÓn khu c«ngnghiÖp dÇu khÝ ë Cµ Mau - CÇn Th¬.

− L« PM-3-CAA ® b¾t ®Çu khai th¸c dÇu tõ th¸ng 8-1997. KÕ ho¹chph¸t triÓn khÝ vµ çc ®iÒu kiÖn th−¬ng m¹i ® tho¶ thuËn cho phÐp hy väng

viÖc khai th¸c khÝ sÏ cã thÓ b¾t ®Çu tõ cuèi 2003 víi s¶n l−îng kho¶ng 2,5 tûm3 / n¨m cho hai phÝa trong thêi gian Ýt nhÊt 15 ®Õn 17 n¨m, thËm chÝ cã thÓ25 ®Õn 30 n¨m. V× ngoµi phÇn tr÷ l−îng ® x¸c minh lµ 47 tû m3 cßn cã phÇntiÒm n¨ng (kho¶ng 60 tû m3) cã thÓ ®−îc x¸c minh trong nh÷ng n¨m tíi.

− Çc l« 46, 50, 51 liÒn kÒ ® khoan 11 giÕng th¨m dß, trong ®ã cã 8giÕng ph¸t hiÖn dÇu, ®Æc biÖt lµ khÝ. NÕu cã çc gi¶i ph¸p thÝch hîp, gi¶iquyÕt çc khã kh¨n (má nhá, nhiÒu CO 2, ...) l« 46 víi tr÷ l−îng 15 ... 20 tûm3 cã thÓ cung cÊp kho¶ng 1 tû m 3 / n¨m.

− L« B + 48/95 + 52/97 ® giao thÇu cho UNOCAL ®−îc ®¸nh gi¸ cãthÓ cã tíi 160 tû m3, hy väng ®¶m b¶o cung cÊp dµi h¹n 2 ... 5 tû m 3 / n¨m.

Nãi chung khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh cña ViÖt Nam chøa rÊt Ýt H 2S

(0,02 g /m3) nªn lµ lo¹i khÝ s¹ch, rÊt thuËn lîi cho chÕ biÕn, sö dông an toµnvíi thiÕt bÞ vµ kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng.

Víi tiÒm n¨ng vÒ khÝ kh¸ phong phó nh− vËy, n−íc ta cã ®iÒu kiÖn ph¸ttriÓn c«ng nghiÖp dÇu khÝ trªn toµn lnh thæ. Khai th¸c vµ sö dông hîp lýnguån tµi nguyªn thiªn nhiªn quý gi¸ nµy, trong t−¬ng lai ngµnh c«ng nghiÖpdÇu khÝ sÏ lµ mét ngµnh c«ng nghiÖp ph¸t triÓn m¹nh, ®ãng gãp ®¸ng kÓ vµosù ph¸t triÓn cña ®Êt n−íc.




Ch−¬ng II

Çc tÝnh chÊt cña khÝ tù nhiªn vμ khÝ ®ång hμnh

II.1. Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cña çc hydrocacbon

Çc tÝnh chÊt vËt lý cña khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh phô thuéc vµoçc th«ng sè cña hçn hîp vµ thµnh phÇn ho¸ häc cña nã. Thµnh phÇn cña hÖ

nhiÒu cÊu tö cã thÓ biÓu diÔn b»ng nång ®é theo khèi l−îng ( x ’i), theo mol( x i), hoÆc theo thÓ tÝch (vi). Nh− vËy nÕu g i lµ khèi l−îng cña cÊu tö thø i trong hçn hîp th× nång ®é phÇn khèi l−îng cña cÊu tö i sÏ ®−îc biÓu diÔnb»ng biÓu thøc sau:

∑=′ iii g g x (II.1)

T−¬ng tù, ni lµ sè mol cÊu tö thø i trong hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇnmol cña cÊu tö thø i sÏ ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc:

∑= iii nn x (II.2)

Vi lµ thÓ tÝch cÊu tö thø i trong hçn hîp khÝ th× nång ®é phÇn thÓ tÝch

cña cÊu tö i ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc sau:

∑= iii VVv (II.3)

Gi÷a çc nång ®é cã quan hÖ víi nhau vµ cã thÓ tÝnh chuyÓn ®æi tõ nång®é nµy sang nång ®é kh¸c.

Khi tÝnh to¸n c«ng nghÖ qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ, cÇn thiÕt ph¶i x¸c ®ÞnhtÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña çc chÊt vµ hçn hîp cña chóng nh− entanpi, entropi,tû träng, fugat.

§Ó x¸c ®Þnh çc ®¹i l−îng trªn, ng−êi ta sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸ix¸c ®Þnh quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ thÓ tÝch cña hÖ.

Víi hÖ khÝ lý t−ëng chóng ta cã ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i: PV = nRT (II.4)

TÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh vµ çc cÊu tö cñachóng rÊt kh¸c víi tÝnh chÊt cña khÝ lý t−ëng, ®Æc biÖt ë nhiÖt ®é thÊp vµ ¸psuÊt cao. V× vËy kh«ng thÓ sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ lý t−ëng ®Óx¸c ®Þnh çc tÝnh chÊt cña chóng. Do ®ã, cã rÊt nhiÒu ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸im« t¶ hÖ khÝ thùc.




• Ph−¬ng tr×nh Van der Waals:

( P + a / v2 ) (v − b) = RT (II.5)

trong ®ã: a, b lµ çc h»ng sè t−¬ng quan; v lµ thÓ tÝch mol.

• Ph−¬ng tr×nh Benedict - Webb - Rubin (BWR): ph−¬ng tr×nh cã chøa 8h»ng sè:

P = RT ρ + ( B0 RT − A0 − C0 / T 2 ). ρ 2 + (bRT − a). ρ 3

+ aαρ 6 + (c ρ 3 / T 2 ).(1 + γρ 2 ) e−γρ 2 (II.6)

trong ®ã: A0, B0, C0, a, b, c, α vµ γ lµ çc h»ng sè quan hÖ;

P lµ ¸p suÊt; T lµ nhiÖt ®é tuyÖt ®èi; ρ lµ tû träng mol.

• Ph−¬ng tr×nh Redlich - Kwong (RK):

)(5,0 b T

a

b

RT P

+−

−=

vvv

(II.7)

trong ®ã: a, b lµ çc h»ng sè quan hÖ; v lµ thÓ tÝch mol.

• Ph−¬ng tr×nh Peng - Robinson (PR).

)()(

)(

bbb

T a

b

RT P

−++

−

−

=vvvv

(II.8)

trong ®ã: a, b lµ çc h»ng sè quan hÖ; v lµ thÓ tÝch mol.

Çc ph−¬ng tr×nh BWR, RK vµ PR cßn ®−îc gäi lµ çc ph−¬ng tr×nhtr¹ng th¸i lËp ph−¬ng v× khi viÕt cho thÓ tÝch chóng chøa mò lËp ph−¬ng.

Çc h»ng sè a, b lµ hµm cña nhiÖt ®é tíi h¹n T c , ¸p suÊt tíi h¹n Pc vµ

thõa sè ω gäi lµ thõa sè acentric. Thõa sè ω ®−îc x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng tr×nh sau:

ω = − log Pr − 1 (II.9)

trong ®ã: Pr = P*/ Pc (II.10)

P* lµ ¸p suÊt h¬i ë T = 0,7 T c; Pc lµ ¸p suÊt tíi h¹n; T c lµ nhiÖt ®é tíi h¹n.

Thõa sè ω ®−îc sö dông phæ biÕn nh− mét c«ng cô ®Ó hiÖu chØnh sù sailÖch trong ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ thùc.

Ng−êi ta cßn ®−a ra th«ng sè hiÖu chØnh z vµ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cãd¹ng ®¬n gi¶n:

PV = zRT (II.11)

trong ®ã z lµ hµm sè cña çc th«ng sè cña çc ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i nãi trªn.




Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i cã thÓ viÕt l¹i d−íi d¹ng:

zRT

MW P )).((= ρ (II.12)

trong ®ã ( MW ) lµ khèi l−îng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp khÝ.

Ph−¬ng tr×nh (II.12) dïng khi cÇn tÝnh to¸n tû träng cña khÝ ë nhiÖt ®é T vµ ¸p suÊt P.

Çc h»ng sè vµ çc th«ng sè ®Ó tÝnh to¸n cã thÓ t×m ®−îc trong çc tµiliÖu vµ trong çc sæ tay.

II.2. Gi¶n ®å pha hÖ mét cÊu tö

Trªn h×nh II.1 lµ gi¶n ®å pha cña chÊt tinh khiÕt (hÖ mét cÊu tö) theo hÖba trôc to¹ ®é P, V, T . Çc miÒn tån t¹i hai pha: BDHG - láng vµ r¾n, FGIJ -r¾n vµ h¬i, HCI - láng vµ h¬i.

H×nh II.1. Gi¶n ®å P − V − T cña hÖ mét cÊu tö

Çc miÒn nµy vu«ng gãc víi trôc nhiÖt ®é. MiÒn chØ cã pha láng lµ miÒnv¸ch phÝa bªn tr¸i miÒn HCI vµ liÒn kÒ miÒn BDHG. MiÒn chØ cã pha h¬i lµs−ên dèc phÝa bªn ph¶i cña miÒn HCI. TÊt c¶ çc miÒn ®Òu ®¸ng chó ý,

ThÓ tÝch

R¾n

LángR¾n+

Láng Láng+ H¬i

R¾n + H¬i

¸ p s u Ê t

NH

tI Ö

§é

H¬i




nh−ng ®Æc biÖt quan träng lµ miÒn HCI. Ng−êi ta cã thÓ biÓu diÔn trªn hÖ hai

trôc to¹ ®é P − T hoÆc P − V. TÊt c¶ çc miÒn hai pha ®Òu vu«ng gãc víi trôc

nhiÖt ®é nªn sÏ lµ çc ®−êng cong trong to¹ ®é P − T nh− trªn h×nh II.2.

H×nh II.2. Gi¶n ®å P −T cña hÖ mét cÊu tö

§−êng HD, HC vµ FH lµ çc ®−êng c©n b»ng, bao gåm tËp hîp çc gi¸trÞ ¸p suÊt, nhiÖt ®é, t¹i ®ã cã c©n b»ng pha.

§iÓm H lµ ®iÓm duy nhÊt t¹i nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt x¸c ®Þnh ®ång thêi tånt¹i ba pha c©n b»ng víi nhau. T¹i ®−êng c©n b»ng ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊtkh«ng ®æi hÖ cã thÓ chuyÓn pha b»ng çch thªm vµo hoÆc lÊy bít n¨ng l−îngcña hÖ.

Däc theo ®−êng FH kh«ng tån t¹i pha láng, vµ pha r¾n th¨ng hoa thµnhh¬i. Dïng CO2 r¾n ("n−íc ®¸ kh«") ®Ó lµm l¹nh lµ mét vÝ dô. HD lµ ®−êng

c©n b»ng r¾n láng. Tr¹ng th¸i n−íc ®¸ ë 00C (320F) vµ ¸p suÊt khÝ quyÓnthuéc ®−êng nµy. §−êng HD cã thÓ dèc theo chiÒu d−¬ng hay chiÒu ©m tuúthuéc vµo chÊt láng co ngãt hay gin në khi lµm l¹nh. N¨ng l−îng thay ®æidäc theo ®−êng HD gäi lµ nhiÖt nãng ch¶y. T¹i bÊt kú gi¸ trÞ P vµ T däc theo®−êng nµy, tr¹ng th¸i cña hÖ cã thÓ hoµn toµn láng hoÆc hoµn toµn r¾n hoÆchçn hîp r¾n - láng tuú thuéc vµo møc n¨ng l−îng cña hÖ. §−êng HD ®−îcgäi lµ ®−êng bo hoµ r¾n - láng hoÆc ®−êng c©n b»ng r¾n - láng.

§−êng HC lµ ®−êng bo hoµ hoÆc c©n b»ng gi÷a hai pha láng vµ h¬i.

nhiÖt ®é

¸ p s u Ê t

§iÓm ba

H¬i qu¸ nhiÖt hoÆckhÝ

R¾n

Láng

H¬i

ChÊt láng chÆt




§iÓm C lµ ®iÓm tíi h¹n øng víi nhiÖt ®é tíi h¹n T C vµ ¸p suÊt tíi h¹n P C. T¹i®iÓm nµy, çc tÝnh chÊt cña láng vµ h¬i trë thµnh ®ång nhÊt. §èi víi ®¬nchÊt, ®iÓm tíi h¹n cã thÓ ®−îc ®Þnh nghÜa lµ ®iÓm mµ phÝa trªn nã, pha lángkh«ng thÓ tån t¹i nh− mét pha ®éc lËp. Nãi çch kh¸c, phÝa trªn ®iÓm tíi h¹nkhÝ kh«ng thÓ bÞ ho¸ láng b»ng çch nÐn ¸p suÊt cao. PhÝa trªn ®iÓm C hÖ®−îc m« t¶ nh− pha láng chÆt (dense fluid) kh¸c víi pha h¬i vµ láng th«ngth−êng (liquid).

§−êng HC th−êng ®−îc gäi lµ ®−êng ¸p suÊt h¬i. Còng cã khi ®−îc gäilµ ®−êng cong ®iÓm s−¬ng, vµ ®−êng cong ®iÓm bät cña ®¬n chÊt. Xem xÐt

qu¸ tr×nh chuyÓn pha ®¼ng ¸p trªn h×nh II.2. Tõ "m" ®Õn "n" hÖ ë tr¹ng th¸ir¾n. HÖ hoµn toµn ë tr¹ng th¸i láng trong kho¶ng o - b. T¹i "b", hÖ ë tr¹ngth¸i láng bo hoµ. BÊt kú sù cung cÊp n¨ng l−îng sÏ lµm láng ho¸ thµnh h¬ië nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh«ng ®æi. T¹i "d", hÖ ë tr¹ng th¸i h¬i bo hoµ. TiÕptôc t¨ng nhiÖt ®é sÏ nhËn ®−îc h¬i qu¸ nhiÖt.

T¹i çc gi¸ trÞ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é trªn ®−êng HC hÖ cã thÓ tån t¹i hoµntoµn ë tr¹ng th¸i láng bo hoµ hoÆc h¬i bo hoµ hoÆc hçn hîp láng h¬i. §iÒukiÖn ®Ó hÖ tån t¹i ë tr¹ng th¸i pha nµo ®ã phô thuéc vµo møc n¨ng l−îng ë ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh.

H×nh vu«ng "bfghd" trªn h×nh II.2 m« t¶ tÝnh chÊt pha quan träng kh¸c

®−îc x¸c minh b»ng thùc nghiÖm. Gi¶ sö trong b×nh chøa cã cöa sæ ®−îc ®æ®Çy mét chÊt láng nµo ®ã. §Æt b×nh chøa t¹i ®iÒu kiÖn cña ®iÓm “b” vµ chiÕuvµo cöa sæ cho dÔ quan s¸t. T¨ng ¸p suÊt ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi (nÐn ®¼ngnhiÖt), ®i tõ "b" tíi "f" ¸nh s¸ng sÏ bÞ mê ®i. Tíi mét ®iÓm nµo ®ã (t−¬ng tù nh− khi chóng ta nh¸y m¾t) ¸nh s¸ng hoµn toµn biÕn mÊt. Khi nµy, trongb×nh chøa cã mét çi g× ®ã gièng nh− h¬i nh−ng kh«ng t¹o bät nh− vÉnth−êng thÊy. T¹i "f" ë phÝa trªn ®iÓm tíi h¹n C, hÖ tån t¹i ë tr¹ng th¸i phathø t−, tr¹ng th¸i pha ®Æc biÖt kh«ng thÓ m« t¶ nhê çc gi¸c quan, th−êng®−îc gäi lµ pha láng chÆt (dense fluid) kh¸c víi pha láng th«ng th−êng(liquid). Tuy nhiªn pha láng nµy còng cã thÓ ch¶y thµnh dßng vµ ®−îc sö dông nh− khÝ vµ láng th«ng th−êng. Pha láng t¹i "f" tr«ng gièng nh− khÝ nh−ng tÝnh chÊt l¹i kh¸c víi khÝ th«ng th−êng ë bªn ph¶i ®−êng HC vµ phÝad−íi P C: nã cã tû träng lín h¬n khÝ nh−ng ®é chÞu nÐn cao h¬n láng th«ngth−êng.

Tõ "f" cã thÓ thùc hiÖn qu¸ tr×nh ®¼ng ¸p tíi "g", gi¶m ¸p ®¼ng nhiÖt tíi"h" vµ sau ®ã ®¼ng ¸p tíi "d". Nh− vËy ® chuyÓn tõ láng bo hoµ sang h¬ibo hoµ mµ kh«ng cã sù chuyÓn pha nµo c¶. Cã thÓ ®i th¼ng tõ "b" ®Õn "d"




tr×nh ng−ng tô. TiÕp tôc gi¶m ¸p suÊt, l−îng láng h×nh thµnh nhiÒu h¬n, v× cãsù ®æi h−íng cña çc ®−êng tØ lÖ láng - h¬i (quality lines - çc ®−êng nÐt ®øttrªn h×nh II.3). MiÒn suy biÕn (retrograde region) ®−îc t¹o bëi çc ®iÓm thay®æi ®é dèc cña çc ®−êng nµy. Trong miÒn suy biÕn, sù ng−ng tô láng x¶y rakhi gi¶m ¸p suÊt hoÆc t¨ng nhiÖt ®é (ng−îc víi sù ng−ng tô th«ng th−êng).TiÕp tôc gi¶m ¸p suÊt, ra khái miÒn suy biÕn, ®i tõ D tíi E, l−îng láng gi¶mdÇn cho tíi khi ®¹t ®iÓm s−¬ng (®iÓm E). PhÝa d−íi ®iÓm E kh«ng cßn tr¹ngth¸i láng, chØ cßn trang th¸i h¬i.

§iÓm tíi h¹n C cña hçn hîp khÝ hydrocacbon lu«n lu«n ë phÝa bªn tr¸i

cña ®iÓm N (cricondenbar - ®iÓm øng víi ¸p suÊt cùc ®¹i sù h×nh thµnh phaláng vµ pha h¬i). VÞ trÝ cña ®iÓm C lµ quan träng nhÊt, ®iÒu ®ã liªn quan ®Õnsù thay ®æi h−íng cña çc ®−êng láng h¬i bªn trong ®−êng bao pha. §iÓmtíi h¹n C ®«i khi cã thÓ ë bªn ph¶i ®iÓm N, nh− biÓu diÔn trªn h×nh II.4. Khi®ã sÏ cã hai miÒn suy biÕn. Nh−ng h×nh II.3 biÓu diÔn gi¶n ®å pha ®iÓn h×nhvíi hÇu hÕt çc hÖ nhiÒu cÊu tö ®−îc tÝnh to¸n trong çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ.

H×nh II.4. ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn ®Õn ®−êngbao pha cña hÖ bËc hai etan - propan

H×nh II.5. VÞ trÝ quü tÝch tíi h¹n cñamét sè hÖ bËc hai

NhiÖt ®éNhiÖt ®é

¸ p s u Ê t

¸ p s u Ê t




L−u ý r»ng çc gi¸ trÞ gi¶ tíi h¹n tÝnh to¸n ®−îc trong ch−¬ng III kh«ngph¶i lµ ®iÓm C trªn h×nh II.3 trõ tr−êng hîp ngÉu nhiªn. Trªn h×nh II.4 lµgi¶n ®å pha cña hÖ bËc hai metan - propan, cho thÊy ¶nh h−ëng cña thµnhphÇn ®Õn h×nh d¸ng vµ vÞ trÝ cña ®−êng bao pha. Hai ®−êng cong ngoµi cïnglµ çc ®−êng ¸p suÊt h¬i cña metan vµ propan, b¾t ®Çu tõ ®iÓm tíi h¹n. Ba®−êng bao pha cßn l¹i lµ cña ba hçn hîp cã tû lÖ thµnh phÇn metan - propankh¸c nhau. §−êng nÐt ®øt lµ ®−êng nèi tÊt c¶ çc ®iÓm tíi h¹n trªn mçi®−êng bao pha, ®−îc gäi lµ quü tÝch tíi h¹n, b¾t ®Çu tõ ®iÓm tíi h¹n cñametan, kÕt thóc t¹i ®iÓm tíi h¹n cña propan. Nh− vËy vÞ trÝ ®iÓm tíi h¹n trªn

mçi ®−êng bao pha thay ®æi theo thµnh phÇn cña hçn hîp çc hydrocacbon.H×nh II.4 vµ II.5 cho thÊy ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn hçn hîp ®Õn vÞ trÝ

vµ h×nh d¹ng ®−êng bao pha. Dù ®o¸n chÝnh x¸c vÒ ®iÒu kiÖn h×nh thµnh ®iÓm bätvµ ®iÓm s−¬ng, ®iÓm tíi h¹n lµ rÊt quan träng khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ c«ng nghÖ.

H×nh II.6. ¶nh h−ëng cña CO2, H2S ®Õn ®−êng bao pha cña khÝ tù nhiªn

¸ p s u Ê t

NhiÖt ®éc) N2 NhiÖt ®é

b) H2S

NhiÖt ®éa) CO2

¸ p s u Ê t

¸ p s u Ê t




Çc t¹p chÊt kh«ng hydrocacbon trong khÝ nh− n−íc, CO2, H2S, N2 cã¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn ®−êng bao pha. N−íc cã ¸p suÊt h¬i thÊp vµ kh«ngtan lÉn trong hydrocacbon láng nªn chØ ¶nh h−ëng ®Õn ®−êng bao pha cña

hçn hîp ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é cao vµ ¸p suÊt thÊp. ¶nh h−ëng cña H2S, CO2 vµ N2 ®Õn ®−êng bao pha ®−îc m« t¶ trªn h×nh II.6. CO 2 vµ H2S lµm gi¶m®iÓm ¸p suÊt cùc ®¹i tån t¹i h¬i vµ láng (cricondenbar) cña hçn hîp. Çc cÊutö kh¸c trong khÝ tù nhiªn nh− etan, propan vµ butan còng cã ¶nh h−ëngt−¬ng tù. MÆt kh¸c, N2 l¹i lµm t¨ng ®iÓm ¸p suÊt cùc ®¹i tån t¹i h¬i vµ láng(cricondenbar) cña hçn hîp vµ gi¶m kh¶ n¨ng trén lÉn.

II.4. c©n b»ng pha láng - h¬i

NhiÒu qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ®−îc thùc hiÖn ë ®iÒu kiÖn cã c©n b»ng phaláng - h¬i nh− çc qu¸ tr×nh ch−ng cÊt, hÊp thô. Trªn thùc tÕ, tÝnh to¸n çcqu¸ tr×nh trªn kh«ng hoµn toµn ®¹t ®−îc tr¹ng th¸i c©n b»ng pha v× thêi giantiÕp xóc gi÷a hai pha láng vµ h¬i ch−a ®ñ ®Ó thiÕt lËp c©n b»ng. §Ó thuËntiÖn cho viÖc tÝnh to¸n, ng−êi ta cÇn ®−a ra thõa sè hiÖu chØnh.

C©n b»ng pha kh«ng ph¶i tr¹ng th¸i tÜnh mµ lµ c©n b»ng ®éng, vÉn lu«ntån t¹i sù chuyÓn ®éng cña çc ph©n tö tõ pha láng sang pha h¬i vµ ng−îc

l¹i. Tèc ®é bay h¬i vµ ng−ng tô lµ b»ng nhau.§¹i l−îng ®Æc tr−ng cho sù ph©n bè cña çc cÊu tö gi÷a çc pha ë ®iÒu

kiÖn c©n b»ng lµ h»ng sè c©n b»ng pha K ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng tr×nh:

K i = yi / x i (II.13)

trong ®ã yi lµ phÇn mol cña cÊu tö i trong pha h¬i;

x i lµ phÇn mol cña cÊu tö i trong pha láng.

XÐt c©n b»ng vËt liÖu cña th¸p t¸ch:

Ci lµ phÇn mol cÊu tö i trong dßng nguyªn

liÖu vµo th¸p t¸ch;

yi lµ phÇn mol cÊu tö i trong pha h¬i; x i lµ phÇn mol cÊu tö i trong pha láng;

K i lµ h»ng sè c©n b»ng pha láng - h¬i;

F lµ tæng sè mol nguyªn liÖu;

V lµ tæng sè mol h¬i;

L lµ tæng sè mol láng;

F, Ci

V, yi

L, xi




Ta cã ph−¬ng tr×nh c©n b»ng vËt liÖu cña th¸p t¸ch:

F = V + L

Víi cÊu tö i nµo ®ã: F.Ci = V. yi + L. x i

Khi ¸p suÊt P cña hÖ d−íi 400 kPa (600 psi) cã thÓ coinh− khÝ lý t−ëng. Khi ®ã cã thÓ sö dông ¸p suÊt h¬i ®Ó tÝnh ¸p

suÊt c©n b»ng pha. ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng, tèc ®é bay h¬i cñatÊt c¶ çc cÊu tö ph¶i b»ng tèc ®é ng−ng tô, nghÜa lµ kh«ng cãsù thay ®æi thµnh phÇn pha h¬i hoÆc pha láng. Do ®ã lùc t¸c

dông theo c¶ hai h−íng ph¶i lµ b»ng nhau:

Py i = Pi x i

trong ®ã: Pi lµ ¸p suÊt h¬i riªng phÇn cña cÊu tö i nµo ®ã t¹i ¸p suÊt P vµnhiÖt ®é T cña th¸p t¸ch.

Tõ ®ã ta cã: K i = Pi / P (II.14)

§iÒu kiÖn c©n b»ng pha c¬ b¶n cña hÖ lµ nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ thÕ ho¸ häccña mçi cÊu tö ph¶i b»ng nhau ë pha khÝ vµ pha láng:

PL = PK (II.15)

T L

= T K

(II.16) μ L = μ K (II.17)

Chªnh lÖch thÕ ho¸ häc cña mét cÊu tö nµo ®ã trong hai pha lµ ®éng lùccña qu¸ tr×nh chuyÓn khèi gi÷a çc pha. T−¬ng tù, chªnh lÖch cña nhiÖt ®é lµ®éng lùc cña qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt, cßn chªnh lÖch ¸p suÊt lµ ®éng lùc cñaçc qu¸ tr×nh c¬ häc. C©n b»ng cña hÖ ®¹t ®−îc khi hiÖu sè chªnh lÖch ®ã®¹t gi¸ trÞ 0.

ë ¸p suÊt cao h¬n, cã thÓ tíi 3,5 MPa (500 psi), ng−êi ta sö dông kh¸iniÖm fugat (ký hiÖu lµ f ) cã liªn quan ®Õn n¨ng l−îng tù do vµ çc kh¸i niÖmnhiÖt ®éng häc c¬ së kh¸c. Fugat cã thø nguyªn ¸p suÊt, ®−îc sö dông ®ÓhiÖu chØnh víi hÖ khÝ thùc, vµ cã liªn quan víi thõa sè chÞu nÐn z, ®«i khi f cßn ®−îc gäi lµ "¸p suÊt hiÖu chØnh". Ng−êi ta cßn sö dông kh¸i niÖm hÖ sè

fugat ϕ = f / P

§èi víi hÖ khÝ thùc, sù thay ®æi thÕ ho¸ häc tû lÖ víi sù thay ®æi cñafugat hoÆc ho¹t ®é cña cÊu tö ®ã, v× vËy c©n b»ng cña fugat vµ ho¹t ®é cñacïng mét cÊu tö trong çc pha kh¸c nhau còng lµ dÊu hiÖu c©n b»ng:

Pyi

Pi x

i




f iL = f i

K (II.18)

aiL = ai

K (II.19)

Khi biÕt fugat cña c¸c cÊu tö trong hÖ, còng cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc h»ngsè c©n b»ng cña tõng cÊu tö, tøc lµ x¸c ®Þnh ®−îc c©n b»ng cña nã. Ph−¬ngtr×nh c©n b»ng pha lý t−ëng cã d¹ng:

0iK

0iL

i

ii

f

f

x

y K == (II.20)

víi 0iL f lµ fugat cña cÊu tö tinh khiÕt ë tr¹ng th¸i láng; 0iK f lµ fugat cña cÊutö tinh khiÕt ë tr¹ng th¸i khÝ.

Theo ®Þnh luËt dung dÞch lý t−ëng (kh¸c víi ®Þnh luËt khÝ lý t−ëng)

f iL = 0

iL f . x i vµ f iK = 0

iK f . yi

trong ®ã: f iL lµ fugat cña cÊu tö i trong hçn hîp láng;

f iK lµ fugat cña cÊu tö i trong hçn hîp khÝ.

T¹i c©n b»ng: f iL = f i

K

0iL f . x i = f i

K = 0iK f . yi

Do ®ã:0

iK

0iL

i

ii

f

f

x

y K ==

HÖ sè fugat ϕ cña hçn hîp b»ng:

ϕ = f i / P.Ci (II.21)

§èi víi cÊu tö tinh khiÕt Ci = 1, ¸p suÊt cña hÖ b»ng ¸p suÊt h¬i bo hoµcña cÊu tö ®ã ë ¸p suÊt ® cho. Khi ®ã hÖ sè fugat cña cÊu tö i tinh khiÕt cãd¹ng:

vi0 = f i

0 / Pi0 (II.22)

HÖ sè ho¹t ®é:

γ = ai / ci = f i / (c. f i*) (II.23)

trong ®ã f i* lµ fugat cña cÊu tö i ë tr¹ng th¸i láng ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn;

c lµ nång ®é dung dÞch.

Khi ®ã h»ng sè c©n b»ng cña hÖ khÝ thùc:




K i = ϕ iL / ϕ i

K (II.24)

hoÆc: K i = γ iL f i* / ϕ i

K P

K i = γ iL vi / ϕ i

k (II.25)

Tõ çc ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i khÝ thùc (BWR, PR, RK,...) cã thÓ x¸c

®Þnh ®−îc ϕ i. §ã lµ c¬ së cña ph−¬ng ph¸p gi¶i tÝch ®Ó tÝnh h»ng sè c©n b»ngpha cña hçn hîp hydrocacbon.

Ph−¬ng tr×nh tÝnh to¸n fugat cña cÊu tö i trong hÖ khÝ thùc nh− sau:

PVV Pln RT f RT )d(ln i

P

0ii −+= ∫ (II.26)

trong ®ã Vi lµ thÓ tÝch mol riªng phÇn cña cÊu tö i;

V lµ thÓ tÝch khÝ lý t−ëng: V = RT / P.

Ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh ϕ i cã d¹ng:

P P

RT

n

V RT

P

i

dln0

i

i jnP,T,∫ ⎥

⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

∂

∂=

≠

ϕ (II.27)

hoÆc

lnϕ = Z VV

RT

n

P

RT

llnd

V jnV,T,

−⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡−⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛

∂

∂∫ ∞

(II.28)

§ã lµ biÓu thøc tæng qu¸t nhÊt ®Ó x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cñahçn hîp hydrocacbon. TÝnh to¸n b»ng çc ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i kh¸c nhausÏ cho kÕt qu¶ kh¸c nhau. §ã lµ v× khi tÝnh to¸n cÇn ph¶i gi¶i çc ph−¬ngtr×nh tr¹ng th¸i khÝ thùc cã liªn quan ®Õn çc quy t¾c, çc ®Þnh luËt vµ çcthõa sè hiÖu chØnh kh«ng ph¶i lµ chÝnh x¸c hoµn toµn cho mäi hçn hîp. MµcÇn ph¶i cho kÕt qu¶ gÇn víi çc sè liÖu thùc nghiÖm ® thu ®−îc. Víi çc

ph©n tö hydrocacbon ®¬n gi¶n sù hiÖu chØnh kh¸ phï hîp.KÕt qu¶ tÝnh to¸n víi çc parafin m¹ch th¼ng tõ etan tíi decan lµ ®óng

®¾n. Riªng víi metan cã sù sai kh¸c do ¸p suÊt h¬i cña metan lín vµ tÝnhchÊt bÊt th−êng cña metan trong pha láng. Víi nit¬ còng cã sù sai lÖch t−¬ngtù. Hydrosunfit, n−íc vµ cacbon dioxit kh¸c xa çc hydrocacbon do tÝnhph©n cùc cña chóng. V× vËy víi çc hçn hîp khÝ cã chøa mét vµi hoÆc tÊt c¶




Khi ®ã ph−¬ng tr×nh RK cã d¹ng sau:

)( d

bd RT

b

RT P

+−

−=

vvv

(II.33)

ViÖc ®−a th«ng sè míi d thay thÕ cho th«ng sè a cho phÐp nhËn ®−îcph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i m« t¶ chÝnh x¸c h¬n çc tÝnh chÊt nhiÖt ®éng cñahçn hîp thùc çc hydrocacbon ë tr¹ng th¸i khÝ vµ láng.

Gi¶i çc ph−¬ng tr×nh trªn ta nhËn ®−îc:

)mz(b

dmb

z

md )mz()mz(b

mb

+−⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ +−−−−=ϕ

ii

ii 1lnlnln (II.34)

trong ®ã: m = Pb / RT ; z ë ®©y lµ th«ng sè ®é chÞu nÐn.

Th«ng sè ®é chÞu nÐn z ®−îc x¸c ®Þnh tõ ph−¬ng tr×nh:

z3 − z2 − z (m2 + m − dm) − dm2 = 0 (II.35)

HÖ sè b, bi, d , d i ®−îc x¸c ®Þnh tõ çc ph−¬ng tr×nh (I.29 ÷ II.32). ÇchÖ sè A i , Bi , Ci cã trong b¶ng II.1.

B¶ng II.1. Gi¸ trÞ çc hÖ sè A i , Bi , Ci trong ph−¬ng tr×nh (II.32)

CÊu tö A i B i C i Metan (T > 190,55K)

Metan (T < 190,55K)

Etan

Propan

izo-Butan

n-Butan

izo-Pentan

n-Pentan

n-Hexan

n-Heptann-Octan

n-Nonan

n-Decan

CO2

H2S

4,934

4,934

4,934

4,934

4,934

4,934

4,934

4,934

4,934

4,9344,934

4,934

4,934

3,500

4,260

8,00

7,39

8,30

8,82

9,30

9,35

9,40

9,50

10,00

10,5011,00

11,20

11,60

6,80

6,50

1,5

0,3

0

0

0

0

0

0

0

00

0

0

0

0




H»ng sè c©n b»ng pha cña nit¬ phô thuéc ®¸ng kÓ vµo b¶n chÊt cñahydrocacbon mµ nã hoµ tan:

iiNN 22

x d d ∑= (II.36)

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −+

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −+=

2

11 22 NN

2

Ci

Cii

iN T

T B

T

T B Ad (II.37)

Gi¸ trÞ Ai , Bi , Ci ®èi víi hÖ bËc 2 cña nit¬ víi çc hydrocacbon, CO2 vµH2S xem ë b¶ng II.2.

B¶ng II.2. Gi¸ trÞ çc hÖ sè Ai , Bi , Ci trong ph−¬ng tr×nh (II.37)

Çc cÊu tö A i Bi C i

Nit¬ − nit¬

Nit¬ − metan

Nit¬ − etan

Nit¬ − propan

Nit¬ − izo-butan

Nit¬ − n-butan

Nit¬ − izo-pentan

Nit¬ − n-pentanNit¬ − n-hexan

Nit¬ − n-heptan

Nit¬ − n-octan

Nit¬ − n-nonan

Nit¬ − n-decan

Nit¬ − CO 2

Nit¬ − H2S

4,934

4,350

2,960

2,030

1,790

1,300

1,100

1,0001,000

1,000

1,000

1,000

1,000

2,960

2,030

7,66

7,30

5,38

3,14

2,71

2,10

1,80

1,601,60

1,60

1,60

1,60

1,60

5,38

3,14

1,95

0

1,33

0

0

0

0

00

0

0

0

0

1,33

0

Sai sè trung b×nh gi÷a gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng K nhËn ®−îc b»ng tÝnh

to¸n vµ thùc nghiÖm trong kho¶ng nhiÖt ®é ( −180 ... +1400

C) vµ ¸p suÊt ®Õn14 MPa vµo kho¶ng 2 ... 7%.

II.5.2. TÝnh to¸n h»ng sè c©n b»ng pha víi hÖ nit¬ vµ hydrocacbon

parafin tõ C1 ®Õn C10 b»ng ph−¬ng ph¸p Kalasnhicov - Klimenco

Ph−¬ng ph¸p Kalasnhicov - Klimenco dùa trªn c¬ së sö dông ph−¬ngtr×nh Benedict - Webb - Rubin (BWR).




§Ó tiÖn tÝnh to¸n, ng−êi ta ® ®−a ra çc ®¹i l−îng rót gän:

v r = v / v c ; Pr = P / Pc ; T r = T / T c

vc , Pc , T c lµ çc ®¹i l−îng tíi h¹n.

§Þnh luËt tr¹ng th¸i t−¬ng hîp m« t¶ víi tÊt c¶ çc chÊt, cã tån t¹i tr¹ngth¸i t¹i ®ã chóng cã cïng çc ®¹i l−îng rót gän.

Ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i t−¬ng hîp cã d¹ng:

f(v r , Pr , T r) = 0 (II.38)

Cã thÓ ph¸t biÓu nh− sau: NÕu cã hai hay nhiÒu chÊt phï hîp víi

ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i t−¬ng hîp, cã hai trong sè ba ®¹i l−îng rót gän b»ng nhau, th× chóng còng sÏ cã ®¹i l−îng rót gän thø ba nh− nhau. Çc chÊt tu©ntheo ®Þnh luËt tr¹ng th¸i t−¬ng hîp ®−îc gäi lµ çc chÊt t−¬ng tù nhau vÒ mÆtnhiÖt ®éng häc. Trªn c¬ së ®Þnh luËt nµy cã thÓ x¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña métchÊt nÕu biÕt tÝnh chÊt cña chÊt t−¬ng tù vÒ mÆt nhiÖt ®éng.

VÝ dô khi biÕt P vµ Pc cña mét chÊt, cã thÓ x¸c ®Þnh P1 cña mét chÊtkh¸c nÕu biÕt Pc1

cña nã:

P1 = Pr . Pc1 mµ ta ® biÕt: Pr = P / Pc.

§Þnh luËt tr¹ng th¸i t−¬ng hîp m« t¶ kh¸ tèt tÝnh chÊt cña çc hydro-

cacbon dy parafin. §iÒu ®ã ®−îc gi¶i thÝch do sù kh¸c nhau rÊt Ýt gi÷a c«ngthøc ph©n tö cña çc hydrocacbon thuéc cïng mét dy ®ång ®¼ng, hay nãiçch kh¸c v× chóng cã cïng c«ng thøc tæng qu¸t CnH2n+2.

Møc ®é sai lÖch cña khÝ thùc víi ®Þnh luËt khÝ lý t−ëng ®−îc x¸c ®Þnhbëi th«ng sè chÞu nÐn z trong ph−¬ng tr×nh:

PV = zRT

§Þnh luËt tr¹ng th¸i t−¬ng hîp gi¶ thiÕt th«ng sè chÞu nÐn t¹i ®iÓm tíih¹n zc ®èi víi tÊt c¶ çc chÊt lµ nh− nhau. Tuy nhiªn çc sè liÖu thùc nghiÖm® chøng tá r»ng zc ®èi víi çc chÊt kh¸c nhau cã gi¸ trÞ kh¸c nhau, ®èi víi®a sè çc chÊt khÝ zc = 0,2 ... 0,3.

Çc h»ng sè vËt lý cña çc hydrocacbon tõ C 1 ®Õn C12 vµ mét sè khÝ cãtrong b¶ng II.3.

Nguyªn nh©n g©y nªn sù sai lÖch ®ã lµ do h×nh d¹ng ph©n tö khÝ thùckh«ng cã d¹ng h×nh cÇu nh− ng−êi ta ® gi¶ thiÕt. Th«ng sè acentric ω ®−îc®−a ra ®Ó ®Æc tr−ng cho møc ®é sai lÖch h×nh d¹ng ph©n tö so víi m« h×nhh×nh cÇu. Khi ®ã ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i t−¬ng hîp cã d¹ng:

f(vr , T r , Pr , ω ) = 0 (II.39)




B¶ng II.3. H»ng sè vËt lý cña çc hydrocacbon C1 ... C12 vµ mét sè khÝ

NhiÖt ®é tíi h¹n ¸̧̧̧p suÊt tíi h¹nCÊu tö Khèi l−îng

ph©n tö z c

0R K psi MPaEMR Thõa sè

acentric ω ωω ω

C1 C2 C3 izo-C4 n-C4 izo-C5 n-C5 n-C6 n-C7 n-C8 n-C9 n-C10 n-C11 n-C12

16,04330,07044,09758,12458,124

72,15172,15186,178

100,205114,232128,259142,286156,302170,338

0,290,290,280,280,27

0,270,270,260,260,260,250,250,240,24

343550666734765

829845913972

10241070111211501185

191305370408425

460470507540569595618639658

666707617528551

491489437397361332305285264

4,604,884,253,653,80

3,393,373,012,742,492,292,101,971,82

14,1924,3734,6344,7444,24

55,3055,2765,5875,8886,1996,53

106,86117,17127,50

0,01040,09790,15220,18520,1995

0,22800,25140,29940,34940,39770,44450,48980,53500,5620

N2 CO2

H2SO2 H2 H2O

28,01644,010

34,07632,000

2,01618,015

0,290,28

0,280,290,30

0,235

227548

672278

601165

126304

373155

33647

4931071

1300731188

3199

3,407,38

8,965,041,30

22,06

9,7114,44

20,288,694,23

−

0,03720,2667

0,09480,0216

−0,22020,3443

Ph−¬ng tr×nh trªn th−êng ®−îc øng dông ®Ó x¸c ®Þnh çc th«ng sè nhiÖt®éng cña chÊt ë d¹ng:

a = a0 + ω .a’ (II.40)

trong ®ã: a lµ th«ng sè nhiÖt ®éng cña khÝ thùc cÇn x¸c ®Þnh;

a0 lµ th«ng sè nhiÖt ®éng cña chÊt gi¶ thiÕt tu©n theo ®Þnh luËt vµ lµ

hµm cña çc ®¹i l−îng rót gän;a’ lµ hÖ sè hiÖu chØnh sù sai kh¸c cña khÝ thùc so víi khÝ gi¶ thiÕt

tu©n theo ®Þnh luËt, vµ còng lµ hµm cña çc ®¹i l−îng rót gän.

Trªn c¬ së sö dông ph−¬ng tr×nh Benedict - Webb - Rubin (BWR) ë trªn, ®−a vµo çc ®¹i l−îng rót gän, Kalasnhicov vµ Klimenco ® nhËn ®−îcph−¬ng tr×nh cã d¹ng:




+⋅⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ++⋅

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ++=

5ir

2ir

ir

ir54

ir

ir

3ir

32ir

21

Kiln

T

P

T

Pcc

T

P

T

c

T

cc f

2i2

ir

2ir

2ir

11

ir

1095

ir

ir

2ir

8

ir

76 )1( −⋅

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⋅

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +++⋅

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +++ N

T

P

T

c

T

cc

T

P

T

c

T

cc (II.41)

trong ®ã:i

iii

M

y M N ∑

= ;

Pc lµ ¸p suÊt tíi h¹n; T c lµ nhiÖt ®é tíi h¹n; Pri

, T ri lµ çc ®¹i l−îng rót gän cña cÊu tö i.

M i lµ khèi l−îng ph©n tö cña hydrocacbon (®èi víi nit¬, c«ng nhËn gi¸trÞ khèi l−îng ph©n tö t−¬ng ®−¬ng lµ 11).

c1 .. . c11 lµ çc h»ng sè ®−îc ®−a ra trong b¶ng II.4 (víi çc hydrocacbontõ C2 ®Õn C10 , çc h»ng sè c1 .. . c11 lµ chung cßn víi nit¬ vµ metan lµ riªng).

H»ng sè c©n b»ng pha ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh:

P

f K

Ki

*Li

Li

iϕ

γ = (II.42)

B¶ng II.4. Gi¸ trÞ çc hÖ sè c1 ... c11 trong ph−¬ng tr×nh Kalasnhicov - Klimenco

HÖ sè N2 CH4 Hydrocacbon C2 ®Õn C10

c1

c2

c3

c4

c5

c6

c7

c8

c9

c10

c11

0,1827448

− 0,5567094

0,1628858

− 0,3695996

0,5736230

− 0,2494726

1,395258

− 0,9883554

0,2979147

− 2,302971

4,256129

0,06557467

− 0,2533226

− 0,07441288

− 0,06095239

0,04814230

− 0,01650733

1,233154

− 0,7383944

0,6241929

− 3,262881

4,255619

0,4567890

− 0,7364150

− 0,09020270

− 0,04647840

0,001388500

− 0,7589850

1,341610

0,0004026500

0,8807840

− 1,276069

0,5362179




§èi víi nit¬ vµ metan, thõa sè acentric nhËn gi¸ trÞ ω = 0, vµ ph−¬ng

tr×nh tÝnh fugat *Li f ë trªn (II.43) cã thªm çc sè h¹ng sau:

• ®èi víi nit¬:

∑

∑

=

=−

+N

2ii

N

2iiCN i2

x

x .a

(II.44)

• ®èi víi metan:

∑∑

=

=−

+N

3ii

N

3iiCC i1

x

x .a (II.45)

trong ®ã aN2−Ci lµ hÖ sè cã tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña dông m«i ®Õn*LN2

f ;

aC1−Cilµ hÖ sè cã tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña dung m«i ®Õn *L

C1 f .

§èi víi etan vµ çc hydrocacbon nÆng h¬n, ng−êi ta thõa nhËn tr¹ng th¸iláng cña chÊt tinh khiÕt ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cña hÖ lµ tr¹ng th¸itiªu chuÈn.

Ph−¬ng tr×nh ®Ó tÝnh hÖ sè ho¹t ®é cña çc cÊu tö trong pha láng Lkγ cã

d¹ng:

∑∑==

−+−=N

1iiiik

2i

N

1iik

Lk )(2)(ln S x bb x bbγ (II.46)

trong ®ã:

+++ −−− 3i2i1i x x x .... i < k

+++ +++ 3i2i1i x x x .... i > k

bi lµ hÖ sè, gi¸ trÞ ®−îc cho trong b¶ng II.7.ChØ sè k trong ph−¬ng tr×nh trªn chØ cÊu tö nµo ®ã trong dy ®ång ®¼ng

ngo¹i trõ metan.

Ph−¬ng tr×nh trªn ®−îc ¸p dông víi çc cÊu tö C≥2 (tõ etan trë lªn). Khi®ã nång ®é cña nit¬ (th−êng kh«ng qu¸ 10%) ®−îc tÝnh tæng víi nång ®émetan.

S i =




§èi víi nit¬ vµ metan, ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh ho¹t ®é cã d¹ng:

⎪⎪

⎭

⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−= ∑

∑

∑

=

=

=− 2N

3iiN

3ii

N

3iiCC

LC 1

.

lni1

1 x

x

x b

γ (II.47)

⎪⎪⎭

⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎩

⎪⎪

⎨

⎧

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ −−= ∑

∑

∑

=

=

=− 2N

2i iN

2ii

N

2iiCN

L

N

1

.

lni2

2

x

x

x b

γ (II.48)

C¸c hÖ sè tÝnh to¸n xem ë b¶ng II.7.

B¶ng II.7. Gi¸ trÞ c¸c hÖ sè trong ph−¬ng tr×nh tÝnh fugat

CÊu tö a N2-Ci

b N2-Ci a

C1-Ci b C1-Ci

b i

Nit¬

MetanEtanPropanizo-Butann-Butanizo-Pentann-Pentann-Hexann-Heptann-Octann-Nonan

n-Decan

0

0,601,602,002,502,502,602,602,602,602,152,152,15

0

0,601,001,000,950,950,850,850,720,600,500,350,20

0

00,450,650,660,720,740,800,850,890,930,890,85

0

00,450,470,480,440,400,350,310,360,400,250,21

0

00,450,540,630,630,680,680,730,770,790,810,82

II.5.3. TÝnh h»ng sè c©n b»ng pha theo ph−¬ng ph¸p Starling

H»ng sè c©n b»ng pha ®−îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc:

iK

i

iL

ii

x f

x f K = (II.49)




NÕu ký hiÖu ρ lµ tû träng mol cña hçn hîp, A0, B0, C0, b... lµ çc th«ngsè cña ph−¬ng tr×nh; k ij lµ çc th«ng sè t−¬ng t¸c cña cÊu tö i vµ cÊu tö j , th×ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh fugat cña cÊu tö i cã d¹ng sau:

++−= RT B B RTx RT f RT )()ln(ln 0i0ii ρ ρ

+ ∑⎢⎢

⎣

⎡−−−−

j

3ij2

1/20i0j

ij1/2

0i0j )(1)(

)(1)(2 k T

CCk A A ρ +

+ ⎥⎥⎦

⎤

−−− 5ij4

1/20i0j

4ij3

1/20i0j

)(1T

)()(1T

)(k

D E

k

D D

+

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−−

T

d d aa RT bb

1/3i

21/3

i21/2

i2

2 )(3)(3)(3

2

ρ +

+ 1/3i

2251/3

i2

1/3i

2 ))((5

3)(3)(3

5α α

ρ β α

T

d a

T

d d .aa.

.+⋅+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+⋅ +

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ γρ−−

γρ−−⋅

2

)exp()exp(1)(3 2

2

2

2

21/3i

2

γρ

ρ

T

cc −

− ⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++γρ−−⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅ 4222

21i

2

21/3

2

11)exp(1

2 ρ γ γρ

γ

γ

γ

ρ /

T .

c(II.50)

KÕt qu¶ tÝnh to¸n b»ng çc ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau vµ so s¸nh víi kÕtqu¶ thùc nghiÖm nhËn ®−îc cho thÊy sai sè kh«ng qu¸ 5%. Ph−¬ng ph¸p tÝnhto¸n cho kÕt qu¶ phï hîp ®èi víi hÖ cã chøa N2 , CO2 vµ H2S.

II.6. Ph−¬ng ph¸p gi¶n ®å x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ngpha cña hçn hîp çc hydrocacbon

Khi tÝnh to¸n b»ng tay ®Ó x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha, ng−êi ta th−êng

sö dông çc ph−¬ng ph¸p gi¶n ®å. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n h»ng sè c©n b»ng phacña hÖ hydrocacbon tõ C1 ®Õn C10 vµ N2 , phæ biÕn nhÊt lµ sö dông çc ph−¬ngph¸p NGPA (Natural Gas Processors Association)vµ ph−¬ng ph¸p Neyrey.

II.6.1. X¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha theo ph−¬ng ph¸p NGPA

§©y lµ mét trong nh÷ng ph−¬ng ph¸p gi¶n ®å ®¬n gi¶n vµ chÝnh x¸c h¬nc¶ ®Ó x¸c ®Þnh K i ®èi víi hÖ hydrocacbon tõ C1 ®Õn C10 vµ nit¬. Trong




ph−¬ng ph¸p nµy K i cña çc hydrocacbon ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çc gi¶n ®åphô thuéc vµo nhiÖt ®é, ¸p suÊt cña hÖ vµ ¸p suÊt quy tô. Trªn çc gi¶n ®å ®ãtrôc hoµnh lµ ¸p suÊt cña hÖ, cßn trôc tung lµ h»ng sè c©n b»ng pha cña cÊutö nµo ®ã trong hÖ. Trong hÖ trôc to¹ ®é nµy ng−êi ta ® x©y dùng çc ®−êng®¼ng nhiÖt, chóng gÆp nhau t¹i mét ®iÓm t−¬ng øng víi gi¸ trÞ h»ng sè c©nb»ng pha K = 1 vµ ¸p suÊt chÝnh b»ng ¸p suÊt quy tô cña hÖ. Trªn h×nh II.1®−a ra gi¶n ®å h»ng sè c©n b»ng pha K cña çc hydro-cacbon t¹i çc nhiÖt ®évµ ¸p suÊt kh¸c nhau.

H×nh II.1. H»ng sè c©n b»ng K ë çc nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh¸c nhau

§èi víi çc hçn hîp kh¸c nhau cã cïng gi¸ trÞ ¸p suÊt quy tô th× gi¸ trÞh»ng sè c©n b»ng cña çc cÊu tö riªng biÖt cã gi¸ trÞ b»ng nhau t¹i çc gi¸ trÞ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é b»ng nhau. V× vËy ¸p suÊt quy tô ®−îc sö dông nh− métth«ng sè cã tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña thµnh phÇn hçn hîp ®Õn gi¸ trÞ h»ng sè

c©n b»ng pha cña hÖ. ¸p suÊt quy tô ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng ph¸p Heddlen.

NhiÖt ®é kh«ng ®æi

¸p suÊt

K

11




Theo Heddlen, hÖ nhiÒu cÊu tö ®−îc gi¶ thiÕt lµ hÖ gi¶ bËc hai gåm cãcÊu tö nhÑ vµ cÊu tö nÆng, trong ®ã cÊu tö nÆng ®−îc ®Æc tr−ng b»ng nhiÖt ®étíi h¹n trung b×nh vµ ¸p suÊt tíi h¹n trung b×nh cña tÊt c¶ çc cÊu tö cßn l¹itrong hÖ, trõ cÊu tö nhÑ.

Trªn h×nh II.2 lµ gi¶n ®å biÓu diÔn çc gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng K cñametan ë ¸p suÊt quy tô Pqt = 800 psi = 5,5 MPa (1 psi = 6894,76 Pa).

H×nh II.2. H»ng sè c©n b»ng pha cña metan ë P qt = 800 psi (5,5 MPa)

¸p suÊt quy tô cña hÖ ®−îc coi lµ ¸p suÊt tíi h¹n cña hÖ gi¶ bËc 2 ë nhiÖt ®é cña hÖ theo ®−êng cong tíi h¹n cña hÖ gi¶ bËc 2 ® cho. NÕu nhiÖt®é cña hÖ thÊp h¬n nhiÖt ®é tíi h¹n cña cÊu tö nhÑ th× ¸p suÊt quy tô nhËn

gi¸ trÞ ¸p suÊt tíi h¹n cña cÊu tö nhÑ. ¸p suÊt quy tô ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¶n®å, trªn ®ã biÓu diÔn çc ®−êng cong tíi h¹n cña çc hÖ bËc 2.

Tr×nh tù tÝnh to¸n nh− sau:

¸p suÊt, psi

K =y x




1) Cho gi¸ trÞ ¸p suÊt quy tô Pqt.

2) Víi gi¸ trÞ ¸p suÊt quy tô ® cho theo gi¶n ®å t−¬ng øng (vÝ dô trªnh×nh II.2 ®èi víi metan ë ¸p suÊt quy tô cña hÖ lµ 800 psi), x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cña mçi cÊu tö ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña hÖ.

3) Sö dông gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng pha võa nhËn ®−îc, tÝnh to¸n thµnhphÇn pha láng c©n b»ng x icb theo ph−¬ng tr×nh:

∑ ∑ =−⋅+

=i i i

ii 1

)1(1cb K e

C x (II.51)

trong ®ã: Ci lµ thµnh phÇn hçn hîp ban ®Çu, mol/mol (mol cÊu tö i /mol hçn hîp).e lµ phÇn mol pha h¬i cña hçn hîp, tÝnh b»ng ph−¬ng ph¸p lÆp víi

çc gi¸ trÞ phÇn mol cña pha h¬i e chän tr−íc cho ®Õn khi biÓuthøc (II.51) tho¶ mn.

4) Chia pha láng c©n b»ng thµnh hÖ gi¶ bËc 2, trong ®ã cÊu tö thø nhÊtlµ cÊu tö nhÑ nhÊt trong hÖ, cã nång ®é b»ng hoÆc lín h¬n 0,1% mol, cßncÊu tö thø hai lµ tÊt c¶ çc cÊu tö cßn l¹i.

5) TÝnh to¸n nhiÖt ®é tíi h¹n vµ ¸p suÊt tíi h¹n cña cÊu tö gi¶ thø hai cãkhèi l−îng lµ khèi l−îng trung b×nh cña çc cÊu tö cßn l¹i:

∑

∑

=

=

′

′

=N

2iii

N

2icii

ci

2

M x

T M x

T (II.52)

∑

∑

=

=

′

′

=N

2iii

N

2icii

c

i

2

M x

P M x

P (II.53)

6) Trªn h×nh II.3 lµ çc gi¶n ®å m« t¶ cÊu tö gi¶ thø hai cña hÖ t−¬ngøng çc gi¸ trÞ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt tíi h¹n x¸c ®Þnh ë ®iÓm 5).

7) ¸p suÊt quy tô theo gi¶n ®å ®ã ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Sau khi x©ydùng ®−êng cong tíi h¹n ®èi víi tr−êng hîp ®ang xÐt t¹i gi¸ trÞ t−¬ng øngvíi nhiÖt ®é cña hÖ, gi¸ trÞ trªn trôc tung lµ ¸p suÊt quy tô cña hÖ cÇn t×m.

8) So s¸nh gi¸ trÞ ¸p suÊt quy tô víi gi¸ trÞ ® cho ban ®Çu. NÕu hai gi¸trÞ kh«ng trïng nhau, lÆp l¹i çc phÐp tÝnh tõ ®iÓm 2) ®Õn ®iÓm 7), víi gi¸ trÞ¸p suÊt quy tô míi. Lµm cho ®Õn khi gi¸ trÞ Pqt tÝnh to¸n vµ gi¸ trÞ Pqt chänban ®Çu trïng nhau víi sai sè 8 ... 12% lµ cã thÓ chÊp nhËn ®−îc.




H×nh II.3. Gi¶n ®å ®Ó x¸c ®Þnh ¸p suÊt quy tô cña hÖ hydrocacbon

4 4

NhiÖt ®é, 0F

¸ p s u Ê t , p s i

¸p suÊt quy tô ë 2120F

NhiÖt ®é tíi h¹n cñacÊu tö gi¶ - nÆng




cña hai hoÆc ba cÊu tö nhÑ ® cã gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng pha K , cßn trôctung lµ gi¸ trÞ logarit K cña çc cÊu tö ®ã, qua çc ®iÓm nhËn ®−îc ®−êngth¼ng. Gi¸ trÞ logarit K cña cÊu tö nÆng ®−îc x¸c ®Þnh t−¬ng øng víi khèil−îng ph©n tö cña nã.

H»ng sè c©n b»ng pha cña CO2 ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

6242 HCCHCO K K K ⋅=

II.6.2. X¸c ®Þnh K b»ng ph−¬ng ph¸p Neyrey

Neyrey ® ®−a ra mét ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n vµ ®ñ chÝnh x¸c ®Ó x¸c®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha cña çc hydrocacbon parafin vµ olefin trongkho¶ng réng nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt.

C¬ së cña ph−¬ng ph¸p lµ sù phô thuéc tuyÕn tÝnh cña logarit h»ng sè c©n b»ng pha (lg K ) vµo nhiÖt ®é s«i cña cÊu tö. H»ng sè c©n b»ng pha K ®−îc x¸c ®Þnh nhê ba gi¶n ®å.

Trªn gi¶n ®å thø nhÊt (h×nh II.4), lµ çc ®−êng ®¼ng ¸p, t−¬ng øng víiçc gi¸ trÞ ¸p suÊt quy tô kh¸c nhau. Tõ gi¶n ®å ®ã x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞh»ng sè K 0 t−¬ng øng víi gi¸ trÞ P vµ Pqt .

H×nh II.4. Gi¶n ®å ®Ó x¸c ®Þnh h»ng sè K 0

¸p suÊt, psi

K 0




®iÓm (0, K 0) trªn trôc tung kÎ ®−êng th¼ng. Tõ çc ®iÓm trªn çc trôc hoµnh(trôc nhiÖt ®é s«i hoÆc trôc çc cÊu tö) t−¬ng øng víi nhiÖt ®é s«i hoÆc tªncña cÊu tö ® cho, kÎ ®−êng vu«ng gãc c¾t ®−êng th¼ng kÓ trªn, gi¸ trÞ cñagiao ®iÓm chÝnh lµ gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng pha cña cÊu tö t−¬ng øng.

H×nh II.6. Gi¶n ®å x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha

Th«ng sè S

M e t a n ≥

E t a n

P r o p l e n

E t l e n

P r o p a n

n - B u t a n

i z o - B u t a n

i z o - P e n t a n

n - P e n t a n

H e x a n

H e p t a n

O c t a n

N o n a n

D e c a n

H » n g

s è c © n b » n g p h a K

NhiÖt ®é s«i,0F

0 o F

− 1 0 0

− 5 0

− 2 0 0

− 1 0 0

− 0

1 0 0

3 0 0

4 0 0

0 6 2 4 8 1 0

1 2

100

60

20

40

10

6,0

2,0

4,0

0,2

0,4

1,0

0,6

0,1

0,06

0,02

0,04

0,01

0,005

0,004

0,001

0,002




Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc K còng kiÓm tra gi¸ trÞ Pqt ® chän t−¬ng tù nh− trong ph−¬ng ph¸p NGPA ® nãi trªn.

Tãm l¹i tr×nh tù x¸c ®Þnh h»ng sè c©n b»ng pha theo ph−¬ng ph¸p Neyreynh− sau:

1) Tõ gi¶n ®å h×nh II.4 x¸c ®Þnh K 0 t−¬ng øng víi P vµ Pqt . 2) Tõ gi¶n ®å h×nh II.5 x¸c ®Þnh gi¸ trÞ S .3) Tõ gi¶n ®å h×nh II.6 x¸c ®Þnh gi¸ trÞ K .4) KiÓm tra gi¸ trÞ Pqt ®−îc chän t−¬ng tù nh− ph−¬ng ph¸p NGPA.

B¶ng II.8 d−íi ®©y so s¸nh ®é chÝnh x¸c cña çc ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnhh»ng sè c©n b»ng K .

B¶ng II.8. So s¸nh ®é chÝnh x¸c cña çc ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh K

Ph−¬ng ph¸p tÝnh Sai sè trung b×nh

Myers vµ Lenoir

NGPA

Rzaca

Winn

Neyrey

7,0

8,5

9,3

10,0

7,8

II.6.3. VÝ dô tÝnh h»ng sè c©n b»ng

VÝ dô II.1. TÝnh h»ng sè c©n b»ng cña hçn hîp cã thµnh phÇn cho trong

b¶ng d−íi ®©y ë P = 3,4 MPa (hay 493,1 psi); T = −300C (hay −220F).

a) TÝnh theo ph−¬ng ph¸p NGPA

1) Chän ¸p suÊt quy tô Pqt = 1500 psi.

2) Theo gi¶n ®å NGPA, víi ¸p suÊt quy tô 1500psi vµ çc th«ng sè cña hÖ, x¸c ®Þnh ®−îc h»ng sè c©n b»ng pha ®èi víi tÊt c¶ çc cÊu tö: K C

1 = 3,45;

K C2

= 0,46; K C3

= 0,113; K n-C4

= 0,034 ; K n-C5

= 0,0095.

3) X¸c ®Þnh thµnh phÇn pha láng c©n b»ng theoph−¬ng tr×nh (II.51):

1)1(1

N

1i

N

1i i

ii =

−+=∑ ∑

= = K e

C x

CÊu tö C i

CH4

C2H6

C3H8 n-C4H10

n-C5H12

0,8745

0,0586

0,03720,0212

0,0085

1,0000




II.7. øng dông cña h»ng sè c©n b»ng pha

Cã 3 lo¹i bµi to¸n sö dông h»ng sè c©n b»ng pha K ®Ó tÝnh to¸n:

- TÝnh ®−êng cong ®iÓm bät trªn ®−êng bao pha.

- TÝnh ®−êng cong ®iÓm s−¬ng trªn ®−êng bao pha.

- TÝnh çc thµnh phÇn láng h¬i t¹i çc gi¸ trÞ P vµ T bÊt kú bªn trong®−êng bao pha.

II.7.1. X¸c ®Þnh ®iÓm bät

§iÓm bät ®−îc ®Þnh nghÜa lµ ®iÒu kiÖn mµ t¹i ®ã h¬i ®−îc ng−ng tô hoµntoµn thµnh láng, chØ tån t¹i duy nhÊt mét bät khÝ. PhÇn mol cña pha lángchÝnh lµ phÇn mol cña hçn hîp.

§iÒu kiÖn ®Ó h¬i ®−îc ng−ng tô hoµn toµn:

Σ K i x i = Σ yi = 1 (II.54)


1) Chän nhiÖt ®é khi biÕt ¸p suÊt (hoÆc chän ¸p suÊt khi biÕt nhiÖt ®é).

2) T×m çc gi¸ trÞ K i ë P vµ T ® cho vµ ® chän.

3) Nh©n K i t×m ®−îc ë b−íc 2 víi x i t−¬ng øng (biÓu thøc II.54).

4) NÕu tæng çc gi¸ trÞ K i x i nhËn ®−îc ë b−íc 3 b»ng 1 cã nghÜa lµ gi¸

trÞ T (hoÆc P) ® chän lµ ®óng. NÕu kh«ng th× lÆp l¹i tõ b−íc 1 ®Õn b−íc 3cho ®Õn khi Σ K i x i = 1 th× kÕt thóc.

VÝ dô II.2.

CÊu tö x i K i K ix i

CO2 1,25 1,50 1,880

H2S 0,50 0,41 0,210

C1 21,36 3,48 74,330

C2 36,78 0,58 21,330

C3 10,21 0,16 1,630

i -C4 6,38 0,063 0,400

n-C4 9,84 0,043 0,420i -C5 2,63 0,017 0,040

n-C5 4,01 0,012 0,048

C6 3,90 0,0036 0,014

C7+ 3,14 0,00033 0,001

X¸c ®Þnh ®iÓm bät cña hçn hîp cãthµnh phÇn cho trong b¶ng ë 4 MPa(580 psi). Coi ph©n ®o¹n C7+ cã tÝnhchÊt t−¬ng tù C8.

TÝnh lÆp víi çc gi¸ trÞ T ®−îc

chän sao cho Σ K i x i = 1 (hoÆc 100).Trong bµi vÝ dô nµy nhiÖt ®é ®óng lµ

T = −140C (70F). KÕt qu¶ tÝnh to¸n víigi¸ trÞ T ®óng cho trong b¶ng.

100,30




II.7.2. X¸c ®Þnh ®iÓm s−¬ng

§iÓm s−¬ng ®−îc ®Þnh nghÜa lµ toµn bé hÖ ë tr¹ng th¸i h¬i vµ chØ tån t¹iduy nhÊt mét giät láng rÊt nhá. Trong tr−êng hîp nµy thµnh phÇn cña hçnhîp b»ng thµnh phÇn pha h¬i yi. Nh− vËy ®iÒu kiÖn ®Ó hÖ hoµn toµn ë tr¹ngth¸i h¬i:

Σ yi / K i = Σ x i = 1 (II.55)

VÝ dô II.3.

CÊu tö y i K i y i /K i =x i

CO2 1,25 4,83 0,26H2S 0,50 2,38 0,21C1 21,36 6,36 3,36C2 36,78 2,84 12,95C3 10,21 1,57 6,50i -C 4 6,38 1,02 6,25n-C4 9,84 0,86 11,44i -C 5 2,63 0,55 4,78n-C5 4,01 0,49 8,18C6 3,90 0,28 13,93

C7+ 3,14 0,097 32,37

X¸c ®Þnh ®iÓm s−¬ng cña hçn hîp

cã thµnh phÇn cho trong b¶ng ë 4 MPa(580 psi). Coi ph©n ®o¹n C7+ cã tÝnhchÊt t−¬ng tù C8.

TÝnh lÆp víi c¸c gi¸ trÞ T ®−îc

chän sao cho Σ yi / K i = 1 (hoÆc 100).Trong bµi vÝ dô nµy nhiÖt ®é ®óng lµ T = 1530C (307,40F). KÕt qu¶ tÝnhto¸n víi gi¸ trÞ T ®óng cho trongb¶ng.

100,23

Hçn hîp ®−a ra trong hai vÝ dô trªn lµ khÝ bÐo. PhÇn tr¨m mol cña metanthÊp. Chó ý r»ng trong cét K i x i ®èi víi metan cã gi¸ trÞ lín nhÊt. NÕu phÇnmol metan lín h¬n sÏ cã ¶nh h−ëng rÊt ®¸ng kÓ ®Õn kÕt qu¶ nhËn ®−îc.

Víi vÝ dô x¸c ®Þnh ®iÓm s−¬ng, gi¸ trÞ trong cét yi / K i cña C7+ cã gi¸ trÞlín nhÊt. TÝnh to¸n ®iÓm s−¬ng vèn ® kÐm chÝnh x¸c h¬n so víi tÝnh to¸n®iÓm bät, trªn thùc tÕ ®èi víi khÝ gÇy, chøa rÊt Ýt c¸c cÊu tö nÆng, sai sè cñaphÐp tÝnh cµng lín.

II.7.3. TÝnh thµnh phÇn láng h¬i bªn trong ®−êng bao pha

Môc ®Ých cña phÐp tÝnh nµy ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn pha láng vµ pha h¬ië tr¹ng th¸i c©n b»ng trong hÖ hai pha, c©n b»ng vËt liÖu toµn hÖ:

F = V + L (II.56)

C©n b»ng vËt liÖu víi tõng cÊu tö:

FC i = Vy i + Lx i (II.57)

trong ®ã: F lµ sè mol nguyªn liÖu vµo th¸p t¸ch;




V lµ sè mol pha khÝ nhËn ®−îc tõ F mol nguyªn liÖu;

L lµ sè mol pha láng nhËn ®−îc tõ F mol nguyªn liÖu;

Ci lµ phÇn mol cÊu tö i trong dßng nguyªn liÖu;

yi lµ phÇn mol cÊu tö i trong dßng khÝ V;

x i lµ phÇn mol cÊu tö i trong dßng láng L;

Gi¶ sö F = 1, ta cã Ci = yiV + x i L

§ång thêi, theo ®Þnh nghÜa h»ng sè c©n b»ng pha cã yi = Kx i, tõ ®ã

ta cã:

i

ii

K V L

C x

+= ;

( )i

ii

K LV

C y

+= (II.58)

Tæng phÇn mol cña tÊt c¶ çc cÊu tö ph¶i b»ng 1, do ®ã:

1=+

= ∑∑i

ii

K V L

C x ;

( )1=

+= ∑∑

i

ii

K LV

C y (II.59)

B»ng ph−¬ng ph¸p lÆp, chän çc gi¸ trÞ L hoÆc V sao cho çc biÓu thøctrªn lµ ®óng.

MÆt kh¸c, cã thÓ viÕt Σyi − Σxi = 0

( )( )∑∑∑ =

+−

−=− 0

11

1

i

iiii

K V

K C x y (II.60)

BiÓu thøc (II.60) lµ biÓu thøc tæng qu¸t nhÊt th−êng ®−îc sö dông tronglËp tr×nh tÝnh to¸n trªn m¸y vi tÝnh.


1) T×m K ë gi¸ trÞ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cña hÖ hai pha (®iÒu kiÖn cña th¸pt¸ch).

2) Chän V hoÆc L.

3) TÝnh çc biÓu thøc (II.59) hoÆc (II.60).

4) NÕu biÓu thøc tho¶ mn, th× phÐp tÝnh hoµn thµnh.

NÕu ch−a ®óng th× lÆp l¹i tõ b−íc 2 ®Õn b−íc 4.

5) TÝnh thµnh phÇn phÇn mol trong pha láng x i vµ trong pha h¬i yi.

6) TÝnh sè mol cña cÊu tö i (®−îc ký hiÖu lµ Y i) trong V mol pha h¬i.

TÝnh sè mol cña cÊu tö i (®−îc ký hiÖu lµ X i) trong L mol pha láng.




VÝ dô II.4.

TÝnh thµnh phÇn vµ l−îng mol pha láng, pha h¬i cña th¸p t¸ch ë 4 MPa(580 psi) vµ 1000C (2120F). Thµnh phÇn nguyªn liÖu Ci cho theo phÇn tr¨m

mol, nghÜa lµ Σ Ci = 100.

Tr−íc hÕt x¸c ®Þnh K i cña çc cÊu tö trong hÖ. Çc gi¸ trÞ nhËn ®−îc®iÒn vµo cét K i (cét thø 3 trong b¶ng)

Trong b−íc 2, chän V (hoÆc L). TÝnh çc sè h¹ng trong çc biÓu thøc(II.59) hoÆc (II.60). PhÐp tÝnh lÆp ®−îc thùc hiÖn cho ®Õn khi çc biÓu thøc

(II.59) hoÆc (II.60) ®−îc tho¶ mn. Trong vÝ dô nµy, gi¸ trÞ ®óng cñaV = 0,770. KÕt qu¶ tÝnh ®−îc ghi trong b¶ng II.10.

B¶ng II.10. KÕt qu¶ tÝnh to¸n cña vÝ dô II.4.

CÊu tö C i K i y i − x i x i y i X i Y i

CO2 1,25 4,050 1,139 0,373 1,512 0,086 1,164

H2S 0,50 1,740 0,236 0,319 0,554 0,073 0,427

C1 21,36 5,950 21,974 4,439 26,413 1,021 20,338

C2 36,78 2,160 22,535 19,427 41,962 4,468 32,311

C3 10,21 1,030 0,299 9,979 10,279 2,295 7,915i -C 4 6,38 0,600 −3,688 9,220 5,532 2,282 4,260

n-C4 9,84 0,490 −8,264 16,203 7,940 3,727 6,114

i -C 5 2,63 0,280 −4,250 5,903 1,653 1,358 1,273

n-C5 4,01 0,240 −7,348 9,668 2,320 2,224 1,786

C6 3,90 0,120 −10,646 12,098 1,452 2,783 1,118

C7+ 3,14 0,031 −11,987 12,370 0,383 2,845 0,295

100,00 0,000 100,000 100,000 23,000 77,000

C©n b»ng vËt liÖu cña th¸p t¸ch: F = V + L = Σ Y i + L = Σ X i

trong ®ã: Y i = yiV ;

X i = x i L .




Ch−¬ng III th«ng sè nhiÖt ®éng cña çc hydrocacbon

riªng biÖt vμ hçn hîp cña chóng

Khi tÝnh to¸n nhiÖt ®éng häc cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ, ng−êi ta th−êngsö dông çc ®¹i l−îng nhiÖt ®éng sau: ¸p suÊt, nhiÖt ®é, ®é chÞu nÐn, thÓ tÝchriªng, träng l−îng riªng, entanpi, entropi, nhiÖt dung, ®é dÉn nhiÖt, ®é nhít.Trong ch−¬ng nµy sÏ xem xÐt tÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña çc hydrocacbonriªng biÖt vµ hçn hîp cña chóng, vµ tr×nh bµy mét sè ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh

çc tÝnh chÊt ®ã. ¸p suÊt, thÓ tÝch, nhiÖt ®é vµ hÖ sè ®é chÞu nÐn th−êng n»mtrong ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i. NhiÒu tÝnh chÊt cña çc hydrocacbon ®−îc x¸c®Þnh trªn c¬ së lý thuyÕt tr¹ng th¸i t−¬ng hîp, v× vËy cÇn ph¶i biÕt çc th«ngsè tíi h¹n cña çc cÊu tö vµ hçn hîp cña chóng.

III.1. NhiÖt ®é s«i vμ ¸p suÊt h¬i bo hoμ

NhiÖt ®é s«i cña hydrocacbon tõ C 1 ®Õn C10 ® ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùcnghiÖm, sè liÖu ®−a ra trong b¶ng III.1.

NhiÖt ®é s«i cña çc hydrocacbon parafin tinh khiÕt tõ C 1 ®Õn C20 ë ®iÒukiÖn tiªu chuÈn cã thÓ tÝnh chÝnh x¸c ®Õn ± 1 K theo ph−¬ng tr×nh:

7,232121)1()05,03,193( 91,0s +−−⋅−= nnn T (III.1)

trong ®ã n lµ sè nguyªn tö cacbon trong ph©n tö hydrocacbon.

¸p suÊt h¬i bo hoµ cña hydrocacbon tinh khiÕt cã thÓ x¸c ®Þnh theoph−¬ng tr×nh sau khi biÕt T s , T c , Pc :

hlg P = [ β − 0,01500 + 1,397.( T h−δ )2 + 0,581( T h−δ )]. )1

1(h T

− (III.2)

trong ®ã: Ph = Pbh / Pc

δ = − 0,1018 + 0,3806. β − 0,02861. β 2

β = T h.lg(0,96784 . PC).(1 − T h)

T h = T s / T c

¸p suÊt h¬i bo hoµ cña çc cÊu tö riªng biÖt cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ngph¸p ®¬n gi¶n h¬n, ®ã lµ ph−¬ng ph¸p gi¶n ®å, trong ®ã ng−êi ta sö dônggi¶n ®å phô thuéc ¸p suÊt h¬i bo hoµ vµo nhiÖt ®é (h×nh III.1 vµ h×nh III.2).




H×nh III.1. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña c¸c hydrocacbon nhÑ ë nhiÖt ®é thÊp

H×nh III.2. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña c¸c hydrocacbon no m¹ch th¼ng

NhiÖt ®é, 0C

¸ p s u Ê t , k P a

NhiÖt ®é, 0C

¸ p

s u Ê t , k P a




x i , x j lµ phÇn mol cña cÊu tö i vµ j trong hçn hîp;k ij lµ th«ng sè t−¬ng t¸c bËc hai.

Nh− vËy çc th«ng sè am vµ bm cña hçn hîp ®−îc x¸c ®Þnh trªn c¬ së çcth«ng sè a vµ b cña çc cÊu tö tinh khiÕt. Víi çc ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i nãitrªn, ®Þnh luËt hçn hîp lµ tæng cña çc cÆp bËc 2. VÝ dô hçn hîp bèn cÊu tö sÏ gåm cã 6 cÆp bËc 2...

Th«ng sè t−¬ng t¸c bËc hai k ij kh«ng ph¶i lµ th«ng sè lý thuyÕt mµ lµth«ng sè thùc nghiÖm ®−îc sö dông ®Ó hiÖu chØnh trong çc ph−¬ng tr×nh

tr¹ng th¸i.Çc gi¸ trÞ tíi h¹n t×m ®−îc tõ çc ®Þnh luËt hçn hîp kh«ng ph¶i lµ çc

gi¸ trÞ thùc, mµ lµ çc gi¸ trÞ gi¶ tíi h¹n, th−êng ®−îc ký hiÖu lµ T c’ vµ Pc’.Nh− vËy gi¸ trÞ gi¶ tíi h¹n kh«ng ph¶i lµ mét ®iÓm trªn ®−êng cong c©n b»ngpha, nã chØ lµ th«ng sè t−¬ng quan sö dông kh¸i niÖm tr¹ng th¸i t−¬ng hîp.Tr¹ng th¸i t−¬ng hîp lµ tr¹ng th¸i cã cïng çc th«ng sè rót gän (h×nh III.3).

H×nh III.3. ¸p suÊt h¬i vµ ¸p suÊt rót gän cña metan vµ propan

Çc th«ng sè gi¶ tíi h¹n cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh theo ®Þnh luËt Kay:

∑∑ =′=′i

iicci

iicc vµ c. T T c. P P

trong ®ã ci lµ phÇn mol cña cÊu tö trong hçn hîp; Pci vµ T ci lµ çc gi¸ trÞ tíi

h¹n cña cÊu tö.

Çc gi¸ trÞ tíi h¹n cña çc hydrocacbon xem ë b¶ng III.2.

NhiÖt ®é, 0C

Metan

Propan

-150-200 -50-100 50 1000

10

1

100

1000

10000

¸ p s u Ê t , k P a

a

Propan

Metan

0,20 0,40 0,60 0,80 1,000,0001

0,0010

0,0100

0,1000

1,0000

NhiÖt ®é rót gän, T

¸ p s u Ê t r ó t g ä n ,

P r

b

P

P CP r =

T

T C T r =




Chia gi¸ trÞ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é thùc cho çc gi¸ trÞ gi¶ tíi h¹n, ta cã gi¸trÞ çc ®¹i l−îng gi¶ rót gän cña hçn hîp:

cr

T

T T

′=′ ;

cr

P

P P

′= (III.6)

§Þnh luËt Kay còng cã thÓ ¸p dông ®Ó tÝnh khèi l−îng ph©n tö hiÖu dôngcña hçn hîp.

VÝ dô III.1

TÝnh hÖ sè chÞu nÐn z cña khÝ cã thµnh phÇn vµ çc th«ng sè tíi h¹n chotrong b¶ng III.2 ë ¸p suÊt P = 13,94 MPa (2021 psi) vµ T = 331 K (5950R).

¸p dông ®Þnh luËt Kay x¸c ®Þnh ®−îc çc ®¹i l−îng gi¶ tíi h¹n cña hçnhîp khÝ. KÕt qu¶ tÝnh theo hÖ ®¬n vÞ quèc tÕ vµ ®¬n vÞ Anh ®−a ra ë b¶ng III.2.

B¶ng III.2. Thµnh phÇn vµ çc th«ng sè tíi h¹n cña hçn hîp khÝ

HÖ Anh HÖ mÐt ΣΣΣΣMWCÊu tö y i

P c cP ′ Tc cT ′ Pc cP ′ Tc cT ′ MW MW ’ ’

N2

CO2

H2S

C1

C2

C3

izo-C4

n-C4

0,0046

0,0030

0,1438

0,8414

0,0059

0,0008

0,0003

0,0002

493

1071

1300

666

707

617

528

551

2,3

3,2

186,9

560,4

4,2

0,5

0,2

0,1

227

548

672

343

550

666

734

765

1,0

1,6

96,6288,6

3,2

0,5

0,2

0,2

3,40

7,38

8,96

4,60

4,88

4,25

3,65

3,80

0,02

0,02

1,29

3,87

0,023

-

-

-

126

304

373

191

305

370

408

425

0,6

0,9

53,6

160,7

1,8

0,3

0,1

0,1

28,016

44,010

34,076

16,043

30,070

44,097

58,124

58,124

0,13

0,13

4,90

13,50

0,18

0,04

0,02

0,01

1,0000 758 392 5,23 218 MW = 18,900

TÝnh to¸n çc ®¹i l−îng gi¶ rót gän cña hçn hîp theo çc hÖ ®¬n vÞ quèc

tÕ (hÖ mÐt) vµ hÖ ®¬n vÞ Anh:

HÖ mÐt: 521218

331672

235

9413rr , T ,

,

, P ==′==′

HÖ Anh: 521392

595672

758

2021rr , T , P ==′==′

Tõ gi¶n ®å hÖ sè chÞu nÐn Katz (h×nh III.5) cã z = 0,8.




H×nh III.4. Gi¶n ®å Katz x¸c ®Þnh hÖ sè chÞu nÐn ë c¸c gi¸ trÞ ¸p suÊt thÊp

H Ö s è c h Þ u

n Ð n z

H Ö s è c h Þ u n

Ð n z

¸p suÊt gi¶ - rót gän ¸p suÊt gi¶ - rót a) b) 6 1




H×nh III.5. Gi¶n ®å Katz x¸c ®Þnh hÖ sè chÞu nÐn ë c¸c gi¸ trÞ ¸p suÊt cao

¸p suÊt gi¶ - rót gän P r

NhiÖt ®égi¶ - rót gän T r

¸p suÊt gi¶ - rót gän P r

H

s è c h u n Ð n z




Tõ ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i:

V

MW zRT PV == ρ vµ

ta nhËn ®−îc c«ng thøc tÝnh tû träng thùc cña khÝ ë nhiÖt ®é T vµ ¸p suÊt P:

zRT

) P).( MW (= ρ

trong ®ã MW lµ khèi l−îng ph©n tö.

Thay vµo c«ng thøc trªn ta cã tû träng thùc cña khÝ:

12033100831080

90189413=

××

×=

,,

,, ρ kg/m3.

VÝ dô III.2

¸p dông çc ph−¬ng ph¸p tÝnh hÖ sè chÞu nÐn z cña khÝ cã chøa H2S vµCO2.

Cã hai ph−¬ng ph¸p phæ biÕn lµ ph−¬ng ph¸p Robinson vµ ph−¬ng ph¸pWichert. Chóng ta sö dông ph−¬ng ph¸p Wichert. Trong ph−¬ng ph¸p nµy,t¸c gi¶ ® sö dông çc th«ng sè gi¶ tíi h¹n Pc‘ vµ T c‘ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng

®Þnh luËt Kay vµ gi¶n ®å Katz. Ngoµi ra t¸c gi¶ cßn sö dông hÖ sè ε ®−îc x¸c®Þnh tõ gi¶n ®å trªn h×nh III.6. HÖ sè ε ®−îc sö dông ®Ó hiÖu chØnh çc th«ngsè gi¶ tíi h¹n x¸c ®Þnh tõ ®Þnh luËt Kay ®èi víi khÝ chua. Gi¸ trÞ çc th«ngsè gi¶ tíi h¹n sau khi hiÖu chØnh ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh ¸p suÊt rót gän Pr’ vµ nhiÖt ®é rót gän T r’ theo gi¶n ®å Katz.

HÖ mÐt: ε 556,0cc −′=′′ T T

556,0)1(c

ccc

××−+′

′′⋅′=′′

ε B B T

T P P

HÖ Anh: ε −′=′′ cc T T

ε ⋅−+′

′′⋅′=′′

)1(c

ccc

B B T

T P P

trong ®ã: Pc” vµ T c” lµ th«ng sè gi¶ tíi h¹n ® ®−îc hiÖu chØnh, tõ ®ã tÝnh®−îc Pr” = P / Pc” vµ T r” = T / T c” , vµ sÏ ®−îc dïng trong gi¶n ®å Katz ®Ó x¸c®Þnh z.

Pc’ vµ T c’ lµ çc th«ng sè gi¶ tíi h¹n ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®Þnh luËt Kay;




ε x¸c ®Þnh tõ gi¶n ®å trªn h×nh III.6;

B lµ phÇn mol H2S trong khÝ.

Cã thÓ x¸c ®Þnh ε theo gi¶n ®å trªn h×nh III.6 hoÆc theo biÓu thøc:

ε = 120⋅( A0,9 − A1,6 ) + 15⋅( B0,5 − B4) (III.7)

trong ®ã: ε tÝnh theo 0R b»ng 1,8 × K;

A lµ phÇn mol H2S vµ CO2 trong khÝ;

B lµ phÇn mol H2S trong khÝ.

Víi c¸c sè liÖu thµnh phÇn khÝ nh− ë vÝ dô III.1, tõ gi¶n ®å trªn h×nhIII.6 hoÆc tõ biÓu thøc (III.7) cã ε = 21.

H×nh III.6. Gi¶n ®å x¸c ®Þnh hÖ sè hiÖu chØnh ε

% H 2S

% C

O 2




TÝnh to¸n theo çc hÖ ®¬n vÞ quèc tÕ (hÖ mÐt) hoÆc hÖ ®¬n vÞ Anh:

HÖ mÐt: c T ′′ = 218 − 0,556 × 21 = 206,3 K

c P ′′ =0560218562014380218

3206235

,,,

,,

×××+

×= 4,92 MPa

HÖ Anh: c T ′′ = 392 − 21 = 371 0R

c P ′′ =218562014380392

371758

××+

×

,,= 713 psi

tõ ®ã: r P ′′ = 2,8 vµ r T ′′ = 331/206,3 = 1,6, do ®ã z = 0,83. ρ =

331008310830

90189413

××

×

,,

,,= 115 kg/m3.

VÝ dô III.3

§«i khi cÇn ph¶i tÝnh to¸n tû träng cña hçn hîp khÝ khi cã s½n rÊt Ýtth«ng tin. Ng−êi ta sö dông gi¶n ®å trªn h×nh III.7 biÓu diÔn çc tÝnh chÊtgi¶ tíi h¹n cña khÝ tù nhiªn ®Ó tÝnh to¸n gÇn ®óng.

Víi sè liÖu t−¬ng tù nh− vÝ dô III.1, nh−ng khèi l−îng ph©n tö cña hçnhîp MW = 18,90 (çc th«ng sè kh¸c kh«ng biÕt).

Tû träng t−¬ng ®èi cña hçn hîp khÝ ®ã (so víi kh«ng khÝ, γ kh«ng khÝ = 1):

0,6528,97

18,90 k ==γ

Tõ gi¶n ®å ta cã: T c’ = 208 K (375 0R)

Pc’ = 4,62 MPa (670 psi)

Tõ ®ã tÝnh çc ®¹i l−îng rót gän cña hçn hîp:

HÖ mÐt: 3,024,62

13,95

cr ==

′=′

P

P P

1,59208

331

cr ==′=′ T

T

T

HÖ Anh: 3,02670

2021

cr ==

′=′

P

P P

1,59375

595

cr ==

′=′

T

T T




H×nh III.7. Gi¶n ®å çc tÝnh chÊt gi¶ tíi h¹n cña khÝ tù nhiªn

Tõ gi¶n ®å trªn h×nh III.4 vµ III.5 x¸c ®Þnh ®−îc z = 0,825 vµ:

ρ =

3310083108250

90189413

××

×

,,

,,= 116 kg/m3

Nh÷ng ph−¬ng ph¸p kh¸c x¸c ®Þnh hÖ sè z

Cßn cã mét sè ph−¬ng ph¸p kh¸c ®Ó x¸c ®Þnh hÖ sè chÞu nÐn z. Nãichung ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh z tõ çc ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i ®−îc øng dôngkh¸ réng ri khi kh«ng cÇn ph¶i tÝnh to¸n thËt chÝnh x¸c. Çc ®¼ng thøc thùcnghiÖm ® ®−îc ph¸t triÓn ®Ó tÝnh hÖ sè chÞu nÐn z víi çc hçn hîp khÝ ®ÆcbiÖt hoÆc hçn hîp khÝ trong ph¹m vi hÑp, cho kÕt qu¶ kh¸ chÝnh x¸c nh−ng

P c'

psi

T c'OR

Tû träng t−¬ng ®èi, γ kh«ng khÝ = 1

T c'

K

P c'

MPa




H×nh III.8. Gi¶n ®å x¸c ®Þnh tû träng hydrocacbon lángë ¸p suÊt khÝ quyÓn trong v ïng nhiÖt ®é thÊp

B¶ng III.4. Gi¸ trÞ to¹ ®é vµ kho¶ng nhiÖt ®é ®Ó tÝnh tû träng cña c¸chydrocacbon láng ë ¸p suÊt khÝ quyÓn

C¸c to¹ ®é (h×nh III.8) Kho¶ng nhiÖt ®é, 0CHydrocacbon

x y H×nh III.8 H×nh III.9

n-Pentanizo -Pentann-Hexan

n-Heptann-Octan

n-Nonann-Decan

2,192,072,332,452,652,742,80

0,610,431,532,272,893,363,73

−90 ... 0−50 ... 10

−90 ... 0

−90 ... 0

−50 ... 0

−50 ... 0

−

−10 ... 30−10 ... 20

−10 ... 60

−10 ... 90

−10 ... 120

−10 ... 120

−10 ... 140

N h i Ö t ® é , 0 C

Metyl xyclohexan

Etan

Metan

Etylen

PropanPropylen

2-Metyl propann-Butan

2,2-Dimetyl propan Buten-1Pentan2-Metyl butan

Hecxen-1

n-Nonann-Octan

3-Etyl pentan2,2,4-Trimetyl pentan

n-Heptann-HexanPenten-1

T û t r ä n g , k g

/ m 3




70

H×nh III.10. Gi¶n ®å x¸c ®Þnh nhiÖt ®é tíi h¹n vµ gi¶ tíi h¹n

cña hçn hîp hydrocacbon cã 204 ρ ≤ 0,6

T û t r ä n g

N h i Ö t ® é s « i t r u

n g b × n h h o Æ c n h i Ö t ® é s « i t r u n g b × n h k h è i l − î n g ,

0 C20

4 ρ

TC hoÆc TC

,




71

H×nh III.11. Gi¶n ®å x¸c ®Þnh nhiÖt ®é tíi h¹n vµ gi¶ tíi h¹n

cña hçn hîp hydrocacbon cã 204 ρ ≥ 0,6

T û t r ä n g T

C

h o Æ c T C

N h i Ö t ® é s « i t r u n

g b × n h h o Æ c n h i Ö t ® é s « i t r u n g b × n h k h è i l − î n g ,

0 C20

4

ρ

,




Çc b−íc tÝnh to¸n nh− sau:

1) X¸c ®Þnh nhiÖt ®é s«i trung b×nh mol, víi x i phÇn mol cÊu tö i tronghçn hîp:

i

N

1iss imol x T T ∑

=

=

2) TÝnh nhiÖt ®é s«i trung b×nh khèi l−îng, víi x i’ phÇn khèi l−îng cÊutö i trong hçn hîp:

∑=

′=N

1iiss iklg

x T T

3) X¸c ®Þnh tû träng trung b×nh cña hçn hîp hydrocacbon:

∑= i204

204 i

x . ρ ρ

• víi n-alcan:820

3110,851320

4i ,n

,

+−= ρ

• víi n-alken:440

146510,851320

4i ,n

,

+−= ρ

trong ®ã n lµ sè nguyªn tö cacbon trong ph©n tö hydrocacbon.Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc tû träng trung b×nh cña hçn hîp hydrocacbon,

nÕu 204 ρ ≤ 0,6 th× nhiÖt ®é gi¶ tíi h¹n ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¶n ®å trªn h×nh

III.10, nÕu 204 ρ ≥ 0,6 th× nhiÖt ®é gi¶ tíi h¹n ®−îc x¸c ®Þnh theo gi¶n ®å trªn

h×nh III.11.

III.3. Th«ng sè acentric ω ωω ω

§Ó x¸c ®Þnh tÝnh chÊt cña çc chÊt cã sö dông th«ng sè hiÖu chØnh trªn

c¬ së lý thuyÕt tr¹ng th¸i t−¬ng hîp, ng−êi ta ® ®−a ra th«ng sè acentric ω

hiÖu chØnh sù sai lÖch do h×nh d¹ng ph©n tö kh«ng ph¶i lµ d¹ng h×nh cÇu:1lg r −−= P (III.10)

trong ®ã Pr lµ ¸p suÊt rót gän ë T r = 0,7 T c tøc lµ Pr = P* / Pc víi P* lµ ¸p suÊth¬i ë T = 0,7 T c.

Gi¸ trÞ ω ®èi víi çc cÊu tö riªng biÖt xem ë b¶ng II.3 cßn ω hçn hîp®−îc tÝnh theo ®Þnh luËt hçn hîp:




Th«ng sè Watson phô thuéc vµo thµnh phÇn çc cÊu tö.

− Víi dÇu th« parafin K w = 11,9 ... 12,2 , v× vËy trong thùc tÕ th−êng

dïng gi¸ trÞ 11,9 lµm tiªu chuÈn cho dÇu th« parafin.

− Çc parafin nhÑ th−êng cã K w > 12 (vÝ dô propan: 14,7; butan: 13,5).

− Çc chÊt th¬m cã K w < 11,5, nh− vËy hçn hîp hydrocacbon cã gi¸ trÞ

th«ng sè Watson K w < 11,9 phÇn lín lµ chÊt th¬m.

H×nh III.12 lµ gi¶n ®å m« t¶ quan hÖ gi÷a çc tÝnh chÊt cña hydrocacbonláng, ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn trong tÝnh to¸n thùc tÕ. Khi biÕt hai trongsè çc th«ng sè cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc çc th«ng sè kh¸c.

VÝ dô: DÇu th« 40oAPI cã K w= 11,9 sÏ cã:

Khèi l−îng ph©n tö : MW = 209

NhiÖt ®é s«i trung b×nh: T b = 2550C (4910F)

Tû träng t−¬ng ®èi so víi n−íc ë 150C (600F): 0,825; ρ H2O = 1000 kg/m3

(Tû träng chÊt láng γ tÝnh b»ng (g/cm3): 1 kg/m3 = 1000 γ ).

Tû träng dÇu th« ®«i khi cßn ®−îc x¸c ®Þnh b»ng oAPI, ®−îc ®Þnh nghÜanh− sau:

API131,5

141,5o +

=γ

5131141,5

APIo ,−=γ

(g/cm3)

Gi÷a tû träng t−¬ng ®èi vµ khèi l−îng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîpçc hydrocacbon láng kh«ng cã biÓu thøc t−¬ng quan chÝnh x¸c. Çc sè liÖuchi tiÕt ®Ó x©y dùng quan hÖ gi÷a hai ®¹i l−îng trªn còng kh«ng cã s½n. Çc®−êng cong trªn h×nh III.13 biÓu diÔn quan hÖ gÇn ®óng gi÷a tû träng t−¬ng®èi phô thuéc vµo khèi l−îng ph©n tö trung b×nh cña hçn hîp çc hydro-

cacbon ë tr¹ng th¸i láng.

§−êng cong phÝa trªn lµ cña hçn hîp hydrocacbon láng parafinic tõ bånchøa (dÇu th« parafinic) cã gi¸ trÞ th«ng sè Watson vµo kho¶ng 12. §−êngcong phÝa d−íi lµ cña khÝ tù nhiªn ho¸ láng LNG. Çc sè liÖu trªn çc ®−êngcong nµy phï hîp víi çc gi¸ trÞ t−¬ng øng trªn h×nh III.12.




75

H×nh III.12. Gi¶n ®å quan hÖ gi÷a c¸c ®¹i l−îng®Æc tr−ng cña hydrocacbon láng

T û t r ä n g ,

0 A P I

T r ä n g l − î n g r i ª

n g 6 0 0 F / 6 0 0 F

T û s è k h è i l − î n g c a c b o

n / h y d r o

T h « n s

è W a

t s o n K

K h è i l −

n

h © n t ö

0C

N h i Ö t ® é s « i

0F




Ch−¬ng IV

TÝnh chÊt cña hÖ hydrocacbon vμ n−íc

IV.1. Hμm Èm cña khÝ

KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh khai th¸c tõ çc má d−íi lßng ®Êt lu«nbo hoµ h¬i n−íc. Hµm l−îng h¬i n−íc cã trong hçn hîp khÝ phô thuéc vµo

¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn khÝ. T¹i mçi gi¸ trÞ ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cã thÓx¸c ®Þnh ®−îc hµm l−îng Èm tèi ®a cña khÝ. Hµm Èm t−¬ng øng víi tr¹ngth¸i khÝ bo hoµ h¬i n−íc ®−îc gäi lµ hµm Èm c©n b»ng hay cßn gäi lµ ®é Èmc©n b»ng.

§Ó biÓu diÔn hµm l−îng h¬i n−íc cã trong khÝ, ng−êi ta sö dông hai kh¸iniÖm: ®é Èm tuyÖt ®èi vµ ®é Èm t−¬ng ®èi. §é Èm tuyÖt ®èi lµ l−îng h¬i n−íccã trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hoÆc mét ®¬n vÞ khèi l−îng khÝ (®−îc biÓu diÔnb»ng g/m3 khÝ hoÆc g/kg khÝ). §é Èm t−¬ng ®èi lµ tû sè gi÷a khèi l−îng h¬in−íc cã trong khÝ vµ khèi l−îng h¬i n−íc tèi ®a cã thÓ cã trong khÝ ë ®iÒukiÖn bo hoµ (biÓu diÔn theo phÇn tr¨m hoÆc phÇn ®¬n vÞ). NÕu gi¶m nhiÖt

®é khÝ bo hoµ h¬i n−íc cßn ¸p suÊt kh«ng ®æi, th× mét phÇn h¬i n−íc bÞng−ng tô. NhiÖt ®é t¹i ®ã h¬i n−íc cã trong khÝ b¾t ®Çu ng−ng tô ®−îc gäi lµ®iÓm s−¬ng cña khÝ Èm t¹i ¸p suÊt ® cho.

Hµm Èm cña khÝ phô thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt ®é cña hÖ vµ thµnh phÇnhçn hîp khÝ. Cã nhiÒu ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm Èm cña khÝ, trong ®ã çcph−¬ng ph¸p sau phæ biÕn:

• Sö dông quan hÖ gi÷a ¸p suÊt riªng phÇn vµ thµnh phÇn láng h¬i.

• Sö dông çc ®−êng cong thùc nghiÖm phô thuéc cña hµm Èm vµo nhiÖt®é vµ ¸p suÊt.

• HiÖu chØnh çc ®−êng cong trªn khi cã mÆt cña H 2S, CO2, N2.

• Sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i P−V− T .

IV.2. Çc ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hμm Èm cña khÝ

IV.2.1. Sö dông quan hÖ gi÷a ¸p suÊt riªng phÇn vµ thµnh phÇn láng h¬i

Trong tr−êng hîp ¸p suÊt cña hÖ thÊp, tíi 400 kPa, hçn hîp khÝ cã thÓcoi lµ khÝ lý t−ëng, khi ®ã cã thÓ ¸p dông ®Þnh luËt Raoult ®èi víi n−íc:




P. yw = Ph . x w (IV.1)

trong ®ã: P lµ ¸p suÊt tuyÖt ®èi cña hÖ; yw lµ phÇn mol n−íc trong pha h¬i; Ph lµ ¸p suÊt h¬i cña n−íc t¹i nhiÖt ®é cña hÖ; x w lµ phÇn mol n−íctrong pha láng ( x = 1).

PhÇn mol n−íc trong pha láng x w cã thÓ lÊy b»ng 1, bëi v× pha lángkh«ng pha trén. Nh− vËy, khi biÕt ¸p suÊt cña hÖ vµ ¸p suÊt h¬i riªng phÇncña h¬i n−íc th× cã thÓ tÝnh ®−îc phÇn mol cña n−íc trong pha h¬i theo ®¼ngthøc (IV.1).

IV.2.2. Sö dông çc ®−êng cong thùc nghiÖm

Tõ ®Çu nh÷ng n¨m 1950, khÝ tù nhiªn sau khi lo¹i çc cÊu tö nÆng vµçc t¹p chÊt trë thµnh khÝ kh« ngät ®−îc ho¸ láng thµnh LNG. §èi víi khÝ tù nhiªn kh« ngät nµy, logarit cña hµm Èm (logW ) phô thuéc vµo P vµ T .

Trªn h×nh IV.1 m« t¶ sù phô thuéc cña logW vµo nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ngt¹i ¸p suÊt ® cho. Nång ®é tÝnh b»ng khèi l−îng trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝchtiªu chuÈn ®−îc tÝnh chuyÓn sang phÇn mol y theo c«ng thøc sau:

kg n−íc/106 m3 = yw 18 × 41.740= 751.320 yw

trong ®ã: 18 lµ khèi l−îng ph©n tö n−íc;41.740 lµ kmol khÝ / 10 6 m3 (ë 150C vµ 100 kPa).

X¸c ®Þnh hµm l−îng n−íc trong khÝ cã ý nghÜa rÊt quan träng trong tÝnhto¸n qu¸ tr×nh sÊy khÝ, tÝnh to¸n l−îng n−íc ng−ng tô trong ®−êng èng dÉnkhÝ v.v...

Gi¶ dô t¹i mét ®iÓm trªn ®−êng cong ë h×nh IV.1, x¸c ®Þnh ®−îc hµml−îng n−íc lµ 200 kg/106 m3. Còng trªn ®−êng cong ®ã dÞch xuèng phÝa d−íix¸c ®Þnh ®−îc mét ®iÓm øng víi hµm l−îng n−íc lµ 100 kg/10 6 m3, cã nghÜalµ l−îng n−íc d− ®ã nÕu kh«ng ®−îc lÊy ra th× sÏ cã 100 kg n−íc ng−ng tôtrªn ®−êng èng dÉn 106 m3 khÝ. L−îng n−íc nµy cã thÓ ë d¹ng hydrat, ng¨n

c¶n qu¸ tr×nh vËn chuyÓn khÝ trªn ®−êng èng, hoÆc g©y ¨n mßn ®−êng èng vµthiÕt bÞ. Qu¸ tr×nh dehydrat hay cßn gäi lµ qu¸ tr×nh sÊy khÝ sÏ lµm h¹n chÕ sù ng−ng tô h¬i n−íc cã trong khÝ.

H×nh IV.1 ®−îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh hµm Èm cho khÝ tù nhiªn kh« ngät,víi sai sè 6 ... 10%. Tuy nhiªn sù cã mÆt CO2 vµ H2S trong khÝ víi hµml−îng ®¸ng kÓ sÏ lµm cho kÕt qu¶ nhËn ®−îc cã sai sè lín h¬n. V× vËy, øngdông thùc tÕ chÊp nhËn ®−îc khi nång ®é CO2 vµ H2S nhá vµ ¸p suÊt thÊp.




H×nh IV.1b. Hµm l−îng Èm cña khÝ tù nhiªn kh« ngät

§iÓm s−¬ng, 0F

H µ m È m c ñ a k h Ý t ù n h i ª n n g ä t , l b / M M s c f ( 1 4 , 7 p s i v µ 5 9 0 F )




IV.2.3. Hµm Èm cña khÝ chua

Cã mét vµi ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hµm Èm cña khÝ cã chøa H 2S vµ CO2.Trong sè ®ã cã hai ph−¬ng ph¸p hiÖu chØnh víi hçn hîp khÝ cã hµm l−îngCO2 vµ H2S cao, kÕt qu¶ nhËn ®−îc cã ®é chÝnh x¸c t−¬ng ®èi cao phï hîpvíi thùc tÕ, ®−îc sö dông phæ biÕn.

a. Ph−¬ng ph¸p thø nhÊt coi hçn hîp khÝ bo hoµ h¬i n−íc, hµm Èm cñahçn hîp khÝ lµ tæng cña hµm Èm cña khÝ ngät, hµm Èm cña CO2 vµ hµm Èmcña H2S. Hµm Èm cña khÝ chua ®−îc tÝnh theo biÓu thøc sau:

W = y.W hc + y1.W 1 + y2.W 2 (IV.2)

trong ®ã: W lµ hµm Èm cña hçn hîp khÝ chua;

W hc lµ hµm Èm cña khÝ ngät x¸c ®Þnh tõ ®å thÞ IV.1a, b;

W 1 lµ hµm Èm cña CO2 x¸c ®Þnh tõ ®å thÞ IV.2;

W 2 lµ hµm Èm cña H2S x¸c ®Þnh tõ ®å thÞ IV.3;

y = 1 − y1 − y2. y1 lµ phÇn mol CO2;

y2 lµ phÇn mol H2S.

b. Ph−¬ng ph¸p thø hai coi hçn hîp khÝ lµ hçn hîp cña metan, CO2 vµH2S. Hµm Èm còng ®−îc tÝnh theo biÓu thøc (IV.2), trong ®ã hµm Èm cñaCO2 vµ H2S ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®å thÞ IV.4 vµ IV.5. BiÓu thøc (IV.2) ¸p dông ë ¸p suÊt cao vµ hµm l−îng H2S trªn 20%.

IV.2.4. Sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i x¸c ®Þnh hµm Èm cña khÝ chua

a. Ph−¬ng ph¸p sö dông ph−¬ng tr×nh tr¹ng th¸i SRK

§å thÞ trªn h×nh IV.6 ®−îc x©y dùng trªn c¬ së tÝnh to¸n theo ph−¬ngtr×nh tr¹ng th¸i Soave - Redlich - Kwong (SRK) ® nªu ë ch−¬ng II.

P =)(.5,0 b T

a

b

RT

+−

− vvv

(IV.3)

trong ®ã: a, b lµ h»ng sè t−¬ng quan ; v lµ thÓ tÝch mol.

Ph−¬ng ph¸p nµy thõa nhËn gi¶ thiÕt coi toµn bé hydrocacbon trong khÝ lµ metan vµ hµm Èm cña CO2 b»ng 75% hµm Èm cña H2S ë cïng ®iÒu kiÖn.V× vËy, ®Ó ®¬n gi¶n tÝnh to¸n, phÇn mol CO2 ®−îc ®æi thµnh phÇn mol H2S.Khi sö dông ®å thÞ phÇn tr¨m mol H2S sÏ lµ phÇn tr¨m mol CO2 nh©n víi0,75 céng víi phÇn tr¨m mol H2S thùc cña hçn hîp khÝ.




85

H×nh IV.5a. Hµm Èm cña H2S

H×nh IV.5b. Hµm Èm cña H2S

NhiÖt ®é, 0C

H µ m È m , k g H 2 O / 1 0 6 m

3 k

h Ý

H µ m È m ,

l b s H 2 O / M M s c f k h Ý

NhiÖt ®é, 0F




trong ®ã: 0w P lµ ¸p suÊt h¬i n−íc ë nhiÖt ®é T cña hçn hîp;

P lµ ¸p suÊt cña hÖ;0

w f lµ fugat cña h¬i n−íc ë 0OH2

P vµ T ;

f W lµ fugat cña h¬i n−íc ë P vµ T ;

0,0049 lµ h»ng sè thùc nghiÖm.

H×nh IV.7. H»ng sè k ë c¸c nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh¸c nhau cña hÖ

¸p suÊt, MPa¸p suÊt, MPa

¸p suÊt, psi

k




H×nh IV.8. Fugat cña n−íc ë c¸c nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh¸c nhau cña hçn hîp khÝ 8 9

¸p suÊt, MPa ¸p suÊt, psia

f w , p s i a

f w ,

M P a




LÇn l−ît tÝnh theo çc ph−¬ng ph¸p ® xÐt ë trªn:

1. Tõ ®å thÞ trªn h×nh IV.1 ta cã:

W = 97 lbm / MMscf

2. y1 = 0,0030; y2 = 0,1438

Tõ ®å thÞ h×nh IV.1 cã W hc = 97 lbm/MMscf

Tõ ®å thÞ h×nh IV.2 cã W 1 = 130


W = 0,8532 × 97 + 0,003 × 130 + 0,1438 × 230

= 116 lbm/MMscf

3. Tõ ®å thÞ h×nh IV.4 cã W 1 = 120


W = 0,8532 × 97 + 0,003 × 120 + 0,1438 × 150 = 105 lbm/MMscf

4. ChuyÓn ®æi t−¬ng ®−¬ng phÇn mol CO2 sang phÇn mol H2S:

0,3 × 0,75 + 14,38 = 14,6%

Tõ ®å thÞ h×nh IV.6 ta cã:

W = 350 × 0,31 = 109 lbm/MMscf

5. Tõ ®å thÞ h×nh IV.7 cã k = 0,0031

Tõ ®å thÞ h×nh IV.8 cã f w = 555

TÝnh çc ®¹i l−îng rót gän (®æi 1200F = 5800R):

1,27867

1100r ==′ P ; 1,33

436

580r ==′ T

Tõ ®å thÞ h×nh IV.9 cã f / P = 0,85, tõ ®ã:

f = 0,85 × 1100 = 935

y = 0,0031 × (555/935)0,79 = 0,00205

W = 0,00205 × 47448 = 97,3 lbm/MMscf

IV.3. ¶nh h−ëng cña Nit¬ vμ çc hydrocacbon nÆng§Õn Hμm Èm cña khÝ

Nit¬ gi÷ n−íc kÐm h¬n metan. ë ¸p suÊt 7,0 MPa, hµm Èm cña nit¬ nháh¬n hµm Èm cña metan 6 ... 9%. Chªnh lÖch ®ã sÏ t¨ng khi ¸p suÊt t¨ng.




Ng−îc l¹i, sù cã mÆt cña çc hydrocacbon nÆng l¹i lµm t¨ng hµm Èmcña khÝ vµ sù chªnh lÖch nµy còng phô thuéc vµo ¸p suÊt cña hÖ, ë ¸p suÊt

tiªu chuÈn sù chªnh lÖch nµy lµ nhá. ¶nh h−ëng cña nit¬ vµ çc hydrocacbonnÆng lµ nh− nhau trong nhiÒu hçn hîp khÝ.

IV.4. Hμm Èm c©n b»ng cña çc hydrat

H×nh IV.1 ë trªn biÓu diÔn çc ®−êng cong phô thuéc cña nhiÖt ®é ®iÓms−¬ng vµo hµm Èm ë çc ¸p suÊt kh¸c nhau cña hÖ dùa trªn c¬ së coi n−ícng−ng tô lµ pha láng. Tuy nhiªn, ë nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÖt ®é t¹o hydrat cña

khÝ, pha “ng−ng tô” kh«ng ph¶i lµ láng mµ lµ pha r¾n ®−îc gäi lµ hydrat.Tr¹ng th¸i chuyÓn tiÕp tõ láng thµnh hydrat gäi lµ tr¹ng th¸i láng ch−a æn®Þnh, “metastable”. §−êng hµm Èm c©n b»ng cña khÝ - hydrat sÏ n»m phÝad−íi ®−êng c©n b»ng khÝ - metastable. H×nh IV.10 biÓu diÔn hµm Èm cña hçnhîp khÝ chøa 94,69% CH4 vµ 5,31% C3H8. Sù h×nh thµnh hydrat phô thuécvµo nhiÒu yÕu tè: thµnh phÇn hçn hîp khÝ, sù cã mÆt cña çc chÊt t¹o mÇm,nhiÖt ®é, ¸p suÊt, møc ®é khuÊy trén... Hµm Èm cña khÝ phô thuéc rÊt nhiÒuvµo thµnh phÇn hçn hîp khÝ, çc sè liÖu ®−a ra trªn h×nh IV.10 kh«ng thÓngo¹i suy cho çc hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn kh¸c.

H×nh IV.10. Hµm Èm cña hçn hîp khÝ 5,31% C3 vµ 94,69% C1

Láng kh«ng æn ®Þnh

NhiÖt ®é, 0F

H µ m È m ,

l b m / M M s d f

Hydrat ho¸




Khi thiÕt kÕ s¬ ®å c«ng nghÖ sÊy khÝ, vÝ dô hÖ thèng thiÕt bÞ sÊy khÝ b»ng trietylen glycol, sÏ gÆp gi¸ trÞ ®iÓm s−¬ng v« cïng thÊp cña hçn hîpkhÝ sau khi sÊy, vµ nh− vËy cÇn ph¶i x¸c ®Þnh hµm Èm c©n b»ng cña khÝ nhê çc ®−êng hµm Èm c©n b»ng cña hçn hîp khÝ t−¬ng tù nh− trªn h×nh IV.10.NÕu sö dông ®−êng metastable sÏ −íc l−îng hµm Èm qu¸ thÊp t¹i gi¸ trÞ®iÓm s−¬ng t−¬ng øng, nh− vËy kÕt qu¶ thiÕt kÕ hÖ thèng sÊy khÝ kh«ng thùctÕ, kh«ng thÓ thùc hiÖn ®−îc.

IV.5. Sù t¹o thμnh hydrat

IV.5.1. CÊu tróc tinh thÓ hydrat

N−íc cã trong hçn hîp khÝ lu«n lu«n t¹o thµnh hydrat víi çc cÊu tö cãtrong thµnh phÇn hçn hîp khÝ. Çc hydrat nµy cã cÊu tróc tinh thÓ vµ vÒ b¶nchÊt lµ çc dung dÞch r¾n, cßn dung m«i lµ çc ph©n tö n−íc liªn kÕt víinhau b»ng liªn kÕt hydro. Çc ph©n tö hydrocacbon nhÑ (metan, etan, propanbutan) th©m nhËp vµo m¹ng l−íi nµy t¹o thµnh m¹ng tinh thÓ hydrat bÒnv÷ng. VÒ cÊu tróc çc tinh thÓ hydrat cã hai lo¹i « m¹ng c¬ së nh− m« t¶trªn h×nh IV.11.

Çc chÊm trßn chØ çc ph©n tö n−íc, çc ®o¹n th¼ng chØ liªn kÕthydro. B»ng ph−¬ng ph¸p nhiÔu x¹R¬nghen ® cho thÊy cÊu tróc tinh thÓhydrat cã d¹ng 12 mÆt, mçi mÆt lµh×nh 5 c¹nh. CÊu tróc nµy cã thÓ biÕn®æi thµnh çc d¹ng 14 mÆt (14-hedronnh− h×nh vÏ m« t¶ cÊu tróc I) vµ 16mÆt (16-hedron nh− h×nh vÏ m« t¶ cÊutróc II).

D¹ng cÊu tróc I (14-hedron) cãh»ng sè m¹ng lµ 12 Å, chøa 46 ph©n

tö n−íc s¾p xÕp h×nh thµnh 8 lç trèng,trong ®ã cã 2 lç trèng ë d¹ng 12 mÆt,6 lç trèng cßn l¹i cã d¹ng 14 mÆt. Çcph©n tö metan cã thÓ chui vµo bÊt kúlç trèng nµo, trong khi çc ph©n tö etan chØ cã thÓ chui vµo çc lç trènglín. Nh−ng còng cã mét vµi « m¹ng kh«ng bÞ çc ph©n tö hydrocacbon chuivµo chiÕm chç, do çc ph©n tö nµy cã ®Þnh h−íng kh«ng phï hîp. Çc

H×nh IV.11. ¤ m¹ng c¬ së cñatinh thÓ hydrat

16-hedron

14-hedron

12-hedron

CÊu tróc I

5 Ao

CÊu tróc II




IV.5.2. C©n b»ng qu¸ tr×nh t¹o hydrat

Trªn h×nh IV.12 lµ çc ®−êng cong ®Æc tr−ng cña qu¸ tr×nh t¹o hydratcña çc cÊu tö trong khÝ tù nhiªn, cho biÕt ®iÒu kiÖn h×nh thµnh hydrat: miÒn

phÝa d−íi vµ bªn ph¶i çc ®−êng nµy kh«ng t¹o thµnh çc hydrat. ë gi¸ trÞnhiÖt ®é nµo ®Êy ®−êng c©n b»ng trë thµnh th¼ng ®øng, gi¸ trÞ nhiÖt ®é ®ã®−îc gäi lµ nhiÖt ®é cùc ®¹i cña qu¸ tr×nh t¹o hydrat cña çc cÊu tö ®ã.

H×nh IV.13 m« t¶ çc ®Æc tÝnh cña hÖ propan-n−íc:

ë T 0 < 00C (320F): tån t¹i c¶ hai d¹ng n−íc ®¸ vµ hydrat ë phÝa trªn

®−êng cong c©n b»ng, cßn ë phÝa d−íi ®−êng cong chØ cã n−íc ®¸ vµ h¬i.

ë T 0 > 00C (320F): hydrat ë pha r¾n chØ cã bªn tr¸i ®−êng cong c©n b»ngt¹o hydrat. NhiÖt ®é t¹i ranh giíi gi÷a hai miÒn lµ nhiÖt ®é cùc ®¹i t¹o hydratcña cÊu tö tinh khiÕt (trong tr−êng hîp nµy lµ propan).

H×nh IV.12. §iÒu kiÖn t¹o hydrat cña çc cÊu tö trong khÝ tù nhiªn

0 5 10 15 20 25 30

30 40 50 60 70 80 90

7050

2010

7,05,0

3,0

2,0

1,00,70,5

0,3

0,2

0,1

10 000

5000

3000

2000

1000

700500

300

200

1007050

3020

10

¸ p s u Ê t , p s i

NhiÖt ®é, OC

NhiÖt ®é, OF

¸

s u Ê t , M P a

Metan

CO2

H2S

Etan

Propan

←1-Butan←n-Butan




Nh− vËy, ë nhiÖt ®é 100C (500F) tæng ∑ yi / K r-k = 0,954 vµ biÓu thøc

(IV.6) trªn ch−a tho¶ mn. TiÕp tôc tÝnh tæng ®ã t¹i nhiÖt ®é kh¸c. Trong vÝ

dô nµy kÕt qu¶ tÝnh cho thÊy nhiÖt ®é t¹o hydrat ë vµo kho¶ng 9,50C (490F).

IV.6.2. Ph−¬ng ph¸p Trekell - Campbell

Ph−¬ng ph¸p cña Katz ë trªn kh«ng tÝnh ®Õn ¶nh h−ëng cña çc hydro-

cacbon nÆng tõ C5 trë lªn.

Trong ph−¬ng ph¸p Trekell - Campbell, çc t¸c gi¶ coi metan lµ thµnh

phÇn chÝnh, sau ®ã hiÖu chØnh ¶nh h−ëng cña çc hydrocacbon tõ C 2 ®Õn C4 ë çc ¸p suÊt kh¸c nhau theo çc ®å thÞ thùc nghiÖm trªn çc h×nh IV.21a

®Õn IV.21g.

Trªn h×nh IV.22 lµ ¶nh h−ëng cña çc d¹ng kh«ng t¹o thµnh hydrat (tõ

C5H12 trë lªn), sù hiÖu chØnh chªnh lÖch nhiÖt ®é ¸p dông theo biÓu thøc sau:

%. y y

y100

151

5

CC

C

+

+

−−(IV.7)

Tû lÖ nµy cµng t¨ng th× ®iÒu kiÖn t¹o thµnh hydrat cña hçn hîp khÝ cµng

khã kh¨n h¬n, cã nghÜa lµ Δ T nhËn gi¸ trÞ ©m.Tr×nh tù tÝnh to¸n dù ®o¸n kh¶ n¨ng t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ nh− sau:

1. ë P = 6,9 MPa (h×nh IV.21a), x¸c ®Þnh nhiÖt ®é t¹o hydrat b»ng çch

céng ®¹i sè çc gi¸ trÞ chªnh lÖch nhiÖt ®é Δ T ®äc ®−îc trªn trôc hoµnh víi

nhiÖt ®é t¹o hydrat cña metan lµ 9,50C.

2. Sau ®ã hiÖu chØnh nhiÖt ®é nµy víi C 5+ (nÕu cã) theo ®å thÞ trªn h×nhIV.22, trªn trôc tung biÓu diÔn çc gi¸ trÞ phÇn mol cña C5+ , çc ch÷ sè trªnçc ®−êng cong t−¬ng øng víi çc gi¸ trÞ cña biÓu thøc (IV.7) ë trªn, trªn

trôc hoµnh sÏ cho gi¸ trÞ (−Δ T ) cÇn t×m.

3. TÝnh t−¬ng tù víi çc gi¸ trÞ ¸p suÊt kh¸c nhê çc ®å thÞ trªn çc h×nhIV.21b ®Õn IV.21g.

4. X©y dùng ®−êng cong t¹o thµnh hydrat cña hçn hîp khÝ ë çc nhiÖt®é vµ ¸p suÊt ® tÝnh to¸n.

Chó ý çc ®−êng cong trªn çc h×nh IV.21a ®Õn IV.21g lµ çc ®−êng

cong thùc nghiÖm nªn kh«ng thÓ ngo¹i suy cho çc tr−êng hîp kh¸c.




VÝ dô IV.4

TÝnh nhiÖt ®é t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn cho trong b¶ng

d−íi ®©y:

ΔΔΔΔT , 0CCÊu tö y 1 , %

6,9 MPa 13,8 MPa

CH4 88,36 9,5 15,36

C2H6 6,82 2,9 2,2C3H8 2,54 4,6 3,2

i -C 4H10 0,38 1,3 0,8

n-C 4H10 0,89 0,2 0

C5+ 1,01 −1,2 −0,08

ΣΣΣΣ 100,00 17,3 21,48

Víi gi¸ trÞ cña biÓu thøc (IV.7):

% y y

y

100151

5C

CC ⋅−−+

+

= 9,5%

Nh− vËy nhiÖt ®é t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn trªn ë ¸p

suÊt 6,9 MPa lµ 17,30C ; ë ¸p suÊt 13,8 MPa lµ 21,480C. TÝnh to¸n t−¬ng tù

víi c¸c ¸p suÊt kh¸c sÏ nhËn ®−îc ®−êng c©n b»ng t¹o hydrat cña hçn hîp

khÝ ® cho.




H×nh IV.15. Gi¸ trÞ K r-k cña etan H×nh IV.16. Gi¸ trÞ K r-k cña propan0C

0F

1 0 1

NhiÖt ®é, 0F

NhiÖt ®é, 0C




H×nh IV.19. Gi¸ trÞ KV−S cña CO2

H×nh IV.20. Gi¸ trÞ KV−S cña H2S

NhiÖt ®é, oC

NhiÖt ®é, oF

K r- k

NhiÖt ®é, oC

NhiÖt ®é, oF

K r- k




104

H×nh IV.21a. §iÒu kiÖn t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ ë ¸p suÊt 6,9 MPa (1000 psi)

§é chªnh lÖch nhiÖt ®é ΔT , 0C

P h Ç

n t r ¨ m m o l h y d r o c a c b o n

§é chªnh lÖch nhi Öt ®é ΔT , 0F

NhiÖt ®é t¹o hydrat metan: 9,50C (49,10F)




105

H×nh IV.21b. §iÒu kiÖn t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ ë ¸p suÊt 13,8 MPa (2000 psi)

§é chªnh lÖc h nhiÖt ®é ΔT , 0C

P

h Ç n t r ¨ m m o l h y d r o c a c b o n






106

H×nh IV.21c. §iÒu kiÖn t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ ë ¸p suÊt 20,7 MPa (3000 psi)

P h Ç n

t r ¨ m m o l h y d r o c a c b o n


§é chªnh lÖch nhiÖt ®é ΔT , 0F

§é chªnh lÖch nhiÖt ®é ΔT , 0C




107

H×nh IV.21d. §iÒu kiÖn t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ ë ¸p suÊt 27,6 MPa (4000 psi)

§é chªnh lÖc h nhiÖt ®é ΔT , 0F


P h Ç n

t r ¨ m m o l h y d r o c a c b o n

§é chªnh lÖch nhiÖt ®é ΔT , 0F




109

H×nh IV.21g. §iÒu kiÖn t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ ë ¸p suÊt 41,4 MPa (6000 psi)


P h Ç n t r ¨ m m o l h y d r o c a c b o n

§é chªnh lÖc h nhiÖt ®é ΔT , 0C





H×nh IV.22. HiÖu chØnh cho c¸c cÊu tö kh«ng t¹o hydrat

P h Ç n t r ¨ m m o l C 5 +

§é chªnh lÖc h n hiÖ t ®é −ΔT , 0F6,9 MPa (1000 psi)

§é chª nh lÖc h n hiÖt ®é −ΔT , 0C

P h Ç n t r ¨ m m o l C 5 +

§é chª nh lÖc h n hiÖ t ® é −ΔT , 0F13,8 ... 41,4 MPa (2000 ... 6000 psi)

§é chª nh lÖc h n hiÖ t ® é −ΔT , 0C1 1 0




Ch−¬ng V

chuÈn bÞ khÝ ®Ó chÕ biÕn

KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh lµ nh÷ng nguyªn liÖu rÊt cã gi¸ trÞ ®Ó s¶nxuÊt nhiªn liÖu vµ nguyªn liÖu cho tæng hîp ho¸ dÇu. Çc s¶n phÈm chÝnhcña qu¸ tr×nh chÕ biÕn çc khÝ ®ã lµ: x¨ng khÝ, khÝ ho¸ láng vµ çc khÝ kh«,

çc hydrocacbon: propan, izo-butan, n-butan, pentan. ChÕ biÕn khÝ tù nhiªnvµ khÝ ®ång hµnh ®−îc thùc hiÖn ë çc nhµ m¸y ®Æt ngay t¹i xÝ nghiÖp khaith¸c, chÕ biÕn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh.

T¹i çc giµn khoan, dÇu má tõ çc giÕng khoan ®−îc chuyÓn ®Õn çcgiµn ¸p suÊt cao, trung b×nh vµ thÊp. T¹i ®ã cã sù thay ®æi ¸p suÊt, khÝ hoµtan tho¸t ra khái dÇu má vµ ®−îc dÉn ®Õn nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ. DÇu má®−îc chuyÓn ®Õn thïng chøa, t¹i ®ã l¾ng t¸ch n−íc khái dÇu, sau ®ã ®−asang æn ®Þnh tøc lµ t¸ch çc cÊu tö nhÑ: etan, propan, butan vµ mét phÇnpentan. DÇu ® æn ®Þnh ®−îc dÉn ®Õn nhµ m¸y chÕ biÕn dÇu, cßn khÝ t¸ch ratõ c«ng ®o¹n æn ®Þnh còng ®−îc dïng lµm nguyªn liÖu cho çc nhµ m¸y chÕ

biÕn khÝ.KhÝ sau khi khai th¸c ngoµi çc cÊu tö chÝnh lµ çc hydrocacbon parafin

cßn chøa çc t¹p chÊt nh−: bôi, h¬i n−íc, khÝ tr¬, CO 2, H2S vµ çc hîp chÊth÷u c¬ cña S. Tr−íc khi ®−a vµo chÕ biÕn, khÝ cÇn ph¶i qua c«ng ®o¹n chuÈnbÞ, t¹i ®ã tiÕn hµnh lo¹i bá çc t¹p chÊt kÓ trªn b»ng çc qu¸ tr×nh t¸ch bôi,t¸ch h¬i n−íc vµ çc khÝ axit.

V.1. Lμm s¹ch khÝ khái çc t¹p chÊt c¬ häc

Lµm s¹ch khÝ tù nhiªn khái çc t¹p chÊt c¬ häc ®−îc thùc hiÖn chñ yÕunhê çc thiÕt bÞ c¬ häc. Ng−êi ta ph©n biÖt thµnh hai nhãm çc ph−¬ng ph¸p

lµm s¹ch: kh« vµ −ít. §Ó lµm s¹ch kh« ng−êi ta sö dông çc thiÕt bÞ t¸ch bôi:xyclon, l¾ng bôi vµ läc ®iÖn. Ho¹t ®éng cña xyclon dùa vµo nguyªn lý sö dông lùc ly t©m, xuÊt hiÖn khi dßng khÝ cã chøa bôi ®−îc thæi víi tèc ®é caotheo ph−¬ng tiÕp tuyÕn víi thµnh thiÕt bÞ vµ sau ®ã theo ®−êng xo¸y tr«n èc(h×nh V.1). Bôi v¨ng ra khái dßng khÝ do lùc ly t©m r¬i xuèng thïng chøa,cßn dßng khÝ ® s¹ch bôi ®−îc dÉn ra theo èng dÉn ë t©m xyclon.




Khi quay c¸c h¹t bôi chÞu t¸c dông cña lùc ly t©m:

Rg

r f

×=

20

3

3

4 ρω π

(V.1)

trong ®ã: r lµ b¸n kÝnh h¹t bôi, m;

ρ lµ tû träng h¹t, kg/m3; ω 0 lµ tèc

®é quay cña khÝ trong xyclon, m/s;

g lµ gia tèc träng tr−êng, m/s2; R lµ

b¸n kÝnh xyclon.

Tõ c«ng thøc (V.1) thÊy r»ng,lùc ly t©m cµng lín khi b¸n kÝnh

xyclon R cµng nhá. Khi cÇn lµm

s¹ch l−îng khÝ lín ng−êi ta ®Æt métchïm xyclon tõ 4 ®Õn 8 èng. Trongthùc tÕ ng−êi ta sö dông nh÷ng cômxyclon cã tõ hµng chôc tíi hµngtr¨m èng xyclon ghÐp víi nhauthµnh tæ hîp.

Møc ®é lµm s¹ch khÝ ®−îc ®¸nh gi¸ theo hÖ sè lµm s¹ch γ , lµ tû sè gi÷a

khèi l−îng bôi bÞ gi÷ l¹i trong thiÕt bÞ víi l−îng bôi ®i vµo thiÕt bÞ trong mét®¬n vÞ thêi gian (tÝnh theo %):

1001000

20

0

1 ×−

=×= G

G G

G

G γ (V.2)

G 1 lµ l−îng bôi bÞ gi÷ l¹i trong thiÕt bÞ; G 0 lµ l−îng bôi ®i vµo thiÕt bÞ;

G 2 lµ l−îng bôi ®i ra khái thiÕt bÞ.

HÖ sè lµm s¹ch phô thuéc vµo kÝch th−íc h¹t bôi vµ ®−êng kÝnh xyclon.Nguyªn lý lµm viÖc cña thiÕt bÞ dùa trªn c¬ së thay ®æi tèc ®é chuyÓn ®éngcña dßng khÝ do sù thay ®æi ®ét ngét cña ®−êng kÝnh xyclon, c¸c h¹t bôid−íi t¸c dông cña träng lùc r¬i xuèng ®¸y thïng chøa bôi.

Tèc ®é l¾ng bôi cã thÓ biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh Stockes:

g )(d

×⋅

−=

η

γ γ ω

1821

2

(V.3)

H×nh V.1. S¬ ®å xyclon1. Thïng xyclon; 2. Thïng chøa bôi;3. Van th¸o bôi; I. KhÝ vµo cã chøa bôi;

II. KhÝ s¹ch ®i ra.

I

II

I

1

2

3




trong ®ã: ω lµ tèc ®é l¾ng çc h¹t bôi, cm/s;d lµ ®−êng kÝnh h¹t bôi, cm;

γ 1 lµ khèi l−îng riªng cña bôi, g/cm3;

γ 2 lµ khèi l−îng riªng cña khÝ, g/cm3;g lµ gia tèc träng tr−êng, cm/s2;

η lµ ®é nhít ®éng lùc cña khÝ, g/cm.s.

Khi t¨ng ¸p suÊt trong thiÕt bÞ l¾ng bôi, tû träng vµ ®é nhít ®éng häctrong khÝ t¨ng lªn vµ do ®ã lµm gi¶m tèc ®é l¾ng çc h¹t bôi. Víi sù t¨ng

nhiÖt ®é, tû träng khÝ gi¶m vµ ®é nhít ®éng häc cña khÝ t¨ng lªn. Nh−ng sù thay ®æi cña ®é nhít ¶nh h−ëng Ýt h¬n sù thay ®æi cña tû träng khÝ, do ®ã tèc®é l¾ng bôi t¨ng lªn. Nh− vËy, ®iÒu kiÖn tèi −u ®Ó l¾ng çc h¹t bôi trongthiÕt bÞ xyclon lµ gi¶m ¸p suÊt vµ t¨ng nhiÖt ®é.

ViÖc lµm s¹ch bôi trong khÝ ®−îc thùc hiÖn cã hiÖu qu¶ h¬n nhê thiÕt bÞläc ®iÖn. Nguyªn lý lµm viÖc cña nã dùa trªn c¬ së qu¸ tr×nh ion ho¸ khÝ, tøclµ ph©n ly çc ph©n tö khÝ thµnh çc ion tÝch ®iÖn ©m vµ d−¬ng chuyÓn ®éngtíi çc ®iÖn cùc tr¸i dÊu. Khi t¨ng hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a çc ®iÖn cùc ®Õn vµingµn v«n th× ®éng n¨ng cña çc ion vµ ®iÖn tö t¨ng lªn ®ñ lín ®Ó cho khi vach¹m víi çc ph©n tö khÝ sÏ ph©n ly çc ph©n tö thµnh ion vµ nh− vËy khÝ bÞ

ion ho¸ hoµn toµn. Khi ®ã quan s¸t ®−îc sù ph¸t s¸ng yÕu cña khÝ quanh d©ydÉn nh− “v−¬ng miÖn”. Çc ion tõ ®iÖn cùc “v−¬ng miÖn” chuyÓn ®éng tíi®iÖn cùc kh¸c, th−êng lµ cùc d−¬ng vµ b¸m vµo ®ã. Khi chuyÓn ®éng trongkhÝ cã bôi, çc ion ©m lµm cho bôi nhiÔm ®iÖn vµ kÐo theo c¶ bôi tíi ®iÖncùc kÕt tña (®iÖn cùc d−¬ng). Çc h¹t bôi phãng ®iÖn t¹i ®iÖn cùc nµy vµ r¬ixuèng do träng l−îng cña nã hoÆc bÞ bay ra khi cã rung ®éng. ThiÕt bÞ läc®iÖn chØ lµm viÖc víi dßng ®iÖn mét chiÒu, ®iÖn thÕ cao 40 ... 75 kV. §Ó t¨ngkh¶ n¨ng dÉn ®iÖn cña bôi vµ do ®ã lµm cho bôi l¾ng tèt h¬n, ng−êi ta lµmÈm khÝ. Cã hai lo¹i thiÕt bÞ läc ®iÖn: lo¹i èng vµ lo¹i b¶n. Çc thiÕt bÞ läc®iÖn cã møc ®é lµm s¹ch khÝ cao, tõ 90 ®Õn 98%.

§èi víi nh÷ng khÝ Èm cã chøa nhiÒu dÇu má nguyªn khai, ng−êi ta dïngthiÕt bÞ läc scrubber, xyclon Èm, m¸y röa quay,... Tèc ®é dßng khÝ cã thÓ ®¹ttõ 0,5 ®Õn 1,5 m/sec. Nh÷ng thiÕt bÞ läc khÝ kiÓu nµy cã ®é lµm s¹ch khÝ tõ 80 ®Õn 90%. Trong qu¸ tr×nh thiÕt bÞ lµm viÖc t¹o thµnh mét thÓ tÝch bät kh¸lín, do ®ã nh÷ng thiÕt bÞ lo¹i nµy cßn cã tªn lµ thiÕt bÞ bät. Çc thiÕt bÞ bät

lo¹i ®−îc 98 ... 99% bôi cã ®−êng kÝnh lín h¬n 5 μm vµ 75 ... 80% bôi cã

®−êng kÝnh nhá h¬n 5 μm. S¬ ®å thiÕt bÞ bät xem ë h×nh V.2.




H×nh V.2. S¬ ®å thiÕt bÞ bät

1. Vá thiÕt bÞ;2. L−íi ph©n phèi;3. Thïng chøa;4. PhÔu thu khÝ;5. PhÔu rãt láng;I. KhÝ cã chøa bôi;II. KhÝ s¹ch ®i ra;III. DÇu s¹ch;IV. DÇu cã chøa bôi.

V.2. Çc ph−¬ng ph¸p h¹n chÕ sù t¹o thμnh hydrattrong qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ

Sù cã mÆt cña n−íc trong khÝ cã thÓ t¹o çc hydrat, c¶n trë qu¸ tr×nh vËnhµnh cña çc thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ (nh− b¬m, qu¹t, m¸ynÐn...). §Ó h¹n chÕ t¸c h¹i cña hiÖn t−îng nµy, khÝ cÇn ®−îc dehydrat b»ngçch sÊy khÝ hoÆc trén thªm vµo khÝ t¸c nh©n øc chÕ qu¸ tr×nh t¹o hydrat.

V.2.1. Qu¸ tr×nh sÊy khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô

Môc ®Ých cña qu¸ tr×nh sÊy khÝ lµ lµm gi¶m hµm l−îng n−íc cã trongkhÝ sao cho ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc nhá h¬n ¸p suÊt h¬i bo hoµ cñahydrat.

Trong c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ, cã rÊt nhiÒu ph−¬ng ph¸p lµm gi¶m hµml−îng Èm cã trong khÝ ®−îc sö dông. Ph−¬ng ph¸p ®¬n gi¶n nhÊt lµ lµm l¹nhkhÝ Èm ®Õn nhiÖt ®é d−íi nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cña hçn hîp khÝ. H¬i n−íc sÏbÞ ng−ng tô vµ t¸ch khái khÝ d−íi d¹ng nh÷ng h¹t s−¬ng. Nh−ng trong ®a sè tr−êng hîp nÕu chØ lµm l¹nh sÏ kh«ng ®ñ vµ khã ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh. HiÖnnay çc ph−¬ng ph¸p hÊp thô vµ hÊp phô ®−îc sö dông rÊt phæ biÕn.

Çc chÊt hÊp thô dïng ®Ó sÊy khÝ ph¶i ®¸p øng nh÷ng yªu cÇu sau:

• Cã kh¶ n¨ng hÊp thô h¬i n−íc trong kho¶ng réng nång ®é, ¸p suÊt,nhiÖt ®é.

• Cã ¸p suÊt h¬i bo hoµ thÊp ®Ó mÊt m¸t trong qu¸ t r×nh lµ Ýt nhÊt.

• NhiÖt ®é s«i kh¸c nhiÖt ®é s«i cña n−íc ®Ó cã thÓ dÔ dµng t¸ch n−íc(dÔ dµng nh¶ hÊp thô ®Ó t¸i sinh chÊt hÊp thô).

• §é nhít thÊp ®¶m b¶o tiÕp xóc tèt víi hçn hîp khÝ trong thiÕt bÞ hÊp

3

2

1

4 II

5

IV

III

II




thô, thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt,...

• Cã ®é chän läc cao ®èi víi çc cÊu tö cã mÆt trong khÝ, nghÜa lµ cãkh¶ n¨ng hÊp thô h¬i n−íc cao, ®ång thêi kh¶ n¨ng hoµ tan thÊp çchydrocacbon trong khÝ.

• TÝnh ¨n mßn kÐm.

• Kh¶ n¨ng t¹o bät kÐm khi tiÕp xóc víi dßng khÝ.

• Cã ®é bÒn nhiÖt vµ bÒn oxy ho¸ cao.

• Kh«ng ®éc h¹i cho ng−êi lµm viÖc, kh«ng g©y « nhiÔm m«i tr−êng.

• Gi¸ thµnh rÎ.

Nh÷ng chÊt hÊp thô tho¶ mn çc yªu cÇu trªn ®−îc sö dông phæ biÕn lµglyxerin, çc glycol nh− etylen glycol (EG), dietylen glycol (DEG), trietylenglycol (TEG), propylen glycol (PG)... Glyxerin ® ®−îc sö dông tõ n¨m1929. Etylen glycol ®−îc sö dông trong c«ng nghiÖp ®Çu tiªn vµo n¨m 1936.Mét sè tÝnh chÊt ho¸ lý quan träng cña çc glycol xem ë b¶ng V.1.

B¶ng V.1. Mét sè tÝnh chÊt ho¸ lý quan träng cña çc glycol

Çc ®¹i l−îng ho¸ lý EG DEG TEG PG

Khèi l−îng ph©n tö 62,07 106,12 150,18 76,09

Tû träng t−¬ng ®èi 2020 ρ 1,116 1,118 1,125 1,034

NhiÖt ®é s«i ë 760 mmHg, 0C 197,3 244,8 278,3 188,2

NhiÖt ®é nãng ch¶y, 0C −13 −8 −7,2 −60

NhiÖt ®é b¾t ®Çu ph©n huû, 0C − 164 206 −

NhiÖt ®é t¸i sinh, 0C 165 164 206 −

§é nhí t ë 200C, cP 20,9 35,7 47,8 56,0

NhiÖt dung riªng, kJ/kg.K 2,35 2,09 2,20 2,47

Ph−¬ng ph¸p hÊp thô ®Ó sÊy khÝ ®−îc sö dông réng ri h¬n c¶ v× s¬ ®åthiÕt bÞ ®¬n gi¶n, dÔ tÝnh to¸n thiÕt kÕ, dÔ vËn hµnh, qu¸ tr×nh liªn tôc nªn cãthÓ tù ®éng ho¸, gi¸ thµnh thiÕt bÞ thÊp, Ýt tiªu hao t¸c nh©n sÊy khÝ, çc chÊthÊp thô dÔ chÕ t¹o. Çc r−îu hai chøc nµy hoµ tan hoµn toµn trong n−íc víibÊt kú tû lÖ nµo, çc dung dÞch nµy kh«ng ¨n mßn, cho phÐp dïng kim lo¹irÎ tiÒn ®Ó chÕ t¹o thiÕt bÞ. Mét tÝnh chÊt quan träng cña çc glycol lµ kh¶n¨ng lµm gi¶m nhiÖt ®é ®«ng ®Æc cña dung dÞch n−íc. Trªn h×nh V.3 lµ çc




®−êng cong nhiÖt ®é ®«ng ®Æc cña çc dung dÞch glycol cã nång ®é kh¸cnhau. TÝnh chÊt nµy cho phÐp cã thÓ dïng dung dÞch n−íc cña çc glycol lµmchÊt hÊp thô n−íc ë nhiÖt ®é ©m.

So víi DEG vµ TEG, dungdÞch EG cã nhiÖt ®é ®«ng ®ÆcthÊp, kh¶ n¨ng ng¨n ngõa sù t¹ohydrat cao nhÊt, ®é nhít thÊpnh−ng ®é hoµ tan cña çc hydro-cacbon trong EG cao h¬n, ¸p

suÊt h¬i cao h¬n do ®ã kh¶ n¨ngmÊt m¸t trong qu¸ tr×nh lµm viÖclín, v× vËy EG Ýt ®−îc sö dông.

DEG so víi TEG vµ PG cã−u ®iÓm lµ ®é hoµ tan hydro-cacbon thÊp, kh¶ n¨ng t¹o bät

kÐm. ë ¸p suÊt cao ng−êi ta haydïng DEG v× cã ®é chän läccao. §é hoµ tan cña khÝ tù nhiªntrong TEG cao h¬n 25 ®Õn 30%

so víi DEG. TEG cã ¸p suÊt h¬ithÊp h¬n DEG nªn mÊt m¸t trongqu¸ tr×nh lµm viÖc Ýt h¬n. PG cãhai ®ång ph©n 1,2-propylen glycolvµ 1,3-propylen glycol. §ång ph©n 1,2-propylen dïng lµm chÊt hÊp thô sÊykhÝ tèt h¬n ®ång ph©n 1,3-propylen glycol. Gi¸ thµnh 1,2-propylen glycol rÎ

h¬n DEG vµ TEG, nhiÖt ®é ®«ng ®Æc rÊt thÊp (−600C), cho phÐp sö dông t¹içc vïng gi¸ l¹nh. Trong qu¸ tr×nh sÊy khÝ, mÊt m¸t glycol kho¶ng 0,25 ...0,75 lÝt trªn 1000 lÝt chÊt láng ng−ng tô, do sù hoµ tan cña glycol trong phang−ng tô phô thuéc vµo thµnh phÇn khÝ ®−a vµo sÊy.

Trªn h×nh V.4 biÓu diÔn sù phô thuéc nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cña khÝ vµonång ®é dung dÞch DEG, TEG vµ nhiÖt ®é tiÕp xóc. Tõ çc gi¶n ®å thÊy r»ngdung dÞch DEG nång ®é 95% khi tiÕp xóc víi khÝ ë nhiÖt ®é 200C cã kh¶

n¨ng gi¶m nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cña khÝ tíi −50C, cßn dung dÞch 98% ë cïng

nhiÖt ®é cã kh¶ n¨ng gi¶m ®iÓm s−¬ng tíi −130C. Nh− vËy, nång ®é dungdÞch glycol cµng cao, møc ®é sÊy khÝ cµng cao, tøc lµ khÝ sau khi sÊy cã®iÓm s−¬ng cµng thÊp.

H×nh V.3. NhiÖt ®é ®«ng ®Æc cña çcdung dÞch glycol cã nång ®é kh¸c nhau

Nång ®é dung dÞch, % khèi l−îng

N h i Ö t ® é ,

0 C




H×nh V.4. Sù phô thuéc nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cña hçn hîp khÝ vµo nhiÖt ®é

tiÕp xóc víi c¸c dung dÞch DEG (a) vµ TEG (b) cã nång ®é kh¸c nhau

§é h¹ ®iÓm s−¬ng Δ T cho biÕt møc ®é sÊy khÝ cña chÊt hÊp thô. Trªn h×nhV.5 lµ ®å thÞ m« t¶ ®é h¹ ®iÓm s−¬ngphô thuéc vµo nång ®é dung dÞchDEG vµ nhiÖt ®é tiÕp xóc cña dungdÞch víi khÝ Èm. Nhê ®å thÞ nµy cãthÓ x¸c ®Þnh ®−îc ®é h¹ ®iÓm s−¬ng

Δ T khi biÕt nång ®é dung dÞch DEGvµ nhiÖt ®é tiÕp xóc. VÝ dô víi

dung dÞch DEG cã nång ®é 98%,nhiÖt ®é tiÕp xóc lµ 270C, cã kh¶n¨ng h¹ ®iÓm s−¬ng cña hçn hîp

khÝ xuèng Δ T = 160C, nghÜa lµ nÕuhçn hîp khÝ Èm ban ®Çu cã nhiÖt®é ®iÓm s−¬ng lµ 60C th× sau khi

sÊy sÏ cã ®iÓm s−¬ng lµ −100C.

−29 −10 0 10 30 50

NhiÖt ®é tiÕp xóc, 0C

N h i Ö t ® é ® i Ó m s − ¬ n g ,

0 C

60

40

20

0

−20

−40

−60

05060

7080

90

95

98

99

99,5

99,799,85

99,96

9596

97

98

99

99,5

99,7

99,8

99,999,9599,97

9040

30

20

10

0

−10

−20

−30

−40

−50

−60

0 10 20 30 40 50 60 70 80

NhiÖt ®é tiÕp xóc 0C

N h i Ö t ® é ® i Ó m s − ¬ n g 0 C

a) b)

H×nh V.5. Sù phô thuéc ®é h¹ ®iÓm s−¬ngcña khÝ vµo nhiÖt ®é tiÕp xóc víi dung dÞch

DEG cã nång ®é kh¸c nhau

40

30

20

10

99,5

99

98

95 § é h ¹ ®

i Ó m s − ¬ n g Δ T ,

0 C

10 20 30 40 50

NhiÖt ®é tiÕp xóc, 0C




§é h¹ nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ngcßn phô thuéc vµo l−u l−îng t−íidung dÞch glycol. §å thÞ trªnh×nh V.6 m« t¶ ¶nh h−ëng cñal−u l−îng t−íi dung dÞch TEGvíi çc nång ®é kh¸c nhau ®Õn®é h¹ nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cñakhÝ ®−a vµo sÊy. Tõ ®å thÞ thÊyr»ng, khi gi¶m nång ®é TEG

(tøc lµ l−îng n−íc trong th¸phÊp thô t¨ng lªn) ¶nh h−ëng cñal−u l−îng n−íc t−íi dung dÞch chÊt hÊp thô ®Õn Δ T gi¶m ®i. Trong thùc tÕ th−êng sö dông mËt ®é t−íi 10 .. . 35 lÝt TEG cho 1 kg h¬i Èm t¸ch khái khÝ.

Trªn h×nh V.7 lµ ®å thÞ ¸p suÊt h¬i bo hoµ cña dung dÞch n−íc DEG vµTEG cã nång ®é kh¸c nhau. Nhê çc ®å thÞ nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc nhiÖt

®é s«i cña dung dÞch glycol ë çc ¸p suÊt kh¸c nhau. ë ¸p suÊt 760 mmHg,nhiÖt ®é s«i cña dung dÞch 98% DEG lµ 1820C, ë ¸p suÊt 300 mmHg nhiÖt ®é

s«i cña dung dÞch ®ã lµ 1460C. nhiÖt ®é b¾t ®Çu ph©n huû cña DEG lµ 1640C.V× vËy ®Ó t¸i sinh DEG cÇn ph¶i thùc hiÖn ë ¸p suÊt thÊp d−íi ¸p suÊt khÝ quyÓn (th¸p nh¶ hÊp thô cÇn lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn ch©n kh«ng). Trong khi ®ãTEG b¾t ®Çu ph©n huû ë 2060C, v× vËy cã thÓ t¸i sinh TEG ë nhiÖt ®é caoh¬n nhiÖt ®é t¸i sinh ®èi víi DEG vµ kh«ng cÇn ch©n kh«ng.

H×nh V.7. §å thÞ phô thuéc ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña dung dÞch DEG vµ TEG vµo nhiÖt ®é

H×nh V.6. Sù phô thuéc ®é h¹ ®iÓm s−¬ngcña khÝ vµo mËt ®é t−íi dung dÞch TEG

75

¸ p s u Ê t h ¬ i b · o h o µ c ñ a D E G , m m H g

NhiÖt ®é, 0C-20-10 0 20 40 60 80 110 150 210

1000600

200

10060

20

106

21

0.6

0,20.1

10099

95

9885

90

NhiÖt ®é, 0C-20-10 0 20 40 60 80 110 150 210

1000600

200

10060

20

106

21

0.6

0,20.1

¸ p s u Ê t h ¬ i b · o h o µ c ñ a T E G , m m H g

75

85 95

98

100

§ é h ¹ ® i Ó m s − ¬ n g ,

0 C50

MËt ®é t−íi, lÝt/kg n−íc4525 65 85

40

99,5% kl TEG

99

98

30

96




§é nhít cña dung dÞch glycol trong n−íc t¨ng lªn víi sù t¨ng nång ®évµ ®é nhít cña dung dÞch gi¶m ®i khi t¨ng nhiÖt ®é. Trong thùc tÕ cã tr−ênghîp cÇn sÊy khÝ ë nhiÖt ®é thÊp, khi ®ã dung dÞch DEG hoÆc TEG trong n−íccã ®é nhít rÊt cao, chóng trë lªn qu¸nh l¹i lµm gi¶m kh¶ n¨ng tiÕp xóc vµtrao ®æi gi÷a dung dÞch glycol vµ khÝ Èm. Cßn khi nhiÖt ®é ë vµo kho¶ng

−8 ... −70C th× DEG vµ TEG trë thµnh chÊt r¾n. V× vËy, ®Ó gi¶m ®é nhít cñadung dÞch glycol ng−êi ta thªm çc dung m«i h÷u c¬. Çc dung m«i nµycòng ®ång thêi lµm chÊt sÊy vµ kh«ng cã kh¶ n¨ng t¹o bät, nh− r−îubenzylic, phenyl etylic, çc r−îu th¬m, r−îu th¼ng,... Çc chÊt nµy ®Òu cã ®é

nhít nhá h¬n glycol, tan tèt trong glycol. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ sÊy khÝ b»ng chÊt hÊp thô láng xem trªn h×nh V.8.

H×nh V.8. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ sÊy khÝ b»ng glycol

1. Thïng chøa; 2. Th¸p hÊp thô; 3. Th¸p nh¶ hÊp thô; 4. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt;5. ThiÕt bÞ ®un s«i ®¸y th¸p; 6. ThiÕt bÞ lµm l¹nh; 7. Th¸p t¸ch; I. KhÝ ®−a vµo sÊy;

II . KhÝ sau khi sÊy; III . Dung dÞch glycol; IV. Glycol b·o hoµ n−íc; V. N−íc ®i t−íi.

Qu¸ tr×nh sÊy khÝ b»ng çc chÊt hÊp thô láng thùc hiÖn nh− sau:

Trong th¸p hÊp thô h×nh trô 2, dßng khÝ ®i tõ d−íi lªn cßn chÊt láng®−îc t−íi tõ trªn xuèng, h¬i n−íc bÞ dung dÞch glycol hÊp thô. Qu¸ tr×nh

I

62

1

3

6

74

5

II

IIIIV

V




®−îc tiÕn hµnh ë nhiÖt ®é kho¶ng 200C, ¸p suÊt 2 ... 6 MPa. KhÝ ® ®−îc sÊykh« ®i ra ë ®Ønh th¸p, cßn dung dÞch glycol ® hÊp thô n−íc ®−îc lÊy ra ë phÝa d−íi. Glycol ® hÊp thô n−íc qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 4 ®−îc ®unnãng s¬ bé ®i vµo gi÷a th¸p nh¶ hÊp thô 3. H¬i n−íc gi¶i phãng ®i lªn phÝatrªn th¸p vµ ®−îc ng−ng tô ë thiÕt bÞ lµm l¹nh 6, mét phÇn h¬i n−íc ng−ng tô®−îc quay trë l¹i t−íi ë ®Üa trªn cïng cña th¸p nh¶ hÊp thô. PhÇn d−íi cñath¸p nh¶ hÊp thô ®−îc ®èt nãng. Dung dÞch glycol sau khi t¸i sinh cã chøa 1®Õn 5% n−íc, ®−îc lµm nguéi nhê thiÕt bÞ lµm l¹nh 6 vµ quay trë l¹i th¸phÊp thô 2. Qu¸ tr×nh nh¶ hÊp thô ®−îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao, nh−ng kh«ng

®−îc cao h¬n 1700C ®èi víi dietylen glycol vµ 1910C ®èi víi trietylen glycol,bëi v× cao h¬n nhiÖt ®é ®ã çc glycol bÞ ph©n huû.

Khi cÇn sÊy mét l−îng khÝ t−¬ng ®èi lín th× ph−¬ng ph¸p hÊp thô dïngdietylen glycol (DEG) vµ trietylen glycol (TEG) lµ kinh tÕ nhÊt, c¶ vÒ vèn®Çu t− vµ tiªu tèn n¨ng l−îng.

V.2.2. Qu¸ tr×nh sÊy khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp phô

Khi cÇn ph¶i sÊy khÝ víi ®é h¹ ®iÓm s−¬ng tíi 100 ... 120 0C vµ yªu cÇu

khÝ sau khi sÊy cã ®iÓm s−¬ng rÊt thÊp −600C ... −900C, ng−êi ta sö dôngph−¬ng ph¸p hÊp phô. Trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ ng−êi ta th−êng dïng

silicagel, oxit nh«m ho¹t tÝnh, boxit ho¹t tÝnh, zeolit 4A vµ 5A. Çc ®¹il−îng ®Æc tr−ng cña çc chÊt hÊp phô dïng ®Ó sÊy khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ånghµnh xem ë b¶ng V.2

B¶ng V.2. Çc ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cña çc chÊt hÊp phô

§¹i l−îng ®Æc tr−ng SilicagelOxit nh«mho¹t tÝnh

Boxitho¹t tÝnh

Zeolit4A vμ 5A

Khèi l−îng riªng, g/cm3

- Khèi l−îng riªng thùc 2,1 ... 2,2 3,25 3,4

- Khèi l−îng r iªng ®æ 0,61 . .. 0 ,72 0,8 . .. 0 ,86 0,8 . .. 0 ,83 0,69 . .. 0 ,72

- Khèi l−îng riªng biÓu kiÕn 1,2 1,6 1,6 ... 2,0 1,1

NhiÖt dung, kcal/kg.®é 0,22 0,24 0,24 0,2

Hµm l−îng n−íc, % träng l−îng 4,5 . .. 7 7,0 4 . .. 6 Thay ®æi

NhiÖt ®é t¸i sinh, 0C 121 ... 232 177 ... 315 > 177 150 ... 350

Kh¶ n¨ng hÊp phô h¬i n−íc,kg n−íc/100 kg chÊt hÊp phô

7 ... 9 4 ... 7 4 ... 6 9 ... 12




C¸c chÊt hÊp phô ®Òu cã bÒ mÆt riªng lín 200 ... 800 m2 /g. §iÓm s−¬ngcña khÝ s¶n phÈm sau c«ng ®o¹n sÊy phô thuéc vµo chÊt hÊp phô ® chän vµc«ng nghÖ ® thiÕt kÕ. Khi tÝnh to¸n thiÕt kÕ s¬ ®å c«ng nghÖ sö dông gi¸ trÞ®iÓm s−¬ng cã thÓ ®¹t ®−îc víi c¸c chÊt hÊp phô th−êng dïng nh− sau:

ChÊt hÊp phô §iÓm s−¬ng cña khÝ sau khi sÊy

Silicagel −600C (−760F)Oxit nh«m ho¹t tÝnh −730C (−100 0F)Zeolit (r©y ph©n tö) −900C (−130 0F)

S¬ ®å c«ng nghÖ sÊy khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp phô ®¬n gi¶n nhÊt baogåm hai th¸p ®−îc m« t¶ trªn h×nh V.9.

H×nh V.9. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ sÊy khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp phô

1. Thïng chøa; 2,3. Th¸p hÊp phô; 4. B¬m; 5. ThiÕt bÞ lµm nguéi; 6. Th¸p t¸ch n−íc ng−ng tô;

7. ThiÕt bÞ gia nhiÖt; 8. §iÒu khiÓn l−u l−îng dßng; I. KhÝ ®−a vµo sÊy; II . KhÝ sau khi sÊy;III . KhÝ ®−a qua gia nhiÖt ®Ó t¸i sinh; IV. KhÝ Èm sau t¸i sinh chÊt hÊp phô

Trong s¬ ®å ®−a ra trªn h×nh V.9, ng−êi ta sö dông hai th¸p hÊp phô cãcÊu t¹o hoµn toµn nh− nhau. Mét th¸p hÊp phô cßn th¸p kia lµ th¸p nh¶ hÊpphô (®Ó t¸i sinh chÊt hÊp phô). Qu¸ tr×nh hÊp phô thùc hiÖn ë nhiÖt ®é 25 ...400C, ¸p suÊt 2 ... 4 MPa. Qu¸ tr×nh nh¶ hÊp phô ®Ó t¸i sinh chÊt hÊp phô

- van më - van ®ãng

1 2 3

84

56

7

IV

III

II

I




thùc hiÖn ë ¸p suÊt khÝ quyÓn vµ nhiÖt ®é cao tuú thuéc vµo tõng chÊt hÊpphô. Khi nµy dßng khÝ nãng ®−îc dÉn qua th¸p nh¶ hÊp phô. Dßng khÝ nãngcã chøa h¬i n−íc dÉn theo ®−êng IV sang bé phËn t¸ch n−íc ng−ng tô 6 saukhi ®−a qua thiÕt bÞ lµm l¹nh 5.

Th¸p sau khi t¸i sinh ®−îc thæi khÝ kh« ®Ó lµm nguéi, khi ®ã th¸p ® s½nsµng lµm nhiÖm vô hÊp phô. Qu¸ tr×nh hÊp phô cã thÓ thùc hiÖn trong thiÕt bÞtÇng cè ®Þnh hoÆc thiÕt bÞ tÇng s«i, nh−ng thiÕt bÞ tÇng s«i Ýt ®−îc sö dông v×phøc t¹p.

Trong thùc tÕ c«ng nghiÖp ng−êi ta sö dông hai hoÆc ba th¸p: th¸p thø

nhÊt lµm nhiÖm vô hÊp phô, th¸p thø hai lµm nhiÖm vô nh¶ hÊp phô, th¸p thø ba lµm l¹nh chÊt hÊp phô sau khi t¸i sinh. Trong nhiÒu tr−êng hîp cã thÓ cãbèn th¸p, trong ®ã hai th¸p thùc hiÖn hÊp phô, mét th¸p t¸i sinh cßn métth¸p lµm nguéi. Çc th¸p nµy lµm viÖc lu©n phiªn cho phÐp thùc hiÖn qu¸tr×nh sÊy khÝ liªn tôc.

Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc, kh¶ n¨ng hÊp phô cña chÊt hÊp phô bÞ gi¶mdÇn do t¹o cèc trªn bÒ mÆt, ®Æc biÖt líp trªn cïng bÞ gi¶m ho¹t tÝnh nhanhnhÊt. V× vËy sau mét thêi gian cÇn ph¶i thay chÊt hÊp phô míi (kho¶ng tõ 2®Õn 5 n¨m, tuú thuéc vµo b¶n chÊt vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc ®èi víi tõng chÊthÊp phô).

V.2.3. Sö dông chÊt øc chÕ qu¸ tr×nh t¹o hydratB¶n chÊt cña ph−¬ng ph¸p lµ ®−a vµo dßng khÝ Èm chÊt øc chÕ hoµ tan

trong n−íc, do ®ã lµm gi¶m ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n−íc vµ lµm gi¶mnhiÖt ®é t¹o hydrat. Çc t¸c nh©n øc chÕ sù t¹o thµnh hydrat cã hiÖu qu¶ nhÊtth−êng ®−îc sö dông lµ DEG (dietylen glycol) vµ metanol. §é gi¶m nhiÖt ®ét¹o hydrat do chÊt øc chÕ ®−îc x¸c ®Þnh b»ng ph−¬ng tr×nh Hamerschmidt:

I

I

1005560

X

X

M

K ,d

−⋅⋅= (V.4)

trong ®ã: d lµ ®é gi¶m nhiÖt ®é t¹o hydrat t¹i ¸p suÊt ® cho, 0C; X I lµ phÇn tr¨m khèi l−îng chÊt øc chÕ, %;

M lµ khèi l−îng ph©n tö chÊt øc chÕ; K lµ h»ng sè (®èi víi metanol K = 2335, ®èi víi glycol K = 4200).

Çc chÊt øc chÕ nµy sÏ ®−îc thu håi vµ tuÇn hoµn l¹i. Metanol cã ¸p suÊth¬i bo hoµ cao, do ®ã khã t¸ch khái dßng khÝ, khã t¸i sinh, dÉn ®Õn tiªuhao lín trong qu¸ tr×nh lµm viÖc. Metanol cã thÓ sö dông hiÖu qu¶ ë bÊt kú

nhiÖt ®é nµo. DEG chØ sö dông ®−îc ë nhiÖt ®é cao h¬n −100C. ë nhiÖt ®é




d−íi −100C DEG cã ®é nhít cao vµ khã t¸ch khái pha láng nÕu cã dÇu trong ®ã.

Metanol ®−îc sö dông chñ yÕu trong çc hÖ dßng ch¶y, t¹i ®ã metanolkh«ng cÇn t¸i sinh, nh− t¹i çc giÕng khoan, çc ®−êng èng dÉn vµ ph©n phèikhÝ ®Ó ph©n huû çc hydrat tr¸nh g©y t¾c ®−êng èng, metanol cã kh¶ n¨nggi¶m ®¸ng kÓ nhiÖt ®é t¹o hydrat. Ngoµi ra, metanol cßn ®−îc sö dông trongqu¸ tr×nh ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊp.

§Ó sö dông cã hiÖu qu¶ cÇn ph¶i tÝnh to¸n tû lÖ chÊt øc chÕ ®−a vµothÝch hîp. Tæng l−îng chÊt øc chÕ ®−a vµo cÇn ph¶i bao gåm l−îng chÊt øcchÕ trong pha n−íc láng céng víi l−îng chÊt øc chÕ chuyÓn vµo pha h¬i.

ChÊt øc chÕ trong pha h¬i Ýt cã ¶nh h−ëng ®Õn ®iÒu kiÖn t¹o hydrat. Nång ®échÊt øc chÕ cÇn thiÕt trong pha n−íc láng ®Ó lµm gi¶m nhiÖt ®é t¹o hydrat®−îc tÝnh theo c«ng thøc Hamerschmidt:

100I ⋅⋅+

⋅=

M d K

M d X (V.5)

trong ®ã: X I lµ phÇn tr¨m khèi l−îng chÊt øc chÕ trong pha n−íc láng;d lµ ®é h¹ nhiÖt ®é t¹o hydrat; M lµ khèi l−îng ph©n tö chÊt øc chÕ; K lµ h»ng sè nhËn gi¸ trÞ 1297 (hÖ SI), 2335 (hÖ Anh).

BiÓu thøc (V.5) ë trªn lµ d¹ng ®¬n gi¶n biÓu diÔn mèi quan hÖ nhiÖt

®éng häc gi÷a ®é gi¶m nhiÖt ®é t¹o hydrat d vµ nång ®é chÊt øc chÕ X I. Tuynhiªn, biÓu thøc trªn cho kÕt qu¶ phï hîp víi çc sè liÖu thùc nghiÖm nhËn®−îc khi nång ®é dung dÞch metanol tíi 25% khèi l−îng vµ etylenglycol tíi50 ... 60% khèi l−îng.

Trªn thùc tÕ kh«ng cã sè liÖu tÝnh to¸n phï hîp cho tÊt c¶ çc hÖ bëi v×khi tÝnh to¸n ch−a kÓ ®Õn çc th«ng sè kh¸c t¸c ®éng ®Õn nh− çc ®¹i l−îng®éng häc, h×nh d¹ng thiÕt bÞ, vÞ trÝ vµ çch thøc ®−a chÊt øc chÕ vµo.

NÕu nång ®é metanol tíi 50% th× dïng ph−¬ng tr×nh sau chÝnh x¸c h¬n:

d = A⋅ ln(1 − x m) (V.6)

trong ®ã: x m lµ phÇn mol cña metanol trong pha n−íc láng;

A lµ h»ng sè b»ng −72 (hÖ SI), b»ng −129,6 (hÖ Anh);d lµ ®é h¹ nhiÖt ®é t¹o hydrat, chÝnh lµ chªnh lÖch nhiÖt ®é t¹o

hydrat cña khÝ ban ®Çu vµ nhiÖt ®é cÇn thiÕt ®Ó chÕ biÕn khÝ.

Tæng l−îng chÊt øc chÕ sö dông:

I0

IwI

X X

X mm

−⋅= (II.7)




trong ®ã: mI lµ khèi l−îng chÊt øc chÕ, kg;mw lµ khèi l−îng n−íc trong khÝ ®−îc chÊt øc chÕ gi÷ l¹i; X I lµ nång ®é chÊt øc chÕ x¸c ®Þnh ë trªn, % khèi l−îng; X 0 lµ nång ®é chÊt øc chÕ tinh khiÕt, %; víi metanol X 0 = 100%, víi

glycol X 0 = 60 ... 80%.

Khi tÝnh to¸n cÇn sö dông çc sè liÖu cho trong b¶ng sau:

CH3OH EG DEG

Khèi l−îng ph©n tö 32 62 106Khèi l−îng riªng g/cm3 0,8 1,11 1,12

kg/m3 800 1110 1120

lb/ft3 49,7 69,4 69,6

Mét l−îng chÊt øc chÕ bÞ mÊt m¸t do sù hoµ tan cña nã vµo pha h¬i hoÆcpha láng cña çc hydrocacbon. Víi çc glycol mÊt m¸t t−¬ng ®èi nhá, trongpha h¬i kho¶ng 3,5 l/106 m3, trong pha láng kh«ng ®¸ng kÓ.

Víi metanol mÊt m¸t nhiÒu h¬n, ®Æc biÖt lµ mÊt m¸t trong pha h¬i. Trªnh×nh V.10 biÓu diÔn mÊt m¸t cña metanol trong pha khÝ phô thuéc vµo ¸psuÊt, nhiÖt ®é, khi nång ®é chÊt øc chÕ nhá h¬n 40%.

Trong pha láng lµ çc hydrocacbon parafinic, mÊt m¸t metanol vµokho¶ng 0,4 kg/m3, nÕu pha láng lµ çc hîp chÊt th¬m th× mÊt m¸t nhiÒu gÊptõ 4 ®Õn 5 lÇn.

Tr×nh tù tÝnh to¸n l−îng chÊt øc chÕ cÇn thiÕt nh− sau:

1) X¸c ®Þnh nhiÖt ®é t¹o hydrat cña hçn hîp khÝ T 1.

2) ThiÕt lËp nhiÖt ®é lµm viÖc thÊp nhÊt cña hÖ T 2.

3) ¦íc tÝnh l−îng n−íc cã trong khÝ ë nhiÖt ®é T 2 b»ng çch sö dônggi¶n ®å trªn h×nh IV.1 (b»ng çc ph−¬ng ph¸p ® tr×nh bµy ë ch−¬ng IV).

4) TÝnh nång ®é chÊt øc chÕ X theo biÓu thøc (V.5) hoÆc (V.6), gi¸ trÞ d

trong biÓu thøc chÝnh lµ sù chªnh lÖch nhiÖt ®é d = T 1 − T 2.

Sö dông biÓu thøc (V.7) tÝnh khèi l−îng chÊt øc chÕ. Chó ý nÕu x m tÝnhto¸n b»ng biÓu thøc (V.6) cÇn ph¶i ®æi sang nång ®é % khèi l−îng tr−íc khi¸p dông biÓu thøc (V.7).

Tèc ®é thÓ tÝch ®−a dung dÞch chÊt øc chÕ vµo sÏ b»ng khèi l−îng chÊtøc chÕ trªn mét ®¬n vÞ thêi gian chia cho tû träng cña nã sau khi tÝnh ®−îcnång ®é.




Qu¸ tr×nh lµm s¹ch ®−îc thùc hiÖn trong th¸p hÊp thô vµ çc thiÕt bÞ phôtrî. Th¸p hÊp thô vµ nh¶ hÊp thô còng cã cÊu t¹o nh− th¸p sÊy khÝ b»ngglycol. Khi ®−îc dÉn vµo tõ phÇn d−íi cña th¸p, dßng khÝ chuyÓn ®éng tõ d−íi lªn, cßn dung dÞch lµm s¹ch gåm cã etylen glycol vµ etanol amin ®−îct−íi ng−îc chiÒu tõ trªn xuèng. KhÝ ® ®−îc lµm s¹ch ®−îc dÉn ra tõ ®Ønhth¸p, cßn dung dÞch ® hÊp thô H 2S vµ CO2 ®−îc th¸o ra ë ®¸y th¸p. DungdÞch nµy ®−îc dÉn qua bé phËn trao ®æi nhiÖt ®èt nãng b»ng h¬i n−íc vµ ®−avµo gi÷a th¸p nh¶ hÊp thô, H2S vµ CO2 gi¶i phãng ra ë phÝa ®Ønh th¸p, cßndung dÞch hÊp thô ® t¸i sinh ®−îc lÊy ra ë phÝa d−íi. Mét phÇn dung dÞch

®ã ®−îc ®un nãng b»ng h¬i n−íc vµ quay l¹i th¸p nh¶ hÊp thô ®Ó truyÒnnhiÖt, phÇn cßn l¹i ®−îc lµm nguéi vµ t−íi tõ ®Ønh th¸p hÊp thô.

H×nh V.12. S¬ ®å lµm s¹ch khÝ b»ng dung dÞch etanolamin vµ etylen glycol

1. Th¸p hÊp thô; 2. Th¸p nh¶ hÊp thô; 3,4. ThiÕt bÞ ®un s«i ®¸y th¸p;I. KhÝ vµo; II. KhÝ s¹ch; III. Dung dÞch MEA; IV. Dung dÞch DEG;

V. N−íc; VI. KhÝ axit (H2S, CO2)

Khi nång ®é çc t¹p chÊt H2S vµ CO2 cao h¬n 2 ... 2,5% mol th× tr−íckhi dïng etanolamin hÊp thô, ng−êi ta dïng çc chÊt hÊp thô rÎ tiÒn nh− n−íc hoÆc dung dÞch n−íc cña Na 2CO3, K2CO3 lµm s¹ch khÝ s¬ bé, gi¶mnång ®é t¹p chÊt tíi 2 ... 2,5% mol, sau ®ã míi dïng etanolamin lµm s¹chtiÕp tíi ®é s¹ch yªu cÇu nhá h¬n 0,5%.

I

2

3

4

VI

V

V

1

II

III

VIV




Ch−¬ng VI

chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ng−ng tô

Ph−¬ng ph¸p ng−ng tô khÝ ë nhiÖt ®é thÊp −250C ... −350C, ¸p suÊt cao3,0 ... 4,0 MPa ®−îc coi lµ ph−¬ng ph¸p cã hiÖu qu¶ vµ kinh tÕ h¬n c¶ ®Ó chÕ biÕn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh.

KhÝ ®ång hµnh tõ xÝ nghiÖp khai th¸c dÇu ®−îc nÐn b»ng m¸y nÐn khÝ,sau ®ã ®−îc lµm l¹nh vµ ®−a vµo thiÕt bÞ sÊy khÝ. KhÝ sau khi ®−îc sÊy ®−aqua trao ®æi nhiÖt lµm nguéi vµ ®−a vµo thiÕt bÞ ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp. T¹i®ã khÝ nÐn ®−îc lµm l¹nh tíi nhiÖt ®é ©m cÇn thiÕt, sau ®ã ®−a sang bé phËnt¸ch khÝ, ë ®ã mét phÇn hydrocacbon ® ng−ng tô ®−îc t¸ch ra.

PhÇn ng−ng tô (gäi lµ condensat) cña bËc nÐn vµ lµm l¹nh khÝ ®ång hµnh,®−îc b¬m tõ thïng chøa qua bé phËn trao ®æi nhiÖt sang cét t¸ch etan, t¹i ®ãph©n ®o¹n chøa metan vµ etan ®−îc t¸ch ra. Sau ®ã benzin lµ phÇn ng−ng tô® ®−îc t¸ch metan vµ etan qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt vµo trong b×nh chøa, tõ ®ã nã ®−îc ®−a ®i chÕ biÕn tiÕp.

Ph−¬ng ph¸p ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp ®Ó t¸ch benzin tõ khÝ ®ång hµnh lµ

ph−¬ng ph¸p rÊt tèn kÐm, ®Ó thùc hiÖn cÇn cã thiÕt bÞ lµm l¹nh phøc t¹p. Tuynhiªn, do s¬ ®å c«ng nghÖ t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n, hiÖu qu¶ t¸ch benzin khái khÝ ®ång hµnh kh¸ cao vµ triÖt ®Ó nªn nh÷ng n¨m gÇn ®©y ph−¬ng ph¸p nµy ®−îcøng dông réng ri trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ.

S¬ ®å c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ng−ng tô nhiÖt ®é thÊpcã thÓ ®−îc ph©n lo¹i theo sè bËc t¸ch, kiÓu nguån lµm l¹nh, c¸ch ®−a s¶nphÈm ra. Theo sè bËc t¸ch ta cã s¬ ®å t¸ch 1 bËc, 2 bËc, 3 bËc, t¹i mçi bËcph¶i th¸o pha láng ra.

Theo kiÓu nguån lµm l¹nh cã thÓ cã: chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi; chu tr×nhlµm l¹nh trong; chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp, trong ®ã nguån l¹nh bao gåm c¶

chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi vµ chu tr×nh lµm l¹nh trong.Chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi kh«ng phô thuéc vµo s¬ ®å c«ng nghÖ cã t¸c

nh©n lµm l¹nh ®Æc biÖt. Tuú thuéc vµo d¹ng t¸c nh©n lµm l¹nh mµ chu tr×nhlµm l¹nh ngoµi cã thÓ ®−îc chia thµnh hai nhãm: nhãm mét t¸c nh©n lµml¹nh vµ nhãm nhiÒu t¸c nh©n lµm l¹nh (trong ®ã th−êng lµ hçn hîp c¸chydrocacbon nhÑ). Chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi cã øng dông hai hay nhiÒu t¸cnh©n lµm l¹nh ®−îc gäi lµ chu tr×nh lµm l¹nh bËc thang.




Trong chu tr×nh lµm l¹nh trong, t¸c nh©n lµm l¹nh chÝnh lµ dßng khÝ ®−avµo chÕ biÕn. Chu tr×nh lµm l¹nh trong cã thÓ chia lµm hai nhãm:

Nhãm thø nhÊt cã kÕt hîp víi sù tiÕt l−u dßng chÊt láng, mét phÇn l¹nhnhËn ®−îc do sù tiÕt l−u condensat cña bËc 1 vµ 2, hoÆc tiÕt l−u phÇn lángcßn l¹i cña çc th¸p t¸ch metan vµ t¸ch etan.

Nhãm thø hai cã kÕt hîp víi sù gin në khÝ. Mét phÇn l¹nh vµ nhiÖt ®éthÊp nhËn ®−îc do qu¸ tr×nh gin në khÝ b»ng tuabin.

VÒ mÆt nguyªn t¾c cã thÓ sö dông s¬ ®å trong ®ã toµn bé l−îng l¹nh cÇn

thiÕt cho qu¸ tr×nh nhËn ®−îc do tiÕt l−u dßng láng condensat. Tuy nhiªn s¬ ®å cã bé phËn tiÕt l−u trong tr−êng hîp nµy lµ kh«ng kinh tÕ vµ phøc t¹p. Sö dông tuabin gin në khÝ lµm nguån nhiÖt duy nhÊt chØ trong tr−êng hîp khÝ gÇy vµ khÝ ®−îc truyÒn dÉn víi ¸p suÊt t−¬ng øng.

KhÝ ®ång hµnh th−êng ®−îc chÕ biÕn theo s¬ ®å, trong ®ã chu tr×nh lµml¹nh ngoµi b»ng propan kÕt hîp víi chu tr×nh lµm l¹nh trong. Trong nh÷ng s¬ ®å nh− vËy ë bËc 1 ng−êi ta ¸p dông chu tr×nh lµm l¹nh trong, lµm l¹nh khÝ

tíi nhiÖt ®é kho¶ng −300C, cßn ë bËc 2 ®Ó nhËn ®−îc nhiÖt ®é thÊp h¬nng−êi ta sö dông chu tr×nh lµm l¹nh trong.

Theo yªu cÇu nhËn s¶n phÈm ra, s¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp ®−îc chia

thµnh s¬ ®å ®Ó nhËn C ≥2 vµ s¬ ®å ®Ó nhËn C ≥3.Trong ch−¬ng nµy sÏ lÇn l−ît xem xÐt chi tiÕt tõng lo¹i s¬ ®å c«ng nghÖ

® nªu trªn.

VI.1. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp (NNT) cã chu tr×nhlμm l¹nh ngoμi

VI.1.1. S¬ ®å NNT mét bËc ®Ó nhËn C≥≥≥≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh b»ng propan

Trªn h×nh VI.1 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ lµm viÖc theo ph−¬ngph¸p ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp. S¬ ®å cã mét nguån l¹nh ngoµi lµ chu tr×nh lµm

l¹nh b»ng propan vµ mét c«ng ®o¹n ph©n t¸ch hçn hîp hai pha.Theo s¬ ®å nµy, khÝ nguyªn liÖu tõ èng dÉn ®−îc ®−a vµo bé phËn t¸ch

khÝ s¬ bé 1, t¹i ®©y nã ®−îc lµm s¹ch khái çc t¹p chÊt c¬ häc vµ çc chÊtláng d¹ng h¹t (dÇu, n−íc, ...).

Sau khi ®−îc lµm s¹ch s¬ bé trong th¸p t¸ch 1, khÝ ®−îc ®−a vµo m¸ynÐn 2, t¹i ®©y trong çc s¬ ®å hiÖn ®¹i cã thÓ ®¹t tíi ¸p suÊt 3,0 ®Õn 4,0 MPa




vµ cao h¬n. KhÝ nÐn ®i qua thiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ 3, ®−îc lµm l¹nh

tíi nhiÖt ®é vµo kho¶ng −200C ... −350C lÇn l−ît trong çc thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt 4 vµ 5 do dßng l¹nh cña khÝ kh« vµ chÊt láng ng−ng tô tõ th¸p ph©nt¸ch 7 . Sau ®ã qua bé phËn bay h¬i propan 6, mét phÇn khÝ ®−îc ng−ng tô vµ®i vµo th¸p ph©n t¸ch 7 , ë ®ã hydrocacbon ® ng−ng tô ®−îc t¸ch ra. Tõ ®Ønhth¸p 7 khÝ kh« tho¸t ra, sau khi truyÒn l¹nh ë bé phËn trao ®æi nhiÖt 4 ®−îc®−a vµo ®−êng èng dÉn khÝ chÝnh.

H×nh VI.1. S¬ ®å ng−ng tô NNT mét bËc

1,7. Bé phËn t¸ch khÝ; 2. B é phËn nÐn khÝ; 3. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ;4,5. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 6,10. Bé phËn bay h¬i propan; 8. Th¸p t¸ch etan; 9. Håi l−u;

11. Bé phËn ®un nãng; I. KhÝ ®−a vµo chÕ biÕn; II. KhÝ kh« s¶n phÈm; III; Çc hydrocacbon C ≥3

Tõ ®¸y th¸p t¸ch 7 , phÇn ng−ng tô (condensat) ®−îc th¸o ra, sau khi®−îc truyÒn l¹nh ë bé phËn trao ®æi nhiÖt 5, nhiÖt ®é ®−îc n©ng tíi 200C ...300C vµ ®−îc ®−a vµo phÇn gi÷a th¸p t¸ch etan 8. S¶n phÈm ®Ønh th¸p gåmcã hçn hîp metan (20% ... 70% thÓ tÝch), etan (30% ... 75% thÓ tÝch) vµ

propan (kh«ng qu¸ 5% thÓ tÝch) ®−îc trén lÉn víi khÝ kh«, ®−a vµo ®−êngèng dÉn khÝ chÝnh. S¶n phÈm ®¸y th¸p chÝnh lµ ph©n ®o¹n chøa hçn hîp

propan vµ hydrocacbon nÆng C ≥3 , ®−îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt propan, butan,pentan vµ benzin khÝ hoÆc khÝ ®èt cho sinh ho¹t (®un nÊu, s−ëi .. .).

ViÖc t¸ch hydrocacbon nÆng ®−îc thùc hiÖn trong çc thiÕt bÞ ch−ngt¸ch khÝ ®Æc biÖt cã thÓ cã trong çc nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ, chÕ biÕn dÇuhoÆc ho¸ dÇu.

32

1

4

5

6 7

8

910

11

II

I

III




HiÖu qu¶ lµm viÖc cña th¸p t¸ch etan phô thuéc vµo chÕ ®é c«ng nghÖcña qu¸ tr×nh, chÕ ®é hîp lý nhÊt ®−îc chän trªn c¬ së tèi −u ho¸ qu¸ tr×nhtheo hµng lo¹t th«ng sè (¸p suÊt, nhiÖt ®é, nguån cung cÊp nhiÖt, nhiÖt ®é®Ønh vµ ®¸y th¸p, ...). Ta ® biÕt r»ng ¸p suÊt trong th¸p cµng cao th× chÕ ®é®¼ng nhiÖt cã thÓ lµm viÖc cña thiÕt bÞ lµm l¹nh 10 (h×nh VI.1) cµng cao, do®ã sù t¨ng ¸p suÊt cã thÓ lµm gi¶m tiªu hao n¨ng l−îng ®Ó lµm l¹nh s¶nphÈm ®Ønh th¸p t¸ch etan. Tuy nhiªn viÖc t¨ng ¸p suÊt yªu cÇu t¨ng nhiÖt ®é®¸y th¸p vµ ®iÒu ®ã liªn quan ®Õn viÖc tiªu tèn thªm nhiÖt. Khi gi¶m ¸p suÊtsÏ quan s¸t ®−îc hiÖn t−îng ng−îc l¹i.

Th¸p t¸ch etan ë ®©y lµm viÖc t−¬ng tù çc th¸p ch−ng. ¸p suÊt trongth¸p 3,0 ... 3,5 MPa. Mét mÆt trong çc ®iÒu kiÖn chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ngph¸p ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp d−íi ¸p suÊt 4,0 MPa, viÖc duy tr× ¸p suÊt nh− vËy kh«ng yªu cÇu tiªu tèn n¨ng l−îng bæ sung nµo, mÆt kh¸c ¸p suÊt caonh− vËy trong th¸p t¸ch etan cho phÐp sö dông t¸c nh©n lµm l¹nh lµ propan®Ó lµm l¹nh ®Ønh th¸p. ViÖc sö dông ¸p suÊt cao h¬n kh«ng cã lîi, bëi v× khi

®ã çc ®iÒu kiÖn t¸ch khÝ sÏ trë nªn kÐm h¬n. ¸p suÊt 3,5 MPa gÇn b»ng 0,8

lÇn ¸p suÊt tíi h¹n ®èi víi çc s¶n phÈm ®¸y cña th¸p t¸ch etan. ë ®iÒu kiÖn¸p suÊt ®ã chÕ ®é nhiÖt ®é cña th¸p t¸ch etan ®−îc khèng chÕ nh− sau: nhiÖt®é ®Ønh th¸p tõ −30 ®Õn 00C, nhiÖt ®é ®¸y th¸p tõ 90 ®Õn 1200C.

VI.1.2. S¬ ®å NNT mét bËc ®Ó nhËn C ≥≥≥≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh b»ngpropan vµ t¸ch etan s¬ bé

Do qu¸ tr×nh ng−ng tô mét bËc cã ®é chän läc kh«ng lín nªn tiªu tènn¨ng l−îng cho bËc t¸ch etan rÊt ®¸ng kÓ. V× vËy trong nh÷ng n¨m gÇn ®©ytrong s¬ ®å NNT mét bËc ng−êi ta bæ sung thªm c«ng ®o¹n t¸ch s¬ bé etan,t¹i ®ã etan ®−îc t¸ch ra mét phÇn do nhiÖt cña khÝ nguyªn liÖu ®−a vµo ë bªnngoµi cña th¸p t¸ch etan.

S¬ ®å ®−a ra trªn h×nh VI.2 lµ s¬ ®å NNT mét bËc cã t¸ch s¬ bé etan.Kh¸c víi s¬ ®å (h×nh VI.1) ®−a ra ë trªn, phÇn chÊt láng ng−ng tô tõ bé phËnt¸ch 7 ®−îc b¬m ®Õn bé phËn trao ®æi nhiÖt 5, t¹i ®©y nã ®−îc n©ng nhiÖt ®é

lªn do dßng khÝ nguyªn liÖu vµo. Sau ®ã chÊt láng ng−ng tô l¹i ®−îc ®−a vµoth¸p t¸ch 8, ë ®ã b¬m lu«n gi÷ ¸p suÊt cao cho pha h¬i lÊy ra tõ ®Ønh th¸pt¸ch nµy cã thÓ trén víi víi dßng khÝ nguyªn liÖu tr−íc khi vµo bé phËn bayh¬i propan 6 ®Ó ng−ng tô.

Do qu¸ tr×nh ®èt nãng s¬ bé condensat ë trong th¸p t¸ch 8, mét phÇnçc cÊu tö dÔ bay h¬i (chñ yÕu lµ C 1, C2 vµ mét Ýt C3) ®−îc bay h¬i lªn ®Ønhth¸p t¸ch 8 vµ sau ®ã ®−îc trén lÉn víi dßng khÝ nguyªn liÖu tr−íc khi vµo




bé phËn ng−ng tô 6. Condensat ® t¸ch mét phÇn etan ®−îc lÊy ra tõ ®¸yth¸p 8 qua bé phËn trao ®æi nhiÖt 4 råi ®i vµo th¸p t¸ch etan 9.

H×nh VI.2. S¬ ®å NNT cã t¸ch s¬ bé etan

1. M¸y nÐn; 2. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ; 3,4,5. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 6,11. ThiÕt bÞbay h¬i propan; 7,8. Th¸p t¸ch; 9. Th¸p t¸ch etan; 10. B× nh chøa cã håi l−u; 12. ThiÕt bÞ

®un s«i ®¸y th¸p. I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Çc hydrocacbon nÆng.

Nh− vËy nguyªn liÖu ®−a vµo th¸p t¸ch etan 9 ® ®−îc t¨ng tû träng vµvíi l−îng Ýt h¬n so víi s¬ ®å NNT b×nh th−êng (s¬ ®å h×nh VI.1). §iÒu ®ãcho phÐp t¨ng nhiÖt ®é ®Ønh th¸p 9 vµ gi¶m t¸c nh©n lµm l¹nh cÇn thiÕt choqu¸ tr×nh, còng nh− lµm gi¶m l−îng nhiÖt cÇn ®Ó bay h¬i çc cÊu tö dÔ bayh¬i ë çc th¸p t¸ch 7 , 8. MÆt kh¸c l¹i cÇn ph¶i t¨ng t¸c nh©n l¹nh ®Ó lµml¹nh khÝ nguyªn liÖu tr−íc khi vµo th¸p 7 do cÇn ph¶i lµm l¹nh c¶ khÝ tuÇnhoµn lÊy ra tõ ®Ønh th¸p 8. Nh−ng lóc nµy do viÖc cã thÓ t¨ng nhiÖt ®é ®Ønhth¸p t¸ch etan 9, kÕt qu¶ lµ vÒ mÆt n¨ng l−îng tæng céng vÉn cã lîi.

L−îng t¸c nh©n l¹nh cÇn thiÕt ®Ó ng−ng tô khÝ tr−íc khi vµo th¸p t¸ch 7 vµ ng−ng tô khÝ trªn ®Ønh th¸p t¸ch etan 9 còng nh− l−îng nhiÖt cÇn cung

cÊp cho ®¸y th¸p t¸ch etan 9, khi chÕ biÕn khÝ ®ång hµnh cã thµnh phÇn x¸c®Þnh phô thuéc vµo nhiÖt ®é cÇn thiÕt cña condensat trong bé phËn trao ®æinhiÖt 5. V× vËy khi tÝnh to¸n s¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã t¸ch s¬ bé etancÇn ph¶i t×m nhiÖt ®é tèi −u cña condensat trong th¸p t¸ch 8, phô thuécthµnh phÇn nguyªn liÖu vµo vµ çc th«ng sè cña qu¸ tr×nh. VÝ dô ®èi víi khÝ

cã chøa trªn 450 g/m3 C≥3, çc tÝnh to¸n cho thÊy r»ng nhiÖt ®é tèi −u cñacondensat lµ 00C.

1 2

3

4 5

6 7 8

9 10

11II

I

I12




hîp t¸c nh©n l¹nh, nã ®−îc gia nhiÖt trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 9 b»ng çcs¶n phÈm cña th¸p 11 ®Õn nhiÖt ®é 20 ... 450C, mét phÇn ®−îc bay h¬i vµt¸ch khÝ trong th¸p t¸ch 8, qua van tiÕt l−u 14 gi¶m ¸p suÊt tíi 0,118 ...0,125 MPa, hoµn toµn ®−îc bay h¬i vµ ®−îc ®−a vµo m¸y nÐn 4 cña chu tr×nhl¹nh, vµ tõ ®©y nã trë thµnh t¸c nh©n l¹nh.

H×nh VI.3. S¬ ®å NNT cã chu tr×nh lµm l¹nh dïng t¸c nh©n l¹nh hçn hîp

1,4. M¸y nÐn; 8,10. Bé phËn t¸ch khÝ; 2,5. Trao ®æi nhiÖt kh«ng khÝ; 11. Th¸p t¸ch etan;3,6,9. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 12. Håi l−u; 7. ThiÕt bÞ bay h¬i t¸c nh©n l¹nh hçn hîp;

13,14. Van tiÕt l−u; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Çc hydrocacbon nÆng.

Trong s¬ ®å nµy, t¸c nh©n l¹nh ®−îc nÐn trong m¸y nÐn 4 tíi ¸p suÊt

vµo kho¶ng 1,1 ... 1,5 MPa, lµm l¹nh, ng−ng tô vµ lµm l¹nh tiÕp ®Õn −400C

... −50 0C trong trao ®æi nhiÖt kh«ng khÝ 5, trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 6 vµthiÕt bÞ bay h¬i 7 , qua van tiÕt l−u 14 gi¶m ¸p tíi 0,1 ... 0,125 MPa. Sau khi

qua van tiÕt l−u, t¸c nh©n lµm l¹nh cã nhiÖt ®é −650C ®−îc dÉn ®Õn kh«nggian gi÷a çc èng cña thiÕt bÞ bay h¬i 7 , t¹i ®©y nã ®−îc sö dông nh− hçnhîp lµm viÖc. Lóc nµy t¸c nh©n lµm l¹nh hoµn toµn bay h¬i, ®−îc gia nhiÖt

tõ −650C ®Õn 15 ... 200C vµ do ®ã nã lµm l¹nh khÝ nguyªn liÖu vµo (lµ khÝ ®ång hµnh) ®−îc ®−a vµo bªn trong chïm èng cña thiÕt bÞ bay h¬i 7 . Hçnhîp t¸c nh©n lµm l¹nh sau khi ra khái 7 ®−îc ®−a vÒ m¸y nÐn 4.

Khi tÝnh to¸n chu tr×nh lµm l¹nh cÇn x¸c ®Þnh çc th«ng sè sau: ®é dÉn

I

9 III

54

31

2

13

8

10 11

12146

II

7




l¹nh riªng, l−îng t¸c nh©n l¹nh, nhiÖt ®é hçn hîp tr−íc van tiÕt l−u, khèil−îng ph©n tö cña t¸c nh©n l¹nh, n¨ng l−îng tiªu tèn trªn m¸y nÐn vµ trªntoµn bé chu tr×nh.

VI.1.4. S¬ ®å NNT mét bËc ®Ó nhËn C≥≥≥≥2 cã chu tr×nh lµm l¹nh b»ng

propan vµ etan

§Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ cã hai nguån l¹nh: chu tr×nh lµm l¹nh b»ngpropan vµ chu tr×nh lµm l¹nh b»ng etan.

Theo s¬ ®å m« t¶ trªn h×nh VI.4, khÝ ®−îc lµm l¹nh liªn tôc vµ mét phÇn®−îc ng−ng tô trong thiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ 3, thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt 6, bé phËn bay h¬i propan 7 , thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 8 vµ bé phËn bayh¬i 9, ch−a cã sù t¸ch pha láng. §iÒu ®ã cho phÐp thùc hiÖn tèt h¬n nh÷ng®iÒu kiÖn cÇn thiÕt ®Ó t¸ch etan, bëi v× etan trong pha láng cña çchydrocacbon nÆng tèt h¬n, do ®ã t¨ng tæng sè etan t¸ch ra ®−îc ë bËc sau.

§Æc ®iÓm thø hai cña s¬ ®å lµ cã th¸p t¸ch etan vµ th¸p t¸ch metan ®Ó

nhËn ®−îc s¶n phÈm C≥2. NhiÖm vô cña th¸p t¸ch metan lµ t¸ch toµn bé

metan ra khái ph©n ®o¹n chøa hydrocacbon C≥2. Th¸p t¸ch metan lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt 3,5 ... 4,0 MPa, nhiÖt ®é håi l−u lµ 60 ... 90 0C. NhiÖt ®énµy ®−îc x¸c ®Þnh bëi møc ®é t¸ch etan: møc ®é t¸ch etan cµng cao ®ßi háinhiÖt ®é håi l−u cµng thÊp. NhiÖt ®é ®¸y th¸p t¸ch metan th−êng ®−îc duytr× ë 20 ... 600C. Sè ®Üa trong th¸p t¸ch metan lµ 20 ... 25 ®Üa.

H×nh VI.4. S¬ ®å NNT mét bËc cã chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan vµ etan ®Ó nhËn C≥2

1,4,10. Çc th¸p t¸ch; 2. M¸y nÐn; 3. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ ; 5. Bloc sÊy; 6,8. Trao®æi nhiÖt; 7,12,15. Bay h¬i propan; 9. Bay h¬i etan; 11. Th¸p t¸ch metan; 13,16. Håi l−u; 14.Th¸p t¸ch etan; I. KhÝ nguyªn liÖu; II. KhÝ kh«. III. Çc hydrocacbon nÆng; IV. Etan s¶n phÈm.

2 3

1 4

5

6 8 9

710

11

12

13

14

16

15

I

II

III

IV




Khi lµm viÖc, th¸p t¸ch metan cÇn ph¶i tu©n theo çc yªu cÇu vÒ s¶nphÈm nh− sau :

- Hµm l−îng etan trong s¶n phÈm ®Ønh th¸p kh«ng qu¸ 5% khèi l−îng sovíi tæng sè hµm l−îng etan trong nguyªn liÖu vµo th¸p .

- Hµm l−îng metan trong s¶n phÈm ®¸y th¸p kh«ng qu¸ 2% khèi l−îngso víi hµm l−îng etan trong s¶n phÈm ®¸y th¸p .

Th¸p t¸ch etan th−êng lµm viÖc ë ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é thÊp còng nh− th¸pt¸ch metan, nh−ng khi ®ã nhiÖt ®é ®Ønh th¸p cao h¬n nhiÒu, kho¶ng 0 ®Õn100C, do hµm l−îng metan kh«ng ®¸ng kÓ trong nguyªn liÖu vµo vµ do ®ãtrong s¶n phÈm ®Ønh th¸p t¸ch etan còng cã hµm l−îng metan rÊt nhá (kh«ngqu¸ 2% khèi l−îng).

Th¸p t¸ch cÇn ph¶i ®¸p øng çc yªu cÇu s¶n phÈm sau: Hµm l−îngpropan trong s¶n phÈm ®Ønh th¸p kh«ng qu¸ 2% khèi l−îng so víi hµm l−îngetan trong s¶n phÈm ®Ønh th¸p; hµm l−îng etan trong s¶n phÈm ®¸y th¸pkh«ng qu¸ 2% khèi l−îng so víi hµm l−îng propan trong s¶n phÈm ®¸y th¸p.

VI.1.5. S¬ ®å NNT hai bËc ®Ó nhËn C ≥≥≥≥2 cã chu tr×nh lµm l¹nh b»ng

propan vµ etan

S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp ®¬n gi¶n nhÊt cã chu tr×nh lµm l¹nh haibËc lµ s¬ ®å lµm l¹nh b»ng propan - etan hoÆc propan - etylen.

Th«ng th−êng víi s¬ ®å lµm l¹nh hai bËc: ë bËc mét khÝ ®−îc lµm l¹nhdo chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi, cßn ë bËc thø hai do etylen hoÆc etan. Nh÷ng s¬ ®å nµy dïng ®Ó t¸ch triÖt ®Ó propan (trªn 80%), hoÆc ®Ó t¸ch etan hoÆc çchydrocacbon nÆng h¬n.

Trªn h×nh VI.5 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ë Gastine(bang T©y Virginia, Mü). Nhµ m¸y ® ®−a vµo s¶n xuÊt n¨m 1969 vµ ® tÝnh

to¸n ®Ó nhËn ®−îc C≥2. C«ng suÊt nhµ m¸y theo nguyªn liÖu vµo lµ 4,25 triÖum3 khÝ tù nhiªn trong mét ngµy ®ªm (kho¶ng 1,5 tû m3 /n¨m). S¶n l−îng nhµm¸y theo thiÕt kÕ ®èi víi çc s¶n phÈm chÝnh: etan 162.103 tÊn/n¨m, propan238.103 m3 /n¨m, n-butan 71,2.103m3 / n¨m; izo-butan 33,3.103 m3 /n¨m,benzin 71,9.103 m3 /n¨m. Trong s¬ ®å nµy ® sö dông ph−¬ng ph¸p ng−ng tônhiÖt ®é thÊp víi chu tr×nh lµm l¹nh hai bËc b»ng propan - etylen.

KhÝ tù nhiªn sau khi qua th¸p t¸ch s¬ bé 1 ®−îc lµm s¹ch khái çc t¹pchÊt c¬ häc, ®i vµo th¸p sÊy 2 cã chøa r©y ph©n tö, ë ®©y khÝ ®−îc sÊy ®Õn

®iÓm s−¬ng −840C vµ sau ®ã ®−îc lµm s¹ch bôi ë bé phËn läc 3. Qua hÖ thèng




H×nh VI.5. S¬ ®å c«ng nghÖ nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ë T©y Virginia (Mü)1. Th¸p t¸ch s¬ bé; 2. Th¸p sÊy; 3. Läc; 4. HÖ thèng trao ®æi nhiÖt vµ bay h¬i propan; 5,7. Th¸p t¸ch nhiÖt ®é thÊp; 6. HÖ thèng trao ®æi nhiÖt vµ bay h8,15, 19, 23, 29, 36. Håi l−u; 9. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng etylen; 10. Th¸p t¸ch metan; 11, 16, 21, 25, 31, 39. Bé phËn ®un s«i ®¸y th¸p; 12. BÝnh chøa tr13. Th¸p t¸ch etan; 14, 33. Chu tr×nh bay h¬i propan; 17. Bloc lµm s¹ch CO 2; 18, 22, 27, 28, 32, 40. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ; 20. Th¸p t¸c24. Th¸p t¸ch butan; 26. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 30. Cét izo -butan; 34. B×nh chøa etan; 35. Bloc lµm s¹ch H 2S; 37. §èt nãng s¬ bé; 38. Bloc lµm s¹c41. Th¸p ch−ng condensat; I. KhÝ nguyªn liÖu; II. Etan; III . Propan; IV . izo -Butan; V. CÆn benzin; VI. n-Butan; VII . Benzin; VIII. KhÝ kh«.

1 4 0

41

IIIII

V

VVII

38

1

2

3

4

5

6

7

8 9

10

11

12

13

1415

16

17

16

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28 29

30

31

32

3334

36

39

I

VIII

C3 C2

C2

37

40

35




trao ®æi nhiÖt 4 nhê dßng khÝ kh« l¹nh ®i ng−îc chiÒu vµ bé phËn bay h¬i

propan, khÝ tù nhiªn ®−îc lµm l¹nh ®Õn −370C. Khi ®ã kho¶ng mét nöahydrocacbon ®−îc ng−ng tô. Chóng ®−îc t¸ch ra ë th¸p t¸ch 5 vµ ®−îc dÉn

vµo th¸p t¸ch metan 10. Cßn khÝ ®i ra tõ th¸p t¸ch 5 ®−îc lµm l¹nh ®Õn

−930C trong hÖ thèng trao ®æi nhiÖt vµ bay h¬i etylen 6 b»ng khÝ kh«,

condensat vµ etylen ®ang s«i. Ph©n ®o¹n láng lÊy ra khi nµy ®−îc ph©n t¸chtrong th¸p t¸ch 7 vµ sau khi tuÇn hoµn l¹nh ®−îc ®−a vµo th¸p t¸ch metan

10, cßn khÝ tho¸t ra ®−îc ®−a ®i sö dông. Theo s¬ ®å nµy kho¶ng 87% etan,

gÇn 99% propan vµ toµn bé hydrocacbon nÆng ®−îc t¸ch ra.Nh»m môc ®Ých lµm gi¶m mÊt m¸t etylen theo khÝ ®i ra tõ ®Ønh th¸p khi

sö dông t¸c nh©n lµm l¹nh lµ etylen, ¸p suÊt trong th¸p t¸ch metan ®−îc duy

tr× ë gi¸ trÞ 3,5 MPa, nhiÖt ®é ®Ønh th¸p −950C. Tuú theo l−îng metan t¸chra, phÇn hydrocacbon láng tõ ®¸y th¸p t¸ch metan liªn tôc ®−îc ®−a vµo thiÕtbÞ t¸ch khÝ ®Ó nhËn ®−îc tõng hydrocacbon riªng biÖt: etan, propan, izo-

butan, n-butan vµ benzin.

S¬ ®å ®ang xÐt lµ s¬ ®å rÊt ®iÓn h×nh ®−îc øng dông trong nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ®Ó nhËn ®−îc etan vµ çc hydrocacbonnÆng h¬n. Kh«ng cã sù kh¸c nhau vÒ mÆt nguyªn t¾c gi÷a chu tr×nh lµm l¹nhsö dông t¸c nh©n l¹nh propan - etan vµ propan - etylen. Chu tr×nh l¹nh propan- etylen cho phÐp nhËn ®−îc nhiÖt ®é thÊp h¬n (nhiÖt ®é s«i cña etan b»ng

−88,650C, nhiÖt ®é s«i cña etylen b»ng −103,710C), nh−ng −u ®iÓm cña chutr×nh propan - etan lµ ë chç c¶ hai t¸c nh©n l¹nh (propan vµ etan) cã thÓ nhËn®−îc trùc tiÕp tõ nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ, ®iÒu ®ã ®¶m b¶o tÝnh ®éc lËp cao cñanhµ m¸y.

VI.1.6. S¬ ®å NNT ba bËc ®Ó nhËn C ≥≥≥≥3 víi chu tr×nh lµm l¹nh b»ng

propan

Trong thùc tÕ chÕ biÕn khÝ, ng−êi ta sö dông s¬ ®å nhiÒu bËc cã øng

dông kÕt hîp çc chu tr×nh lµm l¹nh kh¸c nhau. XÐt vÝ dô s¬ ®å ba bËc cãchu tr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan, trong ®ã propan ®−îc bay h¬i trªnmçi bËc theo çc ®−êng ®¼ng nhiÖt kh¸c nhau.

ë bËc ng−ng tô thø nhÊt, khÝ ®−a vµo ®−îc lµm l¹nh ®Õn nhiÖt ®é trung

gian nµo ®ã cao h¬n nhiÖt ®é ë bËc ng−ng tô tiÕp theo, sau ®ã hçn hîp haipha t¹o thµnh ®−îc t¸ch riªng pha láng vµ pha h¬i. Pha h¬i ®−a vµo ng−ng tô




nhiÖt ®é thÊp ë bËc thø hai, ë ®©y khÝ ®−îc lµm l¹nh thÊp h¬n bËc ®Çu tiªnnh−ng cao h¬n nhiÖt ®é ng−ng tô ë bËc thø ba. Sau ®ã pha láng vµ pha h¬imét lÇn n÷a l¹i ®−îc t¸ch riªng: pha h¬i ®−a vµo ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp ë bËc thø ba, ë ®ã h¬i ®−îc ng−ng tô ®Õn nhiÖt ®é ® chän vµ l¹i trë thµnh haipha láng vµ h¬i. Pha láng t¸ch ra sau mçi bËc ng−ng tô ®−îc ®−a vµo th¸pt¸ch etan.

H×nh VI.6. S¬ ®å thiÕt bÞ NNT ba giai ®o¹n 1,6,8,9. Çc th¸p t¸ch; 2. M¸y nÐn; 3. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ; 4. ThiÕt bÞ trao ®æinhiÖt; 5,7,10,13. ThiÕt bÞ bay h¬i propan; 11. Th¸p t¸ch etan; 14. ThiÕt bÞ ®un s«i ®¸y th¸p;

12. Håi l−u; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Ph©n ®o¹n chøa çc hydrocacbon nÆng.

S¬ ®å NNT mét vµ nhiÒu bËc cã nh÷ng −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm riªng.Nh− ® biÕt tõ lý thuyÕt çc qu¸ tr×nh bay h¬i vµ ng−ng tô, pha láng t¹othµnh do qu¸ tr×nh ng−ng tô mét bËc lín h¬n khi ng−ng tô nhiÒu bËc (cïngçc th«ng sè c«ng nghÖ). Tuy nhiªn trong qu¸ tr×nh ng−ng tô mét bËc, phaláng cã chøa çc cÊu tö dÔ bay h¬i nhiÒu h¬n (vÝ dô: metan, ...), ®ã lµ ®iÒukh«ng mong muèn, tøc lµ ®é chän läc cña qu¸ tr×nh ng−ng tô mét bËc thÊp

h¬n. §iÒu ®ã dÉn ®Õn t¨ng l−îng mÊt m¸t çc s¶n phÈm nhÑ metan vµ etan.

§Ó so s¸nh çc ph−¬ng ¸n kh¸c nhau, chóng ta sÏ xÐt hiÖu qu¶ cña çc

s¬ ®å mét bËc (h×nh VI.1) lµm viÖc ë ¸p suÊt 3,0 MPa vµ nhiÖt ®é −300C, vµs¬ ®å ba bËc (h×nh VI.6) lµm viÖc ë 3,0 MPa, nhiÖt ®é lµm l¹nh t¹i çc bËc

nh− sau bËc I: 50C, bËc II: −150C, bËc III: −300C, n¨ng suÊt cña c¶ hai ph−¬ng¸n lµ 500 triÖu m3 khÝ ®ång hµnh / n¨m. Thµnh phÇn hçn hîp nh− sau:

4

4

11

2 3

6

5

7

8 9

10

11

12

III14

13

I

II




Thµnh phÇn khÝ: C1 C2 C3 izo-C4 C4 C5 CO2 N2 ρ 20

% khè i l−îng: 25,7 22,5 25,4 6,2 12 ,3 4 ,9 0 ,5 2 ,5 1 ,239% mol : 45,9 21,2 14,6 3 ,1 6 ,0 2 ,0 5 ,1 0 ,3 −

KÕt qu¶ tÝnh to¸n so s¸nh s¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp ®−a ra d−íi ®©y:

T¸ch hydrocacbon tõ khÝ trong s¬ ®å NNT

S¬ ®å mét bËc S¬ ®å nhiÒu bËc

% CH4 23,3 14,1% C 2H6 68,3 53,6% C 3H8 90,2 70,0

% C ≥3 93,25 91,8

T¸ch C≥3 kÓ c¶ bloc t¸ch etan (%) 92,1 90,5

Tiªu thô l¹nh, kJ/h:Tæng sè 15.429.095 13.817.100Trong ®ã: Trªn bloc ng−ng tô 7.452.860 8.039.040

Trªn bloc t¸ch etan 7.976.235 5.778.060Tiªu thô nhiÖt tæng céng, kJ/h 12.139.000 10.884.000

Ph©n tÝch çc sè liÖu nhËn ®−îc thÊy r»ng, khi chuyÓn tõ s¬ ®å mét bËcsang s¬ ®å ba bËc, l−îng metan ®−îc t¸ch ra nhá h¬n 1,7 lÇn, etan nhá h¬n

1,26 lÇn, trong khi tæng sè toµn bé hydrocacbon nÆng (C≥3) gi¶m ®i 1,6%.Trong khi ®ã tiªu thô l¹nh gi¶m 12% vµ trªn bloc t¸ch etan chØ cßn Ýt metanvµ etan h¬n so víi s¬ ®å NNT mét bËc.

CÇn ph¶i nhÊn m¹nh r»ng, ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh NNT nhiÒu bËc cÇnvèn ®Çu t− lín. So s¸nh çc qu¸ tr×nh ®−a ra ë trªn theo møc tiªu hao n¨ngl−îng vµ vèn, ta thÊy r»ng çc chØ tiªu kinh tÕ - kü thuËt cña çc qu¸ tr×nhmét bËc vµ ba bËc trªn thùc tÕ lµ nh− nhau. V× vËy trong s¬ ®å ng−ng tô

nhiÖt ®é thÊp ®Ó t¸ch C≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan ng−êi tath−êng sö dông chu tr×nh mét bËc.

S¬ ®å NNT hai vµ ba bËc th−êng dïng ®Ó t¸ch s©u C≥3 hoÆc C≥2. Trong

nh÷ng s¬ ®å nµy ng−êi ta th−êng sö dông hoÆc chu tr×nh lµm l¹nh theo bËc,hoÆc chu tr×nh lµm l¹nh trong, hoÆc lµ kÕt hîp çc chu tr×nh lµm l¹nh.

VI.2. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp (NNT) cã chu tr×nhlμm l¹nh trong

§Ó chÕ biÕn khÝ cã hµm l−îng C≥3 kh«ng qu¸ 70 ... 75 g/m3, ng−êi tath−êng ¸p dông çc s¬ ®å NNT víi nguån l¹nh duy nhÊt lµ tuabin gin në




khÝ, ®¶m b¶o t¸ch triÖt ®Ó çc cÊu tö theo yªu cÇu ®Þnh tr−íc: etan, propan vµçc hydrocacbon nÆng. Khi chÕ biÕn khÝ tù nhiªn, çc tuabin gin në khÝ sö dông n¨ng l−îng khÝ. Khi chÕ biÕn khÝ ®ång hµnh ng−êi ta nÐn khÝ s¬ bé ®Ót¹o ¸p suÊt cÇn thiÕt tr−íc khi ®−a vµo thiÕt bÞ gin në khÝ (gäi lµ çc detendre).Trong çc s¬ ®å cã chu tr×nh lµm l¹nh trong, cïng víi sù gin në khÝ ® t¸chmét phÇn benzin ng−êi ta cßn th−êng dïng sù tiÕt l−u dßng chÊt láng.

VI.2.1. S¬ ®å ®iÓn h×nh cña mét nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ cã tuabin gi·n në khÝ

S¬ ®å nhµ m¸y lo¹i nµy bao gåm çc c«ng ®o¹n chÝnh sau (h×nh VI.7):

♦ C«ng ®o¹n nÐn khÝ ban ®Çu khi chÕ biÕn khÝ ®ång hµnh: (ë çc nhµm¸y cña Mü th−êng kh«ng cã c«ng ®o¹n nµy bëi v× khÝ ®ång hµnh ®®−îc nÐn trùc tiÕp ngay t¹i n¬i khai th¸c).

♦ SÊy khÝ

♦ C«ng ®o¹n t¸i sinh l¹nh vµ nhiÖt cña çc dßng khÝ ng−îc chiÒu nhau.

♦ C«ng ®o¹n t¸ch khÝ ¸p suÊt cao.♦ C«ng ®o¹n gin në khÝ b»ng tuabin cã t¸ch khÝ ¸p suÊt thÊp.

♦ T¸ch metan cña çc chÊt láng ng−ng tô nÕu yªu cÇu ®Þnh tr−íc lµ

nhËn etan vµ çc hydrocacbon nÆng C ≥2 ; t¸ch etan cña condensat nÕu

yªu cÇu nhËn propan vµ çc hydrocacbon nÆng C≥3 .♦ NÐn khÝ kh« ®Õn ¸p suÊt cÇn thiÕt ®Ó ®−a vµo ®−êng èng dÉn.

H×nh VI.7. S¬ ®å nhµ m¸y chÕ biÕn k hÝ sö dông tuabin gi·n në khÝ

1. C«ng ®o¹n sÊy khÝ (b»ng r©y ph©n tö); 2. Bé phËn trao ®æi nhiÖt ; 3. Tuabin nÐn;4. Bé phËn t¸ch ¸p suÊt cao; 5. Tuabin gi·n në khÝ ; 6. Bé phËn t¸ch ¸p suÊt thÊp (1,4 ...

2,8 MPa); 7. Th¸p t¸ch metan; I. KhÝ nguyªn liÖu (7,0 MPa, 27 0C); II. KhÝ t¸ch benzin

(7,0 MPa); III. S¶n phÈm láng (hÖ sè t¸ch C2 40 - 70%; C3 95%; C≥4 99%)

II

I

3

21 4

56 7

III




(

VI.2.2. S¬ ®å NNT hai bËc ®Ó t¸ch C≥≥≥≥3 cã tuabin gi·n në khÝ, tiÕt l−u

dßng chÊt láng

Nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ®Çu tiªn cã tuabin gin në khÝ ® ®−a vµo thö nghiÖm n¨m 1964 (hng Costal Steits Gas Producing ë San - Antonio bangTexas, Mü). C«ng suÊt nhµ m¸y theo khÝ nguyªn liÖu vµo lµ 3,7 triÖu m 3 khÝ

trong mét ngµy ®ªm. ë nhµ m¸y nµy ng−êi ta kh«ng t¸ch etan v× kh«ng cãnhu cÇu t¹i chç. Ng−êi ta t¸ch ®−îc 85% propan vµ hydrocacbon nÆng.

Kh«ng cÇn thiÕt ph¶i nÐn khÝ kh« lÇn thø hai, bëi v× khÝ ®−îc ®−a trùc tiÕpvµo hÖ thèng nÐn khÝ cña thµnh phè San - Antonio d−íi ¸p suÊt tuyÖt ®èi lµ2,1 MPa (h×nh VI.8).

H×nh VI.8. S¬ ®å chÕ biÕn khÝ ë nhµ m¸y San - Antonio (bang Texas, Mü)

1,9. Çc th¸p t¸ch; 2,3,4. Bé phËn trao ®æi nhiÖt; 5. Th¸p t¸ch ba pha; 6. Tuabin gi·nnë vµ nÐn khÝ; 7. ThiÕt bÞ ®Ó t¸i sinh metanol; 8. ThiÕt bÞ thæi giã; 10. Th¸p t¸ch etan;

I. KhÝ nguyªn liÖu; II. K hÝ kh«; III. S¶n phÈm t¸ch etan; IV. Metanol; V. PhÇn ng−ng tô.

KhÝ cã ¸p suÊt 5,2 MPa ®i vµo th¸p t¸ch 1, t¹i ®©y nh÷ng giät chÊt láng

®−îc t¸ch ra khái khÝ. Sau khi ra khái th¸p t¸ch, khÝ ®−îc lµm l¹nh trong çcthiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 2, 3 vµ 4 nhê dßng khÝ kh« vµ condensat tõ bé phËn

thæi giã 8 cã nhiÖt ®é −540C ®i ng−îc chiÒu. Sau ®ã khÝ võa ®−îc lµm l¹nhsÏ ®−îc dÉn ®Õn th¸p t¸ch 5. Tr−íc khi vµo çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt, ng−êita b¬m metanol vµo khÝ. Trong th¸p t¸ch ba pha 5, metanol bo hoµ n−íc,çc hydrocacbon ng−ng tô vµ khÝ ®−îc t¸ch riªng. Dung dÞch metanol trongn−íc ®−îc t¸i sinh trong th¸p 7 . Çc hydrocacbon ng−ng tô ®−îc ®−a tõ th¸p

3

1

7

4

6 9

10

8

5

2III

VIV

I

II




t¸ch 5 vµo bé phËn thæi giã 8, ë ®©y ¸p suÊt gi¶m xuèng 1,8 MPa, nhiÖt ®é

condensat gi¶m xuèng −840C. KhÝ t¹o thµnh nhê sù tiÕt l−u nµy tõ th¸p 8 ®−îc dÉn vµo ®−êng èng dÉn khÝ kh«, cßn condensat qua thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt 2 vµo phÇn gi÷a cña th¸p t¸ch etan 10. KhÝ tõ th¸p t¸ch 5 ®i vµo tuabingin në khÝ 6, t¹i ®©y ¸p suÊt cña nã gi¶m ®Õn 1,8 MPa, sau ®ã ®−îc dÉn vµoth¸p t¸ch 9 ë trªn ®Ønh cña th¸p 10. KhÝ tõ th¸p t¸ch 9 sau khi truyÒn nhiÖt ë 3 vµ 4 ®−îc m¸y nÐn ®Õn ¸p suÊt 2,1 MPa, m¸y nÐn nèi víi mét trôc cñatuabin 6. Ph©n ®o¹n chøa c¸c hydrocacbon nÆng ®−îc th¸o ra tõ ®¸y th¸pt¸ch etan 10.

NÐt ®Æc tr−ng cña s¬ ®å võa xÐt trªn lµ nhiÖt l−îng cÇn thiÕt nhËn ®−îcdo sù gin në khÝ ® t¸ch benzin vµ sù tiÕt l−u condensat trong thiÕt bÞ thæigiã 8.

VI.2.3. S¬ ®å nguyªn lý thiÕt bÞ NNT cã tuabin gi·n në khÝ ®Ó chÕ

biÕn khÝ tù nhiªn

Nh÷ng nghiªn cøu gÇn ®©y cho thÊy r»ng, s¬ ®å cã tæ hîp tuabin gin në khÝ chÕ biÕn khÝ tù nhiªn cã hiÖu qu¶ cao h¬n so víi c¸c s¬ ®å chÕ biÕn khÝ tù nhiªn kh¸c. S¬ ®å nguyªn lý thiÕt bÞ NNT cã tuabin ®Ó chÕ biÕn khÝ tù nhiªn ®−îc ®−a ra trªn h×nh VI.9.

H×nh VI.9. S¬ ®å nguyªn lý thiÕt bÞ NNT cã tuabin gi·n në khÝ

I

III

II

1 32

4

56




suÊt cña dßng khÝ nguyªn liÖu, ®−îc lµm l¹nh trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖtb»ng kh«ng khÝ 1 vµ ®−îc trén lÉn víi dßng khÝ vµo.

§Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ khÝ tuÇn hoµn tõ th¸p t¸ch etan bao gåm çchydrocacbon nhÑ (trong ®ã chñ yÕu lµ etan) vµ dßng khÝ vµo, do ®ã condensatnhËn ®−îc giµu etan h¬n. T¸c nh©n l¹nh nhËn ®−îc do qu¸ tr×nh tiÕt l−ucondensat ®−îc t¨ng lªn vµ ®¶m b¶o dßng sau khi tiÕt l−u cã nhiÖt ®é thÊph¬n. So víi s¬ ®å t−¬ng tù nh−ng kh«ng cã tiÕt l−u condensat th× s¬ ®å võam« t¶ trªn cã lîi h¬n vÒ mÆt kinh tÕ: s¶n xuÊt 1 kmol ph©n ®o¹n hydro-

cacbon nÆng C≥3 theo s¬ ®å nµy yªu cÇu 5,63 m3 nhiªn liÖu, cßn s¬ ®å kh«ngcã tiÕt l−u condensat cÇn tíi 6,23 m3.

Nh− vËy trong s¬ ®å nµy, tÝnh to¸n víi yªu cÇu t¸ch propan kh«ng triÖt®Ó, chu tr×nh lµm l¹nh cho nhiÖt ®é kh«ng thÊp h¬n so víi chu tr×nh lµm l¹nhb»ng propan, mµ cho çc chØ tiªu kinh tÕ kh¸c tèt h¬n. S¬ ®å nµy cã thÓ ¸pdông ®Ó t¸ch triÖt ®Ó propan, cßn khi hiÖn ®¹i ho¸ nã th× cã thÓ ¸p dông ®Ót¸ch etan.

H×nh VI.10. S¬ ®å NNT mét bËc ®Ó nhËn C ≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp

1,3. Çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt b»ng kh«ng khÝ; 2. M¸y nÐn; 4,6,7,9. Çc bé

phËn trao ®æi nhiÖt; 5,8. Bé phËn bay h¬i propan; 10. Van tiÕt l−u;11. Th¸p t¸ch nhiÖt ®é thÊp; 12. Th¸p t¸ch etan; 13. Bé phËn ®un nãng ®¸y th¸p;

I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng.

VI.3.2. S¬ ®å NNT hai bËc ®Ó nhËn C ≥≥≥≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp

(chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan vµ tiÕt l−u dßng láng)

1 2

34 5 6

7 8 9

10

11

12

13

II

III

I




1,12. Çc m¸y nÐn; 2,13. Çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt kh«ng khÝ; 3,4,7,8,9,11. Bé phËntrao ®æi nhiÖt; 5,15. Çc bé phËn bay h¬i propan; 6,10. Çc th¸p t¸ch nhiÖt ®é thÊp;

14. Th¸p t¸ch etan; 16. Håi l−u; 17. B¬m; 18. Bé phËn gia nhiÖt; 19,20. Bé phËntiÕt l−u; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III. Ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng.

VI.3.3. S¬ ®å NNT hai bËc ®Ó nhËn C ≥≥≥≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp

(chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan, tiÕt l−u dßng chÊt láng

vµ tuabin gi·n në khÝ)

Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ë Mü cã khuynh h−íng øng dông çc thiÕt bÞ

gin në khÝ (detendre) khi chØ cÇn t¸ch C≥3. H×nh VI.12 ®−a ra s¬ ®å c«ngnghÖ chÕ biÕn khÝ ®ång hµnh cã hµm l−îng C≥3 lµ 300 g/m3 ®Ó t¸ch 90% C≥3.

H×nh VI.12. S¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp ®Ó nhËn C ≥3 cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp

1,3,5. Bé phËn bay h¬i propan; 2,4,9,14. Bé phËn trao ®æi nhiÖt; 6,8. Trao ®æinhiÖt kh«ng khÝ; 7,12. M¸y nÐn; 10,11. Th¸p t¸ch; 13. Tuabin gi·n në khÝ;15. Bé phËn tiÕt l−u; 16. Th¸p t¸ch etan; 17. B é phËn gia nhiÖt.

I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng.

KhÝ nguyªn liÖu ®−îc nÐn ®Õn 4,0 MPa, sau khi ® lµm s¹ch khái CO2 vµsÊy b»ng chÊt hÊp phô r¾n, ®−îc ®−a vµo c«ng ®o¹n ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp.Mét phÇn khÝ ®i vµo çc thiÕt bÞ bay h¬i 1, 3, 5 vµ çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt

II

I

III

1 2 3

4

5

6 7 812

13

10

14

159

1116

17




2, 4, t¹i ®©y khÝ ®−îc lµm l¹nh ®Õn −300C, ®−îc trén lÉn víi mét phÇn khÝ ®®−îc lµm l¹nh ®Õn cïng nhiÖt ®é ®ã b»ng condensat tõ th¸p t¸ch 10.Condensat tõ th¸p t¸ch 10 ®−îc tiÕt l−u ®Õn ¸p suÊt 1,7 MPa vµ sau khitruyÒn l¹nh cã nhiÖt ®é 200C ®−îc dÉn tíi th¸p t¸ch etan 16.

Tõ th¸p t¸ch 10 khÝ sau khi ®−îc lµm l¹nh bëi khÝ kh« ®i ra tõ ®Ønh th¸p

t¸ch etan 16 ®¹t nhiÖt ®é −510C ®−îc dÉn vµo th¸p t¸ch nhiÖt ®é thÊp 11, t¹i

®©y khÝ ®−îc t¸ch ra khái condensat vµ cã nhiÖt ®é −510C, ¸p suÊt 3,7 MPa®i vµo tuabin 13. Condensat tõ th¸p t¸ch nhiÖt ®é thÊp 11 ®−îc dÉn qua vantiÕt l−u 15, ¸p suÊt cña khÝ gi¶m ®Õn 18 MPa vµ ®−a vµo th¸p t¸ch etan 16.Trong tuabin gin në khÝ 13 , ¸p suÊt gi¶m ®Õn 1,8 MPa, khi ®ã mét phÇn khÝ

bÞ ng−ng tô, ®−îc lµm l¹nh ®Õn −780C. KhÝ cïng víi condensat tõ tuabin 13 ®−îc dÉn ®Õn phÇn trªn cña th¸p t¸ch etan 16.

Ph©n ®o¹n chøa c¸c hydrocacbon nÆng ® t¸ch etan tõ ®¸y th¸p t¸chetan 16 cã nhiÖt ®é 690C ®−îc dÉn ®i chÕ biÕn tiÕp. KhÝ kh« tõ th¸p t¸ch etan16 sau khi truyÒn l¹nh ®−îc nÐn trong m¸y nÐn 12 ®Õn 2,0 MPa nhê cã n¨ngl−îng tõ tuabin 13 vµ tiÕp tôc ®−îc nÐn ®Õn ¸p suÊt 4,0 MPa nhê m¸y nÐn 7 .Nh− vËy trong s¬ ®å võa xÐt trªn, chu tr×nh gin në khÝ ®−îc kÕt hîp víi chutr×nh lµm l¹nh b»ng etan (hoÆc etylen).

VI.3.4. S¬ ®å NNT ba bËc ®Ó nhËn C≥≥≥≥2 cã chu tr×nh lµm l¹nh tæ hîp (chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan, tiÕt l−u dßng láng vµ

tuabin gi·n në khÝ)

Chóng ta xÐt s¬ ®å c«ng nghÖ cña nhµ m¸y Siligson (bang Texas cñaMü) bao gåm c«ng ®o¹n gin në khÝ ®Ó t¸ch tõ 50 ®Õn 70% etan. C«ng suÊtcña nhµ m¸y tÝnh theo khÝ nguyªn liÖu lµ 9050 ... 6373 ngh×n m3 /ngµy ®ªm(h×nh VI.13).

Propan ®−îc t¸ch ra gÇn 90%. Trong 1 m3 khÝ nguyªn liÖu chøa 140 cm3

etan, 103 cm3 propan vµ hydrocacbon nÆng, kho¶ng 0,12 mol% CO2 vµ N2.

§iÓm ®Æc tr−ng cña nhµ m¸y lµ hoµn toµn kh«ng cã lµm l¹nh b»ng n−íc.DiÖn tÝch x©y dùng nhµ m¸y nhá h¬n hai lÇn so víi nhµ m¸y cã c«ng suÊtt−¬ng tù lµm viÖc theo s¬ ®å hÊp thô nhiÖt ®é thÊp.

Dßng khÝ cã ¸p suÊt 5,9 MPa vµ nhiÖt ®é 36,70C ®−îc ®−a vµo th¸p t¸ch-läc 1, t¹i ®©y nã ®−îc t¸ch bá nh÷ng giät n−íc vµ hydrocacbon d¹ng láng.KhÝ sau khi läc ®−îc ®−a vµo th¸p hÊp phô 2 cã chøa chÊt hÊp phô r¾n, t¹i




®©y khÝ ®−îc sÊy kh« n−íc ®Õn ®iÓm s−¬ng t = −101,10C ë ¸p suÊt ® chocña khÝ nguyªn liÖu t¹i ®Çu vµo.

KhÝ ® sÊy kh« n−íc ®−îc dÉn qua bé phËn gia nhiÖt 12 cña th¸p t¸chmetan 11 ®Ó lµm nãng phÇn ®¸y cña th¸p, sau khi ra khái bé phËn gia nhiÖt,khÝ cã nhiÖt ®é 18,30C ®−îc lµm l¹nh tiÕp tôc trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 3

b»ng propan ®Õn nhiÖt ®é −13,30C. Sau ®ã khÝ ®−îc dÉn vµo th¸p t¸ch 4, métphÇn hydrocacbon ®−îc ng−ng tô vµ ®−îc dÉn ®Õn phÇn gi÷a cña th¸p t¸chmetan. KhÝ tõ th¸p t¸ch 4 ®i qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 5 vµ 6, t¹i ®©y c¸c

dßng khÝ kh« vµ khÝ nguyªn liÖu trao ®æi nhiÖt víi nhau. Tõ thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt, hçn hîp láng h¬i cã ¸p suÊt 5,84 MPa vµ nhiÖt ®é −620C ®i vµo th¸pt¸ch ¸p suÊt cao 7 . ChÊt láng tõ th¸p t¸ch 7 ®−îc bay h¬i ®¼ng ¸p trong thiÕt

bÞ thæi giã 8 ë nhiÖt ®é −92,20C vµ ¸p suÊt 2,0 MPa, gÇn víi ¸p suÊt trong th¸pt¸ch metan 11.

H×nh VI.13. S¬ ®å c«ng nghÖ nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ë Siligson (Mü)

1. Bé phËn t¸ch läc; 2. Th¸p hÊp phô; 3. Trao ®æi nhiÖt propan; 4,7,10. Bé phËn t¸ch;5,6. Bé phËn trao ®æi nhiÖt; 8. Bé phËn thæi giã; 9. Tuabin gi·n në khÝ; 11. Th¸p t¸ch

metan; 12. Bé phËn gia nhiÖt; 13,14. M¸y nÐn; 15. T rao ®æi nhiÖt kh«ng khÝ;I. KhÝ nguyªn liÖu; II . Ph©n ®o¹n c¸c hydrocacbon C ≥2; III . KhÝ kh«.

1

23 12

1145

913

14

15

10

86

7

III

I

II




khÝ gÇy h¬n th× quan s¸t ®−îc h×nh ¶nh ng−îc l¹i. Nh− vËy x¶y ra qu¸ tr×nhtù ®éng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é trong thiÕt bÞ gin në khÝ phô thuéc vµo hµm

l−îng C≥3 trong khÝ nguyªn liÖu (hay cßn gäi lµ ®é bÐo cña khÝ), ®iÒu ®ã lµmcho viÖc t¸ch cÊu tö ®Þnh tr−íc trªn thùc tÕ ë møc ®é nh− nhau.

Çc s¬ ®å chÕ biÕn khÝ kh¸c kh«ng cã kh¶ n¨ng tù ®iÒu chØnh ®Ó duy tr×møc ®é t¸ch nh− nhau khi thµnh phÇn khÝ vµo bÞ thay ®æi. Thùc thÕ mét s¬ ®å NNT bÊt kú kh¸c ®−îc tÝnh to¸n trªn nh÷ng th«ng sè nhÊt ®Þnh. NÕu nh− khÝ ®−a vµo chÕ biÕn gÇy h¬n th× ë cïng mét nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt, møc ®ét¸ch bÞ gi¶m ®i. Ng−îc l¹i, nÕu khÝ ®−a vµo chÕ biÕn bÐo h¬n th× møc ®é t¸cht¨ng lªn.

ViÖc øng dông c«ng ®o¹n gin në khÝ lµm cho s¬ ®å c«ng nghÖ trë nªndÔ ®iÒu khiÓn bëi v× çc th«ng sè cña qu¸ tr×nh sÏ tù ®iÒu chØnh vµ ®−îc duytr× ë møc ®é cÇn thiÕt, ®¶m b¶o viÖc t¸ch çc cÊu tö ®Þnh tr−íc ®¹t ®−îc møc®é yªu cÇu. §ã lµ −u ®iÓm cña s¬ ®å ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp cã c«ng ®o¹ngin në khÝ.

Tãm l¹i, trong ch−¬ng nµy ® xÐt çc s¬ ®å NNT kh¸c nhau, trong ®ã cãnh÷ng s¬ ®å hiÖn ®¹i nhÊt. § ®−a ra nh÷ng ®Æc tr−ng kinh tÕ kü thuËt vµ so s¸nhçc s¬ ®å, rót ra nh÷ng −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm, ph¹m vi øng dông tõng s¬ ®å.

MÆc dï vÒ h×nh thøc c«ng nghÖ rÊt ®a d¹ng, tÊt c¶ çc qu¸ tr×nh chÕ biÕnkhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh b»ng ph−¬ng ph¸p ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp baogåm nh÷ng c«ng ®o¹n c¬ b¶n gièng nhau. Nãi chung ®èi víi mét s¬ ®å NNT bÊt kú nhÊt thiÕt ph¶i bao gåm çc c«ng ®o¹n chÝnh sau: t¸ch khÝ ë ®Çu vµokhái çc giät láng vµ çc h¹t c¬ häc, nÐn khÝ, sÊy khÝ, çc kªnh trao ®æinhiÖt t¸i sinh ®Ó tËn dông l¹nh vµ nhiÖt cña dßng khÝ vµ condensat, chu tr×nh

lµm l¹nh, t¸ch − ph©n t¸ch pha, t¸ch metan vµ t¸ch etan (®èi víi s¬ ®å nhËn

s¶n phÈm lµ C≥2) hoÆc c«ng ®o¹n t¸ch etan cña condensat (®èi víi s¬ ®å

nhËn s¶n phÈm lµ C≥3).




155

Ch−¬ng VII

chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô

Qu¸ tr×nh hÊp thô vËt lý ®−îc sö dông trong c«ng nghÖ xö lý khÝ ®Ó lo¹ih¬i n−íc, CO2 vµ H2S. Trong ch−¬ng V (phÇn II) ® ®Ò cËp ®Õn qu¸ tr×nh sÊykhÝ b»ng glycol vµ qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng monoetanolamin. Trong

ch−¬ng nµy sÏ nghiªn cøu qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô.Ph−¬ng ph¸p hÊp thô t¸ch khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh dùa trªn c¬ së

hai qu¸ tr×nh chuyÓn khèi c¬ b¶n: hÊp thô vµ nh¶ hÊp thô. B¶n chÊt vËt lýcña qu¸ tr×nh lµ sù c©n b»ng gi÷a dßng khÝ vµ láng do sù khuÕch t¸n chÊt tõ pha nµy sang pha kh¸c. Khi ®¹t c©n b»ng bÒn ®éng lùc, sù khuÕch t¸n ®−îcx¸c ®Þnh b»ng hiÖu sè ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö bÞ t¸ch ra trong pha khÝ vµ pha láng. NÕu ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö trong pha khÝ lín h¬n trongpha láng th× x¶y ra qu¸ tr×nh hÊp thô (hÊp thô khÝ bëi chÊt láng), vµ ng−îcl¹i, nÕu ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö bÞ t¸ch ra ë trong pha khÝ nhá h¬ntrong pha láng th× x¶y ra qu¸ tr×nh nh¶ hÊp thô (tho¸t khÝ ra khái chÊt láng).§èi víi çc tÝnh to¸n thùc tÕ, ®éng lùc cña qu¸ tr×nh hÊp thô ®−îc biÓu thÞchÝnh x¸c h¬n kh«ng chØ qua ¸p suÊt riªng phÇn mµ cßn qua nång ®é cña çccÊu tö t−¬ng øng.

T¹i çc nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ, qu¸ tr×nh hÊp thô vµ nh¶ hÊp thô ®−îcthùc hiÖn trong çc th¸p hÊp thô vµ çc th¸p ch−ng luyÖn cã cÊu t¹o kiÓuth¸p ®Üa hoÆc th¸p ®Öm, chÊt hÊp thô ®−îc dïng ë ®©y lµ çc ph©n ®o¹nbenzin, keroxen hoÆc hçn hîp cña chóng.

VII.1. S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ b»ngph−¬ng ph¸p hÊp thô

Ngoµi çc c«ng ®o¹n chung th−êng cã ë bÊt kú nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ

nµo nh− c«ng ®o¹n t¸ch, nÐn vµ sÊy khÝ, s¬ ®å hÊp thô cßn cã thªm c«ng®o¹n hÊp thô vµ nh¶ hÊp thô. T¹i c«ng ®o¹n hÊp thô çc cÊu tö t−¬ng øng(etan, propan...) ®−îc t¸ch ra khái khÝ. C«ng ®o¹n t¸ch etan hoÆc t¸ch metankhái chÊt hÊp thô ® bo hoµ. T¹i c«ng ®o¹n nh¶ hÊp thô, chÊt hÊp thô bohßa ® ®−îc t¸ch metan hoÆc etan (tuú theo yªu cÇu ®Þnh tr−íc) sÏ ®−îc t¸ch

tiÕp hçn hîp çc hydrocacbon nÆng (C ≥2 hoÆc C≥3) vµ kh¶ n¨ng hÊp thô cñachÊt hÊp thô ®−îc t¸i sinh l¹i. Tuú theo thµnh phÇn cña nguyªn liÖu vµo




156

(thµnh phÇn cña khÝ ®−a vµo chÕ biÕn) mµ s¬ ®å c«ng nghÖ cã thÓ thªm çcc«ng ®o¹n lµm s¹ch khÝ khái çc hîp chÊt chøa oxy vµ l−u huúnh. Trong métvµi tr−êng hîp cÇn thiÕt, s¬ ®å cã thÓ bao gåm c¶ c«ng ®o¹n nÐn khÝ.

Ngoµi ra cßn cã c¶ s¬ ®å trong ®ã qu¸ tr×nh lµm s¹ch khÝ khái çc hîp

chÊt chøa l−u huúnh vµ qu¸ tr×nh t¸ch çc hydrocacbon ® ®Þnh tr−íc (C≥2

hoÆc C≥3) cïng ®−îc thùc hiÖn trong mét c«ng ®o¹n hÊp thô. Nh− vËy tuúthuéc nh÷ng ®iÒu kiÖn cô thÓ mµ ¸p dông çc c«ng ®o¹n thÝch hîp cho nhµm¸y chÕ biÕn khÝ. Tuy nhiªn nguyªn t¾c x©y dùng s¬ ®å vµ ®Æc ®iÓm chøc

n¨ng cña çc c«ng ®o¹n nãi chung lµ nh− nhau ®èi víi tÊt c¶ çc nhµ m¸ychÕ biÕn khÝ.

H×nh VII.1. S¬ ®å nguyªn lý thiÕt bÞ hÊp thô

1. Th¸p hÊp thô; 2. Th¸p hÊp thô - bèc h¬i; 3. Th¸p nh¶ hÊp thô; 4,5. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt;6,7. ThiÕt bÞ lµm m¸t b»ng kh«ng khÝ; 8. ThiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng n−íc; 9. Håi l−u; 10. ThiÕt bÞ®un s«i ®¸y th¸p; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . ChÊt hÊp thô b·o hßa; IV. ChÊt hÊpthô b·o hoµ ®· t¸ch etan; V. KhÝ kh«; VI. Çc hydrocacbon nÆng; VII. ChÊt hÊp thô t¸i sinh.

Trªn h×nh VII.1 ®−a ra s¬ ®å nguyªn lý cña qu¸ tr×nh hÊp thô ®Ó t¸ch khÝ propan vµ çc hydrocacbon nÆng h¬n khái khÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn.Theo s¬ ®å trªn h×nh VII.1, khÝ nguyªn liÖu sau khi ®−îc lµm s¹ch khái çcgiät láng vµ çc t¹p chÊt c¬ häc, ®−îc nÐn, sÊy ®Õn ®iÓm s−¬ng cÇn thiÕt,®−îc ®−a vµo ®Üa cuèi cïng cña th¸p hÊp thô 1 (çc c«ng ®o¹n t¸ch, nÐn, sÊykh«ng thÓ hiÖn trªn h×nh), chÊt hÊp thô ® ®−îc t¸i sinh ®−îc t−íi lªn ®Üatrªn cïng. Trong thiÕt bÞ nµy çc cÊu tö theo yªu cÇu ®Þnh tr−íc (C ≥3) ®−îc

VII V

III

I

1

23

6

8

VI

79

10

4

5

VIIIV




157

t¸ch ra khái khÝ vµo, ngoµi ra cßn cã c¶ mét l−îng çc hydrocacbon nhÑ(metan vµ etan).

KhÝ kh« tho¸t ra tõ ®Ønh th¸p hÊp thô 1, cßn chÊt hÊp thô bo hoµhydrocacbon ®−îc tho¸t ra tõ ®¸y th¸p. KhÝ kh« ®−a ®i sö dông, cßn chÊt hÊpthô bo hoµ ®−îc ®−a vµo th¸p hÊp thô bèc h¬i 2 (c«ng ®o¹n t¸ch metan,t¸ch etan). Trong th¸p nµy çc hydrocacbon nhÑ metan vµ etan ®−îc tho¸t rakhái chÊt hÊp thô bo hoµ. §Ó gi¶m mÊt m¸t propan ®i theo hydrocacbon nhÑtõ ®Ønh th¸p 2 vµ ®¶m b¶o t¸ch etan triÖt ®Ó h¬n khái chÊt hÊp thô bo hoµ,

ng−êi ta t−íi chÊt hÊp thô ® t¸i sinh (® nh¶ hÊp thô) vµo ®Üa trªn cïng cñath¸p 2 cßn ®¸y th¸p th× ®−îc gia nhiÖt. KhÝ kh« ®−îc sö dông lµm nhiªn liÖu,cßn chÊt hÊp thô bo hoµ ® t¸ch etan ®−îc gia nhiÖt trong thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt 4 vµ ®i vµo th¸p nh¶ hÊp thô 3. Tõ ®Ønh th¸p nh¶ hÊp thô 3 nhËn ®−îc

hçn hîp propan vµ hydrocacbon nÆng. Ph©n ®o¹n çc hydrocacbon nÆng C ≥3 ®−îc ng−ng tô trong thiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ (hoÆc thiÕt bÞ lµm l¹nhb»ng n−íc) 7 vµ ®i vµo håi l−u 9, tõ ®ã mét phÇn hydrocacbon nÆng ®ng−ng tô quay trë vµo lµm giµu thªm cho ®Üa trªn cïng cña th¸p nh¶ hÊp thô 3, phÇn cßn l¹i ®−a sang th¸p ch−ng ph©n ®o¹n khÝ s¶n xuÊt tõng hydro-cacbon riªng biÖt hoÆc ph©n ®o¹n khÝ ho¸ láng t−¬ng øng. NhiÖt cung cÊpcho phÇn d−íi cña th¸p nh¶ hÊp thô do sù tuÇn hoµn cña chÊt hÊp thô ch¶y tõ

®Üa cuèi sang thiÕt bÞ ®un s«i ®¸y th¸p 10. ChÊt hÊp thô ® t¸i sinh ®−îc dÉnra tõ ®¸y th¸p nh¶ hÊp thô 3 vµ lµm nguéi trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 4 vµ 5 vµ trong çc thiÕt bÞ lµm l¹nh 6 vµ 8 sau ®ã ®i vµo th¸p hÊp thô 1 vµ th¸p hÊpthô-bèc h¬i 2.

§Æc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ khÝ nguyªn liÖu ë ®Çu vµo vµ chÊt hÊp thô ®t¸i sinh ®−îc lµm l¹nh trong çc thiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng n−íc hoÆc thiÕt bÞlµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ ®Õn nhiÖt ®é 25 ... 350C. Trong çc s¬ ®å hiÖn ®¹i,khÝ vµ chÊt hÊp thô ®−îc lµm l¹nh ®Õn nhiÖt ®é thÊp h¬n do sö dông çc chutr×nh t−¬ng øng (®¼ng nhiÖt bay h¬i tèi thiÓu cña t¸c nh©n l¹nh khi chÕ biÕn

khÝ ®ång hµnh cã thÓ tíi −30 ... − 400C).

ë Mü çc s¬ ®å hÊp thô cã lµm l¹nh b»ng n−íc (hoÆc kh«ng khÝ) ®®−îc sö dông tõ nh÷ng n¨m 20 ... 40 cña thÕ kû tr−íc. ViÖc sö dông thiÕt bÞlo¹i nµy cho phÐp ®¶m b¶o s¶n xuÊt mét l−îng cÇn thiÕt khÝ ho¸ láng vµ thiÕtlËp ®−îc nh÷ng ®iÒu kiÖn æn ®Þnh ®Ó vËn chuyÓn khÝ theo ®−êng èng dÉn khÝ (t¸ch etan vµ propan 40 ... 50%, t¸ch butan 85 ... 90%, benzin khÝ 95 ... 100%).Nh÷ng thiÕt bÞ lo¹i nµy trong c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ cã tªn gäi lµ thiÕt bÞhÊp thô dÇu.




159

ë Mü vµ Cana®a, trªn çc thiÕt bÞ HNT ng−êi ta ® t¸ch ®−îc 40 ... 50%

etan tõ khÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn víi nhiÖt ®é dßng vµo th¸p hÊp thô −40

... −500C, ¸p suÊt 6 ... 7 MPa). ë Céng hoµ Liªn bang Nga, tõ khÝ ®ång hµnh

cã hµm l−îng C≥3 tõ 300 ... 600 g/m3 t¸ch ®−îc 40 ... 50% etan vµ 90 ... 95%

propan vµ çc hydrocacbon nÆng víi çc th«ng sè nhiÖt ®é −30 ... −380C, ¸psuÊt 3,0 ... 3,9 MPa.

Trong çc thiÕt bÞ HNT, qu¸ tr×nh t¸ch çc hydrocacbon theo yªu cÇu Ýtphô thuéc vµo sù ph©n bè vµ sù thay ®æi thµnh phÇn cña nguyªn liÖu khÝ ë ®Çu vµo. ¦u ®iÓm ®ã cña s¬ ®å HNT cã ý nghÜa rÊt quan träng, bëi v× tuútheo møc ®é chÕ biÕn s¬ bé t¹i má dÇu mµ thµnh phÇn cña khÝ ®ång hµnh ®−a®Õn nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ cã thÓ rÊt kh¸c nhau, ®iÒu ®ã cã thÓ dÉn ®Õn khãkh¨n cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt çc s¶n phÈm khÝ yªu cÇu trong ®ã cã etan.Trong thiÕt bÞ NNT, viÖc gi¶m hµm l−îng propan vµ hydrocacbon nÆng trongkhÝ lµm gi¶m sù t¸ch etan ngay c¶ khi hµm l−îng etan trong nguyªn liÖu ®Çukh«ng ®æi.

Ban ®Çu qu¸ tr×nh HNT chØ ®¬n gi¶n lµ qu¸ tr×nh hÊp thô ë nhiÖt ®é thÊp,sau ®ã hµng lo¹t çc gi¶i ph¸p c«ng nghÖ nh»m hoµn thiÖn s¬ ®å c«ng nghÖcòng nh− c¬ cÊu cña çc c«ng ®o¹n c¬ b¶n ® ®−îc thùc hiÖn, cho phÐp t¨ng

®¸ng kÓ çc chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt cña qu¸ tr×nh hÊp thô nhiÖt ®é thÊp.

VII.2. Çc th«ng sè c«ng nghÖ cña qu¸ tr×nh chÕ biÕnkhÝ b»ng ph−¬ng ph¸p hÊp thô nhiÖt ®é thÊp

Çc th«ng sè c«ng nghÖ ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ lµ ¸p suÊt,nhiÖt ®é, thµnh phÇn hçn hîp khÝ nguyªn liÖu, thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt ho¸ lýcña chÊt hÊp thô, sè ®Üa lý thuyÕt vµ cÊu t¹o cña th¸p hÊp thô, th¸p nh¶ hÊp thô.

VII.2.1. Qu¸ tr×nh hÊp thô

Qu¸ tr×nh hÊp thô x¶y ra trong th¸p hÊp thô nhiÖt ®é thÊp ( −30 ...

−400

C), vµ ¸p suÊt trong th¸p 3 ... 7 MPa tuú thuéc vµo thµnh phÇn khÝ ®−avµo chÕ biÕn, khÝ cã hµm l−îng C ≥3 cao (khÝ bÐo) cÇn ¸p suÊt cao.

Qu¸ tr×nh hÊp thô çc hydrocacbon trong hçn hîp khÝ ®−a vµo chÕ biÕnkÌm theo sù to¶ nhiÖt. HiÖu øng nhiÖt phô thuéc vµo thµnh phÇn hçn hîp khÝ,hydrocacbon cµng nhÑ nhiÖt hÊp thô to¶ ra sÏ cµng lín. Trªn h×nh VII.2 m«t¶ sù thay ®æi hµm l−îng çc chÊt hÊp thô trong dÇu (a) vµ sù thay ®æi nhiÖt®é dßng khÝ vµ dßng dÇu theo chiÒu cao th¸p hÊp thô (b).




160

H×nh VII.2. Çc thay ®æi trong th¸p hÊp thô

a) Thay ®æi hµm l−îng c ¸c cÊu tö trong chÊt hÊp thô theo chiÒu cao th¸p hÊp thô:I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . ChÊt hÊp thô t¸i sinh; IV. ChÊt hÊp thô b·o hoµ.

b) Thay ®æi nhiÖt ®é theo chiÒu cao th¸p hÊp thô: 1. KhÝ; 2. ChÊt hÊp thô.

§Ó t¨ng hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh cÇn ®¶m b¶o c©n b»ng nhiÖt tèi −u trongth¸p vµ çc nhµ nghiªn cøu ® ®−a ra çc ph−¬ng ¸n c«ng nghÖ: gi¶i nhiÖttheo chiÒu cao th¸p, bo hoµ s¬ bé chÊt hÊp thô t¸i sinh (dÇu t¸i sinh) b»ngçc cÊu tö nhÑ, ...

Ng−êi ta ® ®−a ra ba ph−¬ng ¸n bo hoµ s¬ bé dÇu t¸i sinh b»ng çccÊu tö nhÑ tr−íc khi t−íi vµo th¸p hÊp thô vµ th¸p hÊp thô - bèc h¬i.

• Ph−¬ng ¸n 1 (h×nh VII .3a) DÇu t¸i sinh ®−îc trén lÉn víi khÝ khi ®i ra tõ ®Ønh th¸p hÊp thô - bèch¬i, sau khi lµm l¹nh nhê chu tr×nh l¹nh propan ®−îc bo hoµ s¬ bé hydro-cacbon nhÑ. DÇu ® bo hoµ ®−îc t−íi vµo th¸p hÊp thô vµ hÊp thô - bèc h¬i.

• Ph−¬ng ¸n 2 (h×nh VII .3b) DÇu t¸i sinh t−íi vµo th¸p hÊp thô - bèc h¬i s¬ bé hydrocacbon nhÑ tõ

®Ønh th¸p hÊp thô bèc h¬i. Sau khi trén víi dßng khÝ kh« tõ ®Ønh th¸p hÊp

II

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

S è t h ø

t ù c ñ a ® Ü a

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

S è t h ø

t ù c ñ a ® Ü a

C4C5

C3

1

2

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 15 20 25 30

III

I

IV NhiÖt ®é, 0Cx , mol/mol chÊt hÊp thô

a) b)




161

thô vµ ®−îc lµm l¹nh, dÇu t¸i sinh ® bo hoµ hydrocacbon nhÑ hai lÇn sÏt−íi vµo th¸p hÊp thô.

• Ph−¬ng ¸n 3 (h×nh VII .3c)

DÇu t¸i sinh t−íi vµo th¸p hÊp thô vµ th¸p hÊp thô - bèc h¬i ®−îc bohoµ hydrocacbon nhÑ tõ ®Ønh th¸p t−¬ng øng, cã nghÜa lµ t−íi vµo th¸p nµosÏ bo hoµ s¬ bé hydrocacbon nhÑ tõ ®Ønh th¸p ®ã.

H×nh VII.3. C¸c ph−¬ng ¸n b·o hoµ s¬

bé chÊt hÊp thô t¸i sinh b»ng c¸c

cÊu tö nhÑ tr−íc khi t−íi vµo th¸p hÊp

thô vµ th¸p hÊp thô - bèc h¬i

1,5,7. Chu tr×nh l¹nh propan; 2, 6, 8. ThiÕt bÞ

ph©n ly; 3. Th¸p hÊp thô; 4. Th¸p t¸ch etan;

9. ThiÕt bÞ gia nhiÖt;I. KhÝ nguyªn liÖu; II. KhÝ kh« sau khi b·ohoµ s¬ bé chÊt hÊp thô t¸i sinh; III, IV, V.

KhÝ kh«; VI. ChÊt hÊp thô t¸i sinh; VII. ChÊt

t¶i nhiÖt; VIII. ChÊt hÊp thô b·o hoµ ®· t¸ch

etan.

II

2

3 4

V

1I

C3

9

6

5

8

VI

VII

VIII

IV

II

c)

7

6

5

VI VI

VI

II

III

2

3 4

VIII

VII

V

1IC3

9

a)

9

6

5

2

3 4

V

I1C3

7C3

8IV

VI

VII

VIII

II

VI

b)

II




163

bÐo vµo th¸p (còng chÝnh lµ phÇn mol cñacÊu tö ®ã trong dßng khÝ bÐo vµo th¸p);

X 0 lµ sè mol cña cÊu tö nµo ®ã trong dßng dÇu

t¸i sinh t−íi vµo th¸p trªn tæng sè mol dÇu t¸isinh (phÇn mol cÊu tö ®ã trong dÇu t¸i sinh);

X N lµ sè mol cña cÊu tö nµo ®ã trong dßng

dÇu bo hoµ ra khái ®¸y th¸p hÊp thô trªnsè mol cña dÇu t¸i sinh t−íi vµo th¸p;

Y 0 lµ sè mol cña cÊu tö nµo ®ã trong pha h¬in»m c©n b»ng víi dÇu t¸i sinh t−íi vµo th¸p,trªn sè mol khÝ bÐo ®i vµo th¸p.

H»ng sè c©n b»ng pha ë ®Üa lý thuyÕt thø n nµo

®ã (1 ≤ n ≤ N ) cã thÓ biÓu diÔn b»ng ®¼ng thøc sau:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡== +

n0

n

n

n1N

n

nn

X L

L

V

Y V

x

y K (VII.1)

NÕu ®Üa (n − 1) vµ (n + 1) lµ çc ®Üa ë phÝa

trªn vµ phÝa d−íi ®Üa thø n th× ®èi víi cÊu tö nµo

®ã sÏ cã c©n b»ng sau:

n1n

1nn

0n

11n

1N

0

X X

Y Y

X X

Y Y

V

L

−

−=

−

−=

−

++

+

(VII.2)

Kremcer vµ Brown ® ®−a ra ®Þnh nghÜa vÒ th«ng sè hÊp thô trung b×nh:

1N

0

+

== K.V

L

K.V

L A (VII.3)

Tû sè mol Lo / VN+1 lµ h»ng sè ®èi víi mçi bµi to¸n cô thÓ ë ®iÒu kiÖn

nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt lµm viÖc trung b×nh cña th¸p hÊp thô. NÕu dÇu ®−îc t¸isinh hoµn toµn, Y 0 sÏ nhËn gi¸ trÞ b»ng 0. Khi ®ã hÖ sè t¸ch cÊu tö nµo ®ã tõ

hçn hîp khÝ bÐo Ea ®−îc biÓu diÔn b»ng biÓu thøc Kremcer - Brown:

a1n

1n

01n

11n

1 E

A

A A

Y Y

Y Y =

−

−=

−

−+

+

+

+ (VII.4)

Gi¶n ®å Kremcer (h×nh VII.6) biÓu diÔn biÓu thøc (VII.4): trôc tungbiÓu diÔn hÖ sè t¸ch Ea, trôc hoµnh biÓu diÔn th«ng sè hÊp thô A (hoÆc th«ng

sè nh¶ hÊp thô S ), çc ch÷ sè trªn çc ®−êng cong chØ sè ®Üa lý thuyÕt n.

H×nh VII.5. S¬ ®å vµ ký

hiÖu çc dßng vËt chÊttrong th¸p hÊp thô dÇu

V N+1 Y

L0 X 0

L0 X 1V N+1 Y 2

1

2

N −1

N V N+1 Y N+1

L0 X N

L0 X N−1




H×nh VII.6. Gi¶n ®å Kremcer

1 6 4

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15

0,05

0.10

0.150.20

0.25

0,30

0.35

0.40

0.45

0.50

0,55

0.60

0.65

0.70

0.75

0,80

0.85

0.90

0.95

1.00

Th«ng sè hÊp thô A (hoÆc th«ng sè nh¶ hÊp thô S)

Sè ®Üa lý thuyÕt n

A n + 1 −

A

S m + 1 −

S T

A n + 1 −

1

S m + 1 −

1

H Ö s è E

a =

;

T T

E s =




165

VÝ dô VII.1

ThiÕt bÞ hÊp thô dÇu dïng ®Ó t¸ch 75% propan tõ 100 mol khÝ cã thµnhphÇn cho trong b¶ng. Th¸p hÊp thô cã 6 ®Üa lý thuyÕt. Tèc ®é dßng dÇu t−íivµo th¸p hÊp thô lµ bao nhiªu nÕu nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt trung b×nh trong th¸plµ 1040F vµ 1000 psi? DÇu t¸i sinh tuÇn hoµn. X¸c ®Þnh thµnh phÇn khÝ kh«ra khái ®Ønh th¸p hÊp thô.


Thµnh phÇn phÇn tr¨m mol çc cÊu tö trong hçn hîp khÝ nguyªn liÖu chotrong cét 2. H»ng sè c©n b»ng pha K cña çc cÊu tö ®−îc x¸c ®Þnh tõ çc ®åthÞ cña J. Campbell (phô lôc 1) øng víi nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt trung b×nh trongth¸p ®−îc ®−a ra trong cét 3.

Tõ gi¶n ®å Kremcer (h×nh VII.6), øng víi Ea = 0,75; n = 6 cã A = 0,80.

¸p dông biÓu thøc (VII.3) tÝnh l−u l−îng dßng dÇu t¸i sinh vµo th¸p:

L0 = A. K .VN+1 = 0,8 × 0,37 × 100 = 29,6 mol/h

(tÝnh cho 100 mol hçn hîp khÝ)

¸p dông biÓu thøc (VII.3), gi¸ trÞ L0 ® tÝnh ®−îc vµ gi¸ trÞ K cña çccÊu tö ® cã ®Ó x¸c ®Þnh gi¸ trÞ A cña çc cÊu tö ®ã:

VÝ dô ®èi víi metan:

0,0911003,25

29,6=

×= A

TÝnh t−¬ng tù víi çc cÊu tö cßn l¹i. Çc gi¸ trÞ tÝnh ®−îc ghi trong cét 4 cña b¶ng VII.1.

Tõ çc gi¸ trÞ A ® tÝnh ®−îc vµ sè ®Üa lý thuyÕt n = 6, b»ng gi¶n ®åKremcer x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ Ea víi çc cÊu tö cßn l¹i. Çc gi¸ trÞ Ea nhËn®−îc ghi trong cét 5.

¸p dông biÓu thøc Kremcer - Brown (VII.4) ®Ó tÝnh çc gi¸ trÞ Y 1 cña khÝ

kh« ra khái ®Ønh th¸p hÊp thô.VÝ dô ®èi víi metan:

0,091090,6

90,6 1

01n

11n =−

−=

−

−

+

+ Y

Y Y

Y Y

Y 1 = 82,36.

CÇn l−u ý, trong bµi to¸n nµy cho biÕt dÇu t¸i sinh hoµn toµn, nghÜa lµ




166

Y 0 = 0, ®iÒu ®ã kh«ng ¸p dông víi çc tr−êng hîp kh¸c. T−¬ng tù tÝnh to¸nsè mol cña çc cÊu tö cßn l¹i, kÕt qu¶ ghi vµo cét 6.

TÝnh sè mol cña mçi cÊu tö trong dÇu bo hoµ. VÝ dô sè mol metan:

X N = Y n+1 − Y 1 + Y 0 = 90,6 − 82,36 + 0 = 8,24

T−¬ng tù víi çc cÊu tö cßn l¹i, kÕt qu¶ ghi vµo cét 7 .

ViÖc sö dông th«ng sè hÊp thô trung b×nh A ® bá qua sù thay ®æi thÓtÝch hçn hîp khÝ tõ ®Çu vµo ®Õn ®Çu ra. Tuy nhiªn, nh÷ng gi¶ thiÕt vÒ nhiÖt

®é trung b×nh vµ çc gi¸ trÞ h»ng sè c©n b»ng cã thÓ dÉn ®Õn nh÷ng sai sè ®¸ng kÓ trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n.

Khi tÝnh to¸n qu¸ tr×nh t¸i sinh, ng−îc víi qu¸ tr×nh hÊp thô, çc ®Üatrong th¸p t¸i sinh ®−îc ®¸nh sè thø tù tõ d−íi ®¸y th¸p lªn ®Ønh th¸p. Th«ngsè nh¶ hÊp thô ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau:

L

K.V S =T

khi ®ã hÖ sè t¸i sinh:

s1m

T

T 1m

T

01m

11m

1

E

S

S S

Y X

Y Y =

−

−=

−

−+

+

+

+

B¶ng VII .1.

CÊu tö Y N+1 K A E a Y 1 X N

1 2 3 4 5 6 7

C1 90,6 3,25 0,091 0,091 82,38 8,24

C2 4,3 0,90 0,329 0,329 2,89 1,41

C3 3,2 0,37 0,80 0,75 0,80 2,40

izo-C 4 0,5 0,21 1,41 0,96 0,02 0,48

n-C4 1,0 0,17 1,74 0,985 0,015 0,985

C6 0,4 0,035 8,46 1,00 0,00 0,40100,0 86,085 13,915

VII.4. S¬ ®å c«ng nghÖ hÊp thô nhiÖt ®é thÊp hiÖn ®¹i

Trong phÇn nµy sÏ xem xÐt çc s¬ ®å ®iÓn h×nh HNT sö dông ë çc nhµm¸y chÕ biÕn khÝ ®Ó t¸ch çc hydrocacbon tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh.




167

Trªn h×nh VII.7 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ HNT cña nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ®Ót¸ch propan vµ çc hydrocacbon nÆng tõ khÝ tù nhiªn t¹i thµnh phè CotreinCana®a. C«ng suÊt cña nhµ m¸y theo khÝ nguyªn liÖu lµ 8,57 tû m 3 /n¨m.T¸ch ®−îc 84% propan chøa trong nguyªn liÖu ®Çu. ThiÕt bÞ sö dông hai chÊthÊp thô: chÊt hÊp thô nhÑ cã khèi l−îng ph©n tö trung b×nh 100, chÊt hÊp thônÆng cã khèi l−îng ph©n tö trung b×nh 140.

KhÝ tù nhiªn cã ¸p suÊt 5,9 MPa ®−îc lµm l¹nh trong thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt 1 vµ thiÕt bÞ bay h¬i propan 3 tõ nhiÖt ®é 180C ®Õn nhiÖt ®é −370C, do

®ã mét phÇn khÝ ®−îc ng−ng tô. KhÝ nguyªn liÖu tr−íc khi vµo thiÕt bÞ trao®æi nhiÖt 1 ® ®−îc bæ sung dung dÞch etylen glycol ®Ó hÊp thô t¸ch n−íc cãtrong khÝ. Hçn hîp khÝ tõ th¸p 3 cã chøa etylen glycol ® hÊp thô n−íc vµçc hydrocacbon ® ng−ng tô (gäi lµ condensat) ®−îc ®−a vµo th¸p t¸ch 6.Sau khi ra khái th¸p t¸ch etylen glycol ® hÊp thô n−íc ®−îc ®−a sang th¸pt¸i sinh (kh«ng thÓ hiÖn trong s¬ ®å), condensat ®−îc ®−a vµo th¸p hÊp thô-bèc h¬i 12, cßn khÝ ®−îc chia lµm hai dßng: mét dßng ®i qua thiÕt bÞ bay h¬ipropan 4 vµ th¸p t¸ch 5 vµo ®Ønh th¸p hÊp thô 7 cïng víi chÊt hÊp thô ®®−îc t¸i sinh, mét dßng kh¸c ®i vµo phÇn d−íi cña th¸p hÊp thô 7 .

Th¸p hÊp thô 7 cã hai phÇn hÊp thô ®éc lËp A vµ B: phÇn A lµ phÇn d−íi

cña th¸p cã nhiÖt ®é −370C, chÊt hÊp thô nhÑ (cã khèi l−îng ph©n tö 100)®−îc ®−a vµo ®©y ®Ó t¸ch khái khÝ çc cÊu tö cÇn thiÕt, phÇn trªn cña th¸p lµphÇn B ®−îc t−íi chÊt hÊp thô nÆng (cã khèi l−îng ph©n tö 140) ®Ó hÊp thôchÊt hÊp thô nhÑ tõ phÇn A cña th¸p (chÊt hÊp thô nÆng ®i vµo th¸p cã nhiÖt®é cao h¬n, qu¸ tr×nh t¸i sinh chÊt hÊp thô kh«ng ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh).PhÇn d−íi cña th¸p hÊp thô ®−îc cung cÊp nhiÖt do sù tuÇn hoµn cña chÊthÊp thô bo hoµ qua thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 8, t¹i ®©y t¸c nh©n chuyÓn t¶inhiÖt chÝnh lµ chÊt hÊp thô võa t¸i sinh cã nhiÖt ®é cao. Do ®ã hµm l−înghydrocacbon nhÑ cã trong khÝ nguyªn liÖu vµo ®−îc gi¶m ®i tr−íc khi vµoth¸p hÊp thô-t¸ch khÝ 12.

KhÝ kh« ®i ra tõ ®Ønh th¸p hÊp thô 7 ®−îc trén víi khÝ tõ th¸p t¸ch 6, vµ

cïng víi chÊt hÊp thô nhÑ ® t¸i sinh ®i vµo thiÕt bÞ bay h¬i propan 4, t¹i ®©ydo sù trao ®æi chÊt vµ trao ®æi nhiÖt (lµm l¹nh) cña dßng khÝ vµ dßng láng,chÊt hÊp thô nhÑ ®−îc bo hoµ çc hydrocacbon nhÑ. Tõ thiÕt bÞ bay h¬i 4 hçn hîp khÝ kh« vµ chÊt hÊp thô ®−îc ph©n t¸ch trong th¸p t¸ch 5. KhÝ kh«tõ th¸p t¸ch ®−îc ®−a ®i sö dông sau khi ® truyÒn l¹i l¹nh trong thiÕt bÞ trao®æi nhiÖt 1 vµ 2, cßn chÊt hÊp thô t¸i sinh ® bo hoµ hydrocacbon nhÑ ®−îc®−a vµo ®Üa trªn cña phÇn B (phÇn trªn) cña th¸p hÊp thô 7 .




169

Tõ ®¸y th¸p hÊp thô 7 nhËn ®−îc chÊt hÊp thô nhÑ (cã khèi l−îng ph©ntö trung b×nh 100), sÏ trén lÉn víi condensat tõ th¸p t¸ch 6, vµ ®−îc dÉn vµophÇn gi÷a cña th¸p hÊp thô - bèc h¬i 12 (¸p suÊt trong th¸p lµ 3,0 MPa). §Ó®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc cña th¸p, chÊt hÊp thô nhÑ ®i vµo ®Üa trªn cïng cñath¸p cÇn ph¶i cã nhiÖt ®é −370C. Cßn phÇn d−íi cña th¸p 12 cã nhiÖt ®é kh¸cnhau do tuÇn hoµn láng qua ba thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 13, 14, 15.

KhÝ kh« tho¸t ra tõ ®Ønh th¸p 12, cßn tõ ®¸y th¸p lµ chÊt hÊp thô bo hoµ® t¸ch etan. KhÝ kh« sau khi bo hoµ s¬ bé cho chÊt hÊp thô nhÑ ® t¸i sinh

(trong thiÕt bÞ bay h¬i propan 10 vµ thiÕt bÞ t¸ch 11) vµ ®−îc gia nhiÖt trongthiÕt bÞ gia nhiÖt 9 ®−îc ®−a ®i sö dông (®−êng III trªn h×nh VII.7), cßn chÊthÊp thô ® t¸ch etan ®i vµo phÇn gi÷a cña th¸p nh¶ hÊp thô 18 (¸p suÊt trongth¸p lµ 2,0 MPa). Tõ ®Ønh th¸p nh¶ hÊp thô nhËn ®−îc ph©n ®o¹n çchydrocacbon nÆng C≥3, sau khi ng−ng tô vµ lµm l¹nh trong thiÕt bÞ lµm l¹nhb»ng kh«ng khÝ 16 ®i vµo håi l−u 17 , mét phÇn quay trë l¹i th¸p nh¶ hÊp thô,mét phÇn ®−a ®i ®ãng gãi s¶n phÈm.

ChÊt hÊp thô ® t¸i sinh lÊy ra tõ ®¸y th¸p nh¶ hÊp thô 18 mét phÇn ®−îcgia nhiÖt trong lß 19 vµ quay trë l¹i ®¸y th¸p nh¶ hÊp thô, cßn mét l−îng c©nb»ng t−¬ng øng sau khi truyÒn nhiÖt trong çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 15, 14,13, 2 vµ 8 ®−îc dÉn ®i bo hoµ b»ng çc hydrocacbon nhÑ. Nh− vËy chÊt hÊp

thô ®i vµo th¸p 12 bo hoµ hydrocacbon nhÑ mét lÇn do tiÕp xóc víi khÝ kh«cña th¸p, cßn ®i vµo th¸p hÊp thô 7 chÊt hÊp thô bo hoµ hai lÇn: lÇn ®Çu dotiÕp xóc cña chÊt hÊp thô t¸i sinh víi khÝ kh« tõ th¸p 12 (ë ¸p suÊt 3,0 MPa),lÇn thø hai do tiÕp xóc cña chÊt hÊp thô ® hÊp thô lÇn mét víi khÝ kh« tõ ®Ønh th¸p hÊp thô 7 (ë ¸p suÊt 5,9 MPa). S¬ ®å nh− vËy cho phÐp ®¶m b¶oçc ®iÒu kiÖn tèi −u ®Ó tiÕn hµnh qu¸ tr×nh thùc hiÖn trong th¸p hÊp thô vµth¸p hÊp thô - bèc h¬i.

Trªn h×nh VII.8 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ thiÕt bÞ HNT cña nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ dïng ®Ó t¸ch etan vµ çc hydrocacbon nÆng tõ khÝ tù nhiªn ë thµnh phè Elvin(Mü). ChÊt hÊp thô sö dông ë ®©y lµ ph©n ®o¹n benzin cã khèi l−îng ph©n tö 100.

KhÝ tù nhiªn (cã ¸p suÊt 3,2 MPa) ®−îc lµm l¹nh trong thiÕt bÞ trao ®æi

nhiÖt 1 vµ chu tr×nh l¹nh propan 2, 4 ®Õn nhiÖt ®é −370C . §Ó s¬ bé t¸ch Èmtr−íc khi lµm l¹nh khÝ, dßng khÝ nguyªn liÖu tr−íc khi vµo 2 ®−îc trén víidung dÞch etylen glycol, dung dÞch nµy sau khi ® bo hoµ h¬i n−íc ®−îct¸ch khái khÝ ë th¸p t¸ch 3 vµ ®−a ®i t¸i sinh (trªn h×nh kh«ng thÓ hiÖn c«ng®o¹n t¸i sinh etylen glycol). Sau ®ã dßng khÝ l¹i ®−îc bo hoµ mét phÇn víichÊt hÊp thô ®Ó s¬ bé t¸ch çc hydrocacbon nÆng C≥4 vµ ®−îc ®−a vµo ®Üad−íi cïng cña th¸p hÊp thô 5. ChÊt hÊp thô t¸i sinh ® bo hoµ hydrocacbon




H×nh VII.8. S¬ ®å c«ng nghÖ thiÕt bÞ HNT cña nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ t¹i thµnh phè Elvin - Mü

1,8,12,13. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 3,7,15. C¸c th¸p t¸ch; 2,4,6,10,14,17,19. ThiÕt bÞ bay h¬i propan; 5. Th¸p hÊp thô;9. Th¸p bèc h¬i - t¸ch; 11. Th¸p hÊp thô-bèc h¬i; 16. Th¸p nh¶ hÊp thô; 18. ThiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ; 20. Håi l−u; 2

I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh« cña th¸p hÊp thô sau c«ng ®o¹n b·o hoµ chÊt hÊp thô t¸i sinh; III . Dung dÞch etylen glycoIV . Etylen glycol tù do; V. ChÊt hÊp thô b·o hoµ; VI, IX. KhÝ kh«; VII, XI. ChÊt hÊp thô b·o hoµ hydrocacbon nhÑ;

VIII - ChÊt hÊp thô ®· t¸i sinh; X. KhÝ kh« cña th¸p hÊp thô-bèc h¬i sau c«ng ®o¹n b·o hoµ chÊt hÊp thô t¸i sinh; XII . ChÊthô b·o hoµ ®· t¸ch metan; XIII. ChÊt hÊp thô b·o hoµ mét phÇn; XIV . KhÝ; XV. Ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng C ≥2.

1 7 0

I

II IIIIV V

V

VII

VIII

VIII

VIII

IX

X

XIXII

XIIXIII

XIV

XV

1 2 3 4

5

VI

VIII

6 10

7

8 9

11

12

13

14

16

17

18

19

20

21

15

XV




171

nhÑ vµ ®−îc lµm l¹nh trong thiÕt bÞ bay h¬i propan 6 cã nhiÖt ®é −370C ®−îc®−a vµo ®Üa trªn cïng cña th¸p hÊp thô 5.

Tõ ®Ønh th¸p hÊp thô 5 nhËn ®−îc khÝ kh«, sau khi qua c«ng ®o¹n bohoµ s¬ bé (ë thiÕt bÞ bay h¬i propan 6 vµ thiÕt bÞ t¸ch 7 ) vµ truyÒn l¹nh trongbé thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 1, khÝ ®−a ®i tiªu thô (®−êng II). Tõ ®¸y th¸p hÊpthô 5 nhËn ®−îc chÊt hÊp thô bo hoµ. ChÊt hÊp thô bo hoµ nµy chia lµm haidßng: mét dßng sÏ hçn hîp víi khÝ tr−íc khi vµo thiÕt bÞ bay h¬i propan 4 (nh»m môc ®Ých s¬ bé t¸ch benzin khái khÝ), dßng thø hai sau khi truyÒn

l¹nh trong bé thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 8 ®i vµo thiÕt bÞ bèc h¬i-t¸ch 9, t¹i ®©ychÊt hÊp thô bo hoµ ®−îc t¸ch khÝ mét phÇn do qu¸ tr×nh tiÕt l−u. Sau ®ã c¶khÝ vµ chÊt hÊp thô ®−îc dÉn vµo th¸p hÊp thô-bèc h¬i 11. Çc phÇn cßn l¹it−¬ng tù s¬ ®å ® xem xÐt ë trªn.

Trªn h×nh VII.9 lµ s¬ ®å HNT cña nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ dïng ®Ó t¸chpropan vµ hydrocacbon nÆng tõ khÝ ®ång hµnh ë thµnh phè Nhiznevartovsk(CHLB Nga). C«ng suÊt nhµ m¸y 1 tû m 3 /n¨m. T¸ch 90% hydrocacbon C≥3 trong khÝ nguyªn liÖu ban ®Çu. ChÊt hÊp thô ë ®©y dïng ph©n ®o¹n 105 ...205 0C cã khèi l−îng ph©n tö 140. Qu¸ tr×nh hÊp thô thùc hiÖn ë ¸p suÊt 4,0MPa vµ nhiÖt ®é dßng khÝ vµo −230C .

KhÝ tr−íc khi vµo çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 2, 3 vµ thiÕt bÞ bay h¬i

propan 4 ®−îc bæ sung etylen glycol ®Ó t¸ch mét phÇn n−íc. Tõ thiÕt bÞ bayh¬i propan 4 ra, hçn hîp khÝ etylen glycol ® hÊp thô n−íc vµ çc hydro-cacbon ng−ng tô (condensat) ®−îc ®−a vµo th¸p t¸ch 5.

Sau th¸p t¸ch etylen glycol ® hÊp thô n−íc ®−îc ®−a ®i t¸i sinh (trªnh×nh kh«ng thÓ hiÖn c«ng ®o¹n t¸i sinh nµy), condensat ®−a sang th¸p hÊpthô - bèc h¬i 12 sau khi ® truyÒn l¹nh trong çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 3 vµ16, cßn khÝ ®i vµo phÇn d−íi cña th¸p hÊp thô 8, ®Üa trªn cïng cña th¸p hÊpthô ®−îc t−íi chÊt hÊp thô t¸i sinh ® bo hoµ hydrocacbon nhÑ cã nhiÖt ®é−230C. Tõ ®Ønh th¸p hÊp thô nhËn ®−îc khÝ kh«, sau c«ng ®o¹n bo hoµ (ë thiÕt bÞ bay h¬i propan 7 vµ th¸p t¸ch 6) vµ hoµn nguyªn l¹nh trong thiÕt bÞtrao ®æi nhiÖt 2 ®−îc ®−a ®i lµm nhiªn liÖu.

ChÊt hÊp thô bo hoµ ®−îc lÊy ra tõ ®¸y th¸p hÊp thô 8, ®−a qua van tiÕtl−u (gin në tõ ¸p suÊt 4,0 ®Õn 3,5 MPa) vµ sau khi truyÒn l¹nh trong thiÕt bÞtrao ®æi nhiÖt 9 ®−îc ®−a vµo phÇn gi÷a cña th¸p hÊp thô - bèc h¬i 12 (¸psuÊt trong th¸p lµ 3,4 MPa). §Ó ®¶m b¶o chÕ ®é lµm viÖc cña th¸p, chÊt hÊpthô ®−a vµo ®Üa trªn cïng cña th¸p ®−îc lµm l¹nh ®Õn −230C , cßn ®¸y th¸p®−îc ®un nãng ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau nhê çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt tuÇnhoµn 13, 14.




H×nh VII.9. S¬ ®å c«ng nghÖ HNT cña nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ t¹i thµnh phè Nhiznevartovsk - CHLB Nga

1,2,3,9,13,14,15,16. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 5,6,11. C¸c th¸p t¸ch; 4,7,10. ThiÕt bÞ bay h¬i propan; 8. Th¸p hÊp thô; 12. Th¸p hÊbèc h¬i; 21. Th¸p nh¶ hÊp thô; 17,18,20. ThiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ; 19. Håi l−u; 22. ThiÕt bÞ ®un s«i ®¸y th¸p; I. KhÝliÖu; II. KhÝ kh« sau khi ®· b·o hoµ hydrocacbon nhÑ cho chÊt hÊp thô t¸i sinh; III . Dung dÞch etylen glycol; IV,XII. ChÊt hÊsinh b ·o hoµ hydrocacbon nhÑ; V,XI. KhÝ kh«; VI. ChÊt hÊp thô t¸i sinh; VII. ChÊt hÊp thô b·o hoµ; VIII. KhÝ; IX. Condensat; X

glycol tù do; XIII. ChÊt hÊp thô b·o hoµ ®· t¸ch etan; XIV . Ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng C ≥3.

1 7 2

3

IIII III

IV

VVI VI

VI

VII

VIIIIX

IXVI

VI

X

XII

XIII

XIV

XIV

1 42

5

6

7

8

9

10

11 12

13

14

15

1617

18

19

20

2122

III

II

XIII




174

ChÊt hÊp thô t¸i sinh (dßng XII) −23ChÊt hÊp thô ® t¸ch etan (dßng XIII) 136

¸p suÊt, MPa 1,8§−êng kÝnh th¸p hÊp thô, mm 1.400/2.400*Sè l−îng ®Üa van 40Kho¶ng çc gi÷a çc ®Üa, mm 600ChiÒu cao th¸p hÊp thô, mm 36.600

Th¸p nh¶ hÊp thô 21

NhiÖt ®é, 0C- KhÝ nguyªn liÖu (dßng XIII) 192- §Ønh th¸p 78- Håi l−u (dßng XIV) 50- §¸y th¸p 310

NhiÖt ®é s¶n phÈm, 0C- T¹i ®Çu vµo thiÕt bÞ ®un s«i 22 286- T¹i ®Çu ra thiÕt bÞ ®un s«i 22 310

¸p suÊt, MPa 1,4ChØ sè håi l−u 1,2§−êng kÝnh th¸p, mm 2.600/3.600*

Sè l−îng ®Üa van 41Kho¶ng çc gi÷a çc ®Üa, mm 600ChiÒu cao th¸p hÊp thô, mm 38.300

* Ghi chó : Tö sè lµ ®−êng kÝnh phÇn trªn, mÉu sè lµ ®−êng kÝnh phÇnd−íi cña th¸p.

C©n b»ng vËt chÊt cña c«ng nghÖ HNT trªn h×nh VII.9 ®−îc tr×nh bµy

theo s¬ ®å d−íi ®©y:

M¸y nÐntíi 4,0 MPa

Th¸p t¸ch3,6 MPa

−250C

Th¸p hÊp thô3,5 MPa

−230C

M¸y nÐntíi 5,5 MPa

I I II IV

§−êng èngdÉn khÝ chÝnh

T¸ch etan tõ chÊt hÊp thô vµ

condensat1,8 MPa

t®Ønh= −250Ct®¸y =1070C

Th¸p nh¶ hÊp thô1,4 MPa

t®Ønh= 450Ct®¸ y =2090C

Çc ph©n ®o¹nhydrocacbon

nÆng

IX

VII

X

VVIIIVIIII




175

B¶ng c©n b»ng vËt chÊt c«ng nghÖ hÊp thô nhiÖt ®é thÊp cña nhµ m¸y chÕ

biÕn khÝ Nhiznevartovsk - CHLB Nga (s¬ ®å trªn h×nh VII.9)

Thμnh phÇn I II III IV V

CH4 60,78 77,10 10,02 92,10 87,14

C2H6 8,52 8,76 7,77 6,89 11,12

C3H8 16,03 10,19 34,29 1,01 1,74

izo-C 4H10 3,42 1,32 9,96 − −

n-C4H10 7,04 2,17 22,19 − −

izo-C 5H12 1,72 0,24 6,33 − −

n-C5H12 1,89 0,20 7,14 − −

C6H14 0,60 0,02 2,40 − −

C7H16 − − − − −

Tæng sè, kg/h 113.351,40 485.849,10 27.602,30 67.366,2 79.586,80

Thμnh phÇn VI VII VIII IX X

CH4 6,58 − 59,78 0,01 −

C2H6 4,20 0,78 34,45 2,21 − C3H8 11,80 15,69 5,77 45,17 −

izo-C 4H10 1,65 3,63 − 10,32 −

n-C4H10 2,72 7,47 − 21,23 0,02

izo-C 5H12 0,30 1,83 − 5,09 0,06

n-C5H12 0,26 2,01 − 5,44 0,15

C6H14 2,17 2,65 − 3,53 2,18

C7H16 70,32 65,95 − − 97,59

Tæng sè, kg/h 68.500,80 106.824,50 12.218,60 37.527,00 692.976,00




176

Ch−¬ng VIII

chÕ biÕn khÝ b»ng ph−¬ng ph¸p ch−ng cÊt

S¬ ®å ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊp (CNT) thùc hiÖn qu¸ tr×nh t¸ch çc cÊu tö ®Þnh tr−íc hiÖu qu¶ h¬n s¬ ®å hÊp thô nhiÖt ®é thÊp (HNT) vµ thiÕt bÞ chÕ t¹o còng ®¬n gi¶n h¬n. Kh¸c nhau vÒ mÆt nguyªn lý gi÷a s¬ ®å CNT vµ NNT

lµ ë chç nguyªn liÖu ®i vµo thiÕt bÞ sau khi lµm l¹nh (toµn bé hay mét phÇndßng khÝ nguyªn liÖu) kh«ng cã sù t¸ch s¬ bé mµ ®−îc ®−a th¼ng vµo th¸pch−ng, t¹i ®ã x¶y ra sù ph©n t¸ch riªng biÖt khÝ nguyªn liÖu thµnh khÝ kh«(tho¸t ra tõ ®Ønh th¸p) vµ ph©n ®o¹n çc hydrocacbon nÆng (lÊy ra tõ ®¸yth¸p).

Phô thuéc vµo s¬ ®å nguyªn lý cña qu¸ tr×nh ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊp,thiÕt bÞ c¬ b¶n cña s¬ ®å lµ çc th¸p ch−ng ®−îc chia thµnh th¸p ch−ng - bèch¬i vµ th¸p ng−ng tô - bèc h¬i.

Th¸p ch−ng - bèc h¬i (h×nh VIII.1) lµm viÖc nh− th¸p ch−ng liªn tôc,dßng khÝ nguyªn liÖu ® ®−îc lµm l¹nh s¬ bé t¹i thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt thu

håi nhê dßng khÝ ® t¸ch benzin ®−îc ®−a vµo phÇn gi÷a cña th¸p. Trªn ®Ønhth¸p ®−îc lµm l¹nh b»ng chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi, hçn hîp khÝ ®−îc ng−ngtô håi l−u trë vÒ ®Üa trªn cïng cña th¸p ch−ng, khÝ s¶n phÈm ® t¸ch benzin®−îc dÉn theo ®−êng II sau khi ® truyÒn l¹nh cho khÝ nguyªn liÖu t¹i thiÕtbÞ trao ®æi nhiÖt thu håi.

Th¸p ng−ng tô-bèc h¬i kh¸c víi th¸p ch−ng-bèc h¬i ë chç hçn hîp khÝ nguyªn liÖu ®−îc trén víi s¶n phÈm ®Ønh th¸p, sau khi lµm l¹nh nhê chutr×nh lµm l¹nh ngoµi b»ng propan ®−îc ®−a vµo ®Üa trªn cïng cña th¸pch−ng. Trªn h×nh VIII.2 tr×nh bµy s¬ ®å th¸p ng−ng tô-bèc h¬i. Trong s¬ ®ånµy s¶n phÈm ®Ønh th¸p ®−îc trén víi dßng khÝ nguyªn liÖu, qua chu tr×nh

lµm l¹nh ngoµi cã nhiÖt ®é ©m cÇn thiÕt, hçn hîp ®−a qua thiÕt bÞ t¸ch 2,phÇn khÝ s¶n phÈm ®−a ra theo ®−êng VI, cßn phÇn láng ®−îc ®−a vµo ®Üatrªn cïng cña th¸p ng−ng tô-bèc h¬i.

Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cña th¸p ch−ng, viÖc t¨ng ¸p suÊt sÏ lµm gi¶mkh«ng ®¸ng kÓ n¨ng l−îng cho c«ng ®o¹n lµm l¹nh, nh−ng n¨ng l−îng tiªutèn chung cho toµn qu¸ tr×nh sÏ gi¶m ®¸ng kÓ v× qu¸ tr×nh ®−îc thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao h¬n. ChØ sè håi l−u tÝnh to¸n trong kho¶ng 1,55 ... 1,78.




177

Th«ng th−êng trong c«ng nghiÖp th¸p ch−ng cã 13 ®Õn 17 ®Üa lý thuyÕt.

Khi sö dông chu tr×nh lµm l¹nh propan vµ yªu cÇu nhËn s¶n phÈm C ≥3 ,

c¸c th«ng sè cña qu¸ tr×nh lµ nh− sau: nhiÖt ®é ®Ønh th¸p −230C ... −300C, ¸psuÊt trong th¸p 2,5 ... 3,5 MPa.

H×nh VIII.1. S¬ ®å th¸p ch−ng - bèc h¬i1. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 2. Th¸p ch−ngbèc h¬i; 3. Chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi; 4.ThiÕt bÞ t¸ch; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ

®· t¸ch benzin; III . èng truyÒn nhiÖt;IV. Hydrocacbon nÆng; V. Håi l−u.

H×nh VIII.2. S¬ ®å th¸p ng−ng tô - bèc h¬i1. Chu tr×nh lµm l¹nh ngoµi; 2. Th¸p t¸ch;3. Th¸p ng−ng tô bèc h¬i; I. KhÝ nguyªn

liÖu; II. KhÝ ®· t¸ch benzin; III. èngtruyÒn nhiÖt; IV. Hydrocacbon nÆng;V. Håi l−u; VI. S¶n phÈm ®Ønh th¸p.

Trªn h×nh VIII.3 lµ s¬ ®å ch−ng cÊt cã hai ®−êng ®−a nguyªn liÖu vµoth¸p. VÒ mÆt nhiÖt ®éng häc s¬ ®å nµy hîp lý h¬n. Theo tÝnh to¸n s¬ ®å nµycho phÐp tiÕt kiÖm kho¶ng 10% n¨ng l−îng, vµ qu¸ tr×nh thùc hiÖn ë nhiÖt

®é cao h¬n. Nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ ë Belaruxi (CHLB Nga) sö dông c«ngnghÖ CNT cã hai ®−êng ®−a nguyªn liÖu vµo th¸p. Theo s¬ ®å cña nhµ m¸ychÕ biÕn khÝ Belaruxi, dßng khÝ nguyªn liÖu chia lµm hai dßng: Mét dßngkh«ng lµm l¹nh ®i vµo phÇn gi÷a cña th¸p, cßn dßng thø hai sau khi lµm l¹nh®i vµo phÇn trªn cña th¸p (trong s¬ ®å cña nhµ m¸y dßng thø nhÊt lµ 60%,dßng thø hai lµ 40% cña dßng tæng). Dßng thø hai ®−îc lµm l¹nh trong thiÕtbÞ trao ®æi nhiÖt 1 bëi dßng khÝ ®i ra tõ ®Ønh th¸p 5, sau ®ã ®−îc trén víi s¶n

VII

II

32

V

1

IV

III1

II

I

III

IV

VC2 C3

C1 C2

C1 C2 C3

4

2

3




178

phÈm ®Ønh th¸p trong thiÕt bÞ bay h¬i propan 2 ®Õn nhiÖt ®é −260C, mét phÇnbÞ ng−ng tô. Hçn hîp hai pha tõ thiÕt bÞ bay h¬i propan 2 ®−îc dÉn vµo th¸pt¸ch 3, t¹i ®©y khÝ ®−îc t¸ch khái condensat. KhÝ sau khi truyÒn phÇn l¹nhtrong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 1 ®−îc ®−a ®i sö dông. PhÇn láng qua b¬m 4 ®ivµo phÇn trªn cña th¸p 5.

H×nh VIII.3. S¬ ®å CNT cã hai ®−êng ®−a nguyªn liÖu vµo th¸p 1. Trao ®æi nhiÖt; 2. ThiÕt bÞ bay h¬i propan; 3. ThiÕt bÞ t¸ch ba pha; 4. B¬m; 5. Th¸pch−ng; 6. ThiÕt bÞ ®un nãng ®¸y th¸p; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Ph©n ®o¹n c¸chydrocacbon nÆng; IV. Dietylen glycol 75%; V. Dietylen glycol 98...99%; VI. ChÊt t¶i nhiÖt.

nhiÖt ®é cña th¸p t¸ch 3 ®−îc duy tr× ë −270C. S¶n phÈm ®Ønh th¸pch−ng 5 ®−îc hçn hîp víi dßng khÝ nguyªn liÖu ® qua lµm l¹nh 1. NhiÖtcung cÊp cho ®¸y th¸p 5 do dßng láng tuÇn hoµn qua thiÕt bÞ ®un nãng 6.NhiÖt ®é ®¸y th¸p lµ 1000C. Tõ ®¸y th¸p nhËn ®−îc ph©n ®o¹n chøa c¸chydrocacbon nÆng.

S¬ ®å lµm viÖc cña nhµ m¸y nh− sau:

NÐn khÝ ®Õn¸p suÊt

Ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊpP = 3,5 MPa; t®Ønh = − 270C

t®¸ y = 1000C

§−êng èngdÉn khÝ

Hydrocacbon nÆng

6

1

54

2

3V

VI

IV

III

II

I




179

Trªn h×nh VIII.4 lµ s¬ ®å CNT cã tuabin gin në khÝ ®Ó t¸ch C≥3. Trongs¬ ®å nµy dïng t¸c nh©n l¹nh lµ propan, tuabin gin në khÝ cho nhiÖt ®é thÊph¬n n÷a. §Æc tr−ng cña s¬ ®å nµy lµ b»ng çch tiÕt l−u dßng láng ph©n ®o¹nchøa çc hydrocacbon nÆng ®Ó nhËn ®−îc propan cho chu tr×nh lµm l¹nh.

H×nh VIII.4. S¬ ®å CNT cã tuabin gi·n në khÝ

1,3. Çc th¸p t¸ch; 2. M¸y nÐn; 4. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 5. Tuabin gi·n në khÝ; 6. Th¸pch−ng; I. KhÝ nguyªn liÖu; II . KhÝ kh«; III . Ph©n ®o¹n çc hydrocacbon nÆng; IV. Propan.

KhÝ nguyªn liÖu ®i vµo thiÕt bÞ ®−îc lµm l¹nh b»ng dßng khÝ kh« vµpropan ®i ng−îc l¹i trong thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt cã nhiÒu lèi vµo 4, vµ ®−îcdÉn vµo th¸p ch−ng 6. S¶n phÈm ®Ønh th¸p ch−ng 6 ®−a vµo tuabin gin në khÝ 5, sau khi gin në quay l¹i lµm l¹nh ®Ønh th¸p 6, sau ®ã ®i qua thiÕt bÞtrao ®æi nhiÖt 4, vµ ®−a ®i sö dông (®−êng II). Tõ ®¸y th¸p 6 nhËn ®−îc ph©n

®o¹n chøa çc hydrocacbon nÆng, sau khi hçn hîp víi propan tr−íc khi vµoth¸p 4 sÏ truyÒn phÇn l¹nh cho khÝ nguyªn liÖu trong th¸p 4 vµ ®i ng−îc vµoth¸p t¸ch 1. Trong th¸p t¸ch 1 duy tr× ¸p suÊt sao cho tõ ®Ønh th¸p nhËn ®−îcpropan cã ®é s¹ch cÇn thiÕt. Tõ ®¸y th¸p t¸ch nhËn ®−îc ph©n ®o¹n chøa çchydrocacbon nÆng. Propan ®−îc nÐn b»ng m¸y nÐn 2, sau khi ®−îc lµm l¹nh®i vµo th¸p t¸ch 3. T¹i ®©y çc cÊu tö nhÑ kh«ng ng−ng tô ®−îc t¸ch ra vµ®−îc hçn hîp víi dßng khÝ nguyªn liÖu vµo, cßn propan láng ®i vµo thiÕt bÞ

1

II

4

2 5

6

3

I

III

IV




180

bay h¬i propan ®Ó lµm l¹nh dßng khÝ nguyªn liÖu ®i vµo thiÕt bÞ trao ®æinhiÖt 4.

B¶ng VIII.1 ®−a ra sè liÖu so s¸nh çc chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt cña çcs¬ ®å CNT cã mét ®Çu vµo, hai ®Çu vµo, vµ s¬ ®å NNT.

B¶ng VIII.1. So s¸nh çc chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt cña çc s¬ ®å

S¬ ®å NNTS¬ ®å CNT mét

®Çu vμoS¬ ®å CNT hai

®Çu vμo

Kh¶ n¨ng t¸ch C3, %

Kh¶ n¨ng t¸ch C≥3, %

L−îng l¹nh 106 kJ/h

L−îng nhiÖt 10 6 kJ/h

Hydrocacbon nÆng 103 tÊn/n¨m

Tiªu hao n¨ng l−îng, kW/h

76,0

83,2

52,5

46,0

780,18

30,5

66,3

79,2

39,2

34,4

174,35

24,2

73,1

82,3

39,2

35,6

179,17

23,2

Thµnh phÇn dßng khÝ nguyªn liÖu vµo lµ nh− nhau. Çc th«ng sè cña qu¸

tr×nh ®èi víi c¶ ba s¬ ®å lµ: ¸p suÊt 3,5 MPa, nhiÖt ®é ®Ønh th¸p −260C. C«ng

suÊt 430 triÖu m3

/n¨m.Tõ çc sè liÖu ®−a ra ë trªn thÊy r»ng, l−îng hydrocacbon nÆng nhËn

®−îc nhiÒu nhÊt tõ s¬ ®å NNT, Ýt nhÊt tõ s¬ ®å CNT cã mét ®Çu vµo. TÊt c¶çc chØ tiªu kinh tÕ kü thuËt cña s¬ ®å CNT cã hai ®Çu vµo tèt h¬n s¬ ®å cãmét ®Çu vµo. Nh− vËy trong tr−êng hîp yªu cÇu nhËn s¶n phÈm lµ propan vµ

çc hydrocacbon nÆng khi chÕ biÕn khÝ bÐo (hµm l−îng C ≥3 cao h¬n 400g/m3) th× s¬ ®å ch−ng cÊt nhiÖt ®é thÊp cã hai ®Çu vµo lµ thÝch hîp h¬n c¶.




181

Ch−¬ng IX

Ph¹m vi øng dông cña çc qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ

§Ó x¸c ®Þnh ®−îc ph¹m vi øng dông çc qu¸ tr×nh hÊp thô nhiÖt ®é thÊp(HNT) vµ ng−ng tô nhiÖt ®é thÊp (NNT) khi chÕ biÕn khÝ ®ång hµnh cã hµm

l−îng C≥3 kh¸c nhau, ng−êi ta ® ®−a ra çc nghiªn cøu tÝnh to¸n, so s¸nhçc kÕt qu¶ tÝnh hÖ sè t¸ch tèi −u çc cÊu tö ®Þnh tr−íc ®èi víi tõng s¬ ®å.§Ó x¸c ®Þnh chÕ ®é lµm viÖc tèi −u cña çc s¬ ®å, ng−êi ta sö dông hai tiªuchuÈn tèi −u ho¸ sau ®©y:

1. ChØ sè chi phÝ t−¬ng ®èi lµ tû sè gi÷a chi phÝ vµ gi¸ thµnh s¶n phÈmhµng ho¸:

C0 = C / G

trong ®ã: C0 lµ chØ sè chi phÝ t−¬ng ®èi;

C lµ chi phÝ s¶n xuÊt;

G lµ gi¸ thµnh s¶n phÈm hµng ho¸.

2. ChØ sè thu nhËp −íc ®Þnh T ®−îc tÝnh b»ng:

T = G − C

trong ®ã: T lµ chØ sè thu nhËp −íc ®Þnh;

G lµ gi¸ thµnh s¶n phÈm hµng ho¸;

C lµ chi phÝ s¶n xuÊt.

ChØ sè T ®−îc sö dông rÊt réng ri ®Ó tÝnh to¸n tèi −u trong c«ng nghiÖpho¸ häc, chÕ biÕn dÇu khÝ, ho¸ dÇu, vµ c«ng nghiÖp giÊy - xenlulo.

Trong thùc tÕ ng−êi ta cßn sö dông chØ sè C = Ct + e. K , trong ®ã Ct lµ

chi phÝ s¶n xuÊt thùc tÕ, K lµ vèn ®Çu t−, e lµ hÖ sè cho thÊy phÇn vèn ®Çu t− bæ sung hµng n¨m, ®èi víi c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ hÖ sè e b»ng 0,17.

Çc tÝnh to¸n ® cho thÊy, khi tÝnh to¸n tèi −u theo c¶ hai tiªu chuÈn(chØ sè chi phÝ t−¬ng ®èi vµ chØ sè thu nhËp −íc ®Þnh) cho kÕt qu¶ trïngnhau. Çc th«ng sè c«ng nghiÖp ® ®−îc chän ®Ó tÝnh to¸n so s¸nh hai qu¸

tr×nh NNT vµ HNT, nhiÖt ®é t¸ch b»ng −600C ®èi víi khÝ cã hµm l−îng C≥3




182

b»ng 156 g/m3, hÖ sè t¸ch 72,7%; −500C ®èi víi khÝ cã hµm l−îng C≥3 b»ng

295 g/m3, hÖ sè t¸ch 81%; −310C ®èi víi khÝ cã hµm l−îng C≥3 b»ng 463g/m3, hÖ sè t¸ch b»ng 81,1%.

Trªn h×nh IX.1 vµ h×nh IX.2 tr×nh bµy sù phô thuéc cña chØ sè thu nhËp

−íc ®Þnh T vµ chØ sè chi phÝ t−¬ng ®èi C vµo hµm l−îng C≥3 trong khÝ nguyªnliÖu khi chÕ biÕn khÝ theo s¬ ®å NNT vµ HNT.

Tõ h×nh vÏ thÊy r»ng, çc s¬ ®å NNT vµ HNT lµ nh− nhau vÒ mÆt kinh tÕ trong mét kho¶ng réng “®é bÐo” cña khÝ: tõ 250 ®Õn 350 g/m3. Khi chÕ biÕn

khÝ cã hµm l−îng C≥3 lín h¬n 350 - 400 g/m3 th× s¬ ®å NNT kinh tÕ h¬n. Khi

®ã nhiÖt ®é tèi −u ®Ó chÕ biÕn khÝ lµ −300C, nhiÖt ®é nµy cã ®−îc nhê sö dông chu tr×nh lµm l¹nh b»ng propan.

Khi chÕ biÕn khÝ cã hµm l−îng C≥3 nhá h¬n 250 g/m3, s¬ ®å NNT còng

tá ra kinh tÕ h¬n; tuy nhiªn khi ®ã nhiÖt ®é qu¸ tr×nh cÇn lµ −660C. Trong®iÒu kiÖn sö dông chu tr×nh lµ l¹nh b»ng propan, vµ cÇn ph¶i t¸ch tèi ®apropan vµ çc hydrocacbon nÆng th× qu¸ tr×nh HNT lµ kh¶ n¨ng duy nhÊt chophÐp t¸ch tíi trªn 90% propan vµ çc hydrocacbon nÆng khi chÕ biÕn khÝ cãthµnh phÇn bÊt kú.

H×nh IX.1. Sù phô thuéc chØ sè thunhËp −íc ®Þnh vµo hµm l−îng C≥3 cñakhÝ trong çc qu¸ tr×nh HNT (®−êng 1)vµ NNT (®−êng 2)

H×nh IX.2. Sù phô thuéc chØ sè chi phÝ t−¬ng ®èi vµo hµm l−îng C≥3 cña khÝ trong qu¸ tr×nh HNT (®−êng 1) vµ NNT(®−êng 2)

2,52,0

1,5

1,0

0,5

0

-0,5

-1,0

-1,5-2,0

C h Ø s è t h u n h Ë p − í c ® Þ n h T

Hµm l−îng C≥3

200 400

C h Ø s è c h i p h Ý t − ¬ n g ® è i C 1,1

1,0

0,9

Hµm l−îng C≥3

200 400

1

2

2

1




184

vµo th¸p t¸ch metan theo c¸c dßng kh¸c nhau. Trong tuabin khÝ th−êng ®−îcgin në tõ 5,0 ... 2,8 MPa. Trong c«ng ®o¹n lµm l¹nh propan vµ lµm l¹nh

dßng ng−îc chiÒu, khÝ ®−îc lµm l¹nh ®Õn −620C, cßn trong tuabin khÝ ®−îc

lµm l¹nh ®Õn −870C.

Nh− ® nãi ë phÇn trªn, khi chÕ biÕn khÝ rÊt “bÐo” (hµm l−îng C ≥3 vµo

kho¶ng 600 g/m3 vµ cao h¬n), víi môc ®Ých nhËn C≥3 sö dông qu¸ tr×nh ch−ngcÊt nhiÖt ®é thÊp cã hai ®−êng ®−a nguyªn liÖu vµo th¸p lµ thÝch hîp h¬n c¶.




phÇn III

chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn

vμ khÝ ®ång hμnh

KhÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh víi cÊu tö chÝnh lµ metan ®−îc dïng lµmnhiªn liÖu vµ nguyªn liÖu ®Ó tæng hîp çc s¶n phÈm cã gi¸ trÞ kinh tÕ. KhÝ sau khi ®−îc chÕ biÕn vµ ph©n t¸ch tõ çc c«ng ®o¹n ® xÐt ë phÇn trªn, choçc s¶n phÈm khÝ riªng biÖt: metan, etan, propan, butan, vµ ph©n ®o¹n çchydrocacbon cao h¬n (gäi lµ condensat).

Ph©n t¸ch khÝ ch−a ph¶i lµ môc ®Ých cuèi cïng cña qu¸ tr×nh chÕ biÕnkhÝ. C«ng ®o¹n cã ý nghÜa nhÊt lµ b»ng çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ho¸ häc víi

çc hÖ xóc t¸c ®Æc biÖt ®Ó chuyÓn ho¸ metan thµnh çc s¶n phÈm cã gi¸ trÞkinh tÕ cao.

HiÖn nay tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ng−êi ta ® tæng hîp ®−îchµng tr¨m s¶n phÈm kh¸c nhau cã gi¸ trÞ phôc vô cho ®êi sèng vµ çc ngµnhkinh tÕ kh¸c.

Ngoµi metan, çc s¶n phÈm kh¸c cña qu¸ tr×nh chÕ biÕn khÝ còng ®−îcsö dông lµm nguyªn liÖu quan träng cho c«ng nghÖ tæng hîp ho¸ dÇu nh−:etan dïng ®Ó s¶n xuÊt etylen, PE ..., propan dïng ®Ó s¶n xuÊt etylen vµpropylen, PVC, PP ..., izo-butan ®Ó ®iÒu chÕ izo-buten vµ cao su butyl kh«ngthÊm khÝ, s¶n xuÊt LNG, CNG, LPG ...

Trong phÇn III nµy sÏ nghiªn cøu mét sè qu¸ tr×nh c¬ b¶n chuyÓn ho¸trùc tiÕp vµ gi¸n tiÕp metan thµnh etan, etylen, khÝ tæng hîp, metanol,amoniac vµ axetylen lµ nh÷ng nguyªn liÖu quan träng cho c«ng nghiÖp ho¸häc vµ nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c.




Ch−¬ng X

Oxy ho¸ ghÐp ®«i Metan

Qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan lµ qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng hoµntoµn metan ®Ó nhËn ®−îc çc hydrocacbon cao h¬n, trong ®ã chñ yÕu lµetan vµ etylen. §©y lµ mét vÊn ®Ò rÊt cã ý nghÜa vÒ ph−¬ng diÖn lý thuyÕt

® l«i cuèn nhiÒu nhµ nghiªn cøu trªn thÕ giíi. C«ng tr×nh ®Çu tiªn nghiªncøu xóc t¸c cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ trùc tiÕp metan thµnh etylen cñaKeller vµ Bhasin c«ng bè n¨m 1982. Sau ®ã hµng lo¹t c«ng tr×nh nghiªncøu trªn çc hÖ xóc t¸c kh¸c nhau ® ®−îc c«ng bè. §ång thêi mét sè nhµnghiªn cøu kh¸c theo h−íng nghiªn cøu thiÕt bÞ ph¶n øng phï hîp cho qu¸tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan nh− m« h×nh thiÕt bÞ ph¶n øng tÇng cè ®Þnh,thiÕt bÞ ph¶n øng gi¸n ®o¹n, thiÕt bÞ ph¶n øng víi líp xóc t¸c mµng,..

Nãi chung ph¶n øng oxy ho¸ trùc tiÕp metan kh«ng thuËn lîi vÒ mÆt

nhiÖt ®éng häc v× çc ph©n tö metan cã ®é bÒn liªn kÕt C −H cao, çc s¶nphÈm t¹o thµnh (nh− etan, etylen, vµ çc hydrocacbon cao h¬n) ®Òu cã ®é

bÒn liªn kÕt kÐm h¬n. Çc s¶n phÈm ®Çu cña qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«imetan cã xu h−íng dÔ bÞ oxy ho¸ s©u h¬n thµnh COx. Çc c«ng tr×nh tËptrung nghiªn cøu nh»m t×m ra hÖ xóc t¸c cã ho¹t tÝnh cao vµ thiÕt bÞ ph¶nøng thÝch hîp, thùc hiÖn qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan víi hiÖu suÊt vµ®é chän läc cao cho çc s¶n phÈm chÝnh lµ C2H6 vµ C2H4, h¹n chÕ çcph¶n øng oxy ho¸ s©u t¹o s¶n phÈm phô kh«ng mong muèn lµ CO vµ CO2.

X.1. Xóc t¸c vμ c¬ chÕ qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i

metan

HiÖn nay cã tíi hµng tr¨m lo¹i xóc t¸c ®−îc nghiªn cøu cho ph¶n øngoxy ho¸ ghÐp ®«i metan. Trong sè ®ã cã nh÷ng xóc t¸c cã hiÖu qu¶, cßnmét sè kh¸c l¹i kh«ng cã ho¹t tÝnh cao víi ph¶n øng nµy. Nãi chung çckim lo¹i nhãm VIII trong b¶ng hÖ thèng tuÇn hoµn Mendeleep, çc oxitkim lo¹i chuyÓn tiÕp kh«ng biÕn tÝnh (vÝ dô Cr 2O3, Fe2O3, NiO) kh«ng cã®é chän läc cao víi ph¶n øng oxy ho¸ ghÐp ®«i metan. Çc nhãm xóc t¸ccã ho¹t tÝnh t−¬ng ®èi cao xem ë b¶ng X.1.




H×nh X.1. S¬ ®å qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan

S¬ ®å trªn ® tæng hîp çc ph¶n øng chÝnh cña qu¸ tr×nh trong ®ã baogåm çc ph¶n øng kh«ng cÇn xóc t¸c vµ çc ph¶n øng cã mÆt xóc t¸c. Çcs¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh lµ C 2H6 vµ C2H4, ®ång thêi cßn nhËn ®−îc c¶çc s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh oxy ho¸ s©u h¬n lµ CO vµ CO 2

Çc tÝnh to¸n nhiÖt ®éng ® chØ ra r»ng, ë tr¹ng th¸i c©n b»ng nhiÖt ®éngetylen lµ s¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh. Tuy nhiªn hiÖu suÊt etylen bÞ giíih¹n bëi ®é chuyÓn ho¸ metan cã chiÒu h−íng gi¶m khi t¨ng ¸p suÊt. NÕu

t¨ng l−îng oxy cho ph¶n øng th× ®é chuyÓn ho¸ metan sÏ cao h¬n, nh−ng l¹ilµm gi¶m ®é chän läc ®èi víi s¶n phÈm C 2.

Çc thÝ nghiÖm ® tiÕn hµnh kiÓm tra réng ri çc ®iÒu kiÖn ¶nh h−ënglªn qu¸ tr×nh nh−: ph−¬ng ph¸p ®iÒu chÕ xóc t¸c cã ¶nh h−ëng ®Õn tÝnh chÊtvµ ho¹t tÝnh cña xóc t¸c, hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh trªn mét vµi thiÕt bÞ ph¶nøng kh¸c nhau (thiÕt bÞ ph¶n øng tÇng s«i, tÇng cè ®Þnh, thiÕt bÞ mµng, thiÕtbÞ plasma...).

ChÊt mang cã ¶nh h−ëng ®¸ng kÓ ®Õn ®é chän läc cña xóc t¸c. Víi chÊt

mang cã tÝnh axit, nh− γ -Al2O3, xóc t¸c cã ho¹t tÝnh cao vµ ®é chän läc caovíi ph¶n øng t¹o CO. Víi çc chÊt mang trung tÝnh, axÝt yÕu hoÆc baz¬ yÕu,

nh− TiO2, ZrO2, ZnO2..., xóc t¸c cã ho¹t tÝnh thÊp nh−ng cã ®é chän läc caovíi çc s¶n phÈm C2. Víi chÊt mang cã tÝnh baz¬, xóc t¸c nhËn ®−îc cã ho¹ttÝnh cao vµ ®é chän läc cao víi s¶n phÈm C2. Trong sè çc chÊt mang cã tÝnh

baz¬, MgO vµ β -Al2O3 cho kÕt qu¶ tèt nhÊt.

Tõ thÝ nghiÖm ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt thÊp trªn thiÕt bÞ ph¶n øng cã g¾nthiÕt bÞ ®o khèi phæ, cã thÓ x¸c ®Þnh vai trß cña çc ph¶n øng dÞ thÓ.

C2H6

CH4C2H4

CO2CO




Dïng ph−¬ng ph¸p nguyªn tö ®¸nh dÊu ®Ó x¸c ®Þnh c¬ chÕ, ph¸t hiÖn ho¹ttÝnh cña oxy trong çc ®iÒu kiÖn lµm viÖc cè ®Þnh, trén lÉn hçn hîp metan/ etan/oxy vµ metan/etylen/oxy ®Ó kh¶o s¸t quan hÖ tèc ®é ph¶n øng gi÷a cÊutö cña hçn hîp ph¶n øng. KÕt hîp víi çc ph−¬ng ph¸p vËt lý ®Ó tiÕn hµnhph¶n øng trong tr¹ng th¸i plasma vµ quan s¸t ¶nh h−ëng cña hÖ xóc t¸cLi/MgO ®Õn çc ph¶n øng chuçi gèc. Çc thÝ nghiÖm ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt cao® cho thÊy çc ph¶n øng trong pha khÝ chiÕm −u thÕ khi t¨ng ¸p suÊt.

CÊu tróc cña xóc t¸c ¶nh h−ëng rÊt nhiÒu tíi ho¹t tÝnh vµ ®é chän läccña nã. Li

2CO

3bÞ nãng ch¶y vµ ph©n huû ë nhiÖt ®é 800 0C thµnh Li

2O vµ

CO2 vµ cã thÓ trong qu¸ tr×nh ®ã çc t©m ho¹t tÝnh ® ®−îc h×nh thµnh. Qu¸tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan ®−îc thùc hiÖn trªn hÖ xóc t¸c Li/MgO nhê sù cã mÆt cña pha Li2CO3 c©n b»ng víi pha Li2O. Chóng lµm cho oxy ë tr¹ngth¸i rÊt ho¹t ®éng vµ thùc hiÖn qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ metan. Pha Li2CO3 phñ lªnbÒ mÆt cña MgO vµ do ®ã ng¨n c¶n qu¸ tr×nh oxy ho¸ hoµn toµn çc s¶nphÈm võa ®−îc t¹o thµnh.

Qu¸ tr×nh xö lý tr−íc khi tiÕn hµnh oxy ho¸ sÏ rÊt cã lîi cho ho¹t tÝnh vµ®é chän läc cña xóc t¸c. ChØ cÇn mét kho¶ng thêi gian ng¾n ®Ó xö lý còngcã thÓ lµm t¨ng ho¹t tÝnh cña xóc t¸c Li/MgO, nh−ng ®ång thêi còng lµmgi¶m tuæi thä cña xóc t¸c. Do ®ã cÇn x¸c ®Þnh mét thêi gian hîp lý tèi −u

cho qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ xóc t¸c.

Çc thÝ nghiÖm nghiªn cøu qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«i metan ë ¸p suÊtthÊp (10 ... 100 Pa) ® cho thÊy vai trß cña xóc t¸c Li/MgO trong qu¸ tr×nhghÐp ®«i còng nh− trong qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ metan ®Ó t¹o thµnh gèc metyl.Sù cã mÆt cña xóc t¸c lµm t¨ng nhanh kh«ng nh÷ng qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ C1 thµnh C2 mµ c¶ qu¸ tr×nh ph©n huû C2 thµnh CO vµ CO2. Qu¸ tr×nh oxy ho¸ghÐp ®«i metan t¹o thµnh çc s¶n phÈm C 2 chñ yÕu ®−îc thùc hiÖn trong phakhÝ víi sù tham gia cña çc gèc metyl. §iÒu ®ã chøng tá r»ng ph¶n øng ®ångthÓ pha khÝ ®ãng vai trß rÊt quan träng trong qu¸ tr×nh oxy ho¸ ghÐp ®«imetan. Cã thÓ m« t¶ qu¸ tr×nh ph¶n øng b»ng s¬ ®å trªn h×nh X.2. Çc mòi

tªn ®Ëm m« t¶ çc h−íng ph¶n øng chÝnh.Xóc t¸c ®ãng vai trß chñ yÕu trong hai giai ®o¹n: giai ®o¹n kh¬i mµo

cña ph¶n øng vµ giai ®o¹n oxy ho¸ CO thµnh CO2. ë giai ®o¹n ®Çu, çc gècCH3

* kÕt hîp víi nhau t¹o thµnh etan, sau ®ã etan chuyÓn thµnh etylen.Etylen l¹i cã thÓ bÞ oxy ho¸ s©u h¬n thµnh CO b»ng çch trùc tiÕp hoÆc gi¸ntiÕp qua formaldehyt.




Ch−¬ng XI

Çc c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ Metanthμnh khÝ tæng hîp

XI.1. C¬ chÕ qu¸ tr×nh

Qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp ®ßi hái nh÷ng®iÒu kiÖn rÊt nghiªm ngÆt. Tuú theo môc ®Ých sö dông khÝ tæng hîp ®Ó tænghîp çc s¶n phÈm cô thÓ mµ ®iÒu chØnh tû lÖ çc cÊu tö chÝnh cña hçn hîpkhÝ tæng hîp cho phï hîp. B¶ng XI.1 ®−a ra çc tû lÖ cÊu tö thÝch hîp chomét vµi qu¸ tr×nh tæng hîp c¬ b¶n.

B¶ng XI.1. Tû lÖ mol cÊu tö thÝch hîp cho mét sè qu¸ tr×nh c¬ b¶n

Tû lÖ mol çc cÊu tö Tæng hîp

H2 CO N2

NH3

CH3OHFischer - Tropsch

Oxo

3

22

1

0

11

1

1

00

0

Cã bèn ph¶n øng chÝnh, quan träng trong qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ metanthµnh khÝ tæng hîp.

Ph¶n øng thø nhÊt lµ ph¶n øng chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc (steamreforming), ph¶n øng thu nhiÖt m¹nh:

CH4 + H2O CO + 3H2 − 206,8 kJ/mol

Tõ ph−¬ng tr×nh ph¶n øng trªn cã thÓ nhËn thÊy s¶n phÈm khÝ tæng hîp

rÊt giµu H2. Hçn hîp nµy rÊt phï hîp ®Ó tæng hîp metanol.Ngoµi ra còng cã mét phÇn metan chuyÓn ho¸ thµnh CO2 theo ph¶n øng sau:

CH4 + 2H2O CO2 + 4H2 − 166,3 kJ/mol

§Ó tæng hîp amoniac, chØ cÇn quan t©m ®Õn H 2 vµ b»ng ph¶n øngchuyÓn ho¸ tiÕp tôc CO b»ng h¬i n−íc thµnh CO 2 vµ H2 theo ph¶n øng sau:

CO + H2O CO2 + H2 + 40,5 kJ/mol




Ph¶n øng nµy lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt.

Ph¶n øng thø t− lµ ph¶n øng oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn metan b»ng oxy:

CH4 + 0,5O2 CO + 2H2 + 35,7 kJ/mol

Ph¶n øng nµy còng lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt.

Trong ch−¬ng nµy sÏ lÇn l−ît nghiªn cøu çc s¬ ®å c«ng nghÖ c¬ b¶n ®Óthùc hiÖn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ metan thµnh khÝ tæng hîp.

XI.2. Çc qu¸ tr×nh c«ng nghÖ c¬ b¶n

XI.2.1. C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc

§©y lµ c«ng nghÖ ®−îc sö dông rÊt phæ biÕn trong qu¸ tr×nh tæng hîpamoniac vµ tæng hîp metanol.

S¬ ®å nguyªn lý cña qu¸ tr×nh nh− trªn h×nh XI.1.

H×nh XI.1. S¬ ®å c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn b»ng h¬i n−íc

KhÝ tù nhiªn sau khi lo¹i bá çc hîp chÊt chøa l−u huúnh vµ h¬i n−íc®−îc hçn hîp vµ gia nhiÖt theo tû lÖ mol H 2O/CH4 trong kho¶ng 1,5 ... 3 tuúthuéc vµo môc ®Ých sö dông khÝ tæng hîp ë c«ng ®o¹n sau.

Hçn hîp khÝ ®−îc dÉn qua èng cã ®−êng kÝnh 10 ... 15 cm, cã chøa xóct¸c niken. PhÝa ngoµi èng ph¶n øng ®−îc ®èt nãng ®Ó cung cÊp nhiÖt cÇn

T¸ch S

H¬i n−íc

ThiÕt bÞ chuyÓn ho¸

KhÝ th¶i

KhÝ tù nhiªn

Kh«ng khÝ Nhiªn liÖu

KhÝ tæng hîp




thiÕt, vµ thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ 3. Nguyªn liÖu hydrocacbon ®−îc chuyÓn ho¸b»ng h¬i n−íc trªn xóc t¸c niken ®Æt trong çc èng ph¶n øng. ThiÕt bÞchuyÓn ho¸ bao gåm çc èng chøa ®Çy xóc t¸c xÕp thµnh hµng, ®−îc ®ètnãng do bøc x¹ nhiÖt tõ thµnh lß. HÖ thèng ®Çu vµo vµ ra ®−îc thiÕt kÕ ®ÆcbiÖt ®Ó lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao. NhiÖt ®é ®Çu vµo thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ cã thÓlªn tíi 6500C, nhiÖt ®é ®Çu ra lµ 9850C. Tû lÖ mol h¬i n−íc trªn hydrocacbontrong kho¶ng 1 ®Õn 3,5 tuú thuéc vµo môc ®Ých sö dông khÝ tæng hîp ë çcc«ng ®o¹n sau.

XI.2.2. C«ng nghÖ oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn kh«ng cÇn xóc t¸cTrong c«ng nghÖ nµy oxy vµ khÝ tù nhiªn ®−îc gia nhiÖt, hçn hîp vµ

®¸nh löa. Ph¶n øng chÝnh x¶y ra lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt:

CH4 + 0,5O2 CO + 2H2 + 35,7 kJ/mol

S¶n phÈm ngoµi CO vµ H2, cã thÓ cßn cã CO2 vµ H2O. Sau ®ã çc ph¶nøng thu nhiÖt nh− qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc còng x¶y ra. NhiÖt ®éph¶n øng 1000 ... 11000C. KhÝ ë giai ®o¹n nµy gÇn víi c©n b»ng nhiÖt ®éng.

Theo ph−¬ng tr×nh ph¶n øng trªn, tû lÖ O 2 /CH 4 kho¶ng 0,5. Th−êngtrong thùc tÕ cao h¬n 40 ... 50%, tøc lµ tû lÖ vµo kho¶ng 0,7 ... 0,75.

S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn kh«ng cÇn xóc t¸c

nh− trªn h×nh XI.3. Tuy nhiªn, nÕu nh− thiÕt bÞ vÒ mÆt nguyªn lý ®¬n gi¶nth× gi¸ cña c«ng ®o¹n s¶n xuÊt oxy l¹i lín ®¸ng kÓ.

H×nh XI.3. S¬ ®å c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ kh«ng cã xóc t¸c

OxyH¬i n−íc

H¬i n−íc

KhÝ tù nhiªn

T¸ch S

KhÝ tæng hîp

ThiÕt bÞ trao®æi nhiÖt

ThiÕt bÞph¶n øng




H×nh XI.5. S¬ ®å c«ng nghÖ ATR cña h·ng Howe Baker Engineers1. ThiÕt bÞ gia nhiÖt; 2. Th¸p t¸ch S; 3. ThiÕt bÞ chuyÓn ho¸ ATR; 4. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt;

5. Th¸p t¸ch CO2; 6. ThiÕt bÞ tinh chÕ vµ ph©n t¸ch riªng CO vµ H2.

Nguyªn liÖu sau khi gia nhiÖt s¬ bé t¹i thiÕt bÞ gia nhiÖt 1 ®−îc lo¹i bác¸c hîp chÊt chøa l−u huúnh t¹i thiÕt bÞ 2, sau ®ã trén hçn hîp víi h¬i n−ícvµ CO2 tuÇn hoµn (nÕu cÇn). Hçn hîp khÝ ®−îc ®−a vµo thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ 3 chøa xóc t¸c. Ban ®Çu hçn hîp khÝ ®−îc ®èt ch¸y t¹i buång ®èt ë phÝa trªn

cña thiÕt bÞ. Ph¶n øng oxy ho¸ mét phÇn x¶y ra t¹i vïng ch¸y, sau ®ã qua lípxóc t¸c tiÕp tôc chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc. Hçn hîp khÝ tæng hîp ®i ra kháithiÕt bÞ ATR cã nhiÖt ®é kho¶ng 1000 0C ... 11000C, sau khi lµm nguéi t¹ithiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 4 ®−îc t¸ch CO2 t¹i thiÕt bÞ t¸ch 5. Hçn hîp khÝ tænghîp thµnh phÈm nhËn ®−îc bao gåm CO vµ H 2 cã thÓ dïng lµm nguyªn liÖucho s¶n xuÊt mét sè hîp chÊt ho¸ häc nh− metanol vµ c¸c r−îu cao h¬n,còng cã thÓ ®−a ®i xö lý tiÕp (th−êng lµ ph©n t¸ch nhiÖt ®é thÊp) t¹i thiÕt bÞt¸ch 6 ®Ó nhËn ®−îc tõng cÊu tö riªng biÖt CO vµ H 2 cã ®é tinh khiÕt cao.

CO2 nhËn ®−îc tõ thiÕt bÞ t¸ch 5 cã thÓ cho tuÇn hoµn l¹i ®Ó ®iÒu chØnhtû lÖ H2 /CO trong hçn hîp khÝ tæng hîp thµnh phÈm. NÕu sö dông nguyªn

liÖu lµ khÝ tù nhiªn, tû lÖ H2 /CO n»m trong kho¶ng tõ 2,7 (nÕu kh«ng tuÇnhoµn CO2) ®Õn 1,6 (nÕu tuÇn hoµn toµn bé CO2).

Trong c«ng nghÖ nµy kh«ng thÓ sö dông kh«ng khÝ lµm t¸c nh©n oxyho¸ ban ®Çu v× N2 sÏ lµm gi¶m ®é tinh khiÕt cña khÝ thµnh phÈm. C«ng nghÖnµy sÏ cã gi¸ trÞ cao vÒ mÆt kinh tÕ nÕu nh− oxy cã s½n víi gi¸ rÎ.

Trªn h×nh XI.6 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ chuyÓn ho¸ tù nhiÖt b»ng h¬i n−íccña hng Haldor Topsoe.

1

2

3

54

CO2 tuÇn hoµn(kh«ng b¾t buéc)

O2

KhÝ tù nhiªn H¬i n−íc

CO thµnh phÈm

6

H2 thµnh phÈm

KhÝ tæng hîp




H×nh XI.6. C«ng nghÖ chuyÓn ho¸ tù nhiÖt b»ng h¬i n−íc cña h·ng Haldor Topsoe

1. ThiÕt bÞ gia nhiÖt; 2. Th¸p t¸ch S; 3. ThiÕt bÞ chuyÓn ho¸ ATR;4. ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 5. ThiÕt bÞ t¸ch CO2.

CO2 tuÇn hoµn

1 3

4

2

5

H¬i n−íc

KhÝ tæng hîp

Condensat Oxy

N−íc

KhÝ tù nhiªn

S¶n xuÊth¬i n−íc

2 0 0




C«ng nghÖ nµy kÕt hîp c¶ hai qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn b»ngoxy vµ chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc trong thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ ATR víi líp xóct¸c cè ®Þnh (xóc t¸c niken). S¬ ®å bao gåm thiÕt bÞ gia nhiÖt nguyªn liÖu ®Çu1, th¸p 2 lo¹i bá c¸c hîp chÊt chøa l−u huúnh tr¸nh ngé ®éc xóc t¸c (nÕunguyªn liÖu cã hµm l−îng c¸c hîp chÊt chøa l−u huúnh thÊp d−íi møc chophÐp th× cã thÓ kh«ng cÇn th¸p nµy), thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ tù nhiÖt 3 (gåm ®Ìn®èt, phßng ®èt vµ tÇng xóc t¸c niken), thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt 4 tËn dông nhiÖtcña s¶n phÈm ®Ó s¶n xuÊt h¬i n−íc, th¸p t¸ch 5 ®Ó t¸ch lo¹i CO2. §Ìn ®ètcña thiÕt bÞ ATR ®−îc lµm b»ng hîp kim chÞu nhiÖt ®é cao vµ cã ®é bÒn

chèng mµi mßn c¬ häc b¶o ®¶m tuæi thä l©u dµi trong qu¸ tr×nh lµm viÖc cñathiÕt bÞ.

S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh lµ khÝ tæng hîp cã tû lÖ cÇn thiÕt, hoÆc khÝ COvµ H2 tinh khiÕt phôc vô cho s¶n xuÊt metanol, amoniac hoÆc nhiªn liÖutæng hîp .

XI.2.4. Qu¸ tr×nh tæ hîp

§«i khi yªu cÇu cÇn ph¶i khèng chÕ chÆt chÏ tû lÖ O 2 /CO trong khÝ tænghîp, hoÆc t¨ng ¸p suÊt ®ång thêi tiÕt kiÖm oxy, trong tr−êng hîp ®ã ng−êi tasö dông qu¸ tr×nh tæ hîp gåm cã thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ s¬ cÊp vµ thiÕt bÞ chuyÓn

ho¸ thø cÊp. Trong thiÕt bÞ ph¶n øng s¬ cÊp, khÝ tù nhiªn ®−îc chuyÓn ho¸b»ng mét dßng h¬i n−íc t−¬ng ®èi nhá, sau ®ã hçn hîp ® chuyÓn ho¸ métphÇn ®i vµo thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ thø cÊp cã xóc t¸c thùc hiÖn tiÕp qu¸ tr×nh tù nhiÖt nhê dßng oxy bæ sung tõ phÝa trªn cña thiÕt bÞ. S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸tr×nh tæ hîp ®−îc m« t¶ trªn h×nh XI.7.

H×nh XI.7. S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸ tr×nh tæ hîp

KhÝ tæng hîp

KhÝ tù nhiªn

H¬i n−íc


s¬ cÊp

Oxy

ThiÕt bÞ ph¶nøng thø cÊp




§Ó tæng hîp amoniac, ®©y lµ mét qu¸ tr×nh rÊt phï hîp khi sö dông oxykh«ng khÝ trong thiÕt bÞ thø cÊp víi tû lÖ O 2 /H2 lµ 3. Trong tr−êng hîp nµyCO chuyÓn ho¸ tiÕp nhê h¬i n−íc thµnh CO2 vµ H2 theo ph¶n øng:

CO + H2O CO2 + H2

Sau ®ã CO2 ®−îc t¸ch ra. Trong tr−êng hîp d− nit¬, cã thÓ bæ sung oxyvíi tû lÖ trong kho¶ng 0,35 ... 0,45 nhá h¬n trong qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ngxóc t¸c vµ oxy ho¸ cã xóc t¸c.

ThuËn lîi c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ tæ hîp lµ ¸p suÊt cã thÓ t¨ng

tíi 3,5 ... 4,5 MPa do sù gi¶m nhiÖt ®é ®Çu ra cña giai ®o¹n chuyÓn ho¸ s¬ cÊp. §iÒu ®ã dÉn ®Õn c«ng suÊt m¸y nÐn ®−îc gi¶m 50% so víi qu¸ tr×nhchuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc.

KhÝ tæng hîp nhËn ®−îc nhê qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ tæ hîp nµy cã tû lÖthµnh phÇn thÝch hîp cho qu¸ tr×nh tæng hîp amoniac, tæng hîp metanol.

XI.3. C¸c qu¸ tr×nh c«ng nghÖ ph¸t triÓn

Qua bèn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ c¬ b¶n ® xÐt ë trªn, cÇn l−u ý r»ng sù truyÒn nhiÖt thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao. §iÒu ®ã rÊt tèn kÐm vµ th−êng lngphÝ n¨ng l−îng.

Trong qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ b»ng h¬i n−íc, cÇn lß réng víi sè l−îng línèng ph¶n øng, cã thÓ tíi hµng ngµn èng ®Ó chøa xóc t¸c, vµ vÊn ®Ò cung cÊpn¨ng l−îng cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh còng kh¸ lín.

Trong ba qu¸ tr×nh ®Çu cÇn cã l−îng h¬i n−íc qu¸ nhiÖt rÊt lín ®Ó lµmnguéi dßng khÝ sau ph¶n øng cã nhiÖt ®é tíi 1000 ... 1100 0C khi ra khái thiÕtbÞ chuyÓn ho¸. §iÒu nµy còng dÉn ®Õn vÊn ®Ò vËt liÖu chÞu ®−îc ¸p suÊt cao,nhiÖt ®é cao vµ chªnh lÖch nhiÖt ®é kh¸ lín ®Ó chÕ t¹o thiÕt bÞ. Qu¸ tr×nh tæhîp hÊp dÉn h¬n c¶ vÒ ph−¬ng diÖn n¨ng l−îng vµ vËt liÖu chÕ t¹o thiÕt bÞ.Cã thÓ sö dông n¨ng l−îng tõ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ thø cÊp(giai ®o¹n 2) ®Ó gia nhiÖt cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ s¬ cÊp b»ng h¬i n−íc(giai ®o¹n 1).

Cã hai c«ng nghÖ ph¸t triÓn trªn c¬ së nguyªn lý nµy. §ã lµ:

− Qu¸ tr×nh UHDE’s CAR (Combined Autothermal Reforming).

− Qu¸ tr×nh ICI’s GHR (Gas Heated Reforming).

C¶ hai c«ng nghÖ kÓ trªn cã gi¸ trÞ cao vÒ mÆt kinh tÕ ë chç chóng ®Òudùa trªn quan ®iÓm nh»m gi¶m gi¸ thµnh ®Çu t− vµ chi phÝ s¶n xuÊt cÇn thiÕtcho nhµ m¸y s¶n xuÊt khÝ tæng hîp.




XI.3.1. C«ng nghÖ CAR cña h·ng UHDE

S¬ ®å c«ng nghÖ ®−îc m« t¶ trªn h×nh XI.8.

KhÝ tù nhiªn vµ h¬i n−íc ®i vµo phÝa trªncña èng chuyÓn ho¸ s¬ cÊp cã n¹p ®Çy xóc t¸cniken, t¹i ®©y thùc hiÖn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸b»ng h¬i n−íc. KhÝ oxy cã bæ sung mét phÇnkhÝ tù nhiªn ®−îc dÉn vµo ®¸y cña thiÕt bÞchuyÓn ho¸, hçn hîp víi khÝ ® chuyÓn ho¸

mét phÇn trong thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ b»ng h¬in−íc, chuyÓn ®éng ng−îc chiÒu phÝa bªn ngoµièng chuyÓn ho¸ vµ ®−îc tiÕp tôc chuyÓn ho¸b»ng oxy cho ®Õn khi ®−îc ®−a ra ngoµi.

Qu¸ tr×nh thùc hiÖn ë ¸p suÊt cao, cã thÓ tõ 4 ®Õn 5 MPa.

NÕu s¶n phÈm khÝ tæng hîp ®−îc sö dông ®Ó s¶n xuÊt metanol hoÆcamoniac th× sÏ kh«ng cÇn c«ng ®o¹n nÐn tr−íc khi ®−a hçn hîp khÝ vµo th¸ptæng hîp.

HÖ thèng èng ph¶n øng còng rÎ tiÒn h¬n qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ h¬i n−ícth«ng th−êng. Lý do lµ v× sù chªnh lÖch ¸p suÊt trªn thµnh èng ph¶n øng s¬ cÊp rÊt nhá, kh«ng cÇn ph¶i chÞu ¸p suÊt cao, èng cã thÓ máng víi trängl−îng nhá lµ ®ñ. §ång thêi sù chªnh lÖch nhiÖt ®é trªn thµnh èng ph¶n øngs¬ cÊp còng kh«ng lín, do ®ã còng kh«ng cÇn ph¶i sö dông vËt liÖu ®Æc biÖt.§iÒu ®ã cã ý nghÜa rÊt lín, lµm gi¶m ®¸ng kÓ khèi l−îng vËt liÖu cÇn thiÕt sö dông ®Ó chÕ t¹o thiÕt bÞ, gi¶m gi¸ thµnh chi phÝ chÕ t¹o vµ l¾p ®Æt thiÕt bÞ,kÐo dµi thêi gian lµm viÖc cña thiÕt bÞ chuyÓn ho¸.

Víi cÊu t¹o thiÕt bÞ nh− m« t¶ trªn h×nh XI.8, qu¸ tr×nh tËn dông ®−îcn¨ng l−îng cña qu¸ tr×nh chuyÓn hãa s¬ cÊp cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ thø cÊp, nh− vËy gi¶m ®¸ng kÓ tiªu hao n¨ng l−îng cÇn thiÕt cho c¶ qu¸ tr×nh.

XI.3.2. C«ng nghÖ GHR cña h·ng ICI

S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸ tr×nh ICI ®−îc m« t¶ trªn h×nh XI.9.

Hai thiÕt bÞ ph¶n øng ®Æt trong thïng riªng biÖt c¸ch nhiÖt tèt víi m«itr−êng xung quanh, n¨ng l−îng cña khÝ tõ thiÕt bÞ thø cÊp dïng ®Ó gia nhiÖtcho thiÕt bÞ s¬ cÊp.

H×nh XI.8. S¬ ®å c«ng nghÖqu¸ tr×nh UHDE

Oxy

KhÝ tù nhiªn+ H¬i n−íc

KhÝ tæng

hîp




H×nh XI.9. S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸ tr×nh GHR cña ICI

Chªnh lÖch ¸p suÊt trªn thµnh thiÕt bÞ ph¶n øng kh«ng ®¸ng kÓ, cho nªnthiÕt bÞ cã thÓ máng, nhÑ vµ gi¸ thµnh chi phÝ cho chÕ t¹o thiÕt bÞ thÊp.

KÝch th−íc cña thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ s¬ cÊp rÊt nhá, sè èng chØ b»ng 1/4sè èng cña qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ h¬i n−íc th«ng th−êng. Qu¸ tr×nh truyÒnnhiÖt cã hiÖu qu¶ h¬n nhê thùc hiÖn ë ¸p suÊt cao. Qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt do

®èi l−u trong thÓ tÝch cña thïng chøa thiÕt bÞ.Trong thiÕt bÞ GHR cã thÓ sö dông ¸p suÊt t−¬ng ®èi cao, phï hîp víi

qu¸ tr×nh tæng hîp metanol vµ tæng hîp amoniac sau nµy.

Trong c¶ hai c«ng nghÖ CAR vµ GHR ®Òu tËn dông nhiÖt cña qu¸ tr×nhthø cÊp ®Ó gia nhiÖt cho qu¸ tr×nh s¬ cÊp. V× vËy kh«ng cÇn thiÕt ph¶i nÐnkhÝ nguyªn liÖu vµo ë ¸p suÊt cao.

GHR ® ®−îc l¾p ®Æt ë hai nhµ m¸y tæng hîp amoniac ë Anh. Trong çcnhµ m¸y nµy oxy lÊy tõ kh«ng khÝ, s¶n phÈm phô cña nhµ m¸y s¶n xuÊt amoniac.

XI.4. So s¸nh vÒ n¨ng l−îng vμ gi¸ c¶

B¶ng XI.2 d−íi ®©y cho çc sè liÖu so s¸nh t−¬ng ®èi gi÷a tiªu tèn n¨ngl−îng, nguyªn liÖu, CO2 vµ gi¸ t−¬ng ®èi, coi gi¸ thµnh tÝnh theo qu¸ tr×nhchuyÓn ho¸ theo h¬i n−íc lµ 100. Nguyªn liÖu lµ khÝ kh«, khÝ ®ång hµnh(nÕu khÝ bÐo th× kÕt qu¶ sÏ kh¸c v× çc t¹p chÊt vµ çc hydrocacbon cao sÏ¶nh h−ëng ®Õn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ thµnh khÝ tæng hîp).

Sè liÖu ®−a ra víi nhµ m¸y tæng hîp metanol quy m« 2500 tÊn/ngµy.

KhÝ tæng hîp

KhÝ tù nhiªn+ h¬i n−íc

Oxy


thø cÊp


s¬ cÊp




thµnh HCHO theo çc ph¶n øng (1) vµ (2). Trªn xóc t¸c niken còng cã thÓx¶y ra ph¶n øng cña metan víi CO 2 t¹o thµnh formaldehyt:

CH4 + CO2 2HCHO (4)

Qu¸ tr×nh ®−îc thùc hiÖn ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é 400 ... 7000C, vµ ¸p suÊttrong kho¶ng 0,1 ... 0,15 MPa.

Cã nhiÒu hÖ xóc t¸c ® ®−îc nghiªn cøu: molypdat bismut: BiMoO4,pentoxit vanadi V2O5 (kh«ng dïng chÊt mang) vµ çc hÖ xóc t¸c víi cÊu tö ho¹t tÝnh lµ Na, MoO3 mang trªn chÊt mang lµ cabosit hoÆc aerosit, çc kim

lo¹i: Fe, Ni, Cu, Pd... hoÆc çc oxit cña chóng, hoÆc hçn hîp çc oxit, hoÆchçn hîp oxit vµ kim lo¹i, nh«m sunfat vµ çc alkyl ete...

Tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh ph¶n øng mµ s¶n phÈm chÝnh cã thÓ

lµ metanol hay formaldehyt. ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt thÊp, qu¸ tr×nh ph©n huû

trùc tiÕp gèc CH3O• x¶y ra thuËn lîi theo ph¶n øng (2), s¶n phÈm chÝnh nhËn

®−îc lµ formaldehyt. ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt riªng phÇn cña metan cao, do vach¹m gi÷a çc gèc vµ ph©n tö metan x¶y ra nhiÒu h¬n, v× thÕ s¶n phÈm chÝnhnhËn ®−îc lµ metanol theo ph¶n øng (3) chiÕm −u thÕ.

Ph−¬ng ph¸p tæng hîp metanol b»ng çch oxy hãa trùc tiÕp metan b»ngoxy kh«ng khÝ cã mÆt xóc t¸c ®−îc ®−a ra s¶n xuÊt c«ng nghiÖp t¹i §øc tõ

n¨m 1925. Nhµ m¸y ®Çu tiªn ®−îc x©y dùng vµo n¨m 1926 t¹i Tallant − Okla. Çc nhµ m¸y kh¸c còng ®−îc x©y dùng t¹i Seminole vµ Oklahoma Citynh−ng ®Òu ® ngõng ho¹t ®éng tõ tr−íc n¨m 1956.

Çc s¶n phÈm chñ yÕu t¹o thµnh tõ qu¸ tr×nh oxy hãa trùc tiÕphydrocarbon parafin khÝ lµ: metanol, formaldehyt, axetaldehyt, axeton vµmét l−îng nhá çc axit, r−îu cao h¬n, çc aldehyt vµ xeton kh¸c. Tû lÖ çcs¶n phÈm nhËn ®−îc phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn ¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ thµnh phÇnnguyªn liÖu.

Çc ph¶n øng x¶y ra ®Òu táa nhiÖt, do ®ã cÇn gi÷ ë nhiÖt ®é thÊp. Nãichung hiÖu suÊt s¶n phÈm metanol t¨ng khi ¸p suÊt t¨ng. Thêi gian ph¶n øngtuú thuéc vµo çc ®iÒu kiÖn tiÕn hµnh kh¸c nh−ng nãi chung ®−îc gi÷ t−¬ng®èi ng¾n ®Ó h¹n chÕ qu¸ tr×nh oxy hãa s©u thµnh H2O vµ CO2.

S¬ ®å c«ng nghÖ qu¸ tr×nh oxy ho¸ trùc tiÕp metan ®Ó s¶n xuÊt metanolxem ë h×nh XII.1. Hçn hîp khÝ hydrocarbon ®−îc nÐn tíi ¸p suÊt 30 atm, gianhiÖt s¬ bé tíi 4500C ... 4700C råi trén víi kh«ng khÝ nÐn hoÆc oxy víi méttû lÖ x¸c ®Þnh. Hçn hîp ph¶n øng ®i qua lß oxy hãa cã thÓ cã hoÆc kh«ng chøaxóc t¸c. Thêi gian ph¶n øng trong kho¶ng tõ 0,25 tíi 4 gi©y.




H×nh XII.1 . Tæng hîp metanol b»ng ph−¬ng ph¸p oxy hãa trùc tiÕp hydrocacbon 1. Axeton; 2. Metanol; 3. R−îu izo -propylic; 4. R−îu n-propylic; 5. R−îu butylic.

HydrocarbonkhÝ

N−íc

KhÝ tuÇn hoµn

M¸y nÐn

M¸y nÐn

Formaldehyt 37%

N−íc

Th¸p c« ®Æcformaldehyt

Lµm l¹nhGia nhiÖt Lßoxy hãa

PhÇn nÆn

Axetaldehyt

KhÝ lµm nhiªn liÖu

12

3

45

Th¸pph©n ly

C¸c th¸p ph©n ly vµtinh chÕ s¶n phÈm

Kh«ng khÝ hoÆc oxy

Th¸phÊp thô

2 0 8




H×nh XII.3. S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña h·ng Haldor Topsoe

2 1 8

Ch−ng cÊt

92

1

3 4

5

8

7

8

6

H¬i n−íc ¸p suÊt caoN−íc

H¬i n−ícOxy

KhÝ tù nhiªnKhÝ th¶i

N−ícNhiªn liÖuKhÝ tuÇn hoµn Metanol

Trao ®æi

nhiÖt n−íc

8




Çc s¶n phÈm ®−îc hÊp thô trong th¸p röa b»ng n−íc, t¹i ®ã çc khÝ ch−a ph¶n øng cã thÓ ®−îc tuÇn hoµn vÒ thiÕt bÞ xö lý ®Ó ®−a sang hÖ thèngph©n phèi nhiªn liÖu. Çc thµnh phÇn kh¸c cña dung dÞch n−íc ®−îc t¸ch vµtinh chÕ thµnh çc s¶n phÈm riªng biÖt b»ng nh÷ng ph−¬ng ph¸p kh¸c nhaunh−: trÝch ly láng - láng, ch−ng ph©n ®o¹n, ch−ng ®¼ng phÝ, ch−ng trÝch ly.

XII.1.2. Xµ phßng hãa metyl clorua

S¶n xuÊt metanol tõ metan qua metyl clorua lµ ph−¬ng ph¸p ®Çu tiªntæng hîp metanol. Qu¸ tr×nh clo hãa metan ®−îc thùc hiÖn nhê t¸c nh©n Cl2

hoÆc HCl vµ oxy kh«ng khÝ. Sau ®ã s¶n phÈm metyl clorua ®−îc xµ phßnghãa b»ng s«®a kiÒm. Tuy nhiªn ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng cßn ý nghÜa thùc tÕ v× hiÖn nay hÇu hÕt metyl clorua ®−îc s¶n xuÊt tõ metanol.

XII.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt metanol tõ khÝ tæng hîp

XII.2.1. C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh c«ng nghÖ tæng hîp metanol

Metanol ®−îc s¶n xuÊt tõ khÝ tæng hîp theo çc ph¶n øng:

CO + 2H2 CH3OH Δ H 300K = −90,77 kJ/mol (1)

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O Δ H 300K = −49,16 kJ/mol (2)

Çc ph¶n øng trªn ®Òu to¶ nhiÖt vµ kÌm theo sù gi¶m thÓ tÝch. Do ®ã,h−íng t¹o thµnh metanol sÏ thuËn lîi nÕu t¨ng ¸p suÊt vµ gi¶m nhiÖt ®é, ®échuyÓn ho¸ cùc ®¹i ®−îc x¸c ®Þnh bëi thµnh phÇn c©n b»ng. Ngoµi hai ph¶nøng t¹o thµnh metanol ë trªn cßn x¶y ra ph¶n øng thu nhiÖt sau:

CO2 + H2 CO + H2O Δ H 300K = 41,21 kJ/mol (3)

§Ó ®¬n gi¶n, çc ph¶n øng (1) vµ (3) cã thÓ coi lµ çc ph¶n øng ®éc lËp.Sù chuyÓn ho¸ cña CO2 thµnh metanol sÏ lµ kÕt qu¶ tæng céng cña çc ph¶nøng ®ã. Vµ h»ng sè c©n b»ng K 2 ®−îc biÓu diÔn nh− sau:

K 2 = K 1. K 3

Khi cÇn tÝnh to¸n cô thÓ çc h»ng sè c©n b»ng ®−îc x¸c ®Þnh b»ng çc

ph−¬ng tr×nh d−íi ®©y:

11

2

3

2

3

2

3P 2

HCO

OHCH

2HCO

OHCH

2HCO

OHCH1 .

... K K

P P

P

f f

f K ϕ=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⋅

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡=

ϕ ϕ

ϕ

322

2

22

2

22

2P

HCO

OHCO

HCO

OHCO

HCO

OHCO3 .

...

. K K

P P

.P P

f f

f f K

3ϕ=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⋅

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=

ϕ ϕ

ϕ ϕ .




trong ®ã f i lµ fugat, ϕ i lµ hÖ sè fugat vµ Pi lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña cÊu tö thø i.

HiÖn nay metanol ®−îc s¶n xuÊt trong c«ng nghiÖp chñ yÕu b»ngph−¬ng ph¸p chuyÓn ho¸ tõ khÝ tæng hîp. Ng−êi ta ph©n lo¹i theo ¸p suÊttiÕn hµnh qu¸ tr×nh tæng hîp nh− sau:

♦ Qu¸ tr×nh ¸p suÊt cao 25 ... 30 MPa♦ Qu¸ tr×nh ¸p suÊt trung b×nh 10 ... 25 MPa

♦ Qu¸ tr×nh ¸p suÊt thÊp 5 ... 10 MPa

§é chuyÓn ho¸ cña CO2 vµ CO khi ®¹t tíi tr¹ng th¸i c©n b»ng phô thuécvµo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é ®−îc ®−a ra trong b¶ng XII.1. Nguyªn liÖu ®−îc sö dông lµ khÝ tæng hîp nhËn ®−îc tõ qu¸ tr×nh reforming h¬i n−íc gåm 15%CO, 8% CO2, 74% H2, 3% CH4.

B¶ngXII.1. §é chuyÓn ho¸ CO 2 vµ CO ë ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é kh¸c nhau

§é chuyÓn ho¸ CO §é chuyÓn ho¸ CO2 NhiÖt ®é0C 5 MPa 10 MPa 30 MPa 5 MPa 10 MPa 30 MPa

200

250

300350

400

96,3

73,0

25,4−2,3

−12,8

99,0

90,6

60,716,7

7,3

99,9

99,0

92,871,9

34,1

28,6

14,4

14,19,8

27,7

83,0

45,1

22,323,1

29,3

99,5

92,4

71,050,0

40,0

Qu¸ tr×nh ¸p suÊt thÊp cã −u ®iÓm c¬ b¶n lµ vèn ®Çu t− vµ gi¸ thµnh s¶nphÈm thÊp, cã thÓ linh ho¹t lùa chän quy m« cña nhµ m¸y. V× vËy hiÖn nayhÇu hÕt çc nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol trªn thÕ giíi sö dông c«ng nghÖ tænghîp metanol ¸p suÊt thÊp.

Ph¶n øng t¹o thµnh metanol lµ ph¶n øng xóc t¸c dÞ thÓ ®iÓn h×nh cã thÓ®−îc m« t¶ b»ng c¬ chÕ hÊp phô − nh¶ hÊp phô. B¶n chÊt cña çc trung t©mho¹t ®éng trong xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 ë ®iÒu kiÖn c«ng nghiÖp vÉn ®ang®−îc nghiªn cøu. Çc lo¹i t©m ho¹t ®éng trong qu¸ tr×nh tæng hîp metanol¸p suÊt thÊp cã thÓ lµ sù ph©n t¸n cña ion Cu+1 trong pha ZnO. MÆt kh¸c cãdÊu hiÖu cho thÊy Cu0 còng xóc tiÕn cho viÖc t¹o thµnh metanol. Thµnh phÇnkhÝ nguyªn liÖu, ®Æc biÖt lµ tû lÖ CO 2 vµ H2O ®ãng vai trß quan träng trongviÖc x¸c ®Þnh ho¹t tÝnh vµ ®é chän läc cña xóc t¸c trong s¶n xuÊt metanol.Çc nghiªn cøu cßn cho thÊy cã nhiÒu h−íng t¹o thµnh metanol tõ CO hoÆcCO2 trªn çc t©m ho¹t ®éng kh¸c nhau trong xóc t¸c.




• Xeton ®−îc t¹o thµnh theo çc ph¶n øng:

RCH2CH2OH RCH2CHO + H2

2RCH2CHO RCH2COCHRCH3 + O hÊp phô

Sù t¹o thµnh hÇu hÕt çc s¶n phÈm phô tõ khÝ tæng hîp, nhÊt lµ nhãmC2

+ thuËn lîi vÒ mÆt nhiÖt ®éng h¬n c¶ qu¸ tr×nh tæng hîp metanol. Nh−nghiÖu suÊt t¹o thµnh çc s¶n phÈm phô l¹i ®−îc ®iÒu khiÓn do çc yÕu tè ®énghäc h¬n lµ do yÕu tè nhiÖt ®éng häc, v× vËy s¶n phÈm chÝnh nhËn ®−îc vÉn lµmetanol. Bªn c¹nh ®ã cÊu t¹o cña xóc t¸c, thµnh phÇn khÝ nguyªn liÖu, thêigian l−u vµ nhiÖt ®é còng ¶nh h−ëng ®Õn hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh.

XII.2.2. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp ¸p suÊt thÊp

Xóc t¸c ®Ó tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp ®−îc hng ICI sö dông ®Çutiªn trong c«ng nghiÖp vµo n¨m 1966. Xóc t¸c cã chøa ®ång cã ho¹t tÝnh vµ®é chän läc tèt h¬n so víi xóc t¸c kÏm oxyt vµ crom oxyt. Xóc t¸c Cu-ZnO®−îc t¨ng ®é bÒn nhiÖt do sù cã mÆt cña Al2O3, ®−îc dïng cho qu¸ tr×nhchuyÓn ho¸ khÝ tæng hîp v« cïng tinh khiÕt thµnh metanol. V× xóc t¸c rÊtho¹t ®éng nªn qu¸ tr×nh tæng hîp metanol ®−îc thùc hiÖn ë 220 0C ... 2300Cvµ 5 MPa. Do ®ã ® h¹n chÕ sù lo ho¸ sím dÉn tíi Cu bÞ kÕt dÝnh. Xóc t¸ccã ®é chän läc cao cho phÐp nhËn ®−îc metanol víi ®é tinh khiÕt cao tíi99,5%. TÊt c¶ çc xóc t¸c cho tæng hîp ¸p suÊt thÊp cã chøa ®ång oxyt vµ

kÏm oxyt hiÖn nay ®ang dïng ®Òu ®−îc thªm vµo mét hay nhiÒu phô gia lµmt¨ng ®é bÒn, trong ®ã Al2O3, Cr2O3 hoÆc hçn hîp lµ thÝch hîp h¬n c¶. Trongb¶ng XII.2 ®−a ra mét sè lo¹i xóc t¸c chøa Cu ®iÓn h×nh cho tæng hîpmetanol ¸p suÊt thÊp.

Xóc t¸c hiÖn nay ®−îc sö dông trong çc nhµ m¸y tæng hîp metanol ¸psuÊt thÊp trªn c¬ së Cu-Zn-Al (hoÆc Cr) nhËn ®−îc d−íi d¹ng cacbonat hoÆcnitrat kim lo¹i, b»ng çch ®ång kÕt tña dung dÞch n−íc cña çc muèi kimlo¹i (vÝ dô muèi nitrat) víi dung dÞch Na2CO3. Qu¸ tr×nh kÕt tña cã thÓ x¶yra theo nhiÒu giai ®o¹n. ChÊt l−îng cña xóc t¸c ®−îc x¸c ®Þnh bëi thµnhphÇn tèi −u cña çc cÊu tö kim lo¹i, nhiÖt ®é kÕt tña, pH, tr×nh tù cho çcmuèi kim lo¹i vµo, thêi gian kÕt tña. Tû lÖ khuÊy trén, tèc ®é khuÊy trén vµ

h×nh d¹ng çnh khuÊy còng ¶nh h−ëng tíi chÊt l−îng xóc t¸c. Xóc t¸c choqu¸ tr×nh tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp còng cã thÓ ®−îc chÕ t¹o b»ng çcph−¬ng ph¸p kh¸c nh−: tÈm çc cÊu tö ho¹t tÝnh lªn chÊt mang, trén lÉn çchîp chÊt kim lo¹i...

Xóc t¸c Cu-ZnO-Al2O3 th−¬ng phÈm hiÖn nay dïng trong tæng hîpmetanol ¸p suÊt thÊp cho phÐp s¶n xuÊt ra s¶n phÈm yªu cÇu víi ®é chän läccao, cã thÓ tíi 99% l−îng COx cho vµo.




víi mét l−îng nhá. Çc hîp chÊt nµy cã ®é bay h¬i thÊp do ®ã ë l¹i ®¸y cétch−ng cÊt, dÔ dµng bÞ lo¹i bá do Ýt tan trong n−íc vµ tû träng nhá.

Çc t¹p chÊt trong metanol ®−îc t¸ch theo hai bËc. Tr−íc tiªn, tÊt c¶ çccÊu tö cã nhiÖt ®é s«i thÊp h¬n nhiÖt ®é s«i cña metanol ®−îc t¸ch ra ë cétt¸ch çc cÊu tö nhÑ. Metanol tinh khiÕt sau ®ã ®−îc ch−ng cÊt qua mét haynhiÒu cét ch−ng. NÕu çc cét lµm viÖc t¹i ¸p suÊt kh¸c nhau th× nhiÖt táa rakhi ng−ng tô h¬i cña cét lµm viÖc ë ¸p suÊt cao sÏ ®−îc dïng ®Ó cÊp cho cétlµm viÖc ë ¸p suÊt thÊp h¬n.

XII.2.4. Mét sè s¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp hiÖn ®¹i XII.2.4.1. C«ng nghÖ cña hng Haldor Topsoe (§an M¹ch)

Qu¸ tr×nh tæng hîp metanol tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ®−îc thùchiÖn ë ¸p suÊt thÊp. C«ng nghÖ ®−îc thùc hiÖn bao gåm hai giai ®o¹n:

Giai ®o¹n I: ChuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh thµnh khÝ tænghîp b»ng qu¸ tr×nh tæ hîp.

Giai ®o¹n II: ChuyÓn ho¸ khÝ tæng hîp thµnh metanol.

S¬ ®å c«ng nghÖ ®−îc m« t¶ trªn h×nh XII.3. Dßng khÝ nguyªn liÖu (khÝ tù nhiªn hoÆc khÝ ®ång hµnh) ®−îc nÐn qua th¸p t¸ch l−u huúnh 1, qua th¸plµm Èm 2, t¹i ®©y khÝ ®−îc bo hoµ h¬i n−íc. Hçn hîp khÝ bo hoµ h¬i n−íc®−îc ®−a vµo th¸p 3, t¹i ®©y x¶y ra qu¸ tr×nh oxy ho¸ s¬ cÊp (qu¸ tr×nhreforming h¬i n−íc). Sau ®ã hçn hîp ®−îc chuyÓn sang th¸p 4, oxy ®−îcthæi trùc tiÕp vµo th¸p 4, thùc hiÖn qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ thø cÊp. L−îng oxy®−a vµo ®−îc tÝnh to¸n sao cho t−¬ng øng víi tû lÖ çc cÊu tö trong khÝ tænghîp thÝch hîp cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ thµnh metanol ë giai ®o¹n sau.

KhÝ tæng hîp sau khi ®−îc lµm nguéi tõ nhiÖt ®é 1000 ... 1100 0C, ®−îc®−a qua m¸y nÐn 7 vµ ®−îc nÐn tíi ¸p suÊt 10 MPa, vµ qua chu tr×nh tænghîp metanol 8. NhiÖt l−îng cña khÝ tæng hîp ®−îc tËn dông ®Ó s¶n xuÊt h¬in−íc ¸p suÊt cao trong thiÕt bÞ 5, vµ gia nhiÖt cho ®¸y th¸p ch−ng tinh chÕ metanol.

Chu tr×nh tæng hîp metanol lµ hÖ thèng gåm ba thiÕt bÞ ph¶n øng ®o¹nnhiÖt, trong ®ã cã xóc t¸c cho ph¶n øng tæng hîp metanol. Cã sù trao ®æinhiÖt gi÷a çc thiÕt bÞ ph¶n øng.

S¶n phÈm metanol th« ®−îc t¸ch khái khÝ tæng hîp, ®−a sang th¸p ch−ng6. Cßn khÝ tæng hîp ch−a chuyÓn ho¸ ®−îc dÉn tíi m¸y nÐn 9 ®Ó tuÇn hoµntrë l¹i hoÆc ®−a ®i lµm nhiªn liÖu.




1. Axeton; 2. Metanol; 3. R−îu izo -propylic; 4. R−îu n-propylic; 5. R−îu butylic.

H×nh XII.3. S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña h·ng Haldor Topsoe

2 1 8

Ch−ng cÊt

92

1

3 4

5

8

7

8

6

H¬i n−íc ¸p suÊt caoN−ícH¬i n−ícOxy

KhÝ tù nhiªnKhÝ th¶i

N−ícNhiªn liÖuKhÝ tuÇn hoµn Metanol

Trao ®æinhiÖt n−íc

8




C«ng nghÖ nµy rÊt phï hîp víi çc nhµ m¸y s¶n xuÊt quy m« lín, cã thÓlªn tíi 10.000 tÊn/ngµy. Tæng sè vèn ®Çu t− cho mét nhµ m¸y lín bao gåmc¶ bé phËn s¶n xuÊt oxy thÊp h¬n kho¶ng 10% so víi vèn ®Çu t− cho mét nhµm¸y sö dông qu¸ tr×nh reforming h¬i n−íc mét giai ®o¹n. Nhµ m¸y víi quym« 2.400 tÊn/ngµy ® ®−îc x©y dùng t¹i Na Uy vµo ®Çu n¨m 1997.

XII .2.4.2. C«ng nghÖ cña hng ICI Katalco (Mü)

S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña hng ICI Katalco®−îc m« t¶ trªn h×nh XII.4. Nguyªn liÖu chñ yÕu ®−îc sö dông lµ khÝ tù

nhiªn, khÝ ®ång hµnh. Naphta, ph©n ®o¹n hydrocacbon nÆng cña qu¸ tr×nhch−ng cÊt dÇu th«, than ®¸ còng cã thÓ dïng ®−îc. Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ baogåm ba giai ®o¹n:

Giai ®o¹n 1: ChuyÓn ho¸ hydrocacbon thµnh khÝ tæng hîp.

Giai ®o¹n 2: ChuyÓn ho¸ khÝ tæng hîp thµnh metanol.

Giai ®o¹n 3: Tinh chÕ metanol.

Nguyªn liÖu sau khi ® ®−îc lo¹i bá S ë th¸p 1 vµ bo hoµ h¬i n−íc ë th¸p 2 ®−îc ®−a vµo th¸p chuyÓn ho¸ cã chøa xóc t¸c niken. KhÝ tæng hîp®−îc s¶n xuÊt b»ng c«ng nghÖ reforming h¬i n−íc ë nhiÖt ®é 8800C vµ ¸psuÊt 2 MPa.

C«ng ®o¹n tæng hîp metanol bao gåm: m¸y nÐn tuÇn hoµn 3, thiÕt bÞchuyÓn ho¸ 4, çc thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt vµ th¸p ph©n ly 5. Trong çc nhµm¸y lín qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ khÝ tæng hîp thµnh metanol thùc hiÖn trªn xóct¸c cã chøa Cu ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é 240 ... 2700C, ¸p suÊt 8 ... 10 MPa. Ph¶nøng bÞ giíi h¹n bëi c©n b»ng vµ nång ®é cña metanol t¹i ®Çu ra cña thiÕt bÞtæng hîp kh«ng v−ît qu¸ 7%. Hçn hîp s¶n phÈm ®−îc lµm l¹nh tíi 400C ®Óng−ng tô metanol. KhÝ ch−a ph¶n øng ®−îc t¸ch ra tõ th¸p ph©n ly 5, sau khiqua bé phËn lµm s¹ch ®Ó lo¹i nit¬, argon, hydro d−, nhê m¸y nÐn tuÇn hoµntrë l¹i thiÕt bÞ tæng hîp.

Metanol th« tõ th¸p ph©n ly cã chøa n−íc vµ çc s¶n phÈm phô ®−îc ®−asang c«ng ®o¹n tinh chÕ gåm hai th¸p ch−ng 6 vµ 7 . Th¸p 6 ®Ó t¸ch çc cÊutö nhÑ nh− çc ete, este, axeton, vµ çc hydrocacbon thÊp. Th¸p 7 ®Ó t¸chn−íc, çc r−îu cao vµ çc hydrocacbon nÆng h¬n. Metanol thµnh phÈm cã ®étinh khiÕt cao nhËn ®−îc tõ ®Ønh th¸p 7 .

Cho ®Õn n¨m 1998 ® cã 56 nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol ®−îc x©y dùngtheo c«ng nghÖ nµy.




H×nh XII.4. S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña h·ng ICI Katalco

2 2 0

Ch−ng cÊt

Reforming Kh«ng khÝ KhÝ tù nhiªn

èng khãi

M¸y nÐn

H¬i n−íc

1 23

45 6 7

N−íc s«i

N−íc

B¬m

Condensat

Metanol thµnh phÈ




XII .2.4.3. C«ng nghÖ cña hng Lurgi Oil Gas Chemie GmbH (§øc)

C«ng nghÖ s¶n xuÊt metanol víi quy m« lín tõ khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ånghµnh sö dông qu¸ tr×nh reforming tæ hîp ®Ó chuyÓn ho¸ thµnh khÝ tæng hîpvµ qu¸ tr×nh tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp.

S¬ ®å c«ng nghÖ ®−îc m« t¶ trªn h×nh XII.5. KhÝ nguyªn liÖu ®−îc gianhiÖt s¬ bé, t¸ch S, sau ®ã ®−îc chia lµm hai dßng. Mét dßng ®−îc bo hoµh¬i n−íc, tiÕp tôc ®−îc gia nhiÖt vµ dÉn tíi thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ s¬ cÊp b»ngqu¸ tr×nh reforming h¬i n−íc. Hçn hîp khÝ sau khi ® chuyÓn ho¸ mét phÇn

trong thiÕt bÞ s¬ cÊp cã ¸p suÊt cao ®−îc trén víi dßng nguyªn liÖu cßn l¹i vµ®−a vµo thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ thø cÊp. T¹i ®©y hçn hîp khÝ ®−îc chuyÓn ho¸ ë ¸p suÊt 3,5 MPa vµ nhiÖt ®é 9600C nhê qu¸ tr×nh reforming tù nhiÖt cã bæsung dßng oxy.

NhiÖt l−îng cña khÝ tæng hîp vµ khÝ th¶i cña qu¸ tr×nh ®−îc sö dông chothiÕt bÞ ph¸t sinh h¬i n−íc, gia nhiÖt s¬ bé cho hçn hîp nguyªn liÖu ®Çu, ®unnãng cho çc th¸p ch−ng.

Sau khi lµm l¹nh b»ng kh«ng khÝ hoÆc n−íc, khÝ tæng hîp ®−îc nÐn ®Õn¸p suÊt 8 MPa tr−íc khi ®−a sang thiÕt bÞ tæng hîp metanol. Trong thiÕt bÞtæng hîp metanol, xóc t¸c cã chøa Cu ®−îc ®Æt trong çc èng th¼ng ®øng,

n−íc s«i qu¸ nhiÖt ®−îc dÉn ë bªn ngoµi. Ph¶n øng x¶y ra trong ®iÒu kiÖngÇn nh− ®¼ng nhiÖt. NhiÖt ®é ph¶n øng ®−îc ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c b»ng ¸psuÊt cña h¬i n−íc. §iÒu kiÖn ph¶n øng ®¼ng nhiÖt vµ xóc t¸c cã ®é chän läccao cho phÐp h¹n chÕ çc s¶n phÈm phô t¹o thµnh ë møc thÊp nhÊt.

Hçn hîp sau ph¶n øng sau khi lµm l¹nh ®−îc ®−a sang th¸p t¸ch. KhÝ ch−a chuyÓn ho¸ ®−îc m¸y nÐn ®−a trë l¹i thiÕt bÞ tæng hîp trén víi nguyªnliÖu míi. Metanol th« t¸ch khái hçn hîp khÝ ®−îc ®−a sang ch−ng cÊt ®ÓnhËn s¶n phÈm metanol tinh khiÕt.

Qu¸ tr×nh nµy phï hîp víi yªu cÇu cÇn thiÕt cã thÓ chuyÓn çc nhµ m¸ys¶n xuÊt amoniac thµnh nhµ m¸y s¶n xuÊt metanol khi cã nhu cÇu t¹i chç.




H×nh XII.5. S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp metanol ¸p suÊt thÊp cña h·ng Lurgi

2 2 2

Metano®−a sach−ng

KhÝ s

Oxy

ThiÕt bÞ tæng hîp metanol

ThiÕt bÞ ®un s«i l¹i

N−íc s«i

N−íc tõ qu¸ tr×nh ch−ng cÊt

KhÝ tù nhiªn

N h i ª n l i Ö u

T h i Õ t b Þ c h u y Ó n h o ¸

t ù n h i Ö t

Kh«ng khÝ

H¬i n−íc ch¹y tuabin

H¬i n−íc

M¸y nÐn khÝ




HÖ sè fugat ϕ i cña cÊu tö i phô thuéc vµo nhiÖt ®é rót gän T r = T/T c vµ¸p suÊt rót gän Pr = P/P c.

NÕu ®Æt:2 / 3

2

2 / 1

2

3

22

3

HN

NHP 2 / 3

H2 / 1

N

NHvµ

∗∗

∗

ϕ

⋅=

⋅=

P P

P K K

ϕ ϕ

ϕ

ta cã K f = K ϕ. K P , trong ®ã K P ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh thùc nghiÖm:

I T T T

T

K +⋅−++−= − 27P 108564,1.lg4943,2

18,2074lg β

trong ®ã: T lµ nhiÖt ®é trung b×nh cña qu¸ tr×nh ph¶n øng, K;

β lµ hÖ sè phô thuéc vµo ¸p suÊt, ë 300 at: β = 1,256.10−4;

I lµ h»ng sè tÝch ph©n, I = −2,206.

X¸c ®Þnh ®−îc K P cho phÐp x¸c ®Þnh ®−îc nång ®é amoniac lóc c©nb»ng theo c«ng thøc sau:

010308

200 4a

P 2a =+⋅−− y

P

K y y

trong ®ã: ya lµ nång ®é amoniac lóc c©n b»ng, % thÓ tÝch;

P lµ ¸p suÊt trung b×nh trong th¸p, at; K P lµ h»ng sè c©n b»ng cña ph¶n øng.

HiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt, cã thÓx¸c ®Þnh theo c«ng thøc:

36243

5

1069,161052,235,5104596,840

545,09157 T T T P T T

Q ⋅−⋅++⋅⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ×+++=

trong ®ã: T lµ nhiÖt ®é, K; P lµ ¸p suÊt, at; Q lµ hiÖu øng nhiÖt, kJ/mol.

XIII.1.1. C¸c yÕu tè ¶nh h−ëng tíi c©n b»ng

Ph¶n øng tæng hîp amoniac lµ ph¶n øng to¶ nhiÖt, gi¶m thÓ tÝch, nªntheo nguyªn lý Le Chaterlie gi¶m nhiÖt ®é vµ t¨ng ¸p suÊt sÏ lµm chuyÓndÞch c©n b»ng theo chiÒu thuËn vÒ phÝa t¹o s¶n phÈm NH3. §å thÞ quan hÖnång ®é NH3 lóc c©n b»ng t¹i c¸c nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt biÓu diÔn trªn h×nhXIII.1 cho thÊy, ë nhiÖt ®é cµng thÊp nång ®é NH3 cµng t¨ng. NhiÖt ®é caokh«ng nh÷ng lµm gi¶m nång ®é c©n b»ng, cßn lµm gi¶m nhanh ho¹t tÝnh xóct¸c. Tuy nhiªn, nÕu nhiÖt ®é qu¸ thÊp th× vËn tèc ph¶n øng kh«ng ®ñ lín.




XIII.1.2. Xóc t¸c cho qu¸ tr×nh

Thµnh phÇn xóc t¸c cho qu¸ tr×nh tæng hîp amoniac rÊt ®a d¹ng. Xóc t¸ctèt nhÊt vµ kinh tÕ nhÊt hiÖn nay lµ xóc t¸c cã s¾t ë d¹ng oxit FeO, Fe 2O3,Fe3O4, trong ®ã d¹ng Fe3O4 cã ho¹t tÝnh cao nhÊt. Ngoµi ra cßn cã thªm çcchÊt phô gia t¨ng ®é bÒn nhiÖt vµ t¨ng ®é æn ®Þnh cÊu tróc nh− Al 2O3, TiO2,...Khi t¨ng hµm l−îng cña Al2O3 , ®é bÒn nhiÖt vµ ®é bÒn c¬ cña xóc t¸c t¨ng.Tuy nhiªn l−îng Al2O3, nhiÒu g©y khã kh¨n cho qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c vµc¶n trë sù nh¶ hÊp thô NH3 trªn bÒ mÆt xóc t¸c. Ngoµi Al2O3 , cßn cã mét sè

oxit kh¸c còng cã t¸c dông æn ®Þnh cÊu tróc cña xóc t¸c, møc ®é æn ®Þnh cÊutróc cña chóng ®−îc s¾p xÕp theo thø tù sau:

Al2O3 > TiO2 > Cr2O3 > MgO > MnO = CaO > SiO2 > BeO

Çc oxit kim lo¹i kiÒm cã t¸c dông lµm t¨ng c−êng trao ®æi ®iÖn tö ho¹tho¸ qu¸ tr×nh trung gian, do ®ã t¨ng ho¹t tÝnh xóc t¸c lµm viÖc ë ¸p suÊt cao,®ång thêi t¹o ®iÒu kiÖn nh¶ hÊp phô NH 3 tèt h¬n vµ t¨ng kh¶ n¨ng chÞu ngé®éc víi H2S. Ngoµi ra çc oxit ®Êt hiÕm nh− Sm2O3, HoO3, Fr2O3 còng gãpphÇn t¨ng ho¹t tÝnh xóc t¸c. Trong qu¸ tr×nh ho¹t ho¸, çc oxit nµy bÞ khö thµnh kim lo¹i vµ t¹o hîp kim víi s¾t.

XIII.2. C«ng nghÖ tæng hîp amoniacCã nhiÒu nguån nguyªn liÖu kh¸c nhau ®−îc sö dông cho qu¸ tr×nh tæng

hîp amoniac nh− than, dÇu nÆng naphta, khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh. Víiçc nguyªn liÖu kh¸c nhau, chi phÝ ®Çu t− c¬ b¶n vµ tiªu tèn n¨ng l−îng chomét nhµ m¸y s¶n xuÊt amoniac 1000 tÊn/ngµy ®−îc ®−a ra trong b¶ng sos¸nh d−íi ®©y (nÕu lÊy sè liÖu cho khÝ tù nhiªn lµ ®¬n vÞ).

B¶ng XIII.1. So s¸nh s¶n xuÊt amoniac tõ çc nguyªn liÖu kh¸c nhau

KhÝ tù nhiªn Naphta DÇu nÆng Than

§Çu t− c¬ b¶n 1,00 1,18 1,50 2,00

Tiªu hao n¨ng l−îng 1,00 1,05 1,11 1,45

Tõ sè liÖu so s¸nh trªn b¶ng XIII.1 thÊy r»ng, chi phÝ ®Çu t− c¬ b¶ncòng nh− tiªu hao n¨ng l−îng cho nhµ m¸y s¶n xuÊt amoniac ®i tõ khÝ tù nhiªn lµ thÊp nhÊt.




XIII.2.1. Qu¸ tr×nh tæng hîp amoniac ®i tõ khÝ tù nhiªn

Qu¸ tr×nh tæng hîp amoniac ®i tõ khÝ tù nhiªn bao gåm ba giai ®o¹n:

1) ChuyÓn ho¸ khÝ tù nhiªn thµnh khÝ tæng hîp, b»ng qu¸ tr×nh reformingh¬i n−íc vµ oxy ho¸ mét phÇn:

CH4 + H2O CO + 3H2

CH4 +2

1O2 CO + 2H2

2) Lo¹i bá CO vµ CO2 v× chóng g©y ngé ®éc xóc t¸c. Ng−êi ta thùc hiÖn

viÖc lo¹i CO b»ng çch: §Çu tiªn chuyÓn CO thµnh CO 2 b»ng h¬i n−íc theoph¶n øng:

CO + H2O CO2 + H2

Sau ®ã CO2 sÏ ®−îc lo¹i bá b»ng röa n−íc, hÊp thô b»ng dung dÞch cacbonatvµ etanolamin.

Khi hµm l−îng CO cßn l¹i ®ñ nhá, ng−êi ta tiÕn hµnh tinh chÕ khÝ nhê qu¸ tr×nh metan ho¸:

CO + 3H2 CH4 + H2O

®Ó lo¹i bá çc oxit CO, CO2 ®Õn møc nhá h¬n 10 ppm.

3) Giai ®o¹n tæng hîp amoniac:N2 + 3H2 2NH3 + Q

Tuú theo ®iÒu kiÖn ¸p suÊt ng−êi ta chia lµm ba qu¸ tr×nh:

• Qu¸ tr×nh tæng hîp ¸p suÊt thÊp 10 ... 15 MPa;

• Qu¸ tr×nh tæng hîp ¸p suÊt trung b×nh 25 ... 50 MPa;

• Qu¸ tr×nh tæng hîp ¸p suÊt cao 60 ... 100 MPa.

XIII.2.2. Mét sè s¬ ®å tæng hîp ®iÓn h×nh

NÕu khÝ míi hoµn toµn kh«ng cã çc chÊt g©y ngé ®éc xóc t¸c nh− n−íc,CO2 , cã thÓ trùc tiÕp ®−a vµo thiÕt bÞ chuyÓn ho¸ (h×nh XIII.3a). Sau khi khÝ

ra khái thiÕt bÞ tæng hîp, NH3 ®−îc ng−ng tô b»ng çch lµm l¹nh vµ khÝ tuÇnhoµn ®−îc ®−a vµo m¸y nÐn tuÇn hoµn. S¬ ®å nµy ®¹i diÖn cho sù s¾p xÕpthÝch hîp nhÊt theo quan ®iÓm n¨ng l−îng cùc tiÓu. KÕt qu¶ lµ NH3 thÊp nhÊtë ®Çu vµo vµ cao nhÊt cho ng−ng tô.




H×nh XIII.3. C¸c s¬ ®å tæng hîp amoniac

1. ThiÕt bÞ chuyÓn ho¸ NH 3 cã bé phËn trao ®æi nhiÖt; 2. Thu håi NH3 b»ng lµml¹nh vµ ng−ng tô; 3. Thu håi NH3 b»ng ng−ng tô ë nhiÖt ®é m«i tr−êng;

4. M¸y nÐn khÝ tæng hîp; 5. M¸y nÐn khÝ tuÇn hoµn.

Khi khÝ nguyªn liÖu míi chøa nhiÒu n−íc hoÆc CO2 th× cÇn ph¶i hÊp thôhoµn toµn nhê ng−ng tô NH3. §iÒu nµy yªu cÇu giai ®o¹n ng−ng tô ®−îc ®Ætmét phÇn hoÆc toµn bé gi÷a ®Çu ®−a khÝ míi vµo vµ thiÕt bÞ chuyÓn ho¸. Sù s¾p xÕp nµy cã bÊt lîi lµ nång ®é NH 3 gi¶m xuèng do hoµ tan vµo khÝ míi.Ngoµi ra, ë nhiÖt ®é ng−ng tô t−¬ng øng nång ®é NH 3 c©n b»ng ë ®Çu vµocao h¬n ®èi víi thiÕt bÞ chuyÓn ho¸. H×nh XIII.3b lµ s¬ ®å ®¬n gi¶n nhÊt. S¬ ®å nµy cã bÊt lîi lµ NH3 s¶n xuÊt ra ë pha khÝ ph¶i ®−îc nÐn cïng khÝ tuÇnhoµn trong m¸y nÐn tuÇn hoµn.

Trong s¬ ®å trªn h×nh XIII.3c th−êng sö dông m¸y nÐn lo¹i bèn kú, víisù bè trÝ nh− vËy, thùc hiÖn nÐn tuÇn hoµn ngay sau khi ng−ng tô vµ t¸chNH3. Cã thÓ sö dông n−íc hoÆc kh«ng khÝ lµm l¹nh khÝ tuÇn hoµn ngay tr−íckhi trén víi khÝ míi (tr−íc khi hoµ tan khÝ tuÇn hoµn), v× thÕ gi¶m ®−îc tiªuhao n¨ng l−îng cho lµm l¹nh.

Chia lµm l¹nh thµnh hai bËc cho ng−ng tô NH3 sÏ cã lîi khi khÝ tuÇn

KhÝ th¶i

1

2

NH3

4 5

KhÝ nguyªn liÖu

a)

KhÝ th¶i

1

2

NH34 5

KhÝ nguyªn liÖu

b)

KhÝ nguyªn liÖu

KhÝ th¶i

2

NH 34 5

d)

1

3

1

KhÝ th¶i

2

NH34 5

c)

KhÝ nguyªn liÖu




T¸ch l−u huúnh Reforming ChuyÓn ho¸

H×nh XIII.4. S¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp ®ång thêi NH3 vµ CH3OH cña h·ng Haldor Topsoe (§an M¹ch)

KhÝ tù nhiªn

KhÝ th¶i

CO2

chuyÓn ho

H¬i n−íc

Kh«ng khÝ

S¶n phÈm

NH3

Tæng hîp metanol

Metanol th«

Metan ho¸Tæng hîp amoniac

CO

2 3 1




Tr−íc ®©y trong c«ng nghiÖp ng−êi ta cã xu h−íng t¨ng l−îng s¶n phÈmNH3, gi¶m gi¸ thµnh b»ng çch gi¶m chi phÝ vÒ x©y dùng c¬ b¶n. Trong c«ngnghiÖp nit¬ ®−îc lÊy tõ kh«ng khÝ rÎ tiÒn, gi¶m ®−îc chi phÝ vÒ nguyªn liÖu®ång thêi c¶i thiÖn ®iÒu kiÖn lao ®éng trong nhµ m¸y, vµ ®¬n gi¶n ho¸ s¬ ®åkü thuËt b»ng çch hoµn thiÖn çc ph−¬ng ph¸p lµm s¹ch khÝ. Dïng biÖnph¸p chuyÓn ho¸ CO ë nhiÖt ®é thÊp sau ®ã metan ho¸ CO cßn l¹i sÏ ®¬ngi¶n qu¸ tr×nh lµm s¹ch khÝ, gi¶m ®−îc chi phÝ vÒ giai ®o¹n chuÈn bÞ hçnhîp nit¬ hydro. Yªu cÇu tû lÖ çc cÊu tö trong hçn hîp ph¶n øng N2 : H2 lµ1 : 3. Ph−¬ng h−íng ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp hiÖn nay lµ sö dông nh÷ng

thiÕt bÞ cã n¨ng suÊt cao, dïng nh÷ng xóc t¸c cã ho¹t tÝnh vµ ®é chän läccao, cã tÝnh chÞu nhiÔm ®éc cao vµ lµm viÖc ë nhiÖt ®é thÊp. §Æc biÖt lµ sö dông thiÕt bÞ xóc t¸c kiÓu tÇng s«i ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng tiÕp xóc cña hçn hîp khÝ ph¶n øng víi xóc t¸c.

§é chuyÓn ho¸ hçn hîp ph¶n øng ®¹t 14 ... 20%. Qua bé ph©n t¸ch nhê lµm l¹nh NH3 ng−ng tô khÝ ch−a ph¶n øng qua m¸y nÐn khÝ tuÇn hoµn trë l¹ithiÕt bÞ ph¶n øng:

H×nh XIII.4 lµ s¬ ®å c«ng nghÖ tæng hîp ®ång thêi NH3 vµ CH3OH cñahng Haldor Topsoe (§an M¹ch) ®−îc ®−a ra n¨m 1997. ¦u ®iÓm cña s¬ ®åc«ng nghÖ nµy lµ cã thÓ linh ho¹t thay ®æi n¨ng suÊt theo çc s¶n phÈm NH3

vµ CH3OH tuú theo nhu cÇu t¹i ®Þa ph−¬ng.




Ch−¬ng XIV

c«ng nghÖ tæng hîp axetylen

Axetylen ®−îc s¶n xuÊt tõ hai nguån nguyªn liÖu chÝnh lµ cacbua canxivµ hydrocacbon (ë d¹ng r¾n, láng hoÆc khÝ). HiÖn nay Mü vµ çc n−íc Ch©u

¢u s¶n xuÊt axetylen tõ hydrocacbon; cßn ë Italia, NhËt B¶n, Nam Phi, Ê n§é axetylen ®−îc s¶n xuÊt tõ cacbua canxi.

S¶n xuÊt axetylen tõ hydrocacbon lµ qu¸ tr×nh ®−îc ph¸t triÓn tõ nh÷ngn¨m 50 cña thÕ kû tr−íc. Trong c«ng nghÖ nµy hydrocacbon bÞ nhiÖt ph©n ë nhiÖt ®é cao (tíi 1100 ... 1500 0C) trong ®iÒu kiÖn ®o¹n nhiÖt vµ thêi gianph¶n øng rÊt ng¾n (tõ 0,005 ®Õn 0,02 gi©y). Sau ®ã s¶n phÈm ®−îc nhanhchãng lµm l¹nh ®Ó h¹ nhiÖt ®é xuèng nh»m h¹n chÕ çc ph¶n øng ph©n huûaxetylen.

XIV.1. C¬ së ho¸ lý cña qu¸ tr×nh ph©n huû Hydro-cacbon ®Ó s¶n xuÊt axetylen

XIV.1.1. C¬ së nhiÖt ®éng häc cña qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n hydrocacbonQu¸ tr×nh ph©n huû hydrocacbon ë nhiÖt ®é cao thµnh axetylen bao gåm

nhiÒu ph¶n øng thuËn nghÞch. Víi nguyªn liÖu lµ hydrocacbon nhÑ (khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh), qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n cã thÓ cã çc ph¶n øng sau:

2CH4 C2H2 + 3H2

2CH4 C2H4 + 2H2

C2H6 C2H4 + H2

C2H6 C2H2 + 2H2

C3H8 C2H4 + CH4

C3H8 C3H6 + H2

C3H8 1,5CH2 + 2,5H2

C4H10 C2H4 + C2H6

C4H10 C4H8 + H2

C4H10 2C2H2 + 3H 2

C2H4 C2H2 + H2

C3H6 1,5C2H2 + 1,5H2




Çc ph¶n øng nµy ®Òu lµ çc ph¶n øng thu nhiÖt ®iÓn h×nh vµ lµ ph¶nøng t¨ng thÓ tÝch. Qu¸ tr×nh thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao vµ thêi gian ng¾n doçc tÝnh chÊt nhiÖt ®éng cña çc hydrocacbon. Trªn h×nh XIV.1 biÓu diÔnn¨ng l−îng tù do Gibbs cña çc hydrocacbon phô thuéc vµo nhiÖt ®é. Tõ ®åthÞ trªn h×nh XIV.1 thÊy r»ng, ë nhiÖt ®é th−êng axetylen kh«ng thÓ t¹othµnh tõ çc hydrocacbon kh¸c. Tõ ®å thÞ còng cho thÊy n¨ng l−îng tù doGibbs cña axetylen gi¶m khi t¨ng nhiÖt ®é trong khi n¨ng l−îng tù do Gibbs

cña çc hydrocacbon kh¸c l¹i t¨ng lªn. ë nhiÖt ®é cao h¬n 12300C axetylen

æn ®Þnh h¬n çc hydrocacbon kh¸c. §−êng n¨ng l−îng tù do Gibbs cñaaxetylen c¾t çc ®−êng kh¸c t¹i nhiÖt ®é cao h¬n víi çc hydrocacbon cãm¹ch cacbon trong ph©n tö ng¾n h¬n. §iÒu ®ã cã nghÜa lµ qu¸ tr×nh s¶n xuÊtaxetylen tõ metan ®ßi hái thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao h¬n qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tõ çc hydrocacbon nÆng h¬n.

H×nh XIV.1. N¨ng l−îng tù do Gibbs cña çc hydrocacbon phô thuéc vµo nhiÖt ®é

§−êng cong c©n b»ng cña ph¶n øng nhiÖt ph©n metan phô thuéc vµonhiÖt ®é ®−îc m« t¶ trªn h×nh XIV.2 cho thÊy axetylen b¾t ®Çu ®−îc t¹othµnh ë nhiÖt ®é cao h¬n 1000 K (730 0C). Nh− vËy qu¸ tr×nh ®ßi hái ph¶ithùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao vµ cÇn ph¶i cung cÊp n¨ng l−îng kh¸ lín.

CH4

C2H2

n-C4H10

C3H6

C (r¾n) , H2 (khÝ)

300 500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900NhiÖt ®é, K

140

120

100

80

60

40

20

0

−20

−40

Δ G f , k

J / m

o l

C2H4

C3H6

C2H6




H×nh XIV.2. §−êng cong c©n b»ng cña ph¶n øng nhiÖt ph©n metan phô thuéc vµo nhiÖt ®é

Tuy nhiªn ngay c¶ ë nhiÖt ®é cao axetylen vÉn kÐm bÒn h¬n çc cÊu tö t¹o nªn axetylen tøc lµ kÐm bÒn h¬n C vµ H 2 nh− trªn h×nh XIV.1. Sù chªnhlÖch nhiÖt ®é gi÷a axetylen víi C vµ H2 tån t¹i tíi 4200 K:

C2H2 2C (R) + H2(K) ; −Δ G 298 = −209,3 kJ/mol

Qu¸ tr×nh ph©n huû t¹o muéi cacbon theo çc ph¶n øng sau:

CH4 C + 2H2

C2H6 2C + 3H2

C2H4 2C + 2H2

C2H2 2C + H2

Nh− vËy, chÝnh axetylen t¹o thµnh còng bÞ ph©n huû nÕu ®iÒu kiÖn ph¶nøng thÝch hîp cho qu¸ tr×nh t¹o muéi cacbon. Qu¸ tr×nh t¹o muéi x¶y ramnh liÖt ë kho¶ng nhiÖt ®é 1200 ... 1600 0C, nghÜa lµ ë vïng nhiÖt ®é ph¶nøng. §Ó h¹n chÕ qu¸ tr×nh t¹o muéi ph¶i gi¶m nhanh nhiÖt ®é hçn hîp khÝ

ph¶n øng b»ng çch phun n−íc hoÆc phun dÇu, gäi lµ qu¸ tr×nh “t«i” b»ngn−íc hoÆc b»ng dÇu.

Ng−êi ta thÊy r»ng, víi ph¶n øng ph©n huû axetylen, ¸p suÊt kh«ng ¶nhh−ëng mµ yÕu tè chÝnh ¶nh h−ëng ®Õn ph¶n øng lµ nhiÖt ®é vµ thêi gian ph¶nøng. NhiÖt ®é cµng cao, thêi gian ph¶n øng cµng dµi, sù ph©n huû axetylencµng t¨ng, hµm l−îng axetylen thu ®−îc cµng thÊp.

0 1100 1200 1400 1600 1800 2000

NhiÖt ®é, K

28

24

20

16

12

8

4

A x e t y l e n ,

% t h Ó t Ý c h




XIV.1.2. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh

Qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n hydrocacbon ë nhiÖt ®é cao x¶y ra theo çc ph¶nøng thuËn nghÞch sau:

2CH4 C2H2 + 3H2 Δ H 298 = 376 kJ/mol

C2H6 C2H2 + 2H2 Δ H 298 = 311 kJ/mol

Çc ph¶n øng trªn lµ ph¶n øng thu nhiÖt, c©n b»ng chuyÓn dÞch theochiÒu thuËn ë nhiÖt ®é 1000 ... 13000C. Thùc tÕ ®Ó ®¹t vËn tèc ph¶n øng ®ñ

lín, qu¸ tr×nh cÇn thùc hiÖn ë nhiÖt ®é cao h¬n, cô thÓ ë 1500 ... 1600

0

C víiCH4, cßn ®èi víi çc hydrocacbon láng qu¸ tr×nh thùc hiÖn ë 1200 0C.

Ph¶n øng x¶y ra theo c¬ chÕ chuçi gèc:

CH4 CH2 + H2

CH2 + CH4 C2H6

C2H6 C2H4 + H2

C2H4 C2H2 + H2

C2H2 2C + H2

NhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu cho thÊy sù t¹o thµnh axetylen tiÕn hµnh

qua giai ®o¹n trung gian t¹o thµnh CH3, CH2, CH. Qu¸ tr×nh ph©n huûmetan cã c¬ chÕ chuçi gèc nh− sau:

CH4 2 CH3 2 CH2 2 CH

CH3 –CH3 CH2=CH2 CH≡CH

Çc gèc CH cã thÓ trïng hîp:

n(CH≡) CnH2n

n(CH≡) CnHn-m + 0,5mH2

Trong hçn hîp s¶n phÈm khÝ thu ®−îc ngoµi nh÷ng parafin vµ olefinthÊp cßn cã mét l−îng kh«ng lín benzen, hydrocacbon, nhãm axetylen −

metyl axetylen CH3 –C≡CH còng nh− vinyl axetylen CH2=CH –C≡CH vµ

diaxetylen CH≡C –C≡CH, ...

XIV.1.3. §éng häc qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n çc hydrocacbon nguyªn liÖu

HiÖu suÊt axetylen trong qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n hydrocacbon ®−îc x¸c

−2H −2H −2H

−2H2 −2H2




®Þnh b»ng ®éng häc tiÕn hµnh ph¶n øng: tèc ®é t¹o thµnh axetylen cÇn ph¶icao h¬n tèc ®é ph©n huû nã thµnh çc chÊt ®¬n gi¶n. V× thÕ ®Ó ®¹t ®−îc hiÖusuÊt cao víi s¶n phÈm chÝnh lµ axetylen cÇn ph¶i h¹n chÕ çc ph¶n øng kh«ngmong muèn b»ng çch lµm l¹nh nhanh s¶n phÈm ph¶n øng (qu¸ tr×nh “t«i”).

Qu¸ tr×nh ph©n huû tõng hîp chÊt riªng biÖt cña hçn hîp hydrocacbonkhÝ ®−îc gi¶ thuyÕt nh− sau: Qu¸ tr×nh ph©n huû metan lµ ph¶n øng bËc 1,tèc ®é cña nã cã thÓ thiÕt lËp theo ph−¬ng tr×nh sau, tho¶ mn cho ®Õn 15000C:

1d

dk.C

r

c=− hay )(ln 12

2

1 τ τ −= k.C

C

ë ®©y C1 vµ C2 lµ nång ®é cña metan vµo vµ ra khái vïng ph¶n øng(tÝnh b»ng phÇn mol);

τ 2 − τ 1 lµ thêi gian ph¶n øng (gi©y).

H»ng sè tèc ®é cña ph¶n øng phô thuéc vµo nhiÖt ®é theo ph−¬ng tr×nh:

T k

352,1711,864lg −= vµ

T k

700,15230,11lg −=

Ph−¬ng tr×nh thø 2 nghiÖm ®óng víi qu¸ tr×nh ph©n huû metan trongkho¶ng nhiÖt ®é, ¸p suÊt vµ nång ®é réng h¬n.

NÕu nhiÖt ph©n etan ë 650 ... 7000C vµ thêi gian tiÕp xóc lín h¬n 0,25

gi©y th× chñ yÕu nhËn ®−îc hydro, metan vµ s¶n phÈm láng. Khi nhiÖt ®é caoh¬n (800 ... 9000C) sÏ t¹o ra etylen lµ chÝnh vµ mét l−îng rÊt nhá axetylen.B¾t ®Çu tõ 10000C, axetylen trë thµnh cÊu tö chÝnh, cßn etylen kh«ng cãhoÆc cã víi l−îng kh«ng ®¸ng kÓ. Ph−¬ng tr×nh tèc ®é ph©n huû etan nh− sau:

6262

HCHC

.d

dCk

T

C=−

Gi¸ trÞ h»ng sè tèc ®é k ë çc nhiÖt ®é kh¸c nhau xem ë b¶ng d−íi ®©y:

Thêi gian tiÕp xóc (gi©y) H»ng sè tèc ®é

• ë 750 0C vµ 1 atm

0,382,9013,10

• ë 17000C vµ 0,07 atm

0,28.10−3

0,41.10−3

0,88.10−3

1,74

0,500,13

780095505850




Etylen ë 6000C ch−a ph©n huû t¹o thµnh axetylen. B¾t ®Çu tõ 8000C th×axetylen lµ s¶n phÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh ph©n huû e tylen. Khi t¨ng nhiÖt ®é,tèc ®é ph©n huû etylen vµ møc ®é chuyÓn ho¸ thµnh axetylen t¨ng lªn. KhinhiÖt ®é cao h¬n 10000C, víi thêi gian tiÕp xóc cì mili gi©y sÏ t¹o thµnh métl−îng muéi cacbon ®¸ng kÓ. Gi¶m ¸p suÊt vµ pha long hçn hîp ph¶n øng sÏlµm chËm tèc ®é ph©n huû vµ polyme ho¸ etylen, n©ng cao hiÖu suÊt axetylen.

NhiÖt ph©n propan x¶y ra theo ph−¬ng tr×nh bËc 1:

8383

HCHC

.

d

dC K

T

C=−

vµ gi¸ trÞ h»ng sè tèc ®é ®−îc tÝnh theo ph−¬ng tr×nh:

RT k

3,2

300,6346,13lg −=

phï hîp víi çc sè liÖu thùc nghiÖm ®èi víi nhiÖt ®é trªn 7000C.

Sù ph©n huû propan x¶y ra theo hai h−íng c¬ b¶n:

C3H8 C2H4 + CH4

C3H8 C3H6 + H2

Propylen ®−îc t¹o thµnh trong ®iÒu kiÖn ph¶n øng còng bÞ ph©n huûthµnh etylen vµ metan. NhiÖt ®é qu¸ tr×nh cã ¶nh h−ëng râ rÖt ®Õn thµnhphÇn s¶n phÈm: ë 600 ... 7000C ng−êi ta nhËn ®−îc etylen vµ propylen víi tûlÖ 1:1; ë nhiÖt ®é cao h¬n 10000C nhËn ®−îc axetylen víi hiÖu suÊt lín doph©n huû etylen vµ propylen. Nh− vËy axetylen nhËn ®−îc khi nhiÖt ph©npropan lµ do qu¸ tr×nh ph©n huû çc s¶n phÈm bËc nhÊt nh− etylen vµpropylen.

Thay ®æi ¸p suÊt tõ 1 ®Õn 7 atm Ýt ¶nh h−ëng ®Õn thµnh phÇn cña s¶nphÈm cuèi khi nhiÖt ph©n parafin. ChØ khi ¸p suÊt thÊp h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn, thµnh phÇn s¶n phÈm b¾t ®Çu phô thuéc vµo ¸p suÊt riªng phÇn ban®Çu cña parafin. V× thÕ khi nhiÖt ph©n metan, etan, propan, ®iÒu kiÖn ®Ó

nhËn axetylen víi hiÖu suÊt cao lµ ¸p suÊt riªng phÇn cña hydrocacbon nhá,nhiÖt ®é cao vµ thêi gian ph¶n øng rÊt ng¾n.

Qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n butan còng x¶y ra trong ®iÒu kiÖn t−¬ng tù nh− nhiÖt ph©n propan. Çc s¶n phÈm ph©n huû n-butan lµ: butan-1, butan-2,hydro, metan, etan, etylen vµ propylen. Khi t¨ng nhiÖt ®é, s¶n phÈm chñ yÕucña qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n butan lµ axetylen vµ etylen.




L−îng metan biÕn ®æi thµnh axetylen ®−îc tÝnh nh− sau:

[ ])k(k

21

10

21

10

21e1)(2

.)(

2

1 +−−+

=+

−=′k k

k C

k k

k CCC

Nh−ng thùc tÕ l−îng axetylen nhËn ®−îc nhá h¬n l−îng metan chuyÓnho¸ thµnh v× x¶y ra ph¶n øng ph©n huû axetylen:

τ−′=′′ 3ke.CC vµ Ck C

′=′

.d

d3

τ

tõ ®ã:

[ ] 321 k)k(k

21

10 e1)(2

. −+−−+

=′′ Ck k

k CC

víi k 3 lµ h»ng sè tèc ®é ph©n huû axetylen thµnh C vµ H2.

Nång ®é cùc ®¹i cña axetylen ë thêi gian ph¶n øng thÝch hîp lµ:

3

321

21max ln

1

k

k k k

k k C

++⋅

+=

HiÖu suÊt cracking hiÖu dông (tøc lµ møc ®é biÕn ®æi metan ®Õn axetylen)lµ:

τ−

+

=

−

= 3k

21

1

0

e."2

k k

k

CC

Cη

khi τ = 0 th× η = 100%.

ë nhiÖt ®é tõ 1200 ®Õn 15000C, tèc ®é ph©n huû axetylen nhá h¬n ®¸ngkÓ so víi tèc ®é t¹o thµnh nã vµ ®ã chÝnh lµ yÕu tè ®éng häc c¬ b¶n cho phÐpnhËn axetylen. Tû sè gi÷a tèc ®é t¹o thµnh vµ ph©n huû axetylen cã thÓ ®iÒuchØnh ®−îc b»ng çch thay ®æi ¸p suÊt. Khi gi¶m ¸p suÊt, tû sè nµy t¨ng lªn,cô thÓ khi gi¶m ¸p suÊt tõ 0,197 xuèng 0,039 atm tû sè tèc ®é t¹o thµnh vµph©n huû axetylen t¨ng lªn 3 lÇn. Çc qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n metan ®Õn axetylen cãthÓ xem nh− tËp hîp çc ph¶n øng ph©n huû metan, etan, etylen, vµ axetylen.

2CH4 C2H6 + H2 ; k 1 = 4,5.1013.e−91000/RT (1)

C2H6 C2H4 + H2 ; k 2 = 9.1013.e−69/RT (2)

C2H4 C2H2 + H2 ; k 3 = 2,57.108.e−40/RT (3)

C2H2 2C + H2 ; k 4 = 1,7.106.e−3000/RT (4)

Sù phô thuéc vµo nhiÖt ®é cña çc h»ng sè tèc ®é cña çc ph¶n øng tõ (1) ®Õn (4) ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh XIV.4.




2500 2000 1800 1500 1250 1000 tO

C

H×nh XIV.4. §å thô phô thuéc c¸c h»ng sè tèc ®é ph¶n øng vµo nhiÖt ®é

Tõ ®å thÞ thÊy r»ng, trong kho¶ng nhiÖt ®é 1500 ... 2500 0C h»ng sè tèc®é ph©n huû etan k 2 lín h¬n 3 lÇn h»ng sè tèc ®é t¹o thµnh k 1 (nghÜa lµ k 2 >k 1). V× vËy trong thùc tÕ khi nhiÖt ph©n metan nång ®é etan nhËn ®−îc rÊtnhá, vµ ngay c¶ ë nhiÖt ®é cao nång ®é cña etan trong s¶n phÈm còng kh«ngcao.

Trªn h×nh XIV.5 ®−a ra kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®é chuyÓn ho¸ cña metan thµnhaxetylen vµ møc ®é ph©n huû axetylen ë nhiÖt ®é 19000C theo c¸c ph¶n øng:

2CH 4 C2H2 + 3H2 C2H2 2C + H2

0 1 2 3 4 5 τ, mili gi©y

H×nh XIV.5. §å thÞ hiÖu suÊt nhËn s¶n phÈm axetylen phô thuécthêi gian ph¶n øng ë nhiÖt ®é 1900 0C

Sù phô thuéc cña ®é chuyÓn ho¸ vµo h»ng sè tèc ®é vµ thêi gian ph¶n

øng τ ®−îc biÓu diÔn b»ng ph−¬ng tr×nh:

ττ −−

= − 41 kk

14

1 ee.k k

k ε

k 3

k 1 k 4

k 2

1

2

3

4

5

lgk

100

75

50

25

0

C, %




Tõ ®ã x¸c ®Þnh ®−îc ®é chuyÓn ho¸ cùc ®¹i metan thµnh axetylen ε max

vµ thêi gian thÝch hîp τ op lµ:

[ ])1 /r(ln)1 /r(rlnmax ee

1

1 −τ−−τ− −−

= r

ε

k r

r

)1(

lnop

−=τ

trong ®ã r = k 4/ k 1, víi k lµ h»ng sè tèc ®é chuyÓn ho¸ metan thµnh axetylen.

Trong ®iÒu kiÖn s¶n xuÊt, ®Ó h¹n chÕ çc ph¶n øng ph©n huû, polyme ho¸çc s¶n phÈm, ng−êi ta thùc hiÖn qu¸ tr×nh “t«i” s¶n phÈm b»ng çch t−íi trùctiÕp n−íc vµo s¶n phÈm. Khi ®ã cã thÓ x¶y ra ph¶n øng gi÷a axetylen vµ h¬i n−íc:

C2H2 + 2H2O 2CO + 3H2

Tèc ®é cña ph¶n øng nµy th−êng kh«ng lín vµ khi cã sù gi¶m ®ét ngétnhiÖt ®é khi “t«i” ph¶n øng nµy thùc tÕ kh«ng x¶y ra.

Trong ®iÒu kiÖn cña qu¸ tr×nh kh«ng nh÷ng chØ ph©n huû t¹o C vµ H2 mµcßn t¹o thµnh çc hîp chÊt kh«ng no kh¸c nhau. V× thÕ trong hçn hîp khÝ nhiÖt ph©n cßn cã c¶ H2 , metan, etan, etylen, vinyl axetylen, benzen...

XIV.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylenXIV.2.1. Lùa chän nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt axetylen

Nguyªn liÖu ®Ó s¶n xuÊt axetylen cã thÓ sö dông çc hydrocacbon ë d¹ng khÝ hoÆc láng hoÆc hçn hîp cña chóng. Tuy nhiªn thµnh phÇn ho¸ häccña nguyªn liÖu lµ mét yÕu tè quan träng quyÕt ®Þnh ®Õn hiÖu suÊt çc s¶nphÈm chÝnh cña qu¸ tr×nh (axetylen vµ etylen...). KÕt qu¶ tèt nhÊt nhËn ®−îckhi nhiÖt ph©n n-parafin, ®ång thêi nhiÖt ph¶n øng phô thuéc trùc tiÕp vµokhèi l−îng ph©n tö cña hydrocacbon nguyªn liÖu. VÝ dô:

2CH4 C2H2 + 3H2 ; Δ H 298 = + 89,97 kcal/mol

C2H6 C2H2 + 2H2 ; Δ H 298 = + 71,4 kcal/mol2C3H8 3C2H2 + 5H2 ; Δ H 298 = + 70,9 kcal/mol

C4H10 2C2H2 + 3H2 ; Δ H 298 = + 69,3 kcal/mol

Nh− vËy tõ çc ph−¬ng tr×nh ph¶n øng cho thÊy ph¶n øng t¹o axetylen tõ metan ®Õn butan cã kh¶ n¨ng x¶y ra, trong ®ã nhiÖt ph©n metan tèn nhiÒun¨ng l−îng h¬n c¶. NhiÖt ph©n izo -parafin vµ naphta cho hiÖu suÊt cao.




Nguyªn liÖu kÐm hiÖu qu¶ nhÊt lµ hydrocacbon th¬m, khi ph©n huû, l−îngaxetylen nhËn ®−îc kh«ng ®¸ng kÓ mµ l¹i t¹o nhiÒu cèc, nhùa.

Thµnh phÇn cña nguyªn liÖu x¸c ®Þnh nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña qu¸ tr×nh.Khèi l−îng ph©n tö cña hydrocacbon nguyªn liÖu cµng lín, ®é bÒn nhiÖtcµng thÊp nªn nhiÖt ®é ph¶n øng thÝch hîp còng gi¶m xuèng.

Metan nhiÖt ph©n ë nhiÖt ®é cao nhÊt, th−êng lµ h¬n 14000C vµ thêi gianl−u cña nã trong vïng ph¶n øng nhá nhÊt (nhá h¬n 0,01 gi©y). Qu¸ tr×nhchuyÓn ho¸ metan ë ¸p suÊt d− tõ 0,1 ®Õn 0,2 atm x¶y ra tíi ®é s©u ph©n huû

lµ 30% vµ nång ®é axetylen trong khÝ ®¹t ®−îc vµo kho¶ng 10% theo thÓ tÝch.Etan lµ nguyªn liÖu tiÖn lîi ®Ó s¶n xuÊt axetylen. NÕu nhiÖt ph©n ë nhiÖt®é võa ph¶i, nã lµ nguyªn liÖu tèt nhÊt ®Ó nhËn etylen, ë nhiÖt ®é cao hiÖusuÊt axetylen tõ nguyªn liÖu lµ etan còng rÊt lín. Víi ®iÒu kiÖn qu¸ tr×nhthùc hiÖn ë nhiÖt ®é 14000C vµ ¸p suÊt 0,065 atm, thêi gian tiÕp xóc 0,05gi©y, hiÖu suÊt axetylen ®¹t cùc ®¹i 17% thÓ tÝch.

Propan vµ butan còng nh− çc parafin nÆng h¬n còng ®−îc sö dông ®Ós¶n xuÊt axetylen, ®ång thêi nhËn etylen vµ çc olefin kh¸c. Ngoµi ra ng−êita cã thÓ dïng c¶ x¨ng hay ph©n ®o¹n keroxen ®Ó lµm nguyªn liÖu. Khi t¨ngtû träng cña nguyªn liÖu, hiÖu suÊt tæng céng çc hydrocacbon kh«ng no(axetylen, etylen...) cã t¨ng nh−ng hiÖu suÊt nhùa vµ cèc còng t¨ng lªn®¸ng kÓ.

Trong qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n, chÕ ®é nhiÖt lµ yÕu tè c¬ b¶n x¸c ®Þnh hiÖusuÊt çc s¶n phÈm. §Ó ®iÒu khiÓn chÕ ®é nhiÖt, ng¨n ngõa sù t¹o muéicacbon vµ t¹o nhùa trong lß ph¶n øng, ng−êi ta th−êng pha thªm h¬i n−ícvµo. §Ó ®¸nh gi¸ hiÖu suÊt axetylen trong qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n, ng−êi tadïng hai ®¹i l−îng: ®é chuyÓn ho¸ tæng céng (cßn gäi lµ hÖ sè nhiÖt ph©ntæng céng) vµ ®é chuyÓn ho¸ ®Õn axetylen (cßn gäi lµ hÖ sè nhiÖt ph©n h÷uÝch) ®−îc ®Þnh nghÜa nh− sau:

liÖunnguyªmolsè Tæng

olefinvµaxetylenmolsè Tæng=Q

liÖunnguyªmolsè Tæng

axetylenmolSè = X

Ngoµi ra ®Ó ®Æc tr−ng cho qu¸ tr×nh ng−êi ta cßn dïng ®¹i l−îng ®é s©uph©n huû nguyªn liÖu ban ®Çu ®Õn çc chÊt ®¬n gi¶n (C, H 2). Th«ng th−êngng−êi ta ph¸n ®o¸n ®é s©u ph©n huû theo tû träng cña khÝ s¶n phÈm v× nã lµ®¹i l−îng tû lÖ nghÞch víi ®é s©u ph©n huû.




XIV.2.2. Çc c«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylen

§Ó s¶n xuÊt axetylen ng−êi ta dïng ph¶n øng nhiÖt ph©n hydrocacbon ë nhiÖt ®é cao. Tuú theo çch cÊp nhiÖt ®Ó thùc hiÖn ph¶n øng nhiÖt ph©nhydrocacbon thµnh axetylen mµ ng−êi ta chia thµnh nhãm çc ph−¬ngph¸p sau:

− Qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn

− Qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn.

XIV.2.2.1. Qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn

B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh lµ sù phãng ®iÖn trong m«i tr−êng hydrocacbonkhÝ, sÏ x¶y ra sù ®èt nãng côc bé hçn hîp khÝ vµ c¾t m¹ch çc ph©n tö cñanã thµnh çc gèc tù do, t¸i hîp çc gèc tù do nµy dÉn tíi t¹o thµnh axetylenvµ çc ®ång ®¼ng cña nã, muéi cacbon, hydro vµ çc hydrocacbon cao h¬n.

Qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn cã nh÷ng −u ®iÓm sau:

− Nguån n¨ng l−îng cÊp cho qu¸ tr×nh kh«ng phô thuéc vµo nguyªnliÖu hydrocacbon.

− Tiªu hao hydrocacbon cã thÓ gi¶m ®Õn 50%.

− Víi ®iÒu kiÖn n¨ng l−îng ®iÖn cã s½n vµ rÎ th× sö dông qu¸ tr×nh

nµy kinh tÕ h¬n.

N¨m 1962, hng Dupont (Mü) ® ph¸t minh ra lo¹i lß hå quang víi çc®iÖn cùc ®ång trôc ®Ó s¶n xuÊt axetylen tõ hydrocacbon khÝ. Theo ph−¬ngph¸p nµy ® x©y dùng thiÕt bÞ c«ng nghiÖp víi n¨ng suÊt 25 tÊn C 2H2 /n¨m.Sau nµy, ph−¬ng ph¸p ngµy cµng hoµn thiÖn, ng−êi ta ®−a thªm vµo hçn hîpph¶n øng sau khi ra khái vïng tia löa ®iÖn mét l−îng nguyªn liÖu míi, nhê thÕ nhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ gi¶m tõ 1500 ... 16000C xuèng 800 ... 10000C.Sö dông nhiÖt l−îng cña khÝ ph¶n øng ë giai ®o¹n nµy cña qu¸ tr×nh ® n©ngcao ®−îc hiÖu suÊt axetylen vµ etylen trªn mét ®¬n vÞ ®iÖn n¨ng tiªu hao.Qu¸ tr×nh hai giai ®o¹n ® ®−îc çc hng Chemishe-Werke Hüls vµ Dupont

¸p dông trong c«ng nghiÖp.Sau nµy qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn ®Ó s¶n xuÊt axetylen b»ng dßng plasma

nhiÖt ®é thÊp cña hydro hay argon. §iÒu ®ã cho phÐp gi¶m ®−îc 20 ... 30%tiªu hao ®iÖn n¨ng trªn mét ®¬n vÞ axetylen th−¬ng phÈm.

Nguyªn liÖu cña qu¸ tr×nh lµ hydrocacbon khÝ, láng hoÆc r¾n, cã thÓ sö dông than. CÊu tróc lß hå quang vµ s¬ ®å tinh chÕ s¶n phÈm thÝch hîp




cho çc lo¹i nguyªn liÖu hydrocacbon kh¸c nhau. Víi nguyªn liÖu lµ hydro-cacbon d¹ng khÝ, chØ cã thÓ sö dông qu¸ tr×nh mét giai ®o¹n cho hå quangtiÕp xóc trùc tiÕp víi dßng khÝ. Cßn víi nguyªn liÖu láng hoÆc r¾n, cã thÓ sö dông qu¸ tr×nh mét giai ®o¹n hoÆc hai giai ®o¹n. §Çu tiªn hydro ®−îc ®ètnãng trong lß ®èt, sau ®ã nguyªn liÖu láng hoÆc r¾n ®−îc phun vµo dßngplasma hydro.

H×nh XIV.6 m« t¶ hai kiÓu lß hå quang. Trong c¶ hai qu¸ tr×nh nhiÖtph©n cã t¹o thµnh hydro nªn ë c¶ hai qu¸ tr×nh mét giai ®o¹n vµ hai giai®o¹n, hå quang ch¸y trong m«i tr−êng hydro.

H×nh XIV.6. Lß hå quang ®iÖn cña H ls víi nguyªn liÖu lµ khÝ, láng hoÆc r¾n

Qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn ®−îc thùc hiÖn trong thiÕt bÞ ph¶n øng dßng métchiÒu c«ng suÊt 8200 kW. §iÖn ¸p t¹o hå quang lµ 7000 V, c−êng ®é dßng

®iÖn lµ 1150 A, hÖ sè cosϕ = 0,7 ... 0,75. ChiÒu dµi cña buång hå quang cã

thÓ tíi 1 m. Çc ®iÖn cùc ®−îc lµm l¹nh b»ng n−íc. TÊt c¶ çc phÇn cña thiÕtbÞ ph¶n øng ®−îc chÕ t¹o b»ng thÐp.

Nguyªn liÖu lµ khÝ hydrocacbon ®−îc ®−a vµo buång trén theo h−íngtiÕp tuyÕn víi thµnh buång, do ®ã t¹o nªn dßng xo¸y chuyÓn ®éng xuèngan«t. NhiÖt ®é trung b×nh cña khÝ lµ 1600 0C. Hå quang ®iÖn do t¸c dôngchuyÓn ®éng quay cña dßng khÝ mµ còng quay trßn chuyÓn ®éng xuèng an«t

An«t

Líp çch ®iÖn

Buång trén

Hå quang ®iÖn

Nguån ®iÖn

Nguyªn liÖu

Cat«t

“t«i” s¬ bé

“t«i”

N uån ® i n

Nguyªn liÖu

“t«i”

An«t

Hydro

Cat«t

Lí çch ®i n

Buång trén

Plasma hydro




phÝa d−íi. Khi ®ã çc ®iÓm ch¹m cña hå quang vµo thµnh ®iÖn cùc lu«n lu«nthay ®æi, ®iÒu ®ã cho phÐp tr¸nh ®−îc sù ®èt ch¸y ®iÖn cùc.

Khi nhiÖt ®é cña hçn hîp khÝ gi¶m xuèng 8000C, ng−êi ta phun n−ícvµo ®Ó “t«i” s¶n phÈm khÝ, nhanh chãng h¹ nhiÖt ®é xuèng cßn kho¶ng 180

... 2000C. ë nhiÖt ®é nµy dïng xyclon cã thÓ t¸ch kho¶ng 60% muéi. Sau ®ãröa b»ng n−íc (hoÆc dÇu) ®Ó t¸ch hÕt cÆn muéi vµ nhùa, råi ®−a ®i chÕ biÕnthu håi axetylen, etylen...

Khi dïng nguyªn liÖu lµ khÝ tù nhiªn víi thµnh phÇn (% thÓ tÝch):

MetanEtanPropan

92,3%1,4%0,5%

ButanNit¬

0,4%5,4%

ng−êi ta thu ®−îc khÝ s¶n phÈm cã thµnh phÇn (% thÓ tÝch) nh− sau:

AxetylenMetyl axetylen

DiaxetylenDimetyl axetylen

Vinyl axetylen

Metyl vinyl axetylenEtylenPropylenButylen

14,50,40,60,10,01

0,040,90,02

0,02

MetanEtanPropanBenzenToluen

HydroOxit cacbonNit¬

16,30,030,020,30,02

63,460,62,7

Tèc ®é n¹p nguyªn liÖu khÝ tù nhiªn lµ 2400 m 3 /h, thêi gian l−u cña khÝ trong lß hå quang kho¶ng vµi mili gi©y vµ s¶n phÈm thu ®−îc gåm: 680 kgaxetylen, 46 kg etylen, 1900 m3 H2 vµ 145 kg muéi. Ngoµi ra cßn çc ®ång®¼ng cña axetylen (1,15% thÓ tÝch). L−îng muéi chiÕm 9,4% träng l−îngnguyªn liÖu ban ®Çu. Hydro ®−îc dïng ®Ó tæng hîp amoniac, etylen ®−îcdïng ®Ó s¶n xuÊt polyetylen, oxit etylen vµ etylbenzen.

Trªn h×nh XIV.7 biÓu diÔn hiÖu suÊt axetylen, etylen vµ n¨ng l−îng yªucÇu cho çc hydrocacbon trong qu¸ tr×nh kh«ng “t«i” trong nh÷ng ®iÒu kiÖnx¸c ®Þnh. Metan cã n¨ng l−îng yªu cÇu riªng (SER) cao nhÊt vµ cho hiÖusuÊt axetylen cao nhÊt, hiÖu suÊt etylen thÊp nhÊt. §èi víi çc hydrocacboncã m¹ch cacbon cµng lín, n¨ng l−îng yªu cÇu riªng vµ hiÖu suÊt axetylengi¶m xuèng t−¬ng øng víi sù gi¶m nhiÖt cÊp vµo ®Ó t¹o ra axetylen tõ çchydrocacbon kh¸c nhau.




H×nh XIV.7. HiÖu suÊt axetylen, etylen trong qu¸ tr×nh kh«ng “t«i”

NhiÖt ph©n cã qu¸ tr×nh “t«i” thùc chÊt lµ mét qu¸ tr×nh nhiÖt ph©n cã®iÒu khiÓn. Lo¹i vµ l−îng hydrocacbon sö dông ®Ó “t«i” s¬ bé cã thÓ rÊt ®ad¹ng. H×nh XIV.8 m« t¶ ®Æc tr−ng hiÖu suÊt s¶n phÈm víi tèc ®é “t«i” kh¸cnhau trong tr−êng hîp metan lµ nguyªn liÖu vµ propan lµ chÊt ®Ó “t«i”. HiÖusuÊt axetylen vµ hydro kh«ng chÞu ¶nh h−ëng cña tèc ®é “t«i”, trong khi ®ãetylen cã ®iÓm cùc ®¹i sau ®ã gi¶m xuèng khi thêi gian “t«i” qu¸ ng¾n. §èi

víi propan hiÖu suÊt cã t¨ng vµ tû lÖ C3 : C2 nhá h¬n 0,25.C¸c hydrocacbon cßn l¹i víi tû lÖ nh− sau: etan 100, propan 75, n-butan

72, izo-butan 24, 1-buten 53.

H×nh XIV.8. §å thÞ hiÖu suÊt s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh cã “t«i” s¬ bé

H

i Ö u s u Ê t a x e t y l e n ,

% T

L

S E R k W h / k C

H

50

40

30

20

10

0

20

15

10

5

0CH4 C2H6 C3H8 C4H10

C2H2

C2H4

SER

H i Ö u s u Ê t e t y l e n ,

% T

L

100

75

50

25

025 50 75 100 125 150

Tèc ®é t−íi propan, kg MW -1 h-1

H i Ö u s u Ê t s ¶ n p h È m ,

k g M W - 1 h - 1

CH4

C2H4

H2 C3H6

C2H2




V× nhiÖt ®é cña khÝ sau khi “t«i” s¬ bé trªn 1200 0C nªn ng−êi ta dïngmét hÖ thèng “t«i” b»ng dÇu ®Ó thu håi kho¶ng 80% nhiÖt b»ng çch trao ®æinhiÖt d¹ng h¬i. Hçn hîp dÇu - muéi cacbon t¹o thµnh cã thÓ biÕn ®æi tiÕpthµnh sunfua vµ cèc dÇu má cao cÊp kh«ng tro. S¬ ®å trªn h×nh XIV.9 biÓudiÔn qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn cã sö dông hÖ thèng “t«i” b»ng dÇu cña Hüls.

XIV.2.2.2. Qu¸ tr×nh oxy hãa kh«ng hoµn toµn

Trong qu¸ tr×nh nµy mét phÇn nguyªn liÖu ®−îc ®èt ch¸y ®Õn nhiÖt ®éph¶n øng vµ cÊp nhiÖt cho ph¶n øng. Çc nguyªn liÖu cã chøa cacbon nh−

metan, etan, LNG, LPG, naphta, gazoil, ngay c¶ than hoÆc cèc cã thÓ sö dông ®Ó s¶n xuÊt axetylen b»ng nhãm çc ph−¬ng ph¸p nhiÖt ph©n nµy.

Trong qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn, nguyªn liÖu ®−îc trén víioxy, sau khi gia nhiÖt s¬ bé ®−îc ®−a vµo lß ph¶n øng. Hçn hîp sau ph¶nøng ®−îc lµm nguéi nhanh (qu¸ tr×nh “t«i”) b»ng n−íc hoÆc dÇu. “t«i” b»ngn−íc ®¬n gi¶n dÔ thùc hiÖn, “t«i” b»ng dÇu hiÖu qu¶ h¬n. Ng−êi ta cã thÓ sö dông çc hydrocacbon láng ®Ó lµm nguéi, nhê ®ã cã thÓ t¨ng l−îng etylen vµaxetylen ®−îc t¹o thµnh trong kho¶ng nhiÖt ®é 1500 ... 8000C. Qu¸ tr×nh nµy®−îc gäi lµ qu¸ tr×nh hai b−íc.

CÊu tróc lß ®èt rÊt quan träng, cÇn ®¶m b¶o çc yªu cÇu c«ng nghÖ.

Thêi gian l−u trong vïng ph¶n øng ph¶i rÊt ng¾n. Hçn hîp ph¶n øng ph¶i®−îc ph©n bè ®ång ®Òu. Tèc ®é dßng khÝ ph¶i cè ®Þnh trong qu¸ tr×nh ph¶nøng ®Ó ®¹t hiÖu suÊt ph¶n øng cao, tr¸nh hiÖn t−îng ch¸y kÝch næ vµ t¹o cèc.

C«ng nghÖ cña BASF s¶n xuÊt axetylen tõ khÝ tù nhiªn ® ®−îc thùchiÖn tõ n¨m 1950. Cho ®Õn n¨m 1983 tæng s¶n l−îng axetylen trªn toµn thÕ giíi ®−îc s¶n xuÊt theo c«ng nghÖ nµy vµo kho¶ng 400.000 tÊn/n¨m. HÇu hÕt®Òu sö dông ph−¬ng ph¸p “t«i” b»ng n−íc, chØ cã mét nhµ m¸y ë §øc sö dông ph−¬ng ph¸p “t«i” b»ng dÇu.

Hçn hîp oxy vµ hydrocacbon ®−îc trén tr−íc theo tû lÖ x¸c ®Þnh. Ban®Çu lµ qu¸ tr×nh ch¸y mét phÇn nguyªn liÖu vµ ngay sau ®ã lµ qu¸ tr×nh oxy

ho¸ kh«ng hoµn toµn hydrocacbon. Trong ph−¬ng ph¸p nµy ®é chuyÓn ho¸hydrocacbon kh«ng phô thuéc vµo tèc ®é khÝ ®−a vµo mµ chØ cÇn khèng chÕ thêi gian l−u trong tÇng ph¶n øng nhá h¬n nhiÒu so víi thêi gian ph©n huûtrung b×nh cña axetylen. Gia nhiÖt s¬ bé nguyªn liÖu ph¶n øng ®Õn nhiÖt ®écao nhÊt cã thÓ ®¹t ®−îc tr−íc khi ®−a vµo lß ph¶n øng sÏ gi¶m ®−îc tiªuhao oxy vµ hydrocacbon nguyªn liÖu. §ång thêi còng t¹o ra tèc ®é lan truyÒnngän löa cao h¬n vµ l−u l−îng dßng lín h¬n trong lß ph¶n øng.




H×nh XIV.9. Qu¸ tr×nh nhiÖt ®iÖn víi hÖ thèng sö dông dÇu t«i

1. Thu håi nhiÖt; 2. Lß hå quang; 3. Thu håi dÇu; 4. ThiÕt bÞ ph©n chia c¸c hçn hîp cã ®iÓm s«i cao;5. ThiÕt bÞ ph©n chia c¸c hçn hîp cã ®iÓm s«i thÊp; 6. ThiÕt bÞ t¸i sinh dÇu.

2 4 9

DÇu ®un nãngdung m«i

DÇu cÆn

KhÝ tuÇn hoµn

H¬i n−íc ë ¸p suÊt thÊp

DÇu chøa muéicacbon

H¬i n−íc ë ¸p suÊtcao (20 bar)

KhÝ nguyªn liÖu

1

2

3

4 5

6

Axetylen s¹ch

DÇu röa khÝ

Naphta ®·nhiÖt ph©n




gi÷a buång trén vµ tÇng ph¶n øng, ng−êi ta sö dông thiÕt bÞ khuÕch t¸n lµmét èng nèi tõ buång trén tíi lß ®èt. V× thµnh èng nh½n vµ lu«n lu«n cãdßng khÝ ®Òu ®Æn ®i qua c¸c lç nhá cña lß ®èt nªn thùc tÕ kh«ng x¶y ra sù chuyÓn ®éng ng−îc l¹i cña hçn hîp khÝ. Lß ®èt gåm nh÷ng tÊm thÐp ®−îclµm nguéi b»ng n−íc vµ cã rÊt nhiÒu khe nhá ®Ó hçn hîp khÝ ®i qua. Tèc ®édßng khÝ lu«n lu«n lín h¬n tèc ®é lan truyÒn ngän löa v× vËy ngän löa bªnd−íi lß ®èt kh«ng thÓ ®èt ng−îc trë l¹i thiÕt bÞ khuÕch t¸n. PhÝa d−íi lß ®ètcã ®−êng èng bæ sung thªm oxy cho hçn hîp ph¶n øng. Trong ®iÒu kiÖnkh«ng thuËn lîi ngän löa cã thÓ xuÊt hiÖn phÝa trªn lß ®èt. Trong tr−êng hîp

nµy ph¶i ng¾t ngay dßng oxy vµ thæi nit¬ vµo. Nit¬ dËp t¾t sù ch¸y kÝch nætr−íc khi g©y ra sù cè cho thiÕt bÞ.

Hçn hîp khÝ cã nhiÖt ®é cao ë trong vïng ph¶n øng trong kho¶ng thêigian vµi mili gi©y, sau ®ã sÏ ®i qua vïng “t«i”, t¹i ®ã cã phun n−íc hoÆc dÇulµm m¸t tøc thêi ®Õn nhiÖt ®é 800C (®èi víi n−íc) hoÆc 200 ... 2500C (®èi víidÇu). T¸c nh©n dïng ®Ó “t«i” hçn hîp sau ph¶n øng ®−îc dÉn vµo tõ hÖthèng gåm ba èng vßng ®Æt ngay phÝa d−íi tÇng ph¶n øng.

H×nh XIV.11 vµ XIV.12 m« t¶ c¸c s¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylenb»ng ph−¬ng ph¸p nhiÖt ph©n oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn sö dông qu¸ tr×nh“t«i” b»ng n−íc vµ “t«i” b»ng dÇu.

H×nh XIV.11. S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylen víi qu¸ tr×nh “t«i” b»ng n−íc

1. ThiÕt bÞ gia nhiÖt; 2. ThiÕt bÞ ph¶n øng; 3. Th¸p lµm l¹nh;4. ThiÕt bÞ läc ®iÖn; 5. ThiÕt bÞ thu håi muéi; 6. ThiÕt bÞ lµm l¹nh.

b

11

900C

N−íc chøa muéi

3

d

KhÝ sau ph¶n øng ®Õn m¸y nÐn (30 0C)

2

5

64

Muéi cacbonsang lß ®èt

Muéi sang lß ®èt




Trong c«ng nghÖ cã “t«i” b»ng n−íc, nguyªn liÖu khÝ oxy vµ metan®−îc ®−a qua thiÕt bÞ gia nhiÖt 1 ®¹t nhiÖt ®é cÇn thiÕt kho¶ng 600 ... 7000C,sau ®ã ®−a vµo thiÕt bÞ ph¶n øng 2, t¹i ®©y x¶y ra qu¸ tr×nh oxy ho¸ t¹oaxetylen. Hçn hîp sau ph¶n øng ®−îc lµm l¹nh nhanh b»ng n−íc ®Õn nhiÖt®é 80 ... 900C, sau ®ã hçn hîp ®−îc ®−a qua th¸p lµm l¹nh 3 ®Ó tiÕp tôc lµml¹nh, t¸ch muéi cacbon vµ bôi c¬ häc. ThiÕt bÞ läc ®iÖn 4 l¾p sau ®ã chophÐp t¸ch triÖt ®Ó h¬n muéi cacbon vµ bôi c¬ häc. KhÝ s¹ch nhËn ®−îc tõ ®Ønh cét lµm l¹nh cã nhiÖt ®é 300C ®−îc ®−a qua m¸y nÐn sang bé phËn tinhchÕ thu s¶n phÈm axetylen. Muéi cacbon ®−îc thu håi nhê bé phËn l¾ng g¹n 5 vµ ®−îc ®−a sang lß ®èt. ThiÕt bÞ lµm l¹nh 6 cã t¸c dông lµm l¹nh n−íc vµb¬m vËn chuyÓn tuÇn hoµn l−îng n−íc ®−a vµo “t«i” hçn hîp sau ph¶n øng.

¦u ®iÓm cña c«ng nghÖ theo s¬ ®å nµy lµ cã thÓ thu ®−îc axetylen víihiÖu suÊt cao vµ ®−îc lµm s¹ch triÖt ®Ó muéi cacbon. Tuy nhiªn cÇn ph¶ib¬m mét l−îng lín n−íc ®Ó “t«i” s¶n phÈm ph¶n øng, kh«ng tËn dông ®−îcnhiÖt cña ph¶n øng.

Trong s¬ ®å trªn h×nh XIV.12, ng−êi ta ® kh¾c phôc nh−îc ®iÓm cña s¬ ®å trªn b»ng çch tËn dông nhiÖt cña ph¶n øng ®Ó nhiÖt ph©n cÆn dÇu. T−¬ngtù nh− s¬ ®å trªn, ban ®Çu khÝ nguyªn liÖu ®−îc gia nhiÖt ®Õn nhiÖt ®é 600... 7000C trong thiÕt bÞ gia nhiÖt 1, sau ®ã ®−îc dÉn vµo thiÕt bÞ ph¶n øng 2,hçn hîp sau ph¶n øng ®−îc “t«i” b»ng çch phun cÆn dÇu ®Õn nhiÖt ®é 200... 2500C, l−îng dÇu ch−a ch¸y hÕt ®−îc l¾ng ë ®¸y th¸p vµ ®−îc b¬m trë l¹i

nhê hÖ thèng b¬m mµng. Hçn hîp khÝ sau ph¶n øng cïng víi çc s¶n phÈmph©n huû cña dÇu lµ çc hydrocacbon th¬m (benzen toluen xylen − BTX)®−îc ®−a qua trao ®æi nhiÖt lµm s¹ch khái muéi cacbon t¹i th¸p trao ®æinhiÖt 3. Th¸p trao ®æi nhiÖt cã ba phÇn, ë phÇn d−íi cïng hçn hîp khÝ trao®æi nhiÖt víi dÇu, ë phÇn gi÷a trao ®æi nhiÖt tiÕp tôc vµ cã t¸ch çc hîp chÊtvßng ng−ng tô, ë phÇn trªn cïng trao ®æi nhiÖt víi hydrocacbon th¬m nhÑ(BTX). S¶n phÈm khÝ ®i ra tõ trªn ®Ønh th¸p lµ hçn hîp cña axetylen,cacbonic, BTX... cã nhiÖt ®é 800C ®−îc ®−a sang thiÕt bÞ lµm l¹nh cuèi 7 ®Ót¸ch BTX. KhÝ s¶n phÈm nhËn ®−îc tõ ®Ønh th¸p cã nhiÖt ®é 300C ®−a sangm¸y nÐn 4. PhÇn chøa BTX thu ®−îc ë ®¸y th¸p ®−îc ®−a sang thiÕt bÞ l¾ngg¹n 6 thu BTX, cÆn nÆng h¬n ®−îc ®−a sang thiÕt bÞ cèc ho¸ 5 lµm viÖc ë

nhiÖt ®é kho¶ng 500

0

C.¦u ®iÓm cña s¬ ®å c«ng nghÖ nµy lµ tËn dông nhiÖt cña ph¶n øng ®Óph©n huû cÆn dÇu, s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ph©n huû cÆn dÇu chñ yÕu lµ BTX.

Nh−îc ®iÓm cña s¬ ®å nµy lµ axetylen nhËn ®−îc cã ®é tinh khiÕt kh«ngcao so víi ph−¬ng ph¸p “t«i” b»ng n−íc, hiÖu suÊt s¶n phÈm kh«ng cao v×lµm l¹nh kh«ng triÖt ®Ó.

C«ng nghÖ nhiÖt ph©n metan ®Ó s¶n xuÊt axetylen cã hiÖu qu¶ vµ kinh tÕ h¬n ph−¬ng ph¸p nhiÖt ®iÖn nªn ®−îc sö dông réng ri h¬n trong c«ng nghiÖp.




H×nh XIV.12. S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt axetylen víi qu¸ tr×nh “t«i” b»ng dÇu

1. ThiÕt bÞ ®un nãng; 2. ThiÕt bÞ ph¶n øng; 3. Th¸p trao ®æi nhiÖt; 4. B¬m nÐn;5. ThiÕt bÞ cèc ho¸; 6. L¾ng g¹n; 7. ThiÕt bÞ lµm l¹nh cuèi.

O2

CH4

180 - 2200C

DÇu cÆn 200 - 2600C

140 0C

100 0C

1100C

150 0C

5000C

KhÝ sau ph¶n øng vµ BTX

BTX

KhÝ sau ph¶n øng®Õn m¸y nÐn (300C)

Vßng th¬mng−ng tô cao

Trao ®æi nhiÖtkh«ng khÝ

Qu¸ tr×nhph©n ly khÝ

Hydrocacbon th¬m nhÑ (BTX)

Muéi cacbon

7

1

12

3

4

56

2 5 3




XIV.2.3. Çc ph−¬ng ph¸p t¸ch axetylen

Khi s¶n xuÊt axetylen tõ nguyªn liÖu lµ çc hydrocacbon b»ng çc c«ngnghÖ nãi trªn, hçn hîp khÝ s¶n phÈm cã chøa trªn 30 hîp chÊt, trong ®ã cãH2, CO, CO2, CH4, çc olefin (etylen, propylen, ...), çc ®ång ®¼ng cñaaxetylen, çc hîp chÊt th¬m (BTX). Nång ®é axetylen trong khÝ s¶n phÈm cãtõ 7 ®Õn 10% mol. §Ó t¸ch axetylen tõ hçn hîp khÝ s¶n phÈm, ng−êi ta sö dông nhiÒu ph−¬ng ph¸p kh¸c nhau: HÊp thô b»ng dung m«i chän läc(dimetyl formamid, N-metyl pyrolydon), b»ng çc dung m«i ë nhiÖt ®é thÊp(metanol, amoniac, keroxen, axeton, ...), hÊp thô b»ng than ho¹t tÝnh, ... H¬n70% sè d©y chuyÒn s¶n xuÊt c«ng nghiÖp sö dông dung m«i chän läc.

S¬ ®å nguyªn lý t¸ch axetylen tõ khÝ nhiÖt ph©n b»ng dung m«i N-metylpyrolidon (NMP) xem trªn h×nh XIV.13. Hçn hîp khÝ sau khi nhiÖt ph©n ®−asang c«ng ®o¹n hÊp thô b»ng NMP ®−îc t¸ch thµnh ba dßng:

1. S¶n phÈm axetylen th−¬ng phÈm, hµm l−îng axetylen cã thÓ trªn 99%mol.

2. KhÝ tæng hîp th« chñ yÕu chøa CO vµ H2.

3. Çc ®ång ®¼ng cao h¬n cña axetylen (metyl axetylen, vinyl axetylen,diaxetylen, ...) vµ çc hîp chÊt th¬m. Dßng khÝ nµy sÏ ®−îc pha long b»ng

mét phÇn dßng khÝ tæng hîp v× lý do an toµn vµ ®−îc sö dông lµm nhiªn liÖu.KhÝ nhiÖt ph©n sau khi nÐn tíi 10 atm ®−îc ®−a vµo th¸p hÊp thô s¬ bé,

t¹i ®©y dßng khÝ tiÕp xóc víi mét l−îng nhá chÊt hÊp thô ®Ó t¸ch hÇu hÕt çchîp chÊt th¬m, C4 vµ çc ®ång ®¼ng cña axetylen trõ vinyl axetylen. Trongth¸p hÊp thô chÝnh 4, hçn hîp khÝ ®−îc tiÕp xóc víi l−îng lín dung m«iN-metyl pyrolidon (NMP), dung m«i hÊp thô toµn bé axetylen, çc ®ång®¼ng, CO2, cßn trªn ®Ønh th¸p sÏ nhËn ®−îc khÝ tæng hîp th« chøa chñ yÕuH2 vµ CO.

Dung dÞch NMP sau khi hÊp thô tõ çc th¸p hÊp thô ®−îc t¸ch khÝ quanhiÒu b−íc, ¸p suÊt gi¶m vµ nhiÖt ®é t¨ng qua tõng b−íc. Th¸p nh¶ hÊp thô 5

lµm viÖc ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é cao h¬n m«i tr−êng mét chót. Trongth¸p nµy, dung dÞch t−íi tõ trªn xuèng tiÕp xóc víi dßng khÝ ®i tõ ®Ønh th¸pnh¶ hÊp thô 6 ®−îc thæi ng−îc chiÒu tõ d−íi lªn. KhÝ tõ ®Ønh th¸p 5 chøaCO2 ®−îc tuÇn hoµn trë l¹i trén víi khÝ nhiÖt ph©n. Axetylen thµnh phÈmnhËn ®−îc tõ gi÷a th¸p 5 cã nång ®é 98,4% mol. Dung dÞch NMP sau ®ã®−îc t¸ch khÝ qua hai b−íc tiÕp theo trong th¸p 6 ë nhiÖt ®é 110 ®Õn 1200C:ban ®Çu ë ¸p suÊt khÝ quyÓn (ë phÇn trªn cña th¸p), b−íc thø hai ë ¸p suÊt




thÊp h¬n ¸p suÊt khÝ quyÓn (kho¶ng 0,2 atm) ë phÇn d−íi cña th¸p. Vinylaxetylen, metyl axetylen vµ n−íc d− ®−îc lÊy ra tõ gi÷a th¸p ®−a sang th¸pt¸ch ch©n kh«ng 7 . Hµm l−îng n−íc trong dung m«i ®−îc khèng chÕ b»ngtèc ®é s«i trong th¸p. Tõ ®¸y th¸p ch©n kh«ng 6, viÖc t¸ch khÝ ® hoµnthµnh, vµ dung m«i ®−îc lµm l¹nh vµ tuÇn hoµn vÒ th¸p hÊp thô chÝnh 4.

Mét l−îng nhá dung m«i tõ th¸p hÊp thô s¬ bé 2 ®−îc nh¶ hÊp thô cïngvíi khÝ tæng hîp th« ®Ó thu håi axetylen hoµ tan t¹i th¸p 3. KhÝ tõ ®Ønh th¸p 3 tuÇn hoµn vÒ m¸y nÐn 1, cßn dung m«i sau ®ã ®−îc t¸ch khÝ trong th¸p

t¸ch ch©n kh«ng 7 . KhÝ tõ ®Ønh th¸p t¸ch 7 chøa c¸c axetylen cao, n−íc vµmét Ýt h¬i NMP. Trong th¸p 8, NMP ®−îc thu håi b»ng n−íc t−íi tõ ®Ønhth¸p, sÏ ®−îc trén vµo dßng dung m«i tõ ®¸y th¸p 5. KhÝ ®−îc lµm l¹nh b»ngtiÕp xóc trùc tiÕp trong th¸p ng−ng tô 9 víi n−íc tõ chu tr×nh l¹nh, sÏ ®−îcng−ng tô hÇu hÕt h¬i n−íc. C¸c axetylen cao ®−îc ®−a sang lµm nhiªn liÖucho lß ®èt.

S¶n phÈm axetylen th« cã hµm l−îng 98,4%, trong ®ã chñ yÕu cßnpropadien, metyl axetylen vµ nit¬. §Ó cã ®é tinh khiÕt cao h¬n, tíi 99,7%,cÇn ph¶i röa b»ng axit sunfuric vµ dung dÞch natri hydroxit.




Phô lôc




Phô lôc 1. H»ng sè c©n b»ng pha K H»ng sè c©n b»ng pha K cña CO2, H2S, N2 vµ çc hydrocacbon no (parafin) tõ metan ®Õn decan (theo J. CampbeSè liÖu ®−îc sö dông trong çc vÝ dô, vµ còng cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó so s¸nh víi çc bµi tËp lËp tr×nh tÝnh b»ng m¸y vi tÝnh.

2 5 9

K

¸p suÊt, psi

cacbon dioxit

NhiÖt ®é, 0F

¸p suÊt, MPa

K

cacbon dioxit

NhiÖt ®é, 0C




¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi

Hydrosunfua

NhiÖt ®é, 0FNhiÖt ®é, 0C

Hydrosunfua

K

2 6 0




2 6 1 ¸p suÊt, psi

Nit¬

NhiÖt ®é,0F

KK

Nit¬

NhiÖt ®é,0C

¸p suÊt, MPa




2 6 2

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi

Metan


K

Metan




2 6 3 ¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi

NhiÖt ®é, 0F

NhiÖt ®é, 0C

Etan

K

Etan




2 6 4

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi


Propan

K

Propan




2 6 5

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi


izo -butan

K

izo -butan




2 6 6

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi

NhiÖt ®é, 0FNhi t ® , 0C

n-Butan

K

n-Butan




267

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi


izo-Pentanizo-Pentan

K




268

K

¸p suÊt, MPa ¸p suÊt, psi

NhiÖt ®é, 0FNhi t ® , 0C

n-Pentan

K

n-Pentan




269

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi

NhiÖt ®é, 0F

NhiÖt ®é, 0C

n-hexan

K

n-hexan




270

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi


n-heptan

K

n-heptan




271

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi


K

n-octann-octan




272

K

¸p suÊt, MPa ¸p suÊt, psi


K

n-Nonann-Nonan




273

¸p suÊt, MPa

K

¸p suÊt, psi


K

n-Decann-Decan




274

M Æ t c

¾ t n g a n g t æ h î p

m ¸ y n Ð n −

t u « c b i n g i n n ë k h Ý

M ¸ y

n Ð n

k h Ý

¸ p k Õ t r è n g

c © n b » n g

§ i Ò u k h i Ó n

¸ p l ù c ® È y

T r è n g

c © n b » n g

D Ç u v µ o

V

ß n g ® Ö m

¸ p l ù c ® È y D

Ç u t h ¶ i

§ o

t ¶ i t r ä n g 2

§ o

t ¶ i t r ä n g 1

T u « c B i n

g i n

n ë

k h Ý

K h Ý

b ¶ o v Ö




275

Phô lôc 2. Çc hÖ ®¬n vÞ ®o vμ quan hÖ gi÷a chóng

§¬n vÞ ®o nhiÖt ®é

Trong hÖ ®¬n vÞ quèc tÕ (SI), dïng thang Kelvin K vµ thang Celsius oC.

Trong hÖ Anh Mü dïng thang Rankin (oR) vµ thang Farenheit (oF).

Çc thang K vµ oC ®Òu lµ thang b¸ch ph©n, trong ®ã kho¶ng nhiÖt ®échÝnh (gi÷a nhiÖt ®é nãng ch¶y cña n−íc ®¸ vµ nhiÖt ®é s«i cña n−íc) lµ 100 ®é.

oC oR oF K

NhiÖt ®é s«i cña n−íc (1 )

NhiÖt ®é nãng ch¶y cña n−íc ®¸ (1 )

Kh«ng ®é trong thang Farenheit

Kh«ng ®é tuyÖt ®èi

100

0

−17,8

−273,15

80

0

−14,2

−218,56

212

32

0

−459,76

373,15

273,15

255,4

0

C«ng thøc tÝnh ®æi nhiÖt ®é gi÷a çc thang nh− sau:

§æio

C thµnho

F vµ K: noC = ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ + 32 n

49 o F = (n + 273,15) K

§æi o R thµnh oC:

no R =9

5(n − 491,76)oC

§æi o F thµnh oC, o R vµ K:

no F =95 (n − 32)oC = (n + 459,76)o R = ( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +− 273,1532n95 K

§æi K thµnh oC vµ o F:

n K = (n − 273,15)oC = ( ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ +− 321527359 ,n o F

Ghi chó : n - cïng mét sè ë vÕ tr¸i vµ vÕ ph¶i cña mçi ®¼ng thøc.

(1 ) ë ¸p suÊt th−êng (760 mmHg).




B¶ng chuyÓn ®æi nhiÖt ®é gi÷a hÖ ®¬n vÞ SI vµ hÖ ®¬n vÞ Anh Mü

oC oChoÆc oF oF oC oChoÆc oF oF oC oChoÆc oF oF oC oChoÆc oF oF oC oChoÆc oF

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

-273,16 -459,69 -19,44 -3 26,6 28,9 84 183,2 432,2 810 1.490,0 915,6 1.680

-267,78 -450 -18,89 -2 28,4 29,4 85 185,0 437,8 820 1.508,0 921,1 1,690 -262,22 -440 -18,33 -1 30,2 30,0 86 186,8 443,3 830 1.526,0 926,7 1.700

-256,67 -430 -17,8 0 3 2,0 30,6 87 188,6 448,9 840 1.544,0 932,2 1.710

-251,11 -420 -17,2 1 3 3,8 31,1 88 190,4 454,4 850 1.562,0 937,8 1.720

-245,56 -410 -16,7 2 3 5,6 31,7 89 192,2 460,0 860 1.580,0 943,3 1.730

-240,00 -400 -16,1 3 3 7,4 32,2 90 194,0 465,6 870 1.598,0 948,9 1.740

-234,44 -390 -15,6 4 3 9,2 32,8 91 195,8 471,1 880 1.616,0 954,4 1.750

-228,89 -380 -15,0 5 4 1,0 33,3 92 197,6 476,7 890 1.634,0 960,0 1.760

-223,33 -370 -14,4 6 4 2,8 33,9 93 199,4 482,2 900 1.652,0 965,6 1.770

-217,78 -360 -13,9 7 44,6 34,4 94 201,2 487,8 910 1.670,0 971,1 1.780

-212,22 -350 -13,3 8 46,4 35,0 95 203,0 493,3 920 1.688,0 976,7 1.790

-206,67 -340 -12,8 9 48,2 35,6 96 204,8 498,9 930 1.706,0 982,2 1.800

-201,11 -330 -12,2 10 50,0 36,1 97 206,6 504,4 940 1.724,0 987,8 1.810

-195,58 -320 -11,7 11 51,8 36,7 98 208,4 510,0 950 1.742,0 993,3 1.820 -190,00 -310 -11,1 12 53,6 37,2 99 210,2 515,6 960 1.760,0 998,9 1.830

-184,44 -300 -10,6 13 55,4 37,8 100 212,0 521,1 970 1.778,0 1.004,4 1.840

-178,89 -290 -10,0 14 57,2 43,3 110 230,0 526,7 980 1.796,0 1.010,0 1.850

-173,33 -280 -9 ,44 15 59,0 48,9 120 248,0 532,2 990 1.814,0 1.015,6 1.860

-169,53 -273,16 -459,7 -8,89 16 60,8 54,4 130 266,0 537,8 1.000 1.832,0 1.021,1 1.870

-168,89 -272 -457,6 -8,33 17 62,6 60,0 140 284,0 543,3 1,010 1.850,0 1.026,7 1.880

2 7 6




B¶ng chuyÓn ®æi nhiÖt ®é gi÷a hÖ ®¬n vÞ SI vµ hÖ ®¬n vÞ Anh Mü (tiÕp theo)


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

-167,78 -270 -454,0 -7,78 18 64,4 65,6 150 302,0 548,9 1.020 1.868,0 1.032,2 1.890

-162,22 -260 -436,0 -7,22 19 66,2 71,1 160 320,0 554,4 1.030 1.886,0 1.037,8 1.900 -156,67 -250 -418,0 -6,67 20 68,0 76,7 170 338,0 560,0 1.040 1.904,0 1.043,3 1.910

-151,11 -240 -400,0 -6,11 21 69,8 82,2 180 358,0 565,6 1.050 1.922,0 1.048,9 1.920

-145,56 -230 -382,0 -5,56 22 71,6 87,8 190 374,0 571,1 1,060 1.940,0 1.054,4 1.930

-140,00 -220 -364,0 -5,00 23 73,4 93,3 200 392,0 576,7 1.070 1.958,0 1.060,0 1.940

-134,44 -210 -346,0 -4,44 24 75,2 98,9 210 410,0 582,2 1.080 1.976,0 1.065,6 1.950

-128,89 -200 -328,0 -3,89 25 77,0 104,4 220 428,0 587,8 1.090 1.994,0 1.071,1 1.960

-123,33 -190 -310,0 -3,33 26 78,8 110,0 230 446,0 593,3 1.100 2.012,0 1.076,7 1.970

-117,78 -180 -292,0 -2,78 27 80,6 115,6 240 464,0 598,9 1.110 2.030,0 1.082,2 1.980

-112,22 -170 -274,0 -2,22 28 82,4 121,1 250 482,0 604,4 1.120 2.048,0 1.087,8 1.990

-106,67 -160 -256,0 -1,67 29 84,2 126,7 260 500,0 610,0 1.130 2.066,0 1.093,3 2.000

-101,11 -150 -238,0 -1,11 30 86,0 132,2 270 518,0 615,6 1.140 2.084,0 1.098,9 2.010

-95,56 -140 -220,0 -0,56 31 87,8 137,8 280 536,0 621,1 1.150 2.102,0 1.104,4 2.020

-90,00 -130 -202,0 0 32 89,6 143,3 290 554,0 626,7 1.160 2.120,0 1.110,0 2.030

-84,44 -120 -184,0 0,56 33 91,4 148,9 300 572,0 632,2 1.170 2.138,0 1.115,6 2.040

-78,89 -110 -166,0 1,11 34 93,2 154,4 310 590,0 637,8 1.180 2.156,0 1.121,1 2.050

-73,33 -100 -148,0 1,67 35 95,0 160,0 320 608,0 643,3 1.190 2.174,0 1.126,7 2.060

-70,56 -95 -139,0 3,33 36 96,8 165,6 330 626,0 648,9 1.200 2.192,0 1.132,2 2.070

-67,78 -90 -130,0 2,78 37 98,6 171,1 340 644,0 654,4 1.210 2.210,0 1.137,8 2.080

-65,00 -85 -121,0 3,33 38 100,4 176,7 350 662,0 660,0 1.220 2.228,0 1.143,3 2.090 2 7 7






1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

-62,22 -80 -112,0 3,89 39 1 02,2 182,2 360 6 80,0 665,6 1,230 2.246,0 1.148,9 2.100

-59,45 -75 -103,0 4,44 40 1 04,0 187,8 370 6 98,0 671,1 1.240 2.264,0 1.154,4 2.110 -58,67 -70 -94,0 5,00 41 105,8 193,3 380 716,0 676,7 1.250 2.282,0 1.160,0 2.120

-53,89 -65 -85,0 5,56 42 107,6 198,9 390 734,0 682,2 1.260 2.300,0 1.165,6 2.130

-51,11 -60 -76,0 6,11 43 109,4 204,4 400 752,0 687,8 1.270 2.318,0 1.171,1 2.140

-48,34 -55 -67,0 6,67 44 111,2 210,0 410 770,0 693,3 1.280 2.336,0 1.176,7 2.150

-45,56 -50 -58,0 7,22 45 113,0 215,6 420 788,0 698,9 1.290 2.354,0 1.182,2 2.160

-42,78 -45 -49,0 7,78 46 114,8 221,1 430 806,0 704,4 1.300 2.372,0 1.187,8 2.170

-40,00 -40 -40,0 8,33 47 116,6 226,7 440 824,6 710,0 1.310 2.390,0 1.193,3 2.180

-39,45 -39 -38,2 8,89 48 118,4 232,2 450 842,0 715,6 1.320 2.408,0 1.198,9 2.190

-38,89 -38 -36,4 9,44 49 120,2 237,8 460 860,0 721,1 1.330 2.426,0 1.204,4 2.200

-38,34 -37 -34,6 10,0 50 122,0 243,3 470 878,0 726,7 1.340 2.444,0 1.210,0 2.210

-37,78 -36 -32,8 10,6 51 123,8 248,9 480 896,0 732,2 1.350 2.462,0 1.215,6 2.220

-37,23 -35 -31,0 11,1 52 125,6 254,4 490 914,0 737,8 1.360 2.480,0 1.221,1 2.230

-36,67 -34 -29,2 11,7 53 127,4 260,0 500 932,0 743,3 1.370 2.498,0 1.226,7 2.240

-36,12 -33 -27,4 12,2 54 129,2 265,6 510 950,0 748,9 1.380 2.516,0 1.232,2 2.250 -35,56 -32 -25,6 12,8 55 131,0 271,1 520 968,0 754,4 1.390 2.534,0 1.237,8 2.260

-35,00 -31 -23,8 13,3 56 132,8 276,7 530 986,0 760,0 1.400 2.552,0 1.243,3 2.270

-34,44 -30 -22,0 13,9 57 134,6 282,2 540 1.004,0 765,6 1.410 2.570,0 1.248,9 2.280

-33,89 -29 -20,2 14,4 58 136,4 287,8 550 1.022,0 771,1 1.420 2.588,0 1.254,4 2.290

-33,33 -28 -18,4 15,0 59 138,2 293,3 560 1.040,0 776,7 1.430 2.606,0 1.260,0 2.300

-32,78 -27 -16,6 15,6 60 140,0 298,9 570 1.058,0 782,2 1.440 2.624,0 1.265,6 2.310

2 7 8






1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

-32,22 -26 -14,8 16,1 61 141,8 304,4 580 1.076,0 787,8 1.450 2.642,0 1.271,1 2.320 -31,67 -25 -13,0 16,7 62 143,6 310,0 590 1.094,0 793,3 1.460 2.660,0 1.276,7 2.330 -31,11 -24 -11,2 17,2 63 145,4 315,6 600 1.112,0 798,9 1.470 2.678,0 1.282,2 2.340 -30,56 -23 -9,4 17,8 64 147,2 321,1 610 1.130,0 804,4 1.480 2.696,0 1.287,8 2.350 -30,00 -22 -7,6 18,3 65 149,0 326,7 620 1.148,0 810,0 1.490 2.714,0 1.293,3 2.360 -29,45 -21 -5,8 18,9 66 150,8 332,2 630 1.166,0 815,6 1.500 2.732,0 1.298,9 2.370 -28,89 -20 -4,0 19,4 67 152,6 337,8 640 1.184,0 821,1 1.510 2.750,0 1.304,4 2.380 -28,34 -19 -2,2 20,0 68 154,4 343,3 650 1.202,0 826,7 1.520 2.768,0 1.310,0 2.390 -27,78 -18 -0,4 20,6 69 156,2 348,9 660 1.220,0 832,2 1.530 2.786,0 1.343,3 2.450 -27,23 -17 1 ,4 21,1 70 158,0 354,4 670 1.238,0 837,8 1.540 2.804,0 1.371,1 2.500 -26,67 -16 3 ,2 21,7 71 159,8 360,0 680 1.256,0 843,3 1.560 2.822,0 1.398,9 2.550 -26,12 -15 5 ,0 22,2 72 161,6 365,6 690 1.274,0 848,9 1.560 2.840,0 1.426,7 2.600 -25,56 -14 6 ,8 22,8 73 163,4 371,1 700 1.292,0 854,4 1.570 2.858,0 1.454,4 2.650 -25,00 -13 8 ,6 23,3 74 165,2 376,7 710 1.310,0 860,0 1.580 2.876,0 1.482,2 2.700 -24,44 -12 10,4 23,9 75 167,0 382,2 720 1.328,0 865,6 1.590 2.894,0 1.510,0 2.750 -23,89 -11 12,2 24,4 76 168,8 387,8 730 1.346,0 871,1 1.600 2.912,0 1.537,8 2.800

-23,33 -10 14,0 25,0 77 170,6 393,3 740 1.384,0 876,7 1.610 2.930,0 1.565,1 2.850 -22,78 -9 15,8 25,6 78 172,4 398,9 750 1.382,0 882,2 1.620 2.948,0 1.593,3 2.900 -22,22 -8 17,6 26,1 79 174,2 404,4 760 1.400,0 887,6 1.630 2.966,0 1.621,1 2.950 -21,67 -7 19,4 26,7 80 176,0 410,0 770 1.418,0 893,3 1.640 2.984,0 1.648,9 3.000 -21,11 -6 21,2 27,2 81 177,8 415,6 780 1.436,0 898,9 1.650 3.002,0-20,56 -5 23,0 27,8 82 179,6 421,1 790 1.454,0 904,4 1.660 3.020,0-20,00 -4 24,8 28,3 83 181,4 426,7 800 1.472,0 910,0 1.670 3.038,02

7 9




280

§¬n vÞ lùc vμ khèi l−îng

§¬n vÞ lùc (P) truyÒn cho mét ®¬n vÞ khèi l−îng (m) mét gia tèc b»ngmét ®¬n vÞ ®é dµi (l) chia cho b×nh ph−¬ng cña ®¬n vÞ thêi gian (s):

P =2s

lm ⋅

Trong hÖ SI, ®¬n vÞ lùc c¬ së lµ Niut¬n (N), ®¬n vÞ khèi l−îng c¬ së lµkil«gam (kg). Trong hÖ ®¬n vÞ Anh, ®¬n vÞ lùc c¬ së lµ pound lùc (lbf), ®¬n

vÞ khèi l−îng c¬ së lµ pound khèi l−îng (lbm).

Niut¬n (N )

1 kg.m/s2

Dyn (dyn)

1 g.cm/s2

Kil«gam lùc (kG)

1 kg .9,80665 m/s2

Gam lùc (G)

1 g .9,80665 m/s2

1

10−5

9,80665

0,980665.10−2

105

1

980,665

980,665

0,101972

1,01972.10−6

1

0,001

101,972

1,01972.10−3

1000

1

Ghi chó: 1 pound lùc (lbf ) = 4,44822 N .

§¬n vÞ c«ng

§¬n vÞ c«ng sinh ra bëi mét ®¬n vÞ lùc khi chuyÓn dêi ®iÓm ®Æt cña nãmét ®¬n vÞ ®é dµi theo ph−¬ng cña lùc ®ã.

Jun (J )

(N.m )

Kil«jun

(kJ )

Ec

(ec )

Kil«gam lùc

mÐt (kG.m)

Oat giê

(Wh )

Kil«oat giê

(kWh)

Calo

(cal )

1

100010−7

9,81

3,6.103

3,6.106

4,186

0,001

110−10

9,81.10−3

3,6

3,6.103

4,186.10−3

107

1010

1

9,81. 107

3,6.1010

3,6.1013

1,182.107

1,02.10−1

102102.103

1

367

367.103

0,127

2,78.10−4

2,78.10−1

2,78.10−11

2,72.10−3

1

1000

1,162.10−3

2,78.10−7

2,78.10−4

2,78.10−14

2,72.10−6

0,001

1

1,162.10−6

0,239

2392,39.10−8

2,344

860

860.103

1




281

Ghi chó :

1. Khi dn në tõ thÓ tÝch V1 ®Õn thÓ tÝch V2 t¹i mét ¸p suÊt p kh«ng ®æi, thùc hiÖn

mét c«ng A = p(V2 − V1). Trong s¸ch b¸o cßn gÆp ®¬n vÞ ®o c«ng ®ã lµ

lÝt.atm«tphe (l.atm); 1 l.atm = 101.33 J = 0,10133 kJ = 103 cm3.1,0133.106

dyn / cm2 = 1,0133.109 ec = 10,333 kG.m = 0,0282 Wh = 2,82.10−5 kWh = 24,2

cal.

2. Cßn gÆp ®¬n vÞ ®o c«ng 1 m lùc giê = 2650 J = 2,7.105 kG.m = 0,736 kWh =

633 kcal.

3. §èi víi kil«gam (lùc).mÐt ng−êi ta ®Ò nghÞ dïng pon®¬ ( p);

1 pon®¬ = 9,80665 kg.m2 / s2 = 9,80665 N.m; 1 kil«pon®¬ (kp) = 9806,65 N.m.

§¬n vÞ c«ng suÊt

§¬n vÞ c«ng suÊt lµ c«ng suÊt cña mét ®¬n vÞ c«ng s¶n ra trong mét ®¬nvÞ thêi gian.

Oat (W )(jun trong 1 gi©y)

Kil«oat (kW )(kil«jun trong 1 gi©y)

kG.m/s cal /s kcal /h M· lùc

110009,814,18681,163

735,5

0,00119,81.10−3 4,1868.10−3 1,163.10−3 0,763

0,102102

10,127

0,118675

0,239239

2,3451

0,278176

0,8608608,443,61

633

0,001361,360,013330,00570,00158

1

Ghi chó: 1. Mét m lùc hay cßn gäi lµ ngùa ®−îc ký hiÖu lµ HP. Mét m lùc ë Anh vµ Mü

®−îc ký hiÖu lµ hp vµ b»ng 745,7 W = 76,05 kG.m / s = 2686 kJ / h = 1,014 HP = 10,7 kcal / ph .

2. 1 foot-pound (lùc) (ft-lbf)/s = 1,3558 W = 0,3238 cal/s = 0,77 BTU/ph =0,00182 hp.

BTU lµ ®¬n vÞ nhiÖt cña Anh, 1 BTU = 2,930.10 −4 kWh = 0,2930 Wh =0,252 kcal = 1055 J = 107,56 kG.m. = 778 ft.lbf ; ( lbf = pound lùc).

1 kW = 3600 kJ / h = 3412 BTU / h; 1,0 hp = 2545 BTU / h = 2686 kJ / h.

§¬n vÞ ¸p suÊt

§¬n vÞ ¸p suÊt lµ ¸p suÊt trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt, do t¸c dông cña métträng t¶i b»ng mét ®¬n vÞ lùc ph©n bè ®Òu kh¾p trªn nã.




282

Niut¬n trªnmÐt vu«ng(1 N.m 2)

Bar (b)(105 N /m2)

Milimetthuû ng©n(mmHg )

(0oC)

MilimÐtn−íc

(mmH 2O)(4oC)

MÐt n−íc(mH 2O)

(4oC)

kG /cm2 atm«tphe

kü thuËt (at )

¸p suÊtchuÈn hay¸p suÊt vËt

lý (atm )

1

105

133,322

9,80665

9806,6598066,5

101325

10−5

1133,22.10−16

98,0665.10−6

98066,5.10−6

980665.10−6

1,01325

0,0075

750,06

1

0,07356

73,56735,56

760

0,10197

10197

13,595

1

100010000

10332

10197

10,197

0,013595

0,001

110

10,332

1,0197.10−5

1,0197

0,0013610−4

0,11

1,0332

9,87.10−6

0,987

0,001316

9,678.10−4

9,678.10−2

0,9678

1

Ghi chó :1. ¸p suÊt chuÈn lµ ¸p suÊt cña mét cét thuû ng©n cao 760 mm tÝnh tõ ®¸y

n»m ngang cña cét víi träng l−îng riªng cña thuû ng©n 13,5950 kg / cm3 vµ gia tèc chuÈn cña sù r¬i tù do 980,665 cm / s2.

2. p = pa − pb; p lµ ¸p suÊt d−; pa - ¸p suÊt tuyÖt ®èi; pb lµ ¸p suÊt khÝ quyÓn(®o ®−îc b»ng ¸p kÕ) pa > pb. Khi ®o ¸p suÊt d− p b»ng atm«tphe kü thuËt,®«i khi atm«tphe ®−îc ký hiÖu lµ at , (ph = pb − pa; ph lµ ¸p suÊt ch©n

kh«ng, pa < pb) .Atm«tphe kü thuËt at; 1 at = 1 kG / cm2 = 0,980665 bar = 735,56 mmHg = 9,81.104 N / m2 = 1 m−1.kg.s−2 = 10 mH 2O.

3. ¸p suÊt chuÈn lµ ¸p suÊt tuyÖt ®èi b»ng 1 atm ; cßn gäi lµ atm«phe chuÈn(hay atm«tphe vËt lý);

1 atm = 1,01325 bar = 1,0332 at = 760 mmHg = 10,33 mH 2O.4. Cßn gÆp ®¬n vÞ ¸p suÊt bar;

1 bar = 1 dyn / cm2 = 0,1 N / m2 = 750 mmHg ë 0oC.5. Cßn gÆp ®¬n vÞ tor¬;

1 torr = 1 mmHg = 0,1 cm . 13,596 g / cm3 . 981 cm / s2 = 1333,2 bar .6. Cßn gÆp ®¬n vÞ ¸p suÊt pascan ( Pa);

1 Pa = 10 dyn / cm2 = 0,0075 mmHg = 1 N / m2;1 MPa = 106 Pa = 10,197 kG / cm2

7. Cßn gÆp ®¬n vÞ ¸p suÊt psia:1 psi = 6894,76 Pa.

100 kPa = 1 bar = 0,987 atm = 1,02 kG/cm2 = 14,5 psi 14,696 psi = 1 atm (tiªu chuÈn) = 1001,325 kPa = 1,01 bar = 1,03 kG / cm2

8. ¸p suÊt khÝ quyÓn ë ngang mÆt biÓn lµ 1 atm = 760 mmHg = 10,33 mH 2O.




283

§¬n vÞ §é nhít

§é nhít ®éng lùc μ (theo thuËt ng÷ tr−íc kia lµ ®é nhít tuyÖt ®èi η) tÝnhb»ng N.s / m2

1 N.s / m2 = 1 kg / ms (v× trong hÖ SI: 1 N = 1 kg.m / s2)

Th−êng gÆp ®¬n vÞ ®o lµ poaz¬ (P):1 poaz¬ = 0,1 N.s / m2 = 1 dyn.s / cm2 = 1 g / cm.s

§é nhít cña n−íc ë 20,2oC b»ng 1 cP (centipoaz¬) = 0,01 P (poaz¬) =1 mPa.s

§é nhít ®éng häc ν lµ tû sè gi÷a ®é nhít ®éng lùc cña chÊt láng vµ tû trängcña nã ( ν = μ / ρ) ®−îc tÝnh b»ng m2 /s. §¬n vÞ th«ng dông cña ®é nhít®éng häc lµ st«c ( St ), 1 St = 1 cm2 / s = 10−4 m2 / s = 100 cSt (centist«c).

§é nhít tû ®èi lµ tû sè gi÷a ®é nhít cña chÊt láng vµ ®é nhít cña chÊt lángchuÈn (th−êng lµ n−íc) ë cïng nhiÖt ®é hoÆc ë 0oC (hÖ sè nhít cña n−íc ë 0oC lµ 1,79 cP, ë 20oC lµ 1,002 cP.

Ghi chó:

1) Trong mét sè ngµnh kü thuËt ng−êi ta gäi ®é nhít tû ®èi lµ ®é nhít riªng 2) Trong s¸ch b¸o cßn gÆp thuËt ng÷ ®é nhít riªng (ηr)

ηr = ηt.® − 1 ηt.® : ®é nhít tû ®èi;22

11td t

t =

ρ⋅

ρ⋅η

t1, ρ1 − thêi gian ch¶y vµ tû träng cña chÊt nghiªn cøu.t2, ρ2 − thêi gian ch¶y vµ tû träng cña chÊt chuÈn.

§é nhít còng tÝnh b»ng c¸c ®¬n vÞ kü thuËt, thø nguyªn cña chóng lµkG.s / m2, ®¬n vÞ kü thuËt cña ®é nhít = 1 kG.s / m2 = 98,1 P; 1 P = 0,0102

®¬n vÞ kü thuËt.§¹i l−îng nghÞch ®¶o cña ®é nhít gäi lµ ®é l−u (th−êng tÝnh b»ng poaz¬

nghÞch ®¶o) ký hiÖu lµ 1/ μ ;1 poaz¬ nghÞch ®¶o = 10 m2 / N.s = 10 m.s / kg .

Trong kü thuËt ng−êi ta dïng réng ri nhít kÕ Engle ®Ó x¸c ®Þnh ®é nhít quy−íc, tÝnh b»ng ®é Engle (o E). Sè ®é Engle lµ tû sè gi÷a thêi gian ch¶y(b»ng gi©y) cña 200 ml chÊt kh¶o s¸t vµ thêi gian ch¶y (b»ng gi©y) cña200 ml n−íc ë 20oC .

C¸ch ghi: 5020E : ch÷ sè ë trªn ghi nhiÖt ®é khi x¸c ®Þnh thêi gian ch¶y cña

chÊt láng kh¶o s¸t; ch÷ sè ë d−íi chØ nhiÖt ®é cña n−íc khi ®o.




285

t oC 1 − D t oC 1 − D t oC 1 − D t oC 1 − D

0

4

10

11

12

12,5

0,00013

0,00000

0,00027

0,00037

0,00048

0,00054

13

14

15

15,6

16

17

0,00060

0,00073

0,00087

0,00097

0,0010

0,00127

17,6

18

19

20

21

0,0013

0,0014

0,0016

0,0018

0,0020

22

23

24

25

30

0,0022

0,0024

0,0027

0,0029

0,0044

Tû träng t−¬ng ®èi tÝnh nh− sau:

- cña chÊt láng: d L (hoÆc γ L) =(n−íc)

láng)(chÊt

ρ

ρ

- cña chÊt khÝ: d K (hoÆc γ K) =khÝ)(kh«ng

(chÊt khÝ)

ρ

ρ =

khÝ)(kh«ng

(chÊt khÝ)

M

M

ρ lµ khèi l−îng riªng.

Tû träng t−¬ng ®èi cña dÇu cßn ®−îc biÓu diÔn b»ng 0API:

API131,5

141,50L

d

+

=

131,5141,5

APIL

0 d

−=

§¬n vÞ ®o ®é dμi

Angstr«m

A

Milimicron

mμ

Micron

μ

Milimet

mm

Xentimet

cm

Deximet

dm

MÐt

m

1 0,1 0,0001 10−7 10−8 10−9 10−10

10 1 0,001 10−6 10−7 10−8 10−9

10000 1000 1 0,001 0,0001 10−5 10−6

107 106 1000 1 0,1 0,01 0,001

108 107 10000 10 1 0,1 0,01

109 108 105 100 10 1 0,1

1010 109 106 1000 100 10 1




286

quan hÖ gi÷a ®¬n vÞ anh vμ ®¬n vÞ hÖ mÐt

§¬n vÞ ®o ®é dµi

1 mile (®äc lµ mail¬, ký hiÖu lµ mile) = 1760 yard = 1,609 km;1 nautical mile (®äc lµ notic¬n mail¬) = 1,853 km 1 yard (®äc lµ ya®¬, ký hiÖu yd.) = 3 foot (fut, ft.) = 36 inch (inhs¬, in.)1 yard = 0,9144 m; 1 foot = 30,48 cm; 1 inch = 25,400 mm.

§¬n vÞ ®o diÖn tÝch1 square mile (sque mail¬, sq. mile) = 640 acre = 258,99 ha 1 acre (©ycr¬, A) = 4840 square yard = 0,4047 ha 1 square yard (sq. yd.) = 9 square foot = 0,8361 m2 1 square inch (sq. in.) = 6,42 cm2

§¬n vÞ ®o thÓ tÝch

1 cubic yard (kiubic ya®¬, cu. yd.) = 27 cubic foot = 0,7646 m3 1 cubic foot (cu. ft.) = 1728 cubic inch = 0,02832 m3 1 cubic inch (cu. in.) = 16,387 cm3

§¬n vÞ ®o dung tÝch chÊt láng

1 gallon (gal¬n, gal.) = 4 quart (cuot¬, qt.) = 8 pint (paint¬, pt.)1 barrel (ber¬n, bbl.) (Mü) = 31,5 gallon = 1,59 l (Anh) 1 gallon = 4,546 l; 1 quart = 1,136 l; 1 pint = 0,586 l (Mü) 1 gallon = 3,785 l; 1 quart = 0,946 l; 1 pint = 0,473 l

§¬n vÞ ®o khèi l−îng riªng

1 kg / m3 = 0,001 g / cm3 = 0,0624 lb / ft 3 1 lb / ft 3 = 16,02 kg / m3 = 0,016 g/cm3 1 g / cm3 = 1000 kg / m3 = 1 kg / l = 62,4 lb / ft 3




287

Çc tiÒn tè thËp ph©n

Çc tiÒn tè thËp ph©n chØ sè lÇn (10n) t¨ng hay gi¶m cña ®¬n vÞ ®o c¬ b¶n.

Trong hÖ ®¬n vÞ quèc tÕ, trong hÖ mÐt v.v... tªn cña çc béi vµ −íc thËp

ph©n cña ®¬n vÞ ®o c¬ b¶n ®−îc cÊu t¹o nhê çc tiÒn tè.

Ký hiÖu

quèc tÕ

Çch ®äc Gi¸ trÞ VÝ dô

G giga 109 GN giganiut¬n 1.000.000.000 N

M mega 106 MHz megahec 1.000.000 Hz

k kil« 103 kW kil«oat 1000 W

h hecto 102 hW hect«oat 100 W

da deca 10 dal decalit 10 l

d dexi 10−1 dm deximet 0,1 m

c xenti 10−2 cm xentimet 0,01 m

m mili 10−3 mV milivon 0,001 V

μ micro 10−6 μA microampe 0,000001 An nano 10−9 nH nanohenri 0,000000001H

mμ milimicro 10−9 mμF milimicro

faraday

0,000000001F

p pico 10−12 pF pico faraday 10−12 F




288

tμi liÖu tham kh¶o

1. Acetylen Process and Production. Ed. by Marshalt Sitting. Park Ridge,

New Jersey, USA, 1968.

2. Ammonia and Synthesis Gas. Ed. by F. J. Brykowski. Park Ridge, New

Jersey, USA, 1981.

3. Applied Catalysis. Elsevier, 1997.

4. Campbell J. M . Gas Conditioning and Processing. Vol 1. The Basic

Principles. Campbell Petroleum Series. Normal, Oklahoma. October

1994.

5. Campbell J. M . Gas Conditioning and Processing. Vol 2. The

Equipment. Campbell Petroleum Series. Normal, Oklahoma. October

1994.

6. Maddox R. N ., Lilly L. L. Gas Conditioning and Processing. Vol 3.

Computer Applications. Campbell Petroleum Series. Normal, Oklahoma.

October 1994.

7. Maddox R. N . Gas and liquid sweetening. Campbell Petroleum Series.

Normal, Oklahoma. October 1974.

8. Catalyss in C1 Chemistry. Ed. by Wilhelm Keim, Holland 1983.

9. Engineering Data Book, GPSA, Tulsa, Oklahoma, 1994.

10. Erikh V. N., M. G. Rasina, U. G. Rudin . The Chemistry and Techno-

logy of Petroleum and Gas. M. 1988.

11. Farrauto R. J., Bartholomew C. H . Fundamentals of Industrial

Catalytic Processes. Blackie Academic & Professional. London 1997.12. Felder R. M., Rousseau R. W . Elementary Principles of Chemical

Processes. John Wiley & Sons, Inc. New York 2000.

13. Hydrocacbon Asia. Jan/Feb 1996

14. Hydrocacbon Asia. May/Jun 1996

15. Hydrocacbon Processing. April 1996.




289

16. Hydrocacbon Processing. April 1998.

17. Hydrocacbon Processing. March 1995.

18. Hydrocacbon Processing. March 1997.

19. Ind. Eng. Chem. Res. 1998, 37.

20. Ind. Eng. Chem. Res. Vol. 35, No 3, 697-702, 1996.



23. Katz D. L., Lee R. L. Natural Gas Engineering Production and Storage.

Mc Graw - Hill Pub. Co. 1990.

24. Kir l Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology. Joln Wiley and

Sons, 1997.

25. Metan Activation. Proceeding of The European Workshop, Bochum,

FRG., May 2-3, 1988. Ed. by M. Baerns, J. R. H. Ross and K. Van der

Wiele. Elservier,1989.

26. Metanol Technology and Application in Moto Fuels. Ed. by J. K. Paul.

Park Ridge, New Jersey, USA 1978.27. Miller S. A. Acetylen. It’s properties, Manufacture and Uses. London,

Ernets Benn Limited, 1965.

28. Natural Gas Conversion IV. Proceeding of The Natural Gas Conversion

Symposium. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 107.

Elservier, 1997.

29. Natural Gas Conversion V. Proceeding of The Natural Gas Conversion

Symposium, Studies in Surface Science and Catalysis. Vol. 119.

Elservier, 1998.

30. Natural Gas Conversion. Proceeding of The Natural Gas ConversionSymposium, Oslo, August 12-17, 1990. Studies in Surface Science and

Catalysis. Vol. 61. Elservier, 1991.

31. New Developments in Selective Oxidation. Ed. by G. Centi and F.

Trifiro. Elsevier, 1990.




290

32. Optimization of The Production and Utilization of Hydrocacbon.

Ed.3by M. Frias. Published by Graham and Trotman 1991.

33. Proceeding of The Fourth Symposium on The Development of

Petroleum Resources of Asia and The Far East. Bankok (Thailand)

1969. United Nations, New York, 1973.

34. Progress in C1 Chemistry in Japan. Ed. by The Research Association

for C1 Chemistry. Toranomon, Minato-ku, Tokyo 105, Japan. Elsevier,

1989.35. Reid R. C, J. M. Prausnitz , T. K. Sherwood. The Properties of Gases

and Liquids. New york. MacGraw Hill Book Company, 1977.

36. Separation Technology. Proccedings of The Third International

Symposium on Separation Technology, Antwerp Belgium, August 22-

27, 1993. Ed. by E. F. Vansant. Elsevier 1994

37. Speight J. G. Gas Processing: Environmental Aspects and Methods.

Butterworth Heinemann 1993.

38. Starling K. E., Han U.S . Hydrocarbon Processing. May 1972, 129.

39. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. VCH Verlagsgesell-schaft mBh, FRG., 1990.

40. Áåðëèí Ì. À., Ãîðå÷åíêîâ Â. Ã., Âîëêîâ Í. Ï . Ïåðåðàáîòêà íåôòÿíûõ è

ïðèðîäíûõ ãàçîâ. Ì. Õèìèÿ, 1981.

41. Áåêèðîâ Ò. Ì . Ïðîìûñëîâàÿ è çàâîäñêàÿ îáðàáîòêà ïðèðîäíûõ è

íåôòÿíûõ ãàçîâ. Ì. Íåäðà, 1980.

42. Áîðèñîâè÷ Ã. Ô., Õîõðÿêîâ Ì. À., Ðîçèíà Ð. À . Õèì. Ïðîì. No8, 561,

1963

43. Àðóòþíîâ Â. Ñ., Êðûëîâ Î. Â. Îêèñëèòåëüíûå ïðåâðàùåíèÿ ìåòàíà. .

Íàóíêà, 1998.44. Ãóðåâè÷ È. Ë . åõíîëîãèÿ ïåðåðàáîòêè íåôòè è ãàçîâ. Êèåâ,

Òåõíèêà, 1964.

45. Ãàíç Ñ. Í . åîðåòè÷åñêèå îñíîâû è òåõíîëîãèÿ ñèíòåçà àììèàêà.

Êèåâ, Âûñøàÿ øêîëà, 1969.

46. Äàíêâåðñò Ï. Â. Ãàçîæèäêîñòíûå ðåàöèè. Ì. Õèìèÿ, 1973.




291

47. Æäàíîâà Í. Â. Îñóøêà óãëåâîäîðîäíûõ ãàçîâ. Ì. Õèìèÿ, 1984.

48. Êàëàøíèêîâ Î. Â., Ìàðåíêî À. Í., ×åãëèêîâ À. Ã . Õèìè÷åñêàÿ

òåõíîëîãèÿ No5, 27, 1972.

49. Êóçíåöîâ À. À. Ðàñ÷¸òû îñíîâíûõ ïðîöåññîâ è àïïàðàòîâ ïåðåðàáîòêè

óãëåâîäîðîäíûõ ãàçîâ. Ñïðàâî÷íîå ïîñîáèå. Ì. Õèìèÿ, 1983.

50. Ìàçãàçîâ À. Ì . Íåôòåïåðåðàáîòêà è íåôòåõèìèÿ. No5, 28, 1975.

51. Ðîìàíþê È. Ì., ×óðèê Ã. Ï . Õèì. Ïðîì. No7, 395,1986.

52. Ðàáèíüâè÷ Ã. Ã. è äð . Ðàñ÷¸òû îñíîâíûõ ïðîöåññîâ è àïïàðàòîâ

íåôòåïåðåðàáîòêè. Ì. Õèìèÿ, 1979.

53. Øåíäåðåé Å. Ð., Èâàíîâñêèé Ô. Ï . Õèì. Ïðîì. No2, 91, 1963.

54. Øåíäåðåé Å. Ð., Èâàíîâñêèé Ô. Ï . Õèì. Ïðîì. No9, 650, 1963.

55. Kaz D. L., Poettmann F. H., Vary J. A., Elenbaarr J. R. Weinanug C. F.

Handbook of Natural Gas Engineering. McGraw - Hill Book Company,

New York, 1959.

che bien khi

Documents

Transcript of che bien khi