NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ACID CHO KHÍ THIÊN NHIÊN TỪ MỎ CÁ VOI XANH eb7d241c

1. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
BÙI TÁ VŨ
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ACID
CHO KHÍ THIÊN NHIÊN TỪ MỎ CÁ VOI XANH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT HÓA HỌC
Đà Nẵng – Năm 2019

2. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
BÙI TÁ VŨ
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ACID
CHO KHÍ THIÊN NHIÊN TỪ MỎ CÁ VOI XANH
Chuyên ngành :Kỹ thuật Hóa học
Mã số :8520301
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ THỊ NHƯ Ý
Đà Nẵng – Năm 2019

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện và được sự
hướng dẫn của GVC. TS. Lê Thị Như Ý. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài
này là trung thực và chưa từng được ai công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây.
Tôi xin cam đoan, những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận
xét, đánh giá được chính tôi thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài
liệu tham khảo. Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng
như số liệu của các tác giả khác, cơ quan đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội
dung luận văn của mình.
Tác giả luận văn
Bùi Tá Vũ

4. TÓM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ ACID
CHO KHÍ THIÊN NHIÊN TỪ MỎ CÁ VOI XANH
Học viên: Bùi Tá Vũ, Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học. Mã số: 8520301.
Khóa: K35.KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm Tắt - Mỏ khí Cá Voi Xanh (CVX) với trữ lượng thu hồi ước tính vào khoảng 150 tỷ m3
, được
xem là mỏ khí lớn nhất tại vùng biển ngoài khơi của Việt Nam từ trước đến nay nên nếu có thể đưa mỏ
khí vào khai thác một cách thuận lợi sẽ đem lại tiềm năng kinh tế vô cùng lớn cho đất nước chúng ta.
Tuy nhiên, với hàm lượng rất cao của khí CO2 30% thể tích và hàm lượng khí H2S 2000 ppm đòi
hỏi chúng ta phải có biện pháp xử lý khí acid ngay tại giàn để có thể thể vận chuyển khí vào bờ. Nói
về các phương pháp xử lý acid, có rất nhiều phương pháp xử lý khác nhau, mỗi phương pháp lại có
những ưu, nhược điểm riêng phù hợp cho từng trường hợp khác nhau. Vậy phương án nào mới phù
hợp nhất để xử lý khí acid cho mỏ khí CVX cả về mặt yêu cầu kỹ thuật lẫn tính hiệu quả kinh tế?
Để giải quyết các vấn đề nói trên, luận văn sẽ bao gồm các nhiệm vụ sau: Tìm hiểu tổng quan về
khí thiên nhiên và mỏ khí Cá Voi Xanh, về các quá trình xử lý khí acid. Từ đó đề xuất các phương án
phù hợp để xử lý khí acid cho mỏ khí Cá Voi Xanh. Bước tiếp theo là tiến hành mô phỏng các phương
án đã chọn bằng bộ phần mềm Aspen One. Từ đó, đánh giá kinh tế cho các phương án xử lý khí acid
và đưa ra phương án tốt nhất.
Từ khóa: Khí mỏ Cá Voi Xanh (CVX); xử lý khí acid; hấp thụ hóa học; màng thẩm thấu; bộ phần
mềm Aspen One.
EVALUATION AND PROPOSAL OF THE METHOD OF ACID GAS REMOVAL
TECHNOLOGY FOR NATURAL GAS FROM GREEN WHALE GAS FIELD
Abstract – Blue Whale (Ca Voi Xanh) gas field whose the estimated reserve of about 150
billion m3
, is considered the largest offshore gas field in Vietnam so far, so if it is possible to put this
gas fields into exploitation, it will be convenient to a bring a great economic potential for our country.
However, with a very high CO2 content of about 30% volume and H2S gas content of about 2000 ppm
requires that we take measures to treat acid gas immediately at the rig to be able to transport gas to
shore. Talking about the acid gas removal, there are many different treatment methods, each method
has its own advantages and disadvantages suitable for each different case. So which new method is the
best suitable to remove acid gas for Blue Whale gas field both in terms of technical requirements and
economic efficiency?
To solve the above problems, the thesis will include the following tasks: Understanding the
overview of natural gas and Blue Whale gas field, about the process of treating acid gas. Since then,
propose suitable solutions to treat acid gas for the Blue Whale gas field. The next step is to simulate
selected options with the Aspen One software suite. From there, evaluate the economy for the
treatment of acid gas and give the best plan.
Keywords: Blue Whale gas; acid gas removal; chemical absorption; membrane; Aspen One
software suite.

5. MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................3
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................4
MỤC LỤC ......................................................................................................................5
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................9
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................2
3. Đối tượng nghiên cứu ...........................................................................................2
4. Nội dung nghiên cứu.............................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài..............................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ MỎ KHÍ CÁ VOI
XANH .............................................................................................................................3
1.1. Tổng quan về khí thiên nhiên ...................................................................................3
1.1.1. Nguồn gốc.......................................................................................................3
1.1.2. Thành phần khí thiên nhiên ............................................................................3
1.1.3. Phân loại khí thiên nhiên ................................................................................4
1.1.4. Tiềm năng khí ở việt nam...............................................................................4
1.2. Tổng quan về mỏ khí Cá Voi Xanh..........................................................................5
1.2.1. Vị trí................................................................................................................5
1.2.2. Tầm quan trọng của dự án ..............................................................................5
1.2.3. Thành phần......................................................................................................6
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÍ KHÍ ACID ..........................7
2.1. Tác hại của khí acid..................................................................................................7
2.2. Các phương pháp xử lý khí acid...............................................................................7
2.2.1. Phương pháp hấp thụ......................................................................................7
2.2.2. Phương pháp hấp phụ .....................................................................................9
2.2.3. Phương pháp thẩm thấu khí..........................................................................10
2.2.4. Phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp .......................................................12
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ
ACID CHO KHÍ MỎ CÁ VOI XANH......................................................................14
3.1. Phương pháp hấp thụ hoá học bằng dung môi amine ............................................14
3.2. Phương pháp thẩm thấu..........................................................................................15

6. CHƯƠNG 4. TỔNG QUAN BỘ PHẦN MỀM ASPEN ONE.................................20
4.1. Giới thiệu phần mềm Aspen Custom Modeler.......................................................20
4.2. Giới thiệu phần mềm Aspen Properties Desktop ...................................................21
4.3. Giới thiệu phần mềm Aspen HYSYS.....................................................................21
4.4. Giới thiệu phần mềm Aspen Process Economic Analyzer.....................................22
CHƯƠNG 5. MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG ÁN KHẢ THI NHẰM LOẠI BỎ
KHÍ ACID CHO KHÍ MỎ CÁ VOI XANH .............................................................24
5.1. Mô phỏng phương án sử dụng màng thẩm thấu (membrane) ................................24
5.1.1. Thuật toán quá trình mô phỏng.....................................................................24
5.1.2. Các bước tiến hành mô phỏng......................................................................24
5.1.3. Mô phỏng sơ đồ công nghệ 2 bước có hồi lưu .............................................31
5.1.4. Mô phỏng sơ đồ công nghệ 2 giai đoạn có hồi lưu ......................................33
5.1.5. Đánh giá các công nghệ màng từ kết quả mô phỏng....................................34
5.2. Mô phỏng phương án hấp thụ hoá học...................................................................35
5.2.1. Cơ sở dữ liệu mô phỏng ...............................................................................35
5.2.2. Tiến hành mô phỏng.....................................................................................39
5.2.3. Kết quả mô phỏng.........................................................................................40
CHƯƠNG 6. ĐÁNH GIÁ TÍNH KINH TẾ CỦA CÁC PHƯƠNG ÁN XỬ LÍ
KHÍ ACID ....................................................................................................................42
6.1. Các bước tiến hành đánh giá tính kinh tế ...............................................................42
6.2. Đánh giá tính kinh tế cho phương án Membrane ...................................................44
6.3. Đánh giá tính kinh tế cho phương án hấp thụ hoá học..........................................45
6.4. So sánh và lựa chọn phương án tối ưu ...................................................................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................51
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)

7. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACM Aspen Custom Modeler
APEA Aspen Process Economic Analyzer
CFZ Controlled Freezing Zone
CVX Cá Voi Xanh
DEA Diethanolamine
DGA Diglycolamine
DIPA Diisopropanolamine
DMEPEG Dimethyl ether polyethylene glycol
GPM Gallon Per Minute
HC Hydrocarbon
KTN Khí thiên nhiên
MDEA Methyl diethanolamine
MEA Monoethanolamine
Membrane Màng lọc
MMSCFD Million Standard Cubic Feet Per Day
NGL Natural Gas Liquids
NMP N-Methyl-2-pyrrolidone
Offshore Ngoài khơi
Permeate Dòng khí qua màng lọc (Giàu CO2, H2S)
ppmv Phần triệu thể tích
Retentate Dòng khí không đi qua màng lọc (Giàu hydrocarbon)
RSH Mercaptan
% vol Phần trăm thể tích
UOP Universal Oil Product

8. DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
Tên bảng Trang
1.1.
Thành phần hóa học (% thể tích) của khí tự nhiên và khí đồng
hành ở một số mỏ khí của Việt Nam
3
1.2. Thành phần mỏ khí Cá Voi Xanh 6
2.1. Tính chất vật lý của một số dung môi vật lý 7
2.2. Tính chất hoá lý cơ bản của các dung môi amine 9
3.1. So sánh các amine sử dụng cho quá trình hấp thụ hoá học 15
5.1. Độ chọn lọc và hệ số thẩm thấu của các cấu tử đối với màng lọc 31
5.2. Kết quả mô phỏng công nghệ 2 bước có hồi lưu 33
5.3. Kết quả mô phỏng trường hợp 2 giai đoạn có hồi lưu 34
5.4. So sánh kết quả từ 2 công nghệ xử lí 35
5.5. Giá trị K của các loại Amine 36
5.6. Thông số dòng Lean Amine 36
5.7. Kết quả mô phỏng 40
5.8. So sánh khí sản phẩm thu được từ 2 phương án 40
6.1. Kết quả đánh giá tính kinh tế cho phương án Membrane 44
6.2. Chi phí màng lọc 44
6.3. Chi phí vận hành màng lọc trong 15 năm 44
6.4. Chi phí thực tế của phương án Membrane 45
6.5. Kết quả đánh giá tính kinh tế phương án hấp thụ hoá học 45
6.6. So sánh chi phí giữa hai phương án 45
6.7. Chi phí phương án hấp thụ hoá học sau 15 năm 46
6.8. Chi phí phương án membrane sau 15 năm 48

9. DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
Tên hình Trang
1.1. Vị trí mỏ Cá Voi Xanh 5
2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quá trình Selexol 8
2.2.
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quá trình khử acid cho khí bằng
dung môi hấp thụ amine
9
2.3. Sơ đồ quá trình khử acid bằng hấp phụ 10
2.4. Nguyên lý hoạt động của màng lọc 10
2.5. Cấu tạo màng lọc phẳng 11
2.6. Cấu tạo màng chùm sợi rỗng 11
2.7. Sơ đồ công nghệ của quá trình Ryan-Holme 12
2.8. Sơ đồ công nghệ của quá trình CFZ 12
3.1. So sánh hiệu quả sử dụng của các công nghệ loại bỏ CO2 15
3.2. Hình thể hiện việc sử dụng hiệu quả không gian của Skid 16
3.3. Sơ đồ công nghệ 1 giai đoạn 17
3.4. Sơ đồ công nghệ 2 giai đoạn 18
3.5. Sơ đồ công nghệ 2 bước 18
4.1. Nguyên lý làm việc của phần mềm ACM 20
4.2. Giao diện làm việc phần mềm ACM 21
4.3. Giao diện làm việc phần mềm Aspen Properties. 21
4.4. Giao diện làm việc phần mềm HYSYS 22
4.5.
Môi trường làm việc của phần mềm Aspen Process Economic
Analyzer
23
4.6. Đánh giá tính kinh tế trực tiếp trên phần mềm HYSYS 23
5.1. Lựa chọn các cấu tử 24
5.2. Lựa chọn hệ phương trình nhiệt động. 25
5.3. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm ACM 25
5.4. Tạo model Membrane 26
5.5. Nhập code cho Model Membrane. 27
5.6. Tạo biểu tượng cho Model Membrane 27
5.7. Tạo dòng nguyên liệu và sản phẩm cho Membrane. 28
5.8. Mô hình membrane hoàn thiện 28
5.9. Xuất file mô phỏng từ ACM sang HYSYS 29

10. Số hiệu
hình
Tên hình Trang
5.10. Cài đặt Membrane vào HYSYS 29
5.11. Nhập các cấu tử và hệ nhiệt động cho phần mềm HYSYS 30
5.12. Cấu hình Model Membrane trong HYSYS 30
5.13. Sơ đồ mô phỏng công nghệ 2 bước 31
5.14. Thông số vận hành của máy nén 32
5.15. Thông số vận hành của thiết bị làm mát 32
5.16. Sơ đồ mô phỏng quá trình 2 giai đoạn 33
5.17. Thông số vận hành tháp hấp thụ 36
5.18. Thông số các dòng trong tháp hấp thụ 37
5.19. Thông số vận hành tháp tái sinh amine 37
5.20. Thông số các dòng của tháp tái sinh amine 38
5.21. Thông số thiết bị trao đổi nhiệt 38
5.22. Thông số các dòng của thiết bị trao đổi nhiệt 39
5.23.
Sơ đồ mô phỏng quá trình xử lí khí acid bằng phương pháp hấp
thụ hoá học
39
6.1. Thiết lập Scenario để đánh giá tính kinh tế 42
6.2. Đánh giá tính kinh tế sơ bộ bằng phần mềm HYSYS. 43
6.3. Kết quả đánh giá tính kinh tế bằng phần mềm HYSYS. 43
6.4. Đồ thị lãi suất phải trả cho phương án hấp thụ hoá học 47
6.5. Đồ thị lãi suất phải trả cho phương án membrane 47
6.6.
Đồ thị thể hiện chi phí trên một đơn vị sản phẩm cho hai
phương án
49

11. 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay, nhu cầu sử dụng khí trên thế giới cũng như ở Việt Nam ngày càng
tăng, nguồn lợi nhuận thu về từ khí là vô cùng lớn. Chính vì vậy việc thăm dò, tìm
kiếm và khai thác các mỏ khí đóng vai trò vô cùng quan trọng. Trong thời gian gần
đây, tại miền Trung Việt Nam, mỏ khí Cá Voi Xanh đã được phát hiện với trữ lượng
thu hồi tại chỗ ước tính vào khoảng 150 tỷ m3
, lớn nhất Việt Nam vào thời điểm hiện
tại. Nếu được đưa vào khai thác và xử lý, dự án khí mỏ Cá Voi Xanh ngoài định
hướng cung cấp một lượng lớn khí đốt cho các nhà máy nhiệt điện, đảm bảo nhu cầu
về điện cho các tỉnh miền Trung, không còn phụ thuộc quá nhiều vào thủy điện, còn
mở ra cơ hội phát triển ngành công nghiệp hóa dầu từ khí tại miền Trung Việt Nam.
Tuy nhiên, hàm lượng khí CO2 trong thành phần khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi
Xanh rất cao, xấp xỉ 30% mol. Bên cạnh đó, hàm lượng H2S trong khí thiên nhiên từ
mỏ Cá Voi Xanh cũng tương đối cao khoảng 2500 ppmv, cao hơn nhiều so với nguồn
khí được khai thác từ các mỏ dầu khí khác trong nước (mỏ Sư Tử Vàng/Sư Tử Trắng:
11,7 ppmv, mỏ Tê Giác Trắng/Hải Sư Trắng/Hải Sư Đen: 0,4 ppmv, mỏ Rạng
Đông/Phương Đông: 7,3 ppmv, mỏ Bạch Hổ/Rồng: 18,7 ppmv, mỏ Cá Ngừ Vàng: 9
ppmv, mỏ Đại Hùng tại điểm đấu vào đường ống Nam Côn Sơn: 2  4 ppmv, mỏ
Thiên Ưng gần như không chứa khí H2S…) [3]. Khí H2S và CO2 này nếu chưa được
loại bỏ đến mức cho phép, có thể gây ăn mòn mạnh các đường ống vận chuyển từ
ngoài khơi vào bờ, bắt buộc phải thiết kế chế tạo bằng thép chống ăn mòn đắt tiền.
Hoặc có thể gây ăn mòn turbine khí trong ngành công nghiệp điện khí, đầu độc xúc tác
trong ngành công nghiệp hóa dầu và ảnh hưởng đến màu sắc và chất lượng sản phẩm
trong các ngành sản xuất gốm sứ, gạch men, nhựa… [14]. Do đó, khí thiên nhiên từ
mỏ Cá Voi Xanh cần được xử lý để loại bỏ H2S và CO2 nhằm đáp ứng mục đích sử
dụng của khí thương phẩm (H2S  30 ppmv và CO2  8% vol theo đề nghị của
ExxonMobil).
Các phương pháp loại bỏ khí acid H2S và CO2 khỏi khí thiên nhiên thường được
sử dụng bao gồm: hấp thụ, hấp phụ, chưng cất ở nhiệt độ thấp và màng thẩm thấu. Tuy
nhiên, việc lắp đặt một hệ thống phức tạp với nhiều thiết bị và tiện ích mở rộng để hỗ
trợ các hoạt động cho một số phương pháp kể trên không thể thỏa mãn các ràng buộc
chính ứng dụng trên các giàn khai thác ngoài khơi là giới hạn về không gian và trọng
lượng [15].
Theo các nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà tư vấn công nghệ, các nhà cung
cấp thiết bị và các chuyên gia trong lĩnh vực khí thì công nghệ sử dụng màng thẩm

12. 2
thấu được đánh giá là hiệu quả và kinh tế nhất cho đến nay để loại bỏ khí acid ngoài
khơi do kích thước thiết bị nhỏ gọn, hoạt động dễ dàng và độ tin cậy cao, thân thiện
với môi trường hơn hệ thống loại bỏ khí acid bằng dung môi do sẽ không lo ngại đến
vấn đề làm sạch hóa chất từ đó làm giảm chi phí sản xuất [8], [11]. Bên cạnh đó,
phương pháp hấp thụ hóa học bằng dung môi Amine cũng thể hiện nhiều tính khả thi.
Với những phân tích nêu trên, tôi xin đề xuất chọn đề tài cho luận văn của mình
là “Nghiên cứu đề xuất công nghệ xử lý khí acid cho khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi
Xanh”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, mô phỏng nhằm đánh giá và đề xuất phương án công nghệ xử lý khí
acid cho khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi Xanh tại lô 118 thuộc địa phận huyện Núi
Thành, tỉnh Quảng Nam.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu gồm các đặc trưng cơ bản của khí mỏ Cá Voi Xanh, các
phương án công nghệ để xử lý khí acid và các công cụ của phần mềm mô phỏng.
4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu các đặc trưng cơ bản của khí mỏ Cá Voi Xanh
- Nghiên cứu lựa chọn các phương án công nghệ phù hợp để xử lý khí acid cho
khí mỏ Cá Voi Xanh.
- Sử dụng công cụ mô phỏng nhằm đánh giá và đề xuất phương án công nghệ tối
ưu nhằm xử lý khí acid cho khí thiên nhiên mỏ Cá Voi Xanh
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Việc sử dụng kết quả mô phỏng của phần mềm Hysys để lựa chọn loại sơ đồ
công nghệ tối ưu qua việc đánh giá tính khả thi về kỹ thuật và hiệu quả xử lý khí acid
cho khí thiên nhiên sẽ phần nào khẳng định tính hợp lý của các kết quả nghiên cứu
trên lý thuyết và thực tế.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ cho phép đánh giá và đề xuất phương án công
nghệ xử lý khí acid cho khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi Xanh, mở ra triển vọng khả thi
trong vận chuyển, tồn chứa, chế biến và sử dụng khí này trong ngành công nghiệp điện
khí và công nghiệp hóa dầu.

13. 3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ MỎ KHÍ CÁ VOI XANH
1.1. Tổng quan về khí thiên nhiên
1.1.1. Nguồn gốc
Tương tự như dầu mỏ, khí thiên nhiên được hình thành từ sự phân hủy xác động
thực vật và được giữ lại trong lỗ rỗng ở những tầng sâu hoặc từ những mỏ khí sâu.
Mỏ khí có độ biến tính cao hơn mỏ dầu nhưng cũng trải qua 4 giai đoạn hình
thành như sau:
- Tích đọng vật liệu hữu cơ ban đầu
- Biến đổi vật liệu ban đầu thành dầu khí
- Di chuyển đến nơi ở mới
- Biến đổi trong bồn chứa.
1.1.2. Thành phần khí thiên nhiên [3]
Khí thiên nhiên là một loại nhiên liệu khí hóa thạch, thành phần chủ yếu là khí
methane, ethane, cùng với các hydrocarbon (HC) nặng hơn và một số tạp chất như
H2S, CO2, Hg, kim loại, He, …
Tương tự như dầu mỏ, khí thiên nhiên là một hỗn hợp phức tạp có rất nhiều cấu
tử khác nhau, nhưng ít phức tạp hơn dầu mỏ. Về bản chất chúng đều có HC là thành
phần chính, chiếm từ 60%  90% thể tích. Ngoài ra còn chứa các hợp chất dị nguyên
tố là hợp chất chứa oxy, lưu huỳnh, các phức cơ kim và các khí trơ như N2, He, Ar, …
Thành phần hóa học của khí tự nhiên và khí đồng hành ở Việt Nam được thể hiện
trong bảng 1 dưới đây:
Bảng 1.1. Thành phần hóa học (% thể tích) của khí tự nhiên và
khí đồng hành ở một số mỏ khí của Việt Nam
Cấu Tử Tiền Hải Rồng Bạch Hổ Đại Hùng
N2 và CO2 6,42 1,49 0,72 4,50
CH4 87,64 84,77 71,59 77,25
C2H6 3,05 7,22 12,52 9,49
C3H8 1,14 3,46 8,61 3,83
n-C4H10 0,17 - 2,96 1,26
i-C4H10 0,12 1,76 1,75 1,34
C5H12
+
1,46 1,30 1,84 2,33
Qua những số liệu trong các bảng này, ta có thể dễ dàng nhận thấy những cấu tử
cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là methane, ethane, propane và butane.

14. 4
Trong đó methane là cấu tử chiếm chủ yếu (có thể đạt 98% theo thể tích). Thành phần
các cấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong khoảng rộng tùy theo các mỏ khí khai thác
và đều chứa các hàm lượng khí acid cần được quan tâm xử lý như H2S, CO2.
1.1.3. Phân loại khí thiên nhiên
1.1.3.1. Phân loại theo nguồn gốc
Hiện nay trên thế giới người ta đã phát hiện và khai thác mỏ khí với số lượng
ngày càng tăng và phân bố rộng khắp. Tuy vậy dựa theo nguồn gốc hình thành của khí,
ta có thể phân loại như sau:
- Khí thiên nhiên: Khí khai thác từ những mỏ khí riêng biệt, hoàn toàn không
chứa dầu mỏ kèm theo.
- Khí ngưng tụ (condensate): Loại trung gian giữa dầu và khí, bao gồm phần đuôi
của khí và phần đầu của dầu. điều kiện thường condensate này sẽ ở dạng lỏng
gọi là khí không ngưng.
- Khí đồng hành: Khí được khai thác cùng với quá trình khai thác dầu. Khí nằm
trong mỏ này có áp suất cao nên chúng hòa tan một phần trong dầu. Khi khai
thác lên, áp suất giảm, khí sẽ thoát ra và ta thu được khí đồng hành.
1.1.3.2. Phân loại theo hàm lượng khí acid
Phân loại khí dựa vào phần trăm thể tích của khí acid (CO2 và H2S) có trong mỏ
khí. Khí là khí chua nếu thành phần H2S chiếm lớn hơn 1% thể tích hoặc thành phần
CO2 chiếm lớn hơn 2% thể tích. Khí được gọi là khí ngọt nếu thành phần H2S nhỏ hơn
1% thể tích và thành phần CO2 nhỏ hơn 2% thể tích.
1.1.3.3. Phân loại theo hàm lượng C3
+
Theo hàm lượng C3
+
ta phân biệt khí béo và khí gầy. Khí béo là khí giàu C3, C4
và các hydrocacbon nặng (có khối lượng riêng lớn hơn 150 g/cm3
). Khí gầy là khí
chứa ít các hydrocacbon nặng (có khối lượng riêng nhỏ hơn 150 g/cm3
).
1.1.3.4. Phân loại theo hàm lượng C2
+
Hàm lượng C2
+
có trong khí thiên nhiên cũng là một tiêu chí để phân loại khí.
Bao gồm khí khô và khí ẩm.Khí khô là khí có thành phần C2
+
nhỏ hơn 10% thể tích.
Khí ẩm là khí có thành phần C2
+
lớn hơn hoặc bằng 10% thể tích.
1.1.4. Tiềm năng khí ở việt nam
Việt Nam được Thế Giới nhìn nhận là một quốc gia dầu khí non trẻ trong cộng
đồng các quốc gia dầu khí trên thế giới. Theo PetroVietNam, mỏ dầu Bạch Hổ và mỏ
Rồng thuộc vùng trũng Cửu Long đã và đang cho sản lượng khí đồng hành quan trọng
nhất. Ngoài ra, tiềm năng khí của Việt Nam tập trung ở 5 vùng trũng chính gồm: trũng
Sông Hồng, trũng Cửu Long, trũng Nam Côn Sơn, trũng Mã Lai-Thổ Chu và trũng
Phú Khánh, vẫn đang trong đoạn nghiên cứu và đánh giá một cách chi tiết. Đây là

15. 5
những vùng có khả năng cung cấp khí trong vài thập kỷ tới. Hiện nay chỉ có 2 trũng có
khả năng thương mại là trũng Cửu Long, trũng Nam Côn Sơn thuộc thềm lục địa phía
nam của nước ta.
1.2. Tổng quan về mỏ khí Cá Voi Xanh
1.2.1. Vị trí
Mỏ khí Cá Voi Xanh được phát hiện vào năm 2011 nằm ngoài khơi trong lô 118,
thuộc bể Sông Hồng, cách bờ biển miền Trung khoảng 100 km về phía Đông. Theo dự
kiến, mỏ khí sẽ được đưa vào khai thác từ năm 2023 với định hướng sử dụng để cung
cấp điện cũng như làm nguyên liệu cho công nghiệp hoá dầu. Trữ lượng thu hồi tại chỗ
ước tính vào khoảng 150 tỷ m3
, gấp 3 lần mỏ Lan Tây và Lan Đỏ, lớn nhất Việt Nam
tại thời điểm hiện tại. Dự án khai thác mỏ khí Cá Voi Xanh được coi là “siêu dự án”
mở ra triển vọng mới cho ngành công nghiệp khí Việt Nam [14].
Hình 1.1. Vị trí mỏ Cá Voi Xanh
1.2.2. Tầm quan trọng của dự án
- Đối với nguồn năng lượng khu vực
Dự án khí Cá Voi Xanh là dự án khí lớn nhất tại Việt Nam cho tới nay. Dự tính
khi đưa vào khai thác, dự án sẽ cung cấp nguồn khí thiên nhiên đặc biệt quan trọng, sử
dụng cho các nhu cầu phát điện, hóa dầu, cũng như là động lực phát triển các ngành
công nghiệp địa phương, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng cho đất nước, thêm
động lực phát triển kinh tế địa phương, và tạo nhiều việc làm cho khu vực. Nguồn khí

16. 6
Cá Voi Xanh sẽ được sử dụng cho 4 nhà máy nhiệt điện khí, với tổng công suất 3.000
MW (công suất mỗi nhà máy 750 MW). Trong đó, hai nhà máy được xây tại xã Tam
Quang, huyện Núi Thành (Quảng Nam) và hai nhà máy sẽ xây ở khu kinh tế Dung
Quất, thuộc địa phận xã Bình Thạnh (Bình Sơn).
- Đối với sự phát triển kinh tế đất nước
Khai thác dầu khí tại đây ước tính hằng năm có thể mang về 24 tỷ USD cho ngân
sách Nhà nước (theo Petro Việt nam), đóng vai trò quan trọng đóng góp vào ngân sách
nhà nước, mang lại nguồn ngoại tệ lớn cho quốc gia, làm cân đối hơn cán cân xuất,
nhập khẩu thương mại quốc tế, góp phần tạo nên sự phát triển ổn định đất nước [15].
1.2.3. Thành phần
Về thành phần, khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi Xanh có hàm lượng tạp chất cao, có
thể kể đến là CO2, H2S, và N2. Thành phần mỏ khí Cá Voi Xanh được cho trong bảng
sau [8].
Bảng 1.2. Thành phần mỏ khí Cá Voi Xanh
Thành phần Hàm lượng (phần mol)
N2 0,1
CO2 0,3
H2S 0,002
C1 0,58
C2 0,01
C3 0,003
iC4 0,001
nC4 0,0015
iC5 0,0005
nC5 0,0004
C6 0,0006
C7 0,001
Tổng 1

17. 7
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÍ KHÍ ACID
2.1. Tác hại của khí acid
H2S và CO2 là những khí acid có mặt trong khí thiên nhiên, khi có mặt của hơi
nước sẽ có tính ăn mòn rất cao, nhanh chóng phá hủy đường ống và các thiết bị trong
quá trình vận chuyển khí từ giàn khai thác vào bờ và tồn chứa.
Ngoài ra, H2S rất độc dù có mặt với hàm lượng nhỏ và gây nguy hại đối với sức
khỏe con người, đe dọa đến cuộc sống.
CO2 làm giảm nhiệt trị của khí thiên nhiên và giảm công suất đường ống.
2.2. Các phương pháp xử lý khí acid
2.2.1. Phương pháp hấp thụ
Phương pháp hấp thụ là phương pháp phổ biến để khử thô khí.
Có thể chia làm 2 nhóm chính: hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học.
2.2.1.1. Hấp thụ vật lý
Phương pháp này thường được sử dụng khi khí acid có áp suất riêng phần cao và
khí không chứa nhiều HC nặng [3]. Dung môi vật lý thường dùng như: dimethyl ether
polyethylene glycol (DMEPEG), N-methyl pyrrolidone (NMP).
Bảng 2.1. Tính chất vật lý của một số dung môi vật lý [3]
Tính chất
Propylene
carbonate
DMEPEG NMP
Nhiệt độ sôi, 0
C 242 151 275
Nhiệt độ nóng chảy, 0
C - 49 22 ÷ 29 24
Khối lượng riêng ở 250
C, kg/m3
1200 1000 1000
Khối lượng phân tử 102 280 99
Độ nhớt ở 250
C, Pa.s 6,64.10-6
5,8.10-3
1,857
Áp suất hơi bão hoà ở 25o
C, Pa 0,666 1,33 133,3
Nhiệt dung riêng, KJ/(kg.độ) 2,43 (ở 250
C) 1,67 (ở 200
C)
Ưu điểm:
-Các chất hấp thụ không sủi bọt, không ăn mòn thiết bị.
-Khi áp suất riêng phần các hợp chất acid cao thì chi phí đầu tư và vận hành ít
hơn so với phương pháp hoá học.
-Việc tái sinh chất hấp thụ vật lý trong nhiều trường hợp không cần cấp nhiệt mà
chỉ cần giảm áp suất trong hệ thống.

18. 8
Nhược điểm:
- Các dung môi được sử dụng hấp thụ tương đối tốt các HC nên mất mát HC lớn
- Việc làm sạch triệt để khí trong nhiều trường hợp chỉ được thoả mãn sau khi xử
lý bằng phương pháp hấp thụ hoá học
- Sơ đồ công nghệ với nhiều thiết bị quá cồng kềnh nên không phù hợp để xử lý
các mỏ khí offshore.
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quá trình Selexol [3]
2.2.1.2. Hấp thụ hoá học
Các dung môi hoá học thường được sử dụng là các dung môi amine gồm : MEA,
DEA, DIPA, MDEA, ….
Ưu điểm:
- Đảm bảo làm sạch triệt để H2S và CO2.
- Độ hoà tan các HC trong các chất hấp thụ này không cao nên giảm mất mát HC
- Thiết bị của quá trình đơn giản và bền nên vốn đầu tư thấp
Nhược điểm:
- Mức độ tách RSH và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác không cao.
- Tương tác của RSH, COS và CS2 với một vài dung môi tạo thành các hợp chất
hoá học không tái sinh được.
- Cần có bậc tuần hoàn dung môi cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn.

19. 9
- Chất hấp thụ và sản phẩm tương tác của chúng với các tạp chất chứa trong khí
nguyên liệu có tính ăn mòn cao.
Bảng 2.2. Tính chất hoá lý cơ bản của các dung môi amine [3]
MEA DEA MDEA
Khối lượng phân tử 61,09 105,14 119,17
Điểm chảy. 0
C 10,5 28,0 -23,0
Nhiệt độ sôi, 0
C/101325 Pa 170,6 269,2 247,4
Tỉ trọng, 20/200
C) 1,0179 1,0919 1,0418
Độ nhớt tuyệt đối ở 200
C (Pa.s) 0,0241 0,38 (ở 300
C) 0,1010
Nhiệt trị ở 15,60
C (J/kg.s.K) 2544 2510 2238
Điểm chớp cháy (0
C) 93,3 137,8 185,0
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quá trình khử acid cho khí bằng dung môi
hấp thụ amine [3]
2.2.2. Phương pháp hấp phụ
Phương pháp hấp phụ là phương pháp thường được sử dụng để khử tinh khí
trong trường hợp dòng khí có lưu lượng không quá cao, nồng độ khí acid thấp và
khí.[3]
Quá trình này sử dụng chất hấp phụ rắn có cấu trúc xốp với các mao quản rất nhỏ
để tạo bề mặt riêng thật lớn, từ đó có thể giữ lại một cách chọn lọc trên bề mặt và trong
các mao quản các cấu tử cần tách.

20. 10
Ưu điểm: sản phẩm có độ sạch rất cao
Hạn chế: không sử dụng phù hợp đối với nguồn khí có lưu lượng lớn và chứa
hàm lượng tạp chất lớn.
Hình 2.3. Sơ đồ quá trình khử acid bằng hấp phụ [3]
2.2.3. Phương pháp thẩm thấu khí
Phương pháp thẩm thấu thường được sử dụng để tách khí acid khi áp suất riêng
phần của chúng trong nguồn khí cao. Dưới tác dụng của áp suất, các cấu tử khác nhau
của khí hoặc sẽ thẩm thấu qua màng lọc hoặc không, từ đó quá trình tách được thực
hiện. Để quá trình diễn ra hiệu quả, màng lọc phải đảm bảo thẩm thấu thật tốt đối với
các tạp chất cần tách và gần như không thẩm thấu methane.
Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của màng lọc [11]
Hiện nay, phương pháp thẩm thấu sử dụng màng lọc là các lớp mỏng cao phân tử
không có lỗ xốp mà qua các lớp này, quá trình thẩm thấu sẽ được thực hiện nhờ hòa
tan và khuếch tán. Hợp chất cao phân tử này phải thẩm thấu rất tốt đối với các cấu tử

21. 11
cần tách hay có độ chọn lọc tốt. Các hợp chất cao phân tử thường sử dụng là dẫn xuất
của cellulose acetate, polyethersulfones, polyimides, polyamides, …
Ưu điểm :
- Không có sự chuyển pha cũng như thay đổi nhiệt độ nên ít tiêu tốn năng lượng
- Khả năng thích nghi cao: sự thay đổi thành phần khí không làm thay đổi thông
số kỹ thuật hệ thống màng.
- Chi phí đầu tư, vận hành thấp.
- Chiếm ít diện tích, phù hợp cho các môi trường làm việc offshore.
- Ít tác động đến môi trường do không chứa các phụ gia hoá học, khí sản phẩm
đạt chất lượng tốt.
Nhược điểm :
- Có vấn đề về đóng cặn.
- Quá trình không vận hành khi áp suất riêng phần CO2 thấp
Có 2 loại màng lọc:
- Loại màng lọc phẳng: Gồm 1
màng lọc quấn quanh theo đường
xoắn ốc một ống hình trụ có lỗ ở
giữa. Hỗn hợp khí nguyên liệu sẽ đi
vào một đầu thiết bị, một số cấu tử
cần tách sẽ thẩm thấu qua các màng
lọc và sẽ đi vào các lỗ trống của ống
góp ở giữa để đi ra ngoài.
Hình 2.5. Cấu tạo màng lọc phẳng
- Loại chùm sợi rỗng: Các sợi rỗng có đường
kính rất bé (khoảng 300 µm), khoảng cách
giữa các sợi còn bé hơn (khoảng 50 ÷ 100
µm). Hỗn hợp khí nguyên liệu sẽ đi bên ngoài
các sợi rỗng này. Bề mặt riêng của loại màng
lọc này rất lớn, có thể đạt đến 1000 m2
/m3
.
Hình 2.6. Cấu tạo màng chùm sợi rỗng

22. 12
2.2.4. Phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp
Người ta có thể sử dụng phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp để tách CO2 khi
nồng độ của khí tạp này trong khí thô cao [3]. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp CO2 sẽ kết
tinh (điểm ba là -56,57 o
C).
Có 2 cách để giải quyết khó khăn này :
- Sử dụng phụ gia là một HC nhẹ (quá trình Ryan-Holme)
- Sử dụng một tháp chưng cất đặc biệt (quá trình CFZ - Controlled Freezing
Zone)
Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ của quá trình Ryan-Holme
Hình 2.8. Sơ đồ công nghệ của quá trình CFZ

23. 13
Tuy nhiên quá trình Ryan-Holme và CFZ của phương pháp chưng cất ở nhiệt độ
thấp rất phức tạp về mặt công nghệ, dường như chưa được ứng dụng trong công
nghiệp.

24. 14
CHƯƠNG 3
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ ACID CHO
KHÍ MỎ CÁ VOI XANH
Khí mỏ Cá Voi Xanh có những đặc trưng kỹ thuật sau:
- Lưu lượng khí nguyên liệu lớn: tối thiểu 7 tỷ m3
/năm
- Hàm lượng khí acid cao: 2500 ppmv H2S, 30% thể tích CO2
- Yêu cầu chất lượng khí sản phẩm vào bờ : H2S < 30 ppmv, CO2  8% vol
Qua phần tổng quan ở chương 2, chúng ta hoàn toàn có cơ sở khoa học để phân
tích và lựa chọn các phương pháp công nghệ phù hợp nhằm xử lí khí acid cho mỏ khí
Cá Voi Xanh. Trong đó:
- Phương pháp hấp thụ vật lý không phù hợp để xử lý các mỏ khí offshore
như mỏ khí Cá Voi Xanh do sơ đồ công nghệ với nhiều thiết bị quá cồng
kềnh; ngoài ra với phương pháp khử thô này không thể đảm bảo tiêu chí về
hàm lượng H2S rất nhỏ của dòng khí sản phẩm;
- Phương pháp hấp phụ không thoả mãn cả tiêu chí về khả năng xử lý lưu
lượng khí quá lớn (lưu lượng khí cần xử lý chỉ có thể dao động trong
khoảng 3 triệu ft3
chuẩn/ngày) và cả tiêu chí về hàm lượng khí acid quá lớn
trong dòng nguyên liệu đầu vào.
Như vậy, ta sẽ chỉ đi sâu phân tích 2 phương pháp là hấp thụ hoá học bằng dung
môi amine và phương pháp thẩm thấu để xem xét mức độ phù hợp của từng phương
pháp cho việc xử lí khí acid cho mỏ khí Cá Voi Xanh, thoả mãn các yêu cầu đã đề ra.
3.1. Phương pháp hấp thụ hoá học bằng dung môi amine
Như đã trình bày ở chương 2, đây là phương pháp khử tinh khí acid với việc sử
dụng nhiều loại dung môi amine có các tính năng kỹ thuật khác nhau được so sánh
trong bảng 3.1, trong đó dung môi Methyl DiEthanol Amine (MDEA) là dung môi rất
tiềm năng, mới được nghiên cứu sử dụng gần đây, với nhiều ưu điểm như : Hoạt tính
hóa học mạnh, hoàn toàn có thể thỏa mãn tiêu chí về chất lượng khí sản phẩm với hàm
lượng H2S rất nhỏ, có thể sử dụng dung môi này ở nồng độ cao nên cho phép giảm lưu
lượng và bội số tuần hoàn dung môi, giảm chi phí, tăng tính kinh tế cho quá trình. Đặc
biệt, đối với các mỏ khí offshore như nguồn khí Cá Voi Xanh, phương pháp hấp thụ
hoá học bằng dung môi amine lại mang tính khả thi do sơ đồ công nghệ của phân
xưởng xử lý khí acid bằng dung môi amine khá đơn giản và thiết bị bền nên vốn đầu tư
thấp.

25. 15
Bảng 3.1. So sánh các amine sử dụng cho quá trình hấp thụ hoá học [3]
MEA DGA DEA DIPA MDEA
Nồng độ, %wt 15 – 20 45 – 65 20 – 35 30-40 40 – 55
Khả năng hấp thụ khí
acid, mol/h
49,8 58,6 87,5
Chi phí Cao Trung bình Thấp Thấp Rất thấp
Ăn mòn Cao Trung bình Trung bình Thấp Rất thấp
Nồng độ CO2 Thấp Thấp Thấp Thấp Thấp
Nồng độ H2S Không có Không có Không có Không có Không có
Khối lượng phân tử 61,8 105,14 105,14 133,19 119,17
Xu hướng tạo bọt Thấp Thấp Thấp Trung bình Cao
Mol Acid/mol dung môi 0,35 0,25 - 0,35 0,5 - 0,7
Phụ thuộc
vào khí acid
> 0,45
Nhiệt độ đông đặc, o
F 15 -40 20 16 -25
Hiện nay, có 3 nhà bản quyền là UOP, BASF, Uhde xác nhận là cung cấp được
công nghệ xử lí khí acid bằng anime cho dòng khí từ mỏ Cá Voi Xanh cho cả 2 trường
hợp loại bỏ chọn lọc H2S và loại bỏ đồng thời H2S và CO2 [1]. Ta lựa chọn công nghệ
của nhà bản quyền BASF với dung môi sử dụng là MDEA.
3.2. Phương pháp thẩm thấu
Theo các nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà tư vấn công nghệ, các nhà cung
cấp thiết bị và các chuyên gia thì công nghệ sử dụng màng thẩm thấu được đánh giá là
hiệu quả và kinh tế nhất cho đến nay để loại bỏ CO2. Đây là phương pháp lý tưởng cho
các mỏ khí ngoài khơi, có địa hình không thuận lợi, thân thiện với môi trường hơn
phương pháp sử dụng dung môi luôn phải đối mặt với vấn đề xử lý hóa chất.
Hình 3.1. So sánh hiệu quả sử dụng của các công nghệ loại bỏ CO2 [9]
Các nhân tố được lựa chọn đánh giá trong hình 3.1 gồm: chi phí đầu tư, chi phí
sản xuất, hiệu quả loại bỏ CO2, độ bền, kích thước thiết bị, độ thân thiện môi trường.

26. 16
Phương pháp màng thẩm thấu có rất nhiều những ưu điểm như sau:
- Chi phí vốn thấp: hệ thống màng là skid gắn kết và do đó phạm vi, chi phí và
thời gian thực hiện để chuẩn bị là tối thiểu. Chi phí lắp đặt thấp hơn so với các công
nghệ khác, đặc biệt vị trí lắp đặt ngoài khơi, rất xa đất liền.
- Chi phí vận hành thấp: Chi phí vận hành chủ yếu chi phí để thay thế màng. Chi
phí này thấp hơn so với việc thay thế dung môi và chi phí năng lượng trong nhà máy
đối với các công nghệ truyền thống. Những cải tiến trong cấu tạo màng lọc và thiết kế
xử lý sơ bộ khí cho phép tăng thời gian sống của màng, giúp giảm hơn nữa chi phí vận
hành.
- Hoàn nhanh vốn đầu tư: Thông thường, các hợp đồng mua bán mặt hàng khí
tăng giảm theo thời gian. Các hệ thống màng rất linh động, thích hợp với việc tăng
giảm năng suất.
- Sử dụng không gian hiệu quả: xây dựng các khối hệ thống màng lọc (Skid) có
thể được tối ưu hóa sử dụng rất có hiệu quả không gian có sẵn. Điều này đặc biệt quan
trọng đối với môi trường làm việc ngoài khơi, xa rất liền, việc lắp đặt và bố trí khá khó
khăn, và đây là lý do tại sao rất nhiều nước phát triển đã được lựa chọn phương pháp
sử dụng màng lọc để loại bỏ khí acid ở ngoài khơi. Hình 2.4 minh họa việc sử dụng
hiệu quả không gian của hệ thống màng so với hệ thống sử dụng dung môi amine.
Hình 3.2. Hình thể hiện việc sử dụng hiệu quả không gian của Skid [11]
- Hoạt động đơn giản và độ tin cậy cao: Bởi vì hệ thống màng không có bộ phận
chuyển động, hầu như không có thời gian chết đột xuất và rất đơn giản để hoạt động.
Có thể hoạt động không cần giám sát trong thời gian dài

27. 17
- Khả năng thích nghi cao: sự thay đổi nhỏ trong thành phần khí acid nguyên liệu
hầu như không làm thay đổi thông số kỹ thuật của hệ thống màng.
- Thiết kế hiệu quả: Hệ thống màng và tiền xử lý tích hợp một số hoạt động khác,
chẳng hạn như loại nước ngoài nhiệm vụ chính là loại bỏ CO2 và H2S, hệ thống màng
lọc có thể kiểm soát sương điểm của dòng và loại bỏ thủy ngân so với các phương
pháp xử lý khí acid truyền thống.
- Thân thiện với môi trường: hệ thống màng tránh việc loại bỏ định kỳ và xử lý
dung môi hoặc các chất hấp phụ. Ngoài ra, khí thẩm thấu được sử dụng để cung cấp
khí nhiên liệu cho phát điện, hoặc cung cấp năng lượng cho một máy nén hoặc thiết bị
khác, hoặc tái bơm vào giếng. [8]
Sơ đồ công nghệ quá trình xử lý khí acid bằng màng lọc
Sơ đồ công nghệ xử lý bằng màng lọc đơn giản nhất là sơ đồ 1 giai đoạn (Hình
3.3). Dòng thẩm thấu qua màng (permeate) có nồng độ khí acid cao và dòng giàu HC
(retentate) là khí sản phẩm.
Hình 3.3. Sơ đồ công nghệ 1 giai đoạn
Đối với các sơ đồ loại bỏ khí acid ở mức cao, thì sẽ có một lượng đáng kể các
HC thẩm thấu qua màng và bị mất mát. Do đó hệ thống màng lọc nhiều giai đoạn giúp
thu hồi một lượng đáng kể HC bị thẩm thấu qua màng. Ví dụ đối với hệ thống hai gia
đoạn (hình 3.4) cho thấy chỉ có một phần HC bị mất, phần còn lại được hồi lưu về
nguyên liệu ban đầu.

28. 18
Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ 2 giai đoạn
Công nghệ 2 giai đoạn dựa trên công nghệ 1 giai đoạn nhưng dòng Permeate lại
được tiếp tục đưa qua màng lọc thứ 2 để tăng hiệu quả tách và thu hồi HC bị thất thoát,
cho hồi lưu lại cùng với dòng nguyên liệu ban đầu, công nghệ này đòi hỏi bổ sung
thêm một máy nén (áp suất giảm mạnh khi đi qua màng lọc) và hệ thống làm mát nên
cần phải xét hiệu quả của việc thu hồi HC so với việc đầu tư máy nén có mang lại kinh
tế hay không.
Phương án thẩm thấu ba giai đoạn bị loại bỏ vì ứng với mỗi màng lọc đòi hỏi một
máy nén để tăng áp suất của các dòng permetate trước khi đưa đi hồi lưu do đó làm
tăng mạnh chi phí của quá trình. [6]
Ngoài ra còn có công nghệ 2 bước (Hình 3.5) dựa trên công nghệ 1 giai đoạn,
nhưng sẽ cho sản phẩm có độ tinh khiết cao hơn vì dòng Retentate đi ra khỏi màng thứ
nhất sẽ được tiếp tục đưa sang màng thứ hai. Tại màng thứ hai dòng Retentate sẽ được
lấy ra ngoài, dòng Permeate chứa chủ yếu CO2 và các HC bị kéo theo sau khi nâng áp
và làm mát sẽ được hồi lưu lại với dòng nguyên liệu.
Hình 3.5. Sơ đồ công nghệ 2 bước

29. 19
Tóm lại, qua phân tích ở trên, hai phương pháp thích hợp để xử lý khí acid cho
khí thiên nhiên từ mỏ Cá Voi Xanh là hấp thụ bằng dung môi hóa học và màng thẩm
thấu. Và để có thể đề xuất phương án tối ưu để xử lý khí acid cho mỏ khí Cá Voi
Xanh, chúng ta sẽ tiến hành mô phỏng các sơ đồ công nghệ ứng với mỗi phương án và
đánh giá dựa vào các kết quả trích xuất được từ bộ phần mềm Aspen One.

30. 20
CHƯƠNG 4
TỔNG QUAN BỘ PHẦN MỀM ASPEN ONE
4.1. Giới thiệu phần mềm Aspen Custom Modeler
Aspen Custom Modeler (ACM) là một môi trường mô phỏng và phát triển mô
hình quá trình và thiết bị. Nó xây dựng một môi trường mô hình hóa cho phép người
dùng viết một hoặc nhiều mô hình dưới dạng tập hợp các phương trình đại số và vi
phân phi tuyến tính.
Phần mềm cho phép người dùng nhanh chóng tạo ra các mô hình thiết bị xử lý và
áp dụng các mô hình thiết bị này để mô phỏng và tối ưu hóa các quy trình. ACM kiểm
tra tính nhất quán của phép đo, kiểm tra mức độ tự do và giải quyết tập hợp các
phương trình thông qua một bộ giải định hướng phương trình. Mô hình có thể ở trạng
thái ổn định (tĩnh) hoặc động. Bên cạnh đó, các mô hình này có thể được liên kết để sử
dụng trong Aspen Plus hoặc Aspen HYSYS chỉ bằng một vài thao tác đơn giản [4].
Hình 4.1. Nguyên lý làm việc của phần mềm ACM
Phát triển và thử
nghiệm mô hình
trong ACM
Xuất mô hình từ
ACM
Cài đặt mô hình
vào máy tính
Sử dụng mô
hình trong phần
mềm Aspen
Plus/Aspen
HYSYS

31. 21
Hình 4.2. Giao diện làm việc phần mềm ACM
4.2. Giới thiệu phần mềm Aspen Properties Desktop
Vì quá trình mô phỏng đòi hỏi phải kết hợp nhiều phần mềm khác nhau nên để
thuận lợi cho quá trình tính toán, ta sử dụng phần mềm Aspen Properties Desktop
V10 xây dựng hệ cấu tử và phương trình nhiệt động dùng chung cho toàn bộ quá trình.
Hình 4.3. Giao diện làm việc phần mềm Aspen Properties.
4.3. Giới thiệu phần mềm Aspen HYSYS
HYSYS là phầm mềm chuyên dụng dùng để tính toán và mô phỏng công nghệ
được dùng cho chế biến dầu và khí, trong đó các quá trình xử lý và chế biến khí được

32. 22
sử dụng nhiều nhất.
HYSYS là một phần mềm có khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ
chính xác cao, đồng thời cung cấp nhiều thuật toán sử dụng, trợ giúp trong quá trình
tính toán công nghệ, khảo sát các thông số trong quá trình thiết kế nhà máy chế biến
khí. Ngoài thư viện có sẵn, HYSYS cho phép người sử dụng tạo các thư viện riêng rất
thuận tiện cho việc sử dụng. Bên cạnh đó, HYSYS còn có khả năng tự động tính toán
các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đây chính là điểm mạnh của HYSYS
giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử dụng những dữ liệu ban
đầu khác nhau.
Hình 4.4. Giao diện làm việc phần mềm HYSYS
4.4. Giới thiệu phần mềm Aspen Process Economic Analyzer
Aspen Process Economic Analyzer là phần mềm mô phỏng để tính toán và đưa
ra kết quả chi phí cho toàn bộ dự án. Phần mềm có thể kết nối trực tiếp với các phần
mềm mô phỏng khác thuộc bộ phần mềm Aspen One như: HYSYS, Aspen Plus,…
cũng như một số phần mềm mô phỏng bên ngoài khác như: ProII, Simsci,… Trong
phạm vi thực hiện đồ án này, để thuận tiện ta sử dụng phần mềm Aspen Process
Economic Analyzer đã được tích hợp sẵn trong phần mềm HYSYS để trực tiếp tính
toán chi phí của dự án.

33. 23
Hình 4.5. Môi trường làm việc của phần mềm Aspen Process Economic Analyzer
Hình 4.6. Đánh giá tính kinh tế trực tiếp trên phần mềm HYSYS

34. 24
CHƯƠNG 5
MÔ PHỎNG CÁC PHƯƠNG ÁN KHẢ THI NHẰM LOẠI BỎ KHÍ ACID
CHO KHÍ MỎ CÁ VOI XANH
5.1. Mô phỏng phương án sử dụng màng thẩm thấu (membrane)
5.1.1. Thuật toán quá trình mô phỏng
Do phần mềm HYSYS không hỗ trợ công cụ mô phỏng màng thẩm thấu nên ta
phải sử dụng phần mềm Aspen Custom Model để thiết lập và trích xuất vào HYSYS
theo sơ đồ thuật toán sau:
5.1.2. Các bước tiến hành mô phỏng
5.1.2.1. Tạo hệ cấu tử và lựa chọn phương trình nhiệt động
Tại tab Components ta tiến hành lựa chọn các cấu tử cần sử dụng.
Hình 5.1. Lựa chọn các cấu tử
Sử dụng HYSYS mô phỏng quá trình xử lí khí acid bằng Membrane
Trích xuất dữ liệu Membrane từ ACM sang HYSYS
Sử dụng phần mềm Aspen Custom Model để mô phỏng tạo ra Membrane
Tạo hệ cấu tử sử dụng cho toàn bộ quá trình bằng phần mềm Aspen Properties
Desktop

35. 25
Tiếp theo đó ta chuyển sang tab Methods để lựa chọn phương trình nhiệt động
Hình 5.2. Lựa chọn hệ phương trình nhiệt động.
Sau khi hoàn thành xong các bước trên, ta tiến hành Save và dùng file này để làm
dữ liệu đầu vào cho phần mềm ACM và HYSYS.
5.1.2.2. Sử dụng phần mềm ACM mô phỏng Membrane
Trong tab Component List chọn Configure Properties Use Aspen property
System Import Aspen Properties file và chọn đường dẫn đến file mà ta vừa tạo
bằng phần mềm Aspen Properties Desktop V10.
Hình 5.3. Nhập dữ liệu đầu vào cho phần mềm ACM
Tải bản FULL (75 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

36. 26
Tiếp theo, trong tab Custom Modeling chọn Models Add Model rồi tiến hành
đặt tên cho Model mới tạo này, ở đây ta tạm đặt là Membrane.
Hình 5.4. Tạo model Membrane
Lúc này, phần mềm yêu cầu chúng ta phải nhập lập trình cho model. Ngôn ngữ lập
trình được sử dụng ở đây là ngôn ngữ tham chiếu của ACM. Các phương trình, biến và
tham số của mô hình membrane phải được khai báo trong phần đầu tiên. Trong mô
hình này, các khai báo gồm có :
 NCells : Số lõi lọc
 A : Tổng diện tích màng, m2
 L() : Hệ số thẩm thấu của từng cấu tử, m3
/m2
.h.bar
 Lmol() : Hệ số thẩm thấu của từng cấu tử tính theo mol, kmol/m2
.h.bar
 PPerm : Áp suất dòng khí qua màng, bar
 ACell : Diện tính của mỗi lõi lọc, m2
 FRet() : Lưu lượng mol của dòng khí không qua màng mỗi lõi lọc, kmol/h
 FPerm() : Lưu lượng mol của dòng khí qua màng mỗi lõi lọc, kmol/h
 ZRet() : Phần mol của từng cấu tử trong dòng khí không qua màng sau mỗi lõi lọc
 ZPerm() : Phần mol của từng cấu tử trong dòng khí qua màng sau mỗi lõi lọc
 Jmol() : Lưu lượng mol của từng cấu tử trong dòng khí qua màng sau mỗi lõi lọc
 RhoRet : Nồng độ dòng khí không qua màng
 RhoPerm : Nồng độ dòng khí qua màng
Tải bản FULL (75 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

37. 27
Chi tiết đoạn mã xin tham khảo phụ lục đính kèm.
Hình 5.5. Nhập code cho Model Membrane.
Sau khi tiến hành nhập code xong, ta nhấn phím F8 để tiến hành chạy code, nếu
không báo lỗi thì có nghĩa code của chúng ta đã hoạt động ổn định.
Tiếp theo đó ta đóng cửa sổ code, click chuột vào model Membrane vừa tạo và
chọn Add Icon để tạo biểu tượng mô hình Membrane theo ý muốn.
Hình 5.6. Tạo biểu tượng cho Model Membrane
eb7d241c