Tính toán sơ bộ các thông số cơ bản của tháp hấp phụ làm khô khí với công suất 6 triệu m3khí/ngày đêm

Ch­¬ng 1. Tæng quan vÒ khÝ 1.1. Nguån gèc h×nh thµnh dÇu khÝ X¸c ®éng thùc vËt, chñ yÕu lµ c¸c lo¹i t¶o phï du sèng trong n­íc biÓn ®· tÝch tô vµ bÞ ch«n vïi trong c¸c líp ®Êt ®¸ trÇm tÝch, tr¶i qua hµng triÖu n¨m, chóng bÞ vi khuÈn ph©n huû t¹o thµnh dÇu vµ khÝ tù nhiªn. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi nµy chia lµm ba giai ®o¹n: BiÕn ®æi sinh häc bëi c¸c vi khuÈn. BiÕn ®æi ho¸ häc d­íi c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa ho¸ thÝch hîp. Sù di chuyÓn vµ tÝch tô dÇu, khÝ trong c¸c má. Trong giai ®o¹n ®Çu nh÷ng phÇn dÔ bÞ ph©n huû nh­ Albumin cã trong x¸c ®éng thùc vËt, bÞ ph©n huû bëi vi khuÈn ­a khÝ t¹o thµnh c¸c khÝ vµ tho¸t ra ngoµi . Nh÷ng phÇn khã ph©n huû h¬n bÞ ch«n vïi ngµy cµng s©u trong lßng ®Êt. Trong qu¸ tr×nh nµy chóng chÞu sù ph©n huû cña c¸c vi khuÈn yÕm khÝ. ë giai ®o¹n biÕn ®æi ho¸ häc tiÕp theo, vËt liÖu h÷u c¬ cßn l¹i, chñ yÕu lµ c¸c chÊt lipit, nhùa, s¸p, terpen, axit bÐo tham gia c¸c ph¶n øng ho¸ häc d­íi t¸c dông xóc t¸c cña c¸c chÊt v« c¬ trong ®Êt ®¸, ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt lín hµng tr¨m, thËm chÝ hµng ngh×n atm, ë vµi tr¨m ®é b¸ch ph©n. C¸c chÊt v« c¬ kh¸c nhau, ®Æc biÖt lµ aluminosilicat, cã thÓ ®ãng vai trß xóc t¸c. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi ho¸ häc nµy x¶y ra rÊt chËm. Cµng xuèng s©u, thêi gian cµng lín, sù biÕn ®æi ®ã cµng s©u h¬n theo h­íng sau: Hîp chÊt phøc t¹p => Hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n h¬n . Hîp chÊt th¬m phøc t¹p => Hîp chÊt th¬m ®¬n gi¶n hoÆc c¸c hîp chÊt ®¬n gi¶n nh­ c¸c parafin . Hîp chÊt ph©n tö l­îng lín => Hîp chÊt ph©n tö l­îng bÐ. Song song víi qu¸ tr×nh ph©n huû c¸c hîp chÊt h÷u c¬ cã khèi l­îng ph©n tö l­îng lín thµnh c¸c hîp chÊt cã khèi l­îng ph©n tö nhá lµ qu¸ tr×nh ng­ng tô, kÕt hîp c¸c hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n thµnh nh÷ng hîp chÊt h÷u c¬ phøc t¹p h¬n nh­: Nhùa, asphalten … Chóng bÞ kÕt tña vµ bÞ sa l¾ng hoÆc t¹o keo trong khèi chÊt láng h÷u c¬. TËp hîp c¸c ph¶n øng ®Þa ho¸ häc ®· biÕn dÇn c¸c hîp chÊt h÷u c¬ thµnh dÇu má vµ khÝ tù nhiªn. DÇu má sinh ra ë d¹ng láng vµ di chuyÓn tõ n¬i nµy sang n¬i kh¸c, bÞ tÝch tô thµnh c¸c tói dÇu trong nh÷ng tÇng ®¸ ®Æc khÝt .Thêi gian cµng dµi chóng cµng bÞ ch«n vïi s©u, chÞu nh÷ng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh¾c nghiÖt h¬n, t¹i ®ã x¶y ra c¸c ph¶n øng cracking dÇu má, kÕt qu¶ lµ t¹o ra cµng nhiÒu khÝ tù nhiªn. Do vËy, má khÝ th­êng n»m s©u h¬n c¸c má dÇu vµ cã tuæi lín h¬n má dÇu . 1.2. Kh¸i niÖm vµ ph©n lo¹i khÝ 1.2.1. Kh¸i niÖm 1.2.1.1. KhÝ thiªn nhiªn KhÝ thiªn nhiªn lµ c¸c khÝ hydrocacbon hä parafin tõ C1-C4, ®­îc khai th¸c tõ c¸c má khÝ. Chóng th­êng tån t¹i thµnh tõng tói khÝ riªng biÖt hoÆc cïng tån t¹i ë trªn c¸c líp dÇu má. Mªtan lu«n lµ hîp phÇn chñ yÕu cña khÝ thiªn nhiªn. Ngoµi ra trong khÝ thiªn nhiªn cßn chøa l­u huúnh vµ c¸c khÝ tr¬ kh¸c nh­ He, Ar… vµ h¬i n­íc. KhÝ thiªn nhiªn ë trong má th­êng chøa h¬i n­íc b·o hoµ, khÝ khai th¸c ®­îc còng b·o hoµ h¬i n­íc, nh­ng còng cã thÓ chøa Ýt h¬i n­íc h¬n. Trong mét sè tr­êng hîp ph¶i lo¹i bít n­íc. N­íc cã thÓ t¹o thµnh c¸c hydrat hydrocacbon cã thµnh phÇn nH2O.mCH ë d¹ng r¾n nÕu nhiÖt ®é ®ñ thÊp, c¸c hydrat hydrocacbon nµy cã thÓ lµm t¾c ®­êng èng dÉn khÝ. B¶ng 1.1. Thµnh phÇn khÝ thiªn nhiªn mét sè má khÝ (%V) CÊu tö  Má Ureng«i  Má Saratov  Má Lan T©y  Má Lan §á   CH4  97,9  94,7  88,5  93,9   C2H6  0,2  1,8  4,3  2,3   C3H8  0,1  0,2  2,4  0,5   i-C4H10  0  0  0,6  0,1   n-C4H10  0  0,1  0,6  0,1   C5+  0  0  1,4  0,2   N2  1,5  0,2  0,3  1,6   CO2  0,3  3  1,9  1,2   H2  0  0  1  0   1.2.1.2. KhÝ ®ång hµnh KhÝ ®ång hµnh lµ khÝ sinh ra trong qu¸ tr×nh khai th¸c dÇu má ( KhÝ ®ång hµnh lµ khÝ ®i kÌm víi dÇu má). KhÝ ®ång hµnh lµ ph©n ®o¹n nhÑ nhÊt cña dÇu má nguyªn khai, thu ®­îc ngay ë thiÕt bÞ t¸ch t¹i miÖng giÕng khoan trong qu¸ tr×nh khai th¸c dÇu má. VÒ mÆt ®Þnh tÝnh khÝ ®ång hµnh kh¸ gièng khÝ thiªn nhiªn, nh­ng vÒ mÆt ®Þnh l­îng, khÝ ®ång hµnh nghÌo thµnh phÇn khÝ mªtan h¬n khÝ thiªn nhiªn, nh­ng l¹i giµu thµnh phÇn C3+ h¬n khÝ thiªn nhiªn. Thµnh phÇn khÝ ®ång hµnh phô thuéc vµo b¶n chÊt dÇu má, ®Æc tÝnh pha ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt, mµ t¹i ®ã khÝ ®­îc t¸ch ra khái dÇu th«. KhÝ ®ång hµnh cã thÓ chiÕm tíi vµi trôc phÇn tr¨m trong hçn hîp dÇu khÝ ®­îc khai th¸c t¹i giÕng khoan. KhÝ ®ång hµnh ®­îc coi lµ ph©n ®o¹n kÐm phÈm chÊt cña dÇu má. KhÝ ®ång hµnh th­êng ®­îc b¬m mét phÇn ng­îc trë l¹i má, hoÆc ®­îc thu gom b»ng ®­êng èng ®Ó xö lý ngoµi giµn hoÆc trong bê, hoÆc lµ ®­îc ®èt ngay t¹i giµn. B¶ng1.2. Thµnh phÇn khÝ ®ång hµnh (%V) cña mét sè má ë ViÖt Nam CÊu tö  B¹ch Hæ  Rång  §¹i Hïng   CH4  71,59  76,54  77,25   C2H6  12,52  6,398  9,49   C3H8  8,61  8,25  3,83   i-C4H10  1,75  0,78  1,43   n-C4H10  2,96  0,94  1,26   C5+  1,84  1,49  2,33   CO2  0,72  5,02  4,5   1.2.2. Ph©n lo¹i khÝ 1.2.2.1. Ph©n lo¹i theo hµm l­îng khÝ axit C¨n cø vµo hµm l­îng khÝ axit ( H2S, CO2) ng­êi ta ph©n thµnh: KhÝ chua: Lµ khÝ cã chøa hµm l­îng khÝ H2S lín h¬n hoÆc b»ng 5,7mg/m3 khÝ ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn ( 15OC,1atm) hoÆc /vµ hµm l­îng CO2 lín h¬n hoÆc b»ng 2% thÓ tÝch. KhÝ ngät: Lµ khÝ chøa hµm l­îng khÝ axÝt nhá h¬n quy ®Þnh trªn . 1.2.2.2. Ph©n lo¹i theo hµm l­îng C3+ KhÝ ph©n lo¹i theo hµm l­îng C3+ ®­îc chia lµm 2 lo¹i: KhÝ gÇy: Lµ khÝ cã hµm l­îng khÝ hydrocacbon C3+ nhá h¬n 50g/1m3 ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn ( 15OC,1atm). KhÝ bÐo: Lµ khÝ cã hµm l­îng khÝ hydrocacbon C3+lín h¬n 50g/1m3ë ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn ( 15OC,1atm). 1.3. TÝnh chÊt ho¸ lý cña hydrocacbon C¸c khÝ hydrocacbon kh«ng mµu, kh«ng mïi, kh«ng vÞ, trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn vµ sö dông rÊt dÔ g©y nguy hiÓm. §Ó x¸c ®Þnh ®é rß rØ cña khÝ hydrocacbon, ng­êi ta ph¶i thªm vµo trong khÝ chÊt t¹o mïi, tuú theo yªu cÇu vµ møc ®é an toµn . Mercaptan lµ chÊt t¹o mïi ®­îc sö dông phæ biÕn trong quy tr×nh x¸c ®Þnh ®é rß rØ cña khÝ hydrocacbon. C¸c hydrocacbon cã tÝnh chÊt kh¸c nhau, hÇu nh­ kh«ng tan trong n­íc nh­ng cã thÓ tan trong dung m«i h÷u c¬. NhiÖt ®é s«i cña c¸c hydrocacbon no m¹ch th¼ng t¨ng dÇn theo sè nguyªn tö c¸c bon trong m¹ch . 1.3.1. Giíi h¹n ch¸y næ Giíi h¹n ch¸y næ chÝnh lµ phÇn tr¨m thÓ tÝch (%V) hoÆc phÇn tr¨m mol cña khÝ trong hçn hîp víi kh«ng khÝ hoÆc víi oxy nguyªn chÊt cã thÓ ch¸y næ khi gÆp nguån löa. Giíi h¹n ch¸y næ d­íi: Lµ phÇn tr¨m thÓ tÝch, hoÆc phÇn tr¨m mol nhá nhÊt cña khÝ trong hçn hîp víi kh«ng khÝ, hoÆc víi oxy nguyªn chÊt cã thÓ ch¸y næ khi gÆp nguån löa . Giíi h¹n ch¸y næ trªn: Lµ phÇn tr¨m thÓ tÝch, hoÆc phÇn tr¨m mol lín nhÊt cña khÝ trong hçn hîp víi kh«ng khÝ, hoÆc víi oxy nguyªn chÊt cã thÓ ch¸y næ khi gÆp nguån löa. Vïng an toµn: Lµ vïng hçn hîp khÝ cã thµnh phÇn vÒ phÇn tr¨m thÓ tÝch hoÆc phÇn tr¨m mol n»m ngoµi vïng ch¸y næ. Giíi h¹n ch¸y næ d­íi vµ trªn cña c¸c cÊu tö i trong hçn hîp víi kh«ng khÝ hoÆc víi oxy ®­îc tÝnh theo c«ng thøc. Y(
) = 100 (1.1) Trong ®ã. Y- giíi h¹n ch¸y næ cña hçn hîp khÝ. ni - PhÇn tr¨m thÓ tÝch hoÆc phÇn tr¨m mol cña cÊu tö i trong hçn hîp khÝ. Ni - Giíi h¹n ch¸y næ cña cÊu tö i, ®­îc tra trong b¶ng sau. B¶ng1.3. Giíi h¹n ch¸y næ ( theo %V) cña mét sè khÝ t¹i P= 1bar ChÊt  Hçn hîp víi kh«ng khÝ  Hçn hîp víi oxy    Giíi h¹n d­íi  Giíi h¹n trªn  Giíi h¹n d­íi  Giíi h¹n trªn   CH4  5,3  14  5,4  61,0   C2H6  3,0  12,5  3,0  66,0   C3H8  2,2  9,5  2,3  55,0   n-C4H10  1,9  8,5  1,8  49,0   i-C4H10  1,8  8,4  1,8  49,0   n-C5H12  1,4  8,3  -  -   n-C6H14  1,2  7,7  -  -   H2S  4,3  45,5     1.3.2. C¸c ®¹i l­îng tíi h¹n[5] Mçi chÊt cã thÓ biÕn tõ tr¹ng th¸i h¬i sang tr¹ng th¸i láng khi nhiÖt ®é gi¶m, khi ¸p suÊt t¨ng trong ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é thÊp h¬n mét gi¸ trÞ nµo ®ã. Trªn nhiÖt ®é ®ã kh«ng thÓ biÕn h¬i thµnh láng ë bÊt kú nhiÖt ®é nµo. NhiÖt ®é ®ã gäi lµ nhiÖt ®é tíi h¹n TC. T­¬ng øng víi TC cã mét kh¸i niÖm ¸p suÊt tíi h¹n PC. T¹i ®iÓm tíi h¹n (TC, PC ) kh«ng cã kh¸i niÖm vÒ láng s«i hay ng­ng tô n÷a. §èi víi mét hçn hîp khÝ, nhiÖt ®é tíi h¹n vµ ¸p suÊt tíi h¹n phô thuéc vµo thµnh phÇn cña hçn hîp, øng víi mçi thµnh phÇn khÝ sÏ tån t¹i nhiÖt ®é gi¶ tíi h¹n (TPC) vµ ¸p suÊt gi¶ tíi h¹n (PPC) . NhiÖt ®é tíi h¹n TC(nguyªn chÊt ): §èi víi c¸c hydrocacbon tõ C1-C5 cã thÓ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é tíi h¹n ( chÝnh x¸c
1OK) theo ph­¬ng tr×nh sau: TC =
(1.2) Trong ®ã: n - Sè nguyªn tö cacbon cña ph©n tö hydrocacbon. ThÓ tÝch tíi h¹n VC (nguyªn chÊt ). C¸c hydrocacbon tõ C3-C16 cã thÓ x¸c ®Þnh thÓ tÝch tíi h¹n chÝnh x¸c ®Õn 4cm3/mol, theo ph­¬ng tr×nh sau: VC =58,0.n + 22 (1.3) Víi n - Lµ sè nguyªn tö c¸cbon trong ph©n tö hydrocacbon. ¸p suÊt tíi h¹n PC(nguyªn chÊt ): §èi víi c¸c ph©n tö hydrocacbon tõ C1- C20 cã thÓ x¸c ®Þnh chÝnh x¸c ®Õn (
0,05 Mpa ) theo ph­¬ng tr×nh sau: PC =
(1.4) Víi n - Lµ sè nguyªn tö c¸cbon trong ph©n tö hydrocacbon . §èi víi hçn hîp khÝ, ta cã c«ng thøc tÝnh nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt gi¶ tíi h¹n. (TPC) =
(1.5) (PPC) =
(1.6) Khi biÕt ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é gi¶ tíi h¹n cña c¸c cÊu tö ta x¸c ®Þnh ®­îc nhiÖt ®é, ¸p suÊt, gi¶ rót gän (TPr ),( PPr ) (TPr ) = T/(TPC) (1.7) ( PPr ) = P/(PPC) (1.8) HÖ sè nÐn Z cña hçn hîp khÝ ®­îc x¸c ®Þnh dùa vµo ®å thÞ t­¬ng quan gi÷a (TPr ) vµ ( PPr ). Z = f(TPr, PPr). Trong ®ã. T,P - nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt lµm viÖc.
- Lµ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt tíi h¹n cña cÊu tö i. Yi - Lµ phÇn mol cña cÊu tö i trong hçn hîp. 1.3.3. ¸p suÊt b·o hoµ ë tr¹ng th¸i bay h¬i cùc ®¹i, lóc gi÷a láng vµ h¬i c©n b»ng, th× ¸p suÊt h¬i ®ã gäi lµ ¸p suÊt h¬i b·o hoµ. ¸p suÊt h¬i b·o hßa lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu quan träng nhÊt cña c¸c ph©n ®o¹n, c¸c s¶n phÈm dÇu má. Nã cã vai trß to lín trong viÖc lùa chän c¸c d©y truyÒn c«ng nghÖ phôc vô s¶n suÊt, trong viÖc pha chÕ c¸c s¶n phÈm sao cho phï hîp víi ®iÒu kiÖn khÝ hËu tõng vïng, trong viÖc b¶o qu¶n vµ sö dông s¶n phÈm dÇu khÝ. ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña chÊt nguyªn chÊt khi ®· biÕt nhiÖt ®é s«i, nhiÖt ®é tíi h¹n, ¸p suÊt tíi h¹n th× ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh sau. Ph = [
].(1-
1.9 Trong ®ã. Ph = PBH/PC 1.10
1.12 Th = TS/TC 1.11
1.13 ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña c¸c cÊu tö riªng biÖt cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n h¬n, ®ã lµ ph­¬ng ph¸p gi¶n ®å, trong ®ã sö dông gi¶n ®å phô thuéc ¸p suÊt h¬i b·o hoµ vµo nhiÖt ®é. 1.3.4. §é Èm vµ ®iÓm s­¬ng cña khÝ §é Èm cña khÝ: KhÝ ®ång hµnh vµ khÝ thiªn nhiªn khi khai th¸c tõ lßng ®Êt th­êng b·o hoµ h¬i n­íc, hµm l­îng h¬i n­íc phô thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ thµnh phÇn ho¸ häc cña khÝ. Mçi mét gi¸ trÞ nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt sÏ t­¬ng øng víi hµm l­îng h¬i n­íc cùc ®¹i nhÊt ®Þnh. Hµm l­îng Èm t­¬ng øng víi h¬i n­íc b·o hoµ tèi ®a ®­îc gäi lµ hµm l­îng Èm c©n b»ng. Ng­êi ta chia ®é Èm cña khÝ thµnh ®é Èm tuyÖt ®èi vµ ®é Èm t­¬ng ®èi. §é Èm tuyÖt ®èi: Lµ l­îng h¬i n­íc cã trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hoÆc mét ®¬n vÞ khèi l­îng cña khÝ, th­êng ®­îc biÓu diÔn b»ng gam n­íc/m3khÝ hay gam n­íc/kgkhÝ. §é Èm t­¬ng ®èi: Lµ tû sè gi÷a khèi l­îng n­íc cã trong hçn hîp khÝ vµ l­îng h¬i n­íc cùc ®¹i cã thÓ cã trong thÓ tÝch khÝ ®· cho, ë ®iÒu kiÖn b·o hoµ ( ®o b»ng phÇn tr¨m hoÆc phÇn ®¬n vÞ ), ë cïng ®iÒu kiªn nhiÖt ®é ¸p suÊt. % H¬i n­íc =
( % ) (1.14) CÇn ph¶i x¸c ®Þnh ®­îc hµm Èm trong khÝ ®ång hµnh vµ khÝ thiªn nhiªn v× h¬i n­íc cã thÓ bÞ ng­ng tô trong hÖ thèng, thiÕt bÞ, ®­êng èng t¹o ra c¸c tinh thÓ hydrat g©y ra sù t¾c nghÏn hoÆc lµm h­ háng thiÕt bÞ . §Æc biÖt khi cã mÆt cña c¸c khÝ H2S, CO2 trong khÝ sÏ thóc ®Èy sù ¨n mßn thiÕt bÞ, lµm gi¶m thêi gian sö dông còng nh­ tuæi thä cña thiÕt bÞ. §é Èm cña khÝ ngät: §é Èm cña khÝ ngät tu©n theo ®Þnh luËt Raoult, ¸p dông cho n­íc. P.Yw = Pv. Xw (1.15) P - ¸p suÊt cña hÖ. Yw - PhÇn mol n­íc trong pha h¬i. Pv - ¸p suÊt h¬i n­íc ë nhiÖt ®é hÖ. Xw - PhÇn mol cña n­íc pha láng. Ph­¬ng ph¸p nµy cã h¹n chÕ ®ã lµ chØ ®óng víi ¸p suÊt cña hÖ kh«ng v­ît qu¸ 400Kpa ( 60Psi). Trong nh÷ng n¨m 1950, khÝ ®èt th­¬ng m¹i ®­îc chÕ biÕn t¹i c¸c nhµ m¸y NGL. Trong quy tr×nh thùc nghiÖm ng­êi ta ®· dïng biÓu ®å logarit cña hµm Èm ( h×nh 1.2 ). Hµm l­îng n­íc ®­îc chØ ra trªn biÓu ®å lµ hµm l­îng tèi ®a mµ khÝ cã thÓ gi÷ ë ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh trªn biÓu ®å. Nång ®é tÝnh theo khèi l­îng ®èi víi mçi ®¬n vÞ thÓ tÝch chuÈn cã liªn hÖ víi phÇn mol ( YW) nh­ sau: Kgn­íc/106 Std m3 = Yw . 18 . 41740. Lbmn­íc/MM scf = Yw .18 .2636. Trong ®ã. 18 - Khèi l­îng ph©n tö cña n­íc. 41740 - kmolkhÝ/Stdm3 ( 15OC,1atm ). 2636 - LbmolkhÝ/MMScf ( 60OF, 14,7 Psi).
 Hµm Èm cña khÝ chua: Sù cã mÆt cña c¸c khÝ H2S, CO2 ®· lµm t¨ng hµm Èm cña c¸c hydrocacbon, v× H2S vµ CO2 lµ nh÷ng chÊt ph©n cùc nªn chóng cã kh¶ n¨ng liªn kÕt víi c¸c ph©n tö n­íc, do vËy mét l­îng n­íc bÞ gi÷ l¹i víi chóng. NÕu hµm l­îng H2S vµ CO2 cµng lín th× hµm l­îng n­íc cã trong khÝ cµng lín. Trong qu¸ tr×nh thùc nghiÖm, c¸c nhµ khoa häc ®· x©y dùng ®­îc nh÷ng biÓu ®å x¸c ®Þnh hµm l­îng Èm do H2S vµ CO2 ®ãng gãp phô thuéc vµo nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p ®Ó x¸c ®Þnh hµm l­îng Èm cña khÝ chua, mét trong nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®ã lµ dùa vµo phÇn mol cña c¸c chÊt khÝ trong hçn hîp khÝ. Wc = WHC. YHC + WH2S. YH2S + WCO2 .YCO2 (1.11) Trong ®ã. Wc - Hµm Èm cña khÝ chua. WHC - Hµm Èm cña khÝ ngät. WH2S - Hµm Èm do H2S ®ãng gãp. WCO2 - Hµm Èm do CO2 ®ãng gãp. YH2S - PhÇn mol cña H2S trong khÝ chua. YCO2 - PhÇn mol cña CO2 trong khÝ chua. YHC = 1- YH2S - YCO2 Trong hçn hîp khÝ Èm cã c¶ khÝ He, Ar, N2. Nh­ng chóng ¶nh h­ëng rÊt Ýt ®Õn ®é Èm cña hçn hîp khÝ. Do ®©y lµ nh÷ng khÝ kh«ng ph©n cùc, do vËy chóng kh«ng cã kh¶ n¨ng liªn kÕt víi c¸c ph©n tö n­íc, kh¶ n¨ng gi÷ n­íc cña chóng lµ kh«ng cã.
øng dông cña hµm Èm. Hµm Èm dïng ®Ó tÝnh to¸n c¸c qu¸ tr×nh t¸ch Èm vµ dù ®o¸n l­îng n­íc bÞ ng­ng tô trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn b»ng ®­êng èng, v× n­íc ng­ng tô t¹o ra sù ¸ch t¾c, ¨n mßn ®­êng èng vµ thiÕt bÞ. Do vËy cÇn ph¶i dù ®o¸n hµm l­îng n­íc chÝnh x¸c. NÕu hµm l­îng n­íc dù ®o¸n thÊp h¬n thùc tÕ sÏ dÉn ®Õn hiÖn t­îng ng­ng tô g©y t¾c ngÏn ®­êng èng, ¨n mßn thiÕt bÞ . NÕu dù ®o¸n hµm l­îng Èm cao h¬n thùc tÕ sÏ lµm cho chi phÝ ®Çu t­ tèn kÐm h¬n. Dùa vµo hµm Èm mµ ta cã thÓ biÕt ®­îc hµm l­îng n­íc trong khÝ, tõ ®ã ®­a ra nh÷ng ph­¬ng ph¸p t¸ch n­íc h÷u hiÖu h¬n. VÝ dô, nÕu hµm l­îng n­íc trong khÝ lín th× cÇn ph¶i xö lý s¬ bé (dïng c¸c chÊt hÊp thô ®Ó xö lý s¬ bé ) tr­íc khi ®i vµo xö lý triÖt ®Ó h¬n ( Ph­¬ng phÊp hÊp phô ), tuú theo môc ®Ých sö dông. Nªn tÝnh to¸n nhiÖt ®é ®Çu ra cña khÝ nhá h¬n nhiÖt ®é m«i tr­êng lµ 10%, lµm t¨ng hµm l­îng Èm thùc tÕ lªn kho¶ng 30%. §iÓm s­¬ng ( theo n­íc ): Lµ nhiÖt ®é mµ t¹i ®ã h¬i n­íc trong khÝ b¾t ®Çu ng­ng tô t¹o thµnh s­¬ng mï, ta gäi ®ã lµ ®iÕm s­¬ng ( ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt nhÊt ®Þnh ). 1.3.5. NhiÖt trÞ NhiÖt trÞ lµ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng oxy ho¸ hoµn toµn mét l­îng nhiªn liÖu trong khÝ oxy nguyªn chÊt ®Ó t¹o ra c¸c s¶n phÈm cuèi cïng gåm c¸c oxit cao nhÊt vµ c¸c chÊt t­¬ng øng. CnH2n+2 + 3
=> nCO2 + (n+1) H2O + Q NhiÖt trÞ cña hçn hîp khÝ ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau.
[ kj/kg, kcal/kg ] (1.12) Trong ®ã.
- NhiÖt trÞ cña hçn hîp khÝ.
- NhiÖt trÞ cña cÊu tö i. Trong c«ng nghiÖp, ng­êi ta th­êng dïng kh¸i niÖm nhiÖt trÞ trªn vµ nhiÖt trÞ d­íi. NhiÖt trÞ trªn (Qt ) lµ nhiÖt trÞ thu ®­îc khi s¶n phÈm cã n­íc t¹o thµnh ë thÓ láng, b·o hoµ CO2 vµ c¸c s¶n phÈm ch¸y kh¸c . NhiÖt trÞ d­íi (Qd) lµ nhiÖt trÞ thu ®­îc khi n­íc ë thÓ h¬i. (Qt ) = (Qd) + 588.(9H +W ). Trong ®ã. 588 - Lµ nhiÖt ng­ng tô cña mét kg h¬i n­íc. H - Sè kg hydro liªn kÕt. W - Sè kg h¬i n­íc cã mÆt trong mét kg nhiªn liÖu ë thÓ h¬i. Trong thùc tÕ ng­êi ta kh«ng sö dông nhiÖt trÞ trªn v× n­íc sinh ra ë d¹ng láng sÏ b¸m vµo thiÕt bÞ, ®­êng èng g©y ra sù ¨n mßn, lµm h­ háng thiÕt bÞ, ®­êng èng. Ng­êi ta th­êng sö dông nhiÖt trÞ d­íi, v× n­íc sinh ra ë thÓ h¬i sÏ ®­îc th¶i ra ngoµi theo ®­êng khÝ th¶i. 1.3.6.Tû khèi, khèi l­îng riªng Khèi l­îng riªng (
) Cña khÝ lµ khèi l­îng cña mét ®¬n vÞ thÓ tÝch chÊt khÝ ®ã ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nhÊt ®Þnh.
= m/V;[g/lit ] hoÆc [kg/m3] (1.13) m - Khèi l­îng [kg] V - ThÓ tÝch [m3] Tû khèi (d) cña chÊt khÝ lµ tû sè gi÷a khèi l­îng riªng cña chÊt khÝ ®ã víi khèi l­îng riªng cña kh«ng khÝ trong cïng ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt. 1.3.7. §é dÉn nhiÖt
§é dÉn nhiÖt cña mét chÊt ®­îc hiÓu lµ l­îng nhiÖt truyÒn qua mét ®¬n vÞ tiÕt diÖn ( vu«ng gãc víi ph­¬ng truyÒn nhiÖt ), trong mét ®¬n vÞ thêi gian khi gradien b»ng ®¬n vÞ. C¸c hydrocacbon ë thÓ láng cã ®é dÉn nhiÖt lín gÊp 10 lÇn so víi c¸c hydrocacbon ë thÓ h¬i. Khi nhiÖt ®é t¨ng th× ®é dÉn nhiÖt cña c¸c hydrocacbon láng gi¶m tuyÕn tÝnh víi nhiÖt ®é. C¸c hydrocacbon khÝ ®é dÉn nhiÖt gi¶m khi ph©n tö l­îng t¨ng . Khi ¸p suÊt t¨ng ®é dÉn nhiÖt cña hydrocacbon t¨ng theo do mËt ®é cña c¸c ph©n tö hydrocacbon t¨ng theo. 1.4. C¸c ph­¬ng ph¸p lµm kh« khÝ Cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p lµm kh« khÝ. KhÝ ®­îc lµm kh« víi môc ®Ých t¸ch h¬i n­íc vµ t¹o ra cho khÝ cã ®iÓm s­¬ng theo n­íc thÊp h¬n so víi nhiÖt ®é cùc tiÓu mµ t¹i ®ã khÝ ®­îc vËn chuyÓn hay chÕ biÕn. Trong c«ng nghiÖp, c¸c ph­¬ng ph¸p lµm kh« khÝ th­êng ®­îc sö dông hiÖn nay lµ: HÊp thô b»ng chÊt láng hót Èm. HÊp phô b»ng chÊt r¾n xèp. 1.4.1. Ph­¬ng ph¸p hÊp thô Ph­¬ng ph¸p hÊp thô ®­îc sö dông réng r·i ®Ó lµm kh« khÝ t¹i c¸c c«ng tr×nh èng dÉn khÝ, nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ … Trong c«ng nghiÖp hiÖn nay chÊt hÊp phô th­êng ®­îc sö dông lµ nh÷ng dung dÞch n­íc ®Ëm ®Æc cña mono, di vµ tri etylenglycol. SÊy kh« khÝ sö dông chÊt hÊp thô kh¸c nhau dùa trªn sù kh¸c biÖt vÒ ¸p suÊt riªng phÇn cña n­íc trong khÝ vµ trong chÊt hÊp thô. Gi¸ trÞ ®iÓm s­¬ng cña khÝ tuú thuéc vµo nång ®é glycol trong dung dÞch lµm kh« khÝ. ë c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp, sù sÊy kh« ®Õn ®iÓm s­¬ng c©n b»ng lµ kh«ng thÓ thùc hiÖn ®­îc v× khÝ chØ tiÕp xóc víi glycol cã nång ®é ®· tÝnh to¸n ë ®Üa trªn cïng, cßn c¸c ®Üa d­íi, nång ®é glycol gi¶m do sù hÊp thô n­íc. Do ®ã, trong c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp ®iÓm s­¬ng thùc tÕ cña khÝ sÊy kh« sÏ cao h¬n tõ 5-10OC so víi ®iÓm s­¬ng c©n b»ng. Th«ng th­êng, sù sÊy kh« khÝ b»ng glycol kh«ng lín h¬n -25 ®Õn -30OC. Muèn sÊy triÖt ®Ó h¬n th× cÇn dung dÞch glycol ®Ëm ®Æc h¬n. Khi ®ã, sÏ lµm t¨ng sù tiªu hao glycol cïng víi khÝ kh«. §Ó thu ®­îc glycol cã nång ®é cao ë c¸c thiÕt bÞ sÊy kh«, qu¸ tr×nh t¸i sinh chÊt hÊp thô cÇn ph¶i tiÕn hµnh víi sù cã mÆt cña khÝ tr¬ . B¶ng 1.4. ­u nh­îc ®iÓm cña c¸c lo¹i chÊt hÊp thô. ChÊt hÊp phô  ­u ®iÓm  Nh­îc ®iÓm   DEG  §é hót Èm cao, kh¸ bÒn khi cã mÆt cña hîp chÊt l­u huúnh, CO2, O2. Kh«ng bÞ ®«ng ®Æc ë ®iÒu kiÖn lµm viÖc.  Tiªu hao do thÊt tho¸t bay h¬i cao h¬n so víi TEG. Khã t¸i sinh ®Ó ®¹t nång ®é > 95%,gi¸ thµnh cao.   TEG  §é hót Èm cao. BÒn khi cã c¸c khÝ H2S, CO2, hîp chÊt cña oxy. DÔ t¸i sinh ®Ó ®¹t nång ®é 99%. §é bay h¬i thÊp h¬n DEG  Chi phÝ ®Çu t­ cao . TEG cã thÓ t¹o mµng ®èi víi HC láng. HC hoµ tan trong TEG nhiÒu h¬n so víi DEG.   MEA  Cã thÓ ®ång thêi t¸ch n­íc, H2S, CO2 ra khæi khÝ. Kh¶ n¨ng t¹o mµng rÊt thÊp.  §é thÊt tho¸t lín h¬n so víi khi sö dông TEG. ChØ sö dông ®Ó sÊy kh« vµ lµm s¹ch c¸c khÝ cã tÝnh axit. DÔ g©y ¨n mßn kim lo¹i ë nhiÖt ®é t¸i sinh. §iÓm s­¬ng cña khÝ thÊp .   H¬i n­íc cã thÓ t¸ch ra tõ khÝ b»ng c¸c chÊt hÊp thô. Sù sÊy kh«, ®­îc x¸c ®Þnh b»ng kh¶ n¨ng hÊp thô, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt, sù tiÕp xóc gi÷a khÝ vµ chÊt hÊp thô, khèi l­îng chÊt hÊp thô tuÇn hoµn trong hÖ thèng vµ ®é nhít cña chÊt hÊp thô. B¶ng 1.5. NhiÖt ®é ph©n huû cña dung dÞch glycol Glycol  NhiÖt ®é ph©n huû.   MEG  165OC (329OF)   DEG  164 OC (328 OF)   TEG  206 OC (404 OF)   TTEG  238 OC (460 OF)   1.4.2. Ph­¬ng ph¸p hÊp phô T¸ch Èm b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp thô lµm gi¶m ®iÓm s­¬ng cña khÝ theo h¬i n­íc ®Õn nhiÖt ®é kho¶ng -30OC. SÊy kh« khÝ thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô, ®­îc thùc hiÖn kÕ tiÕp qu¸ tr×nh hÊp thô lµm gi¶m ®iÓm s­¬ng cña khÝ xuèng kho¶ng -85®Õn-100OC tuú thuéc vµo môc ®Ých khÝ kh« cÇn sö dông. T¸ch Èm b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp phô lµ tËp trung h¬i n­íc lªn bÒ mÆt hoÆc trong c¸c mao qu¶n cña chÊt r¾n, qu¸ tr×nh sÊy kh« b»ng chÊt hÊp phô dùa vµo kh¶ n¨ng cña vËt thÓ r¾n víi cÊu tróc x¸c ®Þnh, hÊp phô l­îng Èm tõ khÝ ë nhiÖt ®é t­¬ng ®èi thÊp gäi lµ qu¸ tr×nh hÊp phô. Sau ®ã t¸ch Èm khi t¨ng nhiÖt ®é gäi lµ qu¸ tr×nh gi¶i hÊp phô. Sù kÕt hîp cña hai qu¸ tr×nh nµy trong mét thiÕt bÞ cho phÐp t¸ch Èm mét c¸ch liªn tôc tõ khÝ. B¶ng1.6. Mét sè chÊt hÊp phô th­êng dïng lµm kh« khÝ ChØ tiªu  B«xit  §Êt sÐt  Gel  Zeolit   D¹ng h¹t  KXD  T,V,C,B  C,B  T,C,B   KÝch th­íc h¹t (mm).  KXD  0,6-0,6  2,4-4,0  1,6-3,2   §é xèp bªn trong (%).  25-35  25-40  30-40  30-55   TØ träng rêi (kg/m3)  690-960  480-850  400-770  480-800   §­êng kÝnh trung b×nh lç xèp (nm)  8,0-40,0  6,0-20,0  3,5-14,0  0,3-1   BÒ mÆt hÊp phô ho¹t ®éng trung b×nh (m2/g)  25-150  100-300  200-900  500-800   Dung tÝch hÊp phô cña chÊt hÊp phô(g/g)  0,04-0,15  0,1-0,25  0,14-1  0,2-0,65   NhiÖt dung(kj/kg.OC)  0,83736  1,005-1,047  0,921  0,837   §é dÉn nhiÖt (kj/m2.h.OC)  830-879  795-1172  795  -   NhiÖt hÊp phô cùc ®¹i tÝnh trªn ®¬n vÞ khèi l­îng chÊt hÊp phô (kJ/kgn­íc)  4187  4787  4187  4187   KXD - Kh«ng x¸c ®Þnh. T- H×nh trô. V - D¹ng viªn. C - D¹ng cÇu. B - D¹ng bét. C¸c qu¸ tr×nh hÊp phô cã thÓ thùc hiÖn gi¸n ®o¹n trong c¸c thiÕt bÞ víi tÇng hÊp phô cè ®Þnh hoÆc liªn tôc víi c¸c thiÕt bÞ chøa líp chÊt hÊp phô chuyÓn ®éng. C¸c qu¸ tr×nh liªn tôc Ýt ®­îc sö dông do thiÕt bÞ vµ c«ng nghÖ phøc t¹p. Trong quy tr×nh gi¸n ®o¹n vÒ mÆt nguyªn t¾c hÖ thèng thiÕt bÞ ph¶i cã Ýt nhÊt hai thiÕt bÞ trë lªn. Trong ®ã mét thiÕt bÞ ®ãng vai trß hÊp phô, thiÕt bÞ thø hai ®ãng vai trß gi¶i hÊp phô vµ khi cÇn thiÕt, thiÕt bÞ thø ba cã vai trß lµm nguéi chÊt hÊp phô. Trong qu¸ tr×nh hÊp phô c¸c cÊu tö hÊp phô tõ khÝ ®­îc hÊp phô víi vËn tèc kh¸c nhau. Do vËy, trong mét líp hÊp phô cã nhiÒu vïng kh¸c nhau, ®­îc h×nh thµnh ngay tõ ®Çu cña chu tr×nh chóng chuyÓn ®éng liªn tôc trªn líp hÊp phô. H¬i n­íc lµ cÊu tö ®­îc hÊp phô tr­íc tiªn, khi ®ã h×nh thµnh mét vïng hÊp phô däc theo chiÒu chuyÓn ®éng cña khÝ. T¹i thêi ®iÓm khi vïng n­íc hÊp phô xuèng ®Õn líp hÊp phô cuèi cïng th× hµm l­îng Èm trong khÝ ®· sÊy kh« t¨ng m¹nh, ®iÒu nµy lµ do chóng ®· bÞ b·o hoµ h¬i n­íc trong chÊt hÊp phô vµ cÇn ph¶i kÕt thóc qu¸ tr×nh hÊp phô. NÕu h¬i Èm thoat ra ngoµi th× khÝ cßn lÉn ph¶i ®­a vµo thiÕt bÞ kh¸c chøa chÊt hÊp phô ®· t¸i sinh. 1.5. øng dông cña khÝ Tr­íc ®©y, ë n­íc ta khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ch­a ®­îc khai th¸c vµ sö dông mét c¸ch hîp lý. KhÝ ®ång hµnh th­êng bÞ ®èt bá ngay t¹i giµn, khÝ tù nhiªn ch­a ®­îc khai th¸c ®óng c¸ch, ®iÒu nµy ®· g©y nªn sù l·ng phÝ tµi nguyªn cña ®Êt n­íc. Ngµy nay khÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn ®· ®­îc con ng­êi sö dông hîp lý, øng dông chóng trong rÊt nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau. Trong ®ã, hai lÜnh vùc ®­îc øng dông réng r·i nhÊt lµ : Lµm nhiªn liÖu. Lµm nguyªn liÖu. 1.5.1. øng dông lµm nhiªn liÖu KhÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn ®­îc sö dông lµm nhiªn liÖu, th­êng cã ­u ®iÓm h¬n so víi c¸c nguyªn liÖu kh¸c: Ch¸y t¹o Ýt khãi vµ muéi, Ýt g©y « nhiÔm m«i tr­êng. NhiÖt trÞ cao vµ ph©n bè ®Òu. HÖ thèng cung cÊp khÝ ®¬n gi¶n, cã thÓ tù ®éng ho¸, n©ng cao n¨ng suÊt thiÕt bÞ, so víi c¸c lo¹i nhiªn liÖu kh¸c nh­ than cñi, dÇu dienzen, FO… khÝ hydrocac bon nµy lµ lo¹i nhiªn liÖu rÎ tiÒn nhÊt nh­ng l¹i mang l¹i hiÖu qu¶ cao. KhÝ ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn ®­îc sö dông trong c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n nh­: N¨ng l­îng, c«ng nghiÖp, khÝ ®èt d©n dông… nã tá ra cã ­u thÕ h¬n c¸c lo¹i nhiªn liÖu kh¸c. 1.5.2. øng dông lµm nguyªn liÖu §èi víi c¸c ngµnh c«ng nghiÖp ho¸ dÇu ë c¸c n­íc ph¸t triÓn nh­ Mü, NhËt… th× khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh lµ nguån nguyªn liÖu hÕt søc quan träng. Lo¹i nguyªn liÖu nµy ®em l¹i lîi nhuËn kinh tÕ rÊt lín. C¸c l¹i khÝ nµy ®­îc øng dông ®Ó s¶n xuÊt chÊt dÎo, PVC, metanol, d­îc phÈm … 1.6. t×nh h×nh ph¸t triÓn chung cña dÇu khÝ viÖt nam 1.6.1. Tæng quan vÒ dÇu khÝ thÕ giíi Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y thÕ giíi ®ang l©m vµo mét cuéc khñng ho¶ng n¨ng l­îng, gi¸ dÇu th« trªn thÞ tr­êng thÕ giíi liªn tôc t¨ng cao, gi¸ dÇu trung b×nh cã lóc lªn ®Õn 70USD/thïng. Cuéc khñng ho¶ng nµy sÏ ®­îc kh¾c phôc chñ yÕu nhê vµo viÖc nç lùc ph¸t triÓn c«ng nghÖ, sö dông tiÕt kiÖm n¨ng l­îng. Nguån dÇu khÝ trªn thÕ giíi ph©n bè kh«ng ®Òu, trong ®ã dÇu má chñ yÕu tËp trung ë khu vùc Ttrung §«ng 63,3%, ch©u ©u vµ ch©u ¸ 9,2%, trung vµ nam mü 8,9%. KhÝ ®èt còng tËp chung chñ yÕu ë khu vùc Trung §«ng 40,8%, ch©u ©u vµ ch©u ¸ 35,4%. Gi¸ c¸c lo¹i n¨ng l­îng kh«ng æn ®Þnh, ®Æc biÖt lµ gi¸ dÇu th­êng thay ®æi theo biÕn ®éng cña chÝnh trÞ thÕ giíi. Trong n¨m 2004 gi¸ dÇu t¨ng tõ 25USD/thïng ®Õn 50USD/thïng. Nh÷ng th¸ng dÇu n¨m 2006 gi¸ dÇu lªn ®Õn 70USD/thïng. 1.6.2. Tæng quan vÒ dÇu khÝ ViÖt Nam N¨m 2003, tæng s¶n l­îng s¶n xuÊt ®¹t kho¶ng 35,1 triÖu tÊn dÇu, trong ®ã dÇu th« ®¹t 17,53 triÖu tÊn. S¶n xuÊt n¨ng l­îng cã tèc ®é t¨ng b×nh qu©n giai ®o¹n 1991-2003 lµ 13,14%/n¨m, trong ®ã kai th¸c dÇu t¨ng 16,5%. C¬ cÊu n¨ng l­îng s¶n xuÊt n¨m 2003, dÇu má chiÕm tû träng lín nhÊt 48%, tiÕp ®Õn lµ than 31,5%, thuû ®iÖn 13% vµ khÝ ®èt t¨ng 7,5%. N¨m 2003, ViÖt Nam xuÊt khÈu 17,2 triÖu tÊn dÇu th«, trªn 7 triÖu tÈn than. Gi¸ trÞ xuÊt khÈu n¨ng l­îng ®¹t kho¶ng 4 tû USD, t¨ng 16,5% so víi n¨m 2002 vµ b»ng 17,3% kim ng¹ch xuÊt khÈu cña c¶ n­íc. 1.6.3. TiÒm n¨ng khÝ cña ViÖt Nam ViÖt Nam lµ quèc gia ®­îc ®¸nh gi¸ cã tiÒm n¨ng khÝ kh¸ lín. Tr÷ l­îng tiÒm n¨ng kho¶ng 1500 tû m3 gåm: 160 tû m3 khÝ ®ång hµnh. 1130 tû m3 khÝ kh«ng ®ång hµnh. 200 triÖu m3 condensat. §Õn nay tr÷ l­îng x¸c minh lµ 500tû m3 khÝ, c¸c má ph©n bè r¶i r¸c tõ B¾c vµo Nam, trong ®ã chñ yÕu tËp trung ë. BÓ trÇm tÝch S«ng Hång, Phó Kh¸nh, Nam C«n S¬n, Cöu Long, Ma Lay- Thæ Chu, Hoµng Sa -Truêng Sa. BÓ S«ng Hång tr÷ l­îng tiÒm n¨ng thu håi kho¶ng 550-700 triÖu m3 quy dÇu trong ®ã chñ yÕu lµ khÝ, chiÕm 14% tæng tiÒm n¨ng khÝ cña ViÖt Nam. §Õn nay ®· ph¸t hiÖn 250 tû m3 khÝ, cã hµm l­îng CO2 cao, do ®ã tiÒm n¨ng kinh tÕ thÊp. BÓ Phó Kh¸nh tiÒm n¨ng 300-700 triÖu m3 quy dÇu, chiÕm 10% tr÷ l­îng tiÒm n¨ng cña ViÖt Nam. BÓ Cöu Long ®­îc ®¸nh gi¸ lµ cã tr÷ l­îng tiÒm n¨ng lín nhÊt 700-800 triÖu m3 quy dÇu, chiÕm 20%. Trong ®ã bao gåm 279 triÖu m3 dÇu, 56 tû m3 khý ®ång hµnh, l­îng khÝ kh«ng ®ång hµnh kh«ng ®¸ng kÓ. BÓ Nam C«n S¬n cã tr÷ l­îng 650-750 triÖu m3 quy dÇu, chiÕm 17% tiÒm n¨ng trong ®ã khÝ chiÕm 35-38% tr÷ l­îng. Theo ®¸nh gi¸ tr÷ l­îng cña bÓ bao gåm 74 triÖu m3 dÇu, 15 tû m3 khÝ ®ång hµnh, 159 m3 khÝ kh«ng ®ång hµnh, 23 triÖu m3 condensat. L­îng CO2 trong má kh«ng ®¸ng kÓ, hiÖn nay ®ang khai th¸c tai má §¹i Hïng. BÓ MaLay- Thæ Chu tiÒm n¨ng cña bÓ chiÕm 5% tæng tiÒm n¨ng, 150-230 m3 quy dÇu. Trong ®ã cã 12 triÖu m3 dÇu, 3 tû m3 khÝ ®ång hµnh, 2 triÖu m3 condensat. L­îng khÝ bÓ nµy bÞ nhiÔm CO2. Nhãm Hoµng Sa -Tr­êng Sa cã kho¶ng 1-1,5 tû m3 khÝ quy dÇu, chiÕm 30% tæng l­îng khÝ ViÖt Nam. VÒ mÆt tiÒm n¨ng hai bÓ Nam C«n S¬n vµ S«ng Hång cã triÓn väng vÒ khÝ, BÓ Cöu Long cã triÓn väng vÒ dÇu nh­ng l­îng khÝ ®ång hµnh còng rÊt lín. 1.6.4. Nhu cÇu sö dông khÝ ë ViÖt Nam ViÖt Nam lµ mét n­íc ®ang ph¸t triÓn, nhu cÇu sö dông s¶n phÈm n¨ng l­îng ë ViÖt Nam t¨ng rÊt nhanh. ThÞ tr­êng tiÒm n¨ng khÝ cña ViÖt Nam chñ yÕu cung cÊp cho c¸c ngµnh s¶n xuÊt ®iÖn, c«ng nghiÖp, nhiªn liÖu d©n dông, s¶n suÊt ph©n bãn. 1.6.4. 1. Nhu cÇu cho ngµnh ®iÖn Nhu cÇu vÒ tiªu thô ®iÖn n¨ng cña ViÖt Nam lµ rÊt lín, b×nh qu©n khi thu nhËp ®Çu ng­êi t¨ng 1% th× cÇn t¨ng 2-3% n¨ng l­îng. ViÖc sö dông khÝ thiªn nhiªn lµm nguån nhiªn nhiªn liÖu cã nhiÒu ­u viÖt so víi c¸c nguån nhiªn liÖu kh¸c. Nh÷ng tÝnh ­u viÖt cña sö dông khÝ thiªn nhiªn lµm gi¶m gi¸ thµnh s¶n xuÊt ®iÖn sö dông khÝ, t¨ng tÝnh c¹nh tranh cña sö dông khÝ so víi sö dông c¸c lo¹i nhiªn liÖu kh¸c. Do vËy viÖc sö dông c¸c nhµ m¸y ®iÖn tuabin ch¹y b»ng khÝ lµ ph­¬ng ¸n rÊt kh¶ thi cho nh÷ng vÊn ®Ò ®¸p øng nhu cÇu vÒ ®iÖn. 1.6.4.2. Nhu cÇu cho c«ng nghiÖp vµ n«ng nghiÖp Ngoµi nhu cÇu vÒ ®iÖn n¨ng sö dông cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖpvµ c¸c khu c«ng nghiÖp tËp trung t¹i TP Hå ChÝ Minh, §ång Nai, B×nh D­¬ng, Bµ RÞa Vòng Tµu, dù ¸n x©y dùng nhµ m¸y s¶n xuÊt Metanol trÞ gi¸ 350 triÖu USD, tiªu thô 600triÖu m3 khÝ/n¨m, ®· ®­îc phª duyÖt. Bªn c¹nh ®ã nhµ m¸y khÝ ®iÖn ®¹m Cµ Mau ®ang triÓn khai cïng víi côm KhÝ-§iÖn-§¹m Phó Mü ®ang ®­îc triÓn khai còng tiªu thô l­îng khÝa kh¸ lín. 1.6.4.3. Nhu cÇu cho nhiªn liÖu Trong giai ®o¹n hiÖn nay, xu h­íng chuyÓn ®æi viÖc sö dông khÝ thiªn nhiªn thay thÕ cho x¨ng dÇu trong c¸c ph­¬ng tiÖn giao th«ng, c¸c lß ®èt sö dôngnhiªn liÖu nÆng nh­ FO hoÆc than cñi víi môc tiªu gi¶m thiÓu « nhiÔm m«i tr­êng. 1.7. ChiÕn l­îc khai th¸c dÇu khÝ cña ViÖt Nam Ph¸t triÓn ph¸t hiÖn dÇu khÝ mét c¸ch linh ho¹t, víi s¶n l­îng khai th¸c dÇu khÝ hîp lý vµ æn ®Þnh cho tõng má. Sö dông c«ng nghÖ cao, ®Çu t­ khai th¸c thø cÊp ®Ó n©ng cao hÖ sè thu håi dÇu vµ ®Çu t­ ngiªn cøu c¸c gi¶i ph¸p c«ng nghÖ míi nh»m khai th¸c c¸c má khÝ cã nhiÔm CO2 cao ®Ó ®¹t môc tiªu s¶n l­îng khai th¸c dÇu khÝ ®· ®Ò ra. TËn dông c¬ héi mua thªm cæ phÇn c¸c má ®ang ph¸t triÓn vµ khai th¸c. Tù ®iÒu hµnh c«ng t¸c ph¸t triÓn má vµ khai th¸c c¸c má dÇu khÝ nhá, tíi h¹n. KiÓm so¸t chÆt chÏ c«ng nghÖ thiÕt bÞ khai th¸c, b¶o vÖ tµi nguyªn vµ m«i tr­êng. Ch­¬ng 2. HÊp phô 2.1. HÊp phô [5, 6, 7, 8, 9, 10, ] HÊp phô lµ hiÖn t­îng bÒ mÆt mét pha ng­ng tô thu hót, tËp trung c¸c tiÓu ph©n cña mét pha l­u kh¸c tiÕp xóc víi nã. Pha ng­ng tô cã thÓ lµ r¾n,láng. Pha l­u cã thÓ lµ láng, khÝ. ChÊt cã bÒ mÆt thu hót c¸c tiÓu ph©n lµ chÊt hÊp phô, chÊt bÞ thu hót lµ chÊt bÞ hÊp phô. Ng­êi ta ph©n biÖt sù hÊp phô vËt lý vµ sù hÊp phô ho¸ häc. Trong sù hÊp phô vËt lý, lùc hÊp phô cã cïng b¶n chÊt víi lùc Vander Waals, g©y nªn sù ng­ng tô khÝ. Sù hÊp phô vËt lý lu«n thuËn nghÞch. Trong sù hÊp phô hãa häc, lùc hÊp phô cã b¶n chÊt ho¸ häc, th­êng bÊt thuËn nghÞch. Sù hÊp phô vËt lý x¶y ra mét c¸ch tù nhiªn. ChÊt bÞ hÊp phô cã xu h­íng chiÕm hoµn toµn bÒ mÆt vËt hÊp phô. Qu¸ tr×nh nµy bÞ mét qu¸ tr×nh kh¸c chèng l¹i ®ã lµ qu¸ tr×nh gi¶i hÊp. Sù gi¶i hÊp cã xu h­íng gièng nh­ sù khuÕch t¸n, lµ ph©n bè ®Òu ®Æn vËt chÊt vµo hÖ nhê chuyÓn ®éng nhiÖt. §èi víi mçi nång ®é cña chÊt hÊp phô trong m«i tr­êng hÊp phô, cã mét tr¹ng th¸i c©n b»ng hÊp phô, t­¬ng tù nh­ c©n b»ng ng­ng tô vµ bay h¬i. L­îng chÊt hÊp phô cµng lín th× sù hÊp phô cµng m¹nh, khi nhiÖt ®é cao th× sù hÊp phô gi¶m. §Ó x¸c ®Þnh l­îng chÊt hÊp phô, cÇn ph¶i x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm, ë ¸p suÊt khÝ hoÆc nång ®é tr­íc vµ sau khi hÊp phô cña chÊt bÞ hÊp phô t¹i b×nh x¶y ra sù hÊp phô. Sù hÊp phô cßn ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng ph¸p c©n b»ng hÊp phô. 2.2. B¶n chÊt cña hiÖn t­îng hÊp phô Nguyªn nh©n cña hiÖn t­îng hÊp phô lµ do c¸c liªn kÕt vËt lý, liªn kÕt ho¸ häc h×nh thµnh gi÷a bÒ mÆt chÊt hÊp phô vµ c¸c tiÓu ph©n bÞ hÊp phô. NÕu hiÖn t­îng hÊp phô x¶y ra chØ do lùc vËt lý th× ®ã lµ hiÖn t­îng hÊp phô vËt lý. HiÖn t­îng hÊp phô ho¸ häc x¶y ra do lùc liªn kÕt ho¸ häc. Kh«ng cã hiÖn t­îng hÊp phô ho¸ häc thuÇn tuý, bëi trong bÊt kú hiÖn t­îng hÊp phô nµo còng mang c¶ ®Æc tr­ng vËt lý. Do t¹o ra c¸c liªn kÕt nªn hÊp phô lµ qu¸ tr×nh to¶ nhiÖt. Lùc hÊp phô vËt lý vËt lý nhá nªn nhiÖt hÊp phô th­êng nhá. NhiÖt hÊp phô ho¸ häc lín h¬n, trong nhiÒu tr­êng hîp cã thÓ coi nh­ nhiÖt ph¶n øng ho¸ häc. HÊp phô lµ qu¸ tr×nh tù x¶y ra, ®ång thêi víi qu¸ tr×nh hÊp phô lµ qu¸ tr×nh gi¶i hÊp. Do vËy qu¸ tr×nh hÊp phô cã thÓ ®¹t ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng hÊp phô, ë ®ã l­îng chÊt bÞ hÊp phô kh«ng ®æi theo thêi gian. 2.3. HÊp phô vËt lý vµ hÊp phô ho¸ häc 2.3.1. HÊp phô vËt lý Khi lùc t­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö lµ lùc Vander Walls, sù hÊp phô ®ã ®­îc coi lµ hÊp phô vËt lý. Lùc Vander Waals Lùc Vander Waals hay lùc gi÷a c¸c ph©n tö, ®©y lµ lùc ®· lµm cho khÝ lÖch khái tr¹ng th¸i lý t­ëng ®Æc tr­ng bëi h»ng sè a trong ph­¬ng tr×nh Vander Waals[10]. (P +
).(V-b) = RT (2.1) C¸c lùc thuéc lùc Vander Waals: T­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö cã cùc kh«ng ®æi ( hiÖu øng ®Þnh h­íng). T­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö cã cùc kh«ng ®æi víi ph©n tö cã cùc c¶m øng (HiÖu øng c¶m øng). T­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö kh«ng ph©n cùc (hiÖu øng ph©n t¸n). C¸c lùc t¹o nªn do liªn kÕt hydro. 2.3.2. HÊp phô ho¸ häc[10, 5, 7] Bªn c¹nh sù hÊp phô vËt lý ®iÓn h×nh, ng­êi ta cßn gÆp sù hÊp phô ho¸ häc. §©y lµ sù hÊp phô x¶y ra nhê c¸c lùc ho¸ häc. Tuy nhiªn gi÷a hai d¹ng hÊp phô nµy kh«ng cã giíi h¹n giâ rÖt. Sù hÊp phô cïng mét chÊt bÞ hÊp phô trªn cïng mét vËt hÊp phô, trong ®iÒu kiÖn nµy cã tÝnh chÊt ho¸ häc, nh­ng trong ®iÒu kiÖn kh¸c nã l¹i cã tÝnh chÊt vËy lý. Th­êng th× sù hÊp phô vËt lý x¶y ra tr­íc sù hÊp phô ho¸ häc. Lóc ®Çu chÊt bÞ hÊp phô bÞ hÊp phô bëi bÒ mÆt do c¸c lùc vËt lý råi sau ®ã liªn kÕt víi bÒ mÆt hÊp phô nhê lùc ho¸ häc. HÊp phô ho¸ häc kh«ng ph¶i lµ mét ph¶n øng ho¸ häc v× kh«ng t¹o ra chÊt ho¸ häc míi. §Æc tr­ng cña hÊp phô ho¸ häc lµ sù chän läc cao. Mçi bÒ mÆt chØ hÊp phô mét sè chÊt nhÊt ®Þnh, hÊp phô ho¸ häc chØ x¶y ra khi chÊt bÞ hÊp phô cã thÓ t¹o ra liªn kÕt ho¸ häc víi bÒ mÆt chÊt hÊp phô. VÝ dô khi cho dung dÞch KCl, NaNO3 tiÕp xóc víi bét AgBr th× chØ cã c¸c ion Cl- bÞ hÊp phô. NhiÖt cña hÊp phô ho¸ häc cã thÓ ®¹t ®Õn 200kcal/mol trong khi ®ã nhiÖt cña hÊp phô vËy lý chØ ®¹t tõ 2-8kcal/mol.
HHP: NhiÖt hÊp phô NÕu
kcal/mol lµ hÊp phô vËt lý. NÕu
Kcal/mol lµ hÊp phô ho¸ häc. B¶ng 2.1. NhiÖt hÊp phô cña khÝ nªn cacbon ho¹t tÝnh cña mét sè chÊt. KhÝ  O2  Cl2  NH3  CO2  H2O  
(kcal/mol)  -72  -31,9  -16,9  -8,4  -9,4   2.3.3. Tèc ®é hÊp phô 2.3.3.1. Tèc ®é hÊp phô vËt lý[7] Tèc ®é hÊp phô vËt lý th­êng rÊt lín, do n¨ng l­îng ho¹t ho¸ hÇu nh­ kh«ng cã (0-5kcal/mol), v× vËy viÖc x¸c ®Þnh tèc ®é th­êng rÊt khã kh¨n. Trong nhiÒu tr­êng hîp, c©n b»ng hÊp phô ®¹t ®­îc sau 10-20 gi©y, 90-95% chÊt bÞ hÊp phô ®· liªn kÕt víi vËt hÊp phô chØ sau 1-2 gi©y. Trong thùc tÕ ng­êi ta chÊp nhËn, tèc ®é hÊp phô ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tèc ®é mµ chÊt bÞ hÊp phô tiÕn ®Õn bÒ mÆt vËt hÊp phô nghÜa lµ b»ng tèc ®é khuÕch t¸n. Nguyªn nh©n mµ trong mét sè tr­êng hîp sù hÊp phô vËt lý diÔn ra chËm lµ do cÊu t¹o cña chÊt hÊp phô. C¸c chÊt hÊp phô th­êng cã cÊu tróc xèp, sù th©m nhËp cña c¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô vµo c¸c lç xèp ®ßi hái thêi gian dµi h¬n. Nguyªn nh©n cña sù hÊp phô chËm còng cã thÓ do bÒ mÆt hÊp phô ®· hÊp phô s½n kh«ng khÝ hoÆc h¬i n­íc. Ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn tèc ®é hÊp phô.
2.2 Trong ®ã.
–L­îng chÊt bÞ hÊp phô sau thêi gian
. TCB – L­îng chÊt bÞ hÊp phô øng víi sù thiÕt lËp c©n b»ng hÊp phô trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®· cho. K – HÖ sè. Tõ ph­¬ng tr×nh ta thÊy cµng gÇn ®Õn tr¹ng th¸i c©n b»ng th× sù hÊp phô x¶y ra cµng chËm. §«i khi ng­êi ta cßn dïng ph­¬ng tr×nh Bederke – Frendrich. T = K.
(2.3) n– Sè thø nguyªn. 2.3.3.2. Tèc ®é hÊp phô ho¸ häc[7] Tèc ®é hÊp phô ho¸ häc th­êng nhá h¬n tèc ®é hÊp phô vËt lý, do n¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña hÊp phô ho¸ häc lín h¬n rÊt nhiÒu so víi n¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña hÊp phô vËt lý(
10kcal/mol), ®©y lµ nguyªn nh©n chÝnh lµm cho tèc ®é ho¹t ho¸ cña hÊp phô th­êng nhá h¬n tèc ®é hÊp phô vËt lý. Tèc ®é cña qu¸ tr×nh hÊp phô ®­îc tÝnh theo ph­¬ng tr×nh: KHP = KO.ZE-Ec/RT (2.4) Trong ®ã: KHP - H»ng sè tèc ®é cña hÊp phô ho¸ häc. KO - HÖ sè ®Æc tr­ng cho x¸c suÊt h×nh häc. Ec - N¨ng l­îng ho¹t ho¸. Ze - Sè va ch¹m cña ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô trªn mét ®¬n vÞ bÒ mÆt trong mét ®¬n vÞ thêi gian (Ze tû lÖ víi ¸p suÊt). 2.4. Lý thuyÕt hÊp phô Cã 3 d¹ng hÊp phô chñ yÕu lµ. HÊp phô trªn ranh giíi r¾n - khÝ. HÊp phô trªn ranh giíi láng - khÝ. HÊp phô trªn ranh giíi r¾n - láng. Trong néi dung ®å ¸n nµy, sù hÊp phô trªn ranh giíi r¾n - khÝ ®­îc øng dông chñ yÕu. Sù hÊp phô cña khÝ lªn bÒ mÆt vËt r¾n lµ tr­êng hîp phæ biÕn nhÊt cña sù hÊp phô. HÖ thèng kh¶o s¸t chØ cã hai cÊu tö, do vËy tr­ßng hîp hÊp phô khÝ lªn bÒ mÆt r¾n ®Æc biÖt thuËn lîi ®Ó kh¶o s¸t lý thuyÕt c¸c hiÖn t­îng hÊp phô. Cã nhiÒu thuyÕt kh¶o s¸t vÒ hiÖn t­îng hÊp phô nµy. 2.4.1. ThuyÕt hÊp phô ®¬n ph©n tö Langmuir a. C¸c gi¶ thuyÕt Langmuir ®· sö dông Sù hÊp phô lµ do c¸c lùc ho¸ trÞ hoÆc do c¸c lùc ho¸ trÞ d­ g©y ra. Sù hÊp phô c¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô x¶y ra t¹i c¸c trung t©m ho¹t ®éng, c¸c trung t©m nµy lu«n lu«n cã trªn bÒ mÆt cña chÊt hÊp phô. Nh÷ng trung t©m nµy cã thÓ lµ c¸c ®Ønh, c¸c ®iÓm ®ã cã ë bÊt kú bÒ mÆt nµo ngay c¶ ë bÒ mÆt ph¼ng tr¬n. Do lùc hÊp phô cã b¸n kÝnh t¸c dông nhá, lµ lùc cã b¶n chÊt gÇn víi lùc ho¸ häc vµ cã kh¶ n¨ng tiÕn tíi b·o hoµ, nªn mçi trung t©m ho¹t ®éng chØ hÊp phô mét ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô. C¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô bÞ gi÷ bëi c¸c trung t©m ho¹t ®éng trong mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh. Sau kho¶ng thêi gian ®ã c¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô bÞ ®øt ra khái bÒ mÆt cña chÊt hÊp phô, vµ chuyÓn vµo pha khÝ. C¸c trung t©m ho¹t ®éng l¹i hÊp phô c¸c ph©n tö khÝ míi. Langmuir bá qua lùc t­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô, cã nghÜa lµ thêi gian l­u l¹i cña c¸c ph©n tö khÝ trªn c¸c trung t©m hÊp phô kh«ng phô thuéc vµo c¸c trung t©m bªn c¹nh cã bÞ chiÕm bëi c¸c ph©n tö khÝ kh¸c kh«ng. Langmuir cho r»ng bÒ mÆt vËt r¾n liªn kÕt ho¸ häc yÕu ít víi c¸c ph©n tö khÝ bÞ hÊp phô, do vËy sù hÊp phô chØ t¹o ra mét líp ®¬n ph©n tö cña chÊt bÞ hÊp phô trªn bÒ mÆt vËt r¾n, ë xa h¬n lùc liªn kÕt ho¸ häc kh«ng tån t¹i n÷a. Do vËy líp hÊp phô cã bÒ dµy b»ng ®é dµy ph©n tö, ®©y chÝnh lµ líp hÊp phô ®¬n ph©n tö. b. Ph­¬ng tr×nh tÝnh to¸n M =
(2.5) M – L­îng hÊp phô.
- L­îng hÊp phô cùc ®¹i. P - ¸p suÊt chÊt bÞ hÊp phô. K - H»ng sè tû lÖ. c. ý nghÜa Tõ ph­¬ng tr×nh tÝnh to¸n ta cã thÓ biÕt ®­îc l­îng chÊt hÊp phô, vµ l­îng chÊt hÊp phô cùc ®¹i. Ph­¬ng tr×nh nµy miªu t¶ kh¸ tèt c©n b»ng hÊp phô ë ¸p suÊt trung b×nh. 2.4.2. ThuyÕt hÊp phô cña BET Sù hÊp phô cã thÓ kh«ng dõng l¹i ë líp ®¬n ph©n tö. Sau líp thø nhÊt, lµ sù hÊp phô líp thø hai, thø ba… ®ã lµ sù hÊp phô ®a ph©n tö. Lùc hÊp phô lµ lùc vËt lý. BÒ mÆt cã mét tr­êng lùc vËt lý ®ñ lín ®Ó cã thÓ thu hót lªn nã nhiÒu líp ph©n tö chÊt khÝ. Tõ nh÷ng quan ®iÓm nµy ®· dÉn Brunauer, Emmett vµ Teller thiÕt lËp ph­¬ng tr×nh hÊp phô BET. a. C¸c gi¶ thuyÕt mµ BET ®· sö dông Trªn bÒ mÆt vËt hÊp phô cã mét l­îng x¸c ®Þnh c¸c trung t©m b»ng nhau vÒ mÆt n¨ng l­îng. C¸c trung t©m nµy cã thÓ gi÷ c¸c ph©n tö cña chÊt bÞ hÊp phô. §Ó ®¬n gi¶n BET ®· bá qua c¸c t­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö bÞ hÊp phô trong líp thø nhÊt vµ trong c¸c líp kÕ tiÕp. Hai gi¶ thuyÕt nµy øng víi sù hÊp phô Langmuir trªn bÒ mÆt ®ång nhÊt kh«ng cã t­¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö chÊt bÞ hÊp phô. Mçi ph©n tö cña chÊt thø nhÊt lµ trung t©m cho sù hÊp phô líp thø hai. Mçi ph©n tö líp thø hai lµ trung t©m cho sù hÊp phô líp thø 3 … Gi¶ thiÕt cho r»ng, mäi ph©n tö trong líp hai vµ trong líp xa h¬n cã cïng tæng sè tr¹ng th¸i nh­ khi ë tr¹ng th¸i láng ( th× kh¸c xa so víi tr¹ng th¸i cña líp thø nhÊt ). Nh­ vËy pha bÞ hÊp phô cã thÓ xem nh­ lµ sù chång chÊt cña c¸c chuçi ph©n tö, b¾t ®Çu bëi c¸c ph©n tö cña líp thø nhÊt, c¸c chuçi nµy vÒ n¨ng l­îng kh«ng t­¬ng t¸c víi nhau. b. Ph­¬ng tr×nh tÝnh to¸n Ph­¬ng tr×nh BET:
(2.5) Trong ®ã: V – ThÓ tÝch khÝ bÞ hÊp phô ë ¸p suÊt P. Vm – ThÓ tÝch khÝ bÞ hÊp phô trong líp ®¬n ph©n tö. PO – ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña chÊt bÞ hÊp phô t¹i nhiÖt ®é kh¶o s¸t. C – H»ng sè liªn hÖ víi nhiÖt hÊp phô cña líp thø nhÊt q1. C =
(2.7) 2.5. ChÊt hÊp phô[4, 5, 7, 8, 9] C¸c chÊt hÊp phô r¾n ®­îc chÕ t¹o ë d¹ng ph©n t¸n cao, cã bÒ mÆt riªng lín. CÊu tróc bÒ mÆt cña chóng th­êng kh«ng ®ång nhÊt, kh«ng hoµn chØnh nh­ ë tinh thÓ lý t­ëng, nh­ng sù kh«ng hoµn chØnh ®ã l¹i lµ sù hoµn thiÖn cÇn ®¹t ®­îc cña mét chÊt hÊp phô. Sù kh«ng hoµn chØnh, sù lÖch khái tr¹ng th¸i lý t­ëng thÓ hiÖn ë bÒ mÆt ho¸ lý. Trªn bÒ mÆt tinh thÓ bao giê còng cã nh÷ng khe r·nh, nh÷ng lç, hang hèc, tr­êng lùc kh¸c nhau, chóng rÊt ®a r¹ng. BÒ mÆt chÊt hÊp phô r¾n lu«n låi lâm. ChÝnh nh÷ng chç låi lâm, nh÷ng hang hèc, khe nøt ®· gãp phÇn lµm t¨ng bÒ mÆt riªng cña chÊt hÊp phô. C¸c chÊt th­êng ®­îc sö dông lµm chÊt hÊp phô nh­. Than ho¹t tÝnh, silicagel, nh«m ho¹t tÝnh, chÊt hÊp phô polyme, zeolit… Chóng cã ®Æc ®iÓm chung lµ cã cÊu tróc xèp, cã bÒ mÆt riªng lín, cã kh¶ n¨ng hót lªn bÒ mÆt cña chóng mét sè chÊt. Trong néi dung ®å ¸n nµy t«i xin giíi thiÖu vÒ zeolit, chÊt hÊp phô tiªu biÓu ®­îc sö dông trong phÇn tÝnh to¸n. 2.5.1. Zeolit Zeolit lµ mét lo¹i aluminosilicat tinh thÓ cã cÊu tróc kh«ng gian ba chiÒu víi hÖ thèng mao qu¶n ®ång ®Òu vµ trËt tù. Do cã kh¶ n¨ng ph©n t¸ch c¸c ph©n tö cã kÝch th­íc kh¸c nhau mµ zeolit cßn ®­îc gäi lµ vËt liÖu r©y ph©n tö. C«ng thøc tæng qu¸t cña zeolit cã d¹ng nh­ sau. (M+)X.(AlO2)X.(SiO2)Y.zH2O Trong ®ã. M: Cation bï trõ ®iÖn tÝch khung. Z: Sè ph©n tö n­íc tinh khiÕt cã trong zeolit. §¬n vÞ cÊu tróc cña c¸c zeolit lµ c¸c tø diÖn JO4, víi J cã thÓ lµ Al hoÆc Si. Zeolit cã cÊu tróc tinh thÓ, sù kh¸c nhau trong m¹ng tinh thÓ cña c¸c zeolit lµ do ®iÒu kiÖn tæng hîp, thµnh phÇn nguyªn liÖu, sù trao ®æi c¸c cation kim lo¹i thay thÕ t¹i c¸c nót m¹ng t¹o nªn. Theo Naccache th× viÖc t¹o thµnh khung cÊu tróc zeolit lµ do mèi liªn kÕt –Si-O-Si- hoÆc –Si-O-Al- t¹o ra. Xung quanh mçi ion Si4+ lµ 4 nguyªn tö O t¹o thµnh khung tø diÖn JO4, trong ®ã cã mét sè tø diÖn cã vÞ trÝ cña Si4+ ®­îc thay thÕ bëi Al3+ t¹o ra tø diÖn AlO4-. Tø diÖn nµy cã c¸c ®iÖn tÝch ©m cßn d­ vµ nã ®­îc bï trõ b»ng c¸c cation trao ®æi nh­ K+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+, H+ … C¸c tø diÖn SiO44-vµ AlO45-®­îc liªn kÕt ®Æc biÖt víi nhau qua ®Ønh Oxy t¹o thµnh nh÷ng ®¬n vÞ cÊu tróc c¬ b¶n gäi lµ Sodalit. H×nh 2.1. Sù t¹o thµnh zeolit A, X(Y) tõ c¸c SBU Xung quanh mçi ®Ønh cña sodalit lu«n cã 4 ion O2-, c¸c ion nµy lµ cÇu nèi gi÷a c¸c nguyªn tö Si vµ Al trong Sodalit hoÆc gi÷a c¸c nguyªn tö Si vµ Al trong c¸c Sodalit kh¸c nhau.
H×nh 2.2. Mét ®¬n vÞ cÊu tróc zeolit A cïng víi vÞ trÝ cation ®èi (I, II, III) vµ hÖ thèng kªnh Cã kho¶ng 40 cÊu tróc Zeolit tù nhiªn kh¸c nhau. HiÖn nay cã kho¶ng 200 lo¹i zeolit tæng hîp, tuy vËy míi chØ cã mét l­îng nhá trong sè ®ã ®­îc sö dông trong c«ng nghiÖp. TÝnh chÊt xóc t¸c cña c¸c lo¹i zeolit ®­îc thÓ hiÖn bëi cÊu tróc vµ h×nh th¸i cña chóng, tøc lµ sù s¾p xÕp trËt tù cña c¸c tø diÖn, phÇn thÓ tÝch rçng, sù tån t¹i cña c¸c mao qu¶n vµ cña c¸c lç, kÝch th­íc c¸c lç vµ mao qu¶n. Ngoµi ra tÝnh chÊt cña c¸c zeolit cßn phô thuéc vµo tû lÖ Si/Al ( hoÆc tû lÖ SiO2/Al2O3 ) vµ c¸c cation bï trõ ( K+, Na+ …), v× khi tû lÖ Si/Al thay ®æi th× sÏ dÉn ®Õn sù thay ®æi cña c¸c cation bï trõ ( K+, Na+ …), khi ®ã tÝnh chÊt xóc t¸c cña chóng còng thay ®æi theo. Lowenstein ®· chØ ra r»ng, trong cÊu tróc zeolit kh«ng tån t¹i liªn kÕt Al-O-Al mµ chØ tån t¹i d¹ng liªn kÕt Si-O-Si vµ Si-O-Al v× vËy mµ tû lÖ Si/Al trong khung cÊu tróc ®Òu lín h¬n hoÆc b»ng 1. 2.5.1.1. Ph©n lo¹i zeolit Dùa vµo ®Æc tr­ng vµ tÝnh chÊt sö dông cña zeolit, ng­êi ta ph©n lo¹i theo 2 h­íng sau: 2.5. 1.1.1. Ph©n lo¹i theo kÝch th­íc mao qu¶n ViÖc ph©n lo¹i theo kÝch th­íc mao qu¶n rÊt thuËn tiÖn trong viÖc nghiªn cøu øng dông cña zeolit, theo c¸ch nµy chia thµnh 3 lo¹i: Zeolit cã mao qu¶n réng, ®­êng kÝnh mao qu¶n lín h¬n 8Ao vÝ dô nh­ zeolit X, Y, mordenit. Zeolit cã mao qu¶n trung b×nh, ®­êng kÝnh mao qu¶n tõ 5 ®Õn 8AO nh­ zeolit ZSM- 5, ZSM- 11,... Zeolit cã mao qu¶n nhá, ®­êng kÝnh mao qu¶n nhá h¬n 5 AO vÝ dô nh­ zeolit A, ZSM- 35,... 2.5. 1.1.2. Ph©n lo¹i theo tû lÖ Si/Al Ph©n lo¹i theo c¸ch nµy zeolit ®­îc chia thµnh 3 lo¹i sau: Lo¹i giµu Al: B»ng thùc nghiÖm Lowenstein ®· chóng minh ®­îc hµm l­îng Si trong zeolit lu«n lín h¬n hµm l­îng cña Al. Tû lÖ Si/Al lu«n lín h¬n 1. Trong lo¹i giµu Al cã c¸c zeolit nh­. Zeolit 3, 4, 5A (Faurazit) víi c¸c d¹ng t­¬ng øng 3A(K+A), 4A(Na+A), 5A(Ca2+A). trong ®ã quan träng nhÊt lµ NaX víi tû lÖ Si/Al tõ 1,2 – 2,5. Lo¹i giµu Si: Lo¹i zeolit nµy cã tû lÖ Si/Al lín h¬n 2,5, t­¬ng ®èi bÒn nhiÖt nªn ®­îc sö dông trong nhiÒu qu¸ tr×nh xóc t¸c cã ®iÒu kiÖn kh¾c nghiÖt, tiªu biÓu cho lo¹i nµy lµ ZSM-5, ZSM 11… Tû lÖ Si/Al cña c¸c lo¹i nµy xÊp xØ b»ng 100, ®­êng kÝnh mao qu¶n tõ 5,1-5,7 AO. Theo Naccache, cÊu tróc khung cña ZSM th­êng cã kho¶ng 10 nguyªn tö Al t­¬ng øng víi 1000 nguyªn tö Si trong m¹ng. 2.5.1.2. Mét sè Zeolit tiªu biÓu A. Zeolit A Sù tæng hîp vµ ®Æc tr­ng cña zeolit A ®­îc c«ng bè ®Çu tiªn vµo n¨m 1956 bëi c¸c nhµ nghiªn cøu ë tæ hîp Linde Air Product cña tËp ®oµn Union Carbide. Theo ®ã khung aluminosilicate cña zeolite A ®­îc t¹o thµnh bëi nh÷ng b¸t diÖn côt (sodalit- hèc β). Nh÷ng sodalit nµy nèi víi nhau qua nh÷ng vßng 4 c¹nh kÐp- D4R t¹o ra mao qu¶n cã cöa sæ h×nh vßng 8 c¹nh víi chiÒu réng 0.42 nm nh­ h×nh 2.2. Zeolite A víi cation ®èi lµ Na+ cã c«ng thøc. [Na12Al12Si12O48.27 H2O]8. Zeolit A cã chøa cation dù tr÷ lµ Na, ®­îc gäi lµ zeolit 4A (hoÆc lµ zeolit). Mçi sodalit cã chøa 24 tø diÖn JO4. 12 AlO4, 12 SiO4. Khi zeolit A b·o hoµ hydrat, trong cÊu tróc cña nã chøa 27 ph©n tö n­íc. Theo quy t¾c Lowenstein vµ tû sè Si/Al=1 ®èi víi zeolit A nªn c¸c tø diÖn SiO4, AlO4 ph¶i xen kÏ nhau. Cã 12 ion Na+ trong zeolit A khi hydrat ho¸ hoµn toµn, 8 ion ë gÇn t©m cña nh÷ng vßng 6 c¹nh cña hèc ( vÞ trÝ nµy gäi lµ vÞ trÝ SI. Cßn l¹i 4 ion xuÊt hiÖn cïng nh÷ng ph©n tö H2O trong nh÷ng vßng 8 c¹nh. Nh÷ng ph©n tö H2O t¹o thµnh 5 c¹nh cña h×nh 12 c¹nh trong hèc α. Trong nhiÒu zeolit víi c¸c hèc nhá cation tiÕp xóc víi vµi ph©n tö H2O. Bëi v× khi kÝch th­íc c¸c hèc t¨ng, c¸c cation cã thÓ ®­îc bao quanh bëi vµi ph©n tö H2O, zeolit víi nhiÒu hèc lín ph©n tö H2O cã thÓ tån t¹i nh­ pha láng c« lËp. Trong zeolit A dehydrat ho¸ 8 ion Na+ ë vÞ trÝ SI di chuyÓn 0,4Ao tõ t©m vßng 6 c¹nh vµo hèc, ba ion Na+ vÞ trÝ SII di chuyÓn 1,2Ao tõ t©m mÆt (111) vµo vßng 8 c¹nh. 3 ion nµy lµ thµnh phÇn cña kªnh nªn ¶nh h­ëng ®Õn tÝnh chÊt hÊp phô chÊt khÝ, h¬i vµ thay ®æi kÝch th­íc mao qu¶n. Ion Na+ cßn l¹i ë vÞ trÝ ®èi diÖn vßng 4 c¹nh, vÞ trÝ SIII. Khi trao ®æi ion víi Ca2+, cã 4 Ca2+ vµ 4 Na+ trong mçi ®¬n vÞ cÊu tróc, 8 ion vÞ trÝ SI ®­îc ®iÒn ®Çy, vÞ trÝ SII cßn trèng. Bëi vËy c¸c kªnh hoµn toµn më vµ cã kh¶ n¨ng hÊp phô c¸c ph©n tö cã ®­êng kÝnh ®éng häc ~4,3Ao. Zeolit nµy ®­îc gäi lµ zeolit 5A. Khi trao ®æi víi cation K+, nh÷ng ion K+ ë vÞ trÝ SII lµm h¹n chÕ ®é më réng cña nh÷ng vßng 8 c¹nh bëi vËy nh÷ng ph©n tö cã ®­êng kÝch ®éng häc >3Ao kh«ng bÞ hÊp phô. Zeolit nµy ®­îc gäi lµ zeolit 3A. B¶ng 2.2. C¸c th«ng sè ®Æc tr­ng cña zeolit A (d¹ng NaA) Th«ng sè  Gi¸ trÞ   Thµnh phÇn « m¹ng c¬ së  Na12[(AlO2)12(SiO2)12.27H2O   H»ng sè « m¹ng c¬ së  a=b=c=24.6Ao   ThÓ tÝch « m¹ng c¬ së  1970 (Ao)3   Tû träng khung  1.99 g/cc   ThÓ tÝch lç trèng  0.47 cc/cc   §­êng kÝnh ®éng häc  3.9 Ao   Zeolit A cã tÝnh chÊt cña r©y l­ìng ion. ChØ nh÷ng cation nhá míi cã thÓ ®i qua nh÷ng vßng 6 c¹nh víi ®­êng kÝnh ~2.5Ao vµo hèc β. KÝch th­íc nµy ng¨n chÆn hÇu hÕt cation kÓ c¶ Ca2+, NH4+. Cation h÷u c¬ lín nh­ tetramethyl ammoni kh«ng thÓ x©m nhËp vµo nh÷ng vßng 8 c¹nh hèc α. Trong zeolit A, 12 ion cã ®iÖn tÝch ®¬n vÞ ®Þnh c­ trong mçi ®¬n vÞ lËp ph­¬ng cña 24 tø diÖn JO4. Do cã sù “gi÷” ph©n tö NaAlO2 trong hèc β, bëi vËy cã 13 ion Na+ trong mçi ®¬n vÞ cÊu tróc. Do ®ã dung l­îng trao ®æi thùc lµ (12+x) ion Na+ víi mçi ®¬n vÞ cÊu tróc, víi 0 < x <1 tuú vµo cation [14]. C©n b»ng trao ®æi cation cña zeolit A ®­îc x¸c ®Þnh víi hÇu hÕt c¸c cation cã ®iÖn tÝch +1vµ +2. Mäi sù cè g¾ng trao ®æi víi ion +3 ®Òu ch­a cã kÕt qu¶. Zeolit A lµ lo¹i vËt liÖu cã bÒ mÆt ph©n cùc vµ ­a n­íc, v× trªn bÒ mÆt cã chøa c¸c cation bï trõ ®iÖn tÝch khung (Na+, K+, Ca2+), c¸c liªn kÕt Si-O-Al cã momen l­ìng cùc lín. Do ®ã zeolit A hÊp phô rÊt m¹nh c¸c ph©n tö cã cùc, ®Æc biÖt lµ víi n­íc. Zeolit A cã hai kiÓu lç xèp: Lç xèp trong nh÷ng hèc β cã thÓ tÝch 151 Ao3 Lç xèp trong nh÷ng hèc α cã thÓ tÝch 775 Ao3 Nh­ vËy tæng thÓ tÝch lç xèp trong mçi ®¬n vÞ cÊu tróc lµ 926 A3. Khi hÊp phô nh÷ng chÊt khÝ cã kÝch th­íc ph©n tö lín nh­ Ar, O2, N2 ë ¸p suÊt b·o hoµ, chóng chØ cã thÓ vµo hèc α nªn thÓ tÝch khÝ bÞ hÊp phô lµ 775 A3 cho mçi ®¬n vÞ cÊu tróc. ThÓ tÝch n­íc bÞ hÊp phô vµo zeolit A lµ 833A3 cho mçi ®¬n vÞ cÊu tróc, kÕt qu¶ nµy chØ ra r»ng hèc β ph¶i ®­îc lµm ®Çy bëi ph©n tö n­íc. Khi thùc hiÖn trao ®æi cation víi Ca2+ cöa sæ mao qu¶n më réng h¬n t¹o nªn cöa sæ kÝch th­íc 4.3Ao, trong th­¬ng m¹i hay ®­îc gäi lµ zeolit 5A. Sù më réng cöa sæ mao qu¶n trong zeolit 5A lµm t¨ng kh¶ n¨ng hÊp phô víi nhiÒu ph©n tö. Khi thùc hiÖn trao ®æi ion víi K+ cöa sæ mao qu¶n bÞ thu hÑp l¹i cßn 2.9Ao trong th­¬ng m¹i hay ®­îc gäi lµ zeolit 3A hay KA. Sù thu hÑp cöa sæ mao qu¶n lµm gi¶m kh¶ n¨ng hÊp phô, chØ nh÷ng ph©n tö kÝch th­íc nhá nh­ H2O, NH3 míi bÞ hÊp phô. Bëi vËy ®é chän läc t¨ng nh­ng tèc ®é hÊp phô chËm. Mét sè øng dông cña zeolit A + Lµm kh« khÝ V× zeolit A cã ¸i lùc cao víi n­íc vµ nh÷ng ph©n tö cã cùc nªn cã thÓ sö dông chóng ®Ó lo¹i n­íc tõ hçn hîp chÊt khÝ, chÊt láng nh»m lµm kh« chóng. So víi nh÷ng chÊt hót Èm kh¸c nh­ . zeolit X, Y, F, silicagel, nh«m ho¹t tÝnh...,­u ®iÓm næi bËt cña zeolit A lµ kh¶ n¨ng hÊp phô H2O ë ¸p suÊt riªng phÇn cña h¬i n­íc t­¬ng ®èi nhá. Zeolit A cã dung l­îng hÊp phô cao h¬n h¼n nh÷ng chÊt hót Èm kh¸c. §iÒu nµy ®ång nghÜa víi viÖc zeolit A cã kh¶ n¨ng lµm s¹ch n­íc lÉn trong c¸c chÊt kh¸c ®Õn l­îng vÕt. Nªn trong c¸c qu¸ tr×nh lµm kh« sö dông chÊt hÊp phô giai ®o¹n ®Çu sö dông nh÷ng chÊt hót Èm nh­ silicagel, giai ®o¹n sau cïng míi dïng zeolit A. Ng­êi ta th­êng sö dông zeolit KA ®Ó lo¹i n­íc trong dßng khÝ ch­a b·o hoµ nh­ khÝ cracking trong nhµ m¸y tæng hîp etylen. Khi cho dßng khÝ qua tÇng chøa líp zeolit KA chØ cã n­íc bÞ hÊp phô, nh­ng mét sè olefin trong dßng khÝ còng bÞ hÊp phô ®Ó tr¶i qua ph¶n øng polime ho¸ kh«ng mong muèn.