Nghiên cứu sản xuất mêtan lỏng
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 2
105
NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT MÊTAN LỎNG
RESEARCH ON THE PRODUCTION OF LIQUID METHANE
Trần Thanh Sơn1, Phan Quí Trà2
2Trường Cao đẳng Công nghệ – Đại học Đà Nẵng; pqtra@dct.udn.vn, phanquitra@gmail.com
Tóm tắt - Bài báo trình bày việc ứng dụng kỹ thuật cryo để hoá
lỏng khí mêtan từ khí thiên nhiên, phục vụ mục đích tồn trữ và vận
chuyển mêtan. Trong bài báo này, tác giả chọn phương pháp hoá
lỏng khí mêtan từ khí thiên nhiên bằng việc sử dụng chu trình lạnh
cascade. Hệ số COP của chu trình hóa lỏng mêtan từ khí thiên
nhiên kiểu Pictet sử dụng chu trình cascade với cặp môi chất
amoniac NH3 và etylen C2H4 cao hơn so với các chu trình hóa lỏng
khí khác như: kiểu Linde đơn giản, kiểu Linde sử dụng môi chất
lạnh trung gian, kiểu Claude. Bài bá o trì nh bày các phương pháp
hóa lỏng khí trong kỹ thuật lạnh cryo (phương pháp Pictet, phương
phá p Linde, phương pháp Claude), góp phần vận dụng kiến thức
kỹ thuật lạnh cryo trong công nghệ hóa lỏng khí thiên nhiên. Đồng
thời, tác giả đã phân tích đánh giá ưu nhược điểm của hệ thống
lạnh cascade trong kỹ thuật cryo dùng để hoá lỏng khí mêtan.
Abstract - This article presents the application of cryogenic technique
to liquefy methane from natural gases for storage and transportation of
methane. In this paper, the author selects a method to liquefy methane
from natural gases by using the cascade refrigerating cycle. The COP
of the cycle to liquefy methane from natural gases following Pictet's
cycle using a cascade cycle with a pair of medium ammonia NH3 and
ethylene C2H4 is higher than that of other liquefied gas cycles such as
Linde's simple type, Linde’s using the intermediate refrigerant type or
Claude type. This article presents methods of gas liquefaction in
cryogenic technique (Pictet method, Linde method, Claude method),
contributes to the application of cryogenic refrigeration technology in
natural gas liquefaction technology. At the same time, the author
analyzes the advantages and disadvantages of cascade refrigeration
systems in cryogenic technique used to liquefy methane gas.
Từ khóa - mêtan; hoá lỏng mêtan; kỹ thuật cryo; chu trì nh cascade;
khí thiên nhiên
Key words - methane; liquefy methane; cryogenic technique;
cascade cycle; natural gases
1. Đặt vấn đề
2. Khai thác và tồn trữ khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên là nguồn nhiên liệu sạch và kinh tế, nó đã
thực sự trở thành loại nhiên liệu thay thế hiện nay. Về bản
chất, khí thiên nhiên không phải là sản phẩm của dầu mỏ, cũng
không phải là hỗn hợp các nhiên liệu hoá thạch truyền thống,
khí thiên nhiên có những tính chất riêng biệt của nó. Khí thiên
nhiên hiện đang được các nhà chức trách, các hãng chế tạo ô
tô, các nhà sản xuất và phân phối khí và dầu mỏ ủng hộ đưa
vào sử dụng trong công nghiệp. Với tư cách là nhiên liệu thay
thế, không có nguồn gốc từ dầu mỏ, khí thiên nhiên được sử
dụng để chạy các động cơ nhiệt truyền thống, ít phát thải chất
độc, do đó góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kính.
Khí thiên nhiên là hỗn hợp chất khí cháy được bao gồm
phần lớn là các hydrocacbon. Khí thiên nhiên có thể chứa
đến 85% mêtan (CH4) và khoảng 10% êtan (C2H6), và cũng
có chứa số lượng nhỏ propan (C3H8), butan (C4H10), pentan
(C5H12) và các ankan khác.
Do khí thiên nhiên ở dạng khí khó vận chuyển bằng các
phương tiện thông thường, trong lịch sử khí thiên nhiên đã
được sử dụng ở các khu vực gần mỏ khí. Khi ngành công
nghiệp dầu khí phát triển vào thế kỷ 19, 20, khí thiên nhiên
được phát hiện cùng dầu mỏ (khí đồng hành) từ các mỏ ngầm,
thường được xử lý như chất phụ phẩm phế thải và thường
được đốt bỏ ngay trên giàn khoan. Ngày nay, khí thiên nhiên
được vận chuyển thông qua các mạng lưới đường ống dẫn khí
rộng lớn hoặc được hóa lỏng và chở bằng tàu bồn.
Ở thị trường Việt Nam, đã bắt đầu xuất hiện sản phẩm
CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên nén, lấy
từ các mỏ khí thiên nhiên, được xử lý và nén ở áp suất cao
(200 bar đến 250 bar) để tồn trữ và vận chuyển, phục vụ
nhu cầu sử dụng làm nhiên liệu cho các hộ công nghiệp.
Khi sử dụng khí nén CNG đòi hỏi thiết bị tồn trữ phải luôn
được quan tâm hàng đầu về vấn đề an toàn.
Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên
liệu đầu vào cho ngành chế biến hóa chất. Là một nhiên
liệu gia dụng, nó được đốt trong các bếp gas, lò gas để nấu
nướng, sấy khô. Là một nhiên liệu công nghiệp, khí thiên
nhiên được đốt trong các lò gạch, gốm và lò cao sản xuất
xi măng. Khí thiên nhiên còn được sử dụng để đốt các lò
đốt các tua bin nhiệt điện để phát điện, cũng như các lò nấu
thủy tinh, lò luyện kim loại và chế biến thực phẩm.
Khí thiên nhiên chiếm thể tích lớn hơn 600 lần so với
dạng lỏng của nó. Do vậy, việc hóa lỏng khí thiên nhiên để
vận chuyển và tồn trữ là vấn đề cấp bách cần được nghiên
cứu kỹ công nghệ để ứng dụng tại thị trường Việt Nam
trong giai đoạn hiện nay, nhằm khai thác hiệu quả nguồn
nhiên liệu sạch và kinh tế này.
Để định vị được các mỏ khí, các nhà địa chất học thăm
dò những khu vực có chứa những thành phần cần thiết cho
việc tạo ra khí thiên nhiên: đá nguồn giàu hữu cơ, các điều
kiện chôn vùi đủ cao để tạo ra khí tự nhiên từ các chất hữu
cơ. Khi các kiến tạo địa chất có thể chứa khí tự nhiên được
xác định, người ta tiến hành khoan các giếng. Nếu giếng
khoan đi vào lớp đá xốp có chứa trữ lượng đáng kể khí
thiên nhiên, áp lực bên trong lớp đá xốp có thể ép khí thiên
nhiên lên bề mặt. Nhìn chung, áp lực khí thường giảm sút
dần sau một thời gian khai thác và người ta phải dùng bơm
hút khí lên bề mặt.
Thành phần chủ yếu của khí thiên nhiên là mêtan (CH4).
Mêtan sôi ở nhiệt độ -161°C ở áp suất khí quyển, nó có thể
được hóa lỏng tách ra từ khí thiên nhiên nhờ kỹ thuật lạnh
cryo (kỹ thuật lạnh sâu). Trong công nghiệp, kỹ thuật lạnh
cryo được ứng dụng rộng rãi với nhiều quá trình công nghệ
khác nhau, đã có nhiều công trình của các nhà khoa học
trên thế giới nghiên cứu về lĩnh vực hóa lỏng khí [1, 2, 3,
9]. Trong phạm vi bài báo này, tác giả nghiên cứu chu trình
cascade để hóa lỏng mêtan từ khí thiên nhiên.
106
Trần Thanh Sơn, Phan Quí Trà
Theo PetroVietNam Gas Company, tiềm năng nguồn khí trình II và III, môi chất lạnh được ngưng tụ trong các bình
Việt Nam tập trung ở 5 vùng trũng chính: trũng Sông Hồng, ngưng (NT2) và (NT3) do môi chất lạnh của tầng trên bay
trũng Cửu Long, trũng Nam Côn Sơn, trũng Mã Lai - Thổ hơi làm mát. Các thiết bị ngưng tụ (NT2) và (NT3) vừa
Chu và trũng miền Trung, có khả năng cung cấp khí trong đóng vai trò là thiết bị ngưng tụ đối với tầng dưới vừa là
vài thập kỷ tới. Các vùng trũng này đến nay vẫn đang trong thiết bị bay hơi của chu trình tầng trên. Ở chu trình tầng
giai đoạn nghiên cứu và đánh giá một cách chi tiết.
cuối cùng (ở đây là tầng IV), môi chất lạnh phải là khí cần
hóa lỏng. Như vậy, khí này được làm lạnh sơ bộ trong thiết
bị bay hơi (NT4) của tầng III và đi qua van tiết lưu (TL4)
để giãn nở đến trạng thái của hỗn hợp hai pha rồi vào thiết
bị phân ly. Phần lỏng của hỗn hợp được tách ra khỏi chu
trình, còn phần chưa hóa lỏng được hòa trộn với khí mới
để đưa vào máy nén 4 lặp lại chu trình. Khối lượng khí mới
bổ sung bằng khối lượng khí đã hóa lỏng do quá trình hóa
lỏng được thực hiện liên tục.
Hiện nay, chỉ có 2 trũng có trữ lượng thương mại là
trũng Cửu Long và trũng Nam Côn Sơn, thuộc thềm lục địa
phía nam. Trong đó, mỏ Bạch Hổ và mỏ Rồng thuộc vùng
trũng Cửu Long đã và đang cho sản lượng khai thác khí
đồng hành quan trọng nhất.
Bảng 1. Tiềm năng khí thiên nhiên ở Việt Nam
Trữ lượng thực tế
Trữ lượng tiềm
Mỏ khí
(tỷ m3)
năng (tỷ m3)
Ở phương pháp hóa lỏng Pictet, số lượng tầng phụ
thuộc vào tính chất của khí hóa lỏng và của các môi chất
lạnh sử dụng. Chẳng hạn, để hóa lỏng không khí theo
phương pháp này, người ta sử dụng thiết bị hóa lỏng 4 tầng
như kiểu sơ đồ trình bày ở trên; môi chất lạnh sử dụng ở
các tầng trên thường là amoniac, êtylen, mêtan và tầng cuối
cùng là không khí.
Sông Hồng
Cửu Long
5,6 – 11,2
42 – 70
28 – 56
84 – 140
Nam Côn Sơn
Mã Lai – Thổ Chu
Các mỏ nhỏ khác
Tổng cộng
140 – 196
14 – 42
532 – 700
84 – 140
-
532 – 700
1.260 – 1.736
201,6 – 319,2
Thành phần các khí hydrocacbon trong các mỏ khí hiện
đang khai thác tại Việt Nam cho thấy mêtan chiếm tỷ trọng
chủ yếu:
Bảng 2. Thành phần khí thiên nhiên khai thác từ một vài mỏ ở
Việt Nam (% theo thể tích)
Thành phần khí Mỏ Bạch Hổ Mỏ Rồng Mỏ Đại Hùng
CH4
C2H6
71,50
12,52
8,61
4,83
1,84
0,40
0,30
76,54
6,98
8,25
1,72
1,49
3,02
2,00
77,25
9,49
3,83
2,60
2,33
2,50
2,00
C3H8
C4H10
C5H12 và cao hơn
CO2
H2S
Thực tế cho thấy rằng, với trữ lượng dầu và khí thiên
nhiên lớn, có thể tổ chức sản xuất ở quy mô lớn có lợi
nhuận cao các sản phẩm êtan, khí hóa lỏng (LPG, LNG),
các hydrocacbon khác và nhiên liệu cho động cơ [9].
3. Các phương pháp hóa lỏng khí
Ba phương pháp chính được sử dụng trong kỹ thuật hóa
lỏng khí là phương pháp Pictet, phương pháp Linde và
phương pháp Claude.
3.1. Phương pháp Pictet
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa lỏng kiểu Pictet
3.2. Phương pháp Linde
Phương pháp này còn có tên gọi là phương pháp hóa
lỏng nhiều tầng, là phương pháp truyền thống nhất, mang
tên nhà vật lý Thụy Sĩ Pictet R., phát minh từ năm 1877.
Hệ thống ghép tầng là hệ thống hóa lỏng đầu tiên sử dụng
cho không khí [3, 4, 5, 6].
Phương pháp Linde là phương pháp thứ 2 được sử dụng
để hóa lỏng khí. Phương pháp Linde là phương pháp hóa
lỏng có làm lạnh khí trước khi tiết lưu đoạn nhiệt, do Linde
- người Đức đề xuất và thực hiện lần đầu tiên vào năm
1895. Khí được làm lạnh nhờ trao đổi nhiệt với khí lạnh từ
thiết bị phân ly về máy nén tại thiết bị hồi nhiệt, hoặc trao
đổi nhiệt với môi chất lạnh trung gian tại thiết bị trao đổi
nhiệt trung gian, và khí lạnh từ thiết bị phân ly về máy nén
tại thiết bị hồi nhiệt [3, 4, 5, 6].
Hệ thống ghép tầng hóa lỏng không khí kiểu Pictet
được trình bày ở Hình 1. Hơi môi chất lạnh được nén, quá
lạnh và giãn nở qua van tiết lưu. Các môi chất lạnh lần lượt
được hóa lỏng và bay hơi một cách liên tục trong mỗi tầng.
Trong chu trình I, môi chất lạnh được ngưng tụ trong
thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước (NT1). Trong các chu
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 2
107
3.3. Phương pháp Claude
Ở các hệ thống thiết bị hóa lỏng khí theo phương pháp
Claude, ngoài van tiết lưu dùng để tạo quá trình giãn nở
không thuận nghịch, còn có máy dãn nở (MDN) thực hiện
chu trình dãn nở đoạn nhiệt sinh công [3, 4, 5, 6].
Hình 2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa lỏng khí kiểu
Linde đơn giản
Hệ thống hoá lỏng khí kiểu Linde đơn giản được trình
bày ở Hình 2. Đây là chu trình đơn giản nhất trong tất cả
các chu trình hóa lỏng khí.
Hình 4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa lỏng kiểu Claude
có van tiết lưu
Ở hệ thống này, khí nén sau khi được làm lạnh sơ bộ,
được chia thành 2 dòng: một dòng được dãn nở và sinh
công trong máy dãn nở rồi quay lại thiết bị hồi nhiệt để làm
lạnh dòng thứ hai trước khi dòng này được dãn nở trong
van tiết lưu. Hỗn hợp hai pha ra khỏi van tiết lưu được phân
li ở phần dưới của thiết bị. Khí hóa lỏng được lấy ra. Phần
còn lại cũng được đưa trở lại thiết bị hồi nhiệt rồi vào máy
nén cùng với khí mới tiếp tục chu trình.
4. Hệ thống hóa lỏng mêtan từ khí thiên nhiên sử dụng
chu trình cascade
4.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Sơ đồ nguyên lý hệ thống hoá lỏng khí mêtan được trình
bày ở Hình 5. Khí thiên nhiên sau khi đã được xử lý từ điểm 1
được đưa vào máy nén (MN) thực hiện quá trình nén đẳng
nhiệt lên đến điểm 2. Ra khỏi máy nén, hơi môi chất được đi
qua thiết bị hồi nhiệt (HN1) trao đổi nhiệt đẳng áp với hơi lạnh
về máy nén để hạ nhiệt độ xuống điểm 3. Tiếp tục, hơi môi
chất qua thiết bị trao đổi nhiệt (TĐN1), tức là thiết bị ghép tầng
(NT-BH) trao đổi nhiệt đẳng áp với cặp môi chất lạnh trung
gian NH3 và C2H4 để hạ nhiệt độ xuống điểm 4. Tiếp tục, hơi
môi chất được đi qua thiết bị hồi nhiệt (HN2) trao đổi nhiệt
đẳng áp với hơi lạnh về máy nén để hạ nhiệt độ xuống điểm 5.
Hình 3. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa lỏng kiểu Linde
dùng môi chất lạnh trung gian
Trong sơ đồ Hình 2, khí được hút từ môi trường ngoài
vào máy nén (MN) ở điểm 1, được nén đẳng nhiệt lên đến
điểm 2. Khí tiếp tục đi qua thiết bị hồi nhiệt (HN), trao đổi
nhiệt đẳng áp với hơi lạnh về máy nén để hạ nhiệt độ xuống
điểm 3. Từ điểm 3 đến điểm 4, hơi giãn nở qua van tiết lưu
(TL). Tại điểm 4, một phần hơi đã hóa thành lỏng được lấy
ra ở trạng thái f và phần còn lại tách ra khỏi lượng lỏng đó
ở trạng thái g (trạng thái hơi bão hòa). Hơi bão hoà này hấp
thụ nhiệt của hơi cao áp, nóng lên rồi được hút về lại máy
nén hòa trộn với khí mới ở trạng thái 1, sau đó tiếp tục một
chu trình mới.
Hơi môi chất tiếp tục qua thiết bị trao đổi nhiệt (TĐN2),
tức là thiết bị bay hơi của tầng thấp (BH) trao đổi nhiệt
đẳng áp với môi chất lạnh trung gian C2H để hạ nhiệt độ
xuống điểm 6. Tiếp tục, hơi môi chất được đi qua thiết bị
hồi nhiệt (HN3) trao đổi nhiệt đẳng áp với hơi lạnh về máy
nén để hạ nhiệt độ xuống điểm 7. Từ điểm 7 đến điểm 8,
hơi dãn nở qua van tiết lưu (TL). Tại điểm 8, một phần hơi
đã hóa thành lỏng được lấy ra ở trạng thái 9 và phần còn lại
tách ra khỏi lượng lỏng đó ở trạng thái 10 (trạng thái hơi
bão hòa). Hơi lỏng này cuối cùng hấp thụ nhiệt của hơi cao
áp, nóng lên đến điểm 11, 12, 13 rồi được hút về lại máy
nén khí thiên nhiên hòa trộn với khí mới ở trạng thái 1 và
lại tiếp tục một chu trình mới [5, 6, 7, 8].
Nguyên lý hoạt động của chu trình trong sơ đồ Hình 3
tương tự như chu trình Hình 2. Nhưng khí cần hóa lỏng
trước khi qua van tiết lưu được hạ nhiệt độ xuống nhờ trao
đổi nhiệt với thiết bị trao đổi nhiệt trung gian sử dụng môi
chất lạnh trung gian bên ngoài (TĐNTG) và trao đổi nhiệt
với khí lạnh về tại thiết bị hồi nhiệt (HN).
108
Trần Thanh Sơn, Phan Quí Trà
7’-8’: Quá trình tiết lưu qua van tiết lưu ở tầng cao.
8’-5’: Quá trình bay hơi của môi chất tại thiết bị ghép
tầng NT-BH.
Hình 6. Đồ thị chu trình hệ thống hóa lỏng mêtan từ khí
thiên nhiên sử dụng chu trình cascade
Hình 5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống hóa lỏng mêtan từ khí
thiên nhiên sử dụng chu trình cascade
4.2. Tính toán chu trình
Đồ thị T-s của chu trình cascade lý thuyết được trình
bày trong Hình 6 [7, 8].
1 – 2: Quá trình nén đẳng nhiệt trong máy nén nhiều
tầng (MN) có làm mát trung gian.
2 – 3: Quá trình làm lạnh khí ở thiết bị hồi nhiệt (HN1).
3 – 4: Quá trình làm lạnh khí ở thiết bị ghép tầng (NT-
BH) nhờ cặp môi chất lạnh trung gian của hệ thống lạnh
cascade.
4 – 5: Quá trình làm lạnh khí ở thiết bị hồi nhiệt (HN2).
Hình 7. Đồ thị T-s chu trình lạnh cascade trong
chu trình hệ thống hóa lỏng khí thiên nhiên
5 – 6: Quá trình làm lạnh khí ở thiết bị bay hơi tầng thấp
(BH) nhờ môi chất lạnh trung gian của hệ thống cascade.
Bảng 1. Thông số trạng thái các điểm nút chu trình hóa lỏng
6 – 7: Quá trình làm lạnh khí ở thiết bị hồi nhiệt (HN3).
mêtan từ khí thiên nhiên
7 – 8: Quá trình dãn nở Joule – Thompson trong van
tiết lưu.
s
Đ.
Nút
Trạng thái
T K P bar h kJ/kg
kJ/kg.K
8 – (9+10): Hỗn hợp (8) tách thành lỏng bão hòa (trạng
thái 9) và hơi bão hòa (trạng thái 10) ở thiết bị phân ly
(BPL).
1
2
3
4
5
6
288
293
283
238
228
173
01
68
68
68
68
68
958,45
823,65
800,50
696,32
673,17
545,81
7,24
H.Hợp khí mới
Hơi cao áp
Hơi cao áp
Hơi cao áp
Hơi cao áp
Hơi cao áp
0,07
-
-
-
-
Đồ thị chu trình cascade sử dụng trong hệ thống hoá
lỏng như trong Hình 7:
1’-2’: Quá trình nén đoạn nhiệt môi chất (C2H4) ở tầng thấp.
2’-3’: Quá trình ngưng tụ hơi môi chất ở thiết bị ghép
tầng NT-BH.
Bảng 2. Thông số trạng thái các điểm nút chu trình lạnh cascade
T K P bar h kJ/kg V m3/kg
Đ. nút
Trạng thái
3-4’: Quá trình tiết lưu qua van tiết lưu ở tầng thấp.
4-1’: Quá trình bay hơi của môi chất tại TBBH ở tầng thấp.
5’-6’: Quá trình nén đoạn nhiệt môi chất (NH3) ở tầng cao.
6’-7’: Quá trình ngưng tụ hơi môichất tạiTBNT ở tầng cao.
1’
2’
3’
4’
170
323
238
170
1,0
16,6
16,6
1,0
-180
50
5,0
0,5
Hơi bão hòa khô
Hơi quá nhiệt
Lỏng bão hòa
Hơi ẩm
-482
-482
0,001
1,75
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 2
109
6. Hệ số làm lạnh COP chu trình hóa lỏng mêtan từ khí
thiên nhiên:
5’
6’
7’
8’
233
423
293
233
0,7
8,6
8,6
0,7
1.400
1.750
291
1,5
0,25
0,001
0,35
Hơi bão hòa khô
Hơi quá nhiệt
Lỏng bão hòa
Hơi ẩm
Q
COP =
(9)
W
291
Thay các giá trị vào ta tính được COP của chu trình
cascade là khoảng 0,39. Giá trị này lớn hơn so với COP của
các chu trình Linde, Pictet và Claude lý thuyết.
Bỏ qua tổn thất nhiệt ra môi trường, tính cho 1 kg khí
nén trong chu trình hóa lỏng, áp dụng định luật I nhiệt động
học, ta có:
5. Kết luận
1. Nhiệt lượng nhận được tại thiết bị phân ly:
Từ kết quả tính toán chu trình cascade và so sánh với
với các chu trình hoá lỏng khí mêtan khác, nhóm tác giả
kết luận như sau:
Q = QMN + Q1 + Q2 [kJ]
(1)
(
)
(
)
(
)
푄 = 푚 ℎ1 − ℎ2 + 푚 ℎ3 − ℎ4 + 푚 ℎ5 − ℎ6 [kJ] (2)
Trong đó:
Hệ số làm lạnh COP của chu trình hóa lỏng mêtan từ
khí thiên nhiên kiểu Pictet sử dụng chu trình cascade với
cặp môi chất NH3 và C2H4 cao hơn so với các chu trình hóa
lỏng khí khác (kiểu Linde đơn giản; Linde sử dụng môi
chất lạnh trung gian; Claude). Từ đó cho ta thấy, hệ thống
lạnh cascade được ứng dụng trong hệ thống hóa lỏng mêtan
từ khí thiên nhiên. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là cần đưa ra
giải pháp vận hành tối ưu hệ thống cascade sử dụng nhiều
môi chất lạnh khác nhau để nâng cao hiệu quả kinh tế, kỹ
thuật trong công nghiệp ứng dụng hệ thống lạnh cascade
vào hệ thống hóa lỏng khí.
QMN: Nhiệt lượng tỏa ra tại máy nén kJ.
Q1: Nhiệtlượng nhảracủa hơi cao áp tại thiếtbị TĐN1 kJ.
Q2: Nhiệtlượng nhảracủa hơi cao áp tại thiếtbị TĐN2 kJ.
m: Khối lượng khí nén trong chu trình hóa lỏng kg.
- Tại thiết bị TĐN2, ta có phương trình cân bằng nhiệt:
(
)
(
)
m h5 − h6 = mt h1′ − h4′
(3)
Với mt là khối lượng môi chất lạnh ở tầng thấp của hệ
thống cascade.
- Tại thiết bị TĐN1, ta có phương trình cân bằng nhiệt:
TÀI LIỆU THAM KHẢO
(
)
(
)
(
)
m h3 − h4 = mc h5′ − h8′ − mt h2′ − h3′
(4)
[1] Bruce E. Polin, John M. Prausnitz, John P. O’Connell, The
properties of gases and liquids, McGraw-Hill, 2004.
Với mc là khối lượng môi chất lạnh ở tầng cao của hệ
thống cascade.
[2] A.H Younger, P. Eng, Natural Gas Processing Principles and
Technology, Dr. Harald F.Thimm & Jason Sullivan Thimm
Engineering INC., 2000.
2. Năng suất lạnh riêng của chu trình lạnh cascade:
(
)
q0 = h1′ − h4′
[kJ/kg]
(5)
[3] Frank G. Kerry, Industrial Gas Handbook, Taylor and Francis
3. Công nén của cả chu trình lạnh cascade:
Group LLC., 2006.
(
)
m
h
−h
c
6′ 5′
[4] L.L Faulkner, Fundamentals of Natural gas Processing, Taylor and
(
)
+
WCascade = h2′ − h1′
[kJ/kg] (6)
m
Francis Group LLC., 2006.
t
[5] Thomas M. Flynn, Cryogenic Engineering, Marcel Dekker, 2005.
4. Hệ số hiệu suất lạnh của chu trình lạnh cascade:
[6] Randall Barron1, Cyogenic Systems, McGraw-Hill Book Company,
q
0
COP =
(7)
1996, pp. 122-123, pp. 306-310.
W
Cascade
[7] Shan K. Wang, Handbook of air conditioning and refrigeration,
5. Công nén của cả chu trình hóa lỏng:
McGraw-Hill Book Company, 2000.
(
) (
푊 = 푚. 푇
) + 푚푡. 푊
[kJ/kg] (8)
푠 −푠 − ℎ −ℎ
1
1
2
1
2
[8] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận, Kỹ thuật lạnh
ứng dụng, Nhà xuất bản Giáo dục, 2007.
퐶푎푠푐푎푑푒
휂
(BBT nhận bài: 12/10/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 24/10/2017)
5 trang
18/04/2022
1180
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu sản xuất mêtan lỏng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_san_xuat_metan_long.pdf
