1. Tên dòng sản phẩm chưa đủ để khép cân bằng
Khi thay đổi chế độ tách hydrocarbon, lượng chất lỏng thu được có thể tăng nhưng chất lượng từng dòng lại thay đổi. Một con số “tấn LPG mỗi giờ” không cho biết phần tăng thêm là propane, butane hay các cấu tử ngoài mục tiêu. Vì vậy, cần lập sổ từng cấu tử trước khi so sánh sản lượng.
EIA phân biệt dòng khí sau xử lý, phần hydrocarbon gas liquids được thu hồi và công đoạn phân tách hỗn hợp thành các sản phẩm riêng.[1] Trong bài, “khí khô” chỉ tên dòng khí còn lại sau tách hydrocarbon; ví dụ không mô hình hóa nước nên tên này không chứng nhận độ ẩm hoặc điểm sương nước.
Toàn bộ lưu lượng, tỷ lệ phân bố và giá trị nhiệt minh họa dưới đây là giả định. Các tỷ lệ đầu vào đại diện hai kịch bản cân bằng, chưa được suy từ cân bằng pha, số mâm, nhiệt độ hay áp suất của một thiết bị cụ thể.
2. Định nghĩa rõ ba cửa ra cho mỗi cấu tử
Chọn dòng vào 1.000 kmol/h gồm methane 800; ethane 100; propane 50; butane 30; pentane 20 kmol/h. Để đơn giản, butane và pentane được biểu diễn bằng một cấu tử gộp cho mỗi nhóm. Dùng khối lượng mol làm tròn tương ứng 16; 30; 44; 58; 72 kg/kmol. Tổng khối lượng vào là 21.180 kg/h.
Ba dòng ra là G, khí còn lại; L, dòng ứng viên LPG; H, dòng hydrocarbon nặng. Với cấu tử i, đặt r_i là phần mol cấu tử đó đi vào L và s_i là phần đi vào H. Không có phản ứng, thất thoát hoặc tích lũy:
n_L,i = n_F,i r_i
n_H,i = n_F,i s_i
n_G,i = n_F,i(1 − r_i − s_i)
0 ≤ r_i; 0 ≤ s_i; r_i + s_i ≤ 1
Điều kiện cuối phải kiểm cho từng cấu tử. Nếu r_i + s_i lớn hơn 1, bảng phân bố đã tạo ra nhiều vật chất hơn dòng vào. Không thể sửa lỗi này bằng cách chỉ chuẩn hóa tổng ba dòng về 100%, vì cách đó làm thay đổi đồng thời các giả thiết thu hồi.
3. Kịch bản cơ sở và phép kiểm theo từng hàng
Theo thứ tự methane, ethane, propane, butane, pentane, chọn r = (0; 0,02; 0,90; 0,97; 0,03) và s = (0; 0; 0,01; 0,02; 0,95). Nhân từng hệ số với lượng cấu tử đầu vào cho ba dòng sau, đều dùng kmol/h:
L: 0; 2; 45; 29,1; 0,6 — tổng 76,7
H: 0; 0; 0,5; 0,6; 19 — tổng 20,1
G: 800; 98; 4,5; 0,3; 0,4 — tổng 903,2
Ví dụ, propane khép riêng: 45 + 0,5 + 4,5 = 50 kmol/h. Pentane cũng khép: 0,6 + 19 + 0,4 = 20 kmol/h. Tổng ba dòng là 1.000 kmol/h, đúng với hệ không phản ứng đã chọn.
Chuyển từng cấu tử sang khối lượng rồi cộng cho L = 3.771 kg/h, H = 1.424,8 kg/h và G = 15.984,2 kg/h. Tổng vẫn bằng 21.180 kg/h. Kiểm cả mol và khối lượng giúp phát hiện việc nhập nhầm khối lượng mol, chẳng hạn dùng cùng một hệ số cho mọi hydrocarbon.
4. Thu hồi và độ tinh khiết có mẫu số khác nhau
Đối tượng mong muốn trong L là propane cộng butane, viết gọn C3+C4. Ở dòng vào có 80 kmol/h thuộc nhóm này; trong L có 74,1 kmol/h. Do đó thu hồi nhóm theo mol bằng 74,1/80 = 92,625%.
Độ tinh khiết nhóm trong L theo mol lại bằng 74,1/76,7 = 96,610169%. Nếu dùng khối lượng, lượng C3+C4 trong L là 45 × 44 + 29,1 × 58 = 3.667,8 kg/h, nên độ tinh khiết khối lượng bằng 3.667,8/3.771 = 97,263325%. Hai độ tinh khiết đều đúng với mẫu số đã định nghĩa, nhưng không thể thay nhau trong báo cáo.
Tài liệu giảng dạy FSC432 của Penn State phân biệt hỗn hợp NGL với các sản phẩm nhận được qua deethanizer, depropanizer và debutanizer.[2] Vì vậy, bài gọi L là dòng ứng viên LPG. Chỉ một tỷ lệ C3+C4 chưa đủ chứng minh đáp ứng yêu cầu về thành phần, áp suất hơi, lưu huỳnh, nước hay điều kiện giao nhận của một sản phẩm thương mại.
5. Thu hồi nhiều hơn có thể đi cùng độ tinh khiết thấp hơn
Kịch bản thứ hai thay r thành (0; 0,08; 0,97; 0,99; 0,06) và s thành (0; 0; 0,005; 0,005; 0,93). Đây là một bảng phân bố giả định khác, không phải hướng dẫn chỉnh nhiệt độ hoặc áp suất. Tính lại đầy đủ:
L: 0; 8; 48,5; 29,7; 1,2 — tổng 87,4 kmol/h
H: 0; 0; 0,25; 0,15; 18,6 — tổng 19,0 kmol/h
G: 800; 92; 1,25; 0,15; 0,2 — tổng 893,6 kmol/h
Khối lượng các dòng tương ứng là 4.183; 1.358,9; 15.638,1 kg/h. L tăng 412 kg/h, trong khi H giảm 65,9 kg/h và G giảm 346,1 kg/h. Tổng thay đổi bằng không, thể hiện sự phân phối lại vật chất.
Thu hồi C3+C4 tăng lên 78,2/80 = 97,75%, nhưng độ tinh khiết mol trong L giảm còn 78,2/87,4 = 89,473684%. Độ tinh khiết khối lượng giảm còn 92,196988%. Nguyên nhân trong bảng giả định là lượng ethane và pentane cùng vào L tăng mạnh. Chỉ báo thu hồi đã cải thiện, còn chỉ báo thành phần đi theo chiều khác.
Honeywell UOP mô tả các cấu hình Ortloff có khả năng vận hành theo chế độ thu hồi hoặc loại ethane khỏi sản phẩm lỏng, đồng thời chú ý thu hồi propane.[3] Thông tin này cho thấy ý nghĩa của việc phân biệt mục tiêu từng cấu tử; các hệ số trong ví dụ không phải cam kết hiệu suất của công nghệ đó.
6. Năng lượng của khí còn lại phải tính từ thành phần mới
Để minh họa riêng phương pháp cộng năng lượng, tự đặt các giá trị nhiệt cháy mol cho năm cấu tử lần lượt là 800; 1.400; 2.000; 2.600; 3.200 MJ/kmol. Đây là bộ số học giả định, không phải bảng nhiệt trị tra cứu và không dùng để mua bán khí.
Nếu dùng cùng một cơ sở nhiệt trị cho mọi dòng, năng lượng hóa học của G được tính E_G = tổng(n_G,i h_i). Kịch bản cơ sở cho 788.260 MJ/h; kịch bản thứ hai cho 772.330 MJ/h. Chênh lệch là −15.930 MJ/h, tương đương −15,93 GJ/h. Phần giảm này nằm trong các sản phẩm khác khi cộng sổ năng lượng hóa học theo cùng bộ h_i.
Chia cho tổng mol G, nhiệt trị trung bình giả định giảm từ 872,741364 xuống 864,290510 MJ/kmol. Không nên chia cho 1.000 kmol/h ban đầu rồi gọi kết quả là nhiệt trị của dòng G. Cũng không được đồng nhất sổ năng lượng hóa học này với công suất lạnh, nhiệt reboiler hay điện máy nén; các tải thiết bị cần cân bằng năng lượng riêng.
7. Đổi sang thể tích đòi hỏi thêm dữ liệu
Tấn trên giờ không tự chuyển thành mét khối lỏng trên giờ chỉ từ phần mol. Cần khối lượng riêng hỗn hợp tại nhiệt độ và áp suất đã chọn, cùng phương pháp đánh giá tính chất. Hai dòng có cùng kg/h nhưng khác tỷ lệ propane/butane có thể có thể tích khác nhau.
Tương tự, lưu lượng thể tích khí phải gắn với điều kiện đo hoặc điều kiện quy chiếu, và hệ số nén phù hợp. Bài chủ động giữ cân bằng ở kmol/h và kg/h để không đưa vào một khối lượng riêng hoặc hệ số nén chưa có căn cứ.
Nếu có CO2, nitrogen hoặc các cấu tử không được liệt kê, cần thêm hàng tương ứng. Không được ép tổng năm hydrocarbon thành 100% rồi quên rằng bảng phân tích gốc có một phần chất khác. Một dòng purge, flare hoặc hồi lưu qua ranh giới cũng phải xuất hiện trong sổ cân bằng.
8. Cách dùng bảng để so sánh phương án
Mỗi phương án nên lưu dòng vào, hệ số phân bố từng cấu tử, tổng mol, tổng khối lượng, thu hồi C3 và C4 riêng, độ tinh khiết theo đúng cơ sở và năng lượng khí còn lại. Sau đó mới ghép yêu cầu sản phẩm, tải thiết bị và giá trị kinh tế phù hợp thời điểm.
Một bảng có tổng vật chất khép vẫn có thể sai về khả năng thực hiện. Cần mô hình pha, dữ liệu vận hành hoặc thử nghiệm để chứng minh bộ hệ số phân bố là khả thi. Giá trị của cân bằng cấu tử nằm ở việc làm rõ hệ quả của mỗi giả thiết, giúp người đọc thấy phần tăng sản lượng đến từ đâu và đánh đổi nào cần được kiểm tra tiếp.
Nguồn tham khảo
[1] Where do hydrocarbon gas liquids come from? — U.S. Energy Information Administration. Truy cập ngày 09/11/2026.
[2] Lesson 12: Natural Gas Processing — NGL and fractionation — Semih Eser, Pennsylvania State University, FSC432. Truy cập ngày 09/11/2026.
[3] Ortloff NGL Recovery — Honeywell UOP, technology developer. Truy cập ngày 09/11/2026.
Rà soát nội dung: 09/11/2026.
Khi thay đổi chế độ tách hydrocarbon, lượng chất lỏng thu được có thể tăng nhưng chất lượng từng dòng lại thay đổi. Một con số “tấn LPG mỗi giờ” không cho biết phần tăng thêm là propane, butane hay các cấu tử ngoài mục tiêu. Vì vậy, cần lập sổ từng cấu tử trước khi so sánh sản lượng.
EIA phân biệt dòng khí sau xử lý, phần hydrocarbon gas liquids được thu hồi và công đoạn phân tách hỗn hợp thành các sản phẩm riêng.[1] Trong bài, “khí khô” chỉ tên dòng khí còn lại sau tách hydrocarbon; ví dụ không mô hình hóa nước nên tên này không chứng nhận độ ẩm hoặc điểm sương nước.
Toàn bộ lưu lượng, tỷ lệ phân bố và giá trị nhiệt minh họa dưới đây là giả định. Các tỷ lệ đầu vào đại diện hai kịch bản cân bằng, chưa được suy từ cân bằng pha, số mâm, nhiệt độ hay áp suất của một thiết bị cụ thể.
2. Định nghĩa rõ ba cửa ra cho mỗi cấu tử
Chọn dòng vào 1.000 kmol/h gồm methane 800; ethane 100; propane 50; butane 30; pentane 20 kmol/h. Để đơn giản, butane và pentane được biểu diễn bằng một cấu tử gộp cho mỗi nhóm. Dùng khối lượng mol làm tròn tương ứng 16; 30; 44; 58; 72 kg/kmol. Tổng khối lượng vào là 21.180 kg/h.
Ba dòng ra là G, khí còn lại; L, dòng ứng viên LPG; H, dòng hydrocarbon nặng. Với cấu tử i, đặt r_i là phần mol cấu tử đó đi vào L và s_i là phần đi vào H. Không có phản ứng, thất thoát hoặc tích lũy:
n_L,i = n_F,i r_i
n_H,i = n_F,i s_i
n_G,i = n_F,i(1 − r_i − s_i)
0 ≤ r_i; 0 ≤ s_i; r_i + s_i ≤ 1
Điều kiện cuối phải kiểm cho từng cấu tử. Nếu r_i + s_i lớn hơn 1, bảng phân bố đã tạo ra nhiều vật chất hơn dòng vào. Không thể sửa lỗi này bằng cách chỉ chuẩn hóa tổng ba dòng về 100%, vì cách đó làm thay đổi đồng thời các giả thiết thu hồi.
3. Kịch bản cơ sở và phép kiểm theo từng hàng
Theo thứ tự methane, ethane, propane, butane, pentane, chọn r = (0; 0,02; 0,90; 0,97; 0,03) và s = (0; 0; 0,01; 0,02; 0,95). Nhân từng hệ số với lượng cấu tử đầu vào cho ba dòng sau, đều dùng kmol/h:
L: 0; 2; 45; 29,1; 0,6 — tổng 76,7
H: 0; 0; 0,5; 0,6; 19 — tổng 20,1
G: 800; 98; 4,5; 0,3; 0,4 — tổng 903,2
Ví dụ, propane khép riêng: 45 + 0,5 + 4,5 = 50 kmol/h. Pentane cũng khép: 0,6 + 19 + 0,4 = 20 kmol/h. Tổng ba dòng là 1.000 kmol/h, đúng với hệ không phản ứng đã chọn.
Chuyển từng cấu tử sang khối lượng rồi cộng cho L = 3.771 kg/h, H = 1.424,8 kg/h và G = 15.984,2 kg/h. Tổng vẫn bằng 21.180 kg/h. Kiểm cả mol và khối lượng giúp phát hiện việc nhập nhầm khối lượng mol, chẳng hạn dùng cùng một hệ số cho mọi hydrocarbon.
4. Thu hồi và độ tinh khiết có mẫu số khác nhau
Đối tượng mong muốn trong L là propane cộng butane, viết gọn C3+C4. Ở dòng vào có 80 kmol/h thuộc nhóm này; trong L có 74,1 kmol/h. Do đó thu hồi nhóm theo mol bằng 74,1/80 = 92,625%.
Độ tinh khiết nhóm trong L theo mol lại bằng 74,1/76,7 = 96,610169%. Nếu dùng khối lượng, lượng C3+C4 trong L là 45 × 44 + 29,1 × 58 = 3.667,8 kg/h, nên độ tinh khiết khối lượng bằng 3.667,8/3.771 = 97,263325%. Hai độ tinh khiết đều đúng với mẫu số đã định nghĩa, nhưng không thể thay nhau trong báo cáo.
Tài liệu giảng dạy FSC432 của Penn State phân biệt hỗn hợp NGL với các sản phẩm nhận được qua deethanizer, depropanizer và debutanizer.[2] Vì vậy, bài gọi L là dòng ứng viên LPG. Chỉ một tỷ lệ C3+C4 chưa đủ chứng minh đáp ứng yêu cầu về thành phần, áp suất hơi, lưu huỳnh, nước hay điều kiện giao nhận của một sản phẩm thương mại.
5. Thu hồi nhiều hơn có thể đi cùng độ tinh khiết thấp hơn
Kịch bản thứ hai thay r thành (0; 0,08; 0,97; 0,99; 0,06) và s thành (0; 0; 0,005; 0,005; 0,93). Đây là một bảng phân bố giả định khác, không phải hướng dẫn chỉnh nhiệt độ hoặc áp suất. Tính lại đầy đủ:
L: 0; 8; 48,5; 29,7; 1,2 — tổng 87,4 kmol/h
H: 0; 0; 0,25; 0,15; 18,6 — tổng 19,0 kmol/h
G: 800; 92; 1,25; 0,15; 0,2 — tổng 893,6 kmol/h
Khối lượng các dòng tương ứng là 4.183; 1.358,9; 15.638,1 kg/h. L tăng 412 kg/h, trong khi H giảm 65,9 kg/h và G giảm 346,1 kg/h. Tổng thay đổi bằng không, thể hiện sự phân phối lại vật chất.
Thu hồi C3+C4 tăng lên 78,2/80 = 97,75%, nhưng độ tinh khiết mol trong L giảm còn 78,2/87,4 = 89,473684%. Độ tinh khiết khối lượng giảm còn 92,196988%. Nguyên nhân trong bảng giả định là lượng ethane và pentane cùng vào L tăng mạnh. Chỉ báo thu hồi đã cải thiện, còn chỉ báo thành phần đi theo chiều khác.
Honeywell UOP mô tả các cấu hình Ortloff có khả năng vận hành theo chế độ thu hồi hoặc loại ethane khỏi sản phẩm lỏng, đồng thời chú ý thu hồi propane.[3] Thông tin này cho thấy ý nghĩa của việc phân biệt mục tiêu từng cấu tử; các hệ số trong ví dụ không phải cam kết hiệu suất của công nghệ đó.
6. Năng lượng của khí còn lại phải tính từ thành phần mới
Để minh họa riêng phương pháp cộng năng lượng, tự đặt các giá trị nhiệt cháy mol cho năm cấu tử lần lượt là 800; 1.400; 2.000; 2.600; 3.200 MJ/kmol. Đây là bộ số học giả định, không phải bảng nhiệt trị tra cứu và không dùng để mua bán khí.
Nếu dùng cùng một cơ sở nhiệt trị cho mọi dòng, năng lượng hóa học của G được tính E_G = tổng(n_G,i h_i). Kịch bản cơ sở cho 788.260 MJ/h; kịch bản thứ hai cho 772.330 MJ/h. Chênh lệch là −15.930 MJ/h, tương đương −15,93 GJ/h. Phần giảm này nằm trong các sản phẩm khác khi cộng sổ năng lượng hóa học theo cùng bộ h_i.
Chia cho tổng mol G, nhiệt trị trung bình giả định giảm từ 872,741364 xuống 864,290510 MJ/kmol. Không nên chia cho 1.000 kmol/h ban đầu rồi gọi kết quả là nhiệt trị của dòng G. Cũng không được đồng nhất sổ năng lượng hóa học này với công suất lạnh, nhiệt reboiler hay điện máy nén; các tải thiết bị cần cân bằng năng lượng riêng.
7. Đổi sang thể tích đòi hỏi thêm dữ liệu
Tấn trên giờ không tự chuyển thành mét khối lỏng trên giờ chỉ từ phần mol. Cần khối lượng riêng hỗn hợp tại nhiệt độ và áp suất đã chọn, cùng phương pháp đánh giá tính chất. Hai dòng có cùng kg/h nhưng khác tỷ lệ propane/butane có thể có thể tích khác nhau.
Tương tự, lưu lượng thể tích khí phải gắn với điều kiện đo hoặc điều kiện quy chiếu, và hệ số nén phù hợp. Bài chủ động giữ cân bằng ở kmol/h và kg/h để không đưa vào một khối lượng riêng hoặc hệ số nén chưa có căn cứ.
Nếu có CO2, nitrogen hoặc các cấu tử không được liệt kê, cần thêm hàng tương ứng. Không được ép tổng năm hydrocarbon thành 100% rồi quên rằng bảng phân tích gốc có một phần chất khác. Một dòng purge, flare hoặc hồi lưu qua ranh giới cũng phải xuất hiện trong sổ cân bằng.
8. Cách dùng bảng để so sánh phương án
Mỗi phương án nên lưu dòng vào, hệ số phân bố từng cấu tử, tổng mol, tổng khối lượng, thu hồi C3 và C4 riêng, độ tinh khiết theo đúng cơ sở và năng lượng khí còn lại. Sau đó mới ghép yêu cầu sản phẩm, tải thiết bị và giá trị kinh tế phù hợp thời điểm.
Một bảng có tổng vật chất khép vẫn có thể sai về khả năng thực hiện. Cần mô hình pha, dữ liệu vận hành hoặc thử nghiệm để chứng minh bộ hệ số phân bố là khả thi. Giá trị của cân bằng cấu tử nằm ở việc làm rõ hệ quả của mỗi giả thiết, giúp người đọc thấy phần tăng sản lượng đến từ đâu và đánh đổi nào cần được kiểm tra tiếp.
Nguồn tham khảo
[1] Where do hydrocarbon gas liquids come from? — U.S. Energy Information Administration. Truy cập ngày 09/11/2026.
[2] Lesson 12: Natural Gas Processing — NGL and fractionation — Semih Eser, Pennsylvania State University, FSC432. Truy cập ngày 09/11/2026.
[3] Ortloff NGL Recovery — Honeywell UOP, technology developer. Truy cập ngày 09/11/2026.
Rà soát nội dung: 09/11/2026.
