Công nghệ làm khô khí 1 08CDHH GROUP  Share t www.SinhVienHoaHoc.Net www.DienDanCntp.com www.SinhVienCntp.Com http://HuFi.Co.Cc Công nghệ làm khô khí 2 Lời giới thiệu Khí thiên nhiên và khí đồng hành đang ngày càng được sử dụng rộng rãi ở khắp nơi trên thế giới từ các nước công nghiệp phát triển ở Châu Âu đến các nước đang phát triển ở Nam Mỹ và Châu Á, mà cách riêng ở Việt Nam với nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, nguyên – nhiên liệu Vì vậy các mỏ khí ngày càng được quan tâm và khai thác. Công nghệ chế biến vì thế cũng ngày càng được nâng cao. Các mỏ khí và dầu khí thường được phát hiện dưới biển hoặc ở những vùng trũng nên việc có chứa hơi nước trong thành phần của khí là không thể tránh khỏi. Việc khai thác cũng đóng vai trò làm tăng hàm lượng nước trong khí thành phần. Nước còn có thể lẫn trong quá trình làm ngọt (loại bỏ H 2 S, CO 2 …). Vì nươc có thể hình thành Hydrat gây tắc nghẽn đường ống, gây ăn mòn đường ống và thiết bị chế biến khí, gây ra các phản ứng phụ, tạo bọt hoặc làm mất hoạt tính xúc tác trong các quá trình chế biến tiếp theo, nên việc loại nước là một công đoạn không thể thiếu trong quy trình chế biến khí. Tuy phương pháp hạ xuống điểm sương của nước là đơn giản nhất nhưng việc điều khiển khá phức tạp. Hiện nay, có ba phương pháp chính để loại nước trong khí là hấp thụ, hấp phụ và sử dụng chất ức chế. Ngoài ra, còn cách loại nước bằng phương pháp thẩm thấu nhưng vì yêu cầu kĩ thuật cao của phương pháp nên rất khó khăn để thực hiện nên ít được sử dụng. Sau đây là bài báo cáo về “các phương pháp làm khô khí” của nhóm 3 lớp CD08HH. Công nghệ làm khô khí 3 Mục lục Lời giới thiệu 1 Mục lục 2 1. Tính chất của hệ hidrocacbon và nước 3 1.1 Hàm ẩm của khí 3 1.2 Các phương pháp xác định hàm ẩm của khí 3 1.2.1 Sử dụng quan hệ giữa áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi 3 1.2.2 Sử dụng các đường thực nghiệm 4 1.2.3 Hàm ẩm của khí chua 8 1.2.4 Sử dụng phương trình trạng thái xác định hàm ẩm của khí chua 8 1.3 Ảnh hưởng của Nito và các Hydrocacbon nặng đến hàm ẩm của khí 18 1.4. Hàm ẩm cân bằng của các Hydrat 18 1.5 Sự tạo thành Hydrat 20 1.5.1 Cấu trúc tinh thể hydrat 20 1.5.2 Cân bằng quá trình tạo thành hydrat 21 1.6 Dự đoàn khả năng tạo thành hydrat 23 1.6.1 Phương pháp sử dụng hằng số cân bằng rắn – khí K r-k 23 1.6.2 Phương pháp Trekell – Campbell 24 2. Các phương pháp hạn chế sự tạo thành hydrat trong quá trình chế biến khí 34 2.1 Quá trình sấy khí bằng phương pháp hấp thụ 34 2.2 Qua trình sấy khí bằng phương pháp hấp phụ 40 2.3 Sử dụng chất ức chế quá trình tạo hydrat 42 2.4 Sử dụng phương pháp thẩm thấu khí 46 Tài liệu tham khảo 47 Công nghệ làm khô khí 4 1. Tính chất của hệ hydrocacbon và nước 1.1 Hàm ẩm của khí Khí tự nhiên và khí đồng hành khai thác từ các mỏ dưới lòng đất luôn bão hòa hơi nước hơi nước. Hàm lượng hơi nước có trong hỗn hợp khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần khí. Tại mỗi giá trị áp suất và nhiệt độ có thể xác định được lượng ẩm tối đa của khí. Hàm ẩm tương ứng với trạng thái khí bão hòa hơi nước được gọi là hàm ẩm cân bằng hay gọi là độ ẩm cân bằng. Để biểu diễn hàm lượng hơi nước có trong khí, người ta sử dụng hai khái niệm: độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối. Độ ẩm tuyệt đối là lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích hoặc một đơn vị khối lượng khí (được biểu diễn bằng g/m 3 khí hoặc g/kg khí). Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa khối lượng hơi nước có trong khí và khối lượng hơi nước tối đa có thể có trong khí ở điều kiện bão hòa (biểu diễn theo phần trăm hoặc theo phần đơn vị). Nếu giảm nhiệt độ khí bão hòa hơi nước còn áp suất không đổi, thì một phần hơi nước bị ngưng tụ. Nhiệt độ tại đó hơi nước có trong không khí bắt đầu ngưng tụ được gọi là điểm sương của khí ẩm tại áp suất đã cho. Hàm ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ của hệ và thần phần hỗn hợp khí. Có nhiều phương pháp xác định hàm ẩm của khí, trong đó các phương pháp sau phổ biến: - Sử dụng quan hệ giữa áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi. - Sử dụng các đường cong thực nghiệm phụ thuộc của hàm ẩm vào nhiệt độ và áp suất. - Hiệu chỉnh các đường cong trên khi có mắt của H 2 S, CO 2 , N 2 . - Sử dụng phương trình trạng thái P-V-T. 1.2 Các phương pháp xác định hàm ẩm của khí 1.2.1 Sử dụng quan hệ giữa áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi Trong trường hợp áp suất của hệ thấp, tới 400 kPa, hỗn hợp khí có thể coi là khí lý tưởng, khi đó có thể áp dụng định luật Raoilt đối với nước: P . y w = P h . x w (1.1) Công nghệ làm khô khí 5 Trong đó: P là áp suất tuyệt đối của hệ; y w là phần mol nước trong pha hơi; P h là áp suất hơi của nước tại nhiệt độ của hệ; x w là phần mol nước trong pha lỏng (x = 1). Phần mol nước trong pha lỏng x w có thể lấy bằng 1, bởi vì pha lỏng không pha trộn. Như vậy, khi biết áp suất của hệ và áp suất hơi riêng phần của hơi nước thì có thể tính phần mol của nước trong pha hơi thế đẳng thức trên. 1.2.2 Sử dụng các đường thực nghiệm Từ đầu những năm 1950, khí tự nhiên sau khi loại các cấu tử nặng và tạp chất trở thành khí khô ngọt được hóa lỏng thành LNG. Đối với khí tự nhiên khô ngọt này, logarit của hàm ẩm (log W) phụ thuộc vòa P và T. Trên hình 1.1 mô tả sự phụ thuộc của log W vào nhiệt độ điểm sương tại áp suất đã cho. Nồng độ tính bằng khối lượng riêng trên một đơn vị thể tích tiêu chuẩn được tính chuyển sang phần mol y theo công thức sau: Kg nước/ 10 6 m 3 = y w .18 x 41,740 = 751,320 y w Trong đó: 18 là khối lượng phân tử nước; 41,740 là kmol khí/ 10 6 m 3 (ở 15 o C và 100 kPa). Xác định hàm lượng nước trong khí có ý nghĩa rất quan trọng trong tính toán xác định quá trinh sấy khí, tính toàn lượng nước ngưng tự trong đường ống dẫn khí… Giả dụ tại một điểm trên đường cong của hình 1.1, xác định được hàm lượng nước là 200 kg/10 6 m 3 . Cũng trên đường cong đó dịch xuống phía dưới xác định được một điểm tương ứng với hàm lượng nước là 100 kg nước ngưng tụ trên đường ống dẫn 10 6 m 3 khí. Lượng nước này có thể ở dạng hydrat, ngăn cản quá trình vận chuyển khí trên đường ống, hoặc gây ăn mòn đường ống và thiết bị. Quá trình dehydrat hay còn gọi là quá trình sấy khí sẽ làm hạn chế sự ngưng tụ hơi nước có trong khí. Hình 1.1 được sử dụng để xác định hàm ẩm cho khí thiên nhiên khô ngọt, với sai số 6 – 10%. Tuy nhiên sự có mặt của CO 2 và H 2 S trong khí với hàm Công nghệ làm khô khí 6 lượng đáng kể sẽ làm cho kết quả nhận được có sai số lớn hơn. Vì vậy, ứng dụng thực tế chấp nhận được khi nồng độ CO 2 và H 2 S nhỏ và áp suất thấp. Công nghệ làm khô khí 7 Công nghệ làm khô khí 8 Công nghệ làm khô khí 9 1.2.3 Hàm ẩm của khí chua Có mộ vài phương pháp xác định hàm ẩm của khí chứa H 2 S và CO 2 . Trong đó có hai phương pháp hiệu chỉnh với hỗn hợp khí có hàm lượng CO 2 và H 2 S cao, kết quả nhận được có độ chính xác tương đối cao phù hợp với thực tế, được sử dụng phổ biến. 1.2.3.1 Phương pháp thứ nhất coi hỗn hợp khí bão hòa hơi nước, hàm ẩm của hỗn hợp khí là tổng của hàm ẩm của khí ngọt, hàm ẩm của CO 2 và hàm ẩm của H 2 S. Hàm ẩm của khí chua được tính theo biếu thức sau: W = y.W hc + y 1 .W 1 + y 2 .W 2 Trong đó: W là hàm ẩm của hỗn hợp khí chua; W hc là hàm ẩm của khí ngọt xác định từ đồ thị 1a, b; W 1 là hàm ẩm của CO 2 xác định từ đồ thị 1.2; W 2 là hàm ẩm của H 2 S xác định từ đồ thị 1.3; Y = 1 – y 1 – y 2 . Y 1 là phần mol của CO 2 ; Y 2 là phần mol của H 2 S. 1.2.3.2 Phương pháp thứ hai coi hỗn hợp là hỗn hợp của methan, CO 2 và H 2 S. Hàm ẩm cũng được tính theo biểu thức trên, trong đó, hàm ẩm của CO 2 và H 2 S được xác định từ đồ thị 1.4 và 1.5. Biểu thức trên áp dụng ở áp suất cao và hàm lượng H 2 S trên 20%. 1.2.4 Sử dụng phương trình trạng thái xác định hàm ẩm của khí chua 1.2.4.1 Phương pháp sử dụng phương trình trang thái SRK Đồ thị trên hình 1.6 được xây dựng trên cơ sở tính toán theo phương trình trạng thái Soave – Redling – Kwong (SRK). Trong đó: a,b là hằng số tương quan; v là thể tích mol. (1.3) (1.2) Công nghệ làm khô khí 10 Phương pháp này thừa nhận giả thuyết coi toàn bộ hydrocacbon trong khí là methan và hàm ẩm của CO 2 bằng 75% hàm ẩm của H 2 S ở cùng điều kiện. Vì vậy, để đơn giản tính toán, phần mol CO 2 được đổi thành phần mol H 2 S. Khi sử dụng đồ thị phần trăm mol CO 2 nhân với 0,75 cộng với phần trăm mol H 2 S thực của hỗn hợp khí. [...].. .Công nghệ làm khô khí 11 Công nghệ làm khô khí 12 Công nghệ làm khô khí 13 Công nghệ làm khô khí 14 Công nghệ làm khô khí 15 Công nghệ làm khô khí 16 Công nghệ làm khô khí Hàm ẩm tính theo phương pháp này theo hệ đơn vị Anh: W = 350 x w Trong đó, W được tính bằng lbm/MMscf; w được tính... hợp khí ở trên các nhiệt độ và áp suất đã tính toán Chú ý các đường cong trên hình 1.21a đến 1.21g là các đường cong thực nghiệm nên không thể ngoại suy cho các trường hợp khác 28 Công nghệ làm khô khí 29 Công nghệ làm khô khí 30 Công nghệ làm khô khí 31 Công nghệ làm khô khí 32 (1000psia) Công nghệ làm khô khí Hình 1.21 b điều kiện tạo hydrat của hỗn hợp khí ở áp suất 13,8 MPa (2000psia) 33 Công nghệ. .. đó: là áp suất hơi nước ở nhiệt độ T của hỗn hợp; P là áp suất của hệ; là fugat của hơi nước ở và T; là fugat của hơi nước ở P và T; 0,0049 là hằng số thực nghiệm 18 Công nghệ làm khô khí 19 Công nghệ làm khô khí 20 Công nghệ làm khô khí  Xác định fugat của hơi nước ở thị phụ thuộc của ở giá trị T và P của hệ từ đồ vào nhiệt độ và áp suất trên hình 1.8 hoặc tính toán từ các đường cong hệ số fugat... Công nghệ làm khô khí 31 Công nghệ làm khô khí 32 (1000psia) Công nghệ làm khô khí Hình 1.21 b điều kiện tạo hydrat của hỗn hợp khí ở áp suất 13,8 MPa (2000psia) 33 Công nghệ làm khô khí 34 Công nghệ làm khô khí 35 Công nghệ làm khô khí 36 ... định hàm ẩm cân bằng của khí nhờ các đường hàm ẩm cân bằng của hỗn hợp khí tương tự như trên hình 1.10 Nếu sử dụng đường 22 Công nghệ làm khô khí metastable sẽ ước lượng hàm ẩm quá thấp tại giá trị điểm sương tương ứng, như vậ kết quả thiết kế hệ thống sấy khí không thực tế, không thể thực hiện được 1.5 Sự tạo thành Hydrat 1.5.1 Cấu trúc tinh thể hydrat Nước có trong hỗn hợp khí luốn luôn tạo thành... phần hỗn hợp khí, sự có mặt của các chất tạo mầm, nhiệt độ, áp suất, mức độ khuấy trộn… hàm ẩm của khí phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hỗn hợp khí, các số liệu đưa ra trên hình 1.10 không thể ngoại suy cho các hỗn hợp khí có nhiều thành phần khác Khi thiết kế ớ đồ công nghệ sấy khí, ví dụ hệ thống thiết bị sấy khí bằng triethylen glycol, sẽ gặp giá trị điểm sương vô cùng thấp của hỗn hợp khí sau khi... nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tạo hydrat của khí, pha “ngưng 21 Công nghệ làm khô khí tụ” không phải là lỏng mà là pha rắn được gọi là hydrat Trạng thái chuyển tiếp từ lỏng thành hydrat gọi là trạng thái lỏng chưa ổn định, “mearastable” Đường hàm ẩm cân bằng của khí – hydrat sẽ nằm phía dưới đường cân bằng khí – mearastable Hình 1.10 biểu diễn hàm ẩm của hỗn hợp khí chứa 94,69% CH4 và 5,31% C3H8 Sự hình... hợp này là propan) 25 Công nghệ làm khô khí 1.6 Dự đoàn khả năng tạo thành hydrat Tất cả các phương pháp dự đoán khả năng tạo thành hydrat chỉ áp dụng cho các hệ khí – nước ở trạng thái cân bằng ổn định và chắc chắn không có hydrocacbon lỏng và nước đó có mặt trong hệ Một lượng nhỏ hydrocacbon cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ tạo hydrat 1.6.1 Phương pháp sử dụng hằng số cân bằng rắn – khí Kr-k Katz và các... là chiết suất của một chất là tỷ số của ánh sáng trong chân không trên tốc dộ của ánh sáng trong môi trường đó  Xác định áp suất rút gọn Pt và nhiệt độ rút gọn Tt, của hỗn hợp khí: Xác định thông số Z nhờ cách tính nhanh của ERM từ phân tử lượng và khối lượng riêng của phân đoạn nặng nhất trong hỗn hợp khí đem phân tích 17 Công nghệ làm khô khí  Tìm giá trị hằng số “k” ở giá trị T và P của hệ số từ... phân tử ethan chỉ có thể chui vào các lỗ trống lớn Nhưng cũng có một vài ô mạng không bị các phân tử hydrocacbon chui vào chiếm chỗ, do các phân tử này có định hướng không phù hợp Các hydrocacbon có cấu trúc phân tử cồng kềnh hơn như propan và butan không thể chui vào các lỗ trống thuộc lợi cấu trúc I này 23 Công nghệ làm khô khí Dạng ô mạng tinh thể thứ hai, cấu trúc II, 16 mặt, có hằng số mạng là 17 . hợp khí. Công nghệ làm khô khí 11 Công nghệ làm khô khí 12 Công nghệ làm khô khí 13 Công nghệ làm khô khí 14 Công nghệ làm khô khí 15 Công nghệ làm khô khí 16 Công. sẽ làm cho kết quả nhận được có sai số lớn hơn. Vì vậy, ứng dụng thực tế chấp nhận được khi nồng độ CO 2 và H 2 S nhỏ và áp suất thấp. Công nghệ làm khô khí 7 Công nghệ làm khô khí. Công nghệ làm khô khí 1 08CDHH GROUP  Share t www.SinhVienHoaHoc.Net www.DienDanCntp.com www.SinhVienCntp.Com http://HuFi.Co.Cc Công nghệ làm khô khí 2 Lời