TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC BỘ MÔN HỮU CƠ - HOÁ DẦU  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẤY KHÍ BẰNG OXIT NHÔM Giáo viên hướng dẫn : PGS TS NGUYỄN THỊ MINH HIỀN Sinh viên thực : NGUYỄN ANH TUẤN Lớp : 02V - 01 - HOÁ DẦU Hà Nội - 2005 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN Um : Vận tốc khối lƣợng khí C : Hằng số Dh : Đƣờng kính trung bình hạt chất hấp phụ h : Khối lƣợng riêng trung bình  = Al2O3 K : Khối lƣợng riêng khí điều kiện làm việc g : Gia tốc rơi tự P’r : Áp suất rút gọn T’r : Nhiệt độ rút gọn Z : Hệ số chịu nén GH2O : Khối lƣợng nƣớc tách từ khí chu kỳ hấp phụ n : Số chu kỳ 1, 2 : Lƣợng ẩm trƣớc sau khí sấy  : Năng suất khí cần sấy D : Đƣờng kính tháp hấp phụ vP : Vận tốc tuyến tính DP : Đƣờng kính trung bình hạt  - Al2O3 g : Khối lƣợng riêng khí  : Thời gian chu kỳ q : Tải trọng riêng lvh : Chiều dài vùng hấp phụ ad : Dung lƣợng ẩm cân động ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN l1 : Chiều cao cần thiết lớp hấp phụ động P : Tổn thất khí chuyển động qua lớp hạt chất hấp phụ f : Hệ số ma sát dp : Đƣờng kính tƣơng đƣơng hạt  : Độ rỗng hạt ’ : Độ ẩm bão hoa khí Re : Chuẩn số Reynolds  : Độ nhớt cấu tử G1 : Khối lƣợng chất hấp phụ T4 : Nhiệt độ tái sinh T1 : Nhiệt độ trình hấp phụ Q1 : Nhiệt cần thiết để đun  - Al2O3 G2 : Khối lƣợng thiết bị phụ tùng trực tiếp nối với ống thiết bị C2 : Nhiệt dung riêng vật liệu kết cấu chế tạo thiết bị Ht : Chiều cao tháp Q2 : Nhiệt cần thiết để đun nóng thiết bị t : Khối lƣợng riêng thép Q3 : Nhiệt cần để đung nóng nƣớc đến nhiệt độ sôi T2 : Nhiệt độ sôi nƣớc C1 : Nhiệt dung riêng nƣớc qH2O : Nhiệt bay nƣớc Q4 : Nhiệt cần để bay nƣớc Q5 : Nhiệt cần để bay hydrocacbon đƣợc hấp phụ trình hấp phụ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Q : Tổng nhiệt lƣợng cần cung cấp cho trình tái sinh Qm : Lƣợng nhiệt mát môi trƣờng (Qr )H2O : Lƣợng nhiệt riêng cần để giải hấp đơn vị khối lƣợng nƣớc hấp phụ GK : Khối lƣợng khí đem tái sinh Ck : Nhiệt dung riêng trung bình hỗn hợp khí Vts : Thể tích khí tái sinh  - Al2O3 : Gama oxit nhôm BET : Thuyết hấp phụ Brunaner - Emmelt - Teller DEG : Dietylen Glycol MEA : Mono Etanol Amin TEG : Tri Etylen Glycol LNG : Lique fied Nature Gases LPG : Lique fied Petroleum Gases ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN MỞ ĐẦU Khí tự nhiên khí đồng hành nguyên liệu có giá trị để sản xuất nguyên liệu cho tổng hợp hữu hoá dầu nhƣ dùng để sản xuất nhiên liệu phục vụ cho nhu cầu dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải (nhƣ LNG, LPG) Khí tự nhiên khí đồng hành khai thác từ lòng đất thƣờng bão hoà nƣớc hàm lƣợng nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, thành phần hoá học khí Ngoài cấu tử hydrocacbon parafin chúng chứa tạp chất nhƣ bụi, nƣớc, khí trơ, CO2, H2S hợp chất hữu chứa S nên trƣớc đƣa vào chế biến khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị mà qúa trình tách nƣớc quan trọng Do nƣớc khí tự nhiên khí đồng hành bị ngƣng tụ hệ thống công nghệ xử lý khí sau này, kết tạo điều kiện hình thành hydrat (các chất tinh thể rắn) dễ đóng cục chiếm khoảng không ống dẫn hay thiết bị, phá vỡ điều kiện làm việc bình thƣờng dây chuyền khai thác, vận chuyển chế biến khí Ngoài có mặt nƣớc hợp chất chứa lƣu huỳnh làm tiền đề thúc đẩy ăn mòn kim loại, làm giảm tuổi thọ thời gian sử dụng thiết bị, công trình nên nghiên cứu công nghệ sấy khí nhằm làm giảm nƣớc đồng thời ngăn ngừa tạo thành hydrat khí tự nhiên khí đồng hành cần thiết Trong công nghiệp có nhiều phƣơng pháp đƣợc dùng để hạ nhiệt độ điểm sƣơng sấy khô khí tự nhiên nhƣ khí đồng hành Với đề tài “Tính toán thiết kế công nghệ sấy khí oxit nhôm” em lựa chọn phƣơng pháp sấy hấp phụ với chất hấp phụ  - Al2O3 -Al2O3 có cấu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN trúc xốp, bề mặt riêng lớn, có tâm axit, dễ tạo viên, độ bền cơ, bền nhiệt, chịu đƣợc nƣớc Với yêu cầu sấy khí đồng hành mỏ Bạch Hổ phƣơng pháp đạt đƣợc điểm sƣơng thấp, điểm sƣơng khí sau sấy -Al2O3 đạt tới -730C (hay -1000F) độ giải ẩm cao khoảng rộng thông số kỹ thuật bên cạnh trình thuận tiện, kính tế công nghệ dễ vận hành Đề tài đƣợc chia làm hai phần: Phần I: Tổng quan Phần trình sở hoá lí công nghệ sấy khí từ lựa chọn chất hấp phụ công nghệ phù hợp Phần II: Tính toán thiết kế công nghệ Trong phần bao gồm việc tính toán cân vật liệu, cân lƣợng tính toán thiết kế thiết bị Em xin chân thành cảm ơn cô giáo PGS TS Nguyễn Thị Minh Hiền, Bộ môn Công nghệ Hữu Hoá dầu Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ để đồ án em hoàn thành thời hạn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN PHẦN I TỔNG QUAN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN CHƢƠNG I: CƠ SỞ HOÁ LÍ CỦA CÔNG NGHỆ SẤY KHÍ I.1 THÀNH PHẦN, ĐẶC TÍNH CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH Khí tự nhiên khí đồng hành bao gồm hợp chất hydrocacbon phi hydrocacbon Những cấu tử khí tự nhiên khí đồng hành hydrocacbon no, parafin thuộc dãy đồng đẳng metan Khí tự nhiên đƣợc khai thác từ mỏ khí riêng biệt, khí thành phần chủ yếu khí metan (CH4) chiếm 85  99% Còn lại khí khác nhƣ etan ( C2H6), propan (C3H8) butan (C4H10), cá biệt có mỏ chứa CO2 tới 60% … Khí đồng hành khí nằm lẫn dầu mỏ, đƣợc hình thành với dầu, ta nhận đƣợc khai thác chế biến dầu mỏ Thành phần chủ yếu khí đồng hành khí metan chiếm từ 73  77%, lại khí nặng nhƣ propan, butan, pentan… Ngoài thành phần hydrocacbon, khí tựt nhiên khí đồng hành chứa hợp chất phi hydrocacbon khác nhƣ CO2, N2, H2S, H2, He… Số lƣợng hàm lƣợng cấu tử thay đổi khoảng rộng Bảng I.1 Thành phần hoá học trung bình khí tự nhiên khí đồng hành Việt Nam (% theo thể tích) Các cấu tử CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 N2 CO2 Khí đồng hành Bạch Hổ Đại Hùng Rồng 76,82 77,45 76,54 11,87 9,49 6,89 5,98 3,38 8,25 1,04 1,34 0,78 0,32 0,48 0,50 0,50 4,05 1,00 - Khí tự nhiên Lan Tây Tiền Hải 88,5 87,6 4,3 3,1 2,4 1,2 0,6 1,0 1,4 0,8 0,3 3,3 1,9 3,0 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP H2S SV: NGUYỄN ANH TUẤN - - - 10,0 - I.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA KHÍ TỰ NHIÊN VÀ KHÍ ĐỒNG HÀNH I.2.1 Phƣơng trình trạng thái hydrocacbon Các tính chất vật lí khí tự nhiên khí đồng hành phụ thuộc vào thông số hỗn hợp thành phần hoá học Để xác định tính chất nhiệt động chất hỗn hợp chúng nhƣ entanpi, entropi, tỷ trọng, fugat; ngƣời ta sử dụng phƣơng trình trạng thái xác định quan hệ nhiệt độ, áp suất thể tích hệ Tính chất nhiệt độ khí tự nhiên, khí đồng hành cấu tử chúng khác với tính chất khí lý tƣởng, đặc biệt nhiệt độ thấp áp suất cao Vì sử dụng phƣơng trình trạng thái khí lý tƣởng để xác định tính chất chúng mà ta phải dùng phƣơng pháp trạng thái mô tả hệ khí thực nhƣ: - Phƣơng trình Vander Waals - Phƣơng trình Benedict - Webb - Rubin (BWR) - Phƣơng trình Redlich - Kwong (RK) - Phƣơng trình Peng - Robinson (PR) I.2.2 Cân pha hệ hydrocacbon Hằng số cần K đại lƣợng đặc trƣng cho phân bố cấu tử pha điều kiện cân đƣợc xác định phƣơng trình Ki = yi/xi (I.1) Trong đó: yi - phần mol cấu tử i pha hơi; xi - phần mol cấu tử i pha lỏng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Với hệ khí lý tƣởng, K đƣợc xác định theo phƣơng trình sau: Ki = Pi/P (I.2) Trong đó: Pi - áp suất bão hoà cấu tử i nhiệt độ T hệ P - áp suất chung toàn hệ nhiệt độ T Với hệ khí thực, K đƣợc xác định phƣơng pháp giải tích phƣơng pháp giản đồ Tuy nhiên, điều kiện cân pha hệ nhiệt độ, áp suất hoá học cấu tử phải pha khí pha lỏng I.3 TÍNH CHẤT CỦA HỆ HYDROCACBON VÀ NƢỚC I.3.1 Hàm ẩm khí Khí tự nhiên khí đồng hành khai thác từ mỏ dƣới lòng đất bão hoà nƣớc Hàm lƣợng nƣớc có hỗn hợp khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ thành phần khí Tại giá trị áp suất nhiệt độ xác định đƣợc hàm lƣợng ẩm tối đa khí Hàm lƣợng ẩm cân hay gọi độ ẩm cân Khi biểu diễn hàm lƣợng nƣớc có khí, ngƣời ta sử dụng hai khái niệm: độ ẩm tuyệt đối độ ẩm tƣơng đối Độ ẩm tuyệt đối lƣợng nƣớc có đơn vị thể tích đơn vị khối lƣợng khí (đƣợc biểu diễn g/m3 khí g/kg khí) Độ ẩm tƣơng đối tỷ số khối lƣợng nƣớc có khí khối lƣợng nƣớc tối đa có khí điều kiện bão hoà (đƣợc biểu diễn theo phần trăm phần đơn vị) Nếu giảm nhiệt độ khí bão hoà nƣớc áp suất không đổi phần nƣớc bị ngƣng tụ Nhiệt độ nƣớc có khí bắt đầu ngƣng tụ đƣợc gọi điểm sƣơng khí ẩm áp suất cho ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hàm ẩm khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ thành phần hỗn hợp khí Hiện có nhiều phƣơng pháp xác định hàm ẩm khí, mà phổ biến phƣơng pháp sau đây: - Sử dụng quan hệ áp suất riêng phần thành phần lỏng - Sử dụng đƣờng cong thực nghiệm phụ thuộc hàm ẩm vào nhiệt độ áp suất - Hiệu chỉnh đƣờng cong có mặt CO2, H2S, N2 - Sử dụng phƣơng trình trạng thái P - V - T I.3.2 Ảnh hƣởng nitơ hydrocacbon nặng đến hàm ẩm khí Nhƣ ta biết, nitơ giữ nƣớc metan ë áp suất 7,0 MPa, hàm ẩm nitơ nhỏ hàm ẩm metan  9% Chênh lệch tăng áp suất tăng Ngƣợc lại, có mặt hydrocacbon nặng lại làm tăng hàm ẩm khí chênh lệch phụ thuộc vào áp suất hệ, áp suất tiêu chuẩn chênh lệch nhỏ Ảnh hƣởng nitơ hydrocacbon nặng nhƣ nhiều hỗn hợp khí I.3.3 Hàm ẩm cân hydrat Trên hình (H.1) hình (H.2) biểu diễn đƣờng cong phụ thuộc nhiệt độ điểm sƣơng vào hàm ẩm áp suất khác hệ dựa sở coi nƣớc ngƣng tụ pha lỏng Tuy nhiên nhiệt độ thấp nhiệt độ tạo hydrat khí, pha "ngƣng tụ" pha lỏng mà pha rắn đƣợc gọi hydrat Trạng thái chuyển tiếp từ lỏng thành hydrat gọi trạng thái lỏng chƣa ổn định "metastable" Đƣờng hàm ẩm cân khí - hydrat nằm phía dƣới đƣờng cân khí - metastable (hình H.3) 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hình H.2: Hàm lƣợng ẩm khí tự nhiên khô 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Trên hình (H.3) biểu diễn hàm ẩm hỗn hợp khí chứa 94,69%CH4 5,31% C3H8 Sự hình thành hydrat phụ thuộc vào nhiều yếu tố Thành phần hỗn hợp khí, có mặt chất tạo mầm, nhiệt độ, áp suất, mức độ khuấy trộn… Do hàm ẩm khí phụ thuộc nhiều vào thành phần hỗn hợp khí, số liệu đƣa hình (H.3) minh hoạ nên ngoại suy cho hỗn hợp khí có thành phần khác 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN I.3.4 Sự tạo thành hydrat I.3.4.1 Cấu trúc tinh thể hydrat Nƣớc có hỗn hợp khí luôn tạo thành hydrat với cấu tử có thành phần hỗn hợp khí Các hydrat có cấu trúc tinh thể chất dung dịch rắn, dung môi phần tử nƣớc liên kết với liên kết hydro Các phần tử hydro cacbon nhẹ (metan, etan, propan, butan) thâm nhập vào mạng lƣới tạo thành mạng tinh thể hydrat bền vững Về cấu trúc tinh thể hydrat có hai loại ô mạng sở đƣợc mô tả hình (H.4) Hình H.4: Ô mạng sở tinh thể hydrat Các chấm tròn phân tử nƣớc, đoạn thẳng liên kết hydro Bằng phƣơng pháp nhiễu xạ Rơnghen cho thấy cấu trúc tinh thể hydrat có dạng 12 mặt, mặt hình cạnh Cấu trúc biến đổi thành 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN dạng 14 mặt (14-hedron nhƣ hình vẽ mô tả cấu trúc I) 16 mặt (16-hedron nhƣ hình vẽ mô tả cấu trúc II) Dạng cấu trúc I có số mạnh 12A0, chứa 46 phần tử nƣớc xếp hình thành lỗ trống, có lỗ trống dạng 12 mặt, lỗ trống lại có dạng 14 mặt Các phần tử metan chui vào lỗ trống nào, phần tử etan chui vào lỗ trống lớn Nhƣng có vài ô mạng không bị phân tử hydro cacbon có cấu trúc phân tử cồng kềnh nhƣ propan butan chui vào lỗ trống thuộc loại cấu trúc I Dạng ô mạng tinh thể cấu trúc II, 16 mặt có số mạng 17A0 Ô mạng sở chứa 136 phân tử nƣớc với cấu trúc trục chứa 16 lỗ tống nhỏ dạng 12 mặt lỗ trống lớn dạng 12 mặt (có mặt cạnh 12 mặt cạnh) Dạng cấu trúc bẫy đƣợc phân tử lớn nhƣ propan, n-butan, izo-butan Ngoài yếu tố kích thƣớc phân tử, yếu tố thứ hai có ảnh hƣởng đến hình thành hydrat tính hoà tan nƣớc hydro cacbon Sự có mặt tạp chất nhƣ H2S, CO2, N2 có ảnh hƣởng đáng kể đến tạo thành hydrat Sự tạo thành hydrat phụ thuộc dạng lƣợng nhƣ lực hút, lực đẩy, lực quay, lực liên kết trạng thái cân Khi tinh thể hydrat đƣợc hình thành cấu trúc liên kết hydro không bị phá vỡ cân lực liên kết hydro bị giảm liên kết bị bẻ gãy Ngƣời ta xác định đƣợc số tinh thể hydrat điển hình: CH4 5,9H2O; C2H6 8,2H2O; H2S 6,1 H2O; CO2 H2O ; N2 H2O; C3H8 17 H2O; izo - C4H10 17 H2O; n-C4H10 tạo hydrat nhƣng không bền dễ bị phân huỷ Tất parafin lớn butan không tạo thành hydrat 15 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hỗn hợp khí tự nhiên dễ tạo thành hydrat cấu tử tinh khiết có khả bị bẫy ba dạng lỗ trống kể mạng lƣới tinh thể hydrat ổn định Nhƣ vậy, hỗn hợp phân tử có kích thƣớc khác thuận lợi cho hình thành hydrat Các tinh thể hydrat riêng biệt tạo thành nƣớc trạng thái lỏng Chỉ điều kiện pha lỏng có đủ nồng độ mức lƣợng cần thiết để tạo thành liên kết hydro Những tinh thể hydrat nhỏ nhƣng chúng phát triển lên thành tinh thể lớn I.3.4.2 Cân trình tạo hydrat Trên hình (H.5) đƣờng cong đặc trƣng trình tạo hydrat cấu tử khí tự nhiên, cho biết điều kiện hình thành tạo hydrat Miền phía dƣới bên phải đƣờng không tạo thành hydrat Ở giá trị nhiệt độ đƣờng cân trở thành thẳng đứng, giá trị nhiệt độ có đƣợc gọi nhiệt độ cực đại trình tạo hydrat cấu tử Trên hình (H.6) ta xét điều kiện tạo hydrat propan T0 < 00C (320F): tồn hai dạng nƣớc đá hydrat phía đƣờng cong cân bằng, phía dƣới đƣờng cong có nƣớc đá Ở T0 > 00C (320F): hydrat pha rắn, có bên trái đƣờng cân tạo hydrat Nhiệt độ ranh giới hai miền nhiệt độ cực đại tạo hydrat cấu tử tinh khiết (propan) I.3.4.3 Nhận xét Do nƣớc khí tự nhiên khí đồng hành tạo hydrat, cản trở trình vận hành thiết bị trình chế biến khí ( nhƣ bơm, quạt, máy nén…) Để hạn chế tác hại tƣợng khí cần đƣợc dehydrat cách hạ nhiệt độ điểm sƣơng hỗn hợp khí dùng phƣơng pháp hấp thụ hấp phụ để sấy khô khí 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hình H.5: Điều kiện tạo hydrat cấu tử khí tự nhiên 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hình H.6: Điều kiện tạo hydrat propan I.4 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ I.4.1 Khái niệm chung hấp phụ Quá trình hấp phụ trình hút khí hay hơi, hay chất lỏng bề mặt rắn xốp vật chất chuyền từ pha khí hay sang pha rắn Chất bị hút gọi chất bị hấp phụ, chất rắn xốp gọi chất hấp phụ Trong hấp phụ ngƣời ta lại phân chia trình nhƣ hấp phụ trao đổi ion, hấp phụ hoá học hấp phụ vật lí Hấp phụ trao đổi ion: hấp phụ có cực có kèm theo trao đổi ion chất hấp phụ dung dịch Hấp phụ hoá học: trình hấp phụ có kèm theo phản ứng hoá học chất bị hấp phụ chất hấp phụ Hấp phụ vật lí: trình hấp phụ không kèm theo phản ứng hoá học Trong hấp phụ vật lí lực hấp phụ lực Vander Waals trình thuận nghịch hoàn toàn Trong thực tế, loại hấp phụ xảy đồng thời tuỳ theo điều kiện thực trình mà hấp phụ loại chiếm ƣu loại I.4.2 Chất hấp phụ I.4.2.1 Đặc chưng chất hấp phụ Chất hấp phụ chất vật liệu rắn dạng hạt có cấu trúc xốp diện tích bề mặt riêng lớn Đặc trƣng chất hấp phụ hoạt độ (hoạt độ tĩnh hoạt độ động) Chất hấp phụ đƣợc chia làm ba loại: Loại I: Chất hấp phụ có mao quản nhỏ, kích thƣớc mao quản gần kích thƣớc phân tử chất bị hấp phụ (microposity) nhƣ 18 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN zeolit, than hoạt tính, vật liệu khoáng sét nhiều chất ma xúc tác… đƣờng kính mao quản d < 2nm Loại II: Chất hấp phụ có mao quản trung bình (mesoporosity) có đƣờng kính mao quản khoảng 2nm < d < 50nm Loại III: Chất hấp phụ có mao quản lớn (macroposity) đƣờng kính mao quản d > 50nm Trong công nghiệp sấy khí ngƣời tta thƣờng dùng chất hấp phụ than hoạt tính, Silicagen, oxyt nhôm, zeolit Các đại lƣợng đặc trƣng chúng (Xem bảng I.2) Bảng I.2 Các đại lượng đặc trưng chất hấp phụ Oxit Đại lƣợng đặc trƣng Silicagel nhôm hoạt tính Boxit Zeolit 4A hoạt tính 5A Khối lƣợng riêng, g/cm3 - Khối lƣợng riêng thực 2,12,2 3,25 3,4 - 0,610,72 0,80,86 0,80,83 0,690,72 - Khối lƣợng riêng biểu kiến 1,2 1,6 1,62,0 1,1 Nhiệt dung, Kcal/kg.độ 0,22 0,24 0,24 0,2 4,57 7,0 46 Thay đổi 121232 177315 >177 150350 79 47 46 912 - Khối lƣợng riêng đổ Hàm lƣợng nƣớc, % trọng lƣợng Nhiệt độ tái sinh, 0C Khả hấp phụ nƣớc, kg nƣớc/ 100kg chất hấp phụ I.4.2.2 Ôxit nhôm  - Al2O3 a Ôxit nhôm 19 [...]... quản lớn (macroposity) đƣờng kính mao quản là d > 50nm Trong công nghiệp sấy khí ngƣời tta thƣờng dùng các chất hấp phụ là than hoạt tính, Silicagen, oxyt nhôm, zeolit Các đại lƣợng đặc trƣng của chúng (Xem ở bảng I.2) Bảng I.2 Các đại lượng đặc trưng của các chất hấp phụ Oxit Đại lƣợng đặc trƣng Silicagel nhôm hoạt tính Boxit Zeolit 4A hoạt tính và 5A Khối lƣợng riêng, g/cm3 - Khối lƣợng riêng thực... (propan) I.3.4.3 Nhận xét Do hơi nƣớc trong khí tự nhiên và khí đồng hành có thể tạo các hydrat, cản trở quá trình vận hành của các thiết bị trong quá trình chế biến khí ( nhƣ bơm, quạt, máy nén…) Để hạn chế tác hại của hiện tƣợng này khí cần đƣợc dehydrat bằng cách hạ nhiệt độ điểm sƣơng của hỗn hợp khí hoặc dùng các phƣơng pháp hấp thụ và hấp phụ để sấy khô khí 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN... cân bằng của khí - hydrat sẽ nằm phía dƣới đƣờng cân bằng khí - metastable (hình H.3) 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hình H.2: Hàm lƣợng ẩm của khí tự nhiên khô ngọt 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Trên hình (H.3) biểu diễn hàm ẩm của hỗn hợp khí chứa 94,69%CH4 và 5,31% C3H8 Sự hình thành hydrat phụ thuộc vào nhiều yếu tố Thành phần hỗn hợp khí, ... thành hydrat là tính hoà tan trong nƣớc của các hydro cacbon Sự có mặt của các tạp chất nhƣ H2S, CO2, N2 có ảnh hƣởng đáng kể đến sự tạo thành hydrat Sự tạo thành hydrat còn phụ thuộc các dạng năng lƣợng nhƣ lực hút, lực đẩy, lực quay, lực liên kết ở trạng thái cân bằng Khi một tinh thể hydrat đƣợc hình thành thì cấu trúc liên kết hydro sẽ không bị phá vỡ cho đến khi mất cân bằng lực liên kết hydro bị... là các phần tử nƣớc liên kết với nhau bằng liên kết hydro Các phần tử hydro cacbon nhẹ (metan, etan, propan, butan) thâm nhập vào mạng lƣới này tạo thành mạng tinh thể hydrat bền vững Về cấu trúc các tinh thể hydrat có hai loại ô mạng cơ sở đƣợc mô tả ở hình (H.4) Hình H.4: Ô mạng cơ sở của tinh thể hydrat Các chấm tròn chỉ các phân tử nƣớc, các đoạn thẳng chỉ liên kết hydro Bằng phƣơng pháp nhiễu xạ... trộn… Do hàm ẩm của khí phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hỗn hợp khí, các số liệu đƣa ra trên hình (H.3) chỉ là minh hoạ nên không thể ngoại suy cho các hỗn hợp khí có thành phần khác 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN I.3.4 Sự tạo thành hydrat I.3.4.1 Cấu trúc tinh thể hydrat Nƣớc có trong hỗn hợp khí luôn luôn tạo thành hydrat với các cấu tử có trong thành phần hỗn hợp khí Các hydrat này có... SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hình H.5: Điều kiện tạo hydrat của các cấu tử trong khí tự nhiên 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hình H.6: Điều kiện tạo hydrat của propan I.4 QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ I.4.1 Khái niệm chung về hấp phụ Quá trình hấp phụ là quá trình hút khí hay hơi, hay chất lỏng bằng một bề mặt rắn xốp vật chất sẽ chuyền từ pha khí hay hơi sang pha rắn Chất bị hút gọi là chất bị hấp phụ, chất rắn... lỏng Chỉ trong điều kiện pha lỏng mới có đủ nồng độ và mức năng lƣợng cần thiết để tạo thành liên kết hydro Những tinh thể hydrat này rất nhỏ nhƣng chúng có thể phát triển lên thành những tinh thể lớn hơn I.3.4.2 Cân bằng quá trình tạo hydrat Trên hình (H.5) là các đƣờng cong đặc trƣng của quá trình tạo hydrat của các cấu tử khí tự nhiên, nó cho biết điều kiện hình thành tạo hydrat Miền phía dƣới và... hƣởng của nitơ và các hydrocacbon nặng là nhƣ nhau trong nhiều hỗn hợp khí I.3.3 Hàm ẩm cân bằng của hydrat Trên hình (H.1) và hình (H.2) biểu diễn các đƣờng cong phụ thuộc của nhiệt độ điểm sƣơng vào hàm ẩm ở các áp suất khác nhau của hệ dựa trên cơ sở coi nƣớc ngƣng tụ là pha lỏng Tuy nhiên ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tạo hydrat của khí, pha "ngƣng tụ" không phải là pha lỏng mà là pha rắn đƣợc gọi là...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SV: NGUYỄN ANH TUẤN Hàm ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần hỗn hợp khí Hiện nay có rất nhiều phƣơng pháp xác định hàm ẩm của khí, mà phổ biến hơn cả là các phƣơng pháp sau đây: - Sử dụng quan hệ giữa áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi - Sử dụng các đƣờng cong thực