chapter 3 - gas dehydration

TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 1 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 2 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí 3.1. Giới thiệu chung Nước là tạp chất phổ biến nhất lẫn trong các hydrocarbon Nước lẫn trong khí thiên nhiên trong quá trình khoan, khai thác, và quá trình làm ngọt khí (tách loại các khí chua H 2 S, CO 2 ) vv… Nước gây ra các vấn đề sau:  Tạo thành hyđrát gây tắc nghẽn van, đầu vòi, … trong quá trình vận chuyển  Gây ăn mòn đường ống, các thiết bị  Gây ra các phản ứng phụ, tạo bọt, hoặc làm mất hoạt tính xúc tác trong các quá trình chế biến tiếp theo TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 3 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí • Hàm lượng hơi nước trong khí tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ, và thành phần hóa học của khí. • Độ ẩm bão hòa là độ ẩm ứng với trạng thái bão hòa hơi nước của khí. • Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng nước chứa trong 1 đơn vị thể tích hoặc 1 đơn vị khối lượng khí. • Độ ẩm tương đối là tỷ lệ giữa khối lượng hơi nước chứa trong khí và khối lượng hơi nước cực đại chứa trong thể tích khí xác định ở điều kiện bão hòa. TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 4 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí ϕ = p / P với: ϕ: độ ẩm tương đối p: áp suất riêng phần hơi nước trong khí P: áp suất hơi nước bão hòa TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 5 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí • Độ ẩm cân bằng của khí thiên nhiên phụ thuộc vào thành phần khí và hàm lượng muối:  Tăng tỷ trọng khí và hàm lượng muối, hàm lượng nước của khí giảm.  Khi có H 2 S, CO 2 thì độ ẩm của khí tăng.  Khi có N 2 thì độ ẩm khí giảm. TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 6 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí • Hydrat là hợp chất dạng tinh thể tồn tại ở trạng thái bền vững trong điều kiện xác định. • Điều kiện tạo hydrat:  Nhiệt độ, áp suất khí.  Thành phần khí: C 1 , C 2 , C 3 , i-C 4 , N 2 , H 2 S, CO 2 , Ar có thể tạo hydrat, nhưng n-C 4 không tạo hydrat. Nhiệt độ bắt đầu tạo hydrat của C 1 giảm khi trong khí có chứa C 3+ .  Nồng độ muối: tăng nồng độ muối, nhiệt độ bắt đầu tạo hydrat giảm. TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 7 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí 3.2. Làm khô khí bằng phương pháp ức chế • Làm khô khí nhằm lấy hơi nước ra khỏi khí và hạ điểm sương xuống thấp hơn nhiệt độ vận chuyển và chế biến. • Hàm lượng nước tối đa cho phép trong dòng khí sản phẩm thông thường là 100 mg H 2 O/ 1 Sm 3 khí. • Các phương pháp làm khô khí:  Dùng chất ức chế để hạn chế tạo hydrat.  Hấp thụ hơi nước bằng chất lỏng háo nước.  Hấp phụ hơi ẩm bằng chất làm khô rắn họat hóa.  Ngưng tụ hơi ẩm nhờ nén hoặc làm lạnh khí. TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 8 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí Hàm lượng nước trong khí thiên nhiên cần phải được tính toán, dự đoán để qua đó xây dựng được phương án làm khô khí tối ưu. Hàm lượng nước bão hoà trong khí ngọt phụ thuộc vào P, T, và thành phần khí (tỷ trọng tương đối : SG g = M g / M kk = M g / 28.97) Khí chua (có chứa H 2 S và CO 2 ) sẽ có hàm lượng nước cao hơn. Cần phải hiệu chỉnh hàm lượng nước khi nồng độ H 2 S và/hoặc CO 2 trong dòng khí lớn hơn 5% TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 9 Phương pháp tính toán, dự đoán  Xác định từ đồ thị:  Giản đồ McKetta và Wehe (1958): khí ngọt  Giản đồ Campbell: khí chua  Dùng công thức Đơn vị: [mg/Sm 3 ]; [lb/MMscf] Sm 3 : mét khối chuẩn; đo tại điều kiện chuẩn ISO 2533 101.35 kPa; 15 o C MMscf : triệu feet khối chuẩn, đo tại 14.7 psi (101.35kPa); 60 o F (15.56 o C) 1 lb = 0.454 kg Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 10 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí Hàm lượng nước trong khí ngọt Giản đồ McKetta và Wehe Xác định hàm lượng nước bão hoà cho dòng khí hydrocacbon ngọt có SG g 0.9; nhiệt độ 70 o C và áp suất 6000 kPa. - Từ Hình 1: W = 4500 mg/Sm 3 - Hệ số hiệu chỉnh cho SG g 0.9: C G = 0.98 ->Hàm lượng nước: W = 0.98 x 4500 = 4410 mg/Sm 3 ? 01 A 01 [...]... cho phép của dung dịch glycol (%kl) cần phải giữ trong hệ ở các nhiệt độ khác nhau: T(0) Etylen Glycol Dietylen Glycol Tetraetylen Glycol -2 2 ,3 4 0- 93 4 8-9 1 4 9-9 2 -2 8,9 4 5-9 1 5 1-8 8 5 3- 90 -3 4 ,4 4 9-8 8 5 6-8 5 5 7-8 8 -4 5,6 5 6-8 1 - - TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 27 Chương 3: Làm khô khí Nguyên tắc của phương pháp ức chế: đưa thêm vào dòng khí một chất có khả năng kết hợp với pha nước nhằm hạ thấp nhiệt độ tạo... 0 .38 2 C2 0.060 0.82 0.0 73 C3 0. 036 0.12 0 .3 C4 0.024 0.045 0. 533 ∑y/Kv-s = 1.288 > 1 Xét T = 12oC y Kv-s y/Kv-s C1 0.784 2.12 0 .36 98 C2 0.060 1.1 0.0545 C3 0. 036 0. 23 0.1565 C4 0.024 0.084 0.2857 ∑y/Kv-s = 0.8665 < 1 Xét tại 11oC, thu được ∑y/Kv-s = 1.0417 ~ 1, có thể kết luận đây là nhiệt độ tạo hydrát của dòng khí tại 2000 kPa TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 17 Chương 3: Làm khô khí Đối với dòng khí... Σ(yi/Ki,v-s) Lặp lại 3 bước trên cho đến khi Σ(yi/Ki,v-s) = 1 TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí  15 Chương 3: Làm khô khí Cho dòng khí: ? 05 C1 0.784 C2 0.060 C3 0. 036 C4 0.024 N2 0.094 CO2 Xác định P tạo thành hydrat tại 2000 kPa theo phương pháp Katz 0.002 TS Nguyễn H So sánh với kết quả của CN Chế Biến Khí ? 04 16 Chương 3: Làm khô khí A 05 Xét T = 10oC y Kv-s y/Kv-s C1 0.784 2.05 0 .38 2 C2 0.060 0.82 0.0 73 C3... pháp Baille-Wichert: hiệu chỉnh nhiệt độ tạo hydrat thông qua % C3 TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 18 Chương 3: Làm khô khí ? 06 Cho dòng khí: C1 0.8 43 C2 0. 031 C3 0.007 C4 0.004 N2 0.0 03 CO2 0.070 H2S 0.042 TS Nguyễn H a) Xác định T tạo thành hydrat tại 4200 kPa ? CN Chế Biến Khí 19 Chương 3: Làm khô khí Dùng phương pháp Baille-Wichert a) SGg = 0.682 b) Giản đồ Hình 12: 4200 kPa -> 4.2 %H2S -> SGg = 0.682... phun thẳng vào dòng khí TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 28 Chương 3: Làm khô khí TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 29 Chương 3: Làm khô khí 3. 2.2 Làm khô bằng phương pháp hấp thụ • Dựa trên sự chênh lệch áp suất hơi nước trong khí và chất hấp thụ • Các chất hấp thụ thường sử dụng: mono-, di-, tri-etylen glycol TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 30 Chương 3: Làm khô khí Quá trình hấp thụ  Là quá trình truyền khối từ... TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 34 Chương 3: Làm khô khí Ưu điểm Nhược điểm Dung dịch 10 -3 0 % MEA, 6 0-8 0% DEG, 5-1 0% nước Chất hấp thụ cả nước, CO2, H2S Khả năng tạo bọt thấp TS Nguyễn H Mất mát do bị cuốn ra cao hơn so với TEG Chỉ ứng dụng để làm khô và làm sạch khí chua Chất hấp thụ ăn mòn kim lọai ở nhiệt độ hòan nguyên Giảm nhiệt độ điểm sương ít CN Chế Biến Khí 35 Chương 3: Làm khô khí • Theo thời gian,... hằng số (K = 233 5 cho methanol, = 4000 cho glycol) TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 23 Chương 3: Làm khô khí • Chi phí chất ức chế (kg/1000 m3 khí) để lọai trừ hình thành hydrat: q = (W1 – W2) C2/(C1 – C2) W1, W2: hàm lượng ẩm trong khí trước và sau khi đưa chất ức chế vào (kg/1000 m3 khí) C1, C2: nồng độ khối lượng chất ức chế trước và sau khi sử dụng TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 24 Chương 3: Làm khô khí... mg/Sm3 (6900 kPa); 12000 mg/Sm3 (2100 kPa) -> tại 6000 kPa: W = 4514 mg/Sm 3 TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 11 Chương 3: Làm khô khí Xác định điều kiện P, T tạo thành hydrat:  Xác định SGg  Sử dụng Hình 5 để đọc giá trị P, T tương ứng  Phương pháp Katz Xác định điều kiện tạo thành hydrat trong quá trình giãn nở khí (giảm áp)  Sử dụng các giản đồ trong Hình 6-7 TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 12 Chương 3: ... C2 0.060 C3 0. 036 C4 0.024 N2 0.094 CO2 0.002 TS Nguyễn H a) Xác định P tạo thành hydrat tại 10oC b) Dòng khí trên được giãn nở từ 10000 kPa xuống 34 00 kPa Xác định T tối thiểu để không có sự tạo thành hydrat trong quá trình giãn nở c) Dòng khí trên tại 15000 kPa, 40oC có thể giãn nở đến áp suất nào mà không bị tạo thành hydrat? CN Chế Biến Khí 13 Chương 3: Làm khô khí A 04 a) SGg = 0.6 93 Đọc từ giản... sau 34 00 kPa Đọc T tương ứng (~450C) c) Cũng từ Hình 7, tìm điểm nối giữa đường áp suất đầu 15000kPa và nhiệt độ 400C, đọc áp suất sau (~ 8000 kPa) TS Nguyễn H CN Chế Biến Khí 14 Chương 3: Làm khô khí Phương pháp Katz  Chính xác hơn phương pháp dùng đồ thị  Chọn một giá trị T tại P cho trước (hoặc P tại T cho trước)  Sử dụng các giản đồ trong Hình 8-1 1 để xác định hằng số cân bằng khí-rắn Kv-s cho . 0. 036 0.12 0 .3 C4 0.024 0.045 0. 533 ∑y/K v-s = 1.288 > 1 Xét T = 12 o C y K v-s y/K v-s C1 0.784 2.12 0 .36 98 C2 0.060 1.1 0.0545 C3 0. 036 0. 23 0.1565 C4 0.024 0.084 0.2857 ∑y/K v-s = 0.8665. 05 0.002CO2 0.094N2 0.024C4 0. 036 C3 0.060C2 0.784C1 ? 04 TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 17 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí Xét T = 10 o C A 05 y K v-s y/K v-s C1 0.784 2.05 0 .38 2 C2 0.060 0.82 0.0 73 C3 0. 036 . 06 0.042 H 2 S 0.070 CO 2 0.0 03 N 2 0.004C4 0.007C3 0. 031 C2 0.843C1 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí TS. Nguyễn H ữu Lương CN Chế Biến Khí 20 Chương 3: Làm khô khí Làm khô khí Dùng phương pháp Baille-Wichert a)