Công nghệ xử lý khí - Phần 13 doc

Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 144 PHẦN 13 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khí được làm khô với mục đích tách hơi nước ra khỏi khí gas để tránh hiện tượng có nước tự do xuất hiện trong hệ thống (nứơc là nguồn gốc của hiện tượng hydrates và ăn mòn) và tạo ra cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí được vận chuyển hay chế biến. Trong công nghiệp các phương pháp làm khô khí sau đây thường được sử dụng: hấp thụ bằng các chất lỏng hút ẩm như diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG), monoethylene glycol (MEG), tetraethylene glycol (TREG), hấp thụ hơi nước bằng các tác nhân sấy rắn hoạt tính, ngưng tụ ẩm do nén, hoặc (và) làm lạnh khí. Với ưu điểm của TEG có độ hút ẩm cao, tạo được điểm sương cho khí sau làm khô khá cao (-47 o C) . khi tái sinh dễ dàng thu được dung dòch có nồng độ khối lượng cao trên 99% nên nó được dùng trong hầu hết các hệ thống làm khô khí. Sơ đồ công nghệ tiêu biểu cho cụm làm khô khí như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 145 Hình 13.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống làm khô khí bằng glycol NỒNG ĐỘ TỐI THIỂU CỦA GLYCOL SẠCH : Nồng độ của glycol sạch là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến điểm sương của khí gas nó cao hơn ngay cả khi bạn tăng lưu lượng tuần hoàn glycol. Trong tháp tiếp xúc (contactor) glycol sạch chỉ tiếp xúc với khí gas tại mâm trên cùng còn ở các mâm dưới nồng độ glycol đã giảm đi do đã hấp thụ nước do đó trong tháp tiếp xúc điểm sương thực tế của khí đã làm khô sẽ cao hơn từ 8 o C đến 12 o C so với điểm sương cân bằng. Thông thường làm khô khí bằng glycol được thực hiện đến điểm sương không thấp hơn –25 o C đến –35 o C. Muốn làm khô triệt để thì cần dung dòch glycol có độ sạch càng cao. Để chọn nồng độ yêu cầu của glycol sạch để đạt được nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí gas sau làm khô ta có đồ thò 13.2 Hình 13.2: Đồ thò tra nồng độ glycol sạch yêu cầu Giả sử nhiệt độ điểm sương sau khi làm khô khí gas là –5 o C nhiệt độ tháp tiếp xúc là 46 o C để đạt được các yều nhiệt độ điểm sương này trong khi tra đồ thò ta lấy giảm nhiệt độ điểm sương xuống thêm 10 o C vậy khi đó nhiệt độ điểm sương là –15 o C. Tọa độ của điểm sương cân bằng – 15oC và nhiệt độ tháp tiếp xúc 46 o C rơi vào đường nồng độ glycol sạch là 99.5%. đây chính là nồng độ glycol sạch yêu cầu . Đường nồng độ đứt đoạn ứng với nồng độ 98.5% đây là giới hạn của nồng độ glycol có thể tái sinh ở 204 o C áp suất bình tái sinh là áp suất điều kiện tiêu chuẩn. Khi muốn đạt nồng độ glycol sau khi tái sinh lớn hơn thì phải được tái sinh trong điều kiện áp suất chân không (bé hơn 101 Kpa) hoặc (và)ø có sự tham gia của khí stripping gas. Cứ giảm đi 1 kpa trong bình tái sinh thì nồng độ phần trăm khối lượng glycol sạch tăng thêm 0.014% Khí stripping gas này phải là khí sạch nó được đưa vào thiết bò tái sinh với mục đích là làm giảm áp suất hơi nước trên bề mặt dung dòch, thúc đẩy sự bốc hơi nước ra khỏi dung dòch . Trong thiết bò tái sinh glycol nhiệt độ được duy trì trong khoảng 190 o C -204 o C nếu ở 206.7 o C thì TEG sẽ bò phân huỷ. Nếu ở bình tái sinh có áp suất thấp 10 ->13 Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 146 kpa thì dưới các điều kiện về nhiệt độ và áp suất như vậy ta có thể thu được glycol sạch có nồng độ khối lượng cỡ 99.5% Nhiệt độ giới hạn trên trong tháp tiếp xúc được xác đònh bằng sự tiêu hao cho phép của glycol do bay hơi và trong thực tế nhiệt độ này vào khoảng 38 o C . Còn giới hạn dưới phụ thuộc vào sự giảm khả năng hút ẩm của glycol gây ra bởi sự tăng độ nhớt của glycol nhiệt độ cực tiểu này vào khoảng 10 o C Trong hầu hết các hệ thống làm khô khí bằng glycol lưu lượng glycol tuần hoàn vào khoảng 15-40 lites TEG cho 1 kg H 2 O tách ra, đây là dải giá trò được cho là có kinh tế nhất Để tính toán lưu lượng glycol tuần hoàn ta theo các bước sau đây: 1. Từ nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí gas sau khi làm khô trừ tiếp đi khoảng 10 o C và nhiệt độ tháp tiếp xúc ta tra ra nồng độ Xgl (%) yêu cầu qua đồ thò 13.2 2. Tính lượng nước bão hoà của khí gas khi vào tháp tiếp xúc W_inlet (kg/10 6 std m 3 ) 3. Tính lượng nước bão hoà của khí gas khi ra khỏi tháp tiếp xúc W_outlet (kg/10 6 std m 3 ) Bước 2 & 3 tra đồ thò hình 4.1 4. Tính tỉ số (W_inlet - W_outlet)/ W_inlet sau đó có số tầng lý thuyết của contactor N tra các đồ thò 13.5 đến 13.9 ta có lưu lượng tuần hoàn của TEG (m3 TEG/kg H2O) 5. Density của TEG = 1.12kg/liter 6. Để tra lưu lượng stripping gas ta dùng đồ thò 13.3 Hình 13.3 : Đồ thò tra lưu lượng khí stripping cho still column Ví dụ bài toán : Hệ thống làm khô khí cho dòng khí 3x10 6 std m 3 /d, γ=0,6, áp suất 12500kpa và 40 o C, nhiệt độ điểm sương yêu cầu –5 o C contactor có số mâm lí thuyết N=1.5. Tính toán nồng độ tối thiểu của glycol sạch và lưu lượng tuần hoàn Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 147 Để đạt được nhiệt độ điểm sương cân bằng là -5 o C thì trong tính toán ta phải lấy nhiệt độ điểm sương tính toán thấp đi thêm 10 o C khi đó nhiệt độ điểm sương tính toán là -15 o C. Tra đồ thò 13.2 ứng với nhiệt độ điểm sương -15 o C và nhiệt độ bình contactor 40 o C ta tra ra nồng độ glycol sạch yêu cầu là Xgl = 99.2% Lượng nước bão hoà của khí gas khi vào contactor (12500kpa, 40 o C) tra đồ thò 4.1 W_inlet: 700kg nước /1 triệu m3 khí gas Lượng nước bão hoà của khí gas khi ra contactor (12500kpa, -5 o C) tra đồ thò 4.1 W_outlet: 60kg nước /1 triệu m3 khí gas (W_inlet - W_outlet)/ W_inlet = (700-60)/700) = 0,914 tra hình 13.6 ra lưu lượng TEG tuần hoàn là 0,031 m3TEG/kg H2O lượng nước tách ra từ dòng khí là 3x(700-60)/24 = 80kg/h vậy lượng TEG sạch tuần hoàn là 31(liter)x80 = 2480 lit/h Để tra lưu lượng stripping gas ta dùng đồ thò 13.3 tra được 1 std m 3 stripping gas/ m 3 TEG x 2,48 = 2,48 std m 3 /h Tính toán kích cỡ contactor: Vận tốc cho phép của khí gas khi qua contactor: v= K s [(ρ L -ρ g )/ρ g ] 0,5 K s = 0,055m/s nếu contactor dùng bublecaps = 0,09->0,105 contactor dùng structured packing ρ L khối lượng riêng pha lỏng với hệ TEG-H2O thì = 1120kg/m3 ρ g khối lượng riêng pha khí ở điều kiện contactor kg/m3 riêng đối với contactor dùng structured packing thì có thể dùng v= 3/( ρ g ) 0,5 khi đó đường kính tối thiểu của contactor là d = [4q act /( π v)] 0,5 d: đường kính contactor (m) q act lưu lượng khí thực tế (m3/s) lưu ý: q act = m/ ρ g q act = q std P std T act Z act /(86400P act T std ) m (kg/s) lưu lượng khối lượng dòng khí gas q std (std m3/d) lưu lượng thể tích dòng khí Ví dụ: TEG vào contactor để làm khô dòng khí gas 1x10 6 std m3/d ở 40 o C, 7000kpa, hệ số nén của khí là z=0,85, Mw = 19 tính kích cỡ contactor dùng bublecaps, structured packing Giải: ρ g = 7000x19/(0,85x8,314x313) = 60 kg/m3 v= K s [( ρ L - ρ g )/ ρ g ] 0,5 contactor dùng bublecaps v= 0,055[(1120-60)60] 0,5 = 0,23 m/s (K s = 0,055m/s nếu contactor dùng bublecaps) q act = q std P std T act Z act /(86400P act T std ) = 1000000x101x313x0.85/(86400x7000x288)=0.154m3/s d = [4q act /( π v)] 0,5 = [4x0,154/(0,23x3,14)] 0,5 = 0,92m contactor dùng structured packing (K s = 0,09->0,105) Prepared by Haứ quoỏc Vieọt pro Eng gas comp platform page 148 v=0,095[(1120-60)60] 0,5 =0,39m/s hoaởc v= 3/( g ) 0,5 = 3/60 0,5 = 0,39 d = [4q act /( v)] 0,5 = [4x0,154/(0,39x3,14)] 0,5 = 0,71m Hỡnh 13.4: Structured Parking vaứ Bubble cap Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 149 Hình 13.5: Đồ thò tra lưu lượng glycol sạch (N = 1) Hình 13.6 : Đồ thò tra lưu lượng glycol sạch (N = 1.5 ) Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 150 Hình 13.7: Đồ thò tra lưu lượng glycol sạch (N = 2) Hình 13.8 Đồ thò tra lưu lượng glycol sạch (N = 2.5) Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 151 Hình 13.9: Đồ thò tra lưu lượng glycol sạch (N = 3) Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 152 PHẦN 14 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT HẤP PHỤ Làm khô khí bằng glycol hay ức chế tạo hydrate bằng methanol thường được dùng khi chuẩn bò cho khí gas vào đường ống vận chuyển đi xa, còn làm khô khí bằng chất hấp phụ là một chọn lựa cao cấp khi khí có yêu cầu cao chẳng hạn như dewpoint –50 o C trước khi vào nhà máy NGL, LNG. Hay phải loại bỏ các thành phần không có lợi như CO2, H2S, COS… để làm ngọt khí gas. Hấp phụ là quá trình tập trung khí gas cho tiếp xúc với các chất có khả năng giữ nước ở nhiệt độ thấp sau đó các chất hấp phụ này lại nhả nước khi nhiệt độ tăng cao. Các chất hấp phụ thường có bề mặt tiếp xúc rất lớn từ 500 đến 800m 2 /g. Các hất hấp phụ có thể chia thành các loai sau: Boxit: là các khoáng chất thiên nhiên chứa chủ yếu là Oxyt nhôm Al 2 O 3 Alumina Oxyt nhôm hoạt hoá đó là các boxit đã làm sạch. Gel: là các hợp chất cấu tạo từ SiO 2, hay alumina gel Molecular Sieves: là các zeolite của potassium, sodium,calcium Charcoal: Than hoạt tính. Chọn lựa chất hấp phụ: Việc chọn lựa loại chất hấp phụ nào phụ thuốc vào nhiều yếu tố như dewpoint hơi ẩm, hàm lượng H2S, CO2,…yêu cầu kinh tế… Theo dewpoint hơi ẩm ta có thể tham khảo khả năng một vài chất hấp phụ phổ biến như: Chất hấp phụ Dewpoint đạt được o C Alumina -73 Silica gel -60 Molecular sieves -100 Molecular sieves còn có thể hấp phụ cả các hỗn hợp chứa sulfua song nó khá đắt và năng lượng nhiệt để giải hấp cũng cao. Bảng đặc tính của các chất hấp phụ tiêu biểu Hệ thống công nghệ tiêu biểu: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 153 Hình 14.1: Sơ đồ công nghệ minh hoạ cho cụm làm khô khí bằng chất hấp phụ Với hệ thống đơn giản nhất gồm hai tháp thì một tháp hấp phụ nước còn một tháp giải hấp bằng khí gas nhiệt độ cao, tháp hấp phụ sẽ làm việc cho đến khi bão hào nước, thường thì vào khoảng 8~24 giờ. Hệ thống làm khô khí bằng chất hấp phụ thường phải chi phí nhiều hơn khi mua cũng như khi vận hành hơn hệ thống làm khô khí bằng glycol, tuy nhiên nó lại hữu hiệu hơn khi đòi hỏi dewpoint thật thấp, khi sử lý H2S Chất hấp phụ được tái sinh bằng cách thổi gas (hay khí trơ) vào tháp giải hấp với nhiệt độ lên đến 230~320 đối với molecule sieve, đối với zeolite thì nhiệt độ lên đến 316~370 o C DIỄN BIẾN TRONG THÁP HẤP PHỤ: [...]... SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BƠM: Hình 14.5 Sơ đồ công nghệ điều khiển bơm Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 163 PHẦN 17 MÁY NÉN KHÍ 1.GIỚI THIỆU: Thường phải dùng các máy nén khí nhằm gia tăng áp suất để vận chuyển khí theo hệ thống ống vận chuyển Một ứng dụng nữa của máy nén khí là làm giảm thể tích khí giúp thuận lợi cho việc vận chuyển khí bằng tàu hay tồn trữ , máy nén khí có... 0,31( -0 ,55) = 1,3 – 0,31(0, 7-0 ,55) = 1,25 ∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw = 303x0,98x8,314[(3/1)0, 2-1 ]x1,25/0,25/(0,7x28,97) = 150 kj/kg m = (1000000/23,64)(0,7x28,97)/86400 = 9,93 kg/s W = 9,93x150/0,75 = 1986kW Td = T1{1+[(P2/P1)(k-1)/k-1]/Eisen} = 303[1+(30, 2-1 )/0,78] = 3980K = 1250C Theo công thức giải tích trực tiếp sau: Power/Stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k... nhiệt độ khí vào 350C , Zavg = 0,95, hiệu suất Eisen = 0,75, hãy tính: Cột áp , công suất, nhiệt độ đầu ra, số bánh công tác, đường kính bánh công tác, tốc độ trục quay Giải: k = 1,3 – 0,31( -0 ,55) = 1,3 – 0,31(0,6 5-0 ,55) = 1,27 (k-1)/k=0,2126 Cột áp ∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw= 308x0,95x8,314x[(4500/1500)0,2126 – 1}x1,27/0,27/0,65/29 = 160kJ/kg Power/Stage (kW) = (A/E) [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k... dài MTZ phụ thuộc thành phần khí, vận tốc khí, cỡ hạt hấp phụ, độ ẩm khí RH, độ sạch của cột hấp phụ Chiều dài MTZ có thể ước lượng như sau: hZ= (C)0,115[qstd0,2389W0,7895RH0,5249/d0,4778][P/(Tz)]0,5506 106std m3/d qstd lưu lượng khí W lượng nước bão hoà trong khí ở P,T kg RH độ ẩm tương đối của khí % D đường kính tháp hấp phụ m P áp suất khí kpa o T nhiệt độ khí K Z: hệ số nén khí C hệ số tuỳ từng chất... lựa máy nén tuỳ thuộc mục đích sử dụng Hệ thống nén khí nhiều giai đoạn có thể dùng nhiều máy nén kiểu khác nhau cho từng giai đoạn Phần này sẽ tìm hiểu các điều lưu ý khi chọn máy nén khí đó là: Tính chất khí Tính chất khí chẳng hạn như là tỉ số nhiệt dung riêng, tính nén hay lượng nước có trong khí không ảnh hưởng đến việc chọn máy nén khí, tuy nhiên khí có tỉ trọng thấp thích hợp với máy nén kiểu li... 176 Đối với máy nén khí ly tâm nhiều giai đoạn nén khí tự nhiên µ ~ 1, dùng u = 275m/s thì lượng ∆h gia tăng qua mỗi tầng cánh là khoảng 38 kJ/kg Để ước lượng đường kính bánh công tác như sau: d = (q/0,05/u)0,5 d: đường kính bánh công tác (m) q: lưu lượng khí đầu vào (m3/s) Tốc độ quay máy nén có thể tính như sau: N = 60u/d/π N : rpm Ví dụ: Cần một máy nén khí để nén 2,5x106scmd, khí tự nhiên có γ =... 1762(380 0-1 000)/3600/0,75= 1800kW h2act = h1 + (h2isen – h1)/E = 1000 + (380 0-1 000)/0,78= 4600kj/kmol Tại h2act = 4600 và P2 = 3Mpa T2isen = 1140C Giải theo các công thức giải tích như sau: ∆hisen = T1zaR[(P2/P1)(k-1)/k - 1]k/(k-1)/Mw ∆hisen biến thiên entanpy (kj/kg) T1 nhiệt độ đầu hút (oK) za hệ số nén trung bình = (z1+z2)/2 có thể dùng hình 17.7 Hình 17.7: Đồ thò tra hệ số nén z theo P và T của khí. .. [k/(k-1)]qstd{Ps/Ts}T1za[(P2/P1)(k-1)/k - 1] = (11,57/0,75)(1,27/0,27)2,5(101,3/288)308x0,95[(4500/1500)0,27/1,2 7-1 ] = 4912kW nhiệt độ đầu ra: Td = T1{1+[(P2/P1)(k-1)k-1]/Eisen} =308[1+(30,27/1,27 –1)/0,75]= 416oK = 143oC số bánh công tác là 160/38 ~ 5 lưu lượng: q = (2,5x106/86400)(101/1500)(308/288) = 1,98 m3/s d = (q/0,05/u)0,5 = (1,98/0,05/275)0,5 = 0,38 m N = 60u/d/π = 60x275/0,38/3,14 = 137 85rpm ĐIỀU KHIỂN... hydrocacbon k ta tra ở nhiệt độ T là giá trò trung bình đầu vào và đầu ra của máy nén khí Nhiệt độ đầu ra máy nén ước lượng như sau : Td = T1{1+[(P2/P1)(k-1)/ k-1]/Eisen} Solution 61 Eisen là hiệu suất đẳng entropy đối với máy nén khí ly tâm vào khoảng 0,65~0,8 đối với máy nén khí piston tốc độ cao vào khoảng 0,7~0,75, với máy nén khí piston tốc độ thấp vào khoảng 0,83~0,9 tuy nhiên nhà cung cấp hay sử dụng... tónh tra đồ thò = 22 % do đó xs = 0,63x22 = 14% Thay vào (x)=[ (xs)(hB )-0 ,45(xs)(hZ)]/ hB = [14x4, 5-0 ,45x14x0,97]/4,5 = 12,6 wt% tương đương x giả sử 10 wt% vậy kích thước tháp đạt yêu cầu làm việc Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 158 PHẦN 16 MÁY BƠM NGUYÊN LÝ VÀ PHÂN LOẠI BƠM: Nguyên lý thể tích: Nguyên lý này là tạo ra một thể tích thay đổi từ nhỏ đến lớn và ngược lại Khi thể . làm khô khí. Sơ đồ công nghệ tiêu biểu cho cụm làm khô khí như sau: Prepared by Hà quốc Việt pro Eng gas comp platform page 145 Hình 13. 1: Sơ đồ công nghệ hệ thống làm khô khí bằng. /1 triệu m3 khí gas (W_inlet - W_outlet)/ W_inlet = (70 0-6 0)/700) = 0,914 tra hình 13. 6 ra lưu lượng TEG tuần hoàn là 0,031 m3TEG/kg H2O lượng nước tách ra từ dòng khí là 3x(70 0-6 0)/24 = 80kg/h. lưu lượng khí 10 6 std m3/d W lượng nước bão hoà trong khí ở P,T kg RH độ ẩm tương đối của khí % D đường kính tháp hấp phụ m P áp suất khí kpa T nhiệt độ khí o K Z: hệ số nén khí C hệ