Bài giảng công nghệ khí (ths hoàng trọng quang) chương 4

Bài giảng CÔNG NGHỆ KHÍ Chương HYDRATE VÀ DEHYDRATE GVGD: ThS Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS Hà Quốc Việt NỘI DUNG Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Giới thiệu Hàm lượng nước HC Gas hydrate Dehydrate chất ức chế Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Giới thiệu Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Điểm sương: Là nhiệt độ ứng với áp suất định, mà lượng nước dòng khí đạt giá trị bão hoà Nếu nhiệt độ giảm xuống điểm sương, nước tách khỏi dòng khí hydrate tạo thành Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Giới thiệu Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Nước tạp chất phổ biến lẫn hydrocarbon Nước lẫn khí thiên nhiên trình khoan, khai thác, vv… Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Giới thiệu Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Nước gây vấn đề sau: Tạo thành hydrate gây tắc nghẽn van, đầu vòi, … trình vận chuyển Gây ăn mòn đường ống, thiết bị Gây phản ứng phụ, tạo bọt, làm hoạt tính xúc tác trình chế biến Trường Đại học Bách khoa Tp HCM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Khí đồng hành khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hoà nước hàm lượng nước phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ thành phần hỗn hợp khí Mỗi trạng thái hệ tương ứng với hàm lượng nước cực đại có định Hàm lượng ẩm tương ứng với nước bão hoà tối đa gọi cân Người ta phân chia độ ẩm khí thành độ ẩm tương đối tuyệt đối: Trường Đại học Bách khoa Tp HCM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Độ ẩm tuyệt đối (g/m3, kg/ triệu m3): Là khối lượng nước thực tế có đơn vị thể tích khí đơn vị khối lượng điều kiện áp suất, nhiệt độ Đơn vị g/m3 g/kg khí Độ ẩm bão hòa (g/m3, kg/ triệu m3) : Là lượng nước tối đa tồn thể tích khí điều kiện hệ Độ ẩm tương đối (RH) (%) : Là tỷ lệ khối lượng nước thực tế lượng nước tối đa (bão hoà) Có nghĩa tỷ lệ độ ẩm tuyệt đối trên độ ẩm bão hoà, đơn vị % hay phần đơn vị Nhiệt độ điểm sương (oC) : Là nhiệt độ áp suất cho trước mà nước bắt đầu ngưng tụ Trường Đại học Bách khoa Tp HCM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hàm lượng nước khí thiên nhiên cần phải tính toán, dự đoán để qua xây dựng phương án làm khô khí tối ưu Hàm lượng nước bão hoà khí phụ thuộc vào P, T, thành phần khí (tỷ trọng tương đối : SGg) Khí chua (có chứa H2S CO2) có hàm lượng nước cao Cần phải hiệu chỉnh hàm lượng nước nồng độ H2S, CO2 dòng khí lớn 5% tạo axit ăn mòn thiết bị Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Hàm lượng nước HC Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Xác định hàm lượng nước dụng cụ đo Phương pháp tính toán, dự đoán Xác định từ đồ thị: Giản đồ McKetta Wehe (1958): khí Giản đồ Campbell: khí chua Dùng công thức Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Hàm lượng nước HC Sử dụng thiết bị đo Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Phương pháp Cơ sở Điện phân Đo cường độ dòng điện phân mẫu Thay đổi số Đo điện dung mẫu khí dielectric Trở kháng điện Đo trở kháng điện pha Phạm vi 0-1000ppm 0-1000ppm 0-20000ppm Tinh thể Đo tần số tinh thể mẫu khí piezoelectric 0-25000ppm Hấp thụ nhiệt Đo hấp thụ giải phóng lượng mẫu 0-5000ppm Hấp thụ hồng Đo quang phổ hấp thu hồng ngoại ngoại 0-50% Hấp thu vi sóng Đo quang phổ hấp thu vi sóng mẫu Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 0-90% Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Khối lượng nước tự hệ thống, mw (kg) WH2O PSAT, TSAT = A WH2O PCOLT, TCOLT = B mW = F.(A-B) Nhiệt độ cần hạ, d (oC) d = HFT – TCOLT HFT: nhiệt độ tạo hydrate PCOLT 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 68 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Nồng độ chất ức chế, XR Công thức thực nghiệm: d M W XR  100% K i  d M W Trong đó: XR: Khối lượng chất ức chế hỗn hợp nước (%) MW: Khối lượng phân tử chất ức chế Ki: Hệ số 1297 Khi nồng độ chất ức chế XR > 25% ta phải tính nhiệt độ cần hạ theo công thức: d = -72ln(XH2O) XH20 phần mol hỗn hợp nước – methalnol, sau qui đổi đồ thị Hình 14 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 69 Khối lượng MW số chất ức chế thông dụng Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Methalnol EG (Etylen Glycol) DEG (Diethylen Glycol) Khối lượng phân tử, MW 32 62 106 Tỷ trọng (kg/m3) 800 1110 1120 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Khối lượng chất ức chế Ta tính theo công thức sau: mw X R mI  XL  XR Trong đó: mI (kg): mW (kg): XR (%): XL (%) : 11/14/2013 Khối lượng chất ức chế cần phải bơm Khối lượng nước tự hệ thống % khối lượng chất ức chế hỗn hợp nước % khối lượng nguyên chất chất ức chế Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 71 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Phần Methanol bốc bị theo pha khí lỏng Được xác định theo pha lỏng: HCLIQ = 0,4 kgMeOH/m3 Chất lỏng pha khí: HCVAP = C*F*XR C tra hình 15 mI_TOTAL = ( mI WATER + mI HC LIQUID + mI VAPOR).SF SF hệ số an toàn 1,1 đến 1,2 11/14/2013 The university of technology in HCM city 72 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 14: Đồ thị qui đổi phần mole nước phần trăm khối lượng methanol dung dịch 11/14/2013 73 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 15: Đồ thị tra hệ số C 11/14/2013 74 DEHYDRATE BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ Ethylene Glycol Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 16: Đồ thị tra nồng độ Ethylene Glycol Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Ví dụ: 3,5x106std m3/d khí thiên nhiên từ giàn khí 40oC 8000kPa Nhiệt độ hình thành hydrat khí 17oC Khí từ phía bờ 5oC 6500kPa Khí ngưng tụ khai thác tích tụ 60m3/106 std m3 Tính lượng Metanol 80 % EG theo khối lượng (%m) yêu cầu để ngăn ngừa hình thành hydrat đường ống Giải (theo hệ SI) Bước 1: Nhiệt độ hình thành hydrat = 17oC Bước 2: Nhiệt độ thấp hệ thống = 5oC Nên: “d” = 17 – = 12oC 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 76 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Giải (tt) Bước 3: Lượng nước vào 40oC 8000kPa = 1000kg/106 std m3 Lượng nước 5oC 6500kPa = 160kg/106 std m3 Lượng nước tích tụ: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 77 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Giải (tt) Bước 4: Tính nồng độ chất ức chế: Bước 5: Khối lượng chất ức chế: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 78 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Giải (tt) Tính tổn thất pha hydrocacbon Trong pha hơi: – Tra hình 17 5oC 6500kPa, ta có: – Tổn thất: – Tổn thất pha hơi: Trong pha lỏng: sử dụng 0,4 MeOH/m3 condensate – Tổn thất pha lỏng: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 79 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Giải (tt) Tính tổn thất pha hydrocacbon (tt) Tổng tổn thất: = 880 + 1370 + 80 = 2330kg/d = 0,12 m3/h Đối với 80% EG – Tính XR từ phương trình: Khối lượng chất ức chế yêu cầu nước: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 80 Hình 17a: Trạng thái cân Hơi-Nước MeOH/Nước Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 81 Hình 17b: Trạng thái cân Hơi-Nước MeOH/Nước Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 82 [...]... NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 4a: Đồ thị tra hàm lượng nước trong khí chua (chỉ tồn tại H2S) HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 4b: Đồ thị tra hệ số nhân r HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Ví dụ Ước lượng hơi nước bão hòa của khí hydrocacbon có γ = 0,75 có chứa 5% H2S và... Khi tỉ trọng khí và hàm lượng muối tăng thì lượng hơi nước trong khí sẽ giảm (trong điều kiện giống nhau) Khi hỗn hợp khí có mặt H2S, CO2 hàm lượng đáng kể thì hàm lượng ẩm thực tế sẽ cao hơn, khi có mặt N2 thì hàm lượng ẩm thực tế lại giảm LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 1 Đồ thị hơi nước bão hòa trong hỗn hợp khí (gas) HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON... hiệu chỉnh tỷ trọng tương đối và nồng độ muối, đọc từ Hình 1a và 1b Làm lại ví dụ 01 và 02 sử dụng các công thức trên Trường Đại học Bách khoa Tp HCM HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Bảng 1: Tra hệ số A và B HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 1a: tra hệ số CG HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON... chất Dầu khí Copyright 2008 Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương bằng cách qui đổi %CO2 sang %H2S theo công thức: %H2S (qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2 Sau đó tra hàm lượng nước từ Hình 4a Hoặc dùng đồ thị Hình 4b tra ra hệ số nhân lượng hơi ẩm r Khi đó lượng nước trong khí chua được tính theo công thức: W = r x W HC WHC: Là lượng hơi nước tính được do tra Hình 1 HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA...Hàm lượng nước trong khí ngọt Giản đồ McKetta và Wehe Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Để thuận tiện trong việc xác định nhanh lượng hơi nước trong hỗn hợp khí, thông thường người ta sử dụng giản đồ McKetta và Wehe, lượng hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ đối với khí thiên nhiên có hàm lượng H2S, CO2 nhỏ và tỉ trọng là 0,6 Khi tỉ trọng của khí lớn hơn 0,6 hay khi có... Dầu khí Copyright 2008 Bài toán cụ thể: Xác định hàm lượng nước bão hoà cho dòng khí hydrocacbon ngọt có SGg 0.9; nhiệt độ 70 oC và áp suất 6000 kPa - Từ Hình 1: W = 3520 mg/Sm3 - Hệ số hiệu chỉnh cho SGg 0.9: CG = 0.98 từ Hình 1a ->Hàm lượng nước: W = 0.98 x 3520 = 3270 mg/Sm3 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Dùng công. .. HCM HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Qui đổi %CO2 sang %H2S theo công thức: %H2S(qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2 = 5 + 0,75x20 = 20% Sau đó từ đồ thị Hình 4b tra hệ số nhân lượng hơi ẩm r: r = 1,1 Khi đó: W = r.Whc = 1,1x2050 = 2255kg/106 std m3 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Các... vào công thức trên, ta có: W = 0,75x2050 + 0,2x2800 + 0,05x3300 = 2260 kg/106 std m3 HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008  Tính hàm lượng nước cho dòng khí: 80% C1, 10% H2S và 10% CO2, tại 70 oC và 6000 kPa Đọc W HC, W H2S, W CO2 từ các Hình 1, 2 và 3 Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương: yH2S* = yH2S + 0.75 x yCO2 Đọc hàm lượng nước từ Hình 4 Trường... LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Effective Water Content, kg H2O/106 std m3 Copyright 2008 Temperature, oC Hình 2 Đồ thị tra lượng nước do có mặt H2S LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Effective Water Content, kg H2O/106 std m3 Copyright 2008 Temperature, oC Hình 3 Đồ thị tra lượng nước do có mặt CO2 HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Khoa Kỹ... đá, do đó có thể làm tắc nghẽn đường ống và các thiết bị 11/ 14/ 2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 31 GAS HYDRATE Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 SỰ THÀNH TẠO HYDRATE: Các hydrocarbon và nước có thể tạo thành các hydrate ở thể rắn: CH4.6H2O N2.6H2O C2H6.8H2O CO2.6H2O C3H8.17H2O H2S.6H2O i-C4H10.17H2O Sự tạo thành hydrate trong khí cần có 3 yếu tố: P, T, W (tự do) Để xác định việc tạo thành ... Copyright 2008 Bài tập minh hoạ Cho dòng khí: C1 0.7 84 C2 0.060 C3 0.036 C4 0.0 24 N2 0.0 94 CO2 0.002 a) Xác định P tạo thành hydrat 10oC b) Dòng khí giãn nở từ 10000 kPa xuống 340 0 kPa Xác định... cân khí rắn i-Butane 11/ 14/ 2013 47 GAS HYDRATE Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Copyright 2008 Hình 10a: Đồ thị tra số cân khí - rắn n-Butane CO2 11/ 14/ 2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 48 GAS... Dầu khí Copyright 2008 Một hỗn hợp khí có tỉ trọng  = 0,7 áp suất ban đầu 10000kpa (abs) qua JT van giãn nở 340 0 kpa (abs) hỏi nhiệt độ khí trước qua van tối thiểu để khơng xảy hydrate 11/ 14/ 2013