Bài giảng công nghệ khí (ths hoàng trọng quang) chương 6

Bài giảng CÔNG NGHỆ KHÍ Chương 6: LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL GVGD: ThS Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS Hà Quốc Việt NỘI DUNG Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Nhiệm vụ, mục đích xử lý Mục đích xử lý khí Quy trình xử lý Làm khô khí phương pháp hấp thụ Làm khô khí glycol Nồng độ tối thiểu glycol Tính toán lượng glycol tuần hoàn Tính toán, thiết kế contactor 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ Mục đích xử lý khí Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Mục đích công tác xử lý khí làm cho khí thích hợp với trình vận chuyển sẵn sàng đưa vào sử dụng Xử lý khí yêu cầu để thu hồi thành phần có giá trị từ khí Khí thường khai thác điều kiện áp suất, nhiệt độ có thành phần làm cho việc vận chuyển khí khó khăn, đắt tiền thực khí có tính chất không tuân theo yêu cầu nơi tiêu thụ 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ Mục đích xử lý khí Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Các thành phần khí gây nhiều vấn đề khó khăn việc vận chuyển, phận sản xuất phận tiêu thụ khí là: Hơi nước (ăn mòn, hydrat) Sunfua hydro - H2S (độc hại, ăn mòn) Dioxit cacbon - CO2 (ăn mòn) Thủy ngân - Hg (ăn mòn) Các hydro nặng (gây dòng chảy hai pha ống vận chuyển) 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ Mục đích xử lý khí Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Các lý cần phải xử lý khí là: Áp suất để thiết bị xử lý khí làm việc hiệu thường từ 10 – 100atm Ở áp suất thấp bình tháp xử lý cần có đường kính lớn để hoạt động cách thích hợp chiếm nhiều không gian cồng kềnh chi phí đắt tiền Ở áp suất cao thiết bị nhỏ kích thước bề dày thành lớn cần loại thép đặc biệt, đắt tiền Để thu hồi hydrocacbon nặng từ khí, áp suất tối ưu vào khoảng 20 đến 40 atm Áp suất để vận chuyển khí qua khoảng cách lớn thay đổi khoảng 70 140 atm Áp suất yêu cầu để bơm ép khí vào vỉa dầu cao nhiều 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ Mục đích xử lý khí Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí thường bão hòa nước khai thác Nước pha lỏng gây ăn mòn có mặt CO2 H2S khí tạo thành hydrat Hydrat làm bít đường ống khí, thiết bị van nhiệt độ cao khoảng 20oC Áp suất cao nhiệt độ thấp có khả để hydrat tạo thành Các lý để người sử dụng đặt thông số kỹ thuật cụ thể yêu cầu khí là: Người sử dụng khí cần áp suất chuyển giao tối thiểu Trong hầu hết trường hợp, khí sử dụng làm nhiên liệu người sử dụng cần suất tỏa nhiệt tối thiểu tối đa khí Trong gần tất trường hợp, người sử dụng khí có thông số nghiêm ngặt hàm lượng H2S tính độc hại Đối với khí làm nhiên liệu gia dụng thông số cụ thể nhỏ 5mg/m3 Người sử dụng khí không muốn có nước khí với lý tương tự nơi sản xuất Thông thường thông số xác định điểm sương nước 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ Mục đích xử lý khí Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Người sử dụng khí không muốn hydrocacbon nặng tạo thành đường ống Thông thường người ta đưa thông số điểm sương hydrocacbon Một số thành phần khí có khí gây hỏng thiết bị nhà máy gây nguy hiểm Các thông số kỹ thuật khí thành phẩm: Năng suất tỏa nhiệt (nhiệt cháy): 20 65 MJ/m3 Áp suất chuyển giao: thấp cỡ atm cao cỡ vài trăm atm Điểm sương hydrocacbon: tiêu biểu từ -8oC → 0oC tất giá trị áp suất Điển sương nước: giống hydrocacbon áp suất cao Hàm lượng H2S, CO2, N2, Hg phụ thuộc vào đối tượng sử dụng khí 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM NHIỆM VỤ, MỤC ĐÍCH CỦA XỬ LÝ KHÍ Quy trình xử lý Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Quy trình xử lý khí bao gồm bước sau: Tách khí từ dung dịch tự dầu nặng, condensate, nước, hạt rắn lên theo Xử lý khí để tách chất ngưng tụ thu hồi hydrocacbon Xử lý tách nước ngưng tụ mà số điều kiện thích hợp tạo thành hydrat Xử lý để tách khỏi khí hợp chất không mong muốn H2S, CO2 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Mục đích Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Trong công nghiệp trình hấp thụ dùng để: Thu hồi cấu tử pha khí Làm pha khí Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng biệt Tạo thành dung dịch sản phẩm Trong trường hợp thứ thứ ba bắt buộc phải tiến hành trình nhả hấp sau hấp thụ để thu hồi cấu tử dung môi Trong trường hợp thứ hai trình không cần thiết dung môi rẻ tiền, dễ kiếm (ví dụ: nước) khí lạ thường bỏ đi, cần thực thu hồi dung môi ta thực trình nhả hấp 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Phương Pháp Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Trong hỗn hợp khí cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích chọn lựa hay nhiều cấu tử hỗn hợp khí để tạo nên dung dịch cấu tử chất lỏng 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 10 HÌNH ĐỒ THỊ TRA LƯU LƯỢNG STRIPPING KHI CHO STILL COLUMN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 35 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 VÍ DỤ: Hệ thống làm khô khí cho dòng khí 3x106 std m3/d, γ = 0,6, áp suất 12500kpa 40oC, nhiệt độ điểm sương yêu cầu – 5oC contactor có số mâm lí thuyết N = 1.5 Tính toán nồng độ tối thiểu glycol lưu lượng tuần hoàn để đạt nhiệt độ điểm sương cân 5oC tính toán ta phải lấy nhiệt độ điểm sương tính toán thấp thêm 10oC nhiệt độ điểm sương tính toán -15oC 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 36 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Giải Copyright 2008 Theo liệu toán, ta nồng độ glycol yêu cầu: Xgl = 99,2% -15oC 99,2% 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 37 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Lượng nước bão hòa khí vào contactor (12500kpa, 40oC) tra đồ thị HÌNH 10 W _inlet: 700kg nước /1 triệu m3 khí gas Lượng nước bão hòa khí gas contactor (12500kpa, -5oC) tra đồ thị HÌNH 10 W_outlet: 60kg nước /1 triệu m3 khí gas (W_inlet - W_outlet)/ W_inlet = (700-60)/700 = 0,914 Tra hình 10 lưu lượng TEG tuần hoàn 0,031 m3TEG/kg H2O Lượng nước tách từ dòng khí 3x(700-60)/24 = 80kg/h Vậy lượng TEG tuần hoàn 31(liter)x80 = 2480 lit/h Để tra lưu lượng stripping gas ta dùng đồ thị HÌNH tra std m3 stripping gas/ m3 TEG x 2,48 = 2,48 std m3/h 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 38 HÌNH 10: ĐỒ THỊ HƠI NƯỚC BẢO HOÀ TRONG HỖN HỢP KHÍ (GAS) Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 39 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CONTACTOR Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Vận tốc cho phép khí gas qua contactor:  L  g  v  Ks      g ,5 Trong đó: Ks = 0,055m/s contactor dùng bublecaps = 0,09→0,105 contactor dùng structured packing ρL: Khối lượng riêng pha lỏng với hệ TEG-H2O = 1120kg/m3 ρg: Khối lượng riêng pha khí điều kiện contactor kg/m3 Riêng contactor dùng structured packing dùng: v = 3/(ρg)0.5 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 40 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CONTACTOR Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khi đường kính tối thiểu contactor là: d = [4qact/(πv)]0.5 Trong đó: d: đường kính contactor (m) qact: lưu lượng khí thực tế (m3/s) Lưu ý: qact = m/ρg qact = qstd PstdTactZact/(86400PactTstd) m (kg/s): Lưu lượng khối lượng dòng khí gas qstd (std m3/d): Lưu lượng thể tích dòng khí 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 41 BÀI TẬP VÍ DỤ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 VÍ DỤ: TEG vào contactor để làm khô dòng khí gas 1x106 std m3/d 40oC, 7000kpa, hệ số nén khí z = 0,85, Mw = 19 tính kích cỡ contactor dùng bublecaps, structured packing Giải: ρg = 7000x19/(0,85x8,314x313) = 60 kg/m3 v = Ks[(ρL - ρg)/ρg]0.5 Contactor dùng bublecaps v = 0,055[(1120 - 60)/60]0,5 = 0,23 m/s (Ks = 0,055m/s contactor dùng bublecaps) qact = qstd PstdTactZact/(86400PactTstd) = 1000000x101x313x0.85/(86400x7000x288) = 0.154m3/s d = [4qact/(πv)]0,5 = [4x0,154/(0,23x3,14)]0,5 = 0,92m 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 42 BÀI TẬP VÍ DỤ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Giải: Contactor dùng structured packing (Ks = 0,09→0,105) v = 0,095[(1120 - 60)60]0,5 = 0,39m/s v = 3/(ρg)0,5 = 3/600,5 = 0,39 d = [4qact/(πv)]0,5 = [4x0,154/(0,39x3,14)]0,5 = 0,71m 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 43 HÌNH 11: STRUCTURED PARKING & BUBBLE CAP Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 44 HÌNH 12: ĐỒ THỊ TRA LƯU LƯỢNG GLYCOL SẠCH (N=1) Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 45 HÌNH 13: ĐỒ THỊ TRA LƯỢNG GLYCOL SẠCH (N = 1.5) Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 46 HÌNH 14: ĐỒ THỊ TRA LƯU LƯỢNG GLYCOL SẠCH (N=2) Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 47 HÌNH 15: ĐỒ THỊ TRA LƯU LƯỢNG GLYCOL SẠCH (N=2.5) Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 48 HÌNH 16: ĐỒ THỊ TRA LƯU LƯỢNG GLYCOL SẠCH (N=3) Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 49 [...]... KHÔ KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 (Glycol nghèo) (Khí khô) (tia khí) (Hơi nước) Tháp tiếp xúc Glycol Glycol giàu (Khí ướt) (đầu lọc) Đầu ra Máy lọc hơi đốt (Chất lỏng tự do) 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 24 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Đặc điểm quy trình: Quy trình hấp thụ ngược dòng: dòng khí ướt từ dưới đi lên thu được khí. .. Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 34 HÌNH 9 ĐỒ THỊ TRA LƯU LƯỢNG STRIPPING KHI CHO STILL COLUMN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 35 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 VÍ DỤ: Hệ thống làm khô khí cho dòng khí 3x1 06 std m3/d, γ = 0 ,6, áp suất 12500kpa và... Dầu khí Copyright 2008 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 làm lạnh khí 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 23 HÌNH 6: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ... HCM Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí 20 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Các tháp sử dụng Structured và/hoặc Packing ngẫu nhiên 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 21 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Khí được làm khô với mục đích tách hơi nước ra khỏi khí gas để tránh hiện tượng có nước tự do xuất hiện... KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT HẤP THỤ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 18 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Structured Parking và Bubble cap 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí 19 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL - Structured Parking và Bubble cap 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí. .. 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 Với ưu điểm của TEG có độ hút ẩm cao, tạo được điểm sương cho khí sau làm khô khá cao (-47oC), khi tái sinh dễ dàng thu được dung dịch có nồng độ khối lượng cao trên 99% nên nó được dùng trong hầu hết các hệ thống làm khô khí 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 22 LÀM KHÔ KHÍ... điểm sương yêu cầu của khí gas sau làm khô ta có đồ thị HÌNH 8 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 26 HÌNH 7: ĐỒ THỊ TRA NỒNG ĐỘ GLYCOL THEO YÊU CẦU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 27 CÁCH TRA NỒNG ĐỘ GLYCOL SẠCH THEO YÊU CẦU Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Giả sử nhiệt độ điểm sương sau khi làm khô khí gas là –5oC nhiệt... khô khí bằng glycol, lưu lượng glycol tuần hoàn vào khoảng 15-40 lites TEG cho 1 kg H2O tách ra, đây là dải giá trị được cho là có kinh tế nhất 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 30 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 31 LƯU LƯỢNG GLYCOL TUẦN HOÀN Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Ta thực hiện 6 bước... bước sau: Bước 1: Từ nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí gas sau khi làm khô trừ tiếp khoảng 10oC và nhiệt độ tháp tiếp xúc, ta tra ra nồng độ Xgl (%) yêu cầu qua đồ thị HÌNH 8 Bước 2: Tính lượng nước bão hòa của khí gas khi vào tháp tiếp xúc W _inlet (kg/106std m3) Bước 3: Tính lượng nước bão hòa của khí gas khi ra khỏi tháp tiếp xúc W _outlet (kg/1 06 std m3) 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM... xúc tốt với dòng khí Có độ bền nhiệt tốt: hiệu quả thu hồi cao Khả năng gây ăn mòn thấp Triethylene glycol (TEG) là dung môi phổ biến nhất 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 12 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 13 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 ... lạnh khí 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 23 HÌNH 6: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TIÊU BIỂU CHO CỤM LÀM KHÔ KHÍ Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 (Glycol nghèo) (Khí khô) (tia khí) ... CỦA XỬ LÝ KHÍ Mục đích xử lý khí Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 Mục đích công tác xử lý khí làm cho khí thích hợp với trình vận chuyển sẵn sàng đưa vào sử dụng Xử lý khí yêu cầu... học Bách khoa Tp HCM 35 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL Khoa Kỹ thuật Địa chất & Dầu khí Copyright 2008 VÍ DỤ: Hệ thống làm khô khí cho dòng khí 3x1 06 std m3/d, γ = 0 ,6, áp suất 12500kpa 40oC, nhiệt