Đưa chất ức chế vào dòng khí, chất ức chế sẽ tan trong nước tự do làm giảm áp suất hơi nước và hạ nhiệt độ tạo thành hydrate. Các chất ức chế thường sử dụng: methanol, glycol (EG, DEG, TEG),... Khi sử dụng chất ức chế, đòi hỏi phải có sự phân bố đồng đều và tạo được bề mặt tiếp xúc lớn nhất giữa chúng và hơi nước chất ức chế được phun thẳng trực tiếp vào dòng khí ngay ở đầu vào hoặc trực tiếp trong các thiết
AN TỒN QĐẠI TRÌNH (PROCESS TRƯỜNG HỌC BÁCH KHOA SAFETY) TP HCM KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC CƠNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ Chương IV: LÀ M KHƠ KHÍ – Tính tốn TS Hồ Quang Như CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 AN lượng TOÀNẩm QUÁ SAFETY) Hàm cân TRÌNH của(PROCESS khíthiên nhiên Các điểm cần lưu ý Hàm lượng ẩm khíthiên nhiên cần phải tính tốn, dự đốn để qua xây dựng phương án làm khơ khí tối ưu Hàm lượng ẩm cân khí phụ thuộc vào P, T, tỉ khối khí); T = const, tăng P: hàm lượng ẩm cân giảm; P = const, tăng T: hàm lượng ẩm cân tăng; Tỉ khối khítăng: hàm ẩm cân giảm; Nếu nước có muối, hàm lượng muối tăng: hàm lượng ẩm cân giảm CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 1 AN lượng TOÀNẩm QUÁ SAFETY) Hàm cân TRÌNH của(PROCESS khíthiên nhiên (tt) Khi có H2S, CO2 thìhàm lượng ẩm cân khítăng; Cần phải hiệu chỉnh hàm lượng ẩm cân nồng độ H2S và/hoặc CO2 dòng khílớn 5%; Khi có N2 thìhàm lượng ẩm cân khígiảm CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN Các phương pháp xác định hàm lượng ẩm cân Sử dụng dụng cụ đo - ẩm độ kế Phương pháp tính tốn, dự đốn Xác định từ đồ thị: + Giản đồ McKetta Wehe (1958): khí + Giản đồ Campbell: khí chua Dùng cơng thức thực nghiệm CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 ANđịnh TOÀN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN Lưu ý: Đơn vị hàm lượng ẩm cân bằng: [mg/Sm3]; [lb/MMscf] Sm3 : mét khối chuẩn; đo điều kiện chuẩn ISO 2533 101.35 kPa; 15oC MMscf : triệu feet khối chuẩn, đo 14.7 psi (101.35kPa); 60 oF (15.56 oC CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Hàm lượng ẩm cân W KTN tính theo cơng thức (5-1) sau: W WoCG Cs (5-1) Trong đó: Wo hàm lượng ẩm cân KTN có = 0,6, tra từ Hình 5-1; CG hệ số hiệu chỉnh cho tỉ khối khí, tra từ Hình 5-1a; Cs hệ số hiệu chỉnh cho hàm lượng muối, tra từ Hình 5-1b; CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Lưu ý: Hàm lượng ẩm cân Wo KTN với = 0,6 định cơng thức thực nghiệm sau: Wo (g/m ) A B P(atm) (5-1*) Trong đó: A, B hệ số tra từ Bảng 5-1; P áp suất tuyệt đối (atm) CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Bảng 5-1 Bảng tra hệ số A B phương trình (5-1*) Wo (g/m ) CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 A B P(atm) ANđịnh TOÀN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Quy trình tiến hành Chắc chắn hỗn hợp khí TN ngọt, có hàm lượng H2S và/hoặc CO2 dòng khínhỏ 5%; Xác định KLPT hỗn hợp khínếu biết thành phần khí; Xác định tỉ khối khítừ KLPT tìm / đề cho biết tỉ khối; Xác định hàm lượng ẩm cân Wo cách tra giản đồ Hình 5-1 sử dụng cơng thức (5-1*); Với giá trị tính được, tra Hình 5-1a để xác định hệ số CG ; Nếu biết hàm lượng muối có nước, tra Hình 5-1b để xác định hệ số Cs; Tính hàm lượng ẩm cân theo cơng thức (5-1) CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 Hàm lượng ẩm cân bằng, mg/Sm3 15°C 101,325 kPa ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Nhiệt (°C) Hình 5-1 Giản đồ McKetta Wehe CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 AN TỒN Q TRÌNH (PROCESS SAFETY) CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 10 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Hệ số hiệu chỉnh CG Khối lượng phân tử, Mw Tỉ khối, Hình 5-1a Giản đồ xác định hệ số hiệu chỉnh cho tỉ khối - CG CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 11 Hệ số hiệu chỉnh Cs ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Hàm lượng muối nước (%) Hình 5-1b Giản đồ xác định hệ số hiệu chỉnh cho hàm lượng muối - Cs CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 12 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN (tt) Ví dụ 5-1 Hãy xác định hàm lượng ẩm bão hồ cho hỗn hợp khí thiên nhiên có tỉ khối = 0.9 nhiệt độ T = 70oC áp suất P = 6000 kPa Đáp án 5-1 Đây hỗn hợp khíthiên nhiên hàm lượng ẩm cân xác định từ giản đồ Hình 5-1 - Từ Hình 5-1, với T = 70oC áp suất P = 6000 kPa, tìm được: Wo = 3520 mg/Sm3 - Do = 0.9 Xác định hệ số hiệu chỉnh CG = 0,98 - Hàm lượng ẩm cân : W = 0.98 * 3520 = 3270 mg/sm3 CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 13 ANđịnh TOÀN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Phương pháp Hàm lượng ẩm cân W KTN chuacđược tính theo cơng thức (5-1) sau: W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2 (5-2) Trong đó: WHC hàm lượng ẩm cân KTN Hình 5-1; WH2S hàm lượng ẩm cân H2S Hình 5-2; WCO2 hàm lượng ẩm cân CO2 Hình 5-3; yHC, yH2S yCO2 phần mol HC, H2S CO2 có hỗn hợp khí CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 14 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Hàm lượng nước, mg H2O/Sm3 H2S Nhiệt đơ, °C Hình 5-2 Hàm ẩm H2S hỗn hợp KTN bão hoà nước CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 15 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Hàm lượng nước, mg H2O/Sm3 CO2 Nhiệt đơ, °C Hình 5-3 Hàm ẩm CO2 hỗn hợp KTN bão hồ nước CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 16 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Phương pháp Sử dụng giản đồ Campbell (Hình 5-4a,b) Dùng hàm lượng H2S tương đương cách qui đổi %CO2 sang %H2S theo công thức: %H2S (qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2 (5-3) Áp suất lên đến 41000kPa; CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 17 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Hình 5-4 Hàm lượng ẩm cân tính tốn cho hỗn hợp KTN CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 18 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Phương pháp Sử dụng nồng độ H2S tương đương cách qui đổi %CO2 sang %H2S theo công thức: %H2S (qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2 (5-3) Xác định tỉ số hàm lượng ẩm cân khíchua/ khíngọt (r) cách sử dụng giản đồ Hình 5-5 Khi lượng nước khíchua tính theo công thức: W = r x WHC CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 19 10 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Hình 5-5 Giản đồ xác định tỉ số hàm ẩm khí chua/ khí CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 20 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) Ví dụ 5-2 Á p dụng phương pháp để xác định hàm lượng ẩm cân cho dòng khí có thành phần sau: 80% CH4, 10% H2S 10% CO2, 70oC 6000 kPa Đáp án 5-2 a) Á p dụng công thức: W = yHCW HC + yH2SW H2S + yCO2W CO2 = 0.8x4500 + 0.1x6000 + 0.1x4700 = 4670 mg/Sm3 b) Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương: yH2S* = yH2S + 0.75 x yCO2 = 0.175 = 17.5% CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 21 11 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQUÁ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) - Tra hàm lượng nước từ Hình 5-1: W = 4500 mg/Sm3 (6900 kPa); W = 12000 mg/Sm3 (2100 kPa) 6000 kPa: W = 4514 mg/Sm3 c) Phương pháp 3: CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 22 AN TỒN Q tạo TRÌNH SAFETY) Dự đốn khả thành(PROCESS hydrate Phương pháp Xác định điều kiện P, T để tạo thành hydrate Xác định tỉ khối khí,; Sử dụng giản đồ Hình 5-6 để tìm nhiệt độ (ở áp suất cho trước) áp suất (ở nhiệt độ cho trước) hydrate bắt đầu hình thành Chỉ dùng để ước lượng sơ điều kiện tạo thành hydrate bn đầu độ xác khơng cao CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 23 12 Áp suất tạo thành hydrate, kPa AN TỒN Q tạo TRÌNH Dự đốn khả thành(PROCESS hydrate (tt) SAFETY) Nhiệt độ (°C) Hình 5-6 Điều kiện tạo thành hydrate số hỗn hợp khí có tỉ khối khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 24 AN TỒN Q tạo TRÌNH SAFETY) Dự đoán khả thành(PROCESS hydrate Phương pháp 2: sử dụng HSCB rắn – khí (Kr-k) Do Kazt cộng đề xuất dựa vào số cân rắn- khí cấu tử có hỗn hợp; Ở áp suất định, nhiệt độ tạo thành hydrat nhiệt độ thỗ mãn điều kiện: yi K Trong đó: i 1 (5-4) r k yi phần mol cấu tử I hỗn hợp khí; Kr-k số cân rắn-khícủa cấu tử i có hỗn hợp (xác định đồ thị hình 5-1 đến 5-7 CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 25 13 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) Quy trình thực 1) Chọn giá trị T P cho trước (hoặc P T cho trước); 2) Sử dụng giản đồ Hình 5-7 đến Hình 5-13 để xác định số cân khí-rắn Kr-k cho cấu tử hỗn hợp Lưu ý giá trị Kr-k Nitơ không xác định; 3) Xét tổng Σ(yi/Ki,v-s) 4) Lặp lại bước Σ(yi/Ki,v-s) = CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 26 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) Phạm vi ứng dụng Có thể áp dụng với trường hợp áp suất hệ lên đến MPa; Phương pháp Kazt không xét đến ảnh hưởng thành phần nặng C5+; Á p dụng tốt khí khí khơng có thành phần C5+ thành phần C5+ khơng đáng kể CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 27 14 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) HSCB rắn - khí, Kr-k CH4 Nhiệt độ (°C) Hình 5-1 Giá trị Kr-k Methane ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 28 HSCB rắn - khí, Kr-k TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) C2H6 Nhiệt độ (°C) Hình 5-2 Giá trị Kr-k Ethane ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 29 15 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) Nhiệt độ (°C) HSCB rắn - khí, Kr-k C3H Hình 5-3 Giá trị Kr-k Propane ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 30 HSCB rắn - khí, Kr-k TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) i- C4H10 Nhiệt độ (°C) Hình 5-4 Giá trị Kr-k iso-Butane ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 31 16 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) HSCB rắn - khí, Kr-k n- C4H10 Nhiệt độ (°C) Hình 5-5 Giá trị Kr-k n-Butane ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 32 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) HSCB rắn - khí, Kr-k CO2 Nhiệt độ (°C) Hình 5-6 Giá trị Kr-k CO2 ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 33 17 HSCB rắn - khí, Kr-k TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) H2S Nhiệt độ (°C) Hình 5-7 Giá trị Kr-k H2S ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 34 AN TỒN Q tạo TRÌNH SAFETY) Dự đốn khả thành(PROCESS hydrate Phương pháp 3: phương pháp Trekell- Campell Phương pháp có xét đến ảnh hưởng thành phần C5+; Xem methane thành phần chính, sau hiệu chỉnh ảnh hưởng thành phần C2 đến C4 Hay nói cách khác, ứng với áp suất cấu tử có khả tạo hydrate với phần ΔT khác Đối với C5+ %mol C5+ = 100*yC5+/(1- yC1 – yC5+) CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 (5-5) 35 18 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) Quy trình thực CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2016 36 19 ... Hình 5 -4 Giá trị Kr-k iso-Butane ứng với nhiệt độ áp suất khác CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2 016 31 16 TỒN Q (PROCESS V.2.AN Dự đốn khả năngTRÌNH tạo thành hydrate (tt)SAFETY) HSCB rắn - khí, Kr-k n- C4H10... yi K Trong đó: i 1 ( 5 -4 ) r k yi phần mol cấu tử I hỗn hợp khí; Kr-k số cân rắn-khícủa cấu tử i có hỗn hợp (xác định đồ thị hình 5 -1 đến 5-7 CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2 016 25 13 TỒN Q (PROCESS V.2.AN... yCO2 = 0 .17 5 = 17 .5% CN CHẾ BIẾN KHÍ - 2 016 21 11 ANđịnh TỒN SAFETY) Xác hàmQ lượngTRÌNH ẩm cân (PROCESS KTN chua (tt) - Tra hàm lượng nước từ Hình 5 -1 : W = 45 00 mg/Sm3 (6900 kPa); W = 12 000 mg/Sm3