Giản Đồ Pha và Ứng Dụng Trong Chế Biến Khí (Môn Công nghệ chế biến Khí)

Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Trong Chế Biến Khí- Số bậc tự do: là số thông số của hệ cân bằng có thể tự do thay đổi mà không làm thay đổi số và bản chất các ph

Trang 1

Chương 2:

Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Trong Chế Biến Khí

Trang 2

Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Trong Chế Biến Khí

2.1 Giản đồ pha của đơn chất

2.1.1 Các khái niệm

- Cấu tử: là những chất riêng biệt cần thiết để tạo thành hệ Đối với những hệ có xảy ra tương tác hóa học, số cấu tử bằng số chất riêng biệt trừ đi số phương trình phản ứng giữa các chất đó

Ví dụ: Số cấu tử của hệ: KClO 3 (r) = KCl (r) + O 2 (k) là:

a 1

b 2

c 3

d Không xác định

Trang 3

- Số bậc tự do: là số thông số của hệ cân bằng có thể tự do thay đổi mà không làm thay đổi số và bản chất các pha của hệ

Ví dụ: Số bậc tự do của hệ hơi nước bão hòa là:

a 1

b 2

c 3

d Không xác định

Trang 4

2.1.2 Quy tắc pha Gibbs

Số bậc tự do của hệ cân bằng mà chỉ chịu ảnh hưởng của các thông số bên ngòai là nhiệt độ và áp suất, bằng số cấu tử của hệ trừ số pha cộng với 2

Trang 5

Trang 6

 P/T không thay đổi trong quá trình chuyển pha đẳng nhiệt/đẳng áp.

 T>TC, khí không thay đổi pha khi tăng áp suất

 T>Tc, P>PC, lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn

Trang 7

Chuyển pha (ẩn nhiệt)

Trang 8

Giản đồ P-V của 1 cấu tử đơn Giản đồ P-T của 1 cấu tử đơn

Trang 9

Giản đồ P-V của 1 cấu tử đơn chất.

Trang 10

P-v Diagram And Phase Envelope

Trang 12

Không có sự chuyển pha đột ngột khi hệ chuyển

từ trạng thái A  B

Trang 13

2.2 Hệ hai cấu tử

Giản đồ P-V của hệ 2 cấu tử (T = const)

Trang 14

Giản đồ P-V của hệ 2 cấu tử.

Trang 15

Giản đồ P-T của hệ 2 cấu tử

Trang 16

P-T Graphs For The Pure Components A And B

Trang 17

Effect Of Composition On Phase Behavior

Trang 19

Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng

Trong Chế Biến Khí

 Đường cân bằng P-T là đường bao pha

 Khỏang nhiệt độ sôi

 Vị trí đường bao pha phụ thuộc

áp suất các cấu tử đơn chất và thành phần hỗn hợp

 S/s độ bay hơi của 2 cấu tử A & B?

 PC (hh)>PC (A,B)

 Đường bong bóng: hóa hơi

 Đường điểm sương: ngưng tụ

Trang 20

Trang 21

Nén đẳng nhiệt: F  G

 F: hơi dưới TC

 F-G: quá trình ngưng tụ

 G: ngưng tụ lỏng hòan tòan

Trang 22

Nén đẳng nhiệt (hóa hơi ngược):

 H: hơi trên TC

 H-J: ngưng tụ - hóa hơi

 J: hóa hơi hòan tòan

Trang 23

Vùng hóa hơi ngược

Trang 24

Làm lạnh đẳng áp (ngưng

tụ ngược):

 K: hơi trên TC & Pc

 K-L: ngưng tụ - hóa hơi

 L: hóa hơi hòan tòan

Trang 25

 Cricondenbar: áp suất

cực đại mà pha lỏng và pha hơi cùng tồn tại trong hỗn hợp

 Cricondentherm: nhiệt

độ cực đại mà pha lỏng và pha hơi cùng tồn tại trong hỗn hợp

Trang 26

Giản đồ P-X cho hệ 2 cấu tử

Trang 27

Giản đồ T-X cho hệ 2 cấu tử

Trang 29

2.3 Hệ đa cấu tử

2.3.1 Các lọai giếng dầu khí

Phân lọai tùy theo vị trí điểm trạng thái (P, T) của dầu/khí trong giếng so với đường bao pha trong giản đồ pha

Trang 30

 Giếng A & B: dầu nặng/nhẹ

Trang 31

Trang 32

 Giếng D: khí ướt

 T>Tcricondentherm

 Xảy ra hiện tượng ngưng

tụ ngược

Trang 33

 Giếng D: khí khô

T>Tcricondentherm

 Không hình thành pha lỏng trong bất cứ điều kiện nào

Trang 34

 Nhiệt độ đầu ra của giếng khai thác dầu/khí ~ 100-1400F

 Hình dạng đường bao pha và vị trí điểm tới hạn thay đổi theo thành phần dầu/khí:

 Khí khô: Đường bao pha hẹp, điểm tới hạn thấp, về phía trái

 Dầu nặng: Đường bao pha rộng, điểm tới hạn cao, về phía phải

Trang 35

Giản đồ pha của (a) khí khô và (b) dầu nặng

(b)

Trang 36

Giếng A

Giếng B

Trang 37

2.3.2 Ứng dụng giản đồ pha trong vận chuyển khí trong ống dẫn áp suất cao

 Khi hệ chuyển từ trạng thái

I  J, nếu đường IJ cắt đường điểm sương  có chất lỏng hình thành trong ống dẫn  tồn tại 2 pha!

 Đường ống vận chuyển 2 pha lớn hơn đường ống vận chuyển 1 pha!

 Cuối đường ống có bộ phận tách lọai phần ngưng tụ (slug catcher).

Trang 38

 Yêu cầu bộ phận tách

condensate.

(2) Thay đổi điều kiện vận

chuyển khí để chuyển đường IJ thành MN.

Trang 39

2.3.3 Ảnh hưởng của tạp chất lên đường bao pha

• H2O có áp suất hơi thấp và không trộn lẫn với hydrocarbon lỏng nên ít ảnh hưởng, ngọai trừ ở nhiệt độ cao và áp suất thấp

• Hàm lượng CO2, H2S, N2 ảnh hưởng đáng kể lên đường bao pha của khí thiên nhiên:

thấp  đường cricondenbar càng thấp

 Hàm lượng N2 càng cao, đường bao pha càng cao  đường cricondenbar càng cao

Trang 41

2.3.4 Ứng dụng giản đồ pha trong chế biến khí để thu hồi condensate

.

C C’

C’’

B A

• Để thu hồi condensate, khí cần được làm lạnh đến dưới điểm sương

• 3 phương pháp làm lạnh: dùng môi chất lạnh, giãn nở theo hiệu ứng Joule-Thomson; hoặc giãn

nở turbin

Trang 42

.

C C’’

• B-C’: làm lạnh nhờ van giảm

áp thông qua hiệu ứng Thomson

Joule-• B-C’’: làm lạnh nhờ giảm áp bằng giãn nở turbin

Phương pháp làm lạnh bằng hiệu ứng Joule-Thomson và giãn nở turbin cho hiệu quả thu hồi condensate cao hơn nhưng tốn chi

Trang 44

2.3.5 Ứng dụng tính tóan cân bằng pha

Trang 45

Trang 46

Trang 47

Khí lý tưởng Khí thực

Trang 48

Tính nhiệt độ điểm bong bóng

• Bài toán: Hỗn hợp hydrocarbon lỏng có thành phần z tại áp suất P

Trang 49

Ví dụ: Tính khối lượng của 1 MMscf hỗn hợp khí thiên

nhiên có trọng lượng lượng riêng (SG) là 0,650

Cho:

• Khối lượng phân tử của không khí = 28,964 lb/lbmol

• V1 lbmol khí = 379,5 scf khí

Trang 50

MW = SG x 28,964 = 0,650 x 28,964 = 18,8 lb/lbmol

m = 1 x 106 scf x 1 lbmol/379,5 scf x 18,8 lb/lbmol

= 4,96 x 104 lb

Trang 51

BÀI TẬP VỀ NHÀ

Trang 52

Mixture 1 97.50% CH4 and 2.50% C2H6 (closest to 100%

pure Methane vapor pressure curve)Mixture 2 92.50% CH4 and 7.50% C2H6

Mixture 8 5.00% CH4 and 95.00% C2H6 (closest to 100%

pure Ethane vapor pressure curve)

Trang 53

1 Vẽ giản đồ T-x của hệ methane-ethane ở 500 psia.

2 Một hỗn hợp 50% methane và 50% ethane được giữ

ở 500 psia Xác định nhiệt độ tại đó hệ có ít nhất 50%

ở trạng thái lỏng

3 Hỗn hợp trên được giữ ở -600F và 500 psia Xác định

% lỏng của hệ và thành phần pha lỏng và pha hơi

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	2,98 MB