slide bài giảng tính chất của khí thiên nhiên và khí đồng hành

Các phương trình trạng thái cơ bản của khí hydrocacbon Chương 1 2... + Có thể điều chế hỗn hợp propan – không khí có trị số Wobbe như của khí thiên nhiên... Trong tính toán kỹ thuật các

Phần 2

Tính chất của khí thiên

Các phương trình trạng thái

cơ bản của khí hydrocacbon

Chương 1

2

1 Tính chất vật lý của khí thiên nhiên

1.2 Trọng lượng riêng

1.3 Trị số Wobbe

Nhiệt trị

Trong đĩ ρ – khối lượng riêng

Trị số Wobbe quan trọng do các nguyên nhân sau:

+ Nhiệt cung cấp: Q = Nhi t tr x V ệt trị x V ị x V

tỷ lệ thuận với Nhi t tr t ng/d ệt trị x V ị x V ổng/d 0.5

Nghĩa là nhiệt cung cấp tỷ lệ thuận với trị số Wobbe

+ Có thể điều chế hỗn hợp propan – không khí có trị số

Wobbe như của khí thiên nhiên.

Khí + propan + khơng khí ; d <1

+ Vì propan-không khí có nhiệt trị cao hơn nhiều so

với khí thiên nhiên, nên có thể sử dụng một lượng

khí nhỏ cho cùng lượng calor tiêu thụ.





W

5

1.3 Trị số Wobbe

Khí được phân thành các họ phụ thuộc vào chỉ số

Wobbe như sau : + Khí dân dụng (Town gas): họ 1

+ Khí thiên nhiên: họ 2.

+ LPG : họ 3.

Khí được phân thành các họ phụ thuộc vào chỉ số

Wobbe như sau :

+ Khí dân dụng (Town gas): họ 1

+ Khí thiên nhiên: họ 2.

+ LPG : họ 3.

1 2 3

24,4-28,8 48,2-53,2 72,6-87,8

6

1.4 Giới hạn chớp cháy : của khí thiên

nhiên trong không khí là 5-15% t.t.

1.6 Lượng không khí cần cho sự cháy (m3/kcal):

 Nguồn oxy thuận tiện nhất là không khí với hàm lượng oxy là 21%.

   Điều kiện cháy tỷ thức : thể tích không khí / thể tích nhiên liệu:

 Nhu cầu không khí theo lý thuyết : Ao = 9,763

 Thừa số không khí (AF): A/Ao

 T ng t l C/H : c ch cháy thay ăng tỉ lệ C/H : cơ chế cháy thay đđ ỉ lệ C/H : cơ chế cháy thay đđ ệt trị x V ơ chế cháy thay đđ ế cháy thay đđ đđđổi, l ượng ng khơng khí

c n cho s cháy t ng ần cho sự cháy tăng ự cháy tăng ăng tỉ lệ C/H : cơ chế cháy thay đđ

8

2 Các phương trình trạng thái cơ bản của

Trong tính toán kỹ thuật các quá trình chế biến khí:

Cần xác định tính chất nhiệt động của đơn chất và hỗn

hợp như độ bay hơi, entanpi, entropi, khối lượng riêng

Để xác định các đại lượng trên, sử dụng các phương

trình trạng thái biểu diễn mối liên hệ giữa nhiệt độ, thể tích và áp suất của hệ

Không sử dụng được phương trình trạng thái khí lý

tưởng

10

Phương trình khí lý tưởng : PV = n RT

Benedict – Webb – Rubin (BWR):

P = RT + (BoRT – Ao –Co/T2)2 + (bRT – a)3 + a6 + c3/T2(1 + 3)e-2

Benedict – Webb – Rubin (BWR):

P = RT + (BoRT – Ao –Co/T2)2 + (bRT – a)3 + a6 + c3/T2(1 + 3)e-2

phương trình biến dạng của BWR: (Starling K.E và Khan - 11

thông số):

P = RT + (BoRT – Ao – Co/T2 + D0/T2 – Eo/T4)2 + (bRT – a – d/T)3 + (a + d/T)6 + c3/T2(1 + 2)e-2 (*)

Các phương trình mô tả trạng thái của khí thực:

11

Ứng dụng phương trình BWR (*):

 Tính thể tích riêng, entanpi, entropi và độ bay hơi của mỗi cấu

tử trong giới hạn nhiệt độ rộng từ -162 – 260oC, P = 0.01 – 56 Mpa

 Sử dụng trong công nghệ chế biến hydrocacbon:

 Tách nito và heli từ khí thiên nhiên,

 Chế biến khí thiên nhiên ở nhiệt độ thấp -157 – 143oC,

 Quá trình phân ly HC nhẹ, hấp phụ ở nhiệt độ thấp -73 -312

oC,

 Tính toán chu trình lạnh với tác nhân lạnh hỗn hợp 12

 Phương trình biến thể RK được dùng để tính các hệ số bay

hơi, khối lượng riêng, hệ số nén, entanphi và entropi của các pha khí chứa HC cũng như H2S, CO2, N2, H2.

13

z: hệ số nén – là hàm số của các thông

số của các phương trình nói trên

Phương trình mô tả khí thực được sử dụng phổ biến:

PV = znRT

ρ = PM w /nRT

14

Trạng thái pha, phương

pháp xác định cân bằng pha.

Chương 2

15

Giản đồ pha

Hình 2.1 Giản đồ pha điển hình cho đơn chất trong hệ tọa độ P, V, T 16

2.1 Giản đồ pha

2.1.1 Trạng thái pha của đơn chất trong hệ trục áp suất- nhiệt độ

Hình 2.2 Sơ đồ trạng thái pha của đơn chất trong

• HD: đường cân bằng giữa pha rắn

và lỏng (đường bão hòa rắn – lỏng hoặc cân bằng rắn – lỏng)

• HC: Đường cân bằng hơi – lỏng,

đường áp suất hơi, đường điểm bong bóng hay đường điểm

• HD: đường cân bằng giữa pha rắn

và lỏng (đường bão hòa rắn – lỏng hoặc cân bằng rắn – lỏng)

• HC: Đường cân bằng hơi – lỏng,

đường áp suất hơi, đường điểm bong bóng hay đường điểm

sương

• C - Điểm tới hạn với nhiệt độ tới

hạn (Tc) và áp suất tới hạn (Pc)

17

2.1.2 Giản đồ pha của hệ đa cấu tử

Hình 2.3 Giản đồ pha điển hình cho hệ đa cấu tử

Đường tạo bong bóng - 0% hơi Đường điểm sương - 100% hơi Đường ABDE: quá trình ngưng tụ ngược đẳng

Đường tạo bong bóng - 0% hơi Đường điểm sương - 100% hơi Đường ABDE: quá trình ngưng tụ ngược đẳng

18

2.1.3.Tác động của thành phần hệ

Hình 2.4 Ảnh hưởng của thành phần lên

bao pha của hệ metan-propan. Hình 2.5 Vị trí quĩ tích tới nhị nguyên hạn của một số hệ metan + propan: thành phần ảnh hưởng đến dạng và vị trí của bao pha

H2S 50%mo

l H2S

50%

mol N2

30%

mol N210%mol N2

T

Các tạp chất phi hydrocarbon: nước, CO2, H2S

và N2

Nước có áp suất hơi bão hòa thấp và không trộn lẫn trong hydrocarbon lỏng  không ảnh hưởng lên dạng bao pha

Ảnh hưởng của CO 2 , H 2 S và

N 2 :

+ Thêm lượng CO 2 và H 2 S:

pha chất lỏng dày đặc sẽ được hình thành ở áp suất thấp

+ Etan, propan và butan:

tương tự

+ N 2 : giảm khả năng trộn lẫn

20

2.2 Giản đồ pha và ứng dụng trong chế

biến khí

Hình 2.7 Ứng dụng bao pha để biểu

diễn các loại giếng dầu, khí

Giếng (1): giếng dầu đen: chế độ dưới

bão hòa Tại điểm điểm bong bóng: hỗn hợp dầu và khí bão hòa

Giếng (2): giếng dầu nhẹ: bên trái điểm

C

Tỷ lệ khí : dầu > bể dầu đen (1)

Dầu có màu sáng hơn

Giếng (3): giữa C và M : bể khí-

condensat: giảm P tạo chất lỏng, vận tốc khí có thể bị thay đổi Tại điểm sương: thành phần khí trong giếng khí có thể thay đổi

Giếng (4): khí thực: trên điểm

cridentherm: chất lỏng không thể tạo thành ở bất cứ áp suất nào

21

2.2.Giản đồ pha và ứng dụng trong chế biến khí

Hình 2.8 Các bao pha đặc trưng cho 4 loại

giếng dầu- khí

Đường Bao Pha

22

2.2 Giản đồ pha và ứng dụng trong chế biến khí

Xem xét điều kiện tránh tạo lỏng trong ống dẫn khí

+ Loại phần nặng trong khí + Thay đổi điều kiện đầu vào

và ra khỏi ống: IJ → MN (sử

dụng ống dẫn áp suất cao)

23

2.2.Giản đồ pha và ứng dụng trong chế biến khí

Bơm Chất Lỏng

Hình 2.10 Bơm Chât Lỏng

B

C A

2.3 Hằng số cân bằng pha

I Định nghĩa:

giữa các pha trong điều kiện cân bằng

Ki = yi/xi

thành phần của các pha cân bằng trong hệ.

Trường hợp lý tưởng: Ki = Pi/P (Định luật Raoult –

Hằng số cân bằng pha

II Phương pháp giải tích tính hằng số cân bằng pha

- Benedict – Webb – Rubin

- Redlich – Kwong

- Lee – Erbar – Edmister

- Kalasnicow - Klimenco

26

Hằng số cân bằng pha

III Phương pháp đồ thị tính hằng số cân bằng pha

STT Phương pháp Độ lệch trung bình (%)

12345

NGPA Neyrey Rzaca Winn Myers và Lenoir

8.57.89.310.07

27