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

Trang 1

HYDRATE VÀ DEHYDRATE

Trang 3

Điểm sương:

Là nhiệt độ ứng với áp suất nhất định, mà tại đó lượng hơi nước trong dòng khí đạt giá trị bão hoà Nếu nhiệt độ giảm xuống dưới điểm sương, nước sẽ tách khỏi dòng khí và hydrate được tạo thành.

Trường Đại học Bách khoa Tp HCM

Trang 5

Nước gây ra các vấn đề sau:

Tạo thành hydrate gây tắc nghẽn van, đầu vòi,

… trong quá trình vận chuyển Gây ăn mòn đường ống, các thiết bị

Gây ra các phản ứng phụ, tạo bọt, hoặc làm mất hoạt tính xúc tác trong các quá trình chế biến tiếp theo

Trang 6

Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí

LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON

Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đấtthường bão hoà hơi nước và hàm lượng hơi nước phụthuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần hỗn hợp khí

Mỗi một trạng thái của hệ sẽ tương ứng với hàm lượnghơi nước cực đại có thể có nhất định Hàm lượng ẩmtương ứng với hơi nước bão hoà tối đa được gọi là cânbằng

Người ta phân chia độ ẩm của khí thành độ ẩm tương đối

và tuyệt đối:

Trang 7

nước thực tế có trong một đơn vị thể tích khí hoặc đơn

vị khối lượng mỗi điều kiện áp suất, nhiệt độ Đơn vị làg/m3 hoặc g/kg khí

Độ ẩm bão hòa (g/m3, kg/ triệu m3) : Là lượng hơi nướctối đa có thể tồn tại trong một thể tích khí tại mỗi điềukiện của hệ

Độ ẩm tương đối (RH) (%) : Là tỷ lệ giữa khối lượnghơi nước thực tế và lượng hơi nước tối đa (bão hoà)

Có nghĩa là tỷ lệ giữa độ ẩm tuyệt đối trên trên độ ẩmbão hoà, đơn vị là % hay phần đơn vị

Nhiệt độ điểm sương (oC) : Là nhiệt độ tại áp suất chotrước mà tại đó hơi nước bắt đầu ngưng tụ

Trang 8

Hàm lượng nước trong khí thiên nhiên cần phải được tínhtoán, dự đoán để qua đó xây dựng được phương án làmkhô khí tối ưu

Hàm lượng nước bão hoà trong khí ngọt phụ thuộc vào P,

Trang 9

Xác định hàm lượng nước bằng các dụng cụ đo

Phương pháp tính toán, dự đoán

Trang 10

Hàm lượng nước trong HC

Sử dụng các thiết bị đo

Đo cường độ dòng điện phân của mẫu

Đo điện dung của mẫu khí

Đo trở kháng điện của pha hơi

Đo tần số của tinh thể trong mẫu khí

Đo sự hấp thụ và giải phóng năng lượng của mẫu

Đo quang phổ hấp thu hồng ngoại

Đo quang phổ hấp thu vi sóng của mẫu

Cơ sở

0-1000ppm 0-1000ppm

0-20000ppm 0-25000ppm

Tinh thể piezoelectric

Hấp thụ nhiệt

Hấp thụ hồng

ngoại Hấp thu vi sóng

Phương pháp

Trang 11

Để thuận tiện trong việc xác định nhanh lượng hơi nướctrong hỗn hợp khí, thông thường người ta sử dụng giản đồ

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 các muối trongnước thì hàm lượng ẩm tra từ giản đồ này cần phải nhậntương ứng với hệ số CG hoặc Cs Khi tỉ trọng khí và hàmlượng 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 caohơn, khi có mặt N2 thì hàm lượng ẩm thực tế lại giảm

Trang 12

LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ

HYDROCACBON

Hình 1. Đồ thị hơi nước bão

hòa trong hỗn hợp khí (gas)

Trang 14

HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON

Làm lại ví dụ 01 và 02 sử dụng các công thức trên.

Trang 15

Bảng 1: Tra hệ số

A và B

Trang 16

HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON

Hình 1a: tra hệ số C G

Trang 17

Hình 1b: tra hệ số C S

Trang 18

HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA

Công thức xác định

W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2

Trang 19

Hình 2 Đồ thị tra lượng nước do có mặt H 2 S.

Trang 20

Trang 21

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 WHC

WHC: Là lượng hơi nước tính được do tra Hình 1.

Trang 22

Hình 4a: Đồ thị tra hàm lượng nước trong khí chua (chỉ tồn tại H 2 S).

Trang 23

Hình 4b: Đồ thị tra hệ số nhân r.

Trang 24

Ví dụ

Ước lượng hơi nước bão hòa của khí hydrocacbon có γ =

Trang 25

W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2

W hc : Là lượng hơi nước tính được do tra bảng là 2050kg/10 6 std m 3

y: Phần mol của các hydrocacbon = 0,75.

W H2S : Lượng hơi nước gia tăng do H 2 S tra đồ thị Hình 2 là

3300kg/10 6 std m 3

y H2S : Phần mol của H 2 S = 0,05

W CO2 : Lượng hơi nước gia tăng do CO 2 tra đồ thị Hình 3 là 2800kg/10 6 std m 3

y CO2 : Phần mol của CO 2 = 0,2.

Thay số vào công thức trên, ta có:

W = 0,75x2050 + 0,2x2800 + 0,05x3300 = 2260 kg/10 6 std m 3

Trang 26

Trang 27

Qui đổi %CO 2 sang %H 2 S theo công thức:

%H 2 S(qui đổi) = %H 2 S + 0,75*%CO 2 = 5 + 0,75x20 = 20%

r = 1,1.

Khi đó: W = r.W hc = 1,1x2050 = 2255kg/10 6 std m 3

Trang 28

Các phương án xử lý vấn đề trên:

Làm khô khí: hấp thụ, hấp phụ, làm lạnh

Ức chế ngăn chặn việc tạo thành hydrate

Trang 29

Trang 31

11/14/2013 31

nước dung môi nhờ các liên kết hydro tạo thành khung hydrate,

chiếm chỗ.

như nước đá, do đó có thể làm tắc nghẽn đường ống và các thiết bị.

Trang 32

Sự tạo thành hydrate trong khí cần có 3 yếu tố: P, T, W (tự do)

Để xác định việc tạo thành hydrate chúng ta phải xác định được

Trang 33

Có nước ở tự do, và có sự tiếp xúc giữa khí và nước.

Điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ tạo hydrate

Có thành phần như mêtan, etan, propane, isobutan,nitơ, H2S, CO2,

Có sự thay đổi áp suất như đi qua van giảm áp

Có môi trường và thời gian

Trang 34

GAS HYDRATE

Bản chất của các phương pháp xác định:

Xác định nhiệt độ tạo thành hydrat tại áp suất cho trước

và xác định áp suất tạo thành hydrate tại nhiệt độ chotrước

Xác định lượng hơi nước bão hào của dòng khí tại ápsuất và nhiệt độ cho trước

Trang 35

định điều kiện tạo thành hydrat trong quá trình giãn nở khí (giảm áp)

Trang 36

Hình 5a: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,6

GAS HYDRATE - Sử dụng các giản đồ

Trang 37

Hình 5b: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,7

Trang 38

Áp suất cuối cùng, psia

NHIỆT BAN ĐẦU, O F, PSIA

Hình 5c: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,8

GAS HYDRATE

Trang 40

Trang 41

11/14/2013 The university of technology in HCM city 41

Trang 42

Hình 6: Đồ thị tra nhanh điều kiện tạo hydrate của khí hydrocacbon theo P, T.

GAS HYDRATE- Xác định giá trị P, T

Trang 43

Chọn một giá trị T tại P cho trước (hoặc P tại T cho trước)

Sử dụng các giản đồ trong từ Hình 7 - 10 để xác định hằng số cân bằng khí - rắn Kv-s cho mỗi hydrocarbon.

Xét tổng Σ(yi/Ki,v-s)

Lặp lại 3 bước trên cho đến khi Σ(yi/Ki,v-s) = 1

Trang 44

Hình 7a Đồ thị hằng số cân bằng khí rắn của methane

Trang 45

Hình 7b: Đồ thị tra hằng số cân bằng khí rắn của Ethane

Trang 47

11/14/2013 47

Hình 9: Đồ thị tra hằng số cân

bằng khí rắn của i-Butane

Trang 49

11/14/2013 49

Hình 10b: lượng hơi cân bằng khí rắn H 2 S

Trang 50

Cho dòng khí:

a) Xác định P tạo thành hydrat tại 10oC

b) Dòng khí trên được giãn nở từ 10000 kPaxuống 3400 kPa Xác định T tối thiểu đểkhông có sự tạo thành hydrat trong quá trìnhgiãn nở

c) Dòng khí trên tại 15000 kPa, 40oC có thểgiãn nở đến áp suất nào mà không bị tạothành hydrat?

0.036 C3

0.060 C2

0.784 C1

GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ

Trang 51

a) SGg = 0.693

Đọc từ giản đồ trong Hình 5: P = 2200 kPa

b) Từ giản đồ trong Hình 5, tìm điểm nối giữa đường

Đọc T tương ứng (~450C).

c) Cũng từ Hình 5, tìm điểm nối giữa đường áp suất đầu 15000kPa và nhiệt độ 400C, đọc áp suất sau (~ 9000 kPa)

Trang 52

Đối với dòng khí chua có nồng độ H2S, CO2 cao:

Không sử dụng được phương pháp Katz !!!

Sử dụng phương pháp Baille-Wichert: Hiệu chỉnh nhiệt độ tạo hydrat thông qua % C3

GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ

Trang 53

0.007 C3

0.031 C2

0.843 C1

Trang 54

Từ giản đồ hiệu chỉnh trong Hình 12, tìm điểm nối giữa

%H2S và %C3 Dóng thằng xuống đường P = 4200kPa

Đọc nhiệt độ hiệu chỉnh: -1.5oC

e) Vậy T tạo hydrat của dòng khí này là 16oC

GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP Baille -Wichert

Trang 55

Phương pháp Trekell-Campbell

Phương pháp này dự đoán cho điều kiện thành tạo hydrate ở áp suất

ứng với mỗi áp suất thì mỗi cấu tử có khả năng tạo hydrate với một

y.C5+ = 100*yC5+/(1- y.C1 – y.C5+)

Trang 56

Phương pháp Trekell- Campbell

Hình 11a: Đồ thị dự đoán nhiệt độ

tạo hydrate ở 6,9 Mpa

Trang 60

Temperature Displacement T, o C

Trang 62

Hình 11g: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate

của thành phần C5+ ở 6,9MPa

Phương pháp Trekell-Campbell

Trang 63

Hình 11h: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate

Trang 64

Hình 12: Hiệu chỉnh nhiệt độ thành tạo Hydrate qua C3

GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP Baille -Wichert

Trang 65

11/14/2013 65

công nghệ Tuy nhiên, điều này rất khó thực hiện.

khí để chủ động hạ nhiệt độ tạo hydrate.

Methalnol có áp suất hơi bão hòa cao dẫn đến rất khó tách

nó ra khỏi dòng khí Chính vì vậy, việc tái sinh cũng gặp khó khăn nên sự tiêu hao chất này là rất lớn Methalnol chủ yếu dùng trong các ống vận chuyển nhằm phá vỡ các hydrate tạo thành, ngoài ra nó còn dùng trong công nghệ phân ly nhiệt độ thấp để ngăn ngừa sự tạo hydrate trong khi làm lạnh khí nhằm tách các hydrocarbon nặng và hơi nước.

Glycol có áp suất hơi bão hòa thấp nên khả năng thu hồi là

rất cao (bằng phương pháp cô đặc dung dịch chứa glycol)

Trang 66

DEHYDRATE BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ

Bảng 2: Các chất ức chế

Trang 67

Hình 13: Đồ thị tra nồng độ Methanol

Trang 68

Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL

Khối lượng nước tự do trong hệ thống, m w (kg)

W H2O tại P SAT , T SAT = A

W H2O tại P COLT , T COLT = B

m W = F.(A-B)

Nhiệt độ cần hạ, d (oC)

d = HFT – T COLT HFT: nhiệt độ tạo hydrate ở tại P COLT

Trang 69

11/14/2013 69

Nồng độ chất ức chế, X R

bằng đồ thị Hình 14

%

100

K

.

W i

W

M d

Trang 70

Khối lượng M W một số chất ức chế thông dụng

Methalnol

EG (Etylen Glycol)

DEG (Diethylen Glycol)

Trang 71

11/14/2013 71

R L

R

w I

X X

X

m m



Trang 72

Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL

Phần Methanol bốc hơi bị mất theo pha khí và lỏng

Được xác định theo mất trong pha lỏng:

Trang 73

11/14/2013 73

Hình 14: Đồ thị qui đổi phần mole của nước ra phần trăm khối lượng

methanol trong dung dịch

Trang 75

Hình 16: Đồ thị tra nồng độ Ethylene Glycol

Trang 76

Ví dụ:

lượng Metanol và 80 % EG theo khối lượng (%m) yêu cầu để ngăn ngừa sự hình thành hydrat trong đường ống.

Giải (theo hệ SI)

Nên:

11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp HCM 76

Trang 77

Lượng nước vào tại 40 o C và 8000kPa = 1000kg/10 6 std m 3

Lượng nước tích tụ:

Trang 79

Trong pha hơi:

– Tra hình 17 tại 5 o C và 6500kPa, ta có:

– Tổn thất:

– Tổn thất trong pha hơi:

– Tổn thất trong pha lỏng:

Trang 80

Khối lượng chất ức chế yêu cầu trong nước:

Trang 81

Trang 82

Hình 17b: Trạng thái cân bằng Hơi-Nước của MeOH/Nước

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	27,95 MB