LÀ M KHÔ KHÍ – Tính toán

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

Trang 1

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

AN TOÀN QUÁ TRÌNH (PROCESS SAFETY) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM

KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ

Chương IV: LÀ M KHÔ KHÍ – Tính toán

TS Hồ Quang Như

1

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

AN TOÀN QUÁ TRÌNH (PROCESS SAFETY)

 Hàmlượng ẩm trong khíthiên nhiên cần phải được tính toán,

dự đoán để qua đó xây dựng được phương án làm khô khí

tối ưu

 Hàm lượng ẩm cân bằng trong khíngọt phụ thuộc vào P, T,

và tỉ khối khí);

 T = const, tăng P: hàm lượng ẩm cân bằng giảm;

 P = const, tăng T: hàm lượng ẩm cân bằng tăng;

 Tỉ khối khítăng: hàm ẩm cân bằng giảm;

 Nếu trong nước có muối, hàm lượng muối tăng: hàm lượng

ẩm cân bằng giảm

Các điểm cần lưu ý

Trang 2

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Khi có H2S, CO2thìhàmlượng ẩm cân bằng của khítăng;

 Cần phải hiệu chỉnh hàm lượng ẩm cân bằng khi nồng độ

H2Svà/hoặc CO2trong dòng khílớn hơn 5%;

 Khi có N2thìhàmlượng ẩm cân bằng của khígiảm

3

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Sử dụng dụng cụ đo - ẩm độ kế

 Phương pháp tính toán, dự đoán

 Xác định từ đồ thị:

+ Giản đồ McKetta và Wehe (1958): khí ngọt

+ Giản đồ Campbell: khí chua

 Dùng công thức thực nghiệm

Các phương pháp xác định hàm lượng ẩm cân bằng

Trang 3

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Đơn vị của hàm lượng ẩm cân bằng: [mg/Sm3]; [lb/MMscf]

 Sm 3 : mét khối chuẩn; đo tại điều kiện chuẩn ISO 2533

101.35 kPa; 15oC

 MMscf : triệu feet khối chuẩn, đo tại 14.7 psi (101.35kPa);

60oF (15.56oC

Lưu ý:

5

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Hàm lượng ẩm cân bằng W của KTN ngọt tính theo công

thức (5-1) như sau:

s C C W

Trongđó:

 Wo là hàm lượng ẩm cân bằng của KTN ngọt có  =

0,6,được tra từ Hình 5-1;

 CG là hệ số hiệu chỉnh cho tỉ khối khí, được tra từ

Hình 5-1a;

 Cs là hệ số hiệu chỉnh cho hàm lượng muối, được tra

từ Hình 5-1b;

(5-1)

Trang 4

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Hàm lượng ẩm cân bằng Wocủa KTN ngọt với = 0,6 có thể

được định bằng công thức thực nghiệm sau:

B ) atm (

A )

g/m

P W

Trongđó:

 A, B là các hệ số tra từ Bảng 5-1;

 P là áp suất tuyệt đối (atm)

(5-1*)

Lưu ý:

7

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Bảng 5-1 Bảng tra các hệ số A và B

trong phương trình (5-1*)

B ) atm (

A )

g/m

( 3

P W

Trang 5

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

3 Xác định hàm lượng ẩm cân bằng của KTN ngọt (tt)

1 Chắc chắn rằng hỗn hợp khíTN là ngọt, có hàm lượng H2S

và/hoặc CO2trong dòng khínhỏ hơn 5%;

2.Xác định KLPT của hỗn hợp khínếu biết thành phần khí;

3.Xác định tỉ khối khítừ KLPT tìm được / đề bài cho biết tỉ khối;

4 Xác định hàm lượng ẩm cân bằng Wo bằng cách tra giản đồ

Hình 5-1hoặc có thể sử dụng công thức (5-1*);

5.Với giá trị tính được, tra Hình 5-1a để xác định hệ số CG;

6 Nếu biết hàm lượng muối có trong nước, tra Hình 5-1b để

xácđịnh hệ số Cs;

7.Tính hàmlượng ẩm cân bằng theo công thức (5-1)

Quy trình tiến hành

9

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-1 Giản đồ McKetta và Wehe

Nhiệt đô (°C)

3 ở 1 5

Trang 6

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

11

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Khối lượng phân tử, M w

Tỉ khối, 

Hình 5-1a Giản đồ xác định hệ số hiệu chỉnh cho tỉ khối - CG

Trang 7

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hàm lượng muối trong nước (%)

Hình 5-1b Giản đồ xác định hệ số hiệu chỉnh cho hàm lượng muối - C s

13

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hãy xác định hàm lượng ẩm bão hoà cho hỗn hợp khí thiên

nhiên ngọt có tỉ khối  = 0.9 ở nhiệt độ T = 70oC và áp suất P =

6000 kPa

Ví dụ 5-1

Đây là hỗn hợp khíthiên nhiên ngọt  hàm lượng ẩm cân bằng

được xác định từ giản đồ Hình 5-1

-Từ Hình 5-1, với T = 70oC và ápsuất P = 6000 kPa, tìm được:

Wo= 3520 mg/Sm3

- Do  = 0.9  Xác định hệ số hiệu chỉnh CG = 0,98

- Hàmlượng ẩm cân bằng : W = 0.98 * 3520 = 3270 mg/sm3

Trang 8

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

4 Xác định hàm lượng ẩm cân bằng của KTN chua (tt)

Hàm lượng ẩm cân bằng W của KTN chuacđược tính theo công

thức (5-1) như sau:

W = yHCWHC+ yH2SWH2S+ yCO2WCO2

Trongđó:

 WHClà hàmlượng ẩm cân bằng của KTN  Hình 5-1;

 WH2Slà hàmlượng ẩm cân bằng của H2S Hình 5-2;

 WCO2hàmlượng ẩm cân bằng của CO2 Hình 5-3;

 yHC, yH2S và yCO2 là phần mol của HC, H2S và CO2 có

tronghỗn hợp khí

(5-2)

Phương pháp 1

15

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

4 Xác định hàm lượng ẩm cân bằng của KTN chua (tt)

Hình 5-2 Hàm ẩm của H 2 S trong hỗn hợp KTN bão hoà hơi nước

H2S

Trang 9

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-3 Hàm ẩm của CO 2 trong hỗn hợp KTN bão hoà hơi nước.

CO2

17

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Sử dụng giản đồ Campbell (Hình 5-4a,b)

 Dùng hàm lượng H2S tương đương bằng cách qui đổi %CO2

sang %H2S theo công thức:

%H2S (qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2

 Áp suất lên đến 41000kPa;

(5-3)

Trang 10

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-4 Hàm lượng ẩm cân bằng tính toán cho hỗn hợp KTN

19

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Sử dụng nồng độ H2Stương đương bằng cách qui đổi %CO2

sang %H2S theo côngthức:

%H2S (qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2

 Xácđịnh tỉ số hàm lượng ẩm cân bằng của khíchua/ khíngọt

(r)bằng cách sử dụng giản đồ Hình 5-5

 Khiđó lượng nước trong khíchua được tính theo công thức:

W = r xWHC

(5-3)

Trang 11

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-5 Giản đồ xác định tỉ số hàm ẩm của khí chua/ khí ngọt

21

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Á p dụng 3 phương pháp để xác định hàm lượng ẩm cân bằng

cho dòng khí có thành phần như sau: 80% CH4, 10% H2S và

10% CO2,tại 70oC và 6000 kPa

Ví dụ 5-2

a) Á pdụng công thức:

W = yHCWHC+ yH2SWH2S+ yCO2WCO2

= 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%

Trang 12

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

- Tra hàmlượng nước từ Hình 5-1:

W = 4500 mg/Sm3(6900 kPa);

W = 12000 mg/Sm3(2100 kPa)

 tại 6000 kPa: W = 4514 mg/Sm3

c)Phương pháp 3:

23

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

5 Dự đoán khả năng tạo thành hydrate

 Xácđịnh điều kiện P, T để tạo thành hydrate

 Xác định tỉ khối của khí,;

 Sử dụng giản đồ Hình 5-6 để tìm được nhiệt độ (ở áp suất

cho trước) hoặc áp suất (ở nhiệt độ cho trước) tại đó

hydrate bắt đầu hình thành

 Chỉ dùng để ước lượng sơ bộ điều kiện tạo thành hydrate bn

đầu do độ chính xác không cao

Trang 13

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

5 Dự đoán khả năng tạo thành hydrate (tt)

Nhiệt độ (°C)

Hình 5-6 Điều kiện tạo thành hydrate của một số hỗn hợp khí có tỉ khối khác nhau

25

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Do Kazt và các cộng sự đề xuất dựa vào các hằng số cân

bằng rắn- khí của các cấu tử có trong hỗn hợp;

 Ở áp suất nhất định, nhiệt độ tạo thành hydrat là nhiệt độ tại

đó thoã mãn điều kiện:

Phương pháp 2: sử dụng HSCB rắn – khí (Kr-k)

1

i r k

i 





K

y

(5-4) Trongđó:

 yilà phần mol của cấu tử I trong hỗn hợp khí;

 Kr-klà hằng số cân bằng rắn-khícủa cấu tử i có trong hỗn

hợp (xác định bằng đồ thị ở các hình 5-1 đến 5-7

Trang 14

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.2 Dự đoán khả năng tạo thành hydrate (tt)

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

2) Sử dụng các giản đồ trong Hình 5-7 đến Hình 5-13 để xác

định hằng số cân bằng khí-rắn Kr-k cho mỗi cấu tử trong hỗn

hợp Lưu ý giá trị Kr-kđối với Nitơ là không xác định;

3) Xéttổng Σ(yi/Ki,v-s)

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

Quy trình thực hiện

27

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Cóthể áp dụng với trường hợp áp suất hệ lên đến 7 MPa;

 Phương pháp Kazt không xét đến ảnh hưởng của thành

phần nặng C5+;

 Á p dụng tốt khí trong khí không có thành phần C5+ hoặc

thành phần C5+khôngđáng kể

Phạm vi ứng dụng

Trang 15

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-1 Giá trị K r-k của Methane ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau

29

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-2 Giá trị K r-k của Ethane ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau

r-C2H6

Trang 16

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-3 Giá trị K r-k của Propane ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau

HSCB rắn - khí, Kr-k

3H

31

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-4 Giá trị K r-k của iso-Butane ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau Nhiệt độ (°C)

r-i- C4H10

Trang 17

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-5 Giá trị K r-k của n-Butane ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau Nhiệt độ (°C)

r-n- C4H10

33

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-6 Giá trị Kr-k của CO 2 ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau Nhiệt độ (°C)

r-CO2

Trang 18

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Hình 5-7 Giá trị Kr-k của H 2 S ứng với các nhiệt độ và áp suất khác nhau

r-H2S

35

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Phương pháp này có xét đến ảnh hưởng của thành phần C5+;

 Xem methane là thành phần chính, sau đó hiệu chỉnh ảnh

hưởng của các thành phần C2đến C4.Hay nói cách khác,ứng

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

một phần ΔT khác nhau.

 Đối với C5+

Phương pháp 3: phương pháp Trekell- Campell

(5-5)

Trang 19

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Quy trình thực hiện

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	3,17 MB