Làm khô khí cho chế biến khí

Nước là tạp chất phổ biến nhất lẫn trong các hydrocarbon Nước lẫn trong khí thiên nhiên trong quá trình khoan, khai thác, và quá trình làm ngọt khí (tách loại các khí chua H2S, CO2) vv… Nước gây ra các vấn đề sau: Tạo thành hyđrát 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 hoặc làm mất hoạt tính xúc tác trong các quá trình chế biến tiếp theo

Trang 1

Chương 3:

Trang 2

Chương 3: Làm khô khí

3.1 Giới thiệu chung

Nước là tạp chất phổ biến nhất lẫn trong các hydrocarbon

Nước lẫn trong khí thiên nhiên trong quá trình khoan, khai thác, và quá trình làm ngọt khí (tách loại các khí chua H2S,

CO2) vv…

Nước gây ra các vấn đề sau:

 Tạo thành hyđrát gây tắc nghẽn van, đầu vòi, … trong quá trình vận chuyển

Trang 3

• Hàm lượng hơi nước trong khí tùy thuộc vào áp suất, nhiệt độ, và thành phần hóa học của khí

• Độ ẩm bão hòa là độ ẩm ứng với trạng thái bão

hòa hơi nước của khí

• Độ ẩm tuyệt đối là khối lượng nước chứa trong 1

đơn vị thể tích hoặc 1 đơn vị khối lượng khí

• Độ ẩm tương đối là tỷ lệ giữa khối lượng hơi nước

chứa trong khí và khối lượng hơi nước cực đại chứa trong thể tích khí xác định ở điều kiện bão hòa

Trang 4

ϕ = p / Pvới: ϕ: độ ẩm tương đối

p: áp suất riêng phần hơi nước trong khí

P: áp suất hơi nước bão hòa

Trang 6

 Nồng độ muối: tăng nồng độ muối, nhiệt độ bắt đầu tạo hydrat giảm.

Trang 7

 Hấp thụ hơi nước bằng chất lỏng háo nước.

 Hấp phụ hơi ẩm bằng chất làm khô rắn họat hóa.

Ngưng tụ hơi ẩm nhờ nén hoặc làm lạnh khí.

Trang 8

Hàm lượng nước trong khí thiên nhiên cần phải được tính toán, dự đoán để qua đó xây dựng được phương án làm khô khí tối ưu

Hàm lượng nước bão hoà trong khí ngọt phụ thuộc vào P, T, và thành phần khí (tỷ trọng tương đối : SGg = Mg / Mkk = Mg / 28.97)

Khí chua (có chứa H2S và CO2) sẽ có hàm lượng nước cao hơn Cần phải hiệu chỉnh hàm lượng

Trang 9

Phương pháp tính toán, dự đoán

 Xác định từ đồ thị:

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

 Giản đồ Campbell: khí chua

 Giản đồ Robinson: khí chua

Trang 10

Hàm lượng nước trong khí ngọt

Giản đồ McKetta và Wehe

Xác định hàm lượng nước bão hoà cho dòng khí hydrocacbon ngọt có SGg 0.9; nhiệt độ 70 oC và

Trang 11

Hàm lượng nước trong khí chua

 Tính hàm lượng nước cho dòng khí: 80% C1, 10% H2S và 10% CO2, tại 70 o C và 6000 kPa.

a) Áp dụng công thức:

W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2

= 0.8x4500 + 0.1x6000 + 0.1x4700 = 4670 mg/Sm 3

Đọc WHC, WH2S, WCO2 từ các giản đồ

b) Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương:

yH2S* = yH2S + 0.75 x yCO2 = 0.175 = 17.5%

Đọc hàm lượng nước từ giản đồ: W = 4500 mg/Sm 3

(6900 kPa); 12000 mg/Sm 3 (2100 kPa) -> tại 6000 kPa:

Trang 12

Xác định điều kiện P, T tạo thành hydrat:

Trang 13

Cho dòng khí:

a) Xác định P tạo thành hydrat tại 10oC

b) Dòng khí trên được giãn nở từ 10000 kPa xuống 3400 kPa Xác định T tối thiểu để không có sự tạo thành hydrat trong quá trình giãn nở

c) Dòng khí trên tại 15000 kPa, 40oC có thể giãn nở đến áp suất nào mà không bị tạo thành hydrat?

0.036 C3

0.060 C2

0.784 C1

?

04

Trang 14

a) SGg = 0.693

Đọc từ giản đồ: P = 2200 kPa

b) Từ giản đồ, tìm điểm nối giữa đường áp suất

đầu 10000kPa và áp suất sau 3400 kPa Đọc T tương ứng (~450C)

c) Từ giản đồ, tìm điểm nối giữa đường áp suất

đầu 15000kPa và nhiệt độ 400C, đọc áp suất

A

04

Trang 15

 Xét tổng Σ(yi/Ki,v-s)

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

Trang 16

Cho dòng khí:

Xác định P tạo thành hydrat tại

2000 kPa theo phương pháp Katz

So sánh với kết quả của

?

05

0.002 CO2

0.094 N2

0.024 C4

0.036 C3

0.060 C2

0.784 C1

? 04

Trang 17

∑y/K v-s = 1.288 > 1 Xét T = 12 o C y K v-s y/K v-s

C1 0.784 2.12 0.3698 C2 0.060 1.1 0.0545 C3 0.036 0.23 0.1565 C4 0.024 0.084 0.2857

∑y/K v-s = 0.8665 < 1 Xét tại 11 o C, thu được ∑y/Kv-s = 1.0417 ~ 1,

có thể kết luận đây là nhiệt độ tạo hydrát của dòng khí tại 2000 kPa

Trang 18

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

Trang 19

Cho dòng khí:

a) Xác định T tạo thành hydrat tại 4200 kPa ?

0.007 C3

0.031 C2

0.843 C1

Trang 20

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: -1.5 o C.

Trang 21

3.2.1 Phương pháp ức chế tạo hydrate

• Bản chất của phương pháp ức chế là đưa vào dòng khí ẩm chất ức chế hòa tan trong nước tự do

và do đó làm giảm áp suất hơi nước và nhiệt độ tạo hydrat

• Các chất ức chế thường sử dụng: methanol, glycol,…

•Trước đây, chất ức chế là NH3 và muối

•Lựa chọn chất ức chế glycol: phụ thuộc nhiệt độ tạo hydrat, độ nhớt, mức độ hạ nhiệt độ, sự hòa tan trong hydrocarbon, nhiệt độ tách chiết, thành phần khí

Trang 22

Methanol vs Glycol

Không phản ứng với HC Tan vô hạn trong nước Khó thu hồi và hoàn nguyên

Dễ bay hơi dưới điều kiện vận

hành

Sử dụng khi yêu cầu nhiệt độ

<-25 0 C

Thu hồi và tái sử dụng được

Không bay hơi

Sử dụng đến - 25 0 C Không hòa tan hidrat

Trang 23

Nên xem xét sử dụng phương pháp gây ức chế khi:

+ việc tạo thành hyđrat có thể diễn ra trong thời gian ngắn

+ nhiệt độ hoạt động của hệ thống chỉ thấp hơn vài

độ so với nhiệt độ tạo hyđrat của dòng khí

Các chất ức chế thường sử dụng: glycols (EG, DEG, TEG), methanol, …

Các chất ức chế thường được phun thẳng vào dòng khí

Trang 24

Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế

Trang 25

I : nông độ tối thiểu của chất ức chế trong nước tự do wt%

M I : khối lượng phân tử chất ức chế

Trang 27

• Chi phí chất ức chế (kg/1000 m3 khí) để lọai trừ hình thành hydrat:

Trang 28

Tính lưu lượng MeOH cần bơm vào để ức chế sự tạo

thành hyđrat

?

09

Trang 29

-> Lượng MeOH cần cho 99 lb nước/ngày là 99 x 19.4 /(100 -19.4)= 23.83 lb MeOH/ngày

Trang 30

Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức

chế

Hình 5-b

Trang 31

Trang 32

Trang 34

tri-Quá trình hấp thụ

 Là quá trình truyền khối từ pha khí sang pha lỏng

 Đây là quá trình tương tác vật lý giữa hơi nước và dung môi

 Hai định luật chi phối quá trình hấp thụ:

 Raoult: Pi = Pi* x Xi

 Dalton: Pi = Ptotal x Yitrong đó:

 Pi : áp suất riêng phần của cấu tử i

 Pi* : áp suất hơi của cấu tử i nguyên chất

 Ptotal : áp suất tổng của dòng khí

P *

i / P total = Y i / X i

Trang 35

Yêu cầu của dung môi:

 Có ái lực với nước mạnh, và với HC thấp

 Có độ bay hơi thấp tại nhiệt độ hấp thụ

 Có độ nhớt thấp

 Có độ bền nhiệt tốt

 Khả năng gây ăn mòn thấp

 Nhiệt độ sôi khác nhiệt độ sôi của nước.

Triethylene glycol (TEG) là dung môi phổ biến nhất

Trang 36

DEG

Độ háo nước cao, độ bền

cao khi có hợp chất lưu hùynh,

oxy và CO2 ở nhiệt độ cao.

Giảm nhiệt độ điểm sương ít hơn so với sử dụng TEG.

Giá thành cao.

Trang 37

TEG

Độ háo nước cao.

Tạo khả năng giảm điểm sương cao

hơn, độ bền tốt khi có hỗn hợp lưu

hùynh.

Hòan nguyên dễ dàng đến nồng độ

dung dịch 99%.

Dung dịch đậm đặc không đóng băng.

Áp suất hơi thấp hơnĐộ bay hơi của

TEG thấp hơn DEG.

Đầu tư cơ bản và chi phí vận hành

thấp hơn.

Hoàn nguyên ở áp suất khí quyển

trong TEG cao hơn trong DEG cao hơn DEG 25- 30%).

.

Trang 38

Dung dịch 10-30% MEA, 60-80% DEG, 5-10% nước

Chất hấp thụ cả nước, CO2,

H2S.

Mất mát do bị cuốn ra cao hơn so với TEG.

Chỉ ứng dụng để làm khô và làm sạch khí chua.

Chất hấp thụ ăn mòn kim lọai ở nhiệt độ hòan nguyên Giảm nhiệt độ điểm sương ít.

Trang 40

• Khi tăng nồng độ glycol, lượng giảm điểm sương tăng nhiều hơn so với khi tăng chi phí riêng chất hấp thụ

• Nhiệt độ phân hủy của DEG là 164,40C; TEG là 206,70C

•TEG: được sử dụng chủ yếu để ức chế tạo hidrat trong khí ngọt và khí chua Độ giảm điểm sương: 40-150oF với nhiệt độ khí đầu vào: 50-160oF, áp suất 75-2500 psi

Trang 42

Trang 43

- Inlet separator: tách tạp chất lỏng và rắn (nước tự do, dầu hòa tan (aromatic, asphaltic), muối, phụ gia, cát, gỉ…) Gần 50% sự cố liên quan đến quá trình ức chế tạo hirat bằng hấp thụ là do công đoạn này Nên được thiết kế chịu được lưu lượng max 125% lưu lượng khí vào.

- Reboiler: hơi nước từ reboiler lôi cuốn nước (và

hidrocarbon nhẹ nếu có) trong dung dịch với glycol

Trang 47

Cầu, bột 2,4-4,0 30-40 400-770 3,5-14,0 200-900 0,921 795 4187

Trụ, cầu, bột 1,6-3,2 30-35 480-800 0,3-1,0 500-800 0,837 - 4187

Trang 48

Đặc điểm của phương pháp hấp phụ

- Hiệu quả hơn quá trình hấp thụ bằng TEG

- Có thể làm khô đến thấp hơn 0.1 ppm H2O

- Hiệu quả kinh tế và môi trường tốt

- Thường được sử dụng cùng với một quá trình hấp thụ bằng TEG:

+ Tháp hấp thụ bằng TEG làm khô đến khoảng 60 ppm + Tháp hấp phụ tiếp tục làm khô đến 0.1 ~ 1 ppm

Trang 49

• Nhiệt độ hòan nguyên chất hấp phụ: 176-2040C (Al2O3, silica gel); 316-3700C (zeolite).

• Nhiệt độ hòan nguyên có ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ và lượng giảm nhiệt độ điểm sương của chất hấp phụ

• Thời gian làm việc của chất hấp phụ: 2-5 năm

Trang 50

• Lựa chọn chất hấp phụ:

 Silica gel: làm khô đến điểm sương -53  -57 0 C.

 Đất sét: làm khô đến điểm sương -55 0 C.

 Al2O3: làm khô đến điểm sương -61 0 C.

 Zeolite NaA: làm khô đến điểm sương -70  -75 0 C.

Trang 51

Yêu cầu về đặc tính của chất hấp

phụ

- Khả năng hấp phụ cao tại trạng thái cân bằng

+ giảm thể tích chất hấp phụ cần thiết, giảm chi phí và năng lượng quá

Trang 52

Silica gel

- Rẻ

- Dễ giải hấp

- Khả năng hấp phụ cao: có thể hấp phụ lượng nước bằng 45% khối lượng của nó

- Thời gian sử dụng lâu

- Hấp phụ đến 5-10 ppm nước

Trang 54

- Nhiệt độ giải hấp cao nhất

- Chi phí cho quá trình hấp phụ với zeolite là cao nhất

Trang 55

có điểm sương thấp.

Trang 56

Ưu, nhược điểm của phương pháp làm khô bằng hấp

phụ

Khỏang biến thiên thông số

công nghệ rộng.

Cho phép nhận được điểm

sương thấp và độ giảm điểm

Hiệu quả hấp phụ giảm dần

do bị đầu độc bởi các chất ức

Trang 57

Một số điểm cần lưu ý khi họat động thiết bị khử nước bằng chất hấp phụ rây phân tử:

 Sự thay đổi áp suất tại lớp chất hấp phụ không nên vượt quá 50 psi/ph (6 kPa/s).

 Đường kính lớp hấp phụ không nên quá lớn.

 Khi khả năng hấp phụ giảm và độ giảm áp suất tăng mạnh, chất hấp phụ nên được thay mới Thông thường, chất hấp phụ rây phân tử mất 35% họat tính sau thời gian họat động 1-3 năm; hoặc mất 50% họat tính sau

1600 lần tái sinh.

Trang 58

Thông thường, chất hấp phụ rây phân tử 4A có khả năng hấp phụ 20 lb nước/100 lb hạt đối với hạt mới, và 13 lb nước/100 lb hạt đối với hạt đã sử dụng ở điều kiện 75 o F (24 o C).

Trang 59

Trang 60

Bảng chuyển đổi đơn vị

Trang 61

Bảng điều kiện chuẩn

SI Universal scientific Nat gas industry

American engineering

273.15K

32oF

101.325 kPa

760 mm

Hg 14.7 psi

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,97 MB