cac phuong phap khu nuoc
DESCRIPTION
iTRANSCRIPT
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ & HYDRAT
CBGD : TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Email : [email protected]
Tel :
PHẦN 5
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ NƯỚC
2TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
NỘI DUNG
Giới thiệu
Hàm lượng nước trong HC
Những quy trình khử nước
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
3TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Giới thiệu
Nước là tạp chất phổ biến nhất lẫn trong các hydrocarbonNước lẫn trong khí thiên nhiên trong quá trình khoan, khai thác, 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, tạo bọt, hoặc làm mất hoạt tính xúc tác trong các quá trình chếbiến tiếp theo
4TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Giới thiệu
Các phương án xử lý vấn đề trên:Làm khô khí: hấp thụ, hấp phụ, làm lạnh
Ức chế ngăn chặn việc tạo thành hyđrát
5TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hàm lượng nước trong HC
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 phụthuộc vào P, T, và thành phần khí (tỷ trọng tương đối : SGg)
Khí chua (có chứa H2S và CO2) sẽ có hàm lượng nước cao hơn. Cần phải hiệu chỉnh hàm lượng nước khi nồng độ H2S và/hoặc CO2 trong dòng khí lớn hơn 5%
6TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hàm lượng nước trong HC
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
Xác định hàm lượng nước bằng các dụng cụ đo
7TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hàm lượng nước trong HC
Hàm lượng nước trong khí ngọt Giản đồ McKetta và Wehe
Xác định hàm lượng nước bão hoà cho dòng khíhydrocacbon ngọt có SGg 0.9; nhiệt độ 70 oC vàáp suất 6000 kPa.
- Từ Hình 1: W = 3520 mg/Sm3
- Hệ số hiệu chỉnh cho SGg 0.9: CG = 0.98
->Hàm lượng nước: W = 0.98 x 3520 = 3270 mg/Sm3
? 01
A 01
8TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hàm lượng nước trong HC
Hàm lượng nước trong khí chua
Tính hàm lượng nước cho dòng khí: 80% C1, 10% H2S và 10% CO2, tại 70 oC và 6000 kPa.
a) Áp dụng công thức:
W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2
Đọc WHC, WH2S, WCO2 từ các Hình 1, 2 và 3
b) Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương:
yH2S* = yH2S + 0.75 x yCO2
Đọc hàm lượng nước từ Hình 4
? 02
A 02
9TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hàm lượng nước trong HC
Dùng công thức
W = A/P + B cho SGg = 0.6
W = (A/P + B) x CG x CS cho SGg > 0.6
A, B: Các hệ số tra từ Bảng 1
CG; CS: Các hệ số hiệu chỉnh tỷ trọng tương đối vànồng độ muối, đọc từ Hình 1
Làm lại ví dụ 01 và 02 sử dụng các công thức trên.? 03
10TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hàm lượng nước trong HCSử 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 sở0-1000ppm
0-1000ppm
0-20000ppm
0-25000ppm
0-5000ppm
0-50%
0-90%
Phạm viĐiện phân
Thay đổi hằng số dielectric
Trở kháng điện
Tinh thểpiezoelectric
Hấp thụ nhiệt
Hấp thụ hồng ngoại
Hấp thu vi sóng
Phương pháp
11TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Các hydrocarbon và nước có thể tạo thành các hyđrát ở thể rắn:
CH4.6H2O N2.6H2OC2H6.8H2O CO2.6H2OC3H8.17H2O H2S.6H2Oi-C4H10.17H2O
Sự tạo thành hydrát trong khí cần có 3 yếu tố: P, T, W (tự do)
Khi hyđrát được tạo thành sẽ gây tắc nghẽn đường ống, ảnh hưởng đến dòng chảy, vv… Do đó cần phải xác định được các điều kiện P, T dẫn đến việc tạo thành hyđrát.
Sự tạo thành Hydrat trong dòng khí
12TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
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 hyđrát được tạo thành.
Các phương pháp xác định:
Xác định nhiệt độ tạo thành hydrat tại áp suất cho trước và xác định áp suất tạo thành hydrat tại nhiệt độ cho trước.
Xác định lượng hơi nước bão hào của dòng khí tại áp suất và nhiệt độ cho trước.
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
13TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Xác định điều kiện P, T tạo thành hydrat:
Xác định SGg
Sử dụng Hình 5 để đọc giá trị P, T tương ứng
Phương pháp Katz
Xác định điều kiện tạo thành hydrat trong quátrình giãn nở khí (giảm áp)
Sử dụng các giản đồ trong Hình 6-7
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
14TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Cho dòng khí:
a) Xác định P tạo thành hydrat tại 10oC.
b) Dòng khí trên được giãn nở từ10000 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?
0.002CO2
0.094N2
0.024C4
0.036C3
0.060C2
0.784C1
? 04
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
15TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
a) SGg = 0.693
Đọc từ giản đồ trong Hình 5: P = 2200 kPa
b) Từ giản đồ trong Hình 7, tìm điểm nối giữa đường áp suất đầu 10000kPa và áp suất sau 3400 kPa. Đọc T tương ứng (~450C).
c) Cũng từ Hình 7, tìm điểm nối giữa đường ápsuất đầu 15000kPa và nhiệt độ 400C, đọc ápsuất sau (~ 8000 kPa)
A 04
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
16TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Phương pháp Katz
Chọn một giá trị T tại P cho trước (hoặc P tại T cho trước)
Sử dụng các giản đồ trong Hình 8-11 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
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
17TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Cho dòng khí:
a) Xác định P tạo thành hydrat tại 10oC theo phương pháp Katz. So sánh với kết quả của
? 05
0.002CO2
0.094N2
0.024C4
0.036C3
0.060C2
0.784C1
? 04
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
18TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
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
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
19TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Cho dòng khí:
a) Xác định T tạo thành hydrat tại 4200 kPa ?
? 06
0.042H2S
0.070CO2
0.003N2
0.004C4
0.007C3
0.031C2
0.843C1
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
20TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Dùng phương pháp Baille-Wichert
a) SGg = 0.682
b) Giản đồ Hình 12: 4200 kPa -> 4.2 %H2S -> SGg = 0.682
c) Theo độ dốc ở phần dưới của giản đồ xác định được T tạo
hydrat tương ứng là 17.5oC.
d) Hiệu chỉnh theo %C3
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
A 06
Xác định điều kiện thành tạo Hydrat
21TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Những quy trình khử nước
Phương pháp hấp thụ bằng dung môi: EG, DEG, TEG, PG...
Phương pháp hấp phụ bằng chất hấp phụ rắn: Alumina, Rây phân tử, silica gel, CaCl2...
Phương pháp làm lạnh dưới điểm sương bằng tác nhân lạnh hoặc giãn nở nhanh
22TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
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 phụ:
• Raoult: Pi = Pi* x Xi
• Dalton: Pi = Ptotal x Yi
trong 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
Xi : % cấu tử i trong pha lỏng
Yi : % cấu tử i trong pha khí
Diễn ra hiệu quả hơn ở T thấp và Ptotal cao
P*i / Ptotal = Yi / Xi
23TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
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: giảm mất mát dung môi
Có độ nhớt thấp: dễ bơm và tiếp xúc tốt với dòng khí
Có độ bền nhiệt tốt: hiệu quả thu hồi cao
Khả năng gây ăn mòn thấp
Triethylene glycol (TEG) là dung môi phổ biến nhất
24TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
25TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Quy trình làm khô khí bằng hấp thụ với TEG
26TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Đặc điểm quy trình:Quy trình hấp thụ ngược dòng: dòng khí ướt từ dưới đi lên thu được khí khô tại đỉnh tháp; TEG nguyên chất từ trên chảy xuống, dòng TEG lẫn nước bị hấp phụ ra khỏi đáy tháp và được đưa đi thu hồi.
Áp suất hoạt động của tháp hấp thụ : 70 - 80 bar
T của dòng khí ướt : 18 - 38 oC
%TEG nguyên chất: 98.5 - 98.9
Tại tháp thu hồi TEG: T 185 - 200 oC
27TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
28TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Các bước tính toán thiết kế tháp hấp thụ:
Xác định yêu cầu dòng khí khô: điểm sương
Xác định %TEG nguyên chất cần thiết từ điểm sương của dòng khí sản phẩm. Sử dụng giản đồ trong Hình 13.
Xác định tốc độ hồi lưu của TEG (15-40L TEG/1kg nước)
Xác định chiều cao tháp:
• Xác định hiệu quả hấp phụ nước (Win-Wout)/Win
• Xác định số mâm lý thuyết: sử dụng các giản đồtrong Hình 14-18
• Số mâm thực tế = số mâm lý thuyết / hiệu suất trên mỗi mâm (20-30%)
Xác định đường kính của tháp (theo công thức): xem ?
07
29TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Các bước tính toán thiết kế tháp thu hồi:
Tính toán yêu cầu năng lượng nồi hơi
Xem ? 07
30TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Cho dòng khí thiên nhiên:- Lưu lượng 0.85 x 106 m3/ngày
- SGg = 0.65đi vào tháp hấp phụ với TEG tại 4100 kPa và 38oC
Yêu cầu cho dòng khí sản phẩm là 110 mg H20/m3
Tốc độ hồi lưu TEG 25 L/kg H2O
TínhĐường kính và chiều cao tháp hấp thụ
Yêu cầu năng lượng cho lò hơi tháp thu hồi TEG nếu nhiệt độ của dòng TEG lẫn nước đi vào tháp thu hồi là 150 oC vànhiệt độ lò hơi là 200 oC
? 07
31TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Tính % TEG nguyên chất cần dùng:
Từ giản đồ trong Hình 1
• điểm sương của dòng khí sản phẩm 110 mg H20/m3; 4100 kPa là -4oC
• điểm sương lý thuyết : -4oC – 6oC = -10oC
Từ giản đồ Hình 13, Ttháp = 38oC -> % TEG tối thiểu 99 %
Tính số mâm lý thuyết (N)
Hiệu quả hấp phụ nước: 0.922
• Win = 1436 (giản đồ Hình 1); Wout = 110
Từ giản đồ Hình 15: N = 1.5; 25 L TEG/1kg nước; % TEG = 99 -> hiệu quả hấp phụ nước 0.885 : không thích hợp
Từ giản đồ Hình 16: N = 2; 25 L TEG/1kg nước; % TEG = 99 -> hiệu quả hấp phụ nước 0.925 : thích hợp, chọn N =2
Tính số mâm thực tế : 8 mâm, mỗi mâm cách nhau 0.6 m
A 07
32TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
Tính đường kính tháp hấp thụ:Tính vận tốc dòng khí theo công thức Sounder-Brown
G = C [ ρv(ρL-ρv)]0.5
C đọc từ Bảng 2
ρv, ρL là khối lượng riêng của khí và TEG
Tính tiết diện A = m*/G; m* là lưu lượng dòng khí
Đường kính tháp hấp thụ D = (4A/ π)0.5
Kết quả 1.05 m cho tháp mâm.
A 07
33TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp thụ bằng dung môi
A 07
Bảng 2
34TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Tính yêu cầu năng lượng nồi hơi tháp thu hồi TEG
Tính cho 1m3 TEGNhiệt lượng cần cho dòng TEG từ 150oC lên 200oC
Qs = mCp∆T = 1114(kg/m3) x 2.784(kJ/kgoC)x(200-150)
= 155 MJ/m3Nhiệt lượng cần đề bay hơi nước
Qv = ∆Hvapx∆W = 2260 (kJ/kgH2O)x1(kg H2O)/0.025 (m3)
= 90 MJ/m3
Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ, tỷ số hoàn lưu 25%
Qc = 0.25 Qv = 22.5 MJ/m3
Tổng nhiệt lượng cần thiết (tính thêm 10% thất thoát nhiệt)
Qr = (155+90+22.5)x1.1 = 294 MJ/m3
A 07
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
35TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Nguyên tắc
Chất hấp phụ
Quá trình hấp phụ
Gián đoạnLiên tục
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp phụ
Quá trình giải hấp (tái sinh chất hấp phụ)
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
36TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Nguyên tắcĐây là quá trình kết dính giữa bề mặt của chất hấp phụ rắn với hơi nước trong dòng khí.
Hơi nước tạo thành một lớp màng mỏng trên bềmặt của chất hấp phụ. Lực tương tác là lực Van der Waals.Hấp phụ vật lý : không có tương tác hoá học giữa hơi nước và chất hấp phụ.
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
37TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
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 thụ tiếp tục làm khô đến 0.1 ~ 1 ppm
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
38TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Một số chất hấp phụ công nghiệp dùng để khử nước:
Silicagel (SiO2).
Alumina đã được hoạt hóa (Al2O3).
Rây phân tử (zeolite).
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
39TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
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 trình giải hấp
- Độ chọn lựa cao
+ giảm mất mát các khí
- Dễ giải hấp
+ Nhiệt độ giải hấp thấp, giảm chi phí năng lượng
- Độ giảm áp nhỏ
- Tính chất cơ học tốt
- Rẻ, trơ về mặt hoá học, khối lượng riêng lớn và không thay
đổi thể tích nhiều trong quá trình hấp phụ
- Diện tích bề mặt, kích thước mao quản
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
40TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Tính chất của một số chất hấp phụ
41TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
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
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
42TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Alumina
- Có tính chất cơ học tốt nhất- Hấp phụ cả khí chua (H2S, CO2)
- Dễ giải hấp nhất
- Hấp phụ đến 10-20 ppm nước
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
43TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Rây phân tử (Zeolite)
- Hấp phụ đến 0.1 ppm nước- Quan trọng cho các quá trình khử nước trước khi dòng khí
trải qua các quá trình làm lạnh
- Có cấu trúc mao quản kích thước đều và có thể điều khiển
được
- Có khả năng hấp phụ khí chua
- Đắt nhất trong các chất hấp phụ
- Nhiệt độ giải hấp cao nhất
- Chi phí cho quá trình hấp phụ với zeolite là cao nhất
Khử nước bằng phương pháp hấp phụ
44TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Sơ đồ quá trình hấp phụ – giải hấp
45TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Thuyết minh
- Dòng khí đi qua tháp hấp phụ theo chiều từ trên xuống dưới - Trước khi đi vào tháp hấp phụ, dòng khí phải qua một thiết bị
tách tạp chất lỏng, rắn
- 2 tháp hoạt động luân phiên: 1 tháp hấp phụ; 1 tháp
giải hấp
- Quá trình hấp phụ thực sự diễn ra trong vùng trao đổi chất
(MZT)
- Quá trình giải hấp diễn ra bằng cách đưa dòng khí nóng đi
qua tháp. Sau đó làm nguội tháp đến nhiệt độ hấp phụ.
Sơ đồ quá trình hấp phụ – giải hấp
46TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Quá trình hấp phụKhử nước bằng phương pháp hấp phụ
47TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Chiều dày vùng truyền khối (MTZ) có thể được tính theo các phương trình sau:
VS: vận tốc bề mặt (ft/min)
F: hệ số
F = 1,7 cho loại hạt rây phân tử 1/8 inch
F = 0,85 cho loại hạt rây phân tử 1/16 inch
48TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Những điểm cần lưu ý khi thiết kếTốc độ dòng khí : nên chọn tốc độ nhỏ, nhưng phải chú ý đến đường kính tháp và hiệu suất sử dụng chất hấp phụ
Hình 19
49TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Độ giảm áp suất theo chiều dài tầng chất hấp phụ:
Phương trình Ergun
μ: độ nhớt (cp)
ρ: khối lượng riêng (lb/ft3)
VS: vận tốc bề mặt (ft/min)
ΔP: độ giảm áp suất
L: chiều dày lớp hấp phụ
B, C: hệ số hiệu chỉnh (xem Bảng)
Hấp phụ bằng rây phân tử
50TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
51TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Tỷ lệ chiều dày lớp hấp phụ/đường kính
D: đường kính lớp hấp phụL: Chiều dày lớp hấp phụQG: lưu lượng khíT: nhiệt độ dòng khí ướtP: áp suất dòng khí ướtVSG: tốc độ dòng khíZ: hệ số nén khíρb: khối lượng riêng của chất hấp phụW: khối lượng hơi nước dự định hấp phụ trong 1 chu kỳX: Năng suất hấp phụ
52TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Khả năng hấp phụ của chất hấp phụ
Năng suất hấp phụ có ích tối đa: Theo công thức Campbell
X: Năng suất hấp phụLB: Chiều dày lớp hấp phụ
XS: khả năng hấp phụ động học(xác định từ đồ thị)
Lz: chiều dày vùng truyền khối MTZ
Hình 20
53TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tửẢnh hưởng của độ bão hòa hơi nước trong dòng khí lên khả năng hấp phụ của rây phân tử
Hình 21
54TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tửẢnh hưởng của nhiệt độ dòng khí lên khả năng hấp phụcủa rây phân tử
Hình 22
55TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Chiều dày vùng truyền khối MTZ
VSG: tốc độ dòng khíRS: độ bão hoà tương đối
của nước trong dòng khímW
: khối lượng nướcA: = 1 silica gel
= 0.8 alumina= 0.6 rây phân tử
Hoặc theo công thức
x A
56TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Thời gian tới hạn (thời gian chu kỳ hoạt động của tháp
57TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Bảng chuyển đổi đơn vị
0F = 0C x 1.8 + 320R (Rankine Temperature) = oF + 460
1 psi = 0.068 bar = 6.8 kPa
1 lb = 0.454 kg
1 ft = 0.305 m1 inch = 0.0254 m
MMscfd ~ milion standard cubic feet per day
58TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Bảng điều kiện chuẩn
22.415 m3/kmol
22.415 L/mol
379.4 ft3/lb mol
359.05 ft3/lb mol
101.325 kPa
760 mm Hg
14.7 psi
1 atm
273.15K
0oC
60oF
32oF
SI
Universal scientific
Nat. gas industry
American engineering
VPTHệ
59TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Điều kiện hoạt động cho một thiết bị khử nước bằng rây phân tử
60TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
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 tửmất 35% họat tính sau thời gian họat động 1-3 năm; hoặc mất 50% họat tính sau 1600 lần tái sinh.
61TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
Thông thường, chất hấp phụ rây phân tử 4A cókhả 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 75oF (24oC).
Hai yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ của chất hấp phụ:
Độ bão hòa hơi nước trong dòng khí.
Nhiệt độ dòng khí.
62TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
? 08
Cho dòng khí:
Lưu lượng: 35 MMscf (QG)
Mw: 18; tỷ trọng 1.5lbs/ft3
Điểm sương: 1000F
Điều kiện vận hành tháp hấp phụ: 1100F; 500 psi
Yêu cầu hàm lượng nước trong khí khô: 1ppm
Hãy thiết kế tháp hấp phụ cho quá trình làm khôdòng khí trên
63TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tửA 08
Các bước thiết kế:
1. Chọn khả năng hấp phụ có ích X (vd 12 lb H20/100lb chất hấp phụ)
2. Tính khối lượng chất hấp phụ phụ trên 1 chu kỳWB= (1/X)QG X W / 3 (chu kỳ 8h) -> VB
3. Chọn VSG từ Hình 19 4. Tính D - > LB
5. Tính mW
6. Tính LMTZ
7. Kiểm tra lại X8. Tính thời gian tới hạn, kiểm tra lại chu kỳ với thời
gian tới hạn9. Kiểm tra lại độ giảm áp (nên nhỏ hơn 8psi)
64TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
A 08 1. Chọn X = 12 lb nước / 100 lb chất hấp phụ = 0.12
2. WB = (QG x W)/(3 x 0.12) = 8750W đọc từ Hình 1b = 90 lb nước/MMscf3: chọn 1 chu kỳ là 8 h
VB = WB/ρB = 8750/45 = 1953. Xác định VSG
:
Từ Hình 19, giả sử dùng hạt kích thước 1/8 inch -> VSG = 38 ft/min
4. Tính đường kính lớp hấp phụ
D = 4.7 ft -> LB = 195 x 4 / (3.14 x D2) = 11.25 ft
65TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
A 08 5. Tính mW
= 7.56
6. Tính LMTZ
-> LMTZ = 44.25 inch = 3.7 ft
x A
RS = 100; A = 0.6
66TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
A 08 7. Kiểm tra lại X
XS đọc từ Hình 20 : 14 lb nước / 100 lb chất hấp phụ
8. Tính thời gian tới hạn
< 8 h
67TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hấp phụ bằng rây phân tử
A 08 8. Tính độ giảm áp
~ 4 psi < 8 psi
68TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Sự hình thành hydrat
Các phương pháp ngăn ngừa tạo hydrat
Sấy khô
Dùng chất ức chế
Chống tạo thành hydrat bằng chất ức chế
Nguyên tắc
Chất ức chế
Sơ đồ công nghệ
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
69TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Hydrat được tạo thành do sự kết hợp giữa và các phân tử chất khác trong dòng khí, hình thành nên một chất rắn. Sự tạo thành hydrat gây nên sự tắt nghẽn đường ống dẫn khí.
Sự tạo thành hydrat chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độvà áp suất.
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
70TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
71TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Nguyên tắc của phương pháp ức chế: đưa thêm vào dòng khí một chất có khả năng kết hợp với pha nước nhằm hạ thấp nhiệt độ tạo hydrat tại một áp suất đã cho.
Các chất ức chế thường sử dụng: glycols (EG,
DEG, TEG), methanol, …
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
72TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
73TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế
74TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế