cac phuong phap khu nuoc

74
CÔNG NGHXLÝ KHÍ & HYDRAT CBGD : TS. Nguyn Vĩnh Khanh Email : [email protected] Tel : PHN 5 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHNƯỚC

Upload: vu-tran

Post on 22-Dec-2015

32 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

i

TRANSCRIPT

Page 1: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ & HYDRAT

CBGD : TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Email : [email protected]

Tel :

PHẦN 5

CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỬ NƯỚC

Page 2: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 3: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 4: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 5: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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%

Page 6: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 7: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 8: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 9: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 10: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 11: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 12: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 13: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 14: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 15: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 16: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 17: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 18: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 19: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 20: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 21: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 22: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 23: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 24: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

24TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp thụ bằng dung môi

Page 25: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

25TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp thụ bằng dung môi

Quy trình làm khô khí bằng hấp thụ với TEG

Page 26: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 27: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

27TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp thụ bằng dung môi

Page 28: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 29: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 30: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 31: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 32: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 33: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

33TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp thụ bằng dung môi

A 07

Bảng 2

Page 34: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 35: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 36: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 37: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 38: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 39: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 40: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

40TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Tính chất của một số chất hấp phụ

Page 41: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 42: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 43: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 44: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

44TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Sơ đồ quá trình hấp phụ – giải hấp

Page 45: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 46: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

46TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Quá trình hấp phụKhử nước bằng phương pháp hấp phụ

Page 47: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 48: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 49: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 50: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

50TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp phụ bằng rây phân tử

Page 51: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 52: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 53: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 54: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 55: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 56: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

56TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp phụ bằng rây phân tử

Thời gian tới hạn (thời gian chu kỳ hoạt động của tháp

Page 57: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 58: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 59: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

59TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp phụ bằng rây phân tử

Điều kiện hoạt động cho một thiết bị khử nước bằng rây phân tử

Page 60: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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.

Page 61: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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.

Page 62: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 63: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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)

Page 64: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 65: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 66: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 67: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

67TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Hấp phụ bằng rây phân tử

A 08 8. Tính độ giảm áp

~ 4 psi < 8 psi

Page 68: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 69: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 70: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

70TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế

Page 71: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

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

Page 72: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

72TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế

Page 73: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

73TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế

Page 74: Cac Phuong Phap Khu Nuoc

74TS. Nguyễn Vĩnh Khanh

Chống thành tạo Hydrat bằng các chất ức chế