Bài giảng Công nghệ khí - Chương 4: Hydrate và dehydrate

Bài giảng CÔNG NGHỆ KHÍ Chương 4 HYDRATE VÀ DEHYDRATE GVGD: ThS. Hoàng Trọng Quang GVTG: ThS. Hà Quốc Việt Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí NỘI DUNG Giới thiệu Hàm lượng nước trong HC Gas hydrate Dehydrate bằng các chất ức chế Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giới thiệu 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 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giới thiệu Nước là tạp chất phổ biến nhất lẫn trong các hydrocarbon Nước lẫn trong khí thiên nhiên trong quá trình khoan, khai thác, vv… Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giới thiệu 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 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Khí đồng hành và khí thiên nhiên khai thác từ lòng đất thường bão hoà hơi nước và hàm lượng hơi nước phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và thành phần hỗn hợp khí. Mỗi một trạng thái của hệ sẽ tương ứng với hàm lượng hơi nước cực đại có thể có nhất định. Hàm lượng ẩm tương ứng với hơi nước bão hoà tối đa được gọi là cân bằng. Người ta phân chia độ ẩm của khí thành độ ẩm tương đối và tuyệt đối: Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Độ ẩm tuyệt đối (g/m3, kg/ triệu m3): Là khối lượng hơi 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 là g/m3 hoặc g/kg khí. Độ ẩm bão hòa (g/m3, kg/ triệu m3) : Là lượng hơi nước tối đa có thể tồn tại trong một thể tích khí tại mỗi điều kiện của hệ. Độ ẩm tương đối (RH) (%) : Là tỷ lệ giữa khối lượng hơi nước thực tế và lượng hơi nước tối đa (bão hoà). Có nghĩa là tỷ lệ giữa độ ẩm tuyệt đối trên trên độ ẩm bão hoà, đơn vị là % hay phần đơn vị. Nhiệt độ điểm sương (oC) : Là nhiệt độ tại áp suất cho trước mà tại đó hơi nước bắt đầu ngưng tụ. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON 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) 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, CO2 trong dòng khí lớn hơn 5% tạo ra các axit ăn mòn thiết bị. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hàm lượng nước trong HC Xác định hàm lượng nước bằng các dụng cụ đo 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 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 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 0-5000ppm 0-50% 0-90% Phạm vi Điện phân Thay đổi hằng số dielectric Trở kháng điện Tinh thể piezoelectric Hấp thụ nhiệt Hấp thụ hồng ngoại Hấp thu vi sóng Phương pháp Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hàm lượng nước trong khí ngọt Giản đồ McKetta và Wehe Để thuận tiện trong việc xác định nhanh lượng hơi nước trong hỗn hợp khí, thông thường người ta sử dụng giản đồ McKetta và Wehe, lượng hơi nước bão hòa phụ thuộc vào 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 trong nước thì hàm lượng ẩm tra từ giản đồ này cần phải nhận tương ứng với hệ số CG hoặc Cs. Khi tỉ trọng khí và hàm lượng 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 cao hơn, khi có mặt N2 thì hàm lượng ẩm thực tế lại giảm. Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Hình 1. Đồ thị hơi nước bão hòa trong hỗn hợp khí (gas) Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Bài toán cụ thể: Xác định hàm lượng nước bão hoà cho dòng khí hydrocacbon ngọt có SGg 0.9; nhiệt độ 70 oC và áp suất 6000 kPa - Từ Hình 1: W = 3520 mg/Sm3 - Hệ số hiệu chỉnh cho SGg 0.9: CG = 0.98 từ Hình 1a ->Hàm lượng nước: W = 0.98 x 3520 = 3270 mg/Sm3 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON 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 và nồng độ muối, đọc từ Hình 1a và 1b. Làm lại ví dụ 01 và 02 sử dụng các công thức trên. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Bảng 1: Tra hệ số A và B Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Hình 1a: tra hệ số CG Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Hình 1b: tra hệ số CS Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Công thức xác định W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2 Trong đó: Whc: Là lượng hơi nước tính được do tra Hình 1. y: Phần mol của các hydrocacbon. WH2S: Lượng hơi nước gia tăng do H2S tra đồ thị Hình 2. yH2S: Phần mol của H2S. WCO2: Lượng hơi nước gia tăng do CO2 tra đồ thị Hình 3. yCO2: Phần mol của CO2 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Hình 2. Đồ thị tra lượng nước do có mặt H2S. Temperature, oC Ef fe ct iv e W at er C on te nt , k g H 2O /1 06 s td m 3 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON Ef fe ct iv e W at er C on te nt , k g H 2O /1 06 s td m 3 Temperature, oC Hình 3. Đồ thị tra lượng nước do có mặt CO2. Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương bằng 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. Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Hình 4a: Đồ thị tra hàm lượng nước trong khí chua (chỉ tồn tại H2S). Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Hình 4b: Đồ thị tra hệ số nhân r. Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Ví dụ Ước lượng hơi nước bão hòa của khí hydrocacbon có γ = 0,75 có chứa 5% H2S và 20% CO2 tại 60oC và 10000kPa. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Giải W = yHCWHC + yH2SWH2S + yCO2WCO2 Trong đó: Whc: Là lượng hơi nước tính được do tra bảng là 2050kg/106 std m3. y: Phần mol của các hydrocacbon = 0,75. WH2S: Lượng hơi nước gia tăng do H2S tra đồ thị Hình 2. là 3300kg/106 std m3. yH2S: Phần mol của H2S = 0,05 WCO2: Lượng hơi nước gia tăng do CO2 tra đồ thị Hình 3 là 2800kg/106 std m3. yCO2: Phần mol của CO2 = 0,2. Thay số vào công thức trên, ta có: W = 0,75x2050 + 0,2x2800 + 0,05x3300 = 2260 kg/106 std m3 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 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. Đọc WHC, WH2S, WCO2 từ các Hình 1, 2 và 3 Dùng giản đồ Campbell với nồng độ H2S tương đương: yH2S* = yH2S + 0.75 x yCO2 Đọc hàm lượng nước từ Hình 4 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí HÀM LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ CHUA Qui đổi %CO2 sang %H2S theo công thức: %H2S(qui đổi) = %H2S + 0,75*%CO2 = 5 + 0,75x20 = 20% Sau đó từ đồ thị Hình 4b tra hệ số nhân lượng hơi ẩm r: r = 1,1. Khi đó: W = r.Whc = 1,1x2050 = 2255kg/106 std m3. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí LƯỢNG NƯỚC TRONG KHÍ HYDROCACBON 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 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí GAS HYDRATE Tác hại do Hydrate gây nên Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí GAS HYDRATE Hình ảnh Hydrate Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 31 GAS HYDRATE LÀ GÌ? Khái niệm Hydrate là những tập hợp chất có thể tồn tại bền vững dưới dạng tinh thể. Chúng là một dạng dung dịch rắn, trong đó các phân tử nước dung môi nhờ các liên kết hydro tạo thành khung hydrate, trong các khoang của khung này các phân tử có khả năng tạo hydrate như mêtan, etan, propane, isobutan, nitơ, H2S, CO2, sẽ chiếm chỗ. Các hydrocacbon có phân tử lớn hơn sẽ không có khả năng tạo hydrate. Gas hydrate có các đặc tính (biểu hiện) bên ngoài giống như nước đá, do đó có thể làm tắc nghẽn đường ống và các thiết bị. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 32 GAS HYDRATE SỰ THÀNH TẠO HYDRATE: Các hydrocarbon và nước có thể tạo thành các hydrate ở thể rắn: CH4.6H2O N2.6H2O C2H6.8H2O CO2.6H2O C3H8.17H2O H2S.6H2O i-C4H10.17H2O 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 các điều kiện P, T dẫn đến việc tạo thành hydrate. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí SỰ THÀNH TẠO HYDRATE: 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. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 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 cho trước. Xác định lượng hơi nước bão hào của dòng khí tại áp suất và nhiệt độ cho trước. Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Xác định điều kiện tạo thành hydrat trong quá trình giãn nở khí (giảm áp) Sử dụng các giản đồ trong Hình 5 Xác định điều kiện P, T tạo thành hydrat: Xác định SGg (Hình 1b) Xác định giá trị P, T từ Hình 6 Phương pháp Katz CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐiỀU KiỆN TẠO THÀNH HYDRATE Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 5a: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,6 GAS HYDRATE - Sử dụng các giản đồ Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 5b: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,7 GAS HYDRATE Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Áp suất cuối cùng, psia A Ùp su aát b an ñ aàu , p sia NHIỆT BAN ĐẦU, OF, PSIA Hình 5c: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,8 GAS HYDRATE Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí NHIEÄT ÑOÄ BAN ÑAÀ,U OF A Ùp su aát b an ñ aàu , p sia AÙp suaát cuoái cuøng, psiaHình 5d: Dự đoán điều kiện hình thành hydrate cho khí giãn nở có γ = 0,9 GAS HYDRATE Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 40 Ví dụ Một hỗn hợp khí có tỉ trọng  = 0,7 áp suất ban đầu 10000kpa (abs) qua JT van giãn nở còn 3400 kpa (abs) hỏi nhiệt độ khí trước khi qua van tối thiểu là bao nhiêu để không xảy ra hydrate. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 The university of technology in HCM city 41 Giải Hình 5b ( = 0.7) Áp suất ban đầu (= 10000kPa) Áp suất sau khi qua van JT (áp suất cuối) = 3400kPa Dự đoán nhiệt độ tối thiểu là 44oC Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 6: Đồ thị tra nhanh điều kiện tạo hydrate của khí hydrocacbon theo P, T. GAS HYDRATE- Xác định giá trị P, T Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 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 GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 44 GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ Hình 7a . Đồ thị hằng số cân bằng khí rắn của methane Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 7b: Đồ thị tra hằng số cân bằng khí rắn của Ethane GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 46 GAS HYDRATE Hình 8. Đồ thị tra hằng số cân bằng khí rắn của Propane Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 47 GAS HYDRATE Hình 9: Đồ thị tra hằng số cân bằng khí rắn của i-Butane Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 48 Hình 10a: Đồ thị tra hằng số cân bằng khí - rắn của n-Butane và CO2 GAS HYDRATE Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 49 Hình 10b: lượng hơi cân bằng khí rắn H2S Đồ thị tra hằng số cân bằng khí rắn của H2S GAS HYDRATE Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Bài tập minh hoạ 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? 0.002CO2 0.094N2 0.024C4 0.036C3 0.060C2 0.784C1 GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Bài tập minh hoạ: 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 áp suất đầu 10000kPa và áp suất sau 3400 kPa. 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) Xác định điều kiện thành tạo HydratGAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP KATZ Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 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 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí VÍ DỤ MINH HOẠ: Cho dòng khí: Xác định T tạo thành hydrat tại 4200 kPa ? 0.042H2S 0.070CO2 0.003N2 0.004C4 0.007C3 0.031C2 0.843C1 GAS HYDRATE Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí VÍ DỤ MINH HOẠ 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 GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP Baille -Wichert Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 The university of technology in HCM city 55 GAS HYDRATE - Phương pháp Trekell-Campbell Phương pháp Trekell-Campbell Phương pháp này dự đoán cho điều kiện thành tạo hydrate ở áp suất cao từ 7000kPa đến 41400 kPa, phương pháp này cũng tra đồ thị, ứng với mỗi áp suất thì mỗi cấu tử có khả năng tạo hydrate với một phần ΔT khác nhau. Riêng đối với C5+ thì: y.C5+ = 100*yC5+/(1- y.C1 – y.C5+) Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 56 Phương pháp Trekell- Campbell Hình 11a: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate ở 6,9 Mpa Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 57 Phương pháp Trekell- Campbell Hình 11b: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo Hydrat ở 13,8 Mpa Temperature Displacement T, oC o d e e rc e n t yd ro ca rb o n M P H Temperature Displacement T, oF Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 58 Phương pháp Trekell- Campbell Hình 11c: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo Hydrat ở 20,7 Mpa Temperature Displacement T, oC Temperature Displacement T, oF o d e e rc e n t yd ro ca rb o n M P H Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Phương pháp Trekell-Campbell o d e e rc e nt yd ro ca rb on M P H 6543210 Temperature Displacement T, oF Hình 11d: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate ở 27,6 Mpa Temperature Displacement T, oC Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Phương pháp Trekell-Campbell Temperature Displacement T, oF o d e e rc e nt yd ro ca rb on M P H Hình 11e: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate ở 34,5 Mpa Temperature Displacement T, oC Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Phương pháp Trekell-Campbell Hình 11f: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate ở 41,4 MPa Temperature Displacement T, oF Temperature Displacement T, oC M od e Pe rc en t H yd ro ca rb on Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 11g: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate của thành phần C5+ ở 6,9MPa Phương pháp Trekell-Campbell Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 11h: Đồ thị dự đoán nhiệt độ tạo hydrate của thành phần C5+ ở 13,8 ═41,4 Mpa Temperature Displacement (-T), oF M ol e Pe rc en t P en ta ne s Phương pháp Trekell-Campbell Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 12: Hiệu chỉnh nhiệt độ thành tạo Hydrate qua C3 GAS HYDRATE - PHƯƠNG PHÁP Baille -Wichert Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 65 DEHYDRATE – CHỐNG HYDRATE HÓA Tốt hơn hết là làm khô khí thật tốt trước khi qua các thiết bị công nghệ. Tuy nhiên, điều này rất khó thực hiện. Cách khác là cho chất ức chế (methalnol, glycol…) vào dòng 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) Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Chống tạo hydrate bằng các chất ức chế Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí DEHYDRATE BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ Bảng 2: Các chất ức chế Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí DEHYDRATE BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ Hình 13: Đồ thị tra nồng độ Methanol Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 68 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khối lượng nước tự do trong hệ thống, mw (kg) WH2O tại PSAT, TSAT = A WH2O tại PCOLT, TCOLT = B mW = F.(A-B) Nhiệt độ cần hạ, d (oC) d = HFT – TCOLT HFT: nhiệt độ tạo hydrate ở tại PCOLT. Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 69 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Nồng độ chất ức chế, XR. Công thức thực nghiệm: Trong đó: XR: Khối lượng chất ức chế trong hỗn hợp nước. (%) MW: Khối lượng phân tử chất ức chế. Ki: Hệ số và bằng 1297 Khi nồng độ chất ức chế XR > 25% thì ta phải tính nhiệt độ cần hạ theo công thức: d = -72ln(XH2O) XH20 là phần mol trong hỗn hợp nước – methalnol, sau đó qui đổi bằng đồ thị Hình 14 %100 .K . Wi W Md MdX R   Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Khối lượng MW một số chất ức chế thông dụng Methalnol EG (Etylen Glycol) DEG (Diethylen Glycol) Khối lượng phân tử, MW 32 62 106 Tỷ trọng (kg/m3) 800 1110 1120 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 71 Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Khối lượng chất ức chế Ta tính theo công thức sau: Trong đó: mI (kg): Khối lượng chất ức chế cần phải bơm. mW (kg): Khối lượng nước tự do trong hệ thống. XR (%): % khối lượng chất ức chế trong hỗn hợp nước. XL (%) : % khối lượng nguyên chất của chất ức chế. RL Rw I XX Xmm   . Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 The university of technology in HCM city 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: HCLIQ = 0,4 kgMeOH/m3 Chất lỏng mất trong pha khí: HCVAP = C*F*XR C tra hình 15. mI_TOTAL = ( mI WATER + mI HC LIQUID + mI VAPOR).SF SF hệ số an toàn 1,1 đến 1,2. Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 73 Hình 14: Đồ thị qui đổi phần mole của nước ra phần trăm khối lượng methanol trong dung dịch Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí 11/14/2013 74 Hình 15: Đồ thị tra hệ số C Phương pháp tính chất ức chế METHALNOL Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí DEHYDRATE BẰNG CÁC CHẤT ỨC CHẾ Ethylene Glycol Hình 16: Đồ thị tra nồng độ Ethylene Glycol Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Ví dụ: 3,5x106std m3/d khí thiên nhiên từ giàn khí tại 40oC và 8000kPa. Nhiệt độ hình thành hydrat của khí là 17oC. Khí từ phía bờ là 5oC và 6500kPa. Khí ngưng tụ khai thác tích tụ là 60m3/106 std m3. Tính 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) Bước 1: Nhiệt độ hình thành hydrat là = 17oC Bước 2: Nhiệt độ thấp nhất trong hệ thống = 5oC Nên: “d” = 17 – 5 = 12oC 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 76 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giải (tt) Bước 3: Lượng nước vào tại 40oC và 8000kPa = 1000kg/106 std m3 Lượng nước ra tại 5oC và 6500kPa = 160kg/106 std m3 Lượng nước tích tụ: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 77 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giải (tt) Bước 4: Tính nồng độ chất ức chế: Bước 5: Khối lượng chất ức chế: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 78 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giải (tt) Tính tổn thất trong pha hydrocacbon Trong pha hơi: – Tra hình 17 tại 5oC và 6500kPa, ta có: – Tổn thất: – Tổn thất trong pha hơi: Trong pha lỏng: sử dụng 0,4 MeOH/m3 condensate – Tổn thất trong pha lỏng: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 79 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Giải (tt) Tính tổn thất trong pha hydrocacbon (tt) Tổng tổn thất: = 880 + 1370 + 80 = 2330kg/d = 0,12 m3/h Đối với 80% EG – Tính XR từ phương trình: Khối lượng chất ức chế yêu cầu trong nước: 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 80 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 17a: Trạng thái cân bằng Hơi-Nước của MeOH/Nước 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 81 Copyright 2008 Khoa Kỹ thuật Địa chất Dầu khí Hình 17b: Trạng thái cân bằng Hơi-Nước của MeOH/Nước 11/14/2013 Trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 82