BÌNH TÁCH DẦU KHÍ
PHAÀN 13 PHAÀN 13 LÀM KHÔ KHÍ BẰNG GLYCOL
Khí được làm khô với mục đích tách hơi nước ra khỏi khí gas để tránh hiện tượng có nước tự do xuất hiện trong hệ thống (nứơc là nguồn gốc của hiện tượng hydrates và ăn mòn) và tạo ra cho khí có nhiệt độ điểm sương theo nước thấp hơn so với nhiệt độ cực tiểu mà tại đó khí được vận chuyển hay chế biến. Trong công nghiệp các phương pháp làm khô khí sau đây thường được sử dụng: hấp thụ bằng các chất lỏng hút ẩm như diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG), monoethylene glycol (MEG), tetraethylene glycol (TREG), hấp thụ hơi nước bằng các tác nhân sấy rắn hoạt tính, ngưng tụ ẩm do nén, hoặc (và) làm lạnh khí.
Với ưu điểm của TEG có độ hút ẩm cao, tạo được điểm sương cho khí sau làm khô khá cao (-47 oC) . khi tái sinh dễ dàng thu được dung dịch có nồng độ khối lượng cao trên 99% nên nó được dùng trong hầu hết các hệ thống làm khô khí.
Sơ đồ công nghệ tiêu biểu cho cụm làm khô khí như sau:
Hình 13.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống làm khô khí bằng glycol NỒNG ĐỘ TỐI THIỂU CỦA GLYCOL SẠCH:
Nồng độ của glycol sạch là yếu tố ảnh hưởng mạnh nhất đến điểm sương của khí gas nó cao hơn ngay cả khi bạn tăng lưu lượng tuần hoàn glycol. Trong tháp tiếp xúc (contactor) glycol sạch chỉ tiếp xúc với khí gas tại mâm trên cùng còn ở các mâm dưới nồng độ glycol đã giảm đi do đã hấp thụ nước do đó trong tháp tiếp xúc điểm sương thực tế của khí đã làm khô sẽ cao hơn từ 8
oC đến 12oC so với điểm sương cân bằng. Thông thường làm khô khí bằng glycol được thực hiện đến điểm sương không thấp hơn –25 oC đến –35oC. Muốn làm khô triệt để thì cần dung dịch glycol có độ sạch càng cao. Để chọn nồng độ yêu cầu của glycol sạch để đạt được nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí gas sau làm khô ta có đồ thị 13.2
Hình 13.2: Đồ thị tra nồng độ glycol sạch yêu cầu
Giả sử nhiệt độ điểm sương sau khi làm khô khí gas là –5 oC nhiệt độ tháp tiếp xúc là 46 oC để đạt được các yều nhiệt độ điểm sương này trong khi tra đồ thị ta lấy giảm nhiệt độ điểm sương xuống thêm 10 oC vậy khi đó nhiệt độ điểm sương là –15 oC. Tọa độ của điểm sương cân bằng – 15oC và nhiệt độ tháp tiếp xúc 46oC rơi vào đường nồng độ glycol sạch là 99.5%. đây chính là nồng độ glycol sạch yêu cầu .
Đường nồng độ đứt đoạn ứng với nồng độ 98.5% đây là giới hạn của nồng độ glycol có thể tái sinh ở 204 oC áp suất bình tái sinh là áp suất điều kiện tiêu chuẩn. Khi muốn đạt nồng độ glycol sau khi tái sinh lớn hơn thì phải được tái sinh trong điều kiện áp suất chân không (bé hơn 101 Kpa) hoặc (và)ứ cú sự tham gia của khớ stripping gas. Cứ giảm đi 1 kpa trong bỡnh tỏi sinh thỡ nồng độ phần trăm khối lượng glycol sạch tăng thêm 0.014% Khí stripping gas này phải là khí sạch nó được đưa vào thiết bị tái sinh với mục đích là làm giảm áp suất hơi nước trên bề mặt dung dịch, thúc đẩy
kpa thì dưới các điều kiện về nhiệt độ và áp suất như vậy ta có thể thu được glycol sạch có nồng độ khối lượng cỡ 99.5%
Nhiệt độ giới hạn trên trong tháp tiếp xúc được xác định bằng sự tiêu hao cho phép của glycol do bay hơi và trong thực tế nhiệt độ này vào khoảng 38 oC . Còn giới hạn dưới phụ thuộc vào sự giảm khả năng hút ẩm của glycol gây ra bởi sự tăng độ nhớt của glycol nhiệt độ cực tiểu này vào khoảng 10 oC
Trong hầu hết các hệ thống làm khô khí bằng glycol lưu lượng glycol tuần hoàn vào khoảng 15-40 lites TEG cho 1 kg H2O tách ra, đây là dải giá trị được cho là có kinh tế nhất
Để tính toán lưu lượng glycol tuần hoàn ta theo các bước sau đây:
1. Từ nhiệt độ điểm sương yêu cầu của khí gas sau khi làm khô trừ tiếp đi khoảng 10oC và nhiệt độ tháp tiếp xúc ta tra ra nồng độ Xgl (%) yêu cầu qua đồ thị 13.2
2. Tính lượng nước bão hoà của khí gas khi vào tháp tiếp xúc W_inlet (kg/106 std m3) 3. Tính lượng nước bão hoà của khí gas khi ra khỏi tháp tiếp xúc W_outlet (kg/106 std m3)
Bước 2 & 3 tra đồ thị hình 4.1
4. Tính tỉ số (W_inlet - W_outlet)/ W_inlet sau đó có số tầng lý thuyết của contactor N tra các đồ thị 13.5 đến 13.9 ta có lưu lượng tuần hoàn của TEG (m3 TEG/kg H2O)
5. Density cuûa TEG = 1.12kg/liter
6. Để tra lưu lượng stripping gas ta dùng đồ thị 13.3
Hình 13.3 : Đồ thị tra lưu lượng khí stripping cho still column Ví dụ bài toán:
Hệ thống làm khô khí cho dòng khí 3x106 std m3 /d, γ=0,6, áp suất 12500kpa và 40oC, nhiệt độ điểm sương yêu cầu –5 oC contactor có số mâm lí thuyết N=1.5. Tính toán nồng độ tối thiểu của glycol sạch và lưu lượng tuần hoàn
Để đạt được nhiệt độ điểm sương cân bằng là -5 oC thì trong tính toán ta phải lấy nhiệt độ điểm sương tính toán thấp đi thêm 10 oC khi đó nhiệt độ điểm sương tính toán là -15oC. Tra đồ thị 13.2 ứng với nhiệt độ điểm sương -15 oC và nhiệt độ bình contactor 40 oC ta tra ra nồng độ glycol sạch yêu cầu là Xgl = 99.2%
Lượng nước bão hoà của khí gas khi vào contactor (12500kpa, 40 oC) tra đồ thị 4.1 W_inlet:
700kg nước /1 triệu m3 khí gas
Lượng nước bão hoà của khí gas khi ra contactor (12500kpa, -5 oC) tra đồ thị 4.1 W_outlet:
60kg nước /1 triệu m3 khí gas
(W_inlet - W_outlet)/ W_inlet = (700-60)/700) = 0,914
tra hình 13.6 ra lưu lượng TEG tuần hoàn là 0,031 m3TEG/kg H2O lượng nước tách ra từ dòng khí là 3x(700-60)/24 = 80kg/h
vậy lượng TEG sạch tuần hoàn là 31(liter)x80 = 2480 lit/h
Để tra lưu lượng stripping gas ta dùng đồ thị 13.3 tra được 1 std m3 stripping gas/ m3 TEG x 2,48 = 2,48 std m3/h
Tính toán kích cỡ contactor:
Vận tốc cho phép của khí gas khi qua contactor:
v= Ks[(ρL -ρg)/ρg]0,5
Ks = 0,055m/s neỏu contactor duứng bublecaps = 0,09->0,105 contactor duứng structured packing
ρL khối lượng riêng pha lỏng với hệ TEG-H2O thì = 1120kg/m3 ρg khối lượng riêng pha khí ở điều kiện contactor kg/m3
riêng đối với contactor dùng structured packing thì có thể dùng v= 3/(ρg)0,5 khi đó đường kính tối thiểu của contactor là
d = [4qact/(πv)]0,5
d: đường kính contactor (m) qact lưu lượng khí thực tế (m3/s) lửu yự:
qact = m/ρg
qact = qstd PstdTactZact/(86400PactTstd)
m (kg/s) lưu lượng khối lượng dòng khí gas qstd (std m3/d) lưu lượng thể tích dòng khí
Ví dụ: TEG vào contactor để làm khô dòng khí gas 1x106 std m3/d ở 40oC, 7000kpa, hệ số nén của khí là z=0,85, Mw = 19 tính kích cỡ contactor dùng bublecaps, structured packing
Giải:
ρg = 7000x19/(0,85x8,314x313) = 60 kg/m3 v= Ks[(ρL -ρg)/ρg]0,5
contactor duứng bublecaps v= 0,055[(1120-60)60]0,5 = 0,23 m/s
(Ks = 0,055m/s neỏu contactor duứng bublecaps) qact = qstd PstdTactZact/(86400PactTstd)
= 1000000x101x313x0.85/(86400x7000x288)=0.154m3/s d = [4qact/(πv)]0,5
v=0,095[(1120-60)60]0,5 =0,39m/s hoặc
v= 3/(ρg)0,5 = 3/600,5 = 0,39
d = [4qact/(πv)]0,5 = [4x0,154/(0,39x3,14)]0,5 = 0,71m
Hình 13.4: Structured Parking và Bubble cap
Hình 13.5: Đồ thị tra lưu lượng glycol sạch (N = 1)
Hình 13.6 : Đồ thị tra lưu lượng glycol sạch (N = 1.5 )
Hình 13.7: Đồ thị tra lưu lượng glycol sạch (N = 2)
Hình 13.8 Đồ thị tra lưu lượng glycol sạch (N = 2.5)
Hình 13.9: Đồ thị tra lưu lượng glycol sạch (N = 3)
PHAÀN 14