Upload
mc-laren
View
222
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
1/292
http://www.ebook.edu.vn
Nguyn th Minh Hin
Cng ngh Ch bin
kh t nhin
v kh ng hnh
(Ti bn c sa cha v b sung)
Nh xut bn Khoa hc v k thut
H Ni 2004
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
2/292
http://www.ebook.edu.vn 3
Li Gii thiuLi Gii thiuLi Gii thiuLi Gii thiu
T thng 12 nm 1998 Nh my x lkh Dinh C, nh my x l khu tin ca nc ta chnh thc i vo hot ng, cung cp LPG phc v
cho cng nghip v dn dng. Cc d n Kh in m s I Vng Tu,
d n Kh in m s II C Mau v ang trin khai thc hin,
nhm s dng c hiu qu ngun nguyn liu kh thin nhin v kh ng
hnh ca t nc. Trc s pht trin ca ngnh cng nghip du kh ni
chung v ca ngnh cng nghip ch bin kh ni ring, nhu cu o to k
s v k thut vin hng nm ngy cng tng.
Cun Cng ngh ch bin kh thin nhin v kh ng hnh c bin
son nhm mc ch gii thiu cho cc k s, k thut vin v sinh vin
chuyn ngnh Cng ngh Ho du v kh nhng kin thc c bn v cc
phng php tnh ton hn hp cc hydrocacbon t C1 n C10 , H2O, CO2 ,
H2S, ... cc cu t chnh trong thnh phn kh t nhin v kh ng hnh,phc v cho vic tnh ton thit k cc qu trnh cng ngh x l kh. ng
thi cun sch cng cp n mt s qu trnh cng ngh chuyn ho kh
t nhin v kh ng hnh thnh cc hp cht ch yu s dng lm nguyn
liu cho cng ngh tng hp hu c - ho du.
Cun sch c chia lm ba phn:
Phn I: Thnh phn v tnh cht ca kh t nhin v kh ng hnh.
Trong phn ny gii thiu thnh phn, tnh cht v phng php tnh ton
cc i lng nhit ng ca hn hp kh t nhin v kh ng hnh. Trong
mi chng u c cc bi ton v d p dng lm sng t l thuyt, cngc cc kin thc c bn. Tc gi cng a vo trong phn ny cc th
thc nghim rt cn thit cho vic tnh ton thit k cng ngh.
Phn II: Cc qu trnh cng ngh c bn ch bin kh, bao gm cc
cng ngh lm sch kh khi cc tp cht (tch bi, lm ngt kh, sy kh) v
cc qu trnh cng ngh ch bin hin ang c s dng ph bin. l
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
3/292
http://www.ebook.edu.vn4
cc qu trnh cng ngh ngng t nhit thp, hp th nhit thp v
chng ct nhit thp. Tu theo thnh phn hn hp kh a vo ch bin
v yu cu mc tch cc cu t nh trc m la chn gii php cng
ngh thch hp. Ln ti bn ny c b sung cng ngh ca Nh my x l
kh Dinh C (B Ra Vng Tu).
Phn III: Chuyn ho kh t nhin v kh ng hnh, bao gm cc qu
trnh cng ngh c bn chuyn ho kh thnh kh tng hp, metanol,
amoniac, axetylen..., l nhng nguyn liu quan trng cho tng hp hu c -
ho du.
Mc d tc gi dnh nhiu n lc nhng do bin son ln u, nn
chc khng trnh khi cn thiu st. Rt mong cc bn ng nghip v bn
c gp b sung cun sch c hon thin hn trong cc ln ti bn
sau.
GS. TS. o Vn Tng
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
4/292
http://www.ebook.edu.vn 5
Mc lc
Li gii thiu 3
Cc k hiu dng trong sch 9
Phn IThnh phn v tnh cht ca kh t nhin
v kh ng hnh 11Chng I
Gii thiu v kh t nhin v kh ng hnh 13
I.1. Thnh phn v cc c tnh ca kh t nhin v kh ng hnh 13I.2. Ch bin v s dng kh t nhin v kh ng hnh trn th gii 15I.3. Ch bin v s dng kh t nhin v kh ng hnh Vit Nam 17
Chng II
Cc tnh cht ca kh t nhin v kh ng hnh 19
II.1. Phng trnh trng thi ca cc hydrocacbon 19II.2. Gin pha h mt cu t 21II.3. Gin pha h nhiu mt cu t 24II.4. Cn bng pha lng hi 27II.5. Phng php gii tch xc nh hng s cn bng pha ca hn hp
cc hydrocacbon 31II.6. Phng php gin xc nh hng s cn bng pha ca hn hp
cc hydrocacbon 40II.7. ng dng ca hng s cn bng pha 51
Chng III
Cc thng s nhit ng ca cc hydrocacbonring bit v hn hp ca chng 55
III.1. Nhit si v p sut hi bo ho 55
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
5/292
http://www.ebook.edu.vn6
III.2. Cc i lng ti hn 58
III.3. Thng s acentric 72
III.4. Cc tnh cht ca hydrocacbon trng thi lng 73
Chng IV
Tnh cht ca h hydrocacbon v nc 77
IV.1. Hm m ca kh 77
IV.2. Cc phng php xc nh hm m ca kh 77
IV.3. nh hng ca nit v cc hydrocacbon nng n hm m ca kh 92IV.4. Hm m cn bng ca cc hydrat 93
IV.5. S to thnh hydrat 94
IV.6. D on kh nng to thnh hydrat 97
Phn IICc qu trnh cng ngh c bn ch bin kh 111
Chng V
Chun b kh ch bin 113
V.1. Lm sch kh khi cc tp cht c hc 113
V.2. Cc phng php hn ch s to thnh hydrat trong qu trnh ch
bin kh 116
V.3. Lm sch kh khi H2S v CO2 (lm ngt kh) 127
Chng VI
Ch bin kh bng phng php ngng t 131
VI.1. S ngng t nhit thp c chu trnh lm lnh ngoi 132
VI.2. S ngng t nhit thp c chu trnh lm lnh trong 143
VI.3. S ngng t nhit thp c chu trnh lm lnh t hp 147
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
6/292
http://www.ebook.edu.vn 7
Chng VII
Ch bin kh bng phng php hp th 155
VII.1. S nguyn l cng ngh ch bin kh bng phng php hp th 155
VII.2. Cc thng s cng ngh ca qu trnh ch bin kh bng phng
php hp th nhit thp 159
VII.3. Cc phng trnh c bn tnh ton qu trnh hp th 162
VII.4. Cc s cng ngh hp th nhit thp hin i 166
Chng VIII
Ch bin kh bng phng php chng ct 176
Chng IX
Phm vi ng dng ca cc qu trnh ch bin kh 181
Phn III
Chuyn ho kh t nhin v kh ng hnh 185Chng X
Oxy ho ghp i metan 187
X.1. Xc tc v c ch qu trnh oxy ho ghp i metan 187
X.2. Cc thit b phn ng nghin cu qu trnh oxy ho ghp i metan 192
Chng XI
Cc cng ngh chuyn ho metan thnh kh tng hp 194
XI.1. C ch qu trnh 194
XI.2. Cc qu trnh cng ngh c bn 195
XI.3. Cc qu trnh cng ngh pht trin 202
XI.4. So snh v nng lng v gi c 204
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
7/292
http://www.ebook.edu.vn8
Chng XII
Cng ngh tng hp metanol 206
XII.1. Cng ngh tng hp metanol trc tip t metan 206
XII.2. Cng ngh sn xut metanol t kh tng hp 209
Chng XIII
Cng ngh tng hp amoniac 223
XIII.1. C s ho l ca qu trnh tng hp amoniac 223
XIII.2. Cng ngh tng hp amoniac 227
Chng XIV
Cng ngh tng hp axetylen 233
XIV.1. C s ho l ca qu trnh phn hu hydrocacbon sn xut
axetylen 233
XIV.2. Cng ngh sn xut axetylen 242
Ph lc 257
Ph lc 1.Hng s cn bng pha K 259
Ph lc 2. Cc h n v o v quan h gia chng 263
Ti liu tham kho 288
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
8/292
http://www.ebook.edu.vn 9
Cc k hiu dng trong sch
Tha s acentric
T trng
H s hiu chnh i vi kh chua
i H s fugat ca cu ti
i H s hot ca cu ti
ai Hot ca cu ti
C3 Cc hydrocacbon parafin t propan tr ln
fi Fugat ca cu ti
fiK Fugat ca cu ti trng thi kh
fiL Fugat ca cu ti trng thi lng
fio Fugat ca cu ti tinh khit
fw Fugat ca hi nc
gi Khi lng ca cu ti
kHng s tc ca phn ngKP Hng s cn bng ca phn ng
Ki Hng s cn bng pha ca cu ti
Kr-k Hng s cn bng rn - kh
Mi Khi lng phn t ca cu t i
ni S mol cu ti
P p sut, MPa (h SI), psi (h Anh)P* p sut hi ca hn hp nhit T= 0,7TcPc p sut ti hnP
c
p sut gi ti hn (ca hn hp)Pci p sut ti hn ca cu tiPqt p sut quy tPr p sut rt gnPr p sut gi rt gn (ca hn hp)Q Hiu ng nhit, kJ/mol
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
9/292
http://www.ebook.edu.vn10
t Nhit , oC (h SI), oF (h Anh)
T Nhit tuyt i, K
Tc Nhit ti hn
Tc Nhit gi ti hn (ca hn hp)
Tci Nhit ti hn ca cu ti
Tr Nhit rt gn
Tr Nhit gi rt gn (ca hn hp)
v
i Nng phn th tch ca cu t i
Vc Th tch ti hn
Vc Th tch gi ti hn (ca hn hp)
Vci Th tch ti hn ca cu tiVi Th tch ca cu ti
Vr Th tch rt gn
Vr Th tch gi rt gn (ca hn hp)
W Hm m ca hn hp kh chua
W1 Hm m ca CO2
W2
Hm m ca H2SWhc Hm m ca hn hp cc hydrocacbon (kh ngt)
xi Nng phn mol ca cu t i
xi Nng phn khi lng ca cu ti
xw Phn mol ca nc trong pha lng
yw Phn mol ca nc trong pha hi
z H s chu nn
Cc ch vit tt
LPG (Liquefied Petroleum Gas) Kh ng hnh ho lng
LNG (Liquefied Natural Gas) Kh t nhin ho lng
CNG (Compressed Natural Gas) Kh t nhin nn
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
10/292
http://www.ebook.edu.vn 11
phn I
Thnh phn v tnh chtca kh t nhin v kh ng hnh
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
11/292
http://www.ebook.edu.vn12
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
12/292
http://www.ebook.edu.vn 13
Chng I
Gii thiu v kh t nhin v kh ng hnh
I.1. Thnh phn v cc c tnh ca kh t nhin v
kh ng hnh
Nhng cu t c bn ca kh t nhin v kh ng hnh l: metan, etan,propan, butan (normal v izo ). Kh t nhin c khai thc t cc m kh,
cn kh ng hnh c khai thc t cc m du ng thi vi qu trnh khai
thc du m. Trong kh t nhin thnh phn ch yu l metan (chim n
98% theo th tch). Cc m kh t nhin l cc ti kh nm su di mt t.
Kh ng hnh nhn c t cc m du cng vi qu trnh khai thc
du m. Trong thnh phn ca kh ng hnh ngoi cu t chnh l metan
cn c etan, propan, butan v cc hydrocacbon nng vi hm lng ng k.
Thnh phn nhng cu t c bn trong kh thay i trong mt phm vi kh
rng tu theo m du khai thc. Ngoi ra trong thnh phn kh t nhin v
kh ng hnh cn c H2O, H2S cng cc hp cht cha lu hunh, CO2, N2
v heli.
Ngi ta cn phn loi kh theo hm lng hydrocacbon t propan tr
ln. Kh giu propan, butan v cc hydrocacbon nng (trn 150 g/m3) c
gi l kh bo (hoc kh du). T kh ny ngi ta ch c xng kh, kh
ho lng (LPG) v cc hydrocacbon cho cng ngh tng hp hu c. Cn kh
cha t hydrocacbon nng (t propan tr ln, di mc 50 g/m3) gi l kh
kh (hoc kh gy), c s dng lm nhin liu cho cng nghip v i
sng, lm nguyn liu cho cng ngh tng hp hu c, nguyn liu cho sn
xut phn m, sn xut etylen, axetylen, etanol ...Tr lng kh c th pht hin c tnh vo khong 1.300 t m3 kh. Tr
lng ny phn b trn ton lnh th nhng ch yu l cc b Nam Cn
Sn, Sng Hng, Malay - Th Chu. Trong cc bng I.1, I.2, I.3 di y cho
thnh phn kh t nhin v kh ng hnh khai thc c mt s m ca
Vit Nam.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
13/292
http://www.ebook.edu.vn14
Bng I.1. Thnh phn kh b Cu Long (% theo th tch)
Rng (l 09)M
Thnh phn
Bch H
(l 09) Kh t do ng hnh
Rng ng
(l 09)
Ruby
(l 01)
Metan C1
Etan C2
Propan C3
Butan C4
Condensat C5+
N2CO2
H2S
76,82
11,87
5,98
1,04
0,32
0,501,00
84,77
7,22
3,46
1,70
1,30
76,54
6,89
8,25
0,78
0,50
77,62
10,04
5,94
2,83
0,97
0,330,42
78.02
10,67
6,70
1,74
0,38
0,600,07
Bng I.2. Thnh phn kh b Nam Cn Sn (% theo th tch)
M
Thnh phn
i Hng(05-1a)
Lan Ty(06-1)
Lan (06-1)
Rng i(11-2)
Hi Thch(05-2)
Mc Tinh(05-3)
Metan C1
Etan C2
Propan C3
Butan C4
Condensat C5+N2CO2
H2S
77,25
9,49
3,38
1,34
0,48
4,50
88,5
4,3
2,4
0,6
1,4
0,3
1,9
10,0
93,9
2,3
0,5
0,1
0,2
1,6
1,2
Cha o
81,41
5,25
3,06
1,47
0,55
0,08
5,64
0,00
81,00
5,20
2,8
1,50
4,70
0,11
4,40
89,44
3,80
1,48
0,71
0,54
0,15
3.88
Bng I.3. Thnh phn kh b Malay Th Chu (% theo th tch)
Thnh phn PM3 UNOCAL L Ty Nam
Metan C1
Etan C2
Propan C3Butan C4
Condensat C5+
N2CO2
H2S
77,91
6,86
4,091,98
0,42
0,80
7,86
89,65
2,74
0,400,17
0,05
2,14
4,38
89,42
4,26
2,381,12
0,32
0,34
1,88
24 ppm
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
14/292
http://www.ebook.edu.vn 15
Hm lng CO2 b Sng Hng cao 75 85%. Hm lng H2S, CO2 rtnh trong kh ng hnh m Bch H, Rng, i Hng... l rt thun li choch bin v s dng, an ton thit b v khng gy nhim mi trng.
I.2. Ch bin s dng kh t nhin v kh ng hnhtrn th gii
Kh t nhin v kh ng hnh c khai thc t trong lng t l hnhp cc hydrocacbon ca dy metan gm c: metan, etan, propan, butan...Ngoi ra trong thnh phn ca kh cn c: He, N 2, CO2, H2S... S lng vhm lng cc cu t thay i trong nhng khong rng.
Metan l thnh phn chnh trong kh t nhin, c s dng ch yu lmnhin liu cho l nung v ni hi. Etan, propan, butan v hydrocacbon nngdng ch yu cho cng nghip tng hp hu c. V vy CHLB Nga v ccnc cng nghip pht trin, vic s dng hp l cc hydrocacbon c ngha rt to ln.
Kh ng hnh v kh t nhin l ngun chnh cung cp cc nguyn liu
quan trng cho cng nghip ho hc v ho du, v d etan. M t etan ch bin 40% etylen phc v cho sn xut nha tng hp, oxit etylen, chthot ng b mt, nhiu sn phm v bn sn phm ho hc khc (hin nay
ngi ta nh gi mc pht trin cng nghip tng hp hu c theo tngsn lng v nhu cu etylen). M do s dng etylen vi hiu qu cao vocui nhng nm 60 ca th k trc nn sn xut etan tng 24 31%. M v Canaa, vn chuyn etan ngi ta xy dng nhng h thngng ng dn khng l. V d nm 1977 hon thnh vic xy dngng ng di gn 3 ngn kilmet vn chuyn etan, etylen, propan vbutan t min Ty sang min ng Canaa v sang c M (cng sut ca
ng ng l 2,2 ... 2,4 triu tn/nm, p sut lm vic 10 MPa). cc ncTy u, sau khi tm ra cc m kh t nhin ln tng cng s quan tmn cc nguyn liu nhit phn nh, bi v s dng etan trong cng nghip
ho hc v cng nghip ho du hiu qu v c c s cn bng gia snxut v nhu cu etylen. Mt khc butadien v cc sn phm ph khc caqu trnh nhit phn benzin cng l cc nguyn liu rt cn thit.
Vic s dng etan cho php gim u t vo sn xut etylen, rt ngnthi hn xy dng cc dy chuyn cng ngh ho hc v ho du khp kn(etylen - polyetylen, etylen - ru etylic, ...), bi v khi nhit phn etan chohiu sut sn phm ph ti thiu (hiu sut etylen t etan l 70%, t benzin
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
15/292
http://www.ebook.edu.vn16
l 27%, t gazoil l 15%).
Thc t nhiu nc trn th gii cho thy rng, vi tr lng du vkh t nhin ln, c th t chc sn xut quy m ln c li nhun cao ccsn phm etan, kh ho lng (LPG, LNG), cc hydrocacbon khc, v nhinliu cho ng c. Do hiu qu cao ca nhin liu kh v s quan tm ngycng tng n cc sn phm ca n trn th trng th gii, nhiu nc khaithc du kh xy dng, m rng v trang b li cc nh my ch bin kh.
Trong nhng nm gn y cc nc Trung ng (Iran , rp Xut,
Baren, ...) d nh hon thnh chng trnh v khai thc, ch bin v vnchuyn kh ng hnh vi tng gi tr khong 33 t USD. Ngi ta cho rngiu cho php xut khu khong 46 triu tn LPG mi nm.
Mt trong nhng vn ca chng trnh l xy dng nhng nh myc cng sut ln sn xut etylen, polyetylen, styren, v cc sn phm ho
du khc. rp Xut d nh s t 8% tng sn lng th gii v nhng snphm . Trong nm 1978, cc nc t bn (tr M) u t 3,2 t la xy dng nhng nh my ch bin kh, chim khong 50% tng s u tcho cng nghip ch bin du.
Kh t nhin v kh ng hnh khng ch l nhin liu v nguyn liu
sn xut etan, propan, v cc hp cht khc. Khi lm sch v ch bin khngi ta cn nhn c mt lng ln lu hunh, heli v mt s sn phmv c khc cho nhiu ngnh kinh t quc dn. Canaa l nc ng th haitrong s cc nc pht trin v sn xut cc hp cht cha lu hunh t cngnghip ch bin kh t nhin. M ng u v sn xut heli, mt trongnhng sn phm quan trng nht trong cng ngh nghin cu v tr, nghincu kh quyn, k thut thm lnh, sc k, ...
M c 12 nh my sn xut heli vi tng sn lng 135 m3/nm. Nhucu v heli nm 1980 l 35 triu m3, n nm 1999 l 60 triu m3. Theochng trnh quc gia di hn, ton b s heli d tha t cc nh my ch
bin kh c bo qun di lng t cho n khi tr lng heli t kh tnhin v kh ng hnh cn s c mang ra s dng, bi v tch heli tkhng kh c chi ph cao hn rt nhiu.
Trong nhng nm gn y, nhiu nc c xu hng tng cng sut ccnh my ch bin kh. Ti cc nh my ch bin kh mi xy dng, ngi ta lp t cc thit b mi thc hin ng thi mt vi qu trnh cng nghch bin kh. C nhng nh my ti cc qu trnh cng ngh c bn c
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
16/292
http://www.ebook.edu.vn 17
thc hin trong mt bloc. M v Canaa c dy chuyn cng ngh vicng sut 4 t m3/nm, nh gim vn u t, gim nhn cng phc v vtng tin cy ca cc nguyn cng trong nh my ch bin kh.
Tng cng sut cc nh my ch bin kh tng nhp pht trin cacng nghip ch bin kh. iu cn ph thuc rt nhiu yu t nh: cngngh ch to thit b, vn khai thc v vn chuyn kh, s dng nguynliu v sn phm. l nhng vn rt phc tp, gii quyt cn phixut pht t iu kin s dng hp l ngun ti nguyn kh t nhin v khng hnh ca tng nc.
I.3. Ch bin v s dng kh t nhin v kh ng Hnh Vit nam
Cho n nay Vit Nam ang khai thc 6 m du v 1 m kh, hnh thnh4 cm khai thc du kh quan trng:
Cm m th nht nm vng ng bng Bc B, gm nhiu m kh
nh, trong c Tin Hi C, tr lng khong 250 t m3 kh, bt ukhai thc t thng 12 nm 1981 vi trn 450 triu mt khi kh phc v cngnghip i phng. Vi cc pht hin mi trong khu vc ny, y l c snguyn liu cho cng nghip kh cc tnh pha Bc.
Cm m th hai thuc vng bin Cu Long, gm chui 4 m du:Bch H, Rng, Rng ng, Ru Bi, l cm quan trong nht hin nay, cungcp trn 96% sn lng du ton quc.
Hin nay m Bch H v m Rng c 21 gin khai thc ln nhang hot ng vi hn 100 ging khoan khai thc v bm p. Kh nghnh t c thu gom v a vo b bng ng ng dn di 110 km.
Thng 4 nm 1995 cung cp 1 triu m3 kh / ngy cho nh my in B Ra.
Nm 1997 tng ln 2 triu, ri 3 triu m3 kh / ngy cung cp cho nhmy in Ph M 2.1 v Ph M 2.1 m rng.
Thng 10 nm 1998 nh my x l kh Dinh C t mc thit k 4,2 trium3 kh / ngy.
Thng 12 nm 1998 bt u sn xut LPG. Hin nay mi ngy nh myDinh C gom, nn, x l kh t mc 4,6 ... 4,7 triu m 3 / ngy (khong 1,5 tm3 / nm) sn xut 800 tn LPG, 350 tn condensat.
ng thi khu vc ny cng v ang nghin cu tng cng sutchung ca h thng ln trn 2 t m 3 / nm.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
17/292
http://www.ebook.edu.vn18
Cm m th ba vng bin Nam Cn Sn gm m du i Hng angkhai thc v cc m kh pht hin khu vc xung quanh l Lan Ty, Lan, Hi Thch, Mc Tinh v m du kh Rng i Ty... ang chun b avo khai thc.
Ring m kh Lan Ty - Lan vi tr lng xc minh l 58 t m 3 scung cp n nh lu di mc 2,7 t m 3 kh / nm.
Trong vi nm ti y khu vc ny s l cm khai thc v cung cp khln nht Vit Nam, m bo cung cp 5 n 6 t m 3 / nm.
Theo d kin ca PetroVietnam, trong khong thi gian t 2003 n
2010, cm m du kh vng bin Cu Long v Nam Cn Sn c th cungcp 6 n 8 t m3 kh / nm s l c s nguyn liu cho cm cng nghip dukh B Ra Ph M v Dung Qut.
Cm m th t ti thm lc a Ty Nam bao gm m Bunga Kekwa Ci Nc ang khai thc du, m Bunga Orkid, Bunga Parkma, Bunga Rayati khu vc tho thun thng mi Vit Nam - Malaysia s l khu khai thcv cung cp kh ln th hai v s l c s m bo s pht trin khu cngnghip du kh C Mau - Cn Th.
L PM-3-CAA bt u khai thc du t thng 8-1997. K hochpht trin kh v cc iu kin thng mi tho thun cho php hy vng
vic khai thc kh s c th bt u t cui 2003 vi sn lng khong 2,5 tm3/ nm cho hai pha trong thi gian t nht 15 n 17 nm, thm ch c th25 n 30 nm. V ngoi phn tr lng xc minh l 47 t m3 cn c phntim nng (khong 60 t m3) c th c xc minh trong nhng nm ti.
Cc l 46, 50, 51 lin k khoan 11 ging thm d, trong c 8ging pht hin du, c bit l kh. Nu c cc gii php thch hp, giiquyt cc kh khn (m nh, nhiu CO 2, ...) l 46 vi tr lng 15 ... 20 tm3 c th cung cp khong 1 t m 3 / nm.
L B + 48/95 + 52/97 giao thu cho UNOCAL c nh gi cth c ti 160 t m3, hy vng m bo cung cp di hn 2 ... 5 t m 3 / nm.
Ni chung kh t nhin v kh ng hnh ca Vit Nam cha rt t H 2S
(0,02 g /m3) nn l loi kh sch, rt thun li cho ch bin, s dng an tonvi thit b v khng gy nhim mi trng.
Vi tim nng v kh kh phong ph nh vy, nc ta c iu kin phttrin cng nghip du kh trn ton lnh th. Khai thc v s dng hp lngun ti nguyn thin nhin qu gi ny, trong tng lai ngnh cng nghipdu kh s l mt ngnh cng nghip pht trin mnh, ng gp ng k vos pht trin ca t nc.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
18/292
http://www.ebook.edu.vn 19
Chng II
Cc tnh cht ca kh t nhin v kh ng hnh
II.1. Phng trnh trng thi ca cc hydrocacbon
Cc tnh cht vt l ca kh t nhin v kh ng hnh ph thuc vocc thng s ca hn hp v thnh phn ho hc ca n. Thnh phn ca h
nhiu cu t c th biu din bng nng theo khi lng (xi), theo mol(xi), hoc theo th tch (vi). Nh vy nu gi l khi lng ca cu t th itrong hn hp th nng phn khi lng ca cu t i s c biu dinbng biu thc sau:
= iii ggx (II.1)
Tng t, ni l s mol cu t th i trong hn hp kh th nng phnmol ca cu t thi s c biu din bng biu thc:
= iii nnx (II.2)
Vi l th tch cu t th i trong hn hp kh th nng phn th tch
ca cu ti c biu din bng biu thc sau:
= iii VVv (II.3)
Gia cc nng c quan h vi nhau v c th tnh chuyn i t nng ny sang nng khc.
Khi tnh ton cng ngh qu trnh ch bin kh, cn thit phi xc nhtnh cht nhit ng ca cc cht v hn hp ca chng nh entanpi, entropi,t trng, fugat.
xc nh cc i lng trn, ngi ta s dng phng trnh trng thixc nh quan h gia nhit , p sut v th tch ca h.
Vi h kh l tng chng ta c phng trnh trng thi:PV = nRT (II.4)
Tnh cht nhit ng ca kh t nhin, kh ng hnh v cc cu t cachng rt khc vi tnh cht ca kh l tng, c bit nhit thp v psut cao. V vy khng th s dng phng trnh trng thi kh l tng xc nh cc tnh cht ca chng. Do , c rt nhiu phng trnh trng thim t h kh thc.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
19/292
http://www.ebook.edu.vn20
Phng trnh Van der Waals:
(P + a/v2 ) (vb) = RT (II.5)
trong : a, b l cc hng s tng quan; vl th tch mol.
Phng trnh Benedict - Webb - Rubin (BWR): phng trnh c cha 8hng s:
P = RT+ ( B0RTA0C0/T2 ).2 + (bRTa).3
+ a6 + (c3/T2 ).(1 + 2 ) e2 (II.6)
trong : A0,B0, C0, a, b, c, v l cc hng s quan h;
P l p sut;Tl nhit tuyt i; l t trng mol.
Phng trnh Redlich - Kwong (RK):
)(5,0 bT
a
b
RTP
+
=
vvv
(II.7)
trong : a, b l cc hng s quan h; v l th tch mol.
Phng trnh Peng - Robinson (PR).
)()(
)(
bbb
Ta
b
RTP
++
=vvvv
(II.8)
trong : a, b l cc hng s quan h; v l th tch mol.
Cc phng trnh BWR, RK v PR cn c gi l cc phng trnhtrng thi lp phng v khi vit cho th tch chng cha m lp phng.
Cc hng sa, b l hm ca nhit ti hn Tc , p sut ti hn Pc v
tha sgi l tha s acentric. Tha sc xc nh t phng trnh sau:
= logPr 1 (II.9)
trong : Pr =P*/Pc (II.10)
P* l p sut hi T= 0,7Tc;Pc l p sut ti hn; Tc l nhit ti hn.
Tha sc s dng ph bin nh mt cng c hiu chnh s sailch trong phng trnh trng thi kh thc.
Ngi ta cn a ra thng s hiu chnh z v phng trnh trng thi cdng n gin:
PV = zRT (II.11)
trong z l hm s ca cc thng s ca cc phng trnh trng thi ni trn.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
20/292
http://www.ebook.edu.vn 21
Phng trnh trng thi c th vit li di dng:
zRT
MWP )).((= (II.12)
trong (MW) l khi lng phn t trung bnh ca hn hp kh.
Phng trnh (II.12) dng khi cn tnh ton t trng ca kh nhit Tv p sut P.
Cc hng s v cc thng s tnh ton c th tm c trong cc tiliu v trong cc s tay.
II.2. Gin pha h mt cu t
Trn hnh II.1 l gin pha ca cht tinh khit (h mt cu t) theo hba trc to P, V, T. Cc min tn ti hai pha: BDHG - lng v rn, FGIJ -rn v hi, HCI - lng v hi.
Hnh II.1. Gin P V T ca h mt cu t
Cc min ny vung gc vi trc nhit . Min ch c pha lng l minvch pha bn tri min HCI v lin k min BDHG. Min ch c pha hi lsn dc pha bn phi ca min HCI. Tt c cc min u ng ch ,
Th tch
Rn
LngRn+
Lng Lng+ Hi
Rn + Hi
psut
NH
tI
Hi
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
21/292
http://www.ebook.edu.vn22
nhng c bit quan trng l min HCI. Ngi ta c th biu din trn h hai
trc to P T hoc P V. Tt c cc min hai pha u vung gc vi trc
nhit nn s l cc ng cong trong to P T nh trn hnh II.2.
Hnh II.2. Gin P T ca h mt cu t
ng HD, HC v FH l cc ng cn bng, bao gm tp hp cc gitr p sut, nhit , ti c cn bng pha.
im H l im duy nht ti nhit v p sut xc nh ng thi tnti ba pha cn bng vi nhau. Ti ng cn bng nhit v p sutkhng i h c th chuyn pha bng cch thm vo hoc ly bt nng lngca h.
Dc theo ng FH khng tn ti pha lng, v pha rn thng hoa thnhhi. Dng CO2 rn ("nc kh") lm lnh l mt v d. HD l ng
cn bng rn lng. Trng thi nc 00C (320F) v p sut kh quynthuc ng ny. ng HD c th dc theo chiu dng hay chiu m tuthuc vo cht lng co ngt hay gin n khi lm lnh. Nng lng thay idc theo ng HD gi l nhit nng chy. Ti bt k gi tr P v T dc theong ny, trng thi ca h c th hon ton lng hoc hon ton rn hochn hp rn - lng tu thuc vo mc nng lng ca h. ng HD cgi l ng bo ho rn - lng hoc ng cn bng rn - lng.
ng HC l ng bo ho hoc cn bng gia hai pha lng v hi.
nhit
psut
im ba
Hi qu nhit hockh
Rn
Lng
Hi
Cht lng cht
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
22/292
http://www.ebook.edu.vn 23
im C l im ti hn ng vi nhit ti hn TC v p sut ti hn PC. Tiim ny, cc tnh cht ca lng v hi tr thnh ng nht. i vi ncht, im ti hn c th c nh ngha l im m pha trn n, pha lngkhng th tn ti nh mt pha c lp. Ni cch khc, pha trn im ti hnkh khng th b ho lng bng cch nn p sut cao. Pha trn im C hc m t nh pha lng cht (dense fluid) khc vi pha hi v lng thngthng (liquid).
ng HC thng c gi l ng p sut hi. Cng c khi c gil ng cong im sng, v ng cong im bt ca n cht. Xem xt
qu trnh chuyn pha ng p trn hnh II.2. T "m" n "n" h trng thirn. H hon ton trng thi lng trong khong o - b. Ti "b", h trngthi lng bo ho. Bt k s cung cp nng lng s lm lng ho thnh hi nhit v p sut khng i. Ti "d", h trng thi hi bo ho. Tiptc tng nhit s nhn c hi qu nhit.
Ti cc gi tr p sut v nhit trn ng HC h c th tn ti honton trng thi lng bo ho hoc hi bo ho hoc hn hp lng hi. iukin h tn ti trng thi pha no ph thuc vo mc nng lng p sut v nhit xc nh.
Hnh vung "bfghd" trn hnh II.2 m t tnh cht pha quan trng khc
c xc minh bng thc nghim. Gi s trong bnh cha c ca s c y mt cht lng no . t bnh cha ti iu kin ca im b v chiuvo ca s cho d quan st. Tng p sut nhit khng i (nn ngnhit), i t "b" ti "f" nh sng s b m i. Ti mt im no (tng tnh khi chng ta nhy mt) nh sng hon ton bin mt. Khi ny, trongbnh cha c mt ci g ging nh hi nhng khng to bt nh vnthng thy. Ti "f" pha trn im ti hn C, h tn ti trng thi phath t, trng thi pha c bit khng th m t nh cc gic quan, thngc gi l pha lng cht (dense fluid) khc vi pha lng thng thng(liquid). Tuy nhin pha lng ny cng c th chy thnh dng v c sdng nh kh v lng thng thng. Pha lng ti "f" trng ging nh khnhng tnh cht li khc vi kh thng thng bn phi ng HC v phadi PC: n c t trng ln hn kh nhng chu nn cao hn lng thngthng.
T "f" c th thc hin qu trnh ng p ti "g", gim p ng nhit ti"h" v sau ng p ti "d". Nh vy chuyn t lng bo ho sang hibo ho m khng c s chuyn pha no c. C th i thng t "b" n "d"
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
23/292
http://www.ebook.edu.vn24
bng cch thm nng lng vo cht lng p sut khng i. Khi ny trongbnh cha s thy cc bt kh to thnh. Tip tc b sung nng lng lng schuyn thnh hi hon ton, khng c s thay i nhit khi i t "b"(lng bo ho) ti "d" (hi bo ho).
T im nhit ti hn tc trn trc nhit (hnh II.1) i ti im tihn C, tc l tip xc vi ng bao pha HCI. Cc ng nhit nmgia cc ng cong HC v CI bn trong ng bao pha tng ng vi psut khng i, l c trng c bn ca gin pha h 1 cu t. ngcong p sut hi ca cc hydrocacbon nh c a ra trn hnh III.1 v
III.2. l cc ng cong HC trn hnh II.2.
II.3. Gin pha h nhiu cu t
i vi h nhiu cu t, v tr ca cc ng cong trn gin pha phthuc vo thnh phn ca hn hp. Vi h mt cu t, ng bao pha HCIto thnh min l mt mt phng. i vi h nhiu cu t hn hp cc cht,ng bao pha to thnh khng phi mt mt phng m c chiu dy nhhnh ci li. Thnh phn l bin s phn nh chiu dy ca bao pha. Nuthay trc th tch trn hnh II.1 bng trc thnh phn v sau lp gin p sut - nhit phn lng - hi ca gin pha h nhiu cu t s nhn
c hnh II.3.
Hnh II.3. Gin pha in hnh h nhiu cu t
ng ABDE biu din qu trnh ngng t ng nhit suy bin inhnh trong cc m kh condensat. im A biu din pha lng cht (fluid)nm bn ngoi ng bao pha. Khi gim p sut ti im B, bt u qu
sut
Nhit
Min suy bin
im bt
im sng
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
24/292
http://www.ebook.edu.vn 25
trnh ngng t. Tip tc gim p sut, lng lng hnh thnh nhiu hn, v cs i hng ca cc ng t l lng - hi (quality lines - cc ng nt ttrn hnh II.3). Min suy bin (retrograde region) c to bi cc im thayi dc ca cc ng ny. Trong min suy bin, s ngng t lng xy rakhi gim p sut hoc tng nhit (ngc vi s ngng t thng thng).Tip tc gim p sut, ra khi min suy bin, i t D ti E, lng lng gimdn cho ti khi t im sng (im E). Pha di im E khng cn trngthi lng, ch cn trang thi hi.
im ti hn C ca hn hp kh hydrocacbon lun lun pha bn tri
ca im N (cricondenbar - im ng vi p sut cc i s hnh thnh phalng v pha hi). V tr ca im C l quan trng nht, iu lin quan ns thay i hng ca cc ng lng hi bn trong ng bao pha. imti hn C i khi c th bn phi im N, nh biu din trn hnh II.4. Khi s c hai min suy bin. Nhng hnh II.3 biu din gin pha in hnhvi hu ht cc h nhiu cu t c tnh ton trong cc qu trnh cng ngh.
Hnh II.4.nh hng ca thnh phn n ngbao pha ca h bc hai etan - propan
Hnh II.5. V tr qu tch ti hn camt s h bc hai
Nhit Nhit
psut
psut
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
25/292
http://www.ebook.edu.vn26
Lu rng cc gi tr gi ti hn tnh ton c trong chng III khngphi l im C trn hnh II.3 tr trng hp ngu nhin. Trn hnh II.4 lgin pha ca h bc hai metan - propan, cho thy nh hng ca thnhphn n hnh dng v v tr ca ng bao pha. Hai ng cong ngoi cngl cc ng p sut hi ca metan v propan, bt u t im ti hn. Bang bao pha cn li l ca ba hn hp c t l thnh phn metan - propankhc nhau. ng nt t l ng ni tt c cc im ti hn trn ming bao pha, c gi l qu tch ti hn, bt u t im ti hn cametan, kt thc ti im ti hn ca propan. Nh vy v tr im ti hn trn
mi ng bao pha thay i theo thnh phn ca hn hp cc hydrocacbon.Hnh II.4 v II.5 cho thy nh hng ca thnh phn hn hp n v tr
v hnh dng ng bao pha. D on chnh xc v iu kin hnh thnh im btv im sng, im ti hn l rt quan trng khi tnh ton thit k cng ngh.
Hnh II.6.nh hng ca CO2,H2S n ng bao pha ca kh t nhin
psut
Nhit c) N2Nhit
b) H2S
Nhit a) CO2
psut
psut
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
26/292
http://www.ebook.edu.vn 27
Cc tp cht khng hydrocacbon trong kh nh nc, CO2, H2S, N2 cnh hng ng k n ng bao pha. Nc c p sut hi thp v khngtan ln trong hydrocacbon lng nn ch nh hng n ng bao pha ca
hn hp iu kin nhit cao v p sut thp. nh hng ca H2S, CO2v N2 n ng bao pha c m t trn hnh II.6. CO 2 v H2S lm gimim p sut cc i tn ti hi v lng (cricondenbar) ca hn hp. Cc cut khc trong kh t nhin nh etan, propan v butan cng c nh hngtng t. Mt khc, N2 li lm tng im p sut cc i tn ti hi v lng(cricondenbar) ca hn hp v gim kh nng trn ln.
II.4. cn bng pha lng - hi
Nhiu qu trnh cng ngh c thc hin iu kin c cn bng phalng - hi nh cc qu trnh chng ct, hp th. Trn thc t, tnh ton ccqu trnh trn khng hon ton t c trng thi cn bng pha v thi giantip xc gia hai pha lng v hi cha thit lp cn bng. thuntin cho vic tnh ton, ngi ta cn a ra tha s hiu chnh.
Cn bng pha khng phi trng thi tnh m l cn bng ng, vn luntn ti s chuyn ng ca cc phn t t pha lng sang pha hi v ngc
li. Tc bay hi v ngng t l bng nhau.i lng c trng cho s phn b ca cc cu t gia cc pha iu
kin cn bng l hng s cn bng pha Kc xc nh bng phng trnh:
Ki =yi /xi (II.13)
trong yi l phn mol ca cu ti trong pha hi;
xi l phn mol ca cu ti trong pha lng.
Xt cn bng vt liu ca thp tch:
Ci l phn mol cu ti trong dng nguyn
liu vo thp tch;
yi l phn mol cu ti trong pha hi;xi l phn mol cu ti trong pha lng;
Ki l hng s cn bng pha lng - hi;
F l tng s mol nguyn liu;
V l tng s mol hi;
L l tng s mol lng;
F, Ci
V,yi
L, xi
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
27/292
http://www.ebook.edu.vn28
Ta c phng trnh cn bng vt liu ca thp tch:
F = V +L
Vi cu ti no : F.Ci = V.yi +L.xi
Khi p sut P ca h di 400 kPa (600 psi) c th coinh kh l tng. Khi c th s dng p sut hi tnh p
sut cn bng pha. iu kin cn bng, tc bay hi catt c cc cu t phi bng tc ngng t, ngha l khng cs thay i thnh phn pha hi hoc pha lng. Do lc tc
dng theo c hai hng phi l bng nhau:
Py i =Pixi
trong : Pi l p sut hi ring phn ca cu t i no ti p sut P vnhit Tca thp tch.
T ta c: Ki =Pi /P (II.14)
iu kin cn bng pha c bn ca h l nhit , p sut v th ho hcca mi cu t phi bng nhau pha kh v pha lng:
PL =PK (II.15)
TL
=TK
(II.16)L = K (II.17)
Chnh lch th ho hc ca mt cu t no trong hai pha l ng lcca qu trnh chuyn khi gia cc pha. Tng t, chnh lch ca nhit lng lc ca qu trnh truyn nhit, cn chnh lch p sut l ng lc cacc qu trnh c hc. Cn bng ca h t c khi hiu s chnh lch t gi tr 0.
p sut cao hn, c th ti 3,5 MPa (500 psi), ngi ta s dng khinim fugat (k hiu l f) c lin quan n nng lng t do v cc khi nimnhit ng hc c s khc. Fugat c th nguyn p sut, c s dng hiu chnh vi h kh thc, v c lin quan vi tha s chu nn z, i khi fcn c gi l "p sut hiu chnh". Ngi ta cn s dng khi nim h s
fugat =f/P
i vi h kh thc, s thay i th ho hc t l vi s thay i cafugat hoc hot ca cu t , v vy cn bng ca fugat v hot cacng mt cu t trong cc pha khc nhau cng l du hiu cn bng:
Pyi
Pix
i
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
28/292
http://www.ebook.edu.vn 29
fiL =fi
K (II.18)
aiL = ai
K (II.19)
Khi bit fugat ca cc cu t trong h, cng c th xc nh c hngs cn bng ca tng cu t, tc l xc nh c cn bng ca n. Phngtrnh cn bng pha l tng c dng:
0iK
0iL
i
ii
f
f
x
yK == (II.20)
vi 0iLf l fugat ca cu t tinh khit trng thi lng; 0iKf l fugat ca cut tinh khit trng thi kh.
Theo nh lut dung dch l tng (khc vi nh lut kh l tng)
fiL = 0iLf . xi v fi
K = 0iKf . yi
trong : fiL l fugat ca cu ti trong hn hp lng;
fiK l fugat ca cu ti trong hn hp kh.
Ti cn bng: fiL =fi
K
0iLf . xi = fi
K = 0iKf . yi
Do :0
iK
0iL
i
ii
f
f
x
yK ==
H s fugat ca hn hp bng:
=fi /P.Ci (II.21)
i vi cu t tinh khit Ci = 1, p sut ca h bng p sut hi bo hoca cu t p sut cho. Khi h s fugat ca cu t i tinh khit cdng:
vi0 =fi
0 /Pi0 (II.22)
H s hot :
= ai/ci =fi/ (c.fi*) (II.23)
trong fi* l fugat ca cu ti trng thi lng iu kin tiu chun;
c l nng dung dch.
Khi hng s cn bng ca h kh thc:
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
29/292
http://www.ebook.edu.vn30
Ki = iL /i
K (II.24)
hoc: Ki = iLfi* /i
KP
Ki = iLvi /i
k (II.25)
T cc phng trnh trng thi kh thc (BWR, PR, RK,...) c th xc
nh c i. l c s ca phng php gii tch tnh hng s cn bngpha ca hn hp hydrocacbon.
Phng trnh tnh ton fugat ca cu ti trong h kh thc nh sau:
PVVPlnRTfRT )d(ln iP
0ii += (II.26)
trong Vi l th tch mol ring phn ca cu ti;
V l th tch kh l tng: V =RT/P.
Phng trnh xc nh i c dng:
PP
RT
n
VRT
P
i
dln0
i
ijnP,T,
=
(II.27)
hoc
ln= ZVV
RT
n
P
RT
llnd
V jnV,T,
(II.28)
l biu thc tng qut nht xc nh hng s cn bng pha cahn hp hydrocacbon. Tnh ton bng cc phng trnh trng thi khc nhaus cho kt qu khc nhau. l v khi tnh ton cn phi gii cc phngtrnh trng thi kh thc c lin quan n cc quy tc, cc nh lut v cctha s hiu chnh khng phi l chnh xc hon ton cho mi hn hp. Mcn phi cho kt qu gn vi cc s liu thc nghim thu c. Vi cc
phn t hydrocacbon n gin s hiu chnh kh ph hp.Kt qu tnh ton vi cc parafin mch thng t etan ti decan l ng
n. Ring vi metan c s sai khc do p sut hi ca metan ln v tnhcht bt thng ca metan trong pha lng. Vi nit cng c s sai lch tngt. Hydrosunfit, nc v cacbon dioxit khc xa cc hydrocacbon do tnhphn cc ca chng. V vy vi cc hn hp kh c cha mt vi hoc tt c
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
30/292
http://www.ebook.edu.vn 31
cc cu t k trn, tnh cht ca hn hp kh s rt phc tp, vic tnh toncn phi c s hiu chnh c bit.
C nhiu phng php khc nhau xc nh hng s cn bng pha cah nhiu cu t. Trong chng ny s ln lt nghin cu cc phng phpgii tch v phng php gin xc nh hng s cn bng pha ca hnhp cc hydrocacbon.
II.5. Phng php gii tch xc nh hng s cn
bng pha ca hn hp cc hydrocacbonc trng c bn ca phng php gii tch xc nh hng s cn
bng pha l s dng cc phng trnh trng thi khc nhau, tnh ton h sfugat v hot ca cc cu t.
Bn cht ca phng php ny l hng s cn bng pha c xc nhnh h s fugat.
Hin nay i vi h cc hydrocacbon, ngi ta thng s dng nht lcc phng trnh trng thi Benedict - Webb - Rubin (BWR), phng trnhRedlich - Kwong (RK), phng trnh Peng - Robinson (PR) nu phn
trn.II.5.1. S dng phng trnh RK xc nh hng s cn bng pha
T phng trnh trng thi RK:
)b(T
a
b
RTP
,
=
vvv50
(II.7)
trong : b = biyi (II.29)
bi = 0,0867 RTci /Pci (II.30)
d= diyi (II.31)
di = Ai + Bi (Tci
/T 1) + C i (Tci
/T 1)2 (II.32)
vi Ai , Bi , Ci l h s ca cc cu t ring bit.
Mt trong cc thng s trng thi a c thay th bng thng sd, trong
dph thuc vo nhit rt gn. Thng sdcn l hm ca thnh phn
hn hp. Cc gi tr ca n nhn c t x l cc s liu thc nghim xc
nh cn bng lng hi v entanpi ca h.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
31/292
http://www.ebook.edu.vn32
Khi phng trnh RK c dng sau:
)( d
bdRT
b
RTP
+
=
vvv
(II.33)
Vic a thng s mi d thay th cho thng s a cho php nhn cphng trnh trng thi m t chnh xc hn cc tnh cht nhit ng cahn hp thc cc hydrocacbon trng thi kh v lng.
Gii cc phng trnh trn ta nhn c:
)mz(b
dmb
z
md)mz()mz(b
mb
+
+=
ii
ii 1lnlnln (II.34)
trong : m =Pb/RT; z y l thng s chu nn.
Thng s chu nn z c xc nh t phng trnh:
z3z2z (m2 + mdm) dm2 = 0 (II.35)
H sb, bi, d, di c xc nh t cc phng trnh (I.29 II.32). Cch s A i , Bi , Ci c trong bng II.1.
Bng II.1. Gi tr cc h s A i , Bi , Ci trong phng trnh (II.32)
Cu t A i B i C iMetan (T> 190,55K)
Metan (T< 190,55K)
Etan
Propan
izo-Butan
n-Butan
izo-Pentan
n-Pentan
n-Hexan
n-Heptann-Octan
n-Nonan
n-Decan
CO2
H2S
4,934
4,934
4,934
4,934
4,934
4,934
4,934
4,934
4,934
4,9344,934
4,934
4,934
3,500
4,260
8,00
7,39
8,30
8,82
9,30
9,35
9,40
9,50
10,00
10,5011,00
11,20
11,60
6,80
6,50
1,5
0,3
0
0
0
0
0
0
0
00
0
0
0
0
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
32/292
http://www.ebook.edu.vn 33
Hng s cn bng pha ca nit ph thuc ng k vo bn cht cahydrocacbon m n ho tan:
iiNN 22
xdd = (II.36)
+
+=
2
11 22
NN
2
Ci
Cii
iN T
TB
T
TBAd (II.37)
Gi tr Ai , Bi , Ci i vi h bc 2 ca nit vi cc hydrocacbon, CO2 vH2S xem bng II.2.
Bng II.2. Gi tr cc h s Ai, Bi, Ci trong phng trnh (II.37)
Cc cu t A i Bi C i
Nit nit
Nit metan
Nit etan
Nit propan
Nitizo-butan
Nitn-butan
Nitizo-pentan
Nitn-pentanNitn-hexan
Nitn-heptan
Nitn-octan
Nitn-nonan
Nitn-decan
Nit CO 2
Nit H2S
4,934
4,350
2,960
2,030
1,790
1,300
1,100
1,0001,000
1,000
1,000
1,000
1,000
2,960
2,030
7,66
7,30
5,38
3,14
2,71
2,10
1,80
1,601,60
1,60
1,60
1,60
1,60
5,38
3,14
1,95
0
1,33
0
0
0
0
00
0
0
0
0
1,33
0
Sai s trung bnh gia gi tr hng s cn bng K nhn c bng tnh
ton v thc nghim trong khong nhit ( 180 ... +1400
C) v p sut n14 MPa vo khong 2 ... 7%.
II.5.2. Tnh ton hng s cn bng pha vi h nit v hydrocacbon
parafin t C1 n C10 bng phng php Kalasnhicov - Klimenco
Phng php Kalasnhicov - Klimenco da trn c s s dng phngtrnh Benedict - Webb - Rubin (BWR).
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
33/292
http://www.ebook.edu.vn34
tin tnh ton, ngi ta a ra cc i lng rt gn:
v r = v /v c ; Pr =P/Pc ; Tr =T/Tc
vc , Pc ,Tc l cc i lng ti hn.
nh lut trng thi tng hp m t vi tt c cc cht, c tn ti trngthi ti chng c cng cc i lng rt gn.
Phng trnh trng thi tng hp c dng:
f(v r , Pr ,Tr) = 0 (II.38)
C th pht biu nh sau: Nu c hai hay nhiu cht ph hp vi
phng trnh trng thi tng hp, c hai trong s ba i lng rt gn bngnhau, th chng cng s c i lng rt gn th ba nh nhau. Cc cht tuntheo nh lut trng thi tng hp c gi l cc cht tng t nhau v mtnhit ng hc. Trn c s nh lut ny c th xc nh tnh cht ca mtcht nu bit tnh cht ca cht tng t v mt nhit ng.
V d khi bit P v Pc ca mt cht, c th xc nh P1 ca mt chtkhc nu bit Pc1 ca n:
P1 =Pr .Pc1m ta bit: Pr =P/Pc.
nh lut trng thi tng hp m t kh tt tnh cht ca cc hydro-
cacbon dy parafin. iu c gii thch do s khc nhau rt t gia cngthc phn t ca cc hydrocacbon thuc cng mt dy ng ng, hay nicch khc v chng c cng cng thc tng qut CnH2n+2.
Mc sai lch ca kh thc vi nh lut kh l tng c xc nhbi thng s chu nn z trong phng trnh:
PV = zRT
nh lut trng thi tng hp gi thit thng s chu nn ti im tihn zc i vi tt c cc cht l nh nhau. Tuy nhin cc s liu thc nghim chng t rng zc i vi cc cht khc nhau c gi tr khc nhau, i via s cc cht kh zc = 0,2 ... 0,3.
Cc hng s vt l ca cc hydrocacbon t C 1 n C12 v mt s kh ctrong bng II.3.
Nguyn nhn gy nn s sai lch l do hnh dng phn t kh thckhng c dng hnh cu nh ngi ta gi thit. Thng s acentric ca ra c trng cho mc sai lch hnh dng phn t so vi m hnhhnh cu. Khi phng trnh trng thi tng hp c dng:
f(vr ,Tr , Pr , ) = 0 (II.39)
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
34/292
http://www.ebook.edu.vn 35
Bng II.3. Hng s vt l ca cc hydrocacbon C1 ... C12 v mt s kh
Nhit ti hn p sut ti hnCu t Khi lng
phn tzc
0R K psi MPaEMR Tha s
acentric
C1C2C3izo-C4n-C4izo-C5n-C5n-C6n-C7n-C8n-C9n-C10 n-C11 n-C12
16,04330,07044,09758,12458,124
72,15172,15186,178
100,205114,232128,259142,286156,302170,338
0,290,290,280,280,27
0,270,270,260,260,260,250,250,240,24
343550666734765
829845913972
10241070111211501185
191305370408425
460470507540569595618639658
666707617528551
491489437397361332305285264
4,604,884,253,653,80
3,393,373,012,742,492,292,101,971,82
14,1924,3734,6344,7444,24
55,3055,2765,5875,8886,1996,53
106,86117,17127,50
0,01040,09790,15220,18520,1995
0,22800,25140,29940,34940,39770,44450,48980,53500,5620
N2CO2
H2SO2H2H2O
28,01644,010
34,07632,000
2,01618,015
0,290,28
0,280,290,30
0,235
227548
672278
601165
126304
373155
33647
4931071
1300731188
3199
3,407,38
8,965,041,30
22,06
9,7114,44
20,288,694,23
0,03720,2667
0,09480,0216
0,22020,3443
Phng trnh trn thng c ng dng xc nh cc thng s nhitng ca cht dng:
a = a0 + .a (II.40)
trong : a l thng s nhit ng ca kh thc cn xc nh;
a0 l thng s nhit ng ca cht gi thit tun theo nh lut v l
hm ca cc i lng rt gn;a l h s hiu chnh s sai khc ca kh thc so vi kh gi thit
tun theo nh lut, v cng l hm ca cc i lng rt gn.
Trn c s s dng phng trnh Benedict - Webb - Rubin (BWR) trn, a vo cc i lng rt gn, Kalasnhicov v Klimenco nhn cphng trnh c dng:
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
35/292
http://www.ebook.edu.vn36
+
++
++=
5ir
2ir
ir
ir54
ir
ir
3ir
32ir
21
Kiln
T
P
T
Pcc
T
P
T
c
T
ccf
2i2
ir
2ir
2ir
11
ir
1095
ir
ir
2ir
8
ir
76 )1(
+++
+++ N
T
P
T
c
T
cc
T
P
T
c
T
cc (II.41)
trong :i
iii
M
yMN
= ;
Pc l p sut ti hn; Tc l nhit ti hn;Pri , Tri l cc i lng rt gn ca cu ti.
Mi l khi lng phn t ca hydrocacbon (i vi nit, cng nhn gitr khi lng phn t tng ng l 11).
c1 .. . c11 l cc hng s c a ra trong bng II.4 (vi cc hydrocacbont C2 n C10 , cc hng sc1 .. . c11 l chung cn vi nit v metan l ring).
Hng s cn bng pha c tnh theo phng trnh:
P
fK
Ki
*Li
Li
i
= (II.42)
Bng II.4. Gi tr cc h s c1... c11 trong phng trnhKalasnhicov - Klimenco
H s N2 CH4 Hydrocacbon C2 n C10
c1
c2
c3
c4
c5
c6
c7
c8
c9
c10
c11
0,1827448
0,5567094
0,1628858
0,3695996
0,5736230
0,2494726
1,395258
0,9883554
0,2979147
2,302971
4,256129
0,06557467
0,2533226
0,07441288
0,06095239
0,04814230
0,01650733
1,233154
0,7383944
0,6241929
3,262881
4,255619
0,4567890
0,7364150
0,09020270
0,04647840
0,001388500
0,7589850
1,341610
0,0004026500
0,8807840
1,276069
0,5362179
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
36/292
http://www.ebook.edu.vn 37
Fugat ca cu t tinh khit trong pha lng trng thi tiu chun *Lif
c xc nh theo phng trnh:
2i6i5
(1)ii
(0)ic
L*i lnlnlnln i
aa
PPf
++++= (II.43)
trong : 3i42i3i2
i
10iln
aaa
aa ++++=
ic
rii y.T
TT
==
i l tha s acentric ca cu ti;a0 .. . a6 l cc tha s ca phng trnh. Gi tr ca a0 ... a4 c a ra
trong bng II.5. Gi tr a5, a6, i c a ra trong bng II.6.
Bng II.5. Bng gi tr cc h s a0... a4
a0 a1 a2 a3 a4
ln(0 ) (C2 ... C10)
ln(1 ) (C2 ... C10)
10,6147
0,968095 6,52897
7,08812
7,39448
23,3047
3,46229
22,7035
0,678062
5,36108
Bng II.6. Bng gi tr cc h si, a5, a6Cc cu t a5 a6 i
Nit trong C1 ... C10
Metan
Etan
Propan
izo-butan
n-butan
izo-pentan
n-pentan
Hexan
Heptan
Octan
Nonan
Decan
935
559
650
510
394
394
326
326
272
233
213
185
166
475
209
328 240
152
152
117 117
90,6
65,5
62,8 49,2
40,6
0,105
0,152
0,192
0,200
0,206
0,252
0,298
0,349
0,392
0,450
0,479
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
37/292
http://www.ebook.edu.vn38
i vi nit v metan, tha s acentric nhn gi tr = 0, v phng
trnh tnh fugat *Lif trn (II.43) c thm cc s hng sau:
i vi nit:
=
=
+N
2ii
N
2iiCN i2
x
x.a
(II.44)
i vi metan:
=
=
+N
3ii
N
3iiCC i1
x
x.a (II.45)
trong aN2Ci l h s c tnh n nh hng ca dng mi n*LN2
f ;
aC1Ci l h s c tnh n nh hng ca dung mi n*LC1
f .
i vi etan v cc hydrocacbon nng hn, ngi ta tha nhn trng thilng ca cht tinh khit iu kin p sut v nhit ca h l trng thitiu chun.
Phng trnh tnh h s hot ca cc cu t trong pha lng Lk c
dng:
==
+=N
1iiiik
2i
N
1iik
Lk )(2)(ln Sxbbxbb (II.46)
trong :
+++ 3i2i1i xxx .... i < k
+++ +++ 3i2i1i xxx .... i > k
bi l h s, gi tr c cho trong bng II.7.Ch sk trong phng trnh trn ch cu t no trong dy ng ng
ngoi tr metan.
Phng trnh trn c p dng vi cc cu t C2 (t etan tr ln). Khi nng ca nit (thng khng qu 10%) c tnh tng vi nng metan.
Si =
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
38/292
http://www.ebook.edu.vn 39
i vi nit v metan, phng trnh xc nh hot c dng:
=
=
=
= 2N
3iiN
3ii
N
3iiCC
LC 1
.
lni1
1x
x
xb
(II.47)
=
=
=
= 2N
2i iN
2ii
N
2iiCN
L
N
1
.
lni2
2
x
x
xb
(II.48)
Cc h s tnh ton xem bng II.7.
Bng II.7. Gi tr cc h s trong phng trnh tnh fugat
Cu t aN2-Ci
bN2-Ci aC1-Ci bC1-Ci bi
Nit
MetanEtanPropanizo-Butann-Butanizo-Pentann-Pentann-Hexann-Heptann-Octann-Nonan
n-Decan
0
0,601,602,002,502,502,602,602,602,602,152,152,15
0
0,601,001,000,950,950,850,850,720,600,500,350,20
0
00,450,650,660,720,740,800,850,890,930,890,85
0
00,450,470,480,440,400,350,310,360,400,250,21
0
00,450,540,630,630,680,680,730,770,790,810,82
II.5.3. Tnh hng s cn bng pha theo phng php Starling
Hng s cn bng pha c xc nh bng cng thc:
iK
i
iL
ii
xf
xfK = (II.49)
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
39/292
http://www.ebook.edu.vn40
Nu k hiu l t trng mol ca hn hp, A0, B0, C0, b... l cc thngs ca phng trnh; kij l cc thng s tng tc ca cu ti v cu tj, thphng trnh xc nh fugat ca cu t i c dng sau:
++= RTBBRTxRTfRT )()ln(ln 0i0ii
+
j
3ij2
1/20i0j
ij1/2
0i0j )(1)(
)(1)(2 kT
CCkAA +
+
5ij4
1/20i0j
4ij3
1/20i0j
)(1T
)()(1T
)(k
DE
k
DD
+
+
T
ddaaRTbb
1/3i
21/3
i21/2
i2
2 )(3)(3)(3
2
+
+ 1/3i22
51/3i
21/3
i2 ))((
5
3)(3)(3
5
T
da
T
dd.aa.
.++
+ +
+
2
)exp()exp(1)(3 2
2
2
2
21/3i
2
T
cc
++
4222
21i
2
21/3
2
11)exp(1
2
/
T.
c(II.50)
Kt qu tnh ton bng cc phng php khc nhau v so snh vi ktqu thc nghim nhn c cho thy sai s khng qu 5%. Phng php tnhton cho kt qu ph hp i vi h c cha N2 , CO2 v H2S.
II.6. Phng php gin xc nh hng s cn bngpha ca hn hp cc hydrocacbon
Khi tnh ton bng tay xc nh hng s cn bng pha, ngi ta thng
s dng cc phng php gin . Trong thc t tnh ton hng s cn bng phaca h hydrocacbon t C1 n C10 v N2 , ph bin nht l s dng cc phngphp NGPA (Natural Gas Processors Association)v phng php Neyrey.
II.6.1. Xc nh hng s cn bng pha theo phng php NGPA
y l mt trong nhng phng php gin n gin v chnh xc hnc xc nh Ki i vi h hydrocacbon t C1 n C10 v nit. Trong
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
40/292
http://www.ebook.edu.vn 41
phng php ny Ki ca cc hydrocacbon c xc nh bng cc gin ph thuc vo nhit , p sut ca h v p sut quy t. Trn cc gin trc honh l p sut ca h, cn trc tung l hng s cn bng pha ca cut no trong h. Trong h trc to ny ngi ta xy dng cc ngng nhit, chng gp nhau ti mt im tng ng vi gi tr hng s cnbng pha K = 1 v p sut chnh bng p sut quy t ca h. Trn hnh II.1a ra gin hng s cn bng pha Kca cc hydro-cacbon ti cc nhit v p sut khc nhau.
Hnh II.1. Hng s cn bng K cc nhit v p sut khc nhau
i vi cc hn hp khc nhau c cng gi tr p sut quy t th gi trhng s cn bng ca cc cu t ring bit c gi tr bng nhau ti cc gi trp sut v nhit bng nhau. V vy p sut quy t c s dng nh mtthng s c tnh n nh hng ca thnh phn hn hp n gi tr hng s
cn bng pha ca h. p sut quy t c xc nh bng phng php Heddlen.
Nhit khng i
p sut
K
11
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
41/292
http://www.ebook.edu.vn42
Theo Heddlen, h nhiu cu t c gi thit l h gi bc hai gm ccu t nh v cu t nng, trong cu t nng c c trng bng nhit ti hn trung bnh v p sut ti hn trung bnh ca tt c cc cu t cn litrong h, tr cu t nh.
Trn hnh II.2 l gin biu din cc gi tr hng s cn bng K cametan p sut quy t Pqt = 800 psi
= 5,5 MPa (1 psi = 6894,76 Pa).
Hnh II.2. Hng s cn bng pha ca metan Pqt = 800 psi (5,5 MPa)
p sut quy t ca h c coi l p sut ti hn ca h gi bc 2 nhit ca h theo ng cong ti hn ca h gi bc 2 cho. Nu nhit ca h thp hn nhit ti hn ca cu t nh th p sut quy t nhn
gi tr p sut ti hn ca cu t nh. p sut quy t c xc nh theo gin, trn biu din cc ng cong ti hn ca cc h bc 2.
Trnh t tnh ton nh sau:
p sut, psi
K=yx
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
42/292
http://www.ebook.edu.vn 43
1) Cho gi tr p sut quy t Pqt.
2) Vi gi tr p sut quy t cho theo gin tng ng (v d trnhnh II.2 i vi metan p sut quy t ca h l 800 psi), xc nh hng scn bng pha ca mi cu t nhit v p sut ca h.
3) S dng gi tr hng s cn bng pha va nhn c, tnh ton thnhphn pha lng cn bng xicb theo phng trnh:
=+
=i i i
ii 1)1(1cb Ke
Cx (II.51)
trong : Ci l thnh phn hn hp ban u, mol/mol (mol cu ti/mol hn hp).e l phn mol pha hi ca hn hp, tnh bng phng php lp vi
cc gi tr phn mol ca pha hi e chn trc cho n khi biuthc (II.51) tho mn.
4) Chia pha lng cn bng thnh h gi bc 2, trong cu t th nhtl cu t nh nht trong h, c nng bng hoc ln hn 0,1% mol, cncu t th hai l tt c cc cu t cn li.
5) Tnh ton nhit ti hn v p sut ti hn ca cu t gi th hai ckhi lng l khi lng trung bnh ca cc cu t cn li:
=
=
=N
2iii
N
2icii
ci
2
Mx
TMx
T (II.52)
=
=
=N
2iii
N
2icii
c
i
2
Mx
PMx
P (II.53)
6) Trn hnh II.3 l cc gin m t cu t gi th hai ca h tngng cc gi tr nhit v p sut ti hn xc nh im 5).
7) p sut quy t theo gin c xc nh nh sau: Sau khi xydng ng cong ti hn i vi trng hp ang xt ti gi tr tng ngvi nhit ca h, gi tr trn trc tung l p sut quy t ca h cn tm.
8) So snh gi tr p sut quy t vi gi tr cho ban u. Nu hai gitr khng trng nhau, lp li cc php tnh t im 2) n im 7), vi gi trp sut quy t mi. Lm cho n khi gi tr Pqt tnh ton v gi tr Pqt chnban u trng nhau vi sai s 8 ... 12% l c th chp nhn c.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
43/292
http://www.ebook.edu.vn
Hnh II.3. Gin xc nh p sut quy t ca h hydrocacbon
44
Nhit , 0F
psut,psi
p sut quy t 2120F
Nhit ti hn cacu t gi - nng
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
44/292
http://www.ebook.edu.vn 45
Khi h hydrocacbon p sut 1,6 ... 2 MPa, nh hng ca p sut quyt n gi tr K khng ng k. V vy p sut thp c th khng cn xcnh gi trPqt v s dng gin xc nhK gi tr Pqt bt k.
Trn c s kt qu nghin cu, ngi ta a ra phng php chn Pqt n gin qu trnh tnh ton nh sau:
Khi tnh ton s cng ngh ch bin kh ng hnh c hm lngC3 = 150 ... 640 g/m
3 bng phng php ngng t nhit thp, tu thucvo p sut v nhit ti cng on tch, c th chn gi tr Pqt nh sau:
Pqt= 2000 psi khi p sut ca h xp x 2 MPa, T= 200C.Pqt = 1500 psi khi h c P = 2 ... 5 MPa, T= 0 ... 40
0C.
Pqt = 1000 psi khi h c P = 2 ... 5 MPa, T= 40 ... 700C.
Trong tnh ton qu trnh tch etan, p sut quy t trn nh ct c thly bng 1000 psi, cn y ct bng 800 psi.
tnh ton im sng cho kh kh nhn c t thp tch etan lmvic p sut 5 ... 6 MPa (chnh l p sut trn ng ng dn kh i sdng), hng s cn bng pha c xc nh p sut quy t Pqt = 1500 psi.
Trong s cng ngh ch bin kh ng hnh bng phng php hp
th nhit thp, ngi ta s dng cht hp th l hn hp hydrocacbonphn on benzin hoc keroxen. Khi tnh ton c th chn gi tr p sut quyt nh sau:
Vi qu trnh hp th s dng cht hp th nh c khi lng phn t100, chn Pqt = 2000 psi. Khi s dng cht hp th c khi lng phn t140 ... 160, chn Pqt = 4000 psi. Trong thc t ngi ta kim tra chnh xccaPqt chn theo thnh phn pha lng a di cng ca thp hp th.
tnh im sng ca kh nhn c t nh thp hp th, ngi tatnh hng s cn bng cng p sut quy t nh khi xc nh hng s cnbng trong thp hp th. i vi qu trnh tch etan thc hin trong thp hpth bc hi, p sut quy t trong phn hp th c chn nh trong thp hpth; cn trong phn bc hi ca thp, th khi s dng cht hp th nh chnPqt = 1000 psi, khi s dng cht hp th 140 ... 160 th chnPqt = 2000 psi.
Vi qu trnh nh hp th thc hin p sut 0,4 ... 2,0 MPa, chn gitr Pqt khng nh hng n kt qu tnh ton hng s cn bng. Hng s cnbng pha ca cc cu t nng c xc nh t hng s cn bng pha bitca cc cu t nh bng cch: Trn trc honh l gi tr khi lng phn t
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
45/292
http://www.ebook.edu.vn46
ca hai hoc ba cu t nh c gi tr hng s cn bng pha K, cn trctung l gi tr logarit K ca cc cu t , qua cc im nhn c ngthng. Gi tr logarit K ca cu t nng c xc nh tng ng vi khilng phn t ca n.
Hng s cn bng pha ca CO2 c xc nh theo cng thc:
6242 HCCHCOKKK =
II.6.2. Xc nhKbng phng php Neyrey
Neyrey a ra mt phng php n gin v chnh xc xcnh hng s cn bng pha ca cc hydrocacbon parafin v olefin trongkhong rng nhit v p sut.
C s ca phng php l s ph thuc tuyn tnh ca logarit hng scn bng pha (lgK) vo nhit si ca cu t. Hng s cn bng pha Kc xc nh nh ba gin .
Trn gin th nht (hnh II.4), l cc ng ng p, tng ng vicc gi tr p sut quy t khc nhau. T gin xc nh c gi trhng sK0 tng ng vi gi tr P v Pqt .
Hnh II.4. Gin xc nh hng sK0
p sut, psi
K0
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
46/292
http://www.ebook.edu.vn 47
Trn gin th hai (hnh II.5) c hai thang gi tr nhit lm vic vgi tr thng sS song song vi trc tung, cn trc honh l gi tr p sutquy t, trong gin l cc ng ng p sut lm vic. T gin ny xc
nh gi tr thng sS l hm ca T, P v Pqt .Trn trc honh xc nh gitr Pqt , t k ng vung gc, ct ng ng p tng ng vi p sutca h. T giao im k ng nm ngang cho n khi ct trc tung. T giaoim trn trc tung ni vi im tng ng vi nhit lm vic ca h trnthang nhit , giao im ca ng k ny vi thang S cho ta gi tr thngsScn tm.
Hnh II.5. Gin xc nh thng sS
Theo gin th ba (hnh II.6) xc nh gi tr hng s cn bng Knhsau: Trn trc tung l gi tr K0 (xc nh t gin th nht trn hnh II.4)v K0/10 , cn trn trc honh l gi tr S (xc nh t gin th hai) cah cho. T gin xc nh im c to (S, K0/10). Qua im v
p sut quy t, psi
Nhit
0F
p sut lm vic ca h
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
47/292
http://www.ebook.edu.vn48
im (0, K0) trn trc tung k ng thng. T cc im trn cc trc honh(trc nhit si hoc trc cc cu t) tng ng vi nhit si hoc tnca cu t cho, k ng vung gc ct ng thng k trn, gi tr cagiao im chnh l gi tr hng s cn bng pha ca cu t tng ng.
Hnh II.6. Gin xc nh hng s cn bng pha
Thng sS
Metan
Etan
Propylen
Etylen
Propan
n-Butan
izo-Butan
izo-Pentan
n-Pentan
Hexan
Heptan
Octan
Nonan
Decan
Hng
scnbngphaK
Nhit si,0F
0oF
100
50
200
100
0
100
300
400
0 62 4 8 10
12
100
60
20
40
10
6,0
2,0
4,0
0,2
0,4
1,0
0,6
0,1
0,06
0,02
0,04
0,01
0,005
0,004
0,001
0,002
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
48/292
http://www.ebook.edu.vn 49
Sau khi xc nh c K cng kim tra gi tr Pqt chn tng t nhtrong phng php NGPA ni trn.
Tm li trnh t xc nh hng s cn bng pha theo phng php Neyreynh sau:
1) T gin hnh II.4 xc nh K0 tng ng vi P v Pqt .2) T gin hnh II.5 xc nh gi tr S.3) T gin hnh II.6 xc nh gi tr K.4) Kim tra gi tr Pqt c chn tng t nh phng php NGPA.
Bng II.8 di y so snh chnh xc ca cc phng php xc nhhng s cn bngK.
Bng II.8. So snh chnh xc ca cc phng php xc nh K
Phng php tnh Sai s trung bnh
Myers v Lenoir
NGPA
Rzaca
Winn
Neyrey
7,0
8,5
9,3
10,0
7,8
II.6.3. V d tnh hng s cn bng
V d II.1.Tnh hng s cn bng ca hn hp c thnh phn cho trong
bng di y P = 3,4 MPa (hay 493,1 psi);T= 300C (hay 220F).
a) Tnh theo phng php NGPA
1) Chn p sut quy tPqt = 1500 psi.
2) Theo gin NGPA, vi p sut quy t 1500psi v cc thng s ca h, xc nh c hng scn bng pha i vi tt c cc cu t: KC
1 = 3,45;
KC2
= 0,46; KC3
= 0,113; Kn-C4
= 0,034 ; Kn-C5
= 0,0095.
3) Xc nh thnh phn pha lng cn bng theophng trnh (II.51):
1)1(1
N
1i
N
1i i
ii =
+=
= = Ke
Cx
Cu t C i
CH4
C2H6
C3H8n-C4H10
n-C5H12
0,8745
0,0586
0,03720,0212
0,0085
1,0000
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
49/292
http://www.ebook.edu.vn50
Tnh ton bng phng php lp xc nh gi tr ca e khi bit phn molca pha kh. Kt qu nhn c thnh phn pha lng xi (mol/mol) nh sau:C1 l 0,2635; C2 l 0,1199; C3 l 0,2321; n-C4 l 0,2480; n-C5 l 0,1365 vie = 0,9467.
Pha lng va tnh c chuyn thnh h gi hai cu t. Cu t nh lmetan, cn cu t th hai l cc cu t cn li ca h. T phng trnh(II.52) v (II.53) tnh nhit v p sut ti hn ca cu t th hai a ra trn tnh cTc2 v Pc2. Kt qu tnh ton c xem bng II.9 di y.
Bng II.9. Kt qu tnh ton
Cu t x i M i x iM i Tci x iM iTci Pci x iM iPci
CH4
C2H6
C3H8
n-C 4H10
n-C 5H12
0,2635
0,1199
0,2321
0,2480
0,1365
30
44
58
72
3,60
10,21
14,39
9,83
90,3
106,6
306,0
386,0
325,08
2109,39
4403,34
3794,38
707
614,3
549,5
486,3
2545,2
6272,0
7878,53
4780,33
1,0000 38,03 10632,19 21476,06
Kt qu nhn c Pqt = 1500 psi. Kt qu tnh ton trng vi gi tr Pqtchn ban u. Nh vy cc hng s cn bng xc nh c l ng.
b) Tnh theo phng php Neyrey
1) Theo gin (K0 P) chn Pqt = 1500 psi v P = 500 psi xc nh
cK0 = 7.
2) Theo gin xc nh thng sSvi: Pqt = 1500 psi,P = 500 psi, T=
220
F, S= 1,7.3) T gi tr K0 v S trn gin (KS), Tbng phng php m t
trn xy dng ng thng, t xc nh hng s cn bng pha ca cccu tKC
1= 3,5 ; KC
2= 0,465 ; KC
3= 0,114 ; Kn-C
4= 0,032 ; Kn-C
5= 0,0080.
Kim tra gi tr Pqt chn tng t nh trong phng php NGPA.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
50/292
http://www.ebook.edu.vn 51
II.7. ng dng ca hng s cn bng pha
C 3 loi bi ton s dng hng s cn bng pha K tnh ton:
- Tnh ng cong im bt trn ng bao pha.
- Tnh ng cong im sng trn ng bao pha.
- Tnh cc thnh phn lng hi ti cc gi tr P v T bt k bn trongng bao pha.
II.7.1. Xc nh im bt
im bt c nh ngha l iu kin m ti hi c ngng t honton thnh lng, ch tn ti duy nht mt bt kh. Phn mol ca pha lngchnh l phn mol ca hn hp.
iu kin hi c ngng t hon ton:
Kixi = yi = 1 (II.54)
Trnh t tnh ton nh sau:
1) Chn nhit khi bit p sut (hoc chn p sut khi bit nhit ).
2) Tm cc gi tr Ki P v T cho v chn.
3) Nhn Ki tm c bc 2 vi xi tng ng (biu thc II.54).
4) Nu tng cc gi tr Kixi nhn c bc 3 bng 1 c ngha l gi
tr T (hoc P) chn l ng. Nu khng th lp li t bc 1 n bc 3cho n khi Kixi = 1 th kt thc.
V d II.2.
Cu t xi K i K ixi
CO2 1,25 1,50 1,880
H2S 0,50 0,41 0,210
C1 21,36 3,48 74,330
C2 36,78 0,58 21,330
C3 10,21 0,16 1,630
i-C4 6,38 0,063 0,400
n-C4 9,84 0,043 0,420i-C5 2,63 0,017 0,040
n-C5 4,01 0,012 0,048
C6 3,90 0,0036 0,014
C7+ 3,14 0,00033 0,001
Xc nh im bt ca hn hp cthnh phn cho trong bng 4 MPa(580 psi). Coi phn on C7+ c tnhcht tng t C8.
Tnh lp vi cc gi tr T c
chn sao cho Kixi = 1 (hoc 100).Trong bi v d ny nhit ng l
T = 140C (70F). Kt qu tnh ton vigi tr Tng cho trong bng.
100,30
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
51/292
http://www.ebook.edu.vn52
II.7.2. Xc nh im sng
im sng c nh ngha l ton b h trng thi hi v ch tn tiduy nht mt git lng rt nh. Trong trng hp ny thnh phn ca hnhp bng thnh phn pha hi yi. Nh vy iu kin h hon ton trngthi hi:
yi/Ki = xi = 1 (II.55)
V d II.3.
Cu t yi Ki yi /Ki =xi
CO2 1,25 4,83 0,26H2S 0,50 2,38 0,21C1 21,36 6,36 3,36C2 36,78 2,84 12,95C3 10,21 1,57 6,50i-C 4 6,38 1,02 6,25n-C4 9,84 0,86 11,44i-C 5 2,63 0,55 4,78n-C5 4,01 0,49 8,18C6 3,90 0,28 13,93
C7+ 3,14 0,097 32,37
Xc nh im sng ca hn hp
c thnh phn cho trong bng 4 MPa(580 psi). Coi phn on C7+ c tnhcht tng t C8.
Tnh lp vi cc gi tr T c
chn sao cho yi / Ki = 1 (hoc 100).Trong bi v d ny nhit ng lT = 1530C (307,40F). Kt qu tnhton vi gi tr T ng cho trongbng.
100,23
Hn hp a ra trong hai v d trn l kh bo. Phn trm mol ca metanthp. Ch rng trong ct Kixi i vi metan c gi tr ln nht. Nu phnmol metan ln hn s c nh hng rt ng k n kt qu nhn c.
Vi v d xc nh im sng, gi tr trong ct yi /Ki ca C7+ c gi trln nht. Tnh ton im sng vn km chnh xc hn so vi tnh tonim bt, trn thc t i vi kh gy, cha rt t cc cu t nng, sai s caphp tnh cng ln.
II.7.3. Tnh thnh phn lng hi bn trong ng bao pha
Mc ch ca php tnh ny xc nh thnh phn pha lng v pha hi trng thi cn bng trong h hai pha, cn bng vt liu ton h:
F = V +L (II.56)
Cn bng vt liu vi tng cu t:
FC i = Vy i +Lxi (II.57)
trong : F l s mol nguyn liu vo thp tch;
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
52/292
http://www.ebook.edu.vn 53
V l s mol pha kh nhn c tF mol nguyn liu;
L l s mol pha lng nhn c tF mol nguyn liu;
Ci l phn mol cu t i trong dng nguyn liu;
yi l phn mol cu t i trong dng khV;
xi l phn mol cu t i trong dng lng L;
Gi sF = 1, ta c Ci =yiV +xiL
ng thi, theo nh ngha hng s cn bng pha c yi = Kxi, t
ta c:
i
ii
KVL
Cx
+= ;
( )i
ii
KLV
Cy
+= (II.58)
Tng phn mol ca tt c cc cu t phi bng 1, do :
1=+
= i
ii
KVL
Cx ;
( )1=
+=
i
ii
KLV
Cy (II.59)
Bng phng php lp, chn cc gi tr L hoc V sao cho cc biu thctrn l ng.
Mt khc, c th vit yi xi = 0
( )( ) =+
= 0
11
1
i
iiii
KV
KCxy (II.60)
Biu thc (II.60) l biu thc tng qut nht thng c s dng tronglp trnh tnh ton trn my vi tnh.
Trnh t tnh ton nh sau:
1) Tm K gi tr p sut v nhit ca h hai pha (iu kin ca thptch).
2) Chn V hocL.
3) Tnh cc biu thc (II.59) hoc (II.60).
4) Nu biu thc tho mn, th php tnh hon thnh.
Nu cha ng th lp li t bc 2 n bc 4.
5) Tnh thnh phn phn mol trong pha lngxi v trong pha hi yi.
6) Tnh s mol ca cu ti (c k hiu l Yi) trong V mol pha hi.
Tnh s mol ca cu ti (c k hiu l Xi) trong L mol pha lng.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
53/292
http://www.ebook.edu.vn54
V d II.4.
Tnh thnh phn v lng mol pha lng, pha hi ca thp tch 4 MPa(580 psi) v 1000C (2120F). Thnh phn nguyn liu Ci cho theo phn trm
mol, ngha l Ci = 100.
Trc ht xc nh Ki ca cc cu t trong h. Cc gi tr nhn cin vo ct Ki (ct th 3 trong bng)
Trong bc 2, chn V (hoc L). Tnh cc s hng trong cc biu thc(II.59) hoc (II.60). Php tnh lp c thc hin cho n khi cc biu thc
(II.59) hoc (II.60) c tho mn. Trong v d ny, gi tr ng caV = 0,770. Kt qu tnh c ghi trong bng II.10.
Bng II.10. Kt qu tnh ton ca v d II.4.
Cu t Ci Ki yi x i xi yi Xi Yi
CO2 1,25 4,050 1,139 0,373 1,512 0,086 1,164
H2S 0,50 1,740 0,236 0,319 0,554 0,073 0,427
C1 21,36 5,950 21,974 4,439 26,413 1,021 20,338
C2 36,78 2,160 22,535 19,427 41,962 4,468 32,311
C3 10,21 1,030 0,299 9,979 10,279 2,295 7,915i-C 4 6,38 0,600 3,688 9,220 5,532 2,282 4,260
n-C4 9,84 0,490 8,264 16,203 7,940 3,727 6,114
i-C 5 2,63 0,280 4,250 5,903 1,653 1,358 1,273
n-C5 4,01 0,240 7,348 9,668 2,320 2,224 1,786
C6 3,90 0,120 10,646 12,098 1,452 2,783 1,118
C7+ 3,14 0,031 11,987 12,370 0,383 2,845 0,295
100,00 0,000 100,000 100,000 23,000 77,000
Cn bng vt liu ca thp tch:F = V +L = Yi +L = Xi
trong : Yi =yiV ;
Xi =xiL .
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
54/292
http://www.ebook.edu.vn 55
Chng IIIthng s nhit ng ca cc hydrocacbon
ring bit v hn hp ca chng
Khi tnh ton nhit ng hc ca qu trnh ch bin kh, ngi ta thngs dng cc i lng nhit ng sau: p sut, nhit , chu nn, th tchring, trng lng ring, entanpi, entropi, nhit dung, dn nhit, nht.Trong chng ny s xem xt tnh cht nhit ng ca cc hydrocacbonring bit v hn hp ca chng, v trnh by mt s phng php xc nh
cc tnh cht . p sut, th tch, nhit v h s chu nn thng nmtrong phng trnh trng thi. Nhiu tnh cht ca cc hydrocacbon c xcnh trn c s l thuyt trng thi tng hp, v vy cn phi bit cc thngs ti hn ca cc cu t v hn hp ca chng.
III.1. Nhit si v p sut hi bo ho
Nhit si ca hydrocacbon t C 1 n C10 c xc nh bng thcnghim, s liu a ra trong bng III.1.
Nhit si ca cc hydrocacbon parafin tinh khit t C 1 n C20 iukin tiu chun c th tnh chnh xc n 1 K theo phng trnh:
7,232121)1()05,03,193( 91,0s += nnnT (III.1)
trong n l s nguyn t cacbon trong phn t hydrocacbon.
p sut hi bo ho ca hydrocacbon tinh khit c th xc nh theophng trnh sau khi bit Ts , Tc ,Pc :
hlgP = [ 0,01500 + 1,397.(Th)2 + 0,581(Th)]. )
11(
hT (III.2)
trong : Ph =Pbh/Pc
= 0,1018 + 0,3806. 0,02861. 2
=Th.lg(0,96784 .PC).(1 Th)
Th =Ts/Tc
p sut hi bo ho ca cc cu t ring bit c th xc nh bng phngphp n gin hn, l phng php gin , trong ngi ta s dnggin ph thuc p sut hi bo ho vo nhit (hnh III.1 v hnh III.2).
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
55/292
http://www.ebook.edu.vn
Bng I II.1. Cc tnh cht ho l ca hydrocacbon v N2, CO2, H2S
Nhit si Cc thng s ti hn
Nhit Cu t
Cng
thc
Khi
lngphn t
0C K0C K
p sut,MPa
Th tch ring,
cm 3/g
H s
n
Metan
Etan
Propan
Butan
izo -Butan
Pentan
izo -Pentan
Hexan
Heptan
Octan
NonanDecan
Nit
Cacbondioxit
Hydrosunfua
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C4H10
C5H12
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
C9H20 C10H22
N2
CO2
H2S
16,043
30,070
44,097
58,124
58,124
72,151
72,151
86,178
100,205
114,232
128,259142,286
28,010
44,010
34,080
161,49
88,63
42,07
0,5011,73
36,074
27,852
68,740
98,427
125,665
150,798174,112
195,798
78,477
60,341
111,66
184,52
231,08
272,65
261,42
309,074
301,00
341,89
371,577
398,815
423,948447,272
77,352
194,673
212,809
-82,60
32,28
96,67
152,01
134,98
196,50
187,24
234,20
267,00
295,61
321,41344,4
149,89
31,05
100,4
190,55
305,43
369,82
425,16
408,13
469,65
460,39
507,35
540,15
568,76
594,56617,5
126,26
304,20
373,6
4,61
4,88
4,25
3,80
3,65
3,37
3,38
3,01
2,74
2,49
2,292,10
3,40
7,38
9,01
6,1985
4,9126
4,5568
4,3945
4,5256
4,3071
4,2759
4,2759
4,2572
4,2572
4,20104,1885
3,2147
3,1723
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,20,2
0,2
0,2
0,2
56
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
56/292
http://www.ebook.edu.vn 57
Hnh III.1.p sut hi bo ho ca cc hydrocacbon nh nhit thp
Hnh III.2.p sut hi bo ho ca cc hydrocacbon no mch thng
Nhit , 0C
psut,kPa
Nhit , 0C
p
sut,kPa
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
57/292
http://www.ebook.edu.vn 58
III.2 Cc i lng ti hn
Cc i lng ti hn: Tc , Pc , Vc ca cc hydrocacbon ring bit nhnc bng thc nghim xem bng III.2.
Vi cc hydrocacbon t C1 n C15 c th xc nh nhit ti hn
(chnh xc ti 1 K) theo phng trnh:
7,1901)(645,2
1)391,7(0,785c
++
=
n
nT (III.3)
trong n l s nguyn t cacbon ca cu t.p sut ti hn ca hydrocacbon t C 1 n C20 (tr C18) c th xc nh
chnh xc ti 0,05 MPa theo phng trnh:
1,2c 977,7
49,51
nP
+= (III.4)
trong n l s nguyn t cacbon ca cu t.
xc nh th tch ti hn ca cc hydrocacbon t C 3 n C16 (chnhxc n 4 cm3/mol) c th p dng phng trnh:
Vc = 58,0 n + 22 (III.5)
Khi khng th tm c cc i lng ti hn ca hn hp trong ccbng s liu, chng ta c th tnh ton bng nhiu cch khi bit cc ilng thc ca cc cu t. Cng tng t nh vy, cc thng s a, b, c, ...trong cc phng trnh trng thi cng c xc nh bng cch c bit ivi hn hp. Cc ng thc c mt cc thng s ca hn hp c gi l ccnh lut kt hp hoc nh lut hn hp. Khi tnh ton khng quan tm ndng chnh xc ca n m da trn c s gi thit rng cc tnh cht ca hnhp l trung bnh cng tnh cht ca cc cu t ring bit to thnh hn hp.
nh lut c p dng vi cc phng trnh trng thi Van der Walls,Redlich - Kwong, Peng - Robinson xc nh thng sa v b nh sau:
= i jij1/2jijim )(1)( kaaxxa
=i
iim bxb
trong : am , bm l thng sa, b ca hn hp;ai , aj l thng sa, b ca cu ti v j;
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
58/292
http://www.ebook.edu.vn 59
xi , xj l phn mol ca cu ti v jtrong hn hp;kij l thng s tng tc bc hai.
Nh vy cc thng sam v bm ca hn hp c xc nh trn c s ccthng sa v b ca cc cu t tinh khit. Vi cc phng trnh trng thi nitrn, nh lut hn hp l tng ca cc cp bc 2. V d hn hp bn cu ts gm c 6 cp bc 2...
Thng s tng tc bc hai kij khng phi l thng s l thuyt m lthng s thc nghim c s dng hiu chnh trong cc phng trnh
trng thi.Cc gi tr ti hn tm c t cc nh lut hn hp khng phi l cc
gi tr thc, m l cc gi tr gi ti hn, thng c k hiu l Tc v Pc.Nh vy gi tr gi ti hn khng phi l mt im trn ng cong cn bngpha, n ch l thng s tng quan s dng khi nim trng thi tng hp.Trng thi tng hp l trng thi c cng cc thng s rt gn (hnh III.3).
Hnh III.3.p sut hi v p sut rt gn ca metan v propan
Cc thng s gi ti hn c th c xc nh theo nh lut Kay:
==i
iicci
iiccv c.TTc.PP
trong ci l phn mol ca cu t trong hn hp; Pciv Tci l cc gi tr ti
hn ca cu t.
Cc gi tr ti hn ca cc hydrocacbon xem bng III.2.
Nhit , 0C
Metan
Propan
-150-200 -50-100 50 1000
10
1
100
1000
10000
psut,kPa
a
Propan
Metan
0,20 0,40 0,60 0,80 1,000,0001
0,0010
0,0100
0,1000
1,0000
Nhit rt gn, T
psutrtgn,
Pr
b
P
PCPr =
T
TCTr =
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
59/292
http://www.ebook.edu.vn 60
Chia gi tr p sut v nhit thc cho cc gi tr gi ti hn, ta c gitr cc i lng gi rt gn ca hn hp:
cr
T
TT
= ;
cr
P
PP
= (III.6)
nh lut Kay cng c th p dng tnh khi lng phn t hiu dngca hn hp.
V d III.1
Tnh h s chu nn z ca kh c thnh phn v cc thng s ti hn chotrong bng III.2 p sut P = 13,94 MPa (2021 psi) vT= 331 K (5950R).
p dng nh lut Kay xc nh c cc i lng gi ti hn ca hnhp kh. Kt qu tnh theo h n v quc t v n v Anh a ra bng III.2.
Bng III.2. Thnh phn v cc thng s ti hn ca hn hp kh
H Anh H mt MWCu t yi
Pc cP Tc cT Pc cP Tc cT MW MW
N2
CO2
H2S
C1
C2
C3
izo-C4
n-C4
0,0046
0,0030
0,1438
0,8414
0,0059
0,0008
0,0003
0,0002
493
1071
1300
666
707
617
528
551
2,3
3,2
186,9
560,4
4,2
0,5
0,2
0,1
227
548
672
343
550
666
734
765
1,0
1,6
96,6288,6
3,2
0,5
0,2
0,2
3,40
7,38
8,96
4,60
4,88
4,25
3,65
3,80
0,02
0,02
1,29
3,87
0,023
-
-
-
126
304
373
191
305
370
408
425
0,6
0,9
53,6
160,7
1,8
0,3
0,1
0,1
28,016
44,010
34,076
16,043
30,070
44,097
58,124
58,124
0,13
0,13
4,90
13,50
0,18
0,04
0,02
0,01
1,0000 758 392 5,23 218 MW = 18,900
Tnh ton cc i lng gi rt gn ca hn hp theo cc h n v quc
t (h mt) v h n v Anh:
H mt: 521218
331672
235
9413rr ,T,
,
,P ====
H Anh: 521392
595672
758
2021rr ,T,P ====
T gin h s chu nn Katz (hnh III.5) c z = 0,8.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
60/292
http://www.ebook.edu.vn
Hnh III.4. Gin Katz xc nh h s chu nn cc gi tr p sut thp
Hschu
nnz
Hschunnz
p sut gi - rt gn p sut gi - rt a) b)61
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
61/292
http://www.ebook.edu.vn 62
Hnh III.5. Gin Katz xc nh h s chu nn cc gi tr p sut cao
p sut gi - rt gn Pr
Nhit gi - rt gn T r
p sut gi - rt gn Pr
H
schunnz
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
62/292
http://www.ebook.edu.vn 63
T phng trnh trng thi:
V
MWzRTPV == v
ta nhn c cng thc tnh t trng thc ca kh nhit Tv p sut P:
zRT
)P).(MW(=
trong MWl khi lng phn t.
Thay vo cng thc trn ta c t trng thc ca kh:
12033100831080
90189413=
=
,,
,, kg/m3.
V d III.2
p dng cc phng php tnh h s chu nn z ca kh c cha H2S vCO2.
C hai phng php ph bin l phng php Robinson v phng phpWichert. Chng ta s dng phng php Wichert. Trong phng php ny,tc gi s dng cc thng s gi ti hn Pc v Tc c xc nh bng
nh lut Kay v gin Katz. Ngoi ra tc gi cn s dng h sc xcnh t gin trn hnh III.6. H sc s dng hiu chnh cc thngs gi ti hn xc nh t nh lut Kay i vi kh chua. Gi tr cc thngs gi ti hn sau khi hiu chnh c s dng xc nh p sut rt gnPr v nhit rt gn Tr theo gin Katz.
H mt: 556,0cc = TT
556,0)1(c
ccc
+
=
BBT
TPP
H Anh: = cc TT
+
=
)1(c
ccc
BBT
TPP
trong : Pc v Tc l thng s gi ti hn c hiu chnh, t tnhc Pr = P/Pc v Tr = T/Tc , v s c dng trong gin Katz xcnh z.
Pc v Tc l cc thng s gi ti hn c xc nh t nh lut Kay;
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
63/292
http://www.ebook.edu.vn 64
xc nh t gin trn hnh III.6;
B l phn mol H2S trong kh.
C th xc nh theo gin trn hnh III.6 hoc theo biu thc:
= 120(A0,9A1,6 ) + 15(B0,5 B4) (III.7)
trong : tnh theo 0R bng 1,8 K;
A l phn mol H2S v CO2 trong kh;
B l phn mol H2S trong kh.
Vi cc s liu thnh phn kh nh v d III.1, t gin trn hnhIII.6 hoc t biu thc (III.7) c = 21.
Hnh III.6. Gin xc nh h s hiu chnh
% H 2S
%C
O2
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
64/292
http://www.ebook.edu.vn 65
Tnh ton theo cc h n v quc t (h mt) hoc h n v Anh:
H mt: cT = 218 0,556 21 = 206,3 K
cP = 0560218562014380218
3206235
,,,
,,
+
= 4,92 MPa
H Anh: cT = 392 21 = 3710R
cP = 218562014380392
371758
+
,,= 713 psi
t : rP = 2,8 v rT = 331/206,3 = 1,6, do z = 0,83.=
331008310830
90189413
,,
,,= 115 kg/m3.
V d III.3
i khi cn phi tnh ton t trng ca hn hp kh khi c sn rt tthng tin. Ngi ta s dng gin trn hnh III.7 biu din cc tnh chtgi ti hn ca kh t nhin tnh ton gn ng.
Vi s liu tng t nh v d III.1, nhng khi lng phn t ca hnhpMW= 18,90 (cc thng s khc khng bit).
T trng tng i ca hn hp kh (so vi khng kh, khng kh = 1):
0,6528,97
18,90k ==
T gin ta c: Tc = 208 K (3750R)
Pc = 4,62 MPa (670 psi)
T tnh cc i lng rt gn ca hn hp:
H mt: 3,024,62
13,95
cr ==
= P
PP
1,59208
331
cr === T
T
T
H Anh: 3,02670
2021
cr ==
= P
PP
1,59375
595
cr ==
= T
TT
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
65/292
http://www.ebook.edu.vn 66
Hnh III.7. Gin cc tnh cht gi ti hn ca kh t nhin
T gin trn hnh III.4 v III.5 xc nh c z = 0,825 v:
=
3310083108250
90189413
,,
,,= 116 kg/m3
Nhng phng php khc xc nh h s z
Cn c mt s phng php khc xc nh h s chu nn z. Nichung phng php xc nh z t cc phng trnh trng thi c ng dngkh rng ri khi khng cn phi tnh ton tht chnh xc. Cc ng thc thcnghim c pht trin tnh h s chu nn z vi cc hn hp kh cbit hoc hn hp kh trong phm vi hp, cho kt qu kh chnh xc nhng
Pc'
psi
Tc'OR
T trng tng i, khng kh = 1
Tc'
K
Pc'
MPa
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
66/292
http://www.ebook.edu.vn 67
khng tng qut. V d biu Katz p dng tt khi tnh ton vi kh ngt(nh khi tnh ton thit k ng ng dn kh ngt chng hn), nhng likm ph hp vi kh c cha lng nh H2S, CO2 v N2. Bng III.3 di ya ra cc s liu so snh kt qu tnh h sz vi hn hp kh c thnh phnnh trong cc v d trn khi c thm cc h s hiu chnh.
Bng III.3. So snh cc kt qu tnh z
Cc phng php tnh z
Katz
Katz vi h s
th Pc, Tc
Phng trnh trng thi SBV
Phng trnh trng thi SRK
Phng trnh trng thi PR
0,80
0,83
0,825
0,83
0,85
0,81
Vi kh t nhin v kh ng hnh c th xc nh h s chu nn theophng trnh:
z = 0,990 + (Pr 0,0681) / ( 26,481Tr2 + 49,11Tr 25,17) (III.8)
vi chnh xc 0,5% trong khong gi trPr = 0,35 ... 1,5 ; Tr = 1,2 ... 1,8.
Cn ni chung thc t thng tnh ton theo cc gin ph thuc ca zvo cc i lng rt gn nu trn.
T trng ca cc hydrocacbon t C1 n C10 p sut kh quyn ca ra trn cc gin tng ng trong khong nhit thp (hnh III.8) vtrong khong nhit cao (hnh III.9). Gi tr to tng ng vi cchydrocacbon trn hnh III.9 c cho trong bng III.4.
T trng ca kh nn c tnh theo phng trnh:
+=
imii
i
ii
)( vvx
Mx
d (III.9)
trong : v i l th tch mol ca cu ti , m3/kg.mol;
v m l th tch m ca hn hp, tc l i lng cho bit tng thtch ca cc cu t ring bit ln hn th tch hn hp cachng, m3/kg.mol.
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
67/292
http://www.ebook.edu.vn 68
Hnh III.8. Gin xc nh t trng hydrocacbon lng p sut kh quyn trong v ng nhit thp
Bng III.4. Gi tr to v khong nhit tnh t trng ca cchydrocacbon lng p sut kh quyn
Cc to (hnh III.8) Khong nhit , 0CHydrocacbon
x y Hnh III.8 Hnh III.9
n-Pentanizo -Pentann-Hexan
n-Heptann-Octan
n-Nonann-Decan
2,192,072,332,452,652,742,80
0,610,431,532,272,893,363,73
90 ... 050 ... 10
90 ... 0
90 ... 0
50 ... 0
50 ... 0
10 ... 3010 ... 20
10 ... 60
10 ... 90
10 ... 120
10 ... 120
10 ... 140
Nhit,0C
Metyl xyclohexan
Etan
Metan
Etylen
PropanPropylen
2-Metyl propann-Butan
2,2-Dimetyl propan Buten-1Pentan2-Metyl butan
Hecxen-1
n-Nonann-Octan
3-Etyl pentan2,2,4-Trimetyl pentan
n-Heptann-HexanPenten-1
Ttrng,kg
/m3
Su tm bi:www.daihoc.com.vn
7/31/2019 Cong Nghe Che Bien Khi Thien Nhien Va Dong Hanh.diendandaihoc.vn
68/292
http://www.ebook.edu.vn 69
Hnh III.9. Gin xc nh t trng hydrocacbon lng p sut kh quyn trong vng nhit trung bnh v cao
Ngoi ra ngi ta cn c th xc nh cc thng s ti hn v gi ti hnca hn hp theo cc gin khi bit gi tr nhit si trung bnh ca hn
hp: T nhit si trung bnh mol xc nh nhit gi ti hn.
T nhit si trung bnh