View
87
Download
3
Category
Preview:
Citation preview
Chapter 2 - Phase Behaviour 1
Chương 2:Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Trong Chế Biến Dụng Trong Chế Biến KhíKhí
Chapter 2 - Phase Behaviour 2
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.1. Giản đồ pha của đơn chất
2.1.1. Các khái niệm- Cấu tử: là những chất riêng biệt cần thiết để tạo thành hệ. Đối với những hệ có xảy ra tương tác hóa học, số cấu tử bằng số chất riêng biệt trừ đi số phương trình phản ứng giữa các chất đó.
Ví dụ: Số cấu tử của hệ: KClO3 (r) = KCl (r) + O2 (k) là:a. 1b. 2c. 3d. Không xác định.
Chapter 2 - Phase Behaviour 3
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
- Số bậc tự do: là số thông số của hệ cân bằng có thể tự do thay đổi mà không làm thay đổi số và bản chất các pha của hệ.
Ví dụ: Số bậc tự do của hệ hơi nước bão hòa là:a. 1b. 2c. 3d. Không xác định.
Chapter 2 - Phase Behaviour 4
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.1.2. Quy tắc pha GibbsSố bậc tự do của hệ cân bằng mà chỉ chịu ảnh hưởng của các thông số bên ngòai là nhiệt độ và áp suất, bằng số cấu tử của hệ trừ số pha cộng với 2.
T = C – P + 2
Ví dụ: Số bậc tự do của hệ: Ca(OH)2(r) = CaO(r) + H2O(k) là:a. 1b. 2c. 3d. 4
Chapter 2 - Phase Behaviour 5
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.1.3. Giản đồ pha
1-2: thăng hoa.
2-3: nóng chảy.
2-C: hóa hơi.
2: điểm ba (T=0)
A: lỏng nén
B: hơi quá nhiệt
C: điểm tới hạn
Chapter 2 - Phase Behaviour 6
P/T không thay đổi trong quá trình chuyển pha đẳng nhiệt/đẳng áp.
T>TC, khí không thay đổi pha khi tăng áp suất.
T>Tc, P>PC, lưu chất ở trạng thái siêu tới hạn.
Chapter 2 - Phase Behaviour 7
Chuyển pha
(ẩn nhiệt)
Chapter 2 - Phase Behaviour 8
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Giản đồ P-V của 1 cấu tử đơn chất (T = const).
Giản đồ P-T của 1 cấu tử đơn chất.
Chapter 2 - Phase Behaviour 9
Giản đồ P-V của 1 cấu tử đơn chất.
Chapter 2 - Phase Behaviour 10
P-v Diagram And Phase Envelope Of A Pure Substance
Chapter 2 - Phase Behaviour 11
Chapter 2 - Phase Behaviour 12
Không có sự chuyển pha đột ngột khi hệ chuyển từ trạng thái A B
Chapter 2 - Phase Behaviour 13
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.2. Hệ hai cấu tử
Giản đồ P-V của hệ 2 cấu tử (T = const)
Chapter 2 - Phase Behaviour 14
Giản đồ P-V của hệ 2 cấu tử.
Chapter 2 - Phase Behaviour 15
Giản đồ P-T của hệ 2 cấu tử
Chapter 2 - Phase Behaviour 16
P-T Graphs For The Pure Components A And B
Chapter 2 - Phase Behaviour 17
Effect Of Composition On Phase Behavior.
Chapter 2 - Phase Behaviour 18
Chapter 2 - Phase Behaviour 19
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Đường cân bằng P-T là đường bao pha.
Khỏang nhiệt độ sôi.
Vị trí đường bao pha phụ thuộc áp suất các cấu tử đơn chất và thành phần hỗn hợp.
S/s độ bay hơi của 2 cấu tử A & B?
PC (hh)>PC (A,B)
Đường bong bóng: hóa hơi.
Đường điểm sương: ngưng tụ.
Chapter 2 - Phase Behaviour 20
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Gia nhiệt đẳng áp: A E
A: lỏng nén
B: điểm bong bóng
B-D: khỏang nhiệt độ sôi
D: điểm sương
E: hơi quá nhiệt
Chapter 2 - Phase Behaviour 21
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Nén đẳng nhiệt: F G
F: hơi dưới TC.
F-G: quá trình ngưng tụ.
G: ngưng tụ lỏng hòan tòan.
Chapter 2 - Phase Behaviour 22
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Nén đẳng nhiệt (hóa hơi ngược):
H: hơi trên TC.
H-J: ngưng tụ - hóa hơi.
J: hóa hơi hòan tòan.
Chapter 2 - Phase Behaviour 23
Vùng hóa hơi ngược
Chapter 2 - Phase Behaviour 24
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Làm lạnh đẳng áp (ngưng tụ ngược):
K: hơi trên TC & Pc.
K-L: ngưng tụ - hóa hơi.
L: hóa hơi hòan tòan.
Chapter 2 - Phase Behaviour 25
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Cricondenbar: áp suất cực đại mà pha lỏng và pha hơi cùng tồn tại trong hỗn hợp.
Cricondentherm: nhiệt độ cực đại mà pha lỏng và pha hơi cùng tồn tại trong hỗn hợp.
Chapter 2 - Phase Behaviour 26
Giản đồ P-X cho hệ 2 cấu tử
Chapter 2 - Phase Behaviour 27
Giản đồ T-X cho hệ 2 cấu tử
Chapter 2 - Phase Behaviour 28
Chapter 2 - Phase Behaviour 29
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.3. Hệ đa cấu tử
2.3.1. Các lọai giếng dầu khí
Phân lọai tùy theo vị trí điểm trạng thái (P, T) của dầu/khí trong giếng so với đường bao pha trong giản đồ pha.
Chapter 2 - Phase Behaviour 30
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Giếng A & B: dầu nặng/nhẹ.
T<TC.
Tại sao nhiệt độ và áp suất của dầu/khí giảm khi thóat
khỏi giếng?
Tại sao cần bơm nước vào giếng dầu khi bắt đầu
khoan khai thác?
Chapter 2 - Phase Behaviour 31
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí Giếng C: khí-
condensate.
TC<T<Tcricondentherm.
Xảy ra hiện tượng ngưng tụ ngược.
Tại sao cần bơm khí vào giếng khí-condensate khi
khoan khai thác?
Khí gì được bơm vào giếng khí-condensate khi khoan
khai thác?
Chapter 2 - Phase Behaviour 32
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Giếng D: khí ướt.
T>Tcricondentherm.
Xảy ra hiện tượng ngưng tụ ngược.
Chapter 2 - Phase Behaviour 33
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Giếng D: khí khô.
T>Tcricondentherm.
Không hình thành pha lỏng trong bất cứ điều kiện nào.
Chapter 2 - Phase Behaviour 34
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Nhiệt độ đầu ra của giếng khai thác dầu/khí ~ 100-1400F.
Hình dạng đường bao pha và vị trí điểm tới hạn thay đổi theo thành phần dầu/khí:
Khí khô: Đường bao pha hẹp, điểm tới hạn thấp, về phía trái.
Dầu nặng: Đường bao pha rộng, điểm tới hạn cao, về phía phải.
Chapter 2 - Phase Behaviour 35
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Giản đồ pha của (a) khí khô và (b) dầu nặng.
Liquid
Gas
Liquid-Gas
P
T
.C
(a)
Liquid
Gas
Liquid-Gas
P
T
.C
(b)
Chapter 2 - Phase Behaviour 36
Giếng A
Giếng B
Chapter 2 - Phase Behaviour 37
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.3.2. Ứng dụng giản đồ pha trong vận chuyển khí trong ống dẫn áp suất cao
Liquid
Gas
Liquid-Gas
P
T
J
I
Khi hệ chuyển từ trạng thái I J, nếu đường IJ cắt đường điểm sương có chất lỏng hình thành trong ống dẫn tồn tại 2 pha!
Đường ống vận chuyển 2 pha lớn hơn đường ống vận chuyển 1 pha!
Cuối đường ống có bộ phận tách lọai phần ngưng tụ (slug catcher).
Chapter 2 - Phase Behaviour 38
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Liquid
Gas
Liquid-Gas
P
T
N
M
J
I
Chuyển về vận chuyển dòng 1 pha!
(1) Thay đổi thành phần khí bằng cách lọai bớt phần nặng để thay đổi vị trí đường bao pha.
Yêu cầu bộ phận tách condensate.
(2) Thay đổi điều kiện vận chuyển khí để chuyển đường IJ thành MN.
Nén và đường ống chịu áp suất cao.
Đường kính ống giảm.
Chapter 2 - Phase Behaviour 39
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.3.3. Ảnh hưởng của tạp chất lên đường bao pha
• H2O có áp suất hơi thấp và không trộn lẫn với hydrocarbon lỏng nên ít ảnh hưởng, ngọai trừ ở nhiệt độ cao và áp suất thấp.
• Hàm lượng CO2, H2S, N2 ảnh hưởng đáng kể lên đường bao pha của khí thiên nhiên:
Hàm lượng CO2 và H2S càng cao, đường bao pha càng hạ thấp đường cricondenbar càng thấp.
Hàm lượng N2 càng cao, đường bao pha càng cao đường cricondenbar càng cao.
Chapter 2 - Phase Behaviour 40
Chapter 2 - Phase Behaviour 41
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.3.4. Ứng dụng giản đồ pha trong chế biến khí để thu hồi condensate
Liquid
GasLiquid-Vapor
P
T
.....
C
C’
C’’
B A
• Để thu hồi condensate, khí cần được làm lạnh đến dưới điểm sương.
• 3 phương pháp làm lạnh: dùng môi chất lạnh, giãn nở theo hiệu ứng Joule-Thomson; hoặc giãn nở turbin.
Chapter 2 - Phase Behaviour 42
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Liquid
GasLiquid-Vapor
P
T
.....
C
C’’
C’
B A
• A-B: làm lạnh nhờ trao đổi nhiệt với dòng khí sản phẩm.
• B-C: làm lạnh nhờ trao đổi nhiệt với môi chất lạnh.
• B-C’: làm lạnh nhờ van giảm áp thông qua hiệu ứng Joule-Thomson.
• B-C’’: làm lạnh nhờ giảm áp bằng giãn nở turbin.
Phương pháp làm lạnh bằng hiệu ứng Joule-Thomson và giãn nở turbin cho hiệu quả thu hồi condensate cao hơn nhưng tốn chi phí nén tăng áp trở lại sau khi tách condensate.
Chapter 2 - Phase Behaviour 43
Chapter 2 - Phase Behaviour 44
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
2.3.5. Ứng dụng tính tóan cân bằng pha
F, zi
Fv, yi
Fl, xi
Ki = yi / xi
yi = 1
xi = 1
Chapter 2 - Phase Behaviour 45
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí Phương trình trạng thái:
• Khí lý tưởng: pV = nRT
• Khí thực: pV = ZnRT
• van der Waals: p = [RT/(v-b)] - a/v2
• Redlich-Kwong (Tr>1): p = [RT/(v-b)] – aT-0,5/[v(v+b)]
• Redlich-Kwong-Soave (Tr<1): p = [RT/(v-b)] – a(T)/[v(v+b)]
• Peng-Robinson (CO2, H2S):
p = [RT/(v-b)] – a(T)/[v(v+b)+b(v-b)]
•Redlich-Kwong-Usdin-McAuliffe (hydocarbon nặng):
p = [RT/(v-b) – a(T)/[v(v+d)]
Chapter 2 - Phase Behaviour 46
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
• Benedict-Webb-Rubin:
p = RT + (B0RT-A0-C0/T2)2 + (bRT-a)3 + a6 + c3(1+2)[exp(-
2)]/T2
• Starling-Han:
p = RT + (B0RT-A0-C0/T2+D0/T3-E0/T4)2 + (bRT-a-d/T)3 + (a+d/T)6 + c3(1+2)[exp(-
2)]/T2
Chapter 2 - Phase Behaviour 47
Khí lý tưởng Khí thực
Chapter 2 - Phase Behaviour 48
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
Tính nhiệt độ điểm bong bóng
• Bài toán: Hỗn hợp hydrocarbon lỏng có thành phần z tại áp suất P.
Chapter 2 - Phase Behaviour 49
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí Ví dụ: Tính khối lượng của 1 MMscf hỗn hợp khí thiên nhiên có trọng lượng lượng riêng (SG) là 0,650.
Cho:
• Khối lượng phân tử của không khí = 28,964 lb/lbmol.
• V1 lbmol khí = 379,5 scf khí.
Chapter 2 - Phase Behaviour 50
Chương 2: Giản Đồ Pha & Ứng Giản Đồ Pha & Ứng Dụng Dụng Trong Chế Biến Khí Trong Chế Biến Khí
MW = SG x 28,964 = 0,650 x 28,964 = 18,8 lb/lbmol
m = 1 x 106 scf x 1 lbmol/379,5 scf x 18,8 lb/lbmol
= 4,96 x 104 lb
Chapter 2 - Phase Behaviour 51
BÀI TẬP VỀ NHÀ
Chapter 2 - Phase Behaviour 52
Mixture 197.50% CH4 and 2.50% C2H6 (closest to 100%
pure Methane vapor pressure curve)
Mixture 2 92.50% CH4 and 7.50% C2H6
Mixture 3 85.16% CH4 and 14.84% C2H6
Mixture 4 70.00% CH4 and 30.00% C2H6
Mixture 5 50.02% CH4 and 49.98% C2H6
Mixture 6 30.02% CH4 and 69.98% C2H6
Mixture 7 14.98% CH4 and 85.02% C2H6
Mixture 85.00% CH4 and 95.00% C2H6 (closest to 100%
pure Ethane vapor pressure curve)
Chapter 2 - Phase Behaviour 53
1. Vẽ giản đồ T-x của hệ methane-ethane ở 500 psia.
2. Một hỗn hợp 50% methane và 50% ethane được giữ ở 500 psia. Xác định nhiệt độ tại đó hệ có ít nhất 50% ở trạng thái lỏng.
3. Hỗn hợp trên được giữ ở -600F và 500 psia. Xác định % lỏng của hệ và thành phần pha lỏng và pha hơi.
Recommended