77

Chơng IV
Tính chất của hệ hydrocacbon v nớc

IV.1. Hm ẩm của khí
Khí tự nhiên và khí đồng hành khai thác từ các mỏ dới lòng đất luôn
bo hoà hơi nớc. Hàm lợng hơi nớc có trong hỗn hợp khí phụ thuộc vào
áp suất, nhiệt độ và thành phần khí. Tại mỗi giá trị áp suất và nhiệt độ có thể
xác định đợc hàm lợng ẩm tối đa của khí. Hàm ẩm tơng ứng với trạng
thái khí bo hoà hơi nớc đợc gọi là hàm ẩm cân bằng hay còn gọi là độ ẩm
cân bằng.
Để biểu diễn hàm lợng hơi nớc có trong khí, ngời ta sử dụng hai khái
niệm: độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tơng đối. Độ ẩm tuyệt đối là lợng hơi nớc
có trong một đơn vị thể tích hoặc một đơn vị khối lợng khí (đợc biểu diễn
bằng g/m
3
khí hoặc g/kg khí). Độ ẩm tơng đối là tỷ số giữa khối lợng hơi
nớc có trong khí và khối lợng hơi nớc tối đa có thể có trong khí ở điều
kiện bo hoà (biểu diễn theo phần trăm hoặc phần đơn vị). Nếu giảm nhiệt
độ khí bo hoà hơi nớc còn áp suất không đổi, thì một phần hơi nớc bị
ngng tụ. Nhiệt độ tại đó hơi nớc có trong khí bắt đầu ngng tụ đợc gọi là
điểm sơng của khí ẩm tại áp suất đ cho.
Hàm ẩm của khí phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ của hệ và thành phần
hỗn hợp khí. Có nhiều phơng pháp xác định hàm ẩm của khí, trong đó các
phơng pháp sau phổ biến:
Sử dụng quan hệ giữa áp suất riêng phần và thành phần lỏng hơi.
Sử dụng các đờng cong thực nghiệm phụ thuộc của hàm ẩm vào nhiệt
độ và áp suất.
Hiệu chỉnh các đờng cong trên khi có mặt của H

w
có thể lấy bằng 1, bởi vì pha lỏng
không pha trộn. Nh vậy, khi biết áp suất của hệ và áp suất hơi riêng phần
của hơi nớc thì có thể tính đợc phần mol của nớc trong pha hơi theo đẳng
thức (IV.1).
IV.2.2. Sử dụng các đờng cong thực nghiệm
Từ đầu những năm 1950, khí tự nhiên sau khi loại các cấu tử nặng và
các tạp chất trở thành khí khô ngọt đợc hoá lỏng thành LNG. Đối với khí tự
nhiên khô ngọt này, logarit của hàm ẩm (logW) phụ thuộc vào P và T.
Trên hình IV.1 mô tả sự phụ thuộc của logW vào nhiệt độ điểm sơng
tại áp suất đ cho. Nồng độ tính bằng khối lợng trên một đơn vị thể tích
tiêu chuẩn đợc tính chuyển sang phần mol y theo công thức sau:
kg nớc/10
6
m
3
= y
w
18 ì 41.740
= 751.320 y
w

trong đó: 18 là khối lợng phân tử nớc;
41.740 là kmol khí / 10
6
m
3
(ở 15
0
C và 100 kPa).

dụng thực tế chấp nhận đợc khi nồng độ CO
2
và H
2
S nhỏ và áp suất thấp.

79
H×nh IV.1b. Hµm l−îng Èm cña khÝ tù nhiªn kh« ngät
§iÓm s−¬ng,
0
F
Hµm Èm cña khÝ tù nhiªn ngät, lb/MMscf (14,7 psi vµ 59
0
F)

81
IV.2.3. Hàm ẩm của khí chua
Có một vài phơng pháp xác định hàm ẩm của khí có chứa H
2
S và CO
2
.

1
là hàm ẩm của CO
2
xác định từ đồ thị IV.2;
W
2
là hàm ẩm của H
2
S xác định từ đồ thị IV.3;
y = 1 y
1
y
2
. y
1
là phần mol CO
2
;
y
2
là phần mol H
2
S.
b. Phơng pháp thứ hai coi hỗn hợp khí là hỗn hợp của metan, CO
2
và
H
2
S. Hàm ẩm cũng đợc tính theo biểu thức (IV.2), trong đó hàm ẩm của
CO

bằng 75% hàm ẩm của H
2
S ở cùng điều kiện.
Vì vậy, để đơn giản tính toán, phần mol CO
2
đợc đổi thành phần mol H
2
S.
Khi sử dụng đồ thị phần trăm mol H
2
S sẽ là phần trăm mol CO
2
nhân với
0,75 cộng với phần trăm mol H
2
S thực của hỗn hợp khí.


Hình IV.3. Hàm ẩm của H
2
S trong hỗn hợp khí tự nhiên bão hoà hơi nớc
83
Hàm ẩm, kg H
2
O /10
6
m
3
khí (100 kPa và 15
0
C)

H×nh IV.4b. Hµm Èm cña CO
2

Hµm Èm, kg H
2
O /10
6
m
3
khÝ
NhiÖt ®é,
0
C
NhiÖt ®é,
0
F
Hµm Èm, lbs H
2
H×nh IV.5b. Hµm Èm cña H
2
S
NhiÖt ®é,
0
C
Hµm Èm, kg H
2
O /10
6
m
3
khÝ
Hµm Èm, lbs H
2
O /MMscf khÝ
NhiÖt ®é,
0
F

100% CH
4

10% H
2
S, 90% CH
4

20% H
2
S, 80% CH
4

30% H
2
S, 70% CH
4

40% H
2
S, 60% CH
4


















86

87
Hàm ẩm tính theo phơng pháp này theo hệ dơn vị Anh:
W = 350 ì w
trong đó W đợc tính bằng lbm/MMscf;
w đợc tính bằng bbl/MMscf, xác định từ đồ thị ở hình IV.6.
Hàm ẩm tính theo hệ đơn vị SI:
W = 5.543 ì w
trong đó W đợc tính bằng kg / 10
6
m
3
;
w đợc tính bằng bbl/MMscf, xác định từ đồ thị ở hình IV.6.
Phơng pháp này là phơng pháp gần đúng nhanh nhất để xác định hàm
ẩm của khí chua nhờ giả thiết chuyển đổi phần mol CO
2
thành phần mol H
2
S


Xác định thông số Z nhờ cách tính nhanh của EMR từ phân tử lợng và
khối lợng riêng của phân đoạn nặng nhất trong hỗn hợp khí đem phân tích.
Tìm giá trị hằng số k ở giá trị T và P của hệ từ đồ thị phụ thuộc của
k vào nhiệt độ và áp suất rút gọn của hơi nớc trên hình IV.7 hoặc tính theo
phơng trình sau:

00490
0
w
w
0
w
0
w
0
w
,
P
P
P/f
P/f
P
P
k






T
của hỗn hợp;
P
là áp suất của hệ;
0
w
f
là fugat của hơi nớc ở
0
OH
2
P
và
T
;
f
W
là

fugat của hơi nớc ở
P
và
T
;
0,0049 là hằng số thực nghiệm. Hình IV.8. Fugat của nớc ở các nhiệt độ và áp suất khác nhau của hỗn hợp khí
89
á
p suất, MPa
á
p suất, psia
f
w
, psia
f
w
, MPa