intTypePromotion=1

Phương pháp làm ngọt khí tự nhiên - Khí đồng hành

Chia sẻ: Toàn Phong | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:38

0
245
lượt xem
74
download

Phương pháp làm ngọt khí tự nhiên - Khí đồng hành

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khí tự nhiên bao gồm 2 thành phần chính: hydrocacbon và phi hydrocacbon. -Hydrocacbon: chủ yếu từ C1-C4,C4 - C7 ít hơn. -Hdrocacbon không no: H2O (hơi, lỏng), N2, CO2, H2S, COS, CS2, RSH, H2, He…còn có chứa một lượng đáng kể các tạp chất có tính axit như cacbonic (CO2), hydrosunfua (H2S) và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác như oxyt lưu huỳnh cacbon (COS), disunfua cacbon (CS2), mecaptan (RSH)...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Phương pháp làm ngọt khí tự nhiên - Khí đồng hành

  1. ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHẦN I : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU 1 Thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành . Khí tự nhiên bao gồm 2 thành phần chính: hydrocacbon và phi hydrocacbon. -Hydrocacbon: chủ yếu từ C1-C4,C4 - C7 ít hơn. -Hdrocacbon không no: H2O (hơi, lỏng), N2, CO2, H2S, COS, CS2, RSH, H2, He…còn có chứa một lượng đáng kể các tạp chất có tính axit như cacbonic (CO2), hydrosunfua (H2S) và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác như oxyt lưu huỳnh cacbon (COS), disunfua cacbon (CS2), mecaptan (RSH)... Các tạp chất kể trên là các tạp chất không mong muốn trong quá trình khai thác, chế biến, vận chuyển, sử dụng và bảo quản khí cho mục đích làm nguyên liệu đốt, tổng hợp hữu cơ-hóa dầu... Sự tồn tại của các khí axit gây nên sự ăn mòn kim loại, giảm hiệu quả của các quá trình xúc tác, làm ngộ độc xúc tác, gây ô nhiễm môi trường, độc hại cho người sử dụng... Bên cạnh đó sự có mặt ở hàm lượng cao CO2 trong khí cũng làm giảm nhiệt cháy của khí, giảm hiệu quả của quá trình vận chuyển khí.Sự có mặt của các cấu tử mang tính axit trong khí cần phải được khống chế ở một hàm lượng đủ nhỏ nhằm giảm thiểu những tác hại mà các khí axit này gây ra cho thiết bị, máy móc, môi trường và sinh vật. Cộng hòa liên bang Nga quy định hàm lượng H2S không được vượt quá 22mg/m3 còn Mỹ quy định khắt khe hơn: hàm lượng H2S không được vượt quá 5,7mg/m3; nồng độ CO2 trong khoảng 1÷2% thể tích; ∑[S] ≤ 22 ÷ 228 mg/m3,… Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm làm sạch khí tự nhiên và khí đồng hành khỏi các cấu tử axit bằng các phương pháp hấp phụ và phương pháp hấp thụ.Việc lựa chọn các phương pháp làm ngọt khí cần chú ý đánh giá thành phần của nguyên liệu bao gồm cả tạp chất mà trong khí thành phẩm yêu cầu phải loại bỏ. Một số tạp chất khi tác dụng với các dung môi có thể hình thành các hợp chất hóa học mà trong giai đoạn tái sinh sẽ không bị phân hủy (phản ứng không thuận nghịch trong điều kiện quá trình). Điều này dẫn đến giảm hoạt tính dung môi và kết quả là dung môi mất hoàn toàn hoạt tính. Thực tế cho có những lượng tạp chất nhỏ đôi khi lại gây những ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn dung môi hoặc công nghệ làm sạch khí. Ví dụ như tỷ lệ H2S/CO2 trong khí nguyên liệu cần phải được các nhà công nghệ xem xét thận trọng do nồng độ H2S trong cáckhí axit là yếu tố quyết định lựa chọn công nghệ, phương pháp làm sạch khí, phương pháp xử lý và thu hồi chất thải của công nghệ... Khí thiên nhiên không kể từ nguồn nào khi tách ra khỏi dầu thô (nếu có) thường tồn tại trong các hỗn hợp với các hydrocacbon khác, chủ yếu là C2H6, C3H8, C4H10, và
  2. ĐỒ ÁN MÔN HỌC C5H11. Ngoài ra, khí thiên nhiên thô còn chứa hơi nước, H2S, CO2, He, N2 và các hợp chất khác. Trong thành phần của khí tự nhiên và khí đồng hành, ngoài các cấu tửchính là cáchydrocacbon no còn có một lượng đáng kể các tạp chất có tínhaxit như CO2, H2S vàcác hợp chất chứa lưu huỳnh khác như COS, CS2 ,mercaptan RSH, thiophen... gây độc hại cho người sử dụng, ô nhiễm môitrường, ngộ độc xúc tác,và gây nhiều khó khăn cho quá trình vận chuyển vàsử dụng. Vì vậy cần loại các tạp chất có tính axit ra khỏi hỗn hợp khí trước khi làm nguyên liệu quá trình tiếp theo . Có các phương pháp làm ngọt khí như sau : • Phương pháp hấp thụ: Hấp thụ Hóa Học và hấp thụ Vật Lý . • Phương pháp hấp phụ . Dùng các chất hấp phụ thong thường như Silicagel, Al2O3, than hoạt tính, zeolit,các oxit kim loại: Fe2O3, ZnO,... • Phương pháp thẩm thấu . Sử dụng màng – Membrane Quá trình sử dụng màng là một quá trình nhằm loại bỏ CO2 (số lượng lớn) và vết H2S từ khí tự nhiên. Khi H2S có hàm lượng cao thì quá trình này không được áp dụng do hợp chất của S hình thành trên màng gây bất lợi cho quá trình. Có 2 loại màng: màng Spiral Wound: tấm cuộn lại màng Hollow fiber: dạng sợi Quá trình hấp phụ vật lý có quan hệ với việc sử dụng sàng phân tử cho việc loại bỏ khí axit. Quá trình này không thích hợp cho việc loại bỏ lượng lớn khí axit, thường là được áp dụng để loại bỏ vết (cỡ ppm) H2S hay CO2. CHƯƠNG II : CƠ SỞ HOÁ LÝ CỦA QUÁ TRÌNH LÀM NGỌT KHÍ BẰNG HẤP THỤ
  3. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Giới thiệu quá trình hấp thụ . Hấp thụ là quá trình pha lỏng hút pha khí. Khí được hút là chất bị hấp thụ, chất lỏng hút khí là chất hấp thụ hay là dung môi. Đi kèm quá trình hấp thụ là quá trình nhả hấp thụ. Hấp thụ và nhả hấp thụ là hai quá trình chuyển khối cơ bản được sử dụng để tách các cấu tử không mong muốn ra khỏi khí tự nhiên và khí đồng hành. Bản chất hoá lý của hai quá trình là sự hình thành cân bằng giữa hai pha khí lỏng do sự khuếch tán từ chất pha nọ sang pha kia. Động lực của quá trình khuếch tán là sự chênh lệch riêng phần giữa các cấu tử trong pha lỏng và pha khí. Nếu áp suất riêng phần của cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì sẽ xảy ra quá trình hấp thụ, còn ngược lại thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ. Thực tế, tính toán động lực của quá trình khuếch tán được tính qua nồng độ các cấu tử, vì áp suất riêng phần tỉ lệ với nồng độ. Chất hấp thụ cần thoả mãn yêu cầu sau : • Có khả năng hấp thụ chọn lọc. • Có áp suất hơi bão hoà bé để mất mát dung môi trong quá trình là bé nhất. • Nhiệt dung riêng bé để tiêu tốn năng lượng trong quá trình tái sinh là nhỏ nhất. • Nhiệt độ sôi khác xa nhiệt độ sôi của chất bị hấp thụ, nhờ thế dễ tái sinh dung môi bằng chưng cất. • Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh bị đóng rắn trong quá trình làm việc. • Độ nhớt chất hấp thụ nhỏ. • Không tạo thành kết tủa khi hấp thụ. • Có độ bền nhiệt và độ bền oxy hoá. • Ít ăn mòn thiết bị. • Không gây độc hại cho môi trường và con người. • Giá thành rẻ và dễ kiếm. Quá trình hấp thụ được sử dụng khá phổ biến trong công nghệ hoá học nói chung và công nghệ hoá dầu nói riêng. Quá trình hấp thụ và nhả hấp thụ được tiến hành trong quá trình kín. Để tách các cấu tử có tính axit như H2S,CO2…trong khí tự nhiên và đồng hành người ta chủ yếu sử dụng quá trình hấp thụ bởi tính kinh tế và hiệu quả của nó. Có hai quá trình hấp thụ cơ bản là quá trình hấp thụ hoá học và vật lý. Cơ sở hóa lý quá trình hấp thụ . Độ hòa tan của khí trong lỏng . Khí hòa tan trong lỏng sẽ tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành phần và hai pha. Hệ thống như vậy theo quy tắc pha (θ=2; K=2; C=2-2+2=2 ) được coi như hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Cân bằng pha được xác bởi áp suất, nhiệt độ và nồng độ. Nếu nhiệt độ không đổi thì độ hòa tan phụ thuộc vào áp suất. Sự phụ thuộc này được biểu thị bằng định luật Henry: ycb= m.x Bảng 1. Hệ số Henry của dung dịch khí Hệ số Henry của dung dịch khí Khí nhiệt độ
  4. ĐỒ ÁN MÔN HỌC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Meta 17 22,6 28,5 34,1 39,5 43,9 47,6 50,6 51,8 52,6 53,3 n Etan 9,55 14,4 20 26 32,2 37,9 42,9 47,4 50,2 52,2 52,6 Hydr o 0,208 0,278 0,367 0,463 0,566 0,672 0,782 0,905 1,03 1,09 1,12 sunfu a Cacb on 0,553 0,792 1,08 1,14 1,77 2,15 2,59 … … … dioxy t … Lưu huỳn 0,012 0,018 0,036 0,049 0,065 0,083 0.027 0,104 0,128 0,15 … h 5 4 4 5 5 9 dioxit Đối với khí lý tưởng, m là hằng số, dung để biểu diễn quan hệ ycb=f(x) là đường thẳng. Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x nên đường thẳng là đường cong. Hằng số cân bằng được tính: m=Ψ/P với: Ψ là hệ số Henry, có thứ nguyên của áp suất. P là áp suất, at.
  5. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khi tính toán quá trình hấp thụ, ta thường dung phần mol tương đương X,Y. Quan hệ giữa phần mol x,y và phần mol tương đối X,Y như sau: y= và x= Ta có mối quan hệ sau: Y= Như vậy quan hệ cân bằng tính theo phần mol tương đối là đường cong. Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ. Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ được lập trên cơ sở lý thuyết hai lớp màng. Đó là lớp màng ngăn cách giữa pha lỏng và khí. Qua lớp màng, khí trong hỗn hợp sẽ khuếch tán vào pha lỏng. Khi tính cân bằng vật liệu, thường người ta cho trước hỗn hợp khí, nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ trong hỗn hợp khí và trong dung môi. Gọi: Gy- lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, kmol/h; Yđ- nồng độ đầu của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ; Yc- nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ; Gx- lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h; Xđ- nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi; Xc- nồng độ cuối của dung môi, kmol/kmol dung môi; Gtr- lượng khí trơ; Lượng khí trơ được tính theo công thức: Gtr= Gy.= Gy.(1-yđ) , kmol/h Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ: Gtr.(Yđ-Yc)=Gx.(Xc-Xđ) Lượng dung môi cần thiết: Gx=Gtr. , kmol/h Lượng dung môi tối thiểu cần dung cho quá trình hấp thụ: Gx min=Gtr. Xcb.đ-nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
  6. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trong quá trình hấp thụ, nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ làm việc, vì thế lượng dung môi thực tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường lớn hơn 20%. Nếu tính lượng dung môi theo 1kg khí trơ, ta có lượng dung môi tiêu hao riêng là: l= Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ của tháp ta có: Gtr.(Y-Yc)=Gx.(X-Xđ) Rút ra: Y=.X+Yc-.Xđ Hay : Y=A.X+B Trong đó: A=, B= Yc-.Xđ là các hằng số. Phương trình trên gọi là phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp thụ. Nếu biểu diễn trên tọa độ X-Y, là đường thẳng có hệ số góc là A và cắt trục tung tại B. Ảnh hưởng của dung môi đến quá trình hấp thụ. Để xem xét vai trò của dung mooitrong hấp thụ, ta dựa vào phương trình chuyển khối chung và phương trình đường nồng độ làm việc. Phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ được tính theo công thức G=Ky.F.Ytb Trong điều kiện nhất định G là lượng không đổi và cũng có thế coi hệ số chuyển khối Ky cũng không đổi. Do đó bề mặt tiếp xúc F chỉ được thay đổi tương ứng với sự thay đổi Ytb, sao cho tích F.Ytb là không đổi. Bề mặt F thay đổi, tức là kích thước thiết bị thay đổi, lớn khi F tăng và bé khi F giảm. Dựa vào đồ thị ta thấy, khi Yđ,Yc và Xđ cố định thì nồng độ cuối của dung môi được quyết định theo động lực trung bình Ytb,tức điểm cuối của đường làm việc AB. Điểm cuối của đường làm việc chỉ dịch chuyển từ A đến A4. Đường làm việc BA4, cắt đường cân bằng lúc này động lực trung bình Ytbsẽ là nhỏ nhất. đường BA gần với trục tung nên động lực trung bình Ytb sẽ là lớn nhất. Vì F.Ytb không đổi nên ứng với đường BA4 cho F lớn nhất và ứng với đường BA cho F nhỏ nhất. Dựa vào phương trình đường nồng độ làm việc ta cũng thấy tương ứng với đường BA4có A= bé nhất hay lượng dung môi ít nhất, ứng với đường BA có A= lớn nhất hay lượng dung môi nhiều nhất. Vì vậy, nếu chọn dung môi ít nhất, ta thu được Xc lớn, nhưng thiết bị phải rất lớn, trái lại, nếu chọn dung môi lớn nhất, thì thiết bị bé ta thu được Xc quá bé hay dung dịch thu được quá loãng. Do đó khi chọn điều kiện làm việc ta chỉ dựa vào chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ. Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng lên quá trình hấp thụ, mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng và động lực quá trình. Từ phương trình Henry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng, nên đường cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục tung. Vì vậy, nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, do đó cường độ làm việc cũng giảm theo. Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ thì không những
  7. ĐỒ ÁN MÔN HỌC động lực trung bình giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được. Vì vậy khi tăng nhiệt độ cũng ảnh hưởng xấu tới quá trình. Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dung môi giảm, vận tốc khí tăng,cường độ chuyển khối cũng tăng theo. Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân bằng m giảm, do đó đường cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành, tức động lực trung bình sẽ tăng lên, quá trình chuyển khối sẽ tốt hơn. Nhưng khi tăng áp suất luôn kèm theo tăng nhiệt độ nên nó cũng gây ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp thụ, mặt khác khi tăng áp suất cũng gây khó khăn về mặt thiết bị, vì vậy áp suất cao chỉ áp dụng cho khí khó hòa tan. Hấp thụ không đẳng nhiệt Nếu trong quá trình hấp thụ, do sự hoà tan của khí trong dung môi có sản sinh một lượng nhiệt nhưng không được làm nguội, thì nhiệt độ trong thiết bị tăng lên. Trong thực tế người ta bỏ qua sự nóng lên của pha khí và chấp nhận giả thiết là toàn bộ lượng nhiệt dùng để làm nóng dung môi. Từ đồ thị ta thấy, đường cong OD của đường cân bằng ở nhiệt độ tđ của dung môi và OC ứng với nhiệt độ cuối. Trong thực tế, đường cân bằng sẽ là AB, phụ thuộc vào sự biến thiên của nhiệt độ trong quá trình hấp thụ có thành phần lỏng là X và khí là Y. ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: q.Gk.My=Gx.C.(t-tđ).Mx trong đó: q- lượng nhiệt giải phóng của 1 kg khí khi hấp thụ, kJ/kg; Gk-lượng khí được hấp thụ, kmol/h; Gx-lượng dung môi, kmol/h; C-nhiệt lượng riêng của dung môi, J/kg.độ; tđ, t- nhiệt độ của dung môi, oC; Mx, My- trọng lượng phân tử khí và dung môi. Thay quan hệ: Gk=Gx.(X-Xđ) ta có: q.My.(X-Xđ) =C.(t-tđ).Mx Nhiệt độ của dung dịch được tính: t=tđ+.(X-Xđ), oC Ta thấy nhiệt độ của chất lỏng phụ thuộc vào nồng độ khí hấp thụ X. CHƯƠNG III : CÁC CÔNG NGHỆ LÀM NGỌT KHÍ . 1 Công nghệ làm ngọt khí bằng hấp thụ hoá học . I.1. Cơ sở công nghệ . Là quá trình hấp thụ có phản ứng hoá học xảy ra giữa cấu tử dung môi và cấu tử dung chất . Quá trình hấp thụ xảy ra ở áp suất cao và nhiệt độ , còn tái sinh chất hấp thụ thì thực hiện ở áp suất thấp thường ở áp suất khí quyển và nhiệt độ cao . Dung môi hấp thụ: dung dịch monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), diglycolamine (DGA)…
  8. ĐỒ ÁN MÔN HỌC  Ưu điểm: • Cho phép làm sạch đến mức tinh H2S và CO2. • Độ hòa tan hydrocarbon trong chất hấp thụ không cao. • Công nghệ và thiết bị đơn giản.  Khuyết điểm: • Không làm sạch hòan tòan H2S, CO2, RSH, COS và CS2. • Mức độ lọai mercaptan và các hợp chất lưu hùynh thấp. • Mercaptan, COS, CS2 có thể tương tác với dung môi và không thể hòan nguyên trong điều kiện phản ứng. • Yêu cầu hệ số hồi lưu cao, chi phí nhiệt năng lớn. • Có khả năng tạo chất gây ăn mòn cao. MEA DEA DIPA DGA Khối lượng phân tử 61 105,1 133,2 105,1 Khối lượng riêng(kg/m3) 1018 1090 989 1055 Nhiệt độ sôi (oC) ở áp suất 110 Pa 171 --- 248,7 221 660 Pa 100 187 167 --- 1320 Pa 69 150 133 --- Áp suất hơi bão hoà (Pa) ở 20oC 48 1,33 1,33 1,33 Nhiệt độ đông đặc (oC) 10,5 28 42 9,5 0,241 0,38 0,198 0,026 Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s) (ở 20oC) ( ở 30oC) ( ở 45oC) ( ở 24oC) Độ hoà tan trong nước (% KL) ở Hoàn toàn 96,4 87 Hoàn toàn 20oC Nhiệt hoá hơi (J/kg) ở 1.105 Pa 1486,4 1205,9 722,5 917,4 Bảng 1: Tính chất hoá lý cơ bản của MEA,DEA,DIPA,DGA. I.2. Quá trình làm ngọt khí bằng monoetanol amin (MEA) .
  9. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trong quá trình hấp thụ hoá học: Người ta sử dụng dung dịch nước củacác alkanol amin như: Quá trình làm ngọt khí bằng dietanol amin (DEA), dizopropanol amin (ADIP), diglycolamin (DGA) và monoetanolamin (MEA)… Trong đó đáng chú ý nhất là monoetanolamin (MEA).Phương pháp này được sử dụng từ năm 1930, hiện nay được ứng dụng rấtrộng rãi. Để làm sạch khí tựnhiên người ta dùng dung dịch MEA nồng độ 15÷ 20% trong nước. Quá trình tương tác hóa học giữa CO2 và H2S với MEA:  2RNH2 + H2S  (RNH3)2S  (RNH3)2S+ H2S  2RNH3HS  CO2 + 2RNH2 + H2O  (RNH3)2CO3  CO2 + (RNH3)2CO3 + H2O  2RNH3HCO3 • R = -CH2-CH2-OH • Ở nhiệt độ thấp, phản ứng xảy ra theo chiều thuận.Ở nhiệt độ cao, phản ứng xảy ra theo chiều ngược lại. • Nồng độ dung dịch MEA thường ≤ 15÷20 % tt. • Mức bão hòa khí chua trong dung dịch khoảng 0,3÷0,4 mol/mol MEA. • Được ứng dụng làm sạch dòng khí có áp suất riêng phần của khí chua ≤ 0,6÷0,7 MPa. • Quá trình hấp thụ H2S và CO2 bằng MEA xảy ra ở áp suất cao và nhiệtđộ 25÷40oC, còn tái sinh chất hấp thụ MEA thực hiện ở áp suất gần áp suấtkhí quyển và nhiệt độ trên 150oC. Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ làm sạch khí khỏi H2S và CO2 bằng MEA xem ở hình 1.
  10. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hình H-1. Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 1.Tháp hấp thụ;9. Thiết bị trao đổi nhiệt; 2,3,4. Thiết bị phân ly; 10. Tháp nhả hấp thụ; 5,6. Thiết bị làm nguội bằng không khí; 11. Bộ phận đun nóng; 7,8. Thiếtbị làm lạnh bằng nước; I. Khí nguyên liệu; II. Khí sạch (khí ngọt); III. Dung môi bão hòa; IV. Khí phân ly; V. Dung môi đã nhả hấp thụ một phần; VI. Khí axit;VII. Dung môi đã tái sinh tuần hoàn trở lại tháp hấp thụ. Thuyết minh lưu trình:
  11. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khí nguyên liệu đựơc cho vào phần dưới của tháp hấp thụ 1, còn dung dịch làm sạch monoetanolamin (MEA) đựơc tưới ngược chiều từ trên xuống. Khí và 1 ít dung dich MEA có lẫn 1 ít H2S và CO2 bay ra khỏi đỉnh tháp và đi vào thiết bị phân li 2. Khí ra khỏi đỉnh thiết bị phân li là khí sạch, còn dung dịch MEA có lẫn 1 ít H2S và CO2 sẽ hoàn lưu lại vào tháp hấp thụ 1. Dung dịch MEA hấp thụ H2S và CO2 ( có lẫn khí của hirocacbon như etan, propan..) được tháo ra ở đáy tháp đi vào thiết bị phân li 3, một phần nhỏ khí của Hyrocacbon nặng được thu hồi ở thiết bị phân ly 3. Còn dung dịch MEA sẽ cho qua thiết bị trao đổi nhiệt 9 ( làm nóng ), rồi qua tháp nhả hấp thụ 10, H2S và CO2 có lẫn 1 ít dung dich MEA sẽ thoát ra ra khỏi đỉnh tháp, rồi làm lạnh và cho qua thiết bị phân ly 4, H2S và CO2 sẽ bay ra khỏi đỉnh, còn dung dich MEA hoàn lưu trở tháp nhả hấp thụ 10. Dung dich MEA sẽ được tái sinh và lấy ra ở phía dưới tháp 10. Một phần dung dịch thu hồi ở đáy tháp sẽ được cho qua bộ phận đun nóng 11 quay lại tháp nhả hấp thụ 10 để truyền nhiệt. Phần còn lại cho qua thiết bị TĐN và làm lạnh rồi hoàn lưu quay lại tháp hấp thụ 1.  Ưu điểm: • Độ biến thiên áp suất riêng phần của khí chua ban đầu rộng. • MEA dễ phản ứng, có độ bền hóa học cao, dễ hòan nguyên. • Công nghệ và thiết kế đơn giản. • Độ hòa tan hydrocarbon trong MEA thấp.  Khuyết điểm: • Mức bão hòa của dung dịch thấp. • Chi phí riêng chất hấp thụ và chi phí sản xuất cao. • Dung môi đã hấp thụ CO2, COS, CS2, HCN, SO2, SO3 khó hòan nguyên  nếu trong khí có chứa COS và CS2 thì không sử dụng quá trình này. • Khả năng thu hồi mercaptan và các hợp chất lưu hùynh hữu cơ kém. • Nếu trong hệ có hydrocarbon béo, sulfua sắt, thiosunfit, khả năng tạo bọt của chất hấp thụ tăng  cần đưa thêm vào hệ chất chống tạo bọt. I.3. Quá trình làm sạch khí bằng dung môi DEA . Nồng độ dung dịch DEA phụ thuộc hàm lượng khí chua trong khí và mức bão hòa khí chua trong dung dịch, ~ 20-30%kl:
  12. ĐỒ ÁN MÔN HỌC • Nồng độ khí chua 0,05-0,08 m3/l  DEA 20-25%. • Nồng độ khí chua 0,14-0,15 m3/l  DEA 25-27%. • Nồng độ khí chua 0,15-0,17 m3/l  DEA 27-30%. Được ứng dụng làm sạch dòng khí có áp suất riêng phần của khí chua ≥ 0,2 MPa (DEA 25÷27%) hoặc ≥0,4 MPa (DEA 27÷30%). Mức bão hòa dung dịch: 1÷1,3 mol/mol DEA.  Ưu điểm: • Cho phép làm sạch đến mức tinh H2S và CO2 với sự hiện diện COS và CS2. • Dung dịch DEA bền hóa học, dễ hòan nguyên . • Áp suất hơi bão hòa thấp nên độ mất mát thấp . • Công nghệ và thiết kế đơn giản . • Tiến hành ở nhiệt độ cao hơn quá trình dùng MEA 10÷200C. • Khả năng tạo bọt thấp đối với dòng khí có chứa thành phần hydrocarbon nặng cao.  Khuyết điểm: • Khả năng hấp thụ của dung môi thấp. • Chi phí riêng chất hấp thụ và chi phí sản xuất cao. • Có sự tương tác giữa CO2 (một phần) và HCN (hoàn toàn) với chất hấp thụ tạo tàhnh hỗn hợp không hoàn nguyên được. • Khả năng làm sạch mercaptan và hợp chất lưu huỳnh hữu cơ thấp . I.4. Quá trình làm sạch khí ADIP . Dung môi hấp thụ: dung dịch nước diisopropanolamine (DIPA), nồng độ có thể lên đến 40% . Cho phép làm sạch tinh H2S đến 1,5 mg/m3; đồng thời làm sạch CO2, COS, RSR (có thể lọai bỏ 40÷50% COS và RSR) .
  13. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họat độ dung dịch DIPA đối với CO2 thấp hơn so với MEA . Khả năng tạo hợp chất gây ăn mòn thấp . Sự phân hủy DIPA do tương tác với các hợp chất chứa S và O thấp hơn so với quá trình dùng MEA . I.5. Quá trình làm sạch khí Econamin Được áp dụng khi nồng độ khí chua trong khí nguyên liệu khoảng 1,5÷8%. Dung môi hấp thụ: dung dịch nước diglycolamine (DGA), với nồng độ khoảng 60÷65%kl . Có thể làm sạch tinh H2S đến 5,7 mg/m3 . Họat độ của DGA với CO2 cao hơn sới MEA . Khả năng lọai CO2, COS, CS2, mercaptan cao; dễ hòan nguyên . Mức bão hòa khí chua cao: 40÷50l khí chua/ l dung dịch. Chi phí riêng chất hấp thụ và chí phí sản xuất thấp hơn 25÷40% so với quá trình dùng MEA. Khả năng mất mát dung môi thấp hơn so với MEA. Khả năng gây ăn mòn và hòa tan hydrocarbon tương tự MEA và DEA. I.6. Quá trình làm sạch khí Stretford Dung môi hấp thụ: dung dịch lõang Na2CO3, NaVO3, và ADA (anthraquinone disulfonic acid). Nguyên tắc: lọai bỏ H2S và thực hiện các phản ứng oxy hóa khử để thu S và tái tạo chất oxy hóa. Ưu điểm: dung dịch không ăn mòn. Nhược điểm: khó thu hồi lưu hùynh, dễ gây nghẹt đường ống trong hệ thống. Phương trình phản ứng: H2S + Na2CO3= NaHS + NaHCO3 4 NaVO3 + 2 NaHS + H2O= Na2V4O9 + 4 NaOH + 2 S
  14. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Na2V4O9 + H2O + 2 ADA= 4 NaVO3 + 2 ADA I.7. Quá trình làm sạch khí bằng dung dịch K2CO3 nóng Dung môi hấp thụ: dung dịch loãng K2CO3 25÷35%. Hấp thụ chọn lọc đối với H2S và CO2, độ hòa tan các lọai khí khác không đáng kể. Có khả năng tạo bọt nếu trong hệ chứa các hydrocarbon lỏng. Quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao 220÷4000F. • K2CO3 + CO2 + H2O = 2 KHCO3 + Q • K2CO3 + H2S = KHCO3 + KHS + Q I.8. Phương pháp hấp thụ bằng hỗn hợp etanol amin với etylen glycol . Để làm sạch khí đồng thời khỏi H2S, CO2và nước, người ta ứng dụnghỗn hợp etanol amin với etylen glycol.Việc làm sạch kết hợp như vậy đồng thời làm khan hoá nguyên liệu và giảm lượng hơi nước cần thiết để tái sinh dung môi. Trên hình 2 là sơ đồ công nghệ làm sạch khí tự nhiên bằng hỗn hợp etanol amin với etylen glycol. Quá trình làm sạch được thực hiện trong tháp hấp thụ và các thiết bị phụ trợ.Tháp hấp thụ và nhả hấp thụ cũng có cấu tạo như tháp sấy khí bằng glycol. Khi được dẫn vào từ phần dưới của tháp,dòng khí chuyển động từ dưới lên, còn dung dịch làm sạch gồm có etylen glycol và etanol amin được tưới ngược chiều từ trên xuống. Khí đã được làm sạch được dẫn ra từ đỉnh tháp, còn dung dịch được hấp thụ H2S và CO2được tháo ra ở đáy tháp. Dung dịch này được dẫn qua bộ phận trao đổi nhiệt đốt nóng bằng hơi nướcvà đưa vàogiữa tháp nhả hấp thụ, H2S và CO2 giải phóng ra ở phía đỉnh tháp, còn dung dịch hấp thụ đã tái sinh được lấy ra ở phía dưới.Một phần dung dịch đó được đun nóng bằng hơi nướcvà quay lại tháp nhả hấp thụ để truyềnnhiệt, phần còn lại đượclàm nguội vàtưới từ đỉnh tháp hấp thụ . Khi nồng độ các tạp chất H2S và CO2 cao hơn 2÷2,5% mol thì trướckhi dùng etanolamin hấp thụ, người ta dùng các chất hấp thụ rẻ tiền nhưnước hoặc dung dịch nước của Na2CO3, K2CO3 làm sạch khí sơ bộ, giảmnồng độ tạp chất tới 2÷2,5% mol, sau đó mới dùng etanolamin làm sạchtiếp tới độ sạch yêu cầu nhỏ hơn 0,5% .
  15. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sơ đồ quy trình công nghệ: HìnhH- 2. Sơ đồ làm sạch khí bằng dung dịch etanolamin và etylen glycol 1. Tháp hấp thụ; 2. Tháp nhả hấp thụ; 3,4. Thiết bị đun sôi đáy tháp; I. Khí vào; II. Khí sạch; III. Dung dịch MEA; IV. Dung dịch DEG; V.Nước; VI. Khí axit (H2S, CO2) II. Công nghệ làm ngọt khí bằng hấp thụ vật lý . II.1. Cơ sở lý thuyết . Ngoài các phương pháp làm ngọt bằng phương pháp hấp thụ hóa học sử dụng dung môi ankanolamin cũng hay thấy sử dụng phương pháp hấp thụ vật lý như quá trình Flour, Selecsol, Purizol...  Khả năng hấp thụ phụ thuộc áp suất riêng phần của khí chua trong điều kiện làm việc: • Áp suất riêng phần thấp thì khả năng hấp thụ thấp. Để quá trình hấp thụ vật lý diễn ra hiệu quả, cần thực hiện quá trình ở nhiệt độ thấp. • Áp suất riêng phần ≥ 5MPa: dung môi vật lý có ưu thế hơn hẳn dung môi hóa học, áp suất càng cao, hiệu quả quá trình càng tăng.
  16. ĐỒ ÁN MÔN HỌC  Khả năng hấp thụ CO2 và H2S của mỗi chất hấp thụ khác nhau nên có thể dùng để hấp thụ chọn lọc.  Dung môi hấp thụ: propylene carbonate, dimethyl-tert-polyethyleneglycol (DMEPEG), N-N-methylpyrolidone,…  Ưu điểm: • Có thể làm sạch hoàntoàn H2S, CO2, RSH, COS, CS2. • Không tạo bọt, không ăn mòn thiết bị. • Nhiệt độ đóng băng thấp. • Đầu tư và chi phí sản xuất thấp.  Khuyết điểm: • Độ hòa tan tan hydrocarbon trong dung môi hấp thụ cao. II.2. Quá trình FLOUR  Chất hấp thụ: propylene carbonate Tính chất hóa lý của propylene carbonate Nhiệt độ sôi, 0C 242 Phân tử lượng 102 Nhiệt độ nóng chảy, 0C -49 Độ nhớt ở 180C, m2/s 6,64.10-6 Tỷ trọng ở 200C, kg/m3 1200 Áp suất hơi bão hòa ở 270C, Pa 0,666
  17. ĐỒ ÁN MÔN HỌC  Đặc điểmquá trình: Dung môi hòa tan tốt H2S, CO2, COS, CS2, RSH và hydrocarbon, có tác dụng ăn mòn yếu đối với thép carbon thường, bền hóa học trong điều kiện áp suất hơi bão hòa thấp. Được áp dụng thuận lợi nhất khi khí có áp suất riêng phần tổng của khí chua lớn hơn 0,4 MPa, nồng độ CO2 cao, tỉ lệ H2S:CO2 thấp. Hấp thụ ở nhiệt độ thấp: 0÷-60C. Quá trình tái sinh chất hấp thụ được thực hiện bằng giảm áp suất theo từng bậc. Khí giãn nở, sau khi đi ra khỏi bình phân ly chứa đáng kể hydrocacbon và khí axit nên không thể dùng làm nguyên liệu cho hệ thống sản xuất lưu huỳnh hoặc làm nhiên liệu. Sơ đồ quy trình công nghệ
  18. ĐỒ ÁN MÔN HỌC HìnhH-3. sơ đồ quy trình công nghệ Fluor 1. Tháp hấp thụ 2. Thiết bị phân li 3. Tuốc bin 4. Máy nén 5. Tuốc bin thủy lực 6. Bộ phận truyền động I. Khí ẩm II. Khí acid III.Khí sạch IV. Dung môi tái sinh V. Dung môi bão hòa VI. Dung môi tuần hoàn Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ Khí nguyên liệu ( I )được cho vào tháp hấp thụ ở gần đáy tháp đồng thời dung môi ( IV ) được bơm từ đỉnh tháp xuống, quá trình hấp thụ sẽ tiến hành trong khoảng nhiệt độ từ 0÷60C. Khí đi ra từ đỉnh tháp là khí sạch (ngọt) III. Dung môi bão hòa (V) được bơm vào thiết bị phân li thứ nhất (2) ,ở thiết bị phân li thứ nhất một khí nguyên liệu được máy nén đẩy dòng khí hoàn nguyên về dòng nguyên liệu ban đầu,phần tạp chất còn lại được đưa qua thiết bị phân li thứ hai (2). Ở thiết bị này khí acid đi ra từ đỉnh tháp và được Tuốc - Bin bơm thải ra cùng với dòng khí acid của thiết bị phân li thứ ba (2) đi ra ngoài. Phần dung môi bão hòa tiếp tục được đua vào thiết bị phân li thứ 3 , tại đây thì khí acid đã được phân li hoàn toàn và thải ra ngoài còn phần dung môi sạch (dung môi tái sinh) được bơm trở lại tháp hấp thụ để tiến hành quá trình hấp thụ II.3. Quá trình SELEXOL  Chất hấp thụ: dimethylether polyethyleneglycol (DMEPEG). Tính chất hóa lý của DMEPEG Nhiệt độ sôi, 0C 151 Phân tử lượng 280 Nhiệt độ nóng chảy, 0C 22-29 Độ nhớt ở 250C, Pa.s 5,8.10-3 Tỷ trọng ở 250C, kg/m3 1000
  19. ĐỒ ÁN MÔN HỌC Áp suất hơi bão hòa ở 250C, Pa 1,33 Nhiệt dung ở 250C, kJ/kg.K 2,43 Dung môi không độc, bền về mặt hóa học trong điều kiện quá trình không sủi bọt, không có hoạt tính ăn mòn, dễ phân hủy khi làm sạch nước thải bằng vi sinh, có độ chọn lọc cao và đảm bảo hấp thụ chọn lọc H2S với sự có mặt của CO2. Đặc tính này có ý nghĩa quan trọng, vì trong trường hợp sử dụng 2 bậc làm sạch, có thể thu được ở bậc thứ nhất nguyên liệu tốt để sản xuất lưu huỳnh (khí axit có nồng độ H2S cao) và ở bậc thứ hai- nguyên liệu tốt để sản xuất CO2 thành phẩm. Đặc điểm quá trình: Hệ thống xây dựng để làm sạch khí hydrocacbon nhân tạo với nồng độ CO2 cao và nồng độ H2S không lớn. Trước đây, vào những năm 70, quá trình được sử dụng để làm sạch triệt để khí thiên nhiên có nồng độ H2S và CO2 cao và trung bình (quá trình này hấp thụ được đến 97% H2S và 85% CO2). Hiệu quả của quá trình tăng cùng với sự tăng áp suất làm việc và nồng độ khí axit trong khí ban đầu. Chế độ công nghệ: nhiệt độ dao động từ 10 đến -150C, áp suất 6.8 – 7 Mpa. Việc tái sinh dung môi thực hiện không cấp nhiệt bằng giảm áp suất nhiều bậc trong hệ thống. Để thực hiện quá trình Selecsol cần chi phí đầu tư và vận hành thấp hơn đáng kể so với quá trình MEA: chi phí vận hành giảm 30%, đầu tư giảm 70%. II.4. Quá trình PURIZOL  Chất hấp thụ: N-methylpyrolidon (NMP). Tính chất hóa lý của NMP Nhiệt độ sôi, 0C 275 Phân tử lượng 99 Nhiệt độ nóng chảy, 0C 24 Độ nhớt ở 200C, Pa.s 1,87 Tỷ trọng ở 250C, kg/m3 1000 Áp suất hơi bão hòa ở 400C, Pa 133,3 Nhiệt dung ở 200C, kJ/kg.K 1,67 Dung môi không độc, hòa tan tốt H2S, CO2, RSH và hydrocarbon, không gây ăn mòn, dễ phân hủy khi làm sạch sinh học nước thải, có độ chọn lọc cao đối với H2S: ở
  20. ĐỒ ÁN MÔN HỌC 200C và 0,1 MPa, độ hòa tan H2S cao gấp 10 lần CO2; có thể tạo bọt nếu trong hệ có hydrocarbon lỏng; khả năng mất mát cao do có áp suất hơi bão hòa cao, để giảm thất thoát người ta rửa khí đã làm sạch bằng nước. Quá trình Purizol được sử dụng để làm sạch thô và triệt để khí khỏi H2S và CO2. Do tính chọn lọc cao của dung môi nên chúng có thể được sử dụng để sản xuất lưu huỳnh. Phụ thuộc vào nồng độ H2S và CO2 cũng như mức độ làm sạch cần thiết, quá trình có thể thực hiện trong các hệ thống một hoặc hai bậc. Việc tái sinh dung môi thực hiện không cấp nhiệt bằng giảm áp suất nhiều bậc trong hệ thống CHƯƠNG 4. CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG DÂY CHUYỀN . I. THIẾT BỊ HẤP THỤ VÀ NHẢ HẤP THỤ. I.1. THÁP ĐIỆM . a) Sơ đồ cấu tạo: Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau (gỗ, nhựa, kim loại, gốm,...) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên ngựa, lò xo,...); lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra. Hình H-6. Sơ đồ cấu tạo tháp hấp thụ kiểu đệm Để phân phối đều lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phận phân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí đi trong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xe quay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ);... Các đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ. Đối với

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản