BÁO CÁO ĐỒ ÁN KĨ THUẬT HÓA HỌC (CH2000)ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG MONOETHANOL AMINE TRONG CÔNG NGHIỆP

Giới thiệu chung về khí H2SNguồn gốc của khí H2S Tác hại của khí H2S Tính chất vật lý Tính chất hóa học... Giới thiệu chung về khí H2SNguồn gốc của khí H2S Tác hại của khí H2S H2S có tro

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG MONOETHANOL AMINE

TRONG CÔNG NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nghiêm Xuân Sơn

Nhóm SV thực hiện : Nhóm 4

TỔNG QUAN VỀ KHÍ H2S

TỔNG QUAN VỀ LÀM NGỌT KHÍ H2S

TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MEA

DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ MEA

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

HIĐRO SUNFUA

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

Tính chất vật lý

Tính chất hóa học

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

Tính chất vật lý

Tính chất hóa học

+ Nhiệt độ sôi : - 60,75oC

- Khả năng tạo liên kết Hydro ở H2S yếu hơn H2O

- H2S kém bền, dể phân hủy, ít tan trong nước độ tan ở 200C và 1atm là 0,38g/100g nước, tan nhiều trong dung môi

Giới thiệu chung về khí H2S

2H2S + 3O2 → 2 H2O + 2SO2

- Nếu không cung cấp đủ không khí, H2S bị oxi hóa thành

S Clo có thể oxi hoá H2S thành H2SO4 (khi có nước).

4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O

Tác hại của khí H2S

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

H2S trong một số nước suối.

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

H2S có trong khí núi lửa.

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

H2S sinh ra từ xác chết của người và động vật.

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

H2S có trong khí thải nhà máy.

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

H2S có trong nước thải sinh hoạt.

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

H2S có trong trứng thối.

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

Giới thiệu chung về khí H2S

Ở nồng độ > 150ppm sẽ làm tổn thương màng nhầy của cơ quan hô hấp

Với nồng độ 500ppm gây viêm phổi

Tiếp xúc ngắn với khí H2S với nồng độ 700-900ppm, khí

sẽ xuyên qua màng phổi, đi vào trong máu và gây tửvong

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

b) Đối với thiết bị và môi trường

Làm mòn đường ống

Giới thiệu chung về khí H2S

Nguồn gốc của khí H2S

Tác hại của khí H2S

b) Đối với thiết bị và môi trường

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp thẩm thấu

Phương pháp hấp phụ

Phương pháp thẩm thấu

- Làm ngọt khí bằng monoetanol amin (MEA)

- Làm sạch khí bằng dung môi diethanolamine(DEA)

- Quá trình làm sạch khí ADIP (dung môidiisopropanolamine - DIPA)

- Quá trình làm sạch khí Stretford (dung môi hấpthụ: dung dịch loãng Na2CO3, NaVO3, và ADA-anthraquinone disulfonic acid)

- Làm sạch khí Econamin (sử dụng dung môidiglycolamine - DGA)

- Làm sạch khí bằng dung dịch K2CO3 nóng

- Hấp thụ bằng hỗn hợp etanol amin với etylenglycol

N-Phương pháp hấp phụ

Phương pháp thẩm thấu

• Màng Spiral Wound: tấm cuộn lại

• Màng Hollow fiber : dạng sợi

2.Cơ sở phương pháp MEA

2.Cơ sở phương pháp MEA

2.Cơ sở phương pháp MEA

1.1.Giới thiệu chung quá trình hấp thụ1.2Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ

• Hấp thụ là quá trình pha lỏng hút pha khí

• Khí đƣợc 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 đƣợc 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 từchất 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

1.1.Giới thiệu chung quá trình hấp thụ

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 mục đích để tiết kiệm năng lượng tiêu tốn, hiệu suất năng lượng tốt nhất

• Nhiệt độ sôi lớn hơn 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

1.1.Giới thiệu chung quá trình hấp thụ1.2Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ

1.2.1 Độ hòa tan của không khí lỏng 1.2.2 Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ: 1.2.3 Ảnh hưởng của dung môi đến quá trình hấp thụ:

1.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ

1.2.5 Hấp thụ không đẳng nhiệt

Nếu nhiệt độ không đổi thì độ hòa tan phụ thuộc

vào áp suất Sự phụ thuộc này được biểu thị bằng

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

công thức

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

Khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng, nên đường cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục tung

Nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, do đó cường độ làmviệc cũng giảm theo Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ thì không những động lực trung bình giảm màngay cả quá trình cũng không thực hiện được

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 khốicũng 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 trìnhhấp thụ, mặt khác khi tăng áp suất cũng gây khó khăn về mặt thiết bị, vì vậy áp suất cao chỉ ápdụng cho khí khó hòa tan

nhưng không được làm nguội, thì nhiệt độ trong thiết bị tăng lên Trong thực tế người ta bỏ qua sựnóng lên của pha khí và chấp nhận giả thiết là toàn bộ lượng nhiệt dùng để làm nóng dung môi Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

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:

2.Cơ sở phương pháp MEA

2.Cơ sở phương pháp MEA

Cơ sở công nghệ làm ngọt khí bằng phương pháp hóa học

Cơ sở công nghệ làm ngọt khí bằng dung dịch Monoethanolamine:

Đánh giá ưu nhược điểm của quá trình làm ngọt khí bằng MEA:

- 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 thường dùng: dung dịch monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), diglycolamine (DGA)

-Quy trình công nghệ làm ngọt khí bằng dung môi alkalnolamine được sự thừa nhận và ứng dụng rộng rãi

trong kĩ thuật hóa học Khi áp suất riêng phần của các khí chua thấp và trung bình thì khả năng hấp thụ

của các alkalnolamine tăng theo tỷ lệ H2S

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.

• Yêu cầu hệ số hồi lưu cao, chi phí nhiệt năng lớn.

• Có khả năng tạo chất gây ăn mòn cao.

Nhiệt độ sôi ( o C) ở áp suất

0,989 (45/20 o C)

2887 (30 o C)

2389

2.2.1Tính chất chung của Monoethanolamine (MEA):

Alkanolamine là hợp chất hóa học có chứa cả nhóm chức hydroxyl –OH

và nhóm chức amino (–NH2; –NHR; –NR2) gắn trên gốc alkane

Các alkanolamine luôn được sử dụng làm dung môi hấp thụ hóa học khí H2S là monoethanolamine (MEA),

diethanolamine (DEA),… nghiên cứu cấu trúc phân tử của các ankanol amin ta thấy nó có cấu trúc tương tự NH3

Về nguyên tắc có thể dùng NH3 để loại H2S ra khỏi hidro cacbon nhưng NH3 bay hơi rất mạnh do vậy gây khó khăncho quá trình vận hành và tổn thất lớn do sự bay hơi của nó

Quá trình tương tác hóa học giữa H2S với MEA:

ta có thêm chất ức chế ăn ăn mòn nên có thể sử dụng với nồng độ lên tới 30%

• 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 suất khí quyển và nhiệt độ trên 150oC

2.3.1 Dây chuyền hấp thụ 1 cấp

2.3.2 Dây chuyền hấp thụ 2 cấp

a.Nhiệt độ

Trong các phản ứng trên, MEA phản ứng với CO2 chậm hơn so với H2S ở nhiệt độ thấp, tuy nhiên khi nhiệt độ cao thì lại thuận lợi cho phản ứng nghịch (phản ứng nhả hấp thụ) vì vậy quá trình duy trì ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ này có thể tính toán được dựa vào động học và nhiệt động học của phản ứng

Các phản ứng hấp thụ là các phản ứng tỏa nhiệt mạnh ngược lại với quá trình nhả hấp thụ Vì vậy ở tháp hấp thụ cần có hệ thống trao đổi nhiệt để đảm bảo không bị quá nhiệt, thuận lợicho phản ứng nhả hấp thụ Và ở tháp nhả hấp thụ cần cung cấp nhiệt để tạo điều kiện cho phảnứng nhả hấp thụ xảy ra

b.Nồng độ và áp suất

Nồng độ MEA thường đạt 15-20% về khối lượng, ngày nay có thêm chất ức chế ăn

mòn thì có thể tăng nồng độ lên 30% Mức độ bão hòa khí axit của MEA là ),3-0,4mol/l

MEA(3) Quá trình làm ngọt khi áp suất riêng phần của các khí <0,6-0,7MPa

2.4.1.Ƣu điểm

• MEA có khả năng phản ứng cao, ổn định và dễ tái sinh, công nghệ, thiết bị đơn giản

• Quá trình tách có thể sử dụng để tách triệt để H2S

• Có thể vận hành ở áp suất hấp thụ không cao lắm

• Dung dịch monoetanolamin hấp thụ H2S tốt nhƣng khó hấp thụ nhiều chất khí khác ví dụ

nhƣ hydrocacbon khi làm ngọt khí thiên nhiên hay khí đồng hành có chứa H2S Điều này rất

có lợi

2.4.2.Nhƣợc điểm

Mức độ bão hòa axit của MEA thấp, chi phí vận hành cao, một vài tập chất nhƣ COS, CS2 khi bị MEA hấp thụ thì khó để nhả hấp làm mất hoạt tính hấp thụ Năng lƣợng cần cho việc tái sinh lớn

2.Lựa chọn công nghệ và dây chuyền

2.Lựa chọn công nghệ và dây chuyền

1.1.Thiết bị hấp thụ và nhả hấp thụ

1.2.Thiết bị trao đổi nhiệt

1.3.Thiết bị phân ly

2.Lựa chọn công nghệ và dây chuyền

1.1.Thiết bị hấp thụ và nhả hấp thụ

1.2.Thiết bị trao đổi nhiệt

1.3.Thiết bị phân ly

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.

Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt thấm ướt của đệm Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ

Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bêntrong có đặt các tấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất

định Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động ngược hoặc chéo

chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lênhoặc xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ratheo từng bậc là đĩa.Tùy thuộc cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa

có thể là khuấy lý tưởng hay là dòng chảy qua

Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ,

xupap, lưới, Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trênxuống đĩa dưới theo đường riêng gọi là ống chảy chuyền, đĩacuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu trong khối chất lỏng đáytháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay lỏng)

đi theo ống lên đĩa trên

Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe

lưới,hay khe xupap sục vào pha lỏng trên đĩa Để phân phối đềuchất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều chỉnh chiều cao mức

chất lỏng trên đĩa Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi đókhí (hơi hay lỏng) và lỏng đi qua cùng một lỗ trên đĩa

Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo

bề mặt vật rắn thường là thẳng đứng Bề mặt vật rắn có thể là

ống, tấm song song hoặc đệm tấm Có một số thiết bị hấp thụ

loại màng như sau:

Tháp tái sinh là thiết bị quan trong nhất trong hệ thống thiết bị tái

sinh Tháp có cấu tạo bên trong tương tự như tháp chưng cất Thông

thường, tháp tái sinh là tháp dạng đĩa, phía dưới đáy tháp có thiết bị gia nhiệtđáy để nâng cao nhiệt độ dung dịch amine giàu H2S để tách khí H2S ra khỏidung dịch Thiết bị gia nhiệt đáy là thiết bị gia nhiệt kiểu gián tiếp bằng hơi đểnâng cao hiệu quả quá trình phân tách và tránh hiện tượng hòa tan của khí vàohơi nước ngưng tụ

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động bình chứa mamine giàu H2S

Giản đồ lựa chọn công nghệ cho quá trình làm ngọt khí:

Thiết bị hấp thụ dùng trong công nghệ làm ngọt khí là tháp đĩa chóp do tháp đĩa chóp có ưu điểm nổi trội như sau:

- Hiệu suất truyền khối cao , khá ổn định so với các tháp đĩa lỗ và tháp đệm

- Ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn,giá thành sản suất giảm

- Có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh

- Dễ vận hành và điều khiển