tính toán lự chọn công nghệ tối ưu, lam ngọt khí tự nhiên

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, dầu mỏ và khí tự nhiên là quan trọng đối sự phát triển của mỗi quốc gia. Đó là nguên liệu không thể thiếu trong các ngành công nghiệp. Đó là nguồn nguyên liệu không phải là vô tận cần phải khai thác hợp lý chống lãng phí nguồn nguyên liệu. Trước đây dầu mỏ được khai thác và chế biến rất nhiều so với khí tự nhiên khai thác, do lượng dầu mỏ ngày nay dần cạn kiện với ngành phát triển manh mẽ của công nghệ chế biến khí. Các ngành công nghệ chế biến khí ở Việt Nam đang trren đà phát triển. Xây dựng các nhà mấy chế biến nguồn tài nguyên này nhằm đáp ứng nhu cầu về năng lượng. Tuy còn hạn chế về công nghệ nhưng đó góp phần lớ vào sự phát triển đất nước. Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin còn chứa các tạp chất như: Bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S và các tạp chất hữu cơ của lưu huỳnh. Đây là các thành phần có thể gây tổn hại đến sức khoẻ con người cũng như nó làm ăn mòn đường ống thiết bị trong quá trình khai thác và chế biến. đặc biệt với các khí như CO2 và H2S vì vậy trước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách bụi, tách hơi nước và đặc biệt là làm ngọt khí. Đồ án “Tính toán các thông số cơ bản của tháp làm ngọt khí bằng MEA”.

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MUC HINH

MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, dầu mỏ và khí tự nhiên

là quan trọng đối sự phát triển của mỗi quốc gia Đó là nguên liệu không thể thiếutrong các ngành công nghiệp Đó là nguồn nguyên liệu không phải là vô tận cần phảikhai thác hợp lý chống lãng phí nguồn nguyên liệu

Trước đây dầu mỏ được khai thác và chế biến rất nhiều so với khí tự nhiên khaithác, do lượng dầu mỏ ngày nay dần cạn kiện với ngành phát triển manh mẽ của côngnghệ chế biến khí Các ngành công nghệ chế biến khí ở Việt Nam đang trren đà pháttriển Xây dựng các nhà mấy chế biến nguồn tài nguyên này nhằm đáp ứng nhu cầu vềnăng lượng

Tuy còn hạn chế về công nghệ nhưng đó góp phần lớ vào sự phát triển đấtnước

Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin cònchứa các tạp chất như: Bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S và các tạp chất hữu cơ của lưuhuỳnh Đây là các thành phần có thể gây tổn hại đến sức khoẻ con người cũng như nólàm ăn mòn đường ống thiết bị trong quá trình khai thác và chế biến đặc biệt với cáckhí như CO2 và H2S vì vậy trước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạnchuẩn bị, tại đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách bụi, táchhơi nước và đặc biệt là làm ngọt khí Đồ án “Tính toán các thông số cơ bản của tháplàm ngọt khí bằng MEA”

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KHÍ TỰ NHIÊN

1.1. Đặc điểm thành phần nguồn khí Việt Nam.

1.1.1. Khí tự nhiên.

Khí tự nhiên là tập hợp những hydrocacbon khi CH4, C2H8, C3H8,C4H10 Cótrong lòng đất.Chúng thường tồn tại thành những mỏ khí riêng rẽ hoặc tồn tại ở trêncác lớp dầu mỏ Trong nghĩa hẹp khí tự nhiên được hiểu là khí trong các mỏ khí Khí

tự nhiên cũng luôn chứa các khí vô cơ N2, H2S, CO2, khí trơ và hơi nước

Là khí năm lẫn trong dầu mỏ, được hình thành cũng với dầu còn gọi là khí dấu

mỏ Về mặt định tỉnh khí đồng hành khá giống khi thiên nhiên nhưng về mặt địnhlượng thì khi đồng hành có hàm lượng Metan thấp hơn so với khí tự nhiện, thường là

30 - 87%

1.1.3. Khí ngưng tụ ( condensat )

Thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí ,bao gồm các hydrocacbonnhư Propan, Butan và một số hydrocacbon lỏng khác như Pentan, Pexan,thậm chíhydrocacbon Naphtenic và Aromatic đơn giản, ở điểu kiện thường khí ngưng tụ ởdạng lỏng

a. Các hợp chất hydrocacbon

Chủ yếu là các khi metan và đồng đẳng của nó như : Etan , Propan, n-Butan,isoButan, ngoài ra còn một lượng ít các hợp chất C5, C6 Hàm lượng các cấu tử trênthay đổi tuỳ theo nguồn gốc của khí(khi thiên nhiên chứa chủ yếu metan các khí C3-C4rất ít, còn trong khí đồng hành hàm lượng C3-C4 cao hơn)

b. Các hợp chất phi hydrocacbon

Ngoài thành phần chính là các hydrocacbon , trong khí thiên nhiên và khí dầu

mỏ còn chứa các tạp chất như : CO2, N2, H2S , H2 , He, Ar, Ne trong các loai khí trênthường N2 chiếm phần lớn Tuỳ theo hàm lượng các khí co trong các mỏ mà người ta

có phương pháp khác nhau để thu hổi chúng

1.1.5. Sự phân bố, trữ lượng và tiềm năng khí thiên nhiên tại Việt Nam.

Theo số liệu của trung tâm nghiên cứu và phát triển chế biển dầu khí tiềm năng

và trữ lượng khí thiên nhiên là 3000 tỷ m3 ,Trữ lượng được thẩm lượng và sẵn sàng đểphát triển khai thác trong thời gian tới vào khoảng 400 tỷ m3, nguồn khí Việt Nam tậptrung chủ yếu tại các mỏ khí của các bể : Sông Hồng, Cửu Long, Nam Côn Sơn, vàMalay-Thổ chu

Bể Cữu Long : Diện tích 60 ngàn km2 với trữ lượng 50 tỷ m3, sản phẩm chủyếu dầu và khí đồng hành

Bể Nam Côn Sơn :Diện tích 160 ngàn km2 với trữ lượng 160 tỷ m3 sản phẩmchủ yếu khí va condensat

Bể Malay-Thổ Chu :Nằm phía đông vinh Thái Lan, trữ lượng 140 tỷ m3 sảnphẩm dầu và khí

Bể Sông Hồng: Diện tích khoảng 120 ngàn km2 , tiềm năng khí là khá lớnkhoảng 2000 tỷ m3 khí thiên nhiên nhưng do bể co hàm lượng CO2 lớn nên việc khaithác và đưa vào sử dụng khí ở các mỏ này là chưa khả thi

Bảng 1: Thành phần khí ở bể Cửu Long(1) (% theo thể tích)

Mỏ

Cấu tử Bạch Hổ(lô 09)

Rồng Đôi (lô 09)

Rạng Đông( lô 09) Ruby( lô 01)Khí tự nhiên Khí dồng hành

-Bảng 3: Thành phần khí ở Ma Lay- Thổ Chu (1) ( % theo thể tích)

1.2.1. Tác hại và sự cần thiết loại bỏ khí Acid (H 2 S, CO 2 )

Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khi đồng hành và khí hoá dầu ngoài khiHydrocacbon còn chứa một số khí khác như: Khí chua (H2S, CO2), đồng thời còn chứamột lượng không lớn khí hữu cơ khác như: COS, CS2, Mecaptan Sự tồn tại của chúngtrong khi sẽ gây cản trở trong sự vận hành và chế biến khí, chúng gây ăn mòn thiết bị,gây ngộ độc chất xúc tác trong chế biến, đối với người sử dụng nó có ảnh hưởngkhông tốt đến sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường, khí cacbonic có phần ít độc hại hơn.Nhưng nếu thành phần của chúng quá lớn thì sẽ làm giảm nhiệt trị của hỗn hợp khí

Mặt khác, Hydrosunfua (H2S) là khí dễ cháy (giới hạn cháy nổ rộng) là chấtkhông có màu trứng thối rất khó chịu H2S rất độc có thể gây ngộ độc dẫn đến tử vongcho con người khi tiếp xúc lâu với nó ở nồng độ cao trong khí Cho nên, trong quátrình vận hành khí chúng ta phải hết sức quan tâm đến sự an toàn thiết bị, để phòng rò

rỉ khí Từ những vấn để phân tích trên chúng ta đã nhận thấy sự bất lợi và tác hại củakhí chua H2S, CO2 có mặt trong khí tự nhiên, khí đồng hành Vì thế chúng ta cần phải

loại bỏ chúng trước khi đưa vào chế biến, nói một cách khác chính là làm ngọt Tuyvậy, bên cạnh sự tác hại của khí chua, thì chúng vẫn có lợi còn ứng dụng được trongcông nghiệp chế biến:

H2S là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất lưu huỳnh nguyên chất vàAcid Sunfuaric

CO2 cũng là nguyên nhiên liệu được dùng trong công nghiệp chế biến thựcphẩm, trong công nghiệp hoá chất hoá học, trong nông nghiệp, trong côngnghiệp sản xuất đồ uống nước giải khát

Vì vậy, khi lựa chọn các quy trình làm ngọt khí cần phải tính đến mức độ loạicác cấu tử không mong muốn trên và tận dụng chúng để sản xuất ra các sản phẩmchuyên dùng cần thiết

Tiêu chuẩn cho phép khi chua còn lại trong khí sạch:

Ở Mỹ: Hàm lượng H2S cho phép s 5,7 mgH,S/m3khí

Ở Nga: Hàm lượng H2S cho phép S 20 mgH,S/m3 khí

Ở Việt Nam : Hiện nay chưa có một quy định nào cụ thể nào, vì khí tựnhiên, khí đồng hành và khí hóa dầu của chúng ta có hàm lượng CO2 và H2Sthấp, (trừ khí ở bể Sông Hồng có hàm lượng CO2 tương đối cao)

Nói chung, trong các quy trình công nghệ xử lý khí cần phải làm ngọt khí nhằm

có mục đích:

Giảm ăn mòn đuờng Ống, thiết bị trong quá trình xử lý khí hay sử dụng khí

Giảm thiếu khả năng gây ngộ độc chất xúc tác trong các công đoạn chếbiến sâu

Đảm bảo an toàn cho sức khoẻ và ô nhiễm môi trường

Đáp ứng tiêu chuẩn về các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm khí thương mại.Thu hồi khi chua dùng cho các ngành công nghiệp khác, khi hàm lượng lưuhuỳnh trong khí là đáng kể

 Khả năng hấp thụ phụ thuộc áp suất riêng phần của khí chua trong điều kiệnlàm việc:

• Áp suất riêng phần thấp thì khả năng hấp thụ thấp Để quá trình hấp thụvật 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 dungmôi hóa học, áp suất càng cao, hiệu quả quá trình càng tăng

 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

Đồ án công nghệ hóa học ThS Nguyễn Văn Toàn

Bảng 4: Tính chất hóa lý của propylene carbonate.

Tính chất hóa lý của propylene carbonate

Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 1 sơ đồ quy trình công nghệ Fluor

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

Công nghệ làm ngọt khí SELEXOL

 Chất hấp thụ: dimethylether polyethyleneglycol (DMEPEG).

Bảng 5: Tính chất hóa lý của DMEPEG

Tính chất hóa lý của DMEPEG

Đặc điểm quá trình: Hệ thống xây dựng để làm sạch khí hydrocacbon nhân tạovới nồng độ CO2 cao và nồng độ H2S không lớn Trước đây, vào những năm 70, quátrình 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 củaquá 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 hơnđáng kể so với quá trình MEA: chi phí vận hành giảm 30%, đầu tư giảm 70%.

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 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 giảmthất 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 vàCO2 Do tính chọn lọc cao của dung môi nên chúng có thể được sử dụng để sản xuấtlưu 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 môithực hiện không cấp nhiệt bằng giảm áp suất nhiều bậc trong hệ thống

a) Cơ sở lý thuyết.

Là quá trình hấp thụ có phản ứng hoá học xảy ra giữa cấu tử dung môi và cấu

•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 thểhòan 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

Bảng 7: Đặc tính của các dung môi hấp thụ khí (2)

Nhiệt độ sôi (oC) ở áp suất

Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s)

b) Các công nghệ diển hình.

Công nghệ làm ngọt khí bằng monoetanol amin (MEA)

Trong quá trình hấp thụ hoá học: Người ta sử dụng dung dịch nước củacácalkanol amin như: Quá trình làm ngọt khí bằng dietanol amin (DEA), dizopropanolamin (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 tựnhiênngười ta dùng dung dịch MEA nồng độ 15÷ 20% trong nước

Quá trình tương tác hóa học giữa CO2 và H2S với MEA:

 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/molMEA.

• Được ứng dụng làm sạch dòng khí có áp suất riêng phần của khíchua ≤ 0,6÷0,7 MPa

• Quá trình hấp thụ H2S và CO2 bằng MEA xảy ra ở áp suất cao vànhiệtđộ 25÷40oC, còn tái sinh chất hấp thụ MEA thực hiện ở ápsuất 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 MEAxem ở hình 2

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA (1)

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;

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:

Khí nguyên liệu đựơc cho vào phần dưới của tháp hấp thụ 1, còn dung dịch làmsạch 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 vàCO2 sẽ hoàn lưu lại vào tháp hấp thụ 1 Dung dịch MEA hấp thụ H2S và CO2 ( có lẫnkhí 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 dungdịch 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 MEAhoàn lưu trở tháp nhả hấp thụ 10 Dung dich MEA sẽ được tái sinh và lấy ra ở phíadưới tháp 10 Một phần dung dịch thu hồi ở đáy tháp sẽ được cho qua bộ phận đunnóng 11 quay lại tháp nhả hấp thụ 10 để truyền nhiệt Phần còn lại cho qua thiết bịTĐN và làm lạnh rồi hoàn lưu quay lại tháp hấp thụ 1

• 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 hòannguyên  nếu trong khí có chứa COS và CS2 thì không sử dụngquá trình này

• Khả năng thu hồi mercaptan và các hợp chất lưu hùynh hữu cơkém

• Nếu trong hệ có hydrocarbon béo, sulfua sắt, thiosunfit, khả năngtạo bọt của chất hấp thụ tăng  cần đưa thêm vào hệ chất chốngtạo bọt

Công nghệ làm sạch khí bằng dung môi DEA

Nồng độ dung dịch DEA phụ thuộc hàm lượng khí chua trong khí và mức bãohòa khí chua trong dung dịch, ~ 20-30%kl:

• 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 phầnhydrocarbon 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 chấthấp thụ tạo tàhnh hỗn hợp không hoàn nguyên được

• Khả năng làm sạch mercaptan và hợp chất lưu huỳnh hữu cơ thấp

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 vớiquá trình dùng MEA

Công nghệ 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 khoảng60÷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 quátrình dùng MEA

Khả năng mất mát dung môi thấp hơn so với MEA

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 SNa2V4O9 + H2O + 2 ADA= 4 NaVO3 + 2 ADA

Công nghệ làm sạch khí bằng dung dịch K 2 CO 3 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 đángkể

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

Công nghệ hấp thụ bằng hỗn hợp etanol amin với etylen glycol

Để làm sạch khí đồng thời khỏi H2S, CO2và nước, người ta ứng dụng hỗn hợpetanol 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 Quátrình 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 từphần dưới của tháp,dòng khí chuyển động từ dưới lên, còn dung dịch làm sạch gồm cóetylen glycol và etanol amin được tưới ngược chiều từ trên xuống Khí đã được làmsạch được dẫn ra từ đỉnh tháp, còn dung dịch được hấp thụ H2S và CO2được tháo ra ởđáy tháp Dung dịch này được dẫn qua bộ phận trao đổi nhiệt đốt nóng bằng hơinướcvà đưa vàogiữa tháp nhả hấp thụ, H2S và CO2 giải phóng ra ở phía đỉnh tháp, còndung dịch hấp thụ đã tái sinh được lấy ra ở phía dưới.Một phần dung dịch đó đượcđun nóng bằng hơi nướcvà quay lại tháp nhả hấp thụ để truyềnnhiệt, phần còn lạiđượclàm nguội vàtưới từ đỉnh tháp hấp thụ

Khi nồng độ các tạp chất H2S và CO2 cao hơn 2÷2,5% mol thì trướckhi dùngetanolamin hấp thụ, người ta dùng các chất hấp thụ rẻ tiền nhưnước hoặc dung dịchnước 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%

Sơ đồ quy trình công nghệ:

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)

1.2.3. So sánh.

Ưu nhược điểm của phương pháp hấp thụ hóa học:

• Ưu điểm: quá trình amin bảo đảm làm sạch triệt để khí H2S, CO2 với

áp suất và nồng độ làm việc của chúng trong khí ban đầu khác nhau.Thiết bị và công nghệ đơn giản, bền

• Nhược điểm: không tách dược toàn bộ H2S, CO2, RSH, COS và CS2,

mức đọ tách mercaptan và các hợp chất lưu huỳnh khác thấp Khi cácchất trên tác dụng với chất hấp thụ sẽ tạo ra hợp chất bền , khó phân hủykhi tái sinh chất hấp thụ trong điều kiện làm việc của quá trình

Ưu nhược điểm của phương pháp hấp thụ vật lý:

• Ưu điểm: khi áp suất riêng phần của khí H2S,CO2, và các hợp chất lưu

huỳnh cao thì chi phí đầu tư và vận hành của công nghệ làm ngọt khídung môi vaaytj lý thấp hơn so với dung môi hóa học Dung môi vậy lýdùng lực hút vật lý để hấp thụ nên dễ tái sinh

• Nhược điểm: các dung môi vật lý hấp thụ tương đối tốt các

hydrocacbon

Kết luận: ta chọn phương pháp hấp thụ hóa học

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN.

1.1.Các thiết bị chính trong dây chuyền.

1.1.1. Thiêt bị hấp thụ và nhả hấp thụ.

1.1.1.1.Tháp đệm.

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 4 Sơ đồ cấu tạo tháp hấp thụ kiểu đệm.

Để phân phối đều lỏng lên khối đệm chứa trong tháp, người ta dùng bộ phậnphân phối dạng: lưới phân phối (lỏng đi trong ống – khí ngoài ống; lỏng và khí đitrong cùng ống); màng phân phối, vòi phun hoa sen (dạng trụ, bán cầu, khe); bánh xequay (ống có lỗ, phun quay, ổ đỡ);

Các đệm được đặc trưng bằng: đường kính d, chiều cao h, bề dày δ Đối vớiđệm trụ, h = d chứa được nhiều phần tử nhất trong 1 đơn vị thể tích

Khối đệm được đặc trưng bằng các kích thước: bề mặt riêng a (m2/m3); thểtích tự do ε (m3/m3); đường kính tương đương d(tđ) = 4r(thủy lực) = 4.S/n = 4 ε/a;tiết diện tự do S (m2/m3)

Khi chọn đệm cần lưu ý: thấm ướt tốt chất lỏng; trở lực nhỏ, thể tích tự do và

và tiết diện ngang lớn; có thể làm việc với tải trọng lớn của lỏng và khí khi ε và S lớn;

khối lượng riêng nhỏ; phân phối đều lỏng; có tính chịu ăn mòn cao, rẻ tiền, dễ kiếm

Để làm việc với chất lỏng bẩn nên chọn đệm cầu có khối lượng riêng nhỏ

Nguyên lý hoạt động:

Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp xúc pha

là bề mặt thấm ướt của đệm

Tháp đệm làm việc ngược chiều có các chế độ thủy động lực sau:

+ Chế độ màng OA: khi mật độ tưới không lớn, tốc độ khí nhỏ, chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt đệm, khí đi ở khe giữa các màng

+ Chế độ hãm AB: từ A tăng tốc độ khí sẽ làm tăng ma sát của dòngkhí với bề mặt lỏng và kìm hãm sự chảy của màng lỏng, lượng lỏng giữ lại trong đệm tăng

Khi tăng tốc độ khí làm tăng xoáy đảo màng lỏng trên đệm nên tăng cường quá trình truyền khối

+ Chế độ nhũ tương BC: Khí-lỏng tạo thành hệ nhũ tương không bền 2 pha liên tục-gián đoạn của khí-lỏng đổi vai trò cho nhau liên tục, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha và cường độ truyền khối lên cực đại, đồng thời trở lực thủy lực cũng tăng nhanh; chế độ này duy trì rất khó mặc dù cường độ truyền khối lớn

+ Chế độ cuốn theo: quá giới hạn sặc, nếu tăng tốc độ khí, toàn bộ chất lỏng

sẽ bị giữ lại trong tháp và cuốn ngược trở ra theo dòng khí

Hiệu ứng thành thiết bị (channeling effect)

+Chất lỏng có xu hướng chảy từ tâm ra thành thiết bị, gây giảm hiệu suất do tiếp xúc pha kém Khắc phục bằng cách:

+ Nếu chiều cao đệm lớn hơn 5 lần đường kính đệm thì chia đệm thành từng đoạn; giữa các đoạn đệm đặt bộ phận phân phối lại chất lỏng

+ Chọn d/Φ = đường kính đệm/đường kính tháp = 1/15 – 1/8

+ Xếp đệm: nếu d < 50mm: đổ lộn xộn,d > 50mm: xếp thứ tự

+ Tưới lỏng và phun khí ngay từ đầu

b) Ưu – nhược điểm - ứng dụng:

Ưu: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí (hoạt động ở chế độ màng/quá độ)nhỏ