làm ngot khí mea từ nam con son

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”.

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên e xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Hóa Học & Công nghệ thực phẩm đã bồi dưỡng kiến thức chuyên ngành cùng kỹ năng cho em trong những năm vừa qua giúp em có kiếm thức để hoàn thành đồ án công nghê.

Trong thời gian làm đồ án công nghệ, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thấy Nguyễn Văn Toàn là giáo viên hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo, và nhiệt tình giúp đỡ để

em hoàn thành đúng tiến độ và học hỏi được nhiều kỹ năng cần thiết, cung cấp kiến thức còn thiếu soát của bản thân em Để từ đó e có thêm những kiến thức, những kỹ năng cần thiết để làm tiếp những nghiên cứu đồ án sau này.

Em xin chân thành cảm ơn!

Vũng tàu, ngày 03 tháng 01 năm 2017 Sinh viên thực hiện.

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1. Đặc điểm thành phần các nguồn khí Việt Nam 5

1.1.1. Khí tự nhiên 5

1.1.2. Khí đồng hành 6

1.2. Các phương pháp làm ngọt khí 7

1.2.1. Phương pháp hấp thụ hóa học 8

a. Hấp thụ bằng MEA 10

b. Hấp thụ bằng DEA 12

c. Hấp thụ bằng DIPA 14

d. Hấp thụ bằng DGA 14

e. Hấp thụ bằng K2CO3 15

f. Hấp thụ bằng dung môi tổ hợp 18

1.2.2. Phương pháp hấp thụ vậy lý 19

a. Quá trình flour 19

b. Quá trình selecson 22

c. Quá trình Sunlfinol 23

d. Quá trình Purizol 23

1.3. So sánh chọn phương pháp và quy trình 25

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 26

2.1 Giới thiệu đề tài 27

2.2 Tính thông số tháp hấp thụ 27

2.2.1 Sơ đồ công nghệ 28

2.2.2 Công thức tính toán 29

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

MỞ ĐẦU

Trong các mỏ dầu- khí được khai thác lên từ các vỉa, ngoài các thành phần cóchưa trong dầu và khí thì còn tồn tại các hợp chất của lưu huỳnh, oxy, nito hữu cơ,… làảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dầu khí, gây ăn mòn thiết bị, ngoài ra các hợp chấtnày cờn gây ngộ độc xúc tác trong các quá trình chế biến sản phẩm dầu khí quan trọngtrong các nhà máy lọc, chế biến Nhu cầu sản phẩn, năng lượng dầu mỏ và khí đốt ngàymột tăng đòi hỏi chất lượng và tính kinh tế cũng cao hơn, nhằm mục đích có được sảnphẩm, nhiên liệu, năng lượng có chất lượng tốt nhất đòi hỏi phần nguyên liệu chung cấpcho các quá trình lọc và chế biến phải được loại bỏ các hợp chất có hại ra khỏi thànhphần nguyên liệu để làm được điều này thì quá trình làm ngọt khí là quá trình quantrọng và bắt buộc phải có Hiện tại có rất nhiều công nghệ làm ngọt khí chủ yếu dựavào các nguyên tắc của quá trình hấp phụ hóa học và hấp thụ vật lý ngoài ra còn cóphương pháp khác như sử dụng xút, trong số đó tiêu biểu một số công nghệ làm ngọtkhí hiện đại có nhiều ưu việt ngày nay các công ty cung cấp quy trình công nghệ nângcấp dựa vào phương pháp hấp thụ hóa học bằng các loại dung môi ( MEA, DEA, DGA,

…), ưu điểm của công nghệ này là đảm bảo loại triệt để khí chua, công nghệ thết bịđơn giản và bền

Với công nghệ làm ngọt bằng phương pháp hấp thụ sử dụng các dung môi đã kểtrên, thì việc lựa chọn dung môi cũng vô cùng quan trọng, dung môi được dùng phảiđảm bảo các yếu tố môi trường, cho hiệu suất cao nhất có thể, chi phí đầu tư ban đầu là

ít nhất,… Trong phạm vi đồ án với đề tài “ Công nghệ làm ngọt khí dầu mỏ bằng dungmôi MEA” sẽ giải thích vì sao dung môi MEA ( mono etanol amin) là dung môi đápứng được tốt nhất những yêu cầu trên Với đề tài này nội dung chủ yếu gồm hai chươngchính: chương một nói về tổng quan tài liệu và lựa chọn công nghệ, chương hai làchương thiết kế tính toán thiết bị chính và tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm thành phần các nguồn khí ở Việt Nam

1.1.1 Khí tự nhiên

Khí tự nhiên là ập hợp những hydrocacbon ở dạng khí CH4, C2H6, C3H8, C4H10,…

Có rong lòng đất Chúng thường tồn tại thành những mỏ khí riêng lẻ hoặc cũng có thểtồn tại bên trên của lớp dầu mỏ trong các vỉa ở thềm lục địa và ngoài khơi Ngoài cácthành phần hydrocacbon thì khí dầu mỏ còn chứa các khí vô cơ H2S, CO2, N2, các khíhiếm, khí trơ và có cả hơi nước Tùy theo hàm lượng các khí không mong muốn cótrong các mỏ mà người ta có những phương pháp khác nhau để thu hồi

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

và trữ lượng khí thiên nhiên ở nước ta là 3000 tỷ m3 Nguồn khí ở Việt Nam chủ yếutập trung ở các thềm lục địa phía nam Các bể khí tiêu biểu: Bể Sông Hồng, Bể CửuLong, Bể Nam Côn Sơn, Bể Malay-Thổ Chu Cụ thể trữ lượng và diện tích và các loại

khí có trong bể như sau: ( ‘thống kê trữ lượng dầu mỏ và khí ở Việt Nam”-viện nghiên cứu trung ương) [8]

Bể Cửu Long: diện tích 60,000 km2 với trữ lượng 50 tỷ m3, sản phẩm chủ yếu làdầu và khí đồng hành.[8]

Bể Nam Côn Sơn: diện tích 160,000 km2 với trữ lượng160 tỷ m3 và sản phẩm chủyếu là khí và condensat.[8]

Bể Malay-Thổ Chu: nằm ở phía đông vịnh Thái Lan, trữ lượng 140 tỷ m3 chủ yếu

là sản phẩm dầu và khí.[8]

Bể Sông Hồng: đây là có trữ lượng lớn nhất được tìm thấy ở Việt Nam cho tớinay, với diện tích 120,000 km2, trữ lượng trên 2000 tỷ m3 khí thiên nhiên ( ‘thống kê trữ lượng dầu mỏ và khí ở Việt Nam”-viện nghiên cứu trung ương), tuy nhiên bể này lại

chứa nhiều CO2 trong thành phần nên việc khai thác và đưa vào sử dụng còn đang xemxét.Những mỏ chứa khí của nước ta đa số đều chứa nguồn khí có chất lượng tốt, hàmlượng hợp chất H2S rất thấp không đáng kể, hàm lượng kí Methane, ethane, propane rất

cao Đều này được thể hiện ở các bảng bên dưới, bảng thành phần tính theo (%V) củacác bể tiêu biểu đang được khai thác nhiều ở Việt Nam.[4]

Bảng I.1 Thành phần của khí thiên nhiên (%V) trong các mỏ ở Bể Nam Côn Sơn

Khí đồng hành là khí tồn tại chung với dầu thô, hay nằm bên trê lớp dầu trong các

mỏ, sau khi được tách ra khỏi dầu thô, khí đồng hành bao gồm các thành phần chính là

CH4, C2H6, C3H8, C4H10 Ở Việt nam trước năm 1997 khí đồng hành khi được khai tháclên cùng với dầu thô bị đốt bỏ do không có mục đích sử dụng, mãi cho đến sau năm

1997 công nghệ chế biến tách khí đồng hành đầu tiên ở Việt Nam được vận hành, hằngnăm đưa khoảng hơn 1 tỷ m3 khí vào bờ cung cấp cho các các nhà máy chế biến, khíhóa lỏng, dung môi pha xăng, condensat,… và còn cung cấp cho các nhà máy khí điệnđạm Hiện nay nguồn khí khai thác lên được cung cấp cho các nhà máy chế biến khí, vàcác nhà máy đạm lớn như Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau,… Nguồn khí đồng hành cũngđược khai thác ở các mỏ của Bể Cửu Long, Bể Malay-Thổ Chu.[8]

1.2 Các phương pháp làm ngọt khí

Tác hại của khí axit và sự cần thiết phải loại bỏ khí axit:

Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành ngoài các thành phần hydrocacbon thìtrong thành phần khí còn tồn tại một số hợp chất có tính axit khác như: khí chua (H2S,CO2) ngoài ra chúng còn chứa một lượng nhỏ các khí có hại khác như COS, CS2,Mecaptan,… sự tồn tại của chúng có hại, gây ăn mòn thiết bị như tuyến ống, thiết bị,gây ngộ độc xúc tác trong quá trình chế biến Đối với con người sự có mặt của chúnggây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, đối với môi trường chúng làm ô nhiễm trầm trậm.Việc loại bỏ các thành phần khí chua trong hỗn hợp khí nhằm đảm bảo an toàn thiết bị,tránh hiện tượng rò rỉ khí, gây ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường thì các thànhphần khí sau khi được loại bỏ có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho một số ngànhcông nghiệp chế biến khác như:

H2S là nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp sản xuất S nguyênchất để sản xuất H2SO4 đây là chất rất quan trong sử dụng nhiều trong ngành côngnghiệp hóa chất

CO2 cũng là nguyên liệu trong ngành chế biến thực phẩm, nước giả khát

Việc lựa chọn quy trình công nghệ làm ngọt khí cần phải tính đến việc loại bỏ cáccấu tử không mong muốn làm sao có thể tận dụng mức tối đa các hợp chất đó, nhằmtránh việc thải ra môi trường và có thêm lợi nhuận sau đây là một số quy định, tiêuchuẩn cho phép làm lượng khí chua tối đa trong nguyên liệu:[2]

Ở Mỹ: hàm lượng H2S cho phép ≤ 5.7 mg/m3 khí

Ở Nga hàm lượng cho phép là ≤ 20mg/m3 khí

Để loại bỏ S, và các hợp chất của lưu huỳnh, CO2 ra khỏi khí thiên nhiên, người ta

sử dụng chủ yếu các phương pháp hấp thụ, tùy thuộc vào đặc điểm tương tác của dungmôi với chất hấp thụ mà có các phương pháp như hấp thụ hóa học, hấp thụ vật lý, vàphương pháp kết hợp giữa vật lý và hóa học, cụ thể các phương pháp có ưu và nhượcđiểm như sau:

1.2.1.Làm ngọt khí bằng phương pháp hấp thụ hóa học

Làm ngọt khí bằng phương pháp hóa học là:sử dụng dung dich alkanol amin(MEA, DEA, DGA, TEA, di-isopropanol amin DIPA,…) sau khi có sự tiếp xúc giữadung môi và các chất cần hấp thụ tại các đĩa của tháp hấp thụ, tại đó dung môi và cáchợp chất khí chua sẽ xảy ra phản ứng hóa học Qúa trình này giúp cho khí chua trongnguyên liệu sẽ được hấp thụ triệt để, hiệu suất trên 93% mà phần hydrocacbon cũngkhông bị hòa tan trong dung môi, thiết bị công nghệ đơ giản và bền

Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này không tách được toàn bộ lượng khíchua nều chúng có hàm lượng lớn trong khí Vì vậy hàm lượng các hợp chất lưu huỳnhcòn lại có thể tương tác với dung môi tạo thành các hợp chất bền khó tái sinh ở điềukiện làm việc của quá trình Chất hấp thụ và sản phẩm tương tác của chúng với các tạpchất chứa trong khí nhiên liệu nhiều khi có hoạt tính ăn mòn cao

Cùng với sự gia tăng nồng độ amin và mức bão hòa dung môi bỡi khí chua các tạpchất không mong muốn thì hoạt tính ăn mòn hóa học của các chất hấp thụ Alkanol amincũng tăng Vì vậy, khả năng hấp thụ của chúng thường bị hạn chế không phải bởi điềukiện cân bằng nhiệt động mà là bởi độ bão hòa giới hạn của các chất hấp thụ bằng cáckhí axit

Các alkanol amin luôn được sử dụng để làm dung môi cho quá trình làm ngọt khíbằng phương pháp hấp thụ hóa học là: MEA, DEA, DIPA, DGA,…Nghiên cứu cấutrúc phân tử của các dung môi này cho thấy chúng có cấu trúc tương tự với NH3 Điềunày cho thấy về lý thuyết cũng có thể sử dụng NH3 để làm ngọt, nhưng NH3 lại bay hơirất nhanh nên thực tế cách này không dùng được Tính chất của các dung môi kể trên

được tóm tắt bằng bảng I.3 (“IPS-E-PR-551” Dec1997_Engineering standard for desing of gas treating units)

Bảng I.3 Một số tính chất cơ bản của các dung môi Alkanol amin

Khối lượng riêng kg/m3 1018 1090 989 1055

DEA (di etanol amin) là một bazo yếu hơn MEA, cũng bền về mặt hóa học, nhưngkhả năng phản ứng với các khí axit trong nhiên liệu lại yếu hơn MEA Duoiwd đây làcác quá trình làm ngọt bằng các phương pháp phổ biến hay sử dụng:

Quá trình làm ngọt bằng MEA, quá trình này được sử dụng rộng rãi để làm sạchkhí thiên nhiên và khí đồng hành

Quá trình làm ngọt bằng dung môi DEA, đây là quá trình được sử dụng phổ biếntrước đây ở các nhà máy lọc dầu nhưng hiện nay nó cũng được sử dụng để làm ngọt khí

tự nhiên

Quá trình làm ngọt bằng DGA, quá trình này được dùng để loại bỏ triệt để các khíaxit, nếu so sánh với dung môi MEA thì dung môi DGA cho phép giảm lưu lượng riêngcủa chất hấp thụ, và chi phí năng lượng là 25%- 40%

Quá trình làm ngọt khí bằng dung môi TEA, quá trình này được đánh giá khônghiệu quả cao

Quá trình làm ngọt bằng dung dịch DIPA để làm ngọt khí tự nhiên và khí dầu mỏ,

vì chi phí vận hành thấp hơn so với MEA

Ngoài ra còn có một loại dung môi đang được chú ý tới là Metyl isopropanol amin

do tính chọn lọc của nó cao khi phản ứng với H2S trong CO2

a. Quy trình làm ngọt khí bằng dung môi MEA

Sự tương tác giữa MEA và H2S, CO2 diễn ra dựa vào cơ sở của phản ứng sau:

 Với H2S

 Với CO2

CO2 + 2RNH +H2O ⇌ (RNH3)2CO3 (II.3)

CO2 + (RNH3)2CO3 +H2O ⇌ 2RNH3HCO3 (II.4)

( Với R- nhóm HOCH2CH2-)

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ của quá trình làm ngọt khí bằng MEA[3]

Diễn biến xảy ra trong quá trình:

Khí nguyên liệu được đưa vào từ bên dưới của tháp hấp thụ 1, dung môi làm sạchMEA được tưới ngược chiều từ trên xuống Khí và một ít dụng dịch MEA có lẫn H2S

và CO2 sẽ bay ra khỏi đỉnh tháp và đi vào thiết bị phân ly 2, khí ra khỏi thiết bị phân ly

là khí đã được làm sạch , còn dung môi có lẫn H2S và CO2 sẽ hồi lưu lại tháp hấp thụ

1 Dung môi MEA có lẫn 1 ít H2S , CO2 ( và một ít hydrocacbon) đi ra ở đáy tháp hấpthụ 1 vào thiết bị phan ly 3, một phần nhỏ khí của hydrocacbon nặng được thu hổi tạiđây Dung môi tiếp tục qua thiết bị trao đổi nhiệt số 9 (để gia nhiệt) rồ qua tháp nhả hấp

thụ 10, tại đây dung môi sẽ được tái sinh , H2S, CO2 có lẫn một ít dung môi sẽ thoát ra

từ đỉnh tháp , rồi được làm lạnh đến thiết bị phân ly 4 H2S và CO2 sẽ ra từ đỉnh tháp,còn dung môi sẽ được hồi lưu lại tháp nhả hấp thụ 10 để hiệu suất quá trình được caohơn Một phần dung môi hồi lưu ở đáy tháp sẽ qua bộ phận gia nhiệt đáy tháp 11 quaylại tháp nhả hấp thụ 10 để truyền nhiệt Phần còn lại qua thiết bị trao đổi nhiệt để hồilưu lại tháp hấp thụ 1

Quy trình công nghệ này có những ưu và nhược điểm sau:

 Ưu điểm:

- Độ biến thiên áp suất riêng phần của khí chua ban đầu rộng

- MEA dễ phản ứng, có độ bền hoad học cao, dễ tái sinh

- Công nghệ thiết bị đơn giản

- Độ hòa tan hydrocacbon trong dung môi thấp

 Nhược điểm:

- Mức bão hóa axit của dung môi thấp, chi phí sản xuất cao

- Nếu trong thành phần khí nguyên liệu có tòn tại COS, CS2 thì quá trình nỳkhông sử dụng được

- Cần thêm chất chống tạo bọt nếu trong thành phần nguyên liệu có thêm cáchydrocacbon béo, sunfua sắt, thiosunfit

b. Quy trình làm ngọt khí bằng dung môi DEA

Những phản ứng xảy ra trong quá trình

 Với H2S:

2R2NH + H2S ⇌ (R2NH2)2S (II.5)

(R2NH2)2S + H2S ⇌ 2R2NH2HS (II.6)

 Với CO2:

CO2 + 2R2NH + H2O ⇌ (R2NH2)2CO3 (II.7)

CO2 + 2(R2NH2)2CO3 + H2O ⇌ 2R2NH2HCO3

(Trong đó R- nhóm C2H4OH-)

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ quá trình làm ngọt bằng dung môi DEA.[5]

Tương tự quá trình làm ngọt bằng dung môi MEA , sơ đồ công nghệ của quá trìnhlàm ngọt này cũng không khác nhiều Ngoài ra trong quá trình này có sử dụng thêmmôi chất là H2O, nồng độ của nó trong dung dịch dùng làm dung môi hấp thụ phụthuộc và nồng độ khí axit trong nguyên liệu ban đầu thường thay đổi từ 20-30 %kl

 Ưu điểm của quá trình:

- Cho phép làm sạch đến mức tinh H2S và CO2 và cả khi có mặt COS, CS2

- DEA bền hóa học và dể tái sinh

- Áp suất bão hòa thấp nên độ mất mát thấp

- Công nghệ đơn giản

- Tiến hành ở nhiệt độ cao hơn quá trình dùng dung môi MEA 10-200C

- Khả năng tạo bọt thấp với các dòng khí có hydrocacbon nặng cao

 Nhược điểm của quá trình:

- Khả năng hấp thụ dung môi thấp

- Lưu lượng riêng của chất hấp thụ và chi phí sản xuất cao

- Có sự tương tác giữa CO2 với dung môi tạo thành hợp chất không thể táisinh được

- Khả năng làm sạch các hợp chất mecaptan và các hợp chất lưu huỳnh hữu cơthấp

c. Quá trình làm ngọt khí bằng DIPA

Dung môi hấp thụ là dung dịch DIPA, hàm lượng chất hoạt động trong đó có thểđạt 40%, sơ đồ công nghệ của quá trình sử dụng dung môi này cũng không khác với haiquá trình sử dung MEA vì vậy có thể chuyển đổi qua lại giữa hai quá trình

 Ưu điểm của quá trình:

- Cho phép làm sạch H2S đến 1.5mg/m3, đồng thời làm sạch CO2,COS, RSR,

có thể loại bỏ 40 -50% COS và RSR

- DIPA tương tác với các hợp chất như COS, CO2, RSR tạo thành những hợpchất dễ tái sinh

 Nhược điểm:

- Hoạt độ của dung dịch DIPA đối với CO2 thấp hơn của MEA

- Sự phân hủy DIPA do tương tác với các hợp chất chứa S, O thấp hơn so vớiquá trình dùng MEA

d. Làm ngọt khí Ekoamin bằng dung môi DGA

Cơ sở của phương pháp này được áp dụng khi nồng độ khí chua trong nguyên liệukhoảng 1.5÷8%, dung môi hấp thụ dung dịch nước diglycolamin với nồng đôh 60÷65% khối lượng

 Ưu điểm quá trình:

- Có thể làm sạch H2S đến 5.7mg/m3

- Hoạt độ của DGA với CO2 cao hơn của MEAvới CO2

- Khả năng loại CO2, COS, CS2, mecaptan cao, dể hoàn nguyên

- Mức bão hòa khí chua cao 40÷50 l lít khí chua/ l dung dịch

- Chi phí chất hấp thụ và chi phí sản xuất thấp

 Nhược điểm: tuy có nhiều ưu điểm nhưng công nghệ làm ngọt khí bằngDGA chỉ được làm ngọt cho khí nguyên liệu có độ chua lớn, vì dâychuyền công nghệ phức tạp

e. Quy trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat

Dùng Kalicacbonat làm dung môi hấp thụ hóa học để loại bỏ CO2, H2S ra khỏi hỗnhợp khí tự nhiên được thể hiện qua các phản ứng sau:

K2CO3 + CO2 + H2O ⇌ 2KHCO3 (II.9)

K2CO3 + H2S ⇌ KHS + KHCO3 (II.10)

Theo Ruziska (Lavoslav Ružička là nhà hóa học người Thụy Sĩ gốc Croatia) thì hai

phản ứng (II.9) và (II.10) thực tế xảy ra theo hai bước:

- Bước 1: H2O + K2CO3 ⇌ KOH +KHCO3 (II.11)

- Bước 2: KOH tạo thành phản ứng với CO2 tạo thành KHCO3

Với H2S:

KOH + H2S ⇌ KHS + KHCO3 (II.13)

Quá trình sử dụng khí tự nhiên có áp suất khí riêng phần khí acid tương đối cao, dovậy hiện nay quá trình làm ngọt khí bằng K2CO3 nóng chảy dùng dể làm ngọt khí cóhàm lượng khí acid trung bình và cao

Sơ đồ công nghệ của phương pháp này gần giống với sơ đồ công nghệ của quátrình làm ngọt khí bằng DEA Tuy nhiên trong tháp hấp thụ của làm ngọt khí bằngK2CO3 làm việc ở nhiệt độ cao hơn nhiều vì đảm bảo K2CO3 ở trạng thái nóng chảy,điều này tiết kiệm được một lượng nhiệt đáng kể cho quá rình rao đổi nhiệt làm nóngthiết bị, nhiệt độ cao cũng làm tăng khả năng hòa tan của Kalicacbonat trong dung dịch.Điều này cho phép sử dụng dung dịch kalicacbonat nóng chảy có nồng độ caovà chophép ăng khả năng hấp thụ khí acid trong dung môi hấp thụ

Từ các phản ứng (II.9) và (II.10) cho ta thấy nguyên nhân vì sao tháp hấp thụ làmvệc ở nhiệt độ cao: sản phẩm của hai phản ứng có nồng độ muối cao hơn so với dungdịch kalicacbonat ban đầu, phản ứng giữa K2CO3 với CO2, thì cứ một phân tử K2CO3cho hai phân tử KHCO3 Còn phản ứng với H2S thì tỷ lệ này là 1:1 Vì ly do này mà hầuhết các quá trình vận hành thiết bị làm ngọt khí tự nhiên được điều khiển bằng khảnăng hòa tan của Kalicacbonat ở điều kiện nhiệt độ cao hơn là Kalibisunfua

Quá trình này được ứng dụng để loại một lượng lớn CO2 trong hỗn hợp khí mộtcách hiệu quả Nó được ứng dụng để làm ngọt khí tự nhiên có chứa hàm lượng H2S và

CO2, nếu không có CO2 thì Kalibisunfua rất khó tái sinh Vậy quá trình này chỉ phù hợpkhi hàm lượng CO2 trong khí nguyên liệu cao.

 Ưu điểm của quá trình là:Loại được CO2, COS, CS mà không làm mấthoạt tính của dung môi hấp thụ COS được ạo thành sẽ được phân hủytheo phản ứng

COS + H2O ⇌ CO2 +H2S (II.14)

Sau đó sản phẩm của phản ứng thủ phân (II.14) sẽ phản ứng với K2CO3 như cácphản ứng (II.9),(II.10) ở phía trên Tuy nhiên trong thực nghiệm thì lại cho thấy vấn đề

là COS không bị thủy phân hoàn toàn

Trong dung dịch kalicacbonat nóng chảy CS2 bị thủy phân tạo thành COS và H2Stheo phản ứng

CS2 + H2O ⇌ COS +H2S (II.15)

H2S tạo thành trong phản ứng (II.15) sẽ phản ứng trực tiếp với dung môikalicacbonat nóng chảy theo như phản ứng (II.10), COS thì sẽ thủy phân theo phản ứng(II.14) để tạo thành CO2 và H2S, rồi CO2 và H2S lại tiếp tục các phản ứng với dung môiK2CO3 theo phản ứng (II.9), (II.10) như trên Do thủy phân hai lần nên tốc độ phản ứngcủa CS2 với dung môi chậm hơn so với COS

Đối với chất mecaptan phản ứng với dung dich kalicacbonat nóng chảy sẽ tạo thànhmecaptua theo phường trình hóa học:

K2CO2 + RSH ⇌ RSK + KHCO3 (II.16)

Từ phản ứng (II.16) cho thấy tính acid của mecaptan sẽ giảm dần theo chiều dàicủa hydrocacbon tăng dần, nên khả năng phản ứng của chúng với dung dịchkalicacbonat nóng chảy giảm dần theo chiều dài của hydrocacbon tăng dần

Hai nhà khoa học Parrich và Neilson đã đưa ra kết quả thực nghiệm cho thấy khảnăng hấp thụ và tốc độ phản ứng tương đối của khí acid và các cấu tử không mongmuốn có trong thành phần khí nguyên liệu, số liệu được thống kê theo bảng sau:

Bảng I.4 Khả năng hấp thụ và tốc độ phản ứng của các cấu tử không mong muốn trong thành phần khí ở 2300F và 2psi.[7]

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ qua trình làm ngọt khí bằng K 2 CO 3

Khí nguyên liệu ban đầu có chứa khí chua, qua thiết bị trao đổi nhiệt với dòng khí

đã được làm ngọt để tận dụng nhiệt sau đó đi vào thấp hấp thụ 1 từ phía dưới đáy tháp

sẽ được tiếp xúc với dung môi K2CO3 đi từ đỉnh tháp xuống, dung môi và nguyên liệutiếp xúc với nhau tại các đĩa Tháp hấp thụ 1 làm việc ở nhiệt độ khoảng 2300F Sau khihấp thụ thì dòng khí ngọt sẽ đi a từ đỉnh tháp, dung dịch kalicacbonat giàu sẽ đi ra từđáy tháp 1 rồi qua tháp số 2 ( tháp stripping) từ trên tháp, tháp 2 làm việc ở điều kiện 2-

10 psia Điều này cho thấy có sự giảm áp suất đôt ngột ở tháp 2 nên một lượng lớn khíacid sẽ thoát ra từ đỉnh tháp Dung môi được tái sinh và hồi lưu lại quá trình Dòng khíacid cùng với hơi nước đi qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh tách nước số 4, dòng khí saukhí tách nước sẽ đưa qua bình hồi lưu số 3 để hồi lưu ở tháp 2 Nhiệt độ đáy tháp 2khoảng 240 – 2500F

f. Quy trình làm ngọt khí ằng dung môi tổ hợp etanolamin và etylen glycol

Để làm sạch khí nguyên liệu khỏi CO2 và H2S và nước, người ta úng dụng một lạidung môi tổ hợp là etanolamin với etylen glycol Việc làm ngọt này kết hợp đồng thờilàm khan hóa nguyên liệu, loại nước khỏi nguyên liệu, nhằm giảm hàm lượng nước cần

để taí sinh dung môi

Trên đây là sơ đồ công nghệ làm sạch khí tự nhiên bằng hỗn hợp etanol amin vớietylen glycol Quá trình làm sạch được thực hiện trong tháp hấp thụ và các thiết bị phụtrợ.Tháp hấp thụ và nhả hấp thụ cũng có cấu tạo như tháp sấy khí bằng glycol Khiđược dẫn vào từ phần dưới của tháp,dòng khí chuyển động từ dưới lên, còn dung dịchlàm 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 vàCO2được tháo ra ở đáy tháp Dung dịch này được dẫn qua bộ phận trao đổi nhiệt đốtnóng bằng hơi nướcvà đưa vàogiữa tháp nhả hấp thụ, H2S và CO2 giải phóng ra ở phíađỉnh 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, phầncòn 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 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%

1.2.2 Làm ngọt khí bằng phương pháp hấp thụ vật lý

Cơ sở của quá trình:

Ngoài các phương pháp làm ngọt bằng phương pháp hấp thụ hóa học sử dụng dungmôi ankanolamin cũng hay thấy sử dụng phương pháp hấp thụ vật lý như quá trìnhFlour, Selecsol, Purizol

Khả năng hấp thụ phụ thuộc áp suất riêng phần của khí chua trong điều kiện làmviệc: 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: dungmôi vật lý có ưu thế hơn hẳn dung môi hóa học, áp suất càng cao, hiệu quả quá trìnhcàng tăng

Khả năng hấp thụ CO2 và H2S của mỗi chất hấp thụ khác nhau nên có thể dùng đểhấp thụ chọn lọc

Dung môi hấp thụ: propylene carbonate, dimethyl-tert-polyethyleneglycol(DMEPEG), N-N-methylpyrolidone,…

 Ưu điểm của phương pháp này:

- Có thể làm sạch hoàntoàn H2S, CO2, RSH, COS, CS2

- Không tạo bọt, không ăn mòn thiết bị

- Nhiệt độ đóng băng thấp

- Chi phí đầu tư và chi phí sản xuất thấp

 Nhược điểm: Độ hòa tan tan hydrocarbon trong dung môi hấp thụ cao

a. Quá trình flour ( chất háp thụ proylenne cacbonate)

Dung môi tổ hợp được ứng dụng có nhiệt hòa tan thấp khả năng hấp thụ cao khíacid và các cấu tử không mong muốn khác Khả năng hấp thụ này phụ thuộc vào ápsuất riêng phần của dung môi trong điều kiện hấp thụ Khi áp suất riêng phần thấp dung

VI

môi hấp thụ thấp nhất còn khi áp suất riêng phần khoảng 5Mpa hoặc lớn hơn thì khảnăng hấp thụ tốt nhất và dung môi được sử dụng trong hấp thụ vật lý sẽ ưu việt hơn hấpthụ hóa học

Tất cả dung môi vật lý đều hòa tan được H2S và CO2, tuy nhiên hiệu quả của mỗichất đối với H2S và CO2 lại không như nhau Vì vậy nếu một chất hấp thụ tốt với CO2thì chưa chắc có thể hấp thụ được tốt H2S, đây cũng là một nhực điểm của phương phápnày

Tóm lại quá trình làm ngọt khí bằng dung môi tổ hợp là quá trình kết hợp triệt đểtính ưu việt của dung môi hấp thụ vật lý và hóa học

Tính chất của một loại dung môi tổ hợp thường được dùng nhất là chất hấp thụproylenne cacbonate

Bảng I.5 tính chất hóa lý của Propylene carbonate.[6]

Tính chất hóa lý của propylene carbonate

Áp suất hơi bão hòa ở 270C, Pa 0,666

Đặc điểm của quá trình: Dung môi hòa tan tốt H2S, CO2, COS, CS2, RSH vàhydrocarbon, có tác dụng ăn mòn yếu đối với thép carbon thường, bền hóa học trongđiều kiện áp suất hơi bão hòa thấp Được áp dụng thuận lợi nhất khi khí có áp suất riêngphần tổng của khí chua lớn hơn 0,4 MPa, nồng độ CO2 cao, tỉ lệ H2S:CO2 thấp Hấpthụ 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 kểhydrocacbon và khí axit nên không thể dùng làm nguyên liệu cho hệ thống sản xuất lưuhuỳnh hoặc làm nhiên liệu