CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ : làm SACH KHI

Ngoài thành phần chính hydrocarbon, khíthiên nhiên còn chứa các hợp chất khác:  Khíchua: CO2 , H2S  Các hợp chất hữu cơ khác chứa lưu huỳnh như: COS, CS2 , RSH (mercaptan)....  Thành phần khí  Ảnh hưởng:  Gây ăn mòn kim lọai.  Giảm nhiệt lượng cháy.  Đầu độc xúc tác.  Tăng hàm lượng nướcNgoài thành phần chính hydrocarbon, khíthiên nhiên còn chứa các hợp chất khác:  Khíchua: CO2 , H2S  Các hợp chất hữu cơ khác chứa lưu huỳnh như: COS, CS2 , RSH (mercaptan)....  Thành phần khí  Ảnh hưởng:  Gây ăn mòn kim lọai.  Giảm nhiệt lượng cháy.  Đầu độc xúc tác.  Tăng hàm lượng nướcNgoài thành phần chính hydrocarbon, khíthiên nhiên còn chứa các hợp chất khác:  Khíchua: CO2 , H2S  Các hợp chất hữu cơ khác chứa lưu huỳnh như: COS, CS2 , RSH (mercaptan)....  Thành phần khí  Ảnh hưởng:  Gây ăn mòn kim lọai.  Giảm nhiệt lượng cháy.  Đầu độc xúc tác.  Tăng hàm lượng nước

Trang 1

AN TOÀN QUÁ TRÌNH (PROCESS SAFETY)

V.1 Giới thiệu chung

Ngoài thành phần chính hydrocarbon, khíthiên nhiên còn chứa

Gâyăn mòn kim lọai

Giảm nhiệt lượng cháy

Đầu độc xúc tác

Tăng hàm lượng nước trong khí

Trang 2

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Tỷ lệ H2S : CO2 trong khí nguyên liệu ảnh hưởng đến việc lựa

chọn dung môi, công nghệ làm sạch khí và việc tận dụng các

(1) Lọai bỏ H2S và thu hồi S;

(2) Lọai bỏ CO2và lượng H2S còn lại

Trang 3

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.1 Giới thiệu chung (tt)

Quá trình hấp thụ hoá học

Quá trình hấp thụ vật lý:

Quá trình hấp thụ kết hợp vật lý + hoá học

 Dung mô i hấp thụ:

 Dung dịch monoethanolamine (MEA);

 Dung dịch diethanolamine (DEA);

 Dung dịch diglycolamine (DGA)

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

Trang 4

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Nhược điểm:

 Không làm sạch hòan tòan H2S, CO2, RSH, COS và CS2;

 Mức độ lọai mercaptan và các hợp chất lưu huỳnh 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 phínhiệt năng lớn;

 Có khả năng tạo chất gây ăn mòn cao

 Có thể làm sạch hoàn toàn H2S, CO2, RSH, COS, CS2;

 Không tạo bọt, không gây ăn mòn thiết bị;

 Nhiệt độ đóng băng thấp;

Trang 5

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Đầu tư và chi phísản xuất thấp;

 Quá trình hoàn nguyên dễ dàng

Nhược điểm:

 Độ hòa tan tan hydrocarbon trong dung môi hấp thụ cao

 Dung mô i hấp thụ:

 Hỗn hợp dung môi akanolamine + dung môi hữu cơ như

sunfolan, methanol;

 Xảy ra cả quá trình hấp thụ vật lý và tương tác hóa học

giữa các hợp chất không mong muốn trong khívà dung môi

Trang 6

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Một số quá trình làm sạch khíHấp thụ hóa học Hấp thụ vật lý

Quá trình Dung môi Quá trình Dung môi

Dd K2CO3nóng

Dd K2CO3 nóng + 1,8% DEG

Vetrocoke Stretford Fluor Selexol Purizon Sunfinol

Rektizon

Dd muối arsenat kiềm nóng ( K2AsO3)

Dd muối natri(2,6-2,7 acid antrikhinolsunfon) Propylene carbonate

Dd DMEPEG

N-methylpyrolidon (NMP)

Hỗn hợp dd diisopropanolamine và sunfolan

Methanol

Một số quá trình làm sạch khíHấp thụ hóa học Hấp thụ vật lý

Quá trình Dung môi Quá trình Dung môi

Dd K2CO3nóng

Dd K2CO3 nóng +

Vetrocoke Stretford Fluor Selexol Purizon Sunfinol

Dd muối arsenat kiềm nóng ( K2AsO3)

Dd muối natri(2,6-2,7 acid antrikhinolsunfon) Propylene carbonate

Dd DMEPEG

N-methylpyrolidon (NMP)

Hỗn hợp dd diisopropanolamine và sunfolan

Trang 7

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

 Các quá trình họat động dựa trên sự hấp thụ hóa học hoặc vật

lý giữa dung môi và tạp chất, sau đó giải hấp để hoàn nguyên

dung môi và chuyển khí chua chứa H2S sang thiết bị sản xuất

S theo quy trình Clause

 Riêng 2 quá trình Vetrocoke-H2S và Stretford họat động dựa

trên việc hấp thụ H2S bằng dung môi hóa học và oxy hóa

chúng trong thiết bị hoàn nguyên thành S

 Quá trình Vetrocoke-H2S và Stretford được ứng dụng để làm

sạch khí có hàm lượng H2S thấp (áp suất riêng phần đầu vào

của H2S là 0,07 MPa và đầu ra là 0,002 MPa)

 Hàm lượng trước và sau khi làm sạch của tạp chất trong khí;

hoặc áp suất riêng phần trước và sau khi làm sạch của tạp

chất trong khí

 Áp suất riêng phần ban đầu quyết định số vòng tuần hòan

chất hấp thụ

 Áp suất riêng phần sau khi làm sạch phụ thuộc mức tuần

hòan chất hấp thụ, áp suất cân bằng và nhiệt độ của khí khi

ra khỏi dung dịch

Áp suất làm việc của hệ

Trang 8

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Khả năng hấp thụ cao, ít phụ thuộc vào th phần nguyên liệu;

Gía thànhrẻ;

Không độc hại;

Dễ phân hủy khi thải ra môi trường;

Có khả năng kết hợp với quá trình làm khô;

Bền nhiệt và bền hóa học, dễ tái sinh;

Có khả năng hấp thụ chọn lọc

Không gây ăn mòn

Trang 9

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.2 Làm sạch khíbằng dung mô i alkanolamine

Thường sử dụng khi hàm lượng khíchua thấp;

 Á p suất riêng phần của khíchua càng thấp, khả năng hấp thụ

hóahọc của alkanamine đối với H2S và CO2càng cao;

Quá trìnhtương tác hóa học giữa CO2và H2Svới MEA:

Trang 10

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.2 Làm sạch khí bằng dung môi alkanolamine (tt)

Quá trìnhtương tác hóa học giữa CO2và H2Svới MEA:

2RNH2+ H2S  (RNH3)2S

(RNH3)2S + H2S  2RNH3HS

CO2+ 2RNH2+ H2O  (RNH3)2CO3

CO2+ (RNH3)2CO3+ H2O  2RNH3HCO3

 Ở nhiệt độ thấp: các phản ứng diễn ra theo chiều từ trái sang

phải: hấp thụ H2S và CO2vào dung môi;

 Ở nhiệt độ cao: các phản ứng diễn ra theo chiều từ phải sang

trái:giải hấp H2S và CO2rakhỏi dung dich

V.2 Làm sạch khíbằng dung mô i alkanolamine (tt)

Trang 11

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

- Độ nhớt tuyệt đối, Pa.s

- Độ hòa tan trong nước 20 C, %kl

- Nhiệt hóa hơi ở 10 5 Pa, J/kg

61 1018

171 100 69 48 10,5 0,241 (20 0 C) 100 1486,4

105,1 1090

187 150 1,33 28 0,38 (30 0 C) 96,4 1205,9

-133,2 989

248,7 167 133 1,33 42 0,198 (45 0 C) 87 722,5

105,1 1055

221 - - 1,33 9,5 0,026 (24 0 C) 100 917,4

V.2 Làm sạch khí bẳng dung môi alkanolamine (tt)

Nồng độ dung dịch MEA thường <= 15 – 20 %tt;

 Nồng độ bị giới hạn liên quan đến vấn đề ăn mòn khi dung

dịch MEA bao hoà khí axit;

 Dung dịch MEA tinh khiết không có ăn mòn;

 Sử dụng chất ức chế ăn mòn  tăng đến 30%;

Mức bão hòa khí chua trong dung dịch: 0,3 - 0,4 mol/molMEA;

 Được ứng dụng làm sạch dòng khí có áp suất riêng phần của

khí chua <= 0,6-0,7 MPa

Trang 12

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

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;

Nhược điểm

 Mức bão hòa của dung dịch thấp;

 Chi phíriêng chất hấp thụ và chi phísản xuất cao;

 Dung môi đã hấp thụ CO2, COS, CS2, HCN, SO2, SO3 khó

hoàn nguyên  nếu trong khí có chứa COS và CS2 thì

khôngsử dụng quá trình này;

 Khả năng thu hồi RSH và các hợp chất S 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

Trang 13

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Quy trình

 Nồng độ dung dịch DEA phụ thuộc hàm lượng khíchua trong

khívà mức bão hòa khíchua trong dung dịch, ~ 20-30%kl;

 Nồng độ khíchua 0,05-0,08 m3/l  DEA 20-25%;

Mức bão hòa dung dịch: 1-1,3 mol/mol DEA;

 Được ứng dụng làm sạch dòng khícó áp suất riêng phần của

khí chua >= 0,2 MPa (DEA 25-27%) hoặc >=0,4 MPa (DEA

27-30%)

Trang 14

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

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;

 Á p 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 MEA 10 - 20 C 

giảm sự tạo bọt;

 Khả năng tạo bọt thấp đối với dòng khícó chứa thành phần

hydrocarbonnặng cao

Nhược điểm

 Khả năng hấp thụ của dung môi thấp;

 Chi phíriêng chất hấp thụ và chi phívận hành cao;

 Có sự tương tác giữa CO2 (một phần) và HCN (hoàn toàn)

với chất hấp thụ tạo thành hỗn hợp không tái sinh được;

 Khả năng làm sạch mercaptan và hợp chất lưu hùynh hữu

cơ thấp

Trang 15

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Dung môi hấp thụ: dung dịch diisopropanolamine (DIPA);

Nồng độ dung dịch có thể lên đến 40% kl;

 Cho phép làmsạch triệt để H2Sđến 1,5 mg/m3;đồng thời làm

sạch CO2, COS, RSR (có thể lọai bỏ 40-50% COS và RSR)

Họat tính dung dịch DIPA đối với CO2thấp hơn so với MEA

 Sơ đồ công nghệ quá trình ADIP và MEA thực tế không khác

nhau  có thể dễ dàng chuyển đổi hệ thống làm sạch sử

dụng MEA sang sử dụng DIPA

Ưu điểm

 Khả năng tạo hợp chất gây ăn mòn thấp  thiết bị làm sạch

khí có thể được làm bằng thép carbon;

 Diisopropanolamine tương tác với CO2, COS, RSH tạo

thành các hợp chất dễ tái sinh  Sự phân hủy DIPA do

tương tác với các hợp chất chứa S và O thấp hơn so với

quá trình dùng MEA

 Độ hoà tan các hydrocarbon trong quá trình ADIP không lớn

Trang 16

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Họat độ của DGA với CO2caohơn sới MEA

 Sơ đồ quy trình công nghệ làm sạch MEA và Econamine là

gần giống nhau

Mức bão hòa khíchua cao: 40-50 l khíchua/ l dung dịch;

 Chi phí riêng chất hấp thụ và chí phí sản xuất thấp hơn

25-40% sovới 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

Trang 17

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

Ưu điểm

Độ

 bão hoà của dung dịch DGA có thể đạt 40 – 50 lít khí

axit/ 1 lít dung dịch (so với 30 – 35 lít/ lít đối với MEA);

 Tương tác giữa DGA với CO2, COS, CS2 và RSH tạo thành

các hợp chất dễ tái sinh;

 Việc thay chất hấp thụ MEA bằng DGA giúp giảm lưu lượng

chất hấp thụ và chi phí năng lượng 25 – 40%

V.3 Làm sạch khíbằng dung mô i hoá học khác

 Dung môi hấp thụ: dung dịch loãng 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

H2S + Na2CO3= NaHS + NaHCO3

4 NaVO3+ 2 NaHS + H2O = Na2V4O9+ 4 NaOH + 2 S

Na2V4O9+ H2O + 2 ADA = 4 NaVO3+ 2 ADA

Trang 18

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.3 Làm sạch khí bằng dung môi hoá học khác (tt)

Sơ đồ quy trình làm sạch Stretford

V.3 Làm sạch khíbằng dung mô i hoá học khác (tt)

Dung môihấp thụ: dung dịch lõang K2CO325-35%

Hấp thụ chọn lọc đối với H2S và CO2;

Độ hòa tan các lọai khíkhác không đáng kể;

Có khả năng tạo bọt nếu trong hệ chứa các hydrocarbon lỏng;

Quá trìnhthực hiện ở nhiệt độ cao 220 – 400F

K2CO3+ CO2+ H2O = 2 KHCO3+ Q

K2CO3+ H2S = KHCO3+ KHS + Q

Trang 19

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.3 Làm sạch khí bằng dung môi hoá học khác (tt)

Sơ đồ quy trình làm sạch khíbằng dung dịch K 2 CO 3 nóng

V.4 Làm sạch khí bằng dung môi vật lý và kết hợp

 Khả năng hấp thụ phụ thuộc áp suất riêng phần của khíchua

trong điều kiện làm việc:

 Á p suất riêng phần thấp thìkhả năng hấp thụ thấp Để quá

trìnhhấp thụ vật lý diễn ra hiệu quả, cần thực hiện quá trình

làmsạch ở nhiệt độ thấp

 Á p suất riêng phần  5MPa: dung môi vật lý có ưu thế hơn

hẳn so với dung môi hóa học, áp suất càng cao, hiệu quả

quá trình càngtăng

 Khả năng hấp thụ CO2 và H2S của mỗi chất hấp thụ khác

nhau  có thể dùng để hấp thụ chọn lọc

Trang 20

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.4 Làm sạch khíbằng dung mô i vật lý và kết hợp (tt)

 Một số dung môi vật lý phổ biến

Dung môihấp thụ: propylene carbonate (PC);

 PC có khả năng hòa tan tốt H2S, CO2, COS, CS2, RSH và

hydrocarbon;

Có tácdụng ăn mòn yếu đối với thép carbon thường;

Bền hóa học, áp súât hơi bão hòa thấp;

 Được áp dụng thuận lợi nhất khi khí có áp suất riêng phần

tổng của khíchua > 0,4 Mpa;

Hấp thụ ở nhiệt độ thấp: 0 ÷ -6C

Trang 21

Á psuất hơi bão hòa ở 27C, Pa 0,666

 Quá trình hoàn nguyên chất hấp thụ được thực hiện bằng

giảm từng bước áp suất;

Trang 22

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

 Hiệu quả quá trình tăng khi tăng áp suất và hàm lượng H2S,

CO2 trong nguyên liệu.;  Hàm lượng khí chua trong nguyên

liệu có thể thay đổi rộng;

Lọai được < 50% CS2;

Chi phíchất hấp thụ: khoảng 1 m3/1000 m3khí;

Điều kiện quá trình hấp thụ: 10 ÷ -15C; 6,8-7 Mpa

Trang 23

C N C H Ế B I Ế N K H Í - 2 0 1 6

V.4 Làm sạch khí bằng dung môi vật lý và kết hợp (tt)

Hòan nguyênchất hấp thụ bằng giảm áp từng bước;

 Chi phísản xuất giảm 30%, chi phí đầu tư giảm 70% so với

Trang 24

Hòa tantốt H2S, CO2, RSH và hydrocarbon;

Không gâyăn 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 caogấp 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

Điều kiện hấp thụ: 0 - 15C, 5 - 7,5 MPa;

Hoàn nguyênchất hấp thụ bằng cách giảm áp từng bước

Trang 25

Sơ đồ công nghệ quá trình Purizol

 Chất hấp thụ: hỗn hợp dung dịch nước (6%) của

diisopropanolamine (30%) và sunfolan (64%);

 Thành phần chất hấp thụ có thể thay đổi, tùy thuộc chất

lượng khínguyên liệu

Trang 26

mongmuốn của khíkhô;

Nhiệt dung và áp suất hơi bão hòa thấp;

Sự phân hủy sunfinol thấp hơn MEA 4-8 lần;

Khả năng hấp thụ của sunfinol cao gấp đôi MEA;

 Được áp dụng khi khí có tỷ lệ H2S:CO2  1 và áp suất riêng

phần của chúng là 7- 8 MPa

V.4 Làm sạch khí bằng dung môi vật lý và kết hợp (tt)

 Mức bão hòa của sunfinol có thể đạt 85%  cần lượng dung

dịch tuần hòan và chi phí sản xuất ít hơn;

Khi áp suất riêng phần của khí chua thấp, sunfinol có hiệu quả

tương đương MEA; khi áp suất riêng phần cao, sunfinol tốt

hơn MEA;

Áp suất càng cao, hiệu quả quá trình làm sạch càng cao;

Chi phí sản xuất và đầu tư thấp

Định dạng
Số trang	32
Dung lượng	2,68 MB