Nghiên cứu quá trình hấp phụ hơi nước khả năng thay thế chất hấp phụ tại nhà máy xử lý khí dinh cố

Nội dung phần này bao gồm: nghiên cứu quá trình công nghệ làm khô khí đang hiện hành tại nhà máy xử lý khí Dinh cố; nghiên cứu khả năng thay thế chất hấp phụ nhôm hoạt tính F-200 bằng si

-

HỒ XUÂN THÀNH

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ HƠI NƯỚC

& KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ TẠI

NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC

MÃ SỐ NGÀNH: 02.10.00

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2005

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG

Cán bộ chấm nhận xét 1:………

Cán bộ chấm nhận xét 2:………

Luận văn đã được bảo vệ tại:

HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………tháng………năm 2005

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: HỒ XUÂN THÀNH Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15 – 05 – 1972 Nơi sinh: Qủang trị

Chuyên Ngành : Công nghệ hóa học Mã số: 02.10.00

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ HƠI NƯỚC

& KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ TẠI NHÀ MÁY XỬ LÝ KHÍ DINH CỐ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Khảo sát chế độ hoạt động của hệ thống hấp phụ hơi nước ở Nhà máy

xử lý khí Dinh cố & giải pháp tối ưu cho hệ thống

- Nghiên cứu khả năng thay thế chất hấp phụ hiện đang sử dụng bằng

chất hấp phụ khác và chất hấp phụ được sản xuất tại Việt Nam

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 25 – 04 - 2005

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25 – 09 - 2005

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THIẾT DŨNG

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS NGUYỄN THIẾT DŨNG

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày …… tháng …… năm 2005

-*** -

ĐƠN XIN BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Kính gửi: KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TRƯỜNG ĐHBK TP.HCM

Họ và tên học viên: HỒ XUÂN THÀNH

Tên đề tài: Nghiên cứu quá trình hấp phụ hơi nước và khả năng thay thế chất hấp phụ tại nhà máy xử lý khí Dinh Cố.

Hiện nay em đã hoàn thành luận văn Vậy em viết đơn này kính mong Khoa

quản lý ngành, Phòng đào tạo sau đại học Trường ĐHBK Tp.HCM xét duyệt

cho em được bảo vệ

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 25 tháng 09 năm 2005 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Học viên thực hiện

TS NGUYỄN THIẾT DŨNG HỒ XUÂN THÀNH

tình hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường đại học bách khoa – Khoa công nghệ hóa học – Tp Hồ Chí Minh đã nhiệt tình dạy dỗ, truyền đạt những kiến thức về chuyên môn trong 2 năm học vừa qua

Em xin cảm ơn thầy cô trong Hội đồng chấm luận văn đã dành thời gian

quí báu để đọc luận văn và cho các nhận xét xác đáng và bổ ích

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Đình Thành, TS Lê Văn Tiệp cùng các anh chị em ở Phân viện vật liệu khoa học Tp Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho em thực nghiệm tại Phân viện trong suốt quá trình làm luận văn

Tôi chân thành cảm ơn Ban giám đốc Tổng công ty dầu khí Việt Nam, Ban giám hiệu Trường đào tạo nhân lực dầu khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và luận văn này

Tôi xin cảm ơn Ban quản lý nhà máy xử lý khí Dinh cố cùng các đồng chí vận hành đã nhiệt tình tạo điều kiện cho tôi được tiếp cận và thực nghiệm tại nhà máy

Xin cảm ơn các anh chị đồng nghiệp, bạn đồng môn đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn

Cuối cùng, xin cảm ơn Gia đình, là nguồn động viên và điểm tựa vững chắc đã hỗ trợ và tạo cho tôi nghị lực trong suốt quá trình học cũng như hoàn thành luận văn này

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu quá trình công nghệ làm khô khí tại nhà máy xừ lý khí Dinh cố Kết quả tính toán được kiểm chứng với thực tế, rồi từ đó đưa ra giải pháp vận hành và thay đổi tỷ lệ chất hấp phụ nhằm giảm chi phí cho hệ thống Đề tài cũng nghiên cứu khả năng thay thế chất hấp phụ hiện đang nhập ngoại tại nhà máy bằng chất hấp phụ khác, đặc biệt là chất hấp phụ được chế tạo thành công tại Phân viện khoa học vật liệu Tp HCM

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Phần 1 Tổng quan Nội dung của phần này trình bày tổng quan về khí tự nhiên, chất hấp phụ rắn và công nghệ làm khô khí tự nhiên bằng hấp phụ

Phần 2 Thực nghiệm Nội dung phần này bao gồm: nghiên cứu quá trình công nghệ làm khô khí đang hiện hành tại nhà máy xử lý khí Dinh cố; nghiên cứu khả năng thay thế chất hấp phụ nhôm hoạt tính F-200 bằng silicagel; nghiên cứu khả năng thay thế chất hấp phụ đang sử dụng tại nhà máy bằng chất hấp phụ được chế tạo ở Phân viện

Phần 3 Kết quả và thảo luận Nội dung phần này bao gồm: trình bày kết quả tính toán công nghệ và kết quả khảo sát thực tế, thảo luận và đề xuất giải pháp tối ưu cho hệ thống hiện hành, giải pháp thay thế chất hấp phụ mới

Phần kết luận : Kết luận và kiến nghị hướng phát triển của đề tài

MỤC LỤC Trang

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 11

PHẦN 1 TỔNG QUAN 14

1 KHÍ TỰ NHIÊN 14

1.1 Thành phần khí tự nhiên 14

1.2 Quy trình chế biến khí tổng quát 17

1.3 Tác hại của nước trong khí tự nhiên 19

1.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng nước trong khí tự nhiên 19

1.3.2 Hydrat 20

1.4 Các phương pháp chống sự hình thành hydrat 20

1.4.1 Phương pháp chống hình thành hydrat tạm thời 20

1.4.2 Phương pháp chống hydrat vĩnh cửu 21

2 VẬT LIỆU HẤP PHỤ 23

2.1 Nhôm hoạt tính, γ - Al2O3 26

2.1.1 Phương pháp điều chế γ - Al2O3 dạng cầu 27

2.1.2 Nhôm hoạt tính dùng làm khô khí trong thương mại 28

2.2 Rây phân tử (zeolite) 30

2.2.3 Cấu trúc và phân loại zeolite 30

2.2.4 Một số đặc điểm của zeolite 33

2.2.5 Rây phân tử thương phẩm 34

2.3 Silicagel 36

2.4 Chọn chất hấp phụ 38

3 CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT HẤP PHỤ RẮN 40

3.1 Sơ đồ công nghệ 40

3.1.1 Qúa trình hấp phụ 41

3.1.2 Qúa trình tái tạo 46

3.2 Một số tạp chất gây nhiễm bẩn chất hấp phụ 49

PHẦN 2 THỰC NGHIỆM 52

1 KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ KHÍ Ở NHÀ MÁY CHẾ BIẾN KHÍ DINH CỐ 52

1.1 Quá trình công nghệ 52

1.1.1 Sơ đồ công nghệ 52

1.1.2 Qúa trình hấp phụ 53

1.1.3 Qúa trình tái tạo 53

1.2 Thông số thiết kế tháp hấp phụ 55

1.3 Phân tích công nghệ 57

1.3.1 Tính toán công nghệ cho hệ thống hiện tại 57

1.3.2 Gỉai pháp tối ưu cho hệ thốngï 70

2 PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG THAY THẾ NHÔM HOẠT TÍNH BẰNG SILICAGEL 75

2.1 Phân tích ưu và nhược điểm của silicagel và nhôm hoạt tính 75

2.2 So sánh đặc tính chất hấp phụ: 76

2.3 Phân tích công nghệ cho trường hợp thay nhôm hoạt tính bằng silicagel ………78

2.3.1Lượng rây phân tử MS4A vẫn giữ nguyên với khối lượng 4050 kg 78

2.3.2Thay nhôm hoạt tính bằng silicagel nhưng giữ nguyên chiều cao toàn bộ lớp chất hấp phụ 80

3PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ BẰNG CHẤT HẤP

PHỤ ĐIỀU CHẾ TẠI PHÂN VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU TP HCM 83

3.1 Khảo sát cấu trúc của chất hấp phụ 83

3.1.1 Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 83

3.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 84

3.2 Phân tích khả năng thay thế F-200 và MS 4A bằng chất hấp phụ được chế tạo tại Phân viện 85

3.2.1 Xác định một số thông số công nghệ 85

3.2.2 Xác định tỷ lệ chất hấp phụ nhôm hoạt tính và rây phân tử 86

3.2.3 Xác định nhiệt tái tạo 86

PHẦN 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 87

1 SO SÁNH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỚI THỰC TẾ: 87

2 GIẢI PHÁP TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG ĐANG HIỆN HÀNH 88

2.1 Thay đổi chế độ vận hành cho nhà máy 88

2.2 Thay đổi tỷ lệ chất hấp phụ 89

3 GIẢI PHÁP THAY THẾ CHẤT HẤP PHỤ MỚI 90

3.1 Thay thế nhôm hoạt tính bằng silicagel GSA35 90

3.1.1 Lượng rây phân tử MS4A vẫn giữ nguyên với khối lượng 4050 kg .90 3.1.2 Thay nhôm hoạt tính bằng silicagel nhưng giữ nguyên chiều cao toàn bộ lớp chất hấp phụ .91

3.2 Thay F-200 và MS 4A bằng γ - Al2O3 dạng cầu và rây phân tử điều chế tại Phân viện 93

3.2.1 Khảo sát cấu trúc chất hấp phụ bằng phương pháp vật lý 93

3.2.2 Kết quả phân tích công nghệ 95

KẾT LUẬN 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC ……… 100

CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

C : Hàm lượng nước trong khí, kg H2O/triệu m3 khí

co(hp): Hàm lượng nước trên chất hấp phụ trước khi hấp phụ

chp: Hàm lượng nước trên chất hấp phụ sau khi bão hòa

Cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp, KJ/(kg độ)

CP(H20): Nhiệt dung riêng đẳng áp của nước, KJ/(kg độ)

CP(Al): Nhiệt dung riêng đẳng áp của nhôm hoạt tính, KJ/(kg độ)

CP(rây): Nhiệt dung riêng đẳng áp của rây phân tử, KJ/(kg độ)

CP(sil): Nhiệt dung riêng đẳng áp của silicagel, KJ/(kg độ)

CP(thép): Nhiệt dung riêng đẳng áp của thép, KJ/(kg độ)

CP(cera): Nhiệt dung riêng đẳng áp của ceramic, KJ/(kg độ)

CP(ABS): Nhiệt dung riêng đẳng áp của đệm ABS, KJ/(kg độ)

F: Lưu lượng khí, triệu m3 /giờ

Fs : Lưu lượng thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn, triệu m3/ngày

Fa: Lưu lượng thể tích khí ở điều kiện thực, triệu m3/ngày

hrây: Chiều cao lớp rây phân tử, m

hsil: Chiều cao lớp silicagel, m

hrây min: Chiều cao lớp rây tối thiểu, m

Hgh(Al) : Nhiệt giải hấp nước của nhôm hoạt tính, KJ/kg H2O

Hgh(sil): Nhiệt giải hấp nước của silicagel, KJ/kg H2O

Hgh(rây): Nhiệt giải hấp nước của rây phân tử, KJ/kg H2O

MF: Lưu lượng khí đầu vào, kg/giờ, kmol/giờ

MWH20 : Phân tử lượng nước, kg/kmol

Mrây: Khối lượng rây phân tử, kg

Mrây yêu cầu: Khối lượng rây yêu cầu, kg

MH2O(Al): Khối lượng nước mà nhôm hoạt tính hấp phụ, kg

MH2O(rây): Khối lượng nước mà rây phân tử hấp phụ, kg

MH2O(sil): Khối lượng nước mà silicagel hấp phụ, kg

Mktt: Lưu lượng khối lượng khí tái tạo, kg/giờ

Mđệm: Khối lượng vật liệu đệm, nâng trong tháp, kg

Ps: Aùp suất tiêu chuẩn, =101,3 Kpa

QW: Nhiệt lượng nung nóng nước đến nhiệt độ giải hấp, KJ

Qchp: Nhiệt nung nóng chất hấp phụ, KJ

Qthép: Nhiệt nung nóng thép của tháp hấp phụ, KJ

Qđệm: Nhiệt nung nóng vật liệu đệm ceramic, ABS,…, KJ

Qloss: Nhiệt mất mát, KJ

Qtt: Nhiệt lượng cần thiết cho tái tạo, KJ

Qktt: Nhiệt lượng cấp vào cho khí tái tạo, KJ

qtt: Nhiệt lượng tái tạo tính cho 1 giờ hấp phụ, KJ/giờ hấp phụ

RS, RH: Độ ẩm tương đối của khí, %

S: Diện tích tiết diện lớp chất hấp phụ, m2

Ts: Nhiệt độ tiêu chuẩn = 15oC = 288,15OK

tb: Thời gian bắt đầu tăng điểm sương nước, giờ

WMTZ: Lượng nước hấp phụ trong MTZ, kg

XS: Khả năng hấp phụ động, %

XAl: Khả năng hấp phụ hiệu dụng của nhôm hoạt tính, %

Xrây : Khả năng hấp phụ hiệu dụng của rây phân tử, %

Xsil: Khả năng hấp phụ hiệu dụng của silicagel, %

ρAl : Khối lượng riêng của nhôm hoạt tính, kg/m3

ρrây : Khối lượng riêng của rây phân tử, kg/m3

PHẦN 1 TỔNG QUAN

1 KHÍ TỰ NHIÊN

1.1 Thành phần khí tự nhiên

Khí tự nhiên là một hỗn hợp phức tạp của các hydrocacbon và phi

hydrocacbon ở dạng khí hoặc hơi dưới điều kiện bình thường Ngoài ra, khi mới

khai thác còn có các tạp chất rắn như: đất, đá, cát và các chất lỏng như: nước

lỏng, dầu lỏng Các cấu tử thường xuất hiện trong khí tự nhiên được tóm tắt trong

Agon Ar

Hydro H2

Oxy O2

Chất lỏng Nước, nước biển, …

Chất rắn Rỉ rét, đất, đá,…

Trong đó các hydrocacbon là thành phần chính, có giá trị và chúng được thu hồi

thành các sản phẩm khác nhau trong nhà máy xử lý khí Bảng 1.2 trình bày một

số sản phẩm thu được từ khí và ứng dụng chính của chúng

Bảng 1.2 Một số sản phẩm từ khí và công dụng

LPG (hỗn hợp C3/C4) Nhiên liệu, nguyên liệu hoá dầu

n-Butan Nguyên liệu hóa dầu, phụ gia gasoline

Hầu hết khí tự nhiên đều có chứa N2 Nitơ không có giá trị nhiệt, nó làm hạ thấp trị nhiệt của khí Hàm lượng N2 được hạn chế đến giá trị thấp nhất trong khí thương phẩm

He cũng không có giá trị nhiệt và hầu hết có trong khí tự nhiên dưới dạng vết Trong một vài trường hợp, khí tự nhiên có chứa lượng vết O2, Ar, H2

Khí axít như H2S, CO2 thường được tìm thấy trong khí tự nhiên với hàm lượng tương đối cao Chúng là thành phần gây ăn mòn, tạo hydrat CO2 với hàm lượng lớn sẽ làm giảm trị nhiệt và gây hóa rắn trong quá trình chế biến ở nhiệt độ sinh hàn H2S là hợp chất cực kỳ độc hại đối với sức khỏe và tính mạng con người H2S và cùng với một số hợp chất chứa lưu huỳnh khác gây ô nhiễm môi trường, gây mưa axít khi bị đốt cháy Ngoài ra H2S là tác nhân đầu độc xúc tác trong các quá trình chế biến khí

Hơi nước, được xem là tạp chất chính, luôn xuất hiện trong khí tự nhiên Ngoài tác hại làm giảm trị nhiệt của khí, hơi nước dễ hình thành hydrat gây tắc nghẽn đường ống và làm hư hại các thiết bị mà đặc biệt trong quá trình chế biến khí ở nhiệt độ sinh hàn

Để thu được các sản phẩm hydrocacbon có giá trị, công đoạn đầu tiên là loại các tạp chất trên, nếu có, ra khỏi khí tự nhiên Công đoạn này thường được gọi chung là công đoạn xử lý tạp chất Tuỳ thuộc vào loại tạp chất cần xử lý mà quá trình có thể được gọi theo tên riêng, ví dụ như: quá trình loại hơi nước được gọi là quá trình làm khô khí, quá trình loại khí axit thường được gọi là quá là trình làm ngọt khí,

1.2 Quy trình chế biến khí tổng quát

Thông thường quá trình chế biến khí được chia thành các công đoạn chính

theo sơ đồ tổng quát trong hình 1.1:

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ chế biến khí tổng quát

a Công đoạn xử lý tạp chất: Công đoạn này thường có trong nhà máy chế biến

khí và được thiết kế để loại các tạp chất như H2O, H2S, CO2,… từ khí

- Quá trình làm khô khí Có 2 phương pháp làm khô khí thường được sử dụng

trong công nghệ chế biến khí:

+ Phương pháp hấp thụ: Sử dụng dung dịch glycol có nồng độ cao (thường là

trietylenglycol, TEG) hấp thụ hơi nước từ khí tự nhiên Phương pháp này đơn

giản, hiệu quả và được sử dụng rộng rãi nhằm loại hơi nước đến nồng độ đáp ứng

tiêu chuẩn khí vận chuyển bằng đường ống

+ Phương pháp hấp phụ: Đây là phương pháp sử dụng chất hấp phụ rắn như:

silicagel, nhôm hoạt tính, rây phân tử để hấp phụ hơi nước từ khí đến nồng độ rất

thấp (< 1ppm) Phương pháp này thường được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy

chế biến khí ở nhiệt độ sinh hàn

Công đoạn trích ly NGL

Công đoạn tách NGL thành các sản phẩm

Nhiên liệu

C 2 LPG

C 5+ ,

Khí

vào

Nhiên liệu (C 1 , C 2 ,…)

Công đoạn

xử lý tạp

chất

Ngoài ra ở một số nơi còn sử dụng các phương pháp khác như: làm lạnh, hấp phụ bằng CaCl2,

- Qúa trình làm ngọt khí: Đây là thuật ngữ dùng để chỉ quá trình loại khí axít như H2S, CO2 ra khỏi khí tự nhiên Thông thường, làm ngọt khí bằng các phương pháp sau:

+ Hấp thụ hóa học bằng dung dịch amin, cacbonat potassium,

+ Hấp phụ bằng chất rắn như: rây phân tử, oxit kẽm,…

Ngoài ra, nếu có các tạp chất khác như: N2, Hg,… cần phải có thêm các quá trình thích hợp khác

b Công đoạn trích ly NGL: NGL (Natural Gas Liquid) là sản phẩm thu được từ

khí tự nhiên có thành phần là C2 (nếu yêu cầu), C3, C4 và C5+

Công đoạn này thường dùng các phương pháp sau:

- Hấp thụ bằng dầu hấp thụ

- Hấp phụ bằng chất hấp phụ rắn

- Ngưng tụ bằng quá trình làm lạnh: giãn nở nhờ hiệu ứng J-T, làm lạnh bằng hệ thống làm lạnh, giãn nở bằng turbo-expander

c Công đoạn tách NGL thành các sản phẩm: Công đoạn này nhằm chế biến NGL

thành các sản phẩm đáp ứng với yêu cầu của thị trường Trong nhiều trường hợp NGL được tách thành các sản phẩm cụ thể như: C2, LPG, C5+, Công đoạn này thường sử dụng phương pháp chưng cất

Ngoài 3 công đoạn trên, nếu cần thiết có thể có thêm công đoạn phụ khác như công đoạn xử lý các sản phẩm: xử lý nước, hợp chất lưu huỳnh, CO2 tuỳ thuộc vào yêu cầu thực tiễn và từng trường hợp cụ thể khác

Ở Việt Nam, khí tự nhiên chứa rất ít H2S nên không cần đến công đoạn xử lý khí axit

1.3 Tác hại của nước trong khí tự nhiên

Khí tự nhiên khi mới khai thác hầu như luôn luôn bão hòa hơi nước Do đó trong quá trình vận chuyển chế biến khí thì các vấn đề sau đây có thể xảy ra:

1 Nước lỏng hình thành và bị gom lại trong ống dẫn làm gia tăng độ giảm áp, tạo nên dòng chảy nhiều pha

2 Nước có thể bị đông thành băng hoặc tạo thành hydrat rắn với khí khi gặp nhiệt độ thấp Do đó làm giảm dòng chảy, tắc nghẽn, bào mòn và làm hư hại các thiết bị lắp đặt trên đường ống

3 Các khí axít như H2S , CO2 phân ly trong nước gây nên ăn mòn đường ống Chính vì vậy nước được xem là tạp chất chính trong khí tự nhiên Việc loại nước

ra khỏi khí và chống hình thành hydrat là một phần quan trọng không thể thiếu trong quá trình chế biến khí Trong việc thiết kế và vận hành đường ống dẫn khí, hệ thống chống hình thành hydrat, làm khô khí luôn cần đến 2 thông số sau:

a Hàm lượng nước của khí tự nhiên

b Aùp suất và nhiệt độ hình thành hydrat

1.3.1 Phương pháp xác định hàm lượng nước trong khí tự nhiên

Hàm lượng nước trong khí tự nhiên phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và thành phần khí Các phương pháp dùng để xác định hàm lượng nước bao gồm:

- Xác định hàm lượng nước theo phương pháp áp suất riêng phần

- Xác định hàm lượng nước theo đồ thị

- Xác định hàm lượng nước theo phương pháp phương trình trạng thái

1.3.2 Hydrat

Hydrat là những hợp chất rắn tinh thể, bề ngoài trông giống như băng tuyết, chúng được hình thành từ hydrocacbon và nước ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ hình thành hydrat (áp suất xác định)

Để tránh được sự hình thành hydrat ta có thể thực hiện một trong những biện pháp sau:

• Đưa nhiệt độ khí lên cao hơn nhiệt độ hình thành hydrat Trong thực tiễn điều này được thực hiện bằng cách gia nhiệt cho khí

• Hạ thấp nhiệt độ hình thành hydrat của khí bằng cách cho tác nhân như glycol, metanol,… vào

• Loại nước ra khỏi khí hay làm khô khí

Trong 3 phương pháp trên, phương pháp thứ ba là có tính triệt để, phù hợp với công nghệ chế biến khí ở nhiệt độ sinh hàn

1.4 Các phương pháp chống sự hình thành hydrat

Trong quá trình vận chuyển chế biến khí, do các nguyên nhân như: hiệu ứng làm lạnh Joule-Thomson, mất mát nhiệt ra bên ngoài, hóa lỏng khí ở nhiệt độ sinh hàn mà nhiệt độ của khí có thể giảm xuống và hình thành hydrat

Để khắc phục vấn đề này, trong thực tiễn thường áp dụng các phương pháp sau:

1.4.1 Phương pháp chống hình thành hydrat tạm thời

Bao gồm 2 phương pháp:

a Nung nóng dòng khí để duy trì nhiệt độ dòng khí lớn hơn nhiệt độ hình thành

hydrat Phương pháp này thích hợp cho trường hợp đường ống dẫn ngắn, van giãn nở Ưu điểm của phương pháp là có vốn đầu tư ban đầu nhỏ, chi phí hoạt động thấp [16]

b Sử dụng hóa chất như metanol để hạ thấp nhiệt độ hình thành hydrat xuống

thấp hơn nhiệt độ của khí Phương pháp này thích hợp cho trường hợp nước lỏng hiện diện trong khí, nhiệt độ ống dẫn và các thiết bị không thể duy trì lớn hơn nhiệt độ hình thành hydrat Ưu điểm của phương pháp này là vốn đầu tư ban đầu thấp, thiết bị đơn giản dễ vận hành Tuy nhiên chi phí hoạt động cao do không thu hồi được metanol và việc thêm metanol là đã đưa tạp chất vào khí [16]

1.4.2 Phương pháp chống hydrat vĩnh cửu

Đây là phương pháp loại hơi nước ra khỏi khí hay còn gọi là phương pháp làm khô khí

a Phương pháp hấp thụ: Phương pháp này sử dụng dung dịch glycol như

etylenglycol(EG), dietylenglycol(DEG), và đặc biệt thường dùng nhất là dung dịch trietylenglycol(TEG) để hấp thụ hơi nước trong khí tự nhiên Phương pháp này có ưu điểm:[15]

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp

- Độ giảm áp thấp: 0,3 at ÷ 0,7 at

- Là quá trình liên tục

- Tái tạo và thay thế glycol dễ thực hiện hơn

- Nhiệt tái tạo glycol thấp hơn so với tái tạo chất hấp phụ

- Hệ thống glycol vẫn có thể hoạt động được khi có các tạp chất mà sẽ làm mất hoạt tính chất hấp phụ rắn

- Có thể loại hơi nước đến hàm lượng 8kg/triệu m3 khí tiêu chuẩn

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những nhược điểm sau:

- Khi yêu cầu điểm sương của nước nhỏ hơn -31oC thì cần phải có hệ thống stripping và cột Stahl trong phần tái tạo

- Glycol dễ bị nhiễm bẩn bởi các tạp chất

- Glycol có tính ăn mòn khi bị phân hủy…

b Phương pháp hấp phụ: Phương pháp này sử dụng các chất hấp phụ rắn như

silicagel, nhôm hoạt tính, rây phân tử để hấp phụ hơi nước từ khí tự nhiên

Ưu điểm chính của phương pháp này là: [15]

- Có thể cho điểm sương nước thấp đến -101oC (1ppmv), phù hợp với quá trình hóa lỏng khí ở nhiệt độ sinh hàn

- Ít bị ảnh hưởng bởi sự biến động nhỏ về áp suất, nhiệt độ, lưu lượng khí

- Ít bị ảnh hưởng bởi sự ăn mòn và tạo bọt

Tuy nhiên, phương pháp này có các nhược điểm sau:

- Chi phí vốn cao hơn

- Tạo độ giảm áp cao

- Chất hấp phụ bị nhiễm độc bởi các hydrocacbon nặng, H2S, CO2…

- Các phần tử chất hấp phụ rắn dễ bị vở vụn do tác động cơ học

- Yêu cầu về không gian và khối lượng lớn hơn

- Yêu cầu nhiệt tái tạo chất hấp phụ và chi phí lớn

Tóm lại, nước là một tạp chất luôn xuất hiện trong khí tự nhiên, là tác nhân không những làm giảm giá trí của khí mà còn gây nên sự hình thành hydrat làm cản trở quá trình khai thác, vận chuyển và chế biến khí Do đó trong quá trình chế biến khí mà đặc biệt ở điều kiện chế biến sinh hàn, nước cần phải loại ra khỏi dòng khí trước khi đi vào chế biến thành các sản phẩm có giá trị hơn

Trong phạm vi luận văn này chúng tôi khảo sát quá trình hấp phụ hơi nước từ khí tự nhiên bằng các chất hấp phụ rắn

2 VẬT LIỆU HẤP PHỤ

Hấp phụ là quá trình trong đó các phân tử pha khí được bắt giữ trên bề mặt chất rắn bằng các liên kết bề mặt Tùy thuộc vào bản chất các lực liên kết mà ta có hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp phụ hóa học ít được dùng trong xử lý khí tự nhiên, đặc biệt là làm khô khí, và sẽ không đề cập ở đây Hấp phụ vật lý, được ứng dụng trong việc làm khô khí, sử dụng vật liệu hấp phụ với các đặc trưng sau:

- Diện tích bề mặt lớn

- Có hoạt tính đối với cấu tử cần được tách ra khỏi khí

- Tốc độ truyền khối cao

- Dễ tái tạo

- Hoạt tính được duy trì tốt theo thời gian

- Ít cản trở dòng chảy của khí

- Độ bền cơ học cao

- Rẻ tiền, không có tính ăn mòn, không độc hại, trơ về hóa học và có khối lượng riêng thể tích lớn

- Thay đổi thể tích không đáng kể trong suốt quá trình hấp phụ, giải hấp và duy trì được độ bền khi bị ướt

Các vật liệu đáp ứng được các yêu cầu trên có thể được chia thành các loại sau:

- Bauxite: khoáng tự nhiên chứa chủ yếu là Al2O3

- Nhôm hoạt tính

- Gels: thành phần chủ yếu là SiO2

- Rây phân tử: zeolite

- Carbon hoạt tính

Ngoại trừ carbon hoạt tính, các chất hấp phụ còn lại đều có thể sử dụng cho mục

đích làm khô khí

Bảng 1.3 trình bày một số đặc tính của chất hấp phụ rắn thường sử dụng trong

quá trình làm khô khí tự nhiên

Bảng 1.3 Tóm tắt một số đặc tính chất hấp phụ đặc trưng.[18][15][12]

Đặc tính Silica gel

03

Alumina Alcoa F-200

Alumina Alcoa H-156

Rây phân tử 3A, 4A, 5A

Khối lượng riêng thể

Cửa sổ chất hấp phụ phải đủ lớn để cho phép các phân tử nước đi vào và hấp phụ

bên trong Các lỗ xốp bên trong của gel tồn tại các mao quản với đường kính như

được chỉ trong bảng trên Với rây phân tử, trong nhiều trường hợp, lỗ xốp bên

trong là các khoang trống có kích thước lớn hơn kích thước cửa sổ, ví dụ như:

zeolite X, Y,…

Bảng 1.4 Đường kính danh nghĩa của một số phân tử

Phân tử Đường kính, A o Phân tử Đường kính, A o

Heli 2,0 Propylen 5,0

Nitơ 3,0 R-22 5,3 Nước 3,2 Thiophen 5,3

Argon 3,8 Cyclohexan 6,1 Metan 4,0 Benzen 6,7 Etylen 4,2 Toluen 6,7

Metanol 4,4 Chloroform 6,9 Etanol 4,4 Neopentan 6,9

Propan 4,9 o-xylen 7,4 n-Butan ÷

2.1 Nhôm hoạt tính, γ - Al 2 O 3

Nhôm hoạt tính hay γ - Al2O3 đã được đưa vào sử dụng từ thập niên 30 dưới nhiều loại khác nhau Phương pháp phổ biến để điều chế nhôm hoạt tính là kết tủa hydroxyt nhôm từ muối của nó, sau đó thủy phân nhiệt để tạo ra γ-Al2O3 hoạt động Sơ đồ biểu diễn sự hình thành các dạng oxít nhôm theo nhiệt độ như hình1.2

Người ta có thể thu được các dạng Al2O3 khác nhau trong đó dạng γ - Al2O3là chất có bề mặt lớn và có khả năng hấp phụ nước cao Thông thường chỉ có thể điều chế γ - Al2O3 bằng cách chuyển hydroxit nhôm về dạng Boehmite

Hình 1.2 Sự hình thành các dạng oxít nhôm theo nhiệt độ

Gibb

site

Chi Kappa Alpha

Boehmite Gamma Delta Theta Alpha

Diaspore Alpha

100 300 500 700 900 1100oC

Tuỳ theo điều kiện sản xuất mà có thể thu được hạt γ - Al2O3 khác nhau về độ tinh thể và do đó cũng khác nhau về khả năng hút ẩm

Sơ đồ điều chế có thể mô tả như sau:

Hình 1.3 Sơ đồ điều chế nhôm hoạt tính

2.1.1 Phương pháp điều chế γ - Al 2 O 3 dạng cầu

Trong thực tế γ - Al2O3 dạng cầu có khả năng hút nước lớn, có độ bền cao, chịu nhiệt tốt,… nên thường được sử dụng làm khô khí Người ta có thể điều chế γ

- Al2O3 ở dạng cầu theo các phương pháp sau

Phương pháp trống quay:

Bột oxit nhôm và hydroxit nhôm ban đầu với sự hiện diện của nước hoặc dung dịch kết dính được đưa vào trống quay Do tác dụng của lực ly tâm các hạt nhỏ bắt đầu hình thành và lớn dần đến kích thước theo yêu cầu Bằng phương pháp này có thể thu được hạt có kích thước lớn hơn 2 mm và độ bền nhỏ hơn 10 Mpa.[8]

Phương pháp sấy phun:

Về cơ bản, người ta phun hidrogel hoặc sol với hàm lượng rắn nhỏ hơn 20% khối lượng qua lỗ phun vào trong vùng được nung nóng đến nhiệt độ xác định

Chất kết tủa

Muối nhôm

Gìa hóa gel

γ - Al 2 O 3

Phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất các chất xúc tác tầng sôi (kích thước hạt thu được < 1mm).[8]

Phương pháp dầu –amoniac:

So với phương pháp khác, phương pháp này có ưu điểm là quá trình chuyển sol thành gel ở nhiệt độ thấp Việc sử dụng axít vô cơ mà đặc biệt là HNO3 đã loại được hoàn toàn các tạp chất trong quá trình nung sấy Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất γ - Al2O3 Sơ đồ nguyên lý phương pháp như sau:[8]

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý điều chế nhôm hoạt tính dạng cầu

2.1.2 Nhôm hoạt tính dùng làm khô khí trong thương mại

Thành phần hoá học và một số tính chất vật lý của chất hấp phụ nhôm hoạt tính đặc trưng được thể hiện ở bảng 1.5:

Bảng 1.5 [11]

Thành phần hóa học % khối lượng

SiO2 0,02 Fe2O3 0,02 TiO2 0,002 Na2O 0,35 Al2O3 93,6

Tính chất vật lý

Số liệu dùng cho sản phẩm hình cầu, A – 201, được sản xuất bởi LaRoche Chemicals.

Đặc tính hấp phụ nước của một vài chất làm khô nhôm hoạt tính thương mại được cho ở bảng sau

Hình 1.5 Chất hấp phụ nhôm hoạt tính 1AA18 1/8 in (3,2 mm)

Nhôm hoạt tính khi làm khô khí có thể cho điểm sương của nước khoảng

-73oC Nhiệt tái tạo và nhiệt độ tái tạo thấp hơn so với rây phân tử.[12]

2.2 Rây phân tử (zeolite)

Mặt dù chất hấp phụ loại rây phân tử đã được biết từ lâu nhưng mãi đến năm 1945 loại rây phân tử tổng hợp mới có tầm quan trọng trong thương mại Rây phân tử khác với chất hấp phụ thông thường khác là có khả năng hấp phụ các phân tử nhỏ còn các phân tử lớn hơn thì không Nhờ đó, rây phân tử có thể tách các chất ra khỏi nhau dựa trên sự khác biệt kích thước phân tử Ngoài ra, chúng có khả năng hấp phụ tương đối cao ở trường hợp nồng độ thấp và có ái lực cao bất thường đối với các phân tử chưa bão hòa và phân cực

2.2.3 Cấu trúc và phân loại zeolite

Zeolite là aluminosilicat có cấu trúc tinh thể xốp, công thức tế bào cơ sở :[3]

M2/nO Al2O3 xSiO2 yH2O Trong đó:

M: kim loại có điện tích n, ví dụ: Na+, K+, Ag+…,Ca+, Ba++, Sr++…

x: gọi là modun, là tỷ số SiO2/Al2O3

Tế bào cơ sở là một khối đa diện gồm 8 mặt lục giác và 6 mặt vuông, gọi là sodalite, được hình thành bởi các tứ diện TO4 (T=Si, Al) ghép lại với nhau Trong đó, các đỉnh là kim loại Al hoặc Si và các cạnh là đường nối Si – O – Si hay Si –

O – Al

Tùy thuộc cách ghép các sodalite lại với nhau mà ta có cấu trúc zeolite khác nhau (hình 1.6)

Hình 1.6 Cách ghép các sodalite lại với nhau để tạo thành zeolite [1]

- Nếu các sodalite ghép với nhau qua mặt 4 cạnh thì ta thu được zeolite A

- Nếu các sodalite ghép với nhau qua mặt 6 cạnh thì ta thu được zeolite X,

Y hay faujasite

- Nếu các sodalite ghép với nhau qua các mặt khác nhau thì thu được zeolite loại chabazite, gmelinite, erionite, …

Hình 1.7 minh họa cấu trúc rây phân tử loại A và X

Hình 1.7 Hình ảnh của rây phân tử loại A và X

Một số đặc trưng của tinh thể zeolite:

- Trong khối sodalite, các tứ diện [AlO4] mang điện tích âm Do đó cần có cation kim loại để trung hòa về điện, đó chính là kim loại M trong công thức tế bào cơ sở

- Giữa khối sodalite có khoang trống, tạo thành các mao quản nhỏ Lối đi vào các mao quản này là đi qua các mặt của sodalite, gọi là cửa sổ nhỏ

- Khi các khối sodalite ghép lại với nhau hình thành nên khoang trống lớn (hốc lớn, như hình 1.6) Các khoang trống này có các cửa sổ lớn Kích thước của chúng phụ thuộc vào loại zeolite, ví dụ: zeolite A có cửa sổ lớn là 8 cạnh và zeolite X,Y có cửa sổ lớn là 12 cạnh

- Modun x của sodalite biến đổi theo từng loại zeolite: [3]

Zeolite A: x = 1,9 ÷ 2 Zeolite X: x = 2,5 ± 0,5 Zeolite Y: x = 3 ÷ 6,…

- Khi thực hiện trao đổi cation, ta thu được các zeolite có kích thước cửa sổ lớn khác nhau Hình 1.8 minh hoạ loại zeolite 3A thu được từ zeolite 4A khi trao đổi cation Na+ bằng K+

Hình 1.8 Zeolite 4A và 3A

2.2.4 Một số đặc điểm của zeolite

- Zeolite có tính chất hấp phụ rất cao nhờ cấu trúc tinh thể rỗng Các khoang trống chiếm khoảng 47% thể tích và diện tích bề mặt bên trong có thể lên đến 1000 m2/g[10]

- Có tính hấp phụ thuận nghịch, đặc biệt là nước nên zeolite được ứng dụng làm chất hút ẩm

- Kích thước của khoang trống, cửa sổ có giá trị xác định và tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể Kích thước này vào cỡ kích thước phân tử nên zeolite còn được gọi là rây phân tử

- Có khả năng hấp phụ lớn ngay cả ở nhiệt độ cao Nhờ vậy zeolite có thể làm chất xúc tác cho những phản ứng ở nhiệt độ cao

- Chỉ hấp phụ những chất mà có kích thước phân tử nhỏ hơn kích thước cửa sổ đi vào tinh thể zeolite Đây là tính chất hấp phụ chọn lọc của zeolite Khi thực hiện trao đổi cation ta sẽ thu được kích thước cửa sổ thích hợp để hấp phụ một loại phân tử như ý muốn Tính chất này được ứng dụng để tách các phân tử có kích thước khác nhau ra khỏi hỗn hợp

- Có khả năng hấp phụ cao ngay cả khi nồng độ chất bị hấp phụ rất thấp Do đó zeolite hầu như hấp phụ hoàn toàn một chất nào đó trong quá trình hấp phụ

- Zeolite có khả năng hấp phụ mạnh các chất phân cực, đặc biệt là nước và các hydrocacbon chưa bão hòa

Tính hấp phụ và hiệu ứng sàng lọc của zeolite được ứng dụng trong các phương pháp phân tích, tinh luyện hỗn hợp khí, loại tạp chất trong nguyên liệu trước khi đưa vào sản xuất, đặc biệt là quá trình làm khô khí trong các nhà máy chế biến khí

2.2.5 Rây phân tử thương phẩm

Rây phân tử thương phẩm thường dùng hấp phụ nước là loại zeolite A (3A, 4A, 5A) có cấu trúc hình khối chắc và có khả năng hấp phụ nước cao

Hình 1.10 Aûnh chụp bên ngoài của rây phân tử

Bảng 1.7 trình bày một số tính chất đặc trưng của 4 loại rây phân tử được sử dụng phổ biến nhất

Bảng 1.7 Một số loại rây phân tử thương phẩm [11]

Khả năng chứa nước (%kl) (2)

1) Khối lượng riêng thể tích (bulk) đối với hạt 1/8”

2) Số kg H 2 O/100 kg chất hấp phụ đã hoạt hóa tại áp suất riêng phần 17,5 mmHg và 25 o C, chất hấp phụ ở dạng viên

Số liệu được trích từ UOP (1990)

Rây phân tử thường ở dạng viên trụ, hạt cầu và bột Loại viên và hạt được sử dụng trong quá trình làm khô khí Loại viên thường được tạo nên bằng cách ép đẩy và luôn có đường kính cố định từ 1/16 ÷ 1/18”, chiều dài tương đương 1 ÷ 4 lần đường kính Kích thước loại hạt được đặc trưng bởi rây, kích thước của rây mà các hạt đi qua và kích thước rây mà hạt bị giữ lại Thông thường kích thước hạt rây phân tử được dùng hấp phụ nước là 4x8 và 8x12 mesh.[11]

Ứng dụng chính của rây phân tử trong nhà máy xử lý khí là dùng làm khô khí tự nhiên trước khi đi vào chế biến ở điều kiện sinh hàn Ở điều kiện mà yêâu cầu điểm sương của nước là cực kỳ thấp

Mặc dù rây phân tử đắt hơn nhôm hoạt tính và silicagel nhưng chúng có ưu điểm sau [11],[10],[13]:

- Cho khả năng hấp phụ tốt trong trường hợp khí có độ ẩm tương đối thấp

- Có khả năng sử dụng cho trường hợp nhiệt độ cao

- Hấp phụ chọn lọc với nước

- Có thể được dùng để loại các tạp chất khác cùng với nước

- Có thể sử dụng cho quá trình làm khô đoạn nhiệt

- Cho điểm sương tính theo nước cực kỳ thấp

- Không bị hư hại bởi nước

2.3 Silicagel

Silicagel là chất rắn trong suốt hay ở dạng hạt mờ có cấu trúc xốp Cấu trúc xốp phụ thuộc vào loại silicagel và dao động trong khoảng 20-60% Bề mặt riêng từ 200 – 8000m2/g Đường kính lỗ xốp khoảng 3 – 10nm [2]

Silicagel là hydroxyt vô định hình của silic (SiO2.nH2O), là hợp chất với thành phần biến đổi Sự biến đổi của gel theo cơ chế đa ngưng tụ

Silicagel thương mại thường dưới dạng bột, hột và hạt cầu với kích thước khác nhau và là vật liệu cứng có đặc tính chịu mòn tốt Khi sử dụng silicagel để làm khô khí tự nhiên thường cho điểm sương của nước từ -57oC đến -60oC [12] Hình 1.11 là ảnh chụp silicagel SGA35

Hình 1.11 Chất hấp phụ Silicagel SGA35 Brown

Bảng 1.8 cho thấy thành phần của silicagel thương mại đặc thù (W.R Grace & Co., 1992)

Bảng 1.8.[11]

Thành phần Hàm lượng, %

Silica (SiO2) 99,71 Sắt (dưới dạng Fe2O3) 0,03 Nhôm dưới dạng Al2O3 0,10 Titan dưới dạng TiO2 0,09 Natri dưới dạng Na2O 0,02

Zr dưới dạng ZrO2 0,01

2.4 Chọn chất hấp phụ

Sự chọn lựa chất hấp phụ đóng một vai trò hết sức quan trọng Sự chọn lựa đúng đắn chất hấp phụ phù hợp cho trường hợp cụ thể sẽ đưa đến hiệu quả hấp phụ cao, chi phí thấp

Sơ đồ sau đây được đưa ra bởi công ty hóa chất Coastal Ở đây lưu ý đến 4 loại chất hấp phụ được sử dụng rộng rãi nhất: nhôm hoạt tính (F-200), silicagel (Sorbead R và Sorbead W), gel nhôm (H-152) và rây phân tử (3A hoặc 4A)

ĐIỂM SƯƠNG

YÊU CẦU

NHIỆT ĐỘ KHÍ TÁI TẠO

KHÍ TÁI TẠO CHẤT HẤP

Khí khô Khí ẩm Khí khô

Khí ẩm Khí khô

Khí khô Khí ẩm

F-200 Sorbead W Sorbead R Sorbead R

Sorbead W Sorbead R F-200 Sorbead W

H-152 H-152

Rây phân tử Rây phân tử

Hình 1.12 Sơ đồ chọn lựa chất hấp phụ làm khô khí, Coastal

chemical company [11]

Rây phân tử đắt tiền nhất, nhưng cho điểm sương thấp nhất Chúng được sử

dụng để làm khô khí tự nhiên trước khi đi vào hệ thống thu hồi hydrocacbon ở nhiệt độ sinh hàn Trong đó loại 4A thường được dùng nhiều nhất Nhược điểm của rây phân tử là có thể bị nhiễm bẩn bởi các tạp chất như: amin, kiềm, clorua, glycol và hydrocacbon lỏng Tuy nhiên, vấn đề này có thể giảm tối thiểu bằng cách sử dụng lớp nhôm hoạt tính bên trên lớp rây phân tử (Veldman, 1991)[11]

Nhôm hoạt tính là loại chất làm khô rẻ tiền nhất và có khả năng hấp phụ cao

khi khí có độ bão hòa ẩm cao Nhôm hoạt tính có tính ổn định trong trường hợp có sự hiện diện các tạp chất kiềm Hai nhược điểm chính của nhôm hoạt tính là:

- Chúng cũng hấp phụ các hydrocacbon làm giảm khả năng hấp phụ nước và có thể đưa đến sự mất mát các cấu tử hydrocacbon có giá trị

- Tái hydrat hóa làm phá hủy hoạt tính của nó

Ưu điểm chính của silicagel là có khả năng hấp phụ nước cao, có thể tái tạo

ở nhiệt độ thấp và không có tác dụng xúc tác cho phản ứng chuyển đổi sunfua Nhược điểm của silicagel là cũng có khả năng hấp phụ cao đối với các chất như pentan và hydrocabon nặng Silicagel có khuynh hướng vỡ tan ra khi tiếp xúc với nước lỏng Vấn đề này có thể khắc phục bằng cách để thêm một lớp chịu được nước chẳng hạn như Sorbead W phía trên lớp silicagel Ngoài ra, silicagel trở nên xấu đi khi có các vật liệu kiềm chẳng hạn như hợp chất amin, nhưng chịu được khá tốt đối với các hợp chất axít như H2S và CO2

Việc chọn chất hấp phụ cho phù hợp với trường hợp thực tiễn cụ thể là một điều kiện tiên quyết, ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế và tính khả thi của hệ thống Trong quá trình thiết kế hay khi thay thế chất hấp phụ, chúng ta cần chọn lựa chất hấp phụ phù hợp với điều kiện thực tại nhằm giảm chi phí và tăng hiệu quả sử dụng chất hấp phụ

3 CÔNG NGHỆ LÀM KHÔ KHÍ BẰNG CHẤT HẤP PHỤ RẮN

3.1 Sơ đồ công nghệ

Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình làm khô khí tự nhiên bằng chất hấp phụ rắn được minh họa như sau:

Hình 1.13 Sơ đồ công nghệ hệ thống làm khô khí bằng chất hấp phụ rắn

Để quá trình hấp phụ liên tục, hệ thống gồm hai hoặc nhiều hơn hai tháp hấp phụ song song và hoạt động luân phiên nhau Trong khi tháp này đang trong giai đoạn hấp phụ thì tháp kia đang được tái tạo Các tạp chất rắn, lỏng như hydrocacbon nặng, glycol, metanol làm nhiễm bẩn chất hấp phụ và rất khó tách

ra trong quá trình tái tạo Hậu quả là làm suy giảm khả năng hấp phụ nước của chất hấp phụ Do đó, để có sự hấp phụ hiệu quả và kéo dài thời gian sống của

Khí đầu vào

Thiết bị tách

Tháp hấp phụ Bộ làm lạnh Thiết bị tách

Khí tái tạo Lò gia nhiệt

Bộ lọc