MỞ ĐẦU Từ xa xưa nguời biết dầu mỏ khí tự nhiên để phục vụ cho sống sinh hoạt hiểu biết hạn chế lãng phí họ coi nguồn tài nguyên vô quý giá Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật, người đánh giá nhận thức tầm quan trọng chúng phát triển kinh tế quốc gia Đó nguôn nguyên nhiên liệu để phát triển ngành công nghiệp khác Dầu mỏ khí tự nhiên nguồn khoáng sản vô tận nên cần biết cách khai thác, chế biến hợp lí chống lãng phí nguồn nguyên liệu Trước lượng dầu mỏ khai thác chế biên gấp nhiều lần khí tự nhiên khai thác, ngày khoảng cách thu hẹp lại lượng dầu mỏ dần cạn kiệt với phát triển ngành công nghiệp chế biến dầu khí Ở Việt Nam ngành công nghiệp chế biến khí đà phát triển Chúng ta khai thác, xây dùng nhà máy chế biến nguồn tài nguyên đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng có nhiều thành phẩm có giá trị kinh tế cao Tuy hạn chế công nghệ đóng góp môt phần lớn vào phát triển kinh tế đất nước Khí sau khai thác cấu tử hydrocacbon parafin chứa tạp chất như: Bụi, nước, khí trơ, CO 2, H2S tạp chất hữu lưu huỳnh Đây thành phần gây tổn hại đén sức khoẻ người làm ăn mòn đường ống thiết bị trình khai thác chế biến đặc biệt với khí CO2 H2S trước đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tiến hành loại bỏ tạp chất kể trình tách bụi, tách nước đặc biệt làm khí Đồ án “Tính toán thông số tháp làm khí MEA” Em xin chân thành cảm ơn thày TS.Nguyễn Danh Nhi người trực tiếp giảng dạy môn học hướng dẫn em hoàn thành đồ án CHƯƠNG I: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP LÀM NGỌT KHÍ 1.1 Tác hại khí Acid cần thiết phải loại bỏ khí Acid (H2S, CO2) Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành khí hoá dầu khí Hydrocacbon chứa số khí khác như: Khí chua (H 2S, CO2), đồng thời chứa lượng không lớn khí hữu khác như: COS, CS2, Mecaptan … Sự tồn chúng khí gây cản trở vận hành chế biến khí, chúng gây ăn mòn thiết bị, gây ngộ độc chất xúc tác chế biến, người sử dụng có ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường, khí cacbonic có phần độc hại Nhưng thành phần chúng lớn làm giảm nhiệt trị hỗn hợp khí Mặt khác, Hydrosunfua (H2S) khí dễ cháy (giới hạn cháy nổ rộng) chất màu trứng thối khó chịu H 2S độc gây ngộ độc dẫn đến tử vong cho người tiếp xúc lâu với nồng độ cao khí Cho nên, trình vận hành khí phải quan tâm đến an toàn thiết bị, đề phòng rò rỉ khí Từ vấn đề phân tích nhận thấy bất lợi tác hại khí chua H 2S, CO2 có mặt khí tự nhiên, khí đồng hành Vì cần phải loại bỏ chúng trước đưa vào chế biến, nói cách khác làm Tuy vậy, bên cạnh tác hại khí chua, chúng có lợi ứng dụng công nghiệp chế biến: + H2S nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất Lưu huỳnh nguyên chất Acid Sunfuaric + CO2 nguyên nhiên liệu dùng công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp hoá chất hoá học, nông nghiệp, công nghiệp sản xuất đồ uống nước giải khát Vì vậy, lựa chọn quy trình làm khí cần phải tính đến mức độ loại cấu tử không mong muốn tận dụng chúng để sản xuất sản phẩm chuyên dùng cần thiết * Tiêu chuẩn cho phép khí chua lại khí - Mỹ: Hàm lượng H2S cho phép ≤ 5,7 mgH2S/m3khí - Nga: Hàm lượng H2S cho phép ≤ 20 mgH2S/m3khí - Việt Nam : Hiện chưa có quy định cụ thể nào, khí tự nhiên, khí đồng hành khí hóa dầu có hàm lượng CO H2S thấp, (trừ khí bể Sông Hồng có hàm lượng CO2 tương đối cao) Nói chung, quy trình công nghệ xử lý khí cần phải làm khí nhằm có mục đích: - Giảm ăn mòn đường ống, thiết bị trình xử lý khí hay sử dụng khí Giảm thiểu khả gây ngộ độc chất xúc tác công đoạn chế biến sâu - Đảm bảo an toàn cho sức khoẻ ô nhiễm môi trường - Đáp ứng tiêu chuẩn tiêu kỹ thuật sản phẩm khí thương mại - Thu hồi chua dùng cho ngành công nghiệp khác, hàm lượng lưu huỳnh khí đáng kể 1.2 Giới thiệu tổng quát phương pháp làm khí: Để loại bỏ khí chua (H2S, CO2…) hợp chất khác chứa lưu huỳnh không mong muốn khỏi tự nhiên, khí đồng hành khí hoá dầu Người ta sử dụng chủ yếu yếu tố trình hấp thụ, tuỳ thuộc vào đặc điểm tương tác hợp chất với dung môi – chất hấp thụ chúng hợp thành nhóm sau Phương pháp hóa học, phương pháp vật lý, phương pháp kết hợp vật lý hóa học 1.2.1 Làm khí phương pháp hóa học Làm khí dung môi hấp thụ hóa học dung dịch nước Alkanol amin Các Alkanol amin thường sử dụng là: mondo Etanol amin (MEA), di Etanol amin (DEA), Diglycol amin (DGA), TriEtanol amin (TEA), Di IzoPropanol amin (DIPA) … Quá trình làm khí dung môi trình hấp thụ, tiếp xúc phản ứng hóa học với khí chua Quá trình làm khí Kalicacbonat thuộc nhóm Phương pháp làm đảm bảo triệt để để khí chua, với hàm lượng trung bình thấp, độ hoà tan Hydrocacbon dung môi hấp thụ không đáng kể Thiết bị, công nghệ đơn giản bền Nhược điểm trình không tách toàn lượng khí chua H 2S , CO2 , COS, CS2 Mecaptan) khí có chứa hàm lượng lớn Vì lẽ hàm lượng hợp chất chứa lưu huỳnh lại tương tác với dung môi tạo thành hợp chất hóa học bền ,khó tái sinh điều kiện trình Để thực trình cần phải có bậc tuần hoàn chất hấp thụ cao tiêu hao nhiệt lượng lớn (chúng tăng lên nồng độ chất không mong muốn tăng lên) Chất hấp thụ sản phẩm tương tác chúng với tạp chất chứa khí nhiên liệu nhiều có hoạt tính ăn mòn cao Cùng với gia tăng nồng độ amin mức bão hoà dung môi khí chua tạp chất không mong muốn hoạt tính ăn mòn hóa học chất hấp thụ Alkanol amin tăng Vì vậy, khả hấp thụ chúng thường bị hạn chế điều kiện cân nhiệt động mà độ bão hoà giới hạn chất hấp thụ khí Acid 1.2.2 Các trình làm khí phương pháp hấp thụ vật lý Phương pháp hấp thụ dùng dùng môi hữu gồm: Propylen cacbonat (C3H6CO3), Di Metyl Ete Polyetylenglycol (DMEPEG), N- Metyl Pirrolidon… dung môi xử lý lượng khí chua khí phương pháp hấp thụ vật lý Đặc điểm chung trình: Là dung môi có độ hoà tan tốt nhiệt độ thấp, khả hấp thụ cao khí chua (đặc biệt khí CO 2, H2S) làm gần triệt để đồng thời chúng có tính ưu việt hấp thụ hóa học chỗ: áp suất riêng phần khí chua lớn điều kiện hấp thụ > Mpa làm việc Dung môi thường không sủi bọt, không ăn mòn thiết bị, nhiều chất có nhiệt độ hấp thụ thấp (≤ 700C) nhiệt độ đặc thấp Đây điều kiện quan trọng trường hợp áp dụng chúng vùng có khí hậu lạnh Khi áp suất riêng phần tạp chất chứa Acid cao, trình làm khí dung môi hữu (phương pháp hấp thụ vật lý) có yêu cầu kinh phí đầu tư chi phí vận hành thấp việc thực phương pháp hóa học amin, khả hấp thụ khí chua hợp chất không mong muốn khác Việc tái sinh chất hấp thụ vật lý diễn nhiều trường hợp không cần cấp nhiệt mà nhờ giảm áp suất hệ thống Nhược điểm trình là: dung môi hấp thụ sử dụng hấp thụ tương đối Hydrocacbon, làm triệt để khí nhiều trường hợp thỏa mãn sau xử lý bổ sung dung môi alkanolamin 1.2.3 Làm dung môi tổ hợp Dung môi tổ hợp gồm Alkanol amin dung dịch nước với dung môi hữu Sunfolan, Metanol dựa hấp thụ vật lý hợp chất không mong muốn dung môi hữu tương tác hóa học với Alkanol amin, phần phản ứng tích cực chất hấp thụ Các trình kết hợp nhiều ưu điểm chất hấp thụ Các trình kết hợp nhiều ưu điểm hấp thụ vật lý hóa học Chúng sử dụng để làm triệt để khỏi khí chua H2S , CO2 , COS, CS2 Mecaptan Quá trình có nhiều ưu điểm, bổ sung cho cách hoàn hảo, nhược điểm dung môi sử dụng, hấp thụ đáng kể Hydrocacbon (đặc biệt Hydrocacbon vòng thơm tan tốt) Điều làm hạn chế khả ứng dụng trình hấp thụ vật lý hóa học để loại trừ thâp nhập số lượng lớn Hydrocacbon nặng vào nguyên liệu hệ thống sản xuất lưu huỳnh thành phần nhà máy chế biến khí cần phải có máy thiết bị tách Hydrocacbon nặng khỏi khí nguyên liệu khí Acid trước đến hệ thống sản xuất lưu huỳnh (trong công nghệ cần có giai đoạn thu hồi Hydrocacbon nặng bị theo cách cho Hydrocacbon quay vòng lại từ lên dung môi từ xuống tháp tiếp xúc, Hydrocacbon bị theo dòng khí, dung môi bão hoà khí Acid, hợp chất chứa lưu huỳnh khác đưa sang tháp tái sinh) Tuy nhiên điều lúc đóng vai trò chủ đạo liên quan đến việc chọn qú trình sử lý khỏi H 2S hợp chất chứa lưu huỳnh chất không mong muốn khác mà kèm theo chi phí đầu tư hoạt động bổ sung trình vận hành Các trình hấp thụ vật lý kinh tế hơn, dung môi hữu đảm bảo thu hồi chọn H2S có mặt CO2 cho phép thu hồi tốt cho sản phẩm lưu huỳnh tỷ lệ H2S: CO2 Trong điều kiện định, trình có số ưu điểm mà phát sở phân tích kinh tế – kỹ thuật cao khỏi H 2S , CO2 , Mecaptan hợp chất không mong muốn khác dựa hấp thụ hóa học vật lý bảng I.1 trình bày tóm tắt số quy trình công nghệ làm khí Hấp thụ hóa học Quy trình công nghệ Dung môi Hấp thụ hóa học Quy trình Dung môi công nghệ * làm Alkacol MEA Mon Etanol amin - Fluor Propylencacbonat - Selecsol DiMetyl ete Polyetlenglycol (DMEPEG), N – MetylPi rrolidon (NMP) DEA Di Etanol amin ADIP Di Ekonamin amin Di Glycol amin Izopropanol Sun finol Hỗn hợp dung dịch nước Di Izopropanol amin Sunfolan Kalycacbonat thông K2CO3 nóng chảy thường Assen kim Rectizol VeTrockk Metanol (ở nhiệt độ thấp) loại kiềm nóng chảy K3 ASO3… (*) Tên gọi phần hoạt động dung môi, dung môi nước Các tiêu chuẩn việc chọn chấp hấp thụ trình hấp thụ tương ứng là:Nồng độ đầu nồng độ cuối tử không mong muốn khí áp suất làm việc cho trước hệ thống áp suất riêng phần đầu cuối chúng điều kiện làm áp suất ban đầu xác định hệ thống tuần hoàn chất thụ thụ (lưu lượng riêng).áp suất liên phần cuối (mức độ làm sạch) phụ thuộc trước hết vào mức độ tái sinh chất hấp thụ áp suất cân khí hấp thụ bề mặt dung môi nhiệt độ xác định chủ yếu dựa vào hệ số tuần hoàn điều kiện tái sinh dung môi hấp thụ Vì vậy, tính kinh tế trình xác định khí nguyên liệu (khí chua) khí làm khí Trên sở dự liệu người ta đánh giá dung môi dung môi hấp thụ hóa học theo vật lý ứng dụng hợp lý điều kiện cho trước, sau phải xét đến tính đặc thù tạp chất chứa khí phương án tương tác có chúng với dung môi hấp thụ, từ chọn lựa trình thuận lợi để tiến hành khảo sát kinh tế ,kỹ thuật Tất quy trình công nghệ nêu bảng I.1 ngoại trừ quy trình Vetrocokk, dựa nguyên tắc hấp thụ hóa học hay vật lý chất chứa lưu huỳnh, oxy không mong muốn giải hấp chúng từ chất hấp thụ, đưa khí Acid chứa H 2S đến hệ thống sản xuất lưu huỳnh kiểu Clase Quy trình Vetrocokk dựa nguyên tắc hấp thụ H2S dụng môi hấp thụ hóa học ôxy hóa thiết bị tái sinh thành lưu huỳnh nhờ có mặt phụ gia hoạt tính chất hấp thụ Oxy vào đáy tháp tái sinh với không Quy trình làm khí Vetrocokk thường sử dụng làm khí với nồng độ H2S thấp 1.3 Quy trình làm khí dung môi Alkanol amin Quy trình công nghệ làm khí dung môi Alkanol amin thừa nhận ứng dụng rộng rãi công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành khí nhà máy lọc dầu Khi áp suất riêng phần khí chua thấp trung bình khả hấp thụ Alkanol amin tăng theo tỷ lệ H 2S CO2 1.3.1 Tính chất chung qúa trình làm khí Alkanol amin * Tính chất: Các Alkanol amin sử dụng làm dung môi hấp thụ hóa học để làm khí là: Mon Etanol amin (MEA), Di Etanol amin (DEA), Di Izopropanol amin (DIPA), Di Glycol amin (DGA)… Nghiên cứu cấu trúc phân tử Alkanol amin ta thấy có cấu trúc tương tự với NH Về nguyên tắc dùng NH để loại khí Acid khỏi Hydrocacbon NH3 bay mạnh Do vậy, gây khó khăn cho trình vận hành tổn thất lớn bay Bảng I.2 amin dùng để hấp thụ khí axít Tên hoá chất Monoetanolamin MEA Công thức H2N – CH2 – CH2 – OH CH2 – CH2 – OH HN CH2 – CH2 – OH Dietanolamin DEA Trietanolamin TEA CH2 – CH2 – OH N – CH2 – CH2 – OH CH2 – CH2 – OH CH2 – CHOH – CH3 HN CH2 – CHOH – CH3 Disopropanolamin DIPA Metyldietanolamin MDEA CH2 – CH2 – OH H3C – N CH2 – CH2 – OH H2N – CH2 – CH2 – O – CH2 – CH2 OH Diglycolamin DGA Bảng I.3 Một số tính chất hóa lý Alkanol amin Khối lượng phân tử Khối Lượng riêng, kg/m3 Nhiệt độ sôI,0C áp suất Pa 110 Pa 660 Pa 1320 Pa áp suất bão hoà 200C, Pa Nhiệt độ đông đặc,0C độ nhớt tuyệt đối, Pa.s MEA 61 1018 171 100 69 48 10.5 0.241 (ở 200C) độ hoà tan nước 200C, Hoàn toàn %kl DEA 105.1 1090 DIPA 133.2 989 DGA 105.1 1055 221 187 150 1.33 28 0.38 (ở 300C) 96.4 248.7 167 133 1.33 42 0.198 (ở 450C) 87 1.33 9.5 0.026 (ở 240C) Hoàn toàn Nhiệt hoá 1.105Pa,j/kg 1486.4 1205.9 722.5 917.4 Mono etanolamin (MEA) amin có tính bazơ mạnh Alkanol amin dùng làm dung môi hấp thụ quy trình làm khí nhiệt độ thấp phản ứng nhạy với Acid, phản ứng với H 2S CO2 MEA có khối lượng phân tử nhỏ Alkanol amin nên nhiệt tỏa phản ứng hấp thụ axit lớn Alkanol amin khác Đồng thời MEA bền mặt hóa học, dung dịch MEA bị phân huỷ, MEA phản ứng không thuận nghịch với Cacbonyl Sunfua (COS) Cacbondisunfua CS2 tạo thành sản phẩm bền không tái sinh khó tái sinh Vì vậy, gây tổn thất lượng lớn dung môi hấp thụ (nếu khí nguyên liệu có chứa nhiều COS, CS 2) Mặt khác, MEA có áp suất bão hoà cao Alkanol amin, áp suất bão hoà MEA lớn gấp 30 lần so với áp suất bão hoà DEA 300 lần so với TEA Do đó, trình vận hành thường bị tổn hao lượng dung dịch MEA đáng kể bay DiEtanol (DEA) bazơ yếu so với MEA, bên mặt hóa học DEA phản ứng với H2S CO2 phản ứng so với MEA DEA phản ứng với COS, CS2 phản ứng xảy chậm so với MEA * Các quy trình làm ngot: - Quá trình làm khí dung dịch MonoEtanolamin; trình ứng dụng rộng rãi để làm khí tự nhiên khí đồng hành - Quá trình làm khí dung dịch Di Etanol amin (DEA), trình trước ứng dụng chủ yếu để làm khí nhà máy lọc dầu ứng dụng để làm khí tự nhiên - Quá trình làm khí dung dịch Di Glycoly amin (DGA), trình ứng dụng để loại bỏ triệt để H 2S CO2, dùng DGA thay cho MEA cho phép giảm lưu lượng riêng chất hấp thụ chi phí lượng 25 – 40% - Quá trình kết hợp đồng thời vừa làm vừa làm khô khí, dùng dung môi dung dịch MEA DEA với Glycol - Quá trình làm khí dung dịch TriEtanol (TEA), trinh giới chuyên môn đánh giá không hiệu thay trình MEA DEA - Quá trình làm khí dung dịch Di IzoPropanol amin (ADIP), trình ứng dụng làm khí tự nhiên khí dầu mỏ, có chi phí vận hành thấp so với trình MEA - Quá trình làm khí dung dịch Metyl Dietanol amin (MDEA), trình đặc biệt ý, tính chọn lọc cao, phản ứng với H 2S có mặt CO2 Trong trình làm khí Alkanol amin nêu trên, trình MEA, DEA ADIP ứng dụng nhiều để làm khí tự nhiên khí đồng hành 1.3.2 Quy trình làm khí MEA Sự tương tác MEA với H2S, CO2 theo phản ứng sau: - Với H2S: 2RNH + H2S (RNH3)2S (RNH3)2 + H2S (I.1) 2RNH3HS (I.2) - Với Cacbonic: CO2 + 2RNH2 + H2O (RNH3)2CO3 CO2 + (RNH3)2CO3 + H2O (I.3) 2RNH3HCO3 (I.4) Với R – nhóm HOCH2CH2 – II VI I III IV 10 V 11 10 VII Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ MEA tháp hấp thụ; 2,3,4 thiết bị phân ly; 5,6 thiết bị làm nguội không khí; 7,8 thiết bị làm lạnh nước; thiết bị trao đổi nhiệt; 10 tháp nhả hấp thụ; 11 Bộ phận đun nóng; I khí nguyên liệu; II khí sạch(khí ngọt); III Dung môi bão hoà; IV khí phân ly; V Dung môi nhả hấp thụ phần; VI khí axit; VII Dung môi tái sinh tuần hoà trở lại tháp hấp thụ Trong phản ứng tốc dộ phản ứng MEA với CO2 chậm so với phản ứng với H2S nhiệt độ thấp phản ứng xảy theo chiều từ trái sang phải, nhiệt độ cao phản ứng xảy theo chiều ngược lại (từ phải sang trái) Trong trường hợp đầu xảy trình hập thụ hoá học, H2S, CO2 liên kết với chất hấp thụ theo phản ứng hoá học (chiều từ trái sang phải) Trong trường hợp thứ hai – diễn giải hấp (tái sinh chất hấp thụ tách khí Acid: H 2H CO2 hấp thụ) Nhờ phản ứng hấp thụ muối MEA Acid nhiệt độ cao Các phản ứng hấp thụ hoá học phản ứng toả nhiệt mạnh, ngược lại phản ứng tái sinh (phản ứng phân huỷ muối) phản ứng thu nhiệt Dung môi hấp thụ hoá học dùng trình làm khí MEA dung dịch nước Mono Etanol amin, nồng độ MEA dung dịch không vượt 15 – 20% khối lượng, có nồng độ cao vận tốc ăn mòn kim loại cang mạnh hấp thụ hàm lượng khí axit lớn (dung dịch Alkanol amin tinh khiết tính ăn mòn) Nồng độ dung dịch cao tính ăn mòn kim loại mạnh, nên làm hạn chế khả tăng hiệu trình hấp thụ Alkanol amin (vì dùng dung dịch Alkanol amin có nồng độ cao) Gần người ta thêm số chất ức chế trình ăn mòn cho phép tăng nồng độ dung dịch MEA lên 30% để tăng hiệu trình Mức độ bão hoà khí Acid MEA thường từ 0,3 – 0,4 mol/molDEA Quá trình làm khí MEA thường dùng để làm khí chua H 2S CO2 áp suất riêng phần chúng không cao 0,6 – 0,7 Mpa * Đánh giá ưu nhược trình làm khí MEA - Ưu điểm: + MEA có khả phản ứng cao, ổn định dễ tái sinh, công nghệ thiết bị đơn giản + Quá trình làm khí MEA bảo đảm tách triệt để H 2S CO2 khỏi khí khoản áp suất riêng phần H2S CO2 rộng, vận hàng trình hấp thụ áp suất không 11 cao lăm Dung dịch Mono Etanol amin tương đối khó hấp thụ Hydrocacbon, khả hấp thụ H2S CO2 cao - Nhược điểm: Mức độ bão hoà khí Acid dung dịch Etanol amin thấp, lưu lượng riêng chi phí vận hành cao Một vài tạp chất (CO2, COS, CS2…) chứa khí nguyên liệu, tương tác với dung môi tạo thành hợp chất không tái sinh khó tái sinh Do làm tổn hao lượng đáng kể dung môi, làm hoạt tính chất hấp thụ, làm tăng tính tạo bột dung môi, quy trình làm khí MEA cần lượng cho việc tái sịnh dung môi hấp thụ lớn quy trình khác 1.3.3 Quy trình làm khí DEA Những phản ứng xảy (trong trình làm khí) DEA với H 2S CO2; - Với H2S 2R2NH + H2S (R2NH2)2S + H2S (R2NH2)2S (I.5) 2R2NH2HS (I.6) Với CO2: CO2 + 2R2NH + H2O CO2 + (R2NH2)2CO3 + H2O (R2NH2)2CO3 (I.7) 2R2NH2HCO3 R – nhóm C2H4OH – Tương tự trình làm MEA (sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ không khác nhiều), phản ứng phản ứng thuận nghịch, chúng xảy theo chiều thuận (từ trái sang phải) nhiệt độ thấp, xảy theo chiều nghịch (từ phải sang trái) nhiệt độ cao Dung môi hấp thụ sử dụng trình làm khí DEA dung dịch nước Nồng độ dung dịch dùng làm dung môi hấp thụ phụ thuộc vào nồng độ khí Acid nguyên liệu ban đầu thường thay đổi từ 20 – 35% khối lượng Độ bão hoà dung dịch DEA trình SNPA – DEA đạt từ – 1,3 mol/mol DEA (lớn qúa trình MEA) Tuy độ bão hoà dung môi DEA trình SNPA – DEA cao, khả hấp thụ dung môi DEA MEA, MEA 12 có khối lượng phân tử nhỏ hơn, nên nồng độ % khối lượng MEA có nồng độ mol lớn nên có khả hập thụ lớn - Ưu điểm trình : Bảo đảm làm triệt khí khỏi khí H 2S, CO2 với có mặt COS CS (sản phẩm phản ứng DEA với COS CS bị thuỷ phân điều kiện tái sinh dung môi cho H2S CO2) Dung dịch DEA bền mặt hoá học, dễ tái sinh điều kiện vận hành trình, có áp suất bão hoà thấp nhiều so với MEA, hấp thụ xảy nhiệt độ 10 – 20 0C (cao so với trình MEA) nên cho phép loại trừ tạo bọt mãnh liệt dung môi làm khí có nồng độ Hydrocacbon nặng cao (hoặc có Hydrocacbon lỏng dung dịch) - Nhược điểm: Khả hấp thụ dung môi thấp, lưu lượng riêng chất hấp thụ cao chi phí vận hành lớn, số tạp chất chứa khí nguyên liệu, phần CO tương tác với dung môi tạo thành hợp chất không tái sinh được, khả hấp thụ Mecaptan hợp chất hữu chứa lưu huỳnh khác thấp 1.3.4 Quy trình làm ADIP: Dung môi dùng dung dịch nước diizopropanolamin (DIPA); hàm lượng chất hoạt động đạt đến 40% Nhờ dung môi này, việc làm triệt để khí khỏi H2S (đến 1.5mg/m3) bảo đảm, diizopropanolamin đồng thời làm khí khỏi CO2, COS RSR Hoạt tính dung dịch DIPA theo CO thấp so với dung dich MEA Trong trình làm có đến 40 – 50% COS RSR hấp thụ Diizopropanolamin tương tác với COS, CO2 RSR tạo thành hợp chất dễ tái sinh, phân huỷ DIPA tương tác với hợp chất chứa lưu huỳnh oxy nhiều so với trình MEA (chi phí cho tái sinhdung dich DIPA lần nhỏ trình MEA vào khoảng 1kg/m3 khí axit) Độ hoà tan hydrocacbon trình ADIP không lớn, nồng độ chúng không lớn 0.5% thể tích Trong trường hợp ứng dụng DIPA thiết bị làm khí chế tạo từ thép cacbon Sơ đồ công nghệ làm MEA trình 13 ADIP thực tế không khác nhau, hệ thống làm Monoetanolamin dễ dàng chuyển đổi cho hoạt động với diizopropanolamin Quá trình ADIP ứng dụng rộng rãi nước để xử lý khí thiên nhiên dầu mỏ khí trình xúc tác nhà máy chế biến mỏ CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THỤ LÀM NGỌT KHÍ SỬ DỤNG DUNG MÔI MEA Tính toán thông số tháp hấp thụ làm khí amin I.Dữ liệu ban đầu %V M C1 C2 C3 n-C4 n-C5 H2S CO2 N2 80,0 5,0 3,5 2,5 2,0 1,0 2,5 3,5 34,080 44,010 28,010 16,043 30,070 44,097 58,124 72,151 +Lưu lượng khí nguyên liệu: 4,5.106 Std.m3/ngày đêm +Nhiệt độ khí nguyên liệu: 37oC +Hàm lượng khí H2S ra: 85 ppm (V) +Hàm lượng khí CO2 ra: 0,5 % V +Nồng độ MEA nghèo: 15,3 %KL +Tỉ lệ mol H2S/mol MEA : 0,02/1 +Tỉ lệ mol CO2/mol MEA : 0,20/1 +Nhiệt độ dòng MEA vào : 40oC +Áp suất nguyên liệu 1atm II.Các giá trị cần tính +Áp suất nhiệt độ làm việc tháp +Tính lưu lượng amin vào đáy tháp (amin giàu) +Số đĩa tháp hấp thụ +Đường kính tháp +Chiều cao tháp +Nhiệt độ dòng amin III.Các bước tính toán 14 Bước 1: Cụ thể hóa thông số đầu vào bao gồm • Nhiệt độ giả tới hạn áp suất giả tới hạn khí nguyên liệu là: ﾧ 190,55.0,8+305,43.0,05+369,82.0, pTc = ∑ TC j Y j = j =1 035+425,16.0,025+469,65.0,02+373,6.0,01+ ﾧ 4,61.0.8+4,88.0,05+4,25.0,035+3, 304,20.0,025+126,26.0,035= 216,4373 [K] p Pc = ∑ PY i i = i =1 8.0,025+3,37.0,02+9,01.0,01+7,38.0,025+3, 4.0,035= 4.63675 [Mpa] • Tỷ khối hỗn hợp khí so với không khí ( = ﾧ/29 =0,7293 • Thể tích 1mol khí nguyên liệu V=  Vậy số Vo Po T15,6 To P15,6 mol khí = M điều kiện (15,60C, 1at ) ﾧ 22, 4.1.288, = 23, 63[lit / mol ] 273.1 chua vào tháp nkc = (ở 4,5.106 = 7934,83[kmol / h] 24.23, 63 đktc) : ﾧ Khối lượng phân tử trung bình khí : Error: Reference source not found =∑ Mi.yi =0,8.16,043+ 0,05.30,07+0,035.44,097+ 0,025.58,124+ 0,02.72,151+ 0,01.34,080+ 0,025.44,01+ 0,035.28,01= 20,218465 dvc Khối lượng phân tử trung bình HC 0,8.16, 043 + 0, 05.30, 07 + 0, 035.44, 097= + 0, 025.58,124 + 0, 02.72,151 M tbHC = 0,93 ﾧﾧ 20,19076882 = 20,1908 dvc Bước 2: Tính toán áp suất làm việc tháp hấp thụ P≥ ﾧ PH S ﾧ : Áp suất H2S dung dịch PH P : Áp suất làm việc tháp b 2S MEA nghèo 15,3%KL nhiệt độ làm việc tháp (37oC) b : Hàm lượng H2S khí A, B số lg PH S = − H2S/MEA(15,3%) 40oC 100oC 15 T đơn vị oC P đơn vị mmHg Theo phương trình Antoine : ﾧ A T +B áp suất riêng phần Tại nhiệt độ 40oC (313K) có P=2,78477 mmHg Tại nhiệt độ 100oC (373K) có P=3.19469 mmHg (nhiệt độ tính theo K p tính theo mmHg) Thay giá trị P 40oC (313K) 100oC (373K) vào phương trình Antoine xác định giá trị A B sau : A = 5350,8 B = 17,54 Tại nhiệt độ 37oC (313K) áp suất riêng phần H2S/MEA lgPH2S =Error: Reference source −5350,8 + 17,54 37 + 273 not found ﾧ= 0,279248 Vậy PH2S = 0.279248 mmHg = 37,23 pa Plv ≥Error: Reference source not found 37, ﾧ =Error: Reference source not found PH 223 S 85.10 b 4380000 Pa= 4,38 Mpa ﾧ = −6 (Plv phải nhỏ áp suất tới hạn p = 337,5278 lg pH S = HA2 S− = 0,1284 T +C B C 1921,0 ﾧ áp suất riêng phần H2S [mmHg] 203,3 pH S Thay thông số vào (*) ta có  A, A=1,02 Nlt= 9,6995   ln   Bước 8: Tính số đĩa thực  0, 0085(1, 02 − 1)  + = ln1, 02 tháp Nthực= hiệu suất làm 0, 25 ≤Nξξlt ≤ 0, ξ việc đĩa với khí  N thực=[đĩa] Bước 9: Tính đường kính tháp 9, 6995 = 24, 2488 ; 25 0, hấp thụ 20 D = 0, 0114 Trong 0,1.Q.T ω p D: Đường kính tháp Q : Lưu lượng khí nguyên liệu, Q= 4,5.106/24= 187500 [m3/h] T : Nhiệt độ làm việc khí nguyên liệu, T= 310 [K] : Vận tốc tuyến tính khí ω tháp, chọn = 0,13[m/s]= 468 [m/h] P : Áp suất làm việc tháp, p= 4,38 [Mpa]  Vậy đường kính tháp D = 0.6071 [m] Bước 10: Tính chiều cao tháp H= Nthực d + h d : Khoảng cách đĩa chọn d=0,5÷0,6 [m] h : Chiều cao bổ trợ gồm chóp chóp thường lấy h= 1,2÷1,6 [m]  H = 25.0,5 + 1,2 = 13,7[m] KẾT LUẬN Với dòng khí nguyên liệu có hàm lượng CO2 2,5% H2S 1% để làm dòng khí phải dùng tháp hấp thụ tối thiểu đáp ứng điều kiện sau: +chiều cao 13,7 m +đường kính 0,6071 m +áp suất làm việc 4.38 Mpa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN KHÍ THIÊN NHIÊN VÀ KHÍ DẦU MỎ người dịch: Hoàng Minh Nam- Nguyễn Văn Phước- Nguyễn Đình Soa- Phan Minh Tân [2] TS Trần Xoa, TS nguyễn Trọng Khuông, Kỹ sư Hồ Lê Viên Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 21 [...]... động với diizopropanolamin Quá trình ADIP ứng dụng rộng rãi ở nước ngoài để xử lý khí thiên nhiên và dầu mỏ cũng như khí của quá trình xúc tác của các nhà máy chế biến mỏ CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THỤ LÀM NGỌT KHÍ SỬ DỤNG DUNG MÔI MEA Tính toán các thông số cơ bản của tháp hấp thụ làm ngọt khí bằng amin I.Dữ liệu ban đầu %V M C1 C2 C3 n-C4 n-C5 H2S CO2 N2 80,0 5,0 3,5 2,5 2,0... trình ăn mòn cho phép tăng nồng độ dung dịch MEA lên 30% để là tăng hiệu quả của quá trình Mức độ bão hoà khí Acid của MEA thường từ 0,3 – 0,4 mol/molDEA Quá trình làm ngọt khí bằng MEA thường được dùng để làm ngọt khí chua H 2S và CO2 khi áp suất riêng phần của chúng không cao hơn 0,6 – 0,7 Mpa * Đánh giá ưu nhược của quá trình làm ngọt khí bằng MEA - Ưu điểm: + MEA có khả năng phản ứng cao, ổn định và... CS2…) chứa trong khí nguyên liệu, khi tương tác với dung môi tạo thành các hợp chất không tái sinh hoặc khó tái sinh được Do vậy làm tổn hao một lượng đáng kể dung môi, làm mất hoạt tính chất hấp thụ, làm tăng tính tạo bột của dung môi, ngoài ra quy trình làm ngọt khí của MEA cần năng lượng cho việc tái sịnh dung môi hấp thụ lớn hơn các quy trình khác 1.3.3 Quy trình làm ngọt khí bằng DEA Những phản... trung bình của HC 0,8.16, 043 + 0, 05.30, 07 + 0, 035.44, 097= + 0, 025.58,124 + 0, 02.72,151 M tbHC = 0,93 ﾧﾧ 20,19076882 = 20,1908 dvc Bước 2: Tính toán áp suất làm việc của tháp hấp thụ P≥ ﾧ PH 2 S ﾧ : Áp suất hơi của H2S trên dung dịch PH P : Áp suất làm việc của tháp b 2S MEA nghèo 15,3%KL ở nhiệt độ làm việc của tháp (37oC) b : Hàm lượng H2S trong khí ngọt A, B là hằng số lg PH 2 S = − H2S /MEA( 15,3%)... nghệ hấp thụ bằng MEA 1 tháp hấp thụ; 2,3,4 thiết bị phân ly; 5,6 thiết bị làm nguội bằng không khí; 7,8 thiết bị làm lạnh bằng nước; 9 thiết bị trao đổi nhiệt; 10 tháp nhả hấp thụ; 11 Bộ phận đun nóng; I khí nguyên liệu; II khí sạch (khí ngọt) ; III Dung môi bão hoà; IV khí phân ly; V Dung môi đã nhả hấp thụ một phần; VI khí axit; VII Dung môi đã tái sinh tuần hoà trở lại tháp hấp thụ Trong các phản ứng... Lưu lượng khí nguyên liệu, Q= 4,5.106/24= 187500 [m3/h] T : Nhiệt độ làm việc của khí nguyên liệu, T= 310 [K] : Vận tốc tuyến tính của khí trong ω tháp, chọn = 0,13[m/s]= 468 [m/h] P : Áp suất làm việc của tháp, p= 4,38 [Mpa]  Vậy đường kính tháp D = 0.6071 [m] Bước 10: Tính chiều cao của tháp H= Nthực d + h d : Khoảng cách giữa các đĩa chọn d=0,5÷0,6 [m] h : Chiều cao bổ trợ gồm chóp trên và chóp... chất hấp thụ và tách các khí Acid: H 2H và CO2 được hấp thụ) Nhờ phản ứng hấp thụ của các muối MEA và các Acid ở nhiệt độ cao Các phản ứng hấp thụ hoá học là các phản ứng toả nhiệt rất mạnh, ngược lại phản ứng tái sinh (phản ứng phân huỷ các muối) là phản ứng thu nhiệt Dung môi hấp thụ hoá học dùng trong quá trình làm ngọt khí bằng MEA là dung dịch nước Mono Etanol amin, nồng độ MEA trong dung dịch... phần của H2S [mmHg] 203,3 pH 2 S Thay các thông số trên vào (*) ta có  A, A=1,02 Nlt= 9,6995   1 ln   Bước 8: Tính số đĩa thực của  0, 0085(1, 02 − 1)  + 1 = ln1, 02 tháp Nthực= trong đó hiệu suất làm 0, 25 ≤Nξξlt ≤ 0, 4 ξ việc của đĩa với khí  N thực=[đĩa] Bước 9: Tính đường kính tháp 9, 6995 = 24, 2488 ; 25 0, 4 hấp thụ 20 D = 0, 0114 Trong đó 0,1.Q.T ω p D: Đường kính tháp Q : Lưu lượng khí. .. +Lưu lượng khí nguyên liệu: 4,5.106 Std.m3/ngày đêm +Nhiệt độ khí nguyên liệu: 37oC +Hàm lượng khí H2S ra: 85 ppm (V) +Hàm lượng khí CO2 ra: 0,5 % V +Nồng độ MEA nghèo: 15,3 %KL +Tỉ lệ mol H2S/mol MEA : 0,02/1 +Tỉ lệ mol CO2/mol MEA : 0,20/1 +Nhiệt độ dòng MEA vào : 40oC +Áp suất nguyên liệu là 1atm II .Các giá trị cần tính +Áp suất và nhiệt độ làm việc của tháp +Tính lưu lượng amin vào ở đáy tháp (amin... trị cần tính +Áp suất và nhiệt độ làm việc của tháp +Tính lưu lượng amin vào ở đáy tháp (amin giàu) +Số đĩa của tháp hấp thụ +Đường kính tháp +Chiều cao tháp +Nhiệt độ của dòng amin III .Các bước tính toán 14 Bước 1: Cụ thể hóa các thông số đầu vào bao gồm • Nhiệt độ giả tới hạn và áp suất giả tới hạn của khí nguyên liệu là: ﾧ 190,55.0,8+305,43.0,05+369,82.0, 8 pTc = ∑ TC j Y j = j =1 035+425,16.0,025+469,65.0,02+373,6.0,01+