Nghiên cứu quá trình mang chất lỏng ion lên màng polyme và đánh giá khả năng tách khí CO2¬ khỏi hỗn hợp khí hidrocacbon

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để sử lý CO2 như phương pháp hấp thụ hóa học, phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp (phương pháp đông lạnh)…. Tuy nhiên khi hàm lượng CO2 trong các mỏ khí cao thì các phương phám nêu trên không còn phù hợp nữa. Vì vậy những phương pháp sử lý CO2 khác đang được nghiên cứu. Trong đó công nghệ tách CO2 bằng màng tẩm chất lỏng ion là phương pháp có hiệu quả rất cao, và đặc biệt phù hợp để dùng cho các mỏ khí có hàm lượng CO2 cao. Chính vì vậy mục tiêu của đề tài này là “Nghiên cứu quá trình mang chất lỏng ion lên màng polyme và đánh giá khả năng tách khí CO2¬ khỏi hỗn hợp khí hidrocacbon”.

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghiêp khai thác dầu mỏ và khí là một trong những ngành đóng góp rất lớn và nền công nghiệp năng lượng quốc gia. Khí, xăng, dầu là những mặt hàng đóng góp rất nhiều vào ổn định và phát triển kinh tế, không những thể hiện đúng chức năng mà còn ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác. Chính vì vậy không những dầu thô mà cả khí tự nhiên cũng được khá quan tâm khai thác. Hầu hết các mỏ khí khi khai thác đều lẫn các tạp chất khác nhau và việc loại bỏ các tạp chất đó đi rất là cần thiết để đáp ứng được các tiêu chuẩn về khí. Trong đó thì H 2 O, CO 2 , H2S và các tạp chất khác là những tạp chất nguy hại nhất cần phải kiểm soát và tách chúng ra để loại bỏ hoặc đem đi sử dụng với mục đích khác. Hiện nay các nước trên Thế giới ngay cả những nước trong khu vực Đông Nam Á như Indonesia,Malaysia đã phát hiện và đang khai thác nhiều mỏ khí có hàm lượng CO 2 cao (30% - 70% CO 2 thậm chí lên tới 90% CO 2 ). Ở nước ta hiện nay, cũng đã có nhiều khu vực có mỏ có trữ lượng khí lớn, đặc biệt có cấu tạo với hàm lượng CO 2 trong khí cao, trong bối cảnh nước ta hiện nay đi sâu vào nghiên cứu việc sử lý khí CO 2 vừa là thách thức vừa là cơ hội vì nghiên cứu về lĩnh vực này ở nước ta còn mới mẻ, đòi hỏi sự tham gia của nhiều nhà chuyên môn trong lĩnh vực dầu khí. Có rất nhiều phương pháp khác nhau để sử lý CO 2 như phương pháp hấp thụ hóa học, phương pháp chưng cất ở nhiệt độ thấp (phương pháp đông lạnh)…. Tuy nhiên khi hàm lượng CO 2 trong các mỏ khí cao thì các phương phám nêu trên không còn phù hợp nữa. Vì vậy những phương pháp sử lý CO 2 khác đang được nghiên cứu. Trong đó công nghệ tách CO 2 bằng màng tẩm chất lỏng ion là phương pháp có hiệu quả rất cao, và đặc biệt phù hợp để dùng cho các mỏ khí có hàm lượng CO 2 cao. Chính vì vậy mục tiêu của đề tài này là “Nghiên cứu quá trình mang chất lỏng ion lên màng polyme và đánh giá khả năng tách khí CO 2 khỏi hỗn hợp khí hidrocacbon”. Vì sự hạn chế về mặt thiết bị và thời gian nên phần nghiên cứu tìm hiểu của em đôi khi vẫn còn nhiều thiếu sót nên em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của các thầy cô để đề tài này được hoàn thiện hơn nữa. 1 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Tình hình khai thác khí tự nhiên ở Việt Nam Theo số liệu của năm 2004, Việt Nam có 27 mỏ khí được phát hiện, chủ yếu ở thềm lục địa dưới 200 m nước, chỉ có mỏ khí Tiền Hải C và D14 ở đất liền thuộc về MVHN (kể cả một số mỏ khí cùng với các mỏ dầu như: mỏ Bunga, Kekwa, Sư Tử Trắng…). Trong số 27 mỏ nêu trên có 5 mỏ khí có trữ lượng trên 30 tỉ m 3 chiếm khoảng 40% trữ lượng khí. Từ năm 1990, có khoảng 370 tỉ m 3 khí thiên nhiên có khả năng bổ sung đưa tổng số trữ lượng khí lên 394,7 tỉ m 3 , lượng khí đưa vào bờ sử dụng đạt 18,67 tỷ m 3 tính đến ngày 31/12/2004 trữ lượng khí dự kiến còn lại 357 tỷ m 3 [1]. Nhìn chung chất lượng các mỏ khí ở Việt Nam là khí ngọt trừ một số ít mỏ ở bể Malay-Thổ Chu có hàm lượng khí CO 2 cao, ngoài ra cũng có ít mỏ có hàm lượng H 2 S trung bình cao. Sản lượng khai thác khí đồng hành và không đồng hành đưa vào sử dụng bình quân hiện nay (2005) khoảng 17 triệu m 3 /ngày, trong đó sản lượng khí không đồng hành trên 11 triệu m 3 /ngày, sản lượng khí không đồng hành ở đất liền (mỏ Tiền Hải C) chỉ có trên 50 nghìn m 3 /ngày. Như vậy, sản lượng khai thác khí hàng năm hiện tại mới chỉ chiếm 1,6 % tổng trữ lượng khí hiện có. Trong tương lai khi hình thành và mở rộng các khu công nghiệp sử dụng khí. Các mỏ khí có hàm lượng CO 2 cao không nằm tập trung mà phân bố rải rác ở khu vực bể sông Hồng. Một số mỏ có hàm lượng CO 2 cao và cần được nghiên cứu xử lý được đưa ra ở bảng 4 (tổng trữ lượng của các mỏ khí này khoảng 1400 tỉ m 3 ). 2 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Bảng 1.1: Hàm lượng CO 2 tại các mỏ khí Cá Voi Xanh 115 A Ngựa Vằn / Sao La / Gấu Trúc Bạch Trĩ/ Hải Yến Bồ Nông / Sáo Đá Lô 118 115 111 112 113 Vị trí địa lý 15,84 o Bắc 109,43 o Đông 16,78 o Bắc 109,1 o Đông 17,5-17,7 o Bắc 107,86- 108,26 o Đông 17,2-17,5 o Bắc 107,37 o Đông 17,0- 17,5 o Bắc 108,42 o Đông Khoảng cách đến bờ 75km 100km 100/75/85 km 25/40km 85/70km Điểm bờ gần nhất Bờ biển Quảng Ngãi Bờ biển Đà Nẵng Bờ biển Thừa Thiên Huế Bờ biển Thừa Thiên Huế Bờ biển Thừa Thiên Huế Trữ lượng (tỷ m 3 ) 489,6 820,7 54,7 95,1 52,4 CO 2 (% mol) 75-80 78-93 5-39 27-40 40-48 1.2. Sự cần thiết phải tách khí CO 2 ra khỏi hỗn hợp khí 1.2.1. Khái quát về khí CO 2 Khí cacbonic (CO 2 ) hay còn gọi là cacbodioxit là chất khí không màu, không mùi, có vị chua. Khí cacbonic không cháy và không duy trì sự cháy, khi bị nén tới 60atm ở nhiệt độ phòng nó sẽ hóa lỏng. Khí cacbonic lỏng hóa hơi, một phần biến thành cacbonic rắn màu trắng (khí CO 2 lỏng, sôi ở 78,5 o C, 780mmHg) nén cacbonic rắn thu được tuyết khô. Trong không khí, khí CO 2 chiếm thành phần 0,03 % thể tích (N 2 = 78,09; O 2 = 20,95; Ar = 0,93) khí CO 2 nặng hơn không khí . Khí CO 2 hòa tan khá nhiều trong nước, độ hòa tan giảm khi nhiệt độ tăng Ví dụ: Ở 0 o C một thể tích H 2 O hòa tan 1,713 thể tích khí CO 2 Ở 10 o C một thể tích H 2 O hòa tan 1,194 thể tích khí CO 2 3 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Ở 20 o C một thể tích H 2 O hòa tan 0,878 thể tích khí CO 2 Khí CO 2 cũng khòa tan tốt trong dầu mỏ, trong rượu… Tính chất quan trọng của khí CO 2 là chỉ đóng vai trò là chất khử, không thể hiện tính oxi hóa do đã đạt đến giá trị dương cao nhất. Phản ứng quan trong của CO 2 là khi trong môi trường ẩm (có nước) khí CO 2 sẽ hòa tan trong nước tạo ra axit cabonic (H 2 CO 3 ) là một axit yếu gây ăn mòn đường ống và thiết bị. Trong mỏ hidrocacbon khí CO 2 có hàm lượng rất khác nhau từ vài ppm đến vài chục phần trăm. Thậm chí trong một số mỏ khí có hàm lượng CO 2 rất cao ( như: mỏ D- Alpha của Indonesia chứa trên 70% khí CO 2 , mỏ MC Elmo của Mỹ chứa trên 90% khí CO 2 …) 1.2.2 Ứng dụng của khí CO 2 CO 2 sau khi được tách ra khỏi dòng khí tự nhiên có thể được sử dụng vào các mục đích : - CO 2 dạng lỏng thường được dùng làm lạnh thực phẩm cả trước và trong quá trình vận chuyển. - Làm lạnh thực phẩm trong quá trình chế biến. - Dùng trong việc giết mổ gia cầm thay thế cho việc giết mổ bằng điện mà ta thường thấy. - Sử dụng như khí bao bọc sản phẩm: khí CO 2 thoát ra từ dạng lỏng được sử dụng như một môi trường trơ để ngăn chặn sự mất hương vị, sự gia tăng của các lại vi khuẩn làm hỏng thực phẩm do quá trình oxi hóa. - Sử dụng trong quá trình chiết chất lỏng tới hạn giúp lọc bỏ hết các chất cafein trong cà phê. - Khử trùng vật liệu thực phẩm . - Trong công nghiệp hóa chất, hóa học CO 2 được sử dụng để tạo ra: Chì cacbonat (chì trắng), Urê (sản xất phân đạm), (Na,K,NH 3 , và hidro) cacbonat: cacbonat axit, Natrixalyxylat (một hợp chất trung gian trong quá trình sản xuất aspirin trong công nghiệp dược), sử dụng trong công nghiệp giấy và bột giấy, sử dụng trong quá trình SFE. Những ứng dụng khác: CO 2 dạng lỏng và rắn cũng được sử dụng để bơm trực tiếp vào hệ thống phản ứng hóa học nhằm điều chỉnh nhiệt độ của hệ thống. - Trong nông nghiệp: CO 2 được dùng làm tác nhân để phun (xông) vào các tháp ủ thức ăn: 4 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Như một loại thuốc phun (thuốc trừ sâu) không độc hại, CO 2 sẽ giết chết sâu bọ, côn trùng bằng sự sấy khô chúng. CO 2 có những thuận lợi đáng kể khi cạnh tranh với các thuốc trừ sâu hóa học như: phôt phin, metybrômic… CO 2 được thêm vào nước tưới để tăng cường sự hấp thụ chất dinh dưỡng của thực vật, CO 2 được cho thêm vào có tác dụng làm thay đổi độ PH của đất trồng do đó làm tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng của thực phẩm. - Trong công nghiệp sản xuất đồ uống, nước giải khát: CO 2 chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực này để sản xuất các loại đồ uống nhẹ, mặc dù cũng dùng CO 2 để sản xuất rượu vang, một vài loại đồ uống khác như nước trái cây, sôđa… lỏng CO 2 được sử dụng để sản xuất đồ uống phải không có mùi và tinh khiết đến mức có thể, vì sự tinh khiết của CO 2 có thể ảnh hưởng đến hương vị của đồ uống. - Sản xuất băng khô, (Dry ice): Băng khô (Dry ice) hoặc CO 2 ở dạng rắn được tạo ra bằng sự hóa lỏng CO 2 ở áp suất khí quyển. Kết quả của sự hóa lỏng CO 2 tạo một phần CO 2 ở dạng khí và một phần CO 2 ở dạng rắn. CO 2 ở dạng tuyết (rắn) được nén ở áp suất cao trong các máy nén ép tạo ra các dạng khối hoặc viên, sau đó được đưa đến nơi tiêu thụ. Băng khô được sử dụng ở nhiều ngành công nghiệp do tính chất lạnh của nó. Trong hầu hết các ứng dụng làm lạnh, băng khô thay thế rất tốt cho nước đá vì nó có hiệu suất làm lạnh cao hơn và nhiệt độ làm lạnh thấp hơn. Một vài ứng dụng của băng khô là: + Làm lạnh thực phẩm, thịt, sản phẩm lạnh… trước khi chúng được chuyển tới các siêu thị. + Làm lạnh thực phẩm trên máy bay, tàu hỏa, làm lạnh dược phẩm… *Các ứng dụng khác: Dùng trong kỹ nghệ cứu hỏa: các bình cứu hỏa được bơm đầy bởi CO 2 tinh khiết hoặc cả hỗn hợp của các khí khác. Dùng CO 2 để dập lửa không gây ảnh hưởng (hư hại) đến vật liệu được dập lửa, đặc biệt ở những nơi mà vai trò của nước không đáng kể hoặc không có tác dụng. Dùng làm tác nhân thổi (Blowing agent) trong công nghiệp cao su, chất dẻo. Dùng làm dung môi: Trong sự phun sơn (Spray Painting) CO 2 siêu tới hạn được dùng thay thế cho các cấu tử dễ bay hơi VOC 5 (Volatile organic compounds). Mặc dù có nhiều loại khí khác cũng được sử dụng trong trường hợp này, song CO 2 có ưu điểm hơn do nó có thể hòa trộn tốt với các polime màu. Dùng CO 2 siêu tới hạn để làm sạch các chi tiết rất nhỏ, các thiết bị điện tử… 5 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Dùng CO 2 để bơm ép vào các vỉa trong quá trình khai thác dầu: Bằng phương pháp gaslift nhằm nâng cao hệ số thu hồi dầu. Trong phương pháp này khí CO 2 được đưa vào ống trống của giếng dầu với áp suất cao. Ở vị trí dưới mực chất lỏng tĩnh, CO 2 sẽ sủi bọt nổi lên trên qua chất lỏng tạo sự thông khí làm giảm áp suất cột chất lỏng, đẩy chất lỏng đi lên. Đây cũng là ứng dụng chủ yếu của CO 2 sau khi được tách ra khỏi dòng khí có hàm lượng CO 2 trong khí lớn, đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. 1.2. 3. Sự cần thiết phải loại bỏ khí CO 2 ra khỏi khí tự nhiên CO 2 và nước là các tạp chất thường có trong khí tự nhiên. Cần phải loại bỏ hai tạp chất này do: - Gây ăn mòn: CO 2 có mặt trong khí tạo ra môi trường ăn mòn các vật liệu tồn chứa và chuyên chở. Thép cacbon dùng trong công nghiệp dầu khí tiếp xúc với khí chứa 40 % CO 2 sẽ bị ăn mòn mạnh và cần phải sử dụng thép không gỉ, thép không gỉ hai lớp. - Giảm nhiệt trị: CO 2 trong khí sẽ làm giảm nhiệt trị và giá trị thương mại của khí - Nhiệt trị thể tích thấp: Khí nhiên liệu cung cấp cho tuabin khí, lò, chiếu sáng. Một trong những thách thức chính của khí có nhiệt trị thể tích thấp là không thể dùng cho một số tuabin khí. - Sự khuếch tán: Khí có hàm lượng CO 2 cao dùng cho hệ thống thắp sáng. Trong trường hợp ngọn lửa bị tắt, khí CO 2 nặng hơn không khí sẽ dễ di chuyển xuống thấp và làm cho nồng độ CO 2 tăng đột xuất gây ngạt cho những người vận hành. - Tạo hydrat: Khí có hàm lượng CO 2 cao dễ tạo thành hydrat hơn ở cùng nhiệt độ và áp suất gây tắc đường ống, van. Hydrat gây hậu quả nghiêm trọng khi thời tiết lạnh và áp suất cao. - Khả năng sử dụng khí CO 2 : Hiện nay chưa có nhiều quốc gia quan tâm đến việc tách CO 2 và bơm trở lại giếng. Với cảnh báo về sự ấm lên toàn cầu và hiệu ứng nhà kính. Một trong những giải pháp là bơm CO 2 trở lại giếng. Hơn nữa, việc khai thác và xử lý các mỏ khí có CO 2 cao sẽ tạo cơ sở cho quá trình bơm CO 2 để tăng hệ số thu hồi dầu. Do nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cùng với yêu cầu khắt khe về bảo vệ môi trường, nhiều loại khí đã và sẽ trở thành nguồn năng lượng quan trọng như: - Khí thiên nhiên và khí đồng hành - Khí biomass 6 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu - Khí hóa than Tuy nhiên, một số mỏ khí ở bể Sông Hồng Việt Nam chứa nhiều CO 2 (có khi lên tới 60-70%), đặc biệt là khí đồng hành thu được khi khai thác các mỏ dầu sử dụng CO 2 để tăng hệ số thu hồi. Khi đó, các phương pháp tách khí axit đang sử dụng không còn phù hợp. Khí hóa than và khí biomass cũng chứa hàm lượng CO 2 đáng kể làm giảm chất lượng và hiệu quả sử dụng các khí này. Ngoài ra, việc tách CO 2 trong khí thải đang là vấn đề dành được sự quan tâm đặc biệt trên thế giới và ở Việt Nam trong tương lai không xa. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để tạo ra phương pháp và vật liệu phù hợp để tách và xử lý khí CO 2 trong các nguồn khí khác nhau ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết, phù hợp với xu hướng chung trên Thế giới và với điều kiện Việt Nam. 1. 3. Tách CO 2 ra khỏi hỗn hợp khí tự nhiên bằng công nghệ màng lọc Màng là vật cản trở rất mỏng, có khả năng thấm chọn lọc một vài cấu tử của hỗn hợp. Cơ chế khuếch tán trong màng khác nhau đáng kể phụ thuộc vào dạng màng được sử dụng. Các dạng chủ yếu của màng tổng hợp: - Màng hữu cơ: Dạng đồng nhất/không đồng nhất (thường là các polymer vô định hình) - Màng vô cơ: +Dạng không có lỗ xốp (hợp kim Pb, oxit) dạng có lỗ (kim loại đioxit, zeolit) + Dạng cấu trúc/ không cấu trúc Tách khí CO 2 bằng công nghệ màng lọc là một phương pháp có hiệu quả rất cao, công nghệ này có liên quan đến kỹ thuật hiện đại. Phương pháp tách bằng màng lọc dựa trên sự thấm lọc khác nhau của các phần tử từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp ở 2 bên màng lọc. Vật liệu để chế tạo màng chủ yếu là các polime, ví dụ: cenlulo axetat. Ngoài công dụng tách CO 2 (làm ngọt khí) màng lọc còn được sử dụng trong nhiều quá trình khác như: thu hồi H 2 từ dòng khí tinh chế trong quá trình tổng hợp amôni, loại nước từ dòng khí tự nhiên, thu hồi N 2 từ không khí. Màng lọc để tách khí CO 2 thường được chế tạo theo dạng phiến bằng hoặc dạng sợi rỗng ở dạng phiến bằng thì các lớp màng xếp xen kẽ nhau từ vòng ngoài vào vòng trong theo hình xoắn ốc. Ở dạng sợi rỗng thì các sợi rỗng này được bọc lại vòng quanh ống trung tâm tương tự như lớp vỏ bọc xếp khít nhau. 7 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Khí nguyên liệu sẽ được đưa qua cạnh bình, khí giàu CO 2 được thẩm thấu qua lớp màng và được thoát ra ở một đầu của ống trung tâm. Dòng khí nghèo CO 2 sẽ được thoát ra ở một đầu khác. Công nghệ màng được sử dụng nhiều trong 2 lĩnh vực ứng dụng tách CO 2 chính như sau: -Xử lý khí thiên nhiên; -Tăng hệ số thu hồi dầu: Tại đây, CO 2 được tách ra khỏi khí đồng hành và đưa trở lại giếng dầu để tăng khả năng thu hồi dầu Đây là công nghệ rất phù hợp với việc tách khí có hàm lượng CO 2 cao. Ngoài ra, công nghệ này còn có rất nhiều ưu điểm đó là dễ vận hành, chi phí vận hành và lắp đặt thấp, kích thước nhỏ gọn, cho phép lắp đặt ở dạng module chắc chắn, trọng lượng nhỏ, dễ nâng cấp, có qui mô công suất lớn, có thể lắp đặt ngoài khơi, linh hoạt trong việc thay đổi nguyên liệu. Trên cơ sở nhận xét trên, cùng với việc tham khảo kinh nghiệm của các nhà cung cấp công nghệ trên thế giới, khả năng áp dụng công nghệ tách CO 2 phụ thuộc nhiều nhất vào thành phần CO 2 trong nguyên liệu và trong sản phẩm. Sự phụ thuộc này được tổng kết một cách gần đúng theo hình 1.1 8 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Hình 1.1. Khả năng áp dụng công nghệ theo hàm lượng CO 2 trong nguyên liệu đầu vào và trong sản phẩm Theo giản đồ này, để xử lý các mỏ khí có hàm lượng CO 2 trên 40% thì nên lựa chọn công nghệ màng. Theo phân tích ở trên, ở bể khí Sông Hồng với hàm lượng CO 2 (40- 80%) cao như vậy thì lựa chọn công nghệ màng là hợp lý. Đề xuất này cũng phù hợp với kết luận của Viện Dầu Khí trong “Qui hoạch phát triển và sử dụng khí phía Bắc Việt Nam (2001)”. 1.3.1 Vật liệu màng Hiện nay, để loại bỏ CO 2 từ dạng khí, phổ biến trên thị trường nhất là màng được chế tạo từ polyme như: các sợi cenlulo axetat, polyimit, polycacbonat, polyeteimit, polysunfo. Cenlulo axetat là vật liệu được thí nghiệm và sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống màng lọc. Polyimit có khả năng loại bỏ CO 2 nhưng không có ứng dụng rộng rãi. 9 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 3 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 10 % 40 % 50 % 80 % 7 % MÀNG KẾT HỢP MÀNG HOẶC AMINE % CO 2 đầu vào %CO 2 đầu ra Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Những tính chất của olyimit và các polyme khác có thể biến đổi để tăng thêm những tính năng của chúng. Ví dụ: olyimit ban đầu được sử dụng làm màng cho việc thu hồi hyđro nhưng sau đó nó được biến tính để loại bỏ CO 2. 1.3.2. Cấu trúc màng Dung dịch tạo ra màng gồm 1 lớp không lỗ vô cùng mỏng được gắn vào 1 lớp có lỗ dày hơn trên cùng một loại vật liệu. Cấu trúc màng được nói đên ở đây chính là cấu trúc màng không đồng chất (Asymmetric Membrane Structue). Cấu trúc này trái ngược hẳn với cấu trúc đồng nhất (homogenous structure). Ở đó tính xốp của màng kém, hoặc đồng nhất toàn diện hơn. Một ví dụ về cấu trúc không đồng nhất được minh hoạ trên (Hình 1.2) Lớp không có lỗ thường bắt gặp khi yêu cầu của màng là lý tưởng. Ở đó độ chọn lọc của màng cao hơn và màng cũng mỏng hơn. Lớp có lỗ sẽ cung cấp sự chống đỡ cơ học và cho phép dòng tự do của các cấu tử đó thẩm thấu qua lớp không có lỗ. Mặc dù các màng dạng không đồng nhất là sự cải tiến rất lớn dựa trên các cấu trúc màng đồng nhất, nhưng chúng cũng có một vài trở ngại. Bởi vì chúng chỉ bao gồm một loại vật liệu, đắt tiền, các polymer sản xuất theo yêu cầu của khách hàng đòi hỏi độ thẩm thấu cao, chúng thường được sản xuất với số lượng rất nhỏ. Sự khó khăn này đã được khắc phục bằng cách tạo ra một loại màng có tên gọi là màng hỗn hợp (composite membrane). Màng này gồm một lớp thẩm thấu chọn lọc rất mỏng (Seletive layer) chế tạo từ một loại Polymer được gắn vào một cấu trúc không đồng nhất được tạo ra từ một loại Polymer khác. Cấu trúc hỗn hợp này cho phép sản xuất màng sử dụng dễ dàng, vật liệu sẵn có. Một ví dụ về cấu trúc này được chỉ trên (hình 1.3). Cấu trúc hỗn hợp đang được sử dụng trong hầu hết các màng loại bỏ CO 2 vì những tính chất của lớp chọn lọc có thể được điều chỉnh dễ dàng mà không cần tăng chi phí cho màng. 10 Sinh viên: Lương Hữu Trung Lớp Lọc-hóa dầu K52 [...]... định chất lỏng ion trong màng được thực hiện bằng cách cho màng mang tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng ion, cho phép nó thấm chất lỏng [6] Trong phương pháp áp lực, sự giữ chất lỏng ion được thực hiện bằng cách đặt màng trong một bộ siêu lọc, cho thêm một lượng chất lỏng ion và dùng áp lực của khí nitơ để cưỡng bức chất lỏng ion đi vào bên trong các lỗ màng, và do đó, chất lỏng ion sẽ thế chỗ không khí. .. là chất phân cực, các khí hiđrôcacbon là những chất không phân cực Mặt khác các chất lỏng ion là những chất phân cực Vì vậy khi hỗn hợp khí này đi qua màng hấp phụ chất lỏng ion thì CO2 sẽ bị hấp phụ và khuếch tán qua màng chất lỏng ion Màng Khí nguyên liệu Phần thấm qua Trong một mao quản Hấp phụ Giải hấp khuếch tán Phần khí không thấm Khí mang Hình 1.17: Sơ đồ của quá trình tinh chế khí sử dụng màng. .. trước khi tẩm chất lỏng ion lên màng (hình 2.3) Hình 2.3 Hút ẩm màng trước khi tẩm chất lỏng ion Thao tác mang chất lỏng ion lên màng gồm các bước sau: Đặt màng trong đĩa thủy tinh và cho vào thiết bị hút ẩm để loại nước ra khỏi màng sau đó dùng cân để xác định khối lượng màng Nhúng màng đã hút ẩm vào đĩa thủy tinh đựng chất lỏng ion và đặt đĩa trong thiết bị hút ẩm trong khoảng 72h để chất 36 Sinh... quyền 1.4 Tách CO2 ra khỏi hỗn hợp khí CO2 và CH4 bằng công nghệ màng hấp phụ chất lỏng ion 1.4.1 Giới thiệu về chất lỏng ion( ILs) Chất lỏng ion (ILs) là các hợp chất dạng ion có nhiệt độ nóng chảy nhỏ hơn o 100 C Chúng được cấu tạo từ các cation hữu cơ và các anion hữu cơ hoặc vô cơ Việc thay đổi cấu trúc hoặc chiều dài của chuỗi cacbon của cation hoặc anion đều dẫn đến sự tạo thành các chất lỏng ion mới... Phương trình phản ứng: 33 Sinh viên: Lương Hữu Trung K52 Lớp Lọc-hóa dầu Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Lọc–hóa dầu Hình 2.1: Sơ đồ quá trình tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]BF4 2.1.2 Tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]CH3COO Quy trình tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]CH3COO gồm 2 giai đoạn : - Giai đoạn tổng hợp chất lỏng ion N-butyl metyl imidiazol clorua ([BMIM]Cl -) Đã trình bầy ở trên - Giai đoạn tổng hợp chất lỏng ion. .. khí CH4 qua màng tẩm chất lỏng ion tạo được Quá trình thực nghiêm được thực hiện tại phòng thí nghiệp bộ môn Lọc hóa dầu, khoa Dầu khí, trường Đại học Mỏ - Địa Chất 2.1 Tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]BF4 và [BMIM]CH3COO 2.1.1 Tổng hợp chất lỏng ion [BMIM]BF4 Quy trình tổng hợp IL [BMIM]BF4 gồm 2 giai đoạn : - Giai đoạn tổng hợp chất lỏng ion N-butyl metyl imidiazol clorua([BMIM]Cl) - Giai đoạn tổng hợp. .. các chất lỏng ion rất quan trọng cho các quá trình xúc tác Sự khác nhau về độ tan của chất đầu, sản phẩm, chất xúc tác trong chất lỏng ion là cần thiết để dễ dàng phân tách sản phẩm Những hiểu biết về tính tan của chất lỏng ion với các dung môi khác rất quan trọng trong quá trình chiết và tách ở các hệ thống hai pha Chất lỏng ion có khả năng hòa tan trong rất nhiều dung môi hữu cơ phân cực Tính chất. .. Tiến hành tách pha nhiệt độ thấp và sau đó màng đúc được tách pha nhiệt độ cao Cuối cùng màng được giữ trong chân không để loại bỏ dung môi còn dư Màng hấp phụ chất lỏng ion bao gồm chất lỏng ion mang lên màng xốp Sự khác nhau về tính tan và tính khuếch tán hoặc tương tác hóa học của các khí tạp chất so với khí tự nhiên dẫn đến cơ chế hòa tan khuếch tán để tách các khí tạp Sơ đồ quá trình tách được... trong một nghiên cứu đã đưa ra phương pháp chế tạo một loại màng mang chất lỏng ion mới [12] Màng mang chất lỏng ion được chế tạo bởi quá trình tách đa pha với tách pha nhiệt độ thấp và tách pha nhiệt độ cao Đầu tiên, màng mang và chất lỏng ion được hòa tan trong một dung môi để tạo dung dịch đúc Dung dịch đúc này được khuấy trộn, sau đó được đúc và làm khô, độ 29 Sinh viên: Lương Hữu Trung K52 Lớp Lọc-hóa... trong các lỗ màng [9] Trong phương pháp chân không, màng mang được ngâm chìm trong một thể tích chất lỏng ion và được đưa vào môi trường chân không để đuổi tất cả không khí được giữ trong các lỗ màng [11] Sau khi tất cả các quá trình được tiến hành thì lượng dư của chất lỏng ion trên bề mặt màng sẽ được loại bỏ bằng cách thấm hút với giấy lụa Gần đây, You-In Park và các cộng sự trong một nghiên cứu đã đưa . là Nghiên cứu quá trình mang chất lỏng ion lên màng polyme và đánh giá khả năng tách khí CO 2 khỏi hỗn hợp khí hidrocacbon”. Vì sự hạn chế về mặt thiết bị và thời gian nên phần nghiên cứu. áp suất cao. Ở vị trí dưới mực chất lỏng tĩnh, CO 2 sẽ sủi bọt nổi lên trên qua chất lỏng tạo sự thông khí làm giảm áp suất cột chất lỏng, đẩy chất lỏng đi lên. Đây cũng là ứng dụng chủ yếu của. dạng lỏng được sử dụng như một môi trường trơ để ngăn chặn sự mất hương vị, sự gia tăng của các lại vi khuẩn làm hỏng thực phẩm do quá trình oxi hóa. - Sử dụng trong quá trình chiết chất lỏng