Tiểu luận chế biến khí làm ngọt khí

1.1.2 Mục đích của việc làm ngọt khí [ CITATION Ngu14 \l 1033 ]Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành và khí hoá dầu ngoài khí Hydrocacbon còn chứa một số khí khác như: Khí chua H2S,

MỤC LỤC

1 Lý thuyết chung 3

1.1 Giới thiệu về làm ngọt khí 3

1.1.1 Thành phần cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành (1) 3

1.1.2 Mục đích của việc làm ngọt khí (2) 5

1.2 Phương pháp cơ bản 7

1.2.1 Hấp thụ vật lý 8

1.2.2 Hấp thụ hóa học 8

1.2.3 Làm ngọt bằng dung môi tổ hợp 9

1.3 Cơ sở lý thuyết 12

1.3.1 Quá trình hấp thụ 12

1.3.2 Cơ sớ hóa lý (3) 13

2 Công nghệ thực tế 19

2.1 Công nghệ làm ngọt khí bằng hấp thụ hóa học 19

2.1.1 Cơ sở công nghệ 19

2.1.2 Làm ngọt bằng dung môi monoetanol amin (MEA) 20

2.1.3 Quá trình làm sạch khí bằng dung môi DEA 24

2.1.4 Quá trình làm sạch khí ADIP 25

2.1.5 Quá trình làm sạch khí Econamin 25

2.1.6 Quá trình làm sạch khí stretford 25

2.1.7 Làm sạch bằng dung dịch K2CO3 nóng 26

2.1.8 Hấp thụ bằng hỗn hợp etanol amin với etylen glycol 26

2.2 Các công nghệ hấp thụ vật lý: 28

2.2.1 Cơ sở lý thuyết 28

2.2.2 Quá trình flour 29

2.2.3 Quá trình Selexol 31

2.2.4 Quá trình Purizol 31

3 Định hướng phát triển công nghệ, nhu cầu thị trường, thông tin báo chí 32

Danh mục hì

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 23

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 23

Hình 3 Sơ đồ làm sạch khí bằng dung dịch etanolamin và etylen glycol 29

Hình 4 Sơ đồ quy trình công nghệ Fluor 32

Danh mục bảngY Bảng 1 Thành phần khí ở bể Cửu Long (theo phần trăm thể tích) 5

Bảng 2: Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn 5

Bảng 3: Trình bày tóm tắt một số quy trình công nghệ làm ngọt khí 11

Bảng 4 Hệ số Henry của dung dịch khí 14

Bảng 5 Tính chất hoá lý cơ bản của MEA,DEA,DIPA,DGA (4) 20

Bảng 6: Tính chất hóa lý của propylene carbonate 30

Khí đồng hành nhận được từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ Trong thành phần của khí đồng hành, ngoài cấu tử chính là khí methane còn có ethane, propane,butane và các hydrocarbon nặng với hàm lượng đáng kể Thành phần những cấu tử cơ bản trong khí thay đổi trong một phạm vi khá rộng tùy theo mỏ dầu khai thác Ngoài ra, trong thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành còn có H2O, H2S cùng các hợp chất chứa lưu huỳnh, CO2, N2, và heli.

Người ta còn phân loại khí theo hàm lượng hydrocarbon từ propane trở lên Khí gioafu propane, butane, và các hydrocarbon nặng (trên 150g/m3) được gọi là khí béo (hoặc khí dầu) Từ khí này, người ta có thể chế được xăng khí, khí hóa lỏng (LPG) và các

hydrocarbon cho công nghệ tổng hợp hữu cơ Còn khí chứa ít hydrocarbon nặng từ propane trở lên, dưới mức 50g/m3 gọi là khí khô hay khí gầy được sử dụng trong công nghiệp và đời sống, làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sảnxuất phân đạm, sản xuất ethylene, acethylene, ethanol…

Trữ lượng khí có thể phát hiện ước tính vào khoảng 1.300 tỷ m3 khí Trữ lượng này phân

bố trên toàn bộ lãnh thổ nhưng chủ yếu là ở các bể Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Malay,

Thổ Chu Trong các bảng 1, bảng 2, bảng 3 dưới đây cho biết thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành được khai thác ở một số mỏ ở Việt Nam.

Hàm lượng CO2 ở bể song Hồng cao 75-85% Hàm lượng H2S, CO2 rất nhỏ trong khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, … rất thuận lợi cho chế biến và sử dụng, an toàn thiết bị, không gây ô nhiễm môi trường

Bảng 1 Thành phần khí ở bể Cửu Long (theo phần trăm thể tích)

Mỏ

Thành phần

Bạch Hổ(lô 9)

Rồng (Lô 9)

RạngĐông (lô9)

Ruby (lô1)Khí tự

nhiên

Khí đồnghành

-Bảng 2: Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn

Mỏ

Thành phần

ĐạiHùng

LanTây Lan đỏ

RồngĐôi

HảiThạch

MộcTĩnh

1.1.2 Mục đích của việc làm ngọt khí [ CITATION Ngu14 \l 1033 ]

Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành và khí hoá dầu ngoài khí Hydrocacbon còn chứa một số khí khác như: Khí chua (H2S, CO2), đồng thời còn chứa một lượng không lớn khí hữu cơ khác như: COS, CS2, Mecaptan … Sự tồn tại của chúng trong khí sẽ gây cản trở trong sự vận hành và chế biến khí, chúng gây ăn mòn thiết bị, gây ngộ độc chất xúc tác trong chế biến, đối với người sử dụng nó có ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ, gây ô nhiễm môi trường, khí cacbonic có phần ít độc hại hơn Nhưng nếu thành phần của chúng quá lớn thì sẽ làm giảm nhiệt trị của hỗn hợp khí

Mặt khác, Hydrosunfua (H2S) là khí dễ cháy (giới hạn cháy nổ rộng) là chất không có màu trứng thối rất khó chịu H2S rất độc có thể gây ngộ độc dẫn đến tử vong cho con người khi tiếp xúc lâu với nó ở nồng độ cao trong khí Cho nên, trong quá trình vận hànhkhí chúng ta phải hết sức quan tâm đến sự an toàn thiết bị, đề phòng rò rỉ khí Từ những

vấn đề phân tích trên chúng ta đã nhận thấy sự bất lợi và tác hại của khí chua H2S, CO2

có mặt trong khí tự nhiên, khí đồng hành Vì thế chúng ta cần phải loại bỏ chúng trước khi đưa vào chế biến, nói một cách khác chính là làm ngọt Tuy vậy, bên cạnh sự tác hại của khí chua, thì chúng vẫn có lợi còn ứng dụng được trong công nghiệp chế biến:

+ H2S là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất Lưu huỳnh nguyên chất và Acid Sunfuaric

+ CO2 cũng là nguyên nhiên liệu được dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm, trong công nghiệp hoá chất hoá học, trong nông nghiệp, trong công nghiệp sản xuất đồ uống nước giải khát

Vì vậy, khi lựa chọn các quy trình làm ngọt khí cần phải tính đến mức độ loại các cấu tử không mong muốn trên và tận dụng chúng để sản xuất ra các sản phẩm chuyên dùng cần thiết

* Tiêu chuẩn cho phép khí chua còn lại trong khí sạch

- ở Mỹ: Hàm lượng H2S cho phép  5,7 mgH2S/m3khí

- ở Nga: Hàm lượng H2S cho phép  20 mgH2S/m3khí

- ở Việt Nam : Hiện nay chưa có một quy định nào cụ thể nào, vì khí tự nhiên, khí đồng hành và khí hóa dầu của chúng ta có hàm lượng CO2 và H2S thấp, (trừ khí ở bể Sông Hồng có hàm lượng CO2 tương đối cao)

Nói chung, trong các quy trình công nghệ xử lý khí cần phải làm ngọt khí nhằm có mục đích:

- Giảm ăn mòn đường ống, thiết bị trong quá trình xử lý khí hay sử dụng khí

- Giảm thiểu khả năng gây ngộ độc chất xúc tác trong các công đoạn chế biến sâu

- Đảm bảo an toàn cho sức khoẻ và ô nhiễm môi trường.

- Đáp ứng tiêu chuẩn về các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm khí thương mại

- Thu hồi khi chua dùng cho các ngành công nghiệp khác, khi hàm lượng lưu huỳnh trong khí là đáng kể

1.2 Phương pháp cơ bản

Trong công nghiệp, chủ yếu người ta thường sử dụng phương pháp hấp thụ đẻ làm sạch khí khỏi H2S và CO2 Tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất axit mà người ta sử dụng các dung môi háp thụ khác nhau Các chất hấp thụ cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Có tính chọn lọc, đây là tính chất quan trọng nhất

- Độ nhớt của chất hấp thụ nhỏ

- Nhiệt dung riêng bé, tiêu tốn năng lượng cho quá trình tái sinh nhỏ

- Nhiệt độ sôi khác xa vối nhiệt độ sôi của cấu tử bị hấp phụ, nhờ vậy dễ dàng tái sinh dung môi bằng chưng cất

- Nhiệt độ đóng rắn thấp, không bị đóng rắn tại nhiệt độ làm việc

- Không tạo thành kết quả khi hấp thụ

- Ít bay hơi, ít mất mát trong quá trình tuần haofn chất hấp thụ

- Không độc, không gây ô nhiễm môi trường, không ăn mòn thiết bị

Có hai quá trình hấp thụ cơ bản là hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học, ngoài ra còn có phương pháp kết hợp làm ngọt bằng dung môi tổ hợp

1.2.1 Hấp thụ vật lý

Phương pháp hấp thụ này dùng bằng dùng môi hữu cơ gồm: Propylen cacbonat

(C3H6CO3), Di Metyl Ete Polyetylenglycol (DMEPEG), N- Metyl Pirrolidon… các dung môi này xử lý lượng khí chua trong khí bằng phương pháp hấp thụ vật lý

Ưu điểm của quá trình hấp thụ vật lý đó là các dung môi này có độ hoà tan tốt ở nhiệt độ thấp, khả năng hấp thụ cao các khí chua (đặc biệt là khí CO2, H2S) có thể làm sạch gần như là triệt để đồng thời chúng có tính ưu việt hơn hấp thụ hóa học ở chỗ: khi áp suất riêng phần của một khí chua lớn hơn điều kiện hấp thụ > 5 Mpa nó vẫn làm việc được Dung môi này thường không sủi bọt, không ăn mòn thiết bị, nhiều chất có nhiệt độ hấp thụ thấp ( 700C) nhiệt độ đặc thấp Đây là điều kiện quan trọng trong trường hợp áp dụng chúng ở vùng có khí hậu lạnh

Khi áp suất riêng phần của các tạp chất chứa Acid cao, quá trình làm sạch khí bằng dung môi hữu cơ (phương pháp hấp thụ vật lý) có yêu cầu kinh phí đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn đối với việc thực hiện bằng phương pháp hóa học bằng amin, do khả năng hấp thụ của khí chua và các hợp chất không mong muốn khác Việc tái sinh chất hấp thụ vật

lý diễn ra của nhiều trường hợp không cần cấp nhiệt mà nhờ giảm áp suất trong hệ thống

Nhược điểm của quá trình là: các dung môi hấp thụ được sử dụng hấp thụ tương đối các Hydrocacbon, và làm sạch triệt để khí trong nhiều trường hợp chỉ thỏa mãn sau khi xử lý

bổ sung bằng dung môi alkanolamin

1.2.2 Hấp thụ hóa học

Làm ngọt khí bằng dung môi hấp thụ hóa học là những dung dịch nước Alkanol amin Các Alkanol amin thường được sử dụng là: mono Etanol amin (MEA), di Etanol amin (DEA), Diglycol amin (DGA), TriEtanol amin (TEA), Di IzoPropanol amin (DIPA)…

Quá trình làm ngọt khí của các dung môi này là quá trình hấp thụ, trong khi tiếp xúc và phản ứng hóa học với khí chua Quá trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat cũng thuộc nhóm này Phương pháp làm ngọt này đảm bảo triệt để để khí chua, với hàm lượng trung bình và thấp, độ hoà tan Hydrocacbon trong dung môi hấp thụ này không đáng kể Thiết

bị, công nghệ đơn giản và bền

Nhược điểm cơ bản của quá trình là không tách được toàn bộ lượng khí chua H2S , CO2,CS2 và Mecaptan) ở khí có chứa hàm lượng lớn Vì lẽ đó hàm lượng các hợp chất chứa lưu huỳnh còn lại tương tác với dung môi tạo thành các hợp chất hóa học bền ,khó tái sinh ở điều kiện của quá trình Để thực hiện quá trình cần phải có bậc tuần hoàn chất hấp thụ cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn (chúng tăng lên khi nồng độ các chất không mong muốn tăng lên) bậc tuần hoàn chất hấp thụ cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn

Cùng với sự gia tăng nồng độ amin và mức bão hoà dung môi bởi khí chua các tạp chất không mong muốn thì hoạt tính ăn mòn hóa học của các chất hấp thụ Alkanol amin cũng tăng Vì vậy, khả năng hấp thụ của chúng thường bị hạn chế không phải bởi điều kiện cânbằng nhiệt động mà là bởi độ bão hoà giới hạn của các chất hấp thụ bằng các khí Acid

1.2.3 Làm ngọt bằng dung môi tổ hợp

Dung môi tổ hợp gồm Alkanol amin dung dịch nước với dung môi hữu cơ như Sunfolan, Metanol và dựa trên sự hấp thụ vật lý của các hợp chất không mong muốn bằng dung môihữu cơ và tương tác hóa học với Alkanol amin, là phần phản ứng tích cực của chất hấp thụ Các quá trình này kết hợp được nhiều ưu điểm của chất hấp thụ Các quá trình này kết hợp được nhiều ưu điểm của hấp thụ vật lý và hóa học Chúng có thể được sử dụng đểlàm sạch triệt để khỏi những khí chua H2S , CO2 , COS, CS2 và Mecaptan

Quá trình tuy có nhiều ưu điểm, có thể bổ sung cho nhau một cách hoàn hảo, nhưng nó không thể không có nhược điểm do các dung môi được sử dụng, hấp thụ đáng kể các Hydrocacbon (đặc biệt là các Hydrocacbon vòng thơm tan tốt) Điều này làm hạn chế khảnăng ứng dụng các quá trình hấp thụ vật lý và hóa học bởi vì để loại trừ sự thâp nhập số

lượng lớn Hydrocacbon nặng vào nguyên liệu của hệ thống sản xuất lưu huỳnh và trong thành phần của nhà máy chế biến khí cần phải có máy và thiết bị tách Hydrocacbon nặng khỏi khí nguyên liệu hoặc khí Acid trước khi đến hệ thống sản xuất lưu huỳnh (trong công nghệ cần có giai đoạn thu hồi các Hydrocacbon nặng bị cuốn theo bằng cách cho Hydrocacbon khi đã sạch quay vòng lại từ dưới lên trên dung môi đi từ trên xuống trong một tháp tiếp xúc, các Hydrocacbon sẽ bị cuốn theo dòng khí, còn dung môi bão hoà khí Acid, và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác được đưa sang tháp tái sinh) Tuy nhiên điều này không phải lúc nào cũng đóng vai trò chủ đạo liên quan đến việc chọn qú trình sử lý khỏi H2S và các hợp chất chứa lưu huỳnh và chất không mong muốn khác mà kèm theo

đó là chi phí đầu tư và hoạt động bổ sung trong quá trình vận hành Các quá trình hấp thụ vật lý có thể kinh tế hơn, là do các dung môi hữu cơ đảm bảo thu hồi chọn H2S trong sự

có mặt của CO2 và cho phép thu hồi tốt cho sản phẩm lưu huỳnh khi tỷ lệ H2S: CO2 Trong những điều kiện nhất định, các quá trình này có một số ưu điểm mà chỉ có thể pháthiện trên cơ sở phân tích kinh tế – kỹ thuật cao khỏi H2S , CO2 , Mecaptan và các hợp chất không mong muốn khác dựa trên hấp thụ hóa học và vật lý

Bảng 3: Trình bày tóm tắt một số quy trình công nghệ làm ngọt khí

Quy trình công nghệ Dung môi Quy trình

côngnghệ

Dung môi

* làm sạch bằng

Polyetlenglycol

(DMEPEG), N – MetylPirrolidon (NMP)

amin

Ekonamin Di Glycol amin Sun finol Hỗn hợp dung dịch nước

Di Izopropanol amin vàSunfolan

Rectizol Metanol (ở nhiệt độ thấp)

Các tiêu chuẩn cơ bản trong việc chọn chấp hấp thụ cũng như quá trình hấp thụtương ứng là: Nồng độ đầu và nồng độ cuối của các tử không mong muốn trong khí và ápsuất làm việc cho trước trong hệ thống hoặc áp suất riêng phần đầu và cuối của chúngtrong điều kiện làm sạch áp suất ban đầu xác định hệ thống tuần hoàn của 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 và áp suất cân bằng của khí được hấp thụ trên bề mặt dung môi ởnhiệt độ xác định chủ yếu dựa vào hệ số tuần hoàn và điều kiện tái sinh của dung môi hấp

thụ Vì vậy, tính kinh tế của quá trình được xác định trong khí nguyên liệu (khí chua) vàkhí đã làm sạch khí ngọt Trên cơ sở những dự liệu này người ta có thể đánh giá dungmôi nào trong các dung môi hấp thụ hóa học theo vật lý được ứng dụng hợp lý nhất đốivới điều kiện cho trước, sau đó phải xét đến tính đặc thù của các tạp chất chứa trong khí

và các phương án tương tác có thể có của chúng với dung môi hấp thụ, từ đó mới có thểchọn lựa quá trình thuận lợi để tiến hành khảo sát kinh tế, kỹ thuật

Tất cả các quy trình công nghệ được nêu trong bảng 3 ngoại trừ quy trìnhVetrocokk, đều dựa trên nguyên tắc hấp thụ hóa học hay vật lý các chất chứa lưu huỳnh,oxy không mong muốn và giải hấp chúng từ chất hấp thụ, đưa khí Acid chứa H2S đến hệthống sản xuất lưu huỳnh kiểu Clase Quy trình Vetrocokk dựa trên nguyên tắc hấp thụ

H2S bằng dụng môi hấp thụ hóa học và ôxy hóa trong thiết bị tái sinh thành lưu huỳnhnhờ sự có mặt của phụ gia hoạt tính trong chất hấp thụ và Oxy đi vào đáy tháp tái sinhcùng với không Quy trình làm ngọt khí Vetrocokk thường được sử dụng làm sạch khí vớinồng độ H2S thấp

1.3 Cơ sở lý thuyết

1.3.1 Quá trình hấp thụ

Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng Khí được hút gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng

để hút gọi là chất hấp thụ hay dung môi hấp thụ, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ Quá trình hấp thụ được dung để:

- Thu hồi các cấu tử quý

- Làm sạch khí

- Tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt

Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba, bắt buộc ta phải tiến hành qua trình nhả hấp thụ saukhi hấp thụ để tách cấu tử được hấp thụ ra khỏi dung môi Đối với các trường hợp khác, quá trình nhả là không cần thiết, trừ khi phải dung lại dung môi (dung môi quý).

Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, do đó cần chọn dung môi theo nhữngtính chẩ sau đây:

(1) Có tính chất hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan với một cấu tử, còn những cấu

tử khác không có khả năng hòa tan hoặc hòa tan rất ít

(2) Độ nhớt của dung môi phải bé, để giảm trở lực và tang hệ số chuyển khối

(3) Nhiệt dung riêng phải bé, để tiết kiệm năng lượng khi hoàn nguyên dung môi

(4) Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử hòa tan, để dễ dàng phân riêng chúng qua chưng luyện

(5) Có nhiệt độ đống rắn thấp, để tánh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị

(6) Không tạo thành kết tủa khi hòa tan, để tánh tắc thiết bị và dễ thu hồi

(7) Ít bay hơi, để tránh tổn thất

(8) Không độc và ăn mòn thiết bị

Tuy nhiên, trong thực tế, không có dung môi nào đạt được tất cả các tiêu chuẩn đã nêu

Vì vậy, khi chọn dung môi ta phải dựa vào những điều kiện cụ thể của sản xuất

1.3.2 Cơ sớ hóa lý [ CITATION GST08 \l 1033 ]

1.3.2.1 Độ hòa tan khí trong lỏng

Khí hòa tan trong lỏng sẽ tạp thành hỗn hợp hai cấu tử có hai thành phần và hai pha Hệ

thống như vạy theo quy tắc pha ( ∅ = 2, K =2, C= 2-2+2=2) được coi như hỗn hợp lỏng

có hai thành phần Cân bằng pha được xác định bởi áp suất , nhiệt độ, nồng độ Nếu nhiệt

độ không đổi, thì độ hòa tan phụ thuộc vào áp suất Sự phụ thuộc này được biểu thị bằng định luật Henry:

Bảng 4 Hệ số Henry của dung dịch khí

Đối với khí lý tưởng, m là hằng số, dung để biểu diễn quan hệ ycb =f(x) là đường thẳng Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x, nên đường cân bằng là đường cong Hằng số cân bằng được tính :

m= Ψ/P

với là hệ số Henry, được tra theo bảng 4, có thứ nguyên của áp suất; P – áp suất, at

Khi tính toán quá trình hấp thụ, ta thường dùng phần mol tương đối Y, X Quan hệ giữa phần mol x, y và phần mol tương đối X,Y như sau

Thay giá trị x, y vào phương trình 2.2.1 ta có quan hệ

(2.2.2)

Như vậy, quan hệ cân bằng tính theo phần mol tương đối sẽ luôn là một đường cong

1.3.2.2 Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ

Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ được lập trên cơ sở lý thuyết hai lớp màng Đó là lớp màng ngăn cách giữa pha lỏng và pha khí Qua lớp màng, khí trong hỗn hợp sẽ khuếch tán vào pha lỏng

Khi tính cân bằng vật liệu, thường người ta cho trước hỗn hợp khí, nồng độ đầu và cuối của khí bị hấp thụ tron ghỗn hợp khí và trong dung môi

Gọi: Gy- lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, kmol/h;

Yc- nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;

Gx- lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h;

Xđ- nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi;

Xc- nồng độ cuối của dung môi, kmol/kmol dung môi;

Xcb.đ-nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí

Trong quá trình hấp thụ, nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ làm việc, vì thế lượng dung môi thực tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường lớn hơn 20% Nếutính lượng dung môi theo 1kg khí trơ, ta có lượng dung môi tiêu hao riêng là:

l=

Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ của tháp ta có:

1.3.2.3 Ảnh hưởng của dung môi đến quá trình hấp thụ

Để xem xét vai trò của dung mooitrong hấp thụ, ta dựa vào phương trình chuyển khối chung và phương trình đường nồng độ làm việc

Phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ được tính theo công thức

G=Ky.F.Ytb

Trong điều kiện nhất định G là lượng không đổi và cũng có thế coi hệ số chuyển khối Ky cũng không đổi Do đó bề mặt tiếp xúc F chỉ được thay đổi tương ứng với sự thay đổi Ytb, sao cho tích F.Ytb là không đổi Bề mặt F thay đổi, tức là kích thước thiết bị thay đổi, lớn khi F tăng và bé khi F giảm

Dựa vào đồ thị ta thấy, khi Yđ,Yc và Xđ cố định thì nồng độ cuối của dung môi được quyết định theo động lực trung bình Ytb,tức điểm cuối của đường làm việc AB Điểm cuối của đường làm việc chỉ dịch chuyển từ A đến A4 Đường làm việc BA4, cắt đường cân bằng lúc này động lực trung bình Ytbsẽ là nhỏ nhất đường BA gần với trục tung nên

Vì F.Ytb không đổi nên ứng với đường BA4 cho F lớn nhất và ứng với đường BA cho F nhỏ nhất Dựa vào phương trình đường nồng độ làm việc ta cũng thấy tương ứng với đường BA4có A= bé nhất hay lượng dung môi ít nhất, ứng với đường BA có A= lớn nhất hay lượng dung môi nhiều nhất.

Vì vậy, nếu chọn dung môi ít nhất, ta thu được Xc lớn, nhưng thiết bị phải rất lớn, trái lại,nếu chọn dung môi lớn nhất, thì thiết bị bé ta thu được Xc quá bé hay dung dịch thu được quá loãng Do đó khi chọn điều kiện làm việc ta chỉ dựa vào chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

1.3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ

Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến quá trình hấp thụ mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng pha và động lực quá trình

Từ phương trình Henry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng, nên đường cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục tung

Vì vậy, nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, do đó cường độ làm việc cũng giảm theo Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ thì không những động lực trung bình giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được Vì vậy khi tăng nhiệt độ cũng ảnh hưởng xấu tới quá trình Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dung môi giảm, vận tốc khí tăng,cường độ chuyển khối cũng tăng theo

Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân bằng m giảm, do đó đường cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành, tức động lực trung bình sẽ tăng lên, quá trình chuyển khối sẽ tốt hơn Nhưng khi tăng áp suất luôn kèm theo tăng nhiệt độ nên nó cũng gây ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp thụ, mặt khác khi tăng áp suất cũng gây khó khăn

về mặt thiết bị, vì vậy áp suất cao chỉ áp dụng cho khí khó hòa tan

Quá trình hấp thụ xảy ra ở áp suất cao và nhiệt độ , còn tái sinh chất hấp thụ thì thực hiện

ở áp suất thấp thường ở áp suất khí quyển và nhiệt độ cao

Dung môi hấp thụ: dung dịch monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA),

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

 Khuyết điểm:

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

 Mức độ lọai mercaptan và các hợp chất lưu hùynh 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 phí nhiệt năng lớn

 Có khả năng tạo chất gây ăn mòn cao.

Hình 1 Cấu trúc các alkanolamines dung trong xử lý khí[ CITATION Art03 \l 1033 ]Bảng 5 Tính chất hoá lý cơ bản của MEA,DEA,DIPA,DGA.[ CITATION Art03 \l 1033 ]

Nhiệt độ sôi (oC) ở áp suất

Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s)

(ở 20oC) ( ở 30oC) ( ở

45oC)

( ở 24oC)

Độ hoà tan trong nước (%

Hoàn toàn

Nhiệt hoá hơi (J/kg) ở 1.105

2.1.2 Làm ngọt bằng dung môi monoetanol amin (MEA)

Trong quá trình hấp thụ hoá học: Người ta sử dụng dung dịch nước củacác alkanol amin như: Quá trình làm ngọt khí bằng dietanol amin (DEA), dizopropanol amin (ADIP), diglycolamin (DGA) và monoetanolamin (MEA)…