TÌM HIỂU VỀ QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG MONOETHANOLAMINE TRONG CÔNG NGHIỆP

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BM-Q trình-Thiết bị cơng nghệ Hóa học-Thực phẩm BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: NHẬP MƠN KĨ THUẬT HĨA HỌC (CH2000) ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG MONOETHANOLAMINE TRONG CƠNG NGHIỆP GV hƣớng dẫn : Nhóm SV thực : Thầy Nghiêm Xuân Sơn Nhóm HÀ NỘI – 12/2016 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ……………………………………………………………………… MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… I TỔNG QUAN VỀ KHÍ H2S MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP LÀM NGỌT (SẠCH) KHÍ CĨ CHỨA H2S ……………………………………………….… Tổng quan khí H2S …………… ………………………………… … 1.1 Giới thiệu chung khí H2S 1.1.1 Đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lí 1.1.2 Tính chất hóa học 1.2 Nguồn gốc khí H2S 1.3 Tác hại khí H2S 1.3.1 Đối với người 1.3.2 Đối với thiết bị môi trường Một số phương pháp làm (sạch) khí có chứa H2S ….………………… 2.1 Sự cần thiết việc làm (sạch) khí có chứa H2S 2.2 Một số phương pháp làm (sạch) khí có chứa H2S 2.2.1 Phương pháp hấp thụ ………………………………………… 2.2.2 Phương pháp hấp phụ 2.2.3 Phương pháp thẩm thấu ……………………………………… II TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH MONOETHANOLAMINE ………………………………………………… Cơ sở hóa lý q trình làm khí phương pháp hấp thụ …… 1.1 Giới thiệu chung trình hấp thụ ………………………………… 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ ……………………….10 Cơ sở cơng nghệ hấp thụ khí H2S phương pháp hấp thụ hóa học dung dịch Monoethanolamine …………………………………… …… 13 2.1 Cơ sở cơng nghệ làm khí phương pháp hóa học ……… 13 2.2 Cơ sở cơng nghệ làm khí dung dịch Monoethanolamine 15 2.2.1 Tính chất chung Monoethanolamine (MEA) ……………….15 Page of 27 2.2.2 Cơ chế phản ứng yếu tố ảnh hưởng sử dụng MEA để hấp thụ H2S …………………………………………………… 16 2.3 Dây chuyền công nghệ chế độ làm việc cho thiết bị sử dụng MEA để hấp thụ khí H2S ………………………………………… 16 2.3.1 Cơng nghệ hấp thụ cấp ……………………………………… 16 2.3.2 Công nghệ hấp thụ cấp ……………………………………… 17 2.3.3 Điều kiện chế độ làm việc cho thiết bị ……………………… 18 2.4 Đánh giá ưu nhược điểm q trình làm khí MEA … 19 III MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH MONOETHANOLAMINE ……………… 20 Các thiết bị dây chuyền ……………………………………… 20 1.1 Thiết bị hấp thụ nhả hấp thụ 20 1.1.1 Tháp đệm 20 1.1.2 Tháp đĩa 20 1.1.3 Thiết bị hấp thụ loại màng 21 1.1.4 Tháp tái sinh 21 1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt 22 1.2.1 Thiết bị ngưng tụ kiểu 22 1.2.2 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm 22 1.3 Thiết bị phân ly: Bình chứa Amine giàu khí H2S 23 Lựa chọn công nghệ thiết bị phù hợp 23 2.1 2.2 Lựa chọn công nghệ ……………………………………………… 23 Lựa chọn thiết bị hấp thụ nhả hấp thụ ………………………… 24 IV THAM KHẢO PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ AXIT H2S BẰNG NATRI CACBONAT ……………………………………………………… 25 KẾT LUẬN ………………………………………….………………………… 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………….… 27 Page of 27 MỞ ĐẦU Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Viện Kĩ thuật Hóa học thiết kế chương trình học phần “Nhập mơn Kĩ thuật Hóa học (CH2000)” tổ chức buổi tham quan Nhà máy Phân đạm Hóa chất Hà Bắc bổ ích thiết thực cho sinh viên chúng em Đặc biệt, cho chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nghiêm Xn Sơn, Bộ mơn Q trình – Thiết bị cơng nghệ Hóa học – Thực phẩm, Viện Kĩ thuật Hóa học, người dành thời gian quý báu giúp đỡ chúng em nhiều để hoàn thành Đồ án môn học Học phần “Nhập môn Kĩ thuật Hóa học (CH2000) học phần quan trọng sinh viên năm Viện Kĩ thuật Hóa học chúng em Qua việc làm đồ án mơn học chúng em có hiểu biết rõ về chương trình đào tạo ngành Kỹ thuật Hóa học; có số hiểu biết trình thuộc lĩnh vực khác ngành Kỹ thuật Hóa học; nắm mối liên kết, giao thoa khoa học kỹ thuật công nghệ Chúng em làm quen với phương pháp làm việc khoa học, tra cứu tài liệu, kỹ làm việc nhóm, kỹ trình bày, thuyết trình vấn đề kĩ làm việc cần thiết cho chúng em sau Trong phạm vi nhiệm vụ giao, đồ án chúng em tìm hiểu Quá trình thiết bị hấp thụ khí axit H2S dung dịch alkanolamine Để hấp thụ khí axit H2S có nhiều phương pháp hấp thụ dung dịch alkanolamine phương pháp phổ biến tính kinh tế hiệu Trong đó, Monoethanolamine alkanolamine sử dụng rộng rãi Vì đồ án chúng em tập trung vào đề tài “Tìm hiểu Q trình thiết bị hấp thụ khí axit H2S Monoethanolamine công nghiệp” Danh sách thành viên nhóm bảng phân cơng cơng việc: STT Họ tên Mã số sinh viên Phân cơng cơng việc Nguyễn Văn Đạo 20150809 Tìm tài liệu; trình bày powerpoint Nguyễn Minh Đạt 20150846 Tìm tài liệu; tổng hợp trình bày báo cáo word Phạm Xuân Đạt 20150879 Tìm tài liệu, thuyết trình Nguyễn Minh Dung 20150584 Tìm tài liệu, thuyết trình Nguyễn Thị Dung 20150585 Tìm tài liệu, thuyết trình Page of 27 I TỔNG QUAN VỀ KHÍ H2S MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP LÀM NGỌT (SẠCH) KHÍ CĨ CHỨA H2S : Tổng quan khí H2S: 1.1 Giới thiệu chung khí H2S: Đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lí: 1.1.3 - Đihyđro sunfua H2S chất không màu, mùi trứng thối đặc trưng, nặng không khí - Ở điều kiện 200C 1atm, khí H2S có: + Khối lượng riêng: 1,5392x 103 (Kg/m3) + Khối lượng phân tử : 34,08 (Kg/Kmol) + Nhiệt độ nóng chảy: - 85,6oC + Nhiệt độ sôi : - 60,75oC - Khả tạo liên kết Hydro H2S yếu H2O - H2S bền, dể phân hủy, tan nước độ tan 200C 1atm 0,38g/100g nước, tan nhiều dung môi - Trong hợp chất H2S, lưu huỳnh (S) có số ơxi hóa thấp (-2) H2S có tính khử tác dụng với số hợp chất có tính ơxi hóa ơxy, kali pemanganat 1.1.4 Tính chất hóa học: a) Tính axit: Khí H2S tan nước tạo thành dung dịch axit sunfuahiđric yếu (yếu axit H2CO3) - Tác dụng với dung dịch kiềm tạo hai muối, muối trung hoà muối axit: H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O H2S + NaOH = NaHS + H2O - Đặc biệt H2S tác dụng với dung dịch muối cacbonat kim loại kiềm tạo muối hiđro cacbonat H2S + Na2CO3 = NaHCO3 + NaHS b) Tính khử mạnh: - Trong axit H2S muối (S có số oxi hố -2) nên chất khử mạnh H2S cháy khơng khí với lửa màu xanh 2H2S + 3O2 → H2O + 2SO2 Page of 27 - Nếu không cung cấp đủ khơng khí, H2S bị oxi hóa thành S Clo oxi hố H2S thành H2SO4 (khi có nước) 4Cl2 + H2S + 4H2O → H2SO4 + HCl - H2S tác dụng với kim loại kiềm tạo thành muối axit 2H2S + 2K → 2KHS + H2 - Cịn với kim loại khác tạo thành muối sunfua H2S khan không tác dụng với Cu, Ag, Hg, có mặt nước lại tác dụng nhanh làm cho bề mặt kim loại bị xám lại 4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O 1.2 Nguồn gốc khí H2S: - Trong thiên nhiên: H2S chất hữu cơ, rau cỏ thói rửa mà thành, đặc biệt nơi nước cạn, bờ biển sông hồ nông cạn, vết nứt núi lửa, suối, cống rãnh, hầm lị khai thác than - Trong sản xuất cơng nghiệp: H2S sinh trình sử dụng nhiên liệu có chứa lưu huỳnh - Theo Trung tâm thơng tin mơi trường tồn cầu (The Global Environment Information Centre-GEIC) uớc lượng từ mặt biển phát khoảng 30 triệu H2S năm, từ mặt đất phát khoảng 50-60 triệu năm từ sản xuất công nghiệp triệu năm 1.3 Tác hại khí H2S: 1.3.1 Đối với người: - Theo Quy chuẩn Kĩ thuật quốc gia Môi trường 2013, H2S khí độc với 5ppm gây ngộ độc choáng nhức đầu - Ở nồng độ > 150ppm làm tổn thương màng nhầy quan hô hấp - Với nồng độ 500ppm gây viêm phổi - Tiếp xúc ngắn với khí H2S với nồng độ 700-900ppm, khí xuyên qua màng phổi, vào máu gây tử vong 1.3.2 Đối với thiết bị mơi trường: - H2S ăn mịn đường ống thiết bị; làm ngộ độc xúc tác công nghiệp - Cháy tạo thành SO2 gây ô nhiễm môi trường - Giảm sinh trưởng, gây rụng lá, tổn thương thực vật Page of 27 Một số phƣơng pháp làm (sạch) khí có chứa H2S: 2.1 Sự cần thiết việc làm (sạch) khí có chứa H2S: - Do tồn khí axit H2S gây nên nhiều tác hại ăn mòn kim loại, giảm hiệu trình xúc tác, làm ngộ độc xúc tác, gây ô nhiễm môi trường, độc hại cho người sử dụng Nên có mặt cấu tử mang tính axit khí cần phải khống chế hàm lượng đủ nhỏ nhằm giảm thiểu tác hại mà khí axit gây cho thiết bị, máy móc, mơi trường sinh vật - Trong nhiều lĩnh vực công nghiệp người ta có quy chuẩn định cho khí H2S Như cơng nghiệp lọc hóa dầu thành phần khí thiên nhiên khí đồng hành: CHLB Nga quy định hàm lượng H2S < 22mg/m3 Ở Mỹ, H2S < 5,7 mg/m3 Do ta cần phải loại bỏ H2S xuống hàm lượng cho phép - Trên giới có nhiều nghiên cứu nhằm làm khí tự nhiên khí đồng hành khỏi cấu tử axit phương pháp hấp phụ phương pháp hấp thụ.Việc lựa chọn phương pháp làm khí cần ý đánh giá thành phần nguyên liệu bao gồm tạp chất mà khí thành phẩm yêu cầu phải loại bỏ Một số tạp chất tác dụng với dung mơi hình thành hợp chất hóa học mà giai đoạn tái sinh không bị phân hủy (phản ứng không thuận nghịch điều kiện trình) Điều dẫn đến giảm hoạt tính dung mơi kết dung mơi hồn tồn hoạt tính - Thực tế cho có lượng tạp chất nhỏ đơi lại gây ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn dung mơi cơng nghệ làm khí Ví dụ tỷ lệ H2S/CO2 khí nguyên liệu cần phải nhà công nghệ xem xét thận trọng nồng độ H2S khí axit yếu tố định lựa chọn cơng nghệ, phương pháp làm khí, phương pháp xử lý thu hồi chất thải công nghệ 2.2 Một số phƣơng pháp làm (sạch) khí có chứa H2S: 2.2.1 Phương pháp hấp thụ: a) Hấp thụ Hóa học: - Làm khí monoetanol amin (MEA) - Làm khí dung mơi diethanolamine (DEA) - Q trình làm khí ADIP (dung mơi diisopropanolamine - DIPA) - Q trình làm khí Stretford (dung mơi hấp thụ: dung dịch lỗng Na2CO3, NaVO3, ADA-anthraquinone disulfonic acid) Page of 27 - Làm khí Econamin (sử dụng dung mơi diglycolamine - DGA) - Làm khí dung dịch K2CO3 nóng - Hấp thụ hỗn hợp etanol amin với etylen glycol b) Hấp thụ Vật lý: - Quá trình FLOUR (chất hấp thụ: propylene carbonate) Đặt tên theo công ty sở hữu quyền quy trình cơng nghệ: Tập đồn FLOUR - Quá trình SELEXOL (chất hấp thụ: dimethylether polyethyleneglycol DMEPEG) (bản quyền Cơng ty Hóa chất Dow) - Q trình PURIZOL (chất hấp thụ: N-methylpyrolidon cịn gọi NMP) 2.2.2 Phương pháp hấp phụ : - Dùng chất hấp phụ thông thường Silicagel, Al2O3, than hoạt tính, zeolit, oxit kim loại: Fe2O3, ZnO, 2.2.3 Phương pháp thẩm thấu: Sử dụng màng – Membrane Khí có hàm lƣợng H2S cao Khí ngun liệu Khí có hàm lƣợng H2S thấp - Quá trình sử dụng màng trình nhằm loại bỏ CO2 (số lượng lớn) vết H2S từ khí tự nhiên Khi H2S có hàm lượng cao q trình khơng áp dụng hợp chất S hình thành màng gây bất lợi cho q trình Do đó, q trình khơng thích hợp cho việc loại bỏ lượng lớn khí axit, thường áp dụng để loại bỏ vết (cỡ ppm) H2S hay CO2 - Có loại màng: + màng Spiral Wound: cuộn lại + màng Hollow fiber: dạng sợi Page of 27 II KHÁI QT VỀ Q TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH AlKANOLAMINE: Cơ sở hóa lý q trình làm khí phƣơng pháp hấp thụ: 1.1 Giới thiệu chung trình hấp thụ: Hấp thụ q trình pha lỏng hút pha khí Khí hút chất bị hấp thụ, chất lỏng hút khí chất hấp thụ dung mơi Đi kèm trình hấp thụ trình nhả hấp thụ Hấp thụ nhả hấp thụ hai trình chuyển khối sử dụng để tách cấu tử khơng mong muốn khỏi khí tự nhiên khí đồng hành Bản chất hố lý hai trình hình thành cân hai pha khí lỏng khuếch tán từ chất pha sang pha Động lực trình khuếch tán chênh lệch riêng phần cấu tử pha lỏng pha khí Nếu áp suất riêng phần cấu tử pha khí lớn pha lỏng xảy trình hấp thụ, cịn ngược lại xảy q trình nhả hấp thụ Thực tế, tính tốn động lực q trình khuếch tán tính qua nồng độ cấu tử, áp suất riêng phần tỉ lệ với nồng độ Chất hấp thụ cần thoả mãn yêu cầu sau : - Có khả hấp thụ chọn lọc - Có áp suất bão hồ bé để mát dung mơi q trình bé - Nhiệt dung riêng bé để tiêu tốn lượng q trình tái sinh nhỏ mục đích để tiết kiệm lượng tiêu tốn, hiệu suất lượng tốt - Nhiệt độ sôi lớn nhiệt độ sôi chất bị hấp thụ, nhờ dễ tái sinh dung mơi chưng cất - Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh bị đóng rắn q trình làm việc - Độ nhớt chất hấp thụ nhỏ - Khơng tạo thành kết tủa hấp thụ - Có độ bền nhiệt độ bền oxy hố - Ít ăn mịn thiết bị - Khơng gây độc hại cho môi trường người - Giá thành rẻ dễ kiếm Quá trình hấp thụ sử dụng phổ biến cơng nghệ hố để tách cấu tử có tính axit H2S tính kinh tế hiệu Q trình hấp thụ nhả hấp thụ tiến hành q trình kín Page of 27 1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến q trình hấp thụ: 1.2.1 Độ hịa tan khí lỏng: Khí hịa tan lỏng tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành phần hai pha Hệ thống theo quy tắc pha (θ=2; K=2; C=2-2+2=2 ) coi hỗn hợp lỏng có hai thành phần Cân pha xác áp suất, nhiệt độ nồng độ Nếu nhiệt độ khơng đổi độ hịa tan phụ thuộc vào áp suất Sự phụ thuộc biểu thị định luật Henry: ycb= m.x Bảng Hệ số Henry dung dịch khí nhiệt độ (oC) Khí 10 20 30 40 50 60 70 80 H2S 0,208 0,278 0,367 0,463 0,566 0,672 0,782 0,905 1,03 1,09 1,12 CO2 0,553 0,792 1,08 1,14 1,77 2,15 2,59 … … SO2 0,0125 0,0184 0.027 0,0364 0,0495 0,0655 0,0839 0,104 0,128 0,15 … … 90 100 … Đối với khí lý tưởng, m số, dung để biểu diễn quan hệ ycb=f(x) đường thẳng Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x nên đường thẳng đường cong Hằng số cân tính: m=Ψ/P với: P áp suất, (at ) Ψ hệ số Henry, có thứ nguyên áp suất 1.2.2 Phương trình đường làm việc trình hấp thụ: Phương trình đường làm việc trình hấp thụ lập sở lý thuyết hai lớp màng Đó lớp màng ngăn cách pha lỏng khí Qua lớp màng, khí hỗn hợp khuếch tán vào pha lỏng Phương trình gọi phương trình đường nồng độ làm việc trình hấp thụ Nếu biểu diễn tọa độ X-Y, đường thẳng có hệ số góc A cắt trục tung B Y= X+Yc Xđ Hay : Y=A.X+B Trong : A= , B= Yc- Xđ số Gy lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, kmol/h; Page 10 of 27 C-nhiệt lượng riêng dung môi, J/kg.độ; tđ, t- nhiệt độ dung môi, oC; Mx, My- trọng lượng phân tử khí dung mơi Thay quan hệ: Gk=Gx.(X-Xđ) ta có: q.My.(X-Xđ) =C.(t-tđ).Mx Nhiệt độ dung dịch tính: t = tđ+ (X-Xđ), oC Ta thấy nhiệt độ chất lỏng phụ thuộc vào nồng độ khí hấp thụ X Cơ sở công nghệ hấp thụ khí H2S phƣơng pháp hấp thụ hóa học dung dịch Monoethanolamine : 2.1 Cơ sở công nghệ làm khí phƣơng pháp hóa học: Là q trình hấp thụ có phản ứng hố học xảy cấu tử dung môi cấu tử dung chất Quá trình hấp thụ xảy áp suất cao nhiệt độ , tái sinh chất hấp thụ thực áp suất thấp thường áp suất khí nhiệt độ cao Dung mơi hấp thụ thường dùng: dung dịch monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), diglycolamine (DGA) Quy trình cơng nghệ làm khí dung môi alkalnolamine thừa nhận ứng dụng rộng rãi kĩ thuật hóa học Khi áp suất riêng phần khí chua thấp trung bình khả hấp thụ alkalnolamine tăng theo tỷ lệ H2S CO2 So với phương pháp khác hấp thụ dung dịch alkalnolamine có:  Ưu điểm: Cho phép làm đến mức tinh H2S CO2 Độ hòa tan hydrocarbon chất hấp thụ không cao Công nghệ thiết bị đơn giản  Khuyết điểm: Khơng làm hồn tồn RSH, COS CS2 phản ứng thuận nghịch với COS, CS2 tạo sản phẩm bền không tái sinh khó tái sinh Mức độ lọai mercaptan hợp chất lưu hùynh thấp (Mercaptan hợp chất hữu có dạng R–SH có mùi trứng thối, thường có hỗn hợp khí gas) Page 13 of 27 Mercaptan, COS, CS2 tương tác với dung mơi khơng thể hịan ngun điều kiện phản ứng Yêu cầu hệ số hồi lưu cao, chi phí nhiệt lớn Có khả tạo chất gây ăn mịn cao Bảng Tính chất hố lý MEA,DEA,DIPA,DGA MEA DEA DIPA DGA Công thức phân tử C2H7NO C4H11NO2 C6H15NO2 C4H11NO2 Khối lượng phân tử 61 105,1 133,2 105,1 Khối lượng riêng(kg/m3) 1018 1090 989 1055 110 Pa 171 - 248,7 221 660 Pa 100 187 167 - 1320 Pa 69 150 133 - Tỷ trọng(20/20oC) 1,0179 1,0919 0,989 30/20oC (45/20oC) Áp suất bão hoà (Pa) 20oC 48 1,33 1,33 1,33 Nhiệt độ đông đặc (oC) 10,5 28 42 9,5 0,241 0,38 0,198 0,026 (ở 20oC) ( 30oC) ( 45oC) ( 24oC) Độ hoà tan nước (% KL) Hồn tồn 96,4 20oC 87 Hồn tồn Nhiệt hố (J/kg) 1.105 Pa 1486,4 1205,9 722,5 917,4 Nhiệt trị 15,6oC,J/kg & K 2544 2510 Điểm chóp chảy (0C) 93,3 137,8 Nhiệt độ sôi (oC) áp suất Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s) Page 14 of 27 2887 (30oC) 123,9 1,0572 2389 126,7 2.2 Cơ sở công nghệ làm khí dung dịch Monoethanolamine: 2.2.1 Tính chất chung Monoethanolamine (MEA): Alkanolamine hợp chất hóa học có chứa nhóm chức hydroxyl –OH nhóm chức amino (–NH2; –NHR; –NR2) gắn gốc alkane Hợp chất có nhiều ứng dụng cơng nghiệp Alkanolamine sử dụng dung môi, chất trung gian tổng hợp, làm chất hấp thụ Các alkanolamine sử dụng làm dung mơi hấp thụ hóa học khí H2S monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA),… nghiên cứu cấu trúc phân tử ankanol amin ta thấy có cấu trúc tương tự NH3 Về nguyên tắc dùng NH3 để loại H2S khỏi hidro cacbon NH3 bay mạnh gây khó khăn cho trình vận hành tổn thất lớn bay Đáng ý alkanolamine monoetanolamin (MEA).Phương pháp sử dụng từ năm 1930, ứng dụng rộng rãi Để làm khí tự nhiên người ta dùng dung dịch MEA nồng độ 15÷ 20% nước MEA amin có tính bazo mạng ankanol amin dùng làm dung môi hấp thụ nhiệt độ thấp phản ứng nhạy với axit , phản ứng với H2S CO2 MEA có khối lượng phân tử nhỏ ankanol amin nên nhiệt tỏa phản ứng hấp thụ khí axit lớn Đồng thời MEA bền mặt hóa học, dung dịch MEA bị phan hủy, MEA phản ứng thuận nghịch với COS, CS2 tạo sản phẩm bền khơng tái sinh khó tái sinh Vì gây tổn thất lớn lượng dung môi hấp thụ Mặt khác MEA có áp suất bão hịa cao nhất, áp suất bão hòa mea lớn gấp 30 lần DEA , so với 300 lần TEA q trình vận hành thường bị tổn hao lượng dung dịch MEA đáng kể bay DEA bazo yếu MEA bền mặt hóa học DEA phản ứng với H2S CO2 so với MEA, DEA phản ứng với COS,CS2 phản ứng xảy chậm so với MEA Do cấu trúc phân tử DEA cồng kềnh MEA gây cản trở cho phản ứng hóa học xảy Cơng thức cấu tạo MEA Công thức cấu tạo DEA (Ethanolamine - C2H7NO) (Diethanolamine - C4H11NO2) Page 15 of 27 2.2.2 Cơ chế phản ứng yếu tố ảnh hưởng sử dụng MEA để hấp thụ H2S: Quá trình tương tác hóa học H2S với MEA:  2RNH2 + H2S  (RNH3)2S  (RNH3)2S+ H2S  2RNH3HS Trong R gốc -CH2-CH2-OH Ở nhiệt độ thấp, phản ứng xảy theo chiều thuận.Ở nhiệt độ cao, phản ứng xảy theo chiều ngược lại Nồng độ dung dịch MEA thường ≤ 15÷20 % tt Ta khơng sử dụng nồng độ cao hấp thụ, axit với nồng độ bão hòa cao làm tăng tính ăn mịn thiết bị Gần người ta có thêm chất ức chế ăn ăn mịn nên sử dụng với nồng độ lên tới 30% Mức bão hịa khí chua dung dịch khoảng 0,3÷0,4 mol/mol MEA Được ứng dụng làm dịng khí có áp suất riêng phần khí chua ≤ 0,6÷0,7 MPa Q trình hấp thụ H2S CO2 MEA xảy áp suất cao nhiệtđộ 25÷40oC, cịn tái sinh chất hấp thụ MEA thực áp suất gần áp suất khí nhiệt độ 150oC 2.3 Dây chuyền công nghệ chế độ làm việc cho thiết bị sử dụng MEA để hấp thụ khí H2S: 2.3.1 Cơng nghệ hấp thụ cấp: Hình1: Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ MEA cấp Page 16 of 27 1-Tháp hấp thụ, 2,3,4-Thiết bị phân ly, 5,6- thiết bị làm nguội khơng khí 7,8thiết bị làm lạnh nước, 9-thiết bị trao đổi nhiệt, 10-thiết bị nhả hấp thụ, 11-bộ phân đun nóng, I-Khí ngun liệu, II-Khí sạch(khí ngọt), III-dung mơi bão hịa, IV-khí phân ly, V-Dung mơi nhả hấp phụ phần, VI-Khí axit, VII-dung mơi tái sinh tuần hồn trở lại thiết bị hấp thụ Phương pháp hấp thụ sử dụng MEA thích hợp xử lý khí nồng độ tạp chất H2S CO2 nằm khoảng 0,5-2,5% đạt hiệu cao Vì khí có hàm lượng H2S CO2 lớn 2…2,5% mol trước dùng monoetanolamin hấp thụ cần sử dụng chất hấp thụ rẻ tiền Na2CO3 K2CO3 làm khí sơ để đảm bảo hiệu suất kinh tế hiệu suất phản ứng Khi nồng độ giảm xuống cịn 2,5%mol dùng MEA làm xuống độ yêu cầu nhỏ 0,5% Khí nguyên liệu đựơc cho vào phần tháp hấp thụ 1, dung dịch làm monoetanolamin (MEA) đựơc tưới ngược chiều từ xuống Khí dung dich MEA có lẫn H2S CO2 bay khỏi đỉnh tháp vào thiết bị phân li Khí khỏi đỉnh thiết bị phân li khí sạch, cịn dung dịch MEA có lẫn H2S CO2 hồn lưu lại vào tháp hấp thụ Dung dịch MEA hấp thụ H2S CO2 ( có lẫn khí hirocacbon etan, propan ) tháo đáy tháp vào thiết bị phân li 3, phần nhỏ khí Hyrocacbon nặng thu hồi thiết bị phân ly Còn dung dịch MEA cho qua thiết bị trao đổi nhiệt ( làm nóng ), qua tháp nhả hấp thụ 10, H2S CO2 có lẫn dung dich MEA ra khỏi đỉnh tháp, làm lạnh cho qua thiết bị phân ly 4, H2S CO2 bay khỏi đỉnh, cịn dung dich MEA hồn lưu trở tháp nhả hấp thụ 10 Dung dich MEA tái sinh lấy phía tháp 10 Một phần dung dịch thu hồi đáy tháp cho qua phận đun nóng 11 quay lại tháp nhả hấp thụ 10 để truyền nhiệt Phần lại cho qua thiết bị TĐN làm lạnh hoàn lưu quay lại tháp hấp thụ 2.3.2 Công nghệ hấp thụ cấp: Công nghệ hấp thụ cấp công ty BASF (đầy đủ tiếng Đức Badische Anilin- und Soda-Fabrik, tiếng Việt: Xí nghiệp Anilin Sôđa Baden) Nguyên tắc hoạt động: tượng tự sơ đồ cấp, nhiên công nghệ cấp giải hấp dựa vào giảm áp suất, chưng tái sinh dung môi Phần dung dịch vào tháp hấp thụ có loại dung dịch nghèo bán nghèo Dung dịch bán nghèo (còn lượng đáng kể CO2 H2S ) tức dung dịch chưa tái sinh chưng cất, dòng dùng để hấp thụ khí giàu CO2 H2S Dung dịch nghèo (dung dịch Page 17 of 27 qua thiết bị tái sinh chưng cất) dùng để tách loại H2S CO2 cịn lại khí Sử dụng sơ đồ công nghệ cấp hiệu so với sơ đồ cấp Làm giảm lượng nhiệt cần dùng cho trình nhả hấp thụ Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ MEA cấp 2.3.3 Điều kiện chế độ làm việc cho thiết bị a) Nhiệt độ: Trong phản ứng trên, MEA phản ứng với CO2 chậm so với H2S nhiệt độ thấp, nhiên nhiệt độ cao lại thuận lợi cho phản ứng nghịch (phản ứng nhả hấp thụ) trình trì nhiệt độ thấp, nhiệt độ tính toán dựa vào động học nhiệt động học phản ứng Các phản ứng hấp thụ phản ứng tỏa nhiệt mạnh ngược lại với trình nhả hấp thụ Vì tháp hấp thụ cần có hệ thống trao đổi nhiệt để đảm bảo khơng bị nhiệt, thuận lợi cho phản ứng nhả hấp thụ Và tháp nhả hấp thụ cần cung cấp nhiệt để tạo điều kiện cho phản ứng nhả hấp thụ xảy b) Nồng độ áp suất làm việc: Nồng độ MEA thường đạt 15-20% khối lượng, ngày có thêm chất ức chế ăn mịn tăng nồng độ lên 30% Mức độ bão hịa khí axit MEA ),3-0,4mol/l MEA(3) Q trình làm áp suất riêng phần khí