- Sau thời gian sử dụng chất hấp phụ mất hoạt tính.
CHƯƠNG 3: LÀM SẠCH KHÍ
3.4.1.2. Công nghệ Fluor sử dụng hiện nay (2004)
Tách H2S và CO2 khi hàm lượng CO2 tương đối thấp và trung bình
Quá trình này được thiết kế sử dụng xử lý cho khí khi có áp suất riêng phần của CO2 từ 60 - 120 psi, trong khi đó áp suất của dòng nhập liệu là 1000 psi tại nhiệt độ thường. Nguyên liệu được đưa vào qui trình, được sấy khô tại cụm sấy TEG để loại bỏ hoàn toàn nước để ngăn ngừa nước lẫn trong khí. Sau khi tách nước, nước được thu hồi, còn dòng khí tiếp tục được đưa vào thiết bị hấp thụ để thực hiện quá trình hấp thụ khí acid bằng dung môi propylen cacbonat, khí axít bị hấp thụ giữ lại trong dung môi, dòng đi ra từ đỉnh tháp đó là phần khí hydrocacbon đã được xử lý, nó được đưa ra ngoài sau khi đã được làm lạnh. Phần này sẽ được đem đi làm nguyên liệu cho các quá trình sản xuất tiếp theo.
Yêu cầu ở tháp hấp thụ này là nhiệt độ không được quá cao do quá trình hấp thụ chỉ xảy ra tốt khi nhiệt độ thấp.
Sản phẩm hấp thụ sẻ được chuyển ra ở phần dưới đáy của tháp thông qua bơm dùng tuabin hơi để thu hồi năng lượng, sau đó được đưa vào phía dưới tháp giải hấp thụ. Tháp giải hấp thụ được thiết kế chia làm ba phần riêng biệt trong tháp, phần dưới cùng là phần áp suất cao nhưng cũng nhỏ hơn so với áp suất của tháp hấp thụ, phần giữa tháp là phần áp suất trung bình, phần trên cùng của tháp là phần áp suất thấp.
Sở dĩ người ta thiết kế như vậy bởi vì quá trình giải hấp tăng khi áp suất giảm. Tuy nhiên, điều kiện áp suất ở đây chỉ cho phép giải hấp phần hydrocacbon đã bị hấp thụ trong dung môi, trong quá trình hấp thụ khí axít thì một lượng hydrocacbon cũng bị hấp thụ theo. Phần hấp thụ (bao gồm dung môi, CO2, H2S lẫn một số hydrocacbon bị hấp thụ) sẽ được lấy ra ở đáy tháp giải hấp thụ, khí hydrocacbon giải hấp sẽ được đưa đến máy nén tuần hoàn, sau đó qua thiết bị làm lạnh và được lấy ra ngoài là sản phẩm condensate (khí hydrocacbon ngưng tụ).
Hình 3.6. Quy trình công nghệ Fluor xử lý CO2 nồng độ thấp
Phần lỏng của tháp giải hấp áp suất cao sẽ được đưa lên tháp giải hấp áp suất trung bình, để tiếp tục giải hấp phần hydrocacbon chưa giải hấp, phần khí thu hồi ở phần áp suất trung bình cùng với phần khí ở phần giải hấp áp suất cao được đưa vào máy nén tuần hoàn. Phần lỏng của tháp áp suất trung bình tiếp tục đưa lên phần giải hấp áp suất thấp để tách triệt để phần khí hydrocacbon còn lại để thu hồi condensate, phần dung môi chứa khí axít được đưa qua tháp giải hấp thụ với áp suất khí quyển và áp suất chân không, vấn đề ở đây là phần thất thoát hydrocacbon trong phần dung môi này bao nhiêu là phù hợp, theo nhà thiết kế của qui trình này thì phần hydrocacbon mất mát khoảng 0,5 % là phù hợp.
Sau khi được đưa vào tháp giải hấp thứ hai này thì quá trình giải hấp thụ CO2 và H2S xảy ra và loại khí axít, tái sinh dung môi, như hình vẽ thì phần đáy của phần giải hấp với áp suất khí quyển sẽ đưa lên phần giải hấp với áp suất chân không, phần đáy của thiết bị giải hấp chân không là dung môi propylen cacbonat tái sinh được bơm tuần hoàn bơm trở lại đỉnh tháp hấp thụ, phần khí được giải hấp sẽ đem xử lý.
Ưu điểm của quá trình là dễ thực hiện, nhưng nhược điểm của nó là hấp phụ cả hydrocacbon vì vậy cần phải thêm một thiết bị để tách hydrocacbon, và ở quá trình nêu trên chỉ dùng cho khí có áp suất riêng phần của khí axít tương đối nhỏ 60 - 120 psi.
Tách H2S và CO2 khi hàm lượng CO2 cao
Khi hàm lượng CO2 cao thì phải có một quá trình công nghệ riêng bởi vì quá trình hấp thụ xảy ra hoàn toàn không giống như khi hàm lượng CO2 thấp. Lúc này đòi hỏi phải có thêm các thiết bị làm lạnh để làm lạnh tới mức các khí CO2 có thể hấp thụ hoàn toàn, ngoài ra còn phải có thêm các thiết bị tách nhanh (flash drum) để làm cho các dung môi hấp thụ khí axít có thể tách nhanh hơn trong tháp giải hấp thụ.
Vì vậy quá trình được thiết kế sơ bộ như sau (hình 3.7), sơ đồ công nghệ được cung cấp bởi công ty Flour hiện đang được áp dụng tại công ty này. Quá trình thực hiện khi áp suất riêng phần của CO2 từ 400 đến 1200 psi.
Hoạt động của qui trình này cũng tương tự như ở sơ đồ trên nhưng mà số lượng các flash drum nhiều hơn để tách triệt để hơn và khí được làm lạnh sâu hơn ở quá trình làm lạnh trước khi đưa vào trong tháp hấp thụ. Bởi vì khi chúng ta giảm nhiệt độ xuống thì sức căng bề mặt và độ nhớt của dung môi tăng, cho nên thuận lợi hơn cho quá trình hấp thụ khí axít, đồng thời quá trình lành lạnh sâu dung môi sẻ cho chúng ta lượng nhiệt lạnh để làm lạnh ngưng tụ condensate hay ngưng tụ CO2.
Hình 3.7. Quy trình công nghệ Fluor xử lý CO2 nồng độ cao
Nguyên liệu cho vào quá trình đầu tiên qua cụm tách nước TEG với dung môi trietylenglycol bằng quá trình hấp thụ và loại bỏ nước. Sau đó qua thiết bị trao đổi nhiệt để làm lạnh sơ bộ trước khi được làm lạnh đến nhiệt độ cho phép thực hiện được quá trình hấp thụ hoàn toàn khí axít, dòng khí sau khi qua thiết bị làm lạnh đạt nhiệt độ khoảng -390C.
Dòng khí sau khi làm lạnh kết hợp với dòng hydrocacbon hoàn lưu cho vào tháp hấp thụ cùng dòng chất hấp thụ hoàn lưu chảy từ trên xuống sẽ tiến hành hấp thụ các khí axít theo cơ chế hấp thụ vật lý, sản phẩm đỉnh là khí đã xử lý, sản phẩm đáy là dung môi bão hòa khí axít qua bơm và cho vào tháp giải hấp thứ nhất, ở đây tiến hành giải hấp các hydrocacbon bị hấp thụ trong quá trình hấp thụ vì ở đây sử dụng dung môi propylen cacbonat nó hấp thụ cả hydrocacbon, điều kiện ở đây sẽ được khống chế để cho quá trình chỉ giải hấp hydrocacbon mức tối đa mà không giải hấp khí axít.
Ở đây thiết bị giải hấp hydrocacbon, sẽ được thiết kế theo kiểu giảm dần áp suất khi cho giải hấp tương tự như ở công nghệ nêu trên, nhưng có sự khác biệt so với công nghệ trên là dòng hoàn lưu từ đáy tháp áp suất cao lên tháp giải hấp áp suất trung bình được gia nhiệt.
Sản phẩm đỉnh của 3 phần trong tháp giải hấp được đưa đến máy nén để lấy ra ngoài sau khi được làm lạnh và ngưng tụ (condensate), sản phẩm đáy của tháp giải hấp thụ 1 chứa nhiều khí axít sẽ được đưa qua tháp giải hấp khí axít và hoàn lưu dung môi, tuy nhiên ở đây khác với quá trình trước ở chổ nhiều thiết bị flash drum hơn. Ra khỏi qui trình là khí đã xử lý, condensate và phần khí axít được làm lạnh trước khi đi ra ngoài.
Tách H2S và CO2 khi hàm lượng H2S cao
Khi hàm lượng H2S tăng thì đòi hỏi phải có một qui trình mới để loại bỏ nó nhằm đáp ứng yêu cầu của sản phẩm. Khí xử lý theo tiêu chuẩn phải đạt hàm lượng H2S từ 4 - 50 ppmv (phần triệu thể tích).
Hình 3.8. Quy trình công nghệ Fluor xử lý H2S nồng độ cao
Ở sơ đồ công nghệ này có một thiết bị stripper hoạt động dưới áp suất chân không, nó dùng để tái sinh dung môi và có nhiệm vụ loại bỏ khí axít một cách triệt để. Thiết bị này nhận dòng trực tiếp từ tháp giải hấp hydrocacbon áp suất trung bình, phần này nhiều CO2, một số hydrocacbon nhẹ và cũng nhiều H2S tự do, nó được stripping đưa khí axít ra bên ngoài và tái sinh dung môi, một phần nữa mà nó nhận vào là từ tháp stripper khí quyển. Phần stripper khí quyển sẽ không thể tách hết khí axít lấy từ phần giải hấp hydrocacbon áp suất thấp ở tháp giải hấp, khí H2S được loại bỏ và sau đó được cho qua các xưởng xử lý lưu huỳnh trước khi tăng áp đến áp suất khí quyển.
Lượng H2S mất mát sẽ tăng nếu hàm lượng H2S trong khí nguyên liệu tăng, vì vậy trong quá trình này sẽ mất mát một lượng hydrocacbon lớn hơn.
Ưu nhược điểm của quá trình Fluor
Quá trình Fluor được ứng dụng rộng rải để tách khí axít trong khí thiên nhiên và khí đồng hành nó tương đối đơn giản về cấu tạo sơ đồ công nghệ, hấp thụ hầu như hoàn toàn các hợp chất axít. Quá trình Fluor không tiêu hao một lượng nhiệt để tái sinh dung môi và một số thông số nữa hơn hẳn so với các quá trình khác, sau đây là so sánh sơ bộ của quá trình Fluor với hấp thụ bằng MDEA ( biểu diễn qua biểu đồ).
Hình 5.9. Biểu đồ so sánh quá trình Fluor và MDEA
Nhưng quá trình Fluor có một số nhược điểm như dung môi cho quá trình tương đối đắt tiền và một điều quan trọng là lượng hydrocacbon bị mất mát do dung môi hấp thụ khá lớn. Vì vậy mà cần một qui trình giải hấp được tính toán kỹ lưỡng để không bị thất thoát hydrocacbon.