2. Tháp hấp thụ; 5.Bồn chứa tách khí; 7 Thiết bị tái sinh glycol; 8 Bồn chứa glycol.Khí khô
3.3.1.1 Làm ngọt khí bằng phơng pháp hấp thụ hoá học (dung môi hoá học).
học).
Hấp thụ hoá học chính là dùng các hợp chất có tính bazơ phản ứng với H2S, CO2 và các hợp chất của lu huỳnh. Do đó các chất bazơ phải là bazơ yếu, tan trong nớc, có độ nhớt lớn do đó ngời ta thờng dùng chất hấp thụ hoá học ở dạng dung dịch nớc.
Các chất dùng làm dung môi hoá học:
Để thoả mãn các yêu cầu trên ngời ta thờng chọn alkylamin hoặc alkanolamin. Các amin dùng để hấp phụ khí axit:
Monoetanolamin (MEA): H2N - CH2 - CH2 - OH Dietanolamin (DEA): HN(CH2CH2OH)2
Trietanolamin (TEA): N(CH2CH2OH)3
Disopropannolamin (DIPA): HN(CH2 - CHOH - CH3)2
Metyldietanolamin (MDEA): H3C - N - (CH2CH2OH)2
Diglycolamin (DGA): H2N - (CH2)2 - O - (CH2)2 - OH
Các tính chất hoá lý cơ bản của dung môi alkanolamin đợc trình bày ở dới đây:
Đại lợng đặc trng MEA DEA DIPA DGA
Khối lợng phân tử 61 105,1 133,2 105,1
Nhiệt độ sôi, 0C ở áp suất (Pa) 110 660 1320 171 100 69 - 187 150 248,7 167 133 221 - - Ap suất hơi bão hoà ở 200C, Pa 48 1,33 1,33 1,33
Nhiệt độ đông đặc, 0C 10,5 28 42 9,5 Độ nhớt tuyệt đối, Pa 0,241 (ở 200C) 0,38 (ở 300C) 0,198 (ở 450C) 0,026 (ở 240C)
Độ hoà tan trong nớc ở 200C, %kl
Hoàn toàn
96,4 87 Hoàn
toàn Nhiệt hoá hơi ở 1.105 Pa, J/kg 1486,4 1205,9 722,5 917,4 - Ưu điểm và nhợc điểm khi dùng MEA:
+ Ưu điểm: loại đợc triệt để H2S, CO2 ra khỏi khí và đảm bảo áp suất riêng phần của khí phải nằm trong khoảng rộng. MEA có tính ổn định hoá học cao, dễ tái sinh, có khả năng phản ứng. Công nghệ và thiết bị đơn giản có độ bền cao; dung dịch MEA tơng đối khó hấp thụ hydrocacbon nên có khả năng làm tăng hiệu quả sản xuất lu huỳnh. MEA là chất có tính bazơ mạnh nhất, nhiệt toả ra trong phản ứng hấp thụ cao nhất nên MEA cho phép loại khí axit triệt để nhất trong số các amin nên trên. Nhờ có khả năng hấp thụ tốt, phân tử lợng bé mà ngời ta dùng MEA có nồng độ không cao so với việc dùng các chất khác.
+ Nhợc điểm: mức độ bão hoà của dung dịch thấp, lu lợng riêng chất hấp thụ và chi phí vận hành cao; một vài tạp chất (CO2, COS, CS2, HCN, SO2
và SO3) chứa trong khí nguyên liệu, khi tơng tác với dung môi tạo thành các hợp chất khó hoặc không tái sinh đợc, làm mất hoạt tính của chất hấp phụ, tăng tính tạo bọt và tính ăn mòn của dung môi; khi có COS, CS2 thì không nên dùng chất hấp thụ là MEA; mức thu hồi mercaptan và các hợp chất hữu cơ chứa lu huỳnh thấp; tăng khả năng tạo bọt khi có hydrocacbon lỏng, sulfua sắt, thiosulfit và các sản phẩm phân huỷ MEA, cũng nh các tạp chất cơ học và một số dạng chất ức chế ăn mòn rơi vào hệ thống.
T. ThấpT. Cao T. Cao
+ Ưu điểm: bảo đảm làm sạch triệt để khí khỏi H2S, CO2 khi có mặt COS và CS2 (vì DEA phản ứng với COS, CS2 tạo ra sản phẩm sẽ bị phân huỷ trong quá trình tái sinh chất hấp thụ); dung dịch DEA bền về mặt hoá học và dễ thu hồi; có áp suất hơi bão hoà thấp; công nghệ và thiết bị đơn giản; việc hấp thụ diễn ra ở nhiệt độ cao hơn so với khi dùng MEA nên tránh đợc sự tạo bọt mãnh liệt của dung dịch khi làm sạch khí có nồng độ các hydrocacbon nặng cao (hoặc hydrocacbon lỏng trong khí).
+ Nhợc điểm: DEA có khả năng hấp thụ thấp, lu lợng riêng của chất hấp thụ cao và chi phí vận hành lớn; một số tạp chất chứa trong nguyên liệu: một phần CO2 hoặc toàn bộ HCN tơng tác với DEA tạo thành một hợp chất không tái sinh đợc; khả năng hấp thụ các mercaptan và các hợp chất hữu cơ chứa lu huỳnh khác thấp.
- Ưu điểm và nhợc điểm khi dùng DIPA:
+ Ưu điểm: loại đợc triệt để H2S, CO2 khi có COS và RSH trong khí (vì lợng COS, RSH phản ứng với DIPA tạo thành hợp chất dễ tái sinh); chi phí hơi cho tái sinh DIPA thấp hơn hơn khi dùng MEA; hyđrocacbon hoà tan trong DIPA không nhiều.
+ Nhợc điểm: thiết bị hấp thụ dùng IPA là thép cacbon nên chi phí đầu t cao. - Ưu điểm và nhợc điểm của DGA:
+ Ưu điểm: loại đợc triệt để H2S ra khỏi khí (đến 5,7 mg/m3). Tơng tác của DGA với CO2, COS, CS2 và các mercaptan nhẹ vẫn cao. Độ bão hoà của dung dịch cao hơn so với MEA. So với MEA và DEA thì DGA có khả năng hấp thụ cao hơn, thất thoát dung môi (do tái sinh, do lôi cuốn) thấp hơn. + Nhợc điểm: khi tái sinh DGA phải thực hiện ở áp suất chân không do đó
tháp hấp thụ phải làm việc ở nhiệt độ. Vì thế khi chọn kim loại làm tháp phải đảm bảo ở nhiệt độ làm việc và nhiệt độ giải hấp nên chi phí làm tháp rất tốn kém và không đảm bảo độ bền.
- Cơ chế của quá trình hấp thụ hoá học
Bazơ amin phản ứng với khí axit tạo ra muối hữu cơ không bền dễ phân huỷ khi đun nóng,
Các phản ứng trên đều phát nhiệt, ở khoảng 1200C muối tạo thành đã bị phân huỷ nhiều. Việc tái sinh amin đợc thực hiện bằng cách đun nóng vì phản ứng phân huỷ muối kể trên xảy ra đủ nhiều ở nhiệt độ khoảng 1200C khi dùng MEA, còn nếu dùng chất khác thì nhiệt độ phân huỷ sẽ khác. Nếu amin có tính bazơ càng mạnh thì nhiệt lợng cung cấp để tái sinh càng lớn vì phản ứng phân huỷ thu nhiệt càng nhiều.
- Ưu điểm và nhợc điểm của phơng pháp hấp thụ hoá học:
+ Ưu điểm: các quá trình amin bảo đảm làm sạch triệt để khí khỏi H2S, CO2
với áp suất và nồng độ làm việc của chúng trong khí ban đầu khác nhau. Thiết bị và công nghệ của quá trình đơn giản , bền.
+ Nhợc điểm: không tách đợc toàn bộ H2S, CO2, RSH, COS và CS2; mức độ tách mercaptan và các hợp chất lu huỳnh khác thấp ; khi các chất trên tác dụng với chất hấp thụ sẽ tạo các hợp bền, khó bị phân huỷ khi tái sinh chất hấp thụ trong điều kiện làm việc của quá trình.
- Sơ đồ công nghệ làm ngọt khí bằng phơng pháp hấp thụ hoá học.
Hình 3.4 trình bày sơ đồ công nghệ loại khí axit bằng amin.