Hình 5.1 Sơ đồ nguyên lý quá trình tách nước của khí tự nhiên.
Khí tự nhiên là sản phẩm chính có lưu lượng rất lớn và không bị hấp phụ. Nước là chất bị hấp phụ có lưu lượng nhỏ. Bằng các đường thẳng liền và chấm chấm, sơ đồ là hệ 3 tháp, làm việc gián đoạn, mỗi chu kỳ thực hiện 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: hấp phụ trong tháp 1: khí nguyên liệu vào tháp 1, nước bị giữ lại, khí khô đi ra là sản phẩm.
Giai đoạn 2: Làm lạnh tháp 3 và nhả nước trong tháp 2 bằng cách dùng khí nguyên liệu cho qua tháp làm lạnh (là tháp vừa thực hiện quá trình nhả xong) để làm lạnh chất hấp phụ để chuẩn bị cho giai đoạn hấp phụ tiếp sau, rồi qua bộ phận sưởi, nó được nóng lên để sau đó qua tháp nhả 2 để kéo nước bị hấp phụ ra. Sau đó hỗn hợp được làm lạnh trong thiết ngưng tụ, phần lớn hơi nước bị ngưng tụ lại, được tách ra khỏi hỗn hợp, còn khí ẩm quay lại tháp 1 thực hiện lại giai đoạn 1.
Tháp 1 Tháp 2 Tháp 3
Chu kỳ 1 Hấp phụ Nhả Làm lạnh
Chu kỳ 2 Nhả Làm lạnh Hấp phụ
Chu kỳ 3 Làm lạnh Hấp phụ Nhả
Chu kỳ 4=1 Hấp phụ Nhả Làm lạnh
Trong hỗn hợp khí ẩm, nước sẽ bị hấp phụ mạnh nhất so với tất cả các cấu tử khác có trong nguyên liệu (hydrocarbon, H2S, CO2....) Theo độ tiến triển của quá trình hấp phụ, nước sẽ thay thế dần dần các chất bị hấp phụ khác và khả năng hấp phụ của nước bị ảnh hưởng rất ít bởi quá trình đồng hấp phụ tức hấp phụ nhiều cấu tử đồng thời. Với mục đích tách nước cho khí, giai đoạn hấp phụ có thể kéo dài cho đến khi nước xuất hiện ở đầu ra lớp chất hấp phụ. Tiếp đó là quá trình nhả nước loại TSA (nâng nhiệt độ) riêng biệt hoặc kết hợp PSA-TSA (giảm P và nâng T). Thời gian một chu kỳ khoảng vài giờ.
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 129 Silicagel, oxyt nhôm hoạt tính, zeolit có thể được sử dụng để sấy khô (tách nước) cho hydrocacbon khí và lỏng. Việc chọn lựa chất hấp phụ cần phải cân đối giữa giá cả và yêu cầu công nghệ. Khả năng "đồng hấp phụ" của một vài cấu tử và khả năng chấp hấp phụ mất đi hoạt tính là không thể tránh khỏi. Zeolit là một giải pháp tốt nhất vì nó cho phép tách nước triệt để nhất, nhờ vào khả năng chọn lọc của đường kính lỗ, tránh được hiện tượng "đồng hấp phụ" của các cấu tử làm hoạt tính của chấp hấp phụ mất đi nhanh chóng. Tuy nhiên, giải pháp này lại tốn kém nhất do giá của chất hấp phụ cao và tiêu tốn năng lượng cho quá trình hoàn nguyên là rất lớn. Zeolit thường được dùng khi đòi hỏi việc tách nước thật triệt để, hoặc khi muốn hấp phụ tách nước đồng thời với hấp thụ để khử lưu huỳnh cho nguyên liệu như trình bày trên hình 5.2. Một số ứng dụng của hấp phụ để tách nước từ các hỗn hợp:
- Khí chứa H2: sử dụng oxyt nhôm hay rây 4A
- Nguyên liệu cho phân xưởng tái tạo xăng xúc tác-RC và đồng phân hóa: thường sử dụng rây 4A cho phép tránh được hiện tượng "đồng hấp phụ" của các hydrocacbon.
- Nguyên liệu cho phân xưởng alkyl hoá: dùng rây 4A, hay thông dụng hơn là 3A do sự có mặt của các olefin.
- Khí của quá trình cracking trước khi phân riêng bằng quá trình làm lạnh: dùng oxyt nhôm, hay thông dụng hơn là rây 3A để hạn chế tạo cốc khi tái sinh.
- Các sản phẩm cuối, LPG, dung môi, kerosen, BTX, olefin: sử dụng rây 4A, 3A.
- Khí thiên nhiên: dùng silicagel, rây 4A, 5A. Khi muốn sản xuất khí thiên nhiên hoá lỏng hay muốn thu hồi triệt để methan, ta phải sử dụng zeolit. Nếu muốn tách nước và H2S cùng lúc thì loại 5A được sử dụng ưu tiên hơn là loại 4A. Rây 13X được sử dụng khi muốn tách mercaptan hay CO2.