PHẦN II: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM NGỌT KHÍ
2.3.4.Quy trình làm ngọt bằng ADIP:
Dung môi được dùng là dung dịch nước diizopropanolamin (DIPA); hàm lượng chất hoạt động trong đó có thể đạt đến 40%. Nhờ dung môi này, việc làm sạch triệt để khí khỏi H2S (đến 1.5mg/m3) được bảo đảm, diizopropanolamin có thể đồng thời làm sạch khí khỏi C02, cos và RSR. Hoạt tính của dung dịch DIPA theo C02 thấp hơn so với dung dich MEA. Trong quá trình làm sạch có đến 40 - 50% cos và RSR được hấp thụ. Diizopropanolamin tương tác với cos, C02 và RSR tạo thành các hợp chất dễ tái sinh, vì vậy sự phân huỷ của DIPA do tương tác với các hợp chất chứa lưu huỳnh và oxy ít hơn nhiều so với quá trình MEA (chi phí hơi cho tái sinhdung dich DIPA 2 lần nhỏ hơn trong quá trình MEA vào khoảng lkg/m3 khí
sạch khí có thể được chế tạo từ thép cacbon. Sơ đồ công nghệ làm sạch bằng MEA và quá trình ADIP thực tế không khác nhau, vì vậy hệ thống làm sạch bằng Monoetanolamin có thể dễ dàng chuyển đổi cho hoạt động với diizopropanolamin.
Quá trình ADIP ứng dụng rộng rãi ở nước ngoài để xử lý khí thiên nhiên và dầu mỏ cũng như khí của quá trình xúc tác của các nhà máy chế biến mỏ.
Quy trình làm ngọt khí bằng Kalỉcacbonat:
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
Dùng kalicacbonat làm dung môi hấp thụ hoá học để loại C02 và H2S ra khỏi hỗn hợp khí. Kalicacbonat nóng chảy sẽ hấp thụ C02 và H2S theo các phản ứng sau:
K2C03 + C02 +H20 <=> 2KHCO3 (II. 9)
K2co3 + H2s <=> KHS + KHCO3 (11.10)
Theo Ruziska thì phản ứng II.9 và 11.10 thực tế xảy ra theo hai bước: Đầu tiên là H0O phản ứng với K2C03
H20 + K2co3 -Ế=z> KOH + KHCO3 (II. 11)
Sau đó KaliHydrocit tạo thành sẽ phản ứng với C09 tạo thành Kalicacbonat:
K0H + C02 KHCO3 (11.12)
Còn với H2S:
KOH + H2S 1=^. KHS + H20 (11.13)
Quá trình sử dụng với khí tự nhiên có áp suất riêng phần khí Acid tương đối cao. Do vậy hiện nay quá trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat nóng chảy thường được sử dụng để làm ngọt khí tự nhiên có hàm lượng khí Acid trung bình và cao.
Quá trình làm ngọt khí này có sơ đồ công nghệ cũng gần tương tự với các quá trình làm ngọt bằng dung môi Alkanol amin. Tuy nhiên trong hệ thống làm ngọt khí
bằng Kalicacbonat nóng chảy này, các tháp hấp thụ vận
hành ở nhiệt độ cao hơn, do vậy tiết kiệm được một lượng nhiệtđáng kể cho
việc trao đổi nhiệt và làm nóng thiết bị, nhiệt độ cao cũng làm tăng khả năng hoà tan của Kalicabonat trong dung dịch. Điều này cho phép sử dụng dung dịch Kalicacbonat nóng chảy có nồng độ cao và tăng khả năng hấp thụ khí Acid của dung môi hấp thụ.
Từ các phản ứng (II.9), và (11.10) cho ta thấy nguyên nhân vì sao mà tháp hấp thụ phải vận hành ở nhiệt độ cao là : vì sản phẩm của cả hai phản ứng có nồng độ muối Kali cao hơn so với dung dịch muối Kalicacbonat ban đầu. Phản ứng giữa
Kalicacbonat nóng chảy được điều khiển bằng khả năng hoà tan của Kalicacbonat hơn là khả năng hoà tan của Kalicacbonat.
Quá trình làm ngọt khí bằng dung dịch Kalicacbonat nóng chảy được ứng dụng để loại một lượng lớn C09 trong số hỗn hợp khí một cách hiệu quả. Nó cũng được ứng dụng để làm ngọt khí tự nhiên chứa cả H2S và C02 nếu trong khí nguyên liệu không có C02 thì Kali Bisunfua rất khó tái sinh, vì vậy qúa trình làm ngọt khí bằng dung dịch Kalicacbonat nóng chảy không phù hợp để làm ngọt các hỗn hợp khí chứa ít hoặc không có C02.
Quá trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat nóng chảy có thuận lợi là: nó có thể loại được COS và CS2 mà không làm mất hoạt tính của dung môi hấp thụ. Các Bonylsunfua sẽ bị thuỷ phân theo phản ứng sau:
COS +H20 «=5. C02 + H2S (11.14)
Sau đó sản phẩm của phản ứng thuỷ phân (11.14) sẽ phản ứng với Kalicacbonat như phản ứng (II.9), (11.10) đã trình bày ở phần trên. Có vài chứng cứ cho rằng ở điều kiện làm việc của tháp hấp thụ trong quá trình làm ngọt khí bằng dung môi Kalicacbonat nóng chảy co s không bị thuỷ phân hoàn toàn và hiển nhiên có thể có vài ảnh hưởng của C02 và H2S đến cân bằng của phản ứng (11.14).
Trong dung dịch Kalicacbonat nóng chảy CS2 bị thuỷ phân tạo thành COS và H2S.
Với phương trình biểu diễn:
cs2 + H20 COS + H2S (11.15)
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
H2S tạo thành trong phản ứng (11.15) sẽ phản ứng trực tiếp với dung dịch Kalicacbonat nóng chảy theo phản ứng (11.10), còn cos sẽ bị thuỷ phân tiếp theo phản ứng (II. 14) tạo thành C02 và H2S, H2S và C02 sinh ra sẽ phản ứng trực tiếp với Kalicacbonat nóng chảy. Do hơn 1 bước thuỷ phân nên tốc độ phản ứng của CS2 với Kalicacbonat chậm hơn so với COS.
Theo Parrich và Neilson thì các Mecaptan phản ứng với dung dịch Kalicacbonat tạo thành các Mecaptua: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phương trình phản ứng:
K2C03 + RSH RSK + KHCO3 (11.16)
Từ (11.16) ta nhận thấy tính Acid của các Mecaptan giảm theo chiều dài của Hydrocacbon tăng, nên khả năng phản ứng của chúng với dung dịch Kalicacbonat nóng chảy giảm khi chiều dài của gốc Hydrocacbon tăng.
Parrich và Neilson đã đưa ra những số liệu về khả năng hấp thụ tương đối của khí Acid và các cấu tử không mong muốn, tốc độ phản ứng tương đối giữa Kalicacbonat với các khí Acid và các cấu tử không mong muốn:
Cấu tử Khả năng hấp thụ Tốc độ phản ứng < N 0 u 1,00 1,00 H2S 1,41 3,60
cos Thuỷ phân 0,36
CS2 Thuỷ phân 0,01
CH3SH 0,03 1,20
NH3 0,10 3,50
Sơ đồ nguyên tắc của quá trình làm ngọt khí bằng dung dịch Kalicacbonat nóng chảy.
Ở sơ đồ dòng khí chua qua thiết bị tách đầu vào (không được trình bày trên sơ đồ) và tiếp đến là trao đổi nhiệt với dòng khí ngọt đi ra ở đỉnh tháp hấp thụ (1). Dòng khí chua sau khi đã được làm nóng đi vào phần dưới của tháp hấp thụ (1) và đi từ đáy tháp lên tiếp xức với dùng Kalicacbonat nóng chảy (nghèo) đi từ trên xuống. Tháp hấp thụ ở quá trình làm ngọt khí bằng dung dịch Kalicacbonat nóng chảy thường vận hành ở nhiệt độ cỡ 230°F.
khí axit
<ỉ)ầ átt lất nụhiêfL (Bộ mòn : Jlt)e kí)á dần
Dòng khí ngọt đi ra từ đỉnh tháp hấp thụ (có hàm lượng hơi nước cao) sẽ nhường nhiệt cho dòng khí chua tại thiết bị trao đổi nhiệt. Trong quá trình làm lạnh dòng khí ngọt có một phần nước bị ngưng tụ, vì vậy nó phải được đưa vào thiết bị tách để tách nước.
Dung dịch Kalicacbonat giàu ra khỏi đáy tháp hấp thụ (với hàm lượng hơi nước cao) sẽ được đưa vào mâm trên cùng của tháp Stripping (2) vận hành ở áp suất khoảng 2 - 1 0 Psia. Do đó sự giảm áp suất đột ngột trong tháp Stripping nên một lượng lớn khí Acid được loại ra ngay ở mâm trên cùng của tháp. Sau đó dung môi đã được Stripping đi xuống (trong tháp Stripping ) để tái sinh sâu hơn nữa bởi dòng hơi Stripping được cung cấp bằng thiết bị gia nhiệt (5) ở phẩn đáy tháp Stripping.
Khí Acid cùng vói hơi nước đi ra ở đỉnh tháp Stripping, sẽ đi qua thiết bị ngưng tụ (4) để ngưng tụ hơi nước có trong khí Acid dòng hơi nước được ngưng tụ và khí Acid sẽ được đưa vào bình hồi lưu (3) ở đỉnh tháp Stripping, tại đây nước và khí acid sẽ được tách ra, nước sẽ được quay lại tháp Stripping như một dòng hồi lưu còn khí acid sẽ được đem đốt hoặc chế biến sâu hơn.
Dung môi tái sinh từ đáy tháp Stripping được bơm đến đỉnh tháp hấp thụ để tái sử dụng, tiếp tục một chu trình mới. Nhiệt độ của đáy tháp Stripping thường dao động trong khoảng 240 - 250°F.