((HO-CH2-CH2)2-N- CH3+CO2+H2O 2 3 3 2 ) CH - CH (HO NH CH CO + Q Qúa trình nhả hấp thụ : 2 3 2 ) CH - CH (HO NH CO (HO - CH2- CH2)2-NH + CO2+H2O – Q 2 3 3 2 ) CH - CH (HO NH CH CO ((HO - CH2- CH2)2-N-CH3 + CO2+ H2O – Q
Phản ứng đầu là phản ứng cho amine bậc ba (ví dụ MDEA). Phản ứng thứ hai là phản ứng cho amine bậc hai (ví dụ piperazine).
Khi rời khỏi công đoạn chuyển hoá CO, có hàm lượng
CO2 khoảng 8,2% mol khí khô. Do sự có mặt của hơi nước, khí này
cũng chứa một lượng nhiệt đáng kể có thể thu hồi được, chủ yếu là
nhiệt ngưng tụ. Lượng nhiệt này được thu hồi bởi bộ gia nhiệt nước
nồi hơi số hai 10E2013, nồi đun tháp giải hấp CO210E3002 và bộ
gia nhiệt nước mềm 10E3005. Sau khi nước ngưng tụ quá trình được
tách ra khỏi dòng khí trong bình tách khí cuối cùng 10V3004, khí này đi vào thấp hấp thụ CO2 tại nhiệt độ khoảng 750C.
Trong tháp hấp thụ CO2 10T3002, CO2 đựơc tách ra khỏi
dòng khí bằng hấp thụ ngược dòng trong hai cấp. Trong phần dưới
của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO2, trong phần trên của tháp này dung dịch thuần táI sinh
được dùng để tách CO2 còn lại. Tại đầu ra của tháp hấp thụ, hàm
lượng CO2 trong khí đã giảm thấp hơn 500ppm khí khô.
Các dung dịch đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 500C (dung dịch bán thuần) và 730C ( dung dịch bán thuần) và được gia nhiệt
đến khoảng 820C bởi các phản ứng toả nhiệt.
piperazine do đi vào trong khí công nghệ, đỉnh của tháp được cung
cấp với ba đĩa dạng nắp (bubble cap tray) có nguồn vào là nước lò hơi với lưu lượng 900-1000kg/h. Dung dịch giàu CO2 rời khỏi tháp hấp thụ CO2 được giảm áp thông qua tuốcbin thuỷ lực 10HT3001, tuôcbin này kéo một trong những bơm dung dịch bán thuần 10P3001A, do vậy, giảm mức tiêu thụ năng lượng của quá trình một cách đáng kể.
Tách tái sinh dung dịch giàu cao CO2 được thực hiện trong hai cấp để đạt được độ tinh khiết cao của sản phẩm CO2. Trong bình tách cao áp 10V3002, hầu hết các thành phần khí trơ hoà
tan được giải phóng tại áp suất khoảng 5,5 bar.
Dung dịch giàu CO2 tiếp tục đến bình tách thấp áp 10V3001, nơi mà hầu hết CO2 được tách ra khỏi dung dịch tại áp suất 0,27 bar. Quá trình tách được tăng cường bởi hỗn hợp hơi nước
và CO2 từ tháp giải hấp CO2 10T3001 hỗn hợp hơI nước và CO2 này
được đưa vào từ phía đáy của bình tách thấp áp.
CO2 thoát ra khỏi bình táh thấp áp chứa đầy hơi nước bão
hoà tại nhiệt độ khoảng 720C, hỗn hơp này được làm nguội xuống
450C trong bộ làm lạnh khí tách thấp áp 10E3006 và nước ngưng tụ được tách ra khỏi CO2 thành phẩm trong bình 10V3003. CO2thành phẩm rời khỏi 10V3003 được suất đến phân xưởng Ure ở áp suất 0,18 bar.
Dung dịch từ đáy của bình tách thấp áp được chia thành
hai dòng : Phần lớn dung dịch được bơm dung dich bán thuần 10P3001 đưa tới phần dưới của tháp hấp thụ. Phần còn lại được
chuyển đến tháp giải hấp để khử CO2bằng bơm chia dòng 10P3003A/B. Trước khi đi vào tháp giải hấp, dung dịch bán thuần
được gia nhiệt bằng dung dịch thuần đến từ đáy tháp giải hấp nhờ trao đổi nhiệt 10E3001. Giai đoạn tái sinh cuối cùng được thực hiện
nhiệt cho yêu cầu này được tạo ra trong nồi đun tháp giải hấp nhờ vào dòng khí công nghệ. Lưu lượng của dung dịch bán thuần đi vào tháp giải hấp CO2 được điều khiển bởi bộ điều khiển 10LIC3003, nhằm duy trì mực chất lỏng nhất định trong bồn đáy của tháp giả hấp CO2. Lưu lượng của dung dịch đến tháp hấp thụ CO2được dùng
như tín hiệu điều khiển thuận nhằm đạt được sự điều khiển mực chất
lỏng nhanh chóng.
Mực chất lỏng quá thấp trong tháp giải hấp CO2 sẽ ngắt nhóm an toàn khoá liên động IS-4 và sẽ ngưng toàn bộ các bơm
trong công đoạn tách CO2. Mực chất lỏng quá cao trong tháp giải hấp CO2 sẽ ngắt nhóm an toàn khoá liên động IS-5 và sẽ ngưng
dòng chảy của khí công nghệ đến tháp hấp thụ CO2và dòng dung dịch thuần rời khỏi tháp hấp thụ CO2. Ap suất trong tháp giải hấp CO2được điều khiển gián tiếp trong bình tách thấp áp, thiết bị này
được điều khiển bởi bộ điều khiển áp suất 10PIC3015. Lượng hơi
nứơc đựơc sản suất trong nồi đun của tháp giải hấp CO2 có thể được điều chỉnh nhờ đường bypast.
Nhiệt độ CO2 đã bão hoà hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải
hấp ở khoảng 900C sẽ đi qua bình tách thấp áp. Hơi nước ngưng tụ sẽ
làm tăng nhiệt độ trong bình tách thấp áp, kết quả là bình tách thấp áp làm việc tốt hơn.
Trước khi được bơm đến đỉnh tháp hấp thụ bằng bơm dung dịch thuần 10P3002 A/B, dung dịch thuần từ đáy tháp giải hấp được
làm nguội đến 500C nhờ trao đổi nhiệt 10E3001, bộ hâm nóng nước
mềm 10E3004 và bộ làm nguội dung dịch thuần 10E3003.
Khí nhả ra rừ bình tách cao áp đựơc đưa đến hệ thống khí
nhiên liệu reforming.
Ra khỏi thiết bị hấp thụ CO2 bằng dung dịch MDEA, NH3 đạt nông độ 99,85% và cấp cho xưởng Urea .
Hầu hết CO2 được hấp thụ trong công đoạn hấp thụ bán thuần tại đáy của tháp hấp thụ CO210T3002. Khí đầu vào tháp hấp
thụ bình thường chứa đựng khoảng 18,2 (18,3)%mol khô và hàm
lượng CO2tại đầu ra của phần đáy tháp hấp thụ là 5%mol khô. Lưu lượng và điều kiện của dung dịch bán thuần là hết sức quan trọng:
lưu lượng quá thấp hoặc quá trình tái sinh không thích hợp sẽ gây ra
quá tải cho đỉnh của tháp hấp thụ và khiến gia tăng sự rò rỉ CO2.
Lưu lượng phải được duy trì ở mức ổn định tại tốc độ thiết kế là 1825 (1978) tấn/h.
Phần CO2còn lại được hấp thụ bởi dung dịch thuần tại đỉnh của tháp hấp thụ. Hàm lượng CO2 tối đa trong đầu ra phải là 500ppm. Lưu lượng và điều kiện của dung dịch thuần là cực kỳ quan trọng để đạt được một quá trình tách CO2theo ý muốn. Lưu lượng phải được duy trì ổn định tại tốc độ thiết kế là 331 (356) tấn/h.
Mực chất lỏng trong bình 10V3001 không được điều khiển một cách tự động. Điều này có nghĩa là bình 10V3001 đóng vai trò
như bình tích trữ dung môi trong toàn bộ công đoạn tách CO2. Mực
chất lỏng phải được duy trì trong khoảng xác định. Nếu mực chất lỏng giảm hoặc tăng trong một khoảng thời gian ngắn, điều này
thông thường chỉ ra rằng hàm lượng nước trong dung dịch đã vựơt ra khỏi cân bằng. Việc phân tích cần được tiến hành để xác định nguyên nhân, và sau đó, quyết định lựa chọn phương án hành đông. Nếu hàm lượng nước là ngoài mức cho phép, nhiệt độ đầu vào và
đầu ra của công nghệ cần được kiểm tra và điều chỉnh tương thích.
Nếu mực chất lỏng là thấp và hàm lượng nước là bình thường, dung dịch make-up phải được đưa từ bồn chứa và bổ sung vào hệ thống. Dung dịch make-up đựơc bơm từ từ vào đáy của 10T3001 bơm 10P3005.
Kiểm tra mực chất lỏng trong nồi hơi tháp chưng cất
đang đi qua phía vỏ của bộ trao đổi nhiệt. Một mực nước cao cho thấy rằng có sự nghẽn dòng đầu ra đi xuống đáy của tháp 10T3001. Một mực chất lỏng thấp chỉ ra rằng có sự chèn lắp ngược (back- storing) trên khay take-off trong tháp 10T3001, điều này có thể là một trong những nguyên nhân gây ra quá trình tái sinh không đủ. Sự chèn ngược như thế có thể bị gây ra do khiếm khuyết trong khay take-off hoặc do nghẽn dòng chất lỏng.
Một dòng phụ của dung dịch thuần đuợc đưa từ phía sau
của van 10FV3022 và dẫn qua bộ lọc cơ học10FL3001 trước khi bị
khứ hồi ngược xuống phía dưới của van 10FV3022. Thông thường khoảng 10% lưu lượng dung dịch thuần sẽ đựơc dẫn đến các bộ lọc.
Sử dụng các van cầu vận hành bằng tay trên đầu ra của bộ lọc để
điều chỉnh lưu lượng, song không vượt quá độ giảm áp cho phép. Rửa bộ lọc cần được thực hiện theo cùng quy cách, sao cho sự thất thoát dung môi là thấp nhất.
3.4.4.Phân tích dòng nguyên liệu ra khoi bình hấp thụ CO2
Việc phân tích thường xuyên phải được thực hiện để xác
định :
Hàm lượng CO2 Khối lượng riêng Hoạt tính sủi bọt
Hàm lượng amine tổng cộng
Hàm lượng MDEA và piperazine
Sự hiện diện của các tạp chất như:Fe,Cr,và Ni
Những đại lượng này có ảnh hưởng lớn đến công suất hấp thụ của dung dịch. Thành phần của các dung dịch giàu, thuần và
bán thuần phải như sau:
theo khối lượng thuần thuần CO2 0,3 5,4 7,6 CO 0 0 1ppm H2 0 0 16ppm N2 0 0 40ppm CH4 0 0 1ppm Ar 0 0 <1ppm MDEA 37,6 35,0 34,4 Piperazine 3,0 2,8 2,7 H2O 59,1 56,8 55,4
3.4.5.Cân bằng nước trong bình hấp thụ CO2:
Cân bằng nước trong công đoạn tách CO2 phải được giám
sát, do sự pha loãng của dung dịch sẽ làm giảm khả năng hấp thụ và
do đó tăng lượng CO2thứa đầu ra. Tăng hàm lượng nước có thể được
phát hiện thông qua việc phân tích dung dịch thường xuyên hoặc
bằng cách tăng mực chất lỏng trong bình flash tháp ấp 10V3001. Theo thiết kế, cân bằng nước trong công đoạn tách ở mức thiếu hụt một chút. Điều này có nghĩa là một lượng nước nhỏ phải
được bổ sung vào một cách liên tục. Điểm bổ sung nước được đặt ở
trên đỉnh của tháp hấp thụ 10T3002, nhờ đó, khí công nghệ đi ra
được rửa và sự thất thoát dung dịch do cuốn theo khí và do bay hơi
được giảm thiểu. Dòng nước bổ sung nên có lưu lượng khoảng 894 (980) kg/h.
Cân bằng nước bị chi phối bởi nhiệt độ và áp suất của các dòng khí đi vào và đi ra khỏi hệ thống. Nếu hàm lượng nước tăng
lên, các thao tác sau đây cần được xem xét:
Giảm nhiệt độ khí công nghệ tại đầu vào của tháp hấp thụ bằng cách tăng công suất trong bộ trao đổi nhiệt 10E3002 và/hoặc 10E3005.
Thải nước từ đầu ra của bình 10V3003 của hệ thống. Tuy nhiên, cần ghi chú rằng điều này sẽ dẫn đến những thất thoát amines.
Nếu hàm lượng nước giảm xuống, các thao tác sau đây cần được
xem xé :
Tăng nhiệt độ khí công nghệ tại đầu vào của tháp hấp thụ bằng cách giảm công suất của bộ trao đổi nhiệt 10E3002 và/hoặc 10E3005 được cung cấp bởi đường
bypass
Tăng lưu lượng nước rửa đến đỉnh tháp 10T3002.
3.4.6. Hiện tượng cuốn CO2 vào trong khí công nghệ.
Việc cuốn theo CO2 từ đỉnh của tháp hấp thụ 10T3002
được cho biết nhờ điểm phân tích trực thuyến 10AI3021 và/hoặc bằng sự tăng nhiệt độ trong bình mêtan hoá.
Phản ứng trong bình mêtan hoá là phản ứng toả nhiệt mạnh, nó có thể dẫn đến sự rối loạn nhiệt độ (khoảng 600C cho 1%mol CO2).
CO2 dư ở dòng ra cần được giám sát một cách cẩn thận:
nếu nó tăng lên, cần thiết phải thực hiện các thao tác sau đây:
Kiểm tra tốc độ tuần hoàn của dung dịch, nhiệt độ và điều chỉnh nếu cần thiết.
Giảm tải khí công nghệ trên tháp hấp thụ bằng cách xả phía trứơc qua van 10HV3022.
Kiểm tra áp suất trong công đoạn tái sinh và điều chỉnh nhờ bộ điều khiển 10PIC3015 nếu cần thiết.
Bắt đầu phun dung dịch chống sủi bọt (nếu nghi ngờ tạo bọt độ giảm áp thông qua lớp vật liệu packing cần đựơc kiểm tra ).
Hoặc nếu tất cả những thứ khác đều thất bại, ngừng máy công đoạn mêtan hoá.
Một lượng dư CO2lớn trong dòng ra có thể do tốc độ tuần hoàn chất lỏng không đủ và/hoặc do quá trình tái sinh chất xúc tác dung môi không đầy đủ. Kiểm tra các điều kiện của quá trình, ví dụ tốc độ tuần hoàn, cân bằng năng lượng, nhiệt độ và áp suất.
Nếu các điều kiện vận hành vào khoảng bình thường, phân tích các mẫu khí công nghệ lấy từ đầu ra của phần đáy tháp hấp thụ
Hiên tượng cuốn CO2vào phần trên đỉnh
Nếu sự cuốn theo CO2được phát hiện là xảy ra chỉ ở phần trên đỉnh của tháp hấp thụ, phân tích dung dịch thuần.
Tải CO2quá cao trong dung dịch thuần có thể do có vấn
đề ở tháp chưng cất. Kiểm tra cân bằng năng lượng, sự vận hành của nồi đun và tốc độ tuần hoàn. Kiểm tra nồng độ CO2 trong tháp
chưng cất và giảm áp để xác định sự phân phối không đồng đều có thể xảy ra.
Nếu tải CO2trong dung dịch thuần gần với mức thiết kế, vấn đề có thể là do quá trình truyền khối không đầy đủ trong phần đỉnh của tháp hấp thụ. Xác định hàm lượng piperazine, amine và MDEA tổng cộng. Kiểm tra độ giảm áp và xác định để xác định sự phân phối không đồng đều có thể xảy ra.
Hiện tượng cuốn CO2 vào ở phần đáy
Nếu việc cuốn CO2được thực hiện ở phần đáy của tháp hấp thụ, phân tích dung dịch bán thuần.
Tải CO2quá lớn trong dòng bán thuần có thể do có vấn đề ở bình tách thấp áp. Kiểm tra áp suất, độ giảm áp và cân bằng năng
lượng (ví dụnhiệt từ tháp chưng cất).
Nếu tải CO2dưới hoặc gần với mức thiết kế, vấn đề có thể là do quá trình truyền khối trong phần đáy không đủ. Xác định hàm
lượng piperazine, amine và MDEA tổng cộng. Kiểm tra độ giảm áp và nồng độ để xác định sự phân phối không đồng đều có thể xảy ra.
Sự sủi bọt có thể xảy ra trong các tháp và các bình tách. Sự
sủi bọt được phát hiện nhờ sự gia tăng bất thường của độ giảm áp qua các lớp vật liệu packing đi kèm theo hiện tượng các dòng khí
không đủ độ tinh khiết cần thiết. Biện pháp đối phó ngay lập tức là
một lượng nhỏ dung dịch chống sủi bọt được thêm vào đến các tháp
và các bình tách đang có vấn đề.
Sủi bọt là do sự nhiễm bẩn, hoặc do các hạt hoặc do tenside. Nhiễm bẩn do các hạt có đặc điểm là có phản ứng yếu với các chất chống sủi bọt và không có sủi bọt sau khi lọc. Nhiễm bẩn do tenside có đặc điểm là có hoạt tính tạo bọt sau khi lọc và có phản ứng mạnh mẽ đến chất chống tạo bọt.
Nhiễm bẩn do các hạt có thể xảy ra do quá trình lọc ở dòng phụ (side stream) không đủ. Việc phân tích tấm lọc cần được
thực hiện để xác định nguồn gốc nhiễm bẩn. Các hạt có thể có nguồn gốc từ việc làm sạch không kỹ càng, hoặc chúng có thể là các hạt bụi chất xúc tác từ các bình phản ứng phía trước hoặc từ các sản phẩm do ăn mòn. Điều tra để xác định nguyên nhân và sau đó đưa ra
các biện pháp đối phó thích hợp.
Nếu sự sủi bọt là do tenside, xác định chúng bằng cách phân tích dùng môi và khí đầu vào. Tenside có thể là sản phẩm phụ phía trên tháp hấp thụ hoặc ở trong chính dung môi. Một ví dụ của
điều này là do các sản phẩm thoái hoá được tạo thành trong dung
môi do nhiệt độ đường ống quá cao trong nồi hơi 10E3002 (tối đa la 1750C). Trong một số ít trường hợp, tenside có thể là dầu nhờn từ một trong các máy động trong công đoạn tách CO2.
Nguyên nhân của sự sủi bọt không phải là vấn đề đáng bàn, điều quan trọng là đưa ra ngay biện pháp đối phó đối với nguồn
bọt.
3.4.7.Sự thất thoát chất hoà tan (dung môi MDEA).
Nếu sự thất thoát dung môi được phát hiện, nguyên nhân