Khi sử dụng nhôm hoạt tính thì dòng khí phải được tách lỏng trước hoặc dòng khí phải khô vì nhôm hoạt tính có khả năng hấp phụ các hydrocacbon nặng và các hydrocacbon này khó tách ra khỏi dòng khí nên khó khăn cho quá trình tái sinh.
Sử dụng nhôm hoạt tính F-200 có dạng hình cầu, đường kính 1/8 inch, kích cỡ hạt đồng đều, với những đặc điểm như sau:
- Có khả năng tách nước trong dòng khí tốt khi có sự thay đổi thường xuyên của lưu lượng dòng khí vào.
- Có khả năng hấp phụ cao so với các loại nhôm hoạt tính khác.
- Bền cơ, bền hóa
- Có tính ổn định và thời gian sống dài.
2.3.1.2. Zeolit 4A
Đây là loại zeolit sử dụng trong tháp V06 với bột viên, mạng lưới, có khả năng hấp phụ các phân tử có đường kính <4Ao bao gồm ethanol, H2S, CO2, SO2,
C2H4
2.3.1.3. Tháp hấp phụ
Hình 2.3.1. Sơ đồ tháp hấp phụ
Cấu tạo của tháp hấp thụ có 3 lớp:
* Tầng hấp phụ phía trên cùng là oxit nhôm hoạt tính (Alumina) được sử dụng cho việc tách một lượng nước lớn bởi vì:
- Giá thành thấp hơn Silicagel và Zeolit
- Có tốc độ tách nước cao, nhưng hiệu suất tách không bằng zeolit - Khó bị làm bẩn và rây phân tử của oxit nhôm được bảo vệ tốt - Dễ dàng tái sinh
* Tầng hấp phụ thứ hai là màng phân tử (Zeolite 4A) có tác dụng hoàn thành công việc tách nước để hạ nhiệt độ điểm sương của dòng khí xuống theo yêu cầu là -750C ở 34, 5 Bar. Zeolit được chọn nhờ:
- Zeolit cho nhiệt độ điểm sương đầu ra dòng khí thấp nhất - Hàm lượng nước dòng khí đầu ra nhỏ hơn 0,03 ppm
* Lớp cuối cùng là đệm ceramic có tác dụng nâng đỡ cho tầng hấp phụ phía trên, bảo vệ màng phân tử khi tiếp xúc với dòng khí nóng trong quá trình tái sinh.
Dòng khí khô đi ra khỏi tháp hấp phụ thông qua thiết bị Dehydration After Filter (F-01A/B), một thiết bị hoạt động và thiết bị kia dự phòng. Thiết bị này có khả năng lọc các hạt chất hấp phụ bẩn kéo theo dòng khí.
Dòng khí ở 290C và 109 Bar được nhập liệu vào một trong hai tháp Dehydration Adsorbers (V-06A/B) có cấu tạo giống nhau, hoạt động song song, một thiết bị đóng vai trò hấp phụ, một thiết bị khác đóng vai trò tái sinh. Dòng khí đi vào thiết bị hấp phụ thông qua thiết bị phân phối khí và từ đó lần lượt đi xuống các tầng chất hấp phụ.
Hình 2.3.2. Sơ đồ quá trình hấp phụ và tái sinh hấp phụ tại V-06 A/B
• Quá trình hấp phụ
Khí từ Slug Catcher đầu tiên được đưa qua thiết bị tách lọc nước V-08, được thiết kế để tách 99% Hydrocacbon lỏng, nước tự do, dầu bôi trơn, chất rắn trong khí, rồi khí tiếp tục đi đến thiết bị khử nước tinh V-06A/B. Ở đây dầu có tác dụng
xấu đến hiệu năng và thời gian sống của chất hấp phụ phân tử. Nên cần có thiết bị tách thô để tách chúng đi nhằm bảo vệ rây phân tử.
Dòng khí ở 260C và áp suất 109 bar được nạp vào một trong hai thiết bị hấp phụ làm việc song song (V-06A/B). Dòng khí vào được phân phối, sau đó đi vào các tầng hấp phụ. Tầng hấp phụ đầu tiên là nhôm oxit hoạt tính để tách phần lớn nước, tầng thứ hai làm bằng rây phân tử để tách triệt để nước và giảm nhiệt độ điểm sương xuống đạt yêu cầu là -750C ở áp suất 34,5 bar.
Khí khô ra khỏi thiết bị hấp phụ được góp lại và đưa đến thiết bị lọc
F-01A/B để tách bụi của chất hấp phụ bị kéo theo. Sự chênh lệch áp suất được điều khiển bởi thiết bị DPA-0503A/B, áp suất cài đặt ở đây là 0,1 bar
Quá trình tái sinh.
Chất hấp phụ sau một thời gian (khoảng 8h) làm việc sẽ bị bão hòa nước, hoạt tính của chất hấp phụ giảm đi, lúc này chất hấp phụ cần được tái sinh. Quá trình tái sinh chất hấp phụ bao gồm các giai đoạn sau:
Chuyển tháp hấp phụ
Thiết bị đang ở chế độ dự phòng sẳn sàng đưa vào hoạt động song song với thiết bị đang hoạt động. Trong thời gian ngắn thì cả hai thiết bị hoạt động song song để:
• Tối thiểu sự thay đổi thành phần.
• Tối thiểu sự lôi cuốn của các giọt hydrocacbon lỏng tập hợp trên đường ống làm việc đầu vào trong thời gian điều áp.
• Tránh ngắt dòng khí.
• Tháp hấp phụ được tái sinh cô lập.
Giảm áp
Thiết bị hấp phụ được giảm áp sau khi cô lập cả dòng khí vào và dòng khí ra, khí từ áp suất 109 bar giảm xuống áp suất 35 bar mới qua thiết bị tái sinh.
Sự giảm áp là cho dòng đi trực tiếp đến đường ống dẫn khí tái sinh. Tốc độ giảm áp được được giới hạn bởi một lỗ tiết lưu và có thể điều khiển bằng van điều khiển bằng tay với thời gian tối đa cho quá trình giảm áp là 30 phút. Quá trình này được kiểm tra nhờ việc tính toán kích thước lỗ, bằng cách dùng thiết bị đo áp suất đặt trước và sau lỗ.
Trong quá trình giảm áp thì kèm theo quá trình giảm nhiệt độ (nhiệt độ tối thiểu -80C) và xảy ra sự ngưng tụ khí, kết quả của quá trình này làm ngưng tụ thêm 20% khối lượng Hydrocacbon lỏng.
Ngoài ra còn có một lượng nhỏ Hydrocacbon ngưng tụ trong quá trình hấp phụ (nhỏ hơn 1% khối lượng). Để ngăn chặn quá trình tích tụ các Hydrocacbon lỏng trong thiết bị tái sinh thì có một dòng khí tái sinh by pass sẽ được hình thành trước khi quá trình giảm áp.
Làm nóng.
Nước được tách khỏi chất hấp phụ nhờ đun nóng bởi dòng khí khô tái sinh sau khi đã được gia nhiệt tại E-18. Khí tái sinh (Lưu lượng là 12500 kg/h, áp suất 34 bar) được tuần hoàn bởi máy nén khí K-04A/B, khí được tái sinh 100%, công suất của động cơ điện 75 Kw và được làm nóng trong thiết bị trao đổi nhiệt E-18 bằng Hot oil lên đến 2300C. Dòng khí tái sinh đi ngược chiều với dòng khí hấp phụ. Quá trình làm nóng được hiển thị bởi ba thiết bị hiển thị nhiệt độ trên tầng hấp phụ (TI- 0551A/B, 0552A/B, 0553A/B) và nhiệt độ đầu ra khí tái sinh được điều khiển bởi TI-0512 để đảm bảo lưu lượng và nhiệt độ nhỏ nhất, đèn báo động nhiệt độ, lưu lượng thấp nhất được cài đặt. Dòng khí tái sinh nóng có chứa nước được làm lạnh bởi thiết bị làm lạnh bằng không khí E-15. Nước ngưng tụ được tách ra trong bình tách nước V-07 và quay lại dòng Sales Gas.
Làm lạnh
Tầng chất hấp phụ được làm lạnh bằng chính dòng khí tái sinh cũng như đối với việc làm nóng ngoại trừ bộ làm nóng khí tái sinh khử nước E-18 được bỏ qua bằng cách Bypass. Tầng hấp phụ sẽ được làm lạnh đến nhiệt độ 250C hoặc chênh lệch 50C so với nhiệt độ của khí nhập liệu. Giống như quá trình đốt nóng, quá trình làm lạnh cũng được hiển thị bởi 3 chỉ thị nhiệt độ đặt trên lớp chất hấp phụ và kiễm tra nhiệt độ của khí tái sinh bằng (TI0512).
Tăng áp
Thiết bị hấp phụ được tăng áp bởi dòng khí khô sản phẩm đến áp suất 109 bar. Hiệu suất của quá trình này được giới hạn nghiêm ngặt bằng một lỗ tiết lưu, bằng cách dùng thiết bị đo áp suất cục bộ của áp suất trước lỗ và sau lỗ và có thể được kiễm soát bằng van tay, thời gian tăng áp hoàn toàn là 30 phút.
Giống như quá trình giảm áp, ở quá trình này sẽ có sự ngưng tụ ngược. Hydrocacbon lỏng sẽ được góp lại trong đường ống vào của quá trình làm việc. Tốc độ nén trung bình hơi lớn hơn so với quá trình giảm áp. Điều này sẽ được kiểm tra bởi việc tính toán kích thước của lỗ.
Dự phòng
Kết thúc quá trình tăng áp, thiết bị hấp phụ sẽ được giữ ở áp suất khí xử lý 109 bar để sẵn sàng đưa vào hoạt động. Các máy nén khí tái sinh khử nước sẽ hoạt động trong suốt thời gian.
Trong quá trình thực hiện các pha tăng và giảm áp của bộ hấp phụ thì khí tái sinh sẽ bỏ qua các bộ hấp phụ này bằng cách đi theo ống dẫn nhánh. Máy nén có thể được tắt đi nếu như dự đoán sẽ không cần thiết hơn 4 giờ đồng hồ và như vậy cần có sự tương thích giữa số lần khởi động máy nén và tiết kiệm năng lượng.
Theo thiết kế quá trình khử nước sẽ hoạt động với dòng khí bão hoà hơi nước (0,06%), tuy nhiên việc xử lý bằng Glycol ở ngoài khơi đã giảm hàm lượng nước xuống 0,015%, vì vậy quá trình hấp phụ có thể được kéo dài gần 4 chu kỳ. Trong trường hợp này, máy nén khí tái sinh có thể ngừng hoạt động.
Bảng 2.1. Thời gian chế độ vận hành của tháp hấp phụ V06 - A/B
Thời gian Tháp hấp phụ A Tháp hấp phụ B 1 Hấp phụ 8h Giảm áp 30’ 2 Gia nhiệt 4h25’ 3 4 5 6 Làm lạnh 2h25’ 7 Nâng áp 30’ 8 Dự phòng 2.4. Cụm tách khí 2.4.1. Lý thuyết chung về tách khí
Trong thành phần khí thương phẩm có những thành phần khí như C1, C2 có giá trị kinh tế cao do đó cần tách ra khỏi hỗn hợp để sử dụng hợp lý các thành phần khí. Hệ thống này bao gồm tháp tách C-01, tháp ổn định C-02, tháp tách C03 (tách C3/C4).
Tháp tách phân đoạn là cần thiết trong trường hợp sản phẩm cần đáp ứng tiêu chuẩn thương mại nào đó. Số lượng tháp tách cần sử dụng phụ thuộc vào yêu cầu sản phẩm và dòng nguyên liệu đưa vào.
Thông thường có 3 loại như sau:
Hình 2.4.1.1. Tháp đơn
Hệ thống này được sử dụng trong trường hợp cần sản xuất một sản phẩm đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật sản phẩm này lấy ra ở đáy còn các sản phẩm khác thì được lấy ra trên đỉnh.
Hình 2.4.1.2. Hệ thống 2 tháp
Hệ thống này áp dụng trong trường hợp sản xuất hỗn hợp LPG ở đỉnh, gasoline ở đáy. Trong hệ thống này tháp de-ethanizer sẽ phải loại bỏ hoàn toàn C1, C2 ở đỉnh.
Hình 2.4.1.3. Hệ thống 3 tháp
Hệ thống tháp này được áp dụng propan thương phẩm, butan thương mại và xăng.
Trong hệ thống này, deethanizer sẽ tách hoàn toàn C1, C2 ở đỉnh. Sản phẩm đáy là hỗn hợp C3+ sẽ tách ở đáy. Trong 2 tháp tiếp theo sẽ tách propan và butan ra khỏi nhau.
Để thiết kế tháp tách phân đoạn người ta sẽ xem xét các yếu tố như sau:
- Biết được thành phần nguyên liệu, nhiệt độ, áp suất và lượng.
- Phân tách sản phẩm trong tháp dựa trên nguyên liệu và độ mong muốn của sản phẩm.
- Thiết lập nhiệt độ ngưng tụ sản phẩm đỉnh hợp lý.
- Đới với chưng cất sản phẩm lỏng thì cần tính toán áp suất tại điểm sôi dựa trên nhiệt độ ngưng tụ sản phẩm đỉnh. Nếu sản phẩm là hơi thì cần tính toán nhiệt độ điểm sương. Sau khi tính toán áp suất cần thiết lập điều kiện vận hành.
- Giả sử áp suất không đổi trên toàn bộ tháp tính toán nhiệt độ điểm sôi ở đáy tháp.
- Tính toán số đĩa tối thiểu và chỉ số hồi lưu min để đạt độ mong muốn của sản phẩm.
- Tính toán kích cỡ tháp.
Hình 2.4.1.4. Tháp tách điển hình
Sản phẩm đáy được đưa qua hệ thống reboiler đạt tới nhiệt độ mà tại đó tương ứng với nhiệt độ điểm sương của sản phẩm đáy ở áp suất tháp.
Sản phẩm đỉnh (distillate) là pha hơi bão hòa (ngưng tụ một phần) hay pha lỏng bão hòa (ngưng tụ hoàn toàn). Một phần pha hơi rời khỏi đỉnh luôn lôn được ngưng tụ và quay trở về tháp như một pha hồi lưu. Đối với ngưng tụ hoàn toàn thì sản phẩm distillate và pha hồi lưu sẽ có thành phần giống nhau. Trong trường hợp ngưng tụ một phần thì pha lỏng hồi lưu sẽ cân bằng với sản phẩm hơi trong
distillate tại điều kiện ngưng tụ.
Vấn đề lựa chọn ngưng tụ một phần hay ngưng tụ hoàn toàn phụ thuộc vào chi phí và sản phẩm đỉnh yêu cầu. ở cùng áp suất, nhiệt độ điểm sương luôn cao hơn nhiệt độ điểm sôi, điều này sẽ làm giảm chi phí làm lạnh và các yếu tố liên quan để đạt cân bằng.
Áp suất vận hành của tháp phân đoạn luôn ổn định theo nhiệt độ ngưng tụ của sản phẩm đỉnh.
2.4.2. Tháp tách ethan C-01
Tháp chưng cất C-01 là thiết bị trong đó thực hiện quá trình phân tách giữa C2 và C3. C2-và một phần nhỏ C3 sẽ đi ra khỏi đỉnh ở pha khí, phần lớn lượng C3+ và một phần nhỏ C2 ra khỏi đáy C-01 ở dạng lỏng sẽ được đưa tới tháp C-02 để phân tách tiếp thành LPG và condensate.
Là thiết bị tách C2 và C3, khi đó C2+ và C3 sẽ ra khỏi đỉnh ở pha khí, phần lớn C3+ và một phần nhỏ C2 ra khỏi đáy C-01 ở dạng lỏng sẽ đi tới tháp C-02 để phân tách tiếp thành LPG và condensat.
Tháp tách Ethan được thiết kế với 32 đĩa van. Phần trên của tháp có 13 đĩa với đường kính là 2,6 m. phần dưới của tháp có 19 đĩa với đường kính 3,05m. tháp này có 2 nguồn cung cấp, nguồn thứ nhất là dòng lỏng từ tháp stripper khí sau làm nóng từ 400C lên 860C trong bộ trao đổi nhiệt E-04 đi vào đĩa thứ 20. Nguồn thứ hai là chất lỏng ở đáy tháp làm sạch C-05 có nhiệt độ -230C vào đĩa trên cùng của tháp, chứa 95% mol chất lỏng dùng để phun tưới.
2.4.3. Tháp ổn định C-02
- Nhiệt độ đỉnh tháp 56-580C
- Nhiệt độ đáy tháp 125-1300C
- Nhiệt độ dòng nhập liệu 650C
- Áp suất 11 bar
- Lưu lượng dòng nhập liệu 115-120 m3/h
Tháp gồm 30 đĩa van với đường kính 2,14 m, đĩa nạp liệu là đĩa thứ 10, một thiết bị ngưng tụ ở đỉnh, một thiết bị đun sôi lại ở đáy tháp. LPG được tách ra khỏi condensat.
Hơi LPG sẽ được ngưng tụ ở 430C trong thiết bị ngưng tụ bằng không khí E- 02 sau đó đến bình hồi lưu V-02. LPG được bơm hồi lưu P-01A/B . một dòng LPG lỏng có lưu lượng 80 m3/h sẽ được lấy ra nhờ thiết bị điều chỉnh lưu lượng và qua thiết bị điều khiển mức. lượng này sẽ được đun nóng tới 600C sau đó tới tháp C-03 còn một phần bị hồi lưu lại đỉnh tháp. Thiết bị đun sôi lại của tháp C-02 được sử dụng nhằm đun nóng nhờ tác nhân làm nóng là dòng dầu có nhiệt độ 1540C.
condensat từ đáy tháp bị bốc hơi một phần, một phần đưa trở lại đáy tháp, phần lỏng còn lại qua trao đổi nhiệt với dòng nguyên liệu của tháp C-01 làm lạnh xuống 600C và sau đó được làm lạnh xuống 450C tại thiết bị ngưng tụ bằng không khí.
Ngoài ra, còn có một thiết bị điều khiển vi áp tránh sự chênh áp trong cột quá cao chống hiện tượng tạo bọt.
Trong quá trình vận hành tháp C-02 thường xảy ra một số sự cố tuy nhiên . nghiêm trọng nhất là hiện tượng ngập lỏng làm ảnh hưởng tới hoạt động nhà máy. Hiện tượng ngập lỏng là hiện tượng mức lỏng đáy E-03 tăng quá mức vận hành bình thường chiếm toàn bộ phần shell side của E-03 và ngập lên tháp. Lúc này công
suất của E-03 không đủ để gia nhiệt cho đáy C-02 dẫn đến nhiệt độ đáy C-02 giảm và làm condensate không đạt chất lượng.