2. Tháp hấp thụ; 5.Bồn chứa tách khí; 7 Thiết bị tái sinh glycol; 8 Bồn chứa glycol.Khí khô
3.2.3. Công nghệ loại nớc bằng phơng pháp hấp phụ
Hấp phụ là quá trình tập trung các chất trên bề mặt hoặc trong không gian các vi lỗ xốp của chất rắn. Quá trình tách ẩm bằng các chất hấp phụ dựa vào khả năng của các thể rắn với cấu trúc xác định hấp phụ lợng ẩm từ khí ở nhiệt độ tơng đối thấp và sau đó tách ẩm khi tăng nhiệt độ. Trong giai đoạn đầu là quá trình hấp phụ, giai đoạn sau là quá trình giải hấp. Kết hợp hai quá trình này trong một thiết bị cho phép thực hiện tách ẩm một cách liên tục từ khí. Tách ẩm ra khỏi khí thực chất là một quá trình vật lý, hiệu quả của nó phục thuộc vào nhiệt độ và áp suất làm việc.
- Một số yêu cầu kỹ thuật dùng để chọn chất hấp phụ:
+ Khả năng hút ẩm mạnh. + Dễ tái sinh.
+ Có độ bền cơ học để chống lại sự biến dạng của hạt trong quá trình hấp phụ và giải hấp.
+ Bền với nhiệt. + Không độc.
+ Có tính hấp phụ chọn lọc. + Giá cả hợp lý.
Các chất hấp phụ đạt đợc một số yêu cầu kỹ thuật trên và hay đợc dùng gồm một số loại: boxit là những khoáng vật tự nhiên chủ yếu là oxyt nhôm (Al2O3), oxyt nhôm hoạt hoá; các loại gel là các chất cấu tạo từ oxit silic hay
alumogel; các rây phân tử và các zeolite (natri-kali silicat). Các chất hấp phụ này có bề mặt riêng lớn (500 - 800 m2/g), bề mặt này đợc tạo thành bởi các mao quản hay mạng tinh thể. Trong bảng 3.3 giới thiệu một số tính chất của các chất hấp phụ. Điểm sơng của khí sau khi dùng các chất hấp phụ trên là:
Silicagel: -600C
Oxit nhôm hoạt tính: -730C Zeolite (rây phân tử): - 900C
Bảng 3.3: Một số tính chất của chất hấp phụ dùng để hút ẩm. Đại lợng đặc trng Silicagel Al2O3 (hoạt tính) Boxit hoạt tính Zeolit 4A và 5A Khối lợng riêng thực 2,1-2,2 3,25 3,4 Khối lợng riêng đổ 0,61-0,72 0,8-0,86 0,8-0,83 0,69-0,72 Khối lợng riêng biểu kiến 1,2 1,6 1,6-2 1,1
Nhiệt dung, kcal/kg.độ 0,22 0,24 0,24 0,2 Nhiệt lợng nớc, % trọng lợng 4,5-7 7,0 4-6 Thay đổi Nhiệt độ tái sinh, 0C 121-232 177-315 >177 150-350 Khả năng hấp phụ hơi nớc,
kg H2O/100 kg chất hấp phụ 7-9 4-7 4-7 9-12 - Quá trình loại nớc của chất hấp phụ:
Sự hấp phụ kèm theo toả nhiệt, do đó trong quá trình hấp phụ các chất hấp phụ đợc đốt nóng lên. Sự toả nhiệt phụ thuộc vào khối lợng chất bị hấp phụ và các tính chất hoá lý của chất hấp phụ.
Nguyên lý loại nớc bằng phơng pháp hấp phụ nh sau. Cho dòng khí ớt đi qua lớp chất hấp phụ; nớc bị giữ lại trong các mao quản của chất hấp phụ, khí
khô đi qua lớp chất hấp phụ. Việc tái sinh chất hấp phụ đợc thực hiện bằng cách đun nóng chất hấp phụ đã hút ẩm nớc nhờ dòng khí nóng.
Hình 3.2 minh họa quá trình hấp phụ hơi nớc trong dòng khí hydrocacbon trong dòng khí trên chất hấp phụ rắn trong tháp hấp phụ. Các chất boxit, silicagel, nhôm hoạt hoá không những hấp phụ nớc mà còn hấp phụ cả hydrocacbon. Hydrocacbon càng nặng càng dễ bị hấp phụ. Nớc bị hấp phụ tốt nhất.
Sau một thời gian nào đấy căn cứ vào độ bão hoà hơi nớc của chất hấp phụ có thể chia lớp hấp phụ thành ba vùng: vùng cân bằng hay là vùng bão hoà ở đấy chất hấp phụ đã chứa một lợng nớc cực đại nên nó không hấp phụ nớc nữa, vùng thay thế còn gọi là vùng chuyển khối (Mas Transfer Zone-MTZ) ở đó chất hấp phụ chứa cả nớc lẫn hydrocacbon nặng và vùng hoạt tính ở đó chất hấp phụ chỉ chứa hydrocacbon mà cha chứa nớc. Theo thời gian vùng cân bằng, vùng thay thế dịch dần xuống dới vì nớc đẩy dẫn hydrocacbon ra khỏi chất hấp phụ. Nh vậy sự loại nớc khỏi khí chỉ xẩy ra chừng nào mà bề mặt phân cách giữa vùng cân bằng và vùng thay thế cha đạt đến mép dới của lớp chất hấp phụ.
- Sơ đồ công nghệ loại nớc bằng phơng pháp hấp phụ:
Sơ đồ đơn công nghệ đơn giản nhất cho ở hình 3.3. Dòng khí vào Hydrocacbon nặng Độ bão hoà Vùng cân bằng Vùng thay thế Vùng hoạt tính Nước Dòng khí ra Hình 3.2: Mô hình hấp phụ
- Thời gian giải hấp:
Thời gian tái sinh thờng dài hơn thời gian thời gian hấp phụ, cho nên ngời ta thờng dùng hệ thống ba tháp tách với thời điểm làm việc là tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ có một tháp đóng vai trò hấp phụ, còn hai tháp còn lại đóng vai trò tháp tái sinh. Có thể chia quá trình tái sinh ra thành hai giai đoạn: giai đoạn làm nóng chất hấp phụ bão hoà nớc để đuổi hơi nớc và giai đoạn làm nguội chất hấp phụ nóng không còn chứa nớc. Trong lúc một tháp đợc làm nóng thì tháp kia đợc làm nguội. Ngời ta sử dụng chính dòng khí ớt hoặc một phần dòng khí khô ra khỏi tháp hấp phụ để làm phơng tiện đun nóng và làm lạnh tháp tái sinh. Dĩ nhiên là khí đó đợc đun nóng trong lò gia nhiệt trớc khi vào tháp đuổi nớc và nó sẽ đợc làm lạnh trớc khi quay trở lại tháp hấp phụ.
- Ưu điểm và nhợc điểm của phơng pháp hấp phụ:
Khí 4 Khí ướt Van ở vị trí mở Van ở vị trí đóng Khí khô Khí tái sinh Nhiên liệu và không khí Khí lò Lỏng Lỏng (nước...) 1 2 3 5 6 7
Hình 3.3: Sơ đồ công nghệ loại nước bằng phương pháp hấp phụ
1. Bình tách; 2. Bộ lọc; 3. Lò gia nhiệt; 4. Thiết bị làm lạnh; 5. Bình tách; 6. Tháp hấp phụ; 7. Tháp giải hấp. hấp.
+ Ưu điểm: khí khô sau khi tách ẩm bằng phơng pháp này có điểm s- ơng rất thấp khoảng từ -850C đến -1000C nên rất thuận lợi cho việc vận chuyển và chế biến khí ở những giai đoạn sau.
+ Nhợc điểm: chất hấp phụ rất đắt do đó chi phí cho đầu t ban đầu cao.