Đây là tiểu luận nói về quá trình làm ngọt khí loại H2S và CO2 trong khí sử dụng công nghệ 1 cấp và 2 cấp BASF. Trong công nghiệp chủ yếu dùng phương pháp hấp thụ để làm sạch khí khỏi H2S và CO2, tùy thuộc vào hàm lượng các tạp chất axit sử dụng các dung môi hấp thụ khác nhau.
Nội dung Text: Tiểu luận: Quá trình làm ngọt khí sử dụng MEA
I) ĐẶT VẤN ĐỀ:
Hằng ngày, chúng ta sử dụng rất nhiều khí trong công nghiệp hóa dầu hay làm chất
đốt… Khí đó được lấy chủ yếu từ nguồn khí tự nhiên, khí đồng hành, hay khí tổng
hợp. Tuy nhiên những nguồn khí đó chưa thể sử dụng ngay được mà cần phải trải
qua quá trình xử lý (hay loại bỏ các tạp chất…) vì ngoài thành phần chính là các khí
Hydrocacbon thì khí đồng hành còn có chứa các thành phần khác như H2S, CO2, N2
….. chúng gây ăn mòn thiết bị, ảnh hưởng đến các quá trình chế biến sau. Vì vậy
quá trình khử chua (loại H2S , CO2 ) là rất quan trọng trong việc xử lý khí. Để hiểu rõ
hơn về vấn đề, em đã chọn đề tài làm ngọt khí sử dụng MEA để nghiên cứu.
II) GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
1) Thành phần của khí tự nhiên và khí đồng hành
Bảng 1: Thành phần khí ở bể Cửu Long (% theo thể tích) (1)
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 1
Bảng 2: Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn (% theo thể tích) (1)
Bảng 3: Thành phần khí ở bể Malay-Thổ Chu (% theo thể tích) (1)
2) Ảnh hưởng của H2S, CO2 tới thiết bị, môi trường
- Ảnh hưởng của H2S
+ H2S gây ăn mòn đường ống và thiết bị.
+ Làm ngộ độc xúc tác.
+ Cháy tạo SO2 gây ô nhiễm môi trường.
- Ảnh hưởng của CO2:
CO2 là oxit axit, nó gây ăn mòn thiết bị, đồng thời khi vận chuyển nó dể gây lắng
động paraffin.
CHLB Nga quy định hàm lượng H2S < 22mg/m3. Còn CO2 không quy định cụ thể.
Ở Mỹ, H2S < 5,7% và CO2 ta cần phải loại bỏ H2S và CO2 xuống hàm lượng cho phép.
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 2
3) Phương pháp làm ngọt khí ( loại H2S và CO2)
Trong công nghiệp chủ yếu dùng phương pháp hấp thụ để làm sạch khí khỏi H2S
và CO2 . tùy thuộc vào hàm lượng các tạp chất axit mà người ta sử dụng các dung
môi hấp thụ khác nhau. Các chất hấp thụ cần thõa mãn các yêu cầu sau:
+Có tính hấp thụ chọn lọc (đây là tính hất quan trọng nhất)
+Độ nhớt của chất hấp thụ nhỏ
+Nhiệt dung riêng bé, tiêu tốn ít năng lượng cho quá trình tái sinh
+Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử bị hấp thụ. Nhờ vậy dể dàng tái
sinh bằng phương pháp chưng cất (nhả hấp thụ).
+ Nhiệt độ đóng rắn thấp, không bị đóng rắn ở nhiệt độ làm việc.
+ Không tạo thành kết tủa khi hấp thụ
+ Ít bay hơi, mất mát ít trong quá trình tuần hoàn chất hấp thụ.
+không độc, không gây ô nhiễm môi trường, không ăn mòn thiết bị.
Bảng 4: các dung môi hay sử dụng và đặc tính của các dung môi hấp thụ khí
(2)
Trong quá trình hấp thụ hóa học, đáng chú ý nhất là dung môi MEA. Phương
pháp này đã được sử dụng từ năm 1930, hiện nay sử dụng rất rộng rãi. Để làm sạch
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 3
khí ta dung MEA ở 15-20% trong nước, ta không sử dụng ở nồng độ cao hơn vì khi
hấp thụ, các axit với nồng độ bão hòa cao hơn sẽ làm tăng tính ăn mòn của thiết bị.
Gần đây người ta có thêm chất ức chế ăn ăn mòn nên có thể sử dụng với nồng độ
lên tới 30%. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng phản ứng cao, ổn định, dễ
tái sinh.
b) cơ sở của phương pháp
cơ sở của phương pháp là các phản ứng :
2HOCH2 CH2NH2 + CO2 + H2O => (HOCH2CH2NH 2)2 CO3
2HOCH2 CH2NH2 + H2S => (HOCH2CH2NH 2)2 S
Quá trình hấp thụ H2S và CO2 bằng MEA xảy ra ở áp suất cao và ở nhiệt độ 25-
40oC, còn tái sinh MEA thực hiện ở áp suất khí quyển ở nhiệt độ 150oC.
c) Nguyên lý hoạt động
c.1) Công nghệ hấp thụ 1 cấp:
phương pháp hấp thụ sử dụng MEA chỉ thích hợp xử lý khí khi nồng độ các tạp
chất H2S và CO2 nằm trong khoảng 0,5-2,5% thì mới đạt hiệu quả cao. Vì vậy khí
nếu có hàm lượng H2S và CO2 lớn hơn 2…2,5% mol thì trước khi đi dùng
monoetanolamin hấp thụ cần sử dụng các chất hấp thụ rẻ tiền như Na2CO3 và
K2CO3 làm sạch khí sơ bộ và giảm nồng độ xuống 2..2,5%mol. Sau đó mới dùng
MEA làm sạch xuống độ sạch yêu cầu nhỏ hơn 0,5%.
Hình1: sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 1 cấp (1)
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 4
1-Tháp hấp thụ, 2,3,4-Thiết bị phân ly, 5,6- thiết bị làm nguội bằng không khí
7,8-thiết bị làm lạnh bằng nước, 9-thiết bị trao đổi nhiệt, 10-thiết bị nhả hấp thụ,
11-bộ phân đun nóng, I-Khí nguyên liệu, II-Khí sạch(khí ngọt), III-dung môi bão hòa,
IV-khí phân ly, V-Dung môi đã nhả hấp phụ một phần, VI-Khí axit, VII-dung môi đã
tái sinh tuần hoàn trở lại thiết bị hấp thụ.
Nguyên tắc hoạt động được miêu tả trên hình vẽ, các mũi tên chỉ chiều đi của khí
hoặc dung môi:
Quá trình làm sạch được thực hiện trong tháp hấp thụ và các thiết bị phu trợ. Khí
được dẫn vào từ phần dưới của tháp, dòng khí chuyển động từ dưới lên. Còn dung
dịch sạch monoetanolamin đi từ trên xuống. Khí đã được làm sạch lấy ra từ đỉnh
tháp, dung dịch sau khi hấp thụ chứa H2S và CO2 sẽ được tháo ra đáy tháp. Dung dịch
này được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt sau đó đưa vào tháp nhả hấp thụ, giải phóng
khí ra ở đỉnh tháp còn dung dịch đã hấp thụ tái sinh được lấy ra ở đáy tháp.
c.2) Công nghệ hấp thụ 2 cấp BASF
Hình 2: sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 2 cấp BASF (4)
Nguyên tắc hoạt động: về cơ bản cũng tượng tự sơ đồ 1 cấp, tuy nhiên công
nghệ 2 cấp giải hấp dựa vào sự giảm áp suất, chưng tái sinh dung môi. Phần dung
dịch đi vào tháp hấp thụ có 2 loại là dung dịch nghèo và bán nghèo. Dung dịch bán
nghèo (còn 1 lượng đáng kể CO2 và H2S ) tức là dung dịch chưa quá tái sinh bằng
chưng cất, dòng này dùng để hấp thụ khí giàu CO2 và H2S. Dung dịch nghèo (dung
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 5
dịch đã đi qua thiết bị tái sinh bằng chưng cất) dùng để tách loại H2S và CO2 còn lại
trong khí.
Sử dụng sơ đồ công nghệ 2 cấp hiệu quả hơn so với sơ đồ 1 cấp. Làm giảm
lượng nhiệt cần dùng cho quá trình nhả hấp thụ.
d) Điều kiện làm việc của tháp
Nhiệt độ
Trong các phản ứng trên, MEA phản ứng với CO2 chậm hơn so với H2S ở nhiệt
độ thấp, tuy nhiên khi nhiệt độ cao thì lại thuận lợi cho phản ứng nghịch (phản ứng
nhả hấp thụ) vì vậy quá trình duy trì ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ này có thể tính toán
được dựa vào động học và nhiệt động học của phản ứng.
Các phản ứng hấp thụ là các phản ứng tỏa nhiệt mạnh ngược lại với quá trình
nhả hấp thụ. Vì vậy ở tháp hấp thụ cần có hệ thống trao đổi nhiệt để đảm bảo
không bị quá nhiệt, thuận lợi cho phản ứng nhả hấp thụ. Và ở tháp nhả hấp thụ cần
cung cấp nhiệt để tạo điều kiện cho phản ứng nhả hấp thụ xảy ra.
Nồng độ và áp suất làm việc
Nồng độ MEA thường đạt 15-20% về khối lượng, ngày nay có thêm chất ức chế
ăn mòn thì có thể tăng nồng độ lên 30%. Mức độ bão hòa khí axit của MEA là ),3-
0,4mol/l MEA(3) .
Quá trình làm ngọt khi áp suất riêng phần của các khí
Mức độ bão hòa axit của MEA thấp, chi phí vận hành cao, một vài tập chất như
COS, CS2 khi bị MEA hấp thụ thì khó để nhả hấp làm mất hoạt tính hấp thụ. Năng
lượng cần cho việc tái sinh lớn.
III) KẾT LUẬN
Để làm ngọt khí ta có nhiều phương pháp, tuy nhiên phương pháp hấp thụ hóa
học là được sử dụng phổ biến hơn cả. trong hấp thụ hóa học, nhiều loại dung môi
được dùng cho việc hấp thụ nhưng dung môi monoetanolamin là hay dược dùng
howndo tính hiệu quả của nó. Hiện nay có 2 công nghệ hấp thụ sử dụng MEA cho
làm ngọt khí là công nghệ hấp thụ 1 cấp và công nghệ hấp thụ 2 cấp BASF. Công
nghệ 2 cấp BASF tỏ ra ưu điểm hơn cả, khắc phục được phần nào nhược điểm về
hao tổn nhiệt so với công nghệ 1 cấp, làm cho hiệu quả của quá trình hấp thụ được
nâng cao, giảm giá thành cho quá trình.
Em xin cảm ơn thầy giáo Th.s Ngô Hà Sơn đã giúp em hoàn thành bài báo này.
Trong quá trình làm, do thời gian và kiến thức còn hạn chếm, nên không thể tránh
khỏi những thiếu sót, hi vọng thầy và các bạn đóng góp để giúp bài được hoàn thiện
hơn, cũng như hoàn thiện hơn về kiến thức bản thân
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 7
Tài liệu tham khảo:
(1): Công nghệ chế biến khí thiên nhiên và khí đồng hành, Nguyễn Thị Minh
Hiền
(2): Công nghệ chế biến khí, Lê thị Như ý
(3): http://www.doko.vn/luan-van/tinh-toan-cac-thong-so-co-ban-cua-thap-lam-
ngot-khi-bang-mea-236326
(4): http://anhvanphung90.blogspot.com
(5): hóa học dầu mỏ và khí, Lê Thị Ngọ
(6) Hóa học dầu mỏ và khí tự nhiên, Phan Tử Bằng
Sv: Nguyễn Hồng Hải- Lọc hóa dầu AK55Page 8