Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của tháp làm ngọt khí với nguồn nguyên liệu khí từ Bể Nam Côn Sơn

Lêi nãi ®Çu Tõ xa x­a con nguêi ®· biÕt dÇu má vµ khÝ tù nhiªn ®Ó phôc vô cho cuéc sèng sinh ho¹t mÆc dï sù hiÓu biÕt cßn h¹n chÕ vµ rÊt l·ng phÝ nh­ng hä còng ®· coi ®ã lµ mét nguån tµi nguyªn v« cïng quý gi¸. Ngµy nay cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kÜ thuËt, con ng­êi ®· ®¸nh gi¸ vµ nhËn thøc ®­îc tÇm quan träng cña chóng ®èi víi sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña mçi quèc gia. §ã lµ ngu«n nguyªn nhiªn liÖu chÝnh ®Ó ph¸t triÓn c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. DÇu má vµ khÝ tù nhiªn lµ nguån kho¸ng s¶n kh«ng ph¶i lµ v« tËn vµ kh«ng cã kh¶ n¨ng t¸i sinh nªn cÇn biÕt c¸ch khai th¸c, chÕ biÕn hîp lÝ chèng l·ng phÝ nguån nguyªn liÖu nµy. Tr­íc ®©y l­îng dÇu má ®­îc khai th¸c vµ chÕ biªn gÊp nhiÒu lÇn khÝ tù nhiªn khai th¸c, ngµy nay kho¶ng c¸ch ®ã ®­îc thu hÑp l¹i bëi l­îng dÇu má còng ®ang dÇn c¹n kiÖt cïng víi sù ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn dÇu khÝ . ë ViÖt Nam ngµnh c«ng nghiÖp chÕ biÕn khÝ ®· vµ ®ang trªn ®µ ph¸t triÓn . Chóng ta ®· khai th¸c, x©y dùng ®­îc nh÷ng nhµ m¸y chÕ biÕn nguån tµi nguyªn nµy ®¸p øng ®­îc nhu cÇu sö dông n¨ng l­îng vµ cã ®­îc nhiÒu thµnh phÈm cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao. Tuy cßn h¹n chÕ vÒ c«ng nghÖ nh­ng nã còng ®ãng gãp m«t phÇn lín vµo sù ph¸t triÓn kinh tÕ cña ®Êt n­íc. KhÝ sau khi khai th¸c ngoµi c¸c cÊu tö chÝnh lµ c¸c hydrocacbon parafin cßn chøa c¸c t¹p chÊt nh­: Bôi, h¬i n­íc, khÝ tr¬, CO2, H2S vµ c¸c t¹p chÊt h÷u c¬ cña l­u huúnh. §©y lµ c¸c thµnh phÇn cã thÓ g©y tæn h¹i ®Ðn søc khoÎ con ng­êi còng nh­ nã lµm ¨n mßn ®­êng èng thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh khai th¸c vµ chÕ biÕn. V× vËy tr­íc khi ®­a vµo chÕ biÕn, khÝ cÇn ph¶i qua c«ng ®o¹n chuÈn bÞ, t¹i ®ã tiÕn hµnh lo¹i bá c¸c t¹p chÊt kÓ trªn b»ng c¸c qu¸ tr×nh t¸ch bôi,t¸ch h¬i n­íc vµ c¸c khÝ axit. §­îc sù gióp ®ì tËn t×nh cña c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n läc ho¸ dÇu vµ sù h­íng dÉn tËn t×nh cña TiÕn SÜ NguyÔn ThÞ B×nh t«i hoµn thµnh ®å ¸n víi ®Ò tµi “TÝnh to¸n c¸c th«ng sè kÜ thu©t c¬ b¶n cña th¸p lµm ngät khÝ víi nguån nguyªn liÖu khÝ tõ bÓ Nam C«n S¬n”. Do kinh nghiÖm thùc tÕ vµ kiÕn thøc ngµnh nghÒ cßn h¹n chÕ, ®å ¸n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt, t«i rÊt mong ®­îc sù gãp ý cña c¸c ThÇy, C« gi¸o trong bé m«n cïng c¸c b¹n ®ång nghiÖp. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n ! PhÇn I : Tæng quan vÒ khÝ tù nhiªn Ch­¬ng I: Kh¸i niÖm, nguån gèc, ph©n lo¹i vµ thµnh phÇn khÝ tù nhiªn 1. Kh¸i niªm vÒ khÝ tù nhiªn : { } KhÝ tù nhiªn lµ tËp hîp nh÷ng hydrocacbon khÝ CH4, C2H6, C3H8, C4H10... Cã trong lßng ®Êt.Chóng th­êng tån t¹i thµnh nh÷ng má khÝ riªng rÏ hoÆc tån t¹i ë trªn c¸c líp dÇu má. Trong nghÜa hÑp khÝ tù nhiªn ®­îc hiÓu lµ khÝ trong c¸c má khÝ. KhÝ tù nhiªn còng lu«n chøa c¸c khÝ v« c¬ N2, H2S CO2, khÝ tr¬ vµ h¬i n­íc. 2. Nguån gèc dÇu má vµ khÝ tù nhiªn §Ó hiÓu râ vÒ thµnh phÇn ho¸ häc cña dÇu má vµ khÝ tù nhiªn cÇn t×m hiÓu nguån gèc, s­ h×nh thµnh chóng.MÆc dï ®ã lµ vÊn ®Ò cßn tranh c·i gi÷a nguån gèc v« c¬ vµ h÷u c¬ .Nh­ng gi¶ thuyÕt vÒ nguån gèc h÷u c¬ cã tÝnh thuyªt phôc h¬n 2.1. Nguån gèc v« c¬ Theo gi¶ thuyÕt nµy trong lßng ®Êt chøa c¸c Cacbua kim lo¹i nh­ AL4C3,, CaC2 c¸c chÊt nµy bÞ ph©n huû bëi H2O ®Ó t¹o ra CH4 vµ C2H2. AL4C3 + 12H2O ( 4AL(OH)3 + 3CH4 CaC2 + 2H2O ( Ca(OH)2 + C2H2 2 FeC + 3H2O ( Fe2O3 + C2H6 Tõ c¸c chÊt khëi ®Çu (CH4, C2H2) qua qu¸ tr×nh biÕn ®æi d­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é, ¸p suÊt cao trong lßng ®Êt vµ xóc t¸c lµ c¸c kho¸ng sÐt, t¹o thµnh nh­ng lo¹i hydrocacbon cã trong dÇu khÝ. §Ó chøng minh cho ®iÒu ®ã n¨m 1886 Berthelot M ®· tæng hîp thµnh c«ng hydrocacbon th¬m theo 3 giai ®o¹n Kim lo¹i kiÒm + CO2 ( Cacbua kim lo¹i Cacbua kim lo¹i + CO2 ( C2H2 C2H2 ( benzen Sabatir vµ Sendereus còng ®· thùc hiÖn ph¶n øng hydro ho¸ axtylen trªn xóc t¸c Niken vµ S¾t ë nhiÖt ®é trong kho¶ng 200-3000C ®· thu ®­îc mét lo¹t c¸c hydrocacbon t­¬ng øng nh­ trong thµnh phÇn dÇu má. V× thÕ gi¶ thuyªt vÒ nguån gèc v« c¬ ®· ®­îc chÊp nhËn trong th¬i gian kh¸ dµi . Trong nh÷ng thËp kØ gÇn ®©y tr×nh ®é khoa häc vµ kÜ thuËt ph¸t triÓn th× ng­êi ta b¾t ®Çu hoµi nghi vÒ luËn ®iÓm trªn v×. + §· ph©n tÝch ®­îc (b»ng c¸c ph­¬ng ph¸p hiÖn ®¹i) trong dÇu th« cã chøa c¸c porphyrin cã nguån gèc tõ ®éng thùc vËt. + Trong vá qu¶ ®Êt,hµm l­¬ng Cacbua kim lo¹i la kh«ng ®¸ng kÓ. + C¸c hydrocacbon th­êng gÆp trong c¸c líp trÇm tÝch, t¹i ®ã nhiÖt ®é Ýt khi vù¬t qu¸ 150( 2000C (v× ¸p suÊt rÊt cao ), nªn kh«ng ®ñ nhiÖt ®é cÇn thiÕt cho ph¶n øng tæng hîp x¶y ra V× nh÷ng lý do ®ã mµ gi¶ thuyÕt vÒ nguån gèc v« c¬ ngµy cµng phai mê. 2.2 Nguån gèc h÷u c¬ Cã lÏ x¸c ®éng thùc vËt , mµ chñ yÕu lµ c¸c lo¹i t¶o phï du sèng trong biÓn ®· l¾ng ®äng, tÝch tô cïng víi c¸c líp ®Êt ®¸ trÇm tÝch v« c¬ xuèng ®¸y biÓn tõ hµng triÖu n¨m vÒ tr­íc ®· biÕn thµnh dÇu má, sau ®ã thµnh khÝ tù nhiªn.Cã thÓ qu¸ tr×nh l©u dµi ®ã x¶y ra theo 3 giai ®o¹n :BiÕn ®æi sinh häc bëi vi khuÈn, biÕn ®æi ho¸ häc d­íi t¸c dông cña c¸c ®iÒu kiÖn ®Þa ho¸ thÝch hîp vµ sù di chuyÓn, tÝch tô c¸c s¶n phÈm trong vá tr¸i ®Êt. X¸c ®éng thùc vËt bÞ ph©n huû bëi c¸c vi khuÈn ­a thÝch, sau ®ã b¬Ø c¸c vi khuÈn kþ khÝ trong qua tr×nh trÇm l¾ng dÇn trong n­íc biÓn. C¸c albumin bÞ ph©n huû nhanh nhÊt, c¸c hydrat cacbon bi ph©n huû chËm h¬n. C¸c khÝ t¹o ra nh­ N2, NH3, CO2, CH4... Hoµ tan trong n­íc råi tho¸t ra ngoµi, phÇn chÊt h÷u c¬ cßn l¹i bÞ ch«n vïi ngµy cµng s©u trong c¸c líp ®Êt ®¸ trÇm tÝch. Kh«ng gian ë ®ã x¶y ra qu¸ tr×nh ph©n huû sinh häc ®ã gäi lµ vïng vi khuÈn. ë giai ®o¹n ho¸ häc tiÕp theo, vËt liÖu h÷­ c¬ cßn l¹i, chñ yÕu lµ c¸c chÊt lipid, nhùa, s¸p, terpen, axit bÐo, axit humic tham gia c¸c ph¶n øng ho¸ häc d­íi t¸c dông xóc t¸c cña vav¹t chÊt v« c¬ trong ®Êt ®¸ ë ®iÒu kiÖn ¸p suÊt lín hµng tr¨m , thËm chÝ hµng ngh×n atmotphe, ë mét vµi tr¨m ®é b¸ch ph©n. c¸c chÊt v« c¬ kh¸c nhau, ®Æc biÖt lµ c¸c aluminosilicat, cã thÓ ®ãng vai trß chÊt sóc t¸c. Qu¸ tr×nh ho¸ häc ®ã x¶y ra v« cïng chËm. Cµng suèng s©u, thêi gian cµng lín, sù biÕn ®æi ®ã cµng chë nªn s©u xa theo chiÒu h­íng: Hîp chÊt phøc t¹p sinh vËt ( hîp chÊt h÷u c¬ ®¬n gi¶n h¬n Hîp chÊt th¬m phøc t¹p ( hîp chÊt th¬m ®¬n gi¶n, hy®rocacbon ®¬n gi¶n naphten, parafin Hy®rocacbon ph©n tö l­îng lín ( hy®rocacbon ph©n tö l­îng bÐ Ph¶n øng chñ yÕu x¶y ra trong giai ®o¹n ho¸ häc lµ ph¶n øng cracking, trong ®ã m¹ch cacbon cña ph©n tö chÊt h÷u c¬ bÞ ®øt gÉy dÇn. KÕt qu¶ lµ t¹o ra c¸c chÊt h÷­ c¬ ®¬n gi¶n h¬n, chñ yÕu lµ hy®rocacbon sinh ra ngµy cµng nhiÒu. §ång thêi víi viÖc x¶y ra c¸c ph¶n øng cracking ph©n huû ®ã lµ qu¸ tr×nh ng­ng tô, kÕt hîp mét sè c¸c chÊt h÷u c¬ t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n võa t¹o thµnh ®Ó t¹o ra c¸c chÊt h÷u c¬ phøc t¹p h¬n: c¸c chÊt nhùa, Asphalten .C¸c chÊt nhùa, Asphalten tan kÐm, nÆng h¬n, nªn phÇn lín bÞ kÕt tña, sa l¾ng, phÇn Ýt cßn l¹i l¬ löng, ph©n t¸n trong khèi chÊt láng hy®rocacbon sinh ra bëi qu¸ tr×nh cracking. TËp hîp c¸c ph¶n øng ho¸ häc ®ã ®· biÕn dÇn c¸c vËt liÖu h÷u c¬ thµnh dÇu má vµ khÝ tù nhiªn. Nh­ vËy cã thÓ coi khÝ tù nhiªn lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ph©n huû ho¸ häc dÇu má. DÇu má cµng giµ sÏ cµng nhÑ ®i, cµng chøa nhiÒu chÊt Ýt phøc t¹p, cµng biÕn nhiÒu thµnh khÝ . DÇu má ®ang ®­îc t¹o thµnh ë d¹ng hçn hîp láng cã thÓ bÞ di c­ tõ chç nµy sang chç kh¸c d­íi t¸c dông vËn ®éng kiÕn t¹o cña vá tr¸i ®Êt. Chóng thÈm thÊu, chui qua c¸c líp ®Êt ®¸ xèp, chóng ch¶y qua c¸c khe nøt vµ cã thÓ bÞ tËp trung, bÞ gi÷ trong nh÷ng tÇng ®¸ ®Æc khÝt, t¹o ra nh÷ng tói dÇu mµ ta th­êng gäi lµ má dÇu. Trong c¸c má dÇu c¸c qu¸ tr×nh ho¸ häc vÉn tiÕp tôc xÈy ra, dÇu vÉn liªn tôc biÕn thµnh khÝ, t¹o ra c¸c má khÝ. Kh«ng gian xÈy ra c¸c ph¶n øng ho¸ häc ®ã gäi lµ vïng ho¸ häc. CÇn nhí rµng c¸c qu¸ tr×nh ®ã xÈy ra rÊt chËm, kÐo dµi hµng chôc, thËm chÝ hµng tr¨m triÖu n¨m råi mµ vÉn ®ang xÈy ra, do ®ã tuæi cña dÇu má, cña khÝ tù nhiªn lµ rÊt lín. Nh­ vËy qu¸ tr×nh h×nh thµnh dÇu má vµ khÝ tù nhiªn cã thÓ ®­îc biÓu diÔn b»ng s¬ ®å tæng qu¸t sau: (1) (2) (3) (2’) (3’) S¬ ®å h×nh thµnh dÇu má vµ khÝ tù nhiªn (1): Qu¸ tr×nh ph©n huû sinh häc;(2,2’),(3,3’): qu¸ tr×nh ho¸ häc. A: C¸c vËt liÖu h÷u c¬ thùc vËt, §éng vËt B: DÇu má s¬ khëi. C: DÇu má. D: KhÝ tù nhiªn. 3. Ph©n lo¹i 3.1. Ph©n lo¹i theo nguån gèc Ng­êi ta ®· ph©n chóng ra lµm 2 lo¹i dùa theo nguån gèc cña má: + KhÝ thiªn nhiªn: lµ khÝ ®­îc khai th¸c tõ c¸c má khÝ riªng biÖt trong tù nhiªn, nã cã hµm l­îng Metan rÊt cao, th­êng tõ 90 – 99% thÓ tÝch, cßn l¹i lµ c¸c khÝ kh¸c nh­ Etan, Propan vµ Ýt Butan... + KhÝ ®ång hµnh: Lµ khÝ n»m lÉn trong dÇu má, ®­îc h×nh thµnh cïng víi dÇu cßn gäi lµ khÝ dÇu má. VÒ mÆt ®Þnh tÝnh khÝ ®ång hµnh kh¸ gièng khÝ thiªn nhiªn nh­ng vÒ mÆt ®Þnh l­îng th× khÝ ®ång hµnh cã hµm l­îng Metan thÊp h¬n so víi khÝ tù nhiªn, th­êng lµ 30 – 87% + KhÝ ng­ng tô(condensat) : Thùc chÊt lµ d¹ng trung gian gi÷a dÇu má vµ khÝ ,bao gåm c¸c hydrocacbon nh­ Propan, Butan vµ mét sè hydrocacbon láng kh¸c nh­ Pentan, Pexan,thËm chÝ hydrocacbon Naphtenic vµ Aromatic ®¬n gi¶n, ë ®iÒu kiÖn th­êng khÝ ng­ng tô ë d¹ng láng 3.2. Ph©n lo¹i theo thµnh phÇn ®Þnh l­îng - Dùa theo thµnh phÇn cña khÝ Acid cã trong khÝ Hy®rocacbon ng­êi ta ph©n nã ra lµm 2 lo¹i : KhÝ chua vµ khÝ ngät. + KhÝ chua lµ khÝ ( khÝ tù nhiªn hay khÝ ®ång hµnh ) cã hµm l­îng H2S lín h¬n 5,8 mg/m3 khÝ ë ®iÒu khiÖn 150C vµ 1 bar , hoÆc chøa l­îng CO2 lín h¬n 2% thÓ tÝch + KhÝ ngät lµ khÝ cã hµm l­îng H2S hoÆc (vµ) CO2 nhá h¬n qui ®Þnh trªn . Theo c¸ch ph©n lo¹i nµy, c¸c khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh ë ViÖt Nam phÇn lín lµ khÝ ngät, rÊt thuËn tiÖn cho viÖc chÕ biÕn vµ sö dông. - Dùa vµo hµm l­îng c¸c khÝ Hy®rocacbon nÆng (Propan, Butan, Pentan...) ng­êi ta ph©n lo¹i khÝ thµnh khÝ bÐo vµ khÝ gÇy. Theo c¸ch ph©n lo¹i nµy: + NÕu hµm l­îng C+3 chøa lín h¬n 50g/m3 khÝ ë ®iÒu kiÖn 150C vµ 1 bar gäi lµ khÝ bÐo (khÝ giÇu). + Tr¸i l¹i nÕu hµm l­îng C+3 chøa nhá h¬n 50g/m3 khÝ, gäi lµ khÝ gÇy (khÝ nghÌo). KhÝ bÐo cã gi¸ trÞ kinh tÕt cao h¬n khÝ gÇy , v× ng­êi ta cã thÓ chÕ biÕn thµnh nhiÒu s¶n phÈm láng cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao h¬n nh­ : KhÝ ®Çu má ho¸ láng (LPG), Condensat(C+5) ®Ó pha x¨ng. 4. Thµnh phÇn §Æc tr­ng chñ yÕu cña khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh bao gåm hai phÇn : Hydrocacbon va phi hydrocacbon 4.1. C¸c hîp chÊt hydrocacbon Chñ yÕu lµ c¸c khÝ metan vµ ®ång ®¼ng cña nã nh­:Etan , Propan, n-Butan,iso-Butan,ngoµi ra cßn mét l­îng Ýt c¸c hîp chÊt C5, C6 ..Hµm l­îng c¸c cÊu tö trªn thay ®æi tuú theo nguån gèc cña khÝ(khi thiªn nhiªn chøa chñ yÕu metan c¸c khÝ C3(C4 rÊt Ýt,cßn trong khÝ ®ång hµnh hµm l­îng C3(C4 cao h¬n). 4.2. C¸c hîp chÊt phi hydrocacbon Ngoµi thµnh phÇn chÝnh lµ c¸c hydrocacbon , trong khÝ thiªn nhiªn vµ khÝ dÇu má cßn chøa c¸c t¹p chÊt nh­:CO2,, N2,, H2S , H2 , He, Ar, Ne...trong c¸c loai khÝ trªn th­êng N2 chiÕm phÇn lín. Tuú theo hµm l­îng c¸c khÝ co trong c¸c má mµ ng­êi ta cã ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó thu håi chóng. 5. Sù ph©n bè ,tr÷ l­îng vµ tiÒm n¨ng khÝ thiªn nhiªn t¹i ViÖt Nam Theo sè liÖu cña trung t©m nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn chÕ biÕn dÇu khÝ tiÒm n¨ng vµ tr÷ l­îng khÝ thiªn nhiªn lµ 3000 tû m3 ,Tr÷ l­îng ®­îc thÈm l­îng vµ s½n sµng ®Ó ph¸t triÓn khai th¸c trong thêi gian tíi vµo kho¶ng 400 tû m3, nguån khÝ ViÖt Nam tËp trung chñ yÕu t¹i c¸c má khÝ cña c¸c bÓ :S«ng Hång, Cöu Long, Nam C«n S¬n , vµ Malay-Thæ chu + BÓ Cöu Cong : DiÖn tÝch 60 ngµn km2 víi tr÷ l­îng 50 tû m3, s¶n phÈm chñ yÕu dÇu vµ khÝ ®ång hµnh + BÓ Nam C«n S¬n :DiÖn tÝch 160 ngµn km2 víi tr÷ l­îng 160 tû m3 s¶n phÈm chñ yÕu khÝ va condensat + BÓ Malay-Thæ Chu :N»m phÝa ®«ng vinh Th¸i Lan, tr÷ l­îng 140 tû m3 s¶n phÈm dÇu vµ khÝ + BÓ S«ng Hång: DiÖn tÝch kho¶ng 120 ngµn km2 , tiÒm n¨ng khÝ lµ kh¸ lín kho¶ng 2000 tû m3 khÝ thiªn nhiªn nh­ng do bÓ co hµm l­îng CO2 lín nªn viÖc khai th¸c vµ ®­a vµo sö dông khÝ ë c¸c má nµy lµ ch­a kh¶ thi . B¶ng I.1 Thµnh phÇn cña khi thiªn nhiªn (%V) trong c¸c má thuéc BÓ Nam C«n S¬n Má CÊu tö  Lan t©y, Lan ®á  H¶i Th¹ch  Méc Tinh  Rång §«i   CO2  1,92  4,5  2,72  5,64   N2  0,36  0,12  0,10  0,08   Methane  89,65  84,13  89,02  81,41   Ethane  4,30  5,8  4,04  5,25   Propane  2,39  3,36  1,71  3,06   i-Butane  0,56  0,68  0,37  0,71   n-Butane  0,49  0,83  0,48  0,76   i-Pentane  0,14  0,24  0,20  0,32   n-Pentane  0,08  0,17  0,16  0,23   Hexane  0,10  0,17  0,12  2,54   Tæng  100  100  100  100   Trung t©m nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn chÕ biÕn DÇu khÝ B¶ng I.2 Thµnh phÇn khÝ ®ång hµnh BÓ Cöu Long Má CÊu tö  B¹ch Hæ  S­ tö ®en  R¹ng §«ng  Ruby   CO2  0.07  0.05  0.04  0.079   N2  0.25  1.69  0.26  0.640   Methane  74  75.08  79.20  78.026   Ethane  12.35  11.24  10.87  10.679   Propane  13.33  6.75  6.14  6.705   i-Butane  0.00  1.87  1.04  1.305   n-Butane  0.00  1.85  1.46  1.741   i-Pentane  0.00  0.51  0.35  0.308   n-Pentane  0.00  0.45  0.35  0.382   Hexane  0.00  0.69  0.29  0.135   Tæng  100  100  100  100   B¶ng I.3 biÓu ®å dù kiÕn khai th¸c ®Õn n¨m 2025
Ch­¬ng II: Mét sè tÝnh chÊt quan träng cña khÝ hydrocacbon 1. Khèi l­îng trung b×nh vµ tû khèi §Ó s¬ bé ®¸nh gi¸ ®­îc khÝ nÆng hay nhÑ, ng­êi ta cã thÓ dùa vµo khèi l­îng ph©n tö trung b×nh vµ tû khèi cña khÝ : + Khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña mét tæ hîp khÝ tÝnh theo c«ng thøc sau: MTB =
(2.1) Trong ®ã : Mj – khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña ph©n tö j Yj – PhÇn mol cña cÊu tö j trong tæ hîp NÕu gäi d lµ tû khèi cña tæ hîp khÝ so víi kh«ng khÝ ta cã: dhh = Mtb/29 2. NhiÖt ®é tíi h¹n vµ ¸p suÊt tíi h¹n Mçi mét chÊt h¬i cã mét nhiÖt ®é mµ cao h¬n nhiÖt ®é ®ã nã kh«ng thÓ ho¸ láng ë bÊt kh× ¸p suÊt nµo ®ã gäi lµ nhiÖt ®é tíi h¹n Tc , gi¸ trÞ ¸p suÊt t­¬ng øng víi nã gäi lµ ¸p suÊt tí h¹n Pc , thÓ tÝch t­¬ng øng lµ thÓ tÝch tíi h¹n Vc, ¸p suÊt tíi h¹n vµ nhiÖt ®é tíi h¹n phô thuéc vµo tõng lo¹i Hy®rocabon , cïng mét nhiÖt ®é s«i nh­ nhau nh­ng c¸c Hy®rocacbon th¬m bao giê còng cã nhiÖt ®é tíi h¹n cao h¬n c¸c Hy®rocacbon Parafin. Trªn b¶ng 2.1 tr×nh bÇy th«ng sè tíi h¹n cña mét sè khÝ th«ng th­êng: Hy®rocacbon  NhiÖt ®é tíi h¹n (k)  ¸p suÊt tíi h¹n(atm)   CH4  190.55  45.44   C2H6  305.43  48.16   C3H8  369.82  41.94   I – C4H10  408.43  36.00   N – C4H10  425.46  37.47   N – C5H12  469.60  33.25   I – C5H12  460.39  33.37   N– C6H14  507.40  29.73   NhiÖt ®é vµ ¸p suÊt tíi h¹n cña Hydrocacbon ®¬n chÊt tõ C1 ®Õn C15 cã thÓ s¸ch ®inh mét c¸nh g©n ®óng theo c«ng th­c Tc =391.7(n-1)/[2.645+(n-1)0.785] +190,7 (2.2) n:la s« ngyªn t­ cacbon trong ph©n tö Ap suÊt tít h¹n cña hidrocacbon tõ C1 ®Õn C15 co thÓ x¸c ®Þnh v¬i ®é chÝnh x¸c 0,05Mpa theo c«ng thøc: Pc = 495,1/(7,977+n1,2) (2.3) n lµ sè nguyªn tö cacbon §Ó x¸c ®Þnh thÓ tÝch tíi h¹n cña c¸c hydrocacbon tõ C3 - C16 (víi ®é chÝnh x¸c ®Õn 4 cm3/mol) cã thÓ sö dông ph­¬ng tr×nh: Vc = 58n + 22 (2.4) §èi víi mét hçn hîp hydrocacbon nhiÖt ®é tíi h¹n vµ ¸p suÊt tíi h¹n phô thuéc vµo thµnh phÇn ®Þnh tÝnh vµ thµnh phÇn ®Þnh l­îng cña c¸c phÇn tö . øng víi mçi thµnh phÇn sÏ cã mét nhiÖt ®é tíi h¹n, nã chØ ®¨c tr­ng cho thµnh phÇn ®ã khi thµnh phÇn biÕn thiªn th× nhiÖt ®é tíi h¹n vµ ¸p suÊt tíi h¹n còng thay ®æi . ChÝnh v× vËy, ®èi víi hçn hîp khÝ ng­êi ta quan t©m tíi nhiªt ®é gi¶ tíi h¹n vµ ¸p suÊt gi¶ tíi h¹n. Chóng tÝnh to¸n theo c«ng thøc sau: Tgth =
(2.5) Vµ: Pgth =
(2.6) Trong ®ã: Tci: NhiÖt ®é tíi h¹n cña cÊu tö i Pci: ¸p suÊt tíi h¹n cña cÊu tö i Ci: PhÇn mol cña i trong hçn hîp 3. Giíi h¹n ch¸y næ Mét hçn hîp khÝ chØ cã thÓ b¾t ch¸y khi gÆp nguån löa nÕu nång ®é cña nã trong kh«ng khÝ ®¹t ®Õn mét l­îng x¸c ®Þnh nµo ®ã. §Ó ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng ch¸y næ cña khÝ ng­êi ta nghiªn cøu vµ ®­a ra kh¸i niÖm “giíi h¹n ch¸y næ”: Lµ phÇn tr¨m thÓ tÝch cña nhiªn liÖu trong hçn hîp víi kh«ng khÝ hoÆc víi Oxy nguyªn chÊt cã thÓ ch¸y khi gÆp nguån löa. + Hµm l­îng phÇn tr¨m thÓ tÝch (hay % mol) cña mét khÝ trong liÖu trong kh«ng khÝ hoÆc Oxy nguyªn chÊt ®¹t gi¸ trÞ nhá nhÊt cã thÓ b¾t ch¸y khi gÆp ngän löa gäi lµ giíi h¹n ch¸y næ d­íi. + L­îng % lín nhÊt theo thÓ tÝch (hay % mol) cña khÝ trong kh«ng khÝ hoÆc Oxy nguyªn chÊt mµ cã thÓ ch¸y khi gÆp nguån löa gäi lµ giíi h¹n ch¸y næ trªn.Víi hµm l­îng khÝ tõ giíi h¹n ch¸y næ d­íi ®Õn giíi h¹n ch¸y næ trªn, khÝ sÏ b¾t ch¸y khi cã nguån löa, ®ã lµ vïng ch¸y næ. Hµm l­îng khÝ nhá h¬n giíi h¹n ch¸y næ d­íi vµ lín h¬n giíi h¹n ch¸y næ trªn ®­îc xem lµ vïng an toµn. Tõ b¶ng 2.2 ta nhËn xÐt ®­îc khi lµm viÖc víi khÝ chua lµ nguy hiÓm rÊt cao so víi khÝ ngät v× ph¹m vi ch¸y næ cña H2S trong kh«ng khÝ lµ rÊt réng ng­êi ta th­êng quan t©m ®Õn ch¸y næ d­íi h¬n (bëi v× ch¸y næ d­íi th­êng t¹o ra do nh÷ng sù cè rß rØ tõ nh÷ng thiÕt bÞ dÉn chøa khÝ ra ngoµi). Trªn b¶ng 2.2: Tr×nh bµy giíi h¹n ch¸y næ cña Hydrocacbon vµ H2S CÊu tö  Hçn hîp víi kh«ng khÝ  Hçn hîp víi Oxy nguyªn chÊt    Giíi h¹n ch¸y næ d­íi, %V  Giíi h¹n ch¸y næ trªn, %V  Giíi h¹n ch¸y næ d­íi, %V  Giíi h¹n ch¸y næ trªn, %V   CH4  5,3  14,0  5,1  61   C2H6  3,0  12,5  3,2  66   C3H8  2,2  9,5  2,3  55   N – C4H10  1,9  8,5  1,8  49   I – C4H10  1,8  8,4  1,8  49   N – C5H12  1,5  7,8  -  -   i – C5H12  1,4  8,3  -  -   N- C6H14  1,2  7,7  -  -   H2S  4,3  45,5  -  -   C2H4  3,1  32,0  3,0  53   C6H6  1,4  7,1  2,6  30   Trong thùc tÕ khai th¸c, vËn chuyÓn, chÕ biÕn vµ sö dông khi ®ång hµnh vµ khÝ tù nhiªn, lu«n lu«n ph¶i lµm viÖc víi hçn hîp khÝ, do ®ã ph¶i biÕt c¸ch x¸c ®Þnh giíi h¹n ch¸y næ ®èi víi hçn hîp. Mét trong c¸c chÊt ®ã lµ tÝnh giíi h¹n ch¸y næ cña hçn hîp theo c«ng thøc 2.7. Y = 100/(
) (2.7) Trong ®ã:
Y : Giíi h¹n ch¸y næ cña hçn hîp ni: PhÇn tr¨m thÓ tÝch (hoÆc % mol) cña cÊu tö i trong hçn hîp khÝ Ni: giíi h¹n ch¸y næ cña cÊu tö i. BiÕt ®­îc giíi h¹n ch¸y næ cña 1 chÊt khÝ (hay cña hçn hîp khÝ) n¾m vai trß quan träng trong viÖc phßng ch¸y cho hÖ thèng èng dÉn, trong quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ còng nh­ trong sö dông. §Ó h¹n chÕ rñi ro do ch¸y næ, trong qu¸ tr×nh vËn chuyÓn khÝ ng­êi ta th­êng cho thªm chÊt t¹o mïi ®Ó dÔ ph¸t hiÖn rß r×, kÞp thêi xö lý tr¸nh ®Ó x¶y ra nguy c¬ ch¸y. 4. NhiÖt trÞ NhiÖt trÞ cßn gäi lµ nhiÖt ch¸y cña mét chÊt lµ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng ®èt ch¸y chÊt ®ã b»ng oxy O2 ®Ó t¹o thµnh c¸c oxyd cao nhÊt vµ c¸c chÊt t­¬ng øng. NhiÖt trÞ th­êng ®­îc ký hiÖu: Q, ®¬n vÞ ®o trong c«ng nghiÖp lµ : Kj/Kg khÝ, kj/m3 khÝ. Trong c«ng nghiÖp dÇu khÝ ng­êi ta dïng kh¸i niÖm ph©n biÖt: NhiÖt trÞ trªn vµ nhiÖt trÞ d­íi chóng th­êng cã gi¸ trÞ kh¸c nhau: - NhiÖt trÞ trªn (nhiÖt trÞ cao) – Qt: Lµ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng ®èt ch¸y hoµn toµn 1 ®¬n vÞ khèi l­îng hay thÓ tÝch cña khÝ Hydrocacbon mµ n­íc sinh ra trong ph¶n øng ë tr¹ng th¸i láng. - NhiÖt trÞ d­íi (nhiÖt trÞ thÊp) – Qd: lµ hiÖu øng nhiÖt cña ph¶n øng ®èt ch¸y hoµn toµn mét thÓ tÝch hay khèi l­îng cña khÝ Hydrocacbon mµ n­íc sinh ra trong ph¶n øng ë tr¹ng th¸i h¬i. NhiÖt trÞ d­íi bao giê còng nhá h ¬n nhiÖt trÞ trªn mét l­îng b»ng nhiÖt ng­ng tô h¬i n­íc sinh ra vµ chóng cã ph­¬ng tr×nh liªn hÖ nh­ sau: Qt = Qd + 558(9. h + W) (2.8) Trong ®ã: 558: lµ l­îng nhiÖt lµm ng­ng tô 1 kg n­íc h : lµ sè Kg H liªn kÕt W: sè Kg n­íc cã mÆt trong 1kg nhiªn liÖu ë thÓ h¬i Trong thùc tÕ th× th­êng dïng kh¸i niÖm nhiÖt trÞ d­íi. Vµ nhiÖt lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña khÝ hoÆc hçn hîp khÝ th­¬ng phÈm. Ta cã thÓ tÝnh nhiÖt trÞ cña hçn hîp khÝ theo c«ng thøc: Qhh =
(2.9) Trong ®ã: Qhh: NhiÖt trÞ cña hçn hîp Qj: NhiÖt trÞ cña c¸c tö j Yj: PhÇn mol cña c¸c tö j 5. §é Èm ®iÓm s­¬ng cña khÝ - §é Èm cña khÝ: Lµ l­îng h¬i n­íc cã trong khÝ t¹i mét ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. §é Èm cña khÝ phô thuéc vµo ¸p suÊt vµ nhiÖt ®é, ¸p suÊt cµng t¨ng, nhiÖt ®é cµng gi¶m th× l­îng h¬i n­íc trong khÝ cµng nhá vµ ng­îc lai. Ng­êi ta hay dïng hai kh¸i niÖm vÒ ®é Èm: + §é Èm tuyÖt ®èi: Lµ khèi l­îng n­íc cã trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch hay mét ®¬n vÞ khèi l­îng cña khÝ (®o b»ng gam H2O/m3 khÝ, gam H2O/kg khÝ). + §é Èm t­¬ng ®èi: lµ tû sè gi÷a khèi l­îng h¬i n­íc cã trong hçn hîp khÝ so víi khèi l­îng h¬i n­íc cùc ®¹i ë trong khÝ, trong cïng mét nhiÖt ®é. (L­îng h¬i n­íc b·o hoµ ë nhiÖt ®é nµo ®ã). - §iÓm s­¬ng cña khÝ lµ nhiÖt ®é mµ t¹i ®ã h¬i n­íc ë trong khÝ ®­îc ng­ng tô thµnh c¸c giät láng nh­ s­¬ng mï ë mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh. KhÝ cã ®iÓm s­¬ng cµng thÊp th× hµm l­îng n­íc ë trong cµng nhá. 6. NhiÖt dung, nhiÖt bay h¬i, Entalpy - NhiÖt dung: + NhiÖt dung cña mét chÊt (ký hiÖu lµ C): NhiÖt dung lµ lù¬ng nhiÖt cÇn thiÕt ®Ó lµm t¨ng nhiÖt ®é mét ®¬n vÞ chÊt ®ã lªn mét ®é, th­êng ®­îc ®o b»ng Cal/Kg 0C. NhiÖt dung lµ hµm qu¸ tr×nh cã gi¸ trÞ phô thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt ®é vµ b¶n chÊt cña chÊt ®ã. + NhiÖt dung cña c¸c Hydrocacbon t¨ng gÇn nh­ tuyÕn tÝnh víi nhiÖt ®é,gi¶m theo tû khèi, nhiÖt dung cña c¸c Hydrocacbon nhÑ t¨ng nhanh h¬n theo nhiÖt ®é + §èi víi c¸c hçn hîp ë ¸p suÊt khÝ quyÓn nhiÖt dung riªng ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau . C
=
(2.10) ¬ ®©y C
: NhiÖt dung mol cña cÊu tö thø i ¬ nhiÖt ®é cña hÖ; yi : phÇn mol cña cÊu tö thø i. + ë ¸p suÊt cao h¬n nhiÖt dung riªng cña c¸c hydrocacbon khÝ vµ hçn hîp cña chóng còng phô thuéc vµo ¸p suÊt. Trong tr­êng hîp nµy nhiÖt dung riªng c¸c hydrocacbon khÝ ®­îc x¸c ®Þnh theo ph­¬ng tr×nh: Cp =
- (Cp (2.11) Cp: NhiÖt dung mol cña hçn hîp c¸c khÝ hydrocacbon ë nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt cña hÖ; C
: NhiÖt dung mol cña cÊu tö thø I ë tr¹ng th¸i lý t­ëng ë nhiÖt ®« cña hÖ; (Cp: §¹i l­îng hiÖu chØnh cho ¸p suÊt. - Entalpy: Trong ngµnh chÕ biÕn khÝ ng­êi ta th­êng dïng Entalpy H, ®©y kh«ng ph¶i lµ Etalpy tuyÖt ®èi mµ lµ biÕn thiªn Entalpy tõ nhiÖt ®é gèc quy ­íc T0 ®Õn nhiÖt ®é ®ang xÐt T. §¬n vÞ ®o lµ Kcal/Kg hoÆc Kj/Kg. Entalpy cña c¸c Hydrocacbon ë thÓ h¬i phô thuéc vµ ¸p suÊt, ë ¸p suÊt cµng lín th× Entalpy cµng nhá. - NhiÖt bay h¬i: NhiÖt bay h¬i lµ nhiÖt l­îng cÇn thiÕt cung cÊp cho mét ®¬n vÞ khèi l­îng chÊt láng ®Ó nã chuyÓn tõ pha láng sang pha h¬i, th­êng ®­îc tÝnh b»ng ®¬n vÞ Kcal/Kg hoÆc Kj/Kg. NhiÖt bay h¬i phô thuéc vµo ¸p suÊt, nhiÖt bay h¬i t¨ng khi ¸p suÊt t¨ng. C«ng thøc Trouton tÝnh gÇn ®óng nhiÖt bay h¬i cña mét chÊt (cÊu tö): L = KTtbm /Mtb (2.12) Trong ®ã : Mtb: Ph©n tö l­îng trung b×nh K : HÖ sè b»ng 20 ®Õn 22 Ttbm: NhiÖt ®é s«i trung b×nh mol (®é K) PHÇN II: c¸c ph­¬ng ph¸p lµm ngät khÝ 2.1. T¸c h¹i cña khÝ Acid vµ sù cÇn thiÕt ph¶i lo¹i bá khÝ Acid (H2S, CO2). Trong hçn hîp khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh vµ khÝ ho¸ dÇu ngoµi khÝ Hydrocacbon cßn chøa mét sè khÝ kh¸c nh­: KhÝ chua (H2S, CO2), ®ång thêi cßn chøa mét l­îng kh«ng lín khÝ h÷u c¬ kh¸c nh­: COS, CS2, Mecaptan … Sù tån t¹i cña chóng trong khÝ sÏ g©y c¶n trë trong sù vËn hµnh vµ chÕ biÕn khÝ, chóng g©y ¨n mßn thiÕt bÞ, g©y ngé ®éc chÊt xóc t¸c trong chÕ biÕn, ®èi víi ng­êi sö dông nã cã ¶nh h­ëng kh«ng tèt ®Õn søc khoÎ, g©y « nhiÔm m«i tr­êng, khÝ cacbonic cã phÇn Ýt ®éc h¹i h¬n. Nh­ng nÕu thµnh phÇn cña chóng qu¸ lín th× sÏ lµm gi¶m nhiÖt trÞ cña hçn hîp khÝ. MÆt kh¸c, Hydrosunfua (H2S) lµ khÝ dÔ ch¸y (giíi h¹n ch¸y næ réng) lµ chÊt kh«ng cã mµu trøng thèi rÊt khã chÞu. H2S rÊt ®éc cã thÓ g©y ngé ®éc dÉn ®Õn tö vong cho con ng­êi khi tiÕp xóc l©u víi nã ë nång ®é cao trong khÝ. Cho nªn, trong qu¸ tr×nh vËn hµnh khÝ chóng ta ph¶i hÕt søc quan t©m ®Õn sù an toµn thiÕt bÞ, ®Ò phßng rß rØ khÝ. Tõ nh÷ng vÊn ®Ò ph©n tÝch trªn chóng ta ®· nhËn thÊy sù bÊt lîi vµ t¸c h¹i cña khÝ chua H2S, CO2 cã mÆt trong khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh. V× thÕ chóng ta cÇn ph¶i lo¹i bá chóng tr­íc khi ®­a vµo chÕ biÕn, nãi mét c¸ch kh¸c chÝnh lµ lµm ngät. Tuy vËy, bªn c¹nh sù t¸c h¹i cña khÝ chua, th× chóng vÉn cã lîi cßn øng dông ®­îc trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn: + H2S lµ nguån nguyªn liÖu quan träng ®Ó s¶n xuÊt L­u huúnh nguyªn chÊt vµ Acid Sunfuaric. + CO2 còng lµ nguyªn nhiªn liÖu ®­îc dïng trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn thùc phÈm, trong c«ng nghiÖp ho¸ chÊt ho¸ häc, trong n«ng nghiÖp, trong c«ng nghiÖp s¶n xuÊt ®å uèng n­íc gi¶i kh¸t ... V× vËy, khi lùa chän c¸c quy tr×nh lµm ngät khÝ cÇn ph¶i tÝnh ®Õn møc ®é lo¹i c¸c cÊu tö kh«ng mong muèn trªn vµ tËn dông chóng ®Ó s¶n xuÊt ra c¸c s¶n phÈm chuyªn dïng cÇn thiÕt. * Tiªu chuÈn cho phÐp khÝ chua cßn l¹i trong khÝ s¹ch - ë Mü: Hµm l­îng H2S cho phÐp ( 5,7 mgH2S/m3khÝ - ë Nga: Hµm l­îng H2S cho phÐp ( 20 mgH2S/m3khÝ - ë ViÖt Nam : HiÖn nay ch­a cã mét quy ®Þnh nµo cô thÓ nµo, v× khÝ tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh vµ khÝ hãa dÇu cña chóng ta cã hµm l­îng CO2 vµ H2S thÊp, (trõ khÝ ë bÓ S«ng Hång cã hµm l­îng CO2 t­¬ng ®èi cao) Nãi chung, trong c¸c quy tr×nh c«ng nghÖ xö lý khÝ cÇn ph¶i lµm ngät khÝ nh»m cã môc ®Ých: - Gi¶m ¨n mßn ®­êng èng, thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh xö lý khÝ hay sö dông khÝ. - Gi¶m thiÓu kh¶ n¨ng g©y ngé ®éc chÊt xóc t¸c trong c¸c c«ng ®o¹n chÕ biÕn s©u. - §¶m b¶o an toµn cho søc khoÎ vµ « nhiÔm m«i tr­êng. - §¸p øng tiªu chuÈn vÒ c¸c chØ tiªu kü thuËt cña s¶n phÈm khÝ th­¬ng m¹i. - Thu håi khi chua dïng cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c, khi hµm l­îng l­u huúnh trong khÝ lµ ®¸ng kÓ. 2.2. Giíi thiÖu tæng qu¸t vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p lµm ngät khÝ: §Ó lo¹i bá khÝ chua (H2S, CO2…) vµ c¸c hîp chÊt kh¸c chøa l­u huúnh kh«ng mong muèn ra khái tù nhiªn, khÝ ®ång hµnh vµ khÝ ho¸ dÇu. Ng­êi ta sö dông chñ yÕu yÕu tè lµ c¸c qu¸ tr×nh hÊp thô, tuú thuéc vµo ®Æc ®iÓm t­¬ng t¸c cña c¸c hîp chÊt nµy víi dung m«i – chÊt hÊp thô chóng cã thÓ hîp thµnh c¸c nhãm sau. Ph­¬ng ph¸p hãa häc, ph­¬ng ph¸p vËt lý, ph­¬ng ph¸p kÕt hîp vËt lý vµ hãa häc. 2.2.1. Lµm ngät khÝ b»ng ph­¬ng ph¸p hãa häc Lµm ngät khÝ b»ng dung m«i hÊp thô hãa häc lµ nh÷ng dung dÞch n­íc Alkanol amin. C¸c Alkanol amin th­êng ®­îc sö dông lµ: mondo Etanol amin (MEA), di Etanol amin (DEA), Diglycol amin (DGA), TriEtanol amin (TEA), Di IzoPropanol amin (DIPA)… Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ cña c¸c dung m«i nµy lµ qu¸ tr×nh hÊp thô, trong khi tiÕp xóc vµ ph¶n øng hãa häc víi khÝ chua. Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng Kalicacbonat còng thuéc nhãm nµy. Ph­¬ng ph¸p lµm ngät nµy ®¶m b¶o triÖt ®Ó ®Ó khÝ chua, víi hµm l­îng trung b×nh vµ thÊp, ®é hoµ tan Hydrocacbon trong dung m«i hÊp thô nµy kh«ng ®¸ng kÓ. ThiÕt bÞ, c«ng nghÖ ®¬n gi¶n vµ bÒn. Nh­îc ®iÓm c¬ b¶n cña qu¸ tr×nh lµ kh«ng t¸ch ®­îc toµn bé l­îng khÝ chua H2S , CO2 , COS, CS2 vµ Mecaptan) ë khÝ cã chøa hµm l­îng lín. V× lÏ ®ã hµm l­îng c¸c hîp chÊt chøa l­u huúnh cßn l¹i t­¬ng t¸c víi dung m«i t¹o thµnh c¸c hîp chÊt hãa häc bÒn ,khã t¸i sinh ë ®iÒu kiÖn cña qu¸ tr×nh. §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh cÇn ph¶i cã bËc tuÇn hoµn chÊt hÊp thô cao vµ tiªu hao nhiÖt l­îng lín (chóng t¨ng lªn khi nång ®é c¸c chÊt kh«ng mong muèn t¨ng lªn). ChÊt hÊp thô vµ s¶n phÈm t­¬ng t¸c cña chóng víi c¸c t¹p chÊt chøa trong khÝ nhiªn liÖu nhiÒu khi cã ho¹t tÝnh ¨n mßn cao. Cïng víi sù gia t¨ng nång ®é amin vµ møc b·o hoµ dung m«i bëi khÝ chua c¸c t¹p chÊt kh«ng mong muèn th× ho¹t tÝnh ¨n mßn hãa häc cña c¸c chÊt hÊp thô Alkanol amin còng t¨ng. V× vËy, kh¶ n¨ng hÊp thô cña chóng th­êng bÞ h¹n chÕ kh«ng ph¶i bëi ®iÒu kiÖn c©n b»ng nhiÖt ®éng mµ lµ bëi ®é b·o hoµ giíi h¹n cña c¸c chÊt hÊp thô b»ng c¸c khÝ Acid. 2.2.2. C¸c qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp thô vËt lý Ph­¬ng ph¸p hÊp thô nµy dïng b»ng dïng m«i h÷u c¬ gåm: Propylen cacbonat (C3H6CO3), Di Metyl Ete Polyetylenglycol (DMEPEG), N- Metyl Pirrolidon… c¸c dung m«i nµy xö lý l­îng khÝ chua trong khÝ b»ng ph­¬ng ph¸p hÊp thô vËt lý. §Æc ®iÓm chung cña qu¸ tr×nh: Lµ c¸c dung m«i nµy cã ®é hoµ tan tèt ë nhiÖt ®é thÊp, kh¶ n¨ng hÊp thô cao c¸c khÝ chua (®Æc biÖt lµ khÝ CO2, H2S) cã thÓ lµm s¹ch gÇn nh­ lµ triÖt ®Ó ®ång thêi chóng cã tÝnh ­u viÖt h¬n hÊp thô hãa häc ë chç: khi ¸p suÊt riªng phÇn cña mét khÝ chua lín h¬n ®iÒu kiÖn hÊp thô > 5 Mpa nã vÉn lµm viÖc ®­îc. Dung m«i nµy th­êng kh«ng sñi bät, kh«ng ¨n mßn thiÕt bÞ, nhiÒu chÊt cã nhiÖt ®é hÊp thô thÊp (( 700C) nhiÖt ®é ®Æc thÊp. §©y lµ ®iÒu kiÖn quan träng trong tr­êng hîp ¸p dông chóng ë vïng cã khÝ hËu l¹nh. Khi ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c t¹p chÊt chøa Acid cao, qu¸ tr×nh lµm s¹ch khÝ b»ng dung m«i h÷u c¬ (ph­¬ng ph¸p hÊp thô vËt lý) cã yªu cÇu kinh phÝ ®Çu t­ vµ chi phÝ vËn hµnh thÊp h¬n ®èi víi viÖc thùc hiÖn b»ng ph­¬ng ph¸p hãa häc b»ng amin, do kh¶ n¨ng hÊp thô cña khÝ chua vµ c¸c hîp chÊt kh«ng mong muèn kh¸c. ViÖc t¸i sinh chÊt hÊp thô vËt lý diÔn ra cña nhiÒu tr­êng hîp kh«ng cÇn cÊp nhiÖt mµ nhê gi¶m ¸p suÊt trong hÖ thèng. Nh­îc ®iÓm cña qu¸ tr×nh lµ: c¸c dung m«i hÊp thô ®­îc sö dông hÊp thô t­¬ng ®èi c¸c Hydrocacbon, vµ lµm s¹ch triÖt ®Ó khÝ trong nhiÒu tr­êng hîp chØ tháa m·n sau khi xö lý bæ sung b»ng dung m«i alkanolamin. 2.2.3. Lµm ngät b»ng dung m«i tæ hîp Dung m«i tæ hîp gåm Alkanol amin dung dÞch n­íc víi dung m«i h÷u c¬ nh­ Sunfolan, Metanol vµ dùa trªn sù hÊp thô vËt lý cña c¸c hîp chÊt kh«ng mong muèn b»ng dung m«i h÷u c¬ vµ t­¬ng t¸c hãa häc víi Alkanol amin, lµ phÇn ph¶n øng tÝch cùc cña chÊt hÊp thô. C¸c qu¸ tr×nh nµy kÕt hîp ®­îc nhiÒu ­u ®iÓm cña chÊt hÊp thô. C¸c qu¸ tr×nh nµy kÕt hîp ®­îc nhiÒu ­u ®iÓm cña hÊp thô vËt lý vµ hãa häc. Chóng cã thÓ ®­îc sö dông ®Ó lµm s¹ch triÖt ®Ó khái nh÷ng khÝ chua H2S , CO2 , COS, CS2 vµ Mecaptan. Qu¸ tr×nh tuy cã nhiÒu ­u ®iÓm, cã thÓ bæ sung cho nhau mét c¸ch hoµn h¶o, nh­ng nã kh«ng thÓ kh«ng cã nh­îc ®iÓm do c¸c dung m«i ®­îc sö dông, hÊp thô ®¸ng kÓ c¸c Hydrocacbon (®Æc biÖt lµ c¸c Hydrocacbon vßng th¬m tan tèt). §iÒu nµy lµm h¹n chÕ kh¶ n¨ng øng dông c¸c qu¸ tr×nh hÊp thô vËt lý vµ hãa häc bëi v× ®Ó lo¹i trõ sù th©p nhËp sè l­îng lín Hydrocacbon nÆng vµo nguyªn liÖu cña hÖ thèng s¶n xuÊt l­u huúnh vµ trong thµnh phÇn cña nhµ m¸y chÕ biÕn khÝ cÇn ph¶i cã m¸y vµ thiÕt bÞ t¸ch Hydrocacbon nÆng khái khÝ nguyªn liÖu hoÆc khÝ Acid tr­íc khi ®Õn hÖ thèng s¶n xuÊt l­u huúnh (trong c«ng nghÖ cÇn cã giai ®o¹n thu håi c¸c Hydrocacbon nÆng bÞ cuèn theo b»ng c¸ch cho Hydrocacbon khi ®· s¹ch quay vßng l¹i tõ d­íi lªn trªn dung m«i ®i tõ trªn xuèng trong mét th¸p tiÕp xóc, c¸c Hydrocacbon sÏ bÞ cuèn theo dßng khÝ, cßn dung m«i b·o hoµ khÝ Acid, vµ c¸c hîp chÊt chøa l­u huúnh kh¸c ®­îc ®­a sang th¸p t¸i sinh). Tuy nhiªn ®iÒu nµy kh«ng ph¶i lóc nµo còng ®ãng vai trß chñ ®¹o liªn quan ®Õn viÖc chän qó tr×nh sö lý khái H2S vµ c¸c hîp chÊt chøa l­u huúnh vµ chÊt kh«ng mong muèn kh¸c mµ kÌm theo ®ã lµ chi phÝ ®Çu t­ vµ ho¹t ®éng bæ sung trong qu¸ tr×nh vËn hµnh. C¸c qu¸ tr×nh hÊp thô vËt lý cã thÓ kinh tÕ h¬n, lµ do c¸c dung m«i h÷u c¬ ®¶m b¶o thu håi chän H2S trong sù cã mÆt cña CO2 vµ cho phÐp thu håi tèt cho s¶n phÈm l­u huúnh khi tû lÖ H2S: CO2 .Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh, c¸c qu¸ tr×nh nµy cã mét sè ­u ®iÓm mµ chØ cã thÓ ph¸t hiÖn trªn c¬ së ph©n tÝch kinh tÕ – kü thuËt cao khái H2S , CO2 , Mecaptan vµ c¸c hîp chÊt kh«ng mong muèn kh¸c dùa trªn hÊp thô hãa häc vµ vËt lý. ë b¶ng II.1 tr×nh bµy tãm t¾t mét sè quy tr×nh c«ng nghÖ lµm ngät khÝ HÊp thô hãa häc  HÊp thô hãa häc   Quy tr×nh c«ng nghÖ  Dung m«i  Quy tr×nh c«ng nghÖ  Dung m«i   * lµm s¹ch b»ng      Alkacol   - Fluor  Propylencacbonat   MEA  Mon Etanol amin  - Selecsol  DiMetyl ete Polyetlenglycol (DMEPEG), N – MetylPi rrolidon (NMP)   DEA  Di Etanol amin     ADIP  Di Izopropanol amin     Ekonamin  Di Glycol amin  Sun finol  Hçn hîp dung dÞch n­íc Di Izopropanol amin vµ Sunfolan   Kalycacbonat th«ng th­êng  K2CO3 nãng ch¶y     VeTrockk  Assen cña kim lo¹i kiÒm nãng ch¶y K3 ASO3…  Rectizol  Metanol (ë nhiÖt ®é thÊp)   (*) Tªn gäi phÇn ho¹t ®éng cña dung m«i, dung m«i lµ n­íc C¸c tiªu chuÈn c¬ b¶n trong viÖc chän chÊp hÊp thô còng nh­ qu¸ tr×nh hÊp thô t­¬ng øng lµ:Nång ®é ®Çu vµ nång ®é cuèi cña c¸c tö kh«ng mong muèn trong khÝ vµ ¸p suÊt lµm viÖc cho tr­íc trong hÖ thèng hoÆc ¸p suÊt riªng phÇn ®Çu vµ cuèi cña chóng trong ®iÒu kiÖn lµm s¹ch. ¸p suÊt ban ®Çu x¸c ®Þnh hÖ thèng tuÇn hoµn cña chÊt thô thô (l­u l­îng riªng).¸p suÊt liªn phÇn cuèi (møc ®é lµm s¹ch) phô thuéc tr­íc hÕt vµo møc ®é t¸i sinh chÊt hÊp thô vµ ¸p suÊt c©n b»ng cña khÝ ®­îc hÊp thô trªn bÒ mÆt dung m«i ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh chñ yÕu dùa vµo hÖ sè tuÇn hoµn vµ ®iÒu kiÖn t¸i sinh cña dung m«i hÊp thô. V× vËy, tÝnh kinh tÕ cña qu¸ tr×nh ®­îc x¸c ®Þnh trong khÝ nguyªn liÖu (khÝ chua) vµ khÝ ®· lµm s¹ch khÝ ngät. Trªn c¬ së nh÷ng dù liÖu nµy ng­êi ta cã thÓ ®¸nh gi¸ dung m«i nµo trong c¸c dung m«i hÊp thô hãa häc theo vËt lý ®­îc øng dông hîp lý nhÊt ®èi víi ®iÒu kiÖn cho tr­íc, sau ®ã ph¶i xÐt ®Õn tÝnh ®Æc thï cña c¸c t¹p chÊt chøa trong khÝ vµ c¸c ph­¬ng ¸n t­¬ng t¸c cã thÓ cã cña chóng víi dung m«i hÊp thô, tõ ®ã míi cã thÓ chän lùa qu¸ tr×nh thuËn lîi ®Ó tiÕn hµnh kh¶o s¸t kinh tÕ ,kü thuËt. TÊt c¶ c¸c quy tr×nh c«ng nghÖ ®­îc nªu trong b¶ng II.1 ngo¹i trõ quy tr×nh Vetrocokk, ®Òu dùa trªn nguyªn t¾c hÊp thô hãa häc hay vËt lý c¸c chÊt chøa l­u huúnh, oxy kh«ng mong muèn vµ gi¶i hÊp chóng tõ chÊt hÊp thô, ®­a khÝ Acid chøa H2S ®Õn hÖ thèng s¶n xuÊt l­u huúnh kiÓu Clase. Quy tr×nh Vetrocokk dùa trªn nguyªn t¾c hÊp thô H2S b»ng dông m«i hÊp thô hãa häc vµ «xy hãa trong thiÕt bÞ t¸i sinh thµnh l­u huúnh nhê sù cã mÆt cña phô gia ho¹t tÝnh trong chÊt hÊp thô vµ Oxy ®i vµo ®¸y th¸p t¸i sinh cïng víi kh«ng. Quy tr×nh lµm ngät khÝ Vetrocokk th­êng ®­îc sö dông lµm s¹ch khÝ víi nång ®é H2S thÊp. 2.3. Quy tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung m«i Alkanol amin Quy tr×nh c«ng nghÖ lµm ngät khÝ b»ng c¸c dung m«i Alkanol amin ®­îc sù thõa nhËn vµ øng dông réng r·i trong c«ng nghÖ chÕ biÕn khÝ tù nhiªn khÝ ®ång hµnh vµ khÝ trong nhµ m¸y läc dÇu. Khi ¸p suÊt riªng phÇn cña c¸c khÝ chua thÊp vµ trung b×nh th× kh¶ n¨ng hÊp thô cña c¸c Alkanol amin t¨ng theo tû lÖ H2S vµ CO2. TÝnh chÊt chung vµ c¸c qóa tr×nh lµm ngät khÝ cña c¸c Alkanol amin * TÝnh chÊt: C¸c Alkanol amin lu«n ®­îc sö dông lµm dung m«i hÊp thô hãa häc ®Ó lµm ngät khÝ lµ: Mon Etanol amin (MEA), Di Etanol amin (DEA), Di Izopropanol amin (DIPA), Di Glycol amin (DGA)…. Nghiªn cøu cÊu tróc ph©n tö cña c¸c Alkanol amin ta thÊy nã cã cÊu tróc t­¬ng tù víi NH3. VÒ nguyªn t¾c còng cã thÓ dïng NH3 ®Ó lo¹i c¸c khÝ Acid ra khái Hydrocacbon nh÷ng NH3 bay h¬i rÊt m¹nh. Do vËy, g©y khã kh¨n cho qu¸ tr×nh vËn hµnh vµ tæn thÊt lín do sù bay h¬i cña nã. B¶ng II.2 c¸c amin dïng ®Ó hÊp thô khÝ axÝt Tªn ho¸ chÊt  C«ng thøc   Monoetanolamin MEA  H2N – CH2 – CH2 – OH   Dietanolamin DEA  CH2 – CH2 – OH HN CH2 – CH2 – OH   Trietanolamin TEA  CH2 – CH2 – OH N – CH2 – CH2 – OH CH2 – CH2 – OH   Disopropanolamin DIPA  CH2 – CHOH – CH3 HN CH2 – CHOH – CH3   Metyldietanolamin MDEA  CH2 – CH2 – OH H3C – N CH2 – CH2 – OH   Diglycolamin DGA  H2N – CH2 – CH2 – O – CH2 – CH2 - OH   B¶ng II.3 Mét sè tÝnh chÊt hãa lý c¬ b¶n cña c¸c Alkanol amin  MEA  DEA  DIPA  DGA   Khèi l­îng ph©n tö  61  105.1  133.2  105.1   Khèi L­îng riªng, kg/m3  1018  1090  989  1055   NhiÖt ®é s«I,0C ë ¸p suÊt Pa       110 Pa  171   248.7  221   660 Pa  100  187  167    1320 Pa  69  150  133    ¸p suÊt h¬i b·o hoµ ë 200C, Pa  48  1.33  1.33  1.33   NhiÖt ®é ®«ng ®Æc,0C  10.5  28  42  9.5   ®é nhít tuyÖt ®èi, Pa.s  0.241 (ë 200C)  0.38 (ë 300C)  0.198 (ë 450C)  0.026 (ë 240C)   ®é hoµ tan trong n­íc ë 200C,%kl  Hoµn toµn  96.4  87  Hoµn toµn   NhiÖt ho¸ h¬i ë 1.105Pa,j/kg  1486.4  1205.9  722.5  917.4   Mono etanolamin (MEA) lµ amin cã tÝnh baz¬ m¹nh nhÊt trong c¸c Alkanol amin dïng lµm dung m«i hÊp thô trong c¸c quy tr×nh lµm ngät khÝ. ë nhiÖt ®é thÊp nã cã thÓ ph¶n øng rÊt nh¹y víi c¸c Acid, nã ph¶n øng ®­îc c¶ víi H2S vµ CO2. MEA cã khèi l­îng ph©n tö nhá nhÊt trong c¸c Alkanol amin nªn nhiÖt táa ra trong ph¶n øng hÊp thô c¸c khi axit lµ lín nhÊt trong c¸c Alkanol amin kh¸c. §ång thêi MEA bÒn vÒ mÆt hãa häc, dung dÞch MEA Ýt bÞ ph©n huû, MEA ph¶n øng kh«ng thuËn nghÞch víi c¸c Cacbonyl Sunfua (COS) vµ Cacbondisunfua CS2 t¹o thµnh c¸c s¶n phÈm bÒn kh«ng t¸i sinh ®­îc hoÆc khã t¸i sinh. V× vËy, g©y tæn thÊt mét l­îng lín dung m«i hÊp thô (nÕu khÝ nguyªn liÖu cã chøa nhiÒu COS, CS2). MÆt kh¸c, MEA cã ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cao nhÊt trong c¸c Alkanol amin, ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña MEA lín h¬n gÊp 30 lÇn so víi ¸p suÊt h¬i b·o hoµ cña DEA vµ 300 lÇn so víi TEA. Do ®ã, trong qu¸ tr×nh vËn hµnh th­êng bÞ tæn hao mét l­îng dung dÞch MEA ®¸ng kÓ do bay h¬i. DiEtanol (DEA) lµ mét baz¬ yÕu h¬n so víi MEA, còng bªn vÒ mÆt hãa häc. DEA ph¶n øng ®­îc víi H2S vµ CO2 nh÷ng ph¶n øng cña nã kÐm h¬n so víi MEA. DEA còng ph¶n øng víi COS, CS2 nh­ng c¸c ph¶n øng nµy x¶y ra chËm h¬n so víi MEA. * C¸c quy tr×nh lµm ngot: - Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch MonoEtanolamin; qu¸ tr×nh nµy ®· ®­îc øng dông réng r·i ®Ó lµm s¹ch khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh - Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch Di Etanol amin (DEA), qu¸ tr×nh nµy tr­íc ®©y ®­îc øng dông chñ yÕu ®Ó lµm ngät khÝ nhµ m¸y läc dÇu nh­ng hiÖn nã còng ®­îc øng dông ®Ó lµm ngät khÝ tù nhiªn. - Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch Di Glycoly amin (DGA), qu¸ tr×nh nµy ®­îc øng dông ®Ó lo¹i bá triÖt ®Ó H2S vµ CO2, nÕu dïng DGA thay thÕ cho MEA sÏ cho phÐp gi¶m l­u l­îng riªng cña chÊt hÊp thô vµ chi phÝ n¨ng l­îng lµ 25 – 40%. - Qu¸ tr×nh kÕt hîp ®ång thêi võa lµm ngät võa lµm kh« khÝ, dïng dung m«i lµ dung dÞch MEA hoÆc DEA víi Glycol. - Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch TriEtanol (TEA), qu¸ trinh nµy ®­îc giíi chuyªn m«n ®¸nh gi¸ lµ kh«ng hiÖu qu¶ vµ hiÖn nay ®­îc thay thÕ bëi qu¸ tr×nh MEA vµ DEA. - Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch Di IzoPropanol amin (ADIP), qu¸ tr×nh ®­îc øng dông lµm ngät khÝ tù nhiªn vµ khÝ dÇu má, v× nã cã chi phÝ vËn hµnh thÊp h¬n so víi qu¸ tr×nh MEA. - Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch Metyl Dietanol amin (MDEA), qu¸ tr×nh ®Æc biÖt ®­îc chó ý, do tÝnh chän läc cña nã cao, khi ph¶n øng víi H2S trong sù cã mÆt cña CO2. Trong qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ cña c¸c Alkanol amin ®· nªu trªn, th× c¸c qu¸ tr×nh MEA, DEA vµ ADIP th× ®­îc øng dông nhiÒu nhÊt ®Ó lµm ngät khÝ tù nhiªn vµ khÝ ®ång hµnh. 2.3.2. Quy tr×nh lµm ngät khÝ b»ng MEA. Sù t­¬ng t¸c cña MEA víi H2S, CO2 theo ph¶n øng sau: - Víi H2S: 2RNH + H2S (RNH3)2S (II.1) (RNH3)2 + H2S 2RNH3HS (II.2) - Víi Cacbonic: CO2 + 2RNH2 + H2O (RNH3)2CO3 (II.3) CO2 + (RNH3)2CO3 + H2O 2RNH3HCO3 (II.4) Víi R – nhãm HOCH2CH2 – II 8 VI I IV V III 11 9 7 VII S¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ hÊp thô b»ng MEA 1. th¸p hÊp thô; 2,3,4. thiÕt bÞ ph©n ly; 5,6. thiÕt bÞ lµm nguéi b»ng kh«ng khÝ; 7,8. thiÕt bÞ lµm l¹nh b»ng n­íc; 9. thiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt; 10. th¸p nh¶ hÊp thô; 11. Bé phËn ®un nãng; I. khÝ nguyªn liÖu; II. khÝ s¹ch(khÝ ngät); III. Dung m«i b·o hoµ; IV. khÝ ph©n ly; V. Dung m«i ®· nh¶ hÊp thô mét phÇn; VI. khÝ axit; VII. Dung m«i ®· t¸i sinh tuÇn hoµ trë l¹i th¸p hÊp thô. Trong c¸c ph¶n øng trªn th× tèc dé ph¶n øng cña MEA víi CO2 chËm h¬n so víi ph¶n øng cña nã víi H2S ë nhiÖt ®é thÊp c¸c ph¶n øng x¶y ra theo chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i, ë nhiÖt ®é cao th× c¸c ph¶n øng x¶y ra theo chiÒu ng­îc l¹i (tõ ph¶i sang tr¸i). Trong tr­êng hîp ®Çu x¶y ra qu¸ tr×nh hËp thô ho¸ häc, H2S, CO2 liªn kÕt víi chÊt hÊp thô theo ph¶n øng ho¸ häc (chiÒu tõ tr¸i sang ph¶i). Trong tr­êng hîp thø hai – diÔn ra sù gi¶i hÊp (t¸i sinh chÊt hÊp thô vµ t¸ch c¸c khÝ Acid: H2H vµ CO2 ®­îc hÊp thô). Nhê ph¶n øng hÊp thô cña c¸c muèi MEA vµ c¸c Acid ë nhiÖt ®é cao. C¸c ph¶n øng hÊp thô ho¸ häc lµ c¸c ph¶n øng to¶ nhiÖt rÊt m¹nh, ng­îc l¹i ph¶n øng t¸i sinh (ph¶n øng ph©n huû c¸c muèi) lµ ph¶n øng thu nhiÖt. Dung m«i hÊp thô ho¸ häc dïng trong qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng MEA lµ dung dÞch n­íc Mono Etanol amin, nång ®é MEA trong dung dÞch kh«ng v­ît qu¸ 15 – 20% khèi l­îng, v× khi cã nång ®é cao th× vËn tèc ¨n mßn kim lo¹i cña nã cang m¹nh do hÊp thô hµm l­îng khÝ axit lín (dung dÞch Alkanol amin tinh khiÕt kh«ng cã tÝnh ¨n mßn). Nång ®é dung dÞch cµng cao th× tÝnh ¨n mßn kim lo¹i cµng m¹nh, nªn lµm h¹n chÕ kh¶ n¨ng t¨ng hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh hÊp thô b»ng Alkanol amin (v× kh«ng thÓ dïng c¸c dung dÞch Alkanol amin cã nång ®é cao). GÇn ®©y ng­êi ta thªm mét sè chÊt øc chÕ qu¸ tr×nh ¨n mßn cho phÐp t¨ng nång ®é dung dÞch MEA lªn 30% ®Ó lµ t¨ng hiÖu qu¶ cña qu¸ tr×nh. Møc ®é b·o hoµ khÝ Acid cña MEA th­êng tõ 0,3 – 0,4 mol/molDEA. Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng MEA th­êng ®­îc dïng ®Ó lµm ngät khÝ chua H2S vµ CO2 khi ¸p suÊt riªng phÇn cña chóng kh«ng cao h¬n 0,6 – 0,7 Mpa. * §¸nh gi¸ ­u nh­îc cña qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng MEA. - ¦u ®iÓm: + MEA cã kh¶ n¨ng ph¶n øng cao, æn ®Þnh vµ dÔ t¸i sinh, c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ ®¬n gi¶n. + Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng MEA b¶o ®¶m cã thÓ t¸ch triÖt ®Ó H2S vµ CO2 ra khái khÝ trong kho¶n ¸p suÊt riªng phÇn cña H2S vµ CO2 kh¸ réng, cã thÓ vËn hµng qu¸ tr×nh hÊp thô ë ¸p suÊt kh«ng cao l¨m. Dung dÞch Mono Etanol amin t­¬ng ®èi khã hÊp thô Hydrocacbon, cßn kh¶ n¨ng hÊp thô ®èi víi H2S vµ CO2 th× rÊt cao. - Nh­îc ®iÓm: Møc ®é b·o hoµ khÝ Acid cña dung dÞch Etanol amin thÊp, l­u l­îng riªng vµ chi phÝ vËn hµnh cao. Mét vµi t¹p chÊt (CO2, COS, CS2…) chøa trong khÝ nguyªn liÖu, khi t­¬ng t¸c víi dung m«i t¹o thµnh c¸c hîp chÊt kh«ng t¸i sinh hoÆc khã t¸i sinh ®­îc. Do vËy lµm tæn hao mét l­îng ®¸ng kÓ dung m«i, lµm mÊt ho¹t tÝnh chÊt hÊp thô, lµm t¨ng tÝnh t¹o bét cña dung m«i, ngoµi ra quy tr×nh lµm ngät khÝ cña MEA cÇn n¨ng l­îng cho viÖc t¸i sÞnh dung m«i hÊp thô lín h¬n c¸c quy tr×nh kh¸c. 2.3.3. Quy tr×nh lµm ngät khÝ b»ng DEA Nh÷ng ph¶n øng chÝnh x¶y ra (trong qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ) gi÷a DEA víi H2S vµ CO2; - Víi H2S 2R2NH + H2S (R2NH2)2S (II.5) (R2NH2)2S + H2S 2R2NH2HS (II.6) Víi CO2: CO2 + 2R2NH + H2O (R2NH2)2CO3 (II.7) CO2 + (R2NH2)2CO3 + H2O 2R2NH2HCO3 ë ®©y R – nhãm C2H4OH – T­¬ng tù nh­ qu¸ tr×nh lµm ngät b»ng MEA (s¬ ®å nguyªn lý c«ng nghÖ hÊp thô còng kh«ng kh¸c nhiÒu), c¸c ph¶n øng trªn còng lµ ph¶n øng thuËn nghÞch, chóng x¶y ra theo chiÒu thuËn (tõ tr¸i sang ph¶i) ë nhiÖt ®é thÊp, vµ x¶y ra theo chiÒu nghÞch (tõ ph¶i sang tr¸i) ë nhiÖt ®é cao. Dung m«i hÊp thô sö dông trong qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng DEA lµ dung dÞch n­íc. Nång ®é cña nã trong dung dÞch dïng lµm dung m«i hÊp thô phô thuéc vµo nång ®é khÝ Acid trong nguyªn liÖu ban ®Çu vµ th­êng thay ®æi tõ 20 – 35% khèi l­îng. §é b·o hoµ cña dung dÞch DEA trong qu¸ tr×nh SNPA – DEA cã thÓ ®¹t tõ 1 – 1,3 mol/mol DEA (lín h¬n qóa tr×nh MEA). Tuy ®é b·o hoµ cña dung m«i DEA trong qu¸ tr×nh SNPA – DEA cao, nh­ng kh¶ n¨ng hÊp thô cña dung m«i DEA kÐm h¬n MEA, do MEA cã khèi l­îng ph©n tö nhá h¬n, nªn cïng mét nång ®é % khèi l­îng MEA cã mét nång ®é mol lín h¬n nªn cã kh¶ n¨ng hËp thô lín h¬n. - ¦u ®iÓm cña qu¸ tr×nh : B¶o ®¶m lµm s¹ch triÖt khÝ khái c¸c khÝ H2S, CO2 víi sù cã mÆt cña COS vµ CS2 (s¶n phÈm ph¶n øng gi÷a DEA víi COS vµ CS2 bÞ thuû ph©n trong ®iÒu kiÖn t¸i sinh dung m«i cho ra H2S vµ CO2). Dung dÞch DEA bÒn vÒ mÆt ho¸ häc, dÔ t¸i sinh trong ®iÒu kiÖn vËn hµnh cña qu¸ tr×nh, cã ¸p suÊt h¬i b·o hoµ thÊp h¬n nhiÒu so víi MEA, sù hÊp thô x¶y ra ë nhiÖt ®é 10 – 200C (cao h¬n so víi qu¸ tr×nh MEA) nªn cho phÐp lo¹i trõ sù t¹o bät m·nh liÖt cña dung m«i lµm ngät khÝ cã nång ®é Hydrocacbon nÆng cao (hoÆc cã Hydrocacbon láng trong dung dÞch). - Nh­îc ®iÓm: Kh¶ n¨ng hÊp thô dung m«i thÊp, l­u l­îng riªng cña chÊt hÊp thô cao vµ chi phÝ vËn hµnh lín, mét sè t¹p chÊt chøa trong khÝ nguyªn liÖu, mét phÇn CO2 t­¬ng t¸c víi dung m«i t¹o thµnh c¸c hîp chÊt kh«ng t¸i sinh ®­îc, kh¶ n¨ng hÊp thô cña Mecaptan vµ c¸c hîp chÊt h÷u c¬ chøa l­u huúnh kh¸c thÊp. 2.3.4. Quy tr×nh lµm ngät b»ng ADIP: Dung m«i ®­îc dïng lµ dung dÞch n­íc diizopropanolamin (DIPA); hµm l­îng chÊt ho¹t ®éng trong ®ã cã thÓ ®¹t ®Õn 40%. Nhê dung m«i nµy, viÖc lµm s¹ch triÖt ®Ó khÝ khái H2S (®Õn 1.5mg/m3) ®­îc b¶o ®¶m, diizopropanolamin cã thÓ ®ång thêi lµm s¹ch khÝ khái CO2, COS vµ RSR. Ho¹t tÝnh cña dung dÞch DIPA theo CO2 thÊp h¬n so víi dung dich MEA. Trong qu¸ tr×nh lµm s¹ch cã ®Õn 40 – 50% COS vµ RSR ®­îc hÊp thô. Diizopropanolamin t­¬ng t¸c víi COS, CO2 vµ RSR t¹o thµnh c¸c hîp chÊt dÔ t¸i sinh, v× vËy sù ph©n huû cña DIPA do t­¬ng t¸c víi c¸c hîp chÊt chøa l­u huúnh vµ oxy Ýt h¬n nhiÒu so víi qu¸ tr×nh MEA (chi phÝ h¬i cho t¸i sinhdung dich DIPA 2 lÇn nhá h¬n trong qu¸ tr×nh MEA vµo kho¶ng 1kg/m3 khÝ axit). §é hoµ tan c¸c hydrocacbon trong qu¸ tr×nh ADIP kh«ng lín, v× vËy nång ®é cña chóng kh«ng lín 0.5% thÓ tÝch. Trong tr­êng hîp øng dông DIPA thiÕt bÞ lµm s¹ch khÝ cã thÓ ®­îc chÕ t¹o tõ thÐp cacbon. S¬ ®å c«ng nghÖ lµm s¹ch b»ng MEA vµ qu¸ tr×nh ADIP thùc tÕ kh«ng kh¸c nhau, v× vËy hÖ thèng lµm s¹ch b»ng Monoetanolamin cã thÓ dÔ dµng chuyÓn ®æi cho ho¹t ®éng víi diizopropanolamin. Qu¸ tr×nh ADIP øng dông réng r·i ë n­íc ngoµi ®Ó xö lý khÝ thiªn nhiªn vµ dÇu má còng nh­ khÝ cña qu¸ tr×nh xóc t¸c cña c¸c nhµ m¸y chÕ biÕn má. 2.4. Quy tr×nh lµm ngät khÝ b»ng Kalicacbonat: Dïng kalicacbonat lµm dung m«i hÊp thô ho¸ häc ®Ó lo¹i CO2 vµ H2S ra khái hçn hîp khÝ. Kalicacbonat nãng ch¶y sÏ hÊp thô CO2 vµ H2S theo c¸c ph¶n øng sau: K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3 (II.9) K2CO3 + H2S KHS + KHCO3 (II.10) Theo Ruziska th× ph¶n øng II.9 vµ II.10 thùc tÕ x¶y ra theo hai b­íc: §Çu tiªn lµ H2O ph¶n øng víi K2CO3 H2O + K2CO3 KOH + KHCO3 (II.11) Sau ®ã KaliHydrocit t¹o thµnh sÏ ph¶n øng víi CO2 t¹o thµnh Kalicacbonat: KOH + CO2 KHCO3 (II.12) Cßn víi H2S: KOH + H2S KHS + H2O (II.13) Qu¸ tr×nh sö dông víi khÝ tù nhiªn cã ¸p suÊt riªng phÇn khÝ Acid t­¬ng ®èi cao. Do vËy hiÖn nay qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng Kalicacbonat nãng ch¶y th­êng ®­îc sö dông ®Ó lµm ngät khÝ tù nhiªn cã hµm l­îng khÝ Acid trung b×nh vµ cao. Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ nµy cã s¬ ®å c«ng nghÖ còng gÇn t­¬ng tù víi c¸c qu¸ tr×nh lµm ngät b»ng dung m«i Alkanol amin. Tuy nhiªn trong hÖ thèng lµm ngät khÝ b»ng Kalicacbonat nãng ch¶y nµy, c¸c th¸p hÊp thô vËn hµnh ë nhiÖt ®é cao h¬n, do vËy tiÕt kiÖm ®­îc mét l­îng nhiÖt ®¸ng kÓ cho viÖc trao ®æi nhiÖt vµ lµm nãng thiÕt bÞ, nhiÖt ®é cao còng lµm t¨ng kh¶ n¨ng hoµ tan cña Kalicabonat trong dung dÞch. §iÒu nµy cho phÐp sö dông dung dÞch Kalicacbonat nãng ch¶y cã nång ®é cao vµ t¨ng kh¶ n¨ng hÊp thô khÝ Acid cña dung m«i hÊp thô. Tõ c¸c ph¶n øng (II.9), vµ (II.10) cho ta thÊy nguyªn nh©n v× sao mµ th¸p hÊp thô ph¶i vËn hµnh ë nhiÖt ®é cao lµ : v× s¶n phÈm cña c¶ hai ph¶n øng cã nång ®é muèi Kali cao h¬n so víi dung dÞch muèi Kalicacbonat ban ®Çu. Ph¶n øng gi÷a Kalicacbonat vµ CO2, cø mét ph©n tö Kalicacbonat (K2CO3) cho hai ph©n tö Kalicacbonat (KHCO3). Cßn ph¶n øng Kalicacbonat vµ H2S, cø mét ph©n tö Kalicacbonat cho mét ph©n tö Kali Bisunfua (KHS) vµ mét ph©n tö Kalicacbonat. V× lý do nµy mµ hÇu hÕt c¸c qu¸ tr×nh vËn hµnh lµm ngät khÝ tù nhiªn b»ng dung m«i Kalicacbonat nãng ch¶y ®­îc ®iÒu khiÓn b»ng kh¶ n¨ng hoµ tan cña Kalicacbonat h¬n lµ kh¶ n¨ng hoµ tan cña Kalicacbonat. Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch Kalicacbonat nãng ch¶y ®­îc øng dông ®Ó lo¹i mét l­îng lín CO2 trong sè hçn hîp khÝ mét c¸ch hiÖu qu¶. Nã còng ®­îc øng dông ®Ó lµm ngät khÝ tù nhiªn chøa c¶ H2S vµ CO2 nÕu trong khÝ nguyªn liÖu kh«ng cã CO2 th× Kali Bisunfua rÊt khã t¸i sinh, v× vËy qóa tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung dÞch Kalicacbonat nãng ch¶y kh«ng phï hîp ®Ó lµm ngät c¸c hçn hîp khÝ chøa Ýt hoÆc kh«ng cã CO2. Qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng Kalicacbonat nãng ch¶y cã thuËn lîi lµ: nã cã thÓ lo¹i ®­îc COS vµ CS2 mµ kh«ng lµm mÊt ho¹t tÝnh cña dung m«i hÊp thô. C¸c Bonylsunfua sÏ bÞ thuû ph©n theo ph¶n øng sau: COS + H2O CO2 + H2S (II.14) Sau ®ã s¶n phÈm cña ph¶n øng thuû ph©n (II.14) sÏ ph¶n øng víi Kalicacbonat nh­ ph¶n øng (II.9), (II.10) ®· tr×nh bµy ë phÇn trªn. Cã vµi chøng cø cho r»ng ë ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña th¸p hÊp thô trong qu¸ tr×nh lµm ngät khÝ b»ng dung m«i Kalicacbonat nãng ch¶y CO S kh«ng bÞ thuû ph©n hoµn toµn vµ hiÓn nhiªn cã thÓ cã vµi ¶nh h­ëng cña CO2 vµ H2S ®Õn c©n b»ng cña ph¶n øng (II.14). Trong dung dÞch Kalicacbonat nãng ch¶y CS2 bÞ thuû ph©n t¹o thµnh COS vµ H2S. Víi ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn: CS2 + H2O COS + H2S (II.15)