Đang tải... (xem toàn văn)
Trước đây dầu mỏ được khai thác và chế biến rất nhiều so với khí tự nhiên khai thác, do lượng dầu mỏ ngày nay dần cạn kiện với ngành phát triển manh mẽ của công nghệ chế biến khí. Các ngành công nghệ chế biến khí ở Việt Nam đang trren đà phát triển. Xây dựng các nhà mấy chế biến nguồn tài nguyên này nhằm đáp ứng nhu cầu về năng lượng. Tuy còn hạn chế về công nghệ nhưng đó góp phần lớ vào sự phát triển đất nước. Khí sau khi khai thác ngoài các cấu tử chính là các hydrocacbon parafin còn chứa các tạp chất như: Bụi, hơi nước, khí trơ, CO2, H2S và các tạp chất hữu cơ của lưu huỳnh. Đây là các thành phần có thể gây tổn hại đến sức khoẻ con người cũng như nó làm ăn mòn đường ống thiết bị trong quá trình khai thác và chế biến. đặc biệt với các khí như CO2 và H2S vì vậy trước khi đưa vào chế biến, khí cần phải qua công đoạn chuẩn bị, tại đó tiến hành loại bỏ các tạp chất kể trên bằng các quá trình tách bụi, tách hơi nước và đặc biệt là làm ngọt khí. Đồ án “Tính toán các thông số cơ bản của tháp làm ngọt khí bằng MEA”.
LỜI CẢM ƠN Đầu tiên e xin chân thành cảm ơn tới thầy cô khoa Hóa Học & Công nghệ thực phẩm bồi dưỡng kiến thức chuyên ngành kỹ cho em năm vừa qua giúp em có kiếm thức để hoàn thành đồ án công nghê Trong thời gian làm đồ án công nghệ, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thấy Nguyễn Văn Toàn giáo viên hướng dẫn tận tình bảo, nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành tiến độ học hỏi nhiều kỹ cần thiết, cung cấp kiến thức thiếu soát thân em Để từ e có thêm kiến thức, kỹ cần thiết để làm tiếp nghiên cứu đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn! Vũng tàu, ngày 03 tháng 01 năm 2017 Sinh viên thực MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU .5 1.1 Đặc điểm thành phần nguồn khí Việt Nam 1.1.1 Khí tự nhiên 1.1.2 Khí đồng hành 1.2 Các phương pháp làm khí 1.2.1 Phương pháp hấp thụ hóa học a Hấp thụ MEA 10 b Hấp thụ DEA 12 c Hấp thụ DIPA 14 d Hấp thụ DGA 14 e Hấp thụ K2CO3 15 f Hấp thụ dung môi tổ hợp 18 1.2.2 Phương pháp hấp thụ lý .19 a Quá trình flour 19 b Quá trình selecson 22 c Quá trình Sunlfinol 23 d Quá trình Purizol 23 1.3 So sánh chọn phương pháp quy trình 25 CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH .26 2.1 Giới thiệu đề tài .27 2.2 Tính thông số tháp hấp thụ 27 2.2.1 Sơ đồ công nghệ 28 2.2.2 Công thức tính toán 29 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU Trong mỏ dầu- khí khai thác lên từ vỉa, thành phần có chưa dầu khí tồn hợp chất lưu huỳnh, oxy, nito hữu cơ,… ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm dầu khí, gây ăn mòn thiết bị, hợp chất cờn gây ngộ độc xúc tác trình chế biến sản phẩm dầu khí quan trọng nhà máy lọc, chế biến Nhu cầu sản phẩn, lượng dầu mỏ khí đốt ngày tăng đòi hỏi chất lượng tính kinh tế cao hơn, nhằm mục đích có sản phẩm, nhiên liệu, lượng có chất lượng tốt đòi hỏi phần nguyên liệu chung cấp cho trình lọc chế biến phải loại bỏ hợp chất có hại khỏi thành phần nguyên liệu để làm điều trình làm khí trình quan trọng bắt buộc phải có Hiện có nhiều công nghệ làm khí chủ yếu dựa vào nguyên tắc trình hấp phụ hóa học hấp thụ vật lý có phương pháp khác sử dụng xút, số tiêu biểu số công nghệ làm khí đại có nhiều ưu việt ngày công ty cung cấp quy trình công nghệ nâng cấp dựa vào phương pháp hấp thụ hóa học loại dung môi ( MEA, DEA, DGA, …), ưu điểm công nghệ đảm bảo loại triệt để khí chua, công nghệ thết bị đơn giản bền Với công nghệ làm phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi kể trên, việc lựa chọn dung môi vô quan trọng, dung môi dùng phải đảm bảo yếu tố môi trường, cho hiệu suất cao có thể, chi phí đầu tư ban đầu nhất,… Trong phạm vi đồ án với đề tài “ Công nghệ làm khí dầu mỏ dung môi MEA” giải thích dung môi MEA ( mono etanol amin) dung môi đáp ứng tốt yêu cầu Với đề tài nội dung chủ yếu gồm hai chương chính: chương nói tổng quan tài liệu lựa chọn công nghệ, chương hai chương thiết kế tính toán thiết bị tài liệu tham khảo CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đặc điểm thành phần nguồn khí Việt Nam 1.1.1 Khí tự nhiên Khí tự nhiên ập hợp hydrocacbon dạng khí CH 4, C2H6, C3H8, C4H10,… Có rong lòng đất Chúng thường tồn thành mỏ khí riêng lẻ tồn bên lớp dầu mỏ vỉa thềm lục địa khơi Ngoài thành phần hydrocacbon khí dầu mỏ chứa khí vô H 2S, CO2, N2, khí hiếm, khí trơ có nước Tùy theo hàm lượng khí không mong muốn có mỏ mà người ta có phương pháp khác để thu hồi Theo số liệu trung tâm nghiên cứu phát triển chế biến dầu khí, tiềm trữ lượng khí thiên nhiên nước ta 3000 tỷ m Nguồn khí Việt Nam chủ yếu tập trung thềm lục địa phía nam Các bể khí tiêu biểu: Bể Sông Hồng, Bể Cửu Long, Bể Nam Côn Sơn, Bể Malay-Thổ Chu Cụ thể trữ lượng diện tích loại khí có bể sau: ( ‘thống kê trữ lượng dầu mỏ khí Việt Nam”-viện nghiên cứu trung ương) [8] Bể Cửu Long: diện tích 60,000 km2 với trữ lượng 50 tỷ m3, sản phẩm chủ yếu dầu khí đồng hành.[8] Bể Nam Côn Sơn: diện tích 160,000 km với trữ lượng160 tỷ m3 sản phẩm chủ yếu khí condensat.[8] Bể Malay-Thổ Chu: nằm phía đông vịnh Thái Lan, trữ lượng 140 tỷ m chủ yếu sản phẩm dầu khí.[8] Bể Sông Hồng: có trữ lượng lớn tìm thấy Việt Nam nay, với diện tích 120,000 km 2, trữ lượng 2000 tỷ m khí thiên nhiên ( ‘thống kê trữ lượng dầu mỏ khí Việt Nam”-viện nghiên cứu trung ương), nhiên bể lại chứa nhiều CO2 thành phần nên việc khai thác đưa vào sử dụng xem xét.Những mỏ chứa khí nước ta đa số chứa nguồn khí có chất lượng tốt, hàm lượng hợp chất H2S thấp không đáng kể, hàm lượng kí Methane, ethane, propane cao Đều thể bảng bên dưới, bảng thành phần tính theo (%V) bể tiêu biểu khai thác nhiều Việt Nam.[4] Bảng I.1 Thành phần khí thiên nhiên (%V) mỏ Bể Nam Côn Sơn Mỏ Cấu tử CO2 N2 Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane Hexane Tổng Lan tây Lan đỏ 1.92 0.36 89.65 4.30 2.39 0.56 0.49 0.14 0.08 0.10 100 Hải Thạch Mộc Tinh Rồng Đôi 4.5 0.12 84.13 5.80 3.36 0.68 0.83 0.24 0.17 0.17 100 2.72 0.10 89.02 4.04 1.71 0.37 0.48 0.20 0.16 0.12 100 5.64 0.08 81.41 5.25 3.06 0.71 0.76 0.32 0.23 2.54 100 Bảng I.2 Thành phần khí đồng hành (%V) Bể Cửu Long Mỏ Cấu tử CO2 N2 Methane Ethane Propane i-Butane n-Butane i-Pentane n-Pentane Hexane Tổng Bạch Hổ 0.07 0.25 74.00 12.35 13.33 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100 Sư tử đen 0.05 1.69 75.08 11.24 6.75 1.87 1.85 0.51 0.45 0.69 100 Rạng Đông 0.04 0.26 79.20 10.87 6.14 1.04 1.46 0.35 0.35 0.29 100 Ruby 0.08 0.64 78.23 10.68 6.71 1.31 1.74 0.31 0.38 0.14 100 1.1.2 Khí đồng hành Khí đồng hành khí tồn chung với dầu thô, hay nằm bên trê lớp dầu mỏ, sau tách khỏi dầu thô, khí đồng hành bao gồm thành phần CH4, C2H6, C3H8, C4H10 Ở Việt nam trước năm 1997 khí đồng hành khai thác lên với dầu thô bị đốt bỏ mục đích sử dụng, sau năm 1997 công nghệ chế biến tách khí đồng hành Việt Nam vận hành, năm đưa khoảng tỷ m khí vào bờ cung cấp cho các nhà máy chế biến, khí hóa lỏng, dung môi pha xăng, condensat,… cung cấp cho nhà máy khí điện đạm Hiện nguồn khí khai thác lên cung cấp cho nhà máy chế biến khí, nhà máy đạm lớn Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau,… Nguồn khí đồng hành khai thác mỏ Bể Cửu Long, Bể Malay-Thổ Chu.[8] 1.2 Các phương pháp làm khí Tác hại khí axit cần thiết phải loại bỏ khí axit: Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành thành phần hydrocacbon thành phần khí tồn số hợp chất có tính axit khác như: khí chua (H 2S, CO2) chúng chứa lượng nhỏ khí có hại khác COS, CS 2, Mecaptan,… tồn chúng có hại, gây ăn mòn thiết bị tuyến ống, thiết bị, gây ngộ độc xúc tác trình chế biến Đối với người có mặt chúng gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe, môi trường chúng làm ô nhiễm trầm trậm Việc loại bỏ thành phần khí chua hỗn hợp khí nhằm đảm bảo an toàn thiết bị, tránh tượng rò rỉ khí, gây ảnh hưởng đến sức khỏe môi trường thành phần khí sau loại bỏ sử dụng làm nguyên liệu cho số ngành công nghiệp chế biến khác như: H2S nguồn nguyên liệu quan trọng cho ngành công nghiệp sản xuất S nguyên chất để sản xuất H2SO4 chất quan sử dụng nhiều ngành công nghiệp hóa chất CO2 nguyên liệu ngành chế biến thực phẩm, nước giả khát Việc lựa chọn quy trình công nghệ làm khí cần phải tính đến việc loại bỏ cấu tử không mong muốn tận dụng mức tối đa hợp chất đó, nhằm tránh việc thải môi trường có thêm lợi nhuận sau số quy định, tiêu chuẩn cho phép làm lượng khí chua tối đa nguyên liệu:[2] Ở Mỹ: hàm lượng H2S cho phép ≤ 5.7 mg/m3 khí Ở Nga hàm lượng cho phép ≤ 20mg/m3 khí Để loại bỏ S, hợp chất lưu huỳnh, CO2 khỏi khí thiên nhiên, người ta sử dụng chủ yếu phương pháp hấp thụ, tùy thuộc vào đặc điểm tương tác dung môi với chất hấp thụ mà có phương pháp hấp thụ hóa học, hấp thụ vật lý, phương pháp kết hợp vật lý hóa học, cụ thể phương pháp có ưu nhược điểm sau: 1.2.1.Làm khí phương pháp hấp thụ hóa học Làm khí phương pháp hóa học là:sử dụng dung dich alkanol amin (MEA, DEA, DGA, TEA, di-isopropanol amin DIPA,…) sau có tiếp xúc dung môi chất cần hấp thụ đĩa tháp hấp thụ, dung môi hợp chất khí chua xảy phản ứng hóa học Qúa trình giúp cho khí chua nguyên liệu hấp thụ triệt để, hiệu suất 93% mà phần hydrocacbon không bị hòa tan dung môi, thiết bị công nghệ giản bền Tuy nhiên nhược điểm phương pháp không tách toàn lượng khí chua nều chúng có hàm lượng lớn khí Vì hàm lượng hợp chất lưu huỳnh lại tương tác với dung môi tạo thành hợp chất bền khó tái sinh điều kiện làm việc trình Chất hấp thụ sản phẩm tương tác chúng với tạp chất chứa khí nhiên liệu nhiều có hoạt tính ăn mòn cao Cùng với gia tăng nồng độ amin mức bão hòa dung môi bỡi khí chua tạp chất không mong muốn hoạt tính ăn mòn hóa học chất hấp thụ Alkanol amin tăng Vì vậy, khả hấp thụ chúng thường bị hạn chế điều kiện cân nhiệt động mà độ bão hòa giới hạn chất hấp thụ khí axit Các alkanol amin sử dụng để làm dung môi cho trình làm khí phương pháp hấp thụ hóa học là: MEA, DEA, DIPA, DGA,…Nghiên cứu cấu trúc phân tử dung môi cho thấy chúng có cấu trúc tương tự với NH Điều cho thấy lý thuyết sử dụng NH để làm ngọt, NH3 lại bay nhanh nên thực tế cách không dùng Tính chất dung môi kể tóm tắt bảng I.3 (“IPS-E-PR-551” Dec1997_Engineering standard for desing of gas treating units) Bảng I.3 Một số tính chất dung môi Alkanol amin MEA DEA DIPA DGA Khối lượng phân tử 61 105.1 133.2 105.1 Khối lượng riêng kg/m3 1018 1090 989 1055 248.7 221 T sôi (0C), P Pa 110 Pa 171 660 Pa 100 187 167 1320 Pa 69 150 133 Áp suất bão hòa 200C 48 (Pa) 1.33 1.33 1.33 Nhiệt độ đông đặc 0C 10.5 28 42 9.5 Độ nhớ tuyệt đối Pa.s 0.24 (200C) 0.38 (300C) 0.19(450C) Độhòa tan nước 100 200C ( % KL) Nhiệt hóa 1.105 1486.4 Pa.j/kg 0.026(240C) 96.4 87 100 1205.9 722.5 917.4 Ta thấy dung môi MEA dung môi có tính bazo mạnh dung môi kể trên, nhiệt độ thấp xảy phản ứng với khí axit nguyên liệu Đồng thời MEA dung môi có khối lượng phân tử nhỏ nhiệt tỏa phản ứng hấp thụ lớn so với Alkanol amin khác, đồng thời MEA hợp chất bền mặt hóa học, dung dịch MEA bị phân hủy, điều làm cho hiệu suất trình cao so với Alkanol amin khác DEA (di etanol amin) bazo yếu MEA, bền mặt hóa học, khả phản ứng với khí axit nhiên liệu lại yếu MEA Duoiwd trình làm phương pháp phổ biến hay sử dụng: Quá trình làm MEA, trình sử dụng rộng rãi để làm khí thiên nhiên khí đồng hành Quá trình làm dung môi DEA, trình sử dụng phổ biến trước nhà máy lọc dầu sử dụng để làm khí tự nhiên Quá trình làm DGA, trình dùng để loại bỏ triệt để khí axit, so sánh với dung môi MEA dung môi DGA cho phép giảm lưu lượng riêng chất hấp thụ, chi phí lượng 25%- 40% Quá trình làm khí dung môi TEA, trình đánh giá không hiệu cao Quá trình làm dung dịch DIPA để làm khí tự nhiên khí dầu mỏ, chi phí vận hành thấp so với MEA Ngoài có loại dung môi ý tới Metyl isopropanol amin tính chọn lọc cao phản ứng với H2S CO2 a Quy trình làm khí dung môi MEA Sự tương tác MEA H2S, CO2 diễn dựa vào sở phản ứng sau: Với H2S 2RNH + H2S ⇌ (RNH3)2S (II.1) (RNH3)2S +H2S ⇌ 2RNH3HS (II.2) Với CO2 CO2 + 2RNH +H2O ⇌ (RNH3)2CO3 (II.3) CO2 + (RNH3)2CO3 +H2O ⇌ 2RNH3HCO3 (II.4) ( Với R- nhóm HOCH2CH2-) Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ trình làm khí MEA[3] Diễn biến xảy trình: Khí nguyên liệu đưa vào từ bên tháp hấp thụ 1, dung môi làm MEA tưới ngược chiều từ xuống Khí dụng dịch MEA có lẫn H2S CO2 bay khỏi đỉnh tháp vào thiết bị phân ly 2, khí khỏi thiết bị phân ly khí làm , dung môi có lẫn H2S CO2 hồi lưu lại tháp hấp thụ Dung môi MEA có lẫn H2S , CO2 ( hydrocacbon) đáy tháp hấp thụ vào thiết bị phan ly 3, phần nhỏ khí hydrocacbon nặng thu hổi Dung môi tiếp tục qua thiết bị trao đổi nhiệt số (để gia nhiệt) rồ qua tháp nhả hấp 10 Thuyết minh quy trình công nghệ Khí nguyên liệu ban đầu đượ đưa tháp hấp thụ số 1từ phía tháp để tiến hành hấp thụ với dòng dung môi II từ đỉnh tháp dòng dung dịch MEA vào từ thân tháp xuống, sau hấp thụ xong dòng khí làm từ đỉnh tháp, dòng dung môi cấu tử khí acid đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để tận dụng nhiệt vào tháp nhả hấp thụ số Tại xảy trình tái sinh xúc tác trình thực nhiệt độ cao nhờ hai thiết bị đun sôi đá tháp số số cung cấp nhiệt Qúa trình tái sinh hoàn thành dòng khí acid ( H 2S, CO2) nước từ đỉnh tháp qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ tách khí acid từ đỉnh, nước ngưng tụ lấy từ đáy thiết bị nhờ bơm quay lại tháp nhả hấp thụ nhằm giảm áp suất riêng phần khí acid Dung môi sau tái sinh từ đáy tháp qua thiế bị trao đổi nhiệt để hồi lưu lại tháp hấp thụ số 1.3 So sánh đưa phương pháp quy trình để tính toán Trên tất phương pháp làm khí sử dụng phổ biến nhà cung cấp lớn SHELL, VME process, WORLEY PARSORS,… nhà cung cấp điều cho quy trình có nhiều ưu điểm có khuyết điểm, tùy vào điều kiện làm việc, thành phần nguyên liệu, chế độ công nghệ khác mà có công nghệ khác áp dụng mục đích đồ án tính toán chọn quy trình công nghệ phù hợp nhất, đảm bảo nhiều ưu điểm để làm nguồn khí Việt Nam cụ thể mỏ Bạch Hổ, mà biết chất lượng dầu khí mỏ Bạch Hổ chủ yếu khí có chất lượng cao, tạp chất cấu tử không mong muốn nên việc lựa chọn phương pháp quy rình công nghệ làm cần ý quy trình đơn giản, chi phí đầu tư có nhiều ưu điểm phù hợp với thành phần khí nguyên liệu mỏ Dựa vào tiêu chí lụa chọn phương pháp quy trình nêu trên, đồ án lựa chọn phương pháp hấp thụ hóa ọc quy trình sử dụng quy trình làm ngọ khí dung môi MEA Trong chương phần tính toán tham số tháp làm khí dung môi MEA Chương sau cho ta biết yếu tố ảnh hưởng, công thức, thông số quan tháp hấp thụ 24 CHƯƠNG TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP LÀM NGỌT KHÍ BẰNG DUNG MÔI MONOL ETANOL AMIN (MEA) 2.1 Giới thiệu đề tài Khí Việt Nam nói chung khí bể Nam Côn Sơn nói riêng, có hàm lượng khí chua nhỏ, không ảnh hưởng đến trình vận chuyển chế biến, muốn khí đạt tiêu chuẩn cần nghiên cứu, tính toán trình làm phù hợp, để đạt hiệu kinh tế cao - Các yếu tố cần quan tâm lựa chọn quy trình công nghệ Những tạp chất acid cần loại bỏ khỏi dòng khí Hàm lượng tạp chất mức độ làm mong muốn Tính chọn lọc qua trình Thể tích khí cần sử lý, điều kiện nhiệt độ, áp suất dòng khí cần sử lý Khả thu hồi lưu huỳnh hàm lượng lưu huỳnh khí nguyên liệu cao - Chi phí đầu tư cho trình - Tỷ lệ CO2 : H2S Các yếu tố cần quan tâm lựa chọn chất hấp thụ cho quy trình làm - Có tính hấp thụ chọn lọc - Độ nhớt chất hấp thụ nhỏ - Nhiệt dung riêng nhỏ, tiêu tốn lượng cho trình tái sinh dung - môi Nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi chất bị hấp thụ Nhiệt độ đóng rắn thấp, không bị đóng rắn nhiệt độ làm việc tháp Không ạo kết tủa hấp thụ Hạn chế thấp mát trình hồi lưu tuần hoàn Không độc, không gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt không gây ăn - mòn thiết bị Việc sử dụng dung môi MEA có ưu điểm sau Làm khí CO2 khoảng áp suất riêng phần rộng Có độ bền oxy hóa cao Có khả phản ứng cao, dể tái sinh Ít hấp thụ hydrocacbon nhất, nên không bị mát nhiều Đã sủ dụng nhiều thực tế, giá thành rẻ, dể kiếm 25 Bảng II.1 Thành phần % thể tích khí thiên nhiên mỏ Mộc Tinh bể Nam Côn Sơn Cấu CO2 tử %V 2.6 N2 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 C6H14 1.10 89.12 4.04 1.71 0.37 2.2 Tính toán thông số tháp hấp thụ 26 0.48 0.20 0.16 0.12 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên tắc tháp hấp thụ MEA 27 2.2.1 Sơ đồ công nghệ quy trình làm khí dung môi MEA Thuyết minh quy trình công nghệ: Đầu tiên khí chua chứa H2S, CO2 đưa vào thiết bị tách đầu vào để tách chất pha lỏng hạt rắn có chứa dòng khí Sau khí nguyên liệu đưa vào thiết bị hấp thụ tiếp xúc trực tiếp ngược chiều với dòng dung môi từ đỉnh tháp Dòng khí sau hấp thụ từ đỉnh tháp qua thiết bị tách lỏng trước tiêu thụ Dòng dung môi bão hòa từ đáy tháp đưa vào bình tách hydrocacbon áp suất thường, có giảm áp nên hydrocacbon bị dung môi kéo theo tách phương pháp hấp thụ vật lý tách hydrocacbon khỏi dung môi Dòng dung môi có chứa khí acid qua thiết bị lọc than hoạt tính để lọc cặn bột trao đổi nhiệt trước khí đưa qua thiết bị nhả hấp thụ, trình tái sinh xúc tác diễn Dung môi tái sinh từ đáy tháp nhả hấp thụ hồi 28 lưu tháp hấp thụ để tiếp tục trình Khí acid sau tách khỏi dung môi qua thiết bị làm nguội, tách lỏng, tách MEA bình chứa để đem sử dụng lượng MEA bị kéo theo khí acid hồi lưu lại tháp nhả hấp thụ 2.2.2 Những công thức tính toán Tính toán cho tháp hấp thụ làm khí mỏ bể Nam Côn Sơn với suất triệu m3/ngày =250000m3/giờ với thành phần %V cụ thể sau: Cấu CO2 tử %V 2.6 - N2 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 C6H14 1.10 89.12 4.04 1.71 0.37 0.48 0.20 0.16 0.12 Với lưu lượng khí chua (đktc) 1,8.106 m3/ngày = 75000 m3/giờ Nhiệt độ đầu vào 250C Yêu cầu : làm CO đến 0.2%, lượng hydrocacbon bị hấp thị MEA 0.3% thể tích Chọn số liệu: - Sử dụng dung dịch MEA nghèo có nồng độ 15% kl, chứa 0.03% molCO 2/1mol - MEA Nhiệt độ dung dịch MEA nghèo 300C Nhiệt độ khí 320C Các đại lượng sủ dụng trình tính toán Khối lượng phân tử MEA 61 đvc Nhiệt dung riêng MEA là: 3.89 kj/kg.0C Hiệu suất đĩa :20% Nhiệt hấp thụ CO2: Hht 1919 kj/kg Nhiệt dung CO2 là: 0.84 kj/kg.0C Nhiệt dung hỗn hợp khí :2.7 kj/kg.0C Khối lượng phân tử CO2 : 44 đvc Để thuận lợi cho rình tính toán tra bảng biểu ta tính toán số đại lượng có liên quan đến hỗn họp khí Từ thành phần hỗn hợp khí ta có số liệu tính bảng sau Bảng 2.2 bảng thành phần hỗn hợp khí Cấu tử CO2 N2 Vi (%) 2.60 0.10 Mi 44 28 29 Mi.Yi 1.5840 0.028 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 C6H14 Tổng 89.12 4.04 1.71 0.37 0.48 0.20 0.16 0.12 1.00 16 30 44 58 58 72 72 86 14.2592 1.2120 0.7524 0.2146 0.2784 0.1440 0.1152 0.1032 18.5758 Gọi Mtb khối lượng phân tử trung bình hỗn hợp khí Ta có: Mtb = tổng Mi.Yi =18.5758 Suy tỷ khối hỗn hợp so với không khí là: Thể tích mol khí nguyên liệu đktc ( 15.60C 1at) Vậy số mol khí chua vào tháp hấp thụ đktc là: Áp suất có ảnh hưởng lớn đến trạng thái cân động lực học trình hấp thụ Khi áp suất tăng trình diễn thuận lợi động lực trung bình trình lớn Nhưng tăng áp suất lúc kéo theo nhiệt độ tăng mà điều làm cho trình hấp thụ hiệu (do trình hấp thụ diễn áp suất cao nhiệt độ thấp) Mặt khác tăng áp suất làm cho việc chế tạo thiết bị phức tạp cần thiết phải tính toán cho áp suất làm việc tháp đạt hiệu cao Áp suất thiết bị tính theo công thức: b≥ PCO2 /P, hay P ≥ PCO2/b (2.1) Trong đó: b nồng độ phần mol CO2 lại khí đỉnh tháp hấp thụ P áp suất làm việc tháp hấp thụ 30 PCO2: áp suất riêng phần CO 2, PCO2 tính theo phương trình ClaplayronClausius: LnPCO2 = -A/T + B ( T nhiệt độ dòng amin nghèo; A, B số tính dựa vào biểu đồ sau, ta biết hàm lượng CO2 amin nghèo: Hình 2.3 Biểu đồ dùng để tính A B theo công thức Claplayron-Clausius Công thức tính lưu lượng dòng MEA nghèo vào tháp hấp thụ Lưu lượng dòng dung môi nghèo từ đỉnh tháp hấp thụ có liên quan trực tiếp đến hiệu trình làm khí khỏi CO2 H2S, lưu lượng nồng độ dung dịch amin nghèo vào từ đỉnh tháp phụ thuộc vào lượng khí acid dòng nguyên liệu dòng khí nguyên liệu nhiều khí acid dung môi nghèo vào tháp với lưu lượng phải lớn, dung môi có nồng độ oãng lưu lượng lớn Như nồng dộ amin lớn, lưu lượng lớn khả hấp thụ CO cao, điều làm tăng chi phí sản xuất đòi hỏi nhiều thiết bị phụ trợ như: bơm để trì lưu lượng dòng amin, nhiệt trình tái sinh, guồn nhiệt lạnh để làm lạnh dòng MEA nghèo trước vào đỉnh tháp hấp thụ Do cần phải tính lưu lượng dòng amin nghèo cho vừa đủ để trình hấp thụ xảy với hiệu suất cao mà có nhiều thiết bị phụ trợ, giảm chi phí đầu tư Trong trình hấp thụ MEA tỷ lệ MEA/H 2S, CO2 =3/1 (mol/mol) Sở dĩ có tỷ lệ trình có phản ứng xảy phản ứng (II.1), 31 (II.2), (II.3) (II.4) mục trình bày Theo phản ứng ta thấy để hấp thụ hết CO2 H2S đòi hỏi số mol MEA phải gấp đôi Tuy nhiên điều kiện làm việc tháp phản ứng không xảy hoàn toàn Theo giả thiết Zapff phản ứng đạt hiệu suất 65%, theo Kohl Rie thỉ hiệu suất phản ứng 75% Từ hai giả thiết ta đặt hiệu suất 70% để tính toán Vậy để tháp hấp thụ làm việc tốt tiêu thụ hết số mol MEAcần dùng là: MEA) Chọn nồng độ dung dịchMEA thường dùng 15-25 %kl, ta có lưu lượng CO khí chua ( dòng khí nguyên liệu), NCO2(kc) (mol/giờ) tính sau: NCO2(kc) = %V(CO2) tổng lượng khí nguyên liệu = 82.522 kmol/h (2.2) Tính lưu lượng CO2 khí NCO2(kn) mol/giờ tính theo công thức: NCO2(kn) = %VCO2(kn) ( lưu lượng khí chua – lưu lượng khí bị hấp thụ ) = (2.3) Tính lưu lượng khí CO2 bị hấp thụ: NCO2(ht) (mol/giờ) tính công thức: NCO2(ht) = NCO2(kc) - NCO2(kn) (2.4) Tính lượng amin nguyên chất cần dùng Namin(nc) (mol/giờ) tính công thức: Namin(nc) = NCO2(ht) (2.5) Vậy lưu lượng MEA cần vào tháp là: mamin( vào) (kg/giờ) mamin(vào)= =93444.532kg/h (2.6) Với : khối lượng CO2 có amin nghèo Lưu lượng khí khỏi tháp hấp thụ (mol/giờ) tính sau: N khí = [ lưu lượng khí nguyên liệu – ( N CO2(ht) + kl hydrocacbon bị kéo theo amin)] (2.7) - Công thức tính MEA (giàu) (kg/giờ) khỏi tháp hấp thụ 32 mMEAgiàu = mMEAnghèo + mCO2ht + mHC(ht) (2.8) = 93444.532+ 3359.228+ 176.874= 96980.643 kg/h b Công thức tính nhiệt độ dòng MEA khỏi đáy tháp hấp thụ Nhiệt độ thông số quan trọng cho trình hấp thụ Phản ứng dùng dung môi MEA để hấp thụ hóa học loại bỏ khí acid phản ứng tỏa nhiệt, nên xảy thuận lợi nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao phản ứng xảy theo chiều ngược lại Mặt khác nhiệt độ cao độ nhớt dung môi giảm dần, dẫn đến vận tốc lưu chuyên dung môi chuyển pha tăng ( pha lỏng chuyển thành pha hơi) làm cho hiệu suất trình giảm đáng kể Do rình hấp thụ bên tháp thường diễn nhiệt độ thấp gần với nhiệt độ thường Tuy nhiên nhiệt độ đáy tháp luôn cao nhiệt độ đỉnh tháp từ 15-20 độ phẩn phản ứng xảy tháp phản ứng tỏa nhiệt, nhiệt độ đáy tháp cao làm giảm hiệu suất trình lúc phản ứng xảy theo chiều ngược lại Do ta cần tính toán nhiệt độ dòng MEA hỏi đáy tháp, nhiệt độ cao cần làm lạnh đáy tháp để đảm bảo nhiêt độ đáy phù hợp với trình Để xác định nhiệt độ MEA khỏi đáy tháp hấp thụ Đầu tiên ta cần tính nhiệt lượng tỏa nhiệt lượng thu vào tháp thông qua định luật bảo toàn nhiệt lượng : Qtỏa = Qthu = 64446358.532 KJ (2.9) Gọi T nhiệt độ dòng MEA khỏi đáy tháp Nhiệt lượng thu vào bao gồm: Nhiệt độ nóng vật liệu thành tháp phần nhiệt thất thoát theo công thức: Qtt = 2%Qtỏa =128927.17 KJ (2.10) Coi nhiệt thất thoát ướt lượng 2% Nhiệt lượng làm nóng dung dịch MEA vào tháp không kể CO2 là: QMEA(vào) = mamin(nghèo).Camin.(T – Tamin(nghèo) ) =1190634.738 KJ Trong đó: 33 (2.11) Camin : nhiệt dung riêng MEA Tamin(nghèo): nhiệt độ dòng amin nghèo vào tháp hấp thụ Nhiệt lượng thu vào để làm nóng CO2 bị hấp thụ ta có: QCO2(ht) = mCO2ht CCO2.(T-Tkhí chua) = 11851.3542 KJ (2.12) Nhiệt lượng thu vào để làm nóng lượng CO2 có sẵn có dung dịch amin nghèo Q(CO2/MEA)nghèo = mCO2(MEAnghèo).CCO2.(T-TMEAnghèo) =253.957 KJ (2.13) Nhiệt thu vào để làm nóng khí từ T(kc) lên T(kn) T(kc)[...]... KHCO3 (II.13) Quá trình sử dụng khí tự nhiên có áp suất khí riêng phần khí acid tương đối cao, do vậy hiện nay quá trình làm ngọt khí bằng K 2CO3 nóng chảy dùng dể làm ngọt khí có hàm lượng khí acid trung bình và cao Sơ đồ công nghệ của phương pháp này gần giống với sơ đồ công nghệ của quá trình làm ngọt khí bằng DEA Tuy nhiên trong tháp hấp thụ của làm ngọt khí bằng K2CO3 làm việc ở nhiệt độ cao hơn nhiều... trình làm ngọ khí bằng dung môi MEA Trong chương tiếp theo sẽ là phần tính toán các tham số cơ bản của tháp làm ngọt khí bằng dung môi MEA Chương sau sẽ cho ta biết các yếu tố ảnh hưởng, những công thức, những thông số quan trong của tháp hấp thụ 24 CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP LÀM NGỌT KHÍ BẰNG DUNG MÔI MONOL ETANOL AMIN (MEA) 2.1 Giới thiệu về đề tài Khí ở Việt Nam nói chung và khí. .. [a.(1+Rr)(1-q)]/P1/P =1.7 (2.20) Với q: là số mol của CO2 trong khí đầu ra (khí ngọt)/số mol CO2 trong khí nguyên liệu( khí chua) a: là phần mol của khí CO2 trong khí nguyên liệu R: tỷ lệ molMEA/mol CO2 r: là số mol CO2 còn lại trong một mol MEA nghèo đi vào từ đỉnh tháp P: áp suất làm việc của tháp hấp thụ P1: áp suất riêng phần của CO2 rong dung dịch MEA đi ra từ đáy tháp hấp thụ được tính theo phương trình Clapayon-Clausius... vào để làm nóng CO2 bị hấp thụ ta có: QCO2(ht) = mCO2ht CCO2.(T-Tkhí chua) = 11851.3542 KJ (2.12) Nhiệt lượng thu vào để làm nóng lượng CO2 có sẵn có trong dung dịch amin nghèo Q(CO2 /MEA) nghèo = mCO2(MEAnghèo).CCO2.(T-TMEAnghèo) =253.957 KJ (2.13) Nhiệt thu vào để làm nóng khí ngọt từ T(kc) lên T(kn) nếu T(kc) ... 1.1 Sơ đồ công nghệ trình làm khí MEA[ 3] Diễn biến xảy trình: Khí nguyên liệu đưa vào từ bên tháp hấp thụ 1, dung môi làm MEA tưới ngược chiều từ xuống Khí dụng dịch MEA có lẫn H2S CO2 bay khỏi... axit nhiên liệu lại yếu MEA Duoiwd trình làm phương pháp phổ biến hay sử dụng: Quá trình làm MEA, trình sử dụng rộng rãi để làm khí thiên nhiên khí đồng hành Quá trình làm dung môi DEA, trình... + KHCO3 (II.13) Quá trình sử dụng khí tự nhiên có áp suất khí riêng phần khí acid tương đối cao, trình làm khí K 2CO3 nóng chảy dùng dể làm khí có hàm lượng khí acid trung bình cao Sơ đồ công