Tiểu luận chế biến khí làm ngọt khí

Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

MỤC LỤC
1

Lý thuyết chung........................................................................................................................................3
1.1
1.1.1

Thành phần cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành (1).....................................................3

1.1.2

Mục đích của việc làm ngọt khí (2).........................................................................................5

1.2

Hấp thụ vật lý...........................................................................................................................8

1.2.2

Hấp thụ hóa học.......................................................................................................................8

1.2.3

Làm ngọt bằng dung môi tổ hợp..............................................................................................9
Cơ sở lý thuyết...............................................................................................................................12

1.3.1

Quá trình hấp thụ....................................................................................................................12

1.3.2

Cơ sớ hóa lý (3)......................................................................................................................13

Công nghệ thực tế...................................................................................................................................19
2.1

Công nghệ làm ngọt khí bằng hấp thụ hóa học.............................................................................19

2.1.1

Cơ sở công nghệ.....................................................................................................................19

2.1.2

Làm ngọt bằng dung môi monoetanol amin (MEA)..............................................................20

2.1.3

Quá trình làm sạch khí bằng dung môi DEA........................................................................24

2.1.4

Quá trình làm sạch khí ADIP................................................................................................25

2.1.5

Quá trình làm sạch khí Econamin..........................................................................................25

2.1.6

Quá trình làm sạch khí stretford............................................................................................25

2.1.7

Làm sạch bằng dung dịch K2CO3 nóng...............................................................................26

2.1.8

Hấp thụ bằng hỗn hợp etanol amin với etylen glycol...........................................................26

2.2

3

Phương pháp cơ bản.........................................................................................................................7

1.2.1

1.3

2

Giới thiệu về làm ngọt khí...............................................................................................................3

Các công nghệ hấp thụ vật lý:........................................................................................................28

2.2.1

Cơ sở lý thuyết.......................................................................................................................28

2.2.2

Quá trình flour........................................................................................................................29

2.2.3

Quá trình Selexol..................................................................................................................31

2.2.4

Quá trình Purizol...................................................................................................................31

Định hướng phát triển công nghệ, nhu cầu thị trường, thông tin báo chí.............................................32

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Danh mục hì
Hình 1 Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA...................................................23
Hình 2 Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA...................................................23
Hình 3 Sơ đồ làm sạch khí bằng dung dịch etanolamin và etylen glycol.........................29
Hình 4 Sơ đồ quy trình công nghệ Fluor..........................................................................32
Danh mục bảngY
Bảng 1 Thành phần khí ở bể Cửu Long (theo phần trăm thể tích)......................................5
Bảng 2: Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn......................................................................5
Bảng 3: Trình bày tóm tắt một số quy trình công nghệ làm ngọt khí................................11
Bảng 4 Hệ số Henry của dung dịch khí............................................................................14
Bảng 5 Tính chất hoá lý cơ bản của MEA,DEA,DIPA,DGA. (4).....................................20
Bảng 6: Tính chất hóa lý của propylene carbonate...........................................................30

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

1

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Lý thuyết chung

1.1 Giới thiệu về làm ngọt khí
1.1.1 Thành phần cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành[ CITATION Ngu141 \l
1033 ]
Những cấu tử cơ bản của khí tự nhiên và khí đồng hành là methane, ethane, propane,
butane (normal và iso). Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ khí, còn khí đồng hành
được khai thác từ các mỏ dầu đồng thời với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong khí tự
nhiên, thành phần chủ yếu là methane (chiếm đến 98%) thể tích). Các mỏ khí tự nhiên là
các túi khí nằm sâu dưới mặt đất.
Khí đồng hành nhận được từ các mỏ dầu cùng với quá trình khai thác dầu mỏ. Trong
thành phần của khí đồng hành, ngoài cấu tử chính là khí methane còn có ethane, propane,
butane và các hydrocarbon nặng với hàm lượng đáng kể. Thành phần những cấu tử cơ
bản trong khí thay đổi trong một phạm vi khá rộng tùy theo mỏ dầu khai thác. Ngoài ra,
trong thành phần khí tự nhiên và khí đồng hành còn có H2O, H2S cùng các hợp chất chứa
lưu huỳnh, CO2, N2, và heli.
Người ta còn phân loại khí theo hàm lượng hydrocarbon từ propane trở lên. Khí gioafu
propane, butane, và các hydrocarbon nặng (trên 150g/m3) được gọi là khí béo (hoặc khí
dầu). Từ khí này, người ta có thể chế được xăng khí, khí hóa lỏng (LPG) và các
hydrocarbon cho công nghệ tổng hợp hữu cơ. Còn khí chứa ít hydrocarbon nặng từ
propane trở lên, dưới mức 50g/m3 gọi là khí khô hay khí gầy được sử dụng trong công
nghiệp và đời sống, làm nguyên liệu cho công nghệ tổng hợp hữu cơ, nguyên liệu cho sản
xuất phân đạm, sản xuất ethylene, acethylene, ethanol…
Trữ lượng khí có thể phát hiện ước tính vào khoảng 1.300 tỷ m3 khí. Trữ lượng này phân
bố trên toàn bộ lãnh thổ nhưng chủ yếu là ở các bể Nam Côn Sơn, Sông Hồng, Malay,

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Thổ Chu. Trong các bảng 1, bảng 2, bảng 3 dưới đây cho biết thành phần khí tự nhiên và
khí đồng hành được khai thác ở một số mỏ ở Việt Nam.
Hàm lượng CO2 ở bể song Hồng cao 75-85%. Hàm lượng H2S, CO2 rất nhỏ trong khí
đồng hành mỏ Bạch Hổ, Đại Hùng, … rất thuận lợi cho chế biến và sử dụng, an toàn
thiết bị, không gây ô nhiễm môi trường.
Bảng 1 Thành phần khí ở bể Cửu Long (theo phần trăm thể tích)
Mỏ

Rồng (Lô 9)
Bạch Hổ
(lô 9)

Thành phần

Khí tự

Khí đồng

nhiên

hành

Rạng
Đông (lô
9)

Ruby (lô
1)

Methane C1

76.82

84.77

76.54

77.62

78.02

Ethane C2

11.87

7.22

6.89

10.04

10.67

Propane C3

5.98

3.46

8.25

5.94

6.70

Butane C4

1.04

1.70

0.78

2.83

1.74

Condensat C5+

0.32

1.30

0.50

0.97

0.38

N2

0.50

-

-

0.33

0.60

CO2

1.00

-

-

0.42

0.07

H2S

-

-

-

-

-

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Bảng 2: Thành phần khí ở bể Nam Côn Sơn
Mỏ

Đại

Lan

Rồng

Hải

Mộc

Hùng

Tây

Đôi

Thạch

Tĩnh

Methane C1

77.25

88.5

93.9

81.41

81.00

89.44

Ethane C2

9.49

4.3

2.3

5.25

5.20

3.8

Propane C3

3.38

2.4

0.5

3.06

2.8

1.48

Butane C4

1.34

0.6

0.1

1.47

1.50

0.71

Condensat C5+

0.48

1.4

0.2

0.55

4.70

0.54

N2

4.5

0.3

1.6

0.08

0.11

0.15

CO2

-

1.9

1.2

5.64

4.40

3.88

H2 S

-

0.6

Chưa đo

0.00

-

-

Thành phần

PM3

UNOCAL

Lô Tây Nam

Methane C1

77.91

89.65

89.42

Thành phần

Tìm hiểu

Lan đỏ

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Ethane C2

6.86

2.74

4.26

Propane C3

4.09

0.40

2.38

Butane C4

1.98

0.17

1.12

Condensat C5+

0.42

0.05

0.32

N2

0.80

2.14

0.34

CO2

7.86

4.38

1.88

H2S

-

-

24ppm

1.1.2 Mục đích của việc làm ngọt khí [ CITATION Ngu14 \l 1033 ]
Trong hỗn hợp khí tự nhiên, khí đồng hành và khí hoá dầu ngoài khí Hydrocacbon còn
chứa một số khí khác như: Khí chua (H2S, CO2), đồng thời còn chứa một lượng không
lớn khí hữu cơ khác như: COS, CS2, Mecaptan … Sự tồn tại của chúng trong khí sẽ gây
cản trở trong sự vận hành và chế biến khí, chúng gây ăn mòn thiết bị, gây ngộ độc chất
xúc tác trong chế biến, đối với người sử dụng nó có ảnh hưởng không tốt đến sức khoẻ,
gây ô nhiễm môi trường, khí cacbonic có phần ít độc hại hơn. Nhưng nếu thành phần của
chúng quá lớn thì sẽ làm giảm nhiệt trị của hỗn hợp khí.
Mặt khác, Hydrosunfua (H2S) là khí dễ cháy (giới hạn cháy nổ rộng) là chất không có
màu trứng thối rất khó chịu. H2S rất độc có thể gây ngộ độc dẫn đến tử vong cho con
người khi tiếp xúc lâu với nó ở nồng độ cao trong khí. Cho nên, trong quá trình vận hành
khí chúng ta phải hết sức quan tâm đến sự an toàn thiết bị, đề phòng rò rỉ khí. Từ những
Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018

Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

vấn đề phân tích trên chúng ta đã nhận thấy sự bất lợi và tác hại của khí chua H2S, CO2
có mặt trong khí tự nhiên, khí đồng hành. Vì thế chúng ta cần phải loại bỏ chúng trước
khi đưa vào chế biến, nói một cách khác chính là làm ngọt. Tuy vậy, bên cạnh sự tác hại
của khí chua, thì chúng vẫn có lợi còn ứng dụng được trong công nghiệp chế biến:
+ H2S là nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất Lưu huỳnh nguyên chất và Acid
Sunfuaric.
+ CO2 cũng là nguyên nhiên liệu được dùng trong công nghiệp chế biến thực phẩm,
trong công nghiệp hoá chất hoá học, trong nông nghiệp, trong công nghiệp sản xuất đồ
uống nước giải khát ...
Vì vậy, khi lựa chọn các quy trình làm ngọt khí cần phải tính đến mức độ loại các cấu tử
không mong muốn trên và tận dụng chúng để sản xuất ra các sản phẩm chuyên dùng cần
thiết.
* Tiêu chuẩn cho phép khí chua còn lại trong khí sạch
- ở Mỹ: Hàm lượng H2S cho phép  5,7 mgH2S/m3khí
- ở Nga: Hàm lượng H2S cho phép  20 mgH2S/m3khí
- ở Việt Nam : Hiện nay chưa có một quy định nào cụ thể nào, vì khí tự nhiên, khí đồng
hành và khí hóa dầu của chúng ta có hàm lượng CO2 và H2S thấp, (trừ khí ở bể Sông
Hồng có hàm lượng CO2 tương đối cao)
Nói chung, trong các quy trình công nghệ xử lý khí cần phải làm ngọt khí nhằm có mục
đích:
-

Giảm ăn mòn đường ống, thiết bị trong quá trình xử lý khí hay sử dụng khí.

-

Giảm thiểu khả năng gây ngộ độc chất xúc tác trong các công đoạn chế biến sâu.

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học
-

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Đảm bảo an toàn cho sức khoẻ và ô nhiễm môi trường.

- Đáp ứng tiêu chuẩn về các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm khí thương mại.
- Thu hồi khi chua dùng cho các ngành công nghiệp khác, khi hàm lượng lưu huỳnh
trong khí là đáng kể.
1.2 Phương pháp cơ bản
Trong công nghiệp, chủ yếu người ta thường sử dụng phương pháp hấp thụ đẻ làm
sạch khí khỏi H2S và CO2. Tùy thuộc vào hàm lượng tạp chất axit mà người ta sử
dụng các dung môi háp thụ khác nhau. Các chất hấp thụ cần thỏa mãn các yêu cầu
sau:
-

Có tính chọn lọc, đây là tính chất quan trọng nhất

-

Độ nhớt của chất hấp thụ nhỏ

-

Nhiệt dung riêng bé, tiêu tốn năng lượng cho quá trình tái sinh nhỏ

-

Nhiệt độ sôi khác xa vối nhiệt độ sôi của cấu tử bị hấp phụ, nhờ vậy dễ dàng tái
sinh dung môi bằng chưng cất

-

Nhiệt độ đóng rắn thấp, không bị đóng rắn tại nhiệt độ làm việc

-

Không tạo thành kết quả khi hấp thụ

-

Ít bay hơi, ít mất mát trong quá trình tuần haofn chất hấp thụ

-

Không độc, không gây ô nhiễm môi trường, không ăn mòn thiết bị

Có hai quá trình hấp thụ cơ bản là hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học, ngoài ra còn có
phương pháp kết hợp làm ngọt bằng dung môi tổ hợp.

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

1.2.1 Hấp thụ vật lý
Phương pháp hấp thụ này dùng bằng dùng môi hữu cơ gồm: Propylen cacbonat
(C3H6CO3), Di Metyl Ete Polyetylenglycol (DMEPEG), N- Metyl Pirrolidon… các
dung môi này xử lý lượng khí chua trong khí bằng phương pháp hấp thụ vật lý.
Ưu điểm của quá trình hấp thụ vật lý đó là các dung môi này có độ hoà tan tốt ở nhiệt độ
thấp, khả năng hấp thụ cao các khí chua (đặc biệt là khí CO2, H2S) có thể làm sạch gần
như là triệt để đồng thời chúng có tính ưu việt hơn hấp thụ hóa học ở chỗ: khi áp suất
riêng phần của một khí chua lớn hơn điều kiện hấp thụ > 5 Mpa nó vẫn làm việc được.
Dung môi này thường không sủi bọt, không ăn mòn thiết bị, nhiều chất có nhiệt độ hấp
thụ thấp ( 700C) nhiệt độ đặc thấp. Đây là điều kiện quan trọng trong trường hợp áp
dụng chúng ở vùng có khí hậu lạnh.
Khi áp suất riêng phần của các tạp chất chứa Acid cao, quá trình làm sạch khí bằng dung

môi hữu cơ (phương pháp hấp thụ vật lý) có yêu cầu kinh phí đầu tư và chi phí vận hành
thấp hơn đối với việc thực hiện bằng phương pháp hóa học bằng amin, do khả năng hấp
thụ của khí chua và các hợp chất không mong muốn khác. Việc tái sinh chất hấp thụ vật
lý diễn ra của nhiều trường hợp không cần cấp nhiệt mà nhờ giảm áp suất trong hệ thống.
Nhược điểm của quá trình là: các dung môi hấp thụ được sử dụng hấp thụ tương đối các
Hydrocacbon, và làm sạch triệt để khí trong nhiều trường hợp chỉ thỏa mãn sau khi xử lý
bổ sung bằng dung môi alkanolamin.
1.2.2 Hấp thụ hóa học
Làm ngọt khí bằng dung môi hấp thụ hóa học là những dung dịch nước Alkanol amin.
Các Alkanol amin thường được sử dụng là: mono Etanol amin (MEA), di Etanol amin
(DEA), Diglycol amin (DGA), TriEtanol amin (TEA), Di IzoPropanol amin (DIPA)…

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Quá trình làm ngọt khí của các dung môi này là quá trình hấp thụ, trong khi tiếp xúc và
phản ứng hóa học với khí chua. Quá trình làm ngọt khí bằng Kalicacbonat cũng thuộc
nhóm này. Phương pháp làm ngọt này đảm bảo triệt để để khí chua, với hàm lượng trung
bình và thấp, độ hoà tan Hydrocacbon trong dung môi hấp thụ này không đáng kể. Thiết
bị, công nghệ đơn giản và bền.

Nhược điểm cơ bản của quá trình là không tách được toàn bộ lượng khí chua H2S , CO2,
CS2 và Mecaptan) ở khí có chứa hàm lượng lớn. Vì lẽ đó hàm lượng các hợp chất chứa
lưu huỳnh còn lại tương tác với dung môi tạo thành các hợp chất hóa học bền ,khó tái
sinh ở điều kiện của quá trình. Để thực hiện quá trình cần phải có bậc tuần hoàn chất hấp
thụ cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn (chúng tăng lên khi nồng độ các chất không mong
muốn tăng lên). bậc tuần hoàn chất hấp thụ cao và tiêu hao nhiệt lượng lớn.
Cùng với sự gia tăng nồng độ amin và mức bão hoà dung môi bởi khí chua các tạp chất
không mong muốn thì hoạt tính ăn mòn hóa học của các chất hấp thụ Alkanol amin cũng
tăng. Vì vậy, khả năng hấp thụ của chúng thường bị hạn chế không phải bởi điều kiện cân
bằng nhiệt động mà là bởi độ bão hoà giới hạn của các chất hấp thụ bằng các khí Acid.
1.2.3 Làm ngọt bằng dung môi tổ hợp
Dung môi tổ hợp gồm Alkanol amin dung dịch nước với dung môi hữu cơ như Sunfolan,
Metanol và dựa trên sự hấp thụ vật lý của các hợp chất không mong muốn bằng dung môi
hữu cơ và tương tác hóa học với Alkanol amin, là phần phản ứng tích cực của chất hấp
thụ. Các quá trình này kết hợp được nhiều ưu điểm của chất hấp thụ. Các quá trình này
kết hợp được nhiều ưu điểm của hấp thụ vật lý và hóa học. Chúng có thể được sử dụng để
làm sạch triệt để khỏi những khí chua H2S , CO2 , COS, CS2 và Mecaptan.
Quá trình tuy có nhiều ưu điểm, có thể bổ sung cho nhau một cách hoàn hảo, nhưng nó
không thể không có nhược điểm do các dung môi được sử dụng, hấp thụ đáng kể các
Hydrocacbon (đặc biệt là các Hydrocacbon vòng thơm tan tốt). Điều này làm hạn chế khả
năng ứng dụng các quá trình hấp thụ vật lý và hóa học bởi vì để loại trừ sự thâp nhập số
Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

lượng lớn Hydrocacbon nặng vào nguyên liệu của hệ thống sản xuất lưu huỳnh và trong
thành phần của nhà máy chế biến khí cần phải có máy và thiết bị tách Hydrocacbon nặng
khỏi khí nguyên liệu hoặc khí Acid trước khi đến hệ thống sản xuất lưu huỳnh (trong
công nghệ cần có giai đoạn thu hồi các Hydrocacbon nặng bị cuốn theo bằng cách cho
Hydrocacbon khi đã sạch quay vòng lại từ dưới lên trên dung môi đi từ trên xuống trong
một tháp tiếp xúc, các Hydrocacbon sẽ bị cuốn theo dòng khí, còn dung môi bão hoà khí
Acid, và các hợp chất chứa lưu huỳnh khác được đưa sang tháp tái sinh). Tuy nhiên điều
này không phải lúc nào cũng đóng vai trò chủ đạo liên quan đến việc chọn qú trình sử lý
khỏi H2S và các hợp chất chứa lưu huỳnh và chất không mong muốn khác mà kèm theo
đó là chi phí đầu tư và hoạt động bổ sung trong quá trình vận hành. Các quá trình hấp thụ
vật lý có thể kinh tế hơn, là do các dung môi hữu cơ đảm bảo thu hồi chọn H2S trong sự
có mặt của CO2 và cho phép thu hồi tốt cho sản phẩm lưu huỳnh khi tỷ lệ H2S: CO2.
Trong những điều kiện nhất định, các quá trình này có một số ưu điểm mà chỉ có thể phát
hiện trên cơ sở phân tích kinh tế – kỹ thuật cao khỏi H2S , CO2 , Mecaptan và các hợp
chất không mong muốn khác dựa trên hấp thụ hóa học và vật lý.
Bảng 3: Trình bày tóm tắt một số quy trình công nghệ làm ngọt khí
Hấp thụ hóa học
Quy trình công nghệ

Hấp thụ hóa học

Dung môi

Quy trình

Dung môi

công
nghệ
* làm sạch bằng
Alkacol
MEA

Tìm hiểu

Mon Etanol amin

- Fluor

Propylencacbonat

- Selecsol

DiMetyl

Công nghệ làm ngọt khí

ete

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Polyetlenglycol
(DMEPEG), N – MetylPi
rrolidon (NMP)
DEA

Di Etanol amin

ADIP

Di

Izopropanol

amin
Ekonamin

Di Glycol amin

Sun finol

Hỗn hợp dung dịch nước
Di Izopropanol amin và
Sunfolan

Kalycacbonat thông K2CO3 nóng chảy
thường

Assen của kim Rectizol

VeTrockk

Metanol (ở nhiệt độ thấp)

loại kiềm nóng
chảy K3 ASO3…

Các tiêu chuẩn cơ bản trong việc chọn chấp hấp thụ cũng như quá trình hấp thụ
tương ứng là: Nồng độ đầu và nồng độ cuối của các tử không mong muốn trong khí và áp
suất làm việc cho trước trong hệ thống hoặc áp suất riêng phần đầu và cuối của chúng
trong điều kiện làm sạch. áp suất ban đầu xác định hệ thống tuần hoàn của chất thụ thụ
(lưu lượng riêng). Áp suất liên phần cuối (mức độ làm sạch) phụ thuộc trước hết vào mức
độ tái sinh chất hấp thụ và áp suất cân bằng của khí được hấp thụ trên bề mặt dung môi ở
nhiệt độ xác định chủ yếu dựa vào hệ số tuần hoàn và điều kiện tái sinh của dung môi hấp

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

thụ. Vì vậy, tính kinh tế của quá trình được xác định trong khí nguyên liệu (khí chua) và
khí đã làm sạch khí ngọt. Trên cơ sở những dự liệu này người ta có thể đánh giá dung

môi nào trong các dung môi hấp thụ hóa học theo vật lý được ứng dụng hợp lý nhất đối
với điều kiện cho trước, sau đó phải xét đến tính đặc thù của các tạp chất chứa trong khí
và các phương án tương tác có thể có của chúng với dung môi hấp thụ, từ đó mới có thể
chọn lựa quá trình thuận lợi để tiến hành khảo sát kinh tế, kỹ thuật.
Tất cả các quy trình công nghệ được nêu trong bảng 3 ngoại trừ quy trình
Vetrocokk, đều dựa trên nguyên tắc hấp thụ hóa học hay vật lý các chất chứa lưu huỳnh,
oxy không mong muốn và giải hấp chúng từ chất hấp thụ, đưa khí Acid chứa H 2S đến hệ
thống sản xuất lưu huỳnh kiểu Clase. Quy trình Vetrocokk dựa trên nguyên tắc hấp thụ
H2S bằng dụng môi hấp thụ hóa học và ôxy hóa trong thiết bị tái sinh thành lưu huỳnh
nhờ sự có mặt của phụ gia hoạt tính trong chất hấp thụ và Oxy đi vào đáy tháp tái sinh
cùng với không. Quy trình làm ngọt khí Vetrocokk thường được sử dụng làm sạch khí với
nồng độ H2S thấp.
1.3 Cơ sở lý thuyết
1.3.1 Quá trình hấp thụ
Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng. Khí được hút gọi là chất bị hấp thụ, chất lỏng
để hút gọi là chất hấp thụ hay dung môi hấp thụ, khí không bị hấp thụ gọi là khí trơ. Quá
trình hấp thụ được dung để:
- Thu hồi các cấu tử quý
- Làm sạch khí
- Tách hỗn hợp khí thành từng cấu tử riêng biệt

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Trong trường hợp thứ nhất và thứ ba, bắt buộc ta phải tiến hành qua trình nhả hấp thụ sau
khi hấp thụ để tách cấu tử được hấp thụ ra khỏi dung môi. Đối với các trường hợp khác,
quá trình nhả là không cần thiết, trừ khi phải dung lại dung môi (dung môi quý).
Quá trình hấp thụ phụ thuộc chủ yếu vào dung môi, do đó cần chọn dung môi theo những
tính chẩ sau đây:
(1) Có tính chất hòa tan chọn lọc, nghĩa là chỉ hòa tan với một cấu tử, còn những cấu
tử khác không có khả năng hòa tan hoặc hòa tan rất ít.
(2) Độ nhớt của dung môi phải bé, để giảm trở lực và tang hệ số chuyển khối.
(3) Nhiệt dung riêng phải bé, để tiết kiệm năng lượng khi hoàn nguyên dung môi.
(4) Có nhiệt độ sôi khác xa với nhiệt độ sôi của cấu tử hòa tan, để dễ dàng phân riêng
chúng qua chưng luyện
(5) Có nhiệt độ đống rắn thấp, để tánh hiện tượng đóng rắn làm tắc thiết bị.
(6) Không tạo thành kết tủa khi hòa tan, để tánh tắc thiết bị và dễ thu hồi.
(7) Ít bay hơi, để tránh tổn thất
(8) Không độc và ăn mòn thiết bị
Tuy nhiên, trong thực tế, không có dung môi nào đạt được tất cả các tiêu chuẩn đã nêu.
Vì vậy, khi chọn dung môi ta phải dựa vào những điều kiện cụ thể của sản xuất
1.3.2 Cơ sớ hóa lý [ CITATION GST08 \l 1033 ]
1.3.2.1 Độ hòa tan khí trong lỏng
Khí hòa tan trong lỏng sẽ tạp thành hỗn hợp hai cấu tử có hai thành phần và hai pha. Hệ
thống như vạy theo quy tắc pha ( ∅ = 2, K =2, C= 2-2+2=2) được coi như hỗn hợp lỏng
Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018

Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

có hai thành phần. Cân bằng pha được xác định bởi áp suất , nhiệt độ, nồng độ. Nếu nhiệt
độ không đổi, thì độ hòa tan phụ thuộc vào áp suất. Sự phụ thuộc này được biểu thị bằng
định luật Henry:
ycb= mx

Tìm hiểu

(2.2.1)

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Bảng 4 Hệ số Henry của dung dịch khí

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Đối với khí lý tưởng, m là hằng số, dung để biểu diễn quan hệ ycb =f(x) là đường thẳng.
Đối với khí thực, m phụ thuộc vào x, nên đường cân bằng là đường cong. Hằng số cân
bằng được tính :
m= Ψ/P
với là hệ số Henry, được tra theo bảng 4, có thứ nguyên của áp suất; P – áp suất, at.
Khi tính toán quá trình hấp thụ, ta thường dùng phần mol tương đối Y, X. Quan hệ giữa
phần mol x, y và phần mol tương đối X,Y như sau

Thay giá trị x, y vào phương trình 2.2.1 ta có quan hệ

(2.2.2)
Như vậy, quan hệ cân bằng tính theo phần mol tương đối sẽ luôn là một đường cong.
1.3.2.2 Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ
Phương trình đường làm việc của quá trình hấp thụ được lập trên cơ sở lý thuyết hai lớp
màng. Đó là lớp màng ngăn cách giữa pha lỏng và pha khí. Qua lớp màng, khí trong hỗn
hợp sẽ khuếch tán vào pha lỏng.
Khi tính cân bằng vật liệu, thường người ta cho trước hỗn hợp khí, nồng độ đầu và cuối

của khí bị hấp thụ tron ghỗn hợp khí và trong dung môi.
Gọi: Gy- lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, kmol/h;
Yđ- nồng độ đầu của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;
Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Yc- nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;
Gx- lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h;
Xđ- nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi;
Xc- nồng độ cuối của dung môi, kmol/kmol dung môi;
Gtr- lượng khí trơ;
Lượng khí trơ được tính theo công thức:
Gtr= Gy.= Gy.(1-yđ) , kmol/h
Phương trình cân bằng vật liệu trong tháp hấp thụ:
Gtr.(Yđ-Yc)=Gx.(Xc-Xđ)
Lượng dung môi cần thiết:
Gx=Gtr. , kmol/h
Lượng dung môi tối thiểu cần dung cho quá trình hấp thụ:
Gx min=Gtr.
Xcb.đ-nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.

Trong quá trình hấp thụ, nồng độ cân bằng luôn lớn hơn nồng độ làm việc, vì thế
lượng dung môi thực tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường lớn hơn 20%. Nếu
tính lượng dung môi theo 1kg khí trơ, ta có lượng dung môi tiêu hao riêng là:
l=
Nếu biểu diễn phương trình cân bằng vật liệu ở tiết diện bất kỳ của tháp ta có:

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Gtr.(Y-Yc)=Gx.(X-Xđ)
Rút ra:
Y=.X+Yc-.Xđ
Hay : Y=A.X+B
Trong đó:

A=,

B= Yc-.Xđ là các hằng số.

Phương trình trên gọi là phương trình đường nồng độ làm việc của quá trình hấp

thụ. Nếu biểu diễn trên tọa độ X-Y, là đường thẳng có hệ số góc là A và cắt trục tung tại
B.
1.3.2.3 Ảnh hưởng của dung môi đến quá trình hấp thụ
Để xem xét vai trò của dung mooitrong hấp thụ, ta dựa vào phương trình chuyển khối
chung và phương trình đường nồng độ làm việc.
Phương trình chuyển khối, lượng khí bị hấp thụ được tính theo công thức
G=Ky.F.Ytb
Trong điều kiện nhất định G là lượng không đổi và cũng có thế coi hệ số chuyển khối Ky
cũng không đổi. Do đó bề mặt tiếp xúc F chỉ được thay đổi tương ứng với sự thay đổi
Ytb, sao cho tích F.Ytb là không đổi. Bề mặt F thay đổi, tức là kích thước thiết bị thay
đổi, lớn khi F tăng và bé khi F giảm.
Dựa vào đồ thị ta thấy, khi Yđ,Yc và Xđ cố định thì nồng độ cuối của dung môi được
quyết định theo động lực trung bình Ytb,tức điểm cuối của đường làm việc AB. Điểm
cuối của đường làm việc chỉ dịch chuyển từ A đến A4. Đường làm việc BA4, cắt đường
cân bằng lúc này động lực trung bình Ytbsẽ là nhỏ nhất. đường BA gần với trục tung nên
động lực trung bình Ytb sẽ là lớn nhất.
Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Vì F.Ytb không đổi nên ứng với đường BA4 cho F lớn nhất và ứng với đường BA cho F

nhỏ nhất. Dựa vào phương trình đường nồng độ làm việc ta cũng thấy tương ứng với
đường BA4có A= bé nhất hay lượng dung môi ít nhất, ứng với đường BA có A= lớn nhất
hay lượng dung môi nhiều nhất.
Vì vậy, nếu chọn dung môi ít nhất, ta thu được Xc lớn, nhưng thiết bị phải rất lớn, trái lại,
nếu chọn dung môi lớn nhất, thì thiết bị bé ta thu được Xc quá bé hay dung dịch thu
được quá loãng. Do đó khi chọn điều kiện làm việc ta chỉ dựa vào chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật.
1.3.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên quá trình hấp thụ
Nhiệt độ và áp suất là những yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến quá trình hấp thụ mà chủ
yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng pha và động lực quá trình.
Từ phương trình Henry ta thấy, khi nhiệt độ tăng thì hệ số Henry tăng, nên đường
cân bằng sẽ dịch chuyển về phía trục tung.
Vì vậy, nếu đường làm việc AB không đổi thì động lực trung bình sẽ giảm, do đó
cường độ làm việc cũng giảm theo. Nếu cứ tiếp tục tăng nhiệt độ thì không những động
lực trung bình giảm mà ngay cả quá trình cũng không thực hiện được. Vì vậy khi tăng
nhiệt độ cũng ảnh hưởng xấu tới quá trình. Tuy nhiên khi nhiệt độ tăng độ nhớt của dung
môi giảm, vận tốc khí tăng,cường độ chuyển khối cũng tăng theo.
Trong trường hợp tăng áp suất, ta thấy hệ số cân bằng m giảm, do đó đường cân
bằng sẽ dịch chuyển về phía trục hoành, tức động lực trung bình sẽ tăng lên, quá trình
chuyển khối sẽ tốt hơn. Nhưng khi tăng áp suất luôn kèm theo tăng nhiệt độ nên nó cũng
gây ảnh hưởng xấu đến quá trình hấp thụ, mặt khác khi tăng áp suất cũng gây khó khăn
về mặt thiết bị, vì vậy áp suất cao chỉ áp dụng cho khí khó hòa tan.

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018

Tiểu luận môn học
2

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Công nghệ thực tế

2.1 Công nghệ làm ngọt khí bằng hấp thụ hóa học
2.1.1 Cơ sở công nghệ
Quá trình làm ngọt khí bằng háp thụ hóa học là quá trình hấp thụ có phản ứng hoá học
xảy ra giữa cấu tử dung môi và cấu tử dung chất .
Quá trình hấp thụ xảy ra ở áp suất cao và nhiệt độ , còn tái sinh chất hấp thụ thì thực hiện
ở áp suất thấp thường ở áp suất khí quyển và nhiệt độ cao .
Dung môi hấp thụ: dung dịch monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA),
diglycolamine (DGA)…


Ưu điểm:
 Cho phép làm sạch đến mức tinh H2S và CO2.
 Độ hòa tan hydrocarbon trong chất hấp thụ không cao.
 Công nghệ và thiết bị đơn giản.



Khuyết điểm:
 Không làm sạch hòan tòan H2S, CO2, RSH, COS và CS2.
 Mức độ lọai mercaptan và các hợp chất lưu hùynh thấp.
 Mercaptan, COS, CS2 có thể tương tác với dung môi và không thể hòan nguyên

trong điều kiện phản ứng.
 Yêu cầu hệ số hồi lưu cao, chi phí nhiệt năng lớn.

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

 Có khả năng tạo chất gây ăn mòn cao.

Hình 1 Cấu trúc các alkanolamines dung trong xử lý khí[ CITATION Art03 \l 1033 ]
Bảng 5 Tính chất hoá lý cơ bản của MEA,DEA,DIPA,DGA.[ CITATION Art03 \l 1033 ]
MEA

DEA

DIPA

DGA

Khối lượng phân tử

61

105,1

133,2

105,1

Khối lượng riêng(kg/m3)

1018

1090

989

1055

Nhiệt độ sôi (oC) ở áp suất

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

110 Pa

171

---

248,7

221

660 Pa

100

187

167

---

1320 Pa

69

150

133

---

48

1,33

1,33

1,33

10,5

28

42

9,5

0,241

0,38

0,198

0,026

(ở 20oC)

( ở 30oC)

(ở

(ở

45oC)

24oC)

Áp suất hơi bão hoà (Pa) ở
20oC
Nhiệt độ đông đặc (oC)

Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s)

Độ hoà tan trong nước (%
KL) ở 20oC
Nhiệt hoá hơi (J/kg) ở 1.105
Pa

Hoàn toàn 96,4

87

1486,4

722,5

1205,9

Hoàn
toàn

917,4

2.1.2 Làm ngọt bằng dung môi monoetanol amin (MEA)
Trong quá trình hấp thụ hoá học: Người ta sử dụng dung dịch nước củacác alkanol amin
như: Quá trình làm ngọt khí bằng dietanol amin (DEA), dizopropanol amin (ADIP),
diglycolamin (DGA) và monoetanolamin (MEA)…

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

Trong đó đáng chú ý nhất là monoetanolamin (MEA).Phương pháp này được sử dụng từ
năm 1930, hiện nay được ứng dụng rấtrộng rãi. Để làm sạch khí tựnhiên người ta dùng
dung dịch MEA nồng độ 15÷ 20% trong nước.
Quá trình tương tác hóa học giữa CO2 và H2S với MEA: [ CITATION Sae12 \l 1033 ]
2RNH2 + H2S



(RNH3)2S

(RNH3)2S+ H2S



2RNH3HS

CO2 + 2RNH2 + H2O



(RNH3)2CO3

CO2 + (RNH3)2CO3 + H2O



2RNH3HCO3



R = -CH2-CH2-OH



Ở nhiệt độ thấp, phản ứng xảy ra theo chiều thuận.Ở nhiệt độ cao, phản ứng

xảy ra theo chiều ngược lại.



Nồng độ dung dịch MEA thường ≤ 15÷20 % tt.



Mức bão hòa khí chua trong dung dịch khoảng 0,3÷0,4 mol/mol MEA.



Được ứng dụng làm sạch dòng khí có áp suất riêng phần của khí chua ≤

0,6÷0,7 MPa.


Quá trình hấp thụ H2S và CO2 bằng MEA xảy ra ở áp suất cao và nhiệtđộ

25÷40oC, còn tái sinh chất hấp thụ MEA thực hiện ở áp suất gần áp suấtkhí quyển
và nhiệt độ trên 150oC.
“MEA có thể loại bỏ cả H2S và CO2 từ các dòng khí để đáp ứng thông số kỹ thuật
của salegas. Tuy nhiên, trong thực tế, tải lượng khí axit và nồng độ dung dịch bị
hạn chế vì vấn đề ăn mòn. MEA cũng khó giải hấp với cacbonyl sulfide (COS) và
Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018


Tiểu luận môn học

CN Chế biến Khí

PGS.TS. Lê Minh Thắng

cacbon disulfua (CS2), có thể dẫn đến tiêu hao dung môi và tích tụ các muối ổn
định nhiệt (HSS) không thể được tái tạo. MEA có áp suất hơi cao hơn các amin
khác. Điều này có thể dẫn đến tổn thất đáng kể do quá trình bốc hơi. Vấn đề
thường có thể được khắc phục bằng cách rửa nước đơn giản của dòng khí ngọt.”
[ CITATION Sae12 \l 1033 ]
Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ làm sạch khí khỏi H2S và CO2 bằng MEA xem
ở hình 1.

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA

1.Tháp hấp thụ;

9. Thiết bị trao đổi nhiệt;

2,3,4. Thiết bị phân ly;

10. Tháp nhả hấp thụ;

Tìm hiểu

Công nghệ làm ngọt khí

HN. 2018