TÌM HIỂU VỀ QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG MONOETHANOLAMINE TRONG CÔNG NGHIỆP

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BM-Q trình-Thiết bị cơng nghệ Hóa học-Thực phẩm
----------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
HỌC PHẦN: NHẬP MƠN KĨ THUẬT HĨA HỌC (CH2000)

ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU VỀ Q TRÌNH, THIẾT BỊ
HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG
MONOETHANOLAMINE TRONG CƠNG NGHIỆP

GV hƣớng dẫn

:

Nhóm SV thực hiện :

Thầy Nghiêm Xuân Sơn
Nhóm 4

HÀ NỘI – 12/2016


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC ……………………………………………………………………….. 2
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………… 4
I. TỔNG QUAN VỀ KHÍ H2S. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP LÀM NGỌT
(SẠCH) KHÍ CĨ CHỨA H2S ..……………………………………………….… 4
1. Tổng quan về khí H2S ……………...…………………………………..….. 5

1.1.

Giới thiệu chung về khí H2S ............................................................... 5
1.1.1. Đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lí ............................................. 5
1.1.2. Tính chất hóa học ..................................................................... 5

1.2.

Nguồn gốc của khí H2S ...................................................................... 6

1.3.

Tác hại của khí H2S ............................................................................. 6
1.3.1. Đối với con người ..................................................................... 6
1.3.2. Đối với thiết bị và môi trường .................................................. 6

2. Một số phương pháp làm ngọt (sạch) khí có chứa H2S ….………………… 7
2.1.

Sự cần thiết của việc làm ngọt (sạch) khí có chứa H2S ...................... 7

2.2.

Một số phương pháp làm ngọt (sạch) khí có chứa H2S ...................... 7
2.2.1. Phương pháp hấp thụ ………………………………………… 7
2.2.2. Phương pháp hấp phụ ............................................................... 8
2.2.3. Phương pháp thẩm thấu ……………………………………… 8

II. TỔNG QUAN PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH
MONOETHANOLAMINE …………………………………………………...... 9

1. Cơ sở hóa lý của q trình làm ngọt khí bằng phương pháp hấp thụ …….... 9
1.1.

Giới thiệu chung quá trình hấp thụ …………………………………. 9

1.2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp thụ ……………………….10

2. Cơ sở cơng nghệ hấp thụ khí H2S bằng phương pháp hấp thụ hóa học bằng
dung dịch Monoethanolamine ……………………………………...……. 13
2.1.

Cơ sở công nghệ làm ngọt khí bằng phương pháp hóa học ……….. 13

2.2.

Cơ sở cơng nghệ làm ngọt khí bằng dung dịch Monoethanolamine..15

2.2.1. Tính chất chung của Monoethanolamine (MEA) ……………….15
Page 2 of 27


2.2.2. Cơ chế phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng khi sử dụng MEA để
hấp thụ H2S ……………………………………………………. 16
2.3.

Dây chuyền công nghệ và chế độ làm việc cho thiết bị khi sử dụng
MEA để hấp thụ khí H2S ………………………………………….. 16

2.3.1. Công nghệ hấp thụ 1 cấp ……………………………………….. 16
2.3.2. Công nghệ hấp thụ 2 cấp ……………………………………….. 17
2.3.3. Điều kiện và chế độ làm việc cho thiết bị ……………………… 18
2.4.

Đánh giá ưu nhược điểm của q trình làm ngọt khí bằng MEA …. 19

III. MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ HẤP THỤ
KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH MONOETHANOLAMINE ………………... 20
1. Các thiết bị chính trong dây chuyền ……………………………………… 20
1.1.

Thiết bị hấp thụ và nhả hấp thụ ......................................................... 20
1.1.1. Tháp đệm ................................................................................ 20
1.1.2. Tháp đĩa .................................................................................. 20
1.1.3. Thiết bị hấp thụ loại màng ...................................................... 21
1.1.4. Tháp tái sinh............................................................................ 21

1.2.

Thiết bị trao đổi nhiệt ........................................................................ 22
1.2.1. Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản ............................................... 22
1.2.2. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm ..................................... 22

1.3.

Thiết bị phân ly: Bình chứa Amine giàu khí H2S ............................. 23

2. Lựa chọn cơng nghệ và thiết bị phù hợp ..................................................... 23
2.1.

2.2.

Lựa chọn công nghệ ……………………………………………….. 23
Lựa chọn thiết bị hấp thụ và nhả hấp thụ …………………………. 24

IV. THAM KHẢO PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ AXIT H2S BẰNG
NATRI CACBONAT ………………………………………………………...... 25
KẾT LUẬN ………………………………………….…………………………. 26
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………….…. 27

Page 3 of 27


MỞ ĐẦU
Lời đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Viện Kĩ thuật Hóa học đã thiết
kế chương trình học phần “Nhập mơn Kĩ thuật Hóa học (CH2000)” cũng như đã tổ
chức buổi đi tham quan Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc rất bổ ích và thiết
thực cho sinh viên chúng em. Đặc biệt, cho chúng em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến
thầy Nghiêm Xn Sơn, Bộ mơn Q trình – Thiết bị cơng nghệ Hóa học – Thực
phẩm, Viện Kĩ thuật Hóa học, người đã dành thời gian quý báu giúp đỡ chúng em
rất nhiều để hồn thành Đồ án mơn học này.
Học phần “Nhập mơn Kĩ thuật Hóa học (CH2000) là một học phần quan trọng
đối với sinh viên năm 2 Viện Kĩ thuật Hóa học chúng em. Qua việc làm đồ án mơn
học chúng em có những hiểu biết rõ hơn về về chương trình đào tạo ngành Kỹ
thuật Hóa học; cũng như có được một số hiểu biết cơ bản về các quá trình thuộc
các lĩnh vực khác nhau của ngành Kỹ thuật Hóa học; nắm được mối liên kết, giao
thoa giữa khoa học cơ bản và kỹ thuật công nghệ. Chúng em cũng được làm quen
với phương pháp làm việc khoa học, tra cứu tài liệu, kỹ năng làm việc nhóm, kỹ
năng cơ bản về trình bày, thuyết trình một vấn đề là những kĩ năng làm việc rất cần
thiết cho chúng em sau này.

Trong phạm vi nhiệm vụ được giao, đồ án chúng em sẽ tìm hiểu về Q trình
và thiết bị hấp thụ khí axit H2S bằng dung dịch alkanolamine. Để hấp thụ khí axit
H2S có rất nhiều phương pháp nhưng hấp thụ bằng dung dịch alkanolamine là một
trong những phương pháp phổ biến bởi tính kinh tế và hiệu quả của nó. Trong đó,
Monoethanolamine là alkanolamine được sử dụng rộng rãi hơn cả. Vì vậy đồ án
của chúng em sẽ tập trung vào đề tài “Tìm hiểu Q trình và thiết bị hấp thụ khí
axit H2S bằng Monoethanolamine trong công nghiệp”.
Danh sách các thành viên trong nhóm 4 và bảng phân cơng cơng việc:
STT

Họ và tên

Mã số sinh viên

Phân cơng cơng việc

1

Nguyễn Văn Đạo

20150809

Tìm tài liệu; trình bày powerpoint.

2

Nguyễn Minh Đạt

20150846

Tìm tài liệu; tổng hợp trình bày
báo cáo bản word.

3

Phạm Xuân Đạt

20150879

Tìm tài liệu, thuyết trình.

4

Nguyễn Minh Dung

20150584

Tìm tài liệu, thuyết trình.

5

Nguyễn Thị Dung

20150585

Tìm tài liệu, thuyết trình.

Page 4 of 27

I. TỔNG QUAN VỀ KHÍ H2S. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP LÀM NGỌT
(SẠCH) KHÍ CĨ CHỨA H2S :
1. Tổng quan về khí H2S:
1.1. Giới thiệu chung về khí H2S:
Đặc điểm cấu tạo, tính chất vật lí:

1.1.3.

- Đihyđro sunfua H2S là chất khơng màu, mùi trứng thối đặc trưng, nặng hơn
khơng khí.
- Ở điều kiện 200C và 1atm, khí H2S có:
+ Khối lượng riêng: 1,5392x 103 (Kg/m3)
+ Khối lượng phân tử : 34,08 (Kg/Kmol)
+ Nhiệt độ nóng chảy: - 85,6oC
+ Nhiệt độ sôi : - 60,75oC
- Khả năng tạo liên kết Hydro ở H2S yếu hơn H2O
- H2S kém bền, dể phân hủy, ít tan trong nước độ tan ở 200C và 1atm là
0,38g/100g nước, tan nhiều trong dung môi
- Trong hợp chất H2S, lưu huỳnh (S) có số ơxi hóa thấp nhất (-2) do vậy H2S
có tính khử và tác dụng được với một số hợp chất có tính ơxi hóa như ơxy,
kali pemanganat ...
1.1.4.

Tính chất hóa học:

a) Tính axit: Khí H2S tan trong nước tạo thành dung dịch axit
sunfuahiđric rất yếu (yếu hơn axit H2CO3)
- Tác dụng với các dung dịch kiềm tạo hai muối, muối trung hoà và muối axit:
H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O
H2S + NaOH = NaHS + H2O

- Đặc biệt H2S tác dụng với các dung dịch muối cacbonat kim loại kiềm chỉ
tạo ra muối hiđro cacbonat.
H2S + Na2CO3 = NaHCO3 + NaHS
b)

Tính khử mạnh:

- Trong axit H2S và các muối của nó (S có số oxi hoá -2) nên là chất khử
mạnh. H2S cháy trong khơng khí với ngọn lửa màu xanh.
2H2S + 3O2 → 2 H2O + 2SO2
Page 5 of 27


- Nếu khơng cung cấp đủ khơng khí, H2S bị oxi hóa thành S. Clo có thể oxi
hố H2S thành H2SO4 (khi có nước).
4Cl2 + H2S + 4H2O → H2SO4 + 8 HCl
- H2S tác dụng với các kim loại kiềm tạo thành muối axit.
2H2S + 2K → 2KHS + H2
- Cịn với các kim loại khác thì tạo thành muối sunfua. H2S khan không tác
dụng với Cu, Ag, Hg, nhưng khi có mặt hơi nước thì lại tác dụng khá nhanh
làm cho bề mặt các kim loại này bị xám lại.
4Ag + 2H2S + O2 → 2Ag2S + 2H2O
1.2.

Nguồn gốc của khí H2S:

- Trong thiên nhiên: H2S là do chất hữu cơ, rau cỏ thói rửa mà thành, đặc biệt
là ở nơi nước cạn, bờ biển và sông hồ nông cạn, các vết nứt núi lửa, ở các
suối, cống rãnh, hầm lị khai thác than.
- Trong sản xuất cơng nghiệp: H2S sinh ra là do quá trình sử dụng nhiên liệu

có chứa lưu huỳnh.
- Theo Trung tâm thơng tin mơi trường tồn cầu (The Global Environment
Information Centre-GEIC) uớc lượng từ mặt biển phát ra khoảng 30 triệu tấn
H2S mỗi năm, và từ mặt đất phát ra khoảng 50-60 triệu tấn mỗi năm và từ
sản xuất công nghiệp là 3 triệu tấn mỗi năm.
1.3.

Tác hại của khí H2S:
1.3.1. Đối với con người:

- Theo Quy chuẩn Kĩ thuật quốc gia về Mơi trường 2013, H2S là một khí rất
độc chỉ với 5ppm đã gây ngộ độc choáng nhức đầu
- Ở nồng độ > 150ppm sẽ làm tổn thương màng nhầy của cơ quan hô hấp
- Với nồng độ 500ppm gây viêm phổi
- Tiếp xúc ngắn với khí H2S với nồng độ 700-900ppm, khí sẽ xuyên qua màng
phổi, đi vào trong máu và gây tử vong
1.3.2. Đối với thiết bị và môi trường:
- H2S ăn mòn đường ống và thiết bị; làm ngộ độc xúc tác trong công nghiệp
- Cháy tạo thành SO2 gây ô nhiễm môi trường
- Giảm sinh trưởng, gây rụng lá, tổn thương lá cây ở thực vật

Page 6 of 27


2. Một số phƣơng pháp làm ngọt (sạch) khí có chứa H2S:
2.1.

Sự cần thiết của việc làm ngọt (sạch) khí có chứa H2S:

- Do sự tồn tại của các khí axit như H2S gây nên nhiều tác hại như sự ăn mịn

kim loại, giảm hiệu quả của các q trình xúc tác, làm ngộ độc xúc tác, gây ô
nhiễm môi trường, độc hại cho người sử dụng... Nên sự có mặt của các cấu tử
mang tính axit trong khí cần phải được khống chế ở một hàm lượng đủ nhỏ nhằm
giảm thiểu những tác hại mà các khí axit này gây ra cho thiết bị, máy móc, mơi
trường và sinh vật.
- Trong nhiều lĩnh vực cơng nghiệp người ta có những quy chuẩn nhất định
cho khí H2S. Như trong cơng nghiệp lọc hóa dầu về thành phần của khí thiên nhiên
và khí đồng hành: CHLB Nga quy định hàm lượng H2S < 22mg/m3. Ở Mỹ, H2S <
5,7 mg/m3 . Do đó ta cần phải loại bỏ H2S xuống hàm lượng cho phép.
- Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu nhằm làm sạch khí tự nhiên và khí
đồng hành khỏi các cấu tử axit bằng các phương pháp hấp phụ và phương pháp
hấp thụ.Việc lựa chọn các phương pháp làm ngọt khí cần chú ý đánh giá thành
phần của nguyên liệu bao gồm cả tạp chất mà trong khí thành phẩm yêu cầu phải
loại bỏ. Một số tạp chất khi tác dụng với các dung mơi có thể hình thành các hợp
chất hóa học mà trong giai đoạn tái sinh sẽ không bị phân hủy (phản ứng không
thuận nghịch trong điều kiện quá trình). Điều này dẫn đến giảm hoạt tính dung mơi
và kết quả là dung mơi mất hồn tồn hoạt tính.
- Thực tế cho có những lượng tạp chất nhỏ đôi khi lại gây những ảnh hưởng
rất lớn đến việc lựa chọn dung môi hoặc công nghệ làm sạch khí. Ví dụ như tỷ lệ
H2S/CO2 trong khí nguyên liệu cần phải được các nhà công nghệ xem xét thận
trọng do nồng độ H2S trong các khí axit là yếu tố quyết định lựa chọn công nghệ,
phương pháp làm sạch khí, phương pháp xử lý và thu hồi chất thải của công nghệ...
2.2.

Một số phƣơng pháp làm ngọt (sạch) khí có chứa H2S:

2.2.1. Phương pháp hấp thụ:
a) Hấp thụ Hóa học:
- Làm ngọt khí bằng monoetanol amin (MEA)
- Làm sạch khí bằng dung mơi diethanolamine (DEA)

- Q trình làm sạch khí ADIP (dung mơi diisopropanolamine - DIPA)
- Q trình làm sạch khí Stretford (dung mơi hấp thụ: dung dịch loãng
Na2CO3, NaVO3, và ADA-anthraquinone disulfonic acid)
Page 7 of 27


- Làm sạch khí Econamin (sử dụng dung mơi diglycolamine - DGA)
- Làm sạch khí bằng dung dịch K2CO3 nóng
- Hấp thụ bằng hỗn hợp etanol amin với etylen glycol .
b) Hấp thụ Vật lý:
- Quá trình FLOUR (chất hấp thụ: propylene carbonate). Đặt tên theo công ty
sở hữu bản quyền quy trình cơng nghệ: Tập đồn FLOUR.
- Q trình SELEXOL (chất hấp thụ: dimethylether polyethyleneglycol
DMEPEG) (bản quyền của Công ty Hóa chất Dow)
- Q trình PURIZOL (chất hấp thụ: N-methylpyrolidon còn gọi là NMP)
2.2.2. Phương pháp hấp phụ :
- Dùng các chất hấp phụ thông thường như Silicagel, Al2O3, than hoạt tính,
zeolit, các oxit kim loại: Fe2O3, ZnO,...
2.2.3. Phương pháp thẩm thấu:
Sử dụng màng – Membrane
Khí có hàm lƣợng H2S cao
Khí ngun liệu
Khí có hàm lƣợng H2S thấp

- Q trình sử dụng màng là một quá trình nhằm loại bỏ CO2 (số lượng lớn)
và vết H2S từ khí tự nhiên. Khi H2S có hàm lượng cao thì q trình này
khơng được áp dụng do hợp chất của S hình thành trên màng gây bất lợi cho
q trình. Do đó, q trình này khơng thích hợp cho việc loại bỏ lượng lớn
khí axit, thường là được áp dụng để loại bỏ vết (cỡ ppm) H2S hay CO2.
- Có 2 loại màng:

+ màng Spiral Wound: tấm cuộn lại
+ màng Hollow fiber: dạng sợi

Page 8 of 27


II. KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH, THIẾT BỊ HẤP THỤ KHÍ H2S BẰNG
DUNG DỊCH AlKANOLAMINE:
1. Cơ sở hóa lý của q trình làm ngọt khí bằng phƣơng pháp hấp thụ:
1.1.

Giới thiệu chung quá trình hấp thụ:

Hấp thụ là quá trình pha lỏng hút pha khí. Khí được hút là chất bị hấp thụ,
chất lỏng hút khí là chất hấp thụ hay là dung mơi. Đi kèm q trình hấp thụ là quá
trình nhả hấp thụ.
Hấp thụ và nhả hấp thụ là hai quá trình chuyển khối cơ bản được sử dụng để
tách các cấu tử không mong muốn ra khỏi khí tự nhiên và khí đồng hành. Bản chất
hố lý của hai quá trình là sự hình thành cân bằng giữa hai pha khí lỏng do sự
khuếch tán từ chất pha nọ sang pha kia. Động lực của quá trình khuếch tán là sự
chênh lệch riêng phần giữa các cấu tử trong pha lỏng và pha khí. Nếu áp suất riêng
phần của cấu tử trong pha khí lớn hơn trong pha lỏng thì sẽ xảy ra q trình hấp
thụ, cịn ngược lại thì xảy ra quá trình nhả hấp thụ. Thực tế, tính tốn động lực của
q trình khuếch tán được tính qua nồng độ các cấu tử, vì áp suất riêng phần tỉ lệ
với nồng độ.
Chất hấp thụ cần thoả mãn yêu cầu sau :
- Có khả năng hấp thụ chọn lọc.
- Có áp suất hơi bão hồ bé để mất mát dung mơi trong q trình là bé nhất.
- Nhiệt dung riêng bé để tiêu tốn năng lượng trong q trình tái sinh là nhỏ nhất
mục đích để tiết kiệm năng lượng tiêu tốn, hiệu suất năng lượng tốt nhất.

- Nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ sôi của chất bị hấp thụ, nhờ thế dễ tái sinh dung
mơi bằng chưng cất.
- Nhiệt độ đóng rắn thấp để tránh bị đóng rắn trong q trình làm việc.
- Độ nhớt chất hấp thụ nhỏ.
- Không tạo thành kết tủa khi hấp thụ.
- Có độ bền nhiệt và độ bền oxy hố.
- Ít ăn mịn thiết bị.
- Khơng gây độc hại cho môi trường và con người.
- Giá thành rẻ và dễ kiếm.
Quá trình hấp thụ được sử dụng khá phổ biến trong cơng nghệ hố để tách
các cấu tử có tính axit như H2S bởi tính kinh tế và hiệu quả của nó. Q trình hấp
thụ và nhả hấp thụ được tiến hành trong q trình kín

Page 9 of 27


1.2.

Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp thụ:

1.2.1. Độ hịa tan của khí trong lỏng:
Khí hịa tan trong lỏng sẽ tạo thành hỗn hợp hai cấu tử, có hai thành phần và
hai pha. Hệ thống như vậy theo quy tắc pha (θ=2; K=2; C=2-2+2=2 ) được coi như
hỗn hợp lỏng có hai thành phần. Cân bằng pha được xác bởi áp suất, nhiệt độ và
nồng độ. Nếu nhiệt độ khơng đổi thì độ hịa tan phụ thuộc vào áp suất. Sự phụ
thuộc này được biểu thị bằng định luật Henry: ycb= m.x
Bảng 1. Hệ số Henry của dung dịch khí

nhiệt độ (oC)
Khí

0

10

20

30

40

50

60

70

80

H2S

0,208

0,278

0,367

0,463

0,566

0,672

0,782

0,905 1,03

1,09 1,12

CO2

0,553

0,792

1,08

1,14

1,77

2,15

2,59

…

…

SO2

0,0125 0,0184

0.027

0,0364

0,0495

0,0655

0,0839

0,104 0,128 0,15 …

…

90

100

…

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 thẳng là đường cong.
Hằng số cân bằng được tính:
m=Ψ/P
với: P là áp suất, (at ) và Ψ là hệ số Henry, có thứ nguyên của áp suất.
1.2.2. 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 khí. Qua lớp

màng, khí trong hỗn hợp sẽ khuếch tán vào pha lỏng.
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.
Y=

.X+Yc

.Xđ

Hay : Y=A.X+B
Trong đó :
A=

,

B= Yc-

.Xđ là các hằng số.

Gy lượng hỗn hợp khí vào thiết bị hấp thụ, kmol/h;
Page 10 of 27


Yđ nồng độ đầu của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;
Yc- nồng độ cuối của hỗn hợp khí, kmol/kmol khí trơ;
Gx lượng dung môi vào thiết bị hấp thụ, kmol/h;
Lượng dung môi cần thiết: Gx=Gtr.

, kmol/h

Lượng dung môi tối thiểu cần dung cho quá trình hấp thụ: Gx min=Gtr.
Xđ- nồng độ đầu của dung môi, kmol/kmol dung môi;
Xc- nồng độ cuối của dung mơi, kmol/kmol dung mơi;
Gtr- lượng khí trơ tính theo: Gtr= Gy.

= Gy.(1-yđ) , kmol/h

Xcb.đ nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí.
Trong q trình hấp thụ, nồng độ cân bằng ln lớn hơn nồng độ làm việc, vì thế
lượng dung mơi thực tế luôn lớn hơn lượng dung môi tối thiểu, thường lớn hơn
20%
1.2.3. Ảnh hưởng của dung mơi đến q 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 cơng thức
G = Ky. F. Ytb
Trong điều kiện nhất định G là lượng khơng đổi và cũng có thế coi hệ số
chuyển khối Ky cũng khơng 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 khơng 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 mơi
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. 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
Page 11 of 27

BA4 có A= bé nhất hay lượng dung mơi ít nhất, ứng với đường BA có A= lớn
nhất hay lượng dung mơi nhiều nhất.
Vì vậy, nếu chọn dung mơi ít nhất, ta thu được Xc lớn, nhưng thiết bị phải rất
lớn, trái lại, nếu chọn dung mơi lớn nhất, thì thiết bị bé ta thu được Xc quá bé hay
dung dịch thu được q lỗng. Do đó khi chọn điều kiện làm việc ta chỉ dựa vào
chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
1.2.4. 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 lên quá trình hấp
thụ, mà chủ yếu ảnh hưởng lên trạng thái cân bằng 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 khơng
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 khơng những động lực trung bình giảm mà ngay cả
q trình cũng khơng 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 mơi 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 hồnh, 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 q 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
hịa tan.
1.2.5. Hấp thụ khơng đẳng nhiệt:
Nếu trong q trình hấp thụ, do sự hồ tan của khí trong dung mơi có sản
sinh một lượng nhiệt nhưng khơng được làm nguội, thì nhiệt độ trong thiết bị tăng
lên. Trong thực tế người ta bỏ qua sự nóng lên của pha khí và chấp nhận giả thiết
là tồn bộ lượng nhiệt dùng để làm nóng dung mơi. Phương trình cân bằng nhiệt
lượng:
q. Gk.My = Gx. C.(t-tđ).Mx

Trong đó:
q- lượng nhiệt giải phóng của 1 kg khí khi hấp thụ, kJ/kg;
Gk-lượng khí được hấp thụ, kmol/h;
Gx-lượng dung mơi, kmol/h;
Page 12 of 27


C-nhiệt lượng riêng của dung môi, J/kg.độ;
tđ, t- nhiệt độ của dung mơi, oC;
Mx, My- trọng lượng phân tử khí và dung mơi.
Thay quan hệ: Gk=Gx.(X-Xđ) ta có: q.My.(X-Xđ) =C.(t-tđ).Mx
Nhiệt độ của dung dịch được tính: t = tđ+

.(X-Xđ), oC

Ta thấy nhiệt độ của chất lỏng phụ thuộc vào nồng độ khí hấp thụ X.
2. Cơ sở cơng nghệ hấp thụ khí H2S bằng phƣơng pháp hấp thụ hóa học
bằng dung dịch Monoethanolamine :
2.1.

Cơ sở cơng nghệ làm ngọt khí bằng phƣơng pháp hóa học:

Là q trình hấp thụ có phản ứng hoá học xảy ra giữa cấu tử dung mơi và cấu
tử dung chất . Q trình hấp thụ xảy ra ở áp suất cao và nhiệt độ , cịn 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 thường dùng: dung dịch monoethanolamine (MEA),
diethanolamine (DEA), diglycolamine (DGA)...
Quy trình cơng nghệ làm ngọt khí bằng dung môi alkalnolamine được sự thừa
nhận và ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật hóa học. Khi áp suất riêng phần của các
khí chua thấp và trung bình thì khả năng hấp thụ của các alkalnolamine tăng theo

tỷ lệ H2S và CO2.
So với các phương pháp khác thì hấp thụ bằng dung dịch alkalnolamine có:
 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:
Khơng làm sạch hồn tồn RSH, COS và CS2 vì có thể phản ứng
thuận nghịch với các COS, CS2 tạo ra các sản phẩm bền không tái
sinh được hoặc khó tái sinh.
Mức độ lọai mercaptan và các hợp chất lưu hùynh thấp. (Mercaptan là
hợp chất hữu cơ có dạng R–SH có mùi trứng thối, thường có trong
hỗn hợp khí gas)

Page 13 of 27


Mercaptan, COS, CS2 có thể tương tác với dung mơi và khơng thể
hịan ngun trong điều kiện phản ứng.
u cầu hệ số hồi lưu cao, chi phí nhiệt năng lớn.
Có khả năng tạo chất gây ăn mịn cao.
Bảng 2. Tính chất hố lý cơ bản của MEA,DEA,DIPA,DGA
MEA

DEA

DIPA

DGA

Cơng thức phân tử

C2H7NO

C4H11NO2 C6H15NO2 C4H11NO2

Khối lượng phân tử

61

105,1

133,2

105,1

Khối lượng riêng(kg/m3)

1018

1090

989

1055

110 Pa

171

---

248,7

221

660 Pa

100

187

167

---

1320 Pa

69

150

133

---

Tỷ trọng(20/20oC)

1,0179

1,0919

0,989

30/20oC

(45/20oC)

Áp suất hơi bão hồ (Pa) ở
20oC

48

1,33

1,33

1,33

Nhiệt độ đơng đặc (oC)

10,5

28

42

9,5

0,241

0,38

0,198

0,026

(ở 20oC)

( ở 30oC)

( ở 45oC)

( ở 24oC)

Độ hoà tan trong nước (% KL)
Hồn tồn 96,4
ở 20oC

87

Hồn tồn

Nhiệt hố hơi (J/kg) ở 1.105 Pa 1486,4

1205,9

722,5

917,4

Nhiệt trị ở 15,6oC,J/kg & K

2544

2510

Điểm chóp chảy (0C)

93,3

137,8

Nhiệt độ sơi (oC) ở áp suất

Độ nhớt tuyệt đối (Pa.s)

Page 14 of 27

2887
(30oC)
123,9

1,0572

2389
126,7


2.2.

Cơ sở cơng nghệ làm ngọt khí bằng dung dịch Monoethanolamine:

2.2.1. Tính chất chung của Monoethanolamine (MEA):
Alkanolamine là hợp chất hóa học có chứa cả nhóm chức hydroxyl –OH và
nhóm chức amino (–NH2; –NHR; –NR2) gắn trên gốc alkane. Hợp chất này có
nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp. Alkanolamine có thể được sử dụng như dung
môi, chất trung gian tổng hợp, làm chất hấp thụ.
Các alkanolamine luôn được sử dụng làm dung mơi hấp thụ hóa học khí
H2S là monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA),… nghiên cứu cấu trúc
phân tử của các ankanol amin ta thấy nó có cấu trúc tương tự NH3 .Về nguyên tắc
có thể dùng NH3 để loại H2S ra khỏi hidro cacbon nhưng NH3 bay hơi rất mạnh do
vậy gây khó khăn cho q trình vận hành và tổn thất lớn do sự bay hơi của nó.
Đáng chú ý nhất trong các alkanolamine là monoetanolamin (MEA).Phương
pháp này được sử dụng từ năm 1930, hiện nay được ứng dụng rất rộng rãi. Để làm
sạch khí tự nhiên người ta dùng dung dịch MEA nồng độ 15÷ 20% trong nước .
MEA là amin có tính bazo mạng nhất trong các ankanol amin dùng làm dung môi
hấp thụ ở nhiệt độ thấp nó có thể phản ứng rất nhạy với các axit , phản ứng được
với cả H2S và CO2 . MEA có khối lượng phân tử nhỏ nhất trong các ankanol amin
nên nhiệt tỏa ra trong các phản ứng hấp thụ các khí axit là lớn nhất. Đồng thời
MEA bền về mặt hóa học, dung dịch MEA ít bị phan hủy, MEA phản ứng thuận
nghịch với các COS, CS2 tạo ra các sản phẩm bền không tái sinh được hoặc khó tái
sinh. Vì vậy gây tổn thất lớn một lượng dung mơi hấp thụ .Mặt khác MEA có áp
suất hơi bão hòa cao nhất, áp suất hơi bão hòa của mea lớn gấp 30 lần của DEA ,
so với 300 lần TEA do đó q trình vận hành thường bị tổn hao 1 lượng dung dịch
MEA đáng kể do bay hơi.
DEA là một bazo yếu hơn MEA cũng bền về mặt hóa học. DEA phản ứng
được với H2S và CO2 nhưng kém hơn so với MEA, DEA cũng phản ứng với
COS,CS2 nhưng phản ứng xảy ra chậm hơn so với MEA. Do cấu trúc phân tử của
DEA cồng kềnh hơn MEA gây cản trở cho các phản ứng hóa học xảy ra.

Công thức cấu tạo của MEA

Công thức cấu tạo của DEA

(Ethanolamine - C2H7NO)

(Diethanolamine - C4H11NO2)
Page 15 of 27


2.2.2. Cơ chế phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng khi sử dụng MEA để hấp
thụ H2S:
Quá trình tương tác hóa học giữa H2S với MEA:
 2RNH2 + H2S

 (RNH3)2S

 (RNH3)2S+ H2S

 2RNH3HS

Trong đó R là gốc -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. Ta khơng sử dụng ở nồng độ
cao hơn vì khi hấp thụ, các axit với nồng độ bão hòa cao hơn sẽ làm tăng tính
ăn mịn của thiết bị. Gần đây người ta có thêm chất ức chế ăn ăn mịn nên có
thể sử dụng với nồng độ lên tới 30%
Mức bão hịa khí chua trong dung dịch khoảng 0,3÷0,4 mol/mol MEA.

Được ứng dụng làm sạch dịng khí có áp suất riêng phần của khí chua ≤ 0,6÷0,7
MPa.
Q trình hấp thụ H2S và CO2 bằng MEA xảy ra ở áp suất cao và nhiệtđộ
25÷40oC, cịn tái sinh chất hấp thụ MEA thực hiện ở áp suất gần áp suất khí quyển
và nhiệt độ trên 150oC
2.3.

Dây chuyền công nghệ và chế độ làm việc cho thiết bị khi sử dụng MEA
để hấp thụ khí H2S:

2.3.1. Cơng nghệ hấp thụ 1 cấp:

Hình1: Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 1 cấp
Page 16 of 27


1-Tháp hấp thụ, 2,3,4-Thiết bị phân ly, 5,6- thiết bị làm nguội bằng khơng khí 7,8thiết bị làm lạnh bằng nước, 9-thiết bị trao đổi nhiệt, 10-thiết bị nhả hấp thụ, 11-bộ
phân đun nóng, I-Khí ngun liệu, II-Khí sạch(khí ngọt), III-dung mơi bão hịa,
IV-khí phân ly, V-Dung mơi đã nhả hấp phụ một phần, VI-Khí axit, VII-dung mơi
đã tái sinh tuần hoàn trở lại thiết bị hấp thụ.
Phương pháp hấp thụ sử dụng MEA chỉ thích hợp xử lý khí khi nồng độ các
tạp chất H2S và CO2 nằm trong khoảng 0,5-2,5% thì mới đạt hiệu quả cao. Vì vậy
khí nếu có hàm lượng H2S và CO2 lớn hơn 2…2,5% mol thì trước khi đi dùng
monoetanolamin hấp thụ cần sử dụng các chất hấp thụ rẻ tiền như Na2CO3 và
K2CO3 làm sạch khí sơ bộ để đảm bảo hiệu suất về kinh tế và hiệu suất phản ứng.
Khi nồng độ giảm xuống cịn 2..2,5%mol thì dùng MEA làm sạch xuống độ sạch
yêu cầu nhỏ hơn 0,5%.
Khí nguyên liệu đựơc cho vào phần dưới của tháp hấp thụ 1, còn dung dịch
làm sạch monoetanolamin (MEA) đựơc tưới ngược chiều từ trên xuống. Khí và 1 ít
dung dich MEA có lẫn 1 ít H2S và CO2 bay ra khỏi đỉnh tháp và đi vào thiết bị

phân li 2. Khí ra khỏi đỉnh thiết bị phân li là khí sạch, cịn dung dịch MEA có lẫn 1
ít H2S và CO2 sẽ hồn lưu lại vào tháp hấp thụ 1. Dung dịch MEA hấp thụ H2S và
CO2 ( có lẫn khí của hirocacbon như etan, propan..) được tháo ra ở đáy tháp đi vào
thiết bị phân li 3, một phần nhỏ khí của Hyrocacbon nặng được thu hồi ở thiết bị
phân ly 3. Còn dung dịch MEA sẽ cho qua thiết bị trao đổi nhiệt 9 ( làm nóng ), rồi
qua tháp nhả hấp thụ 10, H2S và CO2 có lẫn 1 ít dung dich MEA sẽ thoát ra ra khỏi
đỉnh tháp, rồi làm lạnh và cho qua thiết bị phân ly 4, H2S và CO2 sẽ bay ra khỏi
đỉnh, còn dung dich MEA hoàn lưu trở tháp nhả hấp thụ 10. Dung dich MEA sẽ
được tái sinh và lấy ra ở phía dưới tháp 10. Một phần dung dịch thu hồi ở đáy tháp
sẽ được cho qua bộ phận đun nóng 11 quay lại tháp nhả hấp thụ 10 để truyền nhiệt.
Phần còn lại cho qua thiết bị TĐN và làm lạnh rồi hồn lưu quay lại tháp hấp thụ 1.
2.3.2. Cơng nghệ hấp thụ 2 cấp:
Công nghệ hấp thụ 2 cấp của công ty BASF (đầy đủ tiếng Đức là
Badische Anilin- und Soda-Fabrik, tiếng Việt: Xí nghiệp Anilin và Sơđa Baden).
Ngun tắc hoạt động: về cơ bản cũng tượng tự sơ đồ 1 cấp, tuy nhiên công nghệ 2
cấp giải hấp dựa vào sự giảm áp suất, chưng tái sinh dung môi. Phần dung dịch đi
vào tháp hấp thụ có 2 loại là dung dịch nghèo và bán nghèo. Dung dịch bán nghèo
(còn 1 lượng đáng kể CO2 và H2S ) tức là dung dịch chưa quá tái sinh bằng chưng
cất, dòng này dùng để hấp thụ khí giàu CO2 và H2S. Dung dịch nghèo (dung dịch
Page 17 of 27


đã đi qua thiết bị tái sinh bằng chưng cất) dùng để tách loại H2S và CO2 cịn lại
trong khí. Sử dụng sơ đồ công nghệ 2 cấp hiệu quả hơn so với sơ đồ 1 cấp. Làm
giảm lượng nhiệt cần dùng cho quá trình nhả hấp thụ.

Hình 2: Sơ đồ nguyên lý công nghệ hấp thụ bằng MEA 2 cấp
2.3.3. Điều kiện và chế độ làm việc cho thiết bị
a)

Nhiệt độ:

Trong các phản ứng trên, MEA phản ứng với CO2 chậm hơn so với H2S ở
nhiệt độ thấp, tuy nhiên khi nhiệt độ cao thì lại thuận lợi cho phản ứng nghịch
(phản ứng nhả hấp thụ) vì vậy quá trình duy trì ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ này có thể
tính tốn được dựa vào động học và nhiệt động học của phản ứng.
Các phản ứng hấp thụ là các phản ứng tỏa nhiệt mạnh ngược lại với quá
trình nhả hấp thụ. Vì vậy ở tháp hấp thụ cần có hệ thống trao đổi nhiệt để đảm bảo
khơng bị quá nhiệt, thuận lợi cho phản ứng nhả hấp thụ. Và ở tháp nhả hấp thụ cần
cung cấp nhiệt để tạo điều kiện cho phản ứng nhả hấp thụ xảy ra.
b)

Nồng độ và áp suất làm việc:

Nồng độ MEA thường đạt 15-20% về khối lượng, ngày nay có thêm chất
ức chế ăn mịn thì có thể tăng nồng độ lên 30%. Mức độ bão hịa khí axit của MEA
là ),3-0,4mol/l MEA(3) . Quá trình làm ngọt khi áp suất riêng phần của các khí
<0,6-0,7MPa.
Page 18 of 27


2.4.

Đánh giá ƣu nhƣợc điểm của quá trình làm ngọt khí bằng MEA:

2.4.1. Ưu điểm:
- MEA có khả năng phản ứng cao, ổn định và dễ tái sinh, công nghệ, thiết bị
đơn giản.
- Q trình tách có thể sử dụng để tách triệt để H2S
- Có thể vận hành ở áp suất hấp thụ không cao lắm

- Dung dịch monoetanolamin hấp thụ H2S tốt nhưng khó hấp thụ nhiều chất
khí khác ví dụ như hydrocacbon khi làm ngọt khí thiên nhiên hay khí đồng
hành có chứa H2S. Điều này rất có lợi
2.4.2. Nhược điểm
- Mức độ bão hịa axit của MEA thấp, chi phí vận hành cao, một vài tập chất
như COS, CS2 khi bị MEA hấp thụ thì khó để nhả hấp làm mất hoạt tính hấp
thụ. Năng lượng cần cho việc tái sinh lớn.

Page 19 of 27


III. MỘT SỐ THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ HẤP THỤ
KHÍ H2S BẰNG DUNG DỊCH MONOETHANOLAMINE:
1. Các thiết bị chính trong dây chuyền:
1.1.

Thiết bị hấp thụ và nhá hấp thụ:

1.1.1. Tháp đệm:
Cấu tạo gồm: thân tháp rỗng bên trong đổ đầy đệm làm từ vật liệu khác nhau
(gỗ, nhựa, kim loại, gốm,...) với những hình dạng khác nhau (trụ, cầu, tấm, yên
ngựa, lò xo,...); lưới đỡ đệm, ống dẫn khí và lỏng vào ra.
Chất lỏng chảy trong tháp theo đệm dưới dạng màng nên bề mặt tiếp xúc
pha là bề mặt thấm ướt của đệm. Ưu điểm: cấu tạo đơn giản; trở lực theo pha khí
(hoạt động ở chế độ màng/quá độ) nhỏ. Nhược điểm: hoạt động kém ổn định, hiệu
suất thấp; dễ bị sặc; khó tách nhiệt, khó thấm ướt. Ứng dụng:
+ dùng trong các trường hợp năng suất thấp: tháp hấp thụ khí, tháp chưng cất,...
+ dùng trong các hệ thống trở lực nhỏ (như hệ thống hút chân khơng,...)
1.1.2. Tháp đĩa:

Hình 3. Sơ đồ cấu tạo tháp hấp thụ loại đĩa
Page 20 of 27


a) Sơ đồ cấu tạo:
Tháp đĩa thường cấu tạo gồm thân hình trụ thẳng đứng, bên trong có đặt các
tấm ngăn (đĩa) cách nhau một khoảng nhất định. Trên mỗi đĩa hai pha chuyển động
ngược hoặc chéo chiều:lỏng từ trên xuống (hoặc đi ngang), khí đi từ dưới lên hoặc
xuyên qua chất lỏng chảy ngang; ở đây tiếp xúc pha xảy ra theo từng bậc là
đĩa.Tùy thuộc cấu tạo của đĩa chất lỏng trên đĩa có thể là khuấy lý tưởng hay là
dịng chảy qua.
Tháp đĩa có ống chảy chuyền: bao gồm tháp đĩa, chóp, lỗ, xupap,
lưới,...Trên đĩa có cấu tạo đặc biệt để lỏng đi từ đĩa trên xuống đĩa dưới theo
đường riêng gọi là ống chảy chuyền, đĩa cuối cùng ống chảy chuyền ngập sâu
trong khối chất lỏng đáy tháp tạo thành van thủy lực ngăn không cho khí (hơi hay
lỏng) đi theo ống lên đĩa trên.
Pha khí (hơi hay lỏng) xuyên qua các lỗ, khe chóp, khe lưới,hay khe xupap
sục vào pha lỏng trên đĩa. Để phân phối đều chất lỏng người ta dùng tấm ngăn điều
chỉnh chiều cao mức chất lỏng trên đĩa. Tháp đĩa không có ống chảy chuyền: khi
đó khí (hơi hay lỏng) và lỏng đi qua cùng một lỗ trên đĩa.
b) Ưu nhược điểm và ứng dụng:
Tháp đĩa lỗ: ưu điểm là kết cấu khá đơn giản, trở lực tương đối thấp, hiệu
suất khá cao. Tuy nhiên không làm việc được với chất lỏng bẩn, khoảng làm việc
hẹp hơn tháp chóp (về lưu lượng khí).
Tháp chóp : có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh, khá ổn
định. Song có trở lực lớn, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo, kết cấu phức tạp.
Nói chung tháp chóp có hiệu suất cao hơn tháp đĩa lỗ, tháp xupap: dùng trong
chưng cất dầu mỏ.
1.1.3. Thiết bị hấp thụ loại màng:
Bề mặt tiếp xúc pha là bề mặt chất lỏng chảy thành màng theo bề mặt vật rắn

thường là thẳng đứng. Bề mặt vật rắn có thể là ống, tấm song song hoặc đệm tấm.
Có một số thiết bị hấp thụ loại màng như sau:
- Thiết bị hấp thụ loại màng dạng ống.
- Thiết bị hấp thụ loại màng dạng tấm phẳng.
Thiết bị hấp thụ loại màng dạng ống khi lỏng và khí đi cùng chiều
1.1.4. Tháp tái sinh:
Tháp tái sinh là thiết bị quan trong nhất trong hệ thống thiết bị tái
sinh. Tháp có cấu tạo bên trong tương tự như tháp chưng cất. Thông
thường, tháp tái sinh là tháp dạng đĩa, phía dưới đáy tháp có thiết bị gia nhiệt
Page 21 of 27


đáy để nâng cao nhiệt độ dung dịch amine giàu H2S để tách khí H2S ra khỏi
dung dịch. Thiết bị gia nhiệt đáy là thiết bị gia nhiệt kiểu gián tiếp bằng hơi để
nâng cao hiệu quả quá trình phân tách và tránh hiện tượng hịa tan của khí vào
hơi nước ngưng tụ
1.2.

Thiết bị trao đổi nhiệt:

1.2.1. Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản:
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu khung bản hiện nay được sử dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp và đứng thứ hai về thị phần thiết bị trao đổi nhiệt nói
chung. Tuy nhiên, trong cơng nghiệp chế biến dầu khí dạng thiết bị này cũng
được sử dụng tương đối khiêm tốn do một số đặc điểm về cấu tạo. Thiết bị trao
đổi nhiệt kiểu khung bản nhìn bên ngồi có kết cấu như là một máy lọc ép
khung bản, bao gồm nhiều bản mỏng có dập gân nổi được ép sát vào nhau,
giữa các tấm trao đổi nhiệt hình thành khơng gian để các lưu thể chảy qua. Các
lưu thể thường được bố trí chảy ngược chiều nhau để tăng hiệu quả quá trình
truyền nhiệt. Nhờ kết cấu này mà thiết bị có bề mặt trao đổi nhiệt tương đối lớn

khi có cùng kích thước với thiết bị trao đổi nhiệt truyền thống. Ưu điểm của thiết
bị trao đổi nhiệt tấm bản là không giống với các dạng thiết bị trao đổi nhiệt
truyền thống và các dạng thiết bị trao đổi nhiệt khác, thiết bị dạng này có thể
cho phép tăng bề mặt truyền nhiệt thiết bị một cách dễ dàng trong quá trình sử
dụng mà không cần phải sửa chữa nâng cấp.
1.2.2. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm:
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm là một trong những dạng thiết bị trao
đổi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất trong tất cả các ngành cơng nghiệpước
tính có tới 60% số thiết bị trao đổi nhiệt hiện nay trên thế giới là thiết bị trao đổi
nhiệt dạng ống chùm. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có khoảng áp dụng
rất rộng, gần như ở mọi công suất, trong mọi điều kiện hoạt động từ chân
không đến siêu cao áp, từ nhiệt độ rất thấp đến nhiệt độ rất cao và cho tất cả
các dạng lưu thể ở nhiệt độ, áp suất khác nhau ở phía trong và ngồi ống. Vật
liệu để chế tạo thiết bị chỉ phụ thuộc vào điều kiện hoạt động, vì vậy cho phép thiết
kế để đáp ứng được các yêu cầu khác như độ rung,khả năng sử dụng cho các lưu
thể có những tính chất đóng cặn, chất có độ nhớt cao, có tính xâm thực, tính ăn
mịn, tính độc hại và hỗn hợp nhiều thành phần. Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
có thể được chế tạo từ vật liệu là các loại kim loại, hợp kim cho tới các vật liệu phi
kim với bề mặt truyền nhiệt từ 0,1m2 đến 100.000m2. Tuy nhiên, thiết bị trao đổi
Page 22 of 27


nhiệt dạng ống chùm có một nhược điểm là bề mặt trao đổi nhiệt tính trên một đơn
vị thể tích của thiết bị thấp so với các dạng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu mới, vì vậy,
cùng một bề mặt trao đổi nhiệt như nhau, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm
thường có kích thường lớn hơn nhiều.
1.3.

Thiết bị phân ly: Bình chứa Amine giàu khí H2S

Bình chứa amine có nhiệm vụ chứa dung dịch amine giàu khí H2S và tách
hết khí nhiên liệu, hydrocacbon lỏng kéo theo trong dung dịch, đồng thời để
bình ổn dịng chảy vào tháp tái sinh. Chính vì vậy, bình chứa này có cấu tạo
đặc biệt vừa là thiết bị triết để tách hydrocacbon lỏng vừa có chức năng thu hồi
khí nhiên liệu nhưng khơng để khí H2S kéo theo. Cấu tạo của bình chứa amine
giàu khí H2S được mơ tả trong hình H-20. Bình chứa amine giàu H2S là bình
trụ nằm ngang có các vách ngăn để thu hồi riêng dung dich amine và
hydrocacbon lỏng. Phía trên có lắp một cột hấp thụ lại H2S lẫn trong dịng khí
nhiên liệu. Để hấp thụ H2S người ta dùng một lớp đệm lưới kim phía trên có lắp
một đĩa phân phối lỏng. Dung dịch hấp thụ là amine (được tách từ dòng amine
đưa quay lại tháp hấp thụ). Khí nhiên liệu tách ra từ bình chứa này được đưa
về hệ thống thu gom khí nhiên liệu của nhà máy.
2. Lựa chọn công nghệ và thiết bị phù hợp:
2.1. Lựa chọn công nghệ.

Page 23 of 27


Giản đồ lựa chọn cơng nghệ cho q trình làm ngọt khí:
Amine rất thích hợp cho q trình làm ngọt khí khi áp suất riêng phần của
khí axit trong khí nguyên liệu là thấp, áp suất riêng phần khí axit được đề nghị
không lớn hơn 0.6-0.7 MPa. Để loại H2S và CO2 ra khỏi khí người ta sử dụng dung
dịch MEA hơn cả. Điều đó trước hết gắn liền với khả năng hấp thụ cao và tính ổn
định của dung dịch MEA cũng như giá thành rẻ và dễ kiếm. Tuy nhiên MEA phản
ứng không thuận nghịch với COS và CS2. Vì vậy việc ứng dụng MEA chỉ giới hạn
trong làm sạch khí thiên nhiên và khí đồng hành khơng chứa các tạp chất này. Nếu
có nguy cơ dung dịch MEA bị phân hủy do sự hiện diện trong khí ban đầu lượng
đáng kể COS, CS2 hoặc RSH thì thay cho dung dịch MEA nên sử dụng dung dịch
dietanolamin (DEA) bền khi có mặt các hợp chất trên.
2.2.

Lựa chọn thiết bị hấp thụ và nhả hấp thụ:
Thiết bị hấp thụ dùng trong cơng nghệ làm ngọt khí là tháp đĩa chóp do tháp
đĩa chóp có ưu điểm nổi trội như sau:
- Hiệu suất truyền khối cao , khá ổn định so với các tháp đĩa lỗ và tháp đệm.
- Ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số mâm ít hơn,giá thành sản suất giảm.
- Có thể làm việc với tỉ trọng của khí, lỏng thay đổi mạnh.
- Dễ vận hành và điều khiển.

Page 24 of 27


IV. THAM KHẢO PHƢƠNG PHÁP HẤP THỤ KHÍ AXIT H2S BẰNG
NATRI CACBONAT:
Dung mơi hấp thụ: dung dịch lỗng Na2CO3 25÷35%.
Hấp thụ chọn lọc đối với H2S và CO2, độ hòa tan các loại khí khác khơng đáng kể.
Có khả năng tạo bọt nếu trong hệ chứa các hydrocarbon lỏng.
Quá trình thực hiện ở nhiệt độ cao 220÷4000F.
Q trình xử lý khí H2S bằng Na2CO3 được dựa trên cơ sở phản ứng sau:
Na2CO3 + H2S = NaHCO3 + NaHS + Q (1)
Tiếp theo là phản ứng thu hồi lưu huỳnh có sự tham gia của natri vanadat NaVO3:
4NaHS + 2H2S + 8NaVO3 + O2 = 2Na2VO4 + 8NaOH + 6S (2)
Để hoàn nguyên vanadat người ta dùng chất xúc tác ADA (natri-amoni vanadat và
đisunfonat):
2Na2V4O9 + 4NaOH + O2 + 4ADA = 8NaVO3 + 4ADA (3)
Phản ứng xảy trong trong acrubo 1
của hệ thống xử lý. Dung dịch bão
hòa từ scrubo chảy ra được làm
bốc hơi bằng khơng khí nóng
trong tháp giải hấp thụ 2 để thu lại

được Na2CO3 và chu trình làm
việc của scrubo cứ tiếp diễn. Khí
H2S thu được từ tháp 2 sẽ được
đưa sang công đoạn tiếp theo để
thu sản phẩm cuối cùng là lưu
huỳnh đơn chất đồng thời để hoàn
nguyên natri vanadat theo các
phản ứng (2) và (3) ở trên.

Page 25 of 27