Chương 1: Tổng quan 1.4 Các thiết bị dùng trong hấp thụ: Trong sản xuất, người ta dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để thực hiện quá trình hấp thụ. Tuy nhiên, chúng có cùng yêu cầu căn bản là có bề mặt tiếp xúc pha lớn để tăng hiệu suất của quá trình. Các thiết bị thường dùng trong sản xuất là: Bảng 1.4 - Các thiết bị dùng trong hấp thụ Tháp hấp thụ Ưu điểm Nhược Điểm Ứng dụng Trở lực pha khí nhỏ, có Năng suất theo pha lỏng Trong phòng thí thể biết được bề mặt nhỏ, hiệu suất thấp nghiệm, trường tiếp xúc pha (chảy khi chiều cao lớn, hợp có năng suất Tháp màng màng), có thể thực Khó phân bố đều chất thấp và hệ thống hiện trao đổi nhiệt. trở lực thấp (hút chân không).
Cấu tạo đơn giản, trở Hoạt động kém ổn Năng suất thấp lực theo pha khí (chế định, hiệu suất thấp, (hấp thụ khí, độ màng/quá độ) nhỏ. hiệu ứng thành, khó chưng cất… ), Tháp đệm tách nhiệt, khó thấm hệ thống trở lục ướt. - Tháp đĩa lỗ: Hiệu - Khoảng làm việc Năng suất lớn suất khá cao, trở lực hẹp về lưu lượng tương đối thấp, kết hơn tháp chóp, cấu khá đơn giản. không làm với chất Tháp đĩa - Tháp chóp: khá ổn lỏng bẩn.
định,hiệu suất - Trở lực lớn, kết cấu cao( hơn tháp đĩa lỗ) phức tạp, tiêu tốn nhiều vật tư kim loại chế tạo. Cấu tạo đơn giản, chiếm Tốc độ pha thấp, chiều Khi dung môi là Tháp phun ít diện tích, có thể làm cao đơn vị truyền huyền phù việc với chất lỏng bẩn khối lớn (5-6m), cường độ truyền khối không cao SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 27 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2: Quy trình công nghệ CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ THU HỒI CO2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP HẤP THỤ 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ: Hình 2-1: Quy trình công nghệ thu hồi và xử lý CO2 2.2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ: Khí thải của lò nung vôi được thải ra và được đi qua lọc bụi tay áo để lọc bụi, sau đó đi qua tháp rửa để làm mát khí và tách bụi còn trong hỗn hợp khí sau đó được đưa vào tháp hấp thụ loại đệm. Dung môi MEA từ bể chứa được bơm đưa vào trong tháp hấp thụ. Trong tháp, CO2 trong hỗn hợp khí được được hấp thụ bởi dung môi MEA và đi xuống dưới đáy tháp.
Khí thải hấp thụ chứa ít CO2 được dẫn ra từ đỉnh tháp hấp thụ đi vào ống khói và được thải ra ngoài không khí. Dung dịch sau khi được hấp thụ đi xuống dưới đáy tháp được đưa qua thiết bị gia nhiệt sau đó vào đĩa tiếp liệu của tháp giải hấp thụ chảy từ trên xuống dưới qua lớp đệm. Sau khi qua thiết bị gia nhiệt và bởi hơi nước bốc lên trong tháp, CO2 trong chất lỏng được giải phóng khỏi dung dịch, khí thải được lấy ra khỏi đỉnh tháp chứa một lượng nước bão hòa nhất định, sau khi phân tách làm mát nước ngưng tụ được đưa trở lại tháp. Khí CO2 được đưa vào máy nén khí và được hóa lỏng để thu hồi CO2.
Chất lỏng dưới tháp giải hấp được đưa quay trở lại tháp hấp thụ để tuần hoàn sử dụng dung môi. SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2: Quy trình công nghệ 2.3 Các thông số công nghệ cho tháp hấp thụ: - Lưu lượng dòng khí vào: Gy = 12000 m3/h - Nhiệt độ đầu vào: T = 80 oC - Nhiệt độ làm việc: t = 60 oC - Áp suất làm việc: P = 1 atm - Hiệu suất hấp thụ 90% Bảng 2.1 - Lưu lượng và thành phần hỗn hợp đi vào tháp Thành phần Khối lượng phân tử Phần mol Lưu lượng(m3/h) CO2 35 0.4 Thông số quá trình hấp thụ CO2 – MEA: Bảng 2.2 - Cân bằng CO2 - MEA X P(Kpa) Y* 0.63725734 SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 29 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2: Quy trình công nghệ 0.6 X (mol CO2/ mol MEA) Hình 2-2: Đồ thị đường cân bằng CO2 – MEA 60oC SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 30 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG 3.1 Cân bằng vật chất: 3.1 Tháp hấp thụ 3.1 Dòng khí: Nồng độ đầu hỗn hợp khí: yd = 0.35 (phần mol) y (3-1) Y d d 1 y d 0,35 1 0,35 (kmol CO2/kmol khí còn lại) 0,538 Hiệu suất của quá trình hấp thụ 90%. Lưu lượng CO2 bị hấp thụ: VCO 4200.90 3780 (m3 / 2 h) 100 Lưu lượng CO2 ra khỏi tháp : (m3 2 VCO ra = 4200 - 3780 = 420 SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng / h) SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 32 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng Lưu lượng và thành phần dòng khí ra khỏi tháp: Bảng 3.1 - Lưu lượng thành phần dòng khí ra khỏi tháp Thành phần Khối lượng phân tử Lưu lượng (m3/h) % Thể tích CO2 35 420 0.01 Tổng 8220 1 Nồng độ cuối của hỗn hợp khí: yc 0,05 y (3-2) Y c C 1 y c 0, 05 1 0, 05 0, 0538 (kmol / kmol Khi ) CO2 a. Các tính chất của hỗn hợp khí: Khối lượng riêng của hỗn hợp khí được tính theo công thức ([10]-183): (3-3) y y.T Hỗn hợp khí vào ở 80oC: (yCO2 .(T + 273) Hỗn hợp khí ra ở 60oC: (yCO2.
Khối lượng phân tử trung bình của dòng khí: SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 33 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng Mhh yi .Mi (3-4) Trong đó : yi. Nồng độ phần mol cấu tử i trong hỗn hợp khí. Mi Khối lượng phân tử của cấu tử thứ i trong hỗn hợp khí. Hỗn hợp khí đi vào tháp: M yd yCO2 .MCO 0,35 44 0,53 28 0, 0318 0, 08 32 0, 01 30 33, 64 (Kg / Kmol) Hỗn hợp khí đi ra khỏi tháp: M yc yCO2.
Lưu lượng dòng khí: Lưu lượng dòng khí vào: Gd (3-5) G yd y M yd 12000x1,161 414,306 (Kmol / h) 33,64 Lưu lượng dòng khí còn lại trong hỗn hợp: Gtr Gy (1 yd ) (3-6) 414,306.2 Dòng lỏng: Tính toán lượng amin đưa vào sử dụng: - Phương trình phản ứng hóa học của CO2 và MEA CO2 + MEA → MEACOO- + H3O+ CO2 + OH- →HCO3- - Hấp thụ CO2 bằng MEA 30% (khối lượng), chọn dung môi có 1% CO2 (khối lượng) khi vào tháp. xd 0,01 SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng 0, 01 / 44 xXdCO / MCO 0, 0462 / kmolMEA) (kmolCO 2 2 d xMEA / MMEA 0,3 / 61 2 - Ta có đồ thị xác định Xdcb: 0.7 X (mol CO2/ mol MEA) Hình 3-1: Đồ thị đường cân bằng CO2 – MEA tại 60oC - Dựa vào đồ thị, đường thẳng yd=0,538 sẽ cắt đường cân bằng tại điểm Xdcb Theo đồ thị Xdcb=0,536 (kmol CO2/kmol MEA) Với Xcbd là nồng độ cân bằng ứng với nồng độ đầu của hỗn hợp khí. Lượng MEA tiêu hao tối thiểu cần dùng: Gxmin Gtr. Yd Yc (3-7) Xdcb X d 0,538 0, 0538 191, 2.
189, 2 (kmolMEA / h) 0,536 0, 0462 Mặt khác thường lấy lượng dung môi thực tế lớn hơn 20% so với lượng dung môi tối thiểu: L 1, 2.Gxmin (3-8) 1, 2189, 2 227, 04 (kmolMEA / h) 227, 04 61 13849,35 (kgMEA / h) SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 35 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng Xác định nồng độ của CO2 trong dung dịch ra khỏi tháp: G 191, 2 X X tr (Y Y ) 0, 0462 (0,538 0, 0538) c d c L d 227, 04 0, 454 (kmolCO 2 / kmolMEA ) Tọa độ đường làm việc Điểm đầu A = (Xd; Yc) = (0,0462; 0,0538) Điểm cuối B = (Xc; Yd) = (0,454; 0,538) Phương trình đường làm việc: Y = 1,1873X - 0,0011 0.4 30% MEA 60C Đường làm việc 0.6 X (Kmol CO2/ Kmol MEA) Hình 3-2: Đồ thị đường cân bằng và đường làm việc của CO2 - MEA Lượng dung dịch đầu vào : Ld L 13849,35 MEA 46164, 49 (kg / (3-9) xMEA h) 0,3 Lượng CO2 được hấp thụ: Khối lượng riêng của CO2 ở 60oC: MCO2 To .Po 22, 4 273 60 Lượng CO2 được hấp thụ: mCO VCO CO 3780 1, 610 SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 36 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng 6087,16 (kg / h) (3- 10) 2 2 2 SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 37 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng Giả sử lượng amine bị mất mát do dòng khí cuốn theo là do 1% MEA do amine MEA có áp suất bay hơi thấp nên lượng amine mất mát khá lớn. Tổng lượng sản phẩm ra ở đáy: Gday = Gamin +GCO 2 - 0,01Gamin = 46164, 49 6087,16 0, 01.2 Tháp giải hấp thụ: - Sản phẩm đáy của tháp hấp thụ là hỗn hợp đầu vào tháp giải hấp thụ Bảng 3.2: Thành phần amine ra khỏi tháp hấp thụ: Lưu lượng khối Lưu lượng Thành phần lượng mol(kmol/h) Phần mol CO2 6087.830 Tổng 51790 2140 1 Giả thiết - Nhiệt độ vào tháp giải hấp: t= 100oC - Hiệu suất tháp giải hấp thụ 90% Giả thiết 50% lượng hơi nước ở đỉnh tháp: - Lưu lượng mol hỗn hợp đầu: F 2140 (kmol / h) - Lưu lượng mol sản phẩm đỉnh: P 138,34 0,9 1777,33 0.2 Tính toán cân bằng năng lượng: 3.1 Cân bằng nhiệt lượng cho tháp hấp thụ: Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Qvao = Qra (3-11) Trong đó: SVTH: Nguyễn Minh Anh - 20160138 Trang 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 3: Cân bằng vật chất – năng lượng - Q vào: Tổng lượng nhiệt đi vào tháp hấp thụ - Q ra: Tổng lượng nhiệt ra khỏi tháp hấp thụ. Tổng lượng nhiệt đi vào tháp hấp thụ: Qvao = Q1 +Q2 +Q3 (kJ/h). (3-12) Trong đó: - Q1 : Lượng nhiệt do dòng khí nguyên liệu mang vào.
- Q2 : Lượng nhiệt do dòng amin tái sinh mang vào. - Q3 : Lượng nhiệt sinh ra do phản ứng của amin và khí. Lượng nhiệt do dòng khí nguyên liệu mang vào: Q1 Gy .