Quá trình tinh chế và phục hồi khí đuôi CO2 trong các nhà máy dầu

Trong những năm gần đây, theo các yêu cầu chính sách giảm phát thải và bảo tồn năng lượng quốc gia, các doanh nghiệp tinh chế dầu mỏ và các doanh nghiệp khác thường được trang bị các thiết bị phục hồi carbon dioxide và khả năng sản xuất các thiết bị phục hồi carbon dioxide đã tăng nhanh. Tuy nhiên, do tác động của các sự kiện y tế công cộng, thời gian vận hành của các thiết bị carbon dioxide mới thường bị trì hoãn. Thị trường carbon dioxide hạ nguồn liên quan đến nhiều ngành công nghiệp và điều kiện phát triển của chúng là khác nhau. Nhu cầu về carbon dioxide trong tương lai cũng khác nhau. Các điểm tăng trưởng của các ngành công nghiệp hạ nguồn chủ yếu tập trung vào nước đá khô, bảo quản thực phẩm, hóa chất, phun dầu và thu hồi dầu, v.v. Carbon dioxide chủ yếu được sử dụng trong ngành hóa chất để bổ sung carbon cho các sản phẩm hạ nguồn. Các ngành công nghiệp ứng dụng chính bao gồm sản xuất dimethyl carbonate, axit axetic băng và các sản phẩm khác. Dự kiến nhu cầu về carbon dioxide trong sản xuất công nghiệp sẽ tăng đồng bộ với sản xuất công nghiệp. Nghiên cứu về các hóa chất có giá trị cao từ carbon dioxide đã tạo ra các bước đột phá liên tục, như carbon dioxide thành metanol, olefin, aromatics, xăng, carbon dioxide thành axit formic, carbon dioxide và cải cách metan để tổng hợp khí đốt, có thể tạo ra một số lượng lớn. Ngoài ra, việc áp dụng băng khô như một chất lỏng cắt trong sản xuất công nghiệp cũng đã đạt được tiến bộ đáng kể.

Hiện tại, các phương pháp chính để tái chế công nghiệp và sử dụng carbon dioxide bao gồm hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học, tách hấp phụ, tách màng, oxy hóa xúc tác, chưng cất nhiệt độ thấp và các quá trình khác. Tất cả các công nghệ này đều sử dụng sự khác biệt giữa các tính chất vật lý hoặc hóa học của carbon dioxide và các thành phần liên quan của nó để tách hoặc tinh chế chúng. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm của nó, và phương pháp thích hợp nên được chọn dựa trên các điều kiện phục hồi.

Từ khóa:khí cacbonic; Công nghệ phục hồi; Thanh lọc khí; Hóa lỏng và thanh lọc

Phương pháp hấp thụ là một phương pháp hấp thụ được sử dụng rộng rãi trong và ngoài nước, chủ yếu bao gồm sự hấp thụ vật lý và hấp thụ hóa học. Trong dung dịch, khi có áp suất cao trong dung dịch, áp suất cao và độ hấp thụ nhiệt độ thấp thường được sử dụng, trong khi giảm nhiệt áp suất được sử dụng trong quá trình phân tích. Vật liệu hấp thụ được chọn có độ chọn lọc tốt cho carbon dioxide, độ hòa tan cao, tính chất ổn định và không có tác dụng ăn mòn. Vật liệu hấp thụ vật lý tốt bao gồm: polyethylen glycol, acrylate, ethanol, monoethanolamine dimethyl ether và metanol. Phương pháp hấp thụ hóa học đề cập đến phản ứng của carbon dioxide với các dung môi hấp thụ nhất định để tạo ra một hợp chất trung gian, trong khi các loại khí khác sẽ không phản ứng với dung môi. Hợp chất trung gian được sản xuất sẽ được phân hủy thành một carbon dioxide và dung môi trong một thiết bị khác. Phương pháp này có thể liên tục xả carbon dioxide, và dung môi hấp thụ được tái chế, và cuối cùng nhận ra sự phân tách carbon dioxide với các loại khí hỗn hợp khác. Các đặc điểm của carbon dioxide với độ chọn lọc tốt, hiệu suất ổn định, độc tính thấp, tính ăn mòn thấp, không bay hơi, không gây cháy và không có chất ô nhiễm mới nào được nghiên cứu. Thường được sử dụng là các hợp chất methyldiethanolamine, monoethanolamine, v.v.

Phương pháp hấp thụ thường phù hợp để xử lý khí với nồng độ carbon dioxide dưới 20%. Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ phản ứng nhanh, khả năng hấp thụ hiệu quả một lượng lớn carbon dioxide, hiệu ứng phân tách tốt và dung môi cần thiết cho phản ứng thường có thể được tái chế và tái sử dụng. Những nhược điểm là rất nhiều năng lượng là cần thiết để làm nóng dung môi và chính dung môi có thể có nguy cơ ô nhiễm.

Phương pháp tách hấp phụ sử dụng sự tương tác giữa chất hấp thụ và carbon dioxide để đạt được sự phân tách carbon dioxide. Phương pháp hấp phụ có thể được chia thành ba phương pháp theo nhiệt độ làm việc và áp suất làm việc: nhiệt độ thay đổi, áp suất thay đổi và nhiệt độ thay đổi và áp suất thay đổi. Máy hấp thụ được sử dụng để hấp thụ carbon dioxide trong điều kiện nhiệt độ cao và áp suất cao, sau đó phân hủy sau khi làm mát và giảm áp suất, và carbon dioxide được tách ra bằng cách thay đổi chu kỳ nhiệt độ và áp suất. Các vật liệu hấp phụ truyền thống bao gồm sàng phân tử, alumina và carbon hoạt hóa. Công nghệ hấp thụ nhiệt độ thay đổi thường được sử dụng cho các dự án chứa một lượng nhỏ tạp chất hoặc khó loại bỏ, và là một công nghệ thường được sử dụng trong ngành công nghiệp hiện tại.

Phương pháp phân tách hấp phụ thường phù hợp để xử lý khí với nồng độ carbon dioxide dưới 80%. Ưu điểm của phương pháp này là quá trình này rất đơn giản và các tạp chất khó bay hơi có thể được loại bỏ một cách hiệu quả bằng sự hấp phụ. Những nhược điểm là đầu tư lớn, tiêu thụ năng lượng cao và tuổi thọ ngắn của chất hấp phụ.

Phương pháp tách màng sử dụng chênh lệch áp suất của carbon dioxide làm động lực của quá trình tách để tách các tính thấm khí và hệ số khuếch tán khác nhau. Trong quá trình tách, khí hỗn hợp đi qua vật liệu màng. Do kích thước và phân cực phân tử, các phân tử carbon dioxide có thể đi qua vật liệu màng, trong khi các phân tử khí khác bị chặn trên bề mặt màng, do đó đạt được sự phân tách và phục hồi hiệu quả của carbon dioxide. Vật liệu màng thường được làm từ polyme, gốm sứ, kim loại và các vật liệu khác, với độ thấm và tính chọn lọc khác nhau. Các vật liệu màng thường được sử dụng bao gồm màng cellulose acetate, màng polyethersulfone, màng polypeptide, màng polyimide, màng biến đổi oxit polyphenylen, v.v.

Phương pháp tách màng phù hợp để xử lý khí với các nguồn khí sạch và nồng độ carbon dioxide dưới 80%. Hiện tại không có ví dụ công nghiệp quy mô lớn. Đặc điểm của nó là dấu chân nhỏ, hoạt động đơn giản, tiêu thụ năng lượng thấp và đầu tư một lần thấp. Nhược điểm là phương pháp này đòi hỏi các quá trình xử lý trước, lọc và mất nước, với tốc độ tinh chế cao và tạp chất sẽ ảnh hưởng đến vòng đời của màng.

Phương pháp oxy hóa xúc tác chủ yếu chuyển đổi các chất chứa hydrocarbon trong khí thô carbon dioxide thành carbon dioxide và nước. Phương pháp này có thể loại bỏ các tạp chất trong khí thô một cách hiệu quả và mức độ tinh chế đạt 10 đến 12 cấp độ, nhưng quá trình này rất phức tạp, và mức tiêu thụ và chi phí năng lượng cao.

Phương pháp chưng cất đông lạnh chủ yếu sử dụng sự khác biệt về các điểm sôi của các thành phần của khí thô để tách khí thô thông qua tháp chưng cất. Một là sự phân tách hóa lỏng, sử dụng công nghệ đông lạnh để hóa lỏng và tách carbon dioxide. Khác là sự phân tách ngưng tụ, làm cho và tách carbon dioxide ở nhiệt độ thấp hơn theo nhiệt độ ngưng tụ khác nhau. Phép chưng cất đông lạnh thu hồi các khí với nồng độ carbon dioxide cao hơn 90%. Nhược điểm là hiệu ứng tách không tốt và nhiệt độ thấp có thể dễ dàng khiến thiết bị và phương tiện bị chặn, do đó, nó thường được sử dụng hiếm khi được sử dụng.

Quá trình kết hợp này là để điều áp, khử nước và làm khô khí thải của bộ lọc dầu mỏ có chứa carbon dioxide, và dần dần loại bỏ các hydrocarbon nhẹ khác nhau, chất hữu cơ có chứa oxy Dioxide và đá khô với độ tinh khiết hơn 99,996%.

Trong những năm gần đây, các yêu cầu tiêu chuẩn đối với carbon dioxide cấp công nghiệp và cấp thực phẩm đã ngày càng cao hơn và việc sử dụng carbon dioxide được phục hồi bằng một phương pháp tinh chế quy trình duy nhất trong ngành và chế biến thực phẩm đã bị hạn chế rất nhiều. Lấy khí đuôi carbon dioxide được sản xuất bởi một đơn vị ethylene glycol 1 triệu T/A làm khí nguyên liệu để sản xuất carbon dioxide chất lỏng cấp thực phẩm và ví dụ như một ví dụ, lựa chọn tuyến công nghệ quy trình được thực hiện.

Khí đuôi được sản xuất bởi đơn vị ethylene glycol là khoảng 30 t/h, với nhiệt độ 60 độ và áp suất 0,03 MPa. Hàm lượng của từng thành phần trong khí đuôi là: carbon dioxide lớn hơn hoặc bằng 80%, nước: 17%, ethylene: 100 × 10-6 ~ 750 × 10-6, các ion clorua: 1 × 10-6 ~ 3 × 10-6 và lượng oxit ethylen. Những tạp chất này không thể được loại bỏ ổn định và hiệu quả bằng cách hấp thụ, hấp phụ, chưng cất và các phương pháp khác. Hiện tại, phương pháp hiệu quả nhất để loại bỏ C2 trở lên (bao gồm cả chất hữu cơ chứa oxy) ở trong và ngoài nước là quá trình oxy hóa xúc tác. Quá trình kết hợp của quá trình oxy hóa xúc tác và chưng cất nhiệt độ thấp có thể được sử dụng để tinh chế carbon dioxide. Hoạt động hàng năm của quá trình này có thể đạt tới 8.400 giờ và khả năng xử lý khí thô là 40% đến 110%. Các chỉ số sản phẩm về cơ bản có thể đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cấp thực phẩm. Độ tinh khiết của carbon dioxide có thể đạt 99,99%, chất lượng sản phẩm ổn định và tất cả các chỉ số có thể tốt hơn so với "adbon dioxide phụ gia thực phẩm tiêu chuẩn thực phẩm quốc gia"

Hệ thống tinh chế khí bao gồm một bộ làm mát nước, bể hấp phụ, máy làm lạnh khử nước, tháp oxy hóa khử nước, bộ làm mát nước khử nước, chất làm mát tiền chất và máy sấy.

Khí thải carbon dioxide từ đơn vị ethylene glycol có nhiệt độ cao và chứa nước bão hòa. Để cải thiện hiệu quả của máy nén, khí thô cần được làm mát. Sau khi được làm mát và ngăn cách bởi bộ làm mát nước, khí thô được điều áp bởi máy nén khí carbon dioxide và đi vào bể hấp phụ. Dầu, nước, clorua và các chất độc hại khác có thể được mang theo được lọc ra để bảo vệ chất xúc tác khử nước. Sau khi được làm nóng bởi pregoater hóa khử nước, nó đi vào tháp tinh chế khử nước. Dưới tác động của chất xúc tác hoạt động (chất xúc tác kim loại quý) và nhiệt độ nhất định, tất cả các hydrocarbon (bao gồm chất hữu cơ chứa oxy) và các thành phần dễ cháy khác trong khí carbon dioxide phản ứng với oxy để tạo ra carbon dioxide và H2O. Sau khi nhiệt được phục hồi bằng bộ shydrogenation, nó sẽ đến máy sấy để loại bỏ độ ẩm. Tổng hàm lượng hydrocarbon trong khí tinh khiết và khô nhỏ hơn hoặc bằng 48 × 10^-6, hydrocarbon không mạch máu nhỏ hơn hoặc bằng 18 × 10^-6và độ ẩm nhỏ hơn hoặc bằng 18 × 10^-6.

Phương trình phản ứng chính:
C₂H₄+3O₂→ 2CO₂+2H₂O+Q
C_xH_y+O₂→ XCO₂+y /2H₂O
C_xH_yO+O₂→ XCO₂+y /2H₂O
Tất cả đều bị oxy hóa xúc tác thành CO₂và h₂O.

Hệ thống sấy sử dụng các chất hấp phụ sàng phân tử đa chức năng, và có thể chọn chất hấp phụ mỡ, chất hấp phụ clorua, chất hấp thụ nước, chất hút ẩm và chất hút ẩm, có lợi cho việc tinh chế thêm khí carbon dioxide. Tái tạo chất hấp phụ có thể áp dụng quá trình tái tạo chu kỳ đóng hoàn toàn thân thiện với môi trường hơn, trực tiếp sử dụng năng lượng nhiệt của khử nước xúc tác để tái tạo, với mức tiêu thụ năng lượng thấp và không phát thải khí thải, đảm bảo tốc độ thu hồi carbon dioxide ổn định của thiết bị và chỉ ngưng tụ trong quá trình tái tạo.

Hệ thống hóa lỏng và tinh chế bao gồm một thiết bị phục hồi lạnh còn lại, hóa chất hóa lỏng, tháp tinh chế, bộ reboiler và một bộ phụ.

Sau khi sấy khô, khí carbon dioxide đi vào thiết bị thu hồi lạnh còn lại và trao đổi nhiệt với không khí thải ra từ đỉnh tháp tinh chế. Sau khi phục hồi cái lạnh, nó đi vào hóa lỏng và hóa lỏng dưới sự lạnh của Freon. Chất lỏng carbon dioxide đầu ra được kiểm soát ở khoảng -16 độ, và sau đó đi vào tháp tinh chế để chưng cất. Phần dưới của tháp tinh chế được điều khiển bởi bộ reboiler để kiểm soát nhiệt độ ấm tháp Tháp ở -13 ~ -15 độ, nhiệt độ bay hơi trên cùng của tháp ở -30 độ và áp suất được kiểm soát ở khoảng 2,2 MPa. Carbon dioxide bay hơi với khí không điều kiện (O2, N2, v.v.) được làm mát và thu hồi thêm để cải thiện năng suất. Do nhiệt độ của chất lỏng ở phần dưới của tháp tinh chế là tương đối cao, để giảm tổn thất lưu trữ, một bộ phụ có thể được đặt sau tháp tinh chế. Nhiệt độ bay hơi của bộ con được kiểm soát ở -30 độ, do đó nhiệt độ của chất lỏng carbon dioxide giảm xuống còn -25 độ để lưu trữ trong bể chứa nhiệt độ thấp. Sản phẩm được lưu trữ trong các bể hình cầu carbon dioxide, một phần được vận chuyển bởi xe tăng và một phần được sử dụng làm nguyên liệu băng khô.

Quá trình làm lạnh sử dụng các đặc tính bay hơi của Freon áp suất trung bình và thấp để làm mát và hóa lỏng khí carbon dioxide ở các nhiệt độ khác nhau, có thể cải thiện đáng kể hiệu quả hóa lỏng của khí carbon dioxide.

Băng khô có thể được tạo ra bằng cách giảm áp suất của carbon dioxide lỏng xuống áp suất bình thường, một phần hơi của carbon dioxide vào khí, sau đó làm mát phần khác của chất lỏng thành chất rắn giống như bông tuyết, sau đó vắt nó thành các khối hoặc hạt qua tủ lạnh. Sau khi đóng gói, nó được đặt trong một hộp cách nhiệt và giao cho khách hàng bằng ô tô. Không khí được giải phóng bởi đá khô được trao đổi với khí đầu ra của máy nén nước khô thông qua bộ làm mát thu hồi băng khô, sau đó đi vào máy nén khí đá khô để nén. Sau khi khí nén được trao đổi nhiệt, nó được kết nối với đầu vào hóa lỏng hệ thống để tái chế.

Khí thải:Giường sấy và giường hấp phụ được tái sinh thường xuyên, và khí không có khả năng của tháp chưng cất được sử dụng làm nguồn khí tái sinh. Khí đuôi tái sinh được thải ra đáp ứng tiêu chuẩn xả trực tiếp và có thể được xả trực tiếp. Đối với khí đuôi chứa một lượng nhỏ ethylene và khí đuôi không đạt tiêu chuẩn khác trong điều kiện làm việc bất thường, nó có thể được kết hợp vào hệ thống đốt chất thải và chất thải để xử lý thiêu đốt. Nói chung, thời gian cư trú của khí thải lớn hơn hoặc bằng 2 giây và hiệu suất đốt cháy lớn hơn hoặc bằng 99,9%, đáp ứng việc xả khí thải tiêu chuẩn trong điều kiện làm việc bất thường.

Nước thải:Khối lượng xả nước thải của quá trình này là 6 m³/H, và thể tích xả là nhỏ, có thể được sử dụng trực tiếp làm nước làm mát tuần hoàn.

Chất thải rắn:Quá trình này sẽ chỉ tạo ra chất thải rắn trong thời gian bảo trì, chủ yếu là chất hấp phụ, sàng phân tử và chất xúc tác khử nước; Carbon hoạt hóa là một chất thải nguy hại, sàng phân tử là silicat, là chất thải chung và chất xúc tác khử nước có chứa kim loại quý, là chất thải cố định chung. Sau khi chất thải rắn ở trên được tạo ra, nó có thể được gửi đến một đơn vị đủ điều kiện để xử lý sau khi được lưu trữ tạm thời trong kho chất thải nguy hại/chất thải rắn nói chung.

Sản phẩm chất lỏng carbon dioxide có thể được vận chuyển đến bể hình cầu carbon dioxide thông qua các đường ống. Đường ống đầu vào phải được trang bị một van cắt và khóa liên động ở mức độ bình tĩnh của bể chứa bình tĩnh. Để ngăn chặn sự nguy hiểm của bể hình cầu carbon dioxide chứa đầy chất lỏng, một khóa liên động cao của đồng hồ đo mức bể hình cầu được đặt để đóng carbon dioxide chất lỏng vào van cắt đường ống hình cầu; Để ngăn chặn sự nguy hiểm của bể hình cầu carbon dioxide được sơ tán, một khóa liên động thấp của đồng hồ đo mức bể hình cầu được đặt để đóng van cắt đường ống ống hình cầu; Đường ống tải carbon dioxide lỏng được trang bị van cắt và khóa liên động ở mức độ hình cầu hình cầu carbon dioxide, và khóa liên động ở mức chất lỏng thấp khép lại van cắt đường ống tải; Các đường ống máy đá carbon dioxide đến khô được trang bị van cắt và khóa liên động bằng bình chứa bình cầu carbon dioxide, và khóa liên động ở mức chất lỏng thấp đóng van đường ống băng khô; Bơm làm đầy trong quá trình tải được trang bị khóa liên động giới hạn của đồng hồ đo lưu lượng để đóng van cắt đường ống ống hình cầu hình cầu.

Các hệ thống dụng cụ phân tích trực tuyến như máy phân tích tổng hydrocarbon, máy phân tích lưu huỳnh theo dõi, máy phân tích benzen, máy phân tích oxy và đồng hồ điểm sương thông minh được thiết lập để lấy mẫu và phân tích đầu vào và đầu ra của bể hấp phụ carbon dioxide Đường ống chính, ổ cắm của đường ống làm đầy bình cầu điện cầu, ổ cắm của bể chứa băng chất lạnh, và ổ cắm của lỗ thông hơi bể hình cầu. Một máy dò trực tuyến khí dễ cháy được đặt sau bình hấp phụ khí thô, và phát hiện và phân tích trực tuyến hàm lượng oxy và hàm lượng hydrocarbon được đặt ở đầu ra của chất oxy hóa khử nước tương ứng. Các thành phần và đặc điểm của khí thô ở mỗi giai đoạn xử lý được phân tích trong thời gian thực và mỗi tín hiệu dữ liệu giám sát được đưa vào hệ thống DCS để theo dõi thời gian thực và nồng độ của nó được kiểm soát dưới 25% giá trị thấp nhất của giới hạn nổ thấp hơn của thành phần nổ nhất và khí hỗn hợp. Khi khí đốt có thể đốt cháy% trong khí hỗn hợp đầu vào vượt quá 25% giới hạn nổ thấp hơn, hệ thống sẽ lồng vào nhau và cắt bỏ van nạp chất oxy hóa khử nước để ngăn chặn khí nổ xâm nhập vào chất oxy hóa khử nước trong điều kiện bất thường, do đó để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của thiết bị.

Hệ thống giảm áp suất khẩn cấp xem xét mạch áp suất được bảo vệ bởi thiết bị an toàn (van an toàn) và chọn hệ thống lớn nhất khỏi các điều kiện xả có thể gây ra do sự thất bại của từng thành phần chính là giá trị cài đặt điều kiện giảm áp của van an toàn. Các bình áp suất và đường ống được trang bị các van an toàn trong trường hợp áp lực quá mức, chẳng hạn như đầu vào bể hấp phụ và đường ống đầu ra, đường ống dẫn điện của máy sưởi điện tái tạo, đường ống đầu vào máy sấy, các đường ống dẫn điện áp suất.

NewtekChủ yếu giải thích về lựa chọn tuyến đường quy trình để phục hồi và tinh chế carbon dioxide nồng độ cao trong khí đuôi phát ra từ ngành công nghiệp lọc dầu. Theo sự khác biệt về độ tinh khiết của carbon dioxide, thành phần tạp chất, các thông số quá trình, yêu cầu chất lượng sản phẩm và tốc độ phục hồi trong khí đuôi của các đơn vị khác nhau, kết hợp với các đặc điểm của các phương pháp quy trình khác nhau để phục hồi và tinh chế carbon Dioxide.

Lấy a₂O Ví dụ, thông qua phân tích nguyên tắc quy trình và nghiên cứu thực địa của các nhà máy xử lý nước thải, kết hợp với các thông số kỹ thuật và tiêu chuẩn có liên quan, các phương pháp xác định thông thường và gián tiếp của A₂O Lần lượt hoạt động vận hành quá trình được xác định và cơ sở nhận dạng dựa trên các chỉ số giám sát chất ô nhiễm đầu cuối, các thông số quy trình, tiêu thụ năng lượng của cơ sở xử lý nước thải, xả bùn, tình trạng vận hành thiết bị, vv được đề xuất. Trên cơ sở này, các kỹ năng vận hành và bảo trì về các thông số vận hành quy trình, các chỉ số tài sản bùn và nước, tình trạng vận hành thiết bị, v.v. được phân tích toàn diện và một phần mềm có thể nhanh chóng xác định và phân tích lỗi₂O Quá trình.