View
308
Download
8
Category
Preview:
DESCRIPTION
Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc PVFCCo (Tổng Công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí – đơn vị thành viên của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) được đặt tại Khu Công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, với diện tích qui hoạch 63 ha. Vị trí nhà máy được thể hiện trong Chứng chỉ Qui hoạch số 07/2001/BQL - CCQH do Ban QL các KCN Bà Rịa - Vũng Tàu cấp ngày 12/03/2001
Citation preview
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................3
PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ..........................4
I. Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy:..................................................4
II. Các phân xưởng chính của nhà máy:..................................................................4
III. Một số đặc điểm của nguyên liệu cũng như sản phẩm của nhà máy:............5
IV. Một số cải tiến nhà máy đã thực hiện:...............................................................7
V. An toàn lao động trong nhà máy:........................................................................7
V.1. Các quy định chung........................................................................................7
V.2. Các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất:..........................................................8
V.3. Các phương tiện và biện pháp bảo vệ người lao động:.............................10
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ
MỸ................................................................................................................................12
Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm
Phú Mỹ.........................................................................................................................12
Chương 2: Công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ.................14
I. Khử lưu huỳnh(S):...............................................................................................14
I.1.Quá trình hydro hóa:......................................................................................15
I.2. Quá trình hấp thụ H2S:..................................................................................19
II. Công đoạn reforming..........................................................................................21
II.1. Mô tả công nghệ quá trình reforming........................................................21
II.2. Cấu tạo thiết bị reforming...........................................................................29
II.3. Xúc tác reforming.........................................................................................33
II.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình reforming.........................................35
III. CHUYỂN HOÁ CO..........................................................................................37
III.1. Tổng quan công nghệ..................................................................................37
III.2. Lưu trình công nghệ...................................................................................41
III.3. Thiết bị phản ứng........................................................................................44
1
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
III.4. Một số vấn đề khi vận hành.......................................................................47
IV. TÁCH CO2.........................................................................................................49
IV.1. Tổng quan về quá trình tách CO2..............................................................49
IV.2. Mô tả công nghệ..........................................................................................50
IV.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cụm tách CO2.................................................52
IV.4. Thiết bị chính...............................................................................................54
V. Metan hóa............................................................................................................58
V.1. Mục đích:.......................................................................................................58
V.2. Mô tả công nghệ tổng quát:.........................................................................58
V.3. Thiết bị Metan hóa.......................................................................................60
V.4. Xúc tác...........................................................................................................61
VI. Công đoạn tổng hợp Amoniắc..........................................................................62
VI.1. Lý thuyết quá trình.....................................................................................62
VI.2. Tổng hợp amoniắc.......................................................................................63
VI.3. Bình tổng hợp Amoniắc 10-R-5001...........................................................68
VI.4. Làm lạnh......................................................................................................73
VI.5. Thu hồi amoniắc..........................................................................................76
VII. CÔNG NGHỆ CHUNG CỦA PHÂN XƯỞNG THU HỒI CO2..................80
VII.1. Mục đích, ý nghĩa của phân xưởng..........................................................80
VII.2. Công nghệ chung của cụm thu hồi CO2...................................................80
VII.3. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của cụm thu hồi CO2..................................................................................................................83
VII.4. Dung môi hấp thụ KS-1............................................................................87
VII.5. Thiết bị chính trong phân xưởng.............................................................88
VII.6. Thuyết minh dây chuyền công nghệ........................................................90
KẾT LUẬN..................................................................................................................93
2
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
LỜI NÓI ĐẦU
Đối với sinh viên, thực tập tốt nghiệp là một giai đoạn có ý nghĩa quan trọng
trong quá trình học tập và trau dồi kiến thức. Đây là dịp để sinh viên chúng em có cơ
hội tiếp cận với thực tế, tiếp cận với các thiết bị kỹ thuật, công nghệ của các quá trình
công nghiệp, điều kiện công nghệ, phương thức vận hành thực tế…Từ đó, sinh viên có
những tầm nhìn mới mẻ hơn, sâu sắc hơn về các phương tiện kỹ thuật, cách thức nhìn
nhận một vấn đề trong quá trình làm việc, cách vận dụng những kiến thức đã được học
trong nhà trường vào thực tế công nghiệp. Các thông tin, kinh nghiệm mang lại từ các
đợt thực tập thực sự bổ ích cho sinh viên sau khi ra trường, làm việc.
Trong thời gian thực tập tại Nhà máy, chúng em được tìm hiểu công nghệ sản
xuất ammoniac Haldor Topsoe của nhà máy và được hướng dẫn vận hành khởi động
phân xưởng. Từ đó giúp chúng em có cái nhìn tổng quan và linh hoạt hơn các yếu tố
ảnh hưởng đến các cụm nhỏ trong xưởng, đến cả xưởng ammoniac. Chúng em còn
phần nào hình dung được công việc của một DCS (kỹ sư vận hành), kỹ sư công
nghệ…
Sau thời gian thực tập tại Nhà máy đạm Phú Mỹ được sự chỉ bảo tận tình,
hướng dẫn một cách cặn kẽ của các cán bộ, kỹ sư vận hành giúp chúng em bổ sung
những kiến thức thực sự hữu ích và quan trọng cho hành trang của mình sau khi ra
trường làm việc.
Chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Nhà máy đạm Phú Mỹ đặc biệt
là các anh chị tại phòng công nghệ sản xuất, các anh chị cô chú bên phòng an toàn đã
tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đợt thực tập này.
Chúng em cũng xin được cảm ơn các thầy cô bộ môn Công nghệ hữu cơ – hóa dầu đã
tạo điều kiện cho chúng em cơ hội được đi thực tế tại nhà máy.
Phú Mỹ, ngày 14 tháng 05 năm 2013
3
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Nhóm sinh viên thực tập
PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
I. Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy:
Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc PVFCCo (Tổng Công ty Phân bón và Hóa chất
Dầu khí – đơn vị thành viên của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) được đặt tại Khu Công
nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu.
Nhà thầu : Technip Italia và Samsung Engineering Hàn Quốc với tổng vốn đầu
tư là 370 triệu USD và công suất thiết kế ban đầu là 740.000 tấn ure/năm, với diện tích
khuôn viên 63 ha.
Nhà máy sử dụng công nghệ Haldor Topsoe Đan Mạch sản xuất ammoniac với
công suất là 1350 tấn/ngày và công nghệ Snampogrety Italia sản xuất ure với công suất
2200 tấn/ngày. Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với
dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào là khí tự nhiên, không khí, nước và
đầu ra là ammoniac và ure. Với chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện
năng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất.
Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp đồng EPCC giữa Tổng công ty
Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà đầu tư Technip/Samsung.
Khởi công xây dựng nhà máy: 3/2001.
Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003.
Ngày ra sản phẩm ammonia đầu tiên 4/2004.
Ngày ra sản phẩm ure đầu tiên: 4/6/2004.
Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/9/2004.
Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004.
4
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
II. Các phân xưởng chính của nhà máy:
Nhà máy gồm 3 phân xưởng chính là xưởng ammonia, xưởng ure, xưởng phụ
trợ và các phòng/xưởng chức năng khác.
- Phân xưởng tổng hợp ammoniac:
Có chức năng tổng hợp ammoniac và sản xuất CO2 từ khí tự nhiên, hơi nước và
không. Sau khi tổng hợp, ammoniac và CO2 sẽ được chuyển sang phân xưởng ure.
- Phân xưởng tổng hợp ure:
Có chức năng tổng hợp ure từ ammoniac và CO2.Dung dịch ure tạo thành sau khi đã
được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt.Quá trình tạo hạt được thực hiện
bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m.Phân xưởng ure có thể
đạt công suất tối đa 2.385 tấn/ngày.
Mục tiêu đề ra trong năm nay của nhà máy là đạt công suất: 770.000 tấn ure/năm.
- Phân xưởng phụ trợ:
Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung cấp khí
điều khiển, nito và xử lý nước thải cho toàn bộ nhà máy, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi hơi
phụ trợ và một turbine khí phát điện công suất 21MWh, có bồn chứa ammoniac cho
phân xưởng ure khi công đoạn tổng hợp của xưởng ammonia ngừng máy.
III. Một số đặc điểm của nguyên liệu cũng như sản phẩm của nhà máy:
Khí tự nhiên: CH4, C2H6, C3H8, C4H10…
Khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, khí tự nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn và các bể khác
thuộc thềm lục địa phía Nam.
Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật đối với khí tự nhiên
Chỉ tiêu kỹ thuật AMF GPP
Nhiệt độ (oC) tại giao diện 18 36 18 36
Áp suất (barg) tại giao diện 25.0 (tối đa 40) 25.0 (tối đa 40)
5
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
24.5 (tối đa 39.2) 24.5 (tối đa 39.2)
Điểm sương (oC) ở 25 barg -1 -42
Khối lượng phân tử (g/mol) 20.65 18.68
Giá trị nhiệt tổng (MJ/Nm3) 46.92 42.85
Thành phần AMF GPP
1 C1 78.9813 83.3113
2 C2 12.2025 14.5668
3 C3 5.7575 1.5965
4 i – C4 1.0255 0.1077
5 n – C4 1.2753 0.1091
6 i – C5 0.1818 0.0127
7 n – C5 0.1678 0.012
8 C6 0.09 0.0051
9 N2 0.3034 0.2647
10 CO2 0.0149 0.0141
11 H2O - -
Với AMF là trường hợp vận hành bất thường của nguồn khí.Công suất của nhà
máy đã được tính toán trong giai đoạn thiết kế cơ sở.
GPP trường hợp vận hành bình thường của nguồn khí, nồng độ lưu huỳnh cao nhất là
24ppm.
Ammoniac:
NH3 %kl 99.8 (tối thiểu)
H2O % kl 0.2 (tối đa)
Dầu ppmkl 5 (tối đa)
CO2:
CO2 thể tích khô 99% (tối thiểu)
Khí trơ (thể tích) 1% (tối đa)
6
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Nước bão hòa
Ure hạt:
Hàm lượng nitơ 46.3%kl (tối thiểu)
Hàm lượng biuret 1%kl (tối đa)
Hàm lượng ẩm 0.4%kl (tối đa)
Phân bố kích thước hạt 90%kl (tối thiểu) giữa 1.4 mm và 2.8 mm
Phân bố kích thước hạt 2%kl (tối thiểu) dưới 1 mm
Nhiệt độ hạt 65oC tối đa (với công suất danh nghĩa)
IV. Một số cải tiến nhà máy đã thực hiện:
Ngoài các hạng mục ban đầu, nhằm nâng cao chất lượng, đa dạng hóa sản
phẩm, sử dụng tối đa các nguồn lực của PVFCCo, đáp ứng một cách thuận lợi và hiệu
quả cho công tác sản xuất kinh doanh và cải thiện môi trường làm việc cho người lao
động. Tổng công ty đã hoàn thiện việc cải tạo, nâng cấp và đầu tư hạng mục và hệ
thống công nghệ trong nhà máy:
- Hệ thống thu hồi khói thải CO2 để nâng công suất nhà máy từ 740.000 tấn/năm lên
đến 800.000 tấn/năm đồng thời góp phần bảo vệ môi trường. (từ quý IV năm 2010).
V. An toàn lao động trong nhà máy:
V.1. Các quy định chung
1. Thời gian làm việc.
- Giờ hành chính: Từ 08h00 đến 17h00
- Giờ đi ca: Ca 1: Từ 07h00 đến 19h00
Ca 2: Từ 19h00 đến 07h00
2. Trang phục.
- Khi vào nhà máy phải đeo biển tên theo quy định.
7
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
- Khi làm việc trong khu vực công nghệ phải mang đầy đủ phương tiện bảo vệ
cá nhân như: giầy bảo hộ, mũ cứng, nút tai/ bịt tai chống ồn, kính và quần áo BHLĐ…
3. Khi ra vào cổng nhà máy trong giờ làm việc, phải có giấy phép của Thủ trưởng đơn
vị.
4. Cấm những người không có trách nhiệm, những người có mùi bia rượu, có biểu hiện
tâm thần vào nhà máy, khi vào nhà máy làm việc phải trong trạng thái khỏe mạnh.
5. Khi xảy ra tai nạn hoặc sự cố phải bình tĩnh xử lý và báo cáo theo quy định.
6. Cấm hút thuốc và mang diêm quẹt hay các dụng cụ gây ra tia lửa, mang vũ khí, chất
nổ hoặc các chất kích thích, chất gây mê, gây nghiện, chất ma túy…vào nhà máy.
7. Chấp hành nghiêm chỉnh các nội quy, kỷ luật lao động, các quy trình thao tác, quy
trình kỹ thuật an toàn. Thực hiện đúng theo nhiệm vụ và quyền hạn được phân công.
Cấm không được tự ý đóng mở, thao tác sử dụng các máy móc, thiết bị không thuộc
phạm vi mình quản lý, không đùa giỡn trong khi làm việc.
8. Phải biết cách bảo quản tốt, sử dụng đúng các dụng cụ cá nhân cần thiết cho công
việc. Tuân thủ tuyệt đối các quy định an toàn trong khi làm việc.
9. Không được đi lại hay đứng gần những nơi kích cẩu, nơi rò rỉ, nơi thử áp hoặc đang
rò khí, dung dịch.
10. Cấm không được lái xe và các phương tiện vận chuyển khác khi không có giấy
phép. Các loại xe chạy trong nhà máy phải tuân thủ các quy định giới hạn tốc độ và
trang bị lưới chống tia lửa khi vào khu vực công nghệ.
11. Tuân thủ hệ thống cấp giấy phép làm việc. Phải đặt các biển cảnh cáo cho công
việc liên quan công nghệ và điện, không được di dời các biển báo này khi không được
phép của người có thẩm quyền.
12. Nắm rõ vị trí, cách sử dụng các thiết bị an toàn, thiết bị chữa cháy và số điện thoại
liên lạc, cấm sử dụng chúng không đúng mục đích.
13. Trước khi vào nhà máy phải được nghỉ ngơi thích đáng để đảm bảo sức khỏe cho
công việc. Hết giờ làm việc phải rời khỏi khu vực sản xuất.
V.2. Các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất:
1. Yếu tố nhiệt:
8
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Nhiệt độ cao có thể làm cho người bị bỏng, bị rối loạn quá trình trao đổi nhiệt,
gây khó thở, choáng váng, nhức đầu…
2. Dòng điện:
Khi dòng điện tác dụng lên cơ thể người tuỳ theo điện áp nó có thể gây ra tác động:
- Nhiệt: đốt cháy cơ thể, mạch máu dây thần kinh, tim, não.
- Điện phân: phân hủy chất lỏng trong cơ thể làm phá vỡ thành phần máu và các mô.
- Sinh học: gây co giật cơ bắp đặc biệt là cơ tim, phổi ngừng hoạt động, cơ quan hô
hấp và tuần hoàn nếu dòng điện truyền qua não làm phá hủy trực tiếp hệ thần kinh
trung ương.
3. Cháy nổ:
- Cháy là quá trình kết hợp của chất cháy với oxy trong không khí hoặc các chất oxy
hóa khác mà kết quả là tỏa nhiệt và phát quang. Cháy chỉ xảy ra khi hội tủ đủ 3 yếu tố
sau: chất cháy, chất oxy hóa và môi chất cháy.
- Chất cháy có mặt hầu như khắp nơi nên nếu không có biện pháp phòng cháy sẽ xảy
ra cháy.
- Nổ: Sự biến đổi vật chất cực kỳ nhanh chóng biến năng lượng của nó thành công cơ
học để tác động vào môi trường xung quanh. Đặc biệt hay xảy ra tại nhà máy sử dụng
nguyên liệu khí, khí nén.
4. Chất độc, nguy hiểm trong nhà máy:
- Chất độc có thể ở dạng rắn, lỏng, bụi, khí, hơi và sương.
- Chất nguy hiểm có thể phân loại vào một trong các loại sau: cháy hoặc nổ, ăn mòn,
độc, oxy hóa, có hại…
- Chất độc xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, tiêu hóa và da.
- Chất độc xâm nhập vào cơ thể gây rối loạn hoạt động bình thường, gây tổn hại hoặc
hủy hoại các mô tạng trong cở thể con người, gây nhiễm độc cấp tính hoặc mãn tính
tùy theo mức độ độc hại của chúng.
- Trong sản xuất có sử dụng các chất ăn mòn theo yêu cầu của công nghệ như: các chất
có tính axit, tính kiềm... Chất ăn mòn gây mài mòn thiết bị, máy móc. Gây bỏng, kích
ứng hoặc ăn mòn da
9
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
5. Tiếng ồn và rung:
- Tiếng ồn trong nhà máy gây ra bởi máy móc, máy công cụ. Nó gây tổn thương đến
thính giác dẫn đến ù tai, đau tai thậm chí là điếc nếu tiếng ồn vượt quá tần số âm thanh
cho phép (> 85 dB).
- Rung: gây biến động chức năng sinh lý, mệt mỏi, rối loạn kinh nguyệt, sẩy thai, đẻ
non.
V.3. Các phương tiện và biện pháp bảo vệ người lao động:
1. Tín hiệu, báo hiệu.
- Mục đích: Nhắc nhở người lao động về mối nguy hiểm trực tiếp, khả năng nguy
hiểm, hướng dẫn thao tác, đoán nhận quy định về kỹ thuật và ký thuật an toàn.
-Các loại tín hiệu, báo hiệu :
Tín hiệu ánh sáng, âm thanh, chỉ báo (đồng hồ các loại), màu sơn, hình vẽ và chữ, tín
hiệu bằng tay.
2. Đưa ra khoảng cách và giới hạn an toàn.
- Mục đích: Xác định được các khoảng cách và giới hạn giữa người với công trình,
thiết bị, phương tiện và giữa chúng với nhau nhắm đảm bảo an toàn cho người và thiết
bị trong quá trình hoạt động.
- Các loại khoảng cách và giới hạn an toàn sau:
Khoảng cách an toàn của đường dây điện.
Khoảng cách an toàn cháy, nổ.
Khoảng cách an toàn phóng xạ.
Khoảng cách an toàn nổ mìn, phá đá.
3. Điều khiển từ xa.
- Mục đích: Đưa người lao động ra khỏi vùng nguy hiểm.
- Ứng dụng: Các công việc có nhiều yếu tố nguy hiểm độc hại mà khi người lao động
làm việc tại chỗ sẽ bị tai nạn hoặc ngộ độc thì phải sử dụng phương pháp điều khiển từ
xa
10
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
4. Kiểm tra, nghiệm thử.
- Mục đích: Xác định tình trạng kỹ thuật của thiết bị máy, các bộ phận của chúng và
công trình để kịp thời sửa chữa, thay thế khi hư hỏng.
- Kiểm tra, thử nghiệm được tiến hành định kỳ trước khi xuất xưởng, trước khi đưa
vào sử dụng các thiết bị.
- Kiểm tra bên ngoài, thử tải tĩnh, thử tải động cho các thiết bị nâng.
- Kiểm tra điện trở cách điện của dây dẫn điện.
- Kiểm tra điện trở cách điện của các trang bị cách điện.
- Kiểm tra các thiết bị chữa cháy theo định kỳ.
5. Những biện pháp tổ chức kỹ thuật.
- Bố trí các bộ phận nguy hiểm ở những vị trí mà người không ngẫu nhiên tiếp xúc.
- Dùng điện áp an toàn.
- Không phát sinh các yếu tố độc hại vượt giá trị cho phép.
- Vận dụng màu sắc an toàn vào thiết bị công nghệ:
- Tổ chức lao động an toàn trong sản xuất: Bố trí chỗ làm việc giữa các máy một cách
hợp lý. Bố trí lao động hợp lý, đúng nghề, đúng khả năng…
- Huấn luyện an toàn cho người lao động.
- Điều tra, thống kê, phân tích nguyên nhân gây ra tai nạn lao động.
- Xây dựng quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn về kỹ thuật an toàn…
6. Phương tiện bảo vệ cá nhân
- Bảo vệ đầu: Mũ bảo hộ dùng để chống chân thương do va đập cơ học, chống bẩn,
chống điện giật...
- Bảo vệ mắt: Kính bảo vệ, mặt nạ và tấm chắn bảo vệ mắt chống tác động của các vật
văng bắn như phôi, hóa chất… Tùy thuộc vào công việc mà chọn thiết bị bảo hộ khác
nhau.
- Bảo vệ cơ quan hô hấp: Khẩu trang, bình thở, bình tự cứu, mặt nạ phòng độc dùng để
chống hơi khí độc, bụi.
- Bảo vệ cơ quan thính giác: Nút tai, chụp tai để chống ồn.
11
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
- Bảo vệ chân tay: Giầy, ủng, găng tay các loại bảo vệ chân tay khỏi tác dụng của điện,
hóa chất, trượt ngã, tác nhân nóng, lạnh…
- Bảo vệ thân: Quần áo bảo hộ lao động chống bẩn, chống hóa chất…
PHẦN 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ
MỸ
Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ
Quá trình sản xuất NH3 gồm 6 giai đoạn:
- Khử S: khử các hợp chất chứa S có trong dòng nguyên liệu khí tự nhiên ban đầu do
các hợp chất này gây ngộ độc xúc tác cho các quá trình về sau.
- Reforming hơi nước (sơ cấp và thứ cấp): cung cấp nguyên liệu N2 và H2 cho quá
trình tổng hợp ammoniac từ nguyên liệu là khí tự nhiên, hơi nước và không khí.
- Chuyển hóa CO (ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp): chuyển CO sang dạng CO2 đồng
thời thu thêm một lượng H2 do CO gây ngộ độc xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3.
- Tách CO2: do CO2 không có tác dụng trong quá trình tổng hợp NH3 với một lượng
lớn nó tiêu tốn năng lượng cho máy nén, ảnh hưởng đến xúc tác. Và thu CO2 cho quá
trình tổng hợp ure.
- Metan hóa: chuyển hóa CO, CO2 thành CH4 do chúng độc hại đối với xúc tác tổng
hợp NH3.
- Tổng hợp NH3.
Trong nhà máy, NH3 được sản xuất từ khí tổng hợp có chứa Nito và hydro với
tỷ lệ ~ 3:1 sau khi qua quá trình tinh lọc khí (làm giảm hàm lượng CO và CO 2).Khí
tổng hợp được sản xuất qua quá trình reforming hơi nước với nguyên liệu là khí tự
nhiên và hơi nước.
12
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 1: Sơ đồ chung của quá trình sản xuất NH3
13
Hydro hóa và hấp thụ S
Reforming sơ cấp và thứ cấp
Chuyển hóa CO nhiệt độ thấp và nhiêt độ cao
Tách CO2Metan hóa Tổng hợp NH3
Khí tự nhiên
Hydro Hơi nước Không khí (để đốt)
NH3 đến urê
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Chương 2: Công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ
I. Khử lưu huỳnh(S):
Trong khí tự nhiên hầu như đều có chứa một lượng nhỏ các hợp chất của S có
thể lên tới 24ppm thể tích. Mà xúc tác của quá trình reforming hơi nước và chuyển hóa
CO nhiệt độ thấp ở phía sau cực kỳ nhạy với các hợp chất chứa S bởi chúng:
Làm giảm hoạt tính của xúc tác.
Hoặc gây ngộ độc xúc tác.
Do đó, cần loại bỏ các hợp chất chứa S bằng cách:
Chuyển các hợp chất hữu cơ chứa S sang dạng vô cơ H2S nhờ quá trình hydro hóa sau
đó H2S được tách ra bởi quá trình hấp thu bởi ZnO.
Với yêu cầu nồng độ của S trong nguyên liệu vào quá trình reforming là thấp hơn 0.05
ppm.
Công đoạn khử S bao gồm:
Thiết bị hydro hóa 10-R-2001 với xúc tác là TK-250 (oxit Co, Mo).
Hai thiết bị hấp thụ S 10-R-2002A/B nối tiếp nhauvới xúc tác HTZ-3 (ZnO).
Hình 2: Công đoạn khử Lưu huỳnh
14
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
I.1.Quá trình hydro hóa:
I.1.1. Mô tả quá trình:
Khí tự nhiên tại điểm giao nhận của nhà máy được đưa qua máy nén 10K –
4011 nếu như áp suất nhỏ hơn 38 barg để đảm bảo cho áp suất vào quá trình reforming
khoảng 38.5 barg. Sau đó được gia nhiệt bởi khói lò trong 10E-2004-2 rồi được trộn
với khí tuần hoàn chứa hydro đảm bảo cho tỷ lệ hydro.hydrocacbon bằng
0.005Nm3/kg trước khi được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng trong 10E-2004-1 rồi
được đến 10R-2001 có chứa xúc tác TK-250.
Tại đó có các phản ứng sau xảy ra:
+ Phản ứng hydro hóa các hợp chất chứa S:
RSH + H2 RH + H2S
R1SSR2 + 3H2 R1H + R2H + 2H2S
R1SR2 + 2H2 R1H + R2H + H2S
(CH)4S + 4H2 C4H10 + H2S
COS + H2 CO + H2S
CO2 + H2 CO + H2O
RCl + H2 HCl + RH
+Phản ứng hydro hóa olefin thành pararafin
+ Phản ứng hydro hóa các hợp chất chứa N thành parafin và NH3.
I.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:
- Hàm lượng CO, CO2, H2 và H2O:
Trong quá trình này cần khống chế hàm lượng của CO, CO2 cũng như H2 và
H2O vì:
15
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
+ Hàm lượng của CO, CO2, H2 và H2O làm tăng hàm lượng S còn lại trong dòng khí ra
khỏi quá trình này do có phản ứng:
CO2 + H2 CO + H2O
CO2 + H2S COS + H2O
Và khi hàm lượng của CO lớn, có thể xảy ra phản ứng (phản ứng Boudouard)
2CO C + CO2
C sẽ được hình thành dưới dạng muội bám trên xúc tác làm giảm hoạt tính của xúc tác.
+ Phản ứng metan hóa có thể không xảy ra bởi hàm lượng S có thể được duy trì ở mức
độ hiệu quả để ngăn phản ứng này.
Do đó cần khống chế hàm lượng tạp chất cực đại cho phép trong dòng nguyên liệu vào
thiết bị hydro hóa:
H2: 3 đến 4%
CO: 5%
CO2: 5%
- xúc tác:
Dạng trụ rỗng với thành phần hoạt tính: CoO, MoO3 trên bề mặt chất mang
Al2O3 với pha hoạt tính xúc tác: CoMoSx.
+ Hoạt tính lớn nhất của xúc tác đạt được ở khoảng nhiệt đô : 330 đến 360 oC và phụ
thuộc vào nồng độ của H2, giá trị này được duy trì ở 0.042 Nm3 H2 /Nm3 hydrocacbon
tương ứng với nồng độ của H2 là 3.94%.
Với khí tự nhiên, nồng độ H2 được duy trì trong khoảng 2 ÷ 5% phụ thuộc vào hàm
lượng S trong khí tự nhiên.
Và có thể vận hành ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên với xúc tác mới và cao hơn với
xúc tác đã bị già hóa.
16
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
+ Xúc tác TK-250 bị oxy hóa trong quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tính
của xúc tác khi được sunfua hóa.
Ở trạng thái này, chất xúc tác có thể tự bốc cháy vì vậy nó cần được bảo quản hay dỡ
xúc tác trong điều kiện không tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ lớn hơn 70oC.
- Khi hàm lượng S trong khí tự nhiên ban đầu đạt yêu cầu thì vẫn cần duy trì dòng H2
vào thiết bị hydro hóa 10R-2001 vì ở nhiệt độ lớn hơn 300oC nếu không có H2 thì
hydrocacbon sẽ bị cracking nhiệt tạo muội C bám vào xúc tác làm giảm hoạt tính xúc
tác. Và khi vận hành chưa có H2 sẵn sàng thì cần khống chế nhiệt độ nhỏ hơn 300oC.
- Nhiệt độ của quá trình: là thông số quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác.
Ở nhiệt độ thấp, phản ứng hydro hóa sẽ xảy ra rất chậm và sự chuyển hóa sẽ không tối
ưu, điều này có thể dẫn đến lượng lưu huỳnh hữu cơ trong dòng nguyên liệu ra khỏi
quá trình khử lưu huỳnh còn cao (> 5ppm) sẽ gây ngộ độc S cho xúc tác reforming.
Tại nhiệt độ tương đối cao, xúc tác hydro hóa có xu hướng hỗ trợ phản ứng cracking.
CH4 C + 2H2
Vì vậy, cần kiểm soát nhiệt độ vận hành của quá trình để đảm bảo hiệu quả.
- Do đó, quá trình vận hành cần kiểm soát các thông số chính sau:
+ Kiểm soát áp suất vào quá trình khử S cuả khí tự nhiên để đảm bảo giữ áp ổn định
khi đi qua công đoạn khử S đến đầu hút của máy nén khí tổng hợp 10K-4031 và áp của
khí tự nhiên vào reforming ở khoảng 38.5 barg.
+ Kiểm soát áp suất của dòng tuần hoàn có chứa H2: để đảm bảo áp cho quá trình phía
sau.
+ Kiểm soát tỷ lệ hydro/hydrocacbon bằng cách kiểm soát lưu lượng của hai dòng
nguyên liệu ban đầu.
+ Nhiệt độ của dòng nguyên liệu ban đầu (hỗn hợp khí tự nhiên và H2) vào thiết bị 10-
R2001 bằng cách điều chỉnh lượng nguyên liệu qua thiết bị trao đồi nhiệt 10E-2004-1.
17
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Ngoài ra còn phải theo dõi chênh lệch nhiệt độ ở đỉnh và đáy của thiết bị, thường là rất
nhỏ hoặc không do mất nhiệt ra ngoài môi trường (vì lượng S trong khí tự nhiên là
nhỏ). Và có đặt cảnh báo nhiệt độ mức cao ở đáy của thiết bị tránh trường hợp quá
nhiệt cho xúc tác.
Có điểm lấy mẫu để theo dõi hoạt tính xúc tác trong thiết bị hydro hóa ở đầu ra của
thiết bị.
I.1.3. Xúc tác TK – 250:
TK – 250 là chất xúc tác xử lý hydro dựa trên hỗn hợp Coban – Molypden trên
nền chất mang là nhôm oxyt.TK – 250 được dùng để hydro hóa lưu huỳnh, nitơ và các
hợp chất không no khác từ khí tự nhiên cho đến naphta.
Ưu điểm của xúc tác dạng vòng:
Làm giảm trở lực qua thiết bị phản ứng
Xúc tác dạng vòng có khả năng chịu được cao hơn với việc tăng trở lực do các
hạt rắn có mặt trong dòng nguyên liệu.
Một số đặc điểm của xúc tác:
- Đường kính: OD x ID (mm) = 4.8 x 2.4
- Dạng hoạt tính: CoMoSx.
- Chất mang: Al2O3.
- Chất xúc tác đã được sử dụng có thể cháy tự phát tại nhiệt độ lớn hơn 70 oC
nên khi tháo xúc tác cần được làm lạnh đến nhiệt độ bình thường trước khi được lấy
ra.
Xúc tác đã qua sử dụng không được tái sinh, được thải bỏvì không đem lại hiệu
quả kinh tế.
Chống đỡ xúc tác tại đáy: sử dụng lưới đỡ xúc tác, lưới thép, trên đó là một lớp hạt
nhôm hoặc gốm ngăn không cho xúc tác không bị lọt qua lưới.
Lớp bảo vệ bên trên lớp xúc tác: đặt một lớp các hạt nhôm hoặc gốm có tác dụng bảo
vệ chất xúc tác khỏi sự rung động và giúp phân phối các thiết bị đo lưu lượng.
18
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
I.2. Quá trình hấp thụ H2S:
I.2.1. Mô tả quá trình:
Khí tự nhiên sau khi được hydro hóa được chuyển sang thiết bị hấp thụ H2S 10-
R2002A/B với xúc tác là HTZ-3.
Hai thiết bị này được mắc nối tiếp nhau và H2S chủ yếu được hấp thụ trong thiết bị 10-
R2002A.
Vai trò của thiết bị 10-R2002B:
Bảo vệ trong trường hợp khí ra khỏi thiết bị 10-R2002A còn dư.
Dùng khi thiết bị 10-R2002A bị cô lập để thay xúc tác.
- Nhiệt độ vận hành bình thường 400oC với các phản ứng:
ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2O
ZnO + H2S ZnS + H2O
ZnO + COS ZnS + CO2
I.2.2.Xúc tác:
HTZ-3 (ZnO): dạng ép dài 4mm.
Chất xúc tác này không phản ứng với oxy hay hydro ở bất cứ nhiệt độ nào nên
ZnS không tự bốc cháy được vì vậy không có yêu cầu đặc biệt nào khi dỡ xúc tác.
Nhưng không nên sử dụng hơi nước cho thiết bị 10-R2002A/B do ZnO dễ bị hydrat
hóa tạo thành Zn(OH)2 dạng không có hoạt tính.
Mà khi vận hành bình thường hàm lượng S trong dòng khí giảm theo hằng số cân
bằng:
=1.5x 10-6 tại 360oC.
Vì vậy, cần hạn chế hàm lượng hơi nước đưa vào thiết bị 10-R2002 A/B.
19
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Khả năng hấp thụ H2S phụ thuộc vào:
Nhiệt độ đầu vào R2002A.
Độ xốp của xúc tác.
Diện tích bề mặt của xúc tác ZnO.
Xúc tác tại hai thiết bị 10R-2002A/B cũng được chống đỡ tại đáy và bảo vệ ở đỉnh như
trong thiết bị 10R-2001.
I.2.3.Các thông số cần theo dõi của quá trình:
- Kiểm soát áp suất đầu ra của 10R-2002A/B cũng chính là kiểm soát áp suất đầu vào
của quá trình reforming và các công đoạn phía sau.
- Theo dõi nhiệt độ tại đầu vào, đầu ra của thiết bị 10-R2002A và nhiệt độ đầu ra của
thiết bị 10-R2002B.
- Có các điểm lấy mẫu để theo dõi hoạt tính xúc tác của khử S tại đầu ra của các thiết
bị.
I.2.4. Thời gian thay xúc tác phụ thuộc vào:
- Độ chênh áp qua xúc tác: do xúc tác chỉ chịu được ở một mức chênh lệch áp suất
nhất định (liên quan đến độ bền của xúc tác).
- Hoạt tính xúc tác: xúc tác của quá trình hydro hóa hay hấp thụ H2S đều phải đảm bảo
cho hàm lượng S trong khí ra khỏi nhỏ hơn 0.05ppm.
Trong quá trình vận hành nhà máy, người ta nhận biết xúc tác bị giảm hoạt tính
bằng cách quan sát thay đổi nhiệt độ, áp suất của quá trình. Khi vận hành có sự thay
đổi bất thường của nhiệt đô, áp suất sau khi kiểm tra các thông số đầu vào mà ổn định
thì nguyên nhân chính là do xúc tác.
Với biến động của nhiệt độ thì do hoạt tính của xúc tác bị giảm. Còn áp suất thì có thể
là do ảnh hưởng của việc hình thành muội carbon bám trên xúc tác hay do xúc tác bị
vỡ làm tăng trở lực trong thiết bị.
20
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
II. Công đoạn reforming
II.1. Mô tả công nghệ quá trình reforming
a) Sơ đồ công nghệ:
Hình 3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ công đoạn Reforming
b) Mô tả công nghệ:
Trong công đoạn reforming, khí đã qua khử lưu huỳnh sẽ chứa các thành phần
cần thiết chuẩn bị thành khí tổng hợp nhờ quá trình reforming xúc tác của hỗn hợp
hydrocacbon với hơi nước và không khí.
Qúa trình này được chia thành 2 phân đoạn chuyển hóa:
+Reforming sơ cấp: xảy ra ở thiết bị 10-H-2001
21
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
+Reforming thứ cấp: xảy ra ở thiết bị 10-R-2003
*) Reforming sơ cấp:
Nguyên liệu đầu vào là khí tự nhiên đã qua công đoạn loại bỏ lưu huỳnh, hàm
lượng lưu huỳnh xuống dưới 0,05 phần triệu.
Thông số nguyên liệu đầu vào:
+Nhiệt độ: T=525OC
+Áp suất: P=34,8 barg
+Thành phần dòng nguyên liệu vào sau khí đã trộn khí tự nhiên với hơi nước
(tham khảo số liệu ở bản vẽ PFD):
Bảng 2: Thành phần dòng nguyên liệu vào quá trình reforming
Thành phần Lưu lượng (Nm3/h) Nồng độ mol (%)
H2 1324 3,97
N2 524 1,57
CO2 74 0,22
Ar 6 0,02
CH4 26241 78,72
C2H6 4585 13,76
C3H8 503 1,51
n-C4H10 31 0,1
i-C4H10 34 0,1
C5+ 9 0,03
H2O 108210
Các phản ứng diễn ra trong quá trình:
(1) CnHm + H2O Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q
(2) CH4 + 2H2O CO + 3H2 – 206,8 KJ/mol
(3) CO + H2O CO2 + H2 + 40,5 KJ/mol
22
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Phản ứng (1), hydrocacbon bậc cao chuyển hóa từng bậc xuống thành
hydrocacbon bậc thấp và cuối cùng chuyển thành metan và tiếp tục được chuyển hóa ở
phản ứng (2).Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở 500oC và đối với
metan phản ứng bắt đầu xảy ra ở 600oC.
Phản ứng (1) và (2) là những phản ứng thu nhiệt mạnh còn phản ứng (3) là phản
ứng tỏa nhiệt nhẹ. Phản ứng chính xảy ra là phản ứng (2), do vậy quá trình này là thu
nhiệt, quá trình chuyển hóa cho hiệu suất cao khi nhiệt độ cao và áp suất thấp. Cũng từ
phản ứng (1) & (2) ta thấy lượng hơi nước cần dung dư để đạt độ chuyển hóa cao.Tuy
nhiên lượng hơi dư quá nhiều sẽ tốn kém và có thể gây ảnh hưởng đến xúc tác nên ta
nên dung một lượng hơi nước dư thích hợp.Trong sản xuất người ta duy trì tỉ lệ steam/
cacbon là 2,9.
Trong reforming sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạng
gián tiếp từ lò đốt. Sự chuyển hóa trong reforming sơ cấp sẽ được điểu chỉnh sao cho
không khí sẽ cấp nhiệt cho reforming thứ cấp để đảm bảo yêu cầu tỷ lệ H2/N2 là 3/1.
Điểu này còn phải khống chế lượng metan như là khí trơ trong khí tổng hợp ở mức
càng thấp càng tốt. Hàm lượng metan trong khí công nghệ được không chế bằng hằng
số cân bằng của phản ứng (2) theo lý thuyết và theo thực tế. Tỷ lệ chuyển hóa thích
hợp khi nồng độ metan còn khoảng từ 7-15%. Đối với cân bằng của phản ứng (2) hàm
lượng metan giảm đi khi tăng nhiệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất.
Có 2 trường hợp vận hành cho hàm lượng metan ở đầu ra của thiết bị reforming
sơ cấp là khác nhau:
+Khi vận hành với thiết bị thu hồi hydro (HRU) làm việc và sử dụng khí thải đã
được xử lí như là khí nguyên liệu cho reforming thì khí công nghệ ra khỏi reforming ở
khoảng nhiệt độ là 780oC và hàm lượng metan khoảng 15% mol tính theo khí khô.
+Khi vận hành mà thiết bị thu hồi hydro không làm việc và sử dụng khí thải
không được xử lí như là khí nhiên liệu cho reforming thì khí công nghệ ra khỏi
reforming ở nhiệt độ khoảng 800oC và hàm lượng metan khoảng 13% mol tính theo
khí khô.
23
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Trên thực tế nhà máy Đạm Phú Mỹ vận hành ở trường hợp 1.
Trong khi vận hành reforming sơ cấp các bon có thể một phần phía ngoài và
phía trong xúc tác theo phản ứng phân hủy HC ở nhiệt độ cao. Cacbon nằm phiá ngoài
hạt xúc tác sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong lớp xúc tác và phía trong hạt xúc tác và
như vậy sẽ làm giảm hoạt tính của xúc tác và độ bền cơ học của nó.
Theo nhiệt động học, việc hình thành cacbon sẽ không thể xảy ra ở điều kiện
nếu cân bằng đạt đến từng bước. Nếu xúc tác bị nhiễm độc ví dụ như sulphur, nó sẽ bị
mất hoạt tính và việc hình thành cacbon có thể xảy ra.Ngoài ra việc hình hành cacbon
có thể xảy ra khi tỉ lệ hơi nước/ cacbon thấp hoặc xúc tác không được hoàn nguyên
trọn vẹn hoặc một phần bị oxy hóa hoặc quá trình cấp nhiệt từ lò đốt không được đồng
đều gây quá nhiệt cục bộ ở một số điểm.
Hỗn hợp khí tự nhiên và hơi nước sau khi được cấp nhiệt ở thiết bị trao đổi
nhiệt 10-E-2001 ở khoảng 535oC, 34,8 barg và đi vào đỉnh của các ống thẳng đứng
chứa xúc tác và đi ra khỏi ống ở nhiệt độ 783oC, 30,9 barg. Khí công nghệ được dẫn
trực tiếp đến thiết bị reforming thứ cấp.
Nhiệt cung cấp cho quá trình reforming sơ cấp được cấp gián tiếp thông qua lò
đốt. Khí nhiên liệu cho lò đốt reforming được cũng cấp theo 2 nguồn riêng biệt, một
nguồn là khí tự nhiên (khí sơ cấp) và một là khí off-gas (nguyên liệu thứ cấp). Khí off-
gas là hỗn hợp của khí thải từ bộ phận tách CO2 dùng hóa chất MDEA, khí off gas từ
bộ phận thu hồi hydro và khí tổng hợp dư được lấy từ đầu nguồn của máy nén khí tổng
hợp.
*) Reforming thứ cấp:
-Thông số đầu vào: T=783oC, P=30,9 barg:
Thành phần khí công nghệ đưa vào như bảng sau:
24
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Bảng 3: Thành phần khí công nghệ
Thành phần Lưu lượng (Nm3/h) Phần mol (%)
H2 70549 65,09
N2 524 0,48
CO 9630 8,88
CO2 11616 10,72
Ar 6 0,01
CH4 16068 14,82
H2O 75945
Khí công nghệ đi ra khỏi reforming sơ cấp được trộn với dòng không khí đã
được cấp nhiệt lên đến 550oC ở thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2002.Tại phía trên thiết bị
reforming thứ cấp xảy ra phản ứng cháy nâng nhiệt độ hỗn hợp khí lên khoảng 1100oC
trước khi đi xuống lớp xúc tác phía dưới thiết bị.
Phản ứng cháy chính xảy ra:
CH4 + 2O2 2H2O + CO2 +Q
2H2 + O2 2H20 +480KJ/mol
Trong reforming thứ cấp nhiệt cho phản ứng reforming được cung cấp trực tiếp
từ quá trình đốt khí công nghệ với không khí ở phía trên của thiết bị.Trong khoảng
không gian trống phía trên của thiết bị reforming thứ cấp người ta lắp béc đốt 10-J-
2001, tại đó không khí trộn một phần vào khí công nghệ. Ở đây xảy ra chủ yếu là phản
ứng cháy quả là nhiệt độ tăng lên. Từ không này, khí công nghệ đi qua lớp xúc tác
phía dưới mà ở phản ứng reforming xảy ra hoàn toàn và làm nguội hỗn hợp khí. Nhiệt
độ hỗn hợp khí ra khỏi reforming thứ cấp vào khoảng 958oC và hàm lượng metan chỉ
còn lại khoảng 0,6% mol tính theo khí khô.
Khí ra khỏi reforming thứ cấp chứa khoảng 13,5% mol CO và 7,5% mol CO2,
chính vì vậy sẽ có nguy cơ hình thành muội cacbon theo phản ứng Boudouard như sau:
2CO CO2 + C
25
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Khi hỗn hợp khí nguội xuống.
Dưới việc lựa chọn điều kiện phản ứng, phản ứng có thể thực hiện ở nhiệt độ
thấp hơn 790oC và trên 500-560oC do điều kiện cân bằng và điều kiện thực tế, dưới
nhiệt độ này phản ứng xảy ra chậm.
c) Thu hồi nhiệt thừa
Nhiệt thừa của khói thải từ buồng bức xạ nhiệt trong reformer sơ cấp và của khí
công nghệ đi ra từ reformer thứ cấp được dùng để hâm nóng các dòng công nghệ khác
nhau và tạo ra hơi nước siêu cao áp.
- Thu hồi nhiệt thừa khói thải
Bộ gom khói thải từ hai buồng bức xạ nhiệt đi vào công đoạn thu hồi nhiệt thừa
khói thải, tại đây nhiệt thừa khói thải được sử dụng để:
+ Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hơi nước trước khi đi vào reformer sơ cấp.
+ Hâm nóng không khí công nghệ cho reformer thứ cấp 10-R-2003.
+ Quá nhiệt cho hơi nước cao áp
+ Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hoàn trước khi đi vào hydrohoá/
hấp phụ sulphur 10-R-2001.
+ Hâm nóng nước cấp nồi hơi của công đoạn thu hồi nhiệt thừa công nghệ.
Tại đầu ra nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng 162 oC.
Công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải được nối với ống khói thông qua quạt
khói 10-K-2001. Nó hút khói ra môi trường thông qua ống khói reforming 10-SK-
2001.
- Thu hồi nhiệt thừa công nghệ
+ Khí công nghệ rời công đoạn reforming đi vào lò hơi nhiệt thừa, 10-E-2008
và bộ quá nhiệt hơi nước 10-E-2009.
+ Hơi nước bảo hoà ở áp suất 118 barg được sinh ra trong 10-E-2008.
26
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
+ Trong 10-E-2009 hơi nước được quá nhiệt từ 324 lên 376 oC.
+ Bao hơi 10-V-2001 được dùng chung cho 10-E-2008/2010 và lò hơi nhiệt
thừa tổng hợp amoniắc 10-E-5001.
+ Khí công nghệ được làm nguội đến 360 oC trong bô quá nhiệt 10-E-2009
trước khi đi vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004.
d) Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Nguyên liệu khí tự nhiên ban đầu ở 36oC và áp suất 24, 5 barg đi vào đầu hút của
máy nén khí tự nhiên 10-K-4011. Máy nén khí tự nhiên K-4011 là máy nén li tâm và
được kéo bằng môtơ điện. Máy nén này chỉ hoạt động khi áp suất khí tự nhiên thấp
hơp 38 barg. Tại đầu ra của máy nén khí tự nhiên có nhiệt độ là 68,6 oC, áp suất 39,2
barg đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2004-2 ở lò khí thải reformer sơ cấp. Nhiệt độ
khí đi ra khỏi E-2004-2 là 350oC, khí tự nhiên được trộn với một dòng khí hydro từ
cụm thu hồi hydro có nhiệt độ 47oC, áp suất 43,6 barg. Hỗn hợp khí sau khi trộn đi vào
thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2004-1 nâng nhiệt độ lên đến 400oC, áp suất lúc này là 38,
2 barg đi vào cụm khử hydro. Ở cụm này gồm 3 thiết bị: thiết bị hydro hóa R-2001,
hỗn hợp khí đi vào thiết bị này, các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ sẽ được đưa về dạng
H2S nhờ xúc tác hydro hóa. Sau đó hỗn hợp khí sẽ được chuyển qua hai thiết bị hấp
thụ H2S R-2002-A/B, hỗn hợp khí đi ra khỏi hai thiết bị này có nồng độ lưu huỳnh chỉ
còn 0,05 ppm có nhiệt độ là 390oC. Dòng hơi nước cao áp ở 370oC và 38 barg đến từ
turbine hơi nước chạy máy nén khí tổng hợp 10-STK-4031 cùng với một dòng hơi cao
áp đến từ tháp T-7001 sẽ được trộn với dòng khí ra khỏi 10-R-2002B. Hỗn hợp khí sau
khi trộn sẽ được đưa sang thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2001 nâng nhiệt độ lên 535oC rồi
được dẫn vào các ống xúc tác của reformer sơ cấp. Ở đây xảy ra quá trình chuyển hóa
khí tự nhiên bằng hơi nước, quá trình này là quá trình thu nhiệt nên nhiệt cấp cho các
phản ứng được cấp gián tiếp từ lò đốt reformer. Nhiệt được truyền bằng bức xạ nhiệt
qua thành ống xúc tác và bằng đối lưu nhiệt giữa khí công nghệ với khí thải của lò đốt.
Trong các ống xúc tác reformer, phần lớn khí tự nhiên sẽ tác dụng với hơi nước thành
khí tổng hợp. Nồng độ khí metan tại đầu ra của reformer sơ cấp là 15%. Dòng khí
công nghệ ra khỏi thiết bị chuyển hóa reformer sơ cấp có nhiệt độ 783oC áp suất 30,9
27
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
barg sẽ đi vào thiết bị chuyển hóa reformer thứ cấp. Một dòng không khí từ đầu ra của
máy nén không khí 10-K-4021 ở 172oC và 32,4 barg được cấp nhiệt lên đến 550oC qua
hai thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2002-2 và 10-E-2002-1 đi vào thiết bị reformer thứ cấp.
Không khí trộn với dòng khí công nghệ thông qua béc đốt. Phía trên của reformer thứ
cấp xảy ra các phản ứng cháy giữa metan, hydro với oxy. Các phản ứng này tỏa nhiệt
mạnh, nâng nhiệt độ hỗn hợp khí lên đến khoảng 1100oC, nhiệt độ này đủ để cung cấp
cho quá trình chuyển hóa reforming phía dưới của thiết bị reformer thứ cấp. Không khí
có tác dụng cấp oxy cho các phản ứng cháy và cung cấp nitơ nguyên liệu cho quá trình
tổng hợp amoniac. Khí công nghệ sau khi ra khỏi thiết bị chuyển hóa thứ cấp có nồng
độ khí metan đạt yêu cầu là 0,6% mol tính theo mol khí khô. Nhiệt độ khí lúc này là
958oC, áp suất 30,4 barg. Được dẫn ngay vào thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2008 ngay sát
thiết bị chuyển hóa thứ cấp và thiết bị 10-E-2009 để tận dụng nhiệt sản xuất hơi nước
siêu cao áp. Dòng khí công nghệ trước khi đi vào cụm chuyển hóa CO có nhiệt độ
360oC ở 30,2 barg.
Khí nhiên liệu cung cấp cho quá trình đốt ở lò reformer sơ cấp bởi hai ống góp
riêng biệt, một cho khí tự nhiên (nhiên liệu sơ cấp) 30oC, áp suất 5 barg với lưu lượng
là 11272 Nm3/h và một cho khí off-gas (nhiên liệu thứ cấp). Nguồn khí off-gas là khí
được nhả từ công đoạn tách CO2 cao áp, khí tách ra từ công đoạn thu hồi hydro và khí
off-gas từ cụm thu hồi amoniac.Tất cả các nguồn khí off-gas được dùng làm khí nhiên
liệu, nó được đốt trong các bec đốt riêng biệt và cân bằng bởi khí tự nhiên. Việc đốt
trong reformer sơ cấp được điều chỉnh sao cho lượng metan ra khỏi reformer thứ cấp
khoảng 0,6% mol tính theo khí khô. Chú ý là phải khống chế quá trình đốt sao cho
nhiệt độ của khí tại đầu ra của các ống xúc tác là như nhau. Reforming sơ cấp bao gồm
hai buồng bức xạ nhiệt, mỗi buồng đốt đặt một hàng ống xúc tác tại các đường tâm.
Các bec đốt được lắp trên 6 dãy cho mỗi buồng. Các buồng đốt lắp 480 béc đốt, các
béc đốt được lắp với khoảng cách như nhau trong mỗi buồng đốt, sự sắp xếp này và
với một số lượng lớn béc đốt sẽ dễ dàng kiểm soát được profile nhiệt độ dọc theo các
ống xúc tác và phân phối nhiệt độ đồng nhất dọc theo chiều dài buồng đốt. Người ta có
thể điều chỉnh profin cháy dọc theo ống xúc tác bằng các van điều tiết tại phía trước
của mỗi ống góp khí nhiên liệu. Khói thải rời khỏi hai buồng đốt reformer sơ cấp ở
28
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
nhiệt độ khoảng 1027oC. Nhiệt của khói thải được sử dụng cho mục đích hâm nóng
trong công đoạn thu hồi nhiệt thải của reforming sơ cấp. Sau khi qua công đoạn thu
hồi nhiệt thừa, khói thải được chuyển qua cụm thu hồi CO2 từ khỏi thải hoặc xả ra
ngoài không khí qua ống khói 10-SK-2001 nhờ quạt khói 10-K-2001. Quạt khói tạo áp
suất trong buồng đốt reformer sơ cấp 0,025 bar thấp hơn áp của khí quyển. Độ chân
không thấp để tránh rò khói thải ra xung quanh.
II.2. Cấu tạo thiết bị reforminga) Thiết bị reforming sơ cấp:
Thiết bị reforming sơ cấp gồm có 180 ống xúc tác được đặt trong 2 buồng bức
xạ nhiệt, các bec đốt được lắp trên 6 hàng mỗi buồng, các buồng đốt có 480 bec đốt.
Các bec đốt được lắp với khoảng cách như nhau trong mỗi buồng đốt. Sự sắp
xếp này sẽ dễ dàng kiểm soát được profile nhiệt độ dọc theo chiều cao các ống xúc tác
và phân phối nhiệt độ đồng nhất dọc theo chiều dài buồng đốt.
Một phần nhiệt cháy phát ra từ các bec đốt truyền cho các ống xúc tác bằng bức
xạ nhiệt từ vách và bằng đối lưu nhiệt do khói thải. Phần còn lại (ngoại trừ tổn thất
nhiệt) rời khỏi buồng đốt khói thải.
Bên trong mỗi buồng bức xạ nhiệt là lớp gạch chịu lửu.Với nhiệt độ trong
buồng gần 1000oC thì thời gian làm việc của thiết bị khoảng 10000h.
*) Các thông số kỹ thuật khí thiết bị hoạt động:
-Áp suất: áp suất vận hành bình thường như sau:
+ P đầu vào (PI-2051): 34,8 barg
+ Tổn thất áp suất, PDI-2052: <4 barg
+ P buồng đốt, PIC-2031: duy trì ở áp suất -5mmH2O
Điều cần thiết là phải giữ áp suất vận hành thấp, nếu có khuynh hướng tăng quá
nhanh, các tình trạng bất thường có thể xảy ra như kết tụ cacbon, xúc tác bị nát, mất
hoạt tính.
29
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Trong trường hợp này, cần thiết phải duy trì vận hành tạm tời bằng cách tăng tỷ
lệ hơi nước/cacbon.Thêm vào đó cũng phải phân tích khí công nghệ và hơi nước cao
áp tại đầu ra bao hơi để phát hiện nguyên nhân bất thường và tìm cách điều chỉnh
chúng.
-Nhiệt độ: Nhiệt độ vận hành bình thường như sau:
+Nhiệt độ đầu ra bộ TĐN 10-E-2001: 535OC
+Nhiệt độ bộ gom khí nóng: 783OC
+Nhiệt độ đầu ra bộ hâm nóng không khí 10-E-2002-1: 550OC
+Nhiệt độ thiết kế vỏ của ống xúc tác là 884oC
Mặc dù vỏ ống xúc tác có thể vận hành an toàn ở 884oC và 35 barg nhưng nên
giữ ở nhiệt độ càng thấp càng tốt, tương ứng với mức độ chuyển hóa để đảm bảo thời
gian vận hành lâu dài.
Khi nhiệt độ vỏ ống xúc tác tăng vượt quá nhiệt độ thiết kế ở áp suất thiết kế,
thời gian vận hành sẽ giảm xuống. Việc thay đổi nhiệt độ của vỏ từ ống này đến ống
khác có thể là do đốt không đều, xúc tác bị ngộ độc lưu huỳnh, hình thành cacbon hoặc
chênh lệch áp suất khác nhau ở mỗi ống.
Đây là sơ đồ thiết bị reforming sơ cấp:
30
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 4: Thiết bị Reforming sơ cấp
b) Thiết bị reforming thứ cấp:
Thiết bị có cấu tạo hình trụ rỗng, phía trên nhỏ, phía dưới lớn. Trong reforming
thứ cấp, không khí công nghệ và khí từ reforming sơ cấp được trộn với nhau trong 10-
J-2001 đặt phía trên của thiết bị phản ứng. Tại đây xảy ra phản ứng cháy đê nâng nhiệt
độ lên đến 1000-1100oC.Phía dưới thiết bị reforming thứ cấp là lớp xúc tác được đổ
đầy. Bên ngoài thiết bị reforming thứ cấp được sơn màu xanh đậm, khi có sự quá nhiệt
xảy ra trong thiết bị thì màu sơn bên ngoài sẽ bị thay đổi tùy theo khoảng nhiệt độ
khác nhau từ đó giúp ta có thể dễ dàng nhận ra và kiểm soát điểm quá nhiệt để có biện
pháp xử lý kịp thời.
31
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 5: Thiết bi Reforming thứ cấp
*) Các thông số kỹ thuật khi thiết bị hoạt động:
- Áp suất: áp suất không ảnh hưởng nhiều đến phản ứng trong thiết bị reforming thứ
cấp, áo suất đầu vào là 30,9 barg và áp suất đầu ra là 30,4 barg.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ vận hành như sau:
+ Nhiệt độ đầu ra refprming sơ cấp: 958oC
+ Nhiệt độ vỏ reforming sơ cấp: 160oC
32
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Nhiệt độ đầu ra thứ cấp phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ đầu vào của khí công
nghệ từ reforming sơ cấp và lưu lượng của khí công nghệ.Nói một cách khác, lưu
lượng không khí công nghệ sẽ kiểm soát tỉ lệ H2/N2 là 3/1 của khí đầu vào máy nén khí
tổng hợp. Nhiệt độ đầu ra của còn phụ thuộc vào hàm lượng metan dư tại đầu ra của
reforming sơ cấp.Nếu nhiệt độ đầu ra của reforming thứ cấp quá cao thì cần thiết phải
giảm quá trình đốt của reforming sơ cấp.
Lớp sơn cảm ứng nhiệt được phủ lên vỏ của reforming thứ cấp và đường ống
dẫn khí công nghệ trước khi đi vào công đoạn chuyển hóa CO.
Phản ứng cháy xảy ra phía trên thiết bị tỏa nhiệt làm nhiệt độ hỗn hợp tăng
mạnh và rất cao nên bề mặt phía bên trong của thiết bị reforming thứ cấp, người ta
phải lát thêm một lớp gạch chịu nhiệt. Nhiệt độ bề mặt (Vỏ) của thiết bị khoảng 160 oC
(thiết kế tối đa là lớp vỏ chịu được nhiệt độ tối đa là 300oC).Khuyết tật ở lớp gạch chịu
lửa có thể dẫn tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thiết kế và điều này có thể gây ra nhưng
thiệt hại về vỏ. Reforming thứ cấp được sơn một lớp sơn nhạy cảm nhiệt mà có thể
thay đổi màu sắc theo nhiệt độ của lớp vỏ để từ đó ta có thể đưa ra những biện pháp xử
lý thích hợp nhằm bảo vệ thiết bị và sự thay đổi nhiệt độ chỉ rõ khoảng nhiệt độ mà lớp
sơn phải chịu đựng, màu gốc là màu xanh dương. Khoảng màu của lớp sơn như sau:
+ Khoảng màu xanh dương: 160-200oC
+ Khoảng màu xanh đậm: 200-315oC
+ Khoảng màu trắng: 315-4800C
Nếu sự thay đổi màu sắc được nhìn thấy, việc làm lạnh lớp vỏ bình reformer
bằng không khí , hơi nước thấp áp hoặc nước là cần thiết cho đến khi việc sửa chữa có
thể thực hiện.
II.3. Xúc tác reforming
a) Xúc tác reforming sơ cấp
33
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Bảng 4: Xúc tác Reforming sơ cấp
Xúc tác R-67R-7H RK-211 RK-201 or RK-
69-7H
R-67-7H
Chất mang MgAl2O4 MgAl2O4 MgAl2O4 MgAl2O4
Chất hoạt
động
Ni Ni NiO NiO
Chất hoạt
hóa
Không có K2O K2O Không có
Hình dạng: 7
lỗ
HxD, mm
16x11 16x11 16x11 16x11
20x13
Reforming sơ có tổng cộng 180 ống xúc tác reformer được lắp đặt trong hai buồng bức
xạ nhiệt.Phần trên của các ống xúc tác được nạp loại RK-211& RK-201, trong khi
phần đáy của các ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H.
Chất xúc tác đã được khử bền trong không khí đến nhiệt độ 80oC.Nếu nó được
tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hóa, nhưng nhiệt độ sẽ không
ảnh hưởng gì đến xúc tác.
Chất xúc tác RK-201 bảy lỗ là một loại xúc tác kiềm tăng hoạt tính với hoạt
tính xúc tác cao đối với quá trình reforming khí nguyên liệu từ khí tự nhiên đến khí
đồng hành hóa lỏng.
RK-211 là dạng khử của RK-201, mà được tăng hoạt tính bởi các kim loại
hiếm. Sự khử được kiểm soát chặt chẽ.
Xúc tác bị ngộ độc bởi các nguyên nhân sau:
34
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
+ Ngộ độc bởi lưu huỳnh: quá trình xử lí lưu huỳnh ở công đoạn khủ lưu huỳnh không
đạt yêu cầu, hàm lượng lưu huỳnh lơn hơn 0,05 phần triệu sẽ làm cho xúc tác bị giảm
số tâm hoạt động và dẫn bị mất hoạt tính xúc tác.
+ Kết tủa cacbon: Kết tủa cacbon trong xúc tác có thể do các lý do sau đây:
. hoạt tính xúc tác không hiệu quả ở điều kiện vận hành bình thường do hoàn
nguyên không hiệu quả hoặc bị ngộ độc lưu huỳnh.
. Vận hành ở điều kiện bất thưtạiờng: tỷ lệ steam/carbon quá thấp; quá nhiệt tại
đỉnh reformer sơ cấp gây ra khuynh hướng phản ứng cracking nhiệt; Qúa tải, phụ tải
cao hơn áp suất riêng phần của các hydrocacbon bậc cao sẽ gây nguy cơ cracking
nhiệt; quá trình đốt không đồng đểu tại các bec đốt reforming gây quá nhiệt cục bộ tại
một vài điểm trên ống xúc tác.
b) Xúc tác reforming thứ cấp:
Reforming thứ cấp được nạp xúc tác RKS-2-7H. với chất mang là MgAl2O4 ,
thành phần hoạt tính là Ni, dạng 7 lỗ, kích thước 16×11, mm
Lớp xúc tác nằm trên hai lớp của các hạt nhôm với kích cỡ khác nhau và lưới
nhôm được đặt trên đỉnh của lớp xúc tác để giữ chất súc tác khỏi bị rung động và bảo
vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc với ngọn lửa.
Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400oC-1500OC
Chất xúc tác đã được hoạt hóa không được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt
độ lớn hơn 1000C gây nên phát nhiệt. Vì nhiệt độ tạo ra do phản ứng oxy hóa không
được giải phóng khỏi bình reformer thứ cấp, nó có thể dẫn đến tình trạng quá nhiệt và
phá hủy chất xúc tác.
II.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình reforming
a) Lưu lượng khí tự nhiên
35
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Nếu lưu lượng khí tự nhiên đến reformer sơ cấp quá thấp: khi lưu lượng khí tự
nhiên giảm thì lượng nhiệt được hấp thụ bởi phản ứng reforming thu nhiệt sẽ giảm
tương ứng. Do đó, các ống tuýp trong reformer sơ cấp và hệ thống phía dưới nguồn
của reformer này có thể bị quá nhiệt.
b) Lưu lượng hơi nước
Nếu lưu lượng hơi nước quá thấp đến reforming sơ cấp: khi lưu lượng hơi nước
đầu vào giảm xuống, tỷ lệ hơi nước/cacbon sẽ giảm theo, điều này gây nên hình thành
cacbon trên bề mặt chất xúc tác reformer sơ cấp. Lưu lượng quá thấp đến reformer sơ
cấp có thể gây nên rối loạn phân phối dòng chảy giữa các ống reformer, và do vậy, các
ống tuýp reformer với lưu lượng quá thấp sẽ bị quá nhiệt.
c) Tỷ lệ hơi nước/cacbon
Nếu tỷ lệ hơi nước/cacbon quá thấp, cacbon có thể hình thành trên bề mặt xúc
tác của reformer sơ cấp.
d) Áp suất khí tự nhiên nhiên liệu quá thấp
Nếu áp suất trong đầu nguồn nguyên liệu khí tự nhiên là quá thấp, sự cháy
ngược vào trong mỏ đốt có thể xảy ra.Các mỏ đốt có thể bị tắt và khí tự nhiên rò rỉ đến
lò đốt dẫn đến nguy cơ gây cháy nổ.
e) Sự thông gió trong reformer sơ cấp
Sự thông gió trong reformer quá thấp, áp suất lò đốt tăng cao hơn áp suất bên
ngoài môi trường, khí đốt thải nóng (1000oC) sẽ rò rỉ ra rất nhiều nơi khác nhau.Điều
này rất nguy hiểm cho nhân viên vận hành, tạo hỗn hợp nổ với không khí bên ngoài
hoặc gây thiệt hại đến vỏ thép của reformer.
f) Tỷ lệ gas/air
Nếu tỷ lệ gas/air mà thấp thì lượng không khí cấp cho lò phản ứng reforming
thứ cấp sẽ thừa oxy do đó sẽ gây quá nhiệt và làm hỏng xúc tác lẫn thiết bị. Ngoài ra
còn ảnh hưởng tới tỷ lệ hydro/nito.
36
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
III. CHUYỂN HOÁ CO
III.1. Tổng quan công nghệ
III.1.1. Mô tả công nghệ tổng quát
Cacbon monoxit trong khí quá trình rời khỏi bộ phận reforming được chuyển hoá
thành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO trong thiết bị phản ứng
10-R-2004 và 10-R-2005 theo phương trình phản ứng sau:
CO + H2O ↔ CO2 + H2 + Q
Cân bằng của phản ứng chuyển hoá chuyển về phía tạo thành nhiều CO2 hơn khi ở
nhiệt độ thấp và có nhiều hơi nước hơn, tuy nhiên, tốc độ phản ứng do đó sẽ tăng nếu
ở nhiệt độ cao.
Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác
và thành phần của khí. Điều này có nghĩa là đối với phản ứng chuyển hoá CO sẽ có
một nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác và tốc độ dòng chảy, nó sẽ cho ra
một độ chuyển hoá tối ưu. Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước để
đảm bảo lượng dư CO thấp và hình thành sản phẩm phụ thấp.
Bước thứ nhất thực hiện trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004,
được lắp đặt xúc tác SK-201-2 oxit crom tăng cường bằng oxit sắt.
Xúc tác SK-201-2 có thể hoạt động liên tục trong khoảng nhiệt độ 320-500 oC.Xúc
tác còn mới nên hoạt động ở nhiệt khí đầu vào khoảng 360 oC. Sau đó, do lão hoá xúc
tác mà nhiệt độ tối ưu đầu vào tăng lên, đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 480 oC, hoạt tính xúc tác sẻ giảm từ từ. Sự lão hoá xúc tác tăng lên do ngừng máy, chủ yếu
là ngừng máy khẩn cấp.
Cốt lõi chính của phản ứng ở đây là gây ra nhiệt độ tăng lên từ 70-100 oC. Nhiệt độ
đầu ra có thể lên tới 480 °C với xúc tác này.
Bước thứ hai được thực hiện trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp, tại đây
được nạp hai loại xúc tác khác nhau.Lớp trên đỉnh là xúc tác crome LSK hoạt động
như là bảo vệ chống clo.
37
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Lượng xúc tác lớn hơn là LK-821-2, nó bao gồm oxít đồng kẽm crôm hoặc nhôm
và nó có hoạt tính cao hơn.Nó có thể được dùng ở khoảng nhiệt độ thấp 170-250 oC.Nhiệt độ đầu vào nên khống chế ít nhất trên nhiệt độ điểm sương 15-20 °C của hơi
nước để giảm tối thiểu nguy cơ ngưng tụ hơi nước.
III.1.2. Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao
Bảng 5: Xúc tác SK-201-2
Tên xúc tác SK-201-2
Dạng Viên
Kích thước, mm 6x6
Thành phần Fe/Cu/Cr (No Cr+)
Tạp chất <150
Bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004 chứa chất xúc tác SK-201-2, được
lắp đặt trong một lớp cố định. Chất xúc tác là hỗn hợp crôm oxit được tăng cường sắt
oxit dưới dạng hạt đường kính 6mm và cao 6mm, dạng 7 lỗ nhỏ. Xúc tác được phân
phối ở trạng thái oxít nên nó không ảnh hưởng bởi không khí, hơi nước, CO2 và khí
trơ ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên do quá trình tái kết tinh có thể xảy ra nên xúc tác ở dạng
oxít không nên bị nung nóng ở nhiệt độ lớn hơn 400 oC.
Xúc tác được nạp là ở trạng thái oxít cao nhất.Quá trình hoàn nguyên được thực
hiện bằng khí công nghệ có chứa hydro vào lúc khởi động công đoạn reforming.
Xúc tác không nên tiếp xúc với khí hydro hoặc CO khô, chúng có thể làm hỏng xúc
tác.
Khi còn mới, xúc tác có thể hoạt động nhiệt độ khí đầu vào là 350 oC. Sau nhiệt độ
tối ưu đầu vào sẽ cao hơn, nhưng đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 460 oC, hoạt
tính xúc tác sẽ không ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ.
Xúc tác lạnh đi có thể gia nhiệt bằng hơi nước kể cả khi oxyhoá và hoàn nguyên.
38
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Các giọt nước ngưng tụ trên xúc tác nóng có thể làm phân huỷ xúc tác.Xúc tác rất
nhạy cảm với muối vô cơ có thể được hình thành trong hơi nước.Nồng độ Clo nhỏ hơn
10 ppm trong khí đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác.
Do chất xúc tác đã được hoạt hoá có tính tự bốc cháy, nó phải được vận chuyển
một cách hết sức cẩn thận trong khi dở xúc tác.
III.1.3. Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp
Bảng 6: xúc tác chuyển hóa CO nhiệt độ thấp
Tên xúc tác LSK LK-821-2
Dạng Ống tròn Ống tròn
Kích thước, mm 4.5x4.5 4.5x3.4
Thành phần Cu/Zn/Cr Cu/Zn/Al
Hai chất xúc tác được nạp vào trong bình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp.Lớp trên
cùng là chất xúc tác nền crôm (chromium-based catalyst) (LSK).Xúc tác còn lại là LK-
821-2.Chất xúc tác LK-821-2 chứa đựng oxit đồng, và crôm hoặc nhôm.
Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp chứa tổng cộng là 35.7 M3 xúc tác.
Kiểu xúc tác LK-821-2 và LKS của Topsoe săn xuất
Xúc tác LKS bảo vệ cho xúc tác chuyển hoá CO chống lại clo và những giọt hơi
ngưng tụ.
Khi xúc tác ở trạng thái đã hoàn nguyên, thông thường nên tránh nhiệt độ trên 250 oC trừ phi xúc tác đã ở cuối đời.
Nhiệt độ vận hành bình thường nằm ở khoảng 170-250 oC.Tiếp xúc với nhiệt độ
300 oC trong thời gian ngắn sẽ không ảnh hưởng tổn hại đến xúc tác.
Vận hành bình thuờng nên thực hiện ở nhiệt độ càng thấp càng tốt. Tuy nhiên, ở
nhiệt độ gần ở điểm sương, hoạt tính xúc tác có thể bị giảm nước ngưng tụ ở bên trong
39
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
xúc tác làm giảm bề mặt tự do. Cho nên lúc vận hành nên giữ trên nhiệt độ điểm sương
của khí công nghệ 15-20 oC.
III.1.4. Thu hồi nhiệt thừa
Giữa hai thiết bị chuyển hoá CO, khí công nghệ được làm nguội bằng chuỗi các
trao đổi nhiệt: Thiết bị cân bằng nhiệt 10-E-2011, bộ trao đổi nhiệt với hơi nước 10-E-
2010 và bộ đốt nóng nước lò hơi số một 10-E-2012. Khí công nghệ được làm nguội
bằng chuỗi các trao đổi nhiệt đến nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ
thấp là 190 oC.
Sau thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp, khí công nghệ được làm nguội bằng bộ
đun nóng nước lò hơi số hai 10-E-2013, nồi đun tripper 10-E-3002 trước khi đi vào
công đoạn tách CO2.
40
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
III.2. Lưu trình công nghệ
41
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
III.2.1. Lưu trình chuyển hoá CO nhiệt độ cao
Nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao 10-R-2004 được khống chế
bằng TIC – 2079.
Nhiệt độ lớp xúc tác ở 3 mức khác nhau được đo bằng TI-2087 đến TI-2092. Nhiệt
độ đầu ra được chỉ bởi TI-2095 và nó được trang bị báo cảnh nhiệt độ cao.
Khí công nghệ từ 10-R-2004 được làm nguội trong lò hơi nhiệt thừa số 2 10-E-
2010 hoạt động song song với thiết bị cân bằng nhiệt 10-E-2011. Nhiệt độ đầu ra của
10-E-2010 được đo bằng TI-2102, nó được trang bị cảnh báo, và nhiệt độ đầu ra của
10-E-2011 được đo bằng TI-2096.
Chênh lệch nhiệt độ giữa đầu ra của 10-R-2004 và đầu ra của 10-E-2011 được chỉ
ra trên DCS bằng TDI-2085 được trang bị cảnh báo TDAH-2085.
Toàn bộ lưu lượng khí qua 10-E-2011 được khống chế bằng TV-3039B.Van điều
khiển TV-3039B được trang bị đóng cơ khí tối thiểu để tránh tích tụ nước ngưng.
Phân phối lượng nhiệt giữa 10-E-2011 và 10-E-2010 được thực hiện bởi một trong
hai van bướm đặt ở đầu ra của trao đổi nhiệt. Van bướm ở đầu ra của 10-E-2010 được
trang bị dùng tối thiểu để đảm bảo rằng lưu lượng không bị cô lập hoàn toàn.
Sau khi trộn hai dòng khí công nghệ, nhiệt độ khí đến 10-E-2012 được đo bằng TI-
2097.
Vận hành 10-R-2004 nên tối ưu hóa để chuyển hóa CO cực đại, điều này được hình
thành bằng cách thay đổi nhiệt độ đầu vào.
III.2.2. Lưu trình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp
Nhiệt độ đầu vào của thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp (10-R-2005) được điều
khiển bởi 10-TIC-2111. Bộ điều khiển này điều khiển đường tắt của bộ trao đổi nhiệt
nước đun nóng số 1 (10-E-2012 A/B).
Một van bướm được đặt tại đầu ra của bộ trao đổi nhiệt 10-E-2012 A/B nhằm đảm
bảo độ giảm áp cần thiết cho 10-TV-2111 để hoạch động đúng chức năng trong khi
nhà máy vận hành với công suất thấp.Van bướm được cung cấp với một cơ chế ngừng
42
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
cơ học tối thiểu đề duy trì lưu lượng qua bộ trao đổi nhiệt 10-E-2012 A/B khỏi bị chặn
hoàn toàn.
Nhiệt độ tại đầu vào và đầu ra của thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp và của chất
xúc tác được đo tại bốn mức khác nhau. Sơ đồ nhiệt độ trong chất xúc tác và sơ đồ
nhiệt độ gia tăng dọc theo bình chuyển hoá là kim chỉ nam cho hoạch động của chất
xúc tác. Hoạt động của chất xúc tác có thể được kiểm tra bởi quá trình phân tích CO
được thực hiện bởi máy phân tích 10-AI-2076 hoặc qua các mẫu xét nghiệm được thực
hiện bởi 10-AP-2566.
Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp có thể bị cô lập giữa các van 10-HV-2081 và
van 10-HV-2082 và đường gần qua van 10-HV-2083. 10-R-2005 bị cô lập bởi chuỗi
khoá liên động I-205.
Chất xúc tác trong bình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp có thể bị tổn hại nếu có sự
hiện diện nước trong dòng khí quá trình tại đầu vào của bình chuyển hoá hoặc quá
trình ngưng tụ nước xảy ra trên chất xúc tác. Chính vì vậy, nhóm an toàn khoá liên
động IS-3 sẽ kích hoạt I-205 để cô lập bình chuyển hoá 10-R-2005 bởi vì hơi nước bảo
vệ sau đó được phép đưa vào bộ trao đổi nhiệt tiền gia nhiệt không khí quá trình 10-E-
2002, điều này sẽ gia tăng nhiệt độ điểm ngưng tụ (dew point) của khí quá trình. Thiết
bị chuyển hóa 10-R-2005 có thể bị cô lập bởi kích hoạch bằng tay I-205. Phương tiện
này được sử dụng trong khởi động và ngưng hoạch động nhà máy.
Trong khi bị cô lập khỏi dây chuyền công nghệ, thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ
thấp có thể được nối với hệ thống tuần hoàn nitơ.Công tác này được thực hiện trong
gia nhiệt và trong việc khử chất xúc tác.
Trong quá trình gia nhiệt, nếu nhóm khoá liên động (IS-1) của reformer sơ cấp bị
ngắt, hoặc nếu nhóm an toàn khoá liên động của bộ phận tách CO2 (IS-5) bị ngắt, khí
quá trình sẽ được tháo ra một cách tự động thông qua van điều khiển áp suất 10-PV-
2076, được đặt tại đầu ra của bình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp.
43
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
III.3. Thiết bị phản ứng
III.3.1. Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao R-2004
44
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 6: Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao
A: đầu vào kích thước 24 inch
B: đầu ra kích thước 24 inch
H1: cửa tay, có thể thò tay vào hoặc quan sát 16 inch
H2: cửa tay, có thể thò tay vào hoặc quan sát kích thước 12 inch
M1: cửa người kích thước 24 inch
T1-6: là 6 thiết bị đo nhiệt độ kích thước 1.5 inch
S: van an toàn kích thước 2 inch
III.3.2. Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp R-2005
45
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 7: Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp
A: đầu vào kích thước 24 inch
B: đầu ra kích thước 24 inch
H1: cửa tay, có thể thò tay vào hoặc quan sát 16 inch
H2: cửa tay, có thể thò tay vào hoặc quan sát kích thước 22 inch
M1: cửa người kích thước 24 inch
T1-8: là 8 thiết bị đo nhiệt độ kích thước 1.5 inch
S: van an toàn kích thước 3 inch
46
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
III.3.3 Cấu tạo vùng vật liệu bảo vệ lớp xúc tác trong thiết bị
Hình 8: mô tả vùng vật liệu bảo vệ xúc tác
Với Dp = 1804mm
H = 620 mm
D2 =2255mm
Vùng bảo vệ xúc tác có cấu tạo gồm 2 lớp lưới thép chắn như hình vẽ và ở giữa
dùng lớp bi nhôm đường kính 1 inch, còn với thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp thì
bi này là chất liệu ceramic.
III.4. Một số vấn đề khi vận hành
III.4.1. Các nguyên nhân gây ngộ độc xúc tác:
47
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Silica, Phosphorous Alkali ảnh hưởng: làm kín các lỗ mao quản
Chlorine, Sulphur ảnh hưởng: làm giảm hoạt tính xúc tác
Quá nhiệt trong thiết bị, quá nhiệt cục bộ vượt qua giới hạn chịu nhiệt của xúc tác
Lưu huỳnh có trong khí công nghệ chưa được làm sạch tới mức đạt yêu cầu chống ngộ
độc cho xúc tác
Hơi nước chứa muối kim loại cũng có khả năng làm ngộ độc xúc tác
Clo là nguyên nhân gây ngộ độc cực mạnh với xúc tác trong thiết bị chuyển hoá CO
nhiệt độ thấp, do vậy trong thiết bị này cần 2 lớp xúc tác với lớp trên để bảo vệ cho lớp
xúc tác đắt tiền ở dưới.
III.4.2. Nhiệt ảnh hưởng tới phản ứng
Quá trình tăng nhiệt ra khỏi 10-R-2004 và 10-R-2005 thì phải xem lại thiết bị
trước vì độ chuyển hoá tăng lên là điều không xảy ra với xúc tác đang vận hành, nếu
nhiệt độ giảm thì có thể là do độ chuyển hoá giảm trong thiết bị, kiểm tra lại các vấn
đề và có thể xúc tác gặp sự cố.
III.4.3. Tỉ lệ hơi nước trong hỗn hợp khí công nghệ
Tỉ lệ hơi nước cao sẽ làm tăng áp suất riêng phần và tăng nhiệt độ điểm sương gây
dễ ngưng tụ và dẫn đến nhiệt độ công nghệ sẽ không an toàn nữa.
Hơi nước ngưng tụ trong xúc tác sẽ nằm trong xúc tác và khi bốc hơi gây vỡ xác
tác làm tăng trở lực cục bộ với dòng khí gây giảm chuyển hoá do quá trình di chuyển
không đều.
48
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
IV. TÁCH CO2
IV.1. Tổng quan về quá trình tách CO2
Khí công nghệ sau khi qua quá trình chuyển hóa CO được đưa sang tách CO 2
nhằm phục vụ 2 mục đích:
- Loại bỏ cấu tử không cần thiết và ảnh hưởng không tốt đến tổng hợp NH3
- Thu CO2 cấp cho quá trình tổng hợp Ure.
Tách CO2 bằng phương pháp hấp thụ sử dụng dung dịch MDEA đã hoạt hóa với thành
phần:
- MDEA (metyl dietanol amine): chiếm 37-38% khối lượng.
- Piperazine: chất hoạt hóa, vai trò tăng tốc quá trình chuyển CO2 từ pha khí vào
pha lỏng, chiếm 3% khối lượng
- Phần còn lại trong dung dịch là nước.
Các phản ứng xảy ra:
R3N + H2O + CO2 R3NH+ + HCO3- (1)
2R2NH + CO2 R2NH2+ + R2N-COO- (2)
(1) mô tả phản ứng của MDEA, (2) mô tả phản ứng của piperazine.
Quá trình thực hiện theo công nghệ hấp thụ 2 cấp của BASF, sử dụng 2 dòng dung
dịch nghèo và bán nghèo (quy ước theo nồng độ CO2 trong dung dịch).
Dung dịch nghèo là dung dịch chứa lượng CO2 gần bằng 0, đã được tái sinh bằng hạ
áp nhả hấp thụ và chưng cất.
49
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Dung dịch bán nghèo là dung dịch còn chứa nhiều CO2 do chưa qua tái sinh bằng
chưng cất.
Khí đầu vào chứa cỡ 18.2% mole CO2 (tính theo khí khô). Phần lớn CO2 được tách ở
phía dưới của tháp hấp thụ nhờ dòng dung dịch bán nghèo, phần còn lại được tách nhờ
dòng dung dịch nghèo. Ra khỏi tháp hấp thụ nồng độ CO2 còn khoảng 500 ppm (tính
theo khí khô).
IV.2. Mô tả công nghệ
Hình 9: Sơ đồ công nghệ công đoạn tách CO2
Có thể chia công nghệ thành 3 công đoạn: hấp thụ, nhả nhấp thụ và chưng tái
sinh dung môi thực hiện theo lưu trình như hình trên.
Khí công nghệ được làm lạnh đến cỡ 750C đi vào thiết bị tách nước ngưng V-
3004, sau đó đưa vào tháp hấp thụ 2 cấp. Phần dưới của tháp sử dụng dung dịch
MDEA chưa qua chưng cất tái sinh (gọi là dung dịch bán nghèo) làm dịch hấp thụ,
50
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
phần lớn CO2 được tách ở đây. Một lượng nhỏ CO2 còn lại được tách ở phía trên của
tháp bằng dung dịch MDEA đã tái sinh (dung dịch nghèo). Theo thiết kế, quá trình hấp
thụ thiếu hụt một lượng nước để điều chỉnh bằng nước bổ sung. Dòng nước rửa được
đưa vào đỉnh tháp sẽ hấp thụ lượng MDEA bị cuốn theo khí quay trở lại đồng thời đảm
bảo cân bằng nước cho quá trình. Khí ra khỏi tháp được đưa sang cụm methane hóa
tách triệt để CO và CO2.
Tháp hấp thụ vận hành ở áp suất cỡ 27.5 bar. Dịch giàu ra khỏi đáy tháp đưa
sang hệ thống giải hấp thụ gồm 2 tháp hoạt động ở áp suất cao và áp suất thấp. Mục
đích của quá trình tái sinh nhằm thu dung dịch bán nghèo và thu CO2 tinh khiết cấp
cho tổng hợp ure.
Trước khi vào tháp tách áp suất cao (5.5 bar) V-3002, dung dịch được hạ áp
xuống còn 5.9 bar nhờ turbine thủy lực HT-3001. Công sinh nhờ ở turbine sử dụng để
chạy bơm dung dịch bán thuần P-3001.
Quá trình nhả hấp thụ ưu tiên nhả phần nhẹ trước nên tại tháp tách áp suất cao
thì hầu hết toàn bộ khí trơ gồm N2, H2, CO được loại khỏi dòng khí. Để nhằm loại bỏ
triệt để các tạp khí nên người ta chấp nhận để mất một lượng CO2 vào dòng khí trơ ra
khỏi V-3002, khí này đưa sang làm nhiên liệu đốt lò reforming sơ cấp. Dòng dịch ra từ
đáy V-3002 được đẩy lên V-3001 nhờ sự chênh lệch áp suất giữa hai thiết bị.Tháp tách
áp suất thấp V-3001 vận hành ở cỡ 0.28 bar, áp suất này điều chỉnh bằng áp ở bình
tách nước ngưng V-3003 đặt ở 0.2 bar.
Dòng CO2 đi ra từ đỉnh tháp có nhiệt độ tầm 720C ở trạng thái bão hòa hơi nước
qua thiết bị làm lạnh xuống 450C và tách nước ngưng tụ, phần nước này hồi bơm trở
về V-3001 đóng vai trò như dòng nước rửa đỉnh tháp, tránh thất thoát amine và được
tháo đi khi lượng nước trong tháp vượt mức cho phép.
Dung dịch sau khi giải hấp thụ ở áp suất thấp vẫn còn chưa một lượng CO2 gọi
là dung dịch bán nghèo. Phần lớn được bơm về làm chất hấp thụ ở T-3002, phần còn
lại đưa sang tháp chưng T-3001 để tái sinh thu dung dịch nghèo cấp cho phần trên của
tháp hấp thụ. Nhiệt độ của tháp chưng được khống chế nhờ bộ trao đổi nhiệt E-3002
51
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
với dòng khí công nghệ ở đáy tháp. Tháp vận hành ở áp suất 0.34 bar. Khí ra khỏi đỉnh
tháp đưa về đáy của V-3001 nhằm tăng hiệu quả cho quá trình nhả hấp thụ.
Thành phần các dung dịch cần đảm bảo như sau:
Bảng 7: Thành phần dung dịch
Dung dịch nghèo Dung dịch bán
nghèo
Dung dịch giàu
Lưu lượng (tấn/h) 331 1825 2228
Nồng độ CO2
(%khối lượng) 0.3 5.4 7.6
CO 0 0 1 ppm
H2 0 0 16 ppm
N2 0 0 40 ppm
CH4 0 0 1 ppm
Ar 0 0 < 1 ppm
MDEA 37.6 35 34.3
Piperazine 3.0 2.8 2.7
H2O 59.1 56.8 55.4
Dòng nước rửa đỉnh tháp có lưu lượng 894 kg/h.
IV.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến cụm tách CO2
IV.3.1. Nhiệt độ dòng khí nguyên liệu
Nhiệt độ khí nguyên liệu vào tháp hấp thụ quyết định mức độ tách nước ngưng
ở V-3004. Nếu nhiệt độ này nhỏ hơn thiết kế dẫn đến tách nhiều hơn làm mất nước
trong dòng dịch có thể dẫn đến mất cân bằng nước. Khi đó cần bổ sung nước bằng
dòng nước rửa đỉnh tháp.
52
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Nếu nhiệt độ này cao hơn thiết kế dẫn đến hiệu quả tách không đạt yêu cầu, khi
đó có khả năng làm loãng dịch trong tháp.Nhiệt độ thiết kế là 750C được điều chỉnh
bằng cách điều chỉnh dòng nước làm lạnh qua E-3005.
IV.3.2. Áp suất dòng khí nguyên liệu
Quá trình hấp thụ thuận lợi ở nhiệt độ thấp, áp suất cao.Khi áp suất nhỏ hơn áp
suất thiết kế sẽ làm giảm hiệu suất quá trình hấp thụ. Khi áp suất lơn hơn áp suất thiết
kế thì mức độ hấp thụ có thể tăng nhưng khi đó vận tốc dòng khí tăng có nguy cơ dịch
chảy không kịp với tải axit, khi vận tốc khí quá lớn sẽ gây hiện tượng cuốn lỏng trong
tháp dẫn đến sặc tháp.
Áp suất này được khống chế nhờ một van ở đỉnh tháp V-3004.Khi thấy áp suất tăng
quá mức cho phép, điều khiển van mở xả bớt khí để giảm áp.
IV.3.3. Nhiệt độ dung dịch nghèo
Nhiệt độ thấp thuận lợi cho quá trình hấp thụ nên lượng CO2 trong khí đầu ra sẽ
giảm đi, tuy nhiên nhiệt độ thấp làm giảm nhiệt độ dung dịch giàu ra khỏi đáy tháp ảnh
hưởng đến quá trình tái sinh.Nhiệt độ cao làm giảm hiệu quả quá trình dẫn đến rò rỉ
CO2 tại đỉnh tháp.Nhiệt độ này điều chỉnh bằng dòng nước làm lạnh qua E-3004.
IV.3.4. Lưu lượng dung dịch
Phần lớn CO2 được tách ở phần dưới của tháp bằng dung dịch bán nghèo nên
khi lưu lượng dịch bán nghèo không đủ sẽ làm tải axit đối với dung dịch nghèo tăng
gây ra mất mát CO2theo dòng khí quá trình đi sang methane hóa. Lưu lượng dung dịch
bán nghèo được điều chỉnh bởi một van FIC đặt trên đường ống đẩy của bơm P-3001.
IV.3.5. Nồng độ amine
Khi nồng độ dịch hấp thụ bị loãng làm giảm hiệu suất quá trình hấp thụ, mất
CO2. Khi đó cần bổ sung amine bằng cách đưa dung dịch bổ sung vào đáy tháp chưng.
Nồng độ dung dịch bổ sung có thể lớn hơn 40%.
IV.3.6. Áp suất bình tách áp suất cao V-3002
Theo nguyên tắc giải hấp thụ, áp suất càng thấp càng tốt để tách hết phần trơ,
đảm bảo độ tinh khiết cho sản phẩm.Tuy nhiên nếu thấp quá thì sẽ gây tách quá mức
53
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
làm mất sản phẩm.Áp suất này được điều chỉnh bằng một van PIC đặt tại đường khí
trơ ra khỏi V-3002 (dòng flash gas).
IV.3.7. Quá trình đun sôi dung dịch đáy tháp chưng
Khi nhiệt độ đáy tháp chưng giảm, quá trình bay hơi giảm dẫn đến nồng độ
amine không đảm bảo. Đồng thời lượng CO2 đi theo dòng dung dịch đáy tháp tăng, sau
khi qua đường ống đến bơm có thể bay hơi tại đầu hút của bơm P-3002 gây hiện tượng
xâm thực.
Khi nhiệt độ tăng, quá trình bay hơi diễn ra mạnh hơn, lượng hơi trong đáy tháp tăng,
tốc độ hơi cũng tăng lên gây trở lực cho dòng lỏng chảy xuống và phá hủy lớp đệm.
Đến một giới hạn nào đó hơi này sẽ cuốn văng lỏng ra ngoài.
Nhiệt độ đáy tháp chưng được điều chỉnh bằng bộ trao đổi nhiệt đáy tháp E-3002.
IV.4. Thiết bị chính
IV.4.1. Tháp chưng cất T-3001
Tháp đệm sử dụng đệm loại Pall 2’’, chia làm 2 lớp mỗi lớp cao 5m. Đường
kính 2.75 m. Chế độ vận hành tại 0.34 bar, nhiệt độ đáy tháp giữ ổn định ở 1120C, khí
đi khỏi đỉnh tháp có nhiệt độ 910C. Khi thấy nhiệt độ tại đỉnh tăng có nghĩa nhiệt độ
vận hành của tháp đã bị tăng cần khắc phục bằng cách điều chỉnh sự gia nhiệt ở đáy
tháp.
54
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 10: Tháp chưng cất T-3001
IV.4.2. Tháp tách áp suất V-3001
Tháp có đường kính 5.2m chứa một lớp đệm Pall 2’’cao 6m. Phía trên có 2 đĩa
chóp để tăng tiếp xúc pha giữa dòng nước rửa và dòng khí để thu hồi amine bị cuốn
theo.
55
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 11: Tháp tách áp suất thấp V-3001
IV.4.3. Tháp tách áp suất cao V-3002
Hình 12 : Tháp tách áp suất cao V-3002
Tháp có đường kính 4m chứa một lớp đệm Pall 2’’ cao 3m.Trong thực tế, hai
tháp V-3001 và V-3002 được xếp chồng (xem sơ đồ công nghệ) nhằm mục đích tăng
chiều cao hút cho bơm P-3003, tiết kiệm năng lượng chạy bơm. Khi dòng khí công
56
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
nghệ đi từ V-3002 đến V-3001 do bị tụt áp trên đường ống dẫn đến đường ống bị rung.
Hiện chưa có cách khắc phục hiện tượng này.
IV.4.4. Tháp hấp thụ hai cấp T-3002
Hình 13: Tháp hấp thụ hai cấp T-3002
Phần dưới của tháp là phần có đường kính lớn 4,38m, chứa 2 lớp đệm Intalox
2’’, mỗi lớp cao 6m. Phần trên có đường kính 2.87m, chứa 2 lớp đệm intalox 1’’, mỗi
lớp cao 6.5m. Phía trên có đặt 3 đĩa chóp để tăng tiếp xúc pha giữa dòng khí và dòng
nước nhằm thu hồi amine đưa trở lại dòng dịch.
57
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
IV.4.5. Bơm tuần hoàn dịch
Bơm dung dịch nghèo: P-3002 A/B, bơm li tâm, công suất 560 kW, chạy bằng
mô tơ.
Bơm dung dịch bán nghèo: P-3001 A/B, bơm li tâm, công suất 1830 kW, chạy bằng
mô tơ kết hợp với turbine HT-3001. Công suất của turbine là 730 kW.
Khi nhà máy đang vận hành, một bơm chạy tuần hoàn dịch, một bơm để chế độ chờ
(auto start) với năng suất như nhau. Mục đích để khi có sự cố xảy ra làm chết
bơmhoặc do người vận hành chủ động dừng bơm thì bơm kia tự động chạy đảm bảo
luôn có dòng dịch tuần hoàn.
V. Metan hóa
V.1. Mục đích:
Bước tinh chế khí cuối cùng trước khi vào tháp tổng hợp là metan hoá, một quá
trình mà các loại cacbon oxit dư sẽ được chuyển hoá thành metan. Metan đóng vai trò
như một khí trơ trong chu trình tổng hợp amôniắc. Ngược lại, các hợp chất chứa oxy
như là cacbon oxit (CO và CO2) là cực kỳ độc hại đối với chất xúc tác tổng hợp
amôniắc.
V.2. Mô tả công nghệ tổng quát:
Quá trình metan hoá xảy ra trong bình metan hoá 10-R-3001với chất xúc tác PK-
7R: Ni (25-30%),NiO (1-5%), Al2O3 (60-70%), và các phản ứng liên quan là những
phản ứng ngược của phản ứng reforming:
CO + 3H2 CH4 + H2O + Q
CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O + Q
Các đại lượng có tính chất quyết định đến các phản ứng metan hoá là : hoạt tính
của chất xúc tác – nhiệt độ, áp suất, và hàm lượng hơi nước trong khí công nghệ :
Nhiệt độ thấp, áp suất cao và hàm lượng hơi nước thấp giúp cho cân bằng hoá
học của phản ứng chuyển về phía metan hoá. Nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng
tăng nhưng không được cao quá sẽ làm hỏng thiết bị Metan hóa do nhiệt và ảnh
hưởng xúc tác, làm già cỗi xúc tác.
58
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Trong khoảng nhiệt độ được gợi ý là 280-450oC, tuy nhiên, các điều kiện cân
bằng là hoàn toàn có lợi đến mức hoạt tính xúc tác trên thực tế chỉ là một nhân
tố xác định hiệu suất của quá trình metan hoá. Hoạt tính của chất xúc tác tăng
khi tăng nhiệt độ, nhưng tuổi thọ của chất xúc tác lại giảm đi.
Nhiệt độ đầu vào của bình metan hoá 10-R-3001 được thiết kế là 300oC tại lúc
khởi động. Khí ra khỏi thiết bị metan hoá thông thường chứa bé hơn 10 ppm
CO+CO2, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác thông thường nằm trong khoảng 20oC.
Phản ứng metan hoá bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 210oC, nhưng để đảm bảo hiệu
quả hàm lượng CO và CO2 thấp trong trong khí tổng hợp, nhiệt độ vận hành
nên trong khoảng 250-340 oC tuỳ thuộc vào hoạt tính xúc tác và thành phần khí
công nghệ.
Nhiệt độ phát nhiệt tăng lên là 740C/%mol CO và 600C/%mol CO2.
Khí công nghệ đi vào công đoạn metan hoá được mô tả như sau:
Hình 14: Công đoạn Metan hóa
Khí công nghệ từ tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002) được gia nhiệt đến nhiệt độ
này khi chúng đi qua bộ trao đổi nhiệt khí-khí 10-E-3011 và bộ cân bằng nhiệt (10-E-
2011).
Trong vận hành bình thường, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác cần nằm trong khoảng
20oC, tương ứng với nhiệt độ đầu ra khoảng 320oC. Bộ trao đổi nhiệt khí-khí 10-E-
59
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
3011 làm lạnh khí được tinh lọc đến khoảng 74oC. Khí sau đó được dẫn đến bộ làm
lạnh cuối cùng 10-E-3021 và bộ tách khí cuối cùng 10-V-3011, nơi mà nước ngưng tụ
được tách ra khỏi khí công nghệ.
Từ thiết bị tách khí cuối cùng khí nguyên liệu cho tổng hợp amoniắc được đưa
đến máy nén khí tổng hợp.
Khí sau khi tinh chế chứa N2, H2 với một tỉ lệ khí trơ như Ar và CH4 khoảng
1,3% mol. Tỉ lệ thích hợp của H2 và N2 sẽ phụ thuộc vào việc bộ thu hồi hydro (HRU)
có làm việc hay không. Nếu HRU không được đưa vào vận hành, tỉ lệ là gần 3:1. Nếu
HRU được đưa vào vận hành, tỉ lệ được điều chỉnh sao cho tỉ lệ H2:N2 trong khí tổng
hợp sau khi thêm hydro thu hồi được sẽ là 3:1.
V.3. Thiết bị Metan hóa
Bình Metan hóa 10-R-3001 có môt lớp xúc tác loại PK-7R có thể tích 20.4 m3.
Hình 16: Thiết bị metan hóa
60
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
A : Khí vào M1 : Manhole
B : Khí ra T1,T2,T3,T4 : Thiết bị đo nhiệt độ
H1, H2 : Lỗ kiểm tra S : Van an toàn
Hình 15 : Thiết bị Metan hóa
Phản ứng Metan hóa bắt đầu ở nhiệt độ dưới 280oC và gây ra sự gia tăng nhiệt độ
trong lớp xúc tác. Sự gia tăng nhiệt độ tăng phụ thuộc vào hàm lượng CO và CO2
trong khí công nghệ. Cứ 1% CO thì nhiệt độ tăng lên là 65oC và 1% CO2 thì nhiệt độ
tăng lên là 70oC. Nếu hàm lượng CO và CO2 cao quá sẽ làm gia tăng nhiệt độ trong
thiết bị metan hóa và làm hỏng thiết bị cũng như xúc tác bên trong.
Nhiệt độ đầu vào cần được điều khiển để đảm bảo hàm lượng CO và CO2 đủ thấp trong
khí đầu ra, nhiệt độ đầu vào là khoảng 300oC là tốt nhất tại thời điểm khởi động.
V.4. Xúc tác
Xúc tác cho phản ứng metan hóa là PK-7R có thành phần Ni (25-30%),NiO (1-
5%), Al2O3 (60-70%). Kích thước hạt xúc tác là 6mm. Xúc tác có đặc điểm giống như
xúc tác Reforming là xúc tác Niken trên chất mang Ceramic. Nhưng phản ứng Metan
hóa được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn rất nhiều so với phản ứng trong Reformer, nên
xúc tác phải rất hoạt tính ở nhiệt độ thấp.
Chất xúc tác metan hóa không được phép tiếp xúc với nhiệt độ lớn hơn 420oC trong
một khoảng thời gian dài. Ở nhiệt độ dưới 200oC có nguy cơ hình thành Niken
cacbonyl. Chất xúc tác đã đưa vào hoạt động có thể tự cháy, vì vậy xúc tác cần được
làm mát trước khi được tháo ra ngoài thiết bị phản ứng.
Chất xúc tác rất nhạy cảm với các hợp chất chứa Lưu huỳnh và Clo. Hơi nước
không có mặt Hydro sẽ oxy hóa chất xúc tác và do đó không được dùng trong quá
trình gia nhiệt, làm lạnh hoặc tẩy. Hơn nữa, chất xúc tác không được phép tiếp xúc với
hơi nước ngưng tụ, vì điều này có thể gây nên sự phân rã.
Sự giảm hoạt tính xúc tác có thể do những nguyên nhân sau :
Già cỗi do nhiệt, xúc tác không được phép tiếp xúc với nhiệt độ lớn hơn 420 oC
trong thời gian dài.
Ngộ độc dần do những tạp chất trong khí nguyên liệu đầu vào như Lưu huỳnh,
Kali, Asen ;
61
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Rối loạn chức năng của hệ thống tách CO2 ( bộ phận MDEA ) gây nên hậu quả
là hàm lượng CO cao bất thường gây nên sự gia tăng nhiệt độ cao trong lớp xúc
tác.
Khi chất xúc tác trở nên già cỗi, nó sẽ mất dần hoạt tính, điều này có thể được bù
trừ bằng cách tăng nhiệt độ. Hoạt hóa chất xúc tác được thực hiện một cách đơn giản
bằng cách gia nhiệt trong khí quá trình bình thường. Hàm lượng CO và CO 2 trong khí
được dùng trong quá trình hoạt hóa phải ở mức thấp như có thể, tốt nhất là dưới 1%
mol CO + CO2 nhằm giảm thiểu sự gia tăng nhiệt độ của lớp xúc tác.
VI. Công đoạn tổng hợp Amoniắc
Hình 17: Sơ đồ khối cụm tổng hợp Amoniắc
VI.1. Lý thuyết quá trình
Quá trình tổng hợp Amoniắc xảy ra theo phản ứng :
3H2 +N2 2NH3 + 11Kcal/mol NH3 tạo thành
Theo quy luật của cân bằng hóa học, sự cân bằng có thể biến đổi như sau :
((H2)3xN2)/(NH3)2 = K
62
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Có nghĩa là trong hỗn hợp khí H2 , N2, NH3 nồng độ amoniắc sẽ theo tỷ lệ nồng độ
của H2 và N2. Các giá trị cân bằng amoniắc xác định giới hạn mà tại đó phản ứng theo
lý thuyết có thể xảy ra ở áp suất và nhiệt đã được xác định. K là hằng số nếu nhiệt độ
là không đổi.
Phản ứng tổng hợp NH3 đi kèm theo là tỏa nhiệt và giảm số mol. Nông độ amoniắc
ở điều kiện cân bằng tăng khi nhiệt độ giảm và áp suất tăng.
Nếu có sự hiện diện của khí trơ như là Argon và metan, nông độ amoniắc ở điều
kiện cân bằng có thể xác định như sau :
Zeq i = [ (1 – lo)/(1 + lo)] . Zeq o
Trong đó:
Zeq i: Phân mol NH3 cân bằng khi có khí trơ
Zeq o: Phân mol NH3 cân bằng khi không có khí trơ
lo: Phân mol của khí trơ, với giả định NH3 bị phân hủy thành H2 và N2
Bên cạnh điều kiện cân bằng, động học của việc hình thành amoniắc cũng rất
quan trọng. Tốc độ phản ứng hình thành NH3 phụ thuộc vào hai yếu tố đối lập nhau :
Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nhiệt độ. Đây là yếu tố chung áp dụng cho
bất kỳ phản ứng hóa học nào.
Khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất, cân bằng sẽ chuyển về hướng hình
thành amoniắc.
Cụ thể như sau: Yếu tố thứ nhất chiếm ưu thế ở nhiệt độ khoảng 400oC . Tốc độ
hình thành amoniắc có thể tăng khi tăng nhiệt độ. Ngược lại, ở nhiệt độ hơn 500oC, sự
cách biệt với điều kiện cân bằng là rất nhỏ, giảm nhiệt độ sẽ làm tăng tốc độ hình
thành NH3.
Tốc độ phản ứng tăng nhờ xúc tác. Không có xúc tác, ở nhiệt độ 400oC theo thực tế
việc hình thành amoniắc là bằng không.
VI.2. Tổng hợp amoniắc
Quá trình tổng hợp amoniắc xảy ra trong bình tổng hợp amoniắc ( 10-R-5001 )
theo phản ứng dưới đây:
3H2 + N2 2NH3 + Q
63
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Đây là phản ứng thuận nghịch và chỉ một phần hydro và nito được chuyển hóa
thành Amoniắc khi khí tổng hợp đi qua lớp xúc tác. Áp suất cao và nhiệt độ thấp giúp
cho cân bằng hóa học chuyển về phía tổng hợp NH3. Do tốc độ phản ứng được tăng
lên rất nhiều nếu tăng nhiệt độ, sự lựa chọn nhiệt độ phải dựa trên cân bằng hóa học
trên lý thuyết và tốc độ đạt đến sự cân bằng đó. Trong thiết bị tổng hợp NH 3 khoảng
25% Nito và Hydro được chuyển hóa thành NH3.Phần không chuyển hóa được còn lại
sẽ được tái sinh đến bình tổng hợp sau một quá trình tách Amoniắc thành phẩm dưới
dạng lỏng.
Chu trình tổng hợp Amoniắc được thiết kế với một áp suất tối đa là 152 barg. Áp
suất vận hành bình thường sẽ là 137 barg trong bình tổng hợp amoniắc, phụ thuộc vào
phụ tải và hoạt tính của chất xúc tác. Khi phụ tải giảm, áp suất chu trình tổng hợp sẽ
giảm theo.
Nhiệt độ vận hành ở lớp xúc tác thứ nhất là 360 – 485 oC và ở lớp xúc tác thứ
hai là 370 – 445oC trong thiết bị phản ứng 10-R-5001.
Sau khi khí tổng hợp đi qua 10-R-5001, khí đi ra được làm lạnh xuống nhiệt độ
tại đó hầu hết amoniắc được ngưng tụ. Một lượng nhiệt đáng kể giải phóng trong phản
ứng tổng hợp amoniắc được sử dụng để sản xuất hơi nước siêu áp trong nồi hơi nhiệt
thừa 10-E-5001 và để gia nhiệt nước lò hơi áp suất cao trong 10-E-5002.
Khí tổng hợp tinh khiết chứa một lượng nhỏ tạp chất, chủ yếu là các khí trơ CH4
và Ar. Một dòng phóng không liên tục từ chu trình tổng hợp là cần thiết để tránh sự
tích tụ của những khí trơ này trong chu trình tổng hợp.
VI.2.1. Chu trình tổng hợp
64
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 18: Chu trình tổng hợp amoniắc
Khí tổng hợp đã được tinh lọc từ bộ phận metan hóa chứa N2 , H2 , khí trơ Ar, CH4
với nồng độ thấp 1.3%, tỷ lệ thích hợp H2 và N2 phụ thuộc bộ thu hồi Hydro cho tỷ lệ
xấp xỉ 3.0. khí tổng hợp này được nén đến khoảng 132 barg trước khi nó được đưa vào
trong chu trình tổng hợp. Khí make-up được làm lạnh trong bộ làm lạnh ( chiller ) khí
make – up 10-R-5009 và được đưa vào trong chu trình tổng hợp giữa bộ làm lạnh thứ
hai 10-E-5007 và bộ làm lạnh amoniắc thứ hai 10-E-5008, sau khi khí phóng không
được loại bỏ tại đầu ra của bộ làm lanh thứ hai. Khí đi ra từ bình tổng hợp được làm
lạnh theo từng bước, trước hết trong nồi hơi nhiệt thừa 10-E-5001 từ nhiệt độ 440 oC
xuống 340oC. Tiếp theo đó, khi được làm lạnh đến khoảng 280-290oC trong bộ gia
nhiệt nước lò hơi 10-E-5002 và trong bộ trao đổi nhiệt nóng 10-E-5003, nơi mà khí
tổng hợp được làm lạnh đến 65oC nhờ gia nhiệt khí đầu vào của bình tổng hợp. Khí
tổng hợp sau đó được làm lạnh đến 41oC trong bộ làm lạnh nước 10-E-5004 và xuống
thấp hơn, đến 34-35oC trong bộ làm lạnh thứ nhất 10-E-5005, được dùng để gia nhiệt
khí đầu vào của bình tổng hợp.
65
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 19: Chu trình tổng hợp amoniắc ( tiếp )
Quá trình làm lạnh cuối cùng của khí tổng hợp đến -5oC xảy ra trong bộ làm
lạnh amoniắc thứ nhất 10-E-5006, bộ làm lạnh thứ hai 10-E5007 và cuối cùng là bộ
làm lạnh amoniắc thứ hai 10-E-5008. Amoniắc đã ngưng tụ được tách ra khỏi khí tổng
hợp tuần hoàn trong bình tách amoniắc 10-V-5001. Từ bình tách, khí được tuần hoàn
trở lại đến bình tổng hợp amoniắc thông qua bộ làm lạnh thứ hai, bộ làm lạnh thứ nhất
và cuối cùng, qua bộ trao đổi nhiệt nóng đến bình tổng hợp amoniắc nhờ máy nén tuần
hoàn là một phần của máy nén tổng hợp 10-K-4031.
Khí make-up đi vào chu trình tổng hợp có hàm lượng nước ở trạng thái bão hòa
và chứa đựng dấu vết CO và CO2. Nông độ hơi nước trong khí make-up là khoảng 200
phần triệu. Nó sẽ được tách nhờ sự hấp thụ vào trong amoniắc ngưng tụ. CO2 trong khí
make-up sẽ phản ứng với cả hai amoniắc lỏng và khí, hình thành amoni cacbamat.
2NH3 + CO2 NH4-CO-NH2
Cacbamat hình thành sau đó hòa tan vào trong amoniắc ngưng tụ. CO chỉ hòa
tan rất ít trong amoniắc, do đó, nó sẽ đi qua máy nén tuần hoàn đến bình tổng hợp
amoniắc, nơi mà nó bị hydro hóa thành nước và metan (tương tự quá trình metan hóa).
Do các hợp chất chứa oxy làm giảm hoạt tính của chất xúc tác tổng hợp amoniắc, hàm
lượng CO trong khí make-up phải được duy trì ở mức thấp nhất có thể.
66
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
VI.2.2. Nồng độ amoniắc ở đầu vào bình tổng hợp:
Nồng độ amoniắc ở đầu vào bình tổng hợp là quan trọng để đạt độ chuyến hóa
trong bình tổng hợp. Nồng độ amoniắc ở đầu vào bình tổng hợp thấp sẽ cho khả năng
phản ứng cao hơn và năng suất sản phẩm cao. Nồng độ amoniắc ở đầu vào bình tổng
hợp phụ thuộc vào mức độ làm lạnh trong các chiller và áp suất vận hành. Nồng độ
4.10% NH3 ở đầu vào bình tổng hợp tương ứng với -5oC ở 131barg trong bình tách
NH3 10-V-5001
VI.2.3. Các khí trơ/ khí phóng không
Khí make-up chứa đựng một lượng nhỏ metan và argon. Những khí này là trơ khi
đi qua bình tổng hợp mà không làm thay đổi về mặt hóa học. Những khí này sẽ tích tụ
trong chu trình tổng hợp, và một nồng độ của những khí này sẽ tăng lên cho đến khi
lượng khí trơ được tách ra khỏi chu trình tổng hợp. Một vài khí trơ hòa tan trong sản
phẩm lỏng sẽ được tách ra khỏi khí tổng hợp trong bình tách amoniắc. Lượng khí trơ
rời khỏi chu trình bằng cách này tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của các khí trơ.
Lượng này giải thích tại sao chỉ một lượng nhỏ khí trơ rồi khỏi chu trình tổng hợp.
Hầu hết khí trơ được tách ra nhờ dòng khí phóng không.
Khoảng 20000Nm3/h khí tổng hợp được phóng không từ chu trình với hàm lượng
NH3 không đáng kể. Mức độ phóng không nên điều chỉnh sao cho mức khí trơ tối ưu
trong chu trình là khoảng 8%.
VI.2.4. Tỉ lệ H2/N2
Trong phản ứng tổng hợp amoniắc, tỷ lệ H2/N2 là 3:1. Một ít hydro và nito được
tách khỏi chu trình tổng hợp theo khí phóng không, một lượng nhỏ hòa tan trong
amoniắc lỏng thành phẩm. Theo phương trình phản ứng tổng hợp, sự sai lệch không
đáng kể của tỷ lệ H2/N2 trong khí make-up sẽ dẫn đến sự thay đổi lớn tỷ lệ H2/N2 của
khí tổng hợp tuần hoàn. Tỷ lệ H2/N2 của khí make-up sau khi thêm hydro thu hồi được
từ bộ phận thu hồi hydro sẽ ở mức gần 3.0. Tỷ lệ H2/N2 trong chu trình tổng hợp cần
được duy trì ở mức ổn định có thể. Tỷ lệ này được kiểm soát bởi tỷ lệ H 2/N2 trong khí
make-up nhằm đạt được tỷ lệ thích hợp trong khí tổng hợp tuần hoàn. Tỷ lệ tốt nhất
được chọn là từ 2.8-3.0.
67
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
VI.3. Bình tổng hợp Amoniắc 10-R-5001
VI.3.1. Thông tin chung:
Bình tổng hợp amoniắc 10-R-5001 thuộc loại S-200 với khí chạy qua các lớp xúc
tác theo hướng kính. Bình tổng hợp loại S-200 chứa hai lớp xúc tác và một bộ trao đổi
nhiệt giữa hai lớp xúc tác đó.
Hầu hết khí tổng hợp tuần hoàn lại được đưa vào bình tổng hợp thông qua hai đầu
vào chính tại đáy của bình áp suất. Khi đi lên phía trên qua không gian hình khuyến
giữa rọ xúc tác và vỏ bình. Điều này giúp làm lạnh vỏ áp suất và nhiệt độ thiết kế của
vỏ được giảm đi. Tại đỉnh của bình tổng hợp, khí đi qua phần ống tuýp của bộ trao đổi
nhiệt giữa các lớp xúc tác, nơi mà khí đi vào được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng của
lớp xúc tác thứ nhất. Nhiệt độ khí tại đầu vào của lớp xúc tác thứ nhất. Nhiệt độ khí tại
đầu vào của lớp tại đầu vào của lớp xúc tác thứ nhất được điều chỉnh nhờ cái gọi là
“kích lạnh” ( cold shot), chính là khí tổng hợp lạnh được đưa vào thông qua ống trung
tâm. Khí rời khỏi lớp xúc tác thứ nhất được làm lạnh nhờ đi qua phần vỏ của bộ trao
đổi nhiệt giữa các lớp xúc tác trước khi chúng được dẫn đến lớp xúc tác thứ hai. Sau
khi qua lớp xúc tác thứ hai, khí rời khỏi bình tổng hợp đi qua nồi hơi nhiệt thừa 10-E-
5001 để tận dụng nhiệt phản ứng dùng sản xuất hơi nước.
VI.3.2. Xúc tác
Chất xúc tác tổng hợp NH3 là xúc tác KM1/KM1R được tăng cường bởi xúc tác
sắt, chứa đựng một lượng nhỏ oxit không khử được. Thành phần chính của KM1 là
Fe3O4 và của KM1R là Fe. Kích thước hạt xúc tác khoảng 1.5-3mm. Kích thước hạt
nhỏ đảm bảo hoạt tính xúc tác tổng cộng cao. Hơn nữa, dòng phát tán của bình tổng
hợp cho phép sử dụng những hạt xúc tác nhỏ mà không tạo ra độ giảm áp lớn.
Lớp xúc tác thứ nhất chứa xúc tác KM1R có thể tích 26.9 m3. Lớp xúc tác thứ hai
chứa xúc tác KM1 có thể tích 70.7 m3.
Chất xúc tác KM1R đã qua tiền khử được làm bền ( về hóa học ) trong quá trình sản
xuất nhờ việc oxy hóa bề mặt xúc tác. Chất xúc tác đã qua oxy hóa một phần chứa
khoảng 2% khối lượng oxy. Sự làm bền này làm cho chất xúc tác KM1R không tự bốc
cháy ở nhiệt độ 90-100oC, nhưng cao hơn 100oC, chất xúc tác sẽ phản ứng với oxy và
68
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
nóng lên tự phát. Chất xúc tác được hoạt hóa nhờ sụ khử sắt oxit bề mặt sang sắt tự do
với sự hình thành nước. Sự khử thực hiện với khí tổng hợp tuần hoàn.
Cơ chế phản ứng trên xúc tác được diễn tả như sau :
Đầu tiên là quá trình hấp phụ N2 và H2
N và H kết hợp tạo NH
NH kết hợp với H tạo NH2
Cuối cùng NH2 kết hợp với H tạo NH3
Hình 20: Cơ chế phản ứng xúc tác
69
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Việc sử dụng khí tổng hợp với tỷ lệ H2/N2 gần với 3/1 cho quá trình hoạt hóa
KM1/KM1R có hai lợi thế. Thứ nhất là quá trình sản xuất amoniắc được bắt đầu sớm.
Nhiệt phản ứng được tạo ra cho phép tốc độ tuần hoàn khí nhanh hơn, trợ giúp khử
phần còn lại của chất xúc tác. Thứ hai là nước được hình thành bởi sự khử được tách
khỏi khí tuần hoàn, nước sẽ hòa tan trong amoniắc lỏng và rời khỏi chu trình tổng hợp
với amoniắc lỏng trong bình amoniắc. Điều này rất quan trọng vì nước sẽ gây ngộ độc
xúc tác.
Các điều kiện ảnh hưởng tới xúc tác:
Nhiệt độ: nhiệt độ vận hành càng thấp thì hoạt tính của xúc tác giảm chậm và
kéo dài tuổi thọ xúc tác, nhưng nếu thấp quá sẽ làm dừng quá trình tổng hợp
amoniắc. Nhưng nếu nhiệt độ cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ xúc tác, phá vỡ cấu
trúc xúc tác.
Các chất gây ngộ độc xúc tác như H2O, CO, CO2. Một lượng nhỏ của những
chất này khiến cho hoạt tính của xúc tác giảm đáng kể do sự oxy hóa. Ngoài ra
còn có các hợp chất lưu huỳnh, clo và photpho là cực kỳ độc và gây ra sự giảm
hoạt tính vĩnh viễn. Thành phần S và P mức tối đa cho phép là 0.15%, và với Cl
là 0.01%.
VI.3.3. Nhiệt độ phản ứng trong bình tổng hợp 10-R-5001
Tại đầu vào của lớp xúc tác thứ nhất của bình tổng hợp NH3 cần thiết phải có nhiệt
độ tối thiểu là 360oC để đảm bảo một tốc độ phản ứng đủ lớn. Nếu nhiệt độ đầu vào
lớp xúc tác quá thấp so với mức này, tốc độ phản ứng sẽ trở nên quá chậm đến mức
nhiệt được giải phóng bởi phản ứng là quá nhỏ để duy trì nhiệt độ trong bình phản
ứng. Phản ứng sẽ nhanh chóng bị tắt nếu ko tiến hành xử lý ngay. Mặt khác, cần phải
duy trì nhiệt độ chất xúc tác ở mức thấp nhất có thể để kéo dài tuổi thọ xúc tác. Thông
thường, cần đưa khí tổng hợp vào lớp xúc tác thứ nhất tại nhiệt độ 360-365 oC. Khi đi
qua lớp xúc tác, nhiệt độ của nó tăng lên đến nhiệt độ tối đa. Ra khỏi lớp xúc tác thứ
nhất hỗn hợp khí sẽ có nhiệt độ khoảng 483oC. Khí đầu ra từ lớp xúc tác thứ nhất được
làm lạnh bởi một phần khí lạnh đi vào lớp thứ nhât. Khí đi vào lớp xúc tác thứ hai ở
nhiệt độ khoảng 374oC và ra khỏi lớp xúc tác thứ hai là 441oC.
70
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
VI.3.4. Tốc độ tuần hoàn
Năng suất của chu trình tổng hợp với sản phẩm amoniắc tăng khi tăng tốc độ tuần
hoàn, tuy nhiên, sản phẩm amoniắc trên một mét khối khí tổng hợp sẽ tương ứng với
chênh lệch nhiệt độ đầu vào và ra thiết bị chuyển hóa giảm đi.
VI.3.5. Áp suất vận hành
Chu trình tổng hợp được thiết kế với áp suất tối đa là 152 barg và áp suất vận hành
ban đầu là 137 barg ở đầu vào tháp tổng hợp khi vận hành ở năng suất, mức độ khí trơ
và thành phần khí thiết kế.
Các yếu tố ảnh hưởng tới áp suất vận hành thực tế là năng suất, khí trơ, nồng độ
amoniắc ở đầu vào tháp tổng hợp, tỉ lệ H2/N2 và hoạt tính xúc tác. Năng suất tăng khi
áp suất tăng và đối với điều kiện công nghệ đã thiết lập, áp suất sẽ tự nó điều chỉnh sao
cho năng suất sẽ tương ứng với lượng khí đầu vào chu trình. Áp suất cu trình tăng khi
tăng khí đầu vào chu trình, giảm lượng tuần hoàn hoặc tăng hàm lượng khí trơ, tăng
nồng độ amoniắc trong khí đầu vào tháp tổng hợp, thay đổi tý lệ H2/N2 so với điểm tối
ưu và giảm hoạt tính xúc tác.
71
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 21: Thiết bị tổng hợp Amoniắc 10-R-5001
1: Vỏ chịu áp 6: Màn Falnels 11: Vỏ cô lập
2: Vỏ bảo vệ 7: Màn trung tâm 12: Lớp xúc tác thứ hai
3: Miếng đệm 8: Lưới đỡ xúc tác 13: Ống dẫn dòng Cold bypass
4: Lớp xúc tác thứ nhất 9: Vòng ngoài 14: Cửa vào khí tự nhiên
5: ống trao đôi nhiệt 10: Vỏ ngoài 15: Cửa ra
16: Cửa vào dòng Cold by-pass
72
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
VI.4. Làm lạnh
Mục đích của bộ phận làm lạnh là để thực hiện các nhiệm vụ làm lạnh khác nhau
trong chu trình tổng hợp amoniắc. Nhiệm vụ cơ bản là để ngưng tụ amoniắc được sản
xuất trong bình tổng hợp. Các nhiệm vụ khác là làm lạnh khí make-up, khí phóng
không và khí trơ.
Bộ phận làm lạnh bao gồm các thiết bị chính sau : Năm bộ làm lạnh ( chiller ) vận
hành tại hai áp suất khác nhau, cũng như máy nén amoniắc, máy nén amoniắc tăng
cường, bộ làm lạnh amoniắc và bình tích tụ amoniắc. Ngoài ra còn có hai bình K.O để
bảo vệ máy nén làm lạnh khỏi các giọt amoniắc ; bình flat nơi mà amoniắc make-up
được lấy ra và nơi mà amoniắc được quay trở lại chu trình làm lạnh.
Các chiller làm lạnh bằng NH3 vì NH3 có khả năng làm lạnh tốt, hơn nữa lại là sản
phẩm của cụm tổng hợp nên được tận dụng luôn. Cấu tạo của các Chiller khá đặc biệt,
khác với các thiết bị trao đổi nhiệt thông thường. Các Chiller có các bộ phận trao đổi
nhiệt, đồng thời ở trong thiết bị này còn có một khoảng không để bay hơi dung môi
làm lạnh. Khi sử dụng, NH3 bay hơi, đây là quá trình thu nhiệt, giúp trao đổi nhiệt và
hạ nhiệt độ xuống, thậm chí là nhiệt độ âm.
73
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 22: Quá trình làm lạnh amoniắc
Thuyết minh quá trình : Dòng NH3 lỏng từ 10V-5004 được dẫn đi qua trao đổi
nhiệt 10E-5012 để cấp nhiệt cho dòng amôniắc lỏng dẫn sang sản xuất urê, do vậy sau
khi ra khỏi 10E-5012 NH3 lỏng được hạ nhiệt độ xuống 20oC. Môi chất sau khi đi ra
khỏi 10E-5012 được dẫn vào trao đổi nhiệt làm lạnh 10E-5006 (đi bên ngoài ống
chùm), được hạ áp suất xuống 7 barg trước khi vào 10E-5006. Tại 10E-5006, một
phần NH3 lỏng bị chuyển trạng thái từ lỏng sang khí (bay hơi) do lấy nhiệt của dòng
lưu chất đi trong ống chùm. Hơi NH3 lỏng bay lên được dẫn tập trung vào 10V-5008.
Phần NH3 lỏng chưa bị hoá hơi được tiếp tục dẫn sang 10E-5009 (đi ngoài ống chùm).
Tại 10E-5009, NH3 lỏng cũng bị bay hơi một phần do lấy nhiệt của dòng khí nóng đi
bên trong ống chùm. NH3 bay lên có áp suất 7 barg được dẫn sang 10V-5008 cùng với
hơi NH3 đi ra khỏi 10E-5006. Phần NH3 lỏng chưa bị bay hơi kết hợp với dòng lỏng
tách ra từ 10V-5005 được dẫn sang trao đổi nhiệt lạnh 10E-5008 và 10E-5014. Trước
74
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
khi đi vào 10E-5008, 10E-5014, NH3 lỏng được giảm áp xuống 2 barg. Tại hai trao đổi
nhiệt làm lạnh này (tương tự như tại 10E-5006 và 10E-5009) do lấy nhiệt của dòng lưu
chất nóng đi trong ống chùm. NH3 bay lên từ hai trao đổi nhiệt này được kết hợp dẫn
sang 10V-5007. Phần NH3 lỏng còn dư không bay hơi được dẫn sang bình giảm áp thứ
cấp 10V-5003. Từ 10V-5003, NH3 lỏng của chu trình lạnh cùng với một lượng NH3
xưởng urê không tiêu thụ hết được bơm 10P-5001A/B bơm về kho chứa.
Hơi amôniắc đi ra từ đỉnh của 10V-5003 được máy nén 10K-4051 nén tăng áp lên
2 barg rồi được dẫn vào bình tập trung 10V-5007 cùng với khí amôniắc đi ra khỏi trao
đổi nhiệt làm lạnh 10E-5008, 10E-5014. Đi vào 10V-5007 còn có khí NH3 đi ra E-
5011. Tại 10V-5007, amôniắc lỏng cuốn theo được tách ra ở đáy bình và hồi lưu quay
trở lại 10E-5008. Khí amôniắc đi ra khỏi 10V-5007 có áp suất 2 barg, nhiệt độ -8,9oC
được dẫn sang cương vị máy nén, đi vào cấp I máy nén khí amôniắc 10K-4041. Nhiệt
độ của dòng khí amôniắc đi vào cấp nén thứ nhất của K-4041 được điều chỉnh bằng
một dòng amôniắc nhỏ (được lấy ra từ 10V-5004) phun vào đường ống dẫn khí NH3
tới 10V-5007.
Hơi amôniắc đi ra từ 10E-5006 và 10E-5009 được dẫn vào bình tách lỏng 10V-
5008. Hơi amôniắc đi ra khỏi cấp I máy nén 10K-4041 sau khi được làm nguội bởi
trao đổi nhiệt 10E-4041 được dẫn vào bình tách lỏng 10V-5008. Phần amôniắc lỏng
tách ra được hồi lưu trở lại trao đổi nhiệt làm lạnh 10E-5006. Nhiệt độ của dòng khí
amôniắc đi vào cấp nén thứ 2 của K-4041 được điều chỉnh bằng việc phun một dòng
ammoniắc nhỏ (được lấy từ 10V-5004) vào dòng khí amôniắc đi từ 10E-4041 sang
10V-5008. Khí amôniắc đi ra khỏi 10V-5008 có áp suất 7 barg, nhiệt độ 31oC được
dẫn sang cương vị máy nén, đi vào cấp II máy nén khí 10K-4041.
Hơi amôniắc đi ra khỏi cấp II máy nén 10K-4041 có áp suất 16,8 barg, nhiệt độ
108oC, được dẫn sang TB làm lạnh ngưng tụ 10E-5010A/B để ngưng tụ hơi amôniắc.
NH3 đi ra khỏi 10E-5010A/B có nhiệt độ 41,5oC được dẫn vào bồn chứa amôniắc
10V-5004 vận hành tại áp suất 16,6 barg. Tại bồn chứa 10V-5004, phần khí chưa
ngưng tụ (bao gồm cả khí trơ) đi ra khỏi đỉnh bồn chứa được dẫn vào trao đổi nhiệt
làm lạnh 10E-5011 để ngưng tụ hơi amôniắc thành thể lỏng. Hỗn hợp đi ra khỏi 10E-
5011 được dẫn sang bình tách lỏng cho khí xả trơ 10V-5005. Tại 10V-5005, phần lỏng
tách ra được dẫn vào trộn lẫn với dòng NH3 lỏng đi vào 10E-5008 (như đã trình bày ở
75
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
trên); phần hơi chưa được ngưng tụ được dẫn đi nhập với dòng khí đi ra từ 10V-5002
rồi sang cương vị thu hồi hyđrô.
Như vậy chu trình lạnh hoạt động như một vòng khép kín mặc dù vẫn có một
lượng amôniắc lẫn khí trơ được trộn lẫn vào hỗn hợp lưu chất lạnh nhưng sau đó cũng
được tách ra ở 10V-5003 và 10V-5005.
VI.5. Thu hồi amoniắc
Mục đích của bộ phận thu hồi amoniắc là để thu hồi lượng amoniắc trong khí
phóng không từ chu trình tổng hợp và từ các khí off-gas thấp áp khác và để thu hồi
chúng lại ở nồng độ 99% amoniắc lỏng.
Bộ phận bao gồm các thiết bị chính sau đây đi cùng với các bộ trao đổi nhiệt, bơm
và thùng KO :
Tháp háp thụ khí phóng không ( 10-T-5051 )
Tháp hấp thụ khí off – gas ( 10 – T – 5052 )
Tháp chưng cất ( 10 – T – 5053 )
76
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 23: Quá trình thu hồi amoniắc
Thuyết minh quá trình: Khí điều chỉnh đã được tách lỏng đi ra từ 10-V-5014
được dẫn sang tháp hấp thụ amôniắc cao áp (10-E-5051). Khi cụm thu hồi amôniắc
chưa được đưa vào hoạt động thì khí điều chỉnh sau khi ra khỏi 10-V-5014 có thể được
xả vào đường ống gom khí thải mang đi đốt tại đầu đốt ngoài trời (tại flare). Amôniắc
có trong khí điều chỉnh được hấp thụ bằng dung dịch sản phẩm đáy (lean solution) đi
ra của tháp chưng cất ammoniac (10-T-5053), sau khi đi qua trao đổi nhiệt giữa dung
dịch vào/ra tháp chưng luyện (10-E-5051) và trao đổi nhiệt làm nguội sản phẩm đáy
của tháp chưng luyện NH3 (10-E-5054), đi vào từ đỉnh tháp hấp thụ cao áp (10-T-
5051. Dòng khí đã được hấp thụ tách loại phần
lớn amôniắc đi lên ra khỏi đỉnh của 10T-5051 được dẫn sang cương vị thu hồi hyđrô
để thực hiện quá trình xử lý tách H2. Khi cương vị thu hồi hyđrô chưa sẵn sàng đưa
77
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
vào hoạt động hoặc cương vị này hoạt động chưa ổn định thì khí này được dẫn tới
đường ống thải chính dẫn ra đầu đốt ngoài trời (flare).
Dung dịch đi ra khỏi đáy của 10-T-5051, (rich solution) được giảm áp đến 25 barg
rồi hợp với dòng đi ra từ đáy tháp hấp thụ amôniắc thấp áp (10-T-5052), sau đó đi vào
10-E-5051. Sau khi lấy nhiệt từ dung dịch đi ra từ đáy tháp chưng cất amôniắc (10-T-
5053) tại 10-E-5051, dung dịch hấp thụ amôniắc được dẫn vào 10T-5053. Tại tháp
chưng cất, hơi amôniắc bay ra từ đỉnh tháp được làm nguội ngưng tụ (ở áp suất 24.5
barg) tại thiết bị làm lạnh ngưng tụ sản phẩm đỉnh của tháp chưng cất (10-E-5052).
Dòng lưu chất đi ra khỏi 10E-5052 được dẫn sang bình tách amôniắc lỏng (10-V-
5051). Tại 10-V-5051, amôniắc lỏng được bơm một phần hồi lưu trở lại 10-T-5053,
phần lớn nhập vào dòng amôniắc dẫn sang xưởng urê bằng bơm tuần hoàn sản phẩm
đỉnh của tháp chưng cất (10-P-5053A hoặc 10-P-5053B). Khí không ngưng đi ra khỏi
10-V-5051 và khí ra 10-V-5005 được dẫn gia nhập vào đường ống dẫn khí đi ra khỏi
bình giảm áp sơ cấp dung dịch amôniắc (10-V-5002) rồi được dẫn vào tháp hấp thụ
amôniắc thấp áp (10-T-5052).
Khí (áp suất 16.8 barg) không ngưng ra khỏi bình tách lỏng (10-V-5005), khí (áp
suất 24 barg) chưa ngưng tụ đi ra từ đỉnh thiết bị 10-V-5051, được gia nhập với dòng
khí bay ra khỏi bình giảm áp sơ cấp (10-V-5002) rồi đưa đến 10-T-5052. Trước khi đi
vào 10-T-5052, khí nguyên liệu được van điều tiết giảm áp xuống đến áp suất 15.7
barg. Khí từ 10-V-5005 đến sẽ được gia nhập với khí từ 10-V-5002 sau van điều tiết
(downstream), phía đến 10-T-5052. Tại tháp hấp thụ thấp áp, khí chứa amôniắc đi từ
dưới lên sẽ bị hấp thụ bởi dung dịch có nồng độ amôniắc rất thấp (lean solution) đi từ
đỉnh tháp xuống. Dung dịch amôniắc nồng độ thấp (sản phẩm đáy) đi ra ở tháp chưng
cất 10-T-5053, trước khi đi vào đỉnh của 10-T-5052 được giảm áp bằng van điều tiết,
được làm nguội sau khi cấp nhiệt cho dòng nguyên liệu đầu vào của 10-T-5053 và
được làm lạnh nhờ đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-5054 va 10-E-5051. Dòng
khí đã bị hấp thụ NH3 đi lên, ra khỏi đỉnh của 10-T-5052, có áp suất 14,7 barg được
dẫn đi gia nhập vào hệ thống đường ống khí xả chính làm nhiên liệu đốt cấp nhiệt cho
thiết bị Reformer; khi cương vị này hoặc các cương vị khác hoạt động chưa ổn định thì
dòng khí này được dẫn tới đường ống dẫn khí thải đến đầu đốt ngoài trời (flare).
78
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Dung dịch đã hấp thụ NH3 đi ra từ đáy của 10-T-5052 được bơm 10-P-5052 bơm
tới gia nhập với đường ống chung dẫn dung dịch đã hấp thụ amôniắc từ tháp hấp thụ
cao áp sang tháp chưng luyện, tại vị trí sau van điều tiết dòng từ đáy của 10-T-5051
sang và trước khi vào trao đổi nhiệt 10-E-5051. Sau khi được gia nhiệt bởi dòng sản
phẩm nóng đi ra từ đáy thiết bị chưng cất, dòng dung dịch hấp thụ có nồng độ amôniắc
cao từ 10-T-5051 và 10-T-5052 được dẫn vào 10-T-5053 tại đỉnh phần chưng và đáy
phần luyện. Dòng nguyên liệu đi từ trên xuống đáy của phần chưng, lấy nhiệt của hơi
đi từ dưới lên và hơi amôniắc tách ra khỏi dòng lỏng. Dòng nguyên liệu lỏng đi từ trên
xuống đồng thời cũng hấp thụ hơi nước có lẫn trong dòng hơi amôniắc bay lên từ đáy
rồi đi xuống đáy thiết bị. Dòng hơi amôniắc tiếp tục bay lên ra khỏi đoạn chưng đi vào
đáy rồi đi lên đỉnh của đoạn luyện. Cũng giống như quá trình xảy ra ở đoạn chưng, hơi
nước có lẫn trong dòng hơi amôniắc đi lên bị dòng hồi lưu lỏng đi từ đỉnh thiết bị
chưng cất hấp thụ xuống đáy đoạn luyện rồi vào đoạn chưng. Hơi amôniắc (đi lên) có
nhiệt độ cao cấp nhiệt cho dòng hồi lưu (đi xuống) và hơi amôniắc bị tách ra khỏi dòng
lỏng. Khi đi lên tới đỉnh tháp chưng cất, nồng độ amôniắc trong dòng hơi tăng lên đến
chỉ số theo yêu cầu công nghệ; hơi NH3 này được đi làm lạnh ngưng tụ tại E-5052 và
tách amôniắc lỏng (như trình bày ở trên). Dòng lỏng đi từ trên đỉnh tháp xuống đến
đáy tháp có nồng độ amôniắc thấp dần, do amôniắc bị tách ra và cuốn theo dòng hơi đi
lên, có nhiệt độ tăng dần. Khi xuống tới đáy tháp, dòng lỏng sẽ có nồng độ amôniắc
thấp đạt theo yêu cầu để tiếp tục dẫn tuần hoàn quay trở lại hấp thụ amôniắc tại 10-T-
5051 và 10-T-5052.
Trong quá trình chưng luyện, để cấp nhiệt cho quá trình thì dung dịch ở đáy thiết bị
chưng cất được gia nhiệt thông qua bộ gia nhiệt 10-E-5053 (reboiler). Dòng hơi nước,
sau khi được làm bão hoà, dẫn vào 10-E-5053 (đi trong ống) để cấp nhiệt cho dung
dịch đáy của 10-T-5053. Nhiệt cấp cho dung dịch đáy là nhiệt do hơi nước có nhiệt độ
cao ngưng tụ. Dung dịch đáy của 10-T-5053 được tuần hoàn do sự đối lưu tự nhiên.
Dung dịch đáy có nhiệt độ thấp tự đi vào 10E-5053 và lấy nhiệt do dòng hơi nước cấp.
Dung dịch sau khi đã lấy nhiệt của hơi nước có nhiệt độ cao sẽ bay hơi một phần, phần
còn lại tự đi vào trở lại đáy 10-T-5053 do sự đối lưu.
Do trong quá trình thu hồi amôniắc có một phần nước bị bay hơi lôi cuốn theo dòng
amôniắc (sản phẩm chưng cất), một phần thất thoát theo dòng khí thải nên phải bổ
79
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
sung một lượng nước như vậy vào quá trình này khi nhận thấy có sự giảm đáng kể
mực chất lỏng trong tháp chưng luyện amôniắc. Lượng nước này được bổ sung bằng
dòng hơi (trích ra từ đường hơi đi vào 10-E-5053). Nhiệt độ dung dịch đáy của 10-T-
5053 được duy trì ở 226oC, nhiệt độ của dòng hơi đi ra khỏi đỉnh của 10-T-5053 được
duy trì ở 60,9oC.
VII. CÔNG NGHỆ CHUNG CỦA PHÂN XƯỞNG THU HỒI CO2
VII.1. Mục đích, ý nghĩa của phân xưởng
Trong giai đoạn hiện nay, vấn đề bảo vệ môi trường là một trong những vấn đề
đòi hỏi sự quan tâm của tất cả xã hội.Hiêu ứng nhà kính và tình hình nóng lên của trái
đất do ảnh hưởng khói thải các nhà máy công nghiệp đang là mối lo ngại của người
dân đến bầu khí quyển của trái đất.Và nguyên nhân của những vấn đề trên chính là
nồng độ CO2 được thải ra từ các nhà máy công nghiệp.
Nhận thức được tác hại của CO2 đối với môi trường,ban lãnh đạo nhà máy đã
tiến hành xây lắp cụm phân xưởng thu hồi CO2 từ khói thải của quá trình
Refoming.Với cụm phân xưởng này, nhà máy đã góp phần bảo vệ môi trường đồng
thời tận thu được một phần CO2 cho quá trình tổng hợp Ure, tăng thêm thu nhập cho
nhà máy.
VII.2. Công nghệ chung của cụm thu hồi CO2
Cụm thu hồi CO2 bao gồm 03 công đoạn chính:
- Làm nguội khói thải (flue gas)
- Thu hồi CO2
- Giải hấp (tái sinh dung môi)
Hình 24: Công nghệ chung cụm thu hổi CO2
80
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
VII.2.1. Công đoạn làm nguội khói thải
Thiết bị làm nguội khói thải 10-T-1001 là một tháp hình trụ với đệm cấu trúc
bên trong. Vì nhiệt độ khói thải ra khỏi 10-H-2001 rất cao, phản ứng hấp thụ CO2 là
phản ứng tỏa nhiệt, đồng thời để giảm lượng dung môi KS1 tiêu thụ, dòng khói thải
trước khi vào tháp hấp thụ 10-T-1002 cần phải được làm nguội. Trong tháp 10-T-
1001, dòng khói thải sẽ được làm nguội bằng cách tiếp xúc trực tiếp với dòng nước
tuần hoàn từ đỉnh tháp 10-T-1001 trước khi đưa vào tháp hấp thụ CO2, dòng nước
tuần hoàn này được làm nguội qua thiết bị làm nguội nước làm mát khói thải 10-E-
1001.
Khói thải được lấy ra từ ống khói thải của 10H2001 và được đưa đến phân
xưởng thu hồi CO2 bằng quạt 10-K-1001 được lắp đặt tại đầu ra của tháp làm nguội
10-T-1001. Khói thải này được xả trực tiếp ra ngoài qua ống khói 10SK2001 của
xưởng NH3 trong trường hợp quạt 10-K-1001 bị sự cố. Vì vậy, nhà máy sẽ không bị
ảnh hưởng trong trường hợp phân xưởng thu hồi CO2 bị sự cố.
VII.2.2. Công đoạn thu hồi CO2
Tháp hấp thụ CO2 10-T-1002 là một tháp hình trụ sử dụng đệm cấu trúc bên
trong. Tháp này chia làm 02 phần chính: Phần dưới dùng để hấp thụ CO2 và phần trên
dùng để rửa khói thải đã qua xử lý.
a. Hấp thụ CO2
Khói thải sau khi làm nguội trong thiết bị 10-T-1001 sẽ được nạp liệu vào đáy
thiết bị hấp thụ CO2 10-T-1002. Khói thải sẽ đi lên trên đỉnh tháp qua các tầng đệm và
tiếp xúc ngược chiều với dòng dung dịch nghèo CO2 từ trên xuống qua bề mặt đệm,
tại đây CO2 trong dòng khói thải sẽ bị hấp thụ bởi dung dịch trên.
Dòng dung dịch giàu CO2 từ đáy tháp 10-T-1002 được bơm 10-P-1003 A/B
đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-1003 A/B trước khi đến tháp giải hấp 10-T-1003.
b. Đoạn rửa
81
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Dòng khói thải từ phân đoạn hấp thụ CO2 di chuyển lên trên vào phân đoạn rửa
của tháp 10-T-1002. Khói thải sau khi xử lý được rửa bằng nước chứa dung môi, sau
đó chúng được làm nguội hoàn toàn ở 10-E-1002 nhằm mục đích duy trì cân bằng
nước trong hệ thống. Đoạn rửa ở phần trên của tháp bao gồm đệm và các thiết bị tách
sương. Khí đã xử lý sẽ được xả ra từ đỉnh tháp hấp thụ CO2 10-T-1002.
VII.2.3. Giải hấp
Thiết bị giải hấp 10-T-3001 có dạng hình trụ, bên trong sử dụng đệm cấu trúc.
Tại đây dung môi giàu CO2 bị phân tách bằng hơi và CO2 được lấy ra khỏi dòng dịch.
Dung môi giàu CO2 từ đáy tháp hấp thụ 10-T-1002 được gia nhiệt bằng dung
dịch nghèo CO2 lấy từ đáy tháp giải hấp 10-T-1003 tại thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-
1003A/B. Dung môi giàu CO2 sau khi gia nhiệt được nạp liệu vào phần trên của tháp
giải hấp, tại đây nó được tiếp xúc với dòng hơi stripping.
Dung môi giàu CO2 sẽ được phân tách bằng hơi trong 10-T-1003 và giải hấp để
thành dung dịch nghèo. Hơi dùng trong thiết bị giải hấp 10-T-1003 được sản xuất từ
reboiler 10-E-1005, thiết bị này sử dụng hơi thấp áp để đun sôi dịch nghèo CO2.
Hơi qua đỉnh 10-T-1003 sẽ được làm nguội đến 450C qua thiết bị ngưng tụ 10-
E-1004. Nước bị ngưng tụ từ bình hồi lưu tuần hoàn 10-V-1001 một phần sẽ được đưa
đến đỉnh tháp 10-T-1003 qua bơm hồi lưu tuần hoàn 10-P-1004A/B.
Dung dịch nghèo CO2 ra khỏi đáy của 10-T-1003 sẽ được làm nguội đến 400C
bởi thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-1003A/B và thiết bị làm lạnh 10-E-1006 trước khi đưa
vào tháp hấp thụ CO2 10-T-1002. Khoảng 10% khối lượng dung dịch nghèo CO2 này
được đưa qua bộ lọc bằng than hoạt tính 10-FL-1002 để tách dầu và tạp chất hòa tan,
các bộ lọc 10-FL-1001 và 10-FL-1003 được đặt trước và sau 10-FL-1002 dùng để tách
các tạp chất không hòa tan.
VII.2.4. Công đoạn tái sinh dung môi (Vận hành gián đoạn)
SOx và NO2 phản ứng với dung môi KS-1 trong tháp hấp thụ CO2 (10-T-
1002), phản ứng này sẽ hình thành muối bền nhiệt (HSS). Sự hình thành HSS sẽ làm
tạo bọt trong dung dịch. Thiết bị tái sinh (Reclaimer) 10-E-1007 được sử dụng nhằm
82
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
mục đích loại bỏ HSS tích tụ trong dung môi KS-1. Thiết bị tái sinh 10-E-1007 hoạt
động như một tháp chưng cất gián đoạn đơn giản. Khi hàm lượng HSS trong dung môi
đạt đến giới hạn tối đa, 10-E-1007 được khởi động để gia nhiệt cho dung môi với
NaOH và nước hồi lưu. Một phần NO2 và SOx trong thành phần của HSS sẽ phản ứng
với NaOH trong 10E1007. Phản ứng này sẽ tạo muối và giải phóng một phần dung
môi KS-1 từ muối bền nhiệt HSS. Muối sinh ra, NaOH thừa và các sản phẩm khác có
nhiệt độ sôi cao hơn dung môi KS-1. Vì vậy, khi được cấp nhiệt dung môi KS-1 và
nước sẽ hóa hơi trước và đi ra khỏi 10E1007 đến 10T1003. Các hợp chất còn lại được
xem như là chất thải và được đưa đi xử lý.
VII.2.5. Hệ thống bồn chứa dung dịch hấp thụ KS-1
Bồn chứa dung dịch 10-TK-1001 dùng để chứa dung dịch KS-1 của phân
xưởng thu hồi CO2 trong thời gian phân xưởng ngừng hoạt động. Bồn chứa 10-TK-
1002 được sử dụng nhằm mục đích thu hồi dung dịch KS-1 sau khi xả thải và dùng để
bổ sung dịch KS-1.
VII.3. Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của cụm thu hồi
CO2
VII.3.1. Ảnh hưởng của các tạp chất.
a. SO2
Nếu SO2 được nạp liệu vào tháp hấp thụ CO2 10-T-1002 cùng với khói thải,
SO2 sẽ phản ứng với dung dịch KS-1 và hình thành muối bền nhiệt (HSS). Dung dịch
KS-1 đã phản ứng với SO2 sẽ được tách ra từ HSS và được thu hồi trong công đoạn tái
sinh. Tuy nhiên việc nạp liệu SO2 này sẽ làm tăng tần suất hoạt động của thiết bị tái
sinh, làm tăng lượng dung dịch KS-1 tiêu thụ vì một phần của dung dịch KS-1 nạp liệu
vào thiết bị Reclaimer 10-E-1007 sẽ được đưa ra ngoài phân xưởng để xử lý.
b. NOx
Thành phần của khói thải bao gồm các oxit Nito nhưng chủ yếu là NO và NO2.
Khi NO được đưa vào tháp hấp thụ, chỉ một lượng nhỏ bị hấp thụ vật lý, phần còn lại
được đưa ra ngoài qua đỉnh tháp hấp thụ CO2. Mặt khác, phần NO2 phản ứng với
dung dịch KS-1 tạo ra muối bền nhiệt. Do đó, NO2 đi vào tháp hấp thụ sẽ làm tăng
83
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
lượng tiêu tốn dung dịch KS-1. Hơn nữa, NO sẽ bị hấp thụ vật lý bởi dung dịch KS-1
và phần nhỏ NO2 sẽ bị cuốn theo lượng CO2 thu hồi.
c. Oxi
Không giống như các amine, dung dịch KS-1 không bị ảnh hưởng bởi oxi khi
nồng độ bằng nồng độ không khí. Do vậy, không cần đưa khí trơ vào các bồn chứa
dung dịch hoặc các thiết bị tồn trữ khác. Tuy nhiên, muối bền nhiệt sẽ được hình thành
khi dịch tiếp xúc với O2 ở tháp hấp thụ CO2 trong thời gian dài.
d. Bụi
Việc tích tụ bụi trong dung dịch KS-1 có thể gây ra các vấn đề như tạo bọt, ăn mòn,
tăng lượng tiêu tốn dịch KS-1. Thêm vào đó, bụi sẽ làm tắc các bộ lọc.
VII.3.2. Sự hấp thụ CO2
Hiệu suất hấp thụ CO2 sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
- Nồng độ CO2 trong dòng khói thải nạp liệu và trong tháp hấp thụ.
- Nhiệt độ dòng khói thải nạp liệu vào tháp hấp thụ.
- Hiệu suất tiếp xúc lỏng-hơi
- Lưu lượng dòng khói thải và lưu lượng dịch KS-1 nạp liệu vào tháp hấp thụ
CO2
- Nồng độ dịch KS-1
- Năng lực hấp thụ CO2 của dịch nghèo KS-1
VII3.3. Cân bằng nước
Việc giữ cân bằng nước trong hệ thống là rất quan trọng để duy trì nồng độ KS-
1. Cân bằng nước được duy trì tự động bằng việc kiểm soát nhiệt độ khí đầu vào và
đầu ra của tháp hấp thụ 10-T-1002 để duy trì mức dịch KS-1 ổn định tại đáy tháp hấp
thụ. Ví dụ: cân bằng nước được xác định bởi tổng lượng ẩm nạp liệu vào tháp hấp thụ
CO2 cùng với khói thải, bao gồm ẩm đưa ra khỏi đỉnh tháp 10-T-1002 và ẩm bị lôi
cuốn cùng với CO2 sản phẩm. Hơn nữa, tổng lượng ẩm nạp liệu vào tháp hấp thụ CO2
sẽ được kiểm soát bằng nhiệt độ nước làm mát khói thải đưa vào thiết bị làm nguội 10-
T-1001 vì nhiệt độ của dòng khói thải được xác định bởi nhiệt độ của dòng nước làm
84
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
mát. Lượng ẩm đưa ra khỏi đỉnh tháp 10-T-1002 cũng sẽ được kiểm soát giống như
việc kiểm soát ẩm nạp liệu vào tháp hấp thụ.
Khi nhiệt độ dòng khói thải nạp liệu vào tháp hấp thụ CO2 cao hơn nhiệt độ
khói thải đã xử lý ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ, mức dung dịch ở đáy tháp 10-T-1002 sẽ
tăng lên và dung dịch KS-1 sẽ bị loãng và ngược lại.
VII3..4. Đoạn rửa của tháp hấp thụ CO2.
Mục đích chính của đoạn rửa trong tháp hấp thụ CO2 là để thu hồi ẩm được tạo
ra do sự tỏa nhiệt của phản ứng hấp thụ CO2 và hơi amine. Nồng độ KS-1 trong nước
rửa và nhiệt độ khói thải đã xử lý tại đầu ra của đoạn rửa ảnh hưởng rất lớn đến hiệu
suất thu hồi hơi amine.
Có 2 cách hạn chế hiệu quả việc thoát amine như sau:
Đưa nước hồi lưu vào đoạn rửa
Một phần nước hồi lưu được đưa vào đoạn rửa của tháp hấp thụ CO2 nhằm mục
đích giảm nồng độ của KS-1 trong nước rửa. Đặc biệt, trong quá trình vận hành bình
thường, 50% lượng nước hồi lưu này được đưa về đoạn rửa còn trong quá trình vận
hành ở chế độ tái sinh thì đưa khoảng 30-40% lượng hồi lưu.
Giảm nhiệt độ đầu ra tại đoạn rửa của tháp hấp thụ
Giảm nhiệt đầu vào khí khói thải sẽ tốt trong việc hạn chế thoát dịch KS-1 ra
môi trường. Vì thế, khi nhiệt độ nước làm mát thấp hơn bình thường trong mùa đông
hoặc trong ca đêm, tiến hành điều chỉnh bằng cách giảm nhiệt độ khói thải tại đầu ra
của đoạn rửa.
VII.3.5. Các biện pháp duy trì chất lượng dung dịch KS-1
Việc duy trì chất lượng dung dịch KS-1 tốt sẽ làm giảm lượng tiêu thụ phụ trợ
và lượng tiêu thụ dung dịch KS-1 đồng thời đảm bảo quá trình vận hành ổn định. Các
biện pháp chính cần kiểm soát để đảm bảo chất lượng dung dịch KS-1 tốt nhất:
a. Kiểm soát nồng độ KS-1
85
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Khi tăng tốc độ tuần hoàn dung dịch KS-1 thì lượng tiêu thụ hơi lớn, do đó
nồng độ KS-1 sẽ giảm thấp. Vì vậy nồng độ này cần phải được kiểm tra, theo dõi
thường xuyên và được bổ sung khi cần.
b. Kiểm soát hàm lượng muối bền nhiệt.
Khi hàm lượng muối bền nhiệt (HSS) cao sẽ làm tăng tốc độ suy giảm chất
lượng của dung môi và gây tạo bọt. Vì vậy khi hàm lượng muối bền nhiệt trong dung
dịch KS-1 đạt đến giới hạn 2% cần phải đưa thiết bị tái sinh 10-E-1007 vào hoạt động.
c. Loại bỏ các yếu tố tạo bọt
Phần dung dịch KS-1 nạp liệu vào tháp hấp thụ CO2 được đưa liên tục vào bộ
lọc than hoạt tính để loại bỏ các tạp chất gây tạo bọt. Do vậy cần phải bảo dưỡng than
hoạt tính thường xuyên.
d. Kiểm soát hàm lượng sắt hòa tan
Khi hàm lượng sắt hòa tan và lượng HSS cao, sự suy giảm chất lượng của dung
môi và sự tạo bọt càng tăng. Nếu hàm lượng sắt hòa tan đạt đến 10ppm, thiết bị tái
sinh 10-E-1007 phải được khởi động. Nhưng về lý thuyết thì giá trị này sẽ không bao
giờ đạt đến.
VII.3.6. Ăn mòn
Nguyên nhân chính của việc ăn mòn là do việc duy trì chất lượng dung dịch
KS-1 kém và các nguyên nhân khác do vật liệu chế tạo thiết bị.
Các vị trí trong thiết bị nên sử dụng thép không rỉ để chống ăn mòn:
Các bề mặt tiếp xúc với khí hoặc lỏng có tính acid. Tuy nhiên ở những
vị trí tiếp xúc với KS-1 có thể sử dụng thép carbon.
Các vị trí mà ở đó quá trình tách nhanh (fushing) xảy ra. Quá trình tách
nhanh xảy ra khi CO2 thoát ra khỏi dung dịch do tăng nhiệt hoặc giảm áp.
Các vị trí trong đường ống có vận tốc dòng chảy lớn.
VII.3.7. Vận hành đảm bảo hiệu quả kinh tế
Để vận hành hệ thống một cách kinh tế nhất cần xem xét các yếu tố sau:
86
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Điều chỉnh tốc độ tuần hoàn dung dịch KS-1
Lưu lượng tuần hoàn dung dịch KS-1 lớn sẽ làm tăng lượng điện tiêu thụ cho
bơm tuần hoàn, tăng hơi và tăng nước làm mát. Vì vậy tốc độ tuần hoàn nên được điều
chỉnh tùy theo điều kiện vận hành.
Điều chỉnh việc nạp liệu khói thải
Việc nạp liệu quá dư khói thải dẫn đến việc thất thoát dung dịch KS-1 tăng lên.
Do vậy cần phải điều chỉnh lượng nạp liệu này theo điều kiện vận hành.
Làm mát khói thải
Nhiệt độ dòng khói thải vào tháp hấp thụ CO2 cao thì hiệu suất hấp thụ CO2 sẽ
giảm. Đồng thời nhiệt độ cao cũng sẽ làm tăng lượng mất mát dung dịch KS-1 do nhiệt
độ của khói thải đã xử lý ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ tăng theo để duy trì cân bằng nước.
Làm sạch trao đổi nhiệt tấm đấu nối với thiết bị giải hấp 10-T-1003.
Khi các tấm trao đổi nhiệt của thiết bị 10-E-1003A/B bị bẩn, hiệu suất truyền
nhiệt sẽ giảm và lượng hơi tiêu thụ tăng lên do nhiệt độ của dung dịch KS-1vào thiết bị
tái sinh 10-T-1003 giảm xuống. Nếu điều này ảnh hưởng lớn đến chi phí vận hành thì
cần phải rửa thiết bị này.
VII.4. Dung môi hấp thụ KS-1
Dung dịch hấp thụ CO2 là dung dịch có tên bản quyền là KS-1 có thành phần chủ
yếu là monoethanol amin (MEA).MEA là dung môi bình thường được sản xuất và sử
dụng sớm nhất với hơn 50 năm trong lĩnh vực hấp thụ CO2 cho các quá trình tách hay
thu hồi với mục đích sản xuất nước giải khát hoặc nước đá khô.
Công thức phân tử MEA:
HO-CH2-CH2-NH2
Hiện nay, nhà máy sử dụng dung môi KS-1 70% trong quá trình vận hành bình thường
của phân xưởng.
Phương trình phản ứng cơ bản của quá trình hấp thụ CO2 bằng dịch KS-1 :
2 R-NH2 + CO2 R-NH3+ + R-NH-COO-
R-NH2 + CO2 + H2O R-NH3+ + HCO3
-
87
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Để đảm bảo khả năng hấp thụ CO2 của dịch KS-1 ổn định, chúng ta cần chú ý tới việc
duy trì nồng độ KS-1 đồng thời đảm bảo chất lượng dung dịch.Kiểm tra và duy trì các
yếu tố ảnh hưởng tới chât lượng KS-1 trong giới hạn cho phép bao gồm các yếu tố như
sau :
- Nồng độ CO2 trong dịch KS-1 nghèo
- Nhiệt độ dịch KS-1 trong quá trình vận hành
- Hàm lượng muối bền nhiệt (HHS) trong dung dịch ( < 2 %)
- Hàm lượng sắt hòa tan ( giới hạn 10%)
Nếu hàm lượng muối bền nhiệt và hàm lượng sắt hòa tan trong dung dịch KS-1 vượt
quá giới hạn cho phép, hay cường độ tạo bọt trong tháp hấp thụ CO2 tăng lên thì tiến
hành khởi động thiết bị tái sinh dung môi 10-E1007.Kết hợp với bộ lọc 10-FL1002,
10-FL1001, 10-FL1003 để đảm bảo chất lượng của dung môi KS-1.
VII.5. Thiết bị chính trong phân xưởng
VII.5.1. Thiết bị làm mát khói thải 10-T1001
10-T1001 là tháp hình trụ ,sử dụng đệm cấu trúc để tăng bề mặt tiếp xúc lỏng
hơi trong tháp.Khói thải được đưa vào tháp từ dưới lên, còn dòng nước làm mát được
đưa từ trên xuống tiếp xúc trực tiêp với nhau.Khói thải ra khỏi đáy tháp được làm lạnh
tới nhiệt độ 42oC.
88
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 25: Thiết bị làm mát 10-T1001
VII.5.2. Tháp hấp thụ CO2 10-T1002
10-T1002 là tháp hình trụ gồm 2 phần :
Phần dưới dùng để hấp thụ CO2 bằng dịch KS-1, sử dụng đệm cấu trúc.
Phần trên gồm 2 đoạn rửa dùng đệm cấu trúc để rửa khói thải sau khi đã hấp thụ.Khói
sau khi rửa được thải ra ngoài trên đỉnh tháp hấp thụ.
89
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 26: Thiết bị hấp thụ 10- T1002
VII.5.3. Thiết bị giải hấp 10-T1003.
10-T1003 là tháp chưng luyện hình trụ dùng đệm cấu trúc bên trong.Trên đỉnh
tháp có lắp 3 đĩa chưng được nạp lỏng nhằm ngăn ngừa hiện tượng lỏng cuốn theo khí
thoát ra ngoài làm thất thoát amin.
90
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 27: Thiết bị giải hấp 10-T1003
VII.6. Thuyết minh dây chuyền công nghệ
Dòng khói thải flue gas với áp suất -0,002 barg từ lò đốt refoming được đưa
sang thiết bị làm mát 10-T1001, tại đây khói thải được làm mát tới nhiệt độ 42oC bằng
dòng nước làm mát đi từ trên đỉnh tháp xuống.Dòng nước làm mát được bơm tuần
hoàn bằng bơm 10-P1001 và được duy trì nhiệt độ làm mát bằng thiết bị trao đổi nhiệt
10-E1001.
Khói thải sau khi làm mát được hút qua thiết bị hấp thụ 10-T1002 bằng quạt hút
10-K1001.Tại thiết bị hấp thụ, dòng khói thải đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với dòng
dung dịch KS-1 đi từ trên xuống, CO2 được hấp thụ vào KS-1 ở áp suất thường.Sau
khi ra khỏi đoạn hấp thụ, khói thải đi vào đoạn rửa phía trên, tại đây khói thải được
làm mát và thải ra ngoài không khí.
91
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Dòng dịch KS-1 giàu CO2 được bơm 10-P1003 A/B bơm vào tháp giải hấp 10-
T1003 sau khi được gia nhiệt bằng dòng dịch nghèo CO2 đi ra từ đáy tháp giải hấp.
Trong tháp giải hấp 10-T1003, CO 2 được tách ra khỏi dịch KS-1 đi ra khỏi đỉnh
tháp.Dòng dung dịch KS-1 nghèo CO2 được bơm 10-P1005 tuần hoàn trở lại tháp hấp
thụ.
Dòng hơi ra khỏi tháp giải hấp được làm lạnh bởi thiết bị 10-E1004 sau đó đi
vào thiết bị tách pha 10-V1001.Tại đây khí CO2 tinh khiết được đưa sang phân xưởng
tổng hợp Ure.Dòng nước ngưng tụ được bơm 10-P1004 A/B bơm tuần hoàn lại hệ
thống như sau : Khi hệ thống hoạt động bình thường thì 50% nước được tuần hoàn về
đoạn rửa của thiết bị hấp thụ, 50% được đưa về thiết bị giải hấp.Trường hợp vận hành
thiết bị tái sinh 10-E1007, 30-40% nước được tuần hoàn về đoạn rửa, 30-40% được
đưa đến thiết bị tái sinh dung môi, còn lại được tuần hoàn về tháp giải hấp.
Dòng dung môi KS-1 nghèo CO2 sau khi ra khỏi đáy thiết bị giải hấp được trao
đổi nhiệt với dòng KS-1 giàu CO2 vào tháp sau đó được đưa trở lại đỉnh đoạn hấp thụ
của 10-T1002.Khoảng 10% dịch KS-1 được đưa qua bộ lọc 10-FL1002 để lọc dầu và
tạp chất hòa tan, bộ lọc 10-FL1001 và 10-FL1003 được lắp trước và sau 10-FL1002 để
lọc các tạp chất không hòa tan.
Reboiler của thiết bị giải hấp được cung cấp nhiệt bằng dòng hơi thấp áp, duy
trì nhiệt độ của đáy tháp giải hấp ở 117oC.
Thiết bị tái sinh dung môi 10-E1007 hoạt động gián đoạn, được cung cấp nhiệt
bằng dòng hơi cao áp có áp suất 38 barg , hoạt động như một thiết bị chưng cất đơn
giản gián đoạn.Hơi nước và KS-1 có nhiệt độ sôi thấp hơn bay hơi trước, các tạp chất
và các hợp chất muối bền nhiệt được giữ lại trong thiết bị và được tháo ra sau khi kết
thúc công đoạn tái sinh.
92
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Hình 28: Sơ đồ dây chuyền công nghệ phân xưởng thu hồi CO2
93
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
KẾT LUẬN
Nhà máy đạm Phú Mỹ đã đi vào hoạt động được tròn mười năm, công nghệ sản
xuất hầu như đã ổn định và được tự động hóa ở nhiều khâu.
Trong thời gian này, nhà máy có gặp một số sự cố như rò rỉ khí công nghệ,rò rỉ
bơm, hỏng van gây mất hơi nước siêu cao áp dẫn đến mất hơi cao áp gâp trip bên
xưởng ammoniac và cả xưởng ure gây thiệt hại về kinh tế. Sau mỗi lần gặp sự cố,
phòng công nghệ sản xuất đều tiến hành thảo luận để tìm ra biện pháp xử lý sao cho
phù hợp, các ứng xử nào được ưu tiên như bảo vệ thiết bị, tránh gây trip xưởng ure gây
mất sản phẩm.
Về sản phẩm của nhà máy, hiện nay còn tổn tại một nhược điểm đó là hạt ure bị
vỡ trong quá trình vận chuyển, đóng bao. Nhà máy vẫn đang nghiên cứu tìm hướng
khắc phục sao cho hiệu quả đạt được là tối ưu nhất.
Quá trình thực tập tại nhà máy, chúng em được trực tiếp làm việc với các kỹ sư
của phòng công nghệ sản xuất, quan sát công việc, tác phong làm việc và học tập các
tư duy nhìn nhận một vấn đề. Được các anh chị cung cấp tài liệu, giải đáp những thắc
mắc trong quá trình tìm hiểu. Bên cạnh đó, chúng em được làm quen với hệ thống mô
phỏng của vận hành DCS. Những điều đó thực sự rất hữu ích để nắm bắt các thông số,
hiểu được rõ công nghệ mà chúng em thực tập. Nó còn giúp chúng em có cái nhìn bao
quát hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp ammoniac.
Báo cáo này là bản tổng kết lại những vấn đề mà chúng em đã tìm hiểu về quá
trình tổng hợp NH3 từ khí tự nhiên theo công nghệ của Haldor Topsoe của nhà máy.
Mỗi cụm công nghệ trong xưởng là do một thành viên đảm nhận (là phần liên quan
đến đồ án tốt nghiệp).
Trong báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong thầy cô thông
cảm và góp ý để chúng em sửa chữa, hiểu rõ hơn công nghệ này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
94
Recommended