Luận văn:XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

Chia sẻ: Nguyen Ha | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

184
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

- Nhà máy Đạm Phú mỹ đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổng công ty dầu khí Việt Nam. - Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD, được xây dựng trên diện tích 63 hecta, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất Ammoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti (Italy) để sản xuất Urea (công suất 740.000 tấn/năm). Đây là công nghệ với dây chuyền khép kín đầu vào là khí thiên nhiên, đầu ra là Urea và Ammoniac lỏng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYÊN HỮU LƯƠNG Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh Khoa CN Hóa & Thực Phẩm Nghành Kỹ Thuật Hóa Dầu MÔN: XÚC TÁC CÔNG NGHIỆP TRONG CHẾ BIẾN DẦU KHÍ ĐỀ TÀI : XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD : TS. Nguyễn Hữu Lương HVTH : Nguyễn Đình Phúc MSHV : 10400160 Lớp : KTHD-CH2010 Tháng 12 năm 2010 HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang i
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYÊN HỮU LƯƠNG Mục Lục 1 Lịch sử hình thành và phát triển: ............................................................................... 1 2 Nguyên liệu sản xuất và sản phẩm nhà máy: ............................................................. 1 2.1 Nguyên liệu sản xuất: ........................................................................................ 1 2.2 Sản phẩm: .......................................................................................................... 2 3 Qui trình công nghệ: ................................................................................................. 4 3.1 Phân xưởng Ammoniac: .................................................................................... 4 3.1.1 Khử lưu huỳnh:........................................................................................... 4 3.1.2 Công đoạn Steam Reforming: ..................................................................... 6 3.1.3 Chuyển hóa CO: ....................................................................................... 10 3.1.4 Công đoạn tách CO2: ................................................................................ 11 3.1.5 Công đoạn mêtan hóa: .............................................................................. 14 3.1.6 Công đoạn tổng hợp NH3: ......................................................................... 16 3.2 Phân xưởng sản xuất Urea: .............................................................................. 18 3.2.1 Bộ phận nén CO2: ..................................................................................... 18 3.2.2 Bộ phận tổng hợp Urea và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất cao: ...................... 19 3.2.3 Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 ở trung và thấp áp: ........................... 19 3.2.4 Cô đặc Urea: ............................................................................................. 21 3.2.5 Tạo hạt Urea: ............................................................................................ 22 HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang ii
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 1 Lịch sử hình thành và phát triển: - Nhà máy Đạm Phú mỹ đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổng công ty dầu khí Việt Nam. - Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD, được xây dựng trên diện tích 63 hecta, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất Ammoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti (Italy) để sản xuất Urea (công suất 740.000 tấn/năm). Đây là công nghệ với dây chuyền khép kín đầu vào là khí thiên nhiên, đầu ra là Urea và Ammoniac lỏng. 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 kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp. - Nhà máy được khánh thành và đi vào họat động vào ngày 22/9/2004. 2 Nguyên liệu sản xuất và sản phẩm nhà máy: 2.1 Nguyên liệu sản xuất:  Hoạt động của phân xưởng Amôniắc được mô tả trong lược đồ dưới đây: Hơi trung áp Khí thiên nhiên Ammonia Nước khử khoáng Cácbon điôxít Không khí PHÂN XƯỞNG AMÔNIẮC Điện Condensate từ tuốc-bin Condensate công nghệ HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 1
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG  Hoạt động của phân xưởng Urê được mô tả trong lược đồ dưới đây: Hơi thấp áp Ammonia Urea Khí cácbon điôxit PHÂN XƯỞNG UREA Condensate từ hơi Điện Condensate từ quá trình  Nguyên liệu chính của nhà máy là khí đồng hành Bạch Hổ, ngoài ra có thể sử dụng khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn và các bể khác thuộc lục địa phía Nam. Lượng khí tiêu thụ cho nhà máy khoảng 53.000 – 54.000 NM3/h (khoảng 450 triệu m3/năm). Khí thiên nhiên là hỗn hợp các Cacbua Hydro nhẹ, chủ yếu là Metane (CH4). Khí thiên nhiên có thể khai thác từ mỏ khí hoặc được tách ra từ khí đồng hành tại các mỏ dầu.  Nitơ: Nguyên liệu để tổng hợp NH3 và được lấy từ không khí. Hydro:được tạo ra nhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước, là nguyên liệu để tổng hợp NH3. CO2:là nguyên liệu để tổng hợp Urea, được điều chế từ công đoạn Reforming khí thiên nhiên. 2.2 Sản phẩm: Sản phẩm phụ-Ammoniac: Ammonia tổng hợp được chủ yếu để sản xuất Urea. Lượng còn dư được đưa về bồn chứa. Công suất 1350 tấn Ammonia/ngày (tương đương khoảng 422.598 tấn/năm). NH3 (%wt) 99.8 min. H2O (%wt) 0.2 max. Oil (ppm wt) 5 max. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 2
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Ammonia là chất khí có công thức phân tử NH3, hóa lỏng ở điều kiện áp suất thường và nhiệt độ thấp (khoảng –320C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất cao (khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng. Sản phẩm chính - Urea: Công suất: 2200 tấn/ngày. Cỡ hạt: 1.4 – 2.8 mm: >95%. Hàm lượng N2:> 46.3%. Độ ẩm: < 0.4%. Hàm lượng biuret: < 1% Urea là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH2)2, ở nhiệt độ thường Urea không màu, mùi vị, hoà tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1350C, tỷ trọng khoảng 1,3230. Urea thủy phân chậm tạo thành Cacbamát Amôn sau đó phân hủy thành NH3 và CO2, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm phân bón. Trong công nghiệp Urea được tổng hợp từ NH3 lỏng và CO2 khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 3
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3 Qui trình công nghệ: 3.1 Phân xưởng Ammoniac: 3.1.1 Khử lưu huỳnh: Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn tại ở dạng hợp chất. Xúc tác dùng cho công nghệ reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh, bởi vì chúng sẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác. Do đó các HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 4
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đi vào công đoạn Reforming. Điều này được thực hiện trong công đoạn khử lưu huỳnh của phân xưởng NH3. Trong quá trình khử lưu huỳnh, các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ được chuyển hóa thành H2S bằng xúc tác hydro hóa. Sau đó H2S được hấp phụ bằng ZnO. Thành phần lưu huỳnh vào reformer từ các nguồn (khí nguyên liệu, khí tuần hoàn, hơi nước) phải nhỏ hơn 0.05 phần triệu khối lượng. Công đoạn khử lưu huỳnh bao gồm thiết bị hydro hóa, 10-R-2001 và hai thiết bị hấp phụ sulphur 10-R-2002A/B. Xúc tác cho 10-R-2001 là coban/molypden oxit và chất hấp phụ trong 10-R-2002A/B là oxit kẽm. Quá trình hydro hoá tại thiết bị 10-R-2001: Dòng khí thiên nhiên cùng dòng khí hydro quay về từ máy nén 10-K-4031 đi vào thiết bị hydro hoá 10-R-2001 ở nhiệt độ 4000C. Tại 10-R-2001, dưới nhiệt độ và xúc tác cobalt- molybdenum oxit (TK-250), xảy ra phản ứng hydro hoá: RSH + H2  RH + H2S COS + H2  CO + H2S Ngoài các phản ứng hydro hoá ở trên, xúc tác TK-250 còn xúc tiến phản ứng hydro hoá các hợp chất hydro cacbon không no thành các hợp chất hydro cacbon no và phản ứng chuyển hoá các hợp chất Nitơ hữu cơ thành Ammonia và các hợp chất hydrocacbon no. Trong suốt quá trình vận hành, các hợp chất CO, CO2 trong khí nguyên liệu cần được hạn chế đến mức tối thiểu. Nếu có các hợp chất này trong nguồn khí nguyên liệu sẽ xảy ra các phản ứng gây ảnh hưởng đến hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh ra khỏi tháp hấp thụ lưu huỳnh như sau: CO2 + H2  CO + H2O CO2 + H2S  COS + H20 Trong trường hợp hàm lượng các hợp chất CO cao sẽ xảy ra phản ứng cốc hoá hình thành lớp muội cacbon bám trên bề mặt xúc tác làm giảm họat tính của xúc tác HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 5
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG 2 CO  C + CO2 Quá trình hấp thụ lưu huỳnh tại thiết bị 10-R-2002A/B: Dòng khí thiên nhiên sau khi hydro hoá được đưa vào thiết bị hấp thụ lưu huỳnh 10-R- 2002A/B. Hai thiết bị hấp thụ này giống hệt nhau và được lắp nối tiếp nhau. Thiết bị 10-R-2002B đóng vai trò hỗ trợ trong trường hợp trong dòng khí ra từ 10-R-2002A còn lưu huỳnh hoặc trong trường hợp thay xúc tác 10-R-2002A. Mỗi thiết bị có 3 tầng xúc tác chứa 3 loại xúc tác HTZ. Nhiệt độ vận hành bình thường khoảng 4000C. Oxit kẽm phản ứng với các hydro sulphide và carbonyl sulphide theo phản ứng sau: ZnO + H2S  ZnS + H2O ZnO + COS  ZnS + CO2 ZnO không phản ứng oxy hoặc hydro ở bất kỳ nhiệt độ nào. Trong quá trình vận hành không được để hơi nước lọt vào 10-R-2002A/B, ZnO sẽ bị hydrate hoá và không thể tái tạo thành ZnO trong thiết bị phản ứng tái sinh. 3.1.2 Công đoạn Steam Reforming: Quá trình reforming hơi nước có thể được diễn tả bởi các phản ứng sau đây: CnHm + H2O  Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q (1) CH4 + 2H2O  CO + 3H2 – Q (2) CO + H2O  CO2 + H2 + Q (3) HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 6
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Phản ứng (1) miêu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hóa từng bậc xuống thành những hydrocacbon bậc thấp, và cuối cùng thành phân từ metan, và được chuyển hoá như trong phản ứng (2). Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở 500 0C và đối với metan ở 600 0C. Nhiệt phát ra từ phản ứng (3) rất nhỏ trong khi nhiệt cần cho phản ứng (1) và phản ứng (2) là rất lớn. Phản ứng xảy ra theo hai bước, reforming sơ cấp 10-H-2001 và reforming thứ cấp 10- R-2003. Nhiệt cần thiết cho phản ứng trong hai thiết bị reforming được cấp theo hai cách khác nhau. Trong reformer sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạng gián tiếp từ lò đốt; trong reformer thứ cấp, nhiệt được cung cấp trực tiếp từ quá trình đốt của khí công nghệ với không khí. Sự chuyển hoá trong reforming sơ cấp sẽ được điều chỉnh sao cho không khí sẽ cấp nhiệt cho reforming thứ cấp để đảm bảo yêu cầu tỉ lệ H2/N2= 3/1. Điều 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 khống chế bằng hằng số cân bằng của phản ứng (2) , giảm khi tăng nhiệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất. Trước khi vào refomer sơ cấp H-2001, hổn hợp hơi nước và khí tự nhiện được hâm nóng lên khoảng 535oC trong bộ hâm 10-E-2001 nằm trong bộ phận khí thải của reforming sơ cấp. Sau đó được đưa vào các ống thẳng đứng chứa xúc tác.Các ống xúc tác được đặt trong buồng đốt reforming sơ cấp, mà ở đó bức xạ nhiệt được truyền từ các béc đốt đến thành ống. Để đảm bảo cháy hoàn toàn khí nhiên liệu, các béc đốt sẽ vận hành với lượng không khí thừa khoảng 10% tương ứng với 2% thể tích 02 trong khí thải. Hydrocacbon trong khí nguyên liệu vào reforming sơ cấp được chuyển hoá thành hydro và cabon oxit. Khi vận hành ở trường hợp 1 với HRU (thiết bị thu hồi hydro) làm việc và sử dụng khí thải đã được xử lý như là khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming ở nhiệt độ khoảng 7800C và hàm lượng metan khoảng 15% mol tính theo khí khô. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 7
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Khi vận hành ở trường hợp 2 với HRU (thiết bị thu hồi hydro) không làm việc và sử dụng khí thải không được xử lý như là khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming ở nhiệt độ khoảng 8000C và hàm lượng metan khoảng 13% mol tính theo khí khô. Trong khoảng không gian trống phía trên của reformer 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 làm nhiệt độ tăng lên. Từ khoảng không này, khí công nghệ đi qua lớp xúc tác phía dưới, mà ở đó phản ứng reforming xảy ra hoàn toàn và làm nguội hổn hợp khí. Nhiệt độ hổn hợp khí ra khỏi reformer thứ cấp khoảng 958 oC và hàm lượng metan khoảng 0.6% mol tính theo khí khô. Khí ra khỏi reformer thứ cấp chứa khoảng 13,5% mol CO và 7,5% mol CO2, chính vì vậy, sẽ có nguy cơ hình thành cacbon theo phản ứng Boudouard như sau: 2CO  CO2 + C (muội than) Trong khi vận hành reforming sơ cấp cacbon có thể hình thành một phần phía ngoài và phía trong xúc tác. Cacbon nằm phía ngoài hạt xúc tác sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong lớp xúc tác và phía trong hạt xúc tác sẽ làm giảm hoạt tính và độ bền cơ học của xúc tác. Ở tỉ lệ hơi nước và cacbon thấp, việc hình thành cacbon có thể xảy ra và kết quả là cacbon lắng tụ, đặc biệt là ở trong hạt xúc tác.Nếu xúc tác không được hoàn nguyên trọn vẹn hoặc một phần bị oxy hóa, cacbon cũng có thể hình thành. Reformer sơ cấp: Reformer sơ cấp có tổng cộng 180 ống xúc tác reformer được lắp đặt trong hai buồng bức xạ nhiệt. Phần trên của các ống reformer được nạp xúc tác loại RK-211 và RK-201, trong khi phần đáy của các ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H. Chất xúc tác bền trong không khí đến nhiệt độ 80 0C. Nếu tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưng nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng gì đến xúc tác. Hỗn hợp hơi nước và khí thiên nhiên ở nhiệt độ khoảng 535 0C đi vào đỉnh của các ống thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía trên. Hỗn hợp khí đi ra khỏi ống ở nhiệt độ khoảng 783 0C và đi vào ống gom phía dưới. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 8
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Các ống xúc tác trong buồng đốt được đốt bằng 480 béc đốt được sắp xếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profile nhiệt độ dọc theo chiều dài của ống xúc tác. Bằng cách này sẽ tối ưu hoá việc xử dụng các ống xúc tác đắt tiền. Khói thải đi lên và ra gần với đỉnh buồng bức xạ nhiệt. Nhiệt độ khói đi ra khoảng 1027 0C. Hỗn hợp khí tự nhiên và khí nhả ra từ công đoạn tách CO2 được đốt chung với khí thải đã xử lý từ chu trình tổng hợp NH3 trong các béc đốt reforming sơ cấp. Reformer thứ cấp: Reformer thứ cấp được nạp bởi xúc tác RKS-2-7H. 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 xúc tác khỏi rung động và bảo vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa. Trong reformer thứ cấp quá trình đốt khí công nghệ với không khí khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100-1200oC trong phần trên của reformer thứ cấp. Do phản ứng reforming với metan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm khi khí đi xuống dưới qua lớp xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 958 0C. Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400-1500 0C. Chất xúc tác đã được hoạt hoá không được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ lớn hơn 100 0C. Vì nhiệt tạo ra do phản ứng oxy hoá không được giải phòng khỏi bình reformer thứ cấp, nó có thể dẫn đến tình trạng quá nhiệt và phá hủy chất xúc tác. 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 hỗn 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. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 9
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG - 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. Trong 10-E-2009 hơi nước được quá nhiệt từ 324 lên 376 oC. Khí công nghệ được làm nguội đến 360 0C trong bô quá nhiệt 10-E-2009 trước khi đi vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004. 3.1.3 Chuyển hóa CO: Cacbon monoxit trong khí công nghệ rời khỏi công đoạn reforming được chuyển hoá thành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO trong 10-R-2004 và 10-R- 2005: CO + H2O  CO2 + H2 + Q HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 10
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG 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 hơn. Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác và thành phần của khí. Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước để vừa đảm bảo tốc độ của phản ứng và hiệu suất chuyển hoá CO cao:  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 kim loại crom tăng cường bằng oxit sắt.  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, lượng xúc tác lớn hơn là LK-821-2 bao gồm oxít đồng kẽm crôm hoặc nhôm và nó có hoạt tính cao hơn. 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 quá nhiệt hơi nước 10-E-2010 và bộ hâm 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 hâm nóng nước lò hơi số hai 10-E-2013, nồi đun tripper 10-E-3002 trước khi đi vào công đoạn tách CO2. 3.1.4 Công đoạn tách CO2: HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 11
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Hệ thống tách CO2 được dựa trên quá trình MDEA hoạt hoá hai cấp (công nghệ của BASF). Dung môi được dùng cho quá trình hấp thụ CO2 là MDEA 03. Hệ thống công nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO2 hai cấp, một tháp giải hấp CO2 và hai bình tách flash. Dòng CO2 bị tách khỏi khí công nghệ bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa 40% MDEA. Đóng vai trò như một chất hoạt hoá quá trình hấp thụ, dung dịch MDEA chứa đựng 3% khối lượng chất piperazine, chất này giúp tăng tốc độ truyền khối của CO2 từ pha khí sang pha lỏng. Phần còn lại của dung dịch là nước. Phản ứng tổng thể xảy ra trong quá trình hấp thụ CO2 được miêu tả bởi các phản ứng dưới đây: R3N + H2O + CO2  R3NH+ + HCO3- 2R2NH + CO2  R2NH2+ + R2N-COO- Phản ứng đầu là phản ứng cho amine bậc ba (ví dụ MDEA). Phản ứng thứ hai là phản ứng cho amine bậc hai (ví dụ piperazine). Khí rời khỏi công đoạn chuyển hoá CO có hàm lượng CO2 khoảng 8,2% mol (khí khô). Do sự có mặt của hơi nước, khí này cũng chứa một lượng nhiệt đáng kể có thể thu hồi được, chủ yếu là nhiệt ngưng tụ. Lượng nhiệt này được thu hồi bởi bộ gia nhiệt nước nồi hơi số 2 (10-E-2013), nồi đun tháp giải hấp CO2 (10-E-3002) và bộ gia nhiệt nước mềm (10-E-3005). Sau khí nước ngưng tụ quá trình được tách ra khỏi dòng khí trong bình tách khí cuối cùng 10-V-3004, khí này đi vào tháp hấp thụ CO2 tại nhiệt độ khoảng 75oC. Trong tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002), CO2 được tách ra khỏi dòng khí bằng hấp thụ ngược dòng trong hai cấp. Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO2. Trong phần trên của tháp này, dung dịch thuần tái sinh được dùng để tách CO2 còn lại. Tại đầu ra của tháp hấp thụ, hàm lượng CO2 trong khí đã giảm xuống thấp hơn 500 phần triệu (khí khô). Các dung dịch đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 50oC (dung dịch thuần) và 73oC (dung dịch bán thuần) và được gia nhiệt đến khoảng 82oC bởi các phản ứng hấp thụ toả nhiệt. Dung dịch giàu CO2 rời khỏi tháp hấp thụ CO2 được giảm áp thông qua tuốc bin thuỷ lực 10-HT-3001, tuốc bin này kéo một trong những bơm dung dịch bán thuần (bơm 10-P-3001 A), do vậy, giảm mức tiêu thụ năng lượng của quá trình một cách đáng kể. Tách tái sinh dung dịch giàu CO2 được thực hiện trong hai cấp để đạt được độ tinh khiết cao của sản HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 12
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG phẩm CO2. Trong bình tách cao áp 10-V-3002, hầu hết các thành phần khí trơ hoà tan được giải phóng tại áp suất khoảng 5,5 barg. Dung dịch giàu CO2 tiếp tục đến bình tách thấp áp 10-V-3001, nơi mà hầu hết CO2 được giải phóng khỏi dung dịch tại áp suất 0,27 barg. CO2 thoát ra khỏi bình tách thấp áp chứa đầy hơi nước bão hoà tại nhiệt độ khoảng 72oC. Hỗn hợp này được làm nguội đến 45oC trong bộ làm lạnh khí tách thấp áp 10-E- 3006, và nước ngưng tụ được tách ra khỏi CO2 thành phẩm trong bình K.O. (10-V-3003). CO2 thành phẩm rời khỏi 10-V-3003 được xuất đến phân xưởng urê ở áp suất 0,18 barg. Dung dịch từ đáy của bình tách thấp áp được chia thành hai dòng. Phần lớn dung dịch được bơm dung dịch bán thuần 10-P-3001 đưa tới phần dưới của tháp hấp thụ. Phần còn lại được chuyển đến tháp giải hấp để khử CO2 bằng bơm chia dòng 10-P-3003A/B. Trước khi đi vào đỉnh tháp giải hấp, dung dịch bán thuần được gia nhiệt bằng dung dịch thuần đến từ đáy tháp giải hấp nhờ trao đổi nhiệt 10-E-3001. Trong tháp giải hấp, CO2 được khử bằng nhiệt, nhiệt cho yêu cầu này được tạo ra trong nồi đun tháp giải hấp nhờ vào khí nóng công nghệ. Dòng CO2 đã bão hoà hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải hấp ở khoảng 90 oC sẽ đi qua bình tách thấp áp. Hơi nước ngưng tụ sẽ làm tăng nhiệt độ trong bình tách thấp áp, kết quả là bình tách thấp áp làm việc tốt hơn. Trước khi được bơm đến đỉnh tháp hấp thụ bằng bơm dung dịch thuần 10-P-3002A/B, dung dịch thuần từ đáy của tháp giải hấp được làm nguội đến 50 oC nhờ trao đổi nhiệt 10- E-3001, bộ hâm nóng nước mềm 10-E-3004 và bộ làm nguội dung dịch thuần 10-E-3003. Khí nhả ra từ bình tách cao áp được đưa đến hệ thống khí nhiên liệu reforming. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 13
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3.1.5 Công đoạn mêtan hóa: Bước tinh chế khí cuối cùng trước khi vào tháp tổng hợp là metan hoá, một quá trình mà các loại CO dư sẽ được chuyển hoá thành Metan CH4 do Metan đóng vai trò như một khí trơ trong chu trình tổng hợp amôniắc trong khi các hợp chất chứa oxy như là cacbon oxit (CO và CO2) là cực kỳ độc hại đối với chất xúc tác của phản ứng tổng hợp amôniắc. Quá trình metan hoá xảy ra trong bình metan hoá 10-R-3001, 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 Ngoài hoạt tính của chất xúc tác có tính chất quyết định đến các phản ứng mêtan hóa còn có 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. 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 300 oC 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 210 oC, nhưng để đảm bảo hiệu quả hàm lượng CO và CO2 thấp trong khí HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 14
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG 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 74 0C/%mol CO và 60 0C/%mol CO2. Khí công nghệ đi vào công đoạn metan hoá được mô tả như sau:  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-3011 làm lạnh khí được tinh lọc đến khoảng 74oC. Khí sau đó được dẩn 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. Bình metan hoá 10-R-3001 có một lớp xúc tác loại PK-7R. Chất xúc tác PK-7R là loại xúc tác niken chứa khoảng 27% niken, xúc tác niken trên chất mang ceramic. Bởi vì phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn rất nhiều so với xảy ra trong reformer, nên xúc tác phải rất hoạt tính ở nhiệt độ thấp, trái lại đặc tính xúc tác ở nhiệt độ cao hơn là không quan trọng lắm. Phản ứng metan hoá bắt đầu tại nhiệt độ dưới 280 oC 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. Chất xúc tác metan hoá không được phép tiếp xúc với nhiệt độ lớn hơn 420oC trong một khoảng thời gian dài.Chất xúc tác không được phép tiếp xúc với hơi nước ngưng tụ, vì điều này có thể gây nên sự phân rã. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 15
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3.1.6 Công đoạn tổng hợp NH3: Quá trình tổng hợp amôniắc xảy ra theo phản ứng dưới đây: 3/2 H2 + ½ N2  NH3 + 11 kcal/mol NH3 tạo thành Phản ứng tổng hợp NH3 đi kèm theo là phát nhiệt và giảm số mol. Nồng độ amoniắc ở điều kiện cân bằng tăng khi nhiệt độ giảm và áp suất tăng. 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.  Khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất, cân bằng sẽ chuyển về hướng hình thành amoniắc. Mô tả công nghệ: Quá trình tổng hợp amôniắc xảy ra trong tháp tổng hợp amôniắc (10-R-5001) theo phản ứng dưới đây: 3H2 + N2  2NH3 + Q Đây là phản ứng thuận nghịch và chỉ một phần hydro và nitơ được chuyển hoá thành Ammonia khi khí tổng hợp đi qua lớp xúc tác. Trong 10-R-5001, khoảng 25% nitơ và hydro được chuyển hoá thành amôniắc. Phần không chuyển hoá được còn lại sẽ được tái tuần hoàn đến tháp tổng hợp sau một quá trình tách amôniắc thành phẩm dưới dạng lỏng. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 16
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Chu trình tổng hợp amôniắc được thiết kế với một áp suất tối đa là 152 barg. Áp suất vận hành bình thường sẽ là 137 barg trong tháp tổng hợp amôniắc, 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 bình thường sẽ là trong khoảng từ 360 - 485oC đối với lớp xúc tác thứ nhất và từ 370 - 445oC đối với lớp xúc tác thứ hai trong bình 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 Ammonia được ngưng tụ. Một lượng nhiệt đáng kể giải phóng trong phản ứng tổng hợp Ammonia 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 Ar và CH4. 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. Quy trình tổng hợp: Khí tổng hợp đã được tinh chế từ công đọan metan hoá được phối trộn với dòng khi H2 thu hồi từ cụm thu hồi Hydro 10-PK-5001 để đạt tỉ lệ H2/ N2 = 3/1, sau đó đem nén đến khoảng 132 barg trước khi nó được đưa vào trong chu trình tổng hợp. Dòng khí sau đó được làm lạnh và tách loại nước trước khi tuần hoàn lại máy nén khí 10-4031. Dòng khí đi ra từ máy nén ở áp suất 138barg được gia nhiệt lên 2540C trước khi vào tháp tổng hợp 10-R-5001. Trong 10-R-5001, quá trình tổng hợp Ammoniac diễn ra trên nền xúc tác KM1R hoặc KM1. Hỗn hợp ra khỏi thiết bị 10-R-5001 được làm lạng xuống -50C. Dòng NH3 lỏng sẽ được tách ra khỏi dòng nguyên liệu tại bình tách 10-V-5001 và đưa sang bình giảm áp 10-V- 5002. Dòng Ammoniac lỏng từ đáy bình 10-V-5002 được trộn với dung dịch NH3 99% từ thiết bị thu hồi Ammoniac, sau đó một phần được dẫn sang phân xưởng Urea, phần còn lại giảm áp và bơm về bồn chứa 40-TK-5001 có khả năng chứa từ 20.000 đến 25000 tấn NH3. Dòng khí đi ra từ bình tách khí 10-V-5014 được đưa vào hệt thống thu hồi NH3.Khí thoát ra từ hệ thống được đưa vào hệ thống thu hồi Hydro 10-PK-5002. Phần khí giàu H2 được hồi lưu về máy nén khí tổng hợp 10-K-4031 để làm khí nguyên liệu tổng hợp NH3. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 17
XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS. NGUYỄN HƢU LƢƠNG Phần khí có hàm lượng H2 thấp được đưa về trộn với dòng khí nguyên liệu vào tháp 10-H- 2001. 3.2 Phân xưởng sản xuất Urea: Hoạt động của phân xưởng Urea được tóm tắt qua sơ đồ sau: Tổng hợp và thu hồi Urea ở áp suất cao Làm sạch và thu hồi Urea ở áp suất trung bình và thấp Xử lý condensate từ Cô đặc chân không quá trình công nghệ Tạo hạt Condensate từ quá trình (đưa tới Bộ phận xử lý Condensate để dùng lại cho nồi hơi tận dụng nhiệt dư) 3.2.1 Bộ phận nén CO2: Khí CO2 được lấy từ Phân xưởng Ammonia ở điều kiện nhiệt độ là 45oC và áp suất là 0,18 bar sau đó được nén tới áp suất 157 bar bằng máy nén ly tâm bốn cấp, mỗi cấp được trang bị thêm thiết bị làm lạnh và thiết bị tách nước. HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 18