thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm phú mỹ

Đứng trước nhu cầu thiết thực đó, chúng tôi thực hiên đề tài “ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ” với trọng tâm của đề tài là xử lý nước thải nhiễm dầu, nhằm đóng

LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC

THIET KE HE THONG XU LY NUOC

THAI TAI NHA MAY DAM PHU MY

CAN BO HUONG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

KHOA CONG NGHE

Em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Bá Minh, Khoa Hóa-

Bộ môn Máy và Thiết bị Khoa Công Nghệ Hóa Học và Dầu

Khí Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM và quý thầy cô

trong Bộ môn Hóa Trường Đại Học Cần Thơ trong thời gian

qua đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành luận văn này Mặc

đủ có nhiều cố gắng nhưng không tránh khỏi sai sót trong quá

trình tính toán thiết kế Em rất mong nhận được nhiều ý kiến

đóng góp, nhận xét cùng sự giúp đỡ và chỉ dẫn của quý Thầy

Cô để em củng cố thêm kiến thức

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô!

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

OOS

Cán bộ phản biện

Chương 1: Giới thiệu tông quan về nhà máy đạm Phú Mỹ, 3

1.1 Quá trình hình thành và phát triỂn 2 2 2 +s+S£ 2 Ek+E£xe£z£zzxd 3 1.2 Sơ đồ bố trí nhà má y ¿<< + k+E+EESEEk+kEEEkEEEE E1 rưưt 5

1.2.1 Phần xưởng armOTI14C - - - << + S5 + S911 1K S91 HH in 5

1.2.3 Phan xur6ng phy tro — 7

1.2.4 Phan xuOng san pham .c.ceccccscsscscscsesssssscsescssesesessescseseecesessesecsesees 8

1.3 Sơ đồ bố trí nhà máy - cee escesceeecececsescetevevecesscsveesvseseseseeeens 9

Chương 2: Tổng quan về urê và công nghệ tông hợp urê tại nhà máy đạm

Phú Mỹ ¿22 S2 2 2S 3S HS 1210121311111 111111101 re 10 2.1 Sơ lược VỀ UIFÊ - - 52 S6 SE SE 3111111252113 1111111511111 10 2.1.1 Khái niệm + + 5< S21 1 E1 1413 315111111111 11111 111 1x ke 10 2.1.2 Tính chất của UTÊ . ©©6-k Sẻ SE E SE SE E111 51111171 1111 eE 11 2.1.2.1 Tính chất vật lý - cà t E1 TH T 1 H1 316110111, 11 2.1.2.2 Tinh chat hda hoc cccccccccsescsesessssesscscscscscsesesessesssescscseececeseess 12

2.1.3 Ứng dụng CỦa UTÊ . + 6 2+ 2 S2 22318 3 2 32131271713 71331 14 2.1.3.1 Trong nông nghiỆp - - G5 Ă Ă SH KH ke 14 2.1.3.2 Trong công nghiỆp - - - -ĂĂĂ << SH KH ke 14 2.1.3.3 Trong phòng thí nghiỆm - + G + 5S + 2 9v 1 931 11 3 3 1 xe, 15 2.1.3.4 Trong y NOC 15

2.2 Công nghệ sản xuất urê tại nhà máy đạm Phú Mỹ, -: 15 2.2.1 Nguyên liệu -© 2< SE 2 1E 13 12121711 113111 rrred 15

2.2.2 Công nghệ tổng hợp urê + + 6 +*+k+Ez 2 EE#E£E2EE£ErkeEzesrsrered 16

2.2.2.1 Công đoạn nén khí CO; - -Ă 1S S191 13111 99 6 31 1x1 re 16

2.2.2.2 Tổng hop uifÊ - + + ke S333 TT TT TT TT ng rreg 18

2.2.2.3 Cụm cô đặc chân không và tạo hạt 5 - 5 cc<SSSssss2 25

2.2.2.4 Hình thành biuret - - << + 19 1 x1 HH nh 26 2.3 Vấn đề môi trường của nhà máy đạm Phú Mỹ trong quá trình

3.1.1 Hàm lượng chất rắn . + +E + + SE Sex E5 E212 xe re, 29

3.1.2 Hàm lượng oxy hòa tan DO - - << xxx HH ng xo 29

3.1.3 Nhu cầu oxy sinh hóa - - kề SE kề SE ng vryrk, 30

3.1.4 Nhu cầu oxy hóa học . +: 2 952 6+2 x SE #E#EEEEEeveErxrerkred 30

3.2 Các dòng nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ -«- 31 3.2.1 Nước thải sinh hoạt - - CS 2 S Sky ky cà 31 3.2.1.1 Nguồn gốc phát sinh ©ES+E+EE+ESEEC+ExekrkEee re, 31 3.2.1.2 Lý thuyết công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng

phương pháp vi sinh - - c1 1111111111111 8 8 2111111118 vn 32

3.2.2 Nước thải nhiễm NHạ và UFê - 6+ 5xx rerrrvererreee 33 3.2.2.1 Nguồn gốc phát sinh 2 SE Sx xxx c rhryrreg 33

3.2.2.2 Ảnh hưởng của nước thải nhiễm NH; và Urê 5-5: 34

3.2.2.3 Lý thuyết công nghệ xử lý nước thải nhiễm NH; và Urê 34

3.2.3 Nước thải nhiễm dâầu - 56 Street 34

3.2.3.1 Nguôồn gốc phát sinh + E+sx SE cx cv rreg 34

3.2.3.2 Những ảnh hưởng của nước thải nhiễm đầu +: 35

3.2.3.3 Lý thuyết công nghệ xử lý nước thải nhiễm đầu - 36

- VỊ -

3.2.4 Nước mưa chảy tràn - - - Ă S SH ng nh 38

Chương 4: Tính toán các công trình xử lý nước thải nhiễm dầu 40

4.1 Qui trình xử lý nước thải nhiễm đầu . - - 5 Ezxxxxcx 40

4.2 Tính toán thiết kkẾ - E13 S2E1 52111 1 1 1111111111211 1111111 c 42

4.2.2 Thiết bị tách đầu bản mỏng 2 - + + Ex+EEE£EEEEv cv re, 44 4.2.3 Bề tuyển nỗi -G- G1131 11111111 1111111 k T11 ng 46 4.2.4 Bồn lọc áp lựC - + + Sẻ Set St 1231101315 11121 111111 10111111 re 48

Chương 5: Kết luận và kiến nghị .- + + 256 S6 £teESErxrxerereee 52

¬8‹ 5 TT 52 5.2 Kiến nghị, - St TT TT TT TT H1 T00 01 0g reg 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO

- vii -

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bang 2.1: Độ tan trong nước của urê theo nhiệt độ 11

Bang 2.2: Ham âm không khí theo nhiệt độ - 52+: 12 Bảng 3.1: Nước sinh hoạt đầu vào ¿5-2 ccc+csrsevzrersrerecee 31 Bảng 3.2: Nước sinh hoạt sau xử Ìý - 55 SẶ SA s2 32

Bang 3.3: Chỉ tiêu kỹ thuật của nước nhiễm NH¡ 33

Bảng 3.4: Nước NHà sau xử Ìý - ĐÀ Sàn * HH he, 33

Bảng 3.5: Chỉ tiêu nước thải nhiễm dầu . 5-2 2 +c+c< <<: 35 Bảng 3.6: Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ

các chất ô nhiễm . ¿ - 22 2+ s+x+ xxx cv rresree 35 Bảng 4.1: Các thông số tính toán bể lắng . 5552 +52 s5 42 Bảng 4.2: Thông số thiết kế bề lắng . 2252 czc+csescszsrc«e 42

Bảng 4.3: Giá trị hằng số thực nghiệm a, b ở t°> 20°C 44 Bảng 4.4: Tổng hợp thiết kế bể lắng ©5255 55 S525 2 cscxce2 44

Bảng 4.5: Tổng hợp thiết kế thiết bị tách dầu bản mỏng 46

Bảng 4.6: Thông số tính toán bể tuyển nỗi . 5-5-5 c+csceẻ 46 Bảng 4.7: Tổng hợp tính toán bể tuyển nỗi 5-5-5 set 48 Bảng 4.8: Tông hợp thiết kế bồn áp lực - 5-5-5 + +csc+szcscse 51

- Vill -

Sơ đồ bố trí nhà máy -. - + 2 +szs+s+xzezezerxred

Phân xưởng amoñn1aC << cc<++<<s<s<ssss2 Phân xưởng uIÊ . - + 1 k4

Phân xưởng phụ trợ . -S Ăn sSS se

Phân xưởng sản phẩm - + + +E+x+Ecxeszrxd

Sơ đồ bố trí nhân sự : - +c+s se se se£seeersree Hình 3D của urÊ << << <1 ke xe

Sơ đồ tông hợp uê 2 +2 z+ sex czkzxcrered Thiết bị tổng hợp urê 2 + se ex+x+xcererxexd

Thiết bị Stripper cao áp .- ¿5c cccscsccccee

Quá trình phân hủy trung ắp + s<<<s<2

Quá trình phân hủy thấp áp -. - 5-5-2 <c<c<2

Quá trình cô đặc và tạo hạt - -<<- Khí thải sinh ra từ tháp tạo hạt - - c+5< <2 Các hoạt động bảo vệ tài nguyên .-

-IX-

MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐÈ

Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động Do đặc thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều nguyên nhan khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn, hoặc do chi phí ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của

nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thái thăng ra môi trường Điều đó dẫn tới sự

ô nhiễm trầm trọng của môi trường sống, ảnh hưởng tới sự phát triển toàn diện của đất nước, sức khỏe, đời sống của nhân dân cũng như vẻ mỹ quan của khu

vực

Hòa cùng xu thế phát triển của đất nước, ngành công nghiệp sản xuất phân

Đạm cũng ngày càng mở rộng vì nước ta là một nước nông nghiệp nên nhu cầu

sử dụng phân bón là rất lớn Hiện nay , nhà máy đạm Phú Mỹ đang cung cấp cho thị trường trong nước khoảng 40% nhu cầu phân đạm urê Tuy nhiên, hàng năm

nhà máy cũng thải ra một lượng lớn chất thải độc hại như nước thải nhiễm dầu

hay các loại khí độc hại: NO;, SO;

Trong đó ô nhiễm nguỗồn nước là một trong những thực trạng đáng ngại

nhất của sự hủ hoại môi trường tư nhiên Ngày nay vẫn đề xử lý nước và cung

cấp nước sạch đang là một mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức

xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư Đứng trước nhu cầu thiết thực

đó, chúng tôi thực hiên đề tài “ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy

đạm Phú Mỹ” với trọng tâm của đề tài là xử lý nước thải nhiễm dầu, nhằm đóng góp một phân vào việc bảo vệ môi trường

MỤC TIỂU VÀ NỘI DUNG LUẬN VĂN

Khảo sát hiện trạng môi trường nhà máy

Thu thập và xử lý số liệu đầu vào

Đề xuất công nghệ xử lý nước thải cho nhà máy

> Phương pháp điều tra khảo sát

> Phương pháp tổng hợp thông tin

> Phương pháp tìm hiểu ly thuyết về xử lý nước thải

Nhà máy Đạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần Phân Đạm và Hóa chất

Dâu khí Việt Nam đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD và có diện tích 63 ha, là

nhà máy phân đạm đầu tiên trong nước được sử dụng công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một trong những nhà máy hóa chất có công nghệ tự động hóa và tiên tiến nhất ở nước ta hiện nay

Nhà máy Dam Pht MY được khởi công xây dựng theo hợp đồng giữa Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đồng

chuyên giao công nghệ sản xuất amoniac với Haldoe Topsoe (công suất 1.350

tắn/ngày) và công nghệ sản xuất Urê với Snamprogetti (công suất 2.200 tan/ngay)

e Khởi công xây dựng nhà máy: 03/2001

e Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003

e Ngay ra san phẩm amoniac đầu tiên: 04/2004

e Ngay ra san pham Urê đầu tiên: 04/06/2004

e_ Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/12/2004

cho sự phát triên vững mạnh của Tổng Công ty cũng như của ngành nông nghiệp

nước nhà là nhà máy đã đạt được cột mốc 5 triệu tấn phân Urê Nhân dịp này, Nhà máy Đạm Phú Mỹ và Tổng Công ty đã vinh dự được nhận bằng khen của

Thủ tướng Chính phủ Thương hiệu Đạm Phú Mỹ đã đạt được nhiều giải thưởng

của quốc gia: Top 10 Sao Vàng Đất Việt năm 2009, thương hiệu dẫn đầu trong ngành hàng nông lâm nghiệp 2009

1.2 Sơ đồ bồ trí nhà máy

Có sự CƠ kHẤt NCẤP

1 CONG CHÍNH PHÍA Rone:

2 LOIVAO XE TAI PHIA

3 PHONG BIEU KHIỂN) TẠI lại XưNG AMNONIAC

Luu: TÌM LỐI THOÁT HIỂM THEO CHIỀU NGƯỢC VỚI

CHIẾU CỦA HƯỚNG GIÓ ĐẾN CÁC ĐIỂM TẬP TRUNG

Hình 1.2: Sơ đồ bố trí nhà máy

Khu công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ bao gôm: xưởng Urê, xưởng amoniac, xưởng phụ trợ và xưởng sản phâm Sản phâm chính của nhà máy là amoniac hóa lỏng và phân đạm Urê Ngoài ra nhà máy còn sản xuât điện vừa cung cầp cho quá trình hoạt động sản xuât của nha máy vừa hòa vào lưới điện quôc gia

1.2.1 Phân xưởng amoniac

Hình 1.3: Phần xưởng amoniac

Có chức năng tông hợp amoniac và sản xuât CO; từ khí thiên nhiên và hơi nước Sau khi được tông hợp, amonIac và CO; được chuyên sang xưởng Urê

1.2.2 Phân xưởng Urê

Hình 1.4: Phân xưởng Urê Phân xưởng Urê có chức năng tông hợp amoniac và CO; thành dung dịch Urê Dung dịch Urê sau khi được cô đặc trong chân không sẽ được đưa ổi tạo hạt Quá trình tạo hạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m Phân xưởng Urê có thể đạt công suất tối đa 2.385 tân/ngày

1.2.3 Phân xưởng phụ trợ

Hình 1.5: Phân xưởng phụ trợ

Xưởng cung cấp các yếu tố cần thiết trong quá trình hoạt động của toàn bộ

hệ thông của nhà máy

Xưởng phụ trợ cung cấp các nguồn:

Hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Bồn chứa amon1a

1.2.4 Phân xưởng sản phẩm

Hình 1.6: Phân xướng sản phẩm

Sau khi được tong hợp, hạt Urê được lưu trữ trong kho chứa Urê rời Kho

Urê rời có diện tích 36.000m” có thể chứa tối đa 150.000 tắn Urê Trong kho có

hệ thống điều hòa không khí luôn giữ độ âm không quá 70%, đảm bảo Urê không

đóng bánh Ngoài ra, còn có kho đóng bao Urê, sức chứa 10.000 tân, có 6 dây chuyền đóng bao, công suất 40 tân/giờ/chuyên

1.3 Sơ đồ bố trí nhân sự trong nhà máy

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí nhân sự

CHƯƠNG 2 TONG QUAN VE URE VA CONG NGHE TONG HOP URE TAI NHA MAY DAM PHU MY

2.1 So luge vé Uré

2.1.1 Khai niém

Urê là hợp chất hữu cơ của cacbon, nitơ, oxy và hydro, với công thức phân

tử CON;H¿ hay (NH;);CO, và công thức cầu tạo:

1 C

HzN“_ `NH;

Hình 2.1: Hình 3D của Urê Tên quốc tế: Diaminomethanal

Tén khac: carbamide, carbonyl diamide

Urê được biết đến như là cacbamua

Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773, nó là hợp chất hữu cơ được tổng hợp nhân tạo đầu tiên từ các chất vô cơ vào năm 1828 bởi Frieldrich Woehler, bằng cách cho xyanat kali phản ứng với sulfat amoniac

2.1.2 Tính chất của Urê

2.1.2.1 Tính chất vật lý

e Dang tinh thé va dang bé ngoai: dang kim, lang tru, tứ giác

e Uré dang tinh thé không màu, nhiệt độ nóng chảy 132,4°C, dễ hòa tan trong nước, để bị nhiệt phân tạo nhiều sản phẩm khác nhau

e_ Nhẹ, đễ chảy nước hơn tất cả những loại phân đạm khác

e_ Khi đốt có mùi khai, nhưng khi cho vào kiềm thì không có mùi khai

e Phan tử lượng: 60,07 g/mol

e Kh6i luong riéng: 750 kg/m’

e ĐỘ tan:

Bảng 2.1: Độ tan trong nước của Urê theo nhiệt độ

e Uré sé hút âm môi trường xung quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 10-

40°C

Bang 2.2: Ham 4m không khí theo nhiệt độ

Nhiệt độ (°C) Hơi âm không khí (g/kg kk)

(Công nghệ sản xuat phan bon uré, phong kĩ thật - Công nghệ sản xuất, nhà máy đạm Phu Mỹ)

Theo sô liệu bảng trên thì urê thường bị hút âm do hàm lượng trong không

khí cao, đặc biệt là vào ngày hè, âm thâp Đê hạn chê việc hút âm, urê thường

được đóng trong bao PP, PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp

2.1.2.2 Tính chất hóa học

e Phan uré acid héa dat:

(NH,).CO + 40, = 2HNO; +CO, + HO

e Phan uré dé bi phan huy :

+ Trong không khí âm:

2NO + (NH;}»;CO + 1⁄2 O¿ =2N; + HO + CO;

+ Trong môi trường đất âm:

(NH,).CO + H,O = CO, + 2NH,OH + Phân hủy bởi nhiệt:

Ở nhiệt độ 80°C:

(NH;);CO —› NHạ + HNCO

HNCO + (NH,);CO — NHạCONHCONH; (biurêt)

Ở nhiệt độ > 130°C:

(NH¿);CO2 + HạO —> 2NH;3 + CO,

e_ Urê tác dụng với các axit tạo thành các muối khác nhau:

+ Hợp chất muối Nitrat: (NH;);CO.HNO: ít tan trong nước, khi bị đôt nóng sẽ phân hủy và nô

+ Hợp chất muối phosphate: (NH;)¿CO.H;PO¿ hòa tan tốt trong nước và phân ly hoàn toàn

se Urê có phản ứng với một sô muôi tạo thành các phức, thường có

chứa tới 2 cầu tử phân bón như Ca(NH:);.4CO(NH;);

Ca(H;POa)›;.H;O + (NH;}»;CO > CO(NH))2.H3PO, + CaHPO,.H;O

2.1.3 Ung dung của Urê

2.1.3.1 Trong nông nghiệp

e Phân urê có khả năng thích nghi rộng và có khả năng phát huy tác dụng trên nhiều loại đất khác nhau và đối với các loại cây trồng khác nhau Phân này bón thích hợp trên đất chua phèn

e Phân urê được dùng để bón thúc có thể pha loãng theo nồng độ 0.5—

1.5% để phun lên lá

e Trong chăn nuôi, urê được dùng trực tiếp bằng cách cho thêm vào khẩu phân thức ăn cho lợn, trâu bò

- 12-

e Trong quá trình sản xuất, urê thường liên kết các phần tử với nhau tạo

thành biurêt Biurêt là sản phẩm phụ nếu trong sản phẩm đạm urê cấp phân bón

mà hàm lượng biurêt vượt quá 2% trọng lượng sẽ gây độc hại đối với cây trồng

Vì vậy, trong phân urê không được có quá 1,5% biurêt (theo Tiêu chuẩn Việt

Nam)

2.1.3.2 Trong công nghiệp

e Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê- formaldehyt

e Uré 1 chat thay thé cho mudi (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân bay Urê không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại như muôi

e_ Urê như là một thành phần bố sung trong thuốc lá, nó được thêm vào để tăng hương vị Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xí

nghiệp sản xuất bánh quy

e Urê là một thành phân của một sô dâu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dâu tăm

e Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá

trình tái hydrat hóa của da

e Nông độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn ác tính: bệnh bạch cầu, bệnh Kahler

-13-

e® Do nông độ urê được sản xuât và bài tiệt khỏi cơ thê với một tôc độ gần như không đôi, nông độ urê trong máu chỉ ra vân đê với sự bài tiệt hoặc trong một số trường hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiều urê trong cơ thể

e Nông độ urê cao có thể sinh ra các rối loạn thần kinh Thời gian bị urê

dài có thể làm đổi màu da sang màu xám

2.2 Công nghệ sản xuất urê tại nhà may Đạm Phú Mỹ

2.2.1 Nguyên liệu

Công nghệ của nhà máy sử đụng nguồn nguyên liệu là khí chủ yếu là khí

đồng hành từ mỏ Bạch Hồ và khí thiên nhiên từ bồn trững Nam Côn Sơn Với

tổng lượng khí tiêu thụ khoảng 450*10” m”/năm Nhà máy sử dụng 2 công nghệ

chính là Haldor Topsoe của Đan Mach va SnamProgetti cua Italia

Công nghệ sản xuất urê gồm có 4 giai đoạn chính:

e_ Công đoạn nén khí CO¿

e_ Công đoạn tông hợp và thu hồi:

e_ Tổng hợp urê và thu hồi CO; và NH¿ ở áp suất cao

e© Giai đoạn tỉnh chế urê và thu hồi thu hồi CO; và NHạ ở áp suất trung bình và áp suất thấp

e_ Giai đoạn cô đặc uré

e Công đoạn tạo hạt

se Công đoạn xử lý nước thải

- 14-

2.2.2 Công nghệ tông hợp urê tại nhà máy Đạm Phú Mỹ

NH3 «am=a=> TONG HOP PHAN GIẢI | PHAN GIAl

UREA s mnnmm}°( VÀ THUHỔI |“5"=mmmSỀÈÍ VA THU HO!

: NHa, CO2

CHAN KHÔNG desseens SỐ CƠ ĐẶC | desseens VA THU HOI |

CAP 1 SƠ BỘ | THẮPÁP |

+

CHAN KHONG _—“esaass> ¡_ TẠO HẠT | saunmnnmsssennnnn}

CAP 2

Hình 2.2: Sơ đồ tổng hợp Urê 2.2.2.1 Cong doan nén khi CO,

CO, duoc lay từ bên ngoài phân xưởng (trong phân xưởng amoniac ở nhiệt

d6 45°C va 0,18bar

CO; bão hòa hơi nước và độ tinh khiết tối thiêu là 98,5% thể tích

CO; được nạp vào bồn chứa và đến cửa hút cấp một của máy nén

Một lượng khí thụ động hóa them vào thong qua bộ điều khiễn lưu lượng tại cửa hút máy nén nhằm thụ động hóa bề mặt thép của thiết bị urê, lượng oxi thêm vào phân xưởng là 0,25% thé tích của lượng CO› nạp liệu

Máy nén gồm có 4 cấp Mỗi cấp trung gian đều được trang bị một thiết bị làm mát và một thiết bị tách Nhiệt độ tại cửa hút của cấp máy nén thứ tư được

khống chế để tránh hiện tượng hóa rắn của CO; Phần nước ngưng trong bồn

chứa và các bình tách trung gian được bơm tới bể chứa MDEA thải trong phân xưởng amoniac để thu hồi MDEA hòa tan hay bị kéo theo Lưu lượng bơm đi được điều khiển bằng múc chất lỏng của các bình tách Áp suất tại cửa hút cấp một là 0,12 barg CO; được nén đến 5,6 barg trong tầng nén đầu tiên, đến khoảng 19,9barg trong cấp nén thứ hai, đến 70,9 barg trong cấp nén thứ ba và sau cấp

- 15-

nén cuối áp suất lên đến 158barg Lưu lượng nén được điều khiến bằng tốc độ

của tuabin hơi nước

Nếu máy nén đạt đến điểm surging, thì hệ thống chống surging sẽ tự động

mở van tuần hoàn để đưa CO; từ cửa ra của cấp nén cuối vào lại của vào của cấp nén thứ nhất

Máy nén được truyền động bằng tuabin hơi sử đụng hệ hơi nước cao áp kết hợp với quá trình phun hơi nước thấp áp Khi đòng hơi nước thấp áp bị đư ra nó được đưa sang bình ngưng tụ hơi Một phân hơi nước cao áp được giảm áp đến 23,5 barg và sử dụng trong phân xưởng urê Dòng hơi nước sau khi qua tuabin sẽ

đi vào hệ thống ngưng tụ hơi nước hệ thong ngưn tụ hơi nước sử đụng nước

song làm mát, hệ thong ngưng tụ hơi nước bao gồm thiết bị hơi nước, thiết bị tạo

chân không và bơm Thiết bị tạo chân không được trang bị để duy trì chân không trong thiết bị ngưng tụ của tuabin Dòng nước ngưng được bơm ra ngoài phân xưởng

2.2.2.2 Tổng hợp Urê

» Tổng hop

Urê là sản phẩm được tạo thành qua phản ứng tổng hợp amonia lỏng và khí CO; Trong tháp tong hop uré, CO, va NH; phan ứng với nhau tạo thành amonium carbamate:

CO; + 2NH; «+ NH,COONH, + 32.560 kcal/kmol (1)

Sau d6 amonium carbamate phan huy tao uré:

NH,COONH, <c› NH;COONH; + H;O - 4200 kcal/kmol (2)

Ở điều kiện phản ứng: 188-190°C và áp suất 152-175 bar thì phản ứng thứ

nhất xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn còn phản ứng thứ hai xảy ra chậm Phản ứng thứ hai quyết định tốc độ phản ứng

Phân amon1um carbamate tách nước được xác định băng tỉ lệ các chat phan ứng khác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tông hợp

- 16 -

Tỉ lệ mole HạO/CO; trong khoảng 0,5-0,7

Phản ứng thứ nhất tỏa nhiệt mãnh liệt trong khi phản ứng thứ hai thu nhiệt

yếu và xảy ra trong pha lỏng ở tốc độ chậm

Sau hệ thống tông hợp urê, quá trình phân hủy (và thu hồi có liên quan)

không thay đổi thành phan phản ứng được thực hiện ba bước sau:

e Phan huy cao 4p tai uré Stripper

e Phân hủy trung áp tại cụm phân hủy trung áp

e_ Phân hủy thấp áp tại cụm phân hủy thấp áp

Phản ứng phân hủy là phản ứng ngược chiều với phản ứng (1) và phán ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp hoặc tăng nhiệt độ

NH.COONH, c CO; + 2NH:a

Amoniac lỏng nạp liệu vào xưởng urê, từ xưởng amonlac tương ứng, được lọc qua các thiệt bị lọc amoniac, sau đó đi vào tháp thu hôi amoniac và được tập trung trong bôn chứa amoniac Từ bôn chứa amonlac, một phân amoniac được đưa tới tháp hấp thụ trung áp, phần còn lại đi vào cụm tông hợp cao áp

Amoniac vào cụm tổng hợp được bơm lên áp suất khoảng 220 bar Trước khi vào tháp tong hop, amoniac dugc gia nhiét trong thiét bi gia nhiệt sơ bộ amoniac va được sử dụng làm lưu chất đây trong bơm phun carbamate, tại đây carbamate được đây lên áp suất tông hợp Hỗn hợp lỏng amoniac và carbamate đi vào đáy tháp tổng hợp urê, ở đây hỗn hop nay sé phan ứng với đòng CO; nạp

liệu

CO; từ xưởng amoniac ở áp suất 0.18 bar và nhiệt độ 45°C được nén đến áp suất 157 bar Một lượng nhỏ không khí được đưa vào dòng CO; ở đầu vào máy nén để thụ động hóa các bề mặt thép không rỉ của các thiết bị cao áp, do đó bảo

vệ chúng khỏ1 ăn mòn do các chât phản ứng và sản phâm phản ứng

Các sản phẩm phản ứng ra khỏi tháp tông hợp chảy vào phần trên của thiết

bị stripper, hoạt động ở áp suất 147 bar Đây là thiết bị phân hủy kiểu màng

-17-

trong ống thăng đứng, trong đó lỏng được phân phối trên bề mặt gia nhiệt dưới dạng màng và chảy xuống đáy nhờ trọng lực Thực tế, đây là thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống thắng đứng, với môi trường gia nhiệt ở phía vỏ, và đầu ống được thiết kế đặc biệt cho phép sự phân phối đồng đều dung địch urê Thực tế, mỗi ống

có một đầu phân phối kiểu lồng (ferrule) được thiết kế để phân phối đều dòng

lỏng xung quanh thành ống dưới dạng màng Các lỗ của đầu phân phối hoạt động như các đĩa; đường kính của các lỗ và đầu phân phối sẽ điều khiển lưu lượng Khi màng lỏng chảy, nó được gia nhiệt và sự phân hủy carbamate va bay hoi bé mặt xảy ra Hàm lượng CO; trong dung dịch giảm do stripping NH: khi NHạ sôi Hơi tạo thành (thực chất là amoniac va CO;) bay lên đỉnh ống Nhiệt phân hủy carbamate được cung cấp nhờ sự ngưng tụ hơi bão hòa 21,8 bar

Urê (33.95%), carbamate, H20, NH3

Hinh 2.3: Thiét bi tong hop Uré

Dòng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bi stripper, va dung dich thu héi ti day

tháp hấp thụ trung áp, đi vào các thiết bị ngưng tụ carbamate, tại đây chúng được ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp thông qua bơm phun carbamate

- 18-

Ngưng tụ khí quá trình ở áp suất cao (khoảng 144 bar) cho phép tạo ra hơi bão hòa 4,9 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ carbamate thứ nhất và hơi 3,4 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ carbamate thứ hai

Từ đỉnh của bình tách carbamate, khí không ngưng bao gồm khí trơ (không khí thụ động, khí trơ trong dòng CO; từ giao diện) chứa một lượng nhỏ NHạ và

CO; được đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phân hủy trung áp

“+ Phan huỷ Urê và thu hôi

Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng 1 như chỉ ở

trên

NH;-COO-NH¿ ‹<› 2 NH; + CO; - 4.200 Kcal/kmol

Và phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp hoặc tăng nhiệt

Từ phản ứng này có thể thấy rằng sự phân hủy được xúc tiến bằng cách

giảm áp suất và/hoặc cung cấp nhiệt Trong các nhà máy Snamprogetti, sự phân hủy được tiễn hành trong 3 giai đoạn:

e _ Phân hủy cao áp trong thiết bị Stripper cao ap:

Sự phân hủy được xúc tiễn bằng cách gia nhiệt và tách CO; bằng cách cho bay hơi lượng dư NHạ, ở mức áp suất thấp hơn một chút so với áp suất phản ứng urê Thiết bị stripper là thiết bị trao đôi nhiệt kiểu màng Do đó, các dòng lỏng và khí được phân hủy và bay hơi khi tiếp xúc ngược dong và nồng độ CO; trong dòng lỏng giảm dần từ đỉnh xuống đáy của ống stripper Sự phân hủy ở áp suất cao yêu cầu nhiệt độ cao hơn kéo theo vấn đề ăn mòn mà trong công nghệ Snamprogefti ăn mòn được ngăn ngừa bằng lượng NH¿ dư và sử dụng ống lưỡng kim trong stripper

-19-

Hình 2.4: Thiết bị Stripper cao áp

e _ Phân hủy trung áp trong thiết bị phân hủy trung áp:

Khi hịH3, CO2, Hơi nước

Hình 2.5: Quá trình phân hủy trung áp

Để tăng cường quá trình phân hủy, cần thiết phải gia nhiệt tới nhiệt độ cao

hơn hoặc giảm áp suất tới mức thấp hơn

Thiết bị phân hủy trung áp hoạt động ở áp suất 19,5 bar và nhiệt độ 144-

165°C Nhiệt phân hủy được cung cấp nhờ hơi 4,9 bar, 158°C trong phân vỏ trên

và nhờ nước ngưng hơi 219°C từ stripper trong phần vỏ đưới của thiết bị

e_ Phân hủy thấp áp trong thiết bị phân hủy thấp áp

- 20-

Khi NH3, CO2, Hoi

Hình 2.6: Quá trình phân húy thấp áp

Áp suất càng thấp, sự mất mát NHạ và CO; khỏi hệ thống càng thấp, nhưng dung dịch thu hồi loãng hơn, có nghĩa là nước dư được tuần hoàn về cụm tổng hợp Đề duy trì cân bằng trong cụm tổng hợp, điều kiện hoạt động của thiết bị

phân hủy thấp áp được lựa chọn ở áp suất 4 barg và nhiệt độ 151°C Nhiệt được

cung cấp nhờ hơi áp suất

4,9 barg

“ Thu hii

Khí phân hủy từ mỗi mức áp suất được thu hồi từng bước và cuối cùng được tuần hoàn về cụm tổng hợp

Khí từ thiết bị phân hủy thấp áp được trộn với khí từ cụm xử lý nước ngưng

quá trình và được ngưng tụ hoàn toàn trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ amoniac và thiết bị ngưng tụ thấp áp, sau đó được thu hồi dưới dang dung dich carbamate loãng trong bình chứa dung dịch carbamate

Khí phân hủy từ thiết bị phân hủy trung áp được trộn với dung dịch carbamate loãng từ bình chứa của cụm thấp áp, sau đó được làm lạnh và được hấp thụ dưới dạng dung dịch cácbônát ở phía vỏ thiết bị cô đặc chân không sơ bộ

và trong thiết bị ngưng tụ trung áp

- 21-