BÁO cáo THỰC tập tại NHÀ máy PHÂN đạm hà bắc

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp urê Phản ứng tổng hợp urê là phản ứng thuận nghịch, sản phẩm urê và hợp chất trunggian đều là những h

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

BÀI BÁO CÁO THỰC TẬP

NHÀ MÁY PHÂN ĐẠM VÀ HOÁ CHẤT HÀ BẮC

I/LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA NHÀ MÁY

Nhà máy phân đạm và Hoá chất Hà Bắc (nay là công ty TNHH một thànhviên phân đạm và Hoá chất Hà Bắc hiện nay) là một thành viên trực thuộc Tổngcông ty Hóa chất Việt Nam Trụ sở công ty tại phường Thọ Xương, thành phốBắc Giang, tỉnh Bắc Giang Chịu sự quản lý của nhà nước, trực tiếp là bộ CôngNghiệp (nay là bộ Công Thương) Được nhà nước Việt Nam phê chuẩn và thiết

Nhà máy phân đạm Hà Bắc được Trung Quốc giúp đỡ xây dựng bằng sựviện trợ không hoàn lại.Toàn bộ máy móc, thiết bị đều được chế tạo từ TrungQuốc và được đưa sang Việt Nam

Theo thiết kế ban đầu nhà máy gồm ba khu vực chính

- Xưởng tạo nhiệt:Công xuất thiết kế 12.000kw

- Xưởng hoá: Công xuất thiết kế 100.000 tấn ure/năm

- Xưởng tạo khí: Công xuất thiết kế 6.000 tấn /năm

Ngoài ra còn một số phân xưởng phụ trợ khác song chủ đạo vẫn là sản xuấtphân đạm

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

Ngày 3/2/1965 khánh thành Phân xưởng nhiệt điện; ngày 19 tháng 05 năm

1965 Phân xưởng Tạo khí đã khí hóa than thành công và đã sản xuất được khíthan để làm nguyên liệu sản xuất Amôniắc

Ngày 1/6/1965 xưởng tạo khí đi vào sản xuất Dự định này 2/9/1965 khánhthành nhà máy chuẩn bị đưa vào sản xuất Nhưng do chiến tranh phá hoại của đếquốc Mỹ, ngày 20/8/1965, chính phủ đã quyết định ngừng sản xuất ,chuyểnxuống Nhiệt Điện ( nay trực thuộc sở điện lực Hà Bắc) kiên cường bám trụ phục

vụ kinh tế quốc phòng.Thiết bị xưởng hoá được tháo dỡ và sơ tán sang TrungQuốc

Ngày 1/3/1973 Thủ tướng chính phủ quyết định khởi công khôi phục nhàmáy trước đây sản xuất NH4 NO3 amon nitrat nay chuyển sang sản xuất ure(NH2)2CO có chứa 46,6% nitơ với công xuất từ 6 ÷ 6,5 vạn tấn NH3/năm,10÷17vạn tấn ure / năm

Ngày 1/5/1975 chính phủ hợp nhất nhà máy nhiệt điện ,nhà máy cơ khíxưởng hoá thành nhà máy phân đạm hoá chất Hà Bắc ( trực thuộc cục hoá chất ) Tháng 6/1975 việc xây dựng và lắp máy cơ bản hoàn thành, bắt đầu tiếnhành thử máy đơn động, liên động và thử máy hoá công

Ngày 28/11/1975 sản xuất thành công NH3 lỏng

Ngày 12/12/1975 sản xuất ra bao đạm đầu tiên

Ngày 30/10/1977 đồng chí Đỗ Mười nguyên phó thủ tướng chính phủ cắtbăng khánh thành nhà máy

Năm 1977 chuyên gia Trung Quốc về nước và công nhân kĩ sư của ta phải

tự chạy máy và kiểm tra máy

Tháng 10/1988 nhà máy được đổi tên thành xí nghiệp phân đạm và hoáchất Hà Bắc theo quyết định số 445HB-TCCBTLDT

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

Trong những năm 1977-1990 sản lượng ure thấp, sản lượng năm thấp nhất

là 9890 tấn ure /năm 1981

Từ năm 1991 đến nay cùng với việc tăng cường quản lí xí nghiệp đã nối lạiquan hệ với Trung Quốc, cải tạo thiết bị công nghệ làm sản lượng ure tăng rõ Năm 1993 để phù hợp với quá trình đổi mới đất nước theo thời kì kinh tếthị trường Ngày 13/2/1993 xí nghiệp phân đạm và hoá chất Hà Bắc quyết địnhđổi tên thành công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc theo quyết định số73CNNG-TCT, công ty trực thuộc tổng công ty phân bón và hoá chất cơ bản( nay là tổng công ty hoá chất Việt Nam )

Từ năm 1993 đến nay sản lượng ure tăng liên tục vượt công suất thiết kế ban đầu

Bảng 1: Sản lượng ure của các năm (tấn)

Trong quá trình phát triển của công ty , cơ cấu tổ chức quản lý luôn đượcđiều chỉnh phù hợp với yêu cầu của tổ chức sản xuất theo từng giai đoạn phát

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

triển chung của đất nước Hiện nay cơ cấu quản lý của công ty được tổ chứa theo

mô hình trực tuyến, chức năng với cấp quản lý cao nhất là giám đốc

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp urê

Phản ứng tổng hợp urê là phản ứng thuận nghịch, sản phẩm urê và hợp chất trunggian đều là những hợp chất dễ phân hủy nên điều kiện công nghệ là yếu tố rấtquan trọng để đạt được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong sản xuất cần nghiên cưucác yếu tố công nghệ ảnh hưởng lên quá trình tổng hợp urê để chọn ra các thông

số công nghệ tối ưu Mục tiêu là đạt được hiệu suất chuyển hóa, năng suất thiết bịcao đến mức có thể, chi phí năng lượng thấp và ít diễn ra các phản ứng phụ, phảnứng phân hủy làm giảm chất lượng sản phẩm và thất thoát nguyên vật liệu

1.Nhiệt độ phản ứng

Quá trình phân hủy cacbonat thành urê là quá trình thu nhiệt Nhiệt độ tăngthì hiệu suất phân hủy và tốc độ phân hủy đều tăng Nhiệt độ phải đủ cao để làmphân hủy cacbonat, đảm bảo hệ phản ứng ở thể lỏng tuy nhiên khi nhiệt độ tăngthì tốc độ ăn mòn thiết bị tăng nhanh và quá trình phân hủy sản phẩm cũng diễn

ra Trong thực tế trường chọn nhiệt độ từ 180 ÷ 210 0C

2.Áp suất

Áp suất của phản ứng phải đủ lớn để duy trì hệ phản ứng ở trạng thái lỏng.khi nhiệt độ không đổi áp suất tăng thì mức hiệu suất chuyển hóa tăng Thườngtrong công nghiệp quá trình tổng hợp urê được tiến hành ở áp suất 140 ÷ 250 atm

3.Ảnh hưởng của nước

Nước tham gia vào cân bằng của phản ứng nên ảnh hưởng đến cả tốc độ vàhiệu suất chuyển hóa của phản ứng tổng hợp urê Ban đầu, sự có mặt của nướctrong hệ giúp ấu trình tạo rap ha lỏng, tăng tốc độ phân hủy cacbonat Hàm lượngcủa nước càng lớn thì tốc độ phản ứng và hiệu suất chuyển hóa càn giảm nếuhàm lượng nước vượt quá giá trị giới hạn thì phản ứng tổng hợp urê xảy ra theochiều ngược lại

4.Ảnh hưởng của tỷ lệ thành phần nguyên liệu

Việc du NH3 so với lý thuyết sẽ có tác dụng dễ hình thành pha lỏng cho hệ phản ứng và giảm tác hại của nước sinh ra do NH3 kết hợp với H2O tạo thành

NH4OH Do đó tăng hiệu suất phân hủy cacbonat Ngoài ra dư NH3 còn có tác dụng giảm sự phân hủy cacbonat thành sản phẩm phụ gây bẩn sản phẩm và ăn mòn thiết bị Thường trong công nghiệp lấy NH3 dư từ 50 ÷ 100% so với lý thuyết (tức là = 3 ÷ 4)

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

Không

khí

Hơi nước 0.49MPa

Hơi nước 2.45MPa

tananh

Than

cục

Lò khí hóa

Biến đổi CO

tananh

3

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

Hình 1: sơ đồ lưu trình công nghệ sản xuất urê

2.Lưu trình công nghệ sản xuất

Với đặc điểm công nghệ sản xuất urê ở Công ty phân đạm và hóa chất HàBắc đi tử khí hóa than nguyên liệu rắn, quá trình khí hóa ở khâu tạo khí sử dụngnguyên liệu chính là than cục, hơi nước, không khí Theo thiết kế, công nghệdùng than cục cỡ khoảng 50 ÷ 100mm để chế tạo khí than, sau này dùng than cỡhạt phổ biến 25 ÷ 100mm để tiết kiệm ha j giá thành hiện nay đã dùng than cục

cỡ 15 ÷ 25mm bình quân mỗi ngày chạy máy tiêu tốn hết 400÷ 450 tấn than cục

2.1 Quá trình khí than hóa nguyên liệu

Hơi nước 0.49MPa nhiệt độ 2500C được cấp từ nhà máy nhiệt điện tới,không khí được cấp từ quạt không khí tới, đi qua các tầng than nóng đỏ (trong lòkhí hóa), lò tạo khí co nhiệt độ khoảng 11000C thực hiện các phản ứng tạo thànhhỗn hợp các khí CO, CO2, H2S, H2, N2, CH4 gọi là hỗn hợp khí than ẩm Các phảnứng hóa học chủ yếu

N2 là khí trơ vào hỗn hợp khí theo O2 của không khí

Mục đích của quá trình khí hóa than chỉ nhằm thu được H2 và N2 theo tỷ lệ = làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3 Vì thế hỗn hợp khí than ẩm cầnđược làm sạch bụi (nhờ công đoạn rửa khí than và lọc bụi điện) khí than sau khilọc qua bụi điện được đưa tới công đoạn khử H2S tháp áp Công đoạn khử H2Sthấp áp theo thiết bị ban đầu sử dụng dung dịch ADA-Antraquion DisunfuricAcid (hiện nay đã chuyển sang dd keo tananh) có tính oxy hóa mạnh, hiệu suấtkhử H2S cao Khí than được đưa qua hệ thống để nâng áp suất đi vào tháp khử

H2S, sau tháp khử hàm lượng H2S giảm xuống còn < 150mg/m3 được đưa vàođoạn I của máy nén nguyên liệu H2 – N2 sáu cấp

Dung dịch tananh sau khi hấp thụ được đưa đi tái sinh và đưa trở lại quátrình hấp thụ, bọt lưu huỳnh được thu lại tái chế thành sản phẩm phụ là lưu huỳnhrắn

Hỗn hợp khí sau khi khử H2S thấp áp vào đoạn I, máy nén sáu cấp để thựchiện quá trình nén nâng áp, khí than ẩm ra đoạn III có áp suất P=2.1MPa, nhiệt

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

độ ≤ 400C được đưa tới công đoạn biến đổi Đầu tiên đi qua bộ phân ly dầu,nước, sau đó đi qua 2 bộ lọc bằng than cok để khử hết dầu, bụi, các tạp chất khác;

rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, ra khỏi bộ trao đổi nhiệt khí than đượchỗn hợp với khí than lạnh thành hỗn hợp khí than có nhiệt độ 180 ÷ 2100C, tỷ lệ hơi nước/ khí khoảng 0.3; đi vào đỉnh lò biến đổi số 1, lần lượt qua tầng chất bảo

vệ, tầng chống độc – chống oxy và tầng xúc tác biến đổi chịu lưu huỳnh Mộtphần khí CO bị chuyển hóa, nhiệt độ hỗn hợp khí đạt 350 ÷ 3800C đi ra khỏi đáy(phần khí CO bị chuyển hóa, nhiệt độ hỗn hợp khí đạt) lò biến đổi số 1, đi vàothiết bị trao đổi nhiệt khí than, rồi đi vào bộ phận làm lạnh nhanh bằng nướcngưng Hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 ÷ 2100C đi vào đoạn trên lò biến đổi số 2,tiếp tục tiến hành phản ứng chuyển hóa CO, nhiệt độ đạt 300 ÷ 3200C rồi đi ra và

đi qua bộ phận làm lạnh nhanh II bằng nước ngưng, hỗn hợp khí có nhiệt độ 180

÷ 210 tiếp tục đi vào đoạn dưới của lò biến đổi số 2, phần khí CO còn lại tiếp tục

bị chuyển hóa Khí biến đổi có nhiệt độ ≤ 2500C và [CO] ≤ 1.5% ra khỏi lò biếnđổi số 2, đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí biến đổi, qua thiết bị đun sôi khí biếnđổi của hệ thống tái sinh tăng áp dung dịch khử CO2 để thu hồi nhiệt một lần nữa,sau đó được đưa tới cương vị khử H2S trong khí biến đổi

Khí biến đổi tới đi vào phía dưới tháp hấp thụ qua các tầng đệm, H2S đượchấp thụ bởi dung dịch tananh dội từ đỉnh tháp xuống

Khí được phân ly bọt ở khử bọt trên đỉnh tháp sau đó đi ra khỏi tháp hấp thụvào tháp phân ly, ở đây mù dịch tananh cuốn theo khí được tách ra và khí tiếp tụcđược đưa sang cương vị khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng

Khí biến đổi sau khi khử lưu huỳnh qua thiết bị trao đỏi nhiệt, được gianhiệt bởi khí từ công đoạn biến đổi đến,nhiệt độ tăng từ 40 ÷ 900C và đi vào phíadưới tháp hấp thụ, sau khi khử CO2 ra khỏi tháp hấp thụ, qua thiết bị làm lạnhbằng nước, thiết bị phân ly rồi về đoạn IV, máy nén khí nguyên liệu sáu cấp Khi tinh chế vào đoạn IV, máy nén khí nguyên liệu được nén lên áp suất12.5MPa đưa sang cương vị tinh chế vi lượng bằng dung dich Amôniắc Axetatđồng và dung dịch kiềm Quá trình tổng hợp NH3 đòi hỏi hàm lượng các chất gâyngộ độc xúc tác như CO, CO2, H2S và O2 là nhỏ nhất Công đoạn rửa đồng và rửakiềm nhằm khử tối đa các chất đó Ra khỏi công đoạn này khí tinh chế còn lượngrất nhỏ H2S và (CO+CO2) <20ppm được gọi là khí tinh luyện

Khí tinh luyện với thành phần chủ yếu N2 và H2 theo tỷ lệ = vào đoạn

IV máy nén để tăng áp cho quá trình tổng hợp NH3 Khí tinh luyện ra đoạn VI cóP=31.5MPa được cho qua bộ phận ly dầu, nước sau đó vào thiết bị 3 kết hợp vớikhí tuần hoàn, được làm lạnh bằng khí lạnh và NH3 lỏng, giảm nhiệt độ xuống

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

-20C, các cấu tử lỏng như dầu, nước, NH3 bị ngưng tụ và phân ly, khí ra khỏi thiết

bị 3 kết hợp được dẫn vào tháp tổng hợp NH3 lần 1, vừa để làm lạnh thành thápđồng thời cũng nhận nhiệt của phản ứng tổng hợp, ra khỏi tháp lần1 trao đổi nhiệt

với khí ra tháp lần 2, nâng nhiệt độ lên khoảng 1800C, rồi vào tháp tổng hợp lần

2, cùng với sự có mặt của xúc tác Fe để tiến hành phản ứng tổng hợp

Phương trình tổng quát:

N2 + 3H2 → 2NH3 + Q

NH3 hình thành ở trạng thái khí, ra khỏi thấp được làm lạnh gián tiếp bằngnước và ngưng tụ thành NH3 lỏng qua phân ly 1 để tách NH3 ngưng tụ ra khỏihỗn hợp khí, sau đó hỗn hợp khí này được đưa qua máy nén tuần hoàn turbinenâng áp suất lên để bù phần áp suất bị giảm do phản ứng tổng hợp NH3 là phảnứng giảm thể tích và lượng khí NH3 bị ngưng tụ sau bộ làm lạnh bằng nước Ramáy nến tuần hoàn hỗn hợp khí đi vào thiết bị 3 kết hợp, trộn lẫn với nguồn khímới từ máy nén khí nguyên liệu tới, tiếp tục đi từ trên xuống thực hiện quá trìnhlàm lạnh, ngưng tụ, phân ly, phần không khí không ngưng còn lại tiếp tục quaytrở lại tháp tổng hợp thực hiện chu trình tuần hoàn liên tục NH3 lỏng có nồng độ99.8% được phân tách khỏi hệ thống bằng các thiết bị phân ly, được giảm ápxuống 2.4MPa, qua thùng chứa trung gian được đưa ra khỏi kho chứa NH3 lỏng(kho cầu) là sản phẩm cuối cùng của quá trình tổng hợp NH3.

Từ kho cầu NH3 lỏng được cấp đến hệ thống bơm NH3 cao áp, nâng áp suấtlên 20MPa, được đưa vào tháp tong r hợp urê

Khí CO2 được nhả từ tháp tái sinh CO2 khu vực tinh chế khí, xuống tổnghợp NH3 được đưa đến công đoạn nén khí CO2 năm cấp, khí CO2 ra đoạn 3 có ápsuất 3.3MPa, được đưa vào hệ thống khử H2S trong khí CO2 qua tháp khử hàmlượng H2S giảm xuống còn < 5ppm, được đưa trở lại đoạn 4 máy nén CO2 tiếptục nén CO2, được nâng lên 20MPa, đưa qua tháp tổng hợp urê xảy ra, tiến hànhtheo 2 giai đoạn rất nhanh

Giai đoạn 1: 4NH3 + 2CO2 + H2O → 2NH4COONH2 + 38000 kcal/kmolSau đó, các dung dịch cabamat tách nước tạo urê

Giai đoạn 2: NH4COONH2 → (NH2)2CO + H2O + 6800 kcal/kmol

Tổng quát:

2NH3 + CO2 → (NH2)2CO + H2O + Q

Hiệu suất phản ứng đạt 65 ÷ 68%

2.2 quá trình tổng hợp urê mang tính tuần hoàn toàn bộ

Toàn bộ NH3 và CO2 dư được đưa trở lại hệ thống Dịch phản ứng(cacbamat amon) có nồng độ thấp (30%) qua các công đoạn phân giải và cô đặc

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

để tách NH3 chưa phản ứng đưa trở lại tháp tổng hợp, đồng thời nồng độ urê cũngđược tăng lên 99.8% và được đưa vào tháp tạo hạt nhờ lực ly tâm của vòi phun,dòng urê bị cắt ngang và rơi xuống tạo thành hạt Quạt gió (N=108000m3/h) đặt

trên đỉnh tháp hút gió làm nguội hạt urê trong quá trình rơi Hạt urê rơi xuốngphểu ở đáy tháp qua hệ thống băng tải được tiếp tục làm nguội rồi đến công đoạndóng bao, đóng thành urê quy cách 50 kg/bao, rồi chuyển vào kho chứa sảnphẩm

IV/CÁC THIẾT BỊ CHÍNH SỬ DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 1.Dây chuyền công nghệ xưởng tạo khí

 Gồm 5 giai đoạn:

(1) Giai đoạn thổi gió

(2) Giai đoạn thổi lên lần I

(3) Giai đoạn xuống

(4) Giai đoạn thổi lên lần II

(5) Giai đoạn thổi sạch

 Các thiết bị chính sử dụng

 Lò phát sinh khí than

+) Cấu tạo: được chia nhiều tần riêng với các chức năng khác nhau

+) Hoạt động: than cục được cung cấp vào lò tầm 65 giây 1 lần, than vào lò cháynhờ có không khí đưa qua các cửa dưới đi lên than qua các tầng đầu tiênsấy→tầng cháy khí than theo cửa thoát ra ngoài

SV : HỒ MẬU NHÂN KỸ THUẬT HÓA HỌC 2-K54

+) Hoạt động: khí than nóng từ lò phát sinh than đi vào cửa ở dưới than lò đi qualớp gạch để tách hết bụi tro ròi đi ra cửa thoát khí sang thiết bị nhiệt thừa

 Lò hơi nhiệt thừa

+)Cấu tạo: dạng trụ đặt nghiêng để cân bằng trọng lượng và tăng hiệu suất của lò.+) Hoạt động: khí nóng → cửa trên → ống trao đổi nhiệt Tác dụng của lò là thunhiệt của khí than để sản xuất phụ

 Thùng rửa khí

Tác dụng: đề phòng khi ngừng chế khí than, tránh trường hợp khí quay trởlại gây nổ, làm lạnh và rửa sơ bộ khí

 Tháp rửa

+) Cấu tạo: dạng trụ chia 3 tầng, có nón phân phối để phân phối đều nước

+) Hoạt động: khí mang vẩn đục qua tháp làm sạch

 Công đoạn rửa đóng

Nhằm bảo vệ xúc tác, tổng hợp amoniac, các khí CO, CO2, O2, H2S còn sótlại trong khi tinh chế được dung dịch axatat- amoniac đồng hấp thụ làm sạch triệt

để tới hàm lượng CO +CO2 ≤ 20 ppm, sau khi hấp thụ xong dung dịch được đưa

đi tái sinh bằng cách giảm áp xuất, tăng nhiệt độ, để các khí bị hấp thụ thoát rakhởi dung dịch, nguồn hấp thụ khỏi dung dịch được khôi phục, khí được thu hồi

về đáy chuyển khí than làm nguyên liệu sản xuất

 Xưởng tạo khí – lưu trình công nghệ cương vị 651

 Nhiệm vụ xưởng tạo khí