báo cáo thực tập tại xưởng amoni, nhà máy đạm phú mỹ

nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO2 là nguyên liệu để tổng hợp Urea, được điều chế từ côngđoạn reforming khí thiên nhiên. Khí điều khiển: Khí điều khiển là loại khí nén từ không khí và được làm lạ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

1.1.1 Quá trình hình thành

Chủ đầu tư: Tổng công ty dầu khí Việt Nam

Nhà thầu: Techlip – Italia và Samsung engineering Hàn Quốc

Tổng vốn đầu tư: 450 triệu USD

Công nghệ: Đan mạch và Italia

Việc sử dụng khí thiên nhiên đã được đảng và Chính phủ quan tâm Nhà máyđạm Phú Mỹ là một khâu quan trọng trong chương trình Khí Điện Đạm và là mộtchủ trương lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ, Trùng Cửu Long

và Nam Côn Sơn

Nhà máy đạm Phú Mỹ là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổngcông ty dầu khí Việt Nam, nhằm bảo đảm sự ổn định và chủ động cung cấp phânđạm cho phát triển nông nghiệp, góp phần quan trọng bảo đảm an ninh lương thực,thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Nhà máy sản xuất đạm phú mỹ có công xuất 760 ngàn đến 800 ngàn tấn đạmurea/năm được xây dựng trên cơ sở quyết định phê duyệt báo cáo nghiên cứu khảthi dự án đầu tư Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ của thủ tướng chính phủ số166/QD-TTg ngày 20/01/2001 và chỉ đạo triển khai thực hiện nhà máy Đạm Phú

Mỹ của chính phủ tại công văn số 529/CP- CN ngày 14/06/2001, Quyết Định phệduyệt một số điều chỉnh của báo cáo nghiên cứu khả thi, kế hoạch đấu thầu và hợpđồng EPCC của dự án Nhà máy đạm Phú Mỹ của hội đồng quản trị tổng công tydầu khí Việt Nam số 2620/QĐ –HĐQT 15/06/2001

1.1.2 Quá trình phát triển

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 urê đầu tiên: 4/6/2004

Ngày bàn giao sản suất cho chủ đầu tư: 21/9/2004

Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004

Hình 1.1: Quá trình phát triển của nhà máy Đạm Phú Mỹ

CCQH do ban quản lý các Khu Công Nghiệp tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu cấp ngày12/03/2001.

1.3 Các phân xưởng chính trong nhà máy

1.3.1 Xưởng Amoniac

Amoniac chủ yếu để sản xuất Urea Lượng còn dư được đưa về bồn chứa

Amoniac là chất khí có công thức phân tử là NH3, hóa lỏng ở nhiệt độ thấp và ápxuất thường (khoảng -300C) hoặc ở điều kiện thường và áp xuất cao (khoảng15bar), có mùi đặc trưng

 Công nghệ thuộc bản quyền của Haldor Topsoe A/S, Đan Mạch (HTAS)

 Công xuất thiết kế: 1350 tấn amoniac/ ngày

 Sử dụng khí NG làm nguyên liệu

 Cung cấp NH3 cho xưởng Urea và đưa lượng NH3 dư về bồn chứa

 Cung cấp CO2 cho xưởng Urea

 Phân xưởng Amoniac bao gồm các thiết bị chính

- Thiết bị khử lưu huỳnh của khí nguyên liệu

- Các thiết bị reforming sơ cấp, thứ cấp và nồi hơi thu hồi nhiệt

- Các thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp

- Thiết bị tách CO2

- Thiết bị Methan hóa

- Thiết bị tổng hợp Amonia

- Quá trình làm lạnh

nh 1.3 Xưởng Amoniac1.3.2 Xưởng tổng hợp Urea

Có chức năng tổng hợp Amoniac và CO2 thành dung dịch Urea Dung dịch Ureasau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt Quá trình tạo hạtđược thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m.Công suất 2200 tấn Urea/ngày

Urea là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH2)2, ờ nhiệt độ thườngUrea không màu, mùi vi, hòa tan trong nước, ở nhiệt độ nóng chảy khoảng 1350C,

tỷ trọng khoảng 1,3230 Urea thủy phân chậm tạo thành Cacbonat Amon sau đóphân hủy thành NH3 và CO2, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm phân bón.Trongcông nghiệp Urea được tổng hợp từ NH3 lỏng và CO2 khí ở điều kiện nhiệt độ và ápxuất cao

Chất lượng : - Hàm lượng N2: 46.3%

- Cỡ hạt 1,4- 2,8mm: >95%

- Độ ẩm: <0.4%

- Hàm lượng Biuret: <1%

 Phân xưởng Urea bao gồm các thiết bị chính

 Máy nén CO2 và các bơm cao áp

 Cụm cao áp

 Cụm trung áp

 Cụm thấp áp.

 Cụm chân không

 Cụm xử lý nước ngưng công nghệ

 Cụm thu hồi nước ngưng

 Mạng hơi nước

 Mạng nước rửa

 Đuốc

Hình 1.4: Xưởng Urea1.3.3 Xưởng phụ trợ

 Hệ thống làm lạnh nước tuần hoàn: công suất 3600m3/h

 Hệ thống nước khử khoáng:công suất 150m3/h

 Hệ thống sản xuất N2: công suất 190Nm3 khí N2 + 50 lít N2lỏng/h

- Máy phát điện (Gastubine): 21MW/h

- Hệ thống sản xuất hơi nước 40bar: 40 và 140 t/h

- Máy phát điện (DDieezeen) dự phòng: 650 và 450 kw

- Trạm bơm nước song làm mát: 2 bơm, 4100 m3/h

Hình 1.5: Xưởng phụ trợ1.3.4 Xưởng sản phẩm

 Nhà kho Ure rời:

- Dung lượng chứa: 150000 tấn

- Nhiệt độ kho: Tự động điều chỉnh tránh kết tảng Ure

 Nhà đóng bao Ure:

- Dung lượng chứa 15000 tấn

- Số dây chuyền đóng bao: 06, trong đó 1 một dây chuyền xuất

tự động ra xe

- Công suất đóng bao: 4800 tấn/ ngày

Hìn

h 1.6: Xưởng sản phẩm

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XƯỞNG AMONIAC

2.1 Nguyên liệu sản xuất

3H2 + N2 => 2NH3 + Q Nguyên liệu chính của nhà máy được sản xuất từ nguồn khí tổng hợp chứahydro và nito với tỉ lệ xấp xỉ 3:1 Trong đó khí hydro chủ yếu được lấy từ phản ứngreforming sơ cấp còn khí nito được lấy chủ yếu từ không khí.Nguồn khí thiên nhiênđược sử dụng trong nhà máy là khí Bạch Hổ, bồn Trũng Nam Côn Sơn và các bểkhác thuộc lục địa phía Nam, lượng khí tiêu thụ cho nhà máy khoảng 450 triệu

là nguyên liệu để tổng hợp NH3 và được lấy chủ yếu là từ trong không khí nhờ vào

hệ thống máy nén khí

 Hydro:

Hydro là chất khí không màu, không mùi ở điều kiện thường, nhiệt độ nóngcháy khoảng -259,10C Khí hydro nhẹ có độ linh động lớn dễ khuếch tán ra cácthanh kim loại như Ni, Pt, Pb… Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, hydro được tạo nênnhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước, là nguyên liệu để tổng hợp

NH3

 CO2:

Khí CO2 là chất khí không màu có vị chua, nặng hơn không khí, không duy trì

sự sống động vật nhưng duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa Trong

nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO2 là nguyên liệu để tổng hợp Urea, được điều chế từ côngđoạn reforming khí thiên nhiên.

 Khí điều khiển:

Khí điều khiển là loại khí nén từ không khí và được làm lạnh tách nước Trongnhà máy Đạm Phú Mỹ, khí điều khiển làm khí động lực cho các thiết bị điều khiển Khí nhiên liệu đưa từ trạm khí Phú mỹ qua hệ thống đo đếm một phần cấp chomáy nén k411, một phần được điều khiển áp xuất 25bar bằng Valve điều áp trướckhi đưa đến bình chứa đệm 24-V-01

Khí 24-V-01 một phần làm nhiên liệu cho máy phát điện turbin khí, một phầnđược giảm áp đến 5 bar trước khi đưa đến bình chứa 24-V-02

Khí từ bình chứa 24-V-02 cấp nhiên liệu cho hệ thống Pilot của Flare và cấpnhiên liệu cho nồi hơi, thiết bị gia nhiệt reformer sơ cấp, đầu đốt

2.2 Mô tả về công nghệ sản xuất của xưởng Amoniac

2.2.1 Tổng quan về công nghệ chung

 Công nghệ thuộc bản quyền của Haldor Topsoe A/S, Đan Mạch (HTAS)

 Công xuất thiết kế: 1350 tấn amoniac/ ngày

 Sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu

 Cung cấp NH3 cho xưởng Urea và đưa lượng NH3 dư về bồn chứa

 Cung cấp CO2 cho xưởng Urea

Phân xưởng Amoniac là phân xưởng chính cung cấp CO2 và NH3 cho phânxưởng sản xuất Ure Quá trình tổng hợp Amoniac qua nhiều công đoạn khácnhau được trình bày trong hình 2.1

Hình 2.1: Công nghệ sản xuất chung xưởng Amoniac2.2.2 Các công đoạn sản xuất Amoniac

2.2.2.1 Công đoạn khử lưu huỳnh

a Mục đích

Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn tại ởdạng hợp chất, mà xúc tác dung cho công nghệ Reforming bằng hơi nước thì rấtnhạy cảm với hợp chất của lưu huỳnh bởi vậy chúng gây mất hoạt tính hoặc lànhiễm độc xúc tác Do đó các hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đi vàocông đoạn Reforming

Khí tự nhiên

Khí sạch tới lò Reforming

Tháp Hyđrô hóa 10-R-2001

Tháp hấp thụ Lưu huỳnh 10-R-2002 A/B

Hình 2.2: Công đoạn khử lưu huỳnhCông đoạn khử lưu huỳnh bao gồm các giai đoạn chính sau :

Tháp hydro hóa 10-R- 2001 có nhiệm vụ chuyển các hợp chất lưu huỳnh hữu cơthành H2S để xúc tác ZnO hấp phụ trong tháp hấp thụ lưu huỳnh 10-R-2002 A/B Tháp hấp phụ lưu huỳnh nhằm loại bỏ triệt để các hợp chất lưu huỳnh trong khí

tự nhiên tránh gây ngộ độc xúc tác thiết bị của Rerforming sơ cấp.Ở giai đoạn này

có hai tháp hấp phụ lưu huỳnh được đặt nối tiếp nhau và hoàn toàn giống nhau.Tháp 10-R-2002 B đóng vai trò bảo vệ trong trường hợp xảy ra sự dư lưu huỳnh khi

ra khỏi bình 10-R-2002 A hoặc trong trường hợp 10-R-2002 A được cô lập để thayxúc tác Nhiệt độ vận hành là khoảng 4000C

Sau quá trình này nồng độ lưu huỳnh được giảm xuống thấp hơn 500ppm theothể tích

2.2.2.2 Công đoạn reforming

a.Mục đích

Trong bộ phận reforming, khí đã qua khử lưu huỳnh được chuyển hóa thành khítổng hợp nhờ quá trình reforming xúc tác của hỗn hợp hydrocacbon với hơi nước vàkhông khí

b Cơ sở hóa lý

Quá trình reforming hơi nước có thể được diễn tả bởi các phản ứng sau:

CnH2n-2 + H2O => Cn-1H2n + CO + 3H2 - Q

CH4 + H2O => CO + 3H2 -Q

Chất xúc tác đã được khử là bền trong không khí đến nhiệt độ 800C Nếu

nó được tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưngnhiệt độ sẽ không ảnh hưởng gì đến xúc tác

Hỗn hợp hơi nước và khí thiên nhiên ở nhiệt độ khoảng 5350C đi vào đỉnhcủa các ống thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía trên Hỗn hợp khí

đi ra khỏi ống ở nhiệt độ khoảng 7830C và đi vào ống gom phía dưới

Các ống xúc tác trong buồng đốt được đốt bằng 480 béc đốt được sắpxếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profilenhiệt 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 Khóithải đi lên và ra gần với đỉnh buồng bức xạ nhiệt Nhiệt độ khói đi ra khoảng

10270C

Hỗn hợp khí tự nhiên và khí nhả ra từ công đoạn tách CO2 được đốtchung với khí thải đã xử lý từ chu trình tổng hợp NH3 trong các béc đốtreforming sơ cấp

Béc đốt là loại tự hút khí kiểu nút đơn Khí thải đã xử lý cung cấp chobéc đốt được tách riêng nhằm tránh hình thành cabamat

 Reforming thứ cấp 10-R-2003

Reforming thứ cấp được nạp bởi xúc tác có chứa thành phần nikel, nó xảy

ra trong các ống chịu nhiệt

Lớp xúc tác nằm trên hai lớp của các hạt nhôm với kích cỡ khác nhau vàlưới nhôm được đặt trên đỉnh của lớp xúc tác để giữ chất xúc tác khỏi rungđộng và bảo vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa

Trong reforming thứ cấp quá trình đốt khí công nghệ với không khí khiếncho nhiệt độ khí lên đến 1100-12000C trong phần trên của reforming thứ cấp

Do phản ứng reforming với metan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm khi khí đixuống dưới qua lớp xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 9580C

Chất xúc tác bắt đầu bắt đầu bị phân rã trong khoảng nhiệt độ từ

1400-15000C

Chất xúc tác đã được hoạt hoá không được phép tiếp xúc với không khítại nhiệt độ lớn hơn 1000C ghây nên phát nhiệt Vì nhiệt tạo ra do phản ứngoxy hoá không được giải phòng khỏi bình reforming thứ cấp, nó có thể dẩnđến tình trạng quá nhiệt và phá huỷ chất xúc tác

2.2.2.3 Công đoạn chuyển hóa CO

a.Mục đích

Cacbon monoxit trong khí công nghệ rời khỏi công đoạn reforming đượcchuyển hóa thành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển háo COtrong tháp 10-R-2004 và 10-R-2005

CO + H2O  CO2 + H2 + Q ( t0= 360-430oC, xt: Fe, Cr, Cu) Những hợp chất chứa oxy như CO và CO2 là những hợp chất cực độc đốivới chất xúc tác của quá trình tổng hợp Amoniac, vì vậy công đoạn nàynhằm chuyển CO thành CO2 để tách ra ở tháp tách CO2

b Cơ sở hóa lý

Phương trình phản ứng

CO + H2O ↔ CO2 + H2 + Q

 10-R-2004: to= 360 - 480oC, xt: oxit crom, oxit sắt

 10-R-2005: t0= 170-2500C, xt: oxit Cu, Zn, Cr hoặc Al

c Cụm công nghệ

Khí tổng hợp từ giai đoạn reforming sẽ được đưa qua hai tháp chuyểnhóa CO ở nhiệt độ cao 10- R-2004 và tháp chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 10-R-2005 để chuyển hóa CO thành CO2

Hình 2.4: công đoạn chuyển hóa CO

Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước để đảm bảo lượng dư COthấp 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 oxit crom tăng cường bằng oxit sắt

Xúc tác có thể hoạt động liên tục trong khoảng nhiệt độ 320-5000C Xúc tác cònmới nên hoạt động ở nhiệt khí đầu vào khoảng 3600C 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 4800C,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 70-1000C Nhiệt

độ đầu ra trên 4800C là chấp nhận

Bước thứ hai được thực hiện trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp, tại đâyđược nạp hai loại xúc tác khác nhau Lớp trên đỉnh là xúc tác crome LSK hoạt độngnhư là bảo vệ chống clo

Lượng xúc tác lớn hơn bao gồm oxít đồng kẽm crôm hoặc nhôm và nó có hoạttính cao hơn Có nghỉa là nó có thể được dùng ở khoảng nhiệt độ thấp 170-2500C.Nhiệt độ đầu vào nên khống chế ít nhất 15-200C trên nhiệt độ điểm sương của khí

ẩm để giảm tối thiểu nguy cơ ngưng tụ hơi nước

- Quá trình hấp thụ CO2 tiến hành ở 450C và 27 bar

 Quá trình tái sinh CO2 tiến hành ở 940C và 0.34 bar

c Cụm công nghệ

Khí CO sau khi chuyển hóa thành khí CO2 sẽ được đưa vào cụm tách CO2 đễtách ra ngoài và đưa qua xương Urê để làm nguyên liệu tổng hợp urê được trình bàytrong hình 2.5

Hình 2.5: Công đoạn tách CO2

Đây là quá trình tách CO2 dựa trên quá trình MDEA hoạt hóa 2 cấp (công nghệcủa BASF) Dung môi được dùng cho quá trình hấp thụ CO2 là MDEA CO2 đượctách khỏi khí quá trình bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa 40%MDEA ( chất hoạt hóa quá trình hấp thụ ) và 3% khối lượng chất piperazine (chấtnày giúp tăng tốc độ truyền khối của CO2 từ pha khí sang pha lỏng) Phần còn lạicủa dung dịch là nước Trong tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002), CO2 được tách ra khỏidòng 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 trêncủa tháp này, dung dịch thuần tái sinh được dùng để tách CO2 còn lại Tại đầu racủa tháp hấp thụ, hàm lượng CO2 trong khí đã giảm xuống thấp hơn 500 phần triệu(khí khô)

2.2.2.5 Công đoạn metan hóa

a.Mục đích

Công đoạn metan hóa là bước cuối cùng trong việc tinh chế khí khi vào tháptổng hợp Metan đóng vai trò như một khí trơ trong quá trình tổng hợp amoniac.Ngược lại, các hợp chất chứa oxy như CO2 và CO là cực kì độc đối với chất xúc táctổng hợp ammoniac Vì vậy, metan hóa là quá trình mà các hợp chất cacbon oxit dư

sẽ được chuyển hóa thành metan

CO2 + 4H2 => CH4+ + H2O + Q ( t0= 300-320oC, xt: Cr, Cu, Zn)

c.Cụm công nghệ

Khí sau khi được tách CO2 sẽ được vào cụm metan hóa để loại bỏ hoan toàn CO

và CO2 trước khi đưa vào tháp tổng hợp được thể hiện trong hình 2.6

Hình 2.6: Công đoạn metan hóa Phản ứng metan hoá bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 2100C, nhưng để đảm bảo hiệuquả hàm lượng CO và CO2 thấp trong trong khí tổng hợp, nhiệt độ vận hành nêntrong khoảng 250-3400C tuỳ thuộc vào hoạt tính xúc tác và thành phần khí côngnghệ

Khí công nghệ từ tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002) được gia nhiệt đến nhiệt độnày khi chúng đi qua bộ trao đổi nhiệt khí và bộ cân bằng nhiệt

Trong vận hành bình thường, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác cần nằm trongkhoảng 200C, tương ứng với nhiệt độ đầu ra khoảng 3200C Bộ trao đổi nhiệt khílàm lạnh khí được tinh lọc đến khoảng 740C Khí sau đó được dẩn đến bộ làm lạnhcuối cùng và bộ tách khí cuối cùng, nơi mà nước ngưng tụ được tách ra khỏi khícông nghệ

Từ thiết bị tách khí cuối cùng khí nguyên liệu cho tổng hợp amoniac sẽ được đưađến máy nén khí tổng hợp

2.2.2.6 Công đoạn tổng hơp Amoniac

Chu trình tổng hợp amoniac 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 amoniac, phụthuộc vào phụ tải và hoạt tính của chất xúc tác Khi phụ tải giảm, áp suất chu trìnhtổng hợp sẽ giảm theo

Nhiệt độ vận hành bình thường sẽ là trong khoảng từ 360-4850C đối với lớp xúctác thứ nhất và 370-4450C 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 amoniac được ngưng tụ

Một lượng nhiệt đáng kể giải phóng trong phản ứng tổng hợp amoiac được sửdụng để sản xuất hơi nước siêu áp trong nồi hơi nhiệt thừa và để gia nhiệt nước lòhơi áp suất cao

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

2.2.2.7 Công đoạn làm lạnh

Mục đích của công đoạn làm lạnh là để thực hiện các nhiệm vụ làm lạnh khácnhau trong chu trình tổng hợp amoniac Nhiệm vụ cơ bản là để ngưng tụ amoniacđược sản xuất trong tháp tổng hợp Các nhiệm vụ khác là làm lạnh khí make-up, khíphóng không và khí trơ

Công đoạn làm lạnh bao gồm các thiết bị chính sau đây:

Năm bộ làm lạnh (chiller) vận hành tại hai áp suất khác nhau, cũng như máy nénamôniắc, máy nén amoniac tăng cường, bộ làm lạnh amoniac và cuối cùng, bìnhtích tụ amoniac

Bổ sung vào các thiết bị nêu trên, công đoạn làm lạnh cũng bao gồm những thiết