Luận văn quá trình tinh chế khí tại nhà máy khí phú mỹ

khí là không thể bỏ qua và cần được thực hiện một cách nghiêm ngặt bởi nguồn nguyên liệu đầu vào của nhà máy chứa nhiều các hợp chất dị nguyên tố độc hại ảnh hưởng rất lón đến qua trình

Đồ ỏn tốt nghiệp

Quỏ trỡnh tinh chế khớ tại

Nhà máy đạm Phú Mỹ

LờI CảM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Nhà máy Đạm Phú Mỹ đã tạo điều

kiện cho tôi được thực tập tại Nhà máy

Tôi xin cảm ơn các kỹ sư công tác tại phòng Công Nghệ -

Nghiên cứu và Phát triển, các cán bộ công nhân viên Xưởng

amonia Phòng Phân tích, phòng tổ chức và kỹ sư Trần Hữu Việt đã

trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu và nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ

tôi trong quá trình thực tập

Và với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành gửi lời cảm

ơn tới các thầy cô trường Đại học mỏ địa chất, các thầy cô trong bộ

môn lọc hoá dấu khoa dầu khí đặc biệt là thầy Nguyễn Anh Dũng đã

hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đồ án này

Lời Mở ĐầU

Dầu khí là một nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá

Các sản phẩm của dầu được ứng dụng trên tất cả các lĩnh vực từ

cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp (công

nghiệp hoá dầu, công nghiệp điện …) cho đến phục vụ các nhu cầu

dân dụng Đây là một nguồn năng lượng quan trọng, có thể đánh giá

kinh tế của một quốc gia thông qua hoạt động của ngành công

nghiệp năng lượng này

ở Việt Nam, dầu khí tuy còn là một ngành công nghiệp non trẻ

nhưng đầy triển vọng và đã sớm khẳng định được vị trí quan trọng

khi đóng góp một phần lớn vào GDP của đất nước Đảng và nhà

nước khẳng định:Công nghiệp dầu khí là nhành công nghiệp mũi

nhọn, góp phần thúc đẩy nền kinh tế nước ta trong công cuộc công

nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế

Tiềm năng dầu khí của nước ta đã được khẳng định, tuy nhiên

việc khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên này chưa được hợp lí

Trong gần 10 năm khai thác dầu, ta buộc phải đốt bỏ 92% lượng khí

đồng hành, không chỉ làm lãng phí một lượng lớn tài nguyên của đất

nước mà còn gây ô nhiễm môi trường Năm 2004 nhà máy đạm Phú

Mỹ được đưa vào hoạt động đã đánh dấu một giai đoạn mới trong

việc tận dụng nguồn tài nguyên này

Nhà máy đạm Phú Mỹ sử dụng cộng nghệ hiện đại của

Haldor Topsoe A/S , Đa Mạch và Snamaprogetti S.p.A, Italy, sản

phẩm thu được là NH3 thương phẩm, urê và điện quá trình tinh chế

khí là không thể bỏ qua và cần được thực hiện một cách nghiêm ngặt

bởi nguồn nguyên liệu đầu vào của nhà máy chứa nhiều các hợp chất

dị nguyên tố độc hại ảnh hưởng rất lón đến qua trình Ure tuy la

nguồn sản phẩm chính của nhà máy nhưng NH3 cũng không thể

thiếu trong nhà máy bởi nó không chỉ la nguồn nguyên liệu chính để

sản suất Ure mà nó còn đóng góp một phần không nhỏ về kinh tế

cho nhà máy Để đảm bảo nguồn NH3 cung cấp đủ năng suất và

chất lượng thì quá trình tinh chế là không thể bỏ qua bởi các tạp chất

bị lẫn trong khí sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của sản phẩm,

thậm chí làm cho qua trình tổng hợp không thể thực hiện được do đó

ta cần tìm cách loại bỏ hoặc hạn chế những ảnh hưởng xấu đó của

chúng

Xuất phát từ thực tế đó tôi đã chọn đề tài: Tìm hiểu quá trình

tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ bao gồm các công đoạn :

Quá trình hydro hoá và loại các hợp chất lưu huỳnh

Quá trình reforming

Quá trình chuyển hoá CO

Qúa trình hấp thụ CO2bằng MDEA

Qúa trình mêtan hoá

cho đồ án tốt nghiệp của mình

Tuy nhiên do thời gian và trình độ còn hạn chế cho nên trong

CO2 đi tổng hợp Urờ ( 1600 Khụng khớ (để

Thỏp chuyển

Thỏp tỏch

Thỏp Mờtan

Vũng tổng hợp

Amụniắc thành phẩm Hừi nýớc

Sế ĐỒ 2: QUY TRèNH SẢN XUẤT AMễNIẮC

đồ án không tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy cô giáo, các

anh chi và các bạn góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn Em xin

cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng…năm 2006

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hương

Chương I : GIớI THIệU SƠ LƯợC Về KHí

1.1 Nguồn gốc hình thành dầu và khí

Hiện nay chúng ta chưa biết chính xác nguồn gốc dầu mỏ và

khí tự nhiên mà chỉ có thể giải thích bằng các thuyết khác

nhau.Trong đó thuyết nguồn gốc hữu cơ là được nhiều người chấp

nhận nhất

Theo thuyết này có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu là

các loại tảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với

các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hàng triệu năm về

trước đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên Có thể quá

trình lâu dài đó xảy ra theo ba giai đoạn: biến đổi sinh học bởi vi

khuẩn, biến đổi hoá học dưới tác dụng của các điều kiện địa hoá

thích hợp và sự di chuyển tích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất

a Giai đoạn biến đổi sinh học :

Xác động thực vật bị phân huỷ bởi các vi khuẩn ưa

khí,sau đó bởi các vi khuẩn kị khí trong quá trình trầm lắng dần

trong nước biển Các albumin bị phân huỷ nhanh nhất, các

hydrocacbon bị phân huỷ chậm hơn Các khí tạo ra như H2S, NH3,

N2, CO, CH4 hoà tan trong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu

cơ còn lại bị chôn vùi ngày càng sâu trong lớp đất đá trầm tích

Không gian ở đó xảy ra quá trình phân huỷ sinh học đó gọi là vùng

vi khuẩn

Dầu mỏ đang được tạo thành ở dạng hỗn hợp lỏng có thể Giai

đoạn biến đổi hoá học :

b.Giai đoạn biến đổi hóa học:

Ơ giai đoạn này, vật liệu hữu cơ còn lại, chủ yếu là các chất

lipit, nhựa, terpen, axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hoá

học dưới tác dụng xúc tác của các chất vô cơ trong đất đá ở điều

kiện lớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm

độ bách phân Các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt là các

aluminóilicat, có thể đóng vai tò xúc tác Quá trình biến đổi hoá học

xảy ra vô cùng chậm Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biến

đổi đó càng xảy ra sâu xa theo chiều hướng:

Hợp chất phức tạp sinh vật   hợp chất hữu cơ đơn giản

Hợp chất thơm phức tạp   hợp chất thơm đơn giản  naphten

  parafin

HC phân tử lượng lớn   HC phân tử lượng bé

Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hoá học là phản ứng

cracking, trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy

dần Kết quả là các chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các

hydrocacbon, sinh ra ngày càng nhiều

Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân huỷ đó

là quá trình ngưng tụ, kết hợp một số chất hữu cơ tương đối đơn giản

vừa tạo thành để tạo ra các chts hữu cơ phức tạp hơn:các chất nhựa,

asphlten Các chất nhựa, asphalten tan kém, nặng hơn nen phần lớn

bị kết tủa, sa lắng, phần ít còn lại lơ lửng phân tán trong khối chất

lỏng hydrocacbon sinh ra bởi quá trình cracking

Tập hợp các phản ứng địa hoá đó đã biến dần các vật liệu hữu

cơ thành dầu mỏ và khí tự nhiên Như vậy có thể coi khí tự nhiên là

sản phẩm của quá trình phân huỷ hoá học của dầu mỏ Dầu mỏ càng

già càng nhẹ đi, càng chứa it chất phức tạp, càng biến nhiều thành

khí

c.Giai đoạn di chyển tích tụ tao thành mỏ :

Bị di cư từ chỗ này sang chỗ khác dưới tác dụng vận động của

vỏ trái đất Chúng thẩm thấu, chui qua các lớp đá xốp, chúng chảy

theo các khe nứt và có thể bị tập chung, bị giữ trng những tầng đá

đặc khít, tạo ra các túi dầu mà ta thường gọi là các mỏ dầu Trong

các mỏ dầu các quá trình hoá học vẫn tiếp tục xảy ra, dầu vẫn liên

tục biến thành khí, tạo ra các mỏ khí

Quá trình hình thành dầu à khí xảy ra rất chậm, kéo dài hàng

chục, thậm chí hàng trăm triệu năm rồi và vẫn đang xảy ra, do đó

tuổi của dầu mỏ, của khí tự nhiên là rất lớn

1.2.Phân loại khí:

a Phân loại theo nguồn gốc hình thành khí

Theo nguồn gốc khí khai thác, người ta chia thành khi tự

nhiên ( còn gọi là khí không đồng hành) và khí đồng hành Có thể có

những khí phi hydrocacbon như CO2, H2S, N2, He, Ar… với lượng

nhỏ và được xem là tạp chất

* Bảng 1.1 trình bày khí không khí không đồng hành là khí

khai thác từ mỏ khí, thường giàu metan, etan còn các khí khác như

propan, butan, pentan …có hàm lượng ít hơn

* Khí đòng hành là khí khai thác cùng với dầu Khi ở dưới mỏ,

các khí nhẹ như metan, etan, propan…tan hầu hết trong dầu Nhưng

khi khai thác lên được tách thành pha khí, khí này còn gọi là khí

Lan Tây (Việt Nam)

Lan Đỏ (Việt Nam)

Rồng đôi (Việt Nam)

C1 99,0 97,9 88,5 93,3 81,41

Nói chung, về thành phần định tính, khí tự nhiên và khí đồng

hành không có gì khác biệt nhau nhiều nhưng về định lượng thì khí không

đồng hành giàu mêtan hơn, còn khí đồng hành chứa hàm lượng etan ít

hơn nhưng các khí nặng như etan, propan, butan lại có hàm lượng lớn

hơn.Tuy vậy, thành phần trình bày ở bảng 1.1 và 1.2 có thể thay đổi theo

thời gian khai thác và tuỳ thuộc từng mỏ và nguồn gốc hình thành mỏ

b.Phân loại theo hàm lượng hydrocacbon

Theo cách phân loại này, người ta thường phân biệt khí béo và khí

gầy (hay khí giàu, khí nghèo)

 Khí béo(khí giàu) là khí có hàm lượng C3+ 50g/m3 khí ở

điều kiện 150C và 101,3Kpa

 Khí gầy( khí nghèo) là khí có hàm lượng C3+  50g/m3 khí ở

điều kiện 150C và 101,3Kpa

Nếu khí thuộc loại khí béo, người ta chọn công nghệ thích hợp

để tách C3+ thành các sản phẩm lỏng(LPG,condensate ) Ngược lại,

nếu khí thuộc loại khí gầy thì sau khi loaị bỏ các tạp chất (như

nước,CO2,H2S, N2…) người ta dùng khí làm nhiên liệu cho nhà máy

điện hoặc đun nấu

c Phân loại theo hàm lượng khí axit

Theo cách phân loại này, người ta phân biệt khí chua và khí

ngọt

 Khí chua là khí tự nhiên (hoặc khí đồng hành) chưá hàm

lượng H2S >5,8g/m3 khí ở điều kiện 15C và 101,3Kpa hay chứa hàm

lượng CO2>2%V

 Trong đó: khí ngọt khí có hàm lượng H2S hay CO2 nhỏ hơn

quy định trên

Nếu khí thuộc loại chua, trong dây chuyền công nghệ xử lý

khí phải có phân xưởng loại bỏ khí axit H2S và CO2 (gọi là phân

xuởng làm ngọt khí) Nếu khí thuộc loại ngọt thì không cần phân

xưởng này

1.3 Tính chất hoá lý của hydrocacbon

 Các hydrocacbon trong khí là hydrocacbon no, nên tính chất

của khí là tính chất của hydrocacbon no Ơ điều kiện thường các

hydrocacbon no rất bền vững do cấu trúc có liên kết C-C và C-H

không phân cực hoặc ít phân cực, do đó cúng không phản ứng với

axit hoặc bazơ mạnh và với nhiều hoá chất khác Các khí

hydrocacbon no có một số tính chất hoá học sau đây:

 Các hydrocacbon có những tính chất vật lý chung :

 Khí hydrocacbon không màu, không mùi không vị Vì vậy để

kiểm tra độ rò rỉ của khí người ta thêm vào chất tạo mùi, tuỳ theo

yêu cầu mức độ an toàn Chất tạo mùi thường sử dụng trong các quy

trình kiểm tra độ rò rỉ của khí mecâptan

 Tính tan của chúng không giống nhau, không trộn lẫn với

nước và để dàng hoà tan trong các dung môi hữu cơ

 Điểm sôi của các hydrocacbon no mạch thẳnh tăng dần theo

số nguyên tử cacbon trong mạch

 .Khối lượng riêng, tỷ khối

Khối lương riêng của khí là khối lương của một đơn vị thể tích

khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định Người ta thường xác

định ở 150C và101,3kpa (hay 1atm) Khối lượng riêng của khí

thường kí hiệu là  và đơn vị đo thường là kg/m3

Tỷ số giữa khối lượng riêng của a đối với khí b đo ở cùng điều

kiện nhiệt độ, áp suất gọi là tỷ khối của A so với B Người ta thường

chon B là không khí, khi đó tỷ khối của khí A so với không khí là:

Ma-Khối lượng phân tử trung bình của khí A

Mkk- Khối lượng phân tử trung bình của không khí

 áp suất hơi bão hoà, nhiệt độ sôi

Mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi và áp suất hơi bão hoà của một

chất lỏng được biểu diễn bằng phương trìnhclâpỷon-claucíu

Trong đó: P – Ap suất hơi bão hoà củachất lỏng ở nhiệt độ

t(ok)

R – hằng số khí

o bh

 > 0 vaứ T > 0 neõn aựp suaỏt hụi baừo hoaứ

taờng khi nhieọt ủoọ taờng vaứ ngửụùc laùi

1.4.Các thông số tới hạn

Nhiệt độ và áp suất tới hạn là nhiệt độ và áp suất mà tại đó

không còn sự khác biệt giữa tính chất pha lỏng và pha khí (độ nhớt,

khối lượng riêng và các tính chất lý hoá khác đều đồng nhất giữa hai

Hệ số nén tới hạn

H2S -78,48 194,67 100,4 373,6 9,01 - 0,283

1.5.Giới hạn cháy nổ

Hỗn hợp của một khí nhiên liệu với không khí hoặc oxy

nguyên chất với một tỷ lệ nhất đinh có thể cháy khi gặp nguồn lửa

 Giới hạn cháy nổ dưới là nồng độ nhỏ nhất (tính theo %v hay

% mol) của khí nhiên liệu với không khí (hoặc oxy) có thể cháy khi

gặp nguồn lửa

 Giới hạn cháy nổ trên là nồng độ lớn nhất (tính theo %v hay

% mol)của nhiên liệu với không khí (hoặc oxy) có thể cháy khi gặp

nguồn lửa

Khoảng nồng độ bao hàm giữa giới hạn cháy nổ dưới và giới

hạn cháy nổ trên là vùng cháy nổ Khi nồng độ nhiên liệu nhỏ hơn

giới hạn cháy nổ dưới, khí không thể cháy vì quá loãng Ngược lại

khi nồng độ nhiện liệu lớn hơn giới hạn cháy nổ trên thì khí không

thể cháy được do thiếu oxy

Bảng 1.3: Giới hạn cháy nổ của một số nhiên liệu ở 1atm

Nhiên

liệu

Hỗn hợp với không khí Hỗn hợp với oxy

Giới hạn dưới Giới hạn trên Giới hạn dưới Giới hạn trên

Propylen 2,4 10,3 2,1 53,0

Trong thực tế, ta thường phải làm việc với hỗn hợp khí, do đó

phải tính giới hạn cháy nổ dựa theo công thức (1.3) dưới đây:

n N

(1.3)

Trong đó :n1n2 …nk là trị số % thể tích hay %mol của các

khí có trong hỗn hợp

N1 N2 …Nk là giới hạn cháy nổ

Y là giới hạn cháy nổ của hỗn hợp

1.6 Nhiệt cháy (còn gọi là nhiệt trị hay năng suất toả nhiệt)

Khi nhiên liệu phản ứng phát ra ánh sáng và toả nhiều nhiệt

Lượng nhiệt do một lượng nhiên liệu (1kg hay 1m3

khi ở điều kiện tiêu chuẩn) cháy hoàn toàn giải phóng ra gọi là nhiệt cháy (hay nhiệt

trị) Người ta thường phân biệt nhiệt trị cao hay nhiệt trị thấp (hoặc

nhiệt trị trên và nhiệt trị dưới)

 Nếu nước do phản ứng cháy tạo ra tồn tại ở thể lỏng, nhiệt tảo

ra được gọi là nhiệt trị cao

 Nếu nước do phản ứng cháy tạo ra tồn tại hoàn toàn ở thể hơi,

nhiệt toả ra được gọi là nhiệt trị thấp

 Đơn vị đo của nhiệt trị có thể là btu/lb, kj/k, kcal/kg hay kj/m3

, kcal/m3

… Bảng 1.5: Nhiệt trị của một số chát ở 15o C, 1atm

-

51,586 51,920 66,032

18458

50,008 50,387 93,972

25394

49,044 49,396 121,43

27621

49,158 49,540 121,78

27621

48,579 48,931 149,61

30333

48,667 49,041 149,66 30,709

1.7.Khả năng đánh lửa

Để gây ra một đám cháy, cần thiêt phải có 3 điều kiện, đó là

vật liệu cháy, tác nhân cháy (ở đây là oxy) và nguồn nhiệt Trong

không khí, sẽ không có những rủi ro về đánh lửa nếu nhiệt độ hơi

hydrocacbon nhỏ hơn nhiệt độ đánh lửa Tuy nhiên, nếu nhiệt độ hơi

hydrocacbon sẽ tự bắt chảy trong không khí mà không cần có mồi

lửa hoặc tia lửa Hiện tượng này gọi là hiện tương tự đánh lửa

Bảng 1.6 :nhiệt độ tự đánh lửa của một số khí

Cấu tử Nhiệt độ tự đánh lửa (o

 Các hydrocacbon nói chung trừ mêtan:dưới dạng hơi

thường nặng hơn không khí, nên bay là là trên mặt đất, nếu hít phải

hơi hydrocacbon ở nồng độ 0,1% khoảng 5 phút sẽ gây choáng

váng Nếu nồng độ này tăng lên 0,5% thì hít phải trong vòng 4 phút

sẽ có triệu trứng như người say rượu Nồng độ của các hydrocacbon

tối đa cho phép, để không gây độc hại cho con người là 0,1%, không

kể đến H2S

 Đối với propane và butane: khi propane và butane cháy

trong điều kiện thiếu không khí, chúng tạo thành cacbônmnoxyt do

hiện tượng cháy không hoàn toàn, có thể gây ảnh hưởng đến sức

khoẻ con người

 anh hưởng của condensate: hơi condensate rất độc ,khi con

người bắt đầu nhiễm hơi xăng thì đầu tiên mắt bị kích thích và sau

đó thì bị các triệu chứng thần kinh như chóng mặt, tiếp theo là cac

bộ phận như cơ, da Sù bị ảnh hưởng nếu trường hợp tiếp xúc nhiều

với condensate Các hợp chất thơm (nếu có) trong condensate có thể

gây bệnh ung thư Nếu uống phải condensate có thể gây triệu chứng

buồn nôn, kích thích tuyến nhờn niêm mạc ống tiêu hoá, sau đó có

một vài rối loạn hoặc nếu uống nhiều thì có thể gây mất ý thức

Chương II:giới thiệu sơ lược về nhà máy

Vai trò phân bón đối với ngành nông nghiệp là hết sức quan

trọng và hiện nay Việt Nam có nhu cầu rất lớn về phân bón, đặc biệt

là đạm cho sản xuất n«ng nghiệp Tuy nhiªn cho đến thời điểm

trước năm 2003, sản xuất trong nước mới chỉ đ¸p ứng được 7% nhu

cầu ph©n đạm, chủ yếu là từ nhà m¸y đạm Hà Bắc sử dụng nguyªn

liệu than đ¸ Lượng cßn lại hàng năm nhà nước phải nhập khẩu

Như vậy, cã thể thấy rằng nhu cầu sử dụng ph©n đạm nhập khẩu

sẽ tiếp tục tăng và như vậy sẽ dẫn đến sự phụ thuộc ngày càng lớn

vào thị trường nước ngoài và là một g¸nh nặng cho nền kinh tế Việt

Nam Điều này càng thấy râ hơn nếu qua xem xÐt một vài nÐt về

t×nh h×nh thị trường cung cấp ph©n đạm trªn thế giới trong những

năm vừa qua

Ch©u Á là thị trường tiªu thụ ph©n đạm lớn nhất thế giới do khu

vực này cã nền n«ng nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế

vµ là một sản phẩm trọng yếu đối với nền n«ng nghiệp nhưng lại cã

sự biến động rất phức tạp với biªn độ lớn về gi¸ cả nªn hầu hết c¸c

nước trong khu vực, bªn cạnh c¸c chÝnh s¸ch tÝch cực của nhà nước

đều x©y dựng c¸c nhà m¸y sản xuất ph©n đạm nhằm b×nh ổn gi¸,

Biểu đồ lượng Urê nhập khẩu của Việt Nam

trong những năm gần đây

đảm bảo tự cung cấp sản phẩm ổn định cho nhu cầu thị trường nội

địa và giảm thiểu sự bị tác động của yếu tố bên ngoài

Từ tình hình trên thấy rằngViệt Nam rất cần thiết phải xây dựng

các nhà máy sản xuất phân đạm lớn để từng bước giảm sự phụ

thuộc vào nhập khẩu, tiết kiệm lượng lớn ngoại tệ cho ngân sách

nhà nước và điều quan trọng là tạo nguồn cung cấp ổn định phân

bón từ sản xuất trong nước để đẩy mạnh sự phát triển của ngành

nông nghiệp, góp phần vào sự phát triển chung của cả nền kinh tế

đất nước

Tháng 4 năm 2000 Thủ tướng Chính Phủ đã giao cho Tổng Cty

Dầu khí Việt Nam phối hợp với các Tổng Công ty Hóa chất Việt

Nam (Vinachem) và Tổng Cty vật tư Nông nghiệp (Vigecam) lập

Báo cáo nghiên cứu khả thi nhà máy sản xuất phân đạm trên cơ sở

nguồn nguyên liệu khí đồng hành

Thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính Phủ vể việc triển khai

công trình Khí– Điện – Đạm , Tổng Cty dầu khí Việt nam đã khẩn

trương soạn thảo và trình Chính Phủ phê duyệt Báo cáo nghiên cứu

Khả thi dự án theo phương thức Việt Nam tự đầu tư tại khu công

nghiệp Phú Mỹ thuộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu

Tháng 3 năm 2001, Dự Án Nhà máy Đạm Phú Mỹ chính thức

được khởi công Sau 3 năm tiến hành xây lắp và chạy thử , hiện nay

Nhà Máy đã chính thức đi vào sản xuất với sản lượng trung bình

khỏang 700 ngàn tấn Urê/năm đạt 95% cụng suất thiết kế kèm theo

những quy định nghiêm ngặt về An Toàn, Hiệu Quả và Sức Khỏe

Môi trường

2.1 Sơ lược về khu công nghiệp Phú Mỹ

Khu công nghiệp Phú Mỹ có tổng diện tích là 1.300 ha Khu

công nghiệp này được quy hoạch cho các ngành công nghiệp nặng

bao gồm các nhà máy điện, luyện kim, hoá dầu và các ngành công

nghiệp chế biến xuất khẩu

Hiện tại khu công nghiệp Phú Mỹ đă có hệ thống cơ sở hạ

tầng đáp ứng phù hợp như: Đường bộ, đường sông, các đường

chuyền tải điện, cấp thoát nước, thông tin, tuyến đường ống và trạm

nguồn cấp khí, các cơ sở phụ trợ cảng, nguồn nhân lực và rất gần

các trung tâm phát triển kinh thế và xã hội rất mạnh là Thành Phố

HCM và Vũng Tàu, đó là các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho

việc thực hiện đầu tư xây dựng và phát triển cho Dự án Nhà máy

Đạm tại khu vực này

2.2.Sơ lược nhà máy đạm Phú Mỹ

Nhà máy Đạm Phú Mỹ có diện tích 63 hecta bao gồm:

Đất sử dụng Diện tích yêu cầu

Nhà máy Đạm Phú Mỹ bao gồm 3 cụm phân xưởng công nghệ:

- Cụm phân xưởng sản xuất Amoniac có công suất 1.350 tấn

Amoniac/ngày, dư 51.000 tấn Amoniac/năm

- Cụm phân xưởng sản xuất Urê từ Amoniac và tạo hạt với

công suất 2.200 tới 2.400 tấn ure/ngày (74.000 – 800.000

tấn ure/năm)

- Cụm các công trình phụ trợ cung cấp điện, nước, hơi nước

và xử lý nước thải

Nhà máy có tổng vốn đầu tư khoảng 400 triệu USD trong đó có 218

triệu USD của công ty dầu khí Việt Nam, phần còn lại được huy

động bởi các ngân hàng trong nước

2.2.2 Nguyên liệu:Nguyên liệu của nhà máy là khí của các mỏ trong

bể Cửu Long và các mỏ khác của bể Nam Côn Sơn, với hàm lượng

như được cung cấp như sau:

Thành phần hay tính chất Giá trị trung bình

Tỷ trọng ở 15,5 0

Nhiệt độ sôi đầu, 0C 41

Nhiệt độ sôi cuối, 0C 131

Khối lượng riêng, kg/mol 18,68 (GPP), 20,65 (AMF)

Lưu huỳnh tổng (ppm khối lượng) 368

Các hợp chất lưu huỳnh (ppm khối lượng)

H2S

Khí đồng hành từ các mỏ này khi được dẫn vào bờ (tuyến

ống Bạch Hổ và tuyến ống Nam Côn Sơn) đã xử lý lưu huỳnh sẽ

được cung cấp cho nhà máy đạm một cách tương đối ổn định về chất

lượng khí trong suốt thời gian hoạt động của nhà máy Tổng lượng

khí dùng hàng ngày của nhà máy là 55000 Nm3/h, trong đó 13000

Nm3 đốt cấp nhiệt cho quá trình reforming, 61000 Nm3 đốt lò hơi

10B8001, 58000 Nm3 đốt chạy gastuabine chạy máy phát điện nhà

máy với công suất 17 MN Ngoài ra còn có bộ phận tận thu nhiệt

thừa sử dụng tấn/h

BIỂU ĐỒ SẢN LƯỢNG THU GOM DỰ KIẾN TỪ BỂ CỬU LONG

MỘT GOC CỦA NHÀ MÁY

2.2.4.Công nghệ và thiết bị

 Công nghệ sản suất Amoniac của hãng Haldor-Topsoe (Đan

Mạch) Công nghệ sản suất phân đạm của hãng Snamprogetty

(Italia)

 Các phân xưởng công nghệ chính:

- Phân xưởng tổng hợp Amoniac bao gồm :

Thiết bị khử lưu huỳnh của khí nguyên liệu

Thiết bị reforming sơ cấp

Thiết bị reforming thứ cấp

Thiết bị chuyển hoá CO

Thiết bị tách CO2

Thiết bị Metan hoá (chuyển hoá CO và CO2 thành Metan)

Thiết bị tổng hợp Amoniac

Quá trình làm lạnh

-Phân xưởng sản xuất Ure bao gồm:

Bồn chứa Amoniac tuần hoàn và Amoniac thu hồi

Hệ thống xử lý nước thải: Bao gồm hệ thống cống ngầm thu

gom các loại nước thải công nghệ, nước mưa, nước làm lạnh,

nước thỉa sinh hoạt, nước cứu hoả, nước nhiễm dầu thu gom từ

các xưởng công nghệ (hệ thống xử lý nước thải để xử lý các loại

nước thảI đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam trước khi thải ra

môi trường)

Hệ thống đốt đuốc: Trong nhà máy có 2 đuốc đốt khí riêng rẽ

để đốt các loại khí thải (khí dư) trong quá trình hoạt động của

nhà máy Nột đuốc đốt các loại khí thải có chứa Amoniac, một

đước đốt các loại khí thải có chứa hydrocacbon

Ông khói: ống khói chủ yếu thải khí cháy của tuốcbin khí và

hệ thống nồi hơi với chiều cao thiết kế hợp lý nhằm đạt khả năng

khuyếch tán tốt nhất lượng khí thải ( CO2 , NOx ) sao cho phù

hợp với các tiêu chuẩn môi trường Việt Nam

Hệ thống nước cứu hoả: Cung cấp nước cứu hảo cho toàn bộ

nhà máy

Hệ thống sản xuất điện bao gồm:Bao gồm một nhà máy phát

điện tuabin có công suất 21MW đảm bảo cung cấp toàn bộ điện

chi nhà máy và một phần hoà mạng điện quốc gia

Hệ thống sản suất Nitơ: sản suất Nitơ để phục vụ làm kín các

máy nén khí, thổi rửa đường ôngd và trơ hoá các thiết bị

3.1 quá trình khử lưu huỳnh

3.1.1 Mô tả thiết bị

Sơ ĐỒ 3: CễNG ĐOẠN KHỬ Lưu HUỲNH

Số thứ tự Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng

Khí nguyên liệu mỏ Nam Côn Sơn được xử lí ở nhà máy chế

biến khí Dinh Cố rồi dẫn qua trạm phân phối Viêtgas và đến nhà

máy đạm Phú Mỹ có áp suất 24,5bar Do điều kiện vận hành cuả nhà

máy cần áp suất cao nên khí nguyên liệu này được dẫn qua bộ nén

khí tự nhiên 10K4011 để được nâng áp suất lên 39,2 bar Đây là máy

nén khí li tâm và được kéo bằng môtơ điện Máy này chỉ hoạt động

Khớ tự nhiờn

Khớ sạch tới lũ Reforming

Thỏp Hyđrụ húa 10-R-2001

Thỏp hấp thụ Lưu huỳnh 10-R-2002

khi khí thiên nhiên thấp hơn 38 bar

Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu này có chứa một lượng

nhỏ lưu huỳnh ở dạng tạp chất mà xúc tác dùng cho công nghệ

reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lưu

huỳnh bởi vì chúng xẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác

do đó các hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đưa vào

công đoạn reforming, quá trình loại các hợp chât lưu huỳnh gồm hai

giai đoạn: khử các hợp chất lưu huỳnh và hấp thụ lưu huỳnh

3.1.2.1.Hydro hoá các hợp chất lưu huỳnh

 Quá trình công nghệ:

Khí nguyên liệu sau khi tăng áp được gia nhiệt đến 3500C

thông qua bộ gia nhiệt 10E2004-2, khí sau khi ra khỏi thiết bị được

bổ sung thêm dòng hydro được lấy từ thiết bị hấp thụ CO2 có lưu

lượng khoảng 1777m3

/h.Trong trường hợp thiết bị hấp thụ CO2 và quá trình tổng hợp amoniac ngừng hoạt động làm cho nguồn hydro

cung cấp cho thiết bị hydro hoá bị không có thì nhiệt độ chất xúc tác

của thiết bị hydro hoá phải được giảm xuống tối đa là 3000C để tránh

cracking đối với hydrocacbon cao và điều này dẫn đến sự hình thành

lớp cacbon trên bề mặt chất xúc tác

Hỗn hợp khí sau đó được gia nhiệt lên 4000C thông qua bộ

gia nhiệt 10E2004 rồi vào thiết bị hydro hoá 10R2001 Tại đây, toàn

bộ lượng lưu huỳnh hữu cơ được chuyển hoá thành H2S dưới tác

dụng của xúc tác Coban-Molipđen, có thể xảy ra các phản ứng sau:

hydro hoá olefin thành hydrocacbon no, và các hợp chất có chứa

Nitỏ thành NH3 và hydrocacbon no

Ngoài ra do trong khí nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ CO

và CO2 khi đi qua thiết bị hydro hoá nó có thể xảy ra các phản ứng

phụ :

CO2+ H2   CO + H2O (6)

CO2 + H2S   COS + H2O (7)

Từ các phản ứng trên ta thấy, sự hiện diện của CO, CO2,

H2O sẽ làm ảnh hưởng đến hàm lượng lưu huỳnh dư đi ra khỏi thiết

bị hấp thụ lưu huỳnh

Trong trường hợp bất thương hàm lương CO cao sẽ xảy ra

phản ứng boudouard:

2CO   CO2 + C (8)

Phản ứng boudouard không xảy ra trên bề mặt chất xúc tác bởi

vì chất xúc tác ở trạng thái sunphit, nhưng muội than vẫn hình thành

ở nhiệt độ cao và bám vào chất xúc tác do đó hàm lượng CO cao sẽ

nhất thơi khử hoạt tính chất xúc tác Để ngăn chặn quá trình không

mong muốn này ta sẽ giới hạn nồng độ theo thể tích tạp chất cực đại

cho phép trong khí nguyên liệu đối với thiết bị hydro hoá là : H2 : 3

– 4 %; CO : 5%; CO2 : 5%

 Chất xúc tác:

Chất xúc tác trong thiết bị hydro hoá là Coban –

Molipđen, có đặc điểm sau:

 Tên thương mại: TK-250

 Kích thước : 5 Extrudate

 Thể tích chất xúc tác yêu cầu : 16,8 m3

 Thể tích chất xúc tác cung cấp vào thiết bị : 17,4 m3

 Thành phần các chất chứa trong chất xúc tác :

Thành phần MoO3 CaO Al2O3

Hoạt tính cao nhất của chất xúc tác hydro hoá phụ thuộc vào nồng

độ của hydro và nhiệt độ Với chất xúc tác ban đầu, nhiệt độ thấp

hơn mức trên vẫn hiêu quả nhưng chất xúc tác ở thời kì cuối nên

nâng nhiệt độ lên cao hơn mức trên Chất xúc tác TK – 250 bị oxy

hoá trong quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tính chủa nó

khi được sulphide hoá Trong trạng thái được sulphide hoá chất xúc

tác có thể tự bốc cháy do đó nó không được phép tiếp xúc với không

khí tại nhiệt độ lớn hơn 700C Trong trường hợp chất xúc tác bị cháy

hoặc trong quá trình vận hành nó bị già hoá thì cần phải được thay

thế Để thay trước hết ta cần làm nguội chất xúc tác đến nhiệt độ

môi trường trước khi tháo chúng ra đồng thời phải duy trì dòng nitơ

trao đổi đến bình phản ứng trong khi tháo xúc tác nhằm làm giảm

thiểu sự xâm nhập của không khí

3.1.2.2 Hấp thụ H2S

 Quá trình công nghệ :

Khí tự nhiên được hydro hoá đưa vào bình hấp thụ lưu

huỳnh 10R2002A/B Hai bình hấp thụ này là hoàn toàn giống nhau

và được đặt nối tiếp nhau 10R2002B đóng vai trò bảo vệ trong

trường hợp xảy ra sự dư lưu huỳnh khi ra khỏi bình 10R2002A hoặc

trong trường hợp 10R2002A được cô lập để thay thế chất xúc tác

Nhiệt độ vận hành bình thường là khoảng 4000C, dưới tác

dụng của chất xúc tác kẽm oxít phản ứng thuận nghịch xảy ra như

Kp(T) =

O H

S H

P P

2

2

= 2,6 10 5

tại nhiệt độ 4000C

Khí ra khỏi thiết bị hấp thụ lưu huỳnh thứ hai có nhiệt độ

khoảng 3900C, hàm lượng lưu huỳnh dưới 0,05ppmV được đưa sang

công đoạn chuyển hoá khí tự nhiên bằng hơi nước

 Chất xúc tác:

Hai bình hấp thụ 10R2002A/B, mỗi bình có một lớp chất xúc

tác kẽm oxit, có các đặc điểm sau:

 Tên thương mại : HTZ-3

 Kích thước : có dạng ép dài 4mm

 Thể tích chất xúc tác yêu cầu : 16,8

 Thể tích chất xúc tác cung cấp vào thiết bị : 17,4

Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác

: 99-100% ZnO

Chất xúc tác HTZ-3 đã sử dụng không có khả năng tự bốc

cháy và sẽ không phản ứng với không khí tại nhiệt độ dưới 500 -

6000C Tuy nhiên trong trường hợp có sự hình thành lớp cacbon trên

bề mặt chất xúc tác thì nó có thể xảy ra phản ứng với không khí tại

nhiệt đô thấp hơn

Công suất hấp thụ của chất xúc tác ZnO là tối ưu hoá tại

nhiệt độ gần với 4000C, nhưng chất xúc tác sẽ hấp thụ H2S, COS, CS2

tại nhiệt độ vận hành bình thường Chính vì vậy, trong tửờng hợp khí

tự nhiên chỉ chứa H2S, các thiết bị hấp thụ lưu huỳnh tại igai đoạn

này đã có thể hấp thụ lưu huỳnh đến một phạm vì mà khí tự nhiên có

thể được đưa vào reforming sơ cấp mà không cần thiết lập một dòng

hydro khứ hồi đến thiết bị hydro hoá, việc cracking amoniac chính

vì vậyk cũng trở nên không cần thiết Trong trường hợp, khí tự nhiên

đầu vào chứa ít hợp chất lưu huỳnh như mecaptan, disunphua,

thiophen ,việc thiết lập một dòng hydro khứ hồi đến thiết bị hydro

hoá trước khi đưa khí tự nhiên vào reforming sơ cấp là cần thiết,

nguồn hydro sẽ là amoniac qua cracking khí tổng hợp từ chu trình

Kẽm sunphile không có tính tự bốc cháy và không yêu cầu

đặc biệt khi dở xúc tác, tuy nhiên hơi công nghệ không nên mang

vào trong 10R2002A/B vì oxit kẽm sẽ bị hydrat hoá và nó không thể

tái sinh trở lại thành ZnO trong thiết bị phản ứng Lúc vận hành bình

thường, hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu tiếp xúc với oxit

kẽm giảm đi theo hằng số cân bằng :

S H

O H

2

2 = 1,5 10 6

ở 3600C

Khi một trong hai thiết bị loại lưu huỳnh cần thay thế chất xúc

tác ta cần phải làm nguội chất xúc tác đến nhiệt độ môi trường nhờ

đối lưu tự nhiên và trao đổi khí N2

2 Thiết bị reforming sơ cấp 10H2001 1

3 Bộ gia nhiệt nước cấp nồi

ng sừ

Khớ nhiờn liệu

(Khớ đốt)

Chuyển húa CO Khớ cụng nghệ

Hơi nước

Lũ Reformi

ng thứ Khụng khớ

Sơ ĐỒ 4: CễNG ĐOẠN REFORMING

4 Bộ gia nhiệt không khí 10E2002 2/1 2

5 Bộ gia nhiệt hơi siêu cao áp 10E2003 2/1 2

6 Bộ gia nhiệt nguyên liệu

vào

7 Thiết bị reforming thứ cấp 10R2003 1

Khí đã khử lưu huỳnh được trộn lẫn với hơi nước một cách từ

từ trong khoảng 10 phút nhằm giảm thiểu sự ngưng tụ trong hệ

thống đầu vào của reformer Tuy nhiên, ban đầu một ít nước vẫn

ngưng tụ ở reformet sơ cấp 10R2003 bộ trao đổi nhiệt thải 10E2008,

bộ gia nhiệt hơi nước 10E2009 và thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ

cao10R2004 do quá trình hâm nóng chất xúc tác và thiết bị

Nước ngưng tụ phải được thải ra tại các điểm thấp nhất phía

trước và phía sau của 10R2004 (một cách sơ bộ phía trên đỉnh của lò

đốt) nhằm đạt được nhiệt độ đầu vào của reformer khoảng 400 -

4500C và nhiệt độ đầu ra của reformer khoảng 700-7500C.Nhiệt độ

khí đốt (flue gas) thoát ra khỏi các buồng đốt không được phép tăng

với tốc độ vượt quá 30-500C/h Sau khi khí nguyên liệu và hơi nước

đã ổn định về nhiệt độ và tỷ lệ theo yêu cầu ta cho hỗn hợp này qua

thiết bị trao đổi nhiệt 10E2001

Hỗn hợp ra khỏi bộ gia nhiệt có áp suất 34,8 bar, nhiệt độ

5350C được đưa vào đỉnh 180 ông xúc tác thẳng đứng thông qua

ống góp phân phối phía trên Các ống này được lắp đặt trong hai

buồng bức xạ nhiệt Phần trên của các ống reformer được nạp chất

xúc tác loại RK-211 và RK-201 trong khi phần đáy của các ống xúc

tác được nạp bằng chất xúc tác R-67-7H Chất xúc tác đã được khử

là bền trong không khí đến nhiệt độ 800C Nếu nó tiếp xúc với

không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưng nhiệt độ sẽ

không ảnh hưởng gi đến chất xúc tác Các ống xúc tác trong buồng

đốt được đốt bằng 480 becđốt được sắp xếp 6 hàng thẳng đứng trong

mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profile (hệ thống) nhiệt độ

dọc theo chiều dài ống xúc tác và phân phối nhiệt đồng đều dọc theo

chiều dài buồng đốt Bằng cách này sẽ tối ưu hoá việc sử dụng các

ống xúc tác đắt tiền Các becđốt là loại tự hút khí kiểu nút đơn Các

ống xúc tác được đặt trong buồng đốt của reforming sơ cấp

10H2001, mà ở đó bức xạ nhiệt được truyền từ các bécđốt đến thành

ống Quá trình reforming hơi nước hydrocacbon khí nguyên liệu

được chuyển hoá thành H2 và cacbonic có thể được biểu diễn bởi các

hydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hoá từng bậc xuống thành những

hydrocacbon bậc thấp và cuối cùng thành phân tử mêtan và được

chuyển hoá trong phản ứng (12) Đối với hydrocacbon bậc cao phản

ứng bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 5000C và mêtan ở 6000C Nhiệt phát ra

từ phản ứng (13) là rất nhỏ trong khi nhiệt cần cho phản ứng (11) và

(12) là rất lớn Nhiệt cần thiết cho phản ứng trong hai thiết bị

reforming (reforming sơ cấp và reforming thứ cấp) được cấp theo

hai cách khác nhau Trong reforming sơ cấp nhiệt cần thiết cho phản

ứng được cung cấp dưới dạng gián tiếp từ lò đốt trong, reforming

thứ cập nhiệt được cung cấp trực tiếp từ quá trình đốt khí công nghệ

với không khí Sự chuyển hoá trong reforming sơ cấp sẽ được điều

chỉnh sao cho tỷ lệ H2/N2 = 3/1 Điều này còn phải khống chế

lượng mêtan như là khí trơ trong khí tổng hợp ở mức càng thấp càng

tốt Đối với cân bằng của phản ứng (12) hàm lượng mêtan giảm đi

khi tăng nhệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất

Khi vận hành ở trường hợp thiết bị thu hồi H2 (HRU) làm việc

và sử dụng khí thải đã được xử lý như là khí nhiên liệu cho

reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming có nhiệt độ khoảng

7800C, và hàm lượng mêtan khoảng 15%mol tính theo khí khô Còn

khi vận hành ở trường hợp thíêt bị thu hồi H2 (HRU) không làm việc

và việc sử dụng khí thải không được xử lý như là khí nhiên liệu cho

reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming có nhiệt độ khoảng

8000C và hàm lượng mêtan khoảng 13%mol tính theo khí khô

Khói thải của của phản ứng đi lên và ra gần với đỉnh của

buồng bức xạ nhiệt Nhiệt độ khói thải đi ra khoảng 10270C nó được

xử lý rồi cung cấp một cách riêng biệt cho becđốt nhằm tránh hình

thành amoni cacbamat, nhiệt độ khói thải được sử dụng cho nhiều

mục đích khác nhau của quá trình tổng hợp amôniac

3.2.2.2.Reforming thứ cấp

Không khí công nghệ cấp cho reforming thứ cấp 10R2003

được cung cấp bằng máy nén không khí 10K4021 Đây là máy nén

khí ly tâm với đầu hút là khí quyển thông qua bộ lọc/giảm ôn, và áp

suất đầu ra của cấp bốn là 32,4 bar Máy nén không khí công nghệ

được truyền động bằng tuabine hơi STK4021 Hơi cấp cho tuabine là

hơi cao áp và phụ trợ bằng hơi thấp áp khi mạng hơi thấp áp bị thừa

từ mạng hơi Mở tất cả các điểm xả phía sau của máy nén không khí

để thải bất cứ sự ngưng tụ nào được hình thành

Để phản ứng trong refofming thứ cấp xảy ra hoàn toàn, không

khí được cung cấp với lưu lượng dư O2 là 2% tương ứng với 10%

không khí Trong khoảng không gian trống phía trên của reformer

thứ cấp người ta lắp becđốt 10J2001, tại đây không khí cộng nghệ và

khí từ refofming thứ cấp được trộn lẫn vào nhau ở nhiệt độ 7830C, áp

suất 32 bar Reforming thứ cấp được nạp bởi xúc tác RKS-2-7H

Quá trình đốt khí công nghệ và không khí được thực hiện qua các

phản ứng :

H2 + 0,5 O2  H2O + Q (14)

CH4 + 2 H2O   CO2 + 4 H2 - Q (15)

Refofming thứ cấp được bảo vệ quá nhiệt khi mà tỷ lệ khí tự

nhiên/không khí quá thấp gây ra quá nhiệt cho thiết bị phản ứng

Nhiệt độ vỏ reformer thứ cấp được theo dõi bởi màu của lớp sơn cảm

ứng nhiệt Nó được giám sát để tránh quá nhiệt của vỏ trong trường

hợp lớp gạch chịu lửa làm việc không tốt Vỏ thiết bị có thể được

làm lạnh bằng nước bảo trì, trong trường hợp này máng được điền

đầy và phun lên vỏ thiết bị

Quá trình đốt này khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100-12000C

trong phần trên reforming thứ cấp Từ buồng đốt khí tạo thành được

đưa tiếp xuống phía dưới thông qua tầng chất xúc tác, tại đây phần

còn lại của phản ứng reforming tiếp tục xảy ra Do phản ứng

reforming của mêtan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm xuống khi khí đi

xuống dưới qua lớp chất xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 9580C, áp

suất 30,4bar, hàm lượng mêtan còn lại khoảng 0,6%mol khí khô,

13,5%mol CO, 7,5%molCO2 Chính vì vậy sẽ có nguy cơ hình thành

cacbon theo phản ứng Boudourd như sau:

2CO   CO2 + C (muội than) (16)

khi hỗn hợp nguội xuống

Hàm lượng Mêtan dư tại đầu ra của reforming thứ cấp là 0,62

(0,67)%mol tính theo khí khô, tỷ lệ gas/air theo thiết kế là :

0,706Nm3/ Nm3 Lưu lượng không khí công nghệ phải đựơc điều

chỉnh sao cho tỷ lệ H2/N2 đạt yêu cầu khi đi vào máy nén khí tổng

hợp 10K4031

Nhiệt độ cao được tận dụng để sản suất hơi và tiền gia nhiệt

cho hơi siêu cao áp thông qua các bộ trao đổi nhiệt 10E2008 và

10E2009.Sau đó khí có áp suất 30,2 bar nhiệt độ khoảng 360 0C

được đưa sang cụm chuyển hoá CO

 Chất xúc tác

Chất xúc tác của quá trình reforming sơ cấp có đặc điểm sau:

 Lớp chất xúc tác thứ nhất : gồm hai loại là PK-211 và

PK-201

 Tên thương mại : PK -211

 Kích thước : 16*11 ring

 Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 4,6 m3

 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 4,8 m3

 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác :

Thành phần Ni NiO MgO Al2O3 K2O CaO

 Tên thương mại : PK-201

 Lích thước : 16*11 ring

 Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 7,6 m3

 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 7,8 m3

 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác :

Thành phần NiO MgO Al2O3 K2O CaO

 Lớp chất xúc tác thứ hai :

 Tên thương mại : R-67-H7

 Lích thước : 13*11 ring

 Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 18,3 m3

 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 18,8 m3

 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác :

Lớp xúc tác nằm trên hai lớp của các hạt nhôm với kích cỡ

khác nhau, lưới nhân 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

Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã ở nhiệt độ khoảng

1400-15000C Chất xúc tác đã được hoạt hoá không được phép tiếp xúc với

không khí tại nhiệt độ 1000C vì nó có thể gây phát nhiệt Vì nhiệt tạo

ra do phản ứng oxy hoá không được giải phóng khỏi reforming thứ

cấp nó có thể dẫn đến tình trạng quá nhiệt và phá huỷ chất xúc tác

Trong khi vận hành cacbon kết tủa trên mặt xúc tác reforming

có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân như :

- Vận hành tại các điều kiện mà chất xúc tác được hoạt hoá

không đầy đủ :

 Khử xúc tác không đầy đủ (quá trình hoạt hoá)

 Ngộ độc (thường là do lưu huỳnh)

 Chất xúc tác già

- Vận hành tại các điều kiện không bình thường như:

 Tỷ lệ hơi nước/cacbon quá thấp (hoặc trong một số trường

hợp sự tiếp xúc của chất xúc tác với hydrocacbon không có mặt hơi

nước)

 Nhiệt độ quá cao hoặc quá trình đốt cháy dữ dội ở phần

đỉnh của reformer, dẫn đến gradien nhiệt độ theo hướng hướng tâm

và theo hướng trục quá lớn, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho

phản ứng cracking nhiệt

 Tải quá lớn (tải càng lớn, áp suất riêng phần của

hydrocacbon nhẹ sẽ càng lớn, với cùng một mức nhiệt độ, và do đó

dẫn đến nguy cơ xảy ra phản ứng cracking nhiệt

Sẽ cực kỳ khó khăn để đưa ra các giới hạn đối với các thông

số nêu trên, do chúng có sự tương quan chặt chẽ với nhau Tuỳ thuộc

vào hoạt tính của chất xúc tác ta sẽ có những chế độ vận hành khác

nhau, khi chất xúc tác còn mới thì ta nên vận hành hệ thống thiết bị

tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thiết kế, nhưng sau một thời gian vận

hành hoạt tính của chất xúc tác giảm thì ta nên vận hành ở nhiệt độ

cao hơn nhiệt độ thiết kế để quá trình reforming vẫn đảm bảo

Kết tủa cacbon thông thường được xác định nhờ sự gia tăng

nhiệt độ, chênh áp thông qua reformer sơ cấp, được chỉ rõ trên đồng

hồ10PID2052 và nhờ sự xuất hiện của các mảng nóng trên ống xúc

tác của reformer khi vận hành tại các diều kiện vận hành bình

thường và ổn định Cacbon kết tủa hay xuất hiện khi có sự thay đổi

các điều kiện vận hành, như là sự gia tăng công suất nhà máy hoặc

việc giảm tỷ lệ hơi nước/cacbon Do đó các thao tác cần làm là:

Trong bất cứ trường hợp nào xuất hiện cacbon kết tủa như

được chỉ ra bởi sự gia tăng dần độ giảm áp qua reformer, các giải

pháp cần được đưa ra càng sớm càng tốt Để ngừng sự hình thành

cacbon kết tủa hoặc bằng cách thay đổi các điều kiện vận hành về

phía làm cho khuynh hướng tạo cacbon kết tủa thấp hơn, hoặc tốt

hơn là loại bỏ lớp cacbon kết tủa bằng cách thiết lập một tỷ lệ hơi

nước/cacbon đến giá trị từ 10-15 tại áp suát thấp như có thể Việc

đối phó này sẽ trong một vài giờ, loại bỏ được lớp cacbon mới kết

tủa trong điều kiện chất xúc tác đã được khử và các điều kiện vận

hành bình thường có thể được thiết lập trong một thời gian ngắn sau

đó Phải chú ý rằng nhiệt độ khí công nghệ đi vào chuyển hoá CO

tối thiểu trên nhiệt độ điểm sương khí công nghệ 150C, nhằm chống

nước ngưng tụ trên chất xúc tác Ngược lại, phải cô lập thiết bị

huyển hoá CO bằng HV2082 ở đầu ra của 10R2005 và khí xả ra ở

đầu vào 10R2004 thông qua HV2062

Nếu lý do kết tủa cacbon là do tình cờ trong vận hành tại các

điều kiện không bình thường, không cần thực hiện bất cứ một giải

pháp nào

Nếu lý do là do giảm hoạt tính của chất xúc tác, sự khó khăn

lại dễ dàng xuất hiện khi các điều kiện vận hành liên quan đến sự kết

tủa cacbon được thiết lập trở lại

Trong trường hợp đó, cần cố gắng xác định nguyên nhân làm

giảm hoạt tính của chất xúc tác là do chất xúc tác không được khử

đầy đủ hay do bị ngộ độc

Liều thuốc cứu chữa là hoặc là khử lại chất xúc tác hoặc là tái

sinh lưu huỳnh như được trình bày ở phần chất xúc tác trong quá

trình loại các hợp chất lưu huỳnh hoặc khử lại chất xúc tác như sau:

 Khử một lượng lớn cacbon

Nếu việc hình thành cacbon được phát hiện ở một điều kiện

công nghệ không thay đổi, việc tổn thất áp suất tăng liên tục và lưu

lượng qua từng ống sẽ ở các mức độ khác nhau, cho nên vài ống sẽ

trở nên nóng hơn bình thường Trong trường hợp nghiêm trọng, các

ống có thể bị cô lập do cacbon và chất xúc tác nên có thể vỡ Tái

sinh chất xúc tác trong các ống bị cô lập là điều không thể Một số

lượng cacbon ở lại trong lớp xúc tác nhiều hơn vài ngày không thể

khử như đã nói trong phần trên, nhưng sẽ xử lý bằng oxy hoá, bằng

hơi nước với không khí Xử lý bằng hơi nước với không khí là thích

hợp hơn, vì nó có thể được thực hiện thành công ở nhiệt độ thấp,

trong khi hơi nước chỉ hiệu quả ở nhiệt độ cao và khó đạt đến đỉnh

reformer nơi mà hầu hết cacbon bị kết tủa

Quá trình như sau:

- Cắt dần lưu lượng hydocacbon đầu vào và điều chỉnh lưu

lượng hơi khoảng 10-15 tấn /h áp suất trong hệ thống reforming

phải càng thấp càng tốt HIC2062 nên mở và ânty cô lập phía trước

của chuyển hoá CO nhiệt độ cao được đóng lại Điều chỉnh quá trình

đốt sao cho đầu vào lớp xúc tác 450 0C và đầu ra lớp xúc tác 6500C

- Đưa dần dần (hơn 4 giờ) không khí cho đến khi 4-5% thể

tích trong hơi nước (quan sát việc tăng nhiệt độ trong reformer thứ

cấp) Không khí được cấp thông qua một dụng cụ đặc biệt nối với

ống không khí công nghệ, duy trì điều kiện này đến khi CO2 trong

reformer giảm xuống dưới 0,2% Nhiệt độ rời reformer sơ cấp không

được phép quá 6500C để thúc đẩy quá trình hoàn nguyên chất xúc

tác Kiểm tra ảnh hưởng của SO2 nếu ngộ độc lưu huỳnh được phát

hiện

- Để kiểm tra khử lưu huỳnh đã hoàn thành chưa, tăng lưu

lượng không khí dần dần đến 8-10% thể tích của lưu lựơng hơi Hàm

lượng CO2 sẽ tăng hoặc giảm rất ít

- Khi việc khử cacbon đã hoàn thành, cắt lưu lượng không khí

và duy trì lưu lượng hơi 0,5 -1 giờ để làm sạch không khí trong

reformer

- Sau khi kiểm tra sunphua trong khí tự nhiên đã được khử lưu

huỳnh đưa khí và hơi nước vào như quy trình vận hành bình thường

- Chất xúc tác reforming đã được oxy hoá, thì áp suất của

reformer sơ cấp phải được giữ càng thấp càng tốt để đảm bảo tái

hoàn nguyên hoàn toàn

- Nhiệt độ ra khỏi reformer sơ cấp được tăng lên 750-780 0C

bằng việc tăng quá trình đốt trong reformer sơ cấp, đặc biệt là ở

phần trên của reformer, trong khi đó vẫn được khống chế thấp, chú ý

không để nhiệt độ vượt quá nhiệt độ thiết kế của ống xúc tác Điều

này phải được duy trì 6-12h

- Tiến hành bình thường đến điều kiện hoạt dộng bình thường

 Hoạt hoá được trợ giúp nhờ hydro

Nếu hydro có sẵn từ chu trình tổng hợp nó được đưa vào ngay

vào thiết bị hydro hoá sau khi hơi nước có lưu lượng tối đa áp suất

được duy trì thấp Hydrocacbon nguyên liệu, tương ứng với tỷ lệ hơi

nước/cacbon vào khoảng 6-8, được đưa vào khi nhiệt độ đầu ra vào

khoảng 600- 650 0C

Nếu chỉ có một lượng giới hạn hydro có sẵn, thì hydro chỉ

được dùng khi nhiệt độ đầu vào reformer là gần với nhiệt độ vận

hành bình thường

Với hydro hoặc hỗn hợp hydro và khí, sự hoạt hoá chất xúc