Mô tả công nghệ xưởng AMMONIA

Xúc tác dùng cho công nghệ reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh, bởi vì chúng sẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác.. Mô tả công nghệ tổng quát T

MÔ TẢ CÔNG NGHỆ XƯỞNG AMMONIA

MỤC LỤC

I.KHỬ LƯU HUỲNH 3

II.CÔNG ĐOẠN REFORMING 5

III.CHUYỂN HÓA CO 10

IV.CÔNG ĐOẠN TÁCH CO2 12

V.CÔNG ĐOẠN METAN HÓA 15

VI.CÔNG ĐOẠN TỔNG HỢP AMMONIA 17

I KHỬ LƯU HUỲNH

a Mô tả công nghệ tổng quát

Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn tại ở dạng hợp chất

Xúc tác dùng cho công nghệ reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh, bởi vì chúng sẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác Do đó các hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đi vào công đoạn reforming Điều này được thực hiện trong công đoạn khử lưu huỳnh của phân xưởng NH3

Trong quá trình khử lưu huỳnh, các hợp chất lưu huỳnh hửu cơ được chuyển hoá thành H2S bằng xúc tác hydro hoá Sau đó H2S được hấp phụ bằng oxit kẽm

Việc rò lưu huỳnh vào reformer từ các nguồn (khí nguyên liệu, khí tuần hoàn, hơi nước) phải nhỏ hơn 0.05 phần triệu khối lượng Cần phải ngăn ngừa nồng độ lưu huỳnh cao hơn 0.05 phần triệu khối lượng sẻ khử hoạt tính của xúc tác reforming

Công đoạn lưu huỳnh bao gồm thiết bị hydro hoá, 10-R-2001 và hai thiết bị hấp phụ sulphur 10-R-2002A/B

Xúc tác cho 10-R-2001 là coban/molypden oxit và xúc tác cho 10-R-2002A/B là oxit kẽm

Bên cạnh hydro hoá các hợp chất lưu huỳnh nói trên, xúc tác cũng hydro hoá olefin thành hydrocacbon no, và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ chuyển hoá thành NH3 và hydrocacbon

no Khí hydro tham gia hydrohoá được tuần hoàn từ công đoạn sau

Cần nên tránh sự hiện diện của CO và CO2 trong khí hydro hoá ở giai đoạn chạy máy bình thường Nếu có, có thể sẽ xảy ra các phản ứng sau:

CO2 + H2↔ CO + H2O

CO2 + H2S ↔ COS + H2OChính vì lẽ đó, sự hiện diện của CO, CO2 và H2O ảnh hưởng đến lượng lưu huỳnh dư trong dòng đi ra khỏi các bình hấp thụ lưu huỳnh

Trong trường hợp bất thường với hàm lượng CO cao sẽ xảy ra phản ứng Boudouard:

2CO ↔ CO2 + C

Có nghĩa là cacbon ở dạng muội than sẽ bám vào xúc tác

Phản ứng metan hoá sẻ không xảy ra bởi vì mức lưu huỳnh có thể được duy trì hiệu quả để ngăn phản ứng này

Phản ứng Boudouard và metan hoá không xảy ra trên bề mặt xúc tác, bởi vì xúc tác ở trạng thái sulphit, nhưng muội than vẩn hình thành ở nhiệt độ cao và bám vào lớp trong của xúc tác

Hàm lượng CO và CO2 cao sẽ nhất thời khử hoạt tính xúc tác

Nồng độ theo thể tích tạp chất cực đại cho phép trong khí nguyên liệu đối với thiết bị hydro hoá là:

Hai bình hấp thụ lưu huỳnh, được đặt nối tiếp nhau, là hoàn toàn giống nhau 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-10-R-2002 A được cô lập để thay thế chất xúc tác Mỗi bình có một lớp chất xúc tác chứa xúc tác HTZ-3 Chất xúc tác kẽm oxit này có dạng ép dài 4mm Nhiệt độ vận hành bình thường là khoảng 400oC Kẽm oxit phản ứng với hydro sulphide và cacbonyl sulphide trong những phản ứng thuận nghịch sau đây:

ZnO + H2S ↔ ZnS + H2OZnO + COS ↔ ZnS + CO2

Hằng số cân bằng cho phản ứng giữa kẽm oxit và hydro sulphide được diễn tả bởi phương trình sau đây:

Kp(T) = PH2S / PH2O = 2,6×10-5 tại 400oCChất xúc tác không phản ứng với oxy hoặc hydro tại bất cứ nhiệt độ thực tế nào

Kẽm sulphide không có tính tự bốc cháy và không yêu cầu đặc biệt khi dở xúc tác

Hơi công nghệ không nên để mang vào trong 10-R-2002A/B, oxit kẽm sẽ bị hydrat hóa

và nó không thể tái sinh trở lại 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:

H2O/H2S = 1.5 x 10-6 ở 360oC

II CÔNG ĐOẠN REFORMING

a Mô tả công nghệ tổng quát

Trong công đọan reforming, khí đã qua khử lưu huỳnh sẽ chứa các thành phần cần thiết chuẩn bị thành khí tổng hợp nhờ quá trình reforming xúc tác của hỗn hợp hydrocacbon với hơi nước và không khí

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

(1) CnHm + H2O ↔ Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q

(2) CH4 + 2H2O ↔ CO + 3H2 – Q

(3) CO + H2O ↔ CO2 + H2O + Q

Phản ứng (1) miêu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hóa từng bậc xuống thành những hydrocacbon bậc thấp, và cuối cùng thành phân từ metan, và được chuyển hoá như trong phản ứng (2) Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở

500oC và đối với metan ở 600oC

Nhiệt phát ra từ phản ứng (3) rất nhỏ trong khi nhiệt cần cho phản ứng (1) và (2) là rất lớn.Phản ứng xảy ra theo hai bước, reforming sơ cấp 10-H-2001 và reforming thứ cấp 10-R-2003

Nhiệt cần thiết cho phản ứng trong hai thiết bị reforming được cấp theo hai cách khác nhau Trong reformer sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạng gián tiếp từ lò đốt; trong reformer thứ cấp, nhiệt được cung cấp trực tiếp từ quá trình đốt của khí công nghệ với không khí Sự chuyển hoá trong reforming sơ cấp sẽ được điều chỉnh sao cho không khí

sẽ cấp nhiệt cho reforming thứ cấp để đảm bảo yêu cầu tỉ lệ hydro và nitơ là 3/1 Điều này còn phải khống chế lượng metan như là khí trơ trong khí tổng hợp ở mức càng thấp càng tốt Hàm lượng metan trong khí công nghệ được khống chế bằng hằng số cân bằng của phản ứng (2) theo lý thuyết và thực tế Đối với cân bằng của phản ứng (2) hàm lượng mêtan giảm đi khi tăng nhiệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất

Trước khi vào refomer sơ cấp, H-2001, hổn hợp hơi nước/khí tự nhiện được hâm nóng lên khoảng 535oC trong bộ hâm 10-E-2001 nằm trong bộ phận khí thải của reforming sơ cấp Sau đó hổn hợp hơi nước/ reforming các ống thẳng đứng chứa xúc tác

Các ống xúc tác được đặt trong buồng đốt reforming sơ cấp, mà ở đó bức xạ nhiệt được truyền từ các béc đốt đến thành ống

Để đảm bảo cháy hoàn toàn khí nhiên liệu, các béc đốt vận hành với lượng không khí thừa

Để đảm bảo cháy hoàn toàn khí nhiên liệu, các béc đốt sẽ vận hành với lượng không khí thừa khoảng 10% tương ứng với 2% thể tích 02 trong khí thải

Hydrocacbon trong khí nguyên liệu vào reforming sơ cấp được chuyển hoá thành hydro và cabon oxit

Khi vận hành ở trường hợp 1 với HRU (thiết bị thu hồi hydro) làm việc và sử dụng khí thải

đã được xử lý như là khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming ở nhiệt

độ khoảng 780 oC và hàm lượng me tan khoảng 15% mol tính theo khí khô

Khi vận hành ở trường hợp 2 với HRU (thiết bị thu hồi hydro) không làm việc và sử dụng khí thải không được xử lý như là khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ ra khỏi

reforming ở nhiệt độ khoảng 800 oC và hàm lượng me tan khoảng 13% mol tính theo khí khô

Trong khoảng không gian trống phía trên của reformer thứ cấp người ta lắp béc đốt

10-J-2001, tại đó không khí trộn một phần vào khí công nghệ Ơ đây xảy ra chủ yếu là phản ứng cháy kết quả là nhiệt độ tăng lên Từ khoảng không này, khí công nghệ đi qua lớp xúc tác phía dưới, mà ở đó phản ứng reforming xảy ra hoàn toàn và làm nguội hổn hợp khí Nhiệt

độ hổn hợp khí ra khỏi reformer thứ cấp khoảng 958 oC và hàm lượng metan khoảng 0.6% mol tính theo khí khô

Khí ra khỏi reformer thứ cấp chứa khoảng 13,5% mol CO và 7,5% mol CO2, chính vì vậy,

sẽ có nguy cơ hình thành cacbon theo phản ứng Boudouard như sau:

2CO ↔ CO2 + C (muội than)khi hổn hợp khí nguội xuống

Dưới việc lựa chọn điều kiện phản ứng, phản ứng có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn 790

oC và trên 500-650 oC do điều kiện cân bằng và điều khiện thực tế, dưới nhiệt độ này phản ứng sẽ xảy ra quá chậm (do tốc độ phản ứng)

Trong khi vận hành reforming sơ cấp cacbon có thể hình thành một phần phía ngoài và phía trong xúc tác Cacbon nằm phía ngoài hạt xúc tác sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong lớp xúc tác và phía trong hạt xúc tác sẽ làm giảm hoạt tính và độ bền cơ học của xúc tác

Theo nhiệt động học, việc hình thành cacbon sẽ không xảy ra ở điều kiện nếu cân bằng đạt đến từng bước Nếu xúc tác bị nhiễm độc ví dụ như sulphur, nó sẽ mất hoạt tính và việc hình thành cacbon có thể xảy ra

Ở tỉ lệ hơi nước và cacbon thấp, việc hình thành cacbon có thể xảy ra và kết quả là cacbon lắng tụ, đặc biệt là ở trong hạt xúc tác

Nếu xúc tác không được hoàn nguyên trọn vẹn hoặc một phần bị oxy hóa, cacbon cũng có thể hình thành

b Reformer sơ cấp

Reformer sơ cấp có tổng cộng 180 ống xúc tác reformer được lắp đặt trong hai buồng bức

xạ nhiệt Phần trên của các ống reformer được nạp xúc tác loại RK-211 và RK-201, trong khi phần đáy của các ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H

Chất xúc tác đã được khử là bền trong không khí đến nhiệt độ 80oC Nếu nó được tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưng nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng gì đến xúc tác

Hổn hợp hơi nước và khí thiên nhiên ở nhiệt độ khoảng 535 oC đi vào đỉnh của các ống thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía trên Hỗn hợp khí đi ra khỏi ống ở nhiệt độ khoảng 783 oC và đi vào ống gom phía dưới

Các ống xúc tác trong buồng đốt được đốt bằng 480 béc đốt được sắp xếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profile nhiệt độ dọc theo chiều dài của ống xúc tác

Bằng cách này sẽ tối ưu hoá việc xử dụng các ống xúc tác đắt tiền Khói thải đi lên và ra gần với đỉnh buồng bức xạ nhiệt Nhiệt độ khói đi ra khoảng 1027 oC

Hỗn hợp khí tự nhiên và khí nhả ra từ công đoạn tách CO2 được đốt chung với khí thải đã

xử lý từ chu trình tổng hợp NH3 trong các béc đốt reforming sơ cấp

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

c Reformer thứ cấp

Reformer thứ cấp được nạp bởi xúc tác RKS-2-7H

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

Trong reformer thứ cấp quá trình đốt khí công nghệ với không khí khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100-1200oC trong phần trên của reformer thứ cấp Do phản ứng reforming với metan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm khi khí đi xuống dưới qua lớp xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 958 oC

Chất xúc tác bắt đầu bắt đầu bị phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400-1500oC

Chất xúc tác đã được hoạt hoá không được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ lớn hơn

100oC ghây nên phát nhiệt Vì nhiệt tạo ra do phản ứng oxy hoá không được giải phòng khỏi bình reformer thứ cấp, nó có thể dẩn đến tình trạng quá nhiệt và phá huỷ chất xúc tác

d Thu hồi nhiệt thừa

Nhiệt thừa của khói thải từ buồng bức xạ nhiệt trong reformer sơ cấp và của khí công nghệ

đi ra từ reformer thứ cấp được dùng để hâm nóng các dòng công nghệ khác nhau và tạo ra hơi nước siêu cao áp

Thu hồi nhiệt thừa khói thải

Bộ gom khói thải từ hai buồng bức xạ nhiệt đi vào công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải, tại đây nhiệt thừa khói thải được sử dụng để:

Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hơi nước trước khi đi vào reformer sơ cấp

Hâm nóng không khí công nghệ cho reformer thứ cấp 10-R-2003

Quá nhiệt cho hơi nước cao áp

Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hoàn trước khi đi vào hydrohoá/ hấp phụ

sulphur 10-R-2001

Hâm nóng nước cấp nồi hơi của công đoạn thu hồi nhiệt thừa công nghệ

Tại đầu ra nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng 162 oC

Công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải được nối với ống khói thông qua quạt khói

10-K-2001 Nó hút khói ra môi trường thông qua ống khói reforming 10-SK-10-K-2001

Thu hồi nhiệt thừa công nghệ

Khí công nghệ rời công đoạn reforming đi vào lò hơi nhiệt thừa, 10-E-2008 và bộ quá nhiệt hơi nước 10-E-2009

Hơi nước bảo hoà ở áp suất 118 barg được sinh ra trong 10-E-2008

Trong 10-E-2009 hơi nước được quá nhiệt từ 324 lên 376 oC

Bao hơi 10-V-2001 được dùng chung cho 10-E-2008/2010 và lò hơi nhiệt thừa tổng hợp amoniắc 10-E-5001

Khí công nghệ được làm nguội đến 360 oC trong bô quá nhiệt 10-E-2009 trước khi đi vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004

III CHUYỂN HÓA CO

a Mô tả công nghệ tổng quát

Cacbon monoxit trong khí công nghệ rời khỏi công đoạn reforming được chuyển hoá thành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO trong 10-R-2004 và 10-R-2005:

CO + H2O ↔ CO2 + H2 + QCân bằng của phản ứng chuyển hoá chuyển về phía tạo thành nhiều CO2 hơn khi ở nhiệt

độ thấp và có nhiều hơi nước hơn, tuy nhiên, tốc độ phản ứng do đó sẽ tăng nếu ở nhiệt

độ cao hơn Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác và thành phần của khí

Điều này có nghĩa là đối với phản ứng chuyển hoá CO sẽ có một nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác và tốc độ lưu chất, nó sẽ cho ra một độ chuyển hoá tối ưu

Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước để đảm bảo lượng dư CO thấp 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 SK-201-2 oxit crom tăng cường bằng oxit sắt

Xúc tác SK-201-2 có thể hoạt động liên tục trong khoảng nhiệt độ 320-500 oC Xúc tác còn mới nên hoạt động ở nhiệt khí đầu vào khoảng 360 oC 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 480 oC, 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 lỏi chính của phản ứng ở đây là gây ra nhiệt độ tăng lên từ 70-100 oC Nhiệt độ đầu ra trên 480oC là chấp nhận

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

Lượng xúc tác lớn hơn là LK-821-2, nó bao gồm oxít đồng kẽm crôm hoặc nhôm và nó

có hoạt tính cao hơn Có nghỉa là nó có thể được dùng ở khoảng nhiệt độ thấp 170-250 oC Nhiệt độ đầu vào nên khống chế ít nhất 15-20oC trên nhiệt độ điểm sương của khí ẩm để giảm tối thiểu nguy cơ ngưng tụ hơi nước

b Bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao

Bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004 chứa đựng chất xúc tác SK-201-2, được lắp đặt trong một lớp Chất xúc tác là hỗn hợp crôm oxit được tăng cường sắt oxit dưới dạng hạt đường kính 6mm và cao 6mm Xúc tác được phân phối ở trạng thái oxít nên nó không ảnh hưởng bởi không khí, hơi nước, CO2 và khí trơ ở nhiệt độ cao Tuy nhiên do quá trình tái kết tinh có thể xảy ra nên xúc tác ở dạng oxít không nên bị nung nóng ở nhiệt độ lớn hơn 400 oC

Xúc tác được nạp là ở trạng thái oxít cao nhất Quá trình hoàn nguyên được thực hiện bằng khí công nghệ có chứa hydro vào lúc khởi động công đoạn reforming

Xúc tác không nên tiếp xúc với khí hydro hoặc CO khô, chúng có thể làm hỏng xúc tác.Khi còn mới, xúc tác có thể hoạt động nhiệt độ khí đầu vào là 350 oC Về sau nhiệt độ tối

ưu đầu vào sẽ cao hơn, nhưng đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 460 oC, hoạt tính xúc tác sẽ không ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ

Xúc tác lạnh đi có thể hâm nóng bằng hơi nước kể cả khi oxyhoá và hoàn nguyên

Các giọt nước ngưng tụ trên xúc tác nóng có thể làm phân huỷ xúc tác Xúc tác rất nhạy cảm với muối vô cơ có thể được hình thành trong hơi nước Nồng độ Clo nhỏ hơn 10 ppm trong khí đầu vào sẻ không ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác

Do chất xúc tác đã được hoạt hoá có tính tự bốc cháy, nó phải được vận chuyển một cách hết sức cẩn thận trong khi dở xúc tác

c Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp

Hai chất xúc tác được nạp vào trong bình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp Lớp trên cùng là chất xúc tác nền crôm (chromium-based catalyst) (LSK) Xúc tác còn lại là LK-821-2 Chất xúc tác LK-821-2 chứa đựng oxit đồng, và crôm hoặc nhôm

Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp chứa tổng cộng là 35.7 M3 xúc tác.

Xúc tác LKS bảo vệ cho xúc tác chuyển hoá CO chống lại clo và những giọt hơi ngưng tụ

Khi xúc tác ở trạng thái đã hoàn nguyên, thông thường nhiệt độ trên 250 oC là nên tránh trừ phi xúc tác đã ở cuối đời

Nhiệt độ vận hành bình thường nằm ở khoảng 170-250 oC Tiếp xúc với nhiệt độ 300 oC trong thời gian ngắn sẽ không ảnh hưởng tổn hại đến xúc tác

Vận hành bình thuờng nên thực hiện ở nhiệt độ càng thấp càng tốt Tuy nhiên, ở nhiệt độ gần ở điểm sương, hoạt tính xúc tác có thể bị giảm do nước ngưng tụ ở bên trong xúc tác làm giảm bề mặt tự do Cho nên lúc vận hành nên giữ trên nhiệt độ điểm sương của khí công nghệ 15-20 oC

d Thu hồi nhiệt thừa

Giửa hai thiết bị chuyển hoá CO, khí công nghệ được làm nguội bằng chuỗi các trao đổi nhiệt: Thiết bị cân bằng nhiệt 10-E-2011, bộ quá nhiệt hơi nước 10-E-2010 và bộ hâm nóng nước lò hơi số một 10-E-2012 khí công nghệ được làm nguội bằng chuỗi các trao đổi nhiệt đến nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp là 190 oC

Sau thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp, khí công nghệ được làm nguội bằng bộ hâm nóng nước lò hơi số hai 10-E-2013, nồi đun tripper 10-E-3002 trước khi đi vào công đoạn tách CO2

a Mô tả công nghệ tổng quát

Hệ thống tách CO2 được dựa trên quá trình MDEA hoạt hoá hai cấp (công nghệ của

BASF) Dung môi được dùng cho quá trình hấp thụ CO2 là aMDEA 03 Hệ thống công nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO2 hai cấp, một tháp giải hấp CO2 và hai bình tách flash

CO2 bị tách khỏi khí công nghệ bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa 40% MDEA Đóng vai trò như một chất hoạt hoá quá trình hấp thụ, dung dịch MDEA chứa

đựng 3% khối lượng chất piperazine, chất này giúp tăng tốc độ truyền khối của CO2 từ pha khí sang pha lỏng Phần còn lại của dung dịch là nước Phản ứng tổng thể xảy ra trong quá trình hấp thụ CO2 được miêu tả bởi các phản ứng dưới đây:

R3N + H2O + CO2↔ R3NH+ + HCO3

-2R2NH + CO2↔ R2NH2+ + R2N-COO

-Phản ứng đầu là phản ứng cho amine bậc ba (ví dụ MDEA) -Phản ứng thứ hai là phản ứng cho amine bậc hai (ví dụ piperazine)

Khí rời khỏi công đoạn chuyển hoá CO có hàm lượng CO2 khoảng 8,2% mol (khí khô)

Do sự có mặt của hơi nước, khí này cũng chứa một lượng nhiệt đáng kể có thể thu hồi được, chủ yếu là nhiệt ngưng tụ Lượng nhiệt này được thu hồi bởi bộ gia nhiệt nước nồi hơi số 2 (10-E-2013), nồi đun tháp giải hấp CO2 (10-E-3002) và bộ gia nhiệt nước mềm (10-E-3005) Sau khí nước ngưng tụ quá trình được tách ra khỏi dòng khí trong bình tách khí cuối cùng 10-V-3004, khí này đi vào tháp hấp thụ CO2 tại nhiệt độ khoảng 75oC

Trong tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002), CO2 được tách ra khỏi dòng khí bằng hấp thụ ngược dòng trong hai cấp Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO2 Trong phần trên của tháp này, dung dịch thuần tái sinh được dùng để tách CO2 còn lại Tại đầu ra của tháp hấp thụ, hàm lượng CO2 trong khí đã giảm xuống thấp hơn 500 phần triệu (khí khô)

Các dung dịch đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 50oC (dung dịch thuần) và 73oC (dung dịch bán thuần) và được gia nhiệt đến khoảng 82oC bởi các phản ứng hấp thụ toả nhiệt Tiết diện tiếp xúc giữa khí và chất lỏng được tạo bởi các chu trình vật liệu packing 2” IMTP

SS trong tháp hấp thụ phần dưới (dung dịch bán thuần) và bởi vòng vật liệu packing 1” IMTP SS trong tháp hấp thụ phần trên (dung dịch thuần) Để ngăn chặn sự thất thoát dung dịch hấp thụ và piperazine do đi vào trong khí công nghệ, đỉnh của tháp được cung cấp với ba đĩa dạng nắp (bubble cap tray) có nguồn vào là nước lò hơi với lưu lượng 900-

sinh dung dịch giàu CO2 được thực hiện trong hai cấp để đạt được độ tinh khiết cao của sản phẩm CO2 Trong bình tách cao áp 10-V-3002, hầu hết các thành phần khí trơ hoà tan được giải phóng tại áp suất khoảng 5,5 barg Dung dịch giàu CO2 tiếp tục đến bình tách thấp áp 10-V-3001, nơi mà hầu hết CO2 được giải phóng khỏi dung dịch tại áp suất 0,27 barg Cả hai bình tách được nạp với vật liệu packing dạng vòng 2” SS pall.

CO2 thoát ra khỏi bình tách thấp áp chứa đầy hơi nước bão hoà tại nhiệt độ khoảng 72oC Hỗn hợp này được làm nguội đến 45oC trong bộ làm lạnh khí tách thấp áp 10-E-3006, và nước ngưng tụ được tách ra khỏi CO2 thành phẩm trong bình K.O (10-V-3003) CO2

thành phẩm rời khỏi 10-V-3003 được xuất đến phân xưởng urê ở áp suất 0,18 barg

Dung dịch từ đáy của bình tách thấp áp được chia thành hai dòng Phần lớn dung dịch được bơm dung dịch bán thuần 10-P-3001 đưa tới phần dưới của tháp hấp thụ Phần còn lại được chuyển đến tháp giải hấp để khử CO2 bằng bơm chia dòng 10-P-3003A/B Trước khi đi vào đỉnh tháp giải hấp, dung dịch bán thuần được gia nhiệt bằng dung dịch thuần đến từ đáy tháp giải hấp nhờ trao đổi nhiệt 10-E-3001

Trong tháp giải hấp, CO2 được khử bằng nhiệt, nhiệt cho yêu cầu này được tạo ra trong nồi đun tháp giải hấp nhờ vào khí nóng công nghệ

Nhiệt độ CO2 đã bảo hoà hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải hấp ở khoảng 90 oC sẻ đi qua bình tách thấp áp Hơi nước ngưng tụ sẻ làm tăng nhiệt độ trong bình tách thấp áp, kết quả là bình tách thấp áp làm việc tốt hơn

Trước khi được bơm đến đỉnh tháp hấp thụ bằng bơm dung dịch thuần 10-P-3002A/B, dung dịch thuần từ đáy của tháp giải hấp được làm nguội đến 50 oC nhờ trao đổi nhiệt 10-E-3001, bộ hâm nóng nước mềm 10-E-3004 và bộ làm nguội dung dịch thuần 10-E-3003.Khí nhả ra từ bình tách cao áp được đưa đến hệ thống khí nhiên liệu reforming

b Các bơm dung dịch bán thuần

Như được miêu tả ở trên, hầu hết CO2 được tách ra khỏi khí công nghệ nhờ sự hấp thụ trong dung dịch bán thuần Trong vận hành bình thường, dòng dung dịch bán thuần là khoảng 1800-2000 tấn/giờ Các bơm dung dịch bán thuần 10-P-3001 A/B được truyền động bởi những thiết bị sau:

10-P-3001 A truyền động bởi tuốc bin thuỷ lực (10-HT-3001) và môtơ điện 10-MP-3001 A.

10-P-3001 B truyền động bởi môtơ điện 10-MP-3001 B

Tuốc bin thuỷ lực 10-HT-3001 thu hồi năng lượng nhờ sự giảm áp suất của dung dịch giàu CO2 Các bơm được lắp đặt song song với nhau

V CÔNG ĐOẠN METAN HÓA

a Mô tả công nhệ tổng quát

Bước tinh chế khí cuối cùng trước khi vào tháp tổng hợp là metan hoá, một quá trình mà các loại cacbon oxit dư sẽ được chuyển hoá thành metan Metan đóng vai trò như một khí trơ trong chu trình tổng hợp amôniắc Ngược lại, các hợp chất chứa oxy như là cacbon oxit (CO và CO2) là cực kỳ độc hại đối với chất xúc tác tổng hợp amôniắc

Quá trình metan hoá xảy ra trong bình metan hoá 10-R-3001, và các phản ứng liên quan

là những phản ứng ngược của phản ứng reforming:

CO + 3H2 ↔ CH4 + H2O + Q

CO2 + 4H2 ↔ CH4 + 2H2O + QCác đại lượng có tính chất quyết định đến các phản ứng metan hoá là – bên cạnh hoạt tính của chất xúc tác – nhiệt độ, áp suất, và hàm lượng hơi nước trong khí công nghệ

Nhiệt độ thấp, áp suất cao và hàm lượng hơi nước thấp giúp cho cân bằng hoá học của phản ứng chuyển về phía metan hoá

Trong khoảng nhiệt độ được gợi ý là 280-450oC, tuy nhiên, các điều kiện cân bằng là hoàn toàn có lợi đến mức hoạt tính xúc tác trên thực tế chỉ là một nhân tố xác định hiệu suất của quá trình metan hoá Hoạt tính của chất xúc tác tăng khi tăng nhiệt độ, nhưng tuổi thọ của chất xúc tác lại giảm đi

Nhiệt độ đầu vào của bình metan hoá 10-R-3001 được thiết kế là 300oC tại lúc khởi động Khí ra khỏi thiết bị metan hoá thông thường chứa bé hơn 10 ppm CO+CO2, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác thông thường nằm trong khoảng 20oC