Báo cáo thực tập tốt nghiệp Phân xưởng amoniac nhà máy đạm phú mỹ

o Công đoạn Methane hóa: nhằm chuyển hóa phần dư khí CO và CO2 còn lại trong khí tổng hợp để khỏi gây ngộ độc cho chất xúc tác trong thiết bị tổng hợp ở quá trình sau.. Dòng khí công ngh

CHƯƠNG I 4

GIỚI THỆU VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 4

1.1 Lịch sử hình thành Nhà máy Đạm Phú Mỹ: 4

1.2 Tổng quan về Nhà máy Đạm Phú Mỹ: 5

CHƯƠNG II 10

TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM AMONIAC 10

2.1 Tính chất của Amoniac: 10

2.2 Ứng dụng của Amonia: 12

CHƯƠNG III 14

PHÂN XƯỞNG AMONIAC 14

3.1 Vị trí của phân xưởng Amonia: 14

3.2 Mục đích của phân xưởng Amonia: 14

3.3 Sơ đồ tổng thể về Dây chuyền Công nghệ của phân xưởng Amonia: 14

3.4 Nguồn nguyên liệu, sản phẩm và nhiên liệu cho phân xưởng: 15

3.4.1 Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp: 15

b Các nguồn nguyên liệu phụ trợ khác: 16

3.4.3 Nguồn nhiên liệu: 16

CHƯƠNG IV 18

THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ PHÂN XƯỞNG AMONIAC 18

4.1 CÔNG ĐOẠN KHỬ LƯU HUỲNH KHÍ CÔNG NGHỆ (HYDRODESULFUIATION): 18

4.1.1 Tổng quát Công nghệ: 18

4.1.2 Công đoạn Hydro hoá (Hydrogenation): 18

4.1.3 Công đoạn hấp phụ H 2 S: 20

4.1.4 Sơ đồ PFD và thuyết trình Công nghệ: 21

4.1.5 Xử lý các sự cố trong vận hành: 26

4.2 CÔNG ĐOẠN REFORMING: 26

4.2.1 Mục đích và mô tả Công nghệ: 26

4.2.2 Mô tả thiết bị chính: 28

4.2.3 Reformer sơ cấp (PRIMARY REFORMER): 29

4.2.4 Quá trình Reforming thứ cấp (SECONDARY REFORMER): 31

4.2.5 Xử lý những trường hợp không bình thường: 34

Các tình huống không bình thưòng của các đầu đốt: 34

4.3 CÔNG ĐOẠN CHUYỂN HOÁ CO: 36

4.3.1 Mục đích và lý thuyết của quá trình: 36

4.3.2 Mô tả công nghệ tổng quát: 36

4.3.7 Xử lý các trường hợp không bình thường 41

4.4 CÔNG ĐOẠN TÁCH CO 2 : 42

4.4.3 Mô tả thiết bị 42

4.4.4 Chỉ tiêu công nghệ: 48

4.4.6 Xử lý những trường hợp không bình thường 51

a Nồng độ CO2 ra tháp hấp thụ tăng: 51

b Sự tạo bọt: 52

c Mất dịch MDEA: 52

d Sự ăn mòn: 52

4.5.3 Mô tả thiết bị: 53

4.6 CÔNG ĐOẠN TỔNG HỢP AMONIAC: 56

4.6.2 Mô tả thiết bị: 57

c Tỉ lệ Hydro/ Nitơ: 60

4.6.6 Chỉ tiêu công nghệ 65

4.6.7 Xử lý những trường hợp không bình thường: 67

LỜI KẾT 79

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với một nước nông nghiệp như Việt Nam, việc cung ứng các sản phẩm như phân bón, thuốc trừ sâu,…phục vụ cho việc sản xuất nông nghiệp là vô cùng quan trọng Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc sử dụng nguồn khí thiên nhiên (Natural Gas) để sản xuất phân đạm đang được áp dụng rất rộng rãi Với trữ lượng nguồn khí khá dồi dào, cùng với nhu cầu phân bón ngày càng tăng, Đảng và Nhà nước ta đã sớm xác định việc xây dựng và phát triển các cụm dự

án Khí – Điện – Đạm Trong năm 2010, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn dự báo nhu cầu phân bón phục vụ sản xuất nông nghiệp ước khoảng 8,9– 9,1 triệu tấn Tuy nhiên, sản lượng phân bón sản xuất trong nước mới đạt khoảng 5,6 triệu tấn

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

Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí Amoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân Urê Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào là khí thiên nhiên, không khí, đầu ra là Ammoniac và Urê Chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp

Nhiệm vụ của em trong đợt thực tập này: tìm hiểu về an toàn lao động và công nghệ của phân xưởng amoniac trực thuộc Tổng công ty phân đạm và hóa chất dầu khí - Nhà máy đạm Phú

Mỹ Thời gian thực tập tại nhà máy từ ngày 08/10/2012 đến ngày 08/11/2012, em đã nhận được sự

hỗ trợ nhiệt tình từ phía nhà trường và đơn vị hướng dẫn thực tập Chúng em xin chân thành cảm

ơn anh chị công nhân viên và ban lãnh đạo nhà máy đã tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình

Trong quá trình hoàn thành báo cáo, với vốn kiến thức còn hạn chế nên báo cáo trình bày không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của quý thầy

cô và các bạn đọc để bài báo cáo thực tập tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn

Phú Mỹ, ngày 25 tháng 10 năm 2012

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I GIỚI THỆU VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

Thật là nghịch lý, khi chúng ta có những điều kiện thuận lợi để canh tác nông nghiệp, con người Việt Nam nổi tiếng cần cù, chăm chỉ, nhưng nền Nông nghiệp chúng ta lại chậm phát triển

so với các nước bạn xung quanh như: Thái Lan, Philippine, Malaysia,…Một trong những nguyên nhân có thể kể đến là do nền công nghiệp Hoá chất phục vụ cho Nông nghiệp của chúng ta chưa phát triển; để phục vụ nhu cầu trong nước, chúng ta phải nhập khẩu phân bón, thuốc trừ sâu, hoá chất xử lý,…Đồng bằng sông Cửu Long, vựa lúa của cả nước, có thời, phải nhập khẩu 100% phân bón từ Thái Lan, Trung Quốc để phục vụ sản xuất nông nghiệp

Nhận thấy sự bất cập đó, cũng như để khai thác nguồn khí tài nguyên vô giá ở các mỏ khí ngoài Biển Đông, Đảng và Nhà nước ta đã đưa ra các chủ trương, chính sách, dự án với mục đích

là tận dụng nguồn khí thiên nhiên ở các mỏ Bạch Hổ, Trũng Cửu Long, Nam Côn Sơn để sản xuất phân bón, trong đó, quan trọng là phân Urea Và dự án xây dựng Nhà máy Đạm Phú Mỹ ra đời từ

đó, Nhà máy là một trong những khâu quan trọng nhất trong chương trình Khí – Điện – Đạm, bên cạnh Nhà máy Đạm Cà Mau

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

Hợp đồng EPCC xây dựng Nhà máy đạm Phú Mỹ giữa Tổng Công ty dầu khí Việt Nam và

Tổ hợp nhà thầu Technip/ SamSung, Hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Amôniắc với Haldor Topsoe và công nghệ sản xuất Urea với Snamprogetti ngày 15/06/2001 là cơ sở cho các bên triển khai thực hiện nghĩa vụ của mình nhằm xây dựng Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ hiện đại và đạt tiêu chuẩn Quốc tế

Có thể nói, từ khi đưa vào hoạt động cho đến nay, nhà máy Đạm Phú Mỹ đã đáp ứng được nhu caaud phân bón cho ngành nông nghiệp Việt Nam, góp phần không nhỏ vào sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước, sớm đưa nước ta cơ bản đến năm 2020 trở thành nột nước Công nghiệp theo hướng hiện đại

1.2 Tổng quan về Nhà máy Đạm Phú Mỹ:

Hình 1-1: Nhà máy Đạm Phú Mỹ

Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ được xây dựng trong Khu công nghiệp Phú Mỹ – Huyện Tân Thành – Tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu với diện tích qui hoạch 63 ha Vị trí Nhà máy được thể hiện trong Chứng chỉ Qui hoạch số 07/2001/BQL – CCQH do Ban QL các KCN Bà Rịa - Vũng Tàu cấp ngày 12/03/2001

Hình 1-2: Mặt bằng nhà máy

Nhà máy có tổng số vốn đầu tư vào khoảng 450 triệu USD, với công suất 800.000 tấn urea/năm Nhà máy đạm Phú Mỹ sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất khí Amoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti (Italy) để sản xuất phân urea Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, hiện đại, tiết kiệm tối đa nguyên liệu và bảo vệ môi trường Nguyên liệu chính đầu vào là khí thiên nhiên (Natural Gas) và không khí (Air), đầu ra là ammoniac (NH3) và urea ((NH2)2CO) ở dạng lỏng Chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp

Nhà máy gồm có 3 phân xưởng chính là:

hấp phụbằng ZnO trong tháp hấp thụ R-2002 A/B

o Công đoạn Reforming: gồm có Reforming sơ cấp và Reforming thứ cấp, nhằm chuyển hóa toàn bộ C2+ thành hỗn hợp khí CO, CO2, và H2

o Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp: chuyển hóa gần như hoàn toàn CO thành CO2

o Công đoạn khử CO 2 bằng phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi MDEA, nhằm

chuẩn bị hổn hợp khí H2 và N2 để tổng hợp Ammonia và cung cấp khí nguyên liệu CO2

cho quá trình tổng hợp Urea

o Công đoạn Methane hóa: nhằm chuyển hóa phần dư khí CO và CO2 còn lại trong khí tổng hợp để khỏi gây ngộ độc cho chất xúc tác trong thiết bị tổng hợp ở quá trình sau

o Công đoạn tổng hợp NH 3: nhằm cung cấp NH3 cho quá trình tổng hợp Urea Phản ứng tổng hợp được tiến hành trong thiết bị phản ứng dưới tác dụng của xúc tác Fe, các oxit của Fe, kèm theo một chu trình lạnh nhằm thu NH3 tinh khiết

Hình 1- 3: Cụm thiết bị phân xưởng Amoniac

 Xưởng Urea:

Có chức năng tổng hợp Amoniac và CO2 thành dung dịch urea Dung dịch urea sau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt Quá trình tạo hạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m (với chiều cao làm việc hữu ích là 97m) Phân xưởng urea có thể đạt công suất tối đa 2.385tấn/ ngày

Hình 1-4: Cụm thiết bị phân xưởng Urea

 Xưởng phụ trợ và các phòng/ xưởng chức năng khác:

Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn Nhà máy, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi hơi phụ trợ và 1 tuabin khí phát điện công suất 21 MWh, có bồn chứa Amoniac 35.000 m3 tương đương 20.000 tấn, dùng để chứa Amoniac dư và cấp Amoniac cho phân xưởng urea khi công đoạn tổng hợp của xưởng Amoniac ngừng máy

Hình 1-5: Một góc phân xưởng phụ trợ

Đội ngũ quản lý, vận hành và bảo dưỡng nhà máy đã chủ động đảm đương và vận hành hết các hạng mục công việc, nhà máy luôn được vận hành ổn định, đạt 100% công suất thiết kế và số giờ vận hành tiêu chuẩn Hiện nay, tại Nhà máy, tất cả kỹ sư đều là người Việt Nam, với trình độ vận hành lành nghề, tác phong chuyên nghiệp, sẵn sàng xử lý các tình huống xảy ra trong sản xuất, vận hành

Ngoài các hạng mục ban đầu, nhằm nâng cao chất lượng, đa dạng hóa sản phẩm, sử dụng tối đa các nguồn lực của PVFCCo, đáp ứng một cách thuận lợi và hiệu quả cho công tác sản xuất kinh doanh và cải thiện môi trường làm việc cho người lao động, Tổng công ty đã hoàn thiện việc cải tạo, nâng cấp và đầu tư mới các hạng mục và hệ thống công nghệ trong nhà máy như sau:

 Hệ thống phun chất chống kết khối giúp cho sản phẩm urea không vón cục, không đóng bánh, hạt bóng, đẹp Cải tiến hệ thống sàng rung sản phẩm urea để loại bỏ mạt trong urea thương phẩm Hệ thống may gấp mép miệng bao đảm bảo cho bao sản phẩm đẹp, chắc chắn, thuận tiện trong việc bảo quản và vận chuyển

 Hệ thống thu hồi ammoniac trong nước thải trước khi thải ra môi trường Lắp đặt hệ thống hút bụi urê nhằm đảm bảo môi trường làm việc cho người lao động Đầu tư đa dạng hóa sản phẩm gồm: công nghệ sản xuất CO2 tinh khiết 99,9% từ khói thải nhà máy, Methanol, Formaldehyde, một số loại khí công nghiệp như Nitơ, Oxy, Argon…

 Hệ thống thu hồi khói thải CO2 để nâng công suất nhà máy từ 740.000 tấn/năm lên 800.000 tấn/năm đồng thời góp phần bảo vệ môi trường

Cùng với sự nỗ lực, sáng tạo trong sản xuất, kinh doanh của tập thể các cán bộ, công nhân,

kỹ sư trong Nhà máy; kết quả hoạt động trong thời gian qua của Nhà máy Đạm Phú Mỹ đã đóng góp phần lớn cho thành quả chung của Tổng công ty Sản phẩm của Nhà máy hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trong cả nước, đặc biệt là ở đồng bằng Sông Cửu Long Đầu năm 2009, Nhà máy Đạm Phú Mỹ đã vinh dự đón nhận Huân chương Lao động hạng 3 do Nhà nước trao tặng

Các cột mốc quan trọng của Nhà máy:

 Khởi công xây dựng Nhà máy: 3/ 2001

 Ngày nhận khí vào Nhà máy: 24/12/2003

 Ngày ra sản phẩm Amonia đầu tiên: 4/ 2004

 Ngày ra sản phẩm Urea đầu tiên: 4/6/2004

 Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004

 Ngày khánh thành Nhà máy: 15/12/2004

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM AMONIAC

 Amoniac hoá lỏng ở -34oC và hoá rắn ở -78oC Trong số các khí, amoniac tan được nhiều trong nước nhất

Tính bazơ (trên nguyên tử nitơ

của Amoniac có một cặp electron

Kém bền nhiệt, phân huỷ ở nhiệt

 Nhiệt hóa hơi riêng : 5.581 kcal/kmol

 Nhiệt dung riêng khí NH3 ( ở 00C, 1at) : 0,492 kcal/kg độ

 Nhiệt độ tới hạn : 132,40C

 Áp suất tới hạn : 111,5 at

Amonia rất dễ tan trong nước: Ở nhiệt độ phòng (200C) thì 1 thể tích nước hòa tan khoảng gần 800 thể tích Ammonia theo phản ứng:

NH3 + H2O = NH4OH – ΔH (1)

Đặc trưng của phản ứng là toả nhiệt, do vậy, khi tăng nhiệt độ, độ tan của Ammonia giảm xuống, do nó thoát ra khỏi dung dịch đậm đặc khi đun nóng, và đôi khi người ta dùng phương pháp này để điều chế một lượng nhỏ Ammonia trong phòng thí nghiệm

Ở nhiệt độ thấp, từ dung dịch Ammonia có thể tách ra Hydrate tinh thể NH3.H2O Tinh thể này nóng chảy ở -790C Trong các hydrate này , các phân tử nước và Ammonia kết hợp với nhau bằng liên kết hydro

Về mặt hóa học thì Ammonia là hợp chất có khả năng phản ứng cao, có thể tác dụng với nhiều chất khác nhau Nitrogen trong Ammonia có mức oxy hóa thấp nhất (-3) Do đó NH3 thể hiện tính chất khử Nếu cho dòng Ammonia đi qua một ống , lồng trong một ống có chứa Oxygen, thì NH3 có thể bị đốt cháy, và khi cháy có ngọn lửa màu lục nhạt theo phản ứng sau:

4NH3 + 3O2 = 6H2O + N2 (2) Trong điều kiện có xúc tác Platin, ở nhiệt độ 7500C thì NH3 bị oxy hóa thành NO:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O + 907 KJ (3)

NH3 có tính Bazơ và phản ứng với các acid tạo thành các muối:

 Phản ứng với Acid Clohydric:

Tất cả các muối tạo thành của các phản ứng trên đều là các dạng phân đạm được ứng dụng

rộng rãi trong nông nghiệp và các ngành kinh tế khác

Trong công nghệ hóa học

Axit nitrit HNO3, sản xuất thuốc nổ TNT Sản xuất muối hydrogen carbonat, (NaHNO3) Sản xuất muối carbonate, (NaNO3)

Sản xuất hydrogen cyanide, (HCN) Sản xuất hydrazine, (N2H4) (dùng trong pháo hoa, hay phản lực)

Chất nổ Sản xuất Amoni nitrat, (NH4NO3)

Sợi và nhựa tổng hợp Nilon, -[(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-CO]-, và các polime

khác

Làm lạnh Làm chất tải nhiệt cho chu trình lạnh trong đời sống và đặc

biệt là trong Công nghiệp như: Dầu khí, thực phẩm,

Dược Sử dụng trong sản xuất thuốc sulfonamide ngăn chặn sự

tăng trưởng và phát triển của vi khuẩn,…

Keo và giấy Sản xuất Amoni hydrosulfite, (NH4HSO3) cho phép sử

dụng các loại gỗ cứng

Khai mỏ và luyện kim

Sử dụng nitriding trong công nghệ mạ niken, luyện thép, chế tạo vật liệu cứng

Sử dụng trong việc tách kẽm và niken

Tẩy rửa Sử dụng nhiều trong công nghệ tẩy rửa, ví dụ như cloudy

amoni

CHƯƠNG III PHÂN XƯỞNG AMONIAC

 Cung cấp NH3 cho phân xưởng Urea,

 Cung cấp H2 cho phân xưởng Urea,

 Sản xuất NH3 thương mại đưa vào bể chứa

Phân xưởng Ammonia vận hành theo công nghệ Haldor Topsoe, với công suất 1350 tấn Ammonia/ ngày

Thuyết minh: dòng khí thiên nhiên NG, đầu tiên được xử lý Lưu huỳnh ở cụm khử lưu huỳnh,

nhằm tránh gây ngộ độc xúc tác Dòng khí công nghệ, đi ra từ cụm Hydro hoá được đưa lần lượt vào 2 thiết bị Reforming sơ cấp và thứ cấp, với mục đích là chuyển hoá các Hydrocarbon trong dòng khí thành khí CO2 và H2 với sự có mặt của hơi nước

Vì vẫn còn một lượng CO chưa chuyển hoá tạo thành CO2, do vậy, dòng khí tiếp tục đưa đến cụm chuyển hoá CO thành CO2, và được đưa đến cụm hấp thụ CO2 bằng dung dịch MDEA (Methyl Diethanol Amine), CO2 được tách ra và đưa đi sản xuất Urea Dòng khí đi ra từ cụm tách

CO2 vẫn còn chứa một lượng CO và CO2, do đó, được đưa vào công đoạn Methane hoá, thực chất,

là các phản ứng ngược với các phản ứng của công đoạn Reforming

Khí công nghệ được đưa đến cụm tổng hợp NH3, với độ chuyển hoá đạt khoảng 25% NH3được tách ra khỏi hỗn hợp khí sau phản ứng bằng quá trình làm lạnh tầng bậc, tách dần NH3 ra khỏi hỗn hợp

Ngoài ra, trong sơ đồ công nghệ của phân xưởng Amo còn có 2 cụm: thu hồi H2 và thu hồi

NH3, và các cụm thu hồi nhiệt thừa để sản xuất hơi nước (steam), và gia nhiệt nguyên liệu

3.4.1 Nguyên liệu cho quá trình tổng hợp:

a Khí thiên nhiên (Natural Gas) :

Nguồn nguyên liệu chủ yếu cho phân xưởng là khí thương phẩm từ nhà máy chế biến khí Dinh Cố (Dinh Co Gas Plant)

Thành phần khí nguyên liệu như sau: ngoài Methane (CH4) là chủ yếu (~ 84% mol) ngoài

ra còn có Etane (C2H6), Propane (C3H8) và Butane (C4H10)

Đặc tính và thành phần khí:

Khí CO2 là chất khí không màu, nặng hơn không khí, không duy trì sự sống động vật nhưng

là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hợp Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO2 là nguyên liệu để tổng hợp Urea, được điều chế từ công đoạn Reforming khí thiên nhiên Ngoài ra,

để tăng năng suất của phân xưởng sản xuất Urea, nhà máy còn thiết kế tháp hấp thụ thu hồi khí

3.4.3 Nguồn nhiên liệu:

Đối với phân xưởng Amonia, lượng nhiệt cần cung cấp là rất lớn Lượng nhiệt được cấp cho các phản ứng, cho các thiết bị gia nhiệt Do trong quá trình vận hành phân xưởng, người ta có

lắp đặt các thiệt bị như nồi hơi nhiệt thừa, thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger) nên đã tận dụng triệt để được nguồn nhiệt thừa

Việc tận dụng nhiệt thừa đã góp phần tăng năng suất của phân xưởng, đồng thời tiết kiệm được nhiên liệu, bảo vệ môi trường sinh thái

Ngoài ra, phân xưởng Amonia còn sử dụng một lượng lớn hơi nước để phục vụ cho quá trình đun nóng, cấp cho các chu trình nhiệt

CHƯƠNG IV THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ PHÂN XƯỞNG

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 gây 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 (Hydrodesulfurization)

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

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 (0,05ppm) Cần phải ngăn ngừa nồng độ lưu huỳnh cao hơn 0,05 phần triệu khối lượng sẽ 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 2001 là coban/molypden oxit (xúc tác CoMo) và xúc tác cho 2002A/B là oxit kẽm

10-R-4.1.2 Công đoạn Hydro hoá (Hydrogenation):

Thực chất của công đoạn này là dùng tác nhân khử H2 để thực hiện quá trình Hydro hoá Đặc trưng cho các phản ứng này là toả ra một lượng nhiệt lớn

Xúc tác thứ nhất trong hệ thống khử lưu huỳnh là Coban – Molypden (CoMo), Topsoe

TK-250 được dùng cho phản ứng hydro hoá

Xúc tác TK – 250 có các đặc điểm như sau:

 Thành phần: Al2O3: 75-85%, MoO3: 12-18%, CoO: 2-5%

 Hình dạng: vòng đệm (Xúc tác được cung cấp dưới dạng “Ring” nhằm hạn chế tổn thất áp suất Hơn nữa dạng “Ring” có dung sai lớn chống lại sự tăng tổn thất áp suất gây ra bởi thành phần rắn trong khí đầu vào)

 Kích thước: dài 4,8 mm; rộng 2,4 mm

 Chất hoạt hoá: CoMoSx

 Chất mang: Al2O3

Trạng thái của CoMoS x

H 2 + CH 3 SH H 2 S+ CH 4

Sulphur Molybdenum Cobalt

Catalyst pore- Khe xúc tác

Các phản ứng xảy ra trong quá trình Hydro hoá:

RSH + H2 → RH + H2S

R1SSR2 + 3H2 → R1H + R2H + 2H2S

R1SR2 + 2H2 → R1H + R2H + H2S (CH)4S + 4H2 → C4H10 + H2S

Trong đó R là gốc hydrocacbon

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 theo các phản ứng như sau:

R-CH=CH2 + H2 → R –CH2 –CH3 R-NH2 + H2 → RH + NH3

Khí hydro tham gia hydro hoá được tuần hoàn từ công đoạn sau

Vì xúc tác ở dạng sulphide hóa, vì vậy chúng sẽ bị giảm hoạt tính bởi các tác nhân 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 + H2O

Chính 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 của khí CO quá 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 Methane hoá sẽ không xảy ra bởi vì mức lưu huỳnh có thể được duy trì hiệu quả

để ngăn phản ứng này

Phản ứng Boudouard và Methane 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 Vì vậy, Natural Gas sau khi gia nhiệt đến 3500C thì phải đưa H2 hồi lưu vào để ngăn cản phản ứng này

 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:

H2O 3 đến 4%

CO2 5%

Hoạt tính cao nhất của xúc tác hydro hoá phụ thuộc vào nồng độ của H2 và nhiệt độ ở mức

330OC đến 360OC Nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn này thì hoạt tính xúc tác sẽ giảm nhanh, còn nếu nhiệt độ thấp quá thì hoạt tính xúc tác không tốt làm cho hiệu suất phản ứng giảm không đạt yêu cầu

Với xúc tác ban đầu, nhiệt độ vận hành thấp hơn mức trên vẫn hiệu quả, nhưng xúc tác ở thời kỳ cuối nhiệt độ nên nâng lên cao hơn mức trên

Xúc tác TK-250 bị oxy hoá trong quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tính của nó khi được sulphide hoá Trong trạng thái được sulphide hoá, chất xúc tác có thể tự bốc cháy và nó không được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ lớn hơn 70oC

 Dimensions OD, mm: 4

 Active component: ZnO

 Other Compounds: Traces

 Bulk Density, g/l: 1,3

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 + H2O ZnO + COS  ZnS + CO2

H2S hình thành trong chuyển hóa Hydro sẽ bị loại bỏ trong thiết bị hấp phụ lưu huỳnh sử dụng Kẽm oxid:

ZnO + H2S  ZnS + H2O Theo lý thuyết, 1000 kg Kẽm oxid có thể hấp thụ tối đa:

MWsulphur/MWZnO x 1000 = ( 32 / 81.4 ) x 1000 = 393 kg Sulphur Tương đương với:

MWsulphur/MWZnS x 100 = (32 / 97.4 ) x 100 = 32.8 Wt% Sulphur Thiết bị hấp thụ lưu huỳnh được xem là hoạt động tốt khi khí nguyên liệu đi vào Reforming không còn lưu huỳnh

Trong trường hợp có CO2 trong khí nguyên liệu, có thể ảnh hưởng đến hoạt động của kẽm oxid Khí H2 recycle sẽ phản ứng với CO2 và hình thành nước

H2 + CO2  CO + H2O Theo phản ứng hấp thụ lưu huỳnh, sự có mặt của nước làm cho cân bằng chuyển dịch về phía H2S và điều này có thể dẫn đến việc tăng hàm lượng H2S ra khỏi thiết bị hấp thụ

Trong trường hợp trong khí nguyên liệu có Clo, nó sẽ phản ứng với kẽm oxid và tạo thành ZnCl2 Ở nhiệt độ vận hành bình thường của cụm HDS, ZnCl2 sẽ thăng hoa và tích tụ trên các xúc tác phía sau Phải loại bỏ Clo trong khí công nghệ trước khi tiếp xúc với kẽm oxid bằng xúc tác bảo vệ đặc biệt

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 400oC Chất 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 dỡ 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

4.1.4 Sơ đồ PFD và thuyết trình Công nghệ:

a Sơ đồ Công nghệ PFD (PFD-2240415):

b Thiết bị cơ bản:

Số lượng (cái)

Ghi chú

Bộ gia nhiệt khí nguyên liệu E 2004 2/1 2

Thiết bị hấp thụ lưu huỳnh R 2002 2

Cụm thiết bị trao đổi nhiệt E - …

 Thiết bị Hydro hoá HYDROGENATOR 10-R2001 có các thông số như sau:

 Thiết bị SULPHUR ABSORBER 10-R2002A/ B có các thông số như sau:

c Mô tả Công nghệ:

Khí nguyên liệu từ đường ống cấp khí Bạch Hổ được đưa vào máy nén khí K- 4011 để đảm bảo áp suất của khí đầu vào khoảng 40 barg, sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ 3500C ở thiết bị E-2004-2 bằng nhiệt tận dụng của công đoạn Reforming sơ cấp trước khi đưa vào thiết bị Hydro hóa R-2001 Tại đây xảy ra phản ứng : RSH + H2 = RH + H2S trên nền xúc tác Co-Mo ở nhiệt độ

4000C, áp suất 38.2 barg (H2 của quá trình được cấp từ máy nén khí tổng hợp K-4031) Khí H2S thoát ra sau phản ứng Hydro hóa được đưa qua thiết bị hấp phụ R-2002 A/B, tại đây xảy ra quá trình hấp phụ H2S bằng chất hấp phụ ZnO

Khí sau quá trình sẽ loại bỏ được phần lớn thành phần các hợp chất lưu huỳnh nhằm tránh làm ngộ độc xúc tác tổng hợp Amoniac trong các giai đoạn sau

d Chỉ tiêu Công nghệ:

 Khí tự nhiên trước khi vào bộ tiền gia nhiệt khí nguyên liệu E 2004- 2

tt Thành phần Đơn vị Chỉ tiêu Giá trị thực tế

 Khí công nghệ vào thiết bị hyđrô hoá R- 2001:

CH4 : 83.31 (%mol)

C2H6 : 14.57 (%mol)

C3H8 : 1.60 (%mol)

n- C4H10 : 0.11 (%mol) i- C4H10 : 0.11 (%mol)

C5+ : 0.03 (%mol)

CO2: 0.01 (%mol) Nhiệt độ: 400 0C

 Khí công nghệ ra khỏi thiết bị hấp thụ lưu huỳnh R- 2002B:

Nhiệt độ: 400 0C Hàm lượng S : <0.05 vol ppm

4.1.5 Xử lý các sự cố trong vận hành:

 Khi trong khí tự nhiên chứa khoảng 1% các olefine, 5% thể tích H2 cần phải bổ sung thêm,

trong trường hợp cao hơn, có thể bổ sung thêm 10% hoặc hơn

 Nếu vì một lý do nào đó mà H2 tuần hoàn bị gián đoạn, phải ngừng dòng khí hydrocarbon

tới thiết bị ngay lập tức, đồng thời phải giảm nhiệt độ xuống dưới 300 0 C nếu không cốc sẽ

hình thành trên bề mặt xúc tác và làm giảm hoạt tính xúc tác

 Nếu hàm lượng lưu huỳnh trong khí nguyên liệu giảm xuống trong một thời gian dài, lưu huỳnh sẽ bị tách ra khỏi xúc tác

 Về nguyên tắc cần phải giữ xúc tác ở trạng thái sunphít hoá trong các trường hợp sau :

o Hydrocarbon nguyên liệu có chứa ôlêfin hoặc hyđrô nồng độ cao

o Thiết bị hyđrô hoá phải vận hành với hàm lượng lưu huỳnh hữu cơ cao

Trong những trường hợp này, nếu hàm lượng lưu huỳnh giảm xuống dưới 1ppm phần khối lượng, 2ppm phần khối lượng lưu huỳnh cần được thêm vào trong nguyên liệu để giữ xúc tác ở

trạng thái sunphid hoá

4.2 CÔNG ĐOẠN REFORMING:

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

Trước khi vào refomer sơ cấp, H-2001, hỗn hợp hơi nước/ khí tự nhiên (Steam/ Carbone) 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 Ở 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 khi hổn hợp khí nguội xuống:

2CO  CO2 + C (muội than) Dưới việc lựa chọn điều kiện phản ứng, phản ứng có thể thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn 790

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

2 Thiết bị reforming sơ cấp H 2001 1

3 Bộ gia nhiệt nước cấp nồi hơi E 2005 1 Nước cấp

V2001

4 Bộ gia nhiệt không khí E 2002 2/1 2

5 Bộ gia nhiệt hơi siêu cao áp E 2003 2/1 2

6 Bộ gia nhiệt nguyên liệu vào E 2001 1

4.2.3 Reformer sơ cấp (PRIMARY REFORMER):

Quá trình Reforming sơ cấp được thể hiện qua sơ đồ sau:

Dòng khí nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng :

30.4 958

31.5 550

10-R-2003

Secondary Reformer

783 30.9

Air process

535 31.8

30.9

o CO: 8.88 (%mol)

Phản ứng Reforming thu nhiệt mạnh, nhiệt của phản ứng được cấp gián tiếp nhờ quá trình đốt cháy khí nhiên liệu trong lò đốt Quá trình cấp nhiệt được thực hiện nhờ vào bức xạ nhiệt từ các béc đốt

Thiết bị Reforming sơ cấp 10-H-2001 thực chất có cấu tạo giống như lò đốt Các thông số chính như sau:

o Số khu vực đốt trên một ngăn, bậc: 5

o Đường kính trong và ngoài của ống: 132/ 152 mm

o Khoảng cách giữa 2 tâm ống cạnh nhau: 250 mm

o Chiều dài khu vực đốt: 12.000 mm

c Mô tả quá trình:

Trước khi vào reforming sơ cấp, hỗn hợp khí/ hơi nước được hâm nóng lên khoảng 535 0C trong bộ hâm 10-E-2001 nằm trong bộ phận khói thải của thiết bị reforming sơ cấp, sau đó hỗn hợp khí/hơi nước đi vào các ống thẳng đứng chứa xúc tác và tiến hành phản ứng reforming trong

đó Để đảm bảo cháy hoàn toàn khí nhiên liệu người ta sử dụng không khí thừa khoảng 10% tương ứng với 2% thể tích O2 trong khói thải

Ta duy trì tỉ lệ H2O/C = 2.9 để tránh tạo Carbon bám trên xúc tác

Khống chế nhiệt độ : 500-650 < T < 7900C

Giảm thời gian lưu để tránh phản ứng : 2CO  CO2 + C

Tháp Reforming sơ cấp có tổng cộng 180 ống chứa xúc tác được lắp đặt trong hai buồng bức xạ nhiệt Phần trên các ống được nạp xúc tác loại RK-221 và PK-201, phần dưới đáy của ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H, có thành phần như sau:

K2O 0 – 1 0 – 1 0

Chất xúc tác sẽ được khử bền trong không khí đến 80 0C khi tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn nó sẽ bị oxi hóa nhưng nhiệt độ không ảnh hưởng gì đến xúc tác Vì khi bị oxi hóa ở nhiệt độ cao thì cấu trúc của xúc tác không bị phá hỏng, mà chỉ chuyển sang ở dạng oxi hóa, khi gặp điều kiện thích hợp nó lại bị khử và trở lại trạng thái hoạt hóa ban đầu

Hỗn hợp hơi nước và khí thiên nhiên ở nhiệt độ khoảng 535 0C đi vào đỉnh của các ống thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía trên Hỗn hợp khí sản phẩm đi ra khỏi ống ở nhiệt

độ khoảng 783 0C và đi vào ống gom phía dưới Các ống xúc tác trong buồng đốt được đốt bằng

480 béc đốt được sắp xếp thành 6 hàng thẳng đứng, mỗi béc đốt có một van điều khiển lưu lượng khí nhiên liệu nhằm kiểm soát nhiệt độ trong buồng đốt

4.2.4 Quá trình Reforming thứ cấp (SECONDARY REFORMER):

a Mục đích:

Chuyển hóa lượng khí chưa phản ứng của reforming sơ cấp bằng cách đốt trực tiếp khí ra khỏi Reforming với không khí tạo hỗn hợp CO, H2, CO2 Ngoài ra nó còn cung cấp N2 cho quá trình tổng hợp NH3

b Đặc điểm:

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 gây 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

Cấu tạo của thiết bị Reforming thứ cấp 10-R- 2003 như sau:

Các thông số của thiết bị như sau:

o Đường kính trong của thiết bị: 3350 mm

o Chiều cao lớp xúc tác: 2550 mm

o Thể tích lớp xúc tác:

 Topsoe RKS- 2P, Size 25/11 × 20 mm, Vol: 4,4 m3

 Topsoe RKS -2- H, Size 16 × 11 mm, Vol: 18,1 m3

c Nguyên liệu và sản phẩm:

Khí sản phẩm sau khi ra khỏi 10-R-2003 có nhiệt độ cao và được làm giảm nhiệt độ nhờ hai thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2008 và 10-E-2009 Nhiệt ở đây được tận dụng để sản xuất hơi siêu áp nhờ đối lưu tự nhiên trong bình 10-V-2001

tỷ lệ hydro và nito là 3/1 Phản ứng xảy ra trong 10-R-2003 như sau: CH4 + O2  CO2 + 2H2O –

Q Phản ứng thu nhiệt rất mạnh Reforming thứ cấp được nạp bởi xúc tác RKS-2-7H, có thành phần như sau: 7 – 13% NiO, 25 – 30% MgO, 60 – 70% Al2O3 Trong reforming thứ cấp quá trình đốt khí công nghệ với không khí khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100 0C đến 1200 0C trong phần trên của reforming thứ cấp Do phản úng reforming với metan hấp thụ nhiệt, nên nhiệt độ ra khoảng 958 0C Chất xúc tác bắt đầu phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400 0C đến 1500 0C, nên người ta bố trí lớp xúc tác nằm trên hai lớp của hạt nhôm và lưới nhôm được dặt trên đỉnh của lớp xúc tác để giữ chất xúc tác khỏi rung động và tránh tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa

e 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 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-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 bão 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 (Vapour Drum) 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

4.2.5 Xử lý những trường hợp không bình thường:

Các tình huống không bình thưòng của các đầu đốt:

 Không thể đánh lửa hoặc ngọn lửa không ổn định:

o Bộ đánh lửa không ổn định hoặc không cấp đủ điện để đánh lửa: cần kiểm tra xem do

bộ đánh lửa không đủ điện hoặc do đặt bộ đánh lửa chưa đúng vị trí

o Nhiên liệu không cấp được đến đầu đốt: kiểm tra xem các van cô lập tới đầu đốt đã mở hết chưa hoặc hệ thống cấp khí bị rò, bị nghẽn

o Ngọn lửa có khói mù: là dấu hiệu của sự thiếu không khí, cần hiệu chỉnh độ mở của thanh chỉnh không khí sơ cấp, tuy nhiên nếu độ mở quá 75% mà vẫn còn khói mù thì phải tắt đầu đốt, kiểm tra cơ cấu trong bộ giảm thanh, vòi khí…, nếu không có dấu hiệu của sự nghẽn trong thanh chỉnh không khí sơ cấp thì mở thanh chỉnh không khí thứ cấp, đánh lửa lại Nếu vẫn không đánh lửa được thì tiến hành kiểm tra các lỗ phân phối khí nhiên liệu

o Ngọn lửa chập chờn lúc có lúc không: là dấu hiệu của quá trình cháy thừa không khí sơ cấp, tiến hành đóng dần thanh chỉnh không khí sơ cấp, nếu ngọn lửa vẫn còn chập chờn thì có thể do tấm tiết lưu (orifice) bị nghẽn hoặc do đường khí nhiên liệu bị nghẽn

o Đầu phân phối khí bị quá nhiệt: đầu phân phối khí có thể được phân thành 2 vùng, vùng ngoài nếu có cốc tạo thành nên tẩy sạch, nếu vùng trung tâm có màu đỏ là do sự cháy bên trong ống khí nhiên liệu - trong trường hợp này cần phải ngừng đầu đốt, mở thanh chỉnh không khí sơ cấp và thứ cấp hoàn toàn, đợi khoảng 5 phút hoặc đến khi không còn màu đỏ, tiến hành đốt lại

 Áp suất nhiên liệu không phù hợp với đường công suất:

o Thành phần khí nhiên liệu không phù hợp với nhiên liệu thiết kế: cần kiểm tra lại thành phần khí nhiên liệu thực so với thiết kế

o Áp kế chỉ áp suất nhiên liệu đặt không đúng vị trí: áp suất chỉ ra trên đường công suất là

áp suất của đầu đốt, không bao gồm áp suất của van, đường ống…

o Đầu phân phối khí bị nghẽn một phần hoặc hỏng: trong trường hợp bị nghẽn, dòng bé

đi, để vẫn đáp ứng được lượng nhiệt thì áp suất phải cao hơn so với áp suất biểu thị trên đường công suất Tương tự trong trường hợp đầu phân phối khí nhiên liệu bị hỏng, khí

sẽ đi vào theo các lỗ khoan trên rãnh trong đầu phân phối và lọt qua các ren, vì thế áp suất cần thiết để đáp ứng lượng nhiệt lệch so với đường công suất

o Phương pháp hoặc thiết bị dùng để đo lượng nhiệt giải phóng hoặc lưu lượng dòng nhiên liệu không đúng

o Lỗ đục trên tấm tiết lưu không đúng kích thước: trong trường hợp này cần phải kiểm tra đối chiếu với dữ liệu (data sheet)

 Không thể đạt được công suất dòng không khí:

o Các thanh điều chỉnh không khí không đúng vị trí hoặc chưa mở

o Độ chân không tại đầu đốt không đủ để vận hành

o Các thanh điều chỉnh không khí bị chặn hay nghẽn bởi các vật liệu lạ

o Thiết bị dùng để kiểm tra nồng độ O2 dư trong khí khói lò hoạt động không đúng đắn hoặc do có sự rò rĩ trong lò: trong trường hợp này cần kiểm tra xem đồng hồ đo đã được cân chỉnh chưa, kiểm tra đường mẩu xem có bị hở hay không đồng thời kiểm tra xem các cửa nhìn trên lò có mở hay không

Trong quá trình vận hành, độ chân không không được vượt quá -30mm cột nước, trong trường hợp có sự rò rỉ lớn tại damper, cần thiết phải mở các thanh chỉnh không khí thứ cấp (secondary air registers) trên các đầu đốt chưa đưa vào hoạt động hoặc mở các cửa nhìn (peepholes)

Nếu ngọn lửa có màu vàng biểu thị quá trình cháy không hoàn toàn, tiến hành mở các thanh chỉnh không khí sơ cấp để hiệu chỉnh Đầu đốt hoạt động với lượng dư không khí sẽ cho ngọn lửa màu xanh và đầu mút ngọn lửa sẽ không có màu vàng

Trong quá trình hoạt động, nếu thấy nhiệt độ vỏ giữa các ống xúc tác có sự chênh lệch quá lớn, nguyên nhân là do: sự phân bố dòng giữa các ống xúc tác không đồng đều, hoặc do xúc tác bị ngộ độc, bị hiện tượng tạo cốc hoặc do sự đốt không đồng đều giữa các đầu đốt trên cùng hàng

Hiện tượng vỏ ống bị ăn mòn, nguyên nhân là do lò hoạt động với dòng khí khói lò giảm, trong điều kiện này Crôm ôxít bên ngoài ống xúc tác bị tách khỏi vỏ ống

Độ chênh áp cho phép qua thiết bị reforming thứ cấp khoảng 0.3bar trong điều kiện vận hành bình thường, trong trường hợp độ chênh lớn, lớp xúc tác trên cùng cần được kiểm tra đầu tiên khi ngừng máy Nếu có dấu hiệu của sự hình thành ruby, lớp trên cùng cần được thay thế trước khi khởi động lại

Nhiệt độ vỏ thiết bị reforming thứ cấp trong điều kiện hoạt động bình thường khoảng 1600C (nhiệt độ tối đa là 3000C), nếu lớp gạch chịu nhiệt bị hỏng nhiệt độ sẽ vượt quá giới hạn trên và gây hỏng thiết bị Bên ngoài thiết bị có sơn 1 lớp sơn nhạy nhiệt và sẽ biến đổi màu tương ứng khi nhiệt độ biến đổi:

o Màu gốc: Xanh lá cây (green)

o Khoảng nhiệt độ màu xanh lá cây: tới 2000C

o Khoảng nhiệt độ màu xanh da trời (blue): 200-3150C

o Khoảng nhiệt độ màu trắng: 315-4800C Nếu nhận thấy màu sắc biến đổi, cần phải làm mát vỏ bằng không khí, hơi nước thấp áp hoặc bằng nước cho đến khi sửa chửa được tiến hành Riêng trong trường hợp màu sắc biến đổi sang màu trắng, kèm theo các vết nóng đỏ trên vỏ thiết bị thì nên tiến hành ngừng máy để kiểm tra, sửa chữa

Trong trường hợp hàm lượng mêtan ra khỏi R2003 cao, cần phải kiểm tra xem thiết bị reforming sơ cấp hoạt động tốt hay không, bởi vì nếu thiết bị sơ cấp hoạt động với nhiệt độ ra thấp, tỷ lệ Hơi nước/Cácbon thấp hoặc không dần được đến đường cân bằng thì lượng mêtan ra khỏi R2003 sẽ cao

Nếu sự tiếp xúc của đường thực tế được thiết lập so với đường cân bằng tại đầu ra R2003 cao, lý do chính gây nên hiện tượng này là do dòng chảy xoi rảnh (channeling) qua lớp xúc tác hơn là độ hoạt tính của xúc tác giảm Nguyên nhân chính là do quá trình nạp xúc tác không tốt hoặc do các đầu đốt không làm việc tốt

4.3 CÔNG ĐOẠN CHUYỂN HOÁ CO:

4.3.1 Mục đích và lý thuyết của quá trình:

Chuyển hóa khí CO trong nguyên liệu thành CO2 để cung cấp cho quá trình tổng hợp Urea, phản ứng xảy ra như sau:

CO + H2O  CO2 + H2 + Q Phản ứng tỏa nhiệt nên thuận lợi ở nhiệt độ thấp và lượng hơi nước tăng, tuy nhiên tốc độ phản ứng cao nến tiến hành ở nhiệt độ cao, trong thực tế nhiệt độ tối ưu của phản ứng này là khoảng 360 0C đến 420 0C Quá trình chuyển hóa được tiến hành qua hai giai đoạn, vì: phản ứng tỏa nhiệt lớn nên đạt trạng thái cân bằng ở độ chuyển hóa thấp, muốn đạt tới độ chuyển hóa cao hơn ta phải trải qua công đoạn làm lạnh hỗn hợp rồi tiến hành chuyển hóa ở nhiệt độ thấp để đạt

độ chuyển hóa cao hơn

4.3.2 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 + Q Cân 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 480oC, 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 70-100oC 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 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 170-250oC 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

4.3.3 Thiết bị chính trong quá trình:

Số lượng (Cái) Ghi chú Thiết bị chuyển hoá nhiệt độ cao R 2004 1

Bộ gia nhiệt ban đầu cho mêtan hoá E 2011 1

Bộ tiền gia nhiệt nước cấp nồi hơi số 1 E 2012 A/B 2

Thiết bị chuyển hoá nhiệt độ thấp R 2005 1

Bộ tiền gia nhiệt nước cấp nồi hơi số 2 E 2013 1

4.3.4 Chuyển hoá CO nhiệt độ cao :

a Lý thuyết của quá trình:

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 h uỷ 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 dỡ xúc tác

b Lưu trình Công nghệ:

Khí công nghệ có áp suất khoảng 30 bar, nhiệt độ khoảng 360 0C được đưa vào thiết bị chuyển hoá nhiệt độ cao R2004 tại đây tốc độ phản ứng chuyển hoá tăng Khí ra khỏi thiết bị chuyển hoá nhiệt độ cao sau khi được lấy nhiệt bởi nồi hơi nhiệt thừa E2010, bộ gia nhiệt ban đầu cho quá trình mêtan hoá E2011 và bộ trao đổi nhiệt nước cấp nồi hơi số 1 E2012A/B

Thiết bị chuyển hoá CO cao (HT CO Converter) có các thông số kỹ thuật cơ bản như sau:

o Chiều cao làm việc của lớp xúc tác: 3290 mm’

o Đường kính trong của tháp: 4100 mm

o Thể tích lớp xúc tác: 42,3 m3

4.3.5 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp:

a Lý thuyết của Quá trình:

Hai chất xúc tác được nạp vào trong bình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp Lớp trên đỉnh là xúc tác crom LSK có thành phần: Cr2O3 (40 – 50)%, CuO (15 – 20)%, ZnO (25 – 35)%, dưới đáy

là LK-821-2 có thành phần: CuO (45 – 55)%, ZnO (25 – 35)%, Al2O3 ( 5 – 15)%, CuCO3 (2 – 5)%

có hoạt tính cao hơn và được sử dụng với lượng lớn hơn nhiều Xúc tác LSK bảo vệ lớp xúc tác LK-821-2 khỏi tiếp xúc với clo và giọt hơi ngưng tụ

Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp (LT CO Converter) có các thông số kích thước như sau:

o Chiều cao tháp: 5005 mm

o Chiều cao lớp xúc tác làm việc: 3290 mm

o Đường kính trong của tháp: 4500 mm

o Chứa tổng cộng là 35.7 m3 xúc tác