đồ án kỹ thuật dầu khí Tìm hiểu quá trình tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ

Dầu mỏ đang đợc 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 chấtlipit, nhựa

LỜI CẢM ƠN

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

điều kiện cho tôi đợc thực tập tại Nhà máy.

Tôi xin cảm ơn các kỹ s công tác tại phòng Công Nghệ Nghiên cứu và Phát triển, các cán bộ công nhân viên Xởng amonia Phòng Phân tích, phòng tổ chức và kỹ s Trần Hữu Việt đã trực tiếp hớng dẫn, cung cấp tài liệu và nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập.

-V với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành gửi lời cảm à với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành gửi lời cảm

ơn tới các thầy cô trờng Đại học mỏ địa chất, các thầy cô đã hớng 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 đợc ứng dụng trên tất cả các lĩnh vực từ cungcấp nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp (công nghiệphoá dầu, công nghiệp điện …) cho đến phục vụ các nhu cầu dân) cho đến phục vụ các nhu cầu dândụng Đây là một nguồn năng lợng quan trọng, có thể đánh giá kinh

tế của một quốc gia thông qua hoạt động của ngành công nghiệpnăng lợng này

ở Việt Nam, dầu khí tuy còn là một ngành công nghiệp non trẻnhng đầy triển vọng và đã sớm khẳng định đợc vị trí quan trọng khi

đóng góp một phần lớn vào GDP của đất nớc Đảng và nhà nớckhẳng định:Công nghiệp dầu khí là nhành công nghiệp mũi nhọn,góp phần thúc đẩy nền kinh tế nớc ta trong công cuộc công nghiệphoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế

Tiềm năng dầu khí của nớc ta đã đợc khẳng định, tuy nhiênviệc khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên này cha đợc hợp lí.Trong gần 10 năm khai thác dầu, ta buộc phải đốt bỏ 92% lợng khí

đồng hành, không chỉ làm lãng phí một lợng lớn tài nguyên của đấtnớc mà còn gây ô nhiễm môi trờng Năm 2004 nhà máy đạm Phú

Mỹ đợc đa vào hoạt động đã đánh dấu một giai đoạn mới trong việctận dụng nguồn tài nguyên này

Nhà máy đạm Phú Mỹ sử dụng cộng nghệ hiện đại củaHaldor Topsoe A/S , Đa Mạch và Snamaprogetti S.p.A, Italy, sảnphẩm thu đợc là NH3 thơng phẩm, urê và điện quá trình tinh chế khí

là không thể bỏ qua và cần đợc thực hiện một cách nghiêm ngặt bởinguồn nguyên liệu đầu vào của nhà máy chứa nhiều các hợp chất dịnguyên tố độc hại ảnh hởng rất lón đến qua trình Ure tuy la nguồnsản phẩm chính của nhà máy nhng NH3 cũng không thể thiếu trongnhà máy bởi nó không chỉ la nguồn nguyên liệu chính để sản suấtUre mà nó còn đóng góp một phần không nhỏ về kinh tế cho nhàmáy Để đảm bảo nguồn NH3 cung cấp đủ năng suất và chất lợngthì quá trình tinh chế là không thể bỏ qua bởi các tạp chất bị lẫntrong khí sẽ ảnh hởng rất lớn đến hiệu quả của sản phẩm, thậm chílàm cho qua trình tổng hợp không thể thực hiện đợc do đó ta cần tìmcách loại bỏ hoặc hạn chế những ảnh hởng xấu đó của chúng

Xuất phát từ thực tế đó tôi đã chọn đề tài: Tìm hiểu quá trìnhtinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ bao gồm các công đoạn :

Quá trình hydro hoá v loà lo ại các hợp chất lưu huỳnh

Quá trình reforming

Quá trình chuyển hoá CO

Qúa trình hấp thụ CO2 bằng 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

đồ án không tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy cô giáo, cácanh chi và các bạn góp ý kiến để đồ án đợc hoàn thiện hơn Em xincảm ơn!

Hà Nội, ngày…) cho đến phục vụ các nhu cầu dân tháng…) cho đến phục vụ các nhu cầu dânnăm 2006

Sinh viên thực hiện

Theo thuyết này có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu làcác loại tảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với

CO2 đi tổng hợp Urờ ( 1600 t/ngày)

Khụng khớ (để

đốt)

Thỏp chuyển húa

Thỏp tỏch

CO 2

Thỏp Mờtan húa

Vũng tổng hợp Amụniắ c

Amụniắc thành phẩm

1350 t/ngày Hừi nýớc

Sế ĐỒ 2: QUY TRèNH SẢN XUẤT AMễNIẮC

các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hàng triệu năm vềtrớc đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên Có thể quátrình lâu dài đó xảy ra theo ba giai đoạn: biến đổi sinh học bởi vikhuẩn, biến đổi hoá học dới tác dụng của các điều kiện địa hoá thíchhợp 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 a khí,sau

đó bởi các vi khuẩn kị khí trong quá trình trầm lắng dần trong nớcbiển Các albumin bị phân huỷ nhanh nhất, các hydrocacbon bị phânhuỷ chậm hơn Các khí tạo ra nh H2 S, NH3, N2 , CO, CH4 hoàtan trong nớc rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùingày càng sâu trong lớp đất đá trầm tích Không gian ở đó xảy raquá trình phân huỷ sinh học đó gọi là vùng vi khuẩn

Dầu mỏ đang đợc 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 chấtlipit, nhựa, terpen, axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hoáhọc dới tác dụng xúc tác của các chất vô cơ trong đất đá ở điều kiệnlớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm độbách 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 vôcùng chậm Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biến đổi đó càngxảy ra sâu xa theo chiều hớng:

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

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

là quá trình ngng tụ, kết hợp một số chất hữu cơ tơng đối đơn giảnvừa 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 chấtlỏng hydrocacbon sinh ra bởi quá trình cracking

Tập hợp các phản ứng địa hoá đó đã biến dần các vật liệu hữucơ thành dầu mỏ và khí tự nhiên Nh vậy có thể coi khí tự nhiên làsản phẩm của quá trình phân huỷ hoá học của dầu mỏ Dầu mỏ cànggià càng nhẹ đi, càng chứa it chất phức tạp, càng biến nhiều thànhkhí

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

Bị di c từ chỗ này sang chỗ khác dới tác dụng vận động của vỏtrái đất Chúng thẩm thấu, chui qua các lớp đá xốp, chúng chảy theocác khe nứt và có thể bị tập chung, bị giữ trng những tầng đá đặckhít, tạo ra các túi dầu mà ta thờng gọi là các mỏ dầu Trong các mỏdầu các quá trình hoá học vẫn tiếp tục xảy ra, dầu vẫn liên tục biếnthành khí, tạo ra các mỏ khí

Quá trình hình thành dầu à khí xảy ra rất chậm, kéo dài hàngchục, thậm chí hàng trăm triệu năm rồi và vẫn đang xảy ra, do đótuổi 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, ngời ta chia thành khi tự nhiên( còn gọi là khí không đồng hành) và khí đồng hành Có thể cónhững khí phi hydrocacbon nh CO2, H2S, N2, He, Ar…) cho đến phục vụ các nhu cầu dân với lợng nhỏ

và đợc xem là tạp chất

* Bảng 1.1 trình bày khí không khí không đồng hành là khíkhai thác từ mỏ khí, thờng giàu metan, etan còn các khí khác nhpropan, butan, pentan …) cho đến phục vụ các nhu cầu dâncó hàm lợng ít hơn

* Khí đòng hành là khí khai thác cùng với dầu Khi ở dới mỏ,các khí nhẹ nh metan, etan, propan…) cho đến phục vụ các nhu cầu dântan hầu hết trong dầu Nhngkhi khai thác lên đợc tách thành pha khí, khí này còn gọi là khí đồnghành

Trong khí đồng hành và khí không đồng hành, ngoài cáchydrocacbon còn đồng hành, bảng 1.2 trình bày thành phần khí đồnghành của một số mỏ ở Nga và Việt Nam

Bảng 1.1:Thành phần (%V)một số mỏ khí không đồng hànhCấu tử Mỏ Xibêri

(Nga)

Urengôi(Nga)

Lan Tây(Việt Nam)

Lan Đỏ(Việt Nam)

Rồng đôi(Việt Nam)

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

khai thác và tuỳ thuộc từng mỏ và nguồn gốc hình thành mỏ b.Phân loại

điều kiện 150C và 101,3Kpa

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

để tách C3+ thành các sản phẩm lỏng(LPG,condensate ) Ngợc lại,nếu khí thuộc loại khí gầy thì sau khi loaị bỏ các tạp chất (nh n-ớc,CO2,H2S, N2…) cho đến phục vụ các nhu cầu dân) ngời ta dùng khí làm nhiên liệu cho nhà máy điệnhoặc đun nấu

c Phân loại theo hàm lợng khí axit.

Theo cách phân loại này, ngời ta phân biệt khí chua và khíngọt

 Khí chua là khí tự nhiên (hoặc khí đồng hành) chá hàm lợng H2S

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

CO2>2%V

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

định trên

Nếu khí thuộc loại chua, trong dây chuyền công nghệ xử lýkhí phải có phân xởng loại bỏ khí axit H2S và CO2 (gọi là phânxuởng làm ngọt khí) Nếu khí thuộc loại ngọt thì không cần phân x-ởng này

1.3 Tính chất hoá lý của hydrocacbon.

 Các hydrocacbon trong khí là hydrocacbon no, nên tính chấtcủa khí là tính chất của hydrocacbon no Ơ điều kiện thờng cáchydrocacbon no rất bền vững do cấu trúc có liên kết C-C và C-Hkhông phân cực hoặc ít phân cực, do đó cúng không phản ứng vớiaxit hoặc bazơ mạnh và với nhiều hoá chất khác Các khíhydrocacbon 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 đểkiểm tra độ rò rỉ của khí ngời ta thêm vào chất tạo mùi, tuỳ theo yêucầu mức độ an toàn Chất tạo mùi thờng sử dụng trong các quy trìnhkiểm tra độ rò rỉ của khí mecâptan

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

để dàng hoà tan trong các dung môi hữu cơ

 Điểm sôi của các hydrocacbon no mạch thẳnh tăng dần theo sốnguyên tử cacbon trong mạch

 .Khối lợng riêng, tỷ khối.

Khối lơng riêng của khí là khối lơng của một đơn vị thể tíchkhí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định Ngời ta thờng xác định

ở 150C và101,3kpa (hay 1atm) Khối lợng riêng của khí thờng kí

hiệu là  và đơn vị đo thờng là kg/m3

Tỷ số giữa khối lợng 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 Ngời ta thờng

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

Ma-Khối lợng phân tử trung bình của khí A

Mkk- Khối lợng phân tử trung bình của không khí

 áp suất hơi bão ho , nhiệt độ sôi à, nhiệt độ sôi.

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

chất lỏng đợc biểu diễn bằng phơng trìnhclâpỷon-claucíu

 > 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 v pha khí (độ nhớt,à lo

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

Hệ sốnén tớihạn

C1 -161,49 111,66 -82,6 190,85 4,61 6,1985 0,288

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 dới 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 dới và giới

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

giới hạn cháy nổ dới, khí không thể cháy vì quá loãng Ngợc lại khi

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

cháy đợc do thiếu oxy

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

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

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

n N

Trong đó :n1n2 …) cho đến phục vụ các nhu cầu dânnk là trị số % thể tích hay %mol của các

khí có trong hỗn hợp

N1 N2 …) cho đến phục vụ các nhu cầu dânNk 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

Lợng nhiệt do một lợng nhiên liệu (1kg hay 1m3 khi ở điều kiện tiêu

chuẩn) cháy hoàn toàn giải phóng ra gọi là nhiệt cháy (hay nhiệt trị)

Ngời ta thờng phân biệt nhiệt trị cao hay nhiệt trị thấp (hoặc nhiệt trị

trên và nhiệt trị dới)

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

ra đợc gọi là nhiệt trị cao

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

nhiệt toả ra đợc 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…) cho đến phục vụ các nhu cầu dân

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

-51,58651,92066,03218458

50,00850,38793,97225394

49,04449,396121,4327621

49,15849,540121,7827621

48,57948,931149,6130333

48,66749,041149,6630,709

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 mồilửa hoặc tia lửa Hiện tợng này gọi là hiện tơng tự đánh lửa

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

Cấu tử Nhiệt độ tự đánh lửa (o C)

1.8.Các ảnh hởng của hydrocacbon đến sức khoẻ con ngời.

 Các hydrocacbon nói chung trừ mêtan:dới dạng hơi thờngnặng hơn không khí, nên bay là là trên mặt đất, nếu hít phải hơihydrocacbon 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 cótriệu trứng nh ngời say rợu Nồng độ của các hydrocacbon tối đa chophép, để không gây độc hại cho con ngời là 0,1%, không kể đến H2S

 Đối với propane và butane: khi propane và butane cháytrong điều kiện thiếu không khí, chúng tạo thành cacbônmnoxyt dohiện tợng cháy không hoàn toàn, có thể gây ảnh hởng đến sức khoẻcon ngời

 anh hởng của condensate: hơi condensate rất độc ,khi conngời bắt đầu nhiễm hơi xăng thì đầu tiên mắt bị kích thích và sau đóthì bị các triệu chứng thần kinh nh chóng mặt, tiếp theo là cac bộphận nh cơ, da Sù bị ảnh hởng nếu trờng hợp tiếp xúc nhiều vớicondensate Các hợp chất thơm (nếu có) trong condensate có thể gâybệnh ung th Nếu uống phải condensate có thể gây triệu chứng buồnnôn, kích thích tuyến nhờn niêm mạc ống tiêu hoá, sau đó có một

vµi rèi lo¹n hoÆc nÕu uèng nhiÒu th× cã thÓ g©y mÊt ý thøc.

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PHÚ MỸ

Vai trß ph©n bãn đối với ng nh n«ng nghià lo ệp l hà lo ết sức quantrọng v hià lo ện nay Việt Nam cã nhu cầu rất lớn về ph©n bãn, đặcbiệt l à lo đạm cho sản xuất n«ng nghiệp Tuy nhiªn cho đến thời điểmtrước năm 2003, sản xuất trong nước mới chỉ đ¸p ứng được 7% nhucầu ph©n đạm, chủ yếu l tà lo ừ nh m¸y à lo đạm H Bà lo ắc sử dụng nguyªnliệu than đ¸ Lượng cßn lại h ng nà lo ăm nh nà lo ước phải nhập khẩu

Biểu đồ lượng Urê nhập khẩu của Việt Nam

trong những năm gần đây

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

sẽ tiếp tục tăng v nhà lo ư vậy sẽ dẫn đến sự phụ thuộc ng y c ng là lo à lo ớn

v o thà lo ị trường nước ngo i v l mà lo à lo à lo ột g¸nh nặng cho nền kinh tếViệt Nam Điều n y c ng thà lo à lo ấy râ hơn nếu qua xem xÐt một v i nÐtà lo

về t×nh h×nh thị trường cung cấp ph©n đạm trªn thế giới trong nhữngnăm vừa qua

Ch©u Á l thà lo ị trường tiªu thụ ph©n đạm lớn nhất thế giới do khuvực n y cã nà lo ền n«ng nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế

vµ l mà lo ột 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¸cnước trong khu vực, bªn cạnh c¸c chÝnh s¸ch tÝch cực của nh nà lo ướcđều x©y dựng c¸c nh m¸y sà lo ản xuất ph©n đạm nhằm b×nh ổn gi¸,đảm bảo tự cung cấp sản phẩm ổn định cho nhu cầu thị trường nộiđịa v già lo ảm thiểu sự bị t¸c động của yếu tố bªn ngo i.à lo

Từ t×nh h×nh trªn thấy rằngViệt Nam rất cần thiết phải x©y dựngc¸c nh m¸y sà lo ản xuất ph©n đạm lớn để từng bước giảm sự phụthuộc v o nhà lo ập khẩu, tiết kiệm lượng lớn ngoại tệ cho ng©n s¸ch

nh nà lo ước v à lo điều quan trọng l tà lo ạo nguồn cung cấp ổn định ph©nbãn từ sản xuất trong nước để đẩy mạnh sự ph¸t triển của ng nhà lon«ng nghiệp, gãp phần v o sà lo ự ph¸t triển chung của cả nền kinh tế

đất nước.

Tháng 4 năm 2000 Thủ tướng Chính Phủ đã giao cho Tổng CtyDầu khí Việt Nam phối hợp với các Tổng Công ty Hóa chất ViệtNam (Vinachem) v Tà lo ổng Cty vật tư Nông nghiệp (Vigecam) lậpBáo cáo nghiên cứu khả thi nh máy sà lo ản xuất phân đạm trên cơ sởnguồn nguyên liệu khí đồng h nh à lo

Thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính Phủ vể việc triển khaicông trình Khí– Điện – Đạm , Tổng Cty dầu khí Việt nam đãkhẩn trương soạn thảo v trình Chính Phà lo ủ phê duyệt Báo cáo nghiêncứu Khả thi dự án theo phương thức Việt Nam tự đầu tư tại khucông nghiệp Phú Mỹ thuộc tỉnh B Rà lo ịa - Vũng T u.à lo

Tháng 3 năm 2001, Dự Án Nh máy à lo Đạm Phú Mỹ chính thứcđược khởi công Sau 3 năm tiến h nh xây là lo ắp v chà lo ạy thử , hiện nay

Nh Máy à lo đã chính thức đi v o sà lo ản xuất với sản lượng trung bìnhkhỏang 700 ng n tà lo ấn Urê/năm đạt 95% cụng suất thiết kế kèm theonhững quy định nghiêm ngặt về An Toàn, Hiệu Quả v Sà lo ức KhỏeMôi trường

2.1 Sơ lợc về khu công nghiệp Phú Mỹ.

Khu công nghiệp Phú Mỹ có tổng diện tích là 1.300 ha Khucông nghiệp này đợc quy hoạch cho các ngành công nghiệp nặngbao gồm các nhà máy điện, luyện kim, hoá dầu và các ngành côngnghiệp chế biến xuất khẩu

Hiện tại khu công nghiệp Phú Mỹ đă có hệ thống cơ sở hạtầng đáp ứng phù hợp nh: Đờng bộ, đờng sông, các đờng chuyền tải

điện, cấp thoát nớc, thông tin, tuyến đờng ống và trạm nguồn cấpkhí, các cơ sở phụ trợ cảng, nguồn nhân lực và rất gần các trung tâmphát triển kinh thế và xã hội rất mạnh là Thành Phố HCM và VũngTàu, đó là các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc thực hiện đầu

t xây dựng và phát triển cho Dự án Nhà máy Đạm tại khu vực này

2.2.Sơ lợc nhà máy đạm Phú Mỹ

Nh máy à lo Đạm Phú Mỹ có diện tích 63 hecta bao gồm:m Phú M có di n tích 63 hecta bao g m:ỹ có diện tích 63 hecta bao gồm: ện tích 63 hecta bao gồm: ồm:

Đất sử dụng Diện tích yêu cầu

Xởng Ure 1,92 ha

Các công trình phụ trợ 29 ha

Mở rộng trong tơng lai 17,78 ha

2.2.1 Quy Mô Công Trình.

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

- Cụm phân xởng sản xuất Amoniac có công suất 1.350 tấnAmoniac/ngày, d 51.000 tấn Amoniac/năm

- Cụm phân xởng sản xuất Urê từ Amoniac và tạo hạt vớicông suất 2.200 tới 2.400 tấn ure/ngày (74.000 – 800.000tấn ure/năm)

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

xử lý nớc thải

Nhà máy có tổng vốn đầu t khoảng 400 triệu USD trong đó có 218triệu USD của công ty dầu khí Việt Nam, phần còn lại đợc huy độngbởi các ngân hàng trong nớc

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 lợng

nh đợc cung cấp nh sau:

Thành phần hay tính chất Giá trị trung bình

Nhiệt độ sôi cuối, 0C 131

Khối lợng riêng, kg/mol 18,68 (GPP), 20,65 (AMF)Nhiệt trị, (LHV), kj/Nm2 40858 (GPP), 44680 (AMF)

Điểm sơng (0C), 25bar -42 (GPP), -1 (AMF)

58000 Nm3 đốt chạy gastuabine chạy máy phát điện nhà máy vớicông suất 17 MN Ngoài ra còn có bộ phận tận thu nhiệt thừa sửdụng tấn/h.

Rạng Đụng Ruby/Emerald Bạch Hổ Tổng nguồn cấp (Phương ỏn cơ sở)

BIỂU ĐỒ SẢN LƯỢNG KHAI THÁC DỰ KIẾN TỪ BỂ NAM CễN SƠN

2.2.3 S¶n phÈm cña nhµ m¸y.

- Amoniac 51000 tÊn/n¨m cung cÊp cho ngµnh c«ng nghiÖpkh¸c trong níc

- Ure d¹ng h¹t 740000-800000 tÊn/n¨m

MỘT GOC CỦA NH M YÀ MÁY Á

2.2.4.Công nghệ và thiết bị

 Công nghệ sản suất Amoniac của hãng Haldor-Topsoe (ĐanMạch) Công nghệ sản suất phân đạm của hãng Snamprogetty(Italia)

 Các phân xởng công nghệ chính:

- Phân xởng tổng hợp Amoniac bao gồm :

Thiết bị khử lu 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 xởng sản xuất Ure bao gồm:

Bồn chứa Amoniac tuần hoàn và Amoniac thu hồi

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

để đốt các loại khí thải (khí d) trong quá trình hoạt động của nhàmáy Nột đuốc đốt các loại khí thải có chứa Amoniac, một đớc

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 năngkhuyếch tán tốt nhất lợng khí thải ( CO2 , NOx ) sao cho phù hợpvới các tiêu chuẩn môi trờng Việt Nam

Hệ thống nớc cứu hoả: Cung cấp nớc cứu hảo cho toàn bộ nhàmáy

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 điệnchi nhà máy và một phần hoà mạng điện quốc gia

Hệ thống sản suất Nitơ: sản suất Nitơ để phục vụ làm kín cácmáy nén khí, thổi rửa đờng ôngd và trơ hoá các thiết bị

CHƯƠNG III CÁC QUÁ TRÌNH TINH CHẾ KHÍ

3.1 Quá trình khử lưu huỳnh

3.1.1 M« t¶ thiÕt bÞ

ơ ĐỒ 3: CễNG ĐOẠN KHỬ Lu HUỲNH

Số thứ tự Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng

tự nhiên 10K4011 để đợc nâng áp suất lên 39,2 bar Đây là máy nénkhí li tâm và đợc kéo bằng môtơ điện Máy này chỉ hoạt động khikhí thiên nhiên thấp hơn 38 bar

Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu này có chứa một lợngnhỏ lu huỳnh ở dạng tạp chất mà xúc tác dùng cho công nghệreforming bằng hơi nớc thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lu huỳnhbởi vì chúng xẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác do đócác hợp chất lu huỳnh phải đợc khử bỏ trớc khi đa vào công đoạnreforming, quá trình loại các hợp chât lu huỳnh gồm hai giai đoạn:khử các hợp chất lu huỳnh và hấp thụ lu huỳnh

3.1.2.1.Hydro hoá các hợp chất lu huỳnh.

Khớ tự nhiờn

Khớ sạch tới lũ Reforming

Thỏp Hyđrụ húa 10-R-2001

Thỏp hấp thụ L u huỳnh 10-R-2002 A/B

bị hydro hoá phải đợc giảm xuống tối đa là 3000C để tránh cracking

đối với hydrocacbon cao và điều này dẫn đến sự hình thành lớpcacbon trên bề mặt chất xúc tác

Hỗn hợp khí sau đó đợc gia nhiệt lên 4000C thông qua bộ gianhiệt 10E2004 rồi vào thiết bị hydro hoá 10R2001 Tại đây, toàn bộlợng lu huỳnh hữu cơ đợc chuyển hoá thành H2S dới tác dụng củaxúc tác Coban-Molipđen, có thể xảy ra các phản ứng sau:

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

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

CO2+ H2   CO + H2O (6)

CO2 + H2S   COS + H2O (7)

Từ các phản ứng trên ta thấy, sự hiện diện của CO, CO2, H2

O sẽ làm ảnh hởng đến hàm lợng lu huỳnh d đi ra khỏi thiết bị hấpthụ lu huỳnh

Trong trờng hợp bất thơng hàm lơng CO cao sẽ xảy ra phảnứng 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, nhng muội than vẫn hình thành ởnhiệt độ cao và bám vào chất xúc tác do đó hàm lợng CO cao sẽ nhấtthơi khử hoạt tính chất xúc tác Để ngăn chặn quá trình không mongmuốn này ta sẽ giới hạn nồng độ theo thể tích tạp chất cực đại chophép trong khí nguyên liệu đối với thiết bị hydro hoá là : H2 : 3 –

 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 :

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 thấphơn mức trên vẫn hiêu quả nhng chất xúc tác ở thời kì cuối nên nângnhiệt độ lên cao hơn mức trên Chất xúc tác TK – 250 bị oxy hoátrong quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tính chủa nó khi

đợc sulphide hoá Trong trạng thái đợc sulphide hoá chất xúc tác cóthể tự bốc cháy do đó nó không đợc phép tiếp xúc với không khí tạinhiệt độ lớn hơn 700C Trong trờng hợp chất xúc tác bị cháy hoặctrong quá trình vận hành nó bị già hoá thì cần phải đợc thay thế Đểthay trớc hết ta cần làm nguội chất xúc tác đến nhiệt độ môi trờng tr-

ớc khi tháo chúng ra đồng thời phải duy trì dòng nitơ trao đổi đếnbình phản ứng trong khi tháo xúc tác nhằm làm giảm thiểu sự xâmnhập của không khí

3.1.2.2 Hấp thụ H2S.

 Quá trình công nghệ : Khí tự nhiên đợc hydro hoá đa vào bình hấp thụ lu huỳnh

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

đặt nối tiếp nhau 10R2002B đóng vai trò bảo vệ trong trờng hợp xảy

ra sự d lu huỳnh khi ra khỏi bình 10R2002A hoặc trong trờng hợp

10R2002A đợc cô lập để thay thế chất xúc tác.

Nhiệt độ vận hành bình thờng là khoảng 4000C, dới tácdụng của chất xúc tác kẽm oxít phản ứng thuận nghịch xảy ra nhsau:

S H

 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 xúctác : 99-100% ZnO

Chất xúc tác HTZ-3 đã sử dụng không có khả năng tự bốccháy và sẽ không phản ứng với không khí tại nhiệt độ dới 500 -

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

bề mặt chất xúc tác thì nó có thể xảy ra phản ứng với không khí tạinhiệt đô thấp hơn

Công suất hấp thụ của chất xúc tác ZnO là tối u hoá tạinhiệt độ gần với 4000C, nhng chất xúc tác sẽ hấp thụ H2S, COS, CS2

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

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

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

đợc đa vào reforming sơ cấp mà không cần thiết lập một dòng hydrokhứ hồi đến thiết bị hydro hoá, việc cracking amoniac chính vì vậykcũng trở nên không cần thiết Trong trờng hợp, khí tự nhiên đầu vàochứa ít hợp chất lu huỳnh nh mecaptan, disunphua, thiophen ,việcthiết lập một dòng hydro khứ hồi đến thiết bị hydro hoá trớc khi đa

khí tự nhiên vào reforming sơ cấp là cần thiết, nguồn hydro sẽ làamoniac 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 mangvào trong 10R2002A/B vì oxit kẽm sẽ bị hydrat hoá và nó không thểtái sinh trở lại thành ZnO trong thiết bị phản ứng Lúc vận hành bìnhthờng, hàm lợng lu huỳnh trong nguyên liệu tiếp xúc với oxit kẽmgiảm 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 lu huỳnh cần thay thế chất xúctác ta cần phải làm nguội chất xúc tác đến nhiệt độ môi trờng nhờ

đối lu tự nhiên và trao đổi khí N2

2 Thiết bị reforming sơ cấp 10H2001 1

3 Bộ gia nhiệt nớc cấp nồi hơi 10E2005 1 Nớc cấp

10R2001

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

ng sừ cấp 10-H- 2001

Khớ nhiờn liệu

(Khớ đốt)

Chuyển húa CO Khớ cụng nghệ

Hơi nước

Lũ Reformi

ng thứ cấp 10-R- 2003

Khụng khớ

S ơ ĐỒ 4: CễNG ĐOẠN REFORMING

Nớc ngng tụ phải đợc thải ra tại các điểm thấp nhất phía trớc

và phía sau của 10R2004 (một cách sơ bộ phía trên đỉnh của lò đốt)nhằm đạt đợc nhiệt độ đầu vào của reformer khoảng 400 - 4500C vànhiệt độ đầu ra của reformer khoảng 700-7500C.Nhiệt độ khí đốt(flue gas) thoát ra khỏi các buồng đốt không đợc phép tăng với tốc

độ vợt quá 30-500C/h Sau khi khí nguyên liệu và hơi nớc 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 đợc đa vào đỉnh 180 ông xúc tác thẳng đứng thông qua ốnggóp phân phối phía trên Các ống này đợc lắp đặt trong hai buồngbức xạ nhiệt Phần trên của các ống reformer đợc nạp chất xúc tácloại RK-211 và RK-201 trong khi phần đáy của các ống xúc tác đợcnạp bằng chất xúc tác R-67-7H Chất xúc tác đã đợc khử là bềntrong không khí đến nhiệt độ 800C Nếu nó tiếp xúc với không khítại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhng nhiệt độ sẽ không ảnhhởng gi đến chất xúc tác Các ống xúc tác trong buồng đốt đợc đốtbằng 480 becđốt đợc sắp xếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồngnhằm để dễ dàng kiểm soát profile (hệ thống) nhiệt độ dọc theochiều dài ống xúc tác và phân phối nhiệt đồng đều dọc theo chiềudài buồng đốt Bằng cách này sẽ tối u hoá việc sử dụng các ống xúctác đắt tiền Các becđốt là loại tự hút khí kiểu nút đơn Các ống xúctác đợc đặt trong buồng đốt của reforming sơ cấp 10H2001, mà ở đóbức xạ nhiệt đợc truyền từ các bécđốt đến thành ống Quá trìnhreforming hơi nớc hydrocacbon khí nguyên liệu đợc chuyển hoáthành H2 và cacbonic có thể đợc biểu diễn bởi các phơng trình sau:

CmHm+ H2O   Cm 1Hm 1 + H2O +2H2 - Q (11)

CH4 + 2 H2 O  H2O + 3H2 - Q (12)

CO + H2 O   CO2 + 2H2 + Q (13)

Phản ứng (11) miêu tả cơ chế phản ứng reforminghydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hoá từng bậc xuống thành nhữnghydrocacbon bậc thấp và cuối cùng thành phân tử mêtan và đợcchuyển hoá trong phản ứng (12) Đối với hydrocacbon bậc cao phảnứng 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 bịreforming (reforming sơ cấp và reforming thứ cấp) đợc cấp theo haicách khác nhau Trong reforming sơ cấp nhiệt cần thiết cho phảnứng đợc cung cấp dới dạng gián tiếp từ lò đốt trong, reforming thứcập nhiệt đợc cung cấp trực tiếp từ quá trình đốt khí công nghệ vớikhông khí Sự chuyển hoá trong reforming sơ cấp sẽ đợc điều chỉnhsao cho tỷ lệ H2 /N2 = 3/1 Điều này còn phải khống chế lợngmêtan nh là khí trơ trong khí tổng hợp ở mức càng thấp càng tốt Đốivới cân bằng của phản ứng (12) hàm lợng mêtan giảm đi khi tăngnhệt độ, tăng hơi nớc và giảm áp suất

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

và sử dụng khí thải đã đợc xử lý nh là khí nhiên liệu cho reforming,khí công nghệ ra khỏi reforming có nhiệt độ khoảng 7800C, và hàmlợng mêtan khoảng 15%mol tính theo khí khô Còn khi vận hành ởtrờng hợp thíêt bị thu hồi H2 (HRU) không làm việc và việc sử dụngkhí thải không đợc xử lý nh là khí nhiên liệu cho reforming, khícông nghệ ra khỏi reforming có nhiệt độ khoảng 8000C và hàm lợngmêtan khoảng 13%mol tính theo khí khô

Khói thải của của phản ứng đi lên và ra gần với đỉnh củabuồng bức xạ nhiệt Nhiệt độ khói thải đi ra khoảng 10270C nó đợc

xử lý rồi cung cấp một cách riêng biệt cho becđốt nhằm tránh hìnhthành amoni cacbamat, nhiệt độ khói thải đợc sử dụng cho nhiềumục 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 đợccung cấp bằng máy nén không khí 10K4021 Đây là máy nén khí lytâm 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 đợctruyền động bằng tuabine hơi STK4021 Hơi cấp cho tuabine là hơicao áp và phụ trợ bằng hơi thấp áp khi mạng hơi thấp áp bị thừa từmạng hơi Mở tất cả các điểm xả phía sau của máy nén không khí đểthải bất cứ sự ngng tụ nào đợc hình thành

Để phản ứng trong refofming thứ cấp xảy ra hoàn toàn, khôngkhí đợc cung cấp với lu lợng d O2 là 2% tơng ứng với 10% khôngkhí Trong khoảng không gian trống phía trên của reformer thứ cấpngời ta lắp becđốt 10J2001, tại đây không khí cộng nghệ và khí từrefofming thứ cấp đợc trộn lẫn vào nhau ở nhiệt độ 7830C, áp suất 32bar Reforming thứ cấp đợc nạp bởi xúc tác RKS-2-7H Quá trình

Quá trình đốt này khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100-12000Ctrong phần trên reforming thứ cấp Từ buồng đốt khí tạo thành đợc

đa tiếp xuống phía dới thông qua tầng chất xúc tác, tại đây phần cònlại của phản ứng reforming tiếp tục xảy ra Do phản ứng reformingcủa mêtan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm xuống khi khí đi xuống dớiqua lớp chất xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 9580C, áp suất 30,4bar,hàm lợng 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 theophản ứng Boudourd nh sau:

2CO   CO2 + C (muội than) (16)

khi hỗn hợp nguội xuống

Hàm lợng Mêtan d 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 Lu lợng không khí công nghệ phải đựơc điều chỉnhsao cho tỷ lệ H2/N2 đạt yêu cầu khi đi vào máy nén khí tổng hợp10K4031

Nhiệt độ cao đợc tận dụng để sản suất hơi và tiền gia nhiệt chohơi siêu cao áp thông qua các bộ trao đổi nhiệt 10E2008 và10E2009.Sau đó khí có áp suất 30,2 bar nhiệt độ khoảng 360 0C đợc

đa 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 vàPK-201

 Tên thơng mại : PK -211

 Kích thớc : 16*11 ring

 Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 4,6 m3

 Lu lợng chất xúc tác đợc cung cấp vào thiết bị : 4,8 m3

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

 Tên thơng mại : PK-201

 Lích thớc : 16*11 ring

 Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 7,6 m3

 Lu lợng chất xúc tác đợc 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 thơng mại : R-67-H7

 Lích thớc : 13*11 ring

 Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 18,3 m3

 Lu lợng chất xúc tác đợc cung cấp vào thiết bị : 18,8 m3

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

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

1400-15000C Chất xúc tác đã đợc hoạt hoá không đợc phép tiếp xúc vớikhông khí tại nhiệt độ 1000C vì nó có thể gây phát nhiệt Vì nhiệt tạo

ra do phản ứng oxy hoá không đợc giải phóng khỏi reforming thứcấp 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 nh :

- Vận hành tại các điều kiện mà chất xúc tác đợc hoạt hoákhông đầy đủ :

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

 Ngộ độc (thờng là do lu huỳnh)

 Chất xúc tác già

- Vận hành tại các điều kiện không bình thờng nh:

 Tỷ lệ hơi nớc/cacbon quá thấp (hoặc trong một số trờnghợp sự tiếp xúc của chất xúc tác với hydrocacbon không có mặt hơinớc)

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

đỉnh của reformer, dẫn đến gradien nhiệt độ theo hớng hớng tâm vàtheo hớng trục quá lớn, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phảnứng cracking nhiệt

 Tải quá lớn (tải càng lớn, áp suất riêng phần củahydrocacbon nhẹ sẽ càng lớn, với cùng một mức nhiệt độ, và do đódẫn đến nguy cơ xảy ra phản ứng cracking nhiệt

Sẽ cực kỳ khó khăn để đa ra các giới hạn đối với các thông sốnêu trên, do chúng có sự tơng quan chặt chẽ với nhau Tuỳ thuộc vàohoạt 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 tạinhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thiết kế, nhng sau một thời gian vận hànhhoạt tính của chất xúc tác giảm thì ta nên vận hành ở nhiệt độ caohơn nhiệt độ thiết kế để quá trình reforming vẫn đảm bảo

Kết tủa cacbon thông thờng đợc xác định nhờ sự gia tăng nhiệt

độ, chênh áp thông qua reformer sơ cấp, đợc chỉ rõ trên đồnghồ10PID2052 và nhờ sự xuất hiện của các mảng nóng trên ống xúctác của reformer khi vận hành tại các diều kiện vận hành bình thờng

và ổn định Cacbon kết tủa hay xuất hiện khi có sự thay đổi các điềukiện vận hành, nh là sự gia tăng công suất nhà máy hoặc việc giảm

tỷ lệ hơi nớc/cacbon Do đó các thao tác cần làm là:

Trong bất cứ trờng hợp nào xuất hiện cacbon kết tủa nh đợcchỉ ra bởi sự gia tăng dần độ giảm áp qua reformer, các giải phápcần đợc đa ra càng sớm càng tốt Để ngừng sự hình thành cacbon kếttủa hoặc bằng cách thay đổi các điều kiện vận hành về phía làm chokhuynh hớng tạo cacbon kết tủa thấp hơn, hoặc tốt hơn là loại bỏ lớpcacbon kết tủa bằng cách thiết lập một tỷ lệ hơi nớc/cacbon đến giá

trị từ 10-15 tại áp suát thấp nh có thể Việc đối phó này sẽ trong mộtvài giờ, loại bỏ đợc lớp cacbon mới kết tủa trong điều kiện chất xúctác đã đợc khử và các điều kiện vận hành bình thờng có thể đợc thiếtlập trong một thời gian ngắn sau đó Phải chú ý rằng nhiệt độ khícông nghệ đi vào chuyển hoá CO tối thiểu trên nhiệt độ điểm sơngkhí công nghệ 150C, nhằm chống nớc ngng tụ trên chất xúc tác Ng-

ợc lại, phải cô lập thiết bị huyển hoá CO bằng HV2082 ở đầu ra của10R2005 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 thờng, không cần thực hiện bất cứ một giảipháp nào

Nếu lý do là do giảm hoạt tính của chất xúc tác, sự khó khănlại dễ dàng xuất hiện khi các điều kiện vận hành liên quan đến sự kếttủa cacbon đợc thiết lập trở lại

Trong trờng hợp đó, cần cố gắng xác định nguyên nhân làmgiảm hoạt tính của chất xúc tác là do chất xúc tác không đợc khử

đầy đủ hay do bị ngộ độc

Liều thuốc cứu chữa là hoặc là khử lại chất xúc tác hoặc là táisinh lu huỳnh nh đợc trình bày ở phần chất xúc tác trong quá trìnhloại các hợp chất lu huỳnh hoặc khử lại chất xúc tác nh sau:

 Khử một lợng lớn cacbon.

Nếu việc hình thành cacbon đợc phát hiện ở một điều kiệncông nghệ không thay đổi, việc tổn thất áp suất tăng liên tục và lu l-ợng qua từng ống sẽ ở các mức độ khác nhau, cho nên vài ống sẽ trởnên nóng hơn bình thờng Trong trờng hợp nghiêm trọng, các ống cóthể bị cô lập do cacbon và chất xúc tác nên có thể vỡ Tái sinh chấtxúc tác trong các ống bị cô lập là điều không thể Một số lợngcacbon ở lại trong lớp xúc tác nhiều hơn vài ngày không thể khử nh

đã nói trong phần trên, nhng sẽ xử lý bằng oxy hoá, bằng hơi nớc vớikhông khí Xử lý bằng hơi nớc với không khí là thích hợp hơn, vì nó

có thể đợc thực hiện thành công ở nhiệt độ thấp, trong khi hơi nớcchỉ hiệu quả ở nhiệt độ cao và khó đạt đến đỉnh reformer nơi mà hầuhết cacbon bị kết tủa

Quá trình nh sau:

- Cắt dần lu lợng hydocacbon đầu vào và điều chỉnh lu lợnghơi khoảng 10-15 tấn /h áp suất trong hệ thống reforming phải càngthấp càng tốt HIC2062 nên mở và ânty cô lập phía trớc của chuyểnhoá CO nhiệt độ cao đợc đóng lại Điều chỉnh quá trình đốt sao cho

đầu vào lớp xúc tác 450 0C và đầu ra lớp xúc tác 6500C.

- Đa dần dần (hơn 4 giờ) không khí cho đến khi 4-5% thể tíchtrong hơi nớc (quan sát việc tăng nhiệt độ trong reformer thứ cấp).Không khí đợc cấp thông qua một dụng cụ đặc biệt nối với ốngkhông khí công nghệ, duy trì điều kiện này đến khi CO2 trongreformer giảm xuống dới 0,2% Nhiệt độ rời reformer sơ cấp không

đợc phép quá 6500C để thúc đẩy quá trình hoàn nguyên chất xúc tác.Kiểm tra ảnh hởng của SO2 nếu ngộ độc lu huỳnh đợc phát hiện

- Để kiểm tra khử lu huỳnh đã hoàn thành cha, tăng lu lợngkhông khí dần dần đến 8-10% thể tích của lu lựơng hơi Hàm lợng

CO2 sẽ tăng hoặc giảm rất ít

- Khi việc khử cacbon đã hoàn thành, cắt lu lợng không khí vàduy trì lu lợng hơi 0,5 -1 giờ để làm sạch không khí trong reformer

- Sau khi kiểm tra sunphua trong khí tự nhiên đã đợc khử luhuỳnh đa khí và hơi nớc vào nh quy trình vận hành bình thờng

- Chất xúc tác reforming đã đợc oxy hoá, thì áp suất củareformer sơ cấp phải đợc giữ càng thấp càng tốt để đảm bảo tái hoànnguyên hoàn toàn

- Nhiệt độ ra khỏi reformer sơ cấp đợc tăng lên 750-780 0Cbằng việc tăng quá trình đốt trong reformer sơ cấp, đặc biệt là ởphần trên của reformer, trong khi đó vẫn đợc khống chế thấp, chú ýkhông để nhiệt độ vợt quá nhiệt độ thiết kế của ống xúc tác Điềunày phải đợc duy trì 6-12h

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

 Hoạt hoá đợc trợ giúp nhờ hydro.

Nếu hydro có sẵn từ chu trình tổng hợp nó đợc đa vào ngayvào thiết bị hydro hoá sau khi hơi nớc có lu lợng tối đa áp suất đợcduy trì thấp Hydrocacbon nguyên liệu, tơng ứng với tỷ lệ hơi n-ớc/cacbon vào khoảng 6-8, đợc đa vào khi nhiệt độ đầu ra vàokhoảng 600- 650 0C

Nếu chỉ có một lợng giới hạn hydro có sẵn, thì hydro chỉ đợcdùng khi nhiệt độ đầu vào reformer là gần với nhiệt độ vận hànhbình thờng

Với hydro hoặc hỗn hợp hydro và khí, sự hoạt hoá chất xúctác đợc xem là hoàn tất sau 4-8 giờ đạt đợc mức nhiệt độ vận hành

bình thờng, thời gian chính xác phụ thuộc vào mức độ oxy hoá Sauthời gian hoạt hoá, các điều kiện vận hành bình thờng có thể đợcthiết lập dần.

Nếu không có sẵn hydro và khí tự nhiên hoàn toàn không chứa

lu huỳnh, chất xúc tác có thể đợc hoạt hoá nhờ hỗn hợp hơi nớc/khítơng ứng với tỷ lệ mol hơi nớc/cacbon khoảng từ 6-8 đợc đa vào khinhiệt độ đầu ra khoảng từ 600-6500C của reformer

Nhiệt độ đợc tăng dần dần đến mức vận hành bình thờng trongkhoảng 12 giờ Quá trình khử sẽ hiệu quả hơn nếu khí đã quareforming đợc khứ hồi trở lại ở phần hút của máy nén khí tự nhiên10K4011

Nếu khí tự nhiên chứa đựng hợp chất lu huỳnh, reformer sơcấp phải đợc khởi động bằng cách cracking amôniăc Thiết lập mộtdòng hydro khứ hồi đến bình hydro hoá thông qua đầu nối tại phầnhút của máy nén 10K4011 và thay thế amôniăc lỏng bằng cách khử

lu huỳnh khí tự nhiện khi khí này đã đợc xác minh bằng phân tíchrằng hàm lợng lu huỳnh tổng cộng của khí thoát ra từ 10R2002B làdới 0,05ppmV

3.2.2.3.Thu hồi nhiệt thừa.

Nhiệt thừa của khói thải từ buồng bức xạ nhiệt trong reformersơ cấp và của khí công nghệ đi ra từ reformer thứ cấp đợc dùng đểhâm nóng các dòng công nghệ khác nhau và tạo ra hơi nớc siêu cao

áp

-Thu hồi nhiệt thừa khói thải: Bộ gom khỏi thải từ hai buồngbức xạ nhiệt đi vào công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải đợc sửdụng để:

Hâm nóng hỗn hợp khí tự nhiên/hơi nớc trớc khi đi vàoreformer sơ cấp

Hâm nóng không khí công nghệ cho reformer thứ cấp10R2003

Quá nhiệt cho hơi nớc cao áp

Hâm nóng hỗn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hoàn trớc khi đivào hydro hoá, hấp thụ lu huỳnh 10R2001

Hâm nóng nớc cấp nồi hơi của công đoạn thu hồi nhiệt thừacông nghệ

Tại nhiệt độ đầu ra nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng

1620C

Công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải đợc nối với ống khói

thông qua quat khói 10K2001 Nó hút khói ra môi trờng thông quaống khói reforming 10SK2001.

- Thu hồi nhiệt thừa công nghệ: Khí công nghệ rời công đoạnreforming đi vào lò hơi nhiệt thừa 10E2008 và bộ quá nhiệt hơi nớc10E2009

Hơi nớc bão hoà ở áp suất 118bar đợc sinh ra trong 10E2008.Trong 10E2009 hơi nớc đợc quá nhiệt từ 3240C lên 3760C.Bao hơi 10V2001 đợc dùng chung cho 10E2008/2010 và lòhơi nhiệt thừa tổng hợp amôniăc 10E5001

Khí công nghệ đợc làm nguội đến 3600C trong bộ quá nhiệt10E2009 trớc khi đi vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10R2004

3.2.2.4 Hàm lợng Mêtan d tại đầu ra của reforming sơ cấp.

Hàm lợng mêtan trong không khí công nghệ tại đầu ra củareformer sơ cấp bình thòng là khoảng 14,8 (13,2)% mol tính theokhí khô và đợc xác định bằng những đại lợng sau đây :

Để đạt đợc một mức rò rỉ mêtan tối thiểu, tất cả các ống xúctác cần có cùng nhiệt độ ở đầu ra Chính vì thế, quá trình đốt trong

lò đốt phải đợc điều chỉnh để duy trì ở mức đồng đều tại các đồng hồnhiệt độ Khi các chất xúc tác trở nên già đi, quá trình đạt đến cânbằng của khí đầu ra có huynh hớng tăng lên khiến cho sự rò rỉ mêtancũng tăng lên

3.2.2.5 Tỷ lệ steam/gas của reforming sơ cấp.

Tỷ lệ steam/gas của reforming sơ cấp là rất quan trọng, trongmọi trờng hợp duy trì lu lợng hơi nớc đến reforming sơ cấp, tỷ lệ là2,8 hoặc cao hơn Tỷ lệ này có thể tính toán từ lu lợng hơi nớc và bộphận tách khí công nghệ

Tỷ lệ steam/gas tại đầu ra của thiết bị reformer đợc tính tơng

đơng với tỷ lệ oxy/cacbon Tỷ lệ này không thay đổi trong quá trìnhreforming hơi nớc Cụ thể nh sau:

rO / C =

4 2

2

CH CO CO

CO CO

O H

C C C

C C

KSHIFT =

O H CO

CO H

C C

C C

2

2 2

Thành phần nớc có thể đợc tính từ phơng trình (*) nh sau:

CH2O =

SHIFT CO

CO H K C

C C

*

*

2 2

 Tính toán dựa vào phản ứng reforming.

CH4 + H2 O   3H2 + COHằng số cân bằng có thể đợc tính nh sau:

KREF =

O H CH

CO H

P P

P P

2 4

từ Table2 nhờ nhiệt dộ đầu ra của thiế bị reformer

Pi là áp suất tới hạn của các cấu tử , atm tuyệt

CO H

C C

C C

2 4

(

2O H C

P

Trong đó : P là áp suất ra khỏi thiết bị reformer, atm tuyệt đốiHàm lợng nớc có thể đợc xác định bằngphơng pháp giả sửkiểm tra

3.2.2.6.Hàm lợng không khí thừa.

Không khí thừa thiết kế là 2%mol O2 khí khô tơng ứng với

10% không khí thừa.

Điều chỉnh đúng lợng gió sẽ quyết định cho hiệu suất nhiệt

không khí thừa Có thể điều chỉnh bằng cửa gió đầu hút của quạt

khói 10H2001 của cửa gió sơ cấp Trong lúc điều chỉnh lợng không

khí thừa, ngọn lửa các becdốt phải luôn đợc giữ ổn định

Nên tránh giảm hàm lợng khói thải do có thể hình thành

cacbon trong các ống xúc tác ở điều kiện nh thế

Ơ điều kiện vận hành bình thờng, khí tự nhiên đến Reformer

sơ cấp là khí đợc trộn bởi khí tự nhiên, khí thả từ công đoạn tách

CO2 10V3002 và tách khí ra từ công đoạn thu hồi NH3 Tuy nhiên

lúc khởi động các becđốt chỉ đốt khí tự nhiên

Khi khí nhả ra từ công đoạn tách CO2 và khí tách ra từ công

đoạn thu hồiNH3 đã có với điều kiện ống góp khí có áp, áp suất đợc

khống chế bằng PIC3049, thì đa khí này vào becđốt từ từ Lu lợng

khí tự nhiên sẽ giảm dần để giữ nhiệt độ đầu ra của reformer sơ cấp

Nớc cấp nồi hơi và hơi nớc :

Nớc cấp nồi hơi và hơi

nớc

Nhiệt độ ( 0 C) áp suất (bar) Lu lợng (kg/h)

Nớc cấp nồi hơi trớc khi

Lu lợng(kg/h)

Nhiệt trị(kj/h)Khí tự nhiên dùng làm

1 Thiết bị chuyển hoá nhiệt độ cao 10R2004 1

2 Bộ gia nhiệt ban đầu cho mêtan hoá 10E2011 1

4 Bộ tiền gia nhiệt nớc cấp nồi hơi số 1 10E2012A/B 1

5 Thiết bị chuyển hoá nhiệt độ thấp 10R2005

3.3.2.Mô tả công nghệ tổng quát.

Khớ Reforming

Khớ sạch

Thỏp chuyển húa CO nhiệt

độ cao 10-R-2004

Thỏp chuyển húa CO nhiệt

độ thấp 10-R-2005

S

ơ ĐỒ 5: CễNG ĐOẠN CHUYỂN HểA CO THÀNH CO 2

Vì CO và CO2 gây ngộ độc xúc tác tổng hợp Amôniac và tạothành tinh thể Cacbamat gây tắc đờng ống dẫn khí nguyên liệu tuầnhoàn :

CO + H2 O   H2 + CO2 H = -41KJ/mol

Do phản ứng chuyển hoá CO toả nhiệt nên cân bằng của phảnứng chuyển về phía tạo thành nhiều CO2 hơn khi ở nhiệt độ thấp và

có nhiều hơi nớc hơn Tuy nhiên tốc độ phản ứng sẽ tăng nếu ở nhiệt

độ cao hơn Nhiệt độ tối u cho phản ứng phụ thuộc vào hoạt tính củachất xúc tác và thành phần của khí Điều này có nghĩa là đối vớiphản ứng chuyển hoá CO sẽ có một nhiệt độ tối u phụ thuộc vàohoạt tính xúc tác và tốc độ lu chất nó sẽ cho ra một độ chuyển hoátối u Do đó chuyển hoá CO đợc hình thành qua hai bớc nhiệt độthấp và nhiệt độ cao để đảm bảo lợng d CO thấp và hình thành sảnphẩm phụ thấp

3.3.2.1.Chuyển hoá CO nhiệt độ cao.

 Quá trình công nghệ:

Khí công nghệ có áp suất khoảng 30,2 bar nhiệt độ 360 0C

đ-ợc đa vào thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10R2004 Tại đây dớitác dụng của chất xúc tác SK2012, tốc độ phản ứng xảy ra nhanh,hầu hết CO đợc chuyển hoá thành CO2(nồng độ CO từ 13,72%V sẽgiảm xuống 3,39%V) Khí ra khỏi 10R2004 đợc làm nguội trong lòhơi nhiệt thừa số hai 10E2010 hoạt động song song với thiết bị cânbằng nhiệt 10E201 Sau đó hai dòng khí này lại đợc trộn lẫn vớinhau và đến bộ trao đổi nhiệt 10E2012 A/B Tại đây nó bị nớc cấpnồi hơi từ hệ thống nớc khử O2 lấy nhiệt nên nhiệt độ dòng khícông nghệ giảm xuống còn 1900C, áp suất 29,1 bar vào thiết bị

chuyển hoá nhiệt độ thấp

Trong vận hành bình thờng, hàm lợng CO tại đầu ra của10R2004 nằm trong khoảng 3,2 (3,4)% mol khí khô Khi chất xúc

tác chuyển hoá trở nên già cỗi và hoạt tính của nó giảm xuống, quátrình đạt đến cân bằng tăng lên.

Hệ số phản ứng (Kp) có thể đợc xác định cơ bản dựa trênviệc phân tích dòng khí đi ra khỏi bình chuyển hoá Giá trị Kp có thể

đợc tính toán sử dụng phơng trình dới đây Với Kp là đầu vào, nhiệt

độ cân bằng có thể đợc tính toán trong bảng A1-A3 ở phần phụ lục

KP =

O molH molCO

molH molCO

2

2 2

Sự khác biệt giữa nhiệt độ cân bằng và nhiệt độ thực tế, nhiệt

độ đạt đến cân bằng là những chỉ tiêu của hoạt tính xúc tác

 Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 42,3 m3

 Lu lợng chất xúc tác đợc cung cấp vào thiết bị : 43,6m3

 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúctác :

SK-201-2, là chất xúc tác oxit crom tăng cờng bằng oxit sắtdới dạng hạt, đờng kính 6mm và cao 6mm Chất xúc tác đợc phânphối ở trạng thái oxit cao nhất nên nó không bị ảnh hởng bởi khôngkhí, hơi nớc, CO2 và khí trơ ở nhiệt độ cao Tuy nhiên do quá trìnhtái kết tinh có thể xảy ra nên chất xúc tác ở dạng oxit không nên bịnung nóng ở nhiệt độ lớn hơn 4000C Khi còn mới, chất xúc tác cóthể hoạt động ở nhiệt độ khí đầu vào là 3500C về sau do lão hoá chấtxúc tác nên nhiệt độ tối u hoá đầu vào sẽ tăng lên, đồng thời nhiệt độ

đầu ra không đạt đến 4800C, hoạt tính chất xúc tác sẽ giảm từ từ, nênnhiệt độ đầu vào nên cao hơn 3500C để quá trình loại các hợp chất luhuỳnh vẫn đợc bảo đảm

Chất xúc tác không nên tiếp xúc với khí hydro và CO khô vìchúng có thể làm hỏng chất xúc tác Chất xúc tác lạnh đi có thể đợchâm nóng bằng hơi nớc kể cả khi oxy hoá và hoàn nguyên

Nồng độ Clo < 10ppm trong khí đầu vào sẽ không ảnh hởng

đến hoạt tính chất xúc tác

Các giọt nớc ngng tụ trên chất xúc tác nóng có thể làm phânhuỷ chất xúc tác, đồng thời chất xúc tác rất nhạy cảm với muối vô cỏ

có thể hình thành trong hơi nớc

Do chất xúc tác đã đợc hoạt hoá có tính tự bốc cháy nên nóphảI đợc vận chuyển một cách hết sức cẩn thận trong khi dở chấtxúc tác

3.3.2.2.Chuyển hoá CO nhiệt độ thấp.

 Quá trình công nghệ:

Khi quá trình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp đợc đa vào vậnhành, tỷ lệ hơi nớc/cacbon tại đầu vào của reforming sơ cấp phải đợcgiảm xuống còn 3,5-4,5 nhằm có đợc điểm sơng ngng tụ của khícông nghệ thấp khi khí này đợc đa vào thiết bị chuyển hoá CO nhiệt

Chất của xúc tác chuyển hoá CO thấp có đặc điểm sau :

 Tên thơng mại : SK-821-2

 Lích thớc : 4,5*4,5 Table (4,5*3,5 Table)

 Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 4,6m3