XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

Mục Lục 1 Lịch sử hình thành và phát triển:...............................................................................1 2 Nguyên liệu sản xuất và sản phẩm nhà máy: .............................................................1 2.1 Nguyên liệu sản xuất: ........................................................................................1 2.2 Sản phẩm:..........................................................................................................2 3 Qui trình công nghệ: .................................................................................................4 3.1 Phân xưởng Ammoniac: ....................................................................................4 3.1.1 Khử lưu huỳnh:...........................................................................................4 3.1.2 Công đoạn Steam Reforming:.....................................................................6 3.1.3 Chuyển hóa CO: .......................................................................................10 3.1.4 Công đoạn tách CO2: ................................................................................11 3.1.5 Công đoạn mêtan hóa: ..............................................................................14 3.1.6 Công đoạn tổng hợp NH3:.........................................................................16 3.2 Phân xưởng sản xuất Urea: ..............................................................................18 3.2.1 Bộ phận nén CO2:.....................................................................................18 3.2.2 Bộ phận tổng hợp Urea và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất cao: ......................19 3.2.3 Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 ở trung và thấp áp: ...........................19 3.2.4 Cô đặc Urea:.............................................................................................21 3.2.5 Tạo hạt Urea:............................................................................................22

Trang 1

XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYÊN HỮU LƯƠNG

Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Khoa CN Hóa & Thực Phẩm Nghành Kỹ Thuật Hóa Dầu

MÔN: XÚC TÁC CÔNG NGHIỆP TRONG CHẾ BIẾN DẦU KHÍ

ĐỀ TÀI : XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM

PHÚ MỸ

GVHD : TS Nguyễn Hữu Lương

HVTH : Nguyễn Đình Phúc

MSHV : 10400160

Lớp : KTHD-CH2010

Tháng 12 năm 2010

Trang 2

XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYÊN HỮU LƯƠNG

Mục Lục

1 Lịch sử hình thành và phát triển: 1

2 Nguyên liệu sản xuất và sản phẩm nhà máy: 1

2.1 Nguyên liệu sản xuất: 1

2.2 Sản phẩm: 2

3 Qui trình công nghệ: 4

3.1 Phân xưởng Ammoniac: 4

3.1.1 Khử lưu huỳnh: 4

3.1.2 Công đoạn Steam Reforming: 6

3.1.3 Chuyển hóa CO: 10

3.1.4 Công đoạn tách CO2: 11

3.1.5 Công đoạn mêtan hóa: 14

3.1.6 Công đoạn tổng hợp NH3: 16

3.2 Phân xưởng sản xuất Urea: 18

3.2.1 Bộ phận nén CO2: 18

3.2.2 Bộ phận tổng hợp Urea và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất cao: 19

3.2.3 Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 ở trung và thấp áp: 19

3.2.4 Cô đặc Urea: 21

3.2.5 Tạo hạt Urea: 22

Trang 3

XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƯU LƯƠNG

XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

1 Lịch sử hình thành và phát triển:

- Nhà máy Đạm Phú mỹ đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổng công ty dầu khí Việt Nam

- Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD, được xây dựng trên diện tích 63 hecta, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất Ammoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti (Italy) để sản xuất Urea (công suất 740.000 tấn/năm) Đây là công nghệ với dây chuyền khép kín đầu vào là khí thiên nhiên, đầu ra là Urea và Ammoniac 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 được khánh thành và đi vào họat động vào ngày 22/9/2004

2 Nguyên liệu sản xuất và sản phẩm nhà máy:

2.1 Nguyên liệu sản xuất:

 Hoạt động của phân xưởng Amôniắc được mô tả trong lược đồ dưới đây:

PHÂN XƯỞNG AMÔNIẮC

Khí thiên nhiên

Nước khử khoáng

Không khí

Điện

Hơi trung áp Ammonia Cácbon điôxít

Condensate từ tuốc-bin

Condensate công nghệ

Trang 4

 Hoạt động của phân xưởng Urê được mô tả trong lược đồ dưới đây:

 Nguyên liệu chính của nhà máy là khí đồng hành Bạch Hổ, ngoài ra có thể sử dụng khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn và các bể khác thuộc lục địa phía Nam Lượng khí tiêu thụ cho nhà máy khoảng 53.000 – 54.000 NM3/h (khoảng 450 triệu m3/năm) Khí thiên nhiên là hỗn hợp các Cacbua Hydro nhẹ, chủ yếu là Metane (CH4) Khí thiên nhiên có thể khai thác từ mỏ khí hoặc được tách ra từ khí đồng hành tại các mỏ dầu

 Nitơ: Nguyên liệu để tổng hợp NH3 và được lấy từ không khí

Hydro:được tạo ra nhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước, là nguyên liệu để tổng hợp NH3

CO2:là nguyên liệu để tổng hợp Urea, được điều chế từ công đoạn Reforming khí thiên nhiên

2.2 Sản phẩm:

Sản phẩm phụ-Ammoniac:

Ammonia tổng hợp được chủ yếu để sản xuất Urea Lượng còn dư được đưa về bồn

chứa

Công suất 1350 tấn Ammonia/ngày (tương đương khoảng 422.598 tấn/năm)

NH3 (%wt) 99.8 min

H2O (%wt) 0.2 max

Oil (ppm wt) 5 max

PHÂN XƯỞNG UREA

Ammonia

Khí cácbon điôxit

Điện

Hơi thấp áp Urea

Condensate từ hơi

Condensate từ quá trình

Trang 5

Ammonia là chất khí có công thức phân tử NH3, hóa lỏng ở điều kiện áp suất thường và nhiệt độ thấp (khoảng –320C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất cao (khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng

Sản phẩm chính - Urea:

Công suất: 2200 tấn/ngày

Cỡ hạt: 1.4 – 2.8 mm: >95%

Hàm lượng N2:> 46.3%

Độ ẩm: < 0.4%

Hàm lượng biuret: < 1%

Urea là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH2)2, ở nhiệt độ thường Urea không màu, mùi vị, hoà tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1350C, tỷ trọng khoảng 1,3230 Urea thủy phân chậm tạo thành Cacbamát Amôn sau đó phân hủy thành NH3 và

CO2, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm phân bón Trong công nghiệp Urea được tổng hợp

từ NH3 lỏng và CO2 khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao

Trang 6

3 Qui trình công nghệ:

3.1 Phân xưởng Ammoniac:

3.1.1 Khử lưu huỳnh:

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

Xúc tác dùng cho công nghệ reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh, bởi vì chúng sẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác Do đó các

Trang 7

hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đi vào công đoạn Reforming Điều này được thực hiện trong công đoạn khử lưu huỳnh của phân xưởng NH3

Trong quá trình khử lưu huỳnh, các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ được chuyển hóa thành

H2S bằng xúc tác hydro hóa Sau đó H2S được hấp phụ bằng ZnO Thành phần lưu huỳnh vào reformer từ các nguồn (khí nguyên liệu, khí tuần hoàn, hơi nước) phải nhỏ hơn 0.05 phần triệu khối lượng

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

Xúc tác cho 10-R-2001 là coban/molypden oxit và chất hấp phụ trong 10-R-2002A/B là oxit kẽm

Quá trình hydro hoá tại thiết bị 10-R-2001:

Dòng khí thiên nhiên cùng dòng khí hydro quay về từ máy nén 10-K-4031 đi vào thiết

bị hydro hoá 10-R-2001 ở nhiệt độ 4000C Tại 10-R-2001, dưới nhiệt độ và xúc tác cobalt-molybdenum oxit (TK-250), xảy ra phản ứng hydro hoá:

RSH + H2  RH + H2S

Ngoài các phản ứng hydro hoá ở trên, xúc tác TK-250 còn xúc tiến phản ứng hydro hoá các hợp chất hydro cacbon không no thành các hợp chất hydro cacbon no và phản ứng chuyển hoá các hợp chất Nitơ hữu cơ thành Ammonia và các hợp chất hydrocacbon no Trong suốt quá trình vận hành, các hợp chất CO, CO2 trong khí nguyên liệu cần được hạn chế đến mức tối thiểu Nếu có các hợp chất này trong nguồn khí nguyên liệu sẽ xảy ra các phản ứng gây ảnh hưởng đến hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh ra khỏi tháp hấp thụ lưu huỳnh như sau:

CO2 + H2S  COS + H20 Trong trường hợp hàm lượng các hợp chất CO cao sẽ xảy ra phản ứng cốc hoá hình thành lớp muội cacbon bám trên bề mặt xúc tác làm giảm họat tính của xúc tác

Trang 8

Quá trình hấp thụ lưu huỳnh tại thiết bị 10-R-2002A/B:

Dòng khí thiên nhiên sau khi hydro hoá được đưa vào thiết bị hấp thụ lưu huỳnh

10-R-2002A/B

Hai thiết bị hấp thụ này giống hệt nhau và được lắp nối tiếp nhau Thiết bị 10-R-2002B

đóng vai trò hỗ trợ trong trường hợp trong dòng khí ra từ 10-R-2002A còn lưu huỳnh hoặc

trong trường hợp thay xúc tác 10-R-2002A Mỗi thiết bị có 3 tầng xúc tác chứa 3 loại xúc

tác HTZ Nhiệt độ vận hành bình thường khoảng 4000C Oxit kẽm phản ứng với các hydro

sulphide và carbonyl sulphide theo phản ứng sau:

ZnO không phản ứng oxy hoặc hydro ở bất kỳ nhiệt độ nào Trong quá trình vận hành

không được để hơi nước lọt vào 10-R-2002A/B, ZnO sẽ bị hydrate hoá và không thể tái tạo

thành ZnO trong thiết bị phản ứng tái sinh

3.1.2 Công đoạn Steam Reforming:

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

CH4 + 2H2O  CO + 3H2 – Q (2)

CO + H2O  CO2 + H2 + Q (3)

Trang 9

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 500 0C và đối với metan ở 600 0

C

Nhiệt phát ra từ phản ứng (3) rất nhỏ trong khi nhiệt cần cho phản ứng (1) và phản ứng (2) là rất lớn

Phản ứng xảy ra theo hai bước, reforming sơ cấp H-2001 và reforming thứ cấp 10-R-2003

Nhiệt cần thiết cho phản ứng trong hai thiết bị reforming được cấp theo hai cách khác nhau Trong reformer sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạng gián tiếp từ lò đốt; trong reformer thứ cấp, nhiệt được cung cấp trực tiếp từ quá trình đốt của khí công nghệ với không khí Sự chuyển hoá trong reforming sơ cấp sẽ được điều chỉnh sao cho không khí sẽ cấp nhiệt cho reforming thứ cấp để đảm bảo yêu cầu tỉ lệ H2/N2= 3/1 Điều này còn phải khống chế lượng metan như là khí trơ trong khí tổng hợp ở mức càng thấp càng tốt

Hàm lượng metan trong khí công nghệ được khống chế bằng hằng số cân bằng của phản ứng (2) , giảm khi tăng nhiệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất

Trước khi vào refomer sơ cấp H-2001, hổn hợp hơi nước và khí tự nhiện được hâm nóng lên khoảng 535oC trong bộ hâm 10-E-2001 nằm trong bộ phận khí thải của reforming

sơ cấp Sau đó được đưa vào 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 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 7800C và hàm lượng metan khoảng 15% mol tính theo khí khô

Trang 10

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 8000C và hàm lượng metan 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 làm nhiệt độ tăng lên Từ khoảng không này, khí công nghệ đi qua lớp xúc tác phía dưới, mà ở đó phản ứng reforming xảy ra hoàn toàn và làm nguội hổn hợp khí Nhiệt

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

Khí ra khỏi reformer thứ cấp chứa khoảng 13,5% mol CO và 7,5% mol CO2, chính vì vậy, sẽ có nguy cơ hình thành cacbon theo phản ứng Boudouard như sau:

2CO  CO2 + C (muội than) Trong khi vận hành reforming sơ cấp cacbon có thể hình thành một phần phía ngoài và phía trong xúc tác Cacbon nằm phía ngoài hạt xúc tác sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong lớp xúc tác và phía trong hạt xúc tác sẽ làm giảm hoạt tính và độ bền cơ học của xúc tác

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

Reformer sơ cấp:

Reformer sơ cấp có tổng cộng 180 ống xúc tác reformer được lắp đặt trong hai buồng bức xạ nhiệt Phần trên của các ống reformer được nạp xúc tác loại RK-211 và RK-201, trong khi phần đáy của các ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H

Chất xúc tác bền trong không khí đến nhiệt độ 80 0C Nếu tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưng nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng gì đến xúc tác 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 đi ra khỏi ống ở nhiệt độ khoảng 783 0C và đi vào ống gom phía dưới

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	1,22 MB