Ngoài ra, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến với toàn thể anh, chị làm việc tại nhàmáy. Trong quá trình thực tập, chúng em vô cùng ấn tượng về tinh thần nhiệt huyết củacác anh chị khi giải đáp những vấn đề thắc mắc của chúng em. Chính từ sự nhiệt huyếtđó, chúng em đã được truyền nguồn cảm hứng từ toàn thể anh, chị và tự cảm thấy bảnthân càng phải nỗ lực nhiều hơn nữa để có thể học hỏi được nhiều điều hơn thế nữa.Ngoài ra, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến với toàn thể anh, chị làm việc tại nhàmáy. Trong quá trình thực tập, chúng em vô cùng ấn tượng về tinh thần nhiệt huyết củacác anh chị khi giải đáp những vấn đề thắc mắc của chúng em. Chính từ sự nhiệt huyếtđó, chúng em đã được truyền nguồn cảm hứng từ toàn thể anh, chị và tự cảm thấy bảnthân càng phải nỗ lực nhiều hơn nữa để có thể học hỏi được nhiều điều hơn thế nữa.Ngoài ra, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến với toàn thể anh, chị làm việc tại nhàmáy. Trong quá trình thực tập, chúng em vô cùng ấn tượng về tinh thần nhiệt huyết củacác anh chị khi giải đáp những vấn đề thắc mắc của chúng em. Chính từ sự nhiệt huyếtđó, chúng em đã được truyền nguồn cảm hứng từ toàn thể anh, chị và tự cảm thấy bảnthân càng phải nỗ lực nhiều hơn nữa để có thể học hỏi được nhiều điều hơn thế nữa.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ -
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Tại Nhà máy Đạm Cà Mau – Công ty Cổ phần Phân Bón Dầu Khí Cà Mau
Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Duy Quang Cán bộ hướng dẫn: Tập thể cán bộ nhà máy
Cà Mau, tháng 7 năm 2018
Trang 2DANH SÁCH SINH VIÊN
STT Họ và tên Mã số sinh viên
1 Nguyễn Văn Cảnh 1510262
2 Nguyễn Thanh Duy 1510483
4 Trương Thị Ngọc Linh 1511786
5 Lê Nguyễn Thành Minh 1511978
6 Nguyễn Hoài Nam 1512085
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình Thực Tập Tốt Nghiệp, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến ban Lãnh đạo Công ty Cổ phần Phân Bón Dầu Khí Cà Mau đã tạo điều kiện cho chúng em có cơ hội để thực tập tại Nhà máy của công ty
Ngoài ra, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến với toàn thể anh, chị làm việc tại nhà máy Trong quá trình thực tập, chúng em vô cùng ấn tượng về tinh thần nhiệt huyết của các anh chị khi giải đáp những vấn đề thắc mắc của chúng em Chính từ sự nhiệt huyết
đó, chúng em đã được truyền nguồn cảm hứng từ toàn thể anh, chị và tự cảm thấy bản thân càng phải nỗ lực nhiều hơn nữa để có thể học hỏi được nhiều điều hơn thế nữa Bên cạnh đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giảng viên trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô của Bộ môn Kỹ thuật Chế biến Dầu Khí – Khoa Kỹ thuật Hóa Học, đã tận tình giảng dạy chúng em trong suốt những năm học vừa qua Chính nhờ những kiến thức được thầy cô truyền thụ, chúng
em đã có thể tiếp cận những kiến thức và công nghệ của nhà máy một cách nhanh và hiệu quả nhất
Trong quá trình thực tập, chúng em không thể tránh khỏi một vài sai sót Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến tận tình để có thêm nhiều kiến thức
và hoàn thành tốt buổi báo cáo Thực Tập Tốt Nghiệp sắp tới
Xin chân thành cảm ơn
Tập thể sinh viên
Trang 4KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC
BỘ MÔN KỸ THUẬT CHẾ BIẾN DẦU KHÍ
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018
Xác nhận của Bộ môn
Trang 5MỤC LỤC
Trang
Chương 1 Tổng quan về nhà máy Đạm Cà Mau 1
1.1 Tổng quát 1
1.1.1 Giới thiệu nhà máy 1
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 1
1.2 Các sản phẩm của công ty 1
1.3 Sơ đồ tổ chức nhân sự 3
1.4 Sơ đồ bố trí mặt bằng 4
Chương 2 Tổng quan các phân xưởng trong nhà máy Đạm Cà Mau 4
2.1 Giới thiệu chung 4
2.2 Xưởng phụ trợ 5
2.3 Xưởng Ammonia 5
2.3.1 Nguyên liệu 5
2.3.2 Sản phẩm 6
2.4 Xưởng Urea – tạo hạt 6
2.5 Xưởng sản phẩm 7
Chương 3 Xưởng phụ trợ và xưởng sản phẩm 7
3.1 Xưởng phụ trợ 7
3.1.1 Cụm phân phối khí tự nhiên đầu vào 7
3.1.2 Cụm khí nén - khí điều khiển - khí Nito 8
3.1.3 Hệ thống nước 8
3.1.4 Cụm sản xuất hơi 8
3.1.5 Cụm xử lí nước thải 9
Trang 63.1.7 Hệ thống đuốc đốt 9
3.2 Xưởng sản phẩm 9
Chương 4 Xưởng Ammonia 9
4.1 Tổng quan 10
4.1.1 Cụm khử lưu huỳnh 10
4.1.2 Cụm reforming 10
4.1.3 Cụm chuyển hoá CO 10
4.1.4 Cụm tách CO2 11
4.1.5 Cụm methane hoá 11
4.1.6 Cụm tổng hợp Ammonia 11
4.1.7 Cụm làm lạnh 11
4.1.8 Cụm thu hồi Ammonia 11
4.1.9 Cụm xử lý nước ngưng công nghệ 12
4.2 Cụm khử lưu huỳnh 12
4.2.1 Mô tả công nghệ 12
4.2.2 Xúc tác và chất hấp thụ 13
4.3 Cụm reforming 15
4.3.1 Mô tả công nghệ 15
4.3.2 Xúc tác 16
4.4 Cụm chuyển hoá CO 17
4.4.1 Mô tả công nghệ 17
4.4.2 Chuyển hoá CO nhiệt độ cao 18
4.4.3 Chuyển hoá CO nhiệt độ thấp 18
4.5 Cụm tách CO2 18
Trang 74.5.2 Mô tả công nghệ 19
4.6 Cụm methane hoá 20
4.6.1 Mô tả công nghệ 20
4.6.2 Xúc tác 20
4.7 Cụm tổng hợp Ammonia 21
4.7.1 Lý thuyết quá trình 21
4.7.2 Mô tả công nghệ 22
4.7.3 Chu trình công nghệ 23
4.7.4 Xúc tác 24
4.8 Sự cố và cách khắc phục 24
4.8.1 Ngộ độc lưu huỳnh – cụm reforming 24
4.8.2 Hình thành carbon – cụm reforming 25
4.8.3 Cuốn CO2 vào khí công nghệ - cụm tách CO2 26
4.8.4 Cuốn CO2 tại phần đỉnh tháp hấp thụ 26
4.8.5 Đầu độc xúc tác – cụm tổng hợp ammonia 27
Chương 5 Xưởng Urea 27
5.1 Tổng quan công nghệ 27
5.2 Các phản ứng trong quá trình tổng hợp Urea 28
5.2.1 Phản ứng tổng hợp Urea 28
5.2.2 Phản ứng tạo Biuret 29
5.2.3 Phản ứng thủy phân urea 30
5.2.4 Phản ứng tạo urea formandehit 30
5.3 Các phân đoạn của xưởng Urea 30
5.3.1 Công đoạn nén CO2 30
Trang 85.3.3 Phân giải và thu hồi cao áp 31
5.3.4 Phân giải và thu hồi trung áp 32
5.3.5 Phân giải và thu hồi trung áp 33
5.3.6 Cô đặc chân không 34
5.3.7 Cụm xử lý nước ngưng 35
5.3.8 Cụm tạo hạt Toyo 36
5.4 Các sự cố thường gặp 38
5.4.1 Hiện tượng trào dịch tại C06101 (CO2 bay lên đỉnh C06101) 38
5.4.2 Trip bơm P06102 (xâm thực bơm) 39
5.4.3 Mất chân không 39
5.4.4 Hiện tượng ngập lụt ở tháp C06102 40
Chương 6 Các công nghệ khác 41
6.1 Nhà máy Đạm Ninh Bình 41
6.2 Nhà máy Đạm Phú Mỹ 41
Trang 9DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1 Sơ đồ tổ chức nhân sự 3
Hình 2 Sơ đồ bố trí mặt bằng 4
Hình 3 Sơ đồ công nghệ cảu nhà máy Đạm Cà Mau 4
Hình 4 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ của xưởng Ammonia 5
Hình 5 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ của xưởng Urea 6
Hình 6 Sơ đồ khối quy trình xưởng sản phẩm 7
Hình 7 Nguyên liệu và sản phẩm của xưởng Ammonia 10
Hình 8 Xúc tác HTZ - 3 13
Hình 9 Vị trí và hình dạng xúc tác Sulphur trap ST-101 14
Hình 10 Sơ đồ khối cụm tạo hạt 36
Hình 11 Sơ đồ buồng tạo hạt tầng sôi 37
Trang 10Chương 1 Tổng quan về nhà máy Đạm Cà Mau 1.1 Tổng quát
1.1.1 Giới thiệu nhà máy
Tầm nhìn: Trở thành doanh nghiệp hàng đầu ở Việt Nam và khu vực trong lĩnh
vực sản xuất, kinh doanh phân bón và hóa chất nông nghiệp - công nghiệp dầu khí
Sứ mệnh: Phát triển sản xuất - đầu tư kinh doanh bền vững, đảm bảo hiệu quả
Đảm bảo chữ Tín đối với khách hàng, là địa chỉ Đảm bảo môi trường làm việc chuyên nghiệp sáng tạo, đáp ứng đời sống cho con người lao động Tích cực hưởng ứng và tham gia công tác an sinh xã hội, luôn gắn bó mật thiết với nông dân
Giá trị cốt lõi: Là nhà sản xuất, kinh doanh phân bón trên nền tảng công nghiệp
hóa dầu phục vụ nông nghiệp, cung cấp các giải pháp về dinh dưỡng cho cây trồng, góp phần thay đổi nền nông nghiệp theo hướng phát triển bền vững, thân thiện môi trường, bảo đảm lợi ích hài hòa cho chủ sở hữu, khách hàng, người lao động và doanh nghiệp
Phương châm: Ân cần thân thiện - Chuyên nghiệp sáng tạo - Trách nhiệm hài hòa 1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Công ty Trách Nhiệm Hữu Hạn Một Thành Viên Phân bón Dầu khí Cà Mau trực thuộc tập đoàn dầu khí Việt Nam được thành lập ngày 09/03/2011 để quản lý và vận hành nhà máy Đạm Cà Mau nằm trong khu công nghiệp cụm Khí - Điện - Đạm Cà Mau được xây dựng tại địa bàn xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà Mau Ngành nghề kinh doanh chính là: sản xuất, kinh doanh và xuất nhập khẩu phân bón, hóa chất dầu khí Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 07/2008 và đã hoàn thành vào tháng 02/2012, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu phân đạm khu vực 13 tỉnh đồng bằng sông Cửu Long Với tổng mức đầu tư được duyệt khoảng 900 triệu USD, nhà máy được xây dựng với công suất 800.000 tấn urea/năm
Nhà máy đạm Cà Mau sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch)
Trang 11công nghệ tạo hạt của ToYo Engineering Corp (Nhật Bản) 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) khoảng 435 triệu Sm3
khí/năm từ lô PM3 (vùng chồng lấn của Việt Nam – Malaysia) và mỏ Cái Nước thuộc vùng biển Tây Nam Việt Nam Đầu ra là ammoniac (NH3) ở dạng lỏng và urea ((NH2)2CO) 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
1.2 Các sản phẩm của công ty
Với công nghệ tiên tiến và hiện đại đến từ các công ty hàng đầu thế giới nhà máy Đạm Cà Mau hiện sản xuất các sản phẩm:
• Urea hạt đục có thành phần (kiểm tra theo tiêu chuẩn TCVN 2620:1994):
+ Hàm lượng Nitơ > 46,3% khối lượng
+ Hàm lượng Biuret < 0,99% khối lượng
+ Hàm lượng formandehyde (HCHO) < 0,45% khối lượng
+ Độ ẩm < 0,5%
Ưu điểm: kích thước hạt đồng đều (đường kính hạt từ 2 – 4 mm chiếm 90%), hàm lượng biuret thấp giúp giảm bạc màu cho đất, độ cứng cao (3kgf đối với hạt kích thước 3,15mm) đảm bảo hạt không bị vỡ vụn trong quá trình vận chuyển, độ ẩm thấp khiến hạt lâu kết tảng và tăng thời gian hòa tan trong nước
• Công ty hiện có ba dòng sản phẩm chính:
Trang 12+ Hàm lượng nước và tạp chất: tối đa 0,2% theo khối lượng
+ Hàm lượng dầu: tối đa 5 ppm
1.3 Sơ đồ tổ chức nhân sự
Hình 1 Sơ đồ tổ chức nhân sự
Trang 131.4 Sơ đồ bố trí mặt bằng
Hình 2 Sơ đồ bố trí mặt bằng
Chương 2 Tổng quan các phân xưởng trong nhà máy Đạm Cà Mau 2.1 Giới thiệu chung
Hình 3 Sơ đồ công nghệ cảu nhà máy Đạm Cà Mau
Nhà máy Đạm Cà Mau có 4 phân xưởng chính bao gồm: xưởng Ammonia, xưởng Urea – tạo hạt, xưởng phụ trợ, và xưởng sản phẩm
Xưởng SP
Xưởng Amo Xưởng Urea
Khí tự nhiên đầu vào Cảng xuất Đạm
Nhà Admin
Trang 142.2 Xưởng phụ trợ
Chức năng của phân xưởng phụ trợ là sản xuất và cung cấp các yếu tố phụ trợ cho các xưởng còn lại Các cụm sản xuất của phân xưởng phụ trợ gồm:
+ Cụm phân phối khí tự nhiên đầu vào
+ Cụm khí nén - khí điều khiển - khí Nito
Trong nhà máy, ammonia được sản xuất từ khí tổng hợp chứa hydro và nito với tỷ
lệ xấp xỉ 3:1 Hỗn hợp nước demi và khí hydrocacbon trong khí tự nhiên sẽ chuyển hóa tạo thành H2 và nguồn cung cấp N2 là không khí Bên cạnh NH3, xưởng ammonia còn sản xuất CO2 với nguồn cung là từ các hydrocacbon trong khí tự nhiên
Trang 152.3.2 Sản phẩm
Xưởng ammonia có nhiệm vụ sản xuất ammoia ở trạng thái lỏng có nồng độ tối thiểu đạt 99,8% theo thể tích Ngoài ra, hàm lượng dầu và tạp chất không vượt quá 0,2% thể tích và hàm lượng dầu tối đa 5ppm theo thể tích là những chỉ tiêu chất lượng của ammonia
Bên cạnh ammonia, xưởng ammonia còn có nhiệm vụ sản xuất carbon dioxide để phục vụ cho quá trình tổng hợp Urea Carbon được sản xuất ở trạng thái khí có thể tích tối thiểu là 99% theo thể tích (khí khô) và có hàm lượng tạp chất (bao gồm Hydro) không vượt quá 1,0% theo thể tích (khí khô)
2.4 Xưởng Urea – tạo hạt
Hình 5 Sơ đồ khối dây chuyền công nghệ của xưởng Urea
Ammonia lỏng từ xưởng ammonia được đưa sang xưởng urea khi xưởng ammonia vận hành bình thường Trong trường hợp ammonia từ xưởng ammonia chưa sẵn sàng sẽ
sử dụng ammonia lạnh từ bồn chứa ammonia lỏng Trước khi đưa qua xưởng urea, ammonia lạnh được gia nhiệt từ -32,60C lên 250C
Ngoài ra, carbon dioxide cũng được dẫn từ xưởng ammonia phục vụ cho quá trình tổng hợp Urea Do quá trình tổng hợp urea xảy ra không hoàn toàn, do đó, một lượng dung dịch Urea sẽ được tuần hoàn từ cụm tạo hạt
Trang 163.1.1 Cụm phân phối khí tự nhiên đầu vào
Khí đầu vào được lấy từ trạm phân phối khí GDC (Gas Distribution Center) và tương lai là từ dự án GPP (Gas Processing Plant) Sau khi được tách nước và thủy ngân, khí đầu vào sẽ được sử dụng cho 3 mục đích chính:
+ Cung cấp nguyên liệu cho xưởng Ammonia
+ Nhiên liệu cho nồi hơi phụ trợ
+ Cung cấp cho hệ thống đuốc đốt của nhà máy
Trang 173.1.2 Cụm khí nén - khí điều khiển - khí Nito
Không khí được loại bỏ tạp chất, bụi bẩn sau đó được nén bằng các máy nén hai cấp Khí nén được sử dụng để làm sạch các thiết bị trong quá trình khởi động cũng như trong quá trình tắt máy để bảo trì
Khí nén đưa qua hệ thống hấp phụ nước để loại bỏ nước và giảm nhiệt độ điểm sương xuống còn -25oC Khí sau quá trình hấp phụ được gọi là khí điều khiển và được dùng để điều khiển các thiết bị đo lường như: van, robot,…
Khí nén được đưa qua hệ thống làm lạnh để loại bỏ các thành phần như: Oxy, Hydro, Cacbon dioxit,… Kết quả, khí nito được sản xuất và được dữ trự dưới dạng lỏng
3.1.3 Hệ thống nước
Nhà máy sử dụng nguồn nước từ sông Ông Đốc để cung cấp nước cho hoạt động sản xuất kinh doanh trong nội bộ nhà máy Với hệ thống xử lý nước tiên tiến, nhà máy cung cấp nước với những mục đích sử dụng khác nhau: nước sinh hoạt, nước làm mát, nước khử khoáng (nước fresh và nước demi)
Nước thô từ sông Ông Đốc sẽ được dẫn vào bể lắng đẻ loại bỏ tạp chất lơ lửng và được loại bỏ rác thải nổi bằng các thanh chắn rác Sau đó, nước được dẫn qua hệ thống than hoạt tính và thiết bị diệt khuẩn bằng tia UV trước khi được sử dụng
Nước thô sau khi loại bỏ tạp chất được gọi là nước sông làm mát Nhiệm vụ của nước sông làm mát là làm mát cho nước fresh
Nước sông làm mát được loại bỏ ion thông qua các hệ thống trao đổi ion để loại
bỏ các ion nhằm tránh gây ăn mòn cho thiết bị Nước đã được loại bỏ ion được gọi là nước demi và được dùng để sản xuất hơi
Nước demi được thêm vào một số hoá chất nhằm bảo điểm pH của nước được giữ mức xấp xỉ 7 Nước này được gọi là nước fresh và được dùng để làm mát cho các thiết
bị phụ trợ như bơm, máy nén,…
3.1.4 Cụm sản xuất hơi
Nước demi được sử dụng để sản xuất hơi tại xưởng phụ trợ Hơi được sản xuất tại xưởng phụ trợ có hai mức áp suất khác nhau ở 38 barg (cao áp) và 3,4 barg (thấp áp)
Trang 183.1.5 Cụm xử lí nước thải
Nước thải tại nhà máy bao gồm ba loại: nước thải sinh hoạt, nước thải nhiễm dầu, nước thải nhiễm ammonia Nước thải sinh hoạt sẽ được xử lý bằng công nghệ vi sinh (kỵ khí, hiếm khí, và hiếu khí) Nước thải nhiễm sẽ được dẫn qua hệ thống lắng trọng lực và được loại bỏ dầu bằng phương pháp tuyển nổi Nước thải nhiễm ammonia được
xử lý bằng phương pháp chưng cất
3.1.6 Hệ thống bồn chứa NH 3
Hệ thống bồn chứa Ammonia có nhiệm vụ dự trữ ammonia dưới dạng lỏng Trong quá trình hoạt động, do xưởng Ammonia và xưởng Urea hoạt động độc lập nên Ammonia sản xuất được có thể vượt quá nhu cầu của xưởng Urea sẽ được dự trữ tại bồn chứa
3.1.7 Hệ thống đuốc đốt
Đuốc đốt tại xưởng Ammonia và Urea sẽ được điều khiển bởi xưởng phụ trợ Khí nén được đưa đến các đuốc đốt nhằm chuyển hoá hoàn thành khí thải thành các khí cho phép thải ra môi trường
3.2 Xưởng sản phẩm
Xưởng sản phẩm được thiết kế với công suất 120% so với công suất của xưởng Urea Urea hạt từ xưởng Urea sẽ được vận chuyển đến xưởng sản phẩm bằng băng chuyền Tại đây, Urea hạt có thể được đóng bao trực tiếp hoặc được đổ thành đống để bảo quản
Tại khu vực đóng bao được trang bị hệ thống các máy đóng bao bán tự động công suất lên tới 60 tấn/h/line đóng bao Công suất xuất bán tối đa lên tới 240 tấn/h Kho urê rời 85.000 tấn đảm bảo tồn chứa trong 35 ngày nhà máy hoạt động liên tục Kho đóng bao 10.000 đảm bảo chứa toàn bộ sản phẩm urê đóng bao của nhà máy trong hơn 4 ngày
Trang 19Chương 4 Xưởng Ammonia 4.1 Tổng quan
Hình 7 Nguyên liệu và sản phẩm của xưởng Ammonia
4.1.1 Cụm khử lưu huỳnh
Dòng khí tự nhiên được gia nhiệt và trộn với dòng hydro hoàn lưu từ cụm thu hồi ammonia trước khi được đưa vào tháp hydro hóa Ở cụm thiết bị này lưu huỳnh ở dạng hữu cơ và vô cơ được tách ra, việc tách lưu huỳnh hữu cơ sẽ khả thi hơn khi chuyển hóa sang lưu huỳnh vô cơ ở dạng H2S Dòng khí quá trình ra khỏi cần đảm bảo nồng độ dưới 0,5 ppm theo thể tích
4.1.2 Cụm reforming
Khí đã khử lưu huỳnh được chuyển hóa thành khí tổng hợp nhờ quá trình reforming hơi nước trong hai thiết bị reformer sơ cấp và thứ cấp Trong thiết bị reformer sơ cấp diễn ra đồng thời quá trình cắt mạch cacbon và reforming hơi nước khí thiên nhiên tạo
ra H2, CO và CO2 Trong đó đảm bảo chính cho việc chuyển hóa hydrocarbon từ C2+
thành khí methane Tiếp theo, khí metan còn dư tiếp tục chuyển hóa đến hàm lượng 0,6
% mol trước khi vào quá trình chuyển háo CO
4.1.3 Cụm chuyển hoá CO
Khí CO không cần thiết cho quá trình tổng hợp ammonia nên cần tách loại, việc tách loại khả thi ở hiện tại là chuyển hóa sang CO2 Phản ứng được diễn ra trong hai thiết bị nhiệt độ cao và thấp Dòng khí quá trình sau khi ra khỏi quá trình chuyển háo tiếp tục vào quá trình tách CO2.
Trang 204.1.4 Cụm tách CO 2
Khí CO2 được loại ra khỏi dòng khí công nghệ và chuyển sang xưởng sản xuất urea bằng công nghệ của BASF với một tháp hấp thụ hai cấp, một tháp giải hấp và hai thiết bị flash
4.1.5 Cụm methane hoá
Các quá trình tách loại ở trên có hiệu suất nhất định mà sự có mặt của CO và CO2
trong dòng khí công nghệ gây ngộ độc cho xúc tác trong tháp tổng hợp ammonia, tuy nhiên, methane giữ vai trò như là một chất trơ trong phản ứng tổng hợp ammonia Nên dòng khí được đưa qua quá trình methane hóa trước khi vào cụm tổng hợp ammonia
4.1.6 Cụm tổng hợp Ammonia
Ammonia được tổng hợp từ hỗn hợp N2 và H2 với tỉ lệ H2/N2 xấp xỉ 3 Trước khi
đi vào tháp tổng hợp, dòng khí công nghệ được gia nhiệt, nén và loại bỏ nước ngưng tụ Sau đó được đưa sang xưởng ure hay bồn chứa tại xưởng phụ trợ dưới dạng lỏng
4.1.7 Cụm làm lạnh
Mục đích của bộ phận làm lạnh là để thực hiện các nhiệm vụ làm lạnh khác nhau trong chu trình tổng hợp ammonia Nhiệm vụ cơ bản là để ngưng tụ ammonia được sản xuất trong bình tổng hợp Các nhiệm vụ khác là làm lạnh khí make-up, khí phóng không, khí trơ và cung cấp ammonia làm lạnh cho phân xưởng tạo hạt
4.1.8 Cụm thu hồi Ammonia
Mục đích của cụm thu hồi ammonia là để thu hồi lượng ammonia trong dòng khí phóng không từ chu trình tổng hợp và từ các khí off-gas thấp áp khác bằng phương pháp hấp thụ ammonia trong nước Dung dịch ammonia giàu từ các tháp hấp thụ được đưa tới tháp chưng cất, tại đây thu được ammonia lỏng ở bình tách ammonia tại đỉnh và dung dịch nghèo ở đáy tháp
Trang 214.1.9 Cụm xử lý nước ngưng công nghệ
Phân xưởng ammonia trong lúc hoạt động, một lượng nhỏ ammonia được hình thành trong reformer thứ cấp và một lượng nhỏ metanol được hình thành trong các bình chuyển hoá CO Cùng với cacbon dioxit trong khí tổng hợp thô, những hợp chất này đi vào nước ngưng công nghệ Bằng phương pháp chưng cất, ammonia và methanol sẽ được thu hồi ở đỉnh và hoàn lưu trở lại thiết bị reformer và bị hydro hóa thành khí N2 và
Trong trường hợp có sự hiện diện của CO và CO2 trong thành phần khí tự nhiên vào R04201, sẽ xảy ra các phản ứng sau:
A hoặc trong trường hợp R04202A được cô lập để thay thế chất xúc tác Trong mỗi tháp
có chứa một lớp chất xúc tác HTZ-3, thành phần chính ZnO Nhiệt độ vận hành bình
Trang 22thường là khoảng 350oC Kẽm oxit phản ứng với H2S (hydro sulphide) và COS (cacbonyl sulphide) theo các phản ứng thuận nghịch sau đây:
ZnO +H2S ZnS + H2O ZnO +COS ZnS + CO2
4.2.2 Xúc tác và chất hấp thụ
Xúc tác được dùng cho phản ứng hydro hóa trong cụm khử lưu huỳnh là TK-261, Niken – Molypden (Topsoe)
Các yếu tố ảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác:
+ Khởi động thiết bị với dòng nguyên liệu chứa ít lưu huỳnh và nhiều hydro sẽ làm mất dạng sulfide hoạt động của xúc tác do phản ứng:
H2 + MoO3 MoO2 + H2O + Nhiệt độ vận hành cao: hình thành carbon lay – down do phản ứng cracking hydrocarbon, làm giảm hoạt tính xúc tác
CH4 C + 2H2
+ Xúc tác không được tiếp xúc với hydrocarbon mà không có mặt của H2 Hậu quả
có thể là độ chuyển hóa lưu huỳnh hữu cơ giảm, dẫn đến dò rỉ S tới cụm Reforming cao Còn quá trình hấp thụ H2S, hiện nay nhà máy đạm
Cà Mau đang sử dụng HTZ-3 Với hàm lượng ZnO chiếm
99% về khối lượng Điều kiện hoạt động của ZnO là 300
– 400oC phù hợp với nhiệt độ vận hành của cụm HDS là
350oC Một ưu điểm hơn cả là chất hấp thụ này không
phản ứng với hydro tại nhiệt độ vận hành
H2S khuếch tán vào khe hỡ trên bề mặt chất hấp thụ bám vào vỏ ngoài của ZnO Tại trên bề mặt diễn ra phản ứng và hấp thụ hóa học giữa lưu huỳnh và Zn2+ Sau khi ở lớp vỏ ngoài bão hòa, S2- lại tiếp tục khuếch tán vào trong tâm ZnO, sự hấp thụ hóa học diễn ra mạnh hơn
Hình 8 Xúc tác HTZ - 3
Trang 23Sư khuếch nhanh hay chậm phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ vận hành Khi nhiệt
độ thấp, sự khuếch tán ion lưu huỳnh diễn ra chậm và chỉ lớp ngoài chất hấp thụ bão hòa với lưu huỳnh, còn tâm ZnO vẫn nguyên chất Lúc này hiệu quả hấp thụ của ZnO kém hơn Ngược lại, ở điều kiện vận hành nhiệt độ cao, được chứng minh rằng độ chuyển hóa tốt đều diễn ra ở vỏ và ở tâm ZnO Công suất hấp thụ lưu huỳnh tối ưu khi nhiệt độ khoảng 350 – 380oC
Bên cạnh thông số nhiệt độ thì hàm lượng CO2 trong khí nguyên liệu ảnh hưởng rất lớn Carbon dioxide ảnh hưởng một cách gián tiếp do tạo ra nhiều hơi nước theo phản ứng ngược của phản ứng Water Gas Shift Theo đó, hiệu suất hấp thụ diễn ra thấp
CO2 + H2 ↔ CO + H2O ZnS + H2O ↔ ZnO + H2S Hàm lượng carbon dioxide trong dòng khí công nghệ gần 8% Nhìn vào chuyển dịch cân bằng, để giảm được lượng H2S này, có thể tác động để làm giảm lượng tuần hoàn hydro Tuy nhiên như đã phân tích từ đầu, dòng tuần hoàn H2 ảnh hưởng đến quá trình hydro hóa của R04201 Nếu lượng H2 thấp, quá trình hydro hóa trên xúc tác Ni-
Mo diễn ra chậm và nguy cơ xuất hiện rò rỉ lưu huỳnh càng cao
Một vấn đề khác mà hãng Topsoe cũng đã tập trung giải quyết cho trường hợp hàm lượng lưu huỳnh biến thiên trong nguyên liệu đó là sử dụng Sulphur trap ST-101 ở đáy R04202B như là một lớp xúc tác cuối cùng
Lớp xúc tác này được đặt ở đáy thiết bị hấp thụ lưu huỳnh phòng trừ cho lưu huỳnh hấp thụ không hết ở ZnO Nhiệt độ hoạt động từ 150 – 350oC, thích hợp với nhiệt độ vận hành của cụm Desulphurization
Hình 9 Vị trí và hình dạng xúc tác Sulphur trap ST-101
Trang 24Do đó, quá trình reforming diễn ra trong 2 thiết bị nối tiếp reformer sơ cấp và thứ cấp Trước khi nạp vào, dòng khí nguyên liệu được hòa trộn với dòng hơi nước theo tỷ
lệ Steam/C bằng 3 được gia nhiệt đến 535oC (áp suất 3,43 MPag) ở thiết bị trao đổi nhiệt (E04201) trước khi đi vào thiết bị reformer sơ cấp (F04201) Tại đây dòng khí được dẫn vào các ống xúc tác thẳng đứng từ trên xuống dưới, nhiệt cung cấp cho phản ứng được bức xạ từ các đầu đốt đặt trên tường lò tới các ống xúc tác
Nhiên liệu cung cấp cho các đầu đốt lấy từ khí thiên nhiên hòa trộn với dòng flash gas từ cụm tách CO2 Trong khi đó đầu đốt hàng số 5 sẽ lấy nhiên liệu từ dòng khí tổng hợp dư từ tháp tách S04311 trước khi vào máy nén K04431 và off gas từ cụm amoniac recovery Để đảm bảo cháy hoàn toàn nhiên liệu, các đầu đốt được vận hành với lượng không khí dư là 10%, tương ứng với 2% oxi dư trong khói thải Lưu lượng khói thải được điều chỉnh thông qua van điều tiết cửa hút của quạt B04201
Hydrocarbon trong nguyên liệu tới reforming sơ cấp được chuyển hóa thành H2 và carbon oxide Dòng khí đầu ra của hai buồng F04201 có thành phần metan 14,11% mol, nhiệt độ 783oC, sẽ được gom lại thành một dòng đi vào thiết bị reformer thứ cấp Trong thiết bị reformer thứ cấp (R04203), khí công nghệ được hòa trộn với không khí đã được gia nhiệt theo tỷ lệ lưu lượng gas/air = 0,67 Quá trình cháy sẽ diễn ra tại đỉnh thiết bị R04203 cung cấp nhiệt cho phản ứng Nhiệt độ khoảng 1100 – 1200oC
Trang 25Không khí cấp cho R04203 được nén tại máy nén K04421 sau đó được gia nhiệt tại các thiết bị trao đổi nhiệt E04202-1 và E04202-2 để tận dụng lượng nhiệt từ khói lò
Từ buồng đốt khí công nghệ đi xuống tầng xúc tác tại đây xảy ra phản ứng steam reforming Phản ứng này hấp thụ nhiệt nên nhiệt độ dòng khí giảm dần qua lớp xúc tác Nhiệt độ khí công nghệ rời khỏi R04203 khoảng 953oC, hàm lượng metan là 0,6 % mole, chứa khoảng 13,7% mol CO và 8,5% mol CO2 (khí khô)
Khí công nghệ ra khỏi thiết bị reforming sẽ được làm nguội trong nồi hơi nhiệt thừa E04208 và thiết bị trao đổi nhiệt tạo hơi quá nhiệt E04209 để tận dụng lượng nhiệt của quá trình, sau đó được chuyển qua cụm chuyển hoá CO thành CO2
4.3.2 Xúc tác
Lưu huỳnh với lượng rất nhỏ có đi vào trong nguyên liệu reforming Khi cụm hấp phụ lưu huỳnh hoạt động không tốt, bề mặt nikel có thể bị ảnh hưởng do nikel cũng có khả năng hấp phụ lưu huỳnh cao Sự tương tác của lưu huỳnh với tinh thể nikel là hấp phụ hóa học:
Nisurface + H2S S-Nisurface + H2
Chỉ một hàm lượng nhỏ lưu huỳnh trong khí cũng dẫn đến chuyển dịch cân bằng tương đối về phía lưu huỳnh bao phủ bề mặt xúc tác Tốc độ đạt được cân bằng phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh và nhiệt độ
Trong reforming sơ cấp xúc tác phải có bề mặt nikel rộng, thiết kế hình học tốt cho
bề mặt bên ngoài rộng để dễ dàng xâm nhập vào bên trong các hạt xúc tác và không gian rỗng nhiều hạn chế sự tổn áp Hơn nữa, hình dạng các hạt xúc tác phải đảm bảo đủ độ bền cơ học cũng như độ dẫn nhiệt bên trong ống xúc tác
Reformer sơ cấp là thiết bị phản ứng dạng ống lắp trong buồng bức xạ Phần trên cùng của ống được nạp xúc tác RK–211 và giữa RK–201, phần đáy của ống được nạp xúc tác R–67–7H
Ở phần trên cùng sử dụng xúc tác tiền khử, do đó đạt được bề mặt nikel lớn hơn
Bề mặt nikel tăng làm tăng khả năng kháng cự ngộ độc lưu huỳnh