Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 TẬP ĐOÀN DẦU KHÍ QUỐC GIA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC DẦU KHÍ VIỆT NAM BÁO CÁO KIẾN TẬP NGÀNH NGHỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Minh Tâm Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Mục Lục: Giới thiệu tổng quát nhà máy Đạm Phú Mỹ Mơ tả quy trình cơng nghệ tổng hợp Amoniac 2.1 Khử lưu huỳnh: 2.1.1 Mô tả công nghệ tổng quát: 2.1.2 Hydro hóa: 2.1.3 Hấp phụ H2S: 2.2 Công đoạn Reforming 2.2.1 Mô tả công nghệ tổng quát 2.2.2 Reformer sơ cấp: 2.2.3 Reformer thứ cấp: 2.2.4 Thu hồi nhiệt thừa: 2.3 Chuyển hoá CO 10 2.3.1 Mô tả công nghệ tổng quát 10 2.3.2 Bình chuyển hố CO nhiệt độ cao 10 2.3.3 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp 11 2.3.4 Thu hồi nhiệt thừa 11 2.4 Công đoạn tách CO2 12 2.5 Methane hóa: 13 2.5.1 Mô tả công nhệ tổng quát 13 2.5.2 Thiết bị methane hoá 14 2.6 Công đoạn tổng hợp NH3: 15 2.6.1 Lý thyết trình 15 2.6.2 Mô tả công nghệ 16 2.6.3 Tháp tổng hợp Amoniac 10-R-5001 17 2.6.4 Làm lạnh 18 2.6.5 Thu hồi amoniac 19 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Giới thiệu tổng quát nhà máy Đạm Phú Mỹ Hình 1: Nhà máy Đạm Phú Mỹ Nhà máy Đạm Phú Mỹ có tổng vốn đầu tư 370 triệu USD, công suất thiết kế ban đầu 740.000 urea/năm, sử dụng công nghệ hãng Haldor Topsoe ( Đan Mạch) để sản xuất khí Amoniac cơng nghệ sản xuất phân urê hãng Snamprogetti (Italy) Đây công nghệ hàng đầu giới với dây chuyền khép kín, nguyên liệu đầu vào khí thiên nhiên, khơng khí đầu ammoniac urê Chu trình cơng nghệ khép kín với việc tự tạo điện nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động sản xuất kể lưới điện quốc gia có cố khơng đủ điện cung cấp Nhà máy gồm có phân xưởng xưởng ammoniac, xưởng urê, xưởng phụ trợ, xưởng sản phẩm phòng/xưởng chức khác Đội ngũ quản lý, vận hành bảo dưỡng nhà máy chủ động đảm đương vận hành hết hạng mục công việc, nhà máy vận hành ổn định, đạt 100% công suất thiết kế số vận hành tiêu chuẩn Với 800 cán bộ, kỹ sư, công nhân, kỹ thuật viên lành nghề, kết hoạt động thời gian qua Nhà máy Đạm Phú Mỹ đóng góp phần lớn cho thành chung Tổng cơng ty Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Năm 2009, Nhà máy Đạm Phú Mỹ vinh dự đón nhận Huân chương Lao động hạng Nhà nước trao tặng Năm 2010 Nhà máy trao Cúp Vàng Chất lượng công trình xây dựng Việt Nam – giải thưởng Quốc gia Bộ Xây dựng chủ trì Mơ tả quy trình công nghệ tổng hợp Amoniac Khử lưu huỳnh  Reforming ( Sơ cấp thứ cấp)  Chuyển hóa CO  Tách CO2  Methane hóa  Tổng hợp NH3 2.1 Khử lưu huỳnh: Hình 2: Sơ đồ trình khử lưu huỳnh 2.1.1 Mơ tả cơng nghệ tổng quát: Xúc tác dùng cho công nghệ reforming nước nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh, chúng gây hoạt tính nhiễm độc xúc tác Mà phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu có chứa lượng nhỏ lưu huỳnh tồn dạng hợp chất Do cần phải loại bỏ hợp chất lưu huỳnh trước vào cơng đoạn reforming Trong q trình khử lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh hửu chuyển hoá thành H2S xúc tác hydro hố Sau H2S hấp phụ oxit kẽm (ZnO) Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Cơng đoạn lưu huỳnh bao gồm thiết bị hydro hố, 10-R-2001 hai thiết bị hấp phụ sulphur 10-R-2002A/B Xúc tác cho 10-R-2001 coban/molypden oxit xúc tác cho 10-R2002A/B oxit kẽm 2.1.2 Hydro hóa: Xúc tác thứ hệ thống khử lưu huỳnh coban-molypden, Topsoe TK-250 dùng cho phản ứng hydro hoá Các phản ứng xảy sau: RSH + H2 => RH + H2S R1SSR2 + 3H2 => R1H + R2H + 2H2S R1SR2 + 2H2 => R1H + R2H + H2S (CH)4S + 4H2 => C4H10 + H2S COS + H2 => CO + H2S Trong R gốc hydrocacbon Khí hydro tham gia hydrohố tuần hồn từ cơng đoạn sau Cần nên tránh diện CO CO2 khí hydro hố giai đoạn chạy máy bình thường Nếu có, xảy phản ứng sau: CO2 + H2  CO + H2O CO2 + H2S  COS + H2O Sự diện CO, CO2 H2O ảnh hưởng đến lượng lưu huỳnh dư dòng khỏi bình hấp phụ lưu huỳnh Hàm lượng CO CO2 cao thời khử hoạt tính xúc tác 2.1.3 Hấp phụ H2S: Khí tự nhiên hydro hố đưa vào bình hấp phụ lưu huỳnh 10R-2002 A/B Hai bình hấp phụ lưu huỳnh, đặt nối tiếp nhau, hồn tồn giống 10-R-2002 B đóng vai trò bảo vệ trường hợp xảy dư lưu huỳnh khỏi bình 10-R-2002 A trường hợp 10-R-2002 A cô lập để thay chất xúc tác Mỗi bình có lớp chất xúc tác chứa xúc tác kẽm oxit Kẽm oxit phản ứng với hydro sulphide cacbonyl sulphide phản ứng thuận nghịch sau đây: ZnO + H2S  ZnS + H2O ZnO + COS  ZnS + CO2 Hằng số cân cho phản ứng kẽm oxit hydro sulphide diễn tả phương trình sau đây: Kp(T) = PH2S / PH2O = 2,610-5 400oC Chất xúc tác không phản ứng với oxy hydro nhiệt độ thực tế Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Kẽm sulphide khơng có tính tự bốc cháy khơng u cầu đặc biệt dở xúc tác 2.2 2.2.1 Công đoạn Reforming Mô tả công nghệ tổng quát Trong công đọan reforming, khí qua khử lưu huỳnh chứa thành phần cần thiết chuẩn bị thành khí tổng hợp nhờ trình reforming xúc tác hỗn hợp hydrocacbon với nước khơng khí Q trình reforming nước diễn tả phản ứng sau đây: CnHm + H2O  Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q (1) CH4 + 2H2O  CO + 3H2 – Q CO + H2O  CO2 + H2O + Q (2) (3) Phản ứng (1) miêu tả chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao chuyển hóa bậc xuống thành hydrocacbon bậc thấp, cuối thành phân tử methane, chuyển hoá phản ứng (2) Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy 500oC methane 600oC Nhiệt phát từ phản ứng (3) nhỏ nhiệt cần cho phản ứng (1) (2) lớn Phản ứng xảy theo hai bước, reforming sơ cấp 10-H-2001 reforming thứ cấp 10-R-2003 Nhiệt cần thiết cho phản ứng hai thiết bị reforming cấp theo hai cách khác  Trong reformer sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng cung cấp dạng gián tiếp từ lò đốt;  Trong reformer thứ cấp, nhiệt cung cấp trực tiếp từ q trình đốt khí cơng nghệ với khơng khí Sự chuyển hố reforming sơ cấp điều chỉnh cho khơng khí cấp nhiệt cho reforming thứ cấp để đảm bảo yêu cầu tỉ lệ hydro nitơ 3/1 Điều phải khống chế lượng methane khí trơ khí tổng hợp mức thấp tốt Đối với cân phản ứng Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 (2) hàm lượng mêtan giảm tăng nhiệt độ, tăng nước giảm áp suất Trước vào refomer sơ cấp, H-2001, hổn hợp nước/khí tự nhiện hâm nóng lên khoảng 535oC hâm 10-E-2001 nằm phận khí thải reforming sơ cấp Sau hổn hợp nước/ reforming ống thẳng đứng chứa xúc tác Các ống xúc tác đặt buồng đốt reforming sơ cấp, mà xạ nhiệt truyền từ béc đốt đến thành ống Để đảm bảo cháy hồn tồn khí nhiên liệu, béc đốt vận hành với lượng khơng khí thừa Các béc đốt vận hành với lượng khơng khí thừa khoảng 10% tương ứng với 2% thể tích 02 khí thải Hydrocacbon khí nguyên liệu vào reforming sơ cấp chuyển hoá thành hydro cabon oxit Khi vận hành trường hợp với HRU (thiết bị thu hồi hydro) làm việc sử dụng khí thải xử lý khí nhiên liệu cho reforming, khí cơng nghệ khỏi reforming nhiệt độ khoảng 780 oC hàm lượng me tan khoảng 15% mol tính theo khí khơ Khi vận hành trường hợp với HRU (thiết bị thu hồi hydro) khơng làm việc sử dụng khí thải khơng xử lý khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ khỏi reforming nhiệt độ khoảng 800 oC hàm lượng me tan khoảng 13% mol tính theo khí khơ Nhiệt độ hỗn hợp khí khỏi reformer thứ cấp khoảng 958 oC hàm lượng methane khoảng 0.6% mol tính theo khí khơ Khí khỏi reformer thứ cấp chứa khoảng 13,5% mol CO 7,5% mol CO2, vậy, có nguy hình thành cacbon theo phản ứng Boudouard sau: 2CO  CO2 + C (muội than) hổn hợp khí nguội xuống Trong vận hành reforming sơ cấp cacbon hình thành phần phía ngồi phía xúc tác Cacbon nằm phía ngồi hạt xúc tác làm tăng tổn thất áp suất lớp xúc tác phía hạt xúc tác làm giảm hoạt tính độ bền học xúc tác 2.2.2 Reformer sơ cấp: Reformer sơ cấp có tổng cộng 180 ống xúc tác reformer lắp đặt hai buồng xạ nhiệt Phần ống reformer nạp xúc tác loại RK-211 RK-201, phần đáy ống xúc tác nạp xúc tác R-67-7H Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Hổn hợp nước khí thiên nhiên nhiệt độ khoảng 535 oC vào đỉnh ống thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía Hỗn hợp khí khỏi ống nhiệt độ khoảng 783 oC vào ống gom phía Hình 3: Cấu tạo béc đốt Các ống xúc tác buồng đốt đốt 480 béc đốt xếp hàng thẳng đứng buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profile nhiệt độ dọc theo chiều dài ống xúc tác Bằng cách tối ưu hoá việc xử dụng ống xúc tác đắt tiền Khói thải lên gần với đỉnh buồng xạ nhiệt Nhiệt độ khói khoảng 1027 oC Hỗn hợp khí tự nhiên khí nhả từ cơng đoạn tách CO đốt chung với khí thải xử lý từ chu trình tổng hợp NH3 béc đốt reforming sơ cấp Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Béc đốt loại tự hút khí kiểu nút đơn Khí thải xử lý cung cấp cho béc đốt tách riêng nhằm tránh hình thành cabamat 2.2.3 Reformer thứ cấp: Reformer thứ cấp nạp xúc tác RKS-2-7H Lớp xúc tác nằm hai lớp hạt nhơm với kích cỡ khác lưới nhôm đặt đỉnh lớp xúc tác để giữ chất xúc tác khỏi rung động bảo vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc trực tiếp với lửa Trong reformer thứ cấp q trình đốt khí cơng nghệ với khơng khí khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100-1200oC phần reformer thứ cấp Do phản ứng reforming với methane hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm khí xuống qua lớp xúc tác nhiệt độ khoảng 958 oC Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã khoảng nhiệt độ từ 1400-1500oC Chất xúc tác hoạt hố khơng phép tiếp xúc với khơng khí nhiệt độ lớn 100oC ghây nên phát nhiệt Vì nhiệt tạo phản ứng oxy hố khơng giải phòng khỏi bình reformer thứ cấp, dẩn đến tình trạng nhiệt phá huỷ chất xúc tác 2.2.4 Thu hồi nhiệt thừa: Nhiệt thừa khói thải từ buồng xạ nhiệt reformer sơ cấp khí cơng nghệ từ reformer thứ cấp dùng để hâm nóng dòng cơng nghệ khác tạo nước siêu cao áp Bao gồm q trình:  Thu hồi nhiệt thừa khói thải Bộ gom khói thải từ hai buồng xạ nhiệt vào cơng đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải, nhiệt thừa khói thải sử dụng để: - Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hơi nước trước vào reformer sơ cấp - Hâm nóng khơng khí cơng nghệ cho reformer thứ cấp 10-R-2003 - Quá nhiệt cho nước cao áp - Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hồn trước vào hydrohố/ hấp phụ sulphur 10-R-2001 - Hâm nóng nước cấp nồi công đoạn thu hồi nhiệt thừa cơng nghệ Tại đầu nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng 162 oC Công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải nối với ống khói thơng qua quạt khói 10-K-2001 Nó hút khói mơi trường thơng qua ống khói reforming 10-SK-2001  Thu hồi nhiệt thừa cơng nghệ Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Khí cơng nghệ rời cơng đoạn reforming vào lò nhiệt thừa, 10-E2008 nhiệt nước 10-E-2009 Hơi nước bảo hoà áp suất 118 barg sinh 10-E-2008 Trong 10-E-2009 nước nhiệt từ 324 lên 376 oC Bao 10-V-2001 dung chung cho 10-E-2008/2010 lò nhiệt thừa tổng hợp amoniac 10-E-5001 Khí công nghệ làm nguội đến 360 oC bô nhiệt 10-E2009 trước vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004 2.3 2.3.1 Chuyển hố CO Mơ tả cơng nghệ tổng qt Cacbon monoxit khí cơng nghệ rời khỏi cơng đoạn reforming chuyển hố thành cacbon dioxit hydro theo phản ứng chuyển hoá CO 10R-2004 10-R-2005: CO + H2O  CO2 + H2 + Q Thông qua bước: Bước thứ nhất: thực thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R2004, lắp đặt xúc tác SK-201-2 oxit crom tăng cường oxit sắt Bước thứ hai: thực thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp nạp hai loại xúc tác khác 2.3.2 Bình chuyển hố CO nhiệt độ cao Bình chuyển hố CO nhiệt độ cao 10-R-2004 chứa đựng chất xúc tác SK201-2, lắp đặt lớp Chất xúc tác hỗn hợp crôm oxit tăng cường sắt oxit Xúc tác phân phối trạng thái oxít nên khơng ảnh hưởng khơng khí, nước, CO2 khí trơ nhiệt độ cao Xúc tác nạp trạng thái oxít cao Q trình hồn ngun thực khí cơng nghệ có chứa hydro vào lúc khởi động công đoạn reforming Xúc tác khơng nên tiếp xúc với khí hydro CO khơ, chúng làm hỏng xúc tác Xúc tác lạnh hâm nóng nước kể oxyhố hồn ngun Các giọt nước ngưng tụ xúc tác nóng làm phân huỷ xúc tác Xúc tác nhạy cảm với muối vô hình thành nước Nồng độ Clo nhỏ 10 ppm khí đầu vào sẻ khơng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác 10 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Do chất xúc tác hoạt hố có tính tự bốc cháy, phải vận chuyển cách cẩn thận dở xúc tác 2.3.3 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp Hai chất xúc tác nạp vào bình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp Lớp chất xúc tác crơm (LSK) Xúc tác lại LK-821-2 Chất xúc tác LK-821-2 chứa đựng oxit đồng, crơm nhơm Thiết bị chuyển hố CO nhiệt độ thấp chứa tổng cộng 35.7 M3 xúc tác Xúc tác LSK bảo vệ cho xúc tác chuyển hoá CO chống lại clo giọt ngưng tụ Khi xúc tác trạng thái hồn ngun, thơng thường nhiệt độ 250 oC nên tránh xúc tác cuối đời Nhiệt độ vận hành bình thường nằm khoảng 170-250 oC Tiếp xúc với nhiệt độ 300 oC thời gian ngắn không ảnh hưởng tổn hại đến xúc tác Vận hành bình thuờng nên thực nhiệt độ thấp tốt, nhiệt độ điểm sương khí cơng nghệ nên giữ 15-20 oC 2.3.4 Thu hồi nhiệt thừa Hình 4: Thiết bị thu hồi nhiệt thừa 11 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Giữa hai thiết bị chuyển hoá CO, khí cơng nghệ làm nguội chuỗi trao đổi nhiệt: Thiết bị cân nhiệt 10-E-2011, nhiệt nước 10-E2010 hâm nóng nước lò số 10-E-2012 khí cơng nghệ làm nguội chuỗi trao đổi nhiệt đến nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 190 oC.Sau thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp, khí cơng nghệ làm nguội hâm nóng nước lò số hai 10-E-2013, nồi đun tripper 10-E-3002 trước vào công đoạn tách CO2 2.4 Công đoạn tách CO2 Mô tả công nghệ tổng quát Hệ thống tách CO2 dựa trình MDEA (Metyl Dietanol Amin) hoạt hố hai cấp (cơng nghệ BASF) Dung mơi dùng cho q trình hấp phụ CO2 aMDEA 03 Hệ thống cơng nghệ bao gồm tháp hấp phụ CO2 hai cấp, tháp giải hấp CO2 hai bình tách flash CO2 bị tách khỏi khí cơng nghệ hấp phụ vào dung dịch MDEA chứa 40% MDEA Đóng vai trò chất hoạt hố q trình hấp phụ, dung dịch MDEA chứa đựng 3% khối lượng chất piperazine, chất giúp tăng tốc độ truyền khối CO2 từ pha khí sang pha lỏng Phần lại dung dịch nước Phản ứng tổng thể xảy trình hấp phụ CO2 miêu tả phản ứng đây: R3N + H2O + CO2  R3NH+ + HCO32R2NH + CO2  R2NH2+ + R2N-COOPhản ứng đầu phản ứng cho amine bậc ba (ví dụ MDEA) Phản ứng thứ hai phản ứng cho amine bậc hai (ví dụ piperazine) Khí rời khỏi cơng đoạn chuyển hố CO có mặt nước chứa lượng nhiệt đáng kể Lượng nhiệt thu hồi gia nhiệt nước nồi số 2, nồi đun tháp giải hấp CO2 gia nhiệt nước mềm Sau khí nước ngưng tụ q trình tách khỏi dòng khí bình tách, khí cuối vào tháp hấp phụ CO2 Tại đậy CO2 tách hấp phụ ngược dòng hai cấp Phần tháp hấp phụ phần lớn CO2 Phần tháp dùng để tách CO2 lại Sau dung dịch vào tháp hấp phụ nhiệt độ gia nhiệt lên Dung dịch giàu CO2 rời khỏi tháp hấp phụ CO2 giảm áp Quá trình tách tái sinh dung dịch giàu CO2 thực hai cấp để đạt độ tinh khiết cao sản phẩm CO2 Trong bình tách cao áp hầu hết thành phần khí trơ hồ tan giải phóng Dung dịch giàu CO2 tiếp tục đến bình tách thấp áp, 12 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 nơi mà hầu hết CO2 giải phóng khỏi dung dịch Khí nhả từ bình tách cao áp đưa đến hệ thống khí nhiên liệu reforming CO2 khỏi bình tách thấp áp chứa đầy nước bão hồ làm nguội làm lạnh khí tách thấp áp Nước ngưng tụ lại thu CO2 thành phẩm đưa tới xưởng Urê 2.5 2.5.1 Methane hóa: Mơ tả cơng nhệ tổng qt Bước tinh chế khí cuối trước vào tháp tổng hợp methane hố, loại cacbon oxit dư chuyển hố thành methane Methane khí trơ chu trình tổng hợp amoniac Ngược lại, hợp chất chứa oxy cacbon oxit (CO CO2) độc hại chất xúc tác tổng hợp amoniac.) Q trình methane hố xảy bình methane hố 10-R-3001, phản ứng liên quan phản ứng ngược phản ứng reforming: CO + 3H2  CH4 + H2O + Q CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O + Q Các đại lượng định đến phản ứng methane hoá - bên cạnh hoạt tính chất xúc tác – nhiệt độ, áp suất, hàm lượng nước khí công nghệ Nhiệt độ thấp, áp suất cao hàm lượng nước thấp giúp cho cân hoá học phản ứng chuyển phía methane hố Trong khoảng nhiệt độ gợi ý 280-450oC, nhiên, điều kiện cân thực tế nhân tố xác định hiệu suất trình Nhiệt độ đầu vào bình methane hố thiết kế 300oC lúc khởi động Khí sau methane hoá thường chứa bé 10 ppm CO+CO2, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác thông thường nằm khoảng 20oC Phản ứng methane hoá bắt đầu nhiệt độ khoảng 210 oC, để đảm bảo hiệu nên nhiệt độ vận hành nên khoảng 250-340 oC tuỳ thuộc vào hoạt tính xúc tác thành phần khí công nghệ Nhiệt độ phát nhiệt tăng lên 74oC/%mol CO 60oC/%mol CO2 Khí cơng nghệ vào cơng đoạn methane hố mơ tả sau 13 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Khí cơng nghệ từ tháp hấp phụ CO2 (10-T-3002) gia nhiệt đến nhiệt độ 300ºC chúng qua trao đổi nhiệt Trong vận hành, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác cần nằm khoảng 20oC, tương ứng với nhiệt độ đầu khoảng 320oC Bộ trao đổi nhiệt khí-khí 10-E-3011 làm lạnh khí đến khoảng 74oC Khí sau dẩn đến làm lạnh cuối 10-E-3021 tách khí cuối 10-V-3011, nơi mà nước ngưng tụ tách khỏi khí cơng nghệ Từ thiết bị tách khí cuối khí nguyên liệu cho tổng hợp amoniac đưa đến máy nén khí tổng hợp Khí sau tinh chế chứa N2, H2 với tỉ lệ khí trơ Ar CH4 khoảng 1,3% mol Tỉ lệ H2 N2 gần 3:1 Nếu HRU (bộ thu hồi hydro) sử dụng tỉ lệ điều chỉnh 3:1 Thiết bị methane hố 2.5.2 Bình methane hố 10-R-3001 có lớp xúc tác loại PK-7R Chất xúc tác PK-7R loại xúc tác niken chứa khoảng 27% niken Xúc tác có đặc điểm giống xúc tác reforming nghĩa xúc tác niken chất mang ceramic Bởi phản ứng thực nhiệt độ thấp nhiều so với xảy reformer, nên xúc tác phải hoạt tính nhiệt độ thấp Nhiệt độ đầu vào cần điều khiển để đảm bảo hàm lượng CO CO2 đủ thấp khí đầu ra, nhiệt độ đầu vào khoảng 300oC tốt thời điểm khởi động Chất xúc tác nhạy cảm với hợp chất lưu huỳnh, clo không dược phép tiếp xúc nước Sự giảm tính hoạt hố ngun nhân sau đây: - Già cỗi nhiệt Ngộ độc dần tạp chất (kali, lưu huỳnh, asen) khí nguyên liệu Hàm lượng CO cao bất thường gây nên gia tăng nhiệt độ cao lớp xúc tác Rối loạn chức hệ thống tách CO2 Khi chất xúc tác trở nên già cỗi, dần hoạt tính; điều bù trừ cách tăng nhiệt độ 14 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Hoạt hoá chất xúc tác thực cách đơn giản cách gia nhiệt khí cơng nghệ bình thường Hàm lượng CO CO2 khí dùng q trình hoạt hố phải mức thấp có thể, tốt 1% mol CO+CO2 nhằm giảm thiểu gia tăng nhiệt độ lớp xúc tác Hình 6: Tháp methane hóa 2.6 2.6.1 Cơng đoạn tổng hợp NH3: Lý thyết q trình Phản ứng: K= 𝟑 𝟐 𝟏 𝟏𝟏𝐤𝐜𝐚𝐥 𝟐 𝐦𝐨𝐥 𝐇𝟐 + 𝐍𝟐 ↔ 𝐍𝐇𝟑 + 𝐍𝐇𝟑 𝐭𝐚̣𝐨 𝐭𝐡𝐚𝐧𝐡 𝐻23 ×𝑁2 𝑁𝐻32 Nồng độ 𝑁𝐻3 đk cân tăng nhiệt độ giảm áp suất tăng Tốc độ phản ứng hình thành 𝑁𝐻3 phụ thuộc vào yếu tố đối lập nhau: - Tốc độ phản ứng tăng tăng nhiệt độ Ở 400 oC tốc độ hình thành amoniac tăng tăng nhiệt độ - Khi giảm nhiệt độ tăng áp suất, cân chuyển hướng hình thành amoniac.Ở nhiệt độ cao 500oC, giảm nhiệt độ sẻ làm tăng tốc độ hình thành amoniac 15 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Điểm tốc độ hình thành amoniac cực đại nằm hai nhiệt độ Điểm xác tính tốn tìm thực nghiệm Hình 7: Quy trình tổng hợp Amoniac 2.6.2 Mơ tả cơng nghệ Q trình tổng hợp amoniac xảy tháp tổng hợp amoniac (10-R5001) theo phản ứng đây: 3H2 + N2  2NH3 + Q Trong 10-R-5001, khoảng 25% nitơ hydro chuyển hoá thành amoniac Phần khơng chuyển hố lại tái tuần hoan đến tháp tổng hợp sau trình tách amoniac thành phẩm dạng lỏng Áp suất tối đa 152 barg Áp suất vận hành bình thường 137 barg b.2) Nồng độ amoniac đầu vào tháp tổng hợp Nồng độ amoniac đầu vào tháp tổng hợp thấp cho khả phản ứng cao sản phẩm cao (4.10% NH3) 16 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 b.3) Các khí trơ/khí phóng khơng Khoảng 20000 Nm3/h khí tổng hợp phóng khơng từ chu trình với hàm lượng NH3 khơng đáng kể Mức độ phóng khơng nên điều chỉnh cho mức khí trơ tối ưu chu trình khoảng 8% b.4) Tỉ lệ Hydro/nitơ Sự sai lệch không đáng kể tỉ lệ H2/N2 khí make-up dẩn đến thay đổi lớn tỉ lệ H2/N2 khí tổng hợp tuần hồn Tỉ lệ H2/N2 khí make-up cần mức gần với 3,0 Tỉ lệ H2/N2 chu trình tổng hợp cần trì mức ổn định 2.6.3 Tháp tổng hợp Amoniac 10-R-5001 c.1) Thông tin chung 10-R-5001 thuộc loại S-200 với khí chạy qua lớp xúc tác theo hướng kính 10-R-5001 chứa hai lớp xúc tác trao đổi nhiệt hai lớp c.2) Xúc tác KM1/KM1R tăng cường xúc tác sắt, chứa đựng lượng nhỏ oxit không khử (2% khối lượng oxi) KM1R khơng tự bốc cháy nhiệt độ 90-100oC Kích thước hạt xúc tác khoảng 1,5 - mm(nhỏ): - Tính xúc tác cao - Khơng tạo độ chênh áp lớn Chất xúc tác hoạt hoá nhờ khử sắt oxit bề mặt sang sắt tự với hình thành nước Hoạt tính xúc tác giảm từ từ trình vận hành, ảnh hưởng bởi: - Nhiệt độ lớp xúc tác - Nồng độ chất gây ngộ độc xúc tác c.3) Nhiệt độ phản ứng tháp tổng hợp amoniac Nhiệt độ tối thiểu 360oC Khi khí qua lớp xúc tác, nhiệt độ tăng lên đến nhiệt độ tối đa Nhiệt độ đầu từ lớp xúc tác thứ thơng thường khoảng 480-485oC Nhiệt độ khí khỏi lớp xúc tác thứ hai khoảng 440oC c.4) Tốc độ tuần hồn 17 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Năng suất chu trình tổng hợp với sản phẩm amoniac tăng tăng tốc độ tuần hoàn c.5) Áp suất vận hành Áp suất vận hành thực tế không kiểm sốt trực tiếp mà phụ thuộc điều kiện cơng nghệ khác suất, khí trơ, nồng độ amoniac đầu vào tháp tổng hợp, tỉ lệ H2/N2 hoạt tính xúc tác Chu trình tổng hợp thiết kế với áp suất tối đa 152 barg áp suất vận hành ban đầu 137 barg đầu vào tháp tổng hợp 2.6.4 Làm lạnh Hình 8: Thiết bị làm lạnh 10-E-5004 Mục đích: thực nhiệm vụ làm lạnh khác chu trình tổng hợp amoniac Nhiệm vụ để ngưng tụ amoniac sản xuất tháp tổng hợp Các nhiệm vụ khác làm lạnh khí make-up, khí phóng khơng khí trơ Năm làm lạnh (chiller) vận hành hai áp suất khác nhau, máy nén amoniac, máy nén amoniac tăng cường, làm lạnh amoniac cuối cùng, bình tích tụ amoniac 18 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 2.6.5 Thu hồi amoniac Mục đích: thu hồi lượng amoniac khí phóng khơng từ chu trình tổng hợp từ khí off-gas thấp áp khác, để thu hồi chúng lại nồng độ 99% amoniac lỏng Hình 9: Bình chứa sản phẩm ammoniac lỏng Cơng đoạn bao gồm thiết bị sau với trao đổi nhiệt, bơm thùng KO: Tháp hấp phụ khí phóng khơng (10-T-5051) Tháp hấp phụ khí off-gas (10-T-5052) Tháp chưng cất (10-T-5053) 19 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 20 Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt ... Hình 1: Nhà máy Đạm Phú Mỹ Nhà máy Đạm Phú Mỹ có tổng vốn đầu tư 370 triệu USD, cơng suất thiết kế ban đầu 740.000 urea/năm, sử dụng công nghệ hãng Haldor Topsoe ( Đan Mạch) để sản xuất khí Amoniac. .. 2013 Mục Lục: Giới thiệu tổng quát nhà máy Đạm Phú Mỹ Mô tả quy trình cơng nghệ tổng hợp Amoniac 2.1 Khử lưu huỳnh: 2.1.1 Mô tả công nghệ tổng quát: 2.1.2 Hydro... hoạt động thời gian qua Nhà máy Đạm Phú Mỹ đóng góp phần lớn cho thành chung Tổng cơng ty Nhóm phân xưởng Amoniac Đợt Vũng Tàu, 29 tháng 06 năm 2013 Năm 2009, Nhà máy Đạm Phú Mỹ vinh dự đón nhận