XÚC tác NHÀ máy đạm PHÚ mỹ

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 HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYÊN HỮU LƯƠNG Mục Lục Lịch sử hình thành phát triển: Nguyên liệu sản xuất sản phẩm nhà máy: 2.1 Nguyên liệu sản xuất: 2.2 Sản phẩm: Qui trình cơng nghệ: 3.1 Phân xưởng Ammoniac: 3.1.1 Khử lưu huỳnh: 3.1.2 Công đoạn Steam Reforming: 3.1.3 Chuyển hóa CO: 10 3.1.4 Công đoạn tách CO2: 11 3.1.5 Cơng 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 thu hồi NH3, CO2 áp suất cao: 19 3.2.3 Làm Urea thu hồi NH3, CO2 trung thấp áp: 19 3.2.4 Cô đặc Urea: 21 3.2.5 Tạo hạt Urea: 22 HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Lịch sử hình thành phát triển: - Nhà máy Đạm Phú mỹ đặt khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu nhà máy phân bón lớn đại Tổng cơng ty dầu khí Việt Nam - Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD, xây dựng diện tích 63 hecta, sử dụng công nghệ hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất Ammoniac công nghệ hãng Snamprogetti (Italy) để sản xuất Urea (công suất 740.000 tấn/năm) Đây cơng nghệ với dây chuyền khép kín đầu vào khí thiên nhiên, đầu Urea Ammoniac lỏng 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 khánh thành vào họat động vào ngày 22/9/2004 Nguyên liệu sản xuất sản phẩm nhà máy: 2.1 Nguyên liệu sản xuất:  Hoạt động phân xưởng Amôniắc mô tả lược đồ đây: Hơi trung áp Khí thiên nhiên Ammonia Nước khử khống Cácbon điơxít Khơng khí Điện PHÂN XƯỞNG AMƠNIẮC Condensate từ tuốc-bin Condensate cơng nghệ HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG  Hoạt động phân xưởng Urê mô tả lược đồ đây: Hơi thấp áp Ammonia Urea PHÂN XƯỞNG UREA Khí cácbon điơxit Condensate từ Điện Condensate từ q trình  Ngun liệu nhà máy khí đồng hành Bạch Hổ, ngồi sử dụng khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Cơn Sơn 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 hỗn hợp Cacbua Hydro nhẹ, chủ yếu Metane (CH4) Khí thiên nhiên khai thác từ mỏ khí tách từ khí đồng hành mỏ dầu  Nitơ: Nguyên liệu để tổng hợp NH3 lấy từ khơng khí Hydro:được tạo nhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên nước, nguyên liệu để tổng hợp NH3 CO2:là nguyên liệu để tổng hợp Urea, điều chế từ cơng đoạn Reforming khí thiên nhiên 2.2 Sản phẩm: Sản phẩm phụ-Ammoniac: Ammonia tổng hợp chủ yếu để sản xuất Urea Lượng dư đưa bồn chứa Công suất 1350 Ammonia/ngày (tương đương khoảng 422.598 tấn/năm) NH3 (%wt) 99.8 H2O (%wt) 0.2 max Oil (ppm wt) max HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Ammonia chất khí có cơng thức phân tử NH3, hóa lỏng điều kiện áp suất thường nhiệt độ thấp (khoảng –320C) điều kiện nhiệt độ thường áp suất cao (khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng Sản phẩm - Urea: Cơng 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 hợp chất hóa học có cơng thức phân tử CO(NH2)2, nhiệt độ thường Urea khơng màu, mùi vị, hồ tan nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1350C, tỷ trọng khoảng 1,3230 Urea thủy phân chậm tạo thành Cacbamát Amôn sau phân hủy thành NH3 CO2, sở để sử dụng Urea làm phân bón Trong công nghiệp Urea tổng hợp từ NH3 lỏng CO2 khí điều kiện nhiệt độ áp suất cao HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Qui trình công nghệ: 3.1 Phân xưởng Ammoniac: 3.1.1 Khử lưu huỳnh: Phần lớn khí thiên nhiên ngun liệu có chứa lượng nhỏ lưu huỳnh tồn dạng hợp chất Xúc tác dùng cho công nghệ reforming nước nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh, chúng gây hoạt tính nhiễm độc xúc tác Do HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG hợp chất lưu huỳnh phải khử bỏ trước vào công đoạn Reforming Điều thực công đoạn khử lưu huỳnh phân xưởng NH3 Trong trình khử lưu huỳnh, hợp chất lưu huỳnh hữu chuyển hóa thành H2S xúc tác hydro hóa Sau H2S hấp phụ ZnO Thành phần lưu huỳnh vào reformer từ nguồn (khí ngun liệu, khí tuần hồn, nước) phải nhỏ 0.05 phần triệu khối lượng Công đoạn khử lưu huỳnh bao gồm thiết bị hydro hóa, 10-R-2001 hai thiết bị hấp phụ sulphur 10-R-2002A/B Xúc tác cho 10-R-2001 coban/molypden oxit chất hấp phụ 10-R-2002A/B oxit kẽm Q trình hydro hố thiết bị 10-R-2001: Dịng khí thiên nhiên dịng khí hydro quay từ máy nén 10-K-4031 vào thiết bị hydro hoá 10-R-2001 nhiệt độ 4000C Tại 10-R-2001, nhiệt độ xúc tác cobaltmolybdenum oxit (TK-250), xảy phản ứng hydro hoá: RSH + H2  COS + H2 RH + H2S  CO + H2S Ngoài phản ứng hydro hoá trên, xúc tác TK-250 cịn xúc tiến phản ứng hydro hố hợp chất hydro cacbon không no thành hợp chất hydro cacbon no phản ứng chuyển hoá hợp chất Nitơ hữu thành Ammonia hợp chất hydrocacbon no Trong suốt trình vận hành, hợp chất CO, CO2 khí nguyên liệu cần hạn chế đến mức tối thiểu Nếu có hợp chất nguồn khí nguyên liệu xảy phản ứng gây ảnh hưởng đến hàm lượng hợp chất lưu huỳnh khỏi tháp hấp thụ lưu huỳnh sau: CO2 + H2  CO + H2O CO2 + H2S  COS + H20 Trong trường hợp hàm lượng hợp chất CO cao xảy phản ứng cốc hố hình thành lớp muội cacbon bám bề mặt xúc tác làm giảm họat tính xúc tác HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG  CO C + CO2 Quá trình hấp thụ lưu huỳnh thiết bị 10-R-2002A/B: Dịng khí thiên nhiên sau hydro hố đưa vào thiết bị hấp thụ lưu huỳnh 10-R2002A/B Hai thiết bị hấp thụ giống hệt lắp nối tiếp Thiết bị 10-R-2002B đóng vai trị hỗ trợ trường hợp dịng khí từ 10-R-2002A lưu huỳnh trường hợp thay xúc tác 10-R-2002A Mỗi thiết bị có tầng xúc tác chứa loại xúc tác HTZ Nhiệt độ vận hành bình thường khoảng 4000C Oxit kẽm phản ứng với hydro sulphide carbonyl sulphide theo phản ứng sau: ZnO + H2S  ZnS + H2O ZnO + COS  ZnS + CO2 ZnO không phản ứng oxy hydro nhiệt độ Trong trình vận hành không để nước lọt vào 10-R-2002A/B, ZnO bị hydrate hố khơng thể tái tạo thành ZnO thiết bị phản ứng tái sinh 3.1.2 Công đoạn Steam Reforming: Q trình reforming nước diễn tả phản ứng sau đây:  CnHm + H2O CH4 + 2H2O CO + H2O  HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q  (1) CO + 3H2 – Q (2) CO2 + H2 + Q (3) Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Phản ứng (1) miêu tả chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao chuyển hóa bậc xuống thành hydrocacbon bậc thấp, cuối thành phân từ metan, chuyển hoá phản ứng (2) Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy 500 0C metan 600 0C Nhiệt phát từ phản ứng (3) nhỏ nhiệt cần cho phản ứng (1) phản ứng (2) lớn Phản ứng xảy theo hai bước, reforming sơ cấp 10-H-2001 reforming thứ cấp 10R-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; reformer thứ cấp, nhiệt cung cấp trực tiếp từ 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 H2/N2= 3/1 Điều cịn phải khống chế lượng metan khí trơ khí tổng hợp mức thấp tốt Hàm lượng metan khí cơng nghệ khống chế số cân phản ứng (2) , 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 đưa vào 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 hoàn tồn khí nhiên liệu, 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 7800C hàm lượng metan khoảng 15% mol tính theo khí khơ HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Khi vận hành trường hợp với HRU (thiết bị thu hồi hydro) không làm việc sử dụng khí thải khơng xử lý khí nhiên liệu cho reforming, khí cơng nghệ khỏi reforming nhiệt độ khoảng 8000C hàm lượng metan khoảng 13% mol tính theo khí khơ Trong khoảng khơng gian trống phía reformer thứ cấp người ta lắp béc đốt 10J-2001, khơng khí trộn phần vào khí cơng nghệ Ở xảy chủ yếu phản ứng cháy làm nhiệt độ tăng lên Từ khoảng khơng này, khí cơng nghệ qua lớp xúc tác phía dưới, mà phản ứng reforming xảy hoàn toàn làm nguội hổn hợp khí Nhiệt độ hổn hợp khí khỏi reformer thứ cấp khoảng 958 oC hàm lượng metan 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) 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 Ở tỉ lệ nước cacbon thấp, việc hình thành cacbon xảy kết cacbon lắng tụ, đặc biệt hạt xúc tác.Nếu xúc tác khơng hồn ngun trọn vẹn phần bị oxy hóa, cacbon hình thành 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 Chất xúc tác bền khơng khí đến nhiệt độ 80 0C Nếu tiếp xúc với khơng khí nhiệt độ cao hơn, bị oxy hố, nhiệt độ khơng ảnh hưởng đến xúc tác Hỗn hợp nước khí thiên nhiên nhiệt độ khoảng 535 0C vào đỉnh ống thẳng đứng thơng qua ống góp phân phối phía Hỗn hợp khí khỏi ống nhiệt độ khoảng 783 0C vào ống gom phía HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Cân phản ứng chuyển hố chuyển phía tạo thành nhiều CO2 nhiệt độ thấp có nhiều nước hơn; nhiên tốc độ phản ứng tăng nhiệt độ cao Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng chuyển hố phụ thuộc vào hoạt tính chất xúc tác thành phần khí Do chuyển hố CO hình thành qua hai bước để vừa đảm bảo tốc độ phản ứng hiệu suất chuyển hoá CO cao:  Bước thứ thực thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004, lắp đặt xúc tác SK-201-2 kim loại crom tăng cường oxit sắt  Bước thứ hai thực thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp, nạp hai loại xúc tác khác Lớp đỉnh xúc tác crome LSK, lượng xúc tác lớn LK-821-2 bao gồm oxít đồng kẽm crơm nhơm có hoạt tính cao Thu hồi nhiệt thừa: Giữa hai thiết bị chuyển hố CO, khí công nghệ làm nguội chuỗi trao đổi nhiệt: Thiết bị cân nhiệt 10-E-2011, nhiệt nước 10-E-2010 hâm nóng nước lị 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 3.1.4 Công đoạn tách CO2: HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Hệ thống tách CO2 dựa trình MDEA hoạt hố hai cấp (cơng nghệ BASF) Dung mơi dùng cho trình hấp thụ CO2 MDEA 03 Hệ thống cơng nghệ bao gồm tháp hấp thụ CO2 hai cấp, tháp giải hấp CO2 hai bình tách flash Dịng CO2 bị tách khỏi khí công nghệ hấp thụ vào dung dịch MDEA chứa 40% MDEA Đóng vai trị chất hoạt hố q trình hấp thụ, 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 thụ 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 hàm lượng CO2 khoảng 8,2% mol (khí khơ) Do có mặt nước, khí chứa lượng nhiệt đáng kể thu hồi được, chủ yếu nhiệt ngưng tụ Lượng nhiệt thu hồi gia nhiệt nước nồi số (10-E-2013), nồi đun tháp giải hấp CO2 (10-E-3002) gia nhiệt nước mềm (10-E-3005) Sau khí nước ngưng tụ q trình tách khỏi dịng khí bình tách khí cuối 10-V-3004, khí vào tháp hấp thụ CO2 nhiệt độ khoảng 75oC Trong tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002), CO2 tách khỏi dịng khí hấp thụ ngược dịng hai cấp Trong phần tháp hấp thụ, dung dịch bán tái sinh dùng để hấp thụ phần lớn CO2 Trong phần tháp này, dung dịch tái sinh dùng để tách CO2 lại Tại đầu tháp hấp thụ, hàm lượng CO2 khí giảm xuống thấp 500 phần triệu (khí khô) Các dung dịch vào tháp hấp thụ nhiệt độ 50oC (dung dịch thuần) 73oC (dung dịch bán thuần) gia nhiệt đến khoảng 82oC phản ứng hấp thụ toả nhiệt Dung dịch giàu CO2 rời khỏi tháp hấp thụ CO2 giảm áp thông qua tuốc bin thuỷ lực 10-HT-3001, tuốc bin kéo bơm dung dịch bán (bơm 10-P-3001 A), vậy, giảm mức tiêu thụ lượng trình cách đáng kể Tách tái sinh dung dịch giàu CO2 thực hai cấp để đạt độ tinh khiết cao sản HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG phẩm CO2 Trong bình tách cao áp 10-V-3002, hầu hết thành phần khí trơ hồ tan giải phóng áp suất khoảng 5,5 barg Dung dịch giàu CO2 tiếp tục đến bình tách thấp áp 10-V-3001, nơi mà hầu hết CO2 giải phóng khỏi dung dịch áp suất 0,27 barg CO2 khỏi bình tách thấp áp chứa đầy nước bão hoà nhiệt độ khoảng 72oC Hỗn hợp làm nguội đến 45oC làm lạnh khí tách thấp áp 10-E3006, nước ngưng tụ tách khỏi CO2 thành phẩm bình K.O (10-V-3003) CO2 thành phẩm rời khỏi 10-V-3003 xuất đến phân xưởng urê áp suất 0,18 barg Dung dịch từ đáy bình tách thấp áp chia thành hai dòng Phần lớn dung dịch bơm dung dịch bán 10-P-3001 đưa tới phần tháp hấp thụ Phần lại chuyển đến tháp giải hấp để khử CO2 bơm chia dòng 10-P-3003A/B Trước vào đỉnh tháp giải hấp, dung dịch bán gia nhiệt dung dịch đến từ đáy tháp giải hấp nhờ trao đổi nhiệt 10-E-3001 Trong tháp giải hấp, CO2 khử nhiệt, nhiệt cho yêu cầu tạo nồi đun tháp giải hấp nhờ vào khí nóng cơng nghệ Dịng CO2 bão hoà nước khỏi đỉnh tháp giải hấp khoảng 90 oC qua bình tách thấp áp Hơi nước ngưng tụ làm tăng nhiệt độ bình tách thấp áp, kết bình tách thấp áp làm việc tốt Trước bơm đến đỉnh tháp hấp thụ bơm dung dịch 10-P-3002A/B, dung dịch từ đáy tháp giải hấp làm nguội đến 50 oC nhờ trao đổi nhiệt 10E-3001, hâm nóng nước mềm 10-E-3004 làm nguội dung dịch 10-E-3003 Khí nhả từ bình tách cao áp đưa đến hệ thống khí nhiên liệu reforming HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3.1.5 Công đoạn mêtan hóa: Bước tinh chế khí cuối trước vào tháp tổng hợp metan hố, q trình mà loại CO dư chuyển hoá thành Metan CH4 Metan đóng vai trị khí trơ chu trình tổng hợp amơniắc hợp chất chứa oxy cacbon oxit (CO CO2) độc hại chất xúc tác phản ứng tổng hợp amơniắc Q trình metan hố xảy bình metan hố 10-R-3001, phản ứng liên quan phản ứng ngược phản ứng reforming: CO + 3H2  CH4 + H2O + Q CO2 + 4H2  CH4 + 2H2O + Q Ngồi hoạt tính chất xúc tác có tính chất định đến phản ứng mêtan hóa cịn có nhiệt độ, áp suất hàm lượng nước khí cơng nghệ Nhiệt độ thấp, áp suất cao hàm lượng nước thấp giúp cho cân hố học phản ứng chuyển phía metan hố Trong khoảng nhiệt độ gợi ý 280-450oC; nhiên, điều kiện cân hồn tồn có lợi đến mức hoạt tính xúc tác thực tế nhân tố xác định hiệu suất q trình metan hố Hoạt tính chất xúc tác tăng tăng nhiệt độ, tuổi thọ chất xúc tác lại giảm Nhiệt độ đầu vào bình metan hố 10-R-3001 thiết kế 300 oC lúc khởi động Khí khỏi thiết bị metan hố thơng thường chứa bé 10 ppm CO+CO2, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác thông thường nằm khoảng 20oC Phản ứng metan hoá bắt đầu nhiệt độ khoảng 210 oC, để đảm bảo hiệu hàm lượng CO CO2 thấp khí HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG tổng hợp, nhiệt độ vận hành nên khoảng 250-340 oC tuỳ thuộc vào hoạt tính xúc tác thành phần khí cơng nghệ Nhiệt độ phát nhiệt tăng lên 74 0C/%mol CO 60 0C/%mol CO2 Khí cơng nghệ vào cơng đoạn metan hố mơ tả sau:  Khí cơng nghệ từ tháp hấp thụ CO2 (10-T-3002) gia nhiệt đến nhiệt độ chúng qua trao đổi nhiệt khí-khí 10-E-3011 cân nhiệt (10-E-2011)  Trong vận hành bình thường, 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 tinh lọc 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 amoniắc 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 thích hợp H2 N2 phụ thuộc vào việc thu hồi hydro (HRU) có làm việc hay khơng Nếu HRU không đưa vào vận hành, tỉ lệ gần 3:1 Nếu HRU đưa vào vận hành, tỉ lệ điều chỉnh cho tỉ lệ H2:N2 khí tổng hợp sau thêm hydro thu hồi 3:1 Bình metan 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 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, trái lại đặc tính xúc tác nhiệt độ cao không quan trọng Phản ứng metan hoá bắt đầu nhiệt độ 280 oC gây gia tăng nhiệt độ lớp xúc tác Sự gia tăng nhiệt độ tăng phụ thuộc vào hàm lượng CO CO2 khí cơng nghệ Chất xúc tác metan hố khơng phép tiếp xúc với nhiệt độ lớn 420oC khoảng thời gian dài.Chất xúc tác không phép tiếp xúc với nước ngưng tụ, điều gây nên phân rã HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3.1.6 Công đoạn tổng hợp NH3: Q trình tổng hợp amơniắc xảy theo phản ứng đây: 3/2 H2 + ½ N2  NH3 + 11 kcal/mol NH3 tạo thành Phản ứng tổng hợp NH3 kèm theo phát nhiệt giảm số mol Nồng độ amoniắc điều kiện cân tăng nhiệt độ giảm áp suất tăng Bên cạnh điều kiện cân bằng, động học việc hình thành amoniắc quan trọng Tốc độ phản ứng hình thành NH3 phụ thuộc vào hai yếu tố đối lập nhau:  Tốc độ phản ứng tăng tăng nhiệt độ  Khi giảm nhiệt độ tăng áp suất, cân chuyển hướng hình thành amoniắc Mơ tả cơng nghệ: Q trình tổng hợp amơniắc xảy tháp tổng hợp amôniắc (10-R-5001) theo phản ứng đây: 3H2 + N2  2NH3 + Q Đây phản ứng thuận nghịch phần hydro nitơ chuyển hố thành Ammonia khí tổng hợp qua lớp xúc tác Trong 10-R-5001, khoảng 25% nitơ hydro chuyển hố thành amơniắc Phần khơng chuyển hố cịn lại tái tuần hồn đến tháp tổng hợp sau q trình tách amơniắc thành phẩm dạng lỏng HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Chu trình tổng hợp amơniắc thiết kế với áp suất tối đa 152 barg Áp suất vận hành bình thường 137 barg tháp tổng hợp amơniắc, phụ thuộc vào phụ tải hoạt tính chất xúc tác Khi phụ tải giảm, áp suất chu trình tổng hợp giảm theo Nhiệt độ vận hành bình thường khoảng từ 360 - 485oC lớp xúc tác thứ từ 370 - 445oC lớp xúc tác thứ hai bình 10-R-5001 Sau khí tổng hợp qua 10-R-5001, khí làm lạnh xuống nhiệt độ hầu hết Ammonia ngưng tụ Một lượng nhiệt đáng kể giải phóng phản ứng tổng hợp Ammonia sử dụng để sản xuất nước siêu áp nồi nhiệt thừa 10-E-5001 để gia nhiệt nước lị áp suất cao 10-E-5002 Khí tổng hợp tinh khiết chứa lượng nhỏ tạp chất, chủ yếu khí trơ Ar CH4 Một dịng phóng khơng liên tục từ chu trình tổng hợp cần thiết để tránh tích tụ khí trơ chu trình tổng hợp Quy trình tổng hợp: Khí tổng hợp tinh chế từ cơng đọan metan hố phối trộn với dịng H2 thu hồi từ cụm thu hồi Hydro 10-PK-5001 để đạt tỉ lệ H2/ N2 = 3/1, sau đem nén đến khoảng 132 barg trước đưa vào chu trình tổng hợp Dịng khí sau làm lạnh tách loại nước trước tuần hoàn lại máy nén khí 10-4031 Dịng khí từ máy nén áp suất 138barg gia nhiệt lên 2540C trước vào tháp tổng hợp 10-R-5001 Trong 10-R-5001, trình tổng hợp Ammoniac diễn xúc tác KM1R KM1 Hỗn hợp khỏi thiết bị 10-R-5001 làm lạng xuống -50C Dòng NH3 lỏng tách khỏi dịng ngun liệu bình tách 10-V-5001 đưa sang bình giảm áp 10-V5002 Dịng Ammoniac lỏng từ đáy bình 10-V-5002 trộn với dung dịch NH3 99% từ thiết bị thu hồi Ammoniac, sau phần dẫn sang phân xưởng Urea, phần lại giảm áp bơm bồn chứa 40-TK-5001 có khả chứa từ 20.000 đến 25000 NH3 Dòng khí từ bình tách khí 10-V-5014 đưa vào hệt thống thu hồi NH3.Khí từ hệ thống đưa vào hệ thống thu hồi Hydro 10-PK-5002 Phần khí giàu H2 hồi lưu máy nén khí tổng hợp 10-K-4031 để làm khí nguyên liệu tổng hợp NH3 HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Phần khí có hàm lượng H2 thấp đưa trộn với dịng khí ngun liệu vào tháp 10-H2001 3.2 Phân xưởng sản xuất Urea: Hoạt động phân xưởng Urea tóm tắt qua sơ đồ sau: Tổng hợp thu hồi Urea áp suất cao Làm thu hồi Urea áp suất trung bình thấp Xử lý condensate từ q trình cơng nghệ Cơ đặc chân khơng Tạo hạt Condensate từ q trình (đưa tới Bộ phận xử lý Condensate để dùng lại cho nồi tận dụng nhiệt dư) 3.2.1 Bộ phận nén CO2: Khí CO2 lấy từ Phân xưởng Ammonia điều kiện nhiệt độ 45oC áp suất 0,18 bar sau nén tới áp suất 157 bar máy nén ly tâm bốn cấp, cấp trang bị thêm thiết bị làm lạnh thiết bị tách nước HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3.2.2 Bộ phận tổng hợp Urea thu hồi NH3, CO2 áp suất cao: Urea tổng hợp từ Ammonia lỏng khí cácbon điơxit Trong thiết bị phản ứng Urea, 20-R-1001, Ammonia CO2 phản ứng để tạo thành cácbamat amôn, phần thuỷ phân tạo thành Urea nước Các phản ứng sau: NH3 + CO2 NH2COONH4  NH2COONH4  NH2CONH2 + H2O Trong điều kiện tổng hợp (nhiệt độ khoảng 188 - 190 oC, áp suất khoảng 152 - 157 bar), phản ứng xảy nhanh chóng hồn tồn, phản ứng thứ hai xảy chậm định tốc độ phản ứng Ammonia đến chu trình tổng hợp bơm đến áp suất khoảng 220 bar Trước vào thiết bị phản ứng, Ammonia gia nhiệt sử dụng làm chất lỏng đẩy thiết bị phun dung dịch cácbamat, dung dịch cácbamat thu hồi nâng lên đến áp suất tổng hợp Hỗn hợp Ammonia lỏng cácbamat đưa vào từ đáy thiết bị phản ứng Urea, nơi mà phản ứng với cácbon điôxit nén Sản phẩm phản ứng khỏi thiết bị phản ứng chảy vào phần tháp tách 20-E1001, làm việc áp suất 147 bar, xảy phân huỷ cácbamat Các khí khỏi đỉnh tháp tách chủ yếu bao gồm Ammonia cácbon điôxit ngưng tụ đưa trở lại thiết bị phản ứng Urea 3.2.3 Làm Urea thu hồi NH3, CO2 trung thấp áp: Quá trình làm Urea thu hồi khí khơng ngưng xảy hai giai đoạn áp suất giảm sau:  Giai đoạn thứ 19,5 bar  Giai đoạn thứ hai bar Các thiết bị trao đổi nhiệt trình làm Urea gọi thiết bị phân hủy thiết bị xảy phân hủy cácbamat dư i.Giai đoạn làm thu hồi thứ 19,5 bar: HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Dung dịch, với hàm lượng CO2 lại thấp, rời đáy tháp tách 20-E-1001 giãn nở đến áp suất 19,5 bar vào phần tháp phân hủy trung áp Thiết bị chia thành phần chính: + Thiết bị tách đỉnh 20-V-1002, khí tách trước dung dịch vào chùm ống + Thiết bị phân hủy dạng màng rơi ống 20-E-1002 A/B, cácbamat bị phân hủy + Bồn chứa dung dịch urê 20-Z-1002 nơi dung dịch Urê làm lần đầu (đạt 60-63% khối lượng) tập trung Khí giàu NH3 CO2 rời đỉnh tháp tách 20-V-1002 hấp thụ phần dung dịch nước cácbamat đến từ phận thu hồi áp suất bar Pha hỗn hợp sau đưa đến thiết bị ngưng tụ trung áp 20-E-1006 nơi CO2 hấp thụ hoàn toàn nhiệt ngưng tụ/phản ứng hấp thụ nước làm mát Dòng pha hỗn hợp từ 20-E-1006 chảy vào đáy thiết bị hấp thu trung áp 20-T-1001 Dịng Ammonia khí trơ bão hòa với thành phần nhỏ CO2 (20-100 phần triệu), khỏi đỉnh phận tinh cất ngưng tụ phần Dịng khí khơng ngưng, có chứa khí NH3 bão hồ đưa tới tháp hấp thụ thu hồi Ammonia 20-T-1005 Tại đây, dòng Ammonia lỏng đến từ Phân xưởng Ammonia hấp thụ phần khí NH3 khí trơ Lượng Ammonia cịn lại dịng khí trơ rời đỉnh 20-T-1005 hấp thụ gần triệt để nước ngưng tụ tháp hấp thụ 20-T1003 Khí trơ thải khỏi đỉnh tháp 20-T-1003 có hàm lượng NH3 khơng đáng kể Dòng dung dịch NH3-H2O khỏi đáy tháp 20-T-1003 bơm hồi lưu lại thiết bị hấp thụ trung áp 20-T-1001 Dòng dung dịch cácbamát khỏi đáy thiết bị 20-T-1001 bơm hồi lưu đến phận thu hồi tổng hợp Urea ii.Giai đoạn làm thu hồi thứ hai 4,0 bar: Dung dịch với hàm lượng CO2 lại thấp rời đáy thiết bị phân hủy trung áp giãn nở đến áp suất bar g vào phần thiết bị phân hủy thấp áp Thiết bị chia thành ba phần chính: HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG + Thiết bị tách đỉnh 20-V-1003, khí tách trước dung dịch vào chùm ống + Thiết bị phân hủy dạng màng rơi ống 20-E-1003, cácbamat bị phân hủy + Bồn chứa dung dịch Urea 20-Z-1003 nơi dung dịch Urea làm lần thứ hai (đạt nồng độ 69-71% khối lượng) tập trung Khí NH3 CO2 rời đỉnh thiết bị 20-V-1003 làm mát ngưng tụ nước làm mát, sau thu hồi triệt để thiết bị hấp thụ 20-T-1004 nước ngưng tụ Khí trơ thải khỏi đỉnh thiết bị 20-T-1004 có hàm lượng NH3 không đáng kể Dung dịch ngưng tụ chứa NH3 CO2 bơm hồi lưu trở lại đáy thiết bị hấp thụ trung áp 20-T-1001 giai đoạn làm thu hồi thứ 3.2.4 Cô đặc Urea: Dung dịch Urea rời đáy thiết bị phân hủy thấp áp giãn nở đến áp suất 0,33 bar vào phần thiết bị cô đặc sơ chân không Thiết bị chia thành ba phần chính: + Thiết bị tách đỉnh 20-V-1004 nơi mà khí tách trước dung dịch vào chùm ống Hơi tách hệ thống chân không thứ 20-PK-1003 + Thiết bị cô đặc dạng màng rơi 20-E-1004 nơi lượng nhỏ cácbamat phân hủy nước bay + Thiết bị chứa chất lỏng đáy 20-Z-1004 nơi dung dịch Urê (84-87% khối lượng) tập trung Dung dịch Urea rời bồn chứa cô đặc sơ chân không 20-Z-1004 đưa đến đáy thiết bị cô đặc chân không thứ 20-E-1014 hoạt động áp suất 0,33 bar Pha hỗn hợp khỏi 20-E-1014: lần nứa tách hệ thống chân không thứ 20-PK-1003, dung dịch Urea nóng chảy (95% khối lượng) nhờ trọng lực chảy vào đáy thiết bị cô đặc chân không thứ hai 20-E-1015 hoạt động áp suất 0,03 bar Tiếp đó, pha hỗn hợp khỏi 20-E-1015: tách hệ thống chân không thứ hai 20-PK-1004 dung dịch Urea nóng chảy (99,75% khối lượng) đưa đến phận tạo hạt HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG 3.2.5 Tạo hạt Urea: Urea nóng chảy từ cơng đoạn đặc đưa tới vịi phun tạo hạt, từ giọt Urea nóng chảy rơi dọc theo tháp tạo hạt 20-Z-1008, hóa rắn tiếp xúc với dịng khơng khí lạnh ngược chiều Một tỷ lệ nhỏ Ammonia (vài phần triệu) lại Urea nóng chảy sau đặc: dung dịch axít sulphơric với nồng độ 98% phun vào Urea nóng chảy, theo cách H2SO4 phản ứng với NH3 tạo sulphat amơn trộn lẫn hóa rắn với sản phẩm Urea Hạt Urea tập trung chân tháp tạo hạt thiết bị cào quay, thông qua phễu hình nón, rơi vào băng tải tháp tạo hạt Tiếp đó, chắn sử dụng nhằm loại bỏ Urea bị kết tảng xả trực tiếp, sau hịa tan bồn chứa Urea kín ngầm đưa trở lại tháp tách Urea Cuối cùng, sản phẩm Urea đưa tới băng tải sản phẩm HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Bảng tóm tắc xúc tác hóa chất nhà máy Q trình Kí hiệu Tuổi thọ Thành phần(%kl) (năm) Al2O3:75 - 78 Hydro hóa TK-250 >5 MoO3:12 - 18 CoO: - Hấp phụ lƣu HTZ-3 ZnO:99-100 huỳnh Ni:12 – 15 NiO: – RK-211 3-5 MgO: 25 – 30 Al2O3:60 – 65 K2O , CaO: - Reforming sơ cấp NiO: 15 – 20 RK-201 3-5 MgO: 20 – 25 Al2O3:55 – 60 K2O , CaO: - NiO: 15 – 20 R-67-7H 3-5 MgO: 20 – 25 Al2O3:55 – 60 Ni:7 – 13 RSK-2- HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 7H GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG >5 MgO: 25 – 30 Reforming Al2O3:60 – 70 thứ cấp Ni:2 – RSK-2P >5 MgO: 22 – 35 Al2O3:65 – 75 Fe2O3:80 – 90 Chuyển hóa CO SK-201-2 Nhiệt độ cao Cr2O3: – 13 CuO: – Cr2O3: 40 - 50 LSK Chuyển hóa CuO: 15 - 20 CO Nhiệt độ thấp ZnO: 25 - 35 ZnO: 25 - 35 LK-821-2 Al2O3: - 15 CuO: 44 - 55 CuCO3: - NiO: - Mêtan hóa PK-7R 10 Ni: 25 - 30 Al2O3: 60 - 70 KM-1 >10 Tổng hợp NH3 Fe3O4 : 91 – 95 K2O, Al2O3,CaO, SiO2: - KM1R >10 Fe, FeO : 89 – 93 K2O, Al2O3,CaO, SiO2:7-11 HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG Trang 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU LƢƠNG XÚC TÁC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Lịch sử hình thành... muội cacbon bám bề mặt xúc tác làm giảm họat tính xúc tác HVTH: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com XÚC TÁC NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ GVHD: TS NGUYỄN HƢU... hình thành phát triển: - Nhà máy Đạm Phú mỹ đặt khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa- Vũng Tàu nhà máy phân bón lớn đại Tổng cơng ty dầu khí Việt Nam - Nhà máy có vốn đầu tư 370