Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào cho dây chuyền sản xuất amoniac tại nhà máy đạm phú mỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -eéf - NGUYỄN HỮU BỘ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐẦU VÀO CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AMONIAC TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 10 -2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT -eéf - NGUYỄN HỮU BỘ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐẦU VÀO CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT AMONIAC TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Ngành: Kỹ thuật dầu khí Mã số: 8520604 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN VĂN THỊNH HÀ NỘI - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung nghiên cứu, kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố hình thức trước Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận văn TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Hữu Bộ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 1.1 Giới thiệu nhà máy Đạm Phú Mỹ 1.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản suất ammonia nhà máy Đạm Phú Mỹ 10 1.3 Các loại thiết bị sử dụng dây chuyền công nghệ sản xuất Ammonia 11 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMMONIA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 13 2.1 Ngun lí hoạt động dây chuyền cơng nghệ sản xuất Ammonia nhà máy Đạm Phú Mỹ 13 2.1.1 Khử lưu huỳnh 13 2.1.2 Công đoạn Refoming 15 2.1.3 Chuyển hóa khí CO 19 2.1.4 Công đoạn tách CO2 21 2.1.5 Cơng đoạn Methane hóa 23 2.1.6 Công đoạn tổng hợp Amonia 25 2.1.7 Cơng đoạn xử lý nước ngưng tụ q trình 35 2.2 Tính tốn, đánh giá tình trạng làm việc 10-T5053, 10-P5052B trình giảm áp 10-T5053 điều kiện revamp tối ưu hóa tháp 10-T5053 36 2.2.1 Cơ sở thực giảm áp 10-T5053 điều kiện revamp trình tối ưu hóa lưu lượng vào 10-E5053 36 2.2.2 Kết đánh giá 36 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 44 3.1 Quy trình bảo dưỡng 44 3.1.1 Quy trình sửa chữa 44 3.1.2 Những cố thường gặp trình vận hành, nguyên nhân biện pháp khắc phục 50 CHƯƠNG 4: HOÀN THIỆN QUY TRÌNH VẬN HÀNH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 66 4.1 Những cố thường gặp dây chuyền công nghệ sản xuất 66 4.1.1 Ảnh hưởng dao động áp suất khí cơng nghệ đầu vào nhà máy 66 4.1.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí cơng nghệ 66 4.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ, thành phần khí công nghệ đến dây chuyền công nghệ sản xuất 67 4.1.4 Những bất cập trình vận hành dây chuyền công nghệ liên quan đến thiết bị nhà máy 68 4.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào cho dây chuyền sản xuất Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ 69 4.2.1 Tính tốn so sánh theo lý thuyết/ thực tế số Energy Index giữ khí Nam Cơn Sơn & Khí Cửu Long 69 4.2.2 Kết tính tốn 71 4.2.3 Tính tốn cơng suất vận hành máy nén khí nguyên liệu đầu vào 10K-4011 75 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các loại thiết bị sử dụng dây chuyền công nghệ sản xuất Ammonia nhà máy Đạm Phú Mỹ Bảng 3.1 Các cố gây ảnh hưởng đến hoạt động dây chuyển sản xuất Bảng 4.1 Kết tính tốn, so sánh lý thuyết nhiệt lượng cần thiết để tạo NH3 Bảng 4.2 Các giá trị tính tốn vận hành cho máy nén khí 10K-4011 Nhà máy Đạm Phú Mỹ 14 54 74 77 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 3.1 Hình 4.1 Hình 4.2 Hình 4.3 Trang Sự ảnh hưởng áp suất 10-T5053 đến lưu lượng HP vào 37 10-E5053 Sự ảnh hưởng áp suất 10-T5053 đến lưu lượng HP vào 10-E5053 Sự ảnh hưởng áp suất 10-T5053 đến hàm lượng NOx khói thải 10-H2001 Sự ảnh hưởng nhiệt độ đĩa số 10-T5053 đến lưu lượng vào 10-E5053 Tối ưu nhiệt độ HP vào 10-E5053 Sự ảnh hưởng độ mở van block sau trap đến lưu lượng HP vào 10-E5053 Ảnh hưởng áp suất đến lưu lượng Profile Nhiệt Chênh áp qua bơm 10-P5052B trình thay đổi áp suất 10-T5053 Độ rung bơm 10-P5052B 10-MP5052B trình thay đổi áp suất 10-T5053 Sơ đồ cấp độ sửa chữa Nhiệt lượng khí Feed gas Nam Cơn Sơn & Cửu Long cần cấp 10-H2001 đê tạo NH3 trường hợp tính theo 10FI2001& (10FIC2026*1000-10FIC2035) Nhiệt lượng khí Fuel gas Nam Cơn Sơn & Cửu Long cần cấp 10-H2001 đê tạo NH3 So sánh số Energy-Index khí Nam Cơn Sơn Cửu Long 37 38 39 40 41 42 42 43 46 74 74 75 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhà máy Đạm Phú Mỹ nhà máy sản xuất phân đạm có cơng suất lớn xây dựng Việt Nam Phú Mỹ coi nhà máy đại Đơng Nam Á, với dây chuyền cơng nghệ có tính đồng tự động hóa cao, hệ thống thiết bị nhập hoàn toàn từ nước châu Âu Để làm chủ hệ thống dây chuyền công nghệ nhà máy cần có đội ngũ cơng nhân kỹ sư đào tạo cách quy, chun nghiệp có trình độ cao để làm chủ công nghệ Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng nguồn nguyên liệu cấp từ trạm khí thuộc Tổng cơng ty khí Việt Nam Khí lấy từ nguồn: Khí từ mỏ khí Nam Cơn Sơn khí từ mỏ Bạch Hổ Hiện nay, việc áp dụng thiết bị công nghệ hiệu vào quy trình vận hành sản xuất vấn đề thiết yếu để nâng cao hiệu suất kinh tế Tại nhà máy Đạm Phú Mỹ, nhiệm vụ quan trọng trình vận hành dây chuyền sản xuất nhà máy đảm bảo cho thiết bị dây chuyền công nghệ làm việc cách tốt Bên cạnh đó, dây chuyền sản xuất vào vận hành nảy sinh vài bất cập trình hoạt động cần phải xử lý, giải Việc hồn thiện quy trình vận hành xử lý thành cơng yếu tố cơng nghệ có tính định, đảm bảo cho dây chuyền sản xuất hoạt động tốt, nâng cao hiệu nhà máy Hiện tại, nhà máy Đạm Phú Mỹ vận hành dây chuyền công nghệ nhằm sản xuất sản phẩm Amoniac Tuy nhiên, đến sau thời gian dài vào hoạt động, nhiều yếu tố tác động làm xuất vài bất cập liên quan đến thiết bị công nghệ dây chuyền sản xuất nhà máy, đòi hỏi phải xử lý, bổ sung để hồn thiện q trình sản xuất sản phẩm Do đó, việc hồn thiện quy trình vận hành dây chuyền cơng nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ nhằm nâng cao hiệu q trình vận hành cần thiết Chính vậy, đề tài luận văn “Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào cho dây chuyền sản xuất Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ ” tiếp cận nghiên cứu Mục đích nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu trình ổn định áp suất đầu vào cho dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac Nhà máy Đạm Phú Mỹ - Đề xuất giải pháp phù hợp để ổn định định áp suất đầu vào cho dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac Nhà máy Đạm Phú Mỹ Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Luận văn tập trung vào nghiên cứu nội dung sau: - Tổng quan dây chuyền cơng nghệ sản xuất nhà máy Đạm Phú Mỹ; - Thiết bị sử dụng dây chuyền công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ; - Qui trình vận hành dây chuyền công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ; - Những cố thường gặp trong dây chuyền công nghệ Nhà máy Đạm Phú Mỹ; - Giải pháp công nghệ ổn định áo suất đầu vào dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ Phương pháp nghiên cứu Để thực tốt nội dung nghiên cứu trên, luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp tìm kiếm tài liệu: tìm kiếm tài liên quan Cơng ty dầu khí, Viện nghiên cứu nước giới như: Gas Reseach Institute, SPE Cơng ty dầu khí thuộc Tập Đồn dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN) - Phương pháp khảo sát: Trên sở tài liệu tìm kiếm được, sàng lọc để lựa chọn vấn đề nghiên cứu tồn - Phương pháp phân tích tổng hợp xây dựng báo cáo: phân tích tổng hợp kết nghiên cứu để viết thành luận văn Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Phân tích đánh giá đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến hiệu làm việc dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac Nhà máy Đạm Phú Mỹ Trên sở đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào, giúp nâng cao hiệu vận hành hệ thống dây chuyền công nghệ Nhà máy Đạm Phú Mỹ Ý nghĩa thực tiễn đề tài nghiên cứu: Phân tích nguyên nhân đề xuất giải pháp cố/vấn đề tồn vận hành hệ thống dây chuyền công nghệ tạ Nhà máy Đạm Phú Mỹ Cấu trúc luận văn Luận văn trình bày chương, Phần mở đầu, Kết luận kiến nghị, Danh mục tài liệu tham khảo Toàn nội dung luận văn trình bày 80 trang khổ giấy A4, cỡ chữ 13, font chữ Time New Roman, Unicode, có 13 hình vẽ, 04 bảng biểu Luận văn hồn thành mơn Khoan - Khai thác, Bộ mơn Thiết bị Dầu khí Cơng trình, khoa Dầu khí trường Đại học Mỏ- Địa chất, hướng dẫn khoa học của: TS Nguyễn Văn Thịnh Trong trình làm luận văn tác giả nhận giúp đỡ tạo điều kiện cán thuộc Nhà máy Đạm Phú Mỹ, nơi tác giả công tác, Công ty trực thuộc Tập Đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN),… Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành trước hỗ trợ quý báu Nhân dịp tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Văn Thịnh hướng dẫn trực tiếp phương pháp nghiên cứu cung cấp tài liệu trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cám ơn giúp đỡ tạo điều kiện Ban giám hiệu, Phòng Đại học Sau đại học trường Đại học Mỏ- Địa chất, cán hướng dẫn khoa học, quan, đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! 66 CHƯƠNG 4: HỒN THIỆN QUY TRÌNH VẬN HÀNH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 4.1 Những cố thường gặp dây chuyền công nghệ sản xuất 4.1.1 Ảnh hưởng dao động áp suất khí cơng nghệ đầu vào nhà máy Khí cơng nghệ đầu vào nhà máy Nature Gas (NG) Nhà máy có đơn vị tiêu thụ trực tiếp NG dùng cho nguyên liệu nhiên liệu như: TB Reforming, nồi B8001, gas turbine GT 9001, nồi B9001, hệ thống đuốc… Trong trình hoạt động, áp đầu vào phải giữ ổn định Nếu có dao động xảy dẫn đến việc dao động áp hệ thống làm ổn định dây chuyền cơng nghệ Ví dụ: Nếu áp suất NG đầu vào dao động thấp 24 barg gây trip GT9001 Nếu áp suất giảm đột ngột dịng NG tạm thời gây Trip toàn Xưởng Amo… Hiện nhà máy dùng 01 02 loại khí Nam Cơn Sơn (NCS) khí Cửu long (CL) Với khí NCS áp cao nhiệt trị thấp, khí CL áp thấp nhiệt trị cao Để đảm bảo vận hành ổn định dây chuyền công nghệ với áp NG cấp vào nhà máy Đạm tối thiểu 32-34 barg cho trường hợp phải sử dụng nguồn khí CL (phải sử dụng máy nén khí tăng áp 10- K4011) 40 barg cho NCS Trong trình tổng hợp Amonia, giá trị áp suất có ảnh hưởng lớn đến dây chuyền công nghệ nhà máy Việc nâng cao áp suất tăng tốc độ tạo thành NH3 Bởi vì, phản ứng thể khí, nâng cao áp lực nâng cao nồng độ thể khí, tăng lượng chất tham gia phản ứng chứa đơn vị thể tích Đồng thời nâng cao áp lực làm thu hẹp khoảng cách phần tử Ở nhiệt độ số lần va chạm phân tử tăng lên dẫn đến tăng nhanh tốc độ phản ứng tang lượng sản phẩm NH3 tạo thành trình tổng hợp Ammonia… 4.1.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí cơng nghệ Lưu lượng khí cơng nghệ ảnh hưởng lớn đến trình vận hành sản xuất ammonia nhà máy Đạm Phú Mỹ Việc điều chỉnh sản lượng sản phẩm đầu mang tính định lợi nhuận nhà máy Nếu lưu lượng khí công nghệ không đủ đồng nghĩa với tải nhà máy giảm, vận hành bình thường tải nhà máy đạt khoảng 100% công suất thiết kế với lưu lượng khí cơng nghệ NG đầu vào 67 khoảng 38800 Nm3/h Với lưu lượng giảm xuống tải nhà máy giảm không đạt sản lượng thiết kế… 4.1.3 Ảnh hưởng nhiệt độ, thành phần khí cơng nghệ đến dây chuyền công nghệ sản xuất * Nhiệt độ Xét q trình phản ứng Refoming khí ngun liệu đầu vào, nhiệt độ lò phản ứng refoming sơ cấp 10 – H2001 thấp giá trị vận hành bình thường 7650C q trình refoming khí CH4 giảm * Q trình phản ứng hấp thu khí CO: Cơng thức cấu tạo MDEA ( Methyl Dietanolamine) - Công thức cấu tạo HO - H2C - H2C N - CH3, (viết tắt R3N) (4.1) HO - H2C - H2C - Phương trình phản ứng hấp thụ CO2: R3N + H2O + CO2 R3NH+ + HCO3- (Amine bậc ba) (4.2) 2R2NH + CO2 R2NH2+ + R2NCOO- (Amine bậc hai, piperazine) (4.3) - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thụ: Phản ứng trình hấp thụ phản ứng toả nhiệt, giảm thể tích, để phản ứng xảy tốt phải trì nhiệt độ thấp áp suất cao, ngồi để tăng hiệu q q trình hấp thụ, người ta thêm vào dung dịch MDEA 6% piperazin, Amine bậc hai, với mục đích làm tăng trình chuyển khối CO2 từ pha khí sang pha lỏng, giúp cho trình hấp thụ diễn tốt - Các yếu tố ảnh hưởng đến trình giải hấp thụ: Phản ứng trình giải hấp thụ xảy tốt áp suất thấp nhiệt độ cao, để trình giải hấp thụ xảy tốt cần trì nhiệt độ đáy 10T-3001 khoảng 1120C Ngoài nồng độ dung dịch MDEA ảnh hưởng đến trình hấp thụ giải hấp thụ Nếu nồng độ cao trình hấp thụ xảy tốt, trình giải hấp thụ xảy không triệt để cần nhiều lượng hơn, cần trì nhiệt độ đáy 10T-3001cao * Xét trình phản ứng tổng hợp Ammonia 68 Với áp suất cố định, nồng độ cấu tử khơng đổi, áp suất riêng phần chúng khơng đổi Lúc tốc độ phản ứng phụ thuộc vào số tốc độ phản ứng k1 k2, số tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình: k1 = k01* k2 = k02* e e - E RT - E RT (4.4) (4.5) Trong đó: - k01, k02: số tốc độ điều kiện nhiệt độ lớn vô - e: số - E : Năng lượng hoạt hoá phản ứng - R : Hằng số khí - T : Nhiệt độ Kelvin, (oK) Qua biểu thức ta thấy nhiệt độ tăng k1 k2 lớn Nghĩa tốc độ phản ứng thuận nghịch lớn Tốc độ phản ứng hoá học tăng rõ rệt với tăng lên nhiệt độ Đó nhiệt độ tăng lên tốc độ di chuyển chất tham gia phản ứng tăng lên làm tăng số lần va chạm phân tử, đồng thời làm tăng lực khắc phục lực cản phần tử kết hợp với nhau, từ làm tăng số lần va chạm phân tử Với phản ứng tổng hợp NH3 tương tự vậy, tăng nhiệt độ tăng khả hấp phụ hoạt tính N2, đồng thời tạo điều kiện đẩy mạnh tiếp xúc N2 hấp phụ H2, làm tăng nhanh tốc độ phản ứng tổng hợp NH3 Hơn nữa, phản ứng tổng hợp NH3 phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt Do ảnh hưởng nhiệt độ cân hoá học với tốc độ phản ứng mâu thuẫn (vì phản ứng toả nhiệt nên lấy bớt nhiệt phản ứng có lợi cho phản ứng theo chiều thuận tạo thành NH3) Do đó, tồn nhiệt độ dung hồ gọi nhiệt độ thích hợp (nhiệt độ tối ưu), nhiệt độ thích hợp tốc độ phản ứng lớn hiệu suất tổng hợp NH3 cao 4.1.4 Những bất cập trình vận hành dây chuyền cơng nghệ liên quan đến thiết bị nhà máy Do nhà máy hóa dầu việc tn thủ an tồn qui trình cơng nghệ nghiêm ngặt xảy cháy nổ cao Vì để đảm bảo an tồn cho thiết bị, cơng nghệ người vận hành sản xuất dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ tự động hóa hồn tồn, việc 69 dừng nhà máy có yếu tố an tồn công nghệ nêu yếu tố là: - Áp suất khí nhiên liệu đầu vào thấp dẫn đến Trip IS1… - Lưu lượng khí nguyên liệu thấp dẫn đến TRIP - IS lưu lượng dịng khơng khí thấp Trip IS2, lưu lượng dịng công nghệ thấp Trip IS2… Thiết bị công nghệ đại tự động hóa hồn tồn việc xảy lỗi tín hiệu điều khiển xảy gây nguy an tồn dây chuyền cơng nghệ… 4.2 Nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào cho dây chuyền sản xuất Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ 4.2.1 Tính tốn so sánh theo lý thuyết/ thực tế số Energy Index giữ khí Nam Cơn Sơn & Khí Cửu Long 4.2.1.1 Cơ sở tính tốn a Nhiệt lượng Feed gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 Xét 1Nm3 khí Feed gas nhập liệu vào 10-H2001, dựa vào phản ứng chuyển hóa reforming tính thể tích Nm3 H2 tạo thành (giả sử phản ứng chuyển hóa hồn tồn) CH4 + 2H20 = CO2 + 4H2 (4.6) C2H6 + 4H20 = 2CO2 + 7H2 (4.7) C3H8 + 6H20 = 3CO2 + 10H2 (4.8) nC2H10 + 8H20 = 4CO2 + 13H2 (4.9) iC4 H10 + 8H20 = 4CO2 + 13H2 (4.10) nC5H12 + 10H20 = 5CO2 + 16H2 (4.11) iC5H12 + 10H20 = 5CO2 + 16H2 (4.12) C6H14 + 12H20 = 6CO + 19H2 Dựa vào nhiệt trị Nm3 khí Feed gas vào 10-H2001 thể tích H2 tạo thành từ 1Nm3 khí Feed gas chuyển hóa hồn tồn tính nhiệt lượng cần thiết Feed Gas để tạo thành 1Nm3 H2 Từ tính nhiệt lượng Feed gas cần thiết để tạo thành NH3 b Nhiệt lượng Fuel gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 Nhiệt cấp phản ứng reforming: Xét Nm3 khí Feed gas nhập liệu vào 10H2001: 70 Nhiệt phản ứng ΔH = ΔHsản phẩm - ΔHchất phản ứng (4.13) Trong đó: - : hệ số tỷ lượng chất sản phẩm theo phản ứng reforming - : hệ số tỷ lượng chất phản ứng theo phản ứng reforming - : nhiệt tạo thành chất sản phẩm phản ứng reforming - : nhiệt tạo thành chất phản ứng phản ứng reforming Dựa vào nhiệt phản ứng phản ứng reforming ta tính nhiệt lượng cần thiết để cấp cho phản ứng reforming với giả thiết phản ứng hoàn toàn Từ nhiệt lượng cần cấp cho 1Nm3 khí Feed gas vào 10-H2001 theo phản ứng reforming, ta tính nhiệt lượng cần cấp cho phản ứng để tạo Nm3 H2 (1 NH3) c Nhiệt lượng tiêu tốn CO2 Feed gas mang theo Thành phần CO2 khí Feed gas cấp vào 10-H2001 cấp nhiệt để nâng nhiệt từ 360C (đầu vào 10-E2004-2) ® 7830C (đầu 10-H2001)®75 0C (ra 10-V3004) Nhiệt lượng tiêu tốn CO2 Feed gas cấp 10H2001 xác định theo công thức: FCO2*[(H2-H1)/g - (H2-H3)] (4.14) Trong đó: - FCO2: lưu lượng CO2 khí Feed gas cấp vào 10-H2001/tấn NH3, Nm /tấn NH3; - H1: enthalpy riêng phần CO2 đầu vào 10-E2004-2 360C;Kj/mol; - H2: enthalpy riêng phần CO2 đầu 10-H2001 7830C;Kj/mol; - H3: enthalpy riêng phần CO2 đầu 10-V3004 750C;Kj/mol; - g: hiệu suất lò 10-H2001 (theo PFD Case1:0.935) 4.2.1.2 Nhiệt lượng tiêu tốn khói thải mang nhiệt ngồi mơi trường Giữa khí Nam Cơn Sơn khí Cửu Long có thành phần khác nhau, nhiệt trị khác nên đưa vào 10-H2001 đốt thành phần, lưu lượng khói thải khác dẫn đến mát nhiệt khỏi thải mang ngồi mơi trường khác Xét 1Nm3 Fuel Gas cấp vào 10-H2001, dựa vào phương trình đốt cháy tính thành phần, lưu lượng khói thải: 71 CH4+2O2=CO2+2H2O (4.15) C2H6+7/2O2=2CO2+3H2O C3H8+5O2=3CO2+4H2O (4.16) (4.17) C4H10+13/2O2=4CO2+5H2O) C5H 12+8O2=5CO2+6H2O C6H12 +19/12O2=6CO2+7H2O (4.18) (4.19) (4.20) Từ lưu lượng khói thải tạo thành từ 1Nm3 Fuel Gas nhiệt phản ứng reforming tính lưu lượng khói thải/1 NH3 Nhiệt lượng thất khói thải mang ngồi mơi trường xác định theo công thức: (4.21) Trong đó: - Fkhói thải: lưu lượng khói thải fuel gas 10H2001/tấn NH3, Nm3/tấn NH3 (chỉ tính cho fuel gas khơng tính off gas, flash gas, khơng khí dư) - Cp: nhiệt dung riêng khói thải; Cal/(mol*K) Cp(N2)=6.5+0.001T; Cal/(mol*K) Cp(H2O)=8.22+0.00015T;Cal/(mol*K) Cp(Ar)=4.97;Cal/(mol*K) (4.22) (4.23) (4.24) Cp(CO2)=10.34+0.00274T-195500/T2;Cal/(mol*K) - 303: nhiệt độ khí fuel gas vào 10-H2001 theo PFD Case1, K - 435: nhiệt độ khí khói thải 10-H2001 theo PFD Case 1, K 4.2.2 Kết tính tốn * Nhiệt lượng Feed gas/Fuel gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 theo lý thuyết trình bảng 4.1 Bảng 4.1 Kết tính tốn, so sánh lý thuyết nhiệt lượng cần thiết để tạo NH3 Loại khí Nhiệt lượng Feed gas vào 10H2001 Nhiệt lượng Fuel gas vào 10-H2001 Nhiệt Nhiệt lượng lượng tiêu Nhiệt Nhiệt phản tiêu tốn tốn lượng Fuel ứng CO2 khói thải Gas cấp Feed gas mang 10-H2001 ngồi mơi Energy consumpti on 72 trường NCS CL NCS-CL MBTU/ Tấn NH3 11.227 11.237 -0.011 MMBTU/ Tấn NH3 2.263 2.253 0.010 MBTU/ Tấn NH3 0.0020 0.0005 0.0015 MBTU/ Tấn NH3 0.1277 0.1243 0.0034 MMBTU/ Tấn NH3 2.392 2.377 0.015 MMBTU/ Tấn NH3 13.619 13.615 0.004 Trên sở kết trình bày bảng 1, ta có số nhận xét sau: - Nhiệt lượng Feed gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 khí Nam Cơn Sơn thấp khí Cửu Long - Nhiệt lượng Fuel gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 khí Nam Cơn Sơn cao so với khí Cửu Long - Tổng nhiệt lượng (Feed gas+ Fuel gas) cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 khí Cửu Long thấp khí Nam Cơn Sơn * Nhiệt lượng Feed gas/Fuel gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 theo thực tế Kết tính tốn thể hình 4.1 đến 4.3, sở ta có số nhận xét sau: + Nhiệt lượng khí Feed gas cấp 10-H2001 để tạo NH3 Nhiệt lượng khí Feed gas cấp 10-H2001 để tạo NH3 tính theo 10FI2001 thấp so với (10FIC2026*1000-10FIC2035) Tuy nhiên, xét riêng loại khí xu hướng đồ thị tính theo 10FI2001 (10FIC2026*100010FIC2035) giống Tính theo 10-FI2001: nhiệt lượng khí Feed gas cấp 10-H2001 để tạo NH3 khí Nam Cơn Sơn thấp so với khí Cửu Long Tính theo (10FIC2026*1000-10FIC20335): nhiệt lượng khí Feed gas cấp 10H2001 để tạo NH3 khí Nam Cơn Sơn cao so với khí Cửu Long Theo kết tính tốn lý thuyết trình bày trên, ta thấy nhiệt lượng khí Feed gas cần cấp cho 10-H2001 để tạo NH3 khí Nam Cơn Sơn thấp khí Cửu Long Nhiệt lượng khí Feed gas cấp 10-H2001 để tạo NH3 tính theo 10-FI2001 thấp thực tế phù hợp với xu hướng lý thuyết so với tính theo (10FIC2026*1000-10FIC2035) Điều lượng H2 tiêu tốn 73 qua cụm HDS hai loại khí Nam Cơn Sơn Cửu Long khác nên tính nhiệt lượng theo (10FIC2026*1000-10FIC2035) khơng xác + Nhiệt lượng khí Fuel gas cần cấp 10-H2001 để tạo NH3: Ở khí Nam Cơn Sơn lớn so với khí Cửu Long 0.28 MMBTU/Tấn NH3 phù hợp với xu hướng lý thuyết + Chỉ số Energy-index: Tính theo (10FIC2026*1000-10FIC2035) (Energy –Index) NCS –(Energy-Index)CL =30.13-29.66 =0.47 MMBTU/Tấn NH3 Theo nhận xét nhiệt lượng khí Feed gas để sản xuất NH3 trên: việc tính nhiệt lượng khí Feed gas để sản xuất NH3 theo (10FIC2026*100010FIC2035) không phù hợp với xu hướng lý thuyết Do vậy, chênh lệch EnergyIndex Nam Cơn Sơn khí Cửu Long cao nhiều so với tính tốn lý thuyết Tính theo 10FI2001 (Energy –Index) NCS –(Energy-Index)CL =29.48-29.31 =0.08 MMBTU/Tấn NH3 Tính số Energy-index theo đồng hồ 10FI2001 có kết thấp so với thực tế nhiên xu hướng đồ thị phù hợp với tính tốn lý thuyết Về kết thực tế khí Cửu Long có hiệu sử dụng lượng cao so với khí Nam Cơn Sơn 74 Hình 4.1 Nhiệt lượng khí Feed gas Nam Cơn Sơn & Cửu Long cần cấp 10-H2001 đê tạo NH3 trường hợp tính theo 10-FI2001& (10FIC2026*100010FIC2035) Hình 4.2 Nhiệt lượng khí Fuel gas Nam Cơn Sơn & Cửu Long cần cấp 10-H2001 đê tạo NH3 75 Hình 4.3 So sánh số Energy-Index khí Nam Cơn Sơn Cửu Long 4.2.3 Tính tốn cơng suất vận hành máy nén khí nguyên liệu đầu vào 10K-4011 Thể tích đầu vào khí nén xác định theo công thức sau: != ($)(8.314)(+, )(-, ) (.)(/, ) (4.25) Trong đó: W lưu lượng khối; T1 nhiệt độ đầu vào; Z1 hệ số nén khí đầu vào; M khối lượng phân tử; P1 áp suất đầu vào Giả sử trình nén đoạn nhiệt đẳng entropy, ta có: %&' /0 (*-,)/* !"# = − (4.26) ((*-,)/* /1 Trong đó: P2 áp suất đầu ra; T nhiệt độ tuyệt đối; R số chất khí; k tỷ số nhiệt dung Các tính tốn thực cho toàn cấp nén mà tiến hành cho cấp nén riêng biệt dựa việc áp dụng hệ số nén trung bình: !& + !( !"#$ = (4.27) Q trình nén đẳng nhiệt Tính tốn áp giá trị nhiệt dung !"# = %&'( )*+ ,(.-1)/ 34 3+ (5-+)/5 − (4.28) Biểu thức (4.28) viết dạng: !"# = 8.314 +,- /0 * (2-1)/2 67 60 (8-0)/8 −1 (4.29) 76 Công suất khí nén xác định sau: !" = $ %&' h&' 3,600 (4.30) Ở h!"=0.83 Giá trị tương đối theo lý thuyết chênh lệch nhiệt độ đầu tính theo biểu thức sau: !"#$%&' = !) + ∆!#$%&' (4.31) *+ *) ∆"#$%&' = ") ( ))/- −1 (4.32) Nhiệt độ đầu thực tế ước tính sau: !" = !$ + ∆!'()*'+ ∆"#$%&#' = ") *+ *) ( ))/- (4.33) −1 h34 (4.34) Quá trình đa biến Quá trình đẳng tích đẳng áp trường hợp giới hạn loại trình thường gọi “quá trình đa biến” Trong trình áp suất thể tích riêng mơi chất biến đổi theo quy luật riêng Hiệu suất trình đa biến xác định bởi: ! = !-1 % h& %-1 (4.35) Phương trình nhiẹt dung cơng suất khí dựa q trình nén đa biến là: !" = $%&' ()* + ,-1 /, 01 0* (3-*)/3 − Hoặc viết dạng sau: !" = 8.314 *+,- / ) 0-1 /0 32 31 (4.36) (0-1)/0 − (4.37) Ở n số mũ đa biến !" = !" = $ %& h& 3 600 !$% h& h'( (4.37) (4.38) Nhiệt độ đầu thực tế xác định công thức từ (4.31) đến (4.34), thay (k-1)/k !"# với (n-1)/n !" tương ứng Kết tính tốn thơng số cho máy nén khí nguyên liệu đầu vào 10K4011 nhà máy Đạm Phú Mỹ trình bày bảng sau (Bảng 4.2) 77 Bảng 4.2 Các giá trị tính tốn vận hành cho máy nén khí 10K-4011 Nhà máy Đạm Phú Mỹ Giá trị đầu vào Nhiệt độ đầu vào T1 °C 20 Áp xuất đầu vào P1 barg 24.5 Lưu lượng thể tích F Nm3/h 38275 Khối lượng phân tử M kg/kmol 18.78 Tỉ số nhiệt dung k 1.24 Lưu lượng khối w kg/h 32089.49 Hệ số nén Z1 0.934 Giá trị đầu Áp xuất đầu P2 barg 38.1 Hệ số nén Z2 0.935 Nhiệt độ đầu T2 °C 57 Mức tiêu thụ lượng ! " Hiệu suất đa biến 0.83 Z Hệ số nén trung bình 0.9345 avg Số mũ đa biến n 1.304091 Nhiệt dung trình đa H biến KN.m/kg 54.89507 p Cơng suất khí, chưa bao gồm tổn thất học GP kW 589.5219 78 KẾT LUẬN Quá trình nghiên cứu, phân tích đánh giá đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến hiệu làm việc dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac Nhà máy Đạm Phú Mỹ sở để nâng cao hiệu sản xuất sản phẩm Nhà máy Đặc biệt, trình nghiên cứu đề xuất giải pháp ổn định áp suất đầu vào dây chuyền công nghệ sản xuất Amoniac giúp giảm thiểu cố xảy ra, đảm bảo an toàn nâng cao hiệu vận hành hệ thống dây chuyền công nghệ Khí cơng nghệ đầu vào nhà máy Nature Gas (NG) Trong trình hoạt động, áp đầu vào phải giữ ổn định Nếu có dao động áp suất xảy dẫn đến việc dao động áp hệ thống làm ổn định dây chuyền cơng nghệ Nếu áp suất giảm đột ngột dịng NG tạm thời gây Trip tồn Xưởng Amo… Trong trình hoạt động, Nhà máy Đạm Phú Mỹ dùng 01 02 loại khí Nam Cơn Sơn (NCS) khí Cửu long (CL) Đối với nguồn khí NCS áp cao nhiệt trị thấp, khí CL áp thấp nhiệt trị cao Để đảm bảo vận hành ổn định dây chuyền công nghệ với áp suất NG cấp vào nhà máy Đạm tối thiểu 32-34 barg cho trường hợp phải sử dụng nguồn khí CL Trường hợp phải sử dụng máy nén khí tăng áp 10K4011 Khi sử dụng nguồn khí NCS áp suất cấp đầu vào phải đạt 40 barg Trong trình tổng hợp Amonia, giá trị áp suất có ảnh hưởng lớn đến dây chuyền công nghệ nhà máy Việc nâng cao áp suất tăng tốc độ tạo thành sản phẩm NH3 Bởi vì, phản ứng thể khí, nâng cao áp lực nâng cao nồng độ thể khí, tăng lượng chất tham gia phản ứng chứa đơn vị thể tích Đồng thời nâng cao áp lực làm thu hẹp khoảng cách phần tử Bên cạnh lưu lượng khí cơng nghệ ảnh hưởng lớn đến trình vận hành sản xuất ammonia nhà máy Đạm Phú Mỹ Việc điều chỉnh sản lượng sản phẩm đầu mang tính định lợi nhuận nhà máy Nếu lưu lượng khí cơng nghệ khơng đủ đồng nghĩa với tải nhà máy giảm, vận hành bình thường tải nhà máy đạt khoảng 100% công suất thiết kế với lưu lượng khí cơng nghệ NG đầu vào khoảng 38800 Nm3/h Với lưu lượng giảm xuống tải nhà máy giảm không đạt sản lượng thiết kế Đối với yếu tố nhiệt độ, ta thấy tốc độ phản ứng hoá học tăng rõ rệt với tăng lên nhiệt độ Đó nhiệt độ tăng lên tốc độ di chuyển chất tham gia phản ứng tăng lên Điều làm tăng số lần va chạm phân tử, đồng thời làm tăng lực khắc phục lực cản phần tử kết hợp với nhau, từ làm tăng số lần va chạm phân tử Với phản ứng tổng hợp NH3 tương tự vậy, tăng 79 nhiệt độ tăng khả hấp phụ hoạt tính N2, đồng thời tạo điều kiện đẩy mạnh tiếp xúc N2 hấp phụ H2, làm tăng nhanh tốc độ phản ứng tổng hợp NH3 Do phản ứng tổng hợp NH3 phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt Vì vậy, ảnh hưởng nhiệt độ cân hoá học với tốc độ phản ứng mâu thuẫn Do đó, tồn giá trị nhiệt độ dung hồ gọi nhiệt độ thích hợp Ở giá trị nhiệt độ này, tốc độ phản ứng lớn hiệu suất tổng hợp NH3 cao nhất, sản phẩm NH3 tạo thành lớn 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Petroskills – Amomonia Plant Model [2] Steam Turbine Operation and Mainternan [3] Operating Manual for Ammonia Plant [4] V - Mcherkassky, ‘Pums - Fans - Compressor’, Moscow - 1985 [5] Nguyễn Minh Tuyển ‘Bơm – Máy nén - Quạt công nghiệp’, Nxb KH GD -1985 [6] National Productivity Council, India Compressors In: Technology Menu for Efficient Energy Use, Motor Drive Systems (NPC) 1993 [7] McKane, A and Medaris, B The Compressed Air Challenge – Making a difference for US industry 2003