[ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP] NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT URÊ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT URÊ NHÀ MÁY

ĐẠM PHÚ MỸ

Trình độ đào tạo: Đại học hệ chính quy

Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học Chuyên ngành: Hóa dầu

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Quốc Hải Sinh viên thực hiện: Hoàng Hữu Thắng

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

ĐỒ ÁN/ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày 16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Họ và tên sinh viên: Hoàng Hữu Thắng Ngày sinh:19/04/1993

Trình độ đào tạo : Đại học

1 Tên đề tài: Nghiên cứu quy trình vận hành hệ thống thiết bị phân xưởng Urê nhà máy

Đạm Phú Mỹ

2 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Quốc Hải 3 Ngày giao đề tài: 01/2015

4 Ngày hoàn thành đồ án/ khoá luận tốt nghiệp: 07/2015

Bà Rịa-Vũng Tàu, ngày 03 tháng 07 năm 2015

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Giảng viên Th.S Nguyễn Quốc Hải, KS Đoàn Văn Toàn, KS Phan Thái Sơn Các nội dung trong bản đồ án là do em nghiên cứu từ các tài liệu do xưởng Urê nhà máy Đạm Phú Mỹ cung cấp, không sao chép từ bất kỳ bản đồ án/luận văn nào khác Các thông tin thứ cấp được sử dụng trong đồ án là có nguồn gốc, được trích dẫn rõ ràng và tuân thủ các nguyên tắc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào, em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình

Tp Vũng Tàu, ngày 08 tháng 05 năm 2014

SVTH

Hoàng Hữu Thắng

Toàn, Phan Thái Sơn cũng như nhiều công nhân vận hành hiện trường khác của xưởng Urê – Nhà máy Đạm Phú Mỹ đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn em trong suốt quá trình em thực hiện đồ án này

Xin gửi lời cảm ơn tới ThS Nguyễn Quốc hải đã giúp đỡ, chỉ bảo em tận tình trong quá trình làm đồ án này

Xin cảm ơn quý Thầy, quý Cô bộ môn Hóa dầu khoa Hóa học và CNTP – Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã cung cấp cho em những kiến thức nền tảng cơ bản quý báu trong suốt thời gian theo học tại trường

Xin cảm ơn quý Thầy, Cô trong Hội đồng chấm luận văn đã dành chút thời gian của mình để đọc và đưa ra các nhận xét quý báu giúp em hoàn thiệt hơn đồ án này

Trân trong./

Tp Vũng Tàu, ngày 08 tháng 05 năm 2015 Kính thư

Hoàng Hữu Thắng

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1

1.3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

1.5 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI 2

1.6 CẤU TRÚC CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 3

CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ THEO CÔNG NGHỆ SNAMPROGETTI 6

3.1 LÝ THUYẾT CÔNG NGHỆ 6

3.1.1 Cơ chế quá trình tổng hợp Urê 6

3.1.2 Quá trình phân giải, hấp thụ thu hồi 11

3.1.3 Cô đặc chân không 12

3.1.4 Xử lý nước quá trình 15

3.2 LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ 19

3.2.1 Công đoạn nén CO2 19

3.2.2 Công đoạn chuẩn bị NH3 21

3.2.3 Tổng hợp Urê và thu hồi CO2 cao áp 21

3.2.4 Tinh chế Urê và thu hồi NH3, CO2 trung – thấp áp 22

4.1.1 Thông số cơ bản các thiết bị chính trong cụm nén CO2 26

4.1.2 Vận hành điều khiển các thiết bị trong cụm nén CO2 27

4.2 TỔNG HỢP URÊ VÀ THU HỒI CO2 CAO ÁP 42

4.2.1 Thông số cơ bản các thiết bị chính trong cụm tổng hợp cao áp 42

4.2.2 Vận hành điều khiển các thiết bị 44

4.3 PHÂN GIẢI VÀ THU HỒI Ở TRUNG VÀ THẤP ÁP 53

4.3.1 Thông số cơ bản các thiết bị 54

4.3.2 Vận hành điều khiển các thiết bị trong cụm phân giải và thu hồi trung thấp áp 57

4.4 CÔNG ĐOẠN CÔ ĐẶC – TẠO HẠT 70

4.4.1 Thông số cơ bản các thiết bị 70

4.4.2 Vận hành điều khiển các thiết bị 75

4.5 CÔNG ĐOẠN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHỆ 85

4.5.1 Thông số cơ bản các thiết bị 85

4.5.2 Vận hành điều khiển các thiết bị 86

4.6 HỆ THỐNG BỒN BỂ CHỨA 92

4.6.1 Bồn chứa dịch Urê TK1001 92

4.6.2 Bồn chứa Urê của hệ thống xả kín TK1003 93

4.6.3 Bồn chứa nước ngưng quá trình TK1002 94

4.6.4 Bồn chứa cacbonat thải kín TK1004 95

4.6.5 Bồn chứa nước thải nhiễm Urê BA-1001 95

4.6.6 Bồn chứa nước nhiễm hóa chất TK1006 96

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 97

5.1 KẾT LUẬN 97

5.2 KIẾN NGHỊ 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

thấp áp thêm vào

truyền kết quả phân tích

chất

thành tín hiệu thủy lực

đổi nhiệt

thiết bị trao đổi nhiệt

truyền tín hiệu điều khiển lưu lượng

tín hiệu lưu lượng

HV Hand Valve Van điều khiển bằng tay

khiển mức

truyền tín hiệu mức

khiển áp suất

tín hiệu áp suất

SE Speed Element Cảm biến tốc độ

khiển tốc độ

DANH MỤC HÌNH VẼ

HÌNH 2. 1:NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 3 HÌNH 3.1:BIỂU ĐỒ ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ NH3/CO2 TỚI ĐỘ CHUYỂN HÓA CỦA CO2

[5, PP.11-7/60] 7 HÌNH 3.2:BIỂU ĐỒ ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ H2O/CO2 TỚI ĐỘ CHUYỂN HÓA CO2 TẠI

NHIỆT ĐỘ 1900C[5, PP.11-8/60] 9 HÌNH 3.3:ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI ĐỘ CHUYỂN HÓA CO2[5, PP.11-10/60] 10 HÌNH 3.4:ĐỒ THỊ TRẠNG THÁI PHA CỦA DUNG DỊCH URÊ THEO NỒNG ĐỘ, NHIỆT ĐỘ

VÀ ÁP SUẤT [5, PP.11-29/60] 15 HÌNH 3.5:ĐỒ THỊ THỂ HIỆN SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ NH3,CO2,URÊ TỚI SỰ

THỦY PHÂN URÊ TẠI NHIỆT ĐỘ 2050C[5, PP.11-33/60] 18 HÌNH 3.6:ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI HIỆU SUẤT THỦY PHÂN URÊ [5, PP.11-

34/60] 19

BẢNG 3.1:QUAN HỆ NHIỆT ĐỘ VÀ ÁP SUẤT PHÂN GIẢI CACBAMAT [4, P.48] 10

BẢNG 4.1:THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TUABIN STK1001 26

BẢNG 4.2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT MÁY NÉN K1001 27

BẢNG 4.3: THÔNG SỐ DÒNG CO2 RA VÀ VÀO CÁC CẤP MÁY NÉN 27

BẢNG 4.4: THÔNG SỐ CƠ BẢN THÁP PHẢN ỨNG R1001 43

BẢNG 4.5:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ PHÂN HỦY CAO ÁP E1001 43

BẢNG 4.6:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ- SINH HƠI E1005A/B 43

BẢNG 4.7:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ TÁCH CACBAMAT V1001 44

BẢNG 4.8:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ V1002/Z1002 54

BẢNG 4.9:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ E1002A/B 54

BẢNG 4.10:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ V/Z1003 55

BẢNG 4.11:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THIẾT BỊ E1003 55

BẢNG 4.12:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ T1003/E1011 55

BẢNG 4.13:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ V/T1005 56

BẢNG 4.14:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP HẤP THỤ TRUNG ÁP T1001 56

BẢNG 4.15:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CÁC THIẾT BỊ V1006/T1004/E1012 56

BẢNG 4.16:THÔNG SỐ CƠ BẢN CÁC THIẾT BỊ V/E/Z1004 71

BẢNG 4.17:THÔNG SỐ CƠ BẢN CÁC THIẾT BỊ V/E1014 VÀ V1030 71

BẢNG 4.18:THÔNG SỐ CƠ BẢN E1015 71

BẢNG 4.19:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ V1015 72

BẢNG 4.20:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ Z1015 72

BẢNG 4.21:THÔNG SỐ CƠ BẢN BƠM P1008A/B 72

BẢNG 4.22:THÔNG SỐ CƠ BẢN CÁC THIẾT BỊ PK1003/E1/E2/E3 73

BẢNG 4.23:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CÁC THIẾT BỊ PK1003/J1/J2 73

BẢNG 4.24:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ PK1004/E1/E2 73

BẢNG 4.25:THÔNG SỐ CƠ BẢN THIẾT BỊ PK1004/J1/J2/J3 74

BẢNG 4.26:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA THÁP TẠO HẠT Z1008 74

BẢNG 4.27:THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA GÀU PHUN Z1009A/B 74

BẢNG 4.28:THÔNG SỐ CƠ BẢN THÁP T1002 85

BẢNG 4.29:THÔNG SỐ BÌNH THỦY PHÂN R1002 86

BẢNG 4.30:THÔNG SỐ BỒN CHỨA DỊCH URÊ TK1001 93

BẢNG 4.31:THÔNG SỐ BỒN CHỨA TK1003 93

BẢNG 4.32:THÔNG SỐ BỒN CHỨA NƯỚC NGƯNG QUÁ TRÌNH TK1002 94

BẢNG 4.33:THÔNG SỐ BỒN CHỨA CACBONAT THẢI KÍN TK1004 95

BẢNG 4.34:BẢNG THÔNG SỐ BỒN CHỨA NƯỚC THẢI NHIỄM URÊ BA-1001 95

BẢNG 4.35:BẢNG THÔNG SỐ BỒN CHỨA NƯỚC NHIỄM HÓA CHẤT TK1006 96

Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Trong công tác đào tạo và hoạt động nghiên cứu khoa học của Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu cũng như các trường đại học kỹ thuật hóa học khác trên cả nước, từ trước đến nay hầu hết đi vào nghiên cứu phần đầu xử lý nguyên liệu, chế tạo xúc tác, thiết kế thiết bị, thiết kế nhà máy…chứ chưa đi vào một công tác cũng rất quan trọng khác ở phần cuối trong nhà máy đó là vận hành

Trong nền công nghiệp sản xuất phân bón và hóa chất của Việt Nam thì nhà máy Đạm Phú Mỹ là nhà máy có công nghệ, thiết bị hiện đại bậc nhất đầu tiên của nước ta Việc áp dụng công nghệ tổng hợp Urê của hãng Snamprogetti - Ý cùng thiết bị các nước thuộc khối EU đã giúp nhà máy vận hành trơn tru và cho ra sản phẩm có chất lượng cao Đi theo đó, nhà máy Đạm Phú mỹ là nơi tập trung các chuyên gia đầu ngành của nước ta về vận hành một nhà máy hóa chất, phân bón Ngoài ra, nhà máy còn nằm trên địa bàn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu nên thuận lợi cho sinh viên trường ĐH BRVT thực tập

Trong xưởng Urê, với rất nhiều thiết bị, mỗi thiết bị đảm nhiệm một chức năng riêng, một vị trí vai trò riêng nhằm đảm bảo mục đích tạo ra sản phẩm Urê đạt tiêu chuẩn chất lượng, sử dụng tiết kiệm nguyên liệu, năng lượng và an toàn

Vì những lý do đó, em xin được nghiên cứu quy trình vận hành hệ thống thiết bị phân xưởng Urê nhà máy Đạm Phú Mỹ

1.2 Tình hình nghiên cứu

Công nghệ Snamprogetti đã có hơn 100 nhà máy trên thế giới áp dụng để sản xuất Urê, vì vậy việc vận hành công nghệ này đã được áp dụng thành công trên thế giới [1]

Ở Việt Nam, nhà máy Đạm Phú Mỹ là nhà máy đầu tiên áp dụng công nghệ này, sau nhiều năm đi vào vận hành khai thác, cán bộ kỹ sư xưởng Urê đã nắm vững quy trình vận hành, làm chủ thiết bị

1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài

Nhằm mục đích tiếp cận thực tế vận hành điều khiển một nhà máy hóa chất – phân bón, tìm hiểu một khía cạnh công việc của một kỹ sư công nghệ hóa học khi ra trường sẽ làm gì và làm như thế nào Ngoài ra, hiểu được tầm quan trọng hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp sản xuất phân bón – hóa chất

Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các tài liệu xưởng Urê Nhà máy Đạm Phú Mỹ cung cấp

Nghiên cứu thực nghiệm: Quan sát thực tế vận hành tại hiện trường, vận hành

DCS tại phòng điều khiển trung tâm

1.5 Các kết quả đạt được của đề tài

hành thiết bị

bị hóa chất

1.6 Cấu trúc của Đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp này gồm năm chương, bao gồm:

Chương 2 TỔNG QUAN

Nhà máy Đạm Phú Mỹ được xây dựng trong khu công nghiệp Phú Mỹ 1 – huyện Tân Thành – tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu với diện tích 63 ha Vị trí nhà máy được thể hiện trong chứng chỉ Quy hoạch số 07/201/BQL – CCQH do Ban QL các KCN Bà Rịa – Vũng Tàu cấp ngày 12/03/2001 Nhà máy có tổng vốn đầu tư vào khoảng 450 triệu USD, với công suất 800.000 tấn Urê/năm

Hình 2 1: Nhà máy Đạm Phú Mỹ

Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất khí Amoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti (Ý) để sản xuất phân Urê Đây là các công nghệ hàng đầu thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kíp, hiện đại, tiết kiệm tối đa nguyên liệu và bảo vệ môi trường Riêng công nghệ tổng hợp Urê Snamprogetti thuộc thế hệ công nghệ sau năm 1960, nó cùng với Stamicarbon (Hà Lan), TEC (Nhật Bản) là các hãng công nghệ sản xuất Urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn Urê sản phẩm rất thấp [2] So với các nhà máy trong nước, như nhà máy Đạm Hà Bắc sử dụng công nghệ Trung Quốc với nguyên liệu là khí tổng hợp từ than thì Snamprogetti hiện đại hơn về nhiều mặt và thân thiện với môi trường, so với nhà máy Đạm Cà Mau thì chỉ khác ở việc sử dụng công nghệ

tạo hạt theo dạng mầm tinh thể, nồng độ Urê đưa đi tạo hạt không cần quá cao như nhà máy ĐPM

Nguyên liệu: nguyên liệu chính dùng cho nhà máy là khí thiên nhiên và khí đồng

hành được khai thác từ mỏ Bạch Hổ, bồn trũng Nam Côn Sơn và các bể khác thuộc thềm lục địa phía Nam

Bảng 2.1 Đặc tính khí nguyên liệu

Xưởng tổng hợp Amoniac

Xưởng tổng hợp Amoniac sử dụng công nghệ Haldor Topsoe để tổng hợp

 Tổng hợp Urê và thu hồi CO2 ở áp suất cao

 Công đoạn cô đặc, tạo hạt

Chương 3 LÝ THUYẾT VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ THEO CÔNG NGHỆ SNAMPROGETTI

ứng xảy ra nhanh, tỏa nhiệt và hoàn toàn Phản ứng (2) là phản ứng xảy ra chậm, thu nhiệt, không hoàn toàn và quyết định tốc độ phản ứng tổng hợp Urê [4, p 19] Vì phản ứng (2) xảy ra không hoàn toàn nên dòng sản phẩm sau khi ra khỏi tháp tổng hợp gồm Urê và dung dịch cacbamat Dung dịch cacbamat này dễ dàng được phân tách khỏi Urê bằng cách gia nhiệt và giảm áp trong các thiết bị phân giải cacbamat Khí tách ra khỏi thiết bị phân giải cacbamat sẽ được thu hồi lại hoàn toàn và tuần hoàn lại tháp tổng hợp Trong thực tế sản xuất dòng sản phẩm sau khi ra khỏi tháp tổng hợp Urê sẽ đi qua các thiết bị phân giải cacbamat và thiết bị cô đặc để đạt nồng độ Urê khoảng 99.7% trước khi đi tạo hạt

b Điều kiện tổng hợp Urê

- Phản ứng xảy ra ở điều kiện áp suất và nhiệt độ cao

- Phản ứng xảy ra ở pha lỏng [5, p 42]

c Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất chuyển hóa CO2

𝑇ổ𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝐶𝑂2 𝑛ạ𝑝 𝑙𝑖ệ𝑢

 Tỉ lệ NH3/CO2:

kiện áp suất và nhiệt độ là 171 barg/155°C

Hình 3.1: Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ NH3/CO2 tới độ chuyển hóa của CO2 [6, pp 11-7/60]

Khi lượng NH3 dư ảnh hưởng tích cực tới cân bằng pha trong tháp tổng hợp, làm giảm nhiệt độ nóng chảy của toàn hệ trong điều kiện tổng hợp (làm giảm khả năng gây tắc trong thiết bị), giảm khả năng ăn mòn thiết bị

vào tháp tổng hợp, giảm thể tích hữu ích của tháp tổng hợp, giảm thời gian lưu

Trong thực tế sản xuất thường khống chế tỷ lệ NH3/CO2=3-4 tương đương độ chuyển hóa CO2 từ 60-70 [5, p 44]

dịch cân bằng Le- Chatelier (khi 1 hệ đang ở trạng thái cân bằng, nếu ta biến đổi một trong các thông số trạng thái của hệ (nhiệt độ, áp suất, nồng độ) thì cân bằng sẽ dịch chuyển theo chiều chống lại sự thay đổi đó) thì cân bằng phản ứng (7) sẽ dịch chuyển

dành cho phản ứng chuyển hóa cacbamat thành Urê [5, p 45]

Về lâu dài nếu thiếu nước: Dễ gây tắc đường ống, thiết bị [5, p 45]

Hình 3.2: Biểu đồ ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/CO2 tới độ chuyển hóa CO2 tại nhiệt độ 1900C [6, pp 11-8/60]

nhiệt độ sẽ kích thích phản ứng tách nước tạo Urê của cacbamat, nhưng nếu tiếp tục

phản ứng phân hủy Urê xảy ra càng nhiều làm giảm lượng Urê tạo thành

thì khả năng ăn mòn càng lớn [5, pp 47 - 48] Theo dõi biểu đồ hình 3.3:

Hình 3.3: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ chuyển hóa CO2 [6, pp 11-10/60]

Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định mức độ phân giải cacbamat sẽ tăng khi áp suất hệ thống giảm và ngược lại, vì quá trình phân giải cacbamat là quá trình tăng thể tích.

Bảng 3.1: Quan hệ nhiệt độ và áp suất phân giải cacbamat [5, p 48]

Khi áp suất hệ thống lớn hơn áp suất phân giải cacbamat thì cacbamat tồn tại ở pha lỏng và thúc đẩy quá trình tách nước tạo Urê Vì vậy áp suất tháp tổng hợp càng

cao thì càng thuận lợi cho sự tạo thành Urê Tuy nhiên trong thực tế người ta chỉ tăng áp suất tháp tổng hợp đến một giá trị nào đó vì lý do kinh tế, kỹ thuật Áp suất trong tháp tổng hợp được duy trì trong khoảng 152 – 156 barg

 Độ tinh khiết của nguyên liệu đầu vào:

càng giảm

3.1.2 Quá trình phân giải, hấp thụ thu hồi

Phản ứng phân giải cacbamat, cacbonat:

nhiều cấp khác nhau cũng nhằm mục đích tránh tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn, trong đó có Biuret (rất có hại cho cây trồng) [4, p 24]

Để thu hồi các chất có giá trị NH3, CO2 sau phân giải, cần đưa chúng về dạng dịch lỏng của cacbamat, cacbonat (quá trình ngưng tụ và hấp thụ) rồi sau đó sẽ được các bơm vận chuyển về thiết bị tổng hợp

Quá trình ngưng tụ, hấp thụ các chất sau phân giải ngược lại với quá trình bay hơi và phân giải ở trên Nói chung ở nhiệt độ thấp, áp suất cao sẽ thuận lợi cho các quá trình này

Áp suất ngưng tụ, hấp thụ này phụ thuộc vào mỗi cụm phân giải thu hồi Áp suất càng cao thì càng thuận lợi cho các quá trình này nhưng lại cản trở cho quá trình phân giải, bay hơi trước đó Cho nên nó sẽ tối ưu nếu giảm thiểu sự tụt áp từ thiết bị phân giải đến thiết bị ngưng tụ thu hồi tương ứng với mỗi cụm của nó

Nhiệt độ càng thấp thì càng thuận lợi cho quá trình hấp thụ, ngưng tụ này Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá thấp thì sẽ gây nguy cơ kết tinh của cacbamat, cacbonat tương ứng với thành phần của dịch

3.1.3 Cô đặc chân không

 Khái niệm

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị [5, p 21]

Công thức tính lượng dung môi nguyên chất bốc hơi (lượng hơi thứ) khi nồng độ dịch thay đổi từ xđ đến xc:

W=Gđ.(1-xđ/xc), kg/s Trong đó: W là lượng dung môi bốc hơi (kg/s)

lượng)

 Điều kiện cho quá trình bốc hơi

Liên tục cung cấp nhiệt năng Không ngừng rút lượng hơi tạo thành ra ngoài Quá trình cô đặc được tiến hành ở các áp suất khác nhau: Khi làm việc ở áp suất thường ta dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín Cô đặc chân không là quá trình bốc hơi trong môi trường giảm áp (áp suất thấp hơn áp suất khí quyển)

 So sánh quá trình bốc hơi chân không và bốc hơi ở áp suất thường

So với quá trình bốc hơi ở áp suất thường thì quá trình bốc hơi ở điều kiện chân không có nhiều ưu điểm hơn, ví dụ như:

Trong điều kiện chân không, dung dịch sẽ có nhiệt độ điểm sôi thấp, do đó có thể nâng cao được Δt chênh lệch nhiệt độ giữa hơi nước gia nhiệt và điểm sôi Như vậy vừa lợi dụng được các điều kiện của hơi nước ở áp suất thấp vừa đạt được mục đích giảm bớt diện tích truyền nhiệt

Trong môi trường chân không, nhiệt độ bốc hơi sẽ thấp hơn so với trường hợp áp suất thường, vì thế có thể tránh được các phản ứng phụ như tạo Biuret, phân hủy Urê… ở nhiệt độ cao

Ngoài ra thời gian bốc hơi trong thiết bị chân không sẽ ngắn hơn so với bốc hơi ở áp suất thường nên thời gian lưu thực tế trong thiết bị sẽ ngắn hơn Điều này hạn chế tạo Biuret của Urê

Trong thực tế sản xuất Urê, để cô đặc nồng độ Urê lên 99.75% trước khi tạo hạt, người ta thường tiến hành cô đặc chân không qua 2 giai đoạn: gian đoạn I ở áp suất

 Thông số kỹ thuật của Urê

Trong quá trình vận hành luôn khống chế nhiệt độ dung dịch Urê luôn lớn hơn

 Đồ thị thể hiện trạng thái pha của dung dịch Urê

Hình 3.4: Đồ thị trạng thái pha của dung dịch Urê theo nồng độ, nhiệt độ và áp suất [6, pp 11-29/60]

3.1.4 Xử lý nước quá trình

Trong quá trình sản suất Urê có một lượng lớn nước tách ra từ dòng công nghệ

bị cũng làm tăng lượng nước mang hóa chất này Để thu hồi triệt để lượng nguyên

đưa về xưởng phụ trợ tái sử dụng) không ảnh hưởng tới môi trường, chúng ta phải có hệ thống xử lý nước mang các hóa chất này

Phương pháp xử lý

Phương trình thủy phân Urê:

Phản ứng thủy phân Urê là phản ứng tăng áp, thu nhiệt Hiệu suất thủy phân Urê phụ

thời gian lưu

 Ảnh hưởng của nồng độ NH3, CO2 trong dòng nạp liệu:

thủy phân sẽ giảm và ngược lại (Theo nguyên lý Le- Chatelier)

Vì phản ứng thủy phân Urê là phản ứng tăng áp nên phản ứng sẽ xảy ra thuận lợi ở điều kiện áp suất thấp

Vì phản ứng thủy phân Urê là phản ứng thu nhiệt nên phản ứng sẽ xảy ra thuận lợi ở

tốc độ thủy phân xảy ra mạnh liệt

Yu = Uh/Ui= k Hin.t

Uh: Lượng Urê bị thủy phân

k: Hằng số tốc độ phân huỷ Urê t: Thời gian phân huỷ Urê

Qua công thức trên ta thấy thời gian xảy ra phản ứng càng dài thì hiệu suất phân hủy Urê càng cao Đồng thời hiệu suất phân hủy Urê lớn nếu nồng độ dung dịch Urê thấp (tuy nhiên lượng phân hủy sẽ không lớn, còn nồng độ dung dịch cao thì tuy hiệu suất phân giải thấp nhưng lượng phân giải lại nhiều)

nạp liệu với sự thủy phân Urê (hình 3.5 và 3.6)

Hình 3.5: Đồ thị thể hiện sự ảnh hưởng của nồng độ NH3, CO2, Urê tới sự thủy phân Urê tại nhiệt độ 2050C [6, pp 11-33/60]

Hình 3.6: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới hiệu suất thủy phân Urê [6, pp 11-34/60]

3.2 Lưu trình công nghệ 3.2.1 Công đoạn nén CO2

(Bản vẽ PFD 0010 – 01 Phụ Lục)

máy nén Một lượng không khí dùng để thụ động hóa thêm vào thông qua bộ điều khiển lưu lượng tại cửa hút máy nén nhằm thụ động hóa bề mặt thép của thiết bị tổng

Máy nén gồm có bốn cấp Mỗi cấp trung gian đều được trang bị một thiết bị làm mát và một thiết bị tách cho dòng khí Nhiệt độ tại cửa hút của cấp nén thứ tư được khống

tách trung gian được bơm tới bể chứa MDEA thải trong phân xưởng amoniac để thu hồi MDEA hòa tan hay bị kéo theo Lưu lượng bơm đi được điều khiển bằng mức

đến khoảng 4.6 barg trong cấp nén đầu tiên, đến khoảng 18.9 barg trong cấp nén thứ hai, đến 69.9 barg trong cấp nén thứ ba và sau cấp nén cuối cùng áp suất lên đến 157 barg Lưu lượng nén được điều khiển tự động bằng tốc độ của tuabin hơi nước

Nếu máy nén đạt đến điểm Surging (hiện tượng chảy ngược dòng khí từ đầu xả về cánh guồng khi áp suất cửa xả cao hơn áp suất cánh guồng tạo ra), thì hệ thống chống

cửa hút cấp nén thứ nhất

áp kết hợp với quá trình phun hơi nước thấp áp Khi dòng hơi nước thấp áp bị dư ra nó được đưa sang bình ngưng tụ hơi nước V1018 Một phần hơi nước cao áp được giảm áp đến 23.5 barg và sử dụng trong phân xưởng Urê Dòng hơi nước sau khi đi qua tuabin sẽ đi vào hệ thống ngưng tụ hơi nước Hệ thống ngưng tụ hơi nước sử dụng nước sông làm mát, hệ thống ngưng tụ hơi nước bao gồm thiết bị ngưng tụ hơi nước E1022, thiết bị tạo chân không và bơm Thiết bị tạo chân không được trang bị để duy trì chân không trong thiết bị ngưng tụ của tuabin Dòng nước ngưng từ E1022 được bơm bằng bơm P1018A/B và đưa ra bên ngoài phân xưởng

3.2.2 Công đoạn chuẩn bị NH3

(Bản vẽ PFD 0010 – 02, PFD 0010 – 03 1of 1, PFD 0010 - 04 Phụ Lục)

vào bồn V1005 Từ bồn V1005 được bơm lên áp suất 22.5 barg nhờ bơm tăng áp

chất đẩy trong bơm phun tia J1001, nó được hòa trộn với lượng cacbamat tuần hoàn quay trở lại vào tháp tổng hợp R1001

3.2.3 Tổng hợp Urê và thu hồi CO2 cao áp

(Bản vẽ PFD 0010 – 02 1 of 1 Phụ Lục)

chính R1001 Ở đây diễn ra quá trình tạo cacbamat và cacbamat mất nước để tạo ra

thuận lợi để quá trình tạo Urê là thuận lợi và đạt hiệu suất cao nhất

E1001, hoạt động ở áp suất 147 barg Đây là thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống thẳng đứng, với môi trường gia nhiệt ở phía vỏ, và đầu ống được thiết kế đặc biệt cho phép sự phân phối đồng đều dung dịch Urê Khi màng lỏng chảy, nó được gia nhiệt và sự

bão hòa 21.8 barg Dòng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị phân hủy cacbamat cao áp E1001, và dung dịch thu hồi từ đáy tháp hấp thụ trung áp T-1001, đi vào các thiết bị

ngưng tụ cacbamat E-1005A/B, ở đây chúng được ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp R-1001 thông qua bơm phun cacbamat J-1001 Ngưng tụ khí quá trình ở áp suất cao (khoảng 144 barg) cho phép tạo ra hơi bão hòa 4.9 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cacbamat thứ nhất E1005A và hơi 3.4 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cacbamat thứ hai E-1005B

Từ đỉnh của bình tách cacbamat V-1001, khí không ngưng bao gồm khí trơ (không

trực tiếp vào đáy thiết bị phân hủy trung áp E-1002

3.2.4 Tinh chế Urê và thu hồi NH3, CO2 trung – thấp áp

(Bản vẽ PFD 0010 – 03 1 of 1 và PFD 0010 – 04 1 of 1 Phụ Lục)

Dung dịch đi ra khỏi đáy thiết bị phân hủy cao áp E1001(Bản vẽ PFD 0010 – 02

hủy trung áp Thiết bị này được chia thành ba phần:

ra trước khi dung dịch đi vào chùm ống

E1002A cacbamat được phân giải nhờ nhiệt được cung cấp từ hơi ở áp suất 4.9 barg Tại E1002B cacbamat tiếp tục được phân hủy nhờ nhiệt từ dòng condensat đi ra từ thiết bị tách hơi nước ngưng V1009 ở áp suất 22 barg

Urê đã làm sạch giai đoạn 1 có nồng độ 60-63%

nhiệt của thiết bị tiền cô đặc chân không dạng màng ống E1004, dòng khí này đi bên ngoài ống ở đây nó bị hấp thụ một phần trong dung dịch cacbonat đến từ vùng thu hồi áp suất 4.0 barg Từ thiết bị cô đặc chân không sơ cấp E1004 dòng hai pha hỗn

được hấp thụ và nhiệt ngưng tụ/phản ứng được thu hồi bằng quá trình làm mát sử

dụng nước đến từ thiết bị ngưng tụ amoniac E1009 Dòng hai pha hỗn hợp từ E1006 được đưa vào đáy thiết bị hấp thụ trung áp T1001, ở đây pha khí đi lên từ pha lỏng

bơm cacbamat cao áp P1002A/B đưa tới thiết bị ngưng tụ cao áp Hơi không ngưng, bão hòa với amoniac, rời V1005 đi lên trong tháp thu hồi amoniac T1005, tại đây thêm một lượng amoniac được ngưng tụ nhờ dòng lỏng amoniac đi xuống từ xưởng

làm nguội bằng dòng nước làm mát đi bên ngoài ống của E1011 Tháp rửa khí trơ trung áp T1003 bao gồm 3 đĩa van, tại đây khí trơ sẽ được rửa bằng nước Khí trơ và

ra khỏi đáy của thiết bị chứa Urê trung áp Z1002, được giãn nở đến áp suất 4 barg và đi vào phần trên của thiết bị phân hủy thấp áp V/E/Z1003 Thiết bị này được chia thành hai phần chính:

ra trước khi dung dịch đi vào chùm ống

được phân hủy và lượng nhiệt cần thiết được cung cấp bằng quá trình ngưng tụ hơi thấp áp 4.9 barg, dung dịch Urê sau tinh chế giai đoạn hai có nồng độ 69-71% khối lượng

Khí rời đỉnh V1003 đầu tiên được trộn với dòng hơi đi từ vùng luyện của tháp chưng cất nước quá trình T1002 (PFD 0010 – 07), sau đó được đưa vào thiết bị tiền gia nhiệt

amoniac cao áp E1007, ở đây nó được ngưng tụ một phần Lưu thể bên ngoài ống đi

trong ống

Dung dịch cacbonat ra khỏi E1008 được thu hồi trong bình thu gom dung dịch cacbonat V1006 Từ đây dung dịch cacbonat được hồi lưu trở lại đáy thiết bị hấp thụ

nước tại E1012 Nhiệt hấp thụ được lấy đi bằng nước làm mát, khí trơ được thải tới hệ thống đuốc

3.2.5 Cô đặc và tạo hạt

(Bản vẽ PFD 0010 – 04 1 of 1; PFD 0010 – 05 1 of 1; PFD 0010 – 06 1 of 1 Phụ Lục)

Công đoạn cô đặc Urê lên nồng độ để đưa sang tạo hạt diễn ra trong ba giai đoạn: cô đặc chân không sơ bộ ở áp suất 0.33 bara ở V/E/Z1004, nồng độ Urê đi ra đạt 84-87%; cô đặc trong thiết bị chân không thứ nhất E/V1014 ở áp suất 0.33 bara, nồng độ Urê đi ra đạt 95%; chân không thứ hai E/V/Z1015 ở áp suất 0.03 bara, nồng độ Urê đi ra đạt 99,75% trước khi nhờ bơm P1008 đưa đi tạo hạt ở tháp Z1008

Quy trình tạo hạt Urê được thực hiện trong tháp tạo hạt Z1008 Dòng dịch Urê nồng độ cao 99,75% từ bình chứa Z1015 nhờ bơm P1008 đưa tới gàu tạo hạt Z1009 nằm trong tháp tạo hạt Dịch Urê nóng chảy từ gàu tạo hạt rơi dọc theo tháp tạo hạt, nó tiếp xúc với gió tự nhiên thổi ngược từ dưới lên làm dịch Urê ngưng tụ và đóng rắn Hạt Urê tạo thành sẽ được cào quay thu gom, các hạt đạt tiêu chuẩn về kích thước sẽ qua xưởng sản phẩm, các hạt không đạt tiêu chuẩn về kích thươc sẽ được thu gom và cô đặc tạo hạt lại

3.2.6 Xử lý nước quá trình

(Bản vẽ PFD 0010 – 07 1 of 1 Phụ Lục)

Nước thải công nghệ từ hệ chân không, thùng chứa cacbonat thải kín, thải hở được đưa về thùng chứa TK1002 Từ thùng chứa, nước được bơm bởi P1014 lên phần trên của tháp chưng cất T1002, sau khi đã được cấp nhiệt qua các thiết bị trao đổi nhiệt E1016 với dòng nước đi ra từ đáy tháp, E1017 với dòng hơi ngưng từ V1010 Tháp chưng cất T1002 được cấu tạo với 55 đĩa van, chia làm hai phần được ngăn cách bằng đĩa có dạng ống khói giữa đĩa thứ 35 và 36 tính từ dưới lên

Thông số công nghệ của tháp:

- Áp suất (đáy/đỉnh): 4.7/4.2 barg

và CO2

Thông số công nghệ của tháp thuỷ phân R1002: - Áp suất: 34.3 barg

Hơi đi ra từ đỉnh bình thủy phân Urê R1002 được hoà trộn với hơi từ đỉnh tháp chưng cất T1002 để thu hồi về khu thấp áp hoặc đưa đi hệ thống đuốc tuỳ điều kiện công nghệ Dòng công nghệ ra khỏi đáy bình R1002 được đưa tới phía trên của phần dưới tháp chưng cất T1002 dưới đĩa dạng ống khói sau khi đã được lấy bớt nhiệt qua thiết

bởi các thiết bị trao đổi nhiệt E1013 với dòng cacbonat cao áp, E1016 với dòng nạp liệu của T1002 và E1024 với nước sông làm mát Sau đó nước được đưa tới xưởng phụ trợ hoặc tuần hoàn trở lại thùng chứa tuỳ thuộc điều kiện công nghệ

Chương 4 VẬN HÀNH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

Và các thiết bị phụ đi kèm máy nén

4.1.1 Thông số cơ bản các thiết bị chính trong cụm nén CO2

a Tuabin STK1001

(Bản vẽ 21 – PID – 0021 – 35 – 01 & 21 – PID – 0021 – 35 – 02 Phụ lục)

phần thấp áp Hơi cao áp sau khi tạo động lực quay phần cao áp sẽ được trích ra tạo hơi trung áp đưa đi cung cấp cho các hộ sử dụng hơi trong xưởng Tốc độ Tuabin được điều khiển bằng bộ điều khiển tốc độ Electric Govenor điều chỉnh độ mở của các van cấp khí tạo động lực quay Tuabin để đưa Tuabin về điều kiện cài đặt, bảo vệ Tuabin và máy nén

 Thông số cơ bản của Tuabin STK1001:

Bảng 4.1: Thông số cơ bản về Tuabin STK1001

Bảng 4.2: thông số kỹ thuật máy nén K1001

Amonia, sau khi qua bốn cấp máy nén dòng khí này được đưa lên áp suất và nhiệt độ đưa vào tháp phản ứng Vì đi kèm quá trình tăng áp là tăng nhiệt độ, vì vậy cứ sau mỗi cấp máy nén dòng khí công nghệ được đưa vào các thiết bị trao đổi nhiệt để máy nén làm việc ở nhiệt độ thấp hơn Sau quá trình trao đổi nhiệt, dòng công nghệ có một phần sẽ hóa lỏng, vì vậy cần có bình tách lỏng cho dòng khí trước khi đi vào cấp máy nén tiếp theo tránh cho máy nén bị thủy kích (Thông số dòng khí sau máy nén xem bảng 4.3 ở trên)

4.1.2 Vận hành điều khiển các thiết bị trong cụm nén CO2

a Vận hành Tuabin STK1001

(Bản vẽ 21 – PID – 0021 – 35 – 01 & 21 – PID – 0021 – 35 – 02 Phụ lục)

Hơi cao áp: Dòng hơi cao áp đi vào tạo động lực quay các cánh guồng Tuabin

được điều khiển bằng cụm van TTV - GV, van ECV dùng để điều khiển lượng hơi trích ra từ buồng cao áp sang buồng thấp áp Cụm van TTV và GV có cấu tạo rất

phức tạp và có độ chính xác rất cao Van TTV có hai đường thải, một đường thoát hơi rò đưa sang thiết bị ngưng tụ Gland condenser STK1001/E3, những đường thải này có tác dụng thải nước ngưng và gia nhiệt ban đầu khi van TTV chưa mở Van TTV được điều khiển đóng lại theo kích hoạt từ hệ thống bảo vệ dừng máy nội bộ (Internal trip) bằng áp dầu điều khiển từ hệ thống cấp dầu điều khiển Hơi cao áp sau khi qua van TTV được đưa tới van GV và được phân phối vào trong khoang của cánh guồng phù hợp với tốc độ yêu cầu Độ mở của van GV được điều khiển thông qua bộ Electric Govenor, bộ Electric Govenor lấy tín hiệu tốc độ Tuabin thông qua các đầu dò tốc độ SE1401-1/2, tín hiệu độ mở van một chiều đường hơi trung áp đi ra và hơi

Sau khi tính toán nó sẽ truyền tín hiệu điều khiển bằng điện tới bộ chuyển đổi điện sang thuỷ lực, dầu thuỷ lực sẽ được bơm đi thay đổi độ đóng mở các van cấp hơi cho STK1001 phù hợp

Van GV cũng có hai đường thoát hơi rò rỉ đưa về thiết bị STK1001/E3 Dòng hơi cao áp sau khi làm quay các cánh guồng thì một phần được rút trích ra tạo hơi trung áp đưa tới Header (hệ thống phân phối hơi) phân phối cho các thiết bị khác

 Lưu lượng

Lưu lượng khí cao áp đi vào quay bánh guồng cho STK1001 được đo, hiển thị và truyền tín hiệu bằng FIT1015, tín hiệu từ đó truyền về hiển thị tại DCS bằng FI1015 Lưu lượng dòng hơi trung áp trích ra được đo và truyền tín hiệu bằng FT1038, tín hiệu được truyền về bộ tính toán FY1038 Bộ tính toán lưu lượng FY1038 còn lấy tín hiệu từ TI1029 Tín hiệu sau khi tính toán sẽ được truyền về hiển thị ở DCS bằng FI1038 và tới bộ tính toán áp suất PIC1040 để điều chỉnh áp suất máy nén hợp lý

 Nhiệt độ

Nhiệt độ dòng hơi cao áp đi vào được theo dõi và kiểm soát bằng:

- TT1011, tín hiệu từ đây được truyền về hiển thị ở DCS bằng TI1011 - TI1504 là nhiệt kế đo và hiển thị ngay tại hiện trường

 Áp suất