báo cáo thực tế nhà máy nhựa và hóa chất phú mỹ

Công nghệ Nhờ sử dụng công nghệ hàng đầu của châu Âu, các sản phẩm nhựa PVC củanhà máy đáp ứng được các Tiêu chuẩn Chất Lượng Quốc Tế cũng như yêucầu của khách hàng đối với sản phẩm cao

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với việc phát triển công nghiệp dầu mỏ và khí thiên nhiên, các sảnphẩm hóa chất hữu cơ cũng đạt được sự phát triển nhảy vọt nhờ sự kết hợpnhanh chóng với công nghệ lọc dầu Sản phẩm hóa học từ dầu mỏ mở ra mộtngành mới là ngành hóa dầu trong đó Nhựa tổng hợp là sản phẩm có sảnlượng lớn và tiêu thụ nhiều thứ 3 trên thế giới Bước sang thế kỉ 21, các điềukiện kinh tế toàn cầu đã được cải thiện và vì thế nhu cầu PVC lớn hơn nhiều

so với dự báo Ở Việt Nam cũng như các nước Đông Nam Á khác, côngnghiệp sản xuất nguyên liệu cho ngành nhựa đều khởi đầu từ PVC Theo sốliệu dự đoán khả năng cung-cầu nhựa PVC ở Việt Nam thì tới năm 2011 vànhững năm sau đó Việt Nam vẫn còn phải nhập khẩu PVC Là sinh viên theohọc ngành Công nghệ Hóa dầu, em nhận thức sâu sắc tầm quan trọng của lĩnhvực này trong sự phát triển chung của ngành Hóa dầu Đây là động lực thúcđẩy em quan tâm và thực hiện bài báo cáo tìm hiểu về công nghệ chế biếnPVC tại Nhà máy Nhựa và Hóa Chất Phú Mỹ Bài báo cáo sau em xin trìnhbày cụ thể những vấn đề mà em đã tìm hiểu được qua quá trình kiến tập tạinhà máy

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY, ĐƠN VỊ KIẾN TẬP

1.1.Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất PVC

Ngành công nghiệp hóa dầu được định nghĩa là ngành công nghiệp hóa chất

và sản phẩm cao phân tử có nguồn gốc từ dầu thô và khí thiên nhiên Tiềmnăng nhu cầu các sản phẩm hóa dầu là rất lớn nhất là đối với polymer vànguyên liệu nhựa như: PE, PP, PVC PVC (Poly Vinyl Clorua) là loại nhựachiếm thị phần lớn thứ 3 sau PE và PP trong lĩnh vực sản xuất ống và phụkiện, trong đó chiếm đến hơn 50% tổng nhu cầu tiêu thụ là ứng dụng PVCtrong sản xuất các loại ống, tiếp theo là trong màng tấm, sợi cáp, khung cửa,tấm lót sàn, vải giả da… Châu Á là thị trường tiêu thụ PVC lớn nhất thế giớihiện nay Trong đó Việt Nam là một trong những thị trường tiêu thụ khá cao.Nhu cầu đó đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất nhựaPVC Ngành sản xuất nhựa PVC ở Việt Nam bắt đầu vào năm 1998 với sựxuất hiện của TPC Vina Cuối năm 2002, nhà máy sản xuất PVC thứ 2 (Liêndoanh giữa Petronas và PetroVietNam) có công suất 100 000 tấn/năm cũngbắt đầu đi vào hoạt động Sự xuất hiện những nhà máy này là nét khởi sắc chongành công nghiệp nhựa Việt Nam

1.2 Nhà máy Nhựa và Hóa Chất Phú Mỹ

a Vị trí và đối tác

Nhà máy Nhựa và Hóa Chất Phú Mỹ thuộc Công Ty TNHH Nhựa và HóaChất Phú Mỹ (PMPC) Nhà máy nằm trong khu công nghiệp Cái Mép-HuyệnTân Thành-Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu Lễ khánh thành nhà máy PVC của công

ty Liên Doanh Nhựa và Hóa Chất Phú Mỹ tại Việt Nam đánh dấu một bướcngoặt lịch sử lớn đối với các bên đối tác tại thời điểm đó là PETRONAS,

PETROVIETNAM và TRAMATSUCO Đây là mô hình tổng quan về nhàmáy:

Hình 1.1 Mô hình tổng quan về nhà máy

Nhà máy hoàn thành trước thời hạn một tháng, có công suất 100 000tấn/năm, tạo ra nhiều lợi ích đối với đất nước trong việc tạo công ăn việc làm,chuyển giao công nghệ cũng như công tác đòa tạo huấn luyện Hiện nay, Công

Ty Nhựa và Hoá Chất Phú Mỹ là công ty liên doanh giữa Tập đoàn dầu khíquốc gia của Malaysia- PETRONAS và Công ty Cổ phần đóng tàu và dịch vụdầu khí Vũng Tàu Shipyard Tỷ lệ góp vốn: Petronas 93%, Vũng TàuShipyard 7%

b Công nghệ

Nhờ sử dụng công nghệ hàng đầu của châu Âu, các sản phẩm nhựa PVC củanhà máy đáp ứng được các Tiêu chuẩn Chất Lượng Quốc Tế cũng như yêucầu của khách hàng đối với sản phẩm cao cấp, mở rộng phạm vi sử dụng đếncác ứng dụng trong ngành y Những ưu điểm của công nghệ:

- Thời gian sử dụng lâu dài cho phép khối lượng tồn kho lớn

- Sản phẩm được trộn tại chỗ mang lại nhiều cơ hội cho các nhà sản xuấthóa chất

- Đa dạng hóa sản phẩm phục vụ nhu cầu khách hàng

c Tuyên ngôn vầ mục tiêu và nhiệm vụ của nhà máy

dầu, năng động và mang lại lợi ích cho khách hàng.”

- Sản xuất và tiếp thị bột nhựa PVC và các sản phẩm hóa dầu có liênquan đáp ứng nhu cầu của khách hàng

- Trở thành một đối tác kinh doanh được ưa chuộng, tạo ra giá trị chongành công nghiệp hóa dầu và cho Tổ quốc

- Phát triển toàn diện tiềm năng của nhân viên và giao quyền hạn cho họ

- Cam kết có tinh thần trách nhệm trong cộng đồng

Hình 1.2 Hình ảnh toàn bộ nhà máy

CHƯƠNG 2: CÔNG VIỆC THỰC TẾ KIẾN TẬP ĐƯỢC

2.2 Tổng hợp PVC

2.2.1 Sản xuất Vinyl Chloride Monomer (VCM)

Để tổng hợp PVC người ta phải đi từ VCM Để sản xuất VCM có rất nhiềuphương pháp:

Có nhiều hướng khắc phục vấn đề này Một trong những hướng đó là sử dụngkết hợp cả acetylen và ethylene Khi ấy, HCl để hydroclo hóa acetylen:

CH ≡CH + CH = CH + Cl → 2 CH = CHCl

2.2.2 Các phương pháp sản xuất PVC

Có 4 phương pháp trùng hợp được ứng dụng trong công nghiệp để sản xuấtPVC: trùng hợp khối, trùng hợp trong dung dịch, trùng hợp nhũ tương, trùnghợp huyền phù Trong đó, phổ biến và chiếm sản lượng lớn nhất là trùng hợphuyền phù, tiếp đến là trùng hợp nhũ tương, trùng hợp trong dung dịch và cuốicùng là trùng hợp khối

a Trùng hợp khối: Trùng hợp khối chỉ dùng cho những trường hợp công suất

nhỏ và để sản xuất ra những sản phẩm có tỉ khối thấp, ít hấp thụ chất hóa dẻo

Do phản ứng tỏa nhiệt mạnh nên trong trường hợp này chỉ nên giới hạn mức

độ chuyển hóa VCM khoảng 50-60% Lượng VCM dư được thu hồi và tái sửdụng Trùng hợp khối có ưu điểm là sử dụng ít chất khơi mào nên để lại dưtrong sản phẩm cuối Tuy nhiên lại khó điều chỉnh nhiệt phản ứng, khó làmlạnh cũng như khó thu hồi và làm sạch monome dư để tái sử dụng

b Trùng hợp trong dung dịch: Trùng hợp trong dung dịch tuy dễ thực hiện

và dễ điều khiển nhưng có bất lợi là phải sử dụng lượng lớn dung môi hữu cơ(vì monome không tan trong nước) nên rất tốn kém và rất độc hại Chính vìvậy phương pháp này chỉ áp dụng cho những trường hợp mà các yếu tố kỹthuật không cho phép dùng những phương pháp khác hoặc vì những yêu cầuđặc biệt, ví dụ như sản xuất các lọai polyme làm chất sơn phủ bề mặt

c Trùng hợp nhũ tương: Trùng hợp nhũ tương là phương pháp được ứng

dụng vào công nghiệp đầu tiên để tổng hợp PVC Trong trùng hợp nhũ tương,monome được phân tán trong nước dưới dạng nhũ ổn định Sản phẩm tạothành cũng tồn tại dưới dạng nhũ (hay còn gọi là latex) của những hạt polymetrong nước Phản ứng trùng hợp nhũ tương phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chấtchất kích thích, chất nhũ hóa, pH của môi trường, tốc độ và khả năng khuấytrộn

d Trùng hợp huyền phù: Phản ứng trùng hợp huyền phù giống như trùng

hợp nhũ tương nhưng thường khuấy trộn monomer với nước và chất ổn định

là những polymer háo nước như polyvinylancol, tinh bột oxit nhôm,… Thuđược polymer ở dạng hạt, do đó còn gọi là phương pháp trùng hợp hạt Chất

ổn định thường dùng 3÷5%, hấp phụ trên bề mặt của giọt monomer tạo thànhkhi khuấy Các giọt monomer tương đối lớn, khoảng 0,1-5 mm phụ thuộc vàokhả năng khuấy, lượng và bản chất ổn định Bởi vì chất kích thích thường tantrong monomer, phản ứng xảy ra trong các giọt monomer tạo nên các tiểuphân hay hạt hình cầu, dễ tách ra khi ngừng khuấy và không cần dùng các chấtđông tụ đặc biệt Cơ chế phản ứng trùng hợp huyền phù giống như trùng hợpkhối nhưng phản ứng xảy ra với tính dẫn nhiệt tốt hơn, khối lượng phân tửcao, độ đa phân tán nhỏ

2.3 Công nghệ sản xuất PVC tại PMPC

Nhà máy Nhựa và Hóa Chất Phú Mỹ không trực tiếp tổng hợp VCM mànguồn VCM được nhập từ nước ngoài thông qua cảng PVGas vào làm nguồnnguyên liệu chính Nhà máy sử dụng phương pháp trùng hợp huyền phù trongsản xuất PVC Dưới đây là những vấn đề sơ lược về công nghệ sản xuất PVCtại nhà máy:

2.3.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu cung cấp cho nhà máy là Vinyl Chlorua Monomer (VCM) Ởdạng được nhập vào 2 bồn chứa hình cầu T3101A/B VCM là một chất khíkhông màu, dễ cháy, dễ nổ Để thuận tiện cho việc vận chuyển và bảo quảnVCM thường được nén ở áp suất khoảng 3 kg/cm2 Dưới đây là một số thông

số hóa lý của VCM:

Khối lượng phân tử 62.5 ĐVC

a Nước: nước được dùng làm dung môi phân tán VCM, tẩy rửa lò phản ứng,

dùng trong hệ thống làm mát, gia nhiệt, hơi nước được dùng cho tháp phântách C501 Trong trường hợp này nước cần phải được khử khoáng cũng nhưthỏa mãn yêu câu về độ dẫn điện cũng như về pH do các yếu tố này có ảnhhưởng tới phản ứng tạo PVC Nước loại khoáng có độ dẫn điện nhỏ hơn 1, cópH= 6,5-7,5 và trước khi đưa vào sử dụng phải được kiểm tra tại phòng thínghiệm nhà máy

b Các chất xúc tác cho quá trình khơi mào:

+ Cat E: công thức phân tử NaOH (10%) Một số thông số hóa lý:

Bảng 2.2 Tính chất hóa lý của Cat E

+ Cat D :là hợp chât oxy hoá rất mạnh gây ăn mòn thiết bị Công thức phân tử

là H2O2 (Hydrogen peroxide) Một số thông số hoá lý :

Khối lượng phân tử 34.02

Bảng 2.3 Tính chất hóa lý của Cat D

Bảng 2.4 Tính chất hóa lý của Cat C

+Buffer: (NaHCO3) là dung dịch muối của Na có tính kiềm nhẹ được dùng đểlàm dung dịch đệm cho phản ứng

c Chất tạo hạt

Nhiệt độ chớp cháy > 70oC

Khối lượng riêng tương đối 1,19 – 1,31

Bảng 2.5 Tính chất hóa lý của Gran A

 Gran B (Vinyl Alcohol- Vinyl Acetate)

Khối lượng riêng 1050 kg/m3

Bảng 2.9 Tính chất hóa lý của Stabiliser

Các chất phụ gia được đưa vào thiết bị phản ứng cùng với nguyên liệu theotừng mẻ Tổng lượng VCM cho mỗi mẻ phản ứng là 35,5 tấn Tỷ lệ FVCM:RVCM phải được tính toán sao cho độ ảnh hưởng tới sản phẩm là nhỏ, nguyênnhân do trong quá trình phản ứng, mặc dù thiết bị làm bằng thép không gỉnhưng vẫn có lượng tạp chất, kim loại có trong VC thu hồi Chính nhữnglượng này sẽ phá hủy xúc tác cho phản ứng diễn ra theo chiều hướng khác.Nồng độ chất phụ gia cũng sẽ thay đổi trong suốt quá trình vận hành sao chochính xác với từng loại PVC Ví dụ như đối với quá trình sản xuất loại PVCK66R thì nguyên liệu và các chất phụ gia được đưa vào thiết bị phản ứng lầnlượt như sau:

2.3.3 Quá trình xảy ra phản ứng

a Sự khuấy trộn

Do sự khuấy trộn của cánh khuấy trong lò phản ứng nên các khối VCM bị bẻgãy thành từng giọt nhỏ kích thước trong khoảng 1-50 micromet Các hạt nàyđược ổn định bởi sự có mặt của các tác nhân tạo hạt, các tác nhân này sẽ hấpthụ trên bề mặt phân chia giữa monomer và nước Các giọt monomer sẽ tăngkích thước và hình thành sự đông tụ tạo nên kích thước hạt PVC trong khoảng100-200 micromet

b Quá trình hình thành chất khơi mào

Chất khơi mào thông thường được sử dụng đó là sự hình thành từ 3 cấu tử: cat

C : cat D : cat E = 2 : 1 : 2 Cụ thể phản ứng hình thành như sau:

H2O2 + 2 NaOH → Na2O2 + 2 H2O

(Cat D) (Cat E) (Sodium peroxide)

C2H5OCOCl + Na2O2 → C2H5OCO-OO-CO-O- C2H5 +2 NaCl

( Cat C ) ( Chất khơi mào)

Chất khơi mào C2H5-OCO-OO-OCOC2H5 sẽ tạo ra gốc tự do C2H5OCOO. Các gốc tự do này sẽ tấn công vào các monome tạo ra các gốc tự do mới.

c Động học của quá trình hình thành PVC

Phản ứng polime hóa tạo PVC xảy ra theo 3 giai đoạn :

Giai đoạn 1: Khơi mào phản ứng: giai đoạn này hình thành 2 gốc tự do như

trên

Giai đoạn 2: Phát triển mạch: các gốc tự do tấn công mạnh mẽ, các

monome hình thành nên gốc tự do mới:

C2H5OCO-O. + M → R

Giai đoạn phát triển mạch này các gốc tự do phản ứng với monome tạo nênmột lượng lớn gốc tự do :

Rn + M → Rn+1

Phản ứnh này tạo thành chuỗi polime

Giai đoạn 3 : Tắt mạch – là giai đoạn những gốc tự do phản ứng với monome

tạo nên polime và các gốc tự do khác :

2.4 Quy trình sản xuất

Quá trình trùng hợp huyền phù được diễn ra trong lò phản ứng (Reactor) theotừng mẻ Sau khi không khí được đuổi ra khỏi thiết bị phản ứng bằng hệ thốngVancuum, nước được nạp vào trước, rồi tới các chất xúc tác tạo khơi mào chophản ứng, VCM được nạp vào từ 2 nguồn RVCM từ V405 và FVCM từ bồnT310A (hoặc T310B) Trong lò phản ứng, chế độ khuấy khoảng 60 vòng /phútđược duy trì sao cho có thể tạo ra những hạt nhỏ li ti với kích cỡ mong muốn.Khi quá trình phản ứng xảy ra nhiệt độ trong lò phản ứng được nâng lênkhoảng 56oC, áp suất được điều chỉnh vào khoảng 8,5 bar Phản ứng đượcxem là kết thúc khi áp suất trong lò giảm đi 2 bar (tức là khoảng 6,5 bar), khinày chất ổn định được thêm vào mục đích để dừng phản ứng Hỗn hợp sauphản ứng bao gồm PVC, nước, VCM chưa phản ứng (gọi là Slurry) tiếp tụcđược tháo sang 2 thiết bị chứa sản phẩm V501, V502 cũng có cánh khuấy tiếp

phản ứng chiếm 14-15% khối lượng ban đầu, lượng VCM này sẽ được tách rabằng bay hơi và thu hồi tại thiết bị ngưng tụ và bồn chứa Hỗn hợp Slurryđược gia nhiệt là chưng cất tại V501, lượng VCM còn lại cũng được thu vàovào V405 Slurry sau khi đã được tách VCM dư được đưa đến thiết bị chứaPVC T503A/B, tách nước tại thiết bị quay ly tâm S503A/B và thiết bị sấy tầngsôi D501 Phần trên của D501 có thêm bộ phận Cyclon 2 bậc mục đích để thuhồi PVC bị lôi cuốn theo dòng không khí nóng và hạn chế thất thoát PVC.Trước khi dòng khí nóng này được xả ra ngoài khí quyển, nó sẽ được tách bụi

để tránh gây ô nhiễm môi trường Bột PVC khô sau khi qua máy sàng để loạinhững hạt quá kích cỡ, được khí nén đẩy qua Silo chứa T604A/B và đượcđóng bao với trọng lượng mỗi bao là 25 kg hoặc 800 kg tại khu vực Bagging

Hình 2.1 Sơ đồ về quy trình sản xuất PVC tại PMPC

2.5 Các thiết bị chính

2.5.1 Bồn chứa nguyên liệu (FVCM) T3101A/B

Hình 2.2 Bồn chứa nguyên liệu T3101A/B

Nguyên liệu được nhập bằng đường thủy qua cảng Thị Vải, sau đó được tồnchứa vào 2 thiết bị hình cầu Dung tích của mỗi thiết bị là 2800 m3, đườngkính 17,5 m Tuy nhiên trong quá trình tồn chứa, chỉ chứa trong khoảng 80-85

%, mục đích để tránh trường hợp nhiệt độ môi trường cao, dẫn tới áp suấttrong thiết bị tăng cao gây nguy hiểm Một số thông số kỹ thuật của bồn:

Bảng 2.11 Thông số kĩ thuật của bồn T310A/B 2.5.2 Bình chứa VCM thu hồi (RVCM) V405A/B

Bình chứa V405A/B có: - Dung tích 80m3

- Đường kính 3,5m

- Dài 8,3m

VCM còn dư sau phản ứng được thu hồi vào bình chứa V405A/B hình trụ trònđặt nằm ngang V405A/B có tác dụng thu hồi và tách nước ra khỏi RVCM,sau đó RVCM được đưa trở lại lò phản ứng nhờ bơm P402A/B

2.5.3 Lò phản ứng R301A/B/C

Hình 2.3 Lò phản ứng R301A/B/C

Do phản ứng ở dạng huyền phù, do đó lò phản ứng là loại có cánh khuấy đểtránh quá trình bám dính (PVC hình thành đóng bám trên thành thiết bị) và đểđiều chỉnh kích thước hạt theo yêu cầu Tốc độ khuấy 60 vòng/phút Ở đây,các nguyên liệu được nạp vào lò phản ứng: xúc tác, phụ gia, nước đã loại

khoáng, FVC (Fresh Vinyl Choloride) và RVC (Recovery Vinyl Chloride),chúng được khuấy trộn trong suốt quá trình phản ứng Do phản ứng trùnghợp hình thành polime tỏa nhiệt nên lò phản ứng có phần vỏ bọc bên ngoài,trong đó dùng nước để tải nhiệt Trên đỉnh lò phản ứng có thêm thiết bị ngưng

tụ, nhiệm vụ của phần này cũng để tải nhiệt của phản ứng

Có 3 lò phản ứng (R301A/B/C) mỗi lò có thông số như sau:

- Có 752 ống tube, đường kính mỗi ống 38.1mm

- Diện tích truyền nhiệt: 345m2

Thông số làm việc của lò :

- Áp suất giới hạn trong lò 16 barg

Sau khi phản ứng kết thúc, sản phẩm ở dạng huyền phù PVC trong nước(Slurry) sẽ được chuyển qua thiết bị chứa slurry (Blowdown Vessel V501),trước đó nó được tách những hạt quá lớn, tại đây những hạt có kích thước lớnhơn 25mm sẽ bị giữ lại.Thông số kĩ thuật thiết bị:

đĩa của tháp stripping C501 nhỏ (9.5 mm) Tại thiết bị này các hạt có kích

thước lớn hơn 5mm sẽ bị giữ lại Thiết bị lọc này đặt trước thiết bị trao đổinhiệt E501(tận dụng nhiệt dòng sản phẩm sau khi stripping cho dòng nguyênliệu vào tháp Stripping) để tránh sự cố cho thiết bị này Có 2 thiết bị luânphiên làm việc Thông số kĩ thuật mỗi thiết bị: