Đồ án tốt nghiệp: “Mô phỏng phân xưởng Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ bằng phần mềm Hysys”.

Việc sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất phân đạm đã được Đảng và Chính phủ quan tâm từ lâu. Do nguồn nguyên liệu chính để sản xuất phân bón có nguồn gốc từ dầu mỏ. Chính vì vậy, khi giá dầu mỏ tăng sẽ tác động đến đầu vào của ngành và gián tiếp tăng chi phí vận chuyển và nhập khẩu phân bón. Trong năm 2010, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn dự báo nhu cầu phân bón các loại phục vụ sản xuất nông nghiệp ước khoảng 8,9 – 9,1 triệu tấn. Tuy nhiên, sản lượng phân bón sản xuất trong nước mới đạt khoảng 5,6 triệu tấn. Nhà máy đạm Phú Mỹ là một khâu quan trọng trong chương trình Khí – Điện Đạm và là một chủ trương lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ, Trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn. Nhà máy đạm Phú Mỹ là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổng công ty dầu khí Việt nam, nhằm đảm bảo sự ổn định và chủ trương cung cấp phân đạm cho phát triển nông nghiệp, góp phần quan trọng đảm bảo an ninh lương thực, thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí Amoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân Urê. Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là Ammoniac và Urê. Chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp. Để có cái nhìn tổng quát, cũng như việc theo dõi quy trình vận hành một cách dễ dàng, việc ứng dụng phần mềm trong mô phỏng là rất cần thiết.

LỜI CẢM ƠN

  

Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại của một quá trình học tập, nghiên cứu

và tự tìm hiểu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các thầy cô Năm năm học trôi quanhững gì có được hôm nay không chỉ là kiến thức chuyên ngành mà cả những kinhnghiệm ứng xử trong cuộc sống mà thây cô đã truyền đạt, dạy bảo, đó là hành trangquan trọng cho cuộc sống sau nay

Em xin chân thành cảm các thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Năng nóichung và các thầy cô chuyên ngành Công nghệ Hóa học – Dầu và Khí nói riêng đãkhông quản ngại khó khăn truyền đạt kiến thức cho em trong những năm tháng đã qua

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Thanh Xuân đã tận tìnhhướng dẫn, giúp đỡ em trong 4 tháng qua, cùng với các giảng viên bộ môn chuyênngành và các bạn đã quan tâm, giúp đỡ, cung cấp tài liệu để cho em có thể hoàn thànhtốt đồ án này.Do điều kiện thực tế và với vốn kiến thức còn hạn chế nên trong quátrình hoàn thành, báo cáo trình bày không thể tránh khỏi những sai sót Kính mongđược sự quan tâm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô để đồ án của em được hoànthiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Xin chúc quý thầy cô và các bạn sức khỏe và thành công !

Đà Nẵng, ngày 30 tháng 5 năm 2012 Sinh viên

Cầm Quang Chiến

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 1 SVTH :Cầm Quang Chiến

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 2 SVTH :Cầm Quang Chiến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

CHƯƠNG I 9

1.1.Tổng quan về Amoniac 9

Bảng 1.1 Tổng quan về Amoniac 10

Bảng 1.2 Ứng dụng của Amoniac 11

1.2.Tổng quan về công nghệ sản xuất amoniac 12

1.2.1.Nguyên liệu và sản phẩm 12

1.2.1.1.Nguyên liệu 12

1.2.1.2.Sản phẩm 12

2.1.Sơ lược về nhà máy đạm Phú Mỹ 14

2.2.4.Các công đoạn sản xuất Amoniac 20

2.2.4.1.Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên (PFD-2240415) 20

2.2.4.2.Chuyển hoá khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2 (PFD -2240415, 2240416) 22 2.2.4.3 Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp (PFD - 2240417) 23

2.2.4.4 Tách CO2 từ hỗn hợp khí sau R-2005 (PFD - 2240418) 23

2.2.4.5 Chuyển hóa thành Metan (PFD - 2240419) 25

2.2.4.6 Chu trình tổng hợp Amoniac (PFD – 2240420, 2240421) 25

2.2.4.7 Công đoạn làm lạnh bằng Amoniac (PFD - 2240422) 27

2.2.4.8 Công đoạn thu hồi khí NH3 và H2 (PFD - 2240423) 27

2.2.4.9 Hệ thống sản xuất hơi nước (PFD-2240424) 28

3.1.Mục đích mô phỏng 30

3.3 Các thiết bị chính 30

3.4.1.Chọn hệ đơn vị đo 31

3.4.2 Chọn mô hình nhiệt động 31

3.4.3.Nhập cấu tử cho hệ 32

Bảng 3.1 Thành phần, lưu lượng các dòng nguyên liệu vào quá trình(PFD 2240415)32 3.4.4.Thiết đặt phản ứng cho quá trình 33

CO + H2O « CO2+ H2 HT CO-CO2 33

CO + H2O « CO2+ H2 LT CO-CO2 33

3.4.5 Vào môi trường mô phỏng 34

3.4.6 Thiết lập dòng nguyên liệu 34

3.5 Các công đoạn của quá trình 35

3.5.1.Công đoạn xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu 35

3.5.1.2 Nguyên liệu 35

3.5.1.5.Kết quả 38

3.5.1.6.So sánh với thực tế 38

Bảng 3.2 So sánh thành phần, lưu lượng của dòng H2 hồi lưu 38

3.5.2.Công đoạn chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2 39

3.5.2.1.Mục đích 39

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 3 SVTH :Cầm Quang Chiến

3.5.2.2.Nguyên liệu 39

3.5.2.3.Nguyên tắc 39

Bảng 3.3 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của quá trình Reforming sơ cấp 42

Bảng 3.4 Các thông số vận hành của thiết bị Reforming sơ cấp 43

Bảng 3.5 So sánh thành phần, lưu lượng dòng sản phẩm của quá trình Reforming thứ cấp 43

Bảng 3.6 Các thông số vận hành của thiết bị Reforming thứ cấp 44

Phản ứng xảy ra trong R-2004 là: 46

CO + H2O CO2 + H2 HT CO-CO2 46

b.Chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp: R-2005 47

CO + H2O ↔ CO2 + H2 LT CO-CO2 47

Bảng 3.7 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao 48

Bảng 3.8 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp 49

Bảng 3.9 So sánh thành phần, lưu lượng dòng sản phẩm của quá trình tách CO2 51

Quá trình mô phỏng chọn đơn vị reactor conversion R-3001, các phản ứng xảy ra 52

trong thiết bị methan hóa là: 52

Bảng 3.10 Các thông số vận hành của thiết bị Metan hóa 54

Bảng 3.12 Kết quả mô phỏng của quá trình điều chỉnh tỷ lệ H2/N2 nhờ dòng H2 hồi lưu 57

Bảng 3.13 Kết quả mô phỏng của quá trình nén khí make up gas trước khi vào vòng tổng hợp 58

Bảng 3.14 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của thiết bị tổng hợp Amoniac 62

Bảng 3.15 Số liệu thiết kế của các dòng sản phẩm Make up gas-13, Product Ammonia và khí Purge gas 63

Bảng 3.16 So sánh thành phần, lưu lượng của các dòng sản phẩm Make up gas-13, Product Ammonia và khí Purge gas 63

Bảng 3.17 So sánh thành phần, lưu lượng dòng khí sản phẩm ra của tháp T-5051 68

Bảng 3.18 So sánh thành phần, lưu lượng dòng khí sản phẩm ra của tháp T-5052 69

Bảng 3.19 Các thông số thiết kế của các thiết bị trao đổi nhiệt 71

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 4 SVTH :Cầm Quang Chiến

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ các công đoạn sản xuất trong phân xưởng Amoniac 13

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát các phân xưởng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ 18

Hình 2.3.Sơ đồ công nghệ phân xưởng tổng hợp amoniac 19

Hình 2.4 Sơ đồ cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên 21

Hình 2.5 Sơ đồ cụm chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2 22

Hình 2.6 Sơ đồ cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp 23

Hình 2.7 Sơ đồ cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA 23

Hình 2.8 Sơ đồ cụm chuyển hóa thành Metan 25

Hình 2.9 Sơ đồ chu trình tổng hợp Amoniac 26

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu 37

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2 40

Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp 46

Hình 3.4 Sơ đồ mô phỏng cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA 50

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa thành Metan 52

Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng điều chỉnh tỷ lệ H2/N2 nhờ dòng H2 hồi lưu 56

Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng quá trình nén khí trước khi vào vòng tổng hợp 58

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng chu trình tổng hợp Amoniac 60

Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng của quá trình thu hồi Amoniac 66

Hình 3.10 Sơ đồ mô phỏng của quá trình sản xuất hơi nước 71

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Tổng quan về Amoniac 10

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 5 SVTH :Cầm Quang Chiến

Bảng 1.2 Ứng dụng của Amoniac 11

Bảng 3.1 Thành phần, lưu lượng các dòng nguyên liệu vào quá trình(PFD 2240415)32 Bảng 3.2 So sánh thành phần, lưu lượng của dòng H2 hồi lưu 38

Bảng 3.3 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của quá trình Reforming sơ cấp 42

Bảng 3.4 Các thông số vận hành của thiết bị Reforming sơ cấp 43

Bảng 3.5 So sánh thành phần, lưu lượng dòng sản phẩm của quá trình Reforming thứ cấp 43

Bảng 3.6 Các thông số vận hành của thiết bị Reforming thứ cấp 44

Bảng 3.7 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao 48

Bảng 3.8 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp 49

Bảng 3.9 So sánh thành phần, lưu lượng dòng sản phẩm của quá trình tách CO2 51

Bảng 3.10 Các thông số vận hành của thiết bị Metan hóa 54

Bảng 3.12 Kết quả mô phỏng của quá trình điều chỉnh tỷ lệ H2/N2 nhờ dòng H2 hồi lưu 57

Bảng 3.13 Kết quả mô phỏng của quá trình nén khí make up gas trước khi vào vòng tổng hợp 58

Bảng 3.14 So sánh thành phần, lưu lượng dòng nguyên liệu, sản phẩm của thiết bị tổng hợp Amoniac 62

Bảng 3.15 Số liệu thiết kế của các dòng sản phẩm Make up gas-13, Product Ammonia và khí Purge gas 63

Bảng 3.16 So sánh thành phần, lưu lượng của các dòng sản phẩm Make up gas-13, Product Ammonia và khí Purge gas 63

Bảng 3.17 So sánh thành phần, lưu lượng dòng khí sản phẩm ra của tháp T-5051 68

Bảng 3.18 So sánh thành phần, lưu lượng dòng khí sản phẩm ra của tháp T-5052 69

Bảng 3.19 Các thông số thiết kế của các thiết bị trao đổi nhiệt 71

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 6 SVTH :Cầm Quang Chiến

LỜI NÓI ĐẦU

Việc sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất phân đạm đã được Đảng và Chính phủquan tâm từ lâu Do nguồn nguyên liệu chính để sản xuất phân bón có nguồn gốc từdầu mỏ Chính vì vậy, khi giá dầu mỏ tăng sẽ tác động đến đầu vào của ngành và giántiếp tăng chi phí vận chuyển và nhập khẩu phân bón Trong năm 2010, Bộ nông

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 7 SVTH :Cầm Quang Chiến

nghiệp và phát triển nông thôn dự báo nhu cầu phân bón các loại phục vụ sản xuấtnông nghiệp ước khoảng 8,9 – 9,1 triệu tấn Tuy nhiên, sản lượng phân bón sản xuấttrong nước mới đạt khoảng 5,6 triệu tấn.

Nhà máy đạm Phú Mỹ là một khâu quan trọng trong chương trình Khí – ĐiệnĐạm và là một chủ trương lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ,Trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn

Nhà máy đạm Phú Mỹ là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổngcông ty dầu khí Việt nam, nhằm đảm bảo sự ổn định và chủ trương cung cấp phân đạmcho phát triển nông nghiệp, góp phần quan trọng đảm bảo an ninh lương thực, thựchiện sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí, sửdụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí Amoniac vàcông nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân Urê Đây là các côngnghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyênliệu chính đầu vào là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là Ammoniac và Urê Chutrình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máyhoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủđiện cung cấp

Để có cái nhìn tổng quát, cũng như việc theo dõi quy trình vận hành một cách

dễ dàng, việc ứng dụng phần mềm trong mô phỏng là rất cần thiết

Với đề tài: “Mô phỏng phân xưởng Amoniac nhà máy Đạm Phú Mỹ bằng

Tiến hành mô phỏng phân xưởng tổng hợp Amoniac

So sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực tế

Kết luận

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 8 SVTH :Cầm Quang Chiến

Trong quá trình hoàn thành báo cáo, với vốn kiến thức còn hạn chế, điều kiện đithực tế chưa có nên gặp không ít khó khăn, bỡ ngỡ, do đó báo cáo trình bày không thểtránh khỏi những sai sót Kính mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của quýthầy cô và các bạn đọc để bài báo cáo đồ án của tôi được hoàn thiện hơn.

 Thuật ngữ “amoniac” có nguồn gốc từ một liên kết hoá học có tên là “clorua ammoni” được tìm thấy gần đền thờ thần Mộc tinh Ammon ở Ai Cập.

 Người đầu tiên điều chế ra amoniac nguyên chất là nhà hoá học Dzoze Prisly Ông đã thực hiện thành công thí nghiệm của mình vào năm 1774 và khi đó người ta gọi amoniac là chất khí kiềm

 Amoniac hoá lỏng ở -34oC và hoá rắn ở -78oC Trong số các khí,amoniac tan được nhiều trong nước nhất Một lít nước ở 200oC hoà tan được 800 lít NH3

 Như đã biết, phản ứng tổng hợp NH3 là thuận nghịch Điều này có nghĩa,

amoniac có thể phân huỷ sinh ra các đơn chất N2 và H2 Amoniac phân huỷ ở nhiệt

độ 600-700oC và áp suất thường Phản ứng phân huỷ là phản ứng thu nhiệt và cũng thuận nghịch

 Dưới đây là bảng tổng quan về amoniac:

Bảng 1.1 Tổng quan về Amoniac Tổng quan

Cấu trúc phân tử

Tính chất hóa học

Tính bazơ (trên nguyên tử nitơ của

Amoniac có một cặp electron tự do) NH3 + H

+ → NH4+Tính khử (trong phân tử Amoniac, nitơ

có số oxi hóa thấp nhất N-3) 2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl

Kém bền nhiệt, phân huỷ ở nhiệt độ cao 2NH3 → N2 + 3H2

Tổng hợp Amoniac

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 10 SVTH :Cầm Quang Chiến

1.1.2.Các ứng dụng của Amoniac

Amoniac có rất nhiều ứng dụng, một số ứng dụng tiêu biểu có thể liệt kê trongbảng dưới đây:

Bảng 1.2 Ứng dụng của Amoniac

Làm phân bón hóa học

Amôni sulfate, (NH4)2SO4Amôni phosphate, (NH4)3PO4Amôni nitrate, NH4NO3Urê, (NH4)2CO, ngoài ra urê còn dùng để làm thuốcgiảm đau

Trong công nghệ hóa học

Axit nitrit, sản xuất thuốc nổ TNTSản xuất muối hydrogen carbonat, (NaHNO3)Sản xuất muối carbonate, (NaNO3)

Sản xuất hydrogen cyanide, (HCN)Sản xuất hydrazine, (N2H4) (dùng trong pháo hoa,hay phản lực)

Chất nổ Sản xuất Amôni nitrat, (NH4NO3)

Sợi và nhựa tổng hợp Nilon, -[(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-CO]-, và các

polime khácLàm lạnh Làm chất tải nhiệt cho chu trình lạnh

Dược Sử dụng trong sản xuất thuốc sulfonamide ngăn

chặn sự tăng trưởng và phát triển của vi khuẩn,…Keo và giấy Sản xuất amôni hydrosulfite, (NH4HSO3) cho phép

sử dụng các loại gỗ cứng

Khai mỏ và luyện kim

Sử dụng nitriding trong công nghệ mạ niken, luyệnthép

Sử dụng trong việc tách kẽm và niken

Tẩy rửa Sử dụng nhiều trong công nghệ tẩy rửa, ví dụ nhưGVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 11 SVTH :Cầm Quang Chiến

cloudy amoni.

1.2.Tổng quan về công nghệ sản xuất amoniac

1.2.1.Nguyên liệu và sản phẩm

1.2.1.1.Nguyên liệu

Nguồn nguyên liệu thường là khí thiên nhiên hoặc khí dầu mỏ có thành phần chủyếu là Methane (CH4) (~ 84% mol) ngoài ra còn có Etane (C2H6), Propane (C3H8) vàButane (C4H10)

Nguồn phụ trợ khác:

 Nguồn N2

Khí Nitơ lấy từ không khí là chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếmkhoảng 78% thể tích trong khí quyển, có Ts = -195,80C, Tnc= - 219,860C, ít tan trongnước và các dung môi hữu cơ, không duy trì sự sống và sự cháy Trong nhà máy ĐạmPhú Mỹ, nitơ là nguyên liệu để tổng hợp NH3

 Nguồn CO2

Khí CO2 là chất khí không màu, nặng hơn không khí, không duy trì sự sốngđộng vật nhưng là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa Trong nhàmáy Đạm Phú Mỹ, CO2 là nguyên liệu để tổng hợp Urê, được điều chế từ công đoạnReforming khí thiên nhiên



1.2.1.2.Sản phẩm

Amoniac tổng hợp, chủ yếu dùng để sản xuất Urê, lượng còn dư đưa về bồnchứa

Công suất 1350 tấn NH3/ngày (tương đương khoảng 422598 tấn/năm)

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 12 SVTH :Cầm Quang Chiến

NH3 (%wt) 99.8 min.

H2O (%wt) 0.2 max

Oil (ppm wt) 5 max

1.2.2.Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ sản xuất Ammonia gồm các công đoạn chính sau:

 Làm sạch khí nguyên liệu khỏi các hợp chất lưu huỳnh

 Làm lạnh và thu hồi Amoniac

Hình 2.1 Sơ đồ các công đoạn sản xuất trong phân xưởng Amoniac

Hydrocacbon nguyên liệu được khử lưu huỳnh đến nồng độ vài ppb (<5ppb)trong bộ phận khử lưu huỳnh

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 13 SVTH :Cầm Quang Chiến

Hydrocacbon nguyên liệu đã được khử lưu huỳnh được reforming bằng cáchđưa hơi nước và không khí vào trong khí nguyên liệu Khí sản phẩm chứa chủ yếu làhydro, nitơ, CO, CO2 và hơi nước.

Trong bộ phận tinh lọc khí, CO trước hết được chuyển hóa thành CO2 Sau đó,

CO2 được loại bỏ khỏi khí tổng hợp trong khu vực tách CO2 bằng MDEA

CO và CO2 dư trong khí tổng hợp đi ra khỏi bộ phận tách CO2 được chuyển hóathành methan tại thiết bị methan hóa trước khi vào vòng tổng hợp

Khí tổng hợp đã qua tinh lọc được nén và sau đó dẫn đến vòng tổng hợpamoniac, nơi mà nó được chuyển hóa thành amoniac Nhằm giới hạn sự tích tụ của khí

argon và metan trong vòng tổng hợp, một dòng Purge được thiết lập Amoniac thành phẩm dưới dạng lỏng được giảm áp trong khi các khí hòa tan, khí Let-down và khí trơ

được tách ra

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG TỔNG HỢP AMONIAC CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

2.1 Sơ lược về nhà máy đạm Phú Mỹ

2.1.1.Khái quát về nhà máy đạm Phú Mỹ

Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc PVFCCo được đặt tại Khu Công nghiệp Phú Mỹ

I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu Nhà máy có tổng vốn đầu tư 370 triệuUSD công suất 800.000 tấn urea/năm, với diện tích khuôn viên 63ha, sử dụng côngnghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí Amoniac và công nghệcủa hãng Snamprogetti của Italy để sản xuất phân urê Đây là các công nghệ hàng đầu

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 14 SVTH :Cầm Quang Chiến

trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầuvào là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là ammoniac và urê Chu trình công nghệkhép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ độngtrong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp Nhà máy gồm có 3 phân xưởng chính là xưởng ammoniac, xưởng urê, xưởngphụ trợ và các phòng/xưởng chức năng khác.

Đội ngũ quản lý, vận hành và bảo dưỡng nhà máy đã chủ động đảm đương vàvận hành hết các hạng mục công việc, nhà máy luôn được vận hành ổn định, đạt 100%công suất thiết kế và số giờ vận hành tiêu chuẩn

Ngoài các hạng mục ban đầu, nhằm nâng cao chất lượng, đa dạng hóa sảnphẩm, sử dụng tối đa các nguồn lực của PVFCCo, đáp ứng một cách thuận lợi và hiệuquả cho công tác sản xuất kinh doanh và cải thiện môi trường làm việc cho người laođộng, Tổng công ty đã hoàn thiện việc cải tạo, nâng cấp và đầu tư mới các hạng mục

và hệ thống công nghệ trong nhà máy như sau:

 Hệ thống phun chất chống kết khối giúp cho sản phẩm urê không vón cục,

không đóng bánh, hạt bóng, đẹp Cải tiến hệ thống sàng rung sản phẩm urê đểloại bỏ mạt trong urê thương phẩm Hệ thống may gấp mép miệng bao đảmbảo cho bao sản phẩm đẹp, chắc chắn, thuận tiện trong việc bảo quản và vậnchuyển

 Hệ thống thu hồi ammoniac trong nước thải trước khi thải ra môi trường Lắp

đặt hệ thống hút bụi urê nhằm đảm bảo môi trường làm việc cho người laođộng

 Đầu tư đa dạng hóa sản phẩm gồm: công nghệ sản xuất CO2 tinh khiết 99,9%

từ khói thải nhà máy, Methanol, Formaldehyde, một số loại khí công nghiệpnhư Nitơ, Oxy, Argon…

 Hệ thống thu hồi khói thải CO2 để nâng công suất nhà máy từ 740.000

tấn/năm lên 800.000 tấn/năm đồng thời góp phần bảo vệ môi trường

 Công suất: 2,200 tấn Urea /ngày (Công nghệ SnamProgetti - Italia).

Urea là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH2)2, ở nhiệt độ thường urea không màu, có mùi vị đặc trưng, tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 1350C, tỷ trọng khoảng 1,323 Urea thủy phân chậm tạo thành Ammonium Carbamate sau đó phân hủy thành NH3 và CO2, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm phân bón Trong công nghiệp Urea được tổng hợp từ NH3 lỏng và CO2 khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao

2.1.2.2.Sản phẩm phụ-Amoniac

 Ammonia chủ yếu dùng để tổng hợp Urea, lượng thừa ra được đưa về bồn chứa

 Công suất 1350 tấn/ngày (Công nghệ Haldor Topsoe - Đan mạch).

 Thành phần ammonia 99,8% khối lượng

 Dầu < 5ppm

Ammonia là chất khí có công thức phân tử NH3, hóa lỏng ở điều kiện áp suất thường và nhiệt độ thấp (khoảng –320C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất cao (khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng Không độc nhưng nặng hơn không khí, nên rất nguy hiểm khi bị rò rỉ với lượng lớn

2.1.3.Các phân xưởng trong nhà máy

2.1.3.1.Phân xưởng Ammonia

Sản xuất NH3 và CO2 làm nguyên liệu để tổng hợp Urea, gồm các công đoạn sau:

 Công đoạn khử lưu huỳnh: Chuyển hóa hợp chất của lưu huỳnh từ dạng hữu cơ (mercaptan) thành lưu huỳnh vô cơ (khí H2S) Sau đó, H2S được hấp thụ bằng ZnO trong tháp hấp thụ R-2002 A/B

 Công đoạn Reforming: gồm có Reforming sơ cấp và Reforming thứ cấp, nhằm chuyển hóa toàn bộ C2 thành hỗn hợp khí CO, CO2, và H2

 Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp: chuyển hóa gần nhưhoàn toàn CO thành CO2

 Công đoạn khử CO2 bằng phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi MDEA, nhằm chuẩn bị hỗn hợp khí H2 và N2 để tổng hợp ammonia và cung cấp khí nguyên liệu CO2 cho quá trình tổng hợp urea

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 16 SVTH :Cầm Quang Chiến

 Công đoạn metan hóa: nhằm chuyển hóa phần dư khí CO và CO2 còn lại trong khí tổng hợp để khỏi gây ngộ độc cho chất xúc tác trong thiết bị tổng hợp ở quá trình sau.

 Công đoạn tổng hợp NH3: nhằm cung cấp NH3 cho quá trình tổng hợp urea Phản ứng tổng hợp được tiến hành trong thiết bị phản ứng dưới tác dụng của xúc tác

Fe, các oxit của Fe, kèm theo một chu trình lạnh nhằm thu NH3 tinh khiết

 Công đoạn làm lạnh và thu hồi Ammonia

2.1.3.2 Phân xưởng Urea

Sản xuất Urea - là sản phẩm chính của nhà máy từ nguyên liệu chính là CO2 và

NH3 đến từ phân xưởng Ammonia của nhà máy Bao gồm các quá trình chính như: -Tổng hợp urea và thu hồi NH3, CO2 cao áp

-Tinh chế urea và thu hồi NH3, CO2 trung áp và thấp áp

-Cô đặc urea

2.1.3.3.Phân xưởng phụ trợ

Các quá trình phụ trợ nhằm mục đích cung cấp điện, nước, N2 …đảm bảo cho nhà máy hoạt động bình thường

Bao gồm các quá trình phụ trợ sau:

- Sản xuất điện và hơi cao áp

- Sản xuất N2

- Hệ thống nước làm mát bằng nước sông

- Hệ thống nước làm mát bằng nước sạch

- Hệ thống xử lý nước thải

2.2.Phân xưởng sản xuất ammoniac trong nhà máy đạm Phú Mỹ

2.2.1.Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 17 SVTH :Cầm Quang Chiến

Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát các phân xưởng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ Mục đích:

- Cung cấp NH3,CO2 cho phân xưởng Urea

- Sản xuất NH3 thương mại đưa vào bể chứa

2.2.2.Sơ đồ công nghệ

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 18 SVTH :Cầm Quang Chiến

Hình 2.3.Sơ đồ công nghệ phân xưởng tổng hợp amoniac 2.2.3.Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất Amoniac

Nhiệt độ : 535 0C

Áp suất: 34,8 barg

Xúc tác : Ni

Tỷ lệ phần Mol : Hơi nước/Cacbon = 2,8

• Phản ứng Reforming thứ cấp: (nhằm chuyển hóa hoàn toàn lượng Metan còn dưsau phản ứng Reforming sơ cấp)

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 19 SVTH :Cầm Quang Chiến

Tỷ lệ phần Mol : Không khí/Cacbon = 3

• Phản ứng chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp: (nhằm chuyển hóa CO thành

CO2)

5 CO + H2O = CO2 + H2

Xúc tác : Fe3O4 + Cr2O3/Fe3O4 + CuO

Nhiệt độ : Cao/Thấp = 360/190 0C

Áp suất : Cao/Thấp = 30.2/29.1 barg

Tỷ lệ khối lượng: hơi nước sẵn có trong quá trình

2.2.4.Các công đoạn sản xuất Amoniac

2.2.4.1.Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên (PFD-2240415)

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 20 SVTH :Cầm Quang Chiến

Hình 2.4 Sơ đồ cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên

Khí nguyên liệu từ đường ống cấp khí Bạch Hổ được đưa vào máy nén khí

K-4011 để đảm bảo áp suất của khí đầu vào khoảng 40 barg, sau đó được gia nhiệt đếnnhiệt độ 3500C ở thiết bị E-2004-2 bằng nhiệt tận dụng của công đoạn Reforming sơcấp trước khi đưa vào thiết bị Hydro hóa R-2001 Tại đây xãy ra phản ứng : RSH + H2

= RH + H2S trên nền xúc tác Co-Mo ở nhiệt độ 4000C, áp suất 38.2 barg (H2 của quátrình được cấp từ máy nén khí tổng hợp K-4031) Khí H2S thoát ra sau phản ứngHydro hóa được đưa qua thiết bị hấp phụ R-2002 A/B, tại đây xãy ra quá trình hấp phụ

2.2.4.2.Chuyển hoá khí thiên nhiên thành CO, CO 2 , H 2 (PFD -2240415, 2240416)

Hình 2.5 Sơ đồ cụm chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO 2 , H 2

Hỗn hợp khí sau khi loại bỏ lưu huỳnh được trộn lẫn với hơi nước đã xử lý từthiết bị T-7001 được chuyển đến thiết bị Reformer sơ cấp H-2001 với áp suất 34.8barg, nhiệt độ 5350C Tại đây, hỗn hợp khí thiên nhiên (Cacbua Hydro) được chuyểnhóa thành CO, CO2, H2 (P/ứ 1,2- mục 2.2.3) trên xúc tác Ni Do quá trình phản ứngchuyển hóa Cacbua Hydro thu nhiệt nên thiết bị H-2001 được thiết kế hệ thống vòi đốtkhí thiên nhiên để cấp nhiệt cho phản ứng bằng phương pháp truyền nhiệt bức xạ quathành thiết bị Khí thải sau khi được thu hồi nhiệt độ để sản xuất hơi nước quá nhiệtcao áp và gia nhiệt sơ bộ khí nguyên liệu đầu vào, giảm nhiệt độ đến 1620C và thổi đếnống thải SK-2001 bởi quạt khí K-2001

Để chuyển hóa hết toàn bộ Cacbua Hydro, hỗn hợp khí sau phản ứng đượcchuyển đến thiết bị Reformer thứ cấp R-2003 với áp suất 30.9 barg, nhiệt độ 783 0C.Tại đây, hầu hết Cacbua hydro được chuyển hoá thành CO, CO2, H2O (P/ứ 3,4 – mục2.2.3) trên nền xúc tác Ni Oxy của phản ứng được cấp ở áp suất 2.43 barg từ hệ thốngkhí không khí đã xử lý bởi máy nén không khí K-4021, gia nhiệt đến nhiệt độ 5500Cbằng nhiệt của công đoạn Reforming sơ cấp

Phản ứng Reforming sơ cấp, Reforming thứ cấp được khống chế tỷ lệ Mol đểđảm bảo tỷ lệ Mol hợp lý giữa N2/H2 tối ưu cho giai đoạn tổng hợp Amoniac

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 22 SVTH :Cầm Quang Chiến

2.2.4.3 Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp (PFD - 2240417)

Hình 2.6 Sơ đồ cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp

Hỗn hợp khí từ thiết bị R-2003 (chủ yếu CO, CO2, Hơi nước, H2, N2, khí trơ,khoảng 0.6% mol Cacbua Hydro) áp suất 30.4 barg, nhiệt độ 9580C đưa đến lò hơinhiệt thừa E-2008, lò hơi quá nhiệt E-2009 giảm nhiệt độ đến 3600C trước khí đi vàothiết bị chuyển hóa CO R-2004 Tại đây, quá trình chuyển hóa CO thành CO2 (P/ứ 5-mục 2.2.3) ở nhiệt độ cao được thực hiện, nhiệt độ phản ứng 360 0C, áp suất 30.2 barg,xúc tác Fe3O4, hiệu suất quá trình chuyển hóa khoảng 80%

Để quá trình chuyển hóa CO thành CO2 hoàn toàn, hỗn hợp khí từ R-2004 đượcgiảm nhiệt độ đến 1900C bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-2010 và E-2012 A/B trước khiđưa vào thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp R-2005 Quá trình chuyển hóa CO xãy

ra ở nhiệt độ phản ứng 1900C, áp suất 29.1 barg, xúc tác Fe3O4/CuO

2.2.4.4 Tách CO 2 từ hỗn hợp khí sau R-2005 (PFD - 2240418)

Hình 2.7 Sơ đồ cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 23 SVTH :Cầm Quang Chiến

Hỗn hợp khí từ R-2005 (chủ yếu CO2, N2, H2, một ít CO, Cacbua Hydro, hơinước, khí trơ) được làm lạnh đến nhiệt độ 1580C bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-2013, tiếptục làm lạnh đến 1120C bởi thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thụ E-3002 và hâm nóngnước mềm trước khi vào thiết bị trích khí, chuyển đến thiết bị tách xử lý khí V-3004trước khi đưa đến tháp hấp thụ CO2 T-3002 làm việc ở áp suất 27,5 barg, nhiệt độ

750C Tại đây, xãy ra quá trình hấp thụ chọn lọc CO2 bởi dung dịch hấp thụ MDEA(Methyl DiEthanol Amin) Dịch ngậm CO2 từ đáy T-3002 được giảm áp đưa đến thiếtbị giảm áp áp suất cao V-3002 bằng turbine thuỷ lực HT-3001, tại đây xãy ra quá trìnhtách khí (H2, N2…) ở áp suất 5,9 barg còn trong dung dịch

Dung dịch ngậm CO2 từ 3002 sẽ chuyển đến thiết bị giảm áp áp suất thấp

V-3001, tại đây xãy ra quá trình nhả hấp thụ CO2 ở áp suất thấp (áp suất 0.27 barg, nhiệt

độ 72.40C) CO2 tinh khiết chuyển đến phân xưởng Urê được làm lạnh đến nhiệt độ

Hiệu suất của quá trình có ảnh hưởng lớn đến sản lượng Urê, tiêu hao nănglượng, tiêu hao H2 trong quá trình Metan hóa

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 24 SVTH :Cầm Quang Chiến

2.2.4.5 Chuyển hóa thành Metan (PFD - 2240419)

Hình 2.8 Sơ đồ cụm chuyển hóa thành Metan

Hỗn hợp khí sau khi tách CO2 (chủ yếu N2, H2, khoảng 0,3% CO, 0,05% CO2,khí trơ, Cacbua Hydro, hơi nước) được gia nhiệt từ 500C đến 3000C bởi thiết bị traođổi nhiệt E-3011, E-2011, áp suất 26.6 barg trước khi đi vào thiết bị phản ứng chuyểnhóa thành Metan R-3001 (P/ứ 6,7- mục 2.2.3) trên nền xúc tác Ni

Thành phần CO + CO2 trong hỗn hợp khí sau khi đã chuyển hóa Metan phảinhỏ hơn 10 ppm Quá trình này thực hiện nhằm chuyển hóa hoàn toàn CO, CO2 thành

CH4 vì các hợp chất Cacboxyl làm ngộ độc xúc tác, phá huỷ máy nén khí tổng hợp (tạohợp chất Cacbarmat) trong quá trình tổng hợp Amoniac

2.2.4.6 Chu trình tổng hợp Amoniac (PFD – 2240420, 2240421)

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 25 SVTH :Cầm Quang Chiến

Hình 2.9 Sơ đồ chu trình tổng hợp Amoniac

Dòng khí từ thiết bị R-3001 (chủ yếu N2, H2, khí trơ, HC, CO +CO2 < 10 ppm, một ít hơi nước) được làm lạnh đến nhiệt độ 74.4OC bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-3011

và giảm nhiệt đến nhiệt độ khoảng 43.30C bằng thiết bị làm lạnh cuối E-3012 được đưa vào thiết bị tách nước V-3011, tại đây dịch ngưng tụ sẽ tách hoàn toàn ra khỏi dòng khí hoặc hồi lưu về bình tách V-3004 bởi bơm P-7005 A/B

Dòng khí từ thiết bị V-3011, áp suất 25.5 barg và dòng khí H2 thu hồi từ

PK-5001 được nén lên áp suất 132barg (hệ thống nén 3 cấp) và lạnh đến nhiệt độ 220Cbằng thiết bị làm lạnh E-5009 Hỗn hợp khí qua bình tách lỏng V-5009, tại đây nướcđược tách ra, dòng khí được tiếp tục làm lạnh xuống đến -50C bằng thiết bị làm lạnh E-

5008 và được tách nước tại V-5001 Hỗn hợp khí sau đó được nâng lên 370C bởi cácthiết bị trao đổi nhiệtdòng sản phẩm E-5007, E-5005 trước khi tuần hoàn lại máy nénK-4031 và được nén đến 138 barg và nung nóng lên 2540C bằng nhiệt thừa dòng sảnphẩm E-5003 trước khi đi vào thiết bị tổng hợp Amoniac R-5001 trên nền xúc tác Fe,tại đây quá trình tổng hợp Amoniac xãy ra (P/ứ 8- mục 2.2.3)

Hỗn hợp khí sau khi ra khỏi thiết bị tổng hợp R-5001, trong đó NH3 chiếm17,1% thể tích có áp suất khoảng 135 barg, nhiệt độ 4410C làm nhiệt thừa cấp nhiệtcho nồi hơi và cấp nhiệt cho khí tổng hợp bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-5001, E-5002,E-5003, E-5004, E-5005, E-5007 và được làm lạnh tại thiết bị trao đổi nhiệt E-5006,E-5008 xuống nhiệt độ -50C, NH3 lỏng sản phẩm sẽ được tách ra khỏi dòng nguyênliệu tại bình V-5001 đưa sang công đoạn làm lạnh Khí hỗn hợp đỉnh V-5001 gồm khínguyên liệu, N2 dư, H2 dư của dòng sản phẩm tuần hoàn trở lại nhằm làm tăng hiệusuất chuyển hóa

Dòng sản phẩm sau thiết bị E-5007 được trích lấy phần hơi (chủ yếu khí khôngngưng) sang thiết bị làm lạnh E-5014 sau đó tách khí không ngưng tại bình V-5014chuyển đến công đoạn thu hồi H2, phần NH3 ngưng tụ được đưa về bình tách V-5001

Các thiết bị làm lạnh sử dụng tác nhân lạnh là NH3 trong chu trình làm lạnhdòng sản phẩm

Amoniac lỏng sau khi tổng hợp đươc chuyển đến bình giảm áp V-5002

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 26 SVTH :Cầm Quang Chiến

2.2.4.7 Công đoạn làm lạnh bằng Amoniac (PFD - 2240422)

Amoniac lỏng được cấp cho các thiết bị làm lạnh khí công nghệ tại các thiết bịtrao đổi nhiệt E-5008, E-5014 sau khi bốc hơi thành khí NH3 ở áp suất khoảng 2 barg,nhiệt độ khoảng -90C được đưa vào cấp 1 của máy nén K-4041 Khí NH3 ra ở cấp 1máy nén K-4041 có áp suất khoảng 7 barg, nhiệt độ khoảng 83.80C, được đưa vào thiếtbị làm lạnh bằng nước để giảm nhiệt độ xuống còn khoảng 470C, trộn với khí NH3 bốchơi tại các thiết bị E-5006, E-5009 đi vào cấp 2 máy nén K-4041 Khí NH3 ra ở cấp 2máy nén K-4041 có áp suất khoảng 16.8 barg, nhiệt độ khoảng 108 0C được làm lạnhbằng nước tại thiết bị E-5010 A/B đến nhiệt độ khoảng 41,50C, khí NH3 ngưng tụthành lỏng được chứa tại bình V-5004 và tuần hoàn trở lại các thiết bị E-5006, E-5009,E-5008, E-5014 để làm lạnh các khí công nghệ theo chu trình khép kín

Một phần nhỏ khí trơ (gồm H2, N2, CH4, Ar, một ít khí NH3) tại bình chứa

V-5004 được đưa về cụm thu hồi NH3 V-5005 để thu hồi lại khí NH3

Amoniac lỏng tại bình V-5002, một phần sẽ gia nhiệt đến nhiệt độ khoảng 250Cbằng thiết bị E-5012 để đưa đến phân xưởng sản xuất Urê Một phần được giảm áp tạibình V-5003 đến áp suất 0.05 barg, nhiệt độ NH3 lỏng đạt -32.90C trước khi bơm vềbồn chứa bởi bơm P-5001 A/B

2.2.4.8 Công đoạn thu hồi khí NH 3 và H 2 (PFD - 2240423)

Khí thải từ chu trình tổng hợp NH3 tại bình V-5014 có áp suất khoảng 131 barg,nhiệt độ khoảng -50C, có hàm lượng H2 = 64,12%, NH3 = 4,15% được đưa vào tháp hấpthụ cao áp T-5051 bằng nước để thu hồi khí NH3, khí ra ở đỉnh tháp được đưa vào hệthống thiết bị tách H2 PK-5001 Phần khí giàu H2 từ PK-5001 (khoảng 95% H2) đượchồi lưu về máy nén khí tổng hợp K-4031 để làm khí nguyên liệu sản xuất NH3, phầnkhí có hàm lượng H2 thấp được đưa về làm khí nguyên liệu cho thiết bị Reformer sơcấp H-2001

Các khí thải khác có chứa khí NH3 từ các bình chứa V-5002, V-5005 được đưavào tháp hấp thụ bằng nước trung áp T-5052 để hấp thụ khí NH3, khí ra khỏi T-5052được đưa đến thiết bị Reformer sơ cấp H-2001 làm khí nguyên liệu Nước sau khi hấpthụ NH3 từ đáy thiết bị hấp thụ T-5051 và T-5052 được đưa sang tháp chưng cất NH3

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 27 SVTH :Cầm Quang Chiến

T-5053, khí từ đỉnh tháp chưng cất có hàm lượng NH3 đạt 99% được làm lạnh vàngưng tụ thành NH3 lỏng chuyển về bình chứa V-5002.

Dung dịch từ đáy tháp chưng cất T-5053 có hàm lượng NH3 nhỏ được làm lạnhbằng nước lạnh đến nhiệt độ khoảng 470C sau đó bơm vào tháp hấp thụ T-5051 và T-

5052 bởi bơm P-5054 và P-5051 A/B để hấp thụ NH3 trong khí thải

2.2.4.9 Hệ thống sản xuất hơi nước (PFD-2240424)

Hơi nước sử dụng để cung cấp cho các quá trình công nghệ (cung cấp cho phânxưởng Reforming sơ cấp, thức cấp, ) cấp cho hệ thống turbine hơi dẫn động các máynén, bơm Hệ thống hơi nước được chia làm 3 cấp áp suất ở các nhiệt độ khác nhau:Hơi nước siêu cao áp KS 108 barg và 5100C, Hơi nước cao áp HS 39 barg, Hơi thấp áp

LS 3.4 barg

2.2.4.9.1.Hơi siêu cao áp KS 108 barg và 510 o C

Hơi siêu cao áp được quá nhiệt trong E-2009, E-2003-2/1 trước khi đi vào tuốcbin hơi STK-4031

Tuốc bin hơi STK-4031 là loại trích và ngưng tụ với đầu vào là hơi siêu cao áp

và trích ra là hơi cao áp (39 barg và 370oC) được đưa vào mạng hơi cao áp Phần cònlại được ngưng tụ trong E-4001

2.2.4.9.2.Hơi nước cao áp HS 39.0 barg

Hơi cao áp được sản xuất bằng trích từ STK-4031, trong công đoạn 900 vàtrong công đoạn 800 của xưởng phụ trợ

Hơi cao áp được dùng để thoả mãn yêu cầu các thiết bị sau:

STK-1001 Tuốc bin hơi cho máy nén CO2

STK-4021 Tuốc bin hơi cho máy nén không khí công nghệ

STK-4041 Tuốc bin hơi cho máy nén NH3

STK-2001 Tuốc bin hơi cho quạt khói thải

STP-8001 Tuốc bin hơi cho bơm cao áp

STP-8002 Tuốc bin hơi cho bơm trung áp

B-8001/STK-1 Tuốc bin hơi cho quạt không khí cấp lò hơi

Xưởng NH3 Hơi công nghệ đến reforming

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 28 SVTH :Cầm Quang Chiến

2.2.4.9.3.Hơi thấp áp LS 3.4 barg

Hơi cao áp được dùng để thoả mãn yêu cầu các thiết bị sau:

V-8001/10-PK-8004 Chuẩn bị nước cấp lò hơi

3.1.Mục đích mô phỏng

Mô phỏng là một cách hữu hiệu để kiểm tra các thông số vận hành của nhà máytrước khi đi vào thực tế, quá trình mô phỏng có thể tìm được các thông số cần thiết choquá trình của nhà máy

Để tối ưu một thông số của nhà máy thì cần phải có quá trình mô phỏng trướckhi đưa vào thực tế để vận hành, giúp cho người làm thực hiện một cách nhanh chóng

và khá chính xác, tiết kiệm được thời gian và chi phí nguyên cứu

Việc mô phỏng lại phân xưởng amoniac của nhà máy Đạm Phú Mỹ có ý nghĩalớn khi mà nhà máy vừa mới đưa vào vận hành từ năm 2005, các thông số hiện chỉđang tối ưu trong lý thuyết, quá trình vận hành các thông số nhà máy đang được kiểmtra để đi đến các điều kiện tối ưu của quá trình, nâng cao hiệu suất thu sản phẩm, vàgiảm chi phí cung cấp nhiệt cho một đơn vị sản phẩm

3.2.Các quá trình mô phỏng

Gồm các quá trình chính sau:

• Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên (PFD-2240415)

• Chuyển hoá khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2 (PFD -2240415, 2240416)

• Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp (PFD - 2240417)

• Tách CO2 từ hỗn hợp khí sau R-2005 (PFD - 2240418)

• Chuyển hóa thành Metan (PFD - 2240419)

• Chu trình tổng hợp Amoniac (PFD – 2240420, 2240421)

• Công đoạn làm lạnh bằng Amoniac (PFD - 2240422)

• Công đoạn thu hồi khí NH3 và H2 (PFD - 2240423)

• Hệ thống hơi nước (PFD-2240424)

3.3 Các thiết bị chính

Gồm các thiết bị phản ứng:

R-2001 (HYDRO-GENATOR), R-2002 A/B (SULPHUR ABSORBER)

H-2001 (PRIMARY REFORMER), R-2003 (SECONDARY REFORMER)

R-3001 (METHANATOR)

R-5001 (SYNTHESIS CONVERTER)

Các tháp chưng cất và hấp thụ: T-5051 (PURGE GAS ABSORBER),

T-5052 (OFF GAS ABSORBER)

3.4.Tiến hành mô phỏng tính toán bằng Hysys

3.4.1.Chọn hệ đơn vị đo

Vào Tools\Preferences

Click vào Variables ⇒ chọn Units Trong mục Available Unit Sets ⇒ Field ⇒ Close

• Áp suất: barg

• Nhiệt độ: 0C

• Lưu lượng mol: Nm3/h (00C 760 mmHg)

• Lưu lượng khối lượng: kg/h

• Công suất: kW

• Năng suất nhiệt: GJ/h

3.4.2 Chọn mô hình nhiệt động

Nguyên liệu là hệ gồm các cấu tử hydrocacbon nhẹ, nên hệ nhiệt động thường

dùng trong mô phỏng là hệ SRK

Để bắt đầu quá trình mô phỏng click vào biểu tượng New Case trên

công cụ toolbar và tiếp tục nhấp chọn vào nút Add trong hộp thoại Simulation Basis

Manager.

Chọn phương trình nhiệt động SRK trong hộp thoại Fluid Package.

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 31 SVTH :Cầm Quang Chiến

3.4.3.Nhập cấu tử cho hệ

Chọn tab Component để thiết lập các cấu tử có mặt trong thành phần dòng khí

nguyên liệu từ thư viện các cấu tử có sẵn

Bảng 3.1 Thành phần, lưu lượng các dòng nguyên liệu vào quá trình(PFD

2240415) COMPOSITION NATURAL GAS FEED PROCESS AIR RECYCLE H2

Nhiệt độ (0C) 36 550 47

3.4.4.Thiết đặt phản ứng cho quá trình

Chọn tab Reactions để thiết lập các phản ứng xảy ra trong quá trình mô phỏng,

đồng thời phân thành từng gói nhỏ chứa các phản ứng riêng của mỗi quá trình đơn lẻ

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 33 SVTH :Cầm Quang Chiến

3.4.5 Vào môi trường mô phỏng

Đóng cửa sổ trên lại để quay trở lại hộp thoại Basis Manager và nhấn vào

Enter Simulation Environment để thiết lập sơ đồ mô phỏng.

3.4.6 Thiết lập dòng nguyên liệu

Tiếp tục chọn Composition, thì màn hình xuất hiện hộp thoại Input Composition for

Stream và ta nhập thành phần lưu lượng mol của các cấu tử vào

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 34 SVTH :Cầm Quang Chiến

3.5 Các công đoạn của quá trình

3.5.1.Công đoạn xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu

3.5.1.2 Nguyên liệu

Nguyên liệu của nhà máy Đạm Phú Mỹ lấy từ phân đoạn khí sales gas của nhàmáy Dinh Cố nên hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu là rất thấp (vì đã qua quátrình xử lý tách lưu huỳnh), khoảng 15 – 20 ppm, tuy nhiên để đáp ứng được nhu cầucủa nguyên liệu trước khi vào quá trình Reforming xúc tác thì nguyên liệu này phảiđược xử lý để tách loại H2S đến nồng độ dưới 0,05 ppm

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 35 SVTH :Cầm Quang Chiến

Trong nhà máy thì quá trình này được thực hiện bởi các thiết bị hydrogenatorR-2001 và thiết bị hấp thụ R-2002A/B R-2001 sẽ chuyển hóa các dạng hợp chất hữu

cơ của lưu huỳnh về H2S rồi sau đó R-2002A/B hấp thụ H2S này

Trong mô phỏng, thay 2 thiết bị p/ứ này bởi một thiết bị tách Flash để mô tảquá trình

Nguyên liệu cho quá trình khử lưu huỳnh kí hiệu: NATURAL GAS-4(NG-4).

3.5.1.3.Nguyên tắc

Xem mục 2.2.4.1 (chương 2)

Nguồn H2 cung cấp cho quá trình, được cấp từ máy nén khí tổng hợp K-4031

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 36 SVTH :Cầm Quang Chiến

3.5.1.4.Mô phỏng

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 37 SVTH :Cầm Quang Chiến