Tìm hiểu công nghệ sản xuất khí amoniac và urea

Nhà máy phân đạm Hà Bắc (tiền thân của công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc hiện nay) được nhà nước phê chuẩn thiết kế xây dựng ngày 2071959.Vào đầu năm 1960, Nhà máy phân đạm Hà Bắc được bắt đầu khởi công xây dựng. Ngày 1821961 đổ mẻ bê tông đầu tiên xây dựng công trình. Trong quá trình xây dựng, công trình luôn được sự quan tâm của nhà nước. Ngày 311963, Thủ tướng Chính Phủ Phạm Văn Đồng đã về thăm công trình.

1 | P a g e Phần I: Tìm hiểu chung về công ty a. lịch Sử hình thành và phát triển của công ty: Nhà máy phân đạm Hà Bắc (tiền thân của công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc hiện nay) được nhà nước phê chuẩn thiết kế xây dựng ngày 20/7/1959. Vào đầu năm 1960, Nhà máy phân đạm Hà Bắc được bắt đầu khởi công xây dựng. Ngày 18/2/1961 đổ mẻ bê tông đầu tiên xây dựng công trình. Trong quá trình xây dựng, công trình luôn được sự quan tâm của nhà nước. Ngày 3/1/1963, Thủ tướng Chính Phủ Phạm Văn Đồng đã về thăm công trình. Nhà máy phân đạm Hà Bắc được nhà nước Trung Quốc giúp đỡ xây dựng bằng viện trợ không hoàn lại. Toàn bộ máy móc thiết bị đều được chế tạo tại Trung Quốc và đưa sang Việt Nam lắp đặt. Theo quy mô thiết kế ban đầu, Nhà máy bao gồm ba khu vực chính: - Xưởng Nhiệt điện: công xuất thiết kế 12.000 kW - Xưởng Hoá : công xuất thiết kế 100.000 tấn Urea/năm -Xưởng Cơ khí : công xuất thiết kế 6000 tấn/năm 1 2 | P a g e Ngoài ra còn một số phân xưởng phụ trợ khác, xong chủ yếu vẫn là sản xuất phân đạm. Ngày 3/2/1965 khánh thành xưởng nhiệt điện. Ngày 19/5/1965 phân xưởng Tạo khí đốt thử than thành công. Ngày 1/6/1965 xưởng Cơ khí đi vào sản xuất. Theo kế hoạch ngày 2/9/1965 Nhà máy sẽ được khánh thành chuẩn bị đưa vào sản xuất. Do chiến tranh phá hoại của đế quốc Mỹ, ngày 20/8/1965 Chính phủ đã quyết định ngừng sản xuất, chuyển Xưởng Nhiệt điện thành Nhà máy Nhiệt điện kiên cường bám trụ sản xuất điện. Chuyển Xưởng Cơ khí thành Nhà máy Cơ khí sơ tán về Yên Thế tiếp tục sản xuất phục vụ kinh tế và quốc phòng. Thiết bị xưởng Hoá được tháo dỡ và sơ tán sang Trung Quốc. Ngày 1/3/1973 Thủ tướng chính phủ quyết định khởi công phục hồi Nhà máy, trước đây sản xuất Nitrat Amon (NH 4 NO 3 ) nay chuyển sang sản xuất Urea [(NH 2 ) 2 CO]. Ngày 1/5/1975 Chính phủ quyết định hợp nhất Nhà máy Nhiệt điện, Nhà máy Cơ khí, Xưởng Hoá thành nhà máy phân đạm Hà Bắc trực thuộc Tổng cục Hoá chất. 2 3 | P a g e Tháng 6/1975, việc xây dựng và lắp máy cơ bản hoàn thành, đã tiến hành chạy thử máy. Ngày 28/11/1975: sản xuất thành công NH 3 lỏng. Ngày 12/12/1975: sản xuất ra bao đạm đầu tiên. Ngày 30/10/1977: Phó Thủ tướng Chính phủ Đỗ Mười cắt băng khánh thành Nhà máy phân đạm Hà Bắc. Trong những năm 1977-1990 sản lượng Urea thấp. Sản lượng năm thấp nhất là 9.890 tấn Urea (năm 1981). Tháng 10/1988, Nhà máy được đổi tên thành Xí nghiệp liên hiệp phân đạm và hoá chất Hà Bắc với phương thức hạch toán kinh doanh XHCN theo cơ chế sản xuất hàng hóa. Từ năm 1991 đến nay, cùng với việc tăng cường quản lý, Xí nghiệp đã nối lại quan hệ với Trung Quốc, thiết bị công nghệ được cải tạo nên sản lượng Urea tăng lên rõ rệt (cao nhất vào năm 1997: 130.000 tấn Urea). Năm 1996, dự án mở rộng Nhà máy phân đạm công suất 278.400 tấn Urea/năm được phê duyệt và dự kiến đến cuối năm 2001 đưa dây chuyền này vào sản xuất. Sản lượng Urea các năm: 3 4 | P a g e - Năm 1991: 44.891 tấn. - Năm 1992: 82.633 tấn. - Năm 1993: 100.093 tấn. - Năm 1994: 103.223 tấn. - Năm 1995: 111.026 tấn. - Năm 1996: 120.690 tấn. - Năm 1997: 130.281 tấn. - Năm 1998: 64.170 tấn. - Năm 1999: 49.670 tấn. - Năm 2000 76.140 tấn Theo dự kiến năm 2002 sản xuất 150.000 tấn Urea và 90.000 tấn NH 3 . Ngày 13/2/1993, Xí nghiệp liên hiệp phân đạm và hoá chất Hà Bắc được đổi tên thành Công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc. b. Cơ cấu tổ chức của công ty: Cơ cấu tổ chức quản lý của Công ty được tổ chức theo mô hình trực tuyến chức năng với cấp quản lý cao nhất là giám đốc. Các phó giám 4 5 | P a g e đốc công ty có nhiệm vụ tham mưu, giúp Giám đốc điều hành quản lý việc sản xuất kinh doanh trên các lĩnh vực mà giám đốc phân công, thay thế điều hành các hoạt động của công ty khio vắng Giám đốc. Các đơn vị tham mưu không trực tiếp điều khiển các đơn vị sản xuất mà chỉ làm nhiệm vụ tham mưu cho Giám đốc ra các quyết định điều hành. Các đơn vị cấp dưới chỉ nhận mệnh lệnh từ một kênh duy nhất là Giám đốc. Khối đời sống Khối sản xuất phụ trợ Xưởng urê Xưởng NH 3 Xưởng tạo khí Nhà máy nhiệt điện Phòng an toàn 5 Phó giám đốc sản xuất và đời s ng ố s ngố Phó giám đốc kỹ thuật Giám cđố S t ch cơ đồ ổ ứ 6 | P a g e Phòng vi tính Phòng kỹ thuật Phòng cơ điện Phòng quản lý dự án Phòng vật tư Phòng tài chính Phòng thị trường Phòng kế hoạch Phòng tổ chức nhân sự c. lưu trình công nghệ sản xuất Urea: Để sản xuất Urea hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau. Tại Công ty phân đạm Hà Bắc phương pháp được sử dụng là đi từ than và nước. Hiện nay để cung cấp than cho lò tạo khí là than cục Hòn Gai (Quảng Ninh). Than được vận chuyển bằng đường sông theo sông Thương từ Quảng Ninh về. Với công suất sản xuất của công ty hiện nay mức than tiêu thụ khoảng 1,57 tấn/tấn NH 3 . 6 7 | P a g e I. Thuyết minh lưu trình: Quá trình khí hoá than ẩm ở khâu tạo khí sử dụng nguyên liệu là than cục, tác nhân khí hoá là không khí và hơi nước. Theo thiết kế, công nghệ dùng than cục cỡ hạt 50  100 mm để chế khí. Hiện nay, dùng than cỡ hạt phổ biến 25  100 mm, cá biệt dùng cả than cỡ hạt 12  25 mm. Trung bình mỗi ngày chạy máy bình thường tiêu tốn hết 500  600 tấn than cục cho tạo khí và 800 tấn than cám cho Nhiệt điện để sản xuất điện và hơi nước. Than cục, hơi nước 5 at, không khí phối hợp phản ứng trong lò tạo khí ở nhiệt độ T ≈ 1100 o C tạo thành hỗn hợp khí than ẩm có thành phần gồm các khí CO, C, H 2 S, H 2 , N 2 , CH 4 . Các phản ứng hoá học chính gồm: 2C + O 2 = 2CO + Q 1 C + O 2 = CO 2 + Q 2 2CO + O 2 = 2CO 2 + Q 3 C + H 2 O = CO + H 2 + Q 4 C + 2H 2 O = CO 2 + 2H 2 + Q 5 Mục đích quá trình khí hoá than nhằm thu được H 2 và N 2 theo tỷ lệ H 2 /N 2 = 3/1 làm nguyên liệu để tổng hợp NH 3 do đó hỗn hợp khí than 7 8 | P a g e ẩm được làm sạch bụi (nhờ công đoạn rửa và lọc bụi điện) và làm sạch các khí bất lợi cho quá trình tổng hợp NH 3 (công đoạn tinh chế). Hỗn hợp khí than sau khi khí hoá được qua tháp rửa để làm lạnh và loại bỏ các tạp chất cơ học rồi đi vào két khí. Sau đó khí than tiếp tục qua hệ thống lọc bụi điện, qua hệ thống quạt tăng áp đi vào giai đoạn khử H 2 S thấp áp bằng dung dịch tananh (trước đây sử dụng dung dịch ADA - Antraquinon Disunfuric Acid). Dịch tananh nghèo được tái sinh và đưa trở lại, bọt lưu huỳnh thu lại chế thành sản phẩm phụ là lưu huỳnh rắn. Khí than sau khi được khử H 2 S được đưa vào đoạn 1 của máy nén 6 cấp để nâng áp. Ra đoạn 3 của máy nén hỗn hợp khí có p = 20,5 at vào công đoạn chuyển hoá CO thành CO 2 nhờ hơi nước cao áp (p = 35 at). Phản ứng của quá trình: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 Sau chuyển hoá phần lớn CO được chuyển thành CO 2 , hỗn hợp khí được tiếp tục đưa đến công đoạn khử CO 2 . Tại đây CO 2 được hấp thụ bởi dung dịch MEA - Mono Ethanol Amin (OH- CH 2 - CH 2 - NH 2 ) có tính hoạt hoá cao. Sau đó quá trình nhả hấp thụ diễn ra, khí CO 2 được thu hồi để dùng cho quá trình tổng hợp Urea, dung dịch MEA được tái 8 9 | P a g e sinh và trở lại quá trình hấp thụ. Đến đây hỗn hợp khí còn lại H 2 , N 2 và một phần rất nhỏ CO, CO 2 , H 2 S được gọi là khí tinh chế. Quá trình tổng hợp NH 3 yêu cầu hàm lượng các chất gây ngộ độc xúc tác (CO, CO 2 , H 2 S) là nhỏ nhất. Khí tinh chế được đưa vào công đoạn rửa đồng và rửa kiềm nhằm khử tối đa các chất đó. Công đoạn này sử dụng muối axêtat amoniac và dung dịch kiềm để khử CO, CO 2 , H 2 S. Ra khỏi công đoạn này khí tinh chế còn lượng rất nhỏ H 2 S và CO + CO 2 (< 20 ppm) được gọi là khí tinh luyện. Khí tinh luyện với thành phần chủ yếu H 2 và N 2 với tỷ lệ H 2 /N 2 = 3/1 vào đoạn 4 máy nén để tăng áp cho quá trình tổng hợp NH 3 . Khí tinh luyện ra khỏi đoạn 6 máy nén có p = 320 at được đưa vào tháp tổng hợp cùng với sự có mặt của xúc tác sắt để tiến hành phản ứng tổng hợp ở T = 480  500 o C N 2 + 3H 2 = 2NH 3 + Q NH 3 ra khỏi tháp ở trạng thái khíđược làm nguội gián tiếp bằng nước (≈ 30 o C) và ngưng tụ thành NH 3 lỏng qua phân ly lần 1. NH 3 lỏng còn lại được đưa đến thiết bị ba kết hợp [làm lạnh - bốc hơi (-8 ÷ -10 o C) - phân ly] nhằm thu NH 3 , tách các cấu tử chưa phản ứng đưa trở lại tháp 9 10 | P a g e tổng hợp tiếp tục quá trình tổng hợp NH 3 . Sau quá trình tuần hoàn cô đặc, NH 3 từ nồng độ thấp chuyển thành NH 3 lỏng có nồng độ 99,8% được bơm vào kho cầu. NH 3 lỏng từ kho cầu và CO 2 được đưa vào tháp tổng hợp. Phản ứng tổng hợp Urea được tiến hành theo hai giai đoạn xen kẽ rất nhanh. Đầu tiên NH 3 và CO 2 theo tỷ lệ NH 3 /CO 2 = 4/1 với sự có mặt của hơi nước 16 at phản ứng tạo thành dung dịch Cacbamat amôn (NH 4 COONH 2 ): 4NH 3 + 2CO 2 + H 2 O = 2NH 4 COONH 2 + 38.000 Kcal/Kmol Sau đó, dung dịch Cacbamat tách nước tạo thành Urea: NH 4 COONH 2 = (NH 2 ) 2 CO + H 2 O + 6.800 Kcal/Kmol Rút gọn hai phản ứng trên ta có phản ứng tổng hợp: 2NH 3 + CO 2 = (NH 2 ) 2 CO + H 2 O + Q Hiệu suất của phản ứng tổng hợp đạt 65 ÷ 68 %. Quá trình tổng hợp Urea mang tính tuần hoàn toàn bộ, toàn bộ NH 3 và CO 2 dư được đưa trở lại đầu hệ thống. Dịch Cacbamat amôn có nồng độ thấp (30 %) qua các công đoạn phân ly và cô đặc để tách NH 3 chưa phản ứng đưa trở lại tháp tổng hợp, đồng thời nồng độ Urea được tăng lên (99,5 %) và được đưa vào tháp tạo hạt. Nhờ lực ly tâm của vòi 10 [...]... cần phải thổi xen kẽ không khí và hơi nước vào lò khí hoá Trong khoảng từ lần thổi không khí vào lần trước đến thổi không khí vào lò lần sau được gọi là một vòng tuần hoàn làm việc Một tuần hoàn khí như vậy mất khoảng 3 phút Trong thực tế sản xuất, để đảm bảo an toàn và nâng cao sản lượng khí than thì quá trình chế khí không thể đơn độc tiến hành thổi gió và tuần hoàn chế khí, mà phải trải qua một tuần... than, khí thiên nhiên hoặc dầu mỏ Tại Công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc nguồn nguyên liệu để sản xuất khí hỗn hợp là than cục Công ty sử dụng phương pháp khí hoá than bằng lò khí hoá tầng cố định, sử dụng tác nhân khí hoá là không khí và hơi nước thổi vào tầng nguyên liệu cố định để khí hoá than Mục đích của việc thông không khí vào lò là dùng O2 trong không khí đốt cháy C trong nhiên liệu, nhằm... Tổng hợp urea NH3 hơi nước (5 atm) Than cám Không khí Khí hoá than Tinh chế khí than 11 Máy nén H2/N2 Tổng hợp NH3 12 | P a g e phần II: xưởng tạo khí A lưu trình công nghệ của xưởng tạo khí: Than Nhiệm vụ chính của phân xưởng tạo khí là chế khí làm nguyên liệu Hơi nước Lọc bụi Khử H2S cho quá khí tổng hợp NH3 và thu hồi khí CO2điệntổng hợp Urea. áp để thấp Không trình Khí Hấp thụ tinh chế CO2 Két khí Khử...11 | P a g e phun, dòng Urea bị cắt ngang và rơi xuống tạo thành các hạt Quạt gió (N = 100.000 m3/h) đặt trên đỉnh tháp hút gió làm nguội hạt Urea trong quá trình rơi Hạt Urea rơi xuống phễu ở đáy tháp qua hệ thống băng tải được tiếp tục làm nguội rồi đóng thành bao (50 kg/bao) và được chuyển vào kho chứa sản phẩm II sơ đồ lưu trình công nghệ sản xuất Urea: Sơ đồ sản xuất Hơi nước (16 atm) Than... xuất hơi nước, làm nguội khí và tách một phần bụi Sau đó khí than ẩm đi qua van ba ngả vào thuỷ phong túi rửa để làm lạnh và rửa sơ bộ khí than trước khi vào tháp rửa Sau khi đi qua các tháp rửa khí than được đưa vao két khí Két khí ngoài tác dụng chứa khí nó còn có tác dụng trộn khí than của các lò với nhau Sau đó, khí than đưa qua lọc bụi điện để tách những hạt bụi nhỏ còn lại Khí than ẩm từ lọc bụi... 5 at, không khí phối hợp phản ứng trong lò khí hoá ở nhiệt độ T ≈ 1100oC tạo thành hỗn hợp khí than ẩm có thành phần gồm các khí CO, C, H 2S, H2, N2, CH4 Khí than ẩm ra khỏi lò khí hoá được đi qua lò đốt để trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi nước và không khí ở giai đoạn chế khí thổi xuống Khí than ẩm sau đó đi qua nồi hơi nhiệt thừa nhằm thu hồi nhiệt 13 14 | P a g e lượng để sản xuất hơi nước,... chủ yếu là H2 và N2 dùng làm nguyên liệu để tổng hợp NH3 B các cương vị sản xuất chính: I cương vị tạo khí: Nhiệm vụ: sản xuất khí than ẩm thoả man điều kiện: (CO + H 2)/N2 = 3,1 ÷ 3,2 Bất kỳ một phương pháp tổng hợp NH3 nào cũng phải đi từ N2 & H2 Để giải quyết nguồn nguyên liệu nói trên có thể chế khí hỗn hợp hoặc chế riêng N2&H2 Khí hỗn hợp để tổng hợp NH3 có thể được sản xuất từ than, khí thiên nhiên... đoạn chế khí thổi lên lần 1 - Giai đoạn chế khí thổi xuống - Giai đoạn chế khí thổi lên lần 2 - Giai đoạn thổi sạch + Giai đoạn thổi gió: Không khí ngoài trời được quạt hút đưa vào ống không khí chung qua van tấm chắn để cho quạt cấp không khí vào đáy lò khí hoá, qua tầng than có nhiệt độ cao xảy ra phản ứng toả nhiệt Khí thổi gió đi ra từ đỉnh lò khí hoá theo đường xiên sang lò đốt Trong khí thổi... Không khí được thổi vào đáy lò để đốt cháy nguyên liệu, nhiệt lượng toả ra được giữ trong tầng nhiên liệu để cung cấp nhiệt cho 21 22 | P a g e phản ứng giữa cácbon và hơi nước trong giai đoạn chế khí. Thành phần chính của khí thổi gió bao gồm: CO2 = 15,5% ; O2 = 0,3% ; CO = 8% + Giai đoạn chế khí thổi lên lần 1: Hỗn hợp hơi nước 5at và không khí qua van hơi nước và không khí vào đường ống thổi lên, vào... lò khí than sẽ tăng cao, lượng tổn thất nhiệt do khí than mang theo ra ngoài sẽ rất lớn và gây nên kết tảng, 23 24 | P a g e bám vào vách lò Để tránh hiện tượng kể trên thì sau giai đoạn chế khí thổi lên cần phải thay đổi hướng đi của dòng khí, tức là cho hơi nước và không khí vào lò đốt để tận dụng nhiệt lò đốt rồi đưa vào đỉnh lò phát sinh Khí than ẩm tạo ra ra khỏi từ phía đáy lò + Giai đoạn chế khí . nhân sự c. lưu trình công nghệ sản xuất Urea: Để sản xuất Urea hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau. Tại Công ty phân đạm Hà Bắc phương pháp được sử dụng là đi từ than và nước. Hiện nay để. nguyên liệu để sản xuất khí hỗn hợp là than cục. Công ty sử dụng phương pháp khí hoá than bằng lò khí hoá tầng cố định, sử dụng tác nhân khí hoá là không khí và hơi nước thổi vào tầng nguyên. kg/bao) và được chuyển vào kho chứa sản phẩm. II. sơ đồ lưu trình công nghệ sản xuất Urea: Sơ đồ sản xuất 11 Khí hoá than Tinh chế khí than Máy nén H 2 /N 2 Tổng hợp NH 3 Hơi nước (16 atm) CO 2 NH 3 Nhà