Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp Nhà Máy Đạm Phú Mỹ

PHẦN 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚMỸ Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ Quá trình sản xuất NH3 gồm 6 giai đoạn: - Khử S:

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 4

I Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy: 4

II Các phân xưởng chính của nhà máy: 4

III Một số đặc điểm của nguyên liệu cũng như sản phẩm của nhà máy: 5

IV Một số cải tiến nhà máy đã thực hiện: 7

V An toàn lao động trong nhà máy: 7

V.1 Các quy định chung 7

V.2 Các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất: 8

V.3 Các phương tiện và biện pháp bảo vệ người lao động: 10

PHẦN 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 12

Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ 12

Chương 2: Công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ 14

I Khử lưu huỳnh(S): 14

I.1.Quá trình hydro hóa: 15

I.2 Quá trình hấp thụ H2S: 19

II Công đoạn reforming 21

II.1 Mô tả công nghệ quá trình reforming 21

II.2 Cấu tạo thiết bị reforming 29

II.3 Xúc tác reforming 33

II.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình reforming 35

III CHUYỂN HOÁ CO 37

III.1 Tổng quan công nghệ 37

III.2 Lưu trình công nghệ 41

III.3 Thiết bị phản ứng 44

III.4 Một số vấn đề khi vận hành 47

IV TÁCH CO2 49

IV.1 Tổng quan về quá trình tách CO2 49

IV.2 Mô tả công nghệ 50

IV.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cụm tách CO2 52

IV.4 Thiết bị chính 54

V Metan hóa 58

V.1 Mục đích: 58

V.2 Mô tả công nghệ tổng quát: 58

V.3 Thiết bị Metan hóa 60

V.4 Xúc tác 61

VI Công đoạn tổng hợp Amoniắc 62

VI.1 Lý thuyết quá trình 62

VI.2 Tổng hợp amoniắc 63

VI.3 Bình tổng hợp Amoniắc 10-R-5001 68

VI.4 Làm lạnh 73

VI.5 Thu hồi amoniắc 76

VII CÔNG NGHỆ CHUNG CỦA PHÂN XƯỞNG THU HỒI CO2 80

VII.1 Mục đích, ý nghĩa của phân xưởng 80

VII.2 Công nghệ chung của cụm thu hồi CO2 80

VII.3 Các yếu tố công nghệ ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của cụm thu hồi CO2 83

VII.4 Dung môi hấp thụ KS-1 87

VII.5 Thiết bị chính trong phân xưởng 88

VII.6 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 90

KẾT LUẬN 93

LỜI NÓI ĐẦU

Đối với sinh viên, thực tập tốt nghiệp là một giai đoạn có ý nghĩa quan trọngtrong quá trình học tập và trau dồi kiến thức Đây là dịp để sinh viên chúng em có cơhội tiếp cận với thực tế, tiếp cận với các thiết bị kỹ thuật, công nghệ của các quá trìnhcông nghiệp, điều kiện công nghệ, phương thức vận hành thực tế…Từ đó, sinh viên cónhững tầm nhìn mới mẻ hơn, sâu sắc hơn về các phương tiện kỹ thuật, cách thức nhìnnhận một vấn đề trong quá trình làm việc, cách vận dụng những kiến thức đã được họctrong nhà trường vào thực tế công nghiệp Các thông tin, kinh nghiệm mang lại từ cácđợt thực tập thực sự bổ ích cho sinh viên sau khi ra trường, làm việc

Trong thời gian thực tập tại Nhà máy, chúng em được tìm hiểu công nghệ sảnxuất ammoniac Haldor Topsoe của nhà máy và được hướng dẫn vận hành khởi độngphân xưởng Từ đó giúp chúng em có cái nhìn tổng quan và linh hoạt hơn các yếu tốảnh hưởng đến các cụm nhỏ trong xưởng, đến cả xưởng ammoniac Chúng em cònphần nào hình dung được công việc của một DCS (kỹ sư vận hành), kỹ sư côngnghệ…

Sau thời gian thực tập tại Nhà máy đạm Phú Mỹ được sự chỉ bảo tận tình,hướng dẫn một cách cặn kẽ của các cán bộ, kỹ sư vận hành giúp chúng em bổ sungnhững kiến thức thực sự hữu ích và quan trọng cho hành trang của mình sau khi ratrường làm việc

Chúng em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Nhà máy đạm Phú Mỹ đặc biệt

là các anh chị tại phòng công nghệ sản xuất, các anh chị cô chú bên phòng an toàn đãtạo điều kiện cho chúng em hoàn thành đợt thực tập này

Chúng em cũng xin được cảm ơn các thầy cô bộ môn Công nghệ hữu cơ – hóa dầu đãtạo điều kiện cho chúng em cơ hội được đi thực tế tại nhà máy

Phú Mỹ, ngày 14 tháng 05 năm 2013

Nhóm sinh viên thực tập

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

I Lịch sử hình thành và phát triển của nhà máy:

Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc PVFCCo (Tổng Công ty Phân bón và Hóa chấtDầu khí – đơn vị thành viên của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam) được đặt tại Khu Côngnghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu

Nhà thầu : Technip Italia và Samsung Engineering Hàn Quốc với tổng vốn đầu

tư là 370 triệu USD và công suất thiết kế ban đầu là 740.000 tấn ure/năm, với diện tíchkhuôn viên 63 ha

Nhà máy sử dụng công nghệ Haldor Topsoe Đan Mạch sản xuất ammoniac vớicông suất là 1350 tấn/ngày và công nghệ Snampogrety Italia sản xuất ure với công suất

2200 tấn/ngày Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm vớidây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào là khí tự nhiên, không khí, nước vàđầu ra là ammoniac và ure Với chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điệnnăng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất

Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp đồng EPCC giữa Tổng công tyDầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà đầu tư Technip/Samsung

Khởi công xây dựng nhà máy: 3/2001

Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003

Ngày ra sản phẩm ammonia đầu tiên 4/2004

Ngày ra sản phẩm ure đầu tiên: 4/6/2004

Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/9/2004

Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004

II Các phân xưởng chính của nhà máy:

Nhà máy gồm 3 phân xưởng chính là xưởng ammonia, xưởng ure, xưởng phụtrợ và các phòng/xưởng chức năng khác

- Phân xưởng tổng hợp ammoniac:

Có chức năng tổng hợp ammoniac và sản xuất CO2 từ khí tự nhiên, hơi nước vàkhông Sau khi tổng hợp, ammoniac và CO2 sẽ được chuyển sang phân xưởng ure

- Phân xưởng tổng hợp ure:

Có chức năng tổng hợp ure từ ammoniac và CO2.Dung dịch ure tạo thành sau khi đãđược cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt.Quá trình tạo hạt được thực hiệnbằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m.Phân xưởng ure có thểđạt công suất tối đa 2.385 tấn/ngày

Mục tiêu đề ra trong năm nay của nhà máy là đạt công suất: 770.000 tấn ure/năm

- Phân xưởng phụ trợ:

Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung cấp khíđiều khiển, nito và xử lý nước thải cho toàn bộ nhà máy, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi hơiphụ trợ và một turbine khí phát điện công suất 21MWh, có bồn chứa ammoniac chophân xưởng ure khi công đoạn tổng hợp của xưởng ammonia ngừng máy

III Một số đặc điểm của nguyên liệu cũng như sản phẩm của nhà máy:

Khí tự nhiên: CH4, C2H6, C3H8, C4H10…

Khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, khí tự nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn và các bể khácthuộc thềm lục địa phía Nam

Bảng 1: Yêu cầu kỹ thuật đối với khí tự nhiên

Chỉ tiêu kỹ thuật AMF GPP

Nhiệt độ (oC) tại giao diện 18  36 18  36

Áp suất (barg) tại giao diện 25.0 (tối đa 40)

24.5 (tối đa 39.2)

25.0 (tối đa 40)24.5 (tối đa 39.2)Điểm sương (oC) ở 25 barg -1 -42

Khối lượng phân tử (g/mol) 20.65 18.68

CO2 thể tích khô 99% (tối thiểu)

Khí trơ (thể tích) 1% (tối đa)

Ure hạt:

Hàm lượng nitơ 46.3%kl (tối thiểu)

Hàm lượng biuret 1%kl (tối đa)

Hàm lượng ẩm 0.4%kl (tối đa)

Phân bố kích thước hạt 90%kl (tối thiểu) giữa 1.4 mm và 2.8 mm

Phân bố kích thước hạt 2%kl (tối thiểu) dưới 1 mm

Nhiệt độ hạt 65oC tối đa (với công suất danh nghĩa)

IV Một số cải tiến nhà máy đã thực hiện:

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 hạng mục và hệthống công nghệ trong nhà máy:

- Hệ thống thu hồi khói thải CO2 để nâng công suất nhà máy từ 740.000 tấn/năm lênđến 800.000 tấn/năm đồng thời góp phần bảo vệ môi trường (từ quý IV năm 2010)

V An toàn lao động trong nhà máy:

- Khi vào nhà máy phải đeo biển tên theo quy định

- Khi làm việc trong khu vực công nghệ phải mang đầy đủ phương tiện bảo vệ

cá nhân như: giầy bảo hộ, mũ cứng, nút tai/ bịt tai chống ồn, kính và quần áo BHLĐ…

3 Khi ra vào cổng nhà máy trong giờ làm việc, phải có giấy phép của Thủ trưởng đơnvị

4 Cấm những người không có trách nhiệm, những người có mùi bia rượu, có biểu hiệntâm thần vào nhà máy, khi vào nhà máy làm việc phải trong trạng thái khỏe mạnh.

5 Khi xảy ra tai nạn hoặc sự cố phải bình tĩnh xử lý và báo cáo theo quy định

6 Cấm hút thuốc và mang diêm quẹt hay các dụng cụ gây ra tia lửa, mang vũ khí, chất

nổ hoặc các chất kích thích, chất gây mê, gây nghiện, chất ma túy…vào nhà máy

7 Chấp hành nghiêm chỉnh các nội quy, kỷ luật lao động, các quy trình thao tác, quytrình kỹ thuật an toàn Thực hiện đúng theo nhiệm vụ và quyền hạn được phân công.Cấm không được tự ý đóng mở, thao tác sử dụng các máy móc, thiết bị không thuộcphạm vi mình quản lý, không đùa giỡn trong khi làm việc

8 Phải biết cách bảo quản tốt, sử dụng đúng các dụng cụ cá nhân cần thiết cho côngviệc Tuân thủ tuyệt đối các quy định an toàn trong khi làm việc

9 Không được đi lại hay đứng gần những nơi kích cẩu, nơi rò rỉ, nơi thử áp hoặc đang

rò khí, dung dịch

10 Cấm không được lái xe và các phương tiện vận chuyển khác khi không có giấyphép Các loại xe chạy trong nhà máy phải tuân thủ các quy định giới hạn tốc độ vàtrang bị lưới chống tia lửa khi vào khu vực công nghệ

11 Tuân thủ hệ thống cấp giấy phép làm việc Phải đặt các biển cảnh cáo cho côngviệc liên quan công nghệ và điện, không được di dời các biển báo này khi không đượcphép của người có thẩm quyền

12 Nắm rõ vị trí, cách sử dụng các thiết bị an toàn, thiết bị chữa cháy và số điện thoạiliên lạc, cấm sử dụng chúng không đúng mục đích

13 Trước khi vào nhà máy phải được nghỉ ngơi thích đáng để đảm bảo sức khỏe chocông việc Hết giờ làm việc phải rời khỏi khu vực sản xuất

V.2 Các yếu tố nguy hiểm trong sản xuất:

- Nhiệt: đốt cháy cơ thể, mạch máu dây thần kinh, tim, não.

- Điện phân: phân hủy chất lỏng trong cơ thể làm phá vỡ thành phần máu và các mô

- Sinh học: gây co giật cơ bắp đặc biệt là cơ tim, phổi ngừng hoạt động, cơ quan hôhấp và tuần hoàn nếu dòng điện truyền qua não làm phá hủy trực tiếp hệ thần kinhtrung ương

3 Cháy nổ:

- Cháy là quá trình kết hợp của chất cháy với oxy trong không khí hoặc các chất oxyhóa khác mà kết quả là tỏa nhiệt và phát quang Cháy chỉ xảy ra khi hội tủ đủ 3 yếu tốsau: chất cháy, chất oxy hóa và môi chất cháy

- Chất cháy có mặt hầu như khắp nơi nên nếu không có biện pháp phòng cháy sẽ xảy

ra cháy

- Nổ: Sự biến đổi vật chất cực kỳ nhanh chóng biến năng lượng của nó thành công cơhọc để tác động vào môi trường xung quanh Đặc biệt hay xảy ra tại nhà máy sử dụngnguyên liệu khí, khí nén

4 Chất độc, nguy hiểm trong nhà máy:

- Chất độc có thể ở dạng rắn, lỏng, bụi, khí, hơi và sương

- Chất nguy hiểm có thể phân loại vào một trong các loại sau: cháy hoặc nổ, ăn mòn,độc, oxy hóa, có hại…

- Chất độc xâm nhập vào cơ thể con người qua đường hô hấp, tiêu hóa và da

- Chất độc xâm nhập vào cơ thể gây rối loạn hoạt động bình thường, gây tổn hại hoặchủy hoại các mô tạng trong cở thể con người, gây nhiễm độc cấp tính hoặc mãn tínhtùy theo mức độ độc hại của chúng

- Trong sản xuất có sử dụng các chất ăn mòn theo yêu cầu của công nghệ như: các chất

có tính axit, tính kiềm Chất ăn mòn gây mài mòn thiết bị, máy móc Gây bỏng, kíchứng hoặc ăn mòn da

5 Tiếng ồn và rung:

- Tiếng ồn trong nhà máy gây ra bởi máy móc, máy công cụ Nó gây tổn thương đếnthính giác dẫn đến ù tai, đau tai thậm chí là điếc nếu tiếng ồn vượt quá tần số âm thanhcho phép (> 85 dB)

- Rung: gây biến động chức năng sinh lý, mệt mỏi, rối loạn kinh nguyệt, sẩy thai, đẻnon.

V.3 Các phương tiện và biện pháp bảo vệ người lao động:

1 Tín hiệu, báo hiệu

- Mục đích: Nhắc nhở người lao động về mối nguy hiểm trực tiếp, khả năng nguyhiểm, hướng dẫn thao tác, đoán nhận quy định về kỹ thuật và ký thuật an toàn

-Các loại tín hiệu, báo hiệu :

Tín hiệu ánh sáng, âm thanh, chỉ báo (đồng hồ các loại), màu sơn, hình vẽ và chữ, tínhiệu bằng tay

2 Đưa ra khoảng cách và giới hạn an toàn

- Mục đích: Xác định được các khoảng cách và giới hạn giữa người với công trình,thiết bị, phương tiện và giữa chúng với nhau nhắm đảm bảo an toàn cho người và thiết

bị trong quá trình hoạt động

- Các loại khoảng cách và giới hạn an toàn sau:

 Khoảng cách an toàn của đường dây điện

 Khoảng cách an toàn cháy, nổ

 Khoảng cách an toàn phóng xạ

 Khoảng cách an toàn nổ mìn, phá đá

3 Điều khiển từ xa

- Mục đích: Đưa người lao động ra khỏi vùng nguy hiểm

- Ứng dụng: Các công việc có nhiều yếu tố nguy hiểm độc hại mà khi người lao độnglàm việc tại chỗ sẽ bị tai nạn hoặc ngộ độc thì phải sử dụng phương pháp điều khiển từxa

4 Kiểm tra, nghiệm thử

- Mục đích: Xác định tình trạng kỹ thuật của thiết bị máy, các bộ phận của chúng vàcông trình để kịp thời sửa chữa, thay thế khi hư hỏng

- Kiểm tra, thử nghiệm được tiến hành định kỳ trước khi xuất xưởng, trước khi đưavào sử dụng các thiết bị

- Kiểm tra bên ngoài, thử tải tĩnh, thử tải động cho các thiết bị nâng.

- Kiểm tra điện trở cách điện của dây dẫn điện

- Kiểm tra điện trở cách điện của các trang bị cách điện

- Kiểm tra các thiết bị chữa cháy theo định kỳ

5 Những biện pháp tổ chức kỹ thuật

- Bố trí các bộ phận nguy hiểm ở những vị trí mà người không ngẫu nhiên tiếp xúc

- Dùng điện áp an toàn

- Không phát sinh các yếu tố độc hại vượt giá trị cho phép

- Vận dụng màu sắc an toàn vào thiết bị công nghệ:

- Tổ chức lao động an toàn trong sản xuất: Bố trí chỗ làm việc giữa các máy một cáchhợp lý Bố trí lao động hợp lý, đúng nghề, đúng khả năng…

- Huấn luyện an toàn cho người lao động

- Điều tra, thống kê, phân tích nguyên nhân gây ra tai nạn lao động

- Xây dựng quy trình, quy phạm, tiêu chuẩn về kỹ thuật an toàn…

6 Phương tiện bảo vệ cá nhân

- Bảo vệ đầu: Mũ bảo hộ dùng để chống chân thương do va đập cơ học, chống bẩn,chống điện giật

- Bảo vệ mắt: Kính bảo vệ, mặt nạ và tấm chắn bảo vệ mắt chống tác động của các vậtvăng bắn như phôi, hóa chất… Tùy thuộc vào công việc mà chọn thiết bị bảo hộ khácnhau

- Bảo vệ cơ quan hô hấp: Khẩu trang, bình thở, bình tự cứu, mặt nạ phòng độc dùng đểchống hơi khí độc, bụi

- Bảo vệ cơ quan thính giác: Nút tai, chụp tai để chống ồn

- Bảo vệ chân tay: Giầy, ủng, găng tay các loại bảo vệ chân tay khỏi tác dụng của điện,hóa chất, trượt ngã, tác nhân nóng, lạnh…

- Bảo vệ thân: Quần áo bảo hộ lao động chống bẩn, chống hóa chất…

PHẦN 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC CỦA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ

MỸ

Chương 1: Giới thiệu chung về công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm

Phú Mỹ

Quá trình sản xuất NH3 gồm 6 giai đoạn:

- Khử S: khử các hợp chất chứa S có trong dòng nguyên liệu khí tự nhiên ban đầu docác hợp chất này gây ngộ độc xúc tác cho các quá trình về sau

- Reforming hơi nước (sơ cấp và thứ cấp): cung cấp nguyên liệu N2 và H2 cho quátrình tổng hợp ammoniac từ nguyên liệu là khí tự nhiên, hơi nước và không khí

- Chuyển hóa CO (ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp): chuyển CO sang dạng CO2 đồngthời thu thêm một lượng H2 do CO gây ngộ độc xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3

- Tách CO2: do CO2 không có tác dụng trong quá trình tổng hợp NH3 với một lượnglớn nó tiêu tốn năng lượng cho máy nén, ảnh hưởng đến xúc tác Và thu CO2 cho quátrình tổng hợp ure

- Metan hóa: chuyển hóa CO, CO2 thành CH4 do chúng độc hại đối với xúc tác tổnghợp NH3

- Tổng hợp NH3

Trong nhà máy, NH3 được sản xuất từ khí tổng hợp có chứa Nito và hydro với

tỷ lệ ~ 3:1 sau khi qua quá trình tinh lọc khí (làm giảm hàm lượng CO và CO2).Khítổng hợp được sản xuất qua quá trình reforming hơi nước với nguyên liệu là khí tựnhiên và hơi nước

Hình 1: Sơ đồ chung của quá trình sản xuất NH 3

Hydro hóa

và hấp thụ S

Reforming sơ cấp và thứ cấp

Chuyển hóa CO nhiệt độ thấp và nhiêt độ cao

Tách CO2

Metan hóa Tổng hợp NH3

Chương 2: Công nghệ sản xuất ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ

I Khử lưu huỳnh(S):

Trong khí tự nhiên hầu như đều có chứa một lượng nhỏ các hợp chất của S cóthể lên tới 24ppm thể tích Mà xúc tác của quá trình reforming hơi nước và chuyển hóa

CO nhiệt độ thấp ở phía sau cực kỳ nhạy với các hợp chất chứa S bởi chúng:

 Làm giảm hoạt tính của xúc tác

 Hoặc gây ngộ độc xúc tác

Do đó, cần loại bỏ các hợp chất chứa S bằng cách:

Chuyển các hợp chất hữu cơ chứa S sang dạng vô cơ H2S nhờ quá trình hydro hóa sau

đó H2S được tách ra bởi quá trình hấp thu bởi ZnO

Với yêu cầu nồng độ của S trong nguyên liệu vào quá trình reforming là thấp hơn 0.05ppm

Công đoạn khử S bao gồm:

Thiết bị hydro hóa 10-R-2001 với xúc tác là TK-250 (oxit Co, Mo)

Hai thiết bị hấp thụ S 10-R-2002A/B nối tiếp nhauvới xúc tác HTZ-3 (ZnO)

I.1.Quá trình hydro hóa:

I.1.1 Mô tả quá trình:

Khí tự nhiên tại điểm giao nhận của nhà máy được đưa qua máy nén 10K –

4011 nếu như áp suất nhỏ hơn 38 barg để đảm bảo cho áp suất vào quá trình reformingkhoảng 38.5 barg Sau đó được gia nhiệt bởi khói lò trong 10E-2004-2 rồi được trộnvới khí tuần hoàn chứa hydro đảm bảo cho tỷ lệ hydro.hydrocacbon bằng0.005Nm3/kg trước khi được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng trong 10E-2004-1 rồiđược đến 10R-2001 có chứa xúc tác TK-250

Tại đó có các phản ứng sau xảy ra:

+ Phản ứng hydro hóa các hợp chất chứa S:

+Phản ứng hydro hóa olefin thành pararafin

+ Phản ứng hydro hóa các hợp chất chứa N thành parafin và NH3

I.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình:

- Hàm lượng CO, CO2, H2 và H2O:

Trong quá trình này cần khống chế hàm lượng của CO, CO2 cũng như H2 và

H2O vì:

+ Hàm lượng của CO, CO2, H2 và H2O làm tăng hàm lượng S còn lại trong dòng khí rakhỏi quá trình này do có phản ứng:

độ hiệu quả để ngăn phản ứng này

Do đó cần khống chế hàm lượng tạp chất cực đại cho phép trong dòng nguyên liệu vàothiết bị hydro hóa:

H2: 3 đến 4%

CO: 5%

CO2: 5%

- xúc tác:

Dạng trụ rỗng với thành phần hoạt tính: CoO, MoO3 trên bề mặt chất mang

Al2O3 với pha hoạt tính xúc tác: CoMoSx

+ Hoạt tính lớn nhất của xúc tác đạt được ở khoảng nhiệt đô : 330 đến 360oC và phụthuộc vào nồng độ của H2, giá trị này được duy trì ở 0.042 Nm3 H2 /Nm3 hydrocacbontương ứng với nồng độ của H2 là 3.94%

Với khí tự nhiên, nồng độ H2 được duy trì trong khoảng 2 ÷ 5% phụ thuộc vào hàmlượng S trong khí tự nhiên

Và có thể vận hành ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trên với xúc tác mới và cao hơn vớixúc tác đã bị già hóa

+ Xúc tác TK-250 bị oxy hóa trong quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tínhcủa xúc tác khi được sunfua hóa.

Ở trạng thái này, chất xúc tác có thể tự bốc cháy vì vậy nó cần được bảo quản hay dỡxúc tác trong điều kiện không tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ lớn hơn 70oC

- Khi hàm lượng S trong khí tự nhiên ban đầu đạt yêu cầu thì vẫn cần duy trì dòng H2

vào thiết bị hydro hóa 10R-2001 vì ở nhiệt độ lớn hơn 300oC nếu không có H2 thìhydrocacbon sẽ bị cracking nhiệt tạo muội C bám vào xúc tác làm giảm hoạt tính xúctác Và khi vận hành chưa có H2 sẵn sàng thì cần khống chế nhiệt độ nhỏ hơn 300oC

- Nhiệt độ của quá trình: là thông số quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của xúc tác

Ở nhiệt độ thấp, phản ứng hydro hóa sẽ xảy ra rất chậm và sự chuyển hóa sẽ không tối

ưu, điều này có thể dẫn đến lượng lưu huỳnh hữu cơ trong dòng nguyên liệu ra khỏiquá trình khử lưu huỳnh còn cao (> 5ppm) sẽ gây ngộ độc S cho xúc tác reforming.Tại nhiệt độ tương đối cao, xúc tác hydro hóa có xu hướng hỗ trợ phản ứng cracking

CH4 C + 2H2

Vì vậy, cần kiểm soát nhiệt độ vận hành của quá trình để đảm bảo hiệu quả

- Do đó, quá trình vận hành cần kiểm soát các thông số chính sau:

+ Kiểm soát áp suất vào quá trình khử S cuả khí tự nhiên để đảm bảo giữ áp ổn địnhkhi đi qua công đoạn khử S đến đầu hút của máy nén khí tổng hợp 10K-4031 và áp củakhí tự nhiên vào reforming ở khoảng 38.5 barg

+ Kiểm soát áp suất của dòng tuần hoàn có chứa H2: để đảm bảo áp cho quá trình phíasau

+ Kiểm soát tỷ lệ hydro/hydrocacbon bằng cách kiểm soát lưu lượng của hai dòngnguyên liệu ban đầu

+ Nhiệt độ của dòng nguyên liệu ban đầu (hỗn hợp khí tự nhiên và H2) vào thiết bị R2001 bằng cách điều chỉnh lượng nguyên liệu qua thiết bị trao đồi nhiệt 10E-2004-1

10-Ngoài ra còn phải theo dõi chênh lệch nhiệt độ ở đỉnh và đáy của thiết bị, thường là rấtnhỏ hoặc không do mất nhiệt ra ngoài môi trường (vì lượng S trong khí tự nhiên lànhỏ) Và có đặt cảnh báo nhiệt độ mức cao ở đáy của thiết bị tránh trường hợp quánhiệt cho xúc tác.

Có điểm lấy mẫu để theo dõi hoạt tính xúc tác trong thiết bị hydro hóa ở đầu ra củathiết bị

I.1.3 Xúc tác TK – 250:

TK – 250 là chất xúc tác xử lý hydro dựa trên hỗn hợp Coban – Molypden trênnền chất mang là nhôm oxyt.TK – 250 được dùng để hydro hóa lưu huỳnh, nitơ và cáchợp chất không no khác từ khí tự nhiên cho đến naphta

Ưu điểm của xúc tác dạng vòng:

Làm giảm trở lực qua thiết bị phản ứng

Xúc tác dạng vòng có khả năng chịu được cao hơn với việc tăng trở lực do cáchạt rắn có mặt trong dòng nguyên liệu

Xúc tác đã qua sử dụng không được tái sinh, được thải bỏvì không đem lại hiệuquả kinh tế

Chống đỡ xúc tác tại đáy: sử dụng lưới đỡ xúc tác, lưới thép, trên đó là một lớp hạtnhôm hoặc gốm ngăn không cho xúc tác không bị lọt qua lưới

Lớp bảo vệ bên trên lớp xúc tác: đặt một lớp các hạt nhôm hoặc gốm có tác dụng bảo

vệ chất xúc tác khỏi sự rung động và giúp phân phối các thiết bị đo lưu lượng

I.2 Quá trình hấp thụ H2S:

I.2.1 Mô tả quá trình:

Khí tự nhiên sau khi được hydro hóa được chuyển sang thiết bị hấp thụ H2S R2002A/B với xúc tác là HTZ-3

10-Hai thiết bị này được mắc nối tiếp nhau và H2S chủ yếu được hấp thụ trong thiết bị R2002A

10-Vai trò của thiết bị 10-R2002B:

Bảo vệ trong trường hợp khí ra khỏi thiết bị 10-R2002A còn dư

Dùng khi thiết bị 10-R2002A bị cô lập để thay xúc tác

- Nhiệt độ vận hành bình thường 400oC với các phản ứng:

Mà khi vận hành bình thường hàm lượng S trong dòng khí giảm theo hằng số cânbằng:

Khả năng hấp thụ H2S phụ thuộc vào:

Nhiệt độ đầu vào R2002A

Độ xốp của xúc tác

Diện tích bề mặt của xúc tác ZnO

Xúc tác tại hai thiết bị 10R-2002A/B cũng được chống đỡ tại đáy và bảo vệ ở đỉnh nhưtrong thiết bị 10R-2001

I.2.3.Các thông số cần theo dõi của quá trình:

- Kiểm soát áp suất đầu ra của 10R-2002A/B cũng chính là kiểm soát áp suất đầu vàocủa quá trình reforming và các công đoạn phía sau

- Theo dõi nhiệt độ tại đầu vào, đầu ra của thiết bị 10-R2002A và nhiệt độ đầu ra củathiết bị 10-R2002B

- Có các điểm lấy mẫu để theo dõi hoạt tính xúc tác của khử S tại đầu ra của các thiếtbị

I.2.4 Thời gian thay xúc tác phụ thuộc vào:

- Độ chênh áp qua xúc tác: do xúc tác chỉ chịu được ở một mức chênh lệch áp suấtnhất định (liên quan đến độ bền của xúc tác)

- Hoạt tính xúc tác: xúc tác của quá trình hydro hóa hay hấp thụ H2S đều phải đảm bảocho hàm lượng S trong khí ra khỏi nhỏ hơn 0.05ppm

Trong quá trình vận hành nhà máy, người ta nhận biết xúc tác bị giảm hoạt tínhbằng cách quan sát thay đổi nhiệt độ, áp suất của quá trình Khi vận hành có sự thayđổi bất thường của nhiệt đô, áp suất sau khi kiểm tra các thông số đầu vào mà ổn địnhthì nguyên nhân chính là do xúc tác

Với biến động của nhiệt độ thì do hoạt tính của xúc tác bị giảm Còn áp suất thì có thể

là do ảnh hưởng của việc hình thành muội carbon bám trên xúc tác hay do xúc tác bị

vỡ làm tăng trở lực trong thiết bị

II Công đoạn reforming

II.1 Mô tả công nghệ quá trình reforming

Qúa trình này được chia thành 2 phân đoạn chuyển hóa:

+Reforming sơ cấp: xảy ra ở thiết bị 10-H-2001

+Reforming thứ cấp: xảy ra ở thiết bị 10-R-2003

Bảng 2: Thành phần dòng nguyên liệu vào quá trình reforming

Thành phần Lưu lượng (Nm3/h) Nồng độ mol (%)

Phản ứng (1) và (2) là những phản ứng thu nhiệt mạnh còn phản ứng (3) là phảnứng tỏa nhiệt nhẹ Phản ứng chính xảy ra là phản ứng (2), do vậy quá trình này là thunhiệt, quá trình chuyển hóa cho hiệu suất cao khi nhiệt độ cao và áp suất thấp Cũng từphản ứng (1) & (2) ta thấy lượng hơi nước cần dung dư để đạt độ chuyển hóa cao.Tuynhiên lượng hơi dư quá nhiều sẽ tốn kém và có thể gây ảnh hưởng đến xúc tác nên tanên dung một lượng hơi nước dư thích hợp.Trong sản xuất người ta duy trì tỉ lệ steam/cacbon là 2,9.

Trong reforming sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạnggián tiếp từ lò đốt Sự chuyển hóa trong reforming sơ cấp sẽ được điểu chỉnh sao chokhông khí sẽ cấp nhiệt cho reforming thứ cấp để đảm bảo yêu cầu tỷ lệ H2/N2 là 3/1.Điểu này còn phải khống chế lượng metan như là khí trơ trong khí tổng hợp ở mứccàng thấp càng tốt Hàm lượng metan trong khí công nghệ được không chế bằng hằng

số cân bằng của phản ứng (2) theo lý thuyết và theo thực tế Tỷ lệ chuyển hóa thíchhợp khi nồng độ metan còn khoảng từ 7-15% Đối với cân bằng của phản ứng (2) hàmlượng metan giảm đi khi tăng nhiệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất

Có 2 trường hợp vận hành cho hàm lượng metan ở đầu ra của thiết bị reforming

sơ cấp là khác nhau:

+Khi vận hành với thiết bị thu hồi hydro (HRU) làm việc và sử dụng khí thải đãđược xử lí như là khí nguyên liệu cho reforming thì khí công nghệ ra khỏi reforming ởkhoảng nhiệt độ là 780oC và hàm lượng metan khoảng 15% mol tính theo khí khô

+Khi vận hành mà thiết bị thu hồi hydro không làm việc và sử dụng khí thảikhông được xử lí như là khí nhiên liệu cho reforming thì khí công nghệ ra khỏireforming ở nhiệt độ khoảng 800oC và hàm lượng metan khoảng 13% mol tính theokhí khô

Trên thực tế nhà máy Đạm Phú Mỹ vận hành ở trường hợp 1

Trong khi vận hành reforming sơ cấp các bon có thể một phần phía ngoài vàphía trong xúc tác theo phản ứng phân hủy HC ở nhiệt độ cao Cacbon nằm phiá ngoài

hạt xúc tác sẽ làm tăng tổn thất áp suất trong lớp xúc tác và phía trong hạt xúc tác vànhư vậy sẽ làm giảm hoạt tính của xúc tác và độ bền cơ học của nó.

Theo nhiệt động học, việc hình thành cacbon sẽ không thể xảy ra ở điều kiệnnếu cân bằng đạt đến từng bước Nếu xúc tác bị nhiễm độc ví dụ như sulphur, nó sẽ bịmất hoạt tính và việc hình thành cacbon có thể xảy ra.Ngoài ra việc hình hành cacbon

có thể xảy ra khi tỉ lệ hơi nước/ cacbon thấp hoặc xúc tác không được hoàn nguyêntrọn vẹn hoặc một phần bị oxy hóa hoặc quá trình cấp nhiệt từ lò đốt không được đồngđều gây quá nhiệt cục bộ ở một số điểm

Hỗn hợp khí tự nhiên và hơi nước sau khi được cấp nhiệt ở thiết bị trao đổinhiệt 10-E-2001 ở khoảng 535oC, 34,8 barg và đi vào đỉnh của các ống thẳng đứngchứa xúc tác và đi ra khỏi ống ở nhiệt độ 783oC, 30,9 barg Khí công nghệ được dẫntrực tiếp đến thiết bị reforming thứ cấp

Nhiệt cung cấp cho quá trình reforming sơ cấp được cấp gián tiếp thông qua lòđốt Khí nhiên liệu cho lò đốt reforming được cũng cấp theo 2 nguồn riêng biệt, mộtnguồn là khí tự nhiên (khí sơ cấp) và một là khí off-gas (nguyên liệu thứ cấp) Khí off-gas là hỗn hợp của khí thải từ bộ phận tách CO2 dùng hóa chất MDEA, khí off gas từ

bộ phận thu hồi hydro và khí tổng hợp dư được lấy từ đầu nguồn của máy nén khí tổnghợp

*) Reforming thứ cấp:

-Thông số đầu vào: T=783oC, P=30,9 barg:

Thành phần khí công nghệ đưa vào như bảng sau:

Bảng 3: Thành phần khí công nghệ

Thành phần Lưu lượng (Nm3/h) Phần mol (%)

Phản ứng cháy chính xảy ra:

CH4 + 2O2  2H2O + CO2 +Q2H2 + O2  2H20 +480KJ/molTrong reforming thứ cấp nhiệt cho phản ứng reforming được cung cấp trực tiếp

từ quá trình đốt khí công nghệ với không khí ở phía trên của thiết bị.Trong khoảngkhông gian trống phía trên của thiết bị reforming thứ cấp người ta lắp béc đốt 10-J-

2001, tại đó không khí trộn một phần vào khí công nghệ Ở đây xảy ra chủ yếu là phảnứng cháy quả là nhiệt độ tăng lên Từ không này, khí công nghệ đi qua lớp xúc tácphía dưới mà ở phản ứng reforming xảy ra hoàn toàn và làm nguội hỗn hợp khí Nhiệt

độ hỗn hợp khí ra khỏi reforming thứ cấp vào khoảng 958oC và hàm lượng metan chỉcòn lại khoảng 0,6% mol tính theo khí khô

Khí ra khỏi reforming thứ cấp chứa khoảng 13,5% mol CO và 7,5% mol CO2,chính vì vậy sẽ có nguy cơ hình thành muội cacbon theo phản ứng Boudouard như sau:

2CO  CO2 + CKhi hỗn hợp khí nguội xuống

Dưới việc lựa chọn điều kiện phản ứng, phản ứng có thể thực hiện ở nhiệt độthấp hơn 790oC và trên 500-560oC do điều kiện cân bằng và điều kiện thực tế, dướinhiệt độ này phản ứng xảy ra chậm

c) Thu hồi nhiệt thừa

Nhiệt thừa của khói thải từ buồng bức xạ nhiệt trong reformer sơ cấp và của khícông nghệ đi ra từ reformer thứ cấp được dùng để hâm nóng các dòng công nghệ khácnhau và tạo ra hơi nước siêu cao áp.

- Thu hồi nhiệt thừa khói thải

Bộ gom khói thải từ hai buồng bức xạ nhiệt đi vào công đoạn thu hồi nhiệt thừakhói thải, tại đây nhiệt thừa khói thải được sử dụng để:

+ Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hơi nước trước khi đi vào reformer sơ cấp.+ Hâm nóng không khí công nghệ cho reformer thứ cấp 10-R-2003

+ Quá nhiệt cho hơi nước cao áp

+ Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hoàn trước khi đi vào hydrohoá/hấp phụ sulphur 10-R-2001

+ Hâm nóng nước cấp nồi hơi của công đoạn thu hồi nhiệt thừa công nghệ.Tại đầu ra nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng 162 oC

Công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải được nối với ống khói thông qua quạtkhói 10-K-2001 Nó hút khói ra môi trường thông qua ống khói reforming 10-SK-2001

- Thu hồi nhiệt thừa công nghệ

+ Khí công nghệ rời công đoạn reforming đi vào lò hơi nhiệt thừa, 10-E-2008

và bộ quá nhiệt hơi nước 10-E-2009

+ Hơi nước bảo hoà ở áp suất 118 barg được sinh ra trong 10-E-2008

+ Trong 10-E-2009 hơi nước được quá nhiệt từ 324 lên 376 oC

+ Bao hơi 10-V-2001 được dùng chung cho 10-E-2008/2010 và lò hơi nhiệtthừa tổng hợp amoniắc 10-E-5001

+ Khí công nghệ được làm nguội đến 360 oC trong bô quá nhiệt 10-E-2009trước khi đi vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004

d) Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Nguyên liệu khí tự nhiên ban đầu ở 36oC và áp suất 24, 5 barg đi vào đầu hút củamáy nén khí tự nhiên 10-K-4011 Máy nén khí tự nhiên K-4011 là máy nén li tâm vàđược kéo bằng môtơ điện Máy nén này chỉ hoạt động khi áp suất khí tự nhiên thấphơp 38 barg Tại đầu ra của máy nén khí tự nhiên có nhiệt độ là 68,6oC, áp suất 39,2barg đi vào thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2004-2 ở lò khí thải reformer sơ cấp Nhiệt độkhí đi ra khỏi E-2004-2 là 350oC, khí tự nhiên được trộn với một dòng khí hydro từcụm thu hồi hydro có nhiệt độ 47oC, áp suất 43,6 barg Hỗn hợp khí sau khi trộn đi vàothiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2004-1 nâng nhiệt độ lên đến 400oC, áp suất lúc này là 38,

2 barg đi vào cụm khử hydro Ở cụm này gồm 3 thiết bị: thiết bị hydro hóa R-2001,hỗn hợp khí đi vào thiết bị này, các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ sẽ được đưa về dạng

H2S nhờ xúc tác hydro hóa Sau đó hỗn hợp khí sẽ được chuyển qua hai thiết bị hấpthụ H2S R-2002-A/B, hỗn hợp khí đi ra khỏi hai thiết bị này có nồng độ lưu huỳnh chỉcòn 0,05 ppm có nhiệt độ là 390oC Dòng hơi nước cao áp ở 370oC và 38 barg đến từturbine hơi nước chạy máy nén khí tổng hợp 10-STK-4031 cùng với một dòng hơi cao

áp đến từ tháp T-7001 sẽ được trộn với dòng khí ra khỏi 10-R-2002B Hỗn hợp khí saukhi trộn sẽ được đưa sang thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2001 nâng nhiệt độ lên 535oC rồiđược dẫn vào các ống xúc tác của reformer sơ cấp Ở đây xảy ra quá trình chuyển hóakhí tự nhiên bằng hơi nước, quá trình này là quá trình thu nhiệt nên nhiệt cấp cho cácphản ứng được cấp gián tiếp từ lò đốt reformer Nhiệt được truyền bằng bức xạ nhiệtqua thành ống xúc tác và bằng đối lưu nhiệt giữa khí công nghệ với khí thải của lò đốt.Trong các ống xúc tác reformer, phần lớn khí tự nhiên sẽ tác dụng với hơi nước thànhkhí tổng hợp Nồng độ khí metan tại đầu ra của reformer sơ cấp là 15% Dòng khícông nghệ ra khỏi thiết bị chuyển hóa reformer sơ cấp có nhiệt độ 783oC áp suất 30,9barg sẽ đi vào thiết bị chuyển hóa reformer thứ cấp Một dòng không khí từ đầu ra củamáy nén không khí 10-K-4021 ở 172oC và 32,4 barg được cấp nhiệt lên đến 550oC quahai thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2002-2 và 10-E-2002-1 đi vào thiết bị reformer thứ cấp.Không khí trộn với dòng khí công nghệ thông qua béc đốt Phía trên của reformer thứcấp xảy ra các phản ứng cháy giữa metan, hydro với oxy Các phản ứng này tỏa nhiệtmạnh, nâng nhiệt độ hỗn hợp khí lên đến khoảng 1100oC, nhiệt độ này đủ để cung cấp

cho quá trình chuyển hóa reforming phía dưới của thiết bị reformer thứ cấp Không khí

có tác dụng cấp oxy cho các phản ứng cháy và cung cấp nitơ nguyên liệu cho quá trìnhtổng hợp amoniac Khí công nghệ sau khi ra khỏi thiết bị chuyển hóa thứ cấp có nồng

độ khí metan đạt yêu cầu là 0,6% mol tính theo mol khí khô Nhiệt độ khí lúc này là

958oC, áp suất 30,4 barg Được dẫn ngay vào thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2008 ngay sátthiết bị chuyển hóa thứ cấp và thiết bị 10-E-2009 để tận dụng nhiệt sản xuất hơi nướcsiêu cao áp Dòng khí công nghệ trước khi đi vào cụm chuyển hóa CO có nhiệt độ

II.2 Cấu tạo thiết bị reforming

a) Thiết bị reforming sơ cấp:

Thiết bị reforming sơ cấp gồm có 180 ống xúc tác được đặt trong 2 buồng bức

xạ nhiệt, các bec đốt được lắp trên 6 hàng mỗi buồng, các buồng đốt có 480 bec đốt

Các bec đốt được lắp với khoảng cách như nhau trong mỗi buồng đốt Sự sắpxếp này sẽ dễ dàng kiểm soát được profile nhiệt độ dọc theo chiều cao các ống xúc tác

và phân phối nhiệt độ đồng nhất dọc theo chiều dài buồng đốt

Một phần nhiệt cháy phát ra từ các bec đốt truyền cho các ống xúc tác bằng bức

xạ nhiệt từ vách và bằng đối lưu nhiệt do khói thải Phần còn lại (ngoại trừ tổn thấtnhiệt) rời khỏi buồng đốt khói thải

Bên trong mỗi buồng bức xạ nhiệt là lớp gạch chịu lửu.Với nhiệt độ trongbuồng gần 1000oC thì thời gian làm việc của thiết bị khoảng 10000h

*) Các thông số kỹ thuật khí thiết bị hoạt động:

-Áp suất: áp suất vận hành bình thường như sau:

+ P đầu vào (PI-2051): 34,8 barg

+ Tổn thất áp suất, PDI-2052: <4 barg

+ P buồng đốt, PIC-2031: duy trì ở áp suất -5mmH2O

Điều cần thiết là phải giữ áp suất vận hành thấp, nếu có khuynh hướng tăng quánhanh, các tình trạng bất thường có thể xảy ra như kết tụ cacbon, xúc tác bị nát, mấthoạt tính

Trong trường hợp này, cần thiết phải duy trì vận hành tạm tời bằng cách tăng tỷ

lệ hơi nước/cacbon.Thêm vào đó cũng phải phân tích khí công nghệ và hơi nước cao

áp tại đầu ra bao hơi để phát hiện nguyên nhân bất thường và tìm cách điều chỉnhchúng

-Nhiệt độ: Nhiệt độ vận hành bình thường như sau:

+Nhiệt độ đầu ra bộ TĐN 10-E-2001: 535OC

+Nhiệt độ bộ gom khí nóng: 783OC

+Nhiệt độ đầu ra bộ hâm nóng không khí 10-E-2002-1: 550OC

+Nhiệt độ thiết kế vỏ của ống xúc tác là 884oC

Mặc dù vỏ ống xúc tác có thể vận hành an toàn ở 884oC và 35 barg nhưng nêngiữ ở nhiệt độ càng thấp càng tốt, tương ứng với mức độ chuyển hóa để đảm bảo thờigian vận hành lâu dài

Khi nhiệt độ vỏ ống xúc tác tăng vượt quá nhiệt độ thiết kế ở áp suất thiết kế,thời gian vận hành sẽ giảm xuống Việc thay đổi nhiệt độ của vỏ từ ống này đến ốngkhác có thể là do đốt không đều, xúc tác bị ngộ độc lưu huỳnh, hình thành cacbon hoặcchênh lệch áp suất khác nhau ở mỗi ống

Đây là sơ đồ thiết bị reforming sơ cấp:

Hình 4: Thiết bị Reforming sơ cấp

b) Thiết bị reforming thứ cấp:

Thiết bị có cấu tạo hình trụ rỗng, phía trên nhỏ, phía dưới lớn Trong reformingthứ cấp, không khí công nghệ và khí từ reforming sơ cấp được trộn với nhau trong 10-J-2001 đặt phía trên của thiết bị phản ứng Tại đây xảy ra phản ứng cháy đê nâng nhiệt

độ lên đến 1000-1100oC.Phía dưới thiết bị reforming thứ cấp là lớp xúc tác được đổđầy Bên ngoài thiết bị reforming thứ cấp được sơn màu xanh đậm, khi có sự quá nhiệtxảy ra trong thiết bị thì màu sơn bên ngoài sẽ bị thay đổi tùy theo khoảng nhiệt độkhác nhau từ đó giúp ta có thể dễ dàng nhận ra và kiểm soát điểm quá nhiệt để có biệnpháp xử lý kịp thời

Hình 5: Thiết bi Reforming thứ cấp

*) Các thông số kỹ thuật khi thiết bị hoạt động:

- Áp suất: áp suất không ảnh hưởng nhiều đến phản ứng trong thiết bị reforming thứcấp, áo suất đầu vào là 30,9 barg và áp suất đầu ra là 30,4 barg

- Nhiệt độ: Nhiệt độ vận hành như sau:

+ Nhiệt độ đầu ra refprming sơ cấp: 958oC

+ Nhiệt độ vỏ reforming sơ cấp: 160oC

Nhiệt độ đầu ra thứ cấp phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ đầu vào của khí côngnghệ từ reforming sơ cấp và lưu lượng của khí công nghệ.Nói một cách khác, lưulượng không khí công nghệ sẽ kiểm soát tỉ lệ H2/N2 là 3/1 của khí đầu vào máy nén khítổng hợp Nhiệt độ đầu ra của còn phụ thuộc vào hàm lượng metan dư tại đầu ra củareforming sơ cấp.Nếu nhiệt độ đầu ra của reforming thứ cấp quá cao thì cần thiết phảigiảm quá trình đốt của reforming sơ cấp

Lớp sơn cảm ứng nhiệt được phủ lên vỏ của reforming thứ cấp và đường ốngdẫn khí công nghệ trước khi đi vào công đoạn chuyển hóa CO

Phản ứng cháy xảy ra phía trên thiết bị tỏa nhiệt làm nhiệt độ hỗn hợp tăngmạnh và rất cao nên bề mặt phía bên trong của thiết bị reforming thứ cấp, người taphải lát thêm một lớp gạch chịu nhiệt Nhiệt độ bề mặt (Vỏ) của thiết bị khoảng 160oC(thiết kế tối đa là lớp vỏ chịu được nhiệt độ tối đa là 300oC).Khuyết tật ở lớp gạch chịulửa có thể dẫn tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thiết kế và điều này có thể gây ra nhưngthiệt hại về vỏ Reforming thứ cấp được sơn một lớp sơn nhạy cảm nhiệt mà có thểthay đổi màu sắc theo nhiệt độ của lớp vỏ để từ đó ta có thể đưa ra những biện pháp xử

lý thích hợp nhằm bảo vệ thiết bị và sự thay đổi nhiệt độ chỉ rõ khoảng nhiệt độ mà lớpsơn phải chịu đựng, màu gốc là màu xanh dương Khoảng màu của lớp sơn như sau:

+ Khoảng màu xanh dương: 160-200oC

+ Khoảng màu xanh đậm: 200-315oC

+ Khoảng màu trắng: 315-4800C

Nếu sự thay đổi màu sắc được nhìn thấy, việc làm lạnh lớp vỏ bình reformerbằng không khí , hơi nước thấp áp hoặc nước là cần thiết cho đến khi việc sửa chữa cóthể thực hiện

Reforming sơ có tổng cộng 180 ống xúc tác reformer được lắp đặt trong hai buồng bức

xạ nhiệt.Phần trên của các ống xúc tác được nạp loại RK-211& RK-201, trong khiphần đáy của các ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H

Chất xúc tác đã được khử bền trong không khí đến nhiệt độ 80oC.Nếu nó đượctiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hóa, nhưng nhiệt độ sẽ khôngảnh hưởng gì đến xúc tác

Chất xúc tác RK-201 bảy lỗ là một loại xúc tác kiềm tăng hoạt tính với hoạttính xúc tác cao đối với quá trình reforming khí nguyên liệu từ khí tự nhiên đến khíđồng hành hóa lỏng.

RK-211 là dạng khử của RK-201, mà được tăng hoạt tính bởi các kim loạihiếm Sự khử được kiểm soát chặt chẽ

Xúc tác bị ngộ độc bởi các nguyên nhân sau:

+ Ngộ độc bởi lưu huỳnh: quá trình xử lí lưu huỳnh ở công đoạn khủ lưu huỳnh khôngđạt yêu cầu, hàm lượng lưu huỳnh lơn hơn 0,05 phần triệu sẽ làm cho xúc tác bị giảm

số tâm hoạt động và dẫn bị mất hoạt tính xúc tác

+ Kết tủa cacbon: Kết tủa cacbon trong xúc tác có thể do các lý do sau đây:

hoạt tính xúc tác không hiệu quả ở điều kiện vận hành bình thường do hoànnguyên không hiệu quả hoặc bị ngộ độc lưu huỳnh

Vận hành ở điều kiện bất thưtạiờng: tỷ lệ steam/carbon quá thấp; quá nhiệt tạiđỉnh reformer sơ cấp gây ra khuynh hướng phản ứng cracking nhiệt; Qúa tải, phụ tảicao hơn áp suất riêng phần của các hydrocacbon bậc cao sẽ gây nguy cơ crackingnhiệt; quá trình đốt không đồng đểu tại các bec đốt reforming gây quá nhiệt cục bộ tạimột vài điểm trên ống xúc tác

b) Xúc tác reforming thứ cấp:

Reforming thứ cấp được nạp xúc tác RKS-2-7H với chất mang là MgAl2O4 ,

thành phần hoạt tính là Ni, dạng 7 lỗ, kích thước 16×11, mm

Lớp xúc tác nằm trên hai lớp của các hạt nhôm với kích cỡ khác nhau và lướinhôm được đặt trên đỉnh của lớp xúc tác để giữ chất súc tác khỏi bị rung động và bảo

vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc với ngọn lửa

Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400oC-1500OC

Chất xúc tác đã được hoạt hóa không được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt

độ lớn hơn 1000C gây nên phát nhiệt Vì nhiệt độ tạo ra do phản ứng oxy hóa khôngđược giải phóng khỏi bình reformer thứ cấp, nó có thể dẫn đến tình trạng quá nhiệt vàphá hủy chất xúc tác

II.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình reforming

a) Lưu lượng khí tự nhiên

Nếu lưu lượng khí tự nhiên đến reformer sơ cấp quá thấp: khi lưu lượng khí tựnhiên giảm thì lượng nhiệt được hấp thụ bởi phản ứng reforming thu nhiệt sẽ giảmtương ứng Do đó, các ống tuýp trong reformer sơ cấp và hệ thống phía dưới nguồncủa reformer này có thể bị quá nhiệt

b) Lưu lượng hơi nước

Nếu lưu lượng hơi nước quá thấp đến reforming sơ cấp: khi lưu lượng hơi nướcđầu vào giảm xuống, tỷ lệ hơi nước/cacbon sẽ giảm theo, điều này gây nên hình thànhcacbon trên bề mặt chất xúc tác reformer sơ cấp Lưu lượng quá thấp đến reformer sơcấp có thể gây nên rối loạn phân phối dòng chảy giữa các ống reformer, và do vậy, cácống tuýp reformer với lưu lượng quá thấp sẽ bị quá nhiệt

c) Tỷ lệ hơi nước/cacbon

Nếu tỷ lệ hơi nước/cacbon quá thấp, cacbon có thể hình thành trên bề mặt xúctác của reformer sơ cấp

d) Áp suất khí tự nhiên nhiên liệu quá thấp

Nếu áp suất trong đầu nguồn nguyên liệu khí tự nhiên là quá thấp, sự cháyngược vào trong mỏ đốt có thể xảy ra.Các mỏ đốt có thể bị tắt và khí tự nhiên rò rỉ đến

lò đốt dẫn đến nguy cơ gây cháy nổ

e) Sự thông gió trong reformer sơ cấp

Sự thông gió trong reformer quá thấp, áp suất lò đốt tăng cao hơn áp suất bênngoài môi trường, khí đốt thải nóng (1000oC) sẽ rò rỉ ra rất nhiều nơi khác nhau.Điều

này rất nguy hiểm cho nhân viên vận hành, tạo hỗn hợp nổ với không khí bên ngoàihoặc gây thiệt hại đến vỏ thép của reformer.

f) Tỷ lệ gas/air

Nếu tỷ lệ gas/air mà thấp thì lượng không khí cấp cho lò phản ứng reformingthứ cấp sẽ thừa oxy do đó sẽ gây quá nhiệt và làm hỏng xúc tác lẫn thiết bị Ngoài racòn ảnh hưởng tới tỷ lệ hydro/nito

III CHUYỂN HOÁ CO

III.1 Tổng quan công nghệ

III.1.1 Mô tả công nghệ tổng quát

Cacbon monoxit trong khí quá trình rời khỏi bộ phận reforming được chuyển hoáthành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO trong thiết bị phản ứng10-R-2004 và 10-R-2005 theo phương trình phản ứng sau:

CO + H2O ↔ CO2 + H2 + QCân bằng của phản ứng chuyển hoá chuyển về phía tạo thành nhiều CO2 hơn khi ởnhiệt độ thấp và có nhiều hơi nước hơn, tuy nhiên, tốc độ phản ứng do đó sẽ tăng nếu

ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác

và thành phần của khí Điều này có nghĩa là đối với phản ứng chuyển hoá CO sẽ cómột nhiệt độ tối ưu phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác và tốc độ dòng chảy, nó sẽ cho ramột độ chuyển hoá tối ưu Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước đểđảm bảo lượng dư CO thấp và hình thành sản phẩm phụ thấp

Bước thứ nhất thực hiện trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004,được lắp đặt xúc tác SK-201-2 oxit crom tăng cường bằng oxit sắt

Xúc tác SK-201-2 có thể hoạt động liên tục trong khoảng nhiệt độ 320-500 oC.Xúctác còn mới nên hoạt động ở nhiệt khí đầu vào khoảng 360 oC Sau đó, do lão hoá xúctác mà nhiệt độ tối ưu đầu vào tăng lên, đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 480

oC, hoạt tính xúc tác sẻ giảm từ từ Sự lão hoá xúc tác tăng lên do ngừng máy, chủ yếu

Lượng xúc tác lớn hơn là LK-821-2, nó bao gồm oxít đồng kẽm crôm hoặc nhôm

và nó có hoạt tính cao hơn.Nó có thể được dùng ở khoảng nhiệt độ thấp 170-250

oC.Nhiệt độ đầu vào nên khống chế ít nhất trên nhiệt độ điểm sương 15-20 °C của hơinước để giảm tối thiểu nguy cơ ngưng tụ hơi nước

III.1.2 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao

Bảng 5: Xúc tác SK-201-2Tên xúc tác SK-201-2

Kích thước, mm 6x6Thành phần Fe/Cu/Cr (No Cr+)Tạp chất <150

Bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R-2004 chứa chất xúc tác SK-201-2, đượclắp đặt trong một lớp cố định Chất xúc tác là hỗn hợp crôm oxit được tăng cường sắtoxit dưới dạng hạt đường kính 6mm và cao 6mm, dạng 7 lỗ nhỏ Xúc tác được phânphối ở trạng thái oxít nên nó không ảnh hưởng bởi không khí, hơi nước, CO2 và khítrơ ở nhiệt độ cao Tuy nhiên do quá trình tái kết tinh có thể xảy ra nên xúc tác ở dạngoxít không nên bị nung nóng ở nhiệt độ lớn hơn 400 oC

Xúc tác được nạp là ở trạng thái oxít cao nhất.Quá trình hoàn nguyên được thựchiện bằng khí công nghệ có chứa hydro vào lúc khởi động công đoạn reforming

Xúc tác không nên tiếp xúc với khí hydro hoặc CO khô, chúng có thể làm hỏng xúctác.

Khi còn mới, xúc tác có thể hoạt động nhiệt độ khí đầu vào là 350 oC Sau nhiệt độtối ưu đầu vào sẽ cao hơn, nhưng đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 460 oC, hoạttính xúc tác sẽ không ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ

Xúc tác lạnh đi có thể gia nhiệt bằng hơi nước kể cả khi oxyhoá và hoàn nguyên.Các giọt nước ngưng tụ trên xúc tác nóng có thể làm phân huỷ xúc tác.Xúc tác rấtnhạy cảm với muối vô cơ có thể được hình thành trong hơi nước.Nồng độ Clo nhỏ hơn

10 ppm trong khí đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác

Do chất xúc tác đã được hoạt hoá có tính tự bốc cháy, nó phải được vận chuyểnmột cách hết sức cẩn thận trong khi dở xúc tác

III.1.3 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp

Bảng 6: xúc tác chuyển hóa CO nhiệt độ thấp

Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp chứa tổng cộng là 35.7 M3 xúc tác

Kiểu xúc tác LK-821-2 và LKS của Topsoe săn xuất

Xúc tác LKS bảo vệ cho xúc tác chuyển hoá CO chống lại clo và những giọt hơingưng tụ

Khi xúc tác ở trạng thái đã hoàn nguyên, thông thường nên tránh nhiệt độ trên 250

oC trừ phi xúc tác đã ở cuối đời

Nhiệt độ vận hành bình thường nằm ở khoảng 170-250 oC.Tiếp xúc với nhiệt độ

300 oC trong thời gian ngắn sẽ không ảnh hưởng tổn hại đến xúc tác

Vận hành bình thuờng nên thực hiện ở nhiệt độ càng thấp càng tốt Tuy nhiên, ởnhiệt độ gần ở điểm sương, hoạt tính xúc tác có thể bị giảm nước ngưng tụ ở bên trongxúc tác làm giảm bề mặt tự do Cho nên lúc vận hành nên giữ trên nhiệt độ điểm sươngcủa khí công nghệ 15-20 oC

III.1.4 Thu hồi nhiệt thừa

Giữa hai thiết bị chuyển hoá CO, khí công nghệ được làm nguội bằng chuỗi các

trao đổi nhiệt: Thiết bị cân bằng nhiệt 2011, bộ trao đổi nhiệt với hơi nước

10-E-2010 và bộ đốt nóng nước lò hơi số một 10-E-2012 Khí công nghệ được làm nguộibằng chuỗi các trao đổi nhiệt đến nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độthấp là 190 oC

Sau thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp, khí công nghệ được làm nguội bằng bộđun nóng nước lò hơi số hai 10-E-2013, nồi đun tripper 10-E-3002 trước khi đi vàocông đoạn tách CO2

III.2 Lưu trình công nghệ