Đang tải... (xem toàn văn)
Full bản vẽ sơ Cad đồ công nghệ và Cad 2 thiết bị chính CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 21.1.Giới thiệu về chung lưu huỳnh 21.1.1.Lịch sử của lưu huỳnh 21.1.2.Tính chất vật lý của lưu huỳnh 21.1.3.Tính chất hóa học của lưu huỳnh 31.1.4.Tác hại của lưu huỳnh 31.1.5.Tình hình sản xuất và tiêu thụ lưu huỳnh trên thế giới 41.2.Thu hồi lưu huỳnh bằng chu trình Claus 61.2.1.Lịch sử của chu trình claus 61.2.2.Nguyên liệu của chu trình Claus 61.2.3.Làm giàu nguyên liệu 71.2.4.Bản chất hóa học của chu trình Claus | 91.2.5.Các yếu tố ảnh hưởng 111.2.6.Các công nghệ áp dụng chu trình Claus cải tiến 141.2.7.Mô phỏng chu trình Claus cơ bản 201.3.Phân xưởng thu hồi lưu huỳnh ( Sulfur recovery unit – SRU ) 231.3.1.Giới thiệu về phân xưởng SRU 231.3.2.Dòng nguyên liệu vào phân xưởng 241.3.3.Thành phần và năng suất của nguyên liệu cho quá trình sản xuất lưu huỳnh lỏng đã tách khí 251.3.4.Thành phần và năng suất của nguyên liệu cho incinerator. 281.3.5.Tiêu chuẩn sản phẩm. 291.3.6.Khói thải từ lò đốt incinerator. 301.3.7.Quy trình công nghệ 311.4.Các thiết bị công nghệ chính trong phân xưởng SRU 361.4.1.Dòng off gas từ phân xưởng 019 và dòng off gas giàu H2S từ phân xưởng 018 371.4.2.Không khí cháy cung cấp đến khu vực Claus 371.4.3.Thiết bị phản ứng nhiệt và đầu đốt 371.4.4.Nồi hơi tận dụng nhiệt thải từ quá trình Claus (Claus Waste Heat Boiler) và thiết bị ngưng tụ lưu huỳnh thứ nhất 391.4.5.Thiết bị gia nhiệt khí công nghệ thứ nhất và thiết bị phản ứng xúc tác thứ nhất. 401.4.6.Thiết bị ngưng tụ lưu huỳnh thứ 2, thiết bị gia nhiệt lại khí công nghệ thứ 2 và thiết bị phản ứng xúc tác thứ 2401.4.7.Thiết bị ngưng tụ lưu huỳnh thứ 3, thiết bị gia nhiệt lại khí công nghệ thứ 3 và thiết bị phản ứng xúc tác thứ 3. 411.4.8.Thiết bị ngưng tụ lưu huỳnh cuối và Tail gas Coalescer 411.4.9.Bể chứa lưu huỳnh lỏng421.4.10.Khu vực tách khí cho lưu huỳnh431.4.11.Khu vực lò đốt incinerator43CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CHO PHÂN XƯỞNG THU HỒI LƯU HUỲNH SRU452.1.Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng452.1.1.Cân bằng vật chất 452.1.2.Cân bằng nhiệt lượng cho các thiết bị phản ứng chính 622.2.Tính toán kích thước cơ bản của các thiết bị chính 692.2.1.Tính toán kích thước thiết bị phản ứng nhiệt 692.2.2.Tính toán các kích thước cho thiết bị phản ứng xúc tác 70 Full bản vẽ sơ Cad đồ công nghệ và Cad 2 thiết bị chính
ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN PHỤ LỤC LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN MỞ ĐẦU Cơng nghiệp hóa học sở dầu mỏ khí ngành mũi nhọn từ kỷ 20 phát triển tương lai Cùng với phát triển xã dầu mỏ khí đóng vai trò vơ quan cân lượng giới trở thành nguồn nguyên liệu hóa học phong phú cho ngành sản xuất sản phẩm hóa học Ngày nay, việc loại bỏ lưu huỳnh hợp chất chúng chiếm vị trí quan trọng q trình xử lý chế biến dầu khí tồn giới Việc thu hồi lưu huỳnh khơng có ý nghĩa thương mại doanh nghiệp đóng vai trò quan trọng việc xử lý lưu huỳnh trước thải môi trường nhằm bảo vệ môi trường đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế hàm lượng lưu huỳnh có hợp chất trước thải mơi trường Bên cạnh đó, ngành cơng nghiệp dầu mỏ có xu hướng tối đa hóa sản phẩm với nguồn nguyên, nhiên liệu tối thiểu việc thu hồi lưu huỳnh đóng vai trò quan trọng việc làm giàu nguồn nguyên liệu đầu vào phục vụ cho trình sản xuất cần sử dụng đến lưu huỳnh sản xuất acid sulphuric, lưu hóa cao su, chất tẩy rửa Hơn nữa, nhiều quốc gia giới pháp luật môi trường yêu cầu ngày cao hàm lượng thu hồi lưu huỳnh từ trình thu hồi nhà máy Do phân xưởng thu hồi lưu huỳnh phân xưởng quan trọng khơng thể thiếu nhà máy lọc hóa dầu đại Trong khuôn khổ đồ án chuyên ngành, em xin chọn đề tài: “ Thiết kế phân xưởng thu hồi lưu huỳnh ” với công suất tấn/ngày nhà máy lọc dầu Dung Quất để hiểu sâu quy trình cơng nghệ thu hồi lưu huỳnh từ phân đoạn dầu mỏ LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ CHƯƠNG GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung lưu huỳnh 1.1.1 Lịch sử lưu huỳnh Lưu huỳnh nguyên tố thứ hai người cổ đại tìm từ sớm nhắc tới tài liệu tôn giáo cổ Trong tự nhiên, lưu huỳnh tồn dạng đơn chất, tạo thành mỏ lộ thiên lớn Lưu huỳnh tự sinh tìm thấy gần núi lửa hoạt động, thành phần khí từ miệng núi lửa Ngồi hoạt động vi sinh vật đất thời gian dài tạo lưu huỳnh, lưu huỳnh dạng thường xa núi lửa không chứa tạp chất selen Ngay từ ngày đầu, người cổ đại sử dụng lưu huỳnh cho mục đích khác Nhà thơ Hi Lạp Homer đề cập đến lưu huỳnh chất “ngăn ngừa loài phá hoại” từ kỷ thứ TCN Đến năm 426, tộc Boeatia dùng hỗn hợp Carbon, lưu huỳnh hắc ín hỗn hợp thuốc nổ Thế kỷ thứ 12, nhà giả kim thuật Trung Quốc trình bào chế “thuốc trường sinh” vơ tình sử dụng lưu huỳnh, Kali Nitrat Carbon để tạo thuốc súng xa sản xuất pháo hoa loại diêm tiêu sử dụng phổ biến đến ngày [1] 1.1.2 Tính chất vật lý lưu huỳnh Lưu huỳnh nguyên chất tồn dạng tinh thể , cứng có màu vàng tươi Lưu huỳnh tồn nhiều dạng thù hình có cấu trúc tinh thể khác nhau, dạng phổ biến lưu huỳnh tà phương (α-S) lưu huỳnh đơn tà (β-S) với tính chất vật lý khác LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN Bảng 1.1 Hai dạng thù hình phổ biến lưu huỳnh Ngồi nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật lý trạng thái lưu huỳnh Ở nhiệt độ khác trạng thái cấu trúc phân tử khác [1] 1.1.3 Tính chất hóa học lưu huỳnh Lưu huỳnh phi kim hoạt động tương đối mạnh, vừa thể tính khử tính oxy hóa Nó tác dụng với nhiều loại kim loại nung nóng ( trừ Pt, Ag Au) nhiều loại phi kim khác Hydro, Oxy ( trừ Nitrogen Iodine ) [1] 1.1.4 Tác hại lưu huỳnh Trong dầu khí: Lưu huỳnh nguyên liệu dầu mỏ làm giảm hiệu chất xúc tác sử dụng để chuyển đổi dầu mỏ thành sản phẩm khác đặc biệt Pt Nó tạo hợp chất bền với pha hoạt tính làm hoạt tính chất xúc tác hay gọi ngộ độc xúc tác, ví dụ: Pt + H2S = PtS + H2 LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN Hàm lượng lưu huỳnh nguyên liệu cao hiệu suất chất lượng sản phẩm thấp Khí H2S có tính axit gây ăn mòn thiết bị Ngồi làm biến đổi Al 2O3 tạo thành kết tủa nhôm sunfat Đối với môi trường người: H2S có mùi trứng thối, độc Theo Cục an toàn nghề nghiệp Mỹ hàm lượng lưu huỳnh tối đa khí 10 ppm, tiếp xúc với H2S có nồng độ lớn 600 ppm 30 phút gây tử vong Do đó, H2S cần chuyển thành chất không độc hại- lưu huỳnh Nồng độ H2S khí thải cho phép Việt Nam 7.5mg/Nm3 Ngồi ra, khí H2S làm rụng giảm sinh trưởng trồng, ô nhiễm nguồn nước Khi cháy động cơ, lưu huỳnh nhiên liệu chuyển hóa thành khí SO2 thải môi trường gây ô nhiễm độc hại sức khỏe người sinh vật, gây bệnh phổi khí quản SO2 phản ứng với nước oxi khí tạo axit sunfuric Đây nguyên nhân trận mưa axit làm giảm pH đất khu vực chứa nước ngọt, gây tổn thất lớn với mơi trường tự nhiên gây phong hóa cơng trình kiến trúc [2] 1.1.5 Tình hình sản xuất tiêu thụ lưu huỳnh giới Từ năm 2000 đến nay, năm giới sản xuất 70 triệu lưu huỳnh năm từ nguồn khác LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN Hình 1.1 Sản lượng lưu huỳnh giới qua năm [Source: Fertecon, 2010] Hình 1.2 Cơ cấu nguồn khai thác lưu huỳnh giới [Source: Fertecon,2010] LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng cơng nghiệp Ứng dụng lớn S để sản xuất axit sunfuric có vị trí quan trọng lĩnh vực kinh tế giới Năm 2010, 93% lượng lưu huỳnh sản xuất sử dụng để điều chế H2SO4 50% lượng axit dùng để sản xuất loại phân lân năm giới tiêu thụ khoảng 9.6 triệu lưu huỳnh cho việc sản xuất phân bón 7% vào ứng dụng khác : Lưu huỳnh sử dụng ắc quy, bột giặt , lưu hóa cao su, thuốc diệt nấm Các sulfit sử dụng làm trắng giấy chất bảo quản rượu Nhờ chất dễ cháy, lưu huỳnh sử dụng làm thuốc súng, pháo hoa…Lưu huỳnh sử dụng để khảm đồ gỗ trang trí [3] 1.2 Thu hồi lưu huỳnh chu trình Claus 1.2.1 Lịch sử chu trình claus Chu trình Claus chu trình quan trọng dùng để khử lưu huỳnh, giúp thu hồi lưu huỳnh từ khí H2S Chu trình Claus phát minh vào năm 1883 bời nhà khoa học người Anh Carl Friedrich Claus Đặc điểm trình Claus hỗn hợp đầu vào gồm hydrogen sulfide với Oxygen qua loạt trình xử lý xúc tác, nhiệt độ áp suất cho sản phẩm đầu gồm lưu huỳnh, nước tỏa nhiệt lượng Ban đầu chu trình Claus thực 400 – 600oF giới hạn lượng H2S đưa vào sử lý thời điểm Tuy nhiên, vào năm 1938 công ty I.G Farbenindustrie AG, công ty Đức cải thiện nhược điểm cách cho thêm lửa tự (free flame) vào trình oxy hóa trước lớp chất xúc tác sửa đổi bước xúc tác Điều tạo thay đổi lớn chu trình Claus, giúp thu hồi sản lượng lưu huỳnh lớn nhiều so với lúc chưa cải tiến đến sở hầu hết trình thu hối lưu huỳnh sử dụng ngày nay.[4] 1.2.2 Nguyên liệu chu trình Claus Các nguyên liệu việc thu hồi hay sản xuất lưu huỳnh q trình Claus ln đòi hỏi thành phần nguyên liệu phải chứa lưu huỳnh dạng đơn chất hay hợp chất chúng, loại nguyên liệu gồm : LÊ NGỌC SƠN – 20143803 ĐỒ ÁN KỸ SƯ GVHD: PGS.TS NGUYỄN HỒNG LIÊN - Khí thải lò hơi, lò đốt : Trong q trình đốt loại quặng có chứa lưu huỳnh - nhiệt độ cao tạo lượng lớn khí SO2 chiếm tỷ trọng từ 5217 – 7000mg/m3 Khí thải nhà máy hóa dầu : phân đoạn cracking sử dụng nguyên liệu dầu thô chứa lượng lưu huỳnh định, sản phẩm trình cracking ln chứa lượng khí thải có hại khơng mong muốn, có SO2, - H2S Khí thải nhà máy hóa chất, luyện kim đặc biệt nhà máy - sản xuất H2SO4 Khí đồng hành mỏ dầu, khí thiên nhiên, nước mạch khoáng; tạo thành chất protein bị phân huỷ Trong công nghiệp, H2S sản phẩm phụ q trình làm dầu mỏ, khí thiên nhiên khí cốc [5] 1.2.3 Làm giàu nguyên liệu - Làm giàu H2S : Bằng cách sử dụng dung môi dung môi chọn lọc để hấp thụ tất H2S sót lại khí mang H2S dư qua dung mơi Q trình làm giàu nhằm giúp nâng cao hàm lượng H2S dòng khí vào phân xưởng thu hồi lưu huỳnh lên lần hay nhiều Điều không cho phép thiết bị phương pháp Claus nhỏ gọn hơn, mà cho phép lựa chọn cơng nghệ có hiệu suất cao Bảng 1.2 Các phương pháp làm giàu H2S theo nồng độ thể tích Straight-through Split-flow Direct oxidation Nồng độ H2S khí chua >50% vol 15-50% vol