Báo cáo NHÀ máy đạm PHÚ mỹ

Nhà máy Đạm Phú Mỹ là đơn vị thành viên trực thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất dầu khí PVFCCo, đã và đang cung cấp ammonia với năng suất 1620 tấnngày, phục vụ cho quá trình tổng hợp ure và sản xuất hóa chất trong lĩnh vực hóa dầu. Trong khuôn khổ học phần thực tập kĩ thuật, chúng em tập trung tìm hiểu và học hỏi các vấn đề về công nghệ, quá trình vận hành của các quá trình trong phân xưởng AmmoniaNhà máy Đạm Phú Mỹ.

MỤC LỤC MỞ ĐẦU .2 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ VÀ XƯỞNG AMMONIA CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ .3 Giới thiệu nhà máy Sơ đồ công nghệ nhà máy Các phân xưởng nhà máy CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHÂN XƯỞNG AMMONIA Quá trình khử hợp chất lưu huỳnh Quá trình reforming .9 Quá trình chuyển hóa CO nhiệt độ cao nhiệt độ thấp 10 Quá trình hấp thụ CO2 12 Q trình Methane hóa 14 Quá trình tổng hợp Ammonia .16 CHƯƠNG 3: AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY .19 Quy định chung nhà máy 19 An toàn lao động làm việc nhà máy đạm Phú Mỹ 20 PHẦN 2: BÁO CÁO CHI TIẾT CỤM REFORMING 21 CHƯƠNG 1: QUÁ TRÌNH REFORMING SƠ CẤP (PRIMARY REFORMING) 21 Cơ sở trình 21 Thông số thiết bị vận hành: 28 CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH REFORMING THỨ CẤP (SECONDARY REFORMING) .35 Mục đích sở trình 35 Thông số thiết bị vận hành .38 CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH REFORMING TRAO ĐỔI NHIỆT (HEAT EXCHANGE REFORMING) .45 Mục đích sở trình 45 Mơ tả q trình .46 KẾT LUẬN 49 MỞ ĐẦU Nền nơng nghiệp đóng vai trị vơ quan trọng nghiệp phát triển kinh tế, đất nước, khơng thể phủ nhận vai trị phân bón việc nâng cao suất cải thiện chất lượng nông sản PVFCCo đơn vị tiên phong lĩnh vực sản xuất phân bón Việt Nam, đóng góp loại hình sản phẩm sau: ❖ Phân bón: NPK, đặc biệt NPK chứa SOP (kali sulphate) loại phân Kali KHÔNG chứa nguyên tố Clo (Cl) nên có lợi cho số trồng định, mà đặc biệt loại trồng có giá trị kinh tế cao ❖ Hóa chất: hóa chất PVFCCo bao gồm: - Hóa chất bản: H2SO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3, NH3 - Hóa chất chun dụng ngành Dầu khí: chất phá nhũ tương (demulsifiers), chất chống sủi bọt (antifoams), chất hạ nhiệt độ đông đặc (pour point depressants), chất ức chế ăn mịn (corrosion inhibitors) - Nhựa hóa chất khác: hạt nhựa (PP, PET); hóa chất cho nhà máy đạm, nhà máy điện; CO2 thực phẩm, công nghiệp ❖ Ngồi PVFCCo cịn cung cấp dịch vụ giao nhận, bốc xếp, kho bãi, đào tạo kĩ thuật, … Nhà máy Đạm Phú Mỹ đơn vị thành viên trực thuộc Tổng cơng ty Phân bón Hóa chất dầu khí PVFCCo, cung cấp ammonia với suất 1620 tấn/ngày, phục vụ cho q trình tổng hợp ure sản xuất hóa chất lĩnh vực hóa dầu Trong khn khổ học phần thực tập kĩ thuật, chúng em tập trung tìm hiểu học hỏi vấn đề công nghệ, trình vận hành trình phân xưởng AmmoniaNhà máy Đạm Phú Mỹ Báo cáo gồm phần chính: - Phần 1: Tổng quan nhà máy Đạm Phú Mỹ - Phần 2: Báo cáo chi tiết cụm reforming (bao gồm reforming sơ cấp, reforming thứ cấp, reforming trao đổi nhiệt) PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ VÀ XƯỞNG AMMONIA CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Giới thiệu nhà máy Nhà máy Đạm Phú Mỹ có tổng vốn đầu tư 400 triệu USD, công suất thiết kế ban đầu 740.000 urea/năm, sử dụng công nghệ hãng Haldor Topsoe (Đan Mạch) để sản xuất khí Amoniac công nghệ sản xuất phân urê hãng Snamprogetti (Italy) Đây công nghệ hàng đầu giới với dây chuyền khép kín, nguyên liệu đầu vào khí thiên nhiên, khơng khí đầu ammoniac urê Chu trình cơng nghệ khép kín với việc tự tạo điện nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động sản xuất kể lưới điện quốc gia có cố khơng đủ điện cung cấp Nhà máy gồm có phân xưởng xưởng ammoniac, xưởng urê, xưởng phụ trợ, xưởng sản phẩm phòng/xưởng chức khác Đội ngũ quản lý, vận hành bảo dưỡng nhà máy chủ động đảm đương vận hành hết hạng mục công việc, nhà máy vận hành ổn định, đạt 100% công suất thiết kế số vận hành tiêu chuẩn Ngoài hạng mục ban đầu, Tổng cơng ty hồn thiện việc cải tạo, nâng cấp đầu tư hạng mục hệ thống công nghệ nhà máy sau: • Hệ thống phun chất chống kết khối giúp cho sản phẩm urê khơng vón cục, khơng đóng bánh, hạt bóng, đẹp • Cải tiến hệ thống sàng rung sản phẩm urê để loại bỏ mạt urê thương phẩm • Hệ thống may gấp mép miệng bao đảm bảo cho bao sản phẩm đẹp, chắn, thuận tiện việc bảo quản vận chuyển • Hệ thống thu hồi ammoniac nước thải trước thải mơi trường • Lắp đặt hệ thống hút bụi urê nhằm đảm bảo môi trường làm việc cho người lao động • Hệ thống thu hồi khí CO2, nâng cơng suất nhà máy từ 740.000 tấn/năm lên 800.000 tấn/năm, đồng thời góp phần bảo vệ mơi trường (09/2010) Tháng 07/2017: Nhà máy đạt mốc sản lượng 10 triệu Vị trí nhà máy • Địa chỉ: Khu cơng nghiệp Phú Mỹ I, Huyện Tân Thành, Tỉnh Bà Rịa, Vũng Tàu • Tổng diện tích: 63 Sơ đồ cơng nghệ nhà máy Điện Nước tuần hồn Sơng Nước làm mát Hơi nước Xưởng phụ trợ Thị Vải Urê hạt 2200 t/ngày Khí CO2 Xưởng Amơniắc Amơniắc Xưởng Urê Hơi nước Nước thải Xưởng Đóng bao Nước làm mát Urê thành phẩm Khí tự nhiên Hình 1: Sơ đồ khối cơng nghệ nhà máy Thành phần khí đầu vào Nguyên liệu khí thiên nhiên từ nhà máy khí Dinh Cố (từ mỏ khí Bạch Hổ Nam Cơn Sơn) • Lượng khí tiêu thụ: 450.106 Nm3/năm • Đặc tính thành phần khí - Nhiệt độ: 18 – 36oC - Áp suất: 36barg - Trọng lượng phân tử: 18,68 g/mol - Nhiệt trị: 42,85 MJ/m3 - Thành phần: Cấu tử C1 C2 C3 n-C4 i-C4 C5+ CO2 N2 % 83,31 14,57 1,6 0,11 0,11 0,03 0,01 0,26 Các phân xưởng nhà máy 3.1 Xưởng phụ trợ Mục đích xưởng phụ trợ cung cấp nguồn phụ trợ cho q trình nhà máy • Nước khử khống • Nước sinh hoạt • Nước làm mát • Nước chữa cháy • Khí nén khí điều khiển • Khí nitơ • Khí nhiên liệu • Điện • Hệ thống đuốc • Hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu • Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt • Bồn chứa Amonia Đây xưởng quan trọng khởi động Hình 2: Xưởng phụ trợ 3.2 Xưởng Amonia • Sử dụng cơng nghệ Haldor Topsoe Đan Mạch • Năng suất 1620 MTPD • Sản xuất Amonia CO2 làm nguyên liệu cho trình tổng hợp Ure phân xưởng Ure • Thu hồi lượng Ammonia tồn trữ để bán cho số trình khác Hình 3: Xưởng Ammonia 3.3 Xưởng Urea Hình 4: Xưởng Urea Sử dụng công nghệ Snamprogetti – Italia Sản xuất Ure với công suất 2200 tấn/ngày Chất lượng sản phẩm • Hàm lượng N2: 46,3% • Cỡ hạt: 1,4 – 2,8mm (>95%) • Độ ẩm: 10 >12 Tâm hoạt tính >9% Red Ni >14% NiO >15% NiO MgAl2O4 MgAl2O4 CaAl2O4 CaAl2O4 Chất trợ 0,3 – 0,6% K2O 0,3 – 0,6% K2O - Thể tích, m3 4,2 7,5 18,3 Chất mang MgAl2O4 Đặc điểm xúc tác lỗ (7H): Phản ứng reforming xúc tác bị hạn chế khuếch tán khe xúc tác tỷ lệ thuận với bề mặt bên xúc tác Yếu tố thõa mãn với hình dạng xúc tác nhiều lỗ nhỏ tạo bề mặt bên ngồi lớn Tuy nhiên, dịng qua lỗ hẹp không đảm bảo dịng vào hạt xúc tác thích hợp, lối vào bên xúc tác khơng tốt Trong xúc tác 7H Topsoe, tỷ lệ đường kính lỗ so với chiều dài lỗ lựa chọn nhằm đảm bảo phần dịng phía ngồi tỷ lệ với dịng phía đảm bảo tất phần bên mặt xúc tác tiếp xúc tương ứng với dịng khí Khơng có góc hay cạnh sắc bên xúc tác dạng 7H đảm bảo xúc tác không bị vỡ hay phân hủy Hình 19: Đường dịng lưu thể qua lớp xúc tác 25 Bảng 2: Tính ưu việt xúc tác lỗ Ưu điểm Đặc điểm Độ giảm áp nhỏ, giảm trở Kích thước hạt tổng kích thước khoảng trống lực phân tử lớn Cơ tính cao Các lỗ nhỏ, tổng khoảng trống lỗ nhỏ Tăng tỷ lệ phản ứng Diện tích bề mặt lớn có nhiều lỗ nhỏ hạt nhỏ Tối ưu dòng chảy Lỗ đồng dạng, rộng quãng đường ngắn Khả vận chuyển tốt Cứng, nhỏ nhẹ Thời gian bảo hành xúc tác: Xúc tác bảo hành năm, thời gian sống ước tính từ đến năm, bảo đảm độ giảm áp dọc theo lớp xúc tác 2,7 kg/cm2 Hiệu cam kết xúc tác lượng CH4 khỏi thiết bị reforming 14,9% với nhiệt độ đầu 783oC Các yếu tố ảnh hưởng đến xúc tác: ❖ Ngộ độc lưu huỳnh Lưu huỳnh với hàm lượng nhỏ làm giảm hoạt tính xúc tác hiệu suất Reformer rõ rệt Lưu huỳnh gây ngộ độc xúc tác reforming cách lập tâm hoạt tính xúc tác: NiSurface + H2S S-NiSurface + H2 Sự hình thành phức lưu huỳnh-niken phản ứng thuận nghịch, S kết vào tách liên tục khỏi tâm hoạt tính Nhiệt độ cao, thường xuyên xảy trao đổi bề mặt phức chất pha khí, S di chuyển chậm phần đỉnh ống reformer nhanh đáy ống Ngộ độc S gần không xảy nhiệt độ cao reforming thứ cấp 26 ❖ Ảnh hưởng nhiệt độ đến tuổi thọ ống phản ứng Ống xúc tác thông thường thiết kết với tuổi thọ khoảng 100,000 nhiệt độ thiết kế định Độ bền kim loại phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ tuổi thọ ống xúc tác vậy: tuổi thọ ống xúc tác gấp đôi giảm nhiệt độ ống xúc tác thay đổi 15oC Tuổi thọ ống xúc tác phụ thuộc vào trình vận hành reformer, nhiệt độ vận hành thực tế, điểm nóng ống xúc tác Khơng ống xúc tác bền với điểm nóng, Hình 20: Ảnh hưởng nhiệt độ đến tuổi thọ ống phản ứng việc theo dõi nhiệt độ ống xúc tác quan trọng ❖ Sự tạo thành Cacbon xúc tác Với xúc tác ngộ độc S, phản ứng reforming nước xảy không đủ nhanh nhiệt độ vài điểm vượt q giới hạn hình thành Cacbon Cacbon hình thành từ phản ứng cracking nhiệt hydrocacbon bậc cao Cacbon đóng bề mặt xúc tác đặc biệt mặt ống xúc tác phát triển thành mảng lớn Cacbon nằm phía ngồi hạt xúc tác làm tăng tổn thất Hình 21: Sự tạo thành Cacbon xúc tác áp suất lớp xúc tác nằm phía hạt xúc tác làm giảm hoạt tính độ bền học xúc tác Ở tỷ lệ nước cacbon thấp, việc hình thành cacbon xảy kết cacbon lắng tụ hạt xúc tác Nếu xúc tác khơng hồn ngun trọn vẹn phần bị oxy hóa, cacbon hình thành 27 Nhiệt độ đỉnh reformer thường không đủ cao để xảy phản ứng cracking Cacbon thông thường hình thành phần cách đỉnh 2-3m kéo dài vài mét, tạo thành dải nóng ❖ Sự kết khối Theo lý thuyết, tinh thể kim loại trở nên khơng bền nhiệt độ cao có khuynh hướng liên kết thành tinh thể lớn Đây trường hợp xúc tác nạp đáy Reformer, vùng có nhiệt độ 800oC Khi tinh thể kim loại kết khối lại, bề mặt bị thu hẹp hoạt tính xúc tác giảm Sự kết khối phụ thuộc vào thời gian nhiệt độ Tỷ lệ kết khối nhiệt độ 550oC, tương đương với nhiệt độ đỉnh Reformer, không đáng kể Ở nhiệt độ 700oC, tỷ lệ kết khối đáng Hình 22: Sự kết khối ý hơn, vài tháng vận hành nhiệt độ 800oC làm phần bề mặt nikel ban đầu Thông số thiết bị vận hành: 2.1 Mơ tả q trình: Trước vào refomer sơ cấp 10-H-2001, hỗn hợp nước/khí tự nhiện gia nhiệt lên khoảng 529oC 10-E-2001 nằm khu vực đối lưu reforming sơ cấp vào đỉnh ống thẳng đứng chứa xúc tác thông qua ống góp phân phối phía Các ống xúc tác đặt buồng đốt reforming sơ cấp, mà xạ nhiệt truyền từ béc đốt đến thành ống Để đảm bảo cháy hồn tồn khí nhiên liệu, béc đốt vận hành với lượng khơng khí thừa khoảng 10% tương ứng với 2% thể tích O2 khí thải Hỗn hợp khí khỏi ống nhiệt độ khoảng 780oC vào ống gom phía Hydrocacbon khí nguyên liệu vào reforming sơ cấp chuyển hoá thành hydro carbon oxide 28 Hình 23: PFD trình khử lưu huỳnh Reforming sơ cấp 29 Các ống xúc tác buồng đốt đốt 480 béc đốt xếp hàng thẳng đứng buồng nhằm dễ dàng kiểm soát profile nhiệt độ dọc theo chiều dài ống xúc tác Bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng ống xúc tác đắt tiền Ống xúc tác: - Có 180 ống chia thành hàng bên tưởng, xếp song song với - Nhiệt độ thiết kế lên đến 876oC, áp suất thiết kế đạt 34,3 barg - Tuổi thọ đạt 100.000 - Đường kính trong/ngồi: 132/152 mm - Chiều dài ống: 12 m - Xúc tác sử dụng: RK-201, RK-211, R-67-7H Đầu đốt: - Có 480 béc đốt, chia cho mặt tường, mặt chia thành hàng ngang - Hai kích cỡ đèn đốt sử dụng, size cho hàng size cho hàng lại - Nhiên liệu đốt hỗn hợp khí tự nhiên khí nhả từ cơng đoạn tách CO2 đốt chung với khí thải xử lý từ chu trình tổng hợp NH3 Khí thải xử lý cung cấp cho béc đốt tách riêng nhằm tránh hình thành cacbamat Hình 24: Đầu đốt reforming sơ cấp Bên bên thiết bị có đầu phân phối đầu thu hồi Khói thải lên gần với đỉnh buồng xạ nhiệt Nhiệt độ khói khoảng 1019oC Nhiên liệu đốt lị gồm có: 30 • Dịng đốt chính: Khí thiên nhiên dùng làm nhiên liệu • Các dịng đốt phụ: ➢ Off gas từ cụm ARU (Ammonia Recovery Unit)/HRU (Hydrogen Recovery Unit) ➢ Excess synthesis gas từ cụm tổng hợp NH3 ➢ Flash gas từ thùng tách cao áp V-3002 cụm hấp thụ CO2 Dịng đốt giữ ổn định, dòng đốt phụ thay đổi để điều chỉnh nhiệt độ vị trí béc đốt, đảm bảo ổn định hệ thống Áp suất lò đốt giữ áp suất chân không tạo quạt hút K-2001 điều chỉnh van PV-2031 Mục đích tạo độ chân khơng cho lị để đảm bảo cho việc kiểm tra an toàn vận hành Quạt hút sử dụng cấu turbine, sử dụng chủ yếu Steam turbine để chạy, kết hợp với Motor turbine đề phòng cho việc điện Thu hồi nhiệt thừa Nhiệt thừa khói thải từ buồng xạ nhiệt reformer sơ cấp khí cơng nghệ từ reformer thứ cấp dùng để hâm nóng dịng cơng nghệ khác tạo nước siêu cao áp Bộ gom khói thải từ hai buồng xạ nhiệt vào công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải, nhiệt thừa khói thải sử dụng để: - Hâm nóng hổn hợp khí nguyên liệu/hơi nước trước vào thiết bị reforming sơ cấp - Hâm nóng khơng khí cơng nghệ cho reformer thứ cấp 10-R-2003 - Quá nhiệt cho nước cao áp - Hâm nóng hổn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hồn trước vào hydro hố/ hấp phụ sulphur 10-R-2001 - Hâm nóng nước cấp nồi công đoạn thu hồi nhiệt thừa công nghệ Tại đầu nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng 165oC Cơng đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải nối với ống khói thơng qua quạt khói 10-K-2001 Tại khói thải đưa đến cụm 100 để xử lý cho sản xuất 31 Urea hay cơng việc cần thiết qua ống khói reforming 10-SK-2001 môi trường 2.2 Sơ lược vận hành a Các thống số làm điều khiển trình: - Duy trì lượng nước/nguyên liệu đạt 2,8 cao - Duy trì lượng CH4 khỏi thiết bị khoảng 14,2% - Thông số áp suất trì: • Áp suất đầu vào: 33.7 barg • Tổn thất áp suất: < bar • Áp suất buồng đốt: 5mm H2O Điều cần thiết giữ áp suất vận hành thấp, có khuynh hướng tăng q nhanh, tình trạng bất thường xảy kết tụ cacbon xúc tác bị nát - Nhiệt độ vận hành bình thường sau: • Nhiệt độ đầu hâm nóng : 10-E-2001 ( TI-2038) : 529oC • Nhiệt độ gom khí nóng hot collector ( TI-2061 : TI-2065) : 750oC • Nhiệt độ đầu hâm nóng khơng khí E-2002-1 ( TI-2047) : 513oC • Nhiệt độ thiết kế vỏ ống xúc tác 884oC 35 barg với thời gian hoạt động 100.000 Mặc dù thiết bị vận hành an toàn nhiệt độ đến 884oC (áp suất 35.5 barg) nên giữ nhiệt độ thấp tốt tương ứng với mức độ chuyển hoá để đảm bảo thời gian vận hành lâu dài - Duy trì lượng O2 lị đốt dư 2% để đảm bảo q trình cháy, dư lãng phí gây nhiệt, q áp; cịn q gây tượng cháy khơng hồn tồn 32 Bảng 3: Thành phần dòng vào khỏi ống phản ứng reforming sơ cấp: Dòng Vào Ra Thành phần Nm3/h Mol % Nm3/h Mol % Ar 0.02 68 ppm C3+ 1310 3.89 C2H6 1502 4.46 CH4 28286 83.95 15179 14.22 ppm 9510 8.91 CO CO2 803 2.38 11931 11.18 H2 1277 3.79 69599 65.20 N2 510 1.51 510 0.48 NH3 O2 H2 O 109862 Dry 33696 Tổng 143557 78097 100.00 106737 100.00 184833 b Các vấn đề vận hành nguyên nhân: - Xúc tác già hóa nhiệt; - Ngộ độc xúc tác lưu huỳnh, hợp chất chứa clo,… - Độ giảm áp tăng vấn đề vỡ xúc tác, nguyên nhân thay đổi nhiệt độ đột ngột, đưa có nước vào xúc tác,… - Ngưng đọng carbon xúc tác - Nhiệt độ đầu đốt không đồng (kiểm tra nhiệt độ súng bắn nhiệt độ, điều chỉnh nhiệt độ dịng khí góp) - … Những ngun nhân gây vấn đề vận hành lượng methane rò rỉ tăng Khi lượng CH4 tăng lên, điều chỉnh tốt tăng nhiệt độ, thêm nước biện pháp cuối q trình phía sau bị ảnh hưởng 33 c Sự cố xảy - Đã thay xúc tác lần: Phương pháp thay xúc tác: Sử dụng phương pháp ống tay áo, xúc tác nhồi vào ống tay áo đưa vào ống xúc tác, sau ống rút Làm đảm bảo xúc tác không bị vỡ vụn Cách đưa xúc tác ra: Xúc tác hút chân không ngồi từ phía - Một ống hỏng cắt ra, vận hành với 179 ống lại d Bảo dưỡng Bảo dưỡng có hai loại: bảo dưỡng định kỳ bảo dưỡng hội Về bản, lần dừng vận hành nhà máy 18 tỷ Nhìn chung, cụm 200 300 gặp vấn đề dừng vận hành tồn bộ, cụm 400 500 xảy cố hạ cơng suất tính tốn thời gian sửa chữa để vận hành Do sử dụng blower cuối lị để tạo áp suất chân khơng nên lị đốt sạch, gần khơng bám cặn bẩn, cịn khu vực trao đổi nhiệt có bám cặn Một số công việc cần làm bảo dưỡng reforming sơ cấp: - Thổi N2 vào ống xúc tác, làm cặn bẩn ống; - Cạo rỉ bên ống cọ rửa; - Đo bề dày lớp xúc tác; - Dùng sensor kiểm bề mặt vật liệu - … 34 CHƯƠNG 2: QUÁ TRÌNH REFORMING THỨ CẤP (SECONDARY REFORMING) Mục đích sở q trình 1.1 Mục đích Dịng khí từ thiết bị reforming sơ cấp có chứa khoảng 14 % CH4 tiếp tục phản ứng thiết bị reforming thứ hai để giảm lượng CH4 xuống < 1% tăng hàm lượng hydro sản phẩm Bên cạnh đó, thơng số vận hành chủ yếu lưu lượng khơng khí đưa vào reformer thứ cấp điều chỉnh để thu tỷ lệ H2/N2 dịng khí make-up đầu thiết bị methane hóa đạt 3/1 1.2 Cơ sở lý thuyết Quá trình reforming thứ cấp có liên quan chặt chẽ với reforming sơ cấp khí q trình trực tiếp từ sơ cấp đến thứ cấp mà không qua bước xử lý trung gian Bản chất trình reforming thứ cấp chuyển hóa hydrocacbon cịn lại dịng sản phẩm reforming nước sơ cấp thành khí tổng hợp, tăng lượng hydro với có mặt nước oxi Các phản ứng chủ yếu trình: CH4 + H2O CO + 3H2 Phản ứng reforming nước phản ứng thu nhiệt, thiết bị reforming thứ cấp thiết bị đoạn nhiệt khơng có đầu cấp nhiệt từ bên ngồi, nhiệt cung cấp cho trình lấy từ phản ứng cháy: 2H2 + O2 CH4 + O2 2H2O CO2 + 2H2 Các phản ứng cháy diễn không gian trống đầu đốt đỉnh lớp chất xúc tác Nhiệt độ khu vực cao, lên đến 1200-1300ºC điều đặt yêu cầu 35 lớn vật liệu sử dụng bên thiết bị, đặc biệt đầu đốt vật liệu chịu lửa sử dụng để cách nhiệt Ngày dịng khí vào lớp chất xúc tác, phản ứng reforming nước diễn Do phản ứng reforming methane thu nhiệt nên nhiệt độ khí giảm dần xuống khoảng 1000oC đầu lớp xúc tác Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã khoảng nhiệt độ từ 14001500oC 1.3 Xúc tác reforming thứ cấp Trong thập kỷ vừa qua, xu hướng làm giảm khối lượng chất xúc tác reformer thứ cấp làm tăng vận tốc khơng gian thiết bị Do đó, chất xúc tác reforming thứ cấp phải “làm việc chăm hơn” để đạt độ chuyển hóa mong muốn việc sử dụng chất xúc tác hoạt tính cao yêu cầu bắt buộc Một reformer thứ cấp thiết kế tốt với chất xúc tác hoạt tính cao yêu cầu bảo dưỡng Chất xúc tác sử dụng reformer thứ cấp RKS-2-7H Hình 25: Xúc tác RKS-2-7H Chất xúc reforming thứ cấp sản xuất Topsøe dựa chất mang ceramic magiê aluminate, có khả chịu nhiệt độ cao reformer thứ cấp Khả chịu nhiệt cao chất xúc tác RKS-2-7H giúp không cần cài đặt chất xúc tác chịu nhiệt đặc biệt phía RKS-2-7H Chất mang ngâm tẩm Ni kỹ thuật đặc biệt giúp tối ưu phân tán tinh thể Ni dẫn đến hoạt tính xúc tác cao ổn định Cũng giống chất xúc tác reforming sơ cấp, RKS-2-7H phân phối dạng viên có lỗ, qua giảm đáng kể giảm áp tăng diện tích bề mặt hoạt động Những ưu điểm xúc tác lỗ phân tích 36 Một số thơng số xúc tác RKS-2-7H: • Tâm hoạt tính: Ni (NiO 9% khối lượng) • Chất mang: MgAl2O4 • Kích thước: 16 x 11 mm • Hình dạng: lỗ • Tổng thể tích: 18.1 m3 Nguyên nhân hoạt tính xúc tác chủ yếu lắng cặn cacbon, thiêu kết, ngộ độc lưu huỳnh, xúc tác bị vỡ vụn Tuy vậy, nhà máy không xử lý xúc tác bị hoạt tính mà thay xúc tác Lớp xúc tác nằm lớp hạt nhơm với kích cỡ khác lưới nhôm đặt đỉnh lớp xúc tác để giữ chất xúc tác khỏi rung động bảo vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc trực tiếp với lửa Hình 26: Lớp gạch phía xúc tác Hình 27: Lớp gạch phía xúc tác Hình 28: Viên gạch lớp phía xúc tác 37 Hình 28 viên gạch hoạt động reformer thứ cấp: Khi lắp đặt, viên gạch bên trái có hàm lượng chất làm đầy (canxi, silic, v.v.) tương đối cao, bốc trình hoạt động Một phần vật liệu bay lắng xuống lớp chất xúc tác dẫn đến hình thành lớp vỏ/ruby phân bố dịng chảy khơng lý tưởng Trong trường hợp nghiêm trọng vật liệu bay gây nên giảm áp reformer thứ cấp nhà máy phải ngừng hoạt động để kiểm tra lớp xúc tác vật liệu giữ Viên gạch bên phải làm từ 100% nhơm, có khả chịu nhiệt độ cao Khơng có dấu hiệu bốc vật liệu phù hợp để lắp đặt đỉnh lớp xúc tác reforming thứ cấp Thông số thiết bị vận hành 2.1 Mơ tả q trình Khí cơng nghệ khí điều khiển từ phân xưởng khác trộn lẫn nén tới 32.2 barg (nhiệt độ tương ứng hỗn hợp 166oC) Hỗn hợp tận dụng nhiệt khói thải phần đối lưu lị đốt để nâng nhiệt độ lên 513oC trước đưa vào đỉnh thiết bị reforming thứ cấp Dịng khí sản phẩm từ thiết bị reforming sơ cấp đưa vào thiết bị reforming thứ cấp Trong thiết bị reforming thứ cấp, phần phía thiết bị xảy phản ứng 2H2 + O2 CH4 + O2 2H2O CO2 + 2H2 Đây phản ứng cấp nhiệt cho trình reforming lớp xúc tác bên Dòng sản phẩm thiết bị có nhiệt độ 1011oC Hình 29: Mơ hình reforming thứ cấp 38 Hình 30: PFD trình Reforming thứ cấp Reforming trao đổi nhiệt 39 2.2 Cấu hình thiết bị Reforming thứ cấp Đầu đốt Buồng đốt Đĩa corundum Đá nhơm kích thước – inches Lớp xúc tác Cặp nhiệt điện Đá nhơm kích thước – inches Lớp hỗ trợ xúc tac Thông số thiết kế thiết bị: + Đường kính : 3950 mm + Chiều cao: 8620 mm + Nhiệt độ thiết kế : -10 ÷ 300oC + Áp suất thiết kế : 35 barg Hình 31: Cấu tạo thiết bị reforming thứ cấp - Thành thiết bị có sử dụng lớp gạch nhiệt Lớp gạch trung bình thay năm lần Tuy vậy, q trình làm việc có rị rỉ nhiệt nên lớp hỏng thay Vì khơng có thống khả chịu nhiệt toàn lớp gạch - Hiện tại, nhà máy sử dụng thiết bị reforming thứ cấp có lớp gạch chịu nhiệt Hình 32: Tường cách nhiệt 40 Hình 33: Hình ảnh thực tế q trình Secondary Reforming Bề ngồi thiết bị sơn lớp sơn đặc biệt có khả thay đổi màu theo nhiệt độ để giúp kĩ sư nhận biết cố thiết bị Những vùng thiết bị nhiệt sơn chuyển sang màu trắng Tuy vậy, kĩ sư vận hành tiến hành kiểm tra nhiệt độ súng bắn nhiệt hàng ngày Đầu đốt reforming thứ cấp Hình 34: Đầu đốt cổ điển dạng vịng Theo truyền thống, việc trộn/đốt khí q trình từ reformer sơ cấp với khơng khí từ máy nén thực cách sử dụng đầu đốt dạng vịng hình Khơng khí đưa vào thơng qua đầu đốt "phun" qua lỗ vịng đầu đốt vào khí q trình chảy xuống xung quanh vịng Khi hai dịng khí gặp nhau, chúng 41 bốc cháy phản ứng cháy Tuy nhiên, nhiệt phản ứng lớn khiến lỗ bị biến dạng, từ dịng chảy khơng khí qua đầu đốt bị thay đổi ảnh hưởng đến q trình cháy Điều dẫn đến phân bố dịng không qua lớp xúc tác độ chuyển hóa reformer thứ cấp bị giảm Để giải vấn đề với biến dạng lỗ đầu đốt dạng vòng truyền thống, thiết kế phát triển cách sử dụng vòi phun nhỏ để phân phối khơng khí đầu đầu đốt Sự phân bố khí đảm bảo mức nhiệt độ vật liệu chịu lửa thấp nhiều so với đầu đốt thông thường Điều làm giảm xu hướng hình thành ruby Các đầu đốt không cần phải bảo dưỡng sau năm hoạt động Hình 35: Đầu đốt trình Secondary Reforming 2.3 Sơ lược vận hành Quá trình start up - Điều kiện đánh lửa: + Nhiệt độ đầu reformer thứ cấp > 700ºC + Tải nhà máy tối thiểu: 40% + Áp suất hệ thống tối thiểu: 20 barg 42 - Đưa khơng khí vào reformer thứ cấp + Kiểm tra van điều khiển dịng khơng khí Manual đóng + Mở van lập van điều khiẻn dịng khơng khí + Mở van bypass E-2002 + Khởi động máy nén khơng khí + Xả condensate đường khơng khí + Reset van đóng mở (RB) + Thiết lập áp suất khơng khí cần thiết + Đưa khoảng ~1000 Nm3/h khơng khí vào - Theo dõi q trình đánh lửa reformer thứ cấp + Nhiệt độ khỏi Reformer thứ cấp phải tăng 10ºC + Nếu không tăng vịng 5’  Dừng đưa khơng khí + O2 reformer thứ cấp khơng cháy hết oxy hóa xúc tác HTS làm tăng nhiệt độ + Đợi thông số ổn định trở lại ( 15 phút) + Đánh lửa lại với 1500 Nm3/h thấp lượng bảo vệ chút - Tăng dịng khơng khí: + Tốc độ tăng nhiệt đầu reformer thứ cấp < 50ºC/h + Giảm dòng bảo vệ tương ứng + Khi dịng bảo vệ giảm 0, đóng dần van bypass qua E-2002 + Duy trì dịng khơng khí 2nd reformer 500 - 550°C + Tiếp tục tăng khơng khí để đạt tỷ lệ H2/N2 Ratio = 3.0 đầu tháp hấp thụ CO2 - Cài đặt dịng bảo vệ cho trao đổi nhiệt khơng khí FIC-2017 - Theo dõi nồi nhiệt độ HTS Quá trình shut down - Giảm áp việc cài đặt điểm thấp cho trình thải vent cụm chuyển hóa CO - Thay khơng khí công nghệ nước bảo vệ - Giữ tốc độ làm mát 30oC/h đầu reforming thứ cấp - Duy trì nhiệt độ đầu thiết bị gia nhiệt khơng khí cơng nghệ < 550-580ºC - Cuối dừng tồn khơng khí tới reforming thứ cấp 43 - Kích hoạt I-2 kiểm tra bảo vệ tới E-2002-1 - Dừng máy nén khơng khí công nghệ - Giám sát việc tạo V-2001 - o Giữ lưu lượng dòng bảo vệ E-2003 o Giảm áp bao V-2001 o Giảm nhiệt độ E- 2009 o Nếu cần thiết dẫn BFW quay trở lại dearator tránh sôi Giám sát suất trao đổi nhiệt Reboiler thiết bị nhả hấp thụ o Bảo vệ làm tăng điểm ngưng tụ o Năng suất trao đổi nhiệt cao o Mở vent Reboiler Bảng 4: Thành phần dòng vào khỏi thiết bị phản ứng reforming thứ cấp Dòng Tên dịng Vào Ra Khí sản phẩm từ Khí q trình từ Sản phẩm reforming sơ cấp 10-E-2002-1 reforming thứ cấp Thành phần Nm3/h Mol % Nm3/h Mol % Nm3/h Mol % Ar 68 ppm 573 0.94 580 0.33 CH4 15179 14.22 252 0.14 CO 9510 8.91 23326 13.31 CO2 11931 11.18 13061 7.45 H2 69599 65.20 89895 51.32 N2 510 0.48 48097 27.45 H2 O 78097 106737 Tổng 184833 47588 0.03 78.04 465 O2 Dry 18 100.00 88120 12799 20.99 60978 100.00 61443 175211 100.00 263332 44 CHƯƠNG 3: QUÁ TRÌNH REFORMING TRAO ĐỔI NHIỆT (HEAT EXCHANGE REFORMING) Mục đích sở q trình 1.1 Mục đích q trình Reforming trao đổi nhiệt Vào cuối năm 2017, nhà máy Đạm Phú Mỹ thực cải tạo (revamp) nhằm mục đích tăng sản lượng NH3 thêm 20% Trong số thay đổi đó, có lắp đặt thêm reformer heat exchange 10-HE-2001 sau tháp reformer thứ cấp 10-R-2003 nhằm tận dụng nhiệt dòng sản phẩm reforming thứ cấp cho phản ứng reforming thiết bị reforming trao đổi nhiệt 1.2 Cơ sở trình Phản ứng reforming diễn tương tự phản ứng reforming sơ cấp Nhiệt cung cấp cho phản ứng lấy từ nhiệt dòng sản phẩm reforming thứ cấp 1.3 Xúc tác Xúc tác cho thiết bị Reforming trao đổi nhiệt R-87R HEAT-XTM, RK-201 R87 HEAT-XTM Hình 36: Xúc tác Reforming trao đổi nhiệt R-87R HEAT-XTM R-87R HEAT-XTM chất xúc tác không chứa kiềm có tâm hoạt tính Nikel khử trước đưa vào ống phản ứng R-87R HEAT-XTM đặt lớp ống phản ứng reforming trao đổi nhiệt, phản ứng diễn khí q trình 45 tiếp xúc với xúc tác Bên cạnh đó, việc xúc tác khử với công nghệ đặc biệt H2 khô nhiệt độ tối ưu giúp xúc tác có hoạt tính cao R-87 HEAT-XTM R-87 HEAT-X™ chất xúc tác khơng chứa kiềm có tâm hoạt tính Nikel, chưa khử đặt lớp ống phản ứng R-87 HEAT-X™ tối ưu hóa để mang lại hiệu suất tối ưu cho vận hành reforming trao đổi nhiệt Chất mang xúc tác khống Magiê Nhơm (magnesium aluminum spinel), oxit ceramic trơ dịng Spinel, có ổn định cao điều kiện phản ứng Chất mang sản xuất q trình tối ưu hóa độ xốp phân phối kích thước lỗ xốp, giúp cho bề mặt xúc tác lớn Diện tích bề mặt lớn độ bền học cao chất mang giúp độ bền hoạt tính xúc tác cao, đảm bảo phản ứng reforming gần với trạng thái cân đầu thiết bị phản ứng Mô tả trình HTER-P (Haldor Topsoe Exchange Reformer – Heater(P)) chứa bó ống bayonet, ống gắn với ống ngồi Điều có nghĩa ống bayonet gắn với ống bao gồm ống đồng tâm Xúc tác đặt ống, bên vòng ống bayonet Chùm ống gắn theo chiều dọc, nạp xúc tác loại xúc tác R-87R HEAT-XTM, RK201, R-87 HEAT-XTM Khí từ reformer thứ cấp qua đường tải lát gạch chịu lửa tới HTER-P, khí qua vành ống bayonet ống ngồi Dịng khí cần reforming xuống dưới, qua chất xúc tác ống lên qua ống bên ống bayonet trộn với dịng khí từ reformer thứ cấp lên qua ống ngồi phía HTER-P Có nghĩa dịng khí reforming ngược chiều với dịng cần làm lạnh trao đổi nhiệt với Truyền nhiệt hiệu xảy từ hai phía ngồi chất xúc tác Nhiệt độ dịng khí reforming tháp HTER-P đạt xấp xỉ 965°C trước rời khỏi ống 46 Nhiệt độ cao reformer sơ cấp đặc biệt thứ cấp yêu cầu độ bền hóa học chất xúc tác lớp gạch reformer thứ cấp cao Cần đặc biệt nhấn mạnh việc sử dụng chất xúc tác khơng có silica gạch với thành phần silica thấp, không hợp chất dễ bay bị mang khỏi thiết bị đọng lại bề mặt nồi nhiệt thừa Khoảng 20% khí cơng nghệ qua khử lưu huỳnh chuyển tới tháp HTERP Nhiệt độ đầu vào HTER-P phụ thuộc vào dòng nhiệt Trong revamp, tỷ lệ S/C điều chỉnh đến 3,4 nhờ vào việc thêm dòng q nhiệt Nhiệt độ khí cơng nghệ khỏi tháp reforming khoảng 796°C, sau làm lạnh xuống 524°C nồi nhiệt thừa (10-E-2008 – nơi mà steam 118 barg hình thành, nhiệt độ giảm xuống 360°C steam superheater 10-E-2009) Sau làm lạnh, khí tiếp tục đến tháp chuyển hóa CO nhiệt độ cao (10-R-2004) Bảng 5: Thành phần dòng sản phẩm Reforming trao đổi nhiệt Thành phần Nm3/h Mol % Ar 582 0.28 CH4 598 0.29 CO 28063 13.72 CO2 15301 7.48 H2 111801 54.67 N2 48199 23.56 H2 O 106575 Dry 204544 Tổng 311119 100.00 47 Hình 37: Thiết bị Reforming trao đổi nhiệt 48 KẾT LUẬN Báo cáo thực tập Xưởng Amo – Nhà máy Đạm Phú Mỹ bao gồm Tổng quan Nhà máy Đạm Phú Mỹ với giai đoạn trình tổng hợp NH3, sâu tìm hiểu cụm Reforming, cụ thể Reforming sơ cấp, thứ cấp Reforming trao đổi nhiệt Trong khoảng thời gian thực tập tuần ngắn ngủi, em anh kỹ sư Nhà máy Đạm Phú Mỹ tạo điều kiện cung cấp tài liệu cho em tìm hiểu công nghệ thiết bị, xúc tác nhà máy Đạm Phú Mỹ Điều giúp em có liên hệ đối chiếu với lý thuyết học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong ngày thực tập Nhà máy, bên cạnh việc học cách đọc vẽ PFD tìm hiểu thực tế ngồi site, em anh kỹ sư dẫn đo nồng độ O2 áp suất 480 đầu đốt lò reforming sơ cấp, qua cho em trải nghiệm thực tế công việc kỹ sư vận hành Chuyến thực tập giúp em có định hướng cho nghiệp tương lai, tạo động lực cho em phấn đấu để trở thành kỹ sư công nghệ Em xin cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cụ thể thể thầy cô Bộ môn Công nghệ Tổng hợp Hữu Cơ – Hóa Dầu phối hợp với Nhà máy Đạm Phú Mỹ, đặc biệt anh chị kỹ sư Xưởng Amo, tạo điều kiện cho em có trải nghiệm kiến thức quý giá 49 ... reforming trao đổi nhiệt) PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ VÀ XƯỞNG AMMONIA CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ Giới thiệu nhà máy Nhà máy Đạm Phú Mỹ có tổng vốn đầu tư 400 triệu USD, cơng... cơng nghệ, trình vận hành trình phân xưởng AmmoniaNhà máy Đạm Phú Mỹ Báo cáo gồm phần chính: - Phần 1: Tổng quan nhà máy Đạm Phú Mỹ - Phần 2: Báo cáo chi tiết cụm reforming (bao gồm reforming sơ... Hình 37: Thiết bị Reforming trao đổi nhiệt 48 KẾT LUẬN Báo cáo thực tập Xưởng Amo – Nhà máy Đạm Phú Mỹ bao gồm Tổng quan Nhà máy Đạm Phú Mỹ với giai đoạn q trình tổng hợp NH3, sâu tìm hiểu cụm