Mô phỏng tối ưu hóa và xử lý sự cố cho xưởng tổng hợp amoniac ở công ty phân đạm và hóa chất hà bắc

Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 5  LỜI MỞ ĐẦU 6  Phần TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 7  I.1 Lý thuyết Amonia 1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất amoniac 7  1.1.2.  Các nguyên liệu sản xuất amoniac 8  1.1.2.1 Nguyên liệu thể rắn 1.1.2.2 Nguyên liệu thể lỏng thể khí 1.1.2.3 Nguyên liệu khí tự nhiên 10 1.1.3 Tính chất vật lý NH3 10  1.1.4 Tính chất hóa học NH3 12  1.1.5 Cơ chế phản ứng tổng hợp NH3 13  I.2 Giới thiệu công nghệ sản xuất amoniac 14 1.2.1 Công nghệ Kellogg 15 1.2.2.  Công nghệ LCA    17  1.2.3.  Công nghệ của Haldor Topsoe    17  I.3 Giới thiệu Công ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc 20 1.3.1 Lịch sử hình thành phát triển Công ty 20  1.3.2 Xưởng Tổng hợp Amoniac 22  1.3.2.1 Amoniac sản phẩm 22 1.3.2.2 CO2 sản phẩm 22 1.3.3.  Nguyên liệu 23  1.3.4 Giới thiệu công đoạn xưởng Amoniac 23  1.3.4.1 Công đoạn chuyển hóa CO 23 1.3.4.2 Cương vị rửa Rectisol (khử CO2, H2S) 26 1.3.4.3 Cương vị rửa Nitơ lỏng 34 1.3.4.4 Tổng hợp NH3 37 1.3.4.4.1 Máy nén khí tổng hợp NH3 38  1.3.4.4.2 Vịng tuần hồn tổng hợp 40  1.3.4.4.3 Tháp tổng hợp NH3 04R501 41  1.3.4.4.4 Hệ thống làm lạnh, phân ly NH3 sản phẩm: 46  PHẦN 2: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP NH3 47  II.1 Giới thiệu phương pháp nghiên cứu 47 II.2 Phương pháp đánh giá hiệu 50 Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền 2.2.1 Đánh giá lý thuyết 50  2.2.2 Đánh giá thực tế 51  Phần III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52  III.1 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng tới độ chuyển hóa NH3 HYSYS 52 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ chuyển hóa NH3 52  3.1.2 Ảnh hưởng đường kính thiết bị 54  3.1.3 Ảnh hưởng chiều dài tầng xúc tác 56  3.1.4 Ảnh hưởng độ giảm áp tầng xúc tác 57  3.1.5 Ảnh hưởng áp suất đầu vào tầng xúc tác tới độ chuyển hóa phản ứng 59  3.1.6 Nồng độ ammonia đầu vào tháp tổng hợp 61  3.1.7 Các khí trơ/khí phóng không 61  3.1.8 Tỉ lệ Hydro/nitơ 61  3.1.9 Tốc độ tuần hoàn 62  III.2 Đề xuất phương án thay đổi điều kiện vận hành cương vị tổng hợp NH3 nhằm nâng cao hiệu suất chuyển hóa phản ứng 62 3.2.1 Đánh giá hiệu theo phương án .63 3.2.1.1 Mơ lưu trình cơng nghệ Xưởng Tổng hợp NH3 số Công ty Phân Đạm Hóa chất Hà Bắc 63 3.2.1.2 Máy nén 04K401 65 3.2.1.3 Thiết bị phản ứng R04501 69 3.2.2 Kết đánh giá theo mô 75 3.2.2.1 Đánh giá sản lượng NH3 tăng lên .75 3.2.2.2 Đánh giá công máy nén 04K401 75 3.2.2.3 Tính tốn lợi ích việc thay đổi phương án vận hành 77 3.2.3 Xử lý cố sản xuất 81 3.2.3.1 Áp suất đường cao áp 3.82MPa bị giảm sâu 81 3.2.3.2 Sự cố vi lượng công đoạn rửa Nitơ lỏng: .82 3.2.3.3 Sự cố tụt nhiệt hệ thống tháp tổng hợp: .83 KẾT LUẬN 84  TÀI LIỆU THAM KHẢO 85  Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sơ đồ ngun lý tổng hợp NH3 từ than đá .8  Hình 2: Sơ đồ khối phương pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH3 9  Hình Sơ đồ khối phương pháp tổng hợp NH3 từ nguyên liệu thể lỏng thể khí 10  Hình 4: Sơ đồ tổng hợp NH3 Kellog  .16  Hình : Sơ đồ khối sản xuất NH3 công ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc 18  Hình Sơ đồ công nghệ tổng hợp amonia HALDOR TOPSOE .19  Hình 7: Lưu trình cơng nghệ cương vị chuyển hóa CO .25  Hình 8: Lưu trình cơng nghệ cương vị Rectisol 33  Hình 9: Lưu trình cơng nghệ cương vị rửa N2 lỏng 36  Hình 10: Ví dụ đường làm việc máy nén 39  Hình 11: Lưu trình cơng đoạn tổng hợp NH3 .43  Hình 12: Tháp tổng hợp NH3 Haldor Topsoe seri S300 45  Hình 13: Ảnh hưởng nhiệt độ vào tầng tới độ chuyển hóa phản ứng .53  Hình 14: Ảnh hưởng nhiệt độ vào tầng tới độ chuyển hóa phản ứng .53  Hình 15: Ảnh hưởng nhiệt độ vào tầng tới độ chuyển hóa .54  Hình 16: Ảnh hưởng đường kính tầng tới độ chuyển hóa NH3 55  Hình 17: Ảnh hưởng đường kính tầng tới độ chuyển hóa NH3 55  Hình 18: Ảnh hưởng đường kính tầng tới độ chuyển hóa NH3 56  Hình 19: Ảnh hưởng chiều dài tầng xúc tác tới độ chuyển hóa .56  Hình 20: Ảnh hưởng chiều dài tầng xúc tác tới độ chuyển hóa .57  Hình 21: Ảnh hưởng chiều dài tầng xúc tác tới độ chuyển hóa .57  Hình 22 : Ảnh hưởng độ giảm áp tầng xúc tác tới độ chuyển hóa 58  Hình 23:Ảnh hưởng độ giảm áp tầng xúc tác tới độ chuyển hóa .58  Hình 24: ảnh hưởng độ giảm áp tầng xúc tác tới độ chuyển hóa 58  Hình 25 Ảnh hưởng áp suất vào tầng tới độ chuyển hóa phản ứng 59  Hình 26: Ảnh hưởng áp suất vào tầng tới độ chuyển hóa phản ứng 60  Hình 27: Ảnh hưởng áp suất vào tầng tới độ chuyển hóa phản ứng 60  Hình 28: Case mơ Xưởng Tổng hợp NH3 số Cơng ty Phân Đạm Hóa Chất Hà Bắc 64  Hình 29 Case mơ máy nén 04K401 65  Hình 30: Các thơng số máy nén K401 điều kiện vận hành bình thường 68  Hình 31: Case mô thiết bị phản ứng R04501 69  Hình 32: Các thống số làm việc máy nén K401 P=13,7MPa 76  Hình 33: Các thống số làm việc máy nén K401 P=13,8 MPa 76  Hình 34: Các thơng số hệ lạnh đông P=13,7MPa 79  Hình 35: Các thơng số hệ lạnh đơng P=13,8MPa 79  Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Các thơng số hố lý NH3 .11  Bảng 2: Tiêu chuẩn Amoniac sản phẩm 22  Bảng 3: Các loại xúc tác sử dụng 44  Bảng 4: Các thơng số dịng ngun liệu đầu vào máy nén K401 66  Bảng Thông số dòng nguyên liệu vào tháp Tổng hợp 70  Bảng 6: Thơng số dịng khí tháp tổng hợp .71  Bảng 7: Thơng số dịng NH3 sản phẩm 72  Bảng 8: So sánh kết mô số liệu thực tế nhà máy 72  Bảng 9: Thơng số dịng nguyên liệu vào tháp tổng hợp P=13,8MPa .73  Bảng 10 Thơng số dịng khí khỏi tháp tổng hợp NH3 (áp suất vào tháp 13,8MPa) .74  Bảng 11: NH3 sản phẩm P=13,8MPa 75  Bảng 12 So sánh thông số mô máy nén 04K401 áp suất 76  Bảng 13 Bảng tính lợi nhuận phương án .78  Bảng 14 So sánh thông số hệ lạnh đông áp suất 80  Bảng 15: Giới hạn nồng độ chất gây hại phụ tải hệ thống tương ứng 83  Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Phạm Thanh Huyền Cám ơn tận tình hướng dẫn bảo cách làm đồ án tốt nghiệp hiệu Tôi xin cảm ơn Bộ mơn Cơng nghệ hữu - hóa dầu, Viện Kỹ thuật hóa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Vương Chí Cường Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền LỜI MỞ ĐẦU Amoniac nguyên liệu quan trọng công nghiệp hóa chất tổng hợp đạm urê, NH4NO3, HNO3, sản xuất phân bón DAP… Tại Việt Nam, Amoniac tổng hợp nhà máy Đạm Hà Bắc, Đạm Ninh Bình, Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau với nguồn nguyên liệu từ than khí đồng hành với công nghệ khác theo hướng ngày đại, mức độ tự động hóa cao, giảm tiêu hao lượng nguyên liệu Hầu tất Amoniac giới sản xuất phản ứng Nitơ Hydro có xúc tác Hydro dùng để tổng hợp Amoniac sản xuất trình Refoming nước Hydrocacbon (ở dạng lỏng khí) than đá Nguồn cung cấp Nitơ chủ yếu từ trình hóa lỏng khơng khí nhận Nitơ từ q trình chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Có nhiều nguồn nguyên liệu khác sử dụng cho trình tổng hợp NH3 như: than đá, dầu nặng naphta, khí tự nhiên, khí đồng hành Các nhà máy sản xuất NH3 dựa vào nguồn nguyên liệu khí tự nhiên khí đồng hành Xu hướng tiếp tục tương lai Luận văn nghiên cứu “Mô phỏng, tối ưu hóa xử lý cố cho Xưởng Tổng hợp amoniac Cơng ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc” Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Phần TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I.1 Lý thuyết Amonia 1.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất amoniac Sản phẩm amoniac xuất sớm từ đầu kỷ 18 Khi người ta tổng hợp ammonia áp suất cao nhiệt độ cao, tới năm 1821 người ta cố gắng tổng ammonia có trợ giúp xúc tác không đạt Vào năm 1860, phương pháp hồ quang người ta tổng hợp ammonia từ Nitơ Hydro hiệu không cao Do nhu cầu sử dụng amoniac ngày nhiều nên có nhiều phương pháp tổng hợp ammonia đời, năm 1961 tổng hợp amoniac với xúc tác sắt nhiệt độ cao, với hiệu suất 0,1% Tới năm 1930, việc tổng hợp ammonia thành công với nhiều loại xúc tác khác hiệu cao xúc tác kim loại Ni Công ty Kellogg đưa cơng nghệ tổng hợp NH3 “tối đa hố lượng” vào thập kỷ 60, nhiệt sinh từ phản ứng chuyển hố khí tự nhiên q trình tuần hồn, phức tạp, hiệu kinh tế phụ thuộc công suất nhà máy, công suất lớn hiệu kinh tế cao, đồng thời hiệu kinh tế cịn phụ thuộc vào dây chuyền cơng nghệ Vào năm 1988, với công nghệ mang tên LCA, công ty ICI Anh có bước đột phá công nghệ tổng hợp NH3 áp suất thấp nhiệt độ thấp phương pháp cũ Cơng nghệ sử dụng xúc tác hoạt tính cao, đưa vai trị xúc tác làm tảng cho cơng nghệ tổng hợp NH3 Ngày dây chuyền sản xuất NH3 đại đạt suất từ 1200 ÷ 1500 tấn/ngày đêm Nước ta có số nhà máy: khí điện đạm Cà Mau, Điện Đạm Phú Mỹ, Đạm Ninh Binh, Đạm Hà Bắc vào hoạt động với sử dụng nguồn nguyên liệu sẵn có, đáp ứng nhu cầu NH3 cho sản xuất Urê ngành cơng nghiệp hố học khác Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền 1.1.2 Các nguyên liệu sản xuất amoniac [3, 5] 1.1.2.1 Nguyên liệu thể rắn Nguyên liệu:  Nhiên liệu rắn  Hơi nước  Khơng khí khơng khí giàu oxy Phương pháp sản xuất mô tả sơ đồ hình khối sau Ngun liệu Khí sau phản ứng Khử hợp chất sulfur Chuyển hoá CO Khử phần lớn CO2 H2O dung dịch kiềm Nén khí nguyên liệu Rửa đồng để khử CO khử CO2 dung dịch kiềm Tổng hợp NH3 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý tổng hợp NH3 từ than đá [3] Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Nguyên liệu Khơng khí Khí lị cốc Khử CO2 sấy khô Khử hợp chất sulfur Làm lạnh thâm độ phân ly Khử CO2 chất hấp thụ Oxy Nitơ Làm lạnh thâm độ Khí giàu H2 Khử CO2 N2 lỏng Nén khí nguyên liệu Tổng hợp NH3 Hình 2: Sơ đồ khối phương pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH3 [3, 5] 1.1.2.2 Nguyên liệu thể lỏng thể khí Nguyên liệu  Nhiên liệu thể lỏng thể khí  Hơi nước  Khơng khí khơng khí giàu oxy Chúng chuyển hố oxy hố khơng hồn tồn Phương pháp mơ tả sơ đồ hình khối Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Nguyên liệu Khử hợp chất sulfur Chuyển hố CO Nén khí ngun liệu Khử phần lớn CO2 H2O dung dịch kiềm Khử CO dung dịch đồng Tổng hợp NH3 Hình Sơ đồ khối phương pháp tổng hợp NH3 từ nguyên liệu thể lỏng thể khí 1.1.2.3 Ngun liệu khí tự nhiên Khí tự nhiên có mặt nhiều nơi giới Trung đông, Đơng nam á, Châu âu, Mỹ…Về thành phần khí tự nhiên qua nghiên cứu cho thấy, với quốc gia có thành phần khí tự nhiên khác nhau, thành phần chủ yếu khí tự nhiên khí metan, từ 70% trở lên Ở Việt nam khí tự nhiên có miền Bắc miền Nam Miền Bắc có mỏ khí tìm Tiền Hải-Thái Bình vào năm 1981 Phía Nam có mỏ Nam Côn Sơn, Lan Tây, Lan Đỏ…, với trữ lượng tương đối lớn, ngồi nguồn khí đồng hành cung cấp khối lượng khí khơng nhỏ 1.1.3 Tính chất vật lý NH3 Ở nhiệt độ thường NH3 khí khơng màu, có mùi đặc trưng, vị hăng gây ngạt thở, có tác dụng kích thích niêm mạc, khả hồ tan Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 10 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Sản phẩm khỏi thiết bị tổng hợp: Bảng 6: Thơng số dịng khí tháp tổng hợp Ra tầng Nhiệt độ, °C 402,6 Áp suất, MPa 13,37 Lưu lượng, kmol/h 11.580 Thành phần, vol%: N2 20,76 H2 62,49 NH3 16,74 Ar 0,00 Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 71 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền NH3 tổng hợp kho chứa: Bảng 7: Thông số dòng NH3 sản phẩm NH3 sản phẩm (P=13,7MPa) Nhiệt độ, °C -5 Áp suất, MPa 12,67 Lưu lượng, kg/h 25.230 So sánh kết mô với số liệu thực tế Cơng ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc: STT Bảng 8: So sánh kết mô số liệu thực tế nhà máy Tham số Unisim Design Số liệu vận hành Nhiệt độ đầu vào tháp o tổng hợp, C 350 355-358oC Áp suất hệ thống, MPa 13,81 13,5 - 13,7 Năng suất, kg/h 25.230 25.170 Độ chuyển hóa NH3, % 16,74% 15,5÷16,5% Số liệu mơ phù hợp với kết vận hành thực tế nhà máy Phản ứng tổng hợp lấy từ thư viện phần mềm mơ độ có tin cậy cao, dùng để mô hệ thống điều chỉnh thông số khác Do vậy, để đánh giá hiệu phương pháp ta tiến hành mô điều chỉnh áp suất cửa vào máy nén khí tổng hợp lên 2.9MPa nâng áp suất tổng hợp lên mức 13.8 MPa Đánh giá kết mô thay đổi thơng số sau: Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 72 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Thơng số dịng ngun liệu đầu vào tháp tổng hợp (P=13,8MPa): Bảng 9: Thơng số dịng nguyên liệu vào tháp tổng hợp P=13,8MPa Khí vào tháp tổng hợp (P=13.8MPa) Nhiệt độ, oC 350,3 Áp suất, MPa 13,77 Lưu lượng, kmol/h 13.140 Thành phần: (%mol) H2 N2 Ar NH3 72,23 24,15 0.00 3,62 Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 73 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Sản phẩm khỏi thiết bị tổng hợp: Bảng 10 Thơng số dịng khí khỏi tháp tổng hợp NH3 (áp suất vào tháp 13,8MPa) Ra tầng - Nhiệt độ, °C 403 - Áp suất, MPa 13,47 - Lưu lượng, kmol/h 11.660 - Thành phần, vol%: N2 20,87 H2 62,37 Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 74 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền NH3 16,76 Ar 0,00 Lượng NH3 sản phẩm kho chứa: Bảng 11: NH3 sản phẩm P=13,8MPa NH3 tổng hợp (P=13,8MPa) Nhiệt độ, °C -5 Áp suất, MPa 12,77 Lưu lượng, kg/h 25.280 3.2.2 Kết đánh giá theo mô 3.2.2.1 Đánh giá sản lượng NH3 tăng lên Lượng sản phẩm NH3 vận hành áp suất 13,7 MPa: 25.230 (kg/h) Lượng sản phẩm NH3 vận hành áp suất 13,8 MPa: 25.280 (kg/h) Lượng NH3 tăng lên: 25.280-24230 = 50 kg/h Ta thấy lượng NH3 tăng lên thay đổi phương án vận hành với việc tăng áp suất hệ thống tổng hợp 3.2.2.2 Đánh giá công máy nén 04K401 Do đường làm việc turbine nhà sản xuất giữ kín nên khơng thể mơ hoạt động turbine Để đánh giá hiệu phương án, ta đánh giá qua cơng suất cần đạt máy nén để thực Ở áp suất cửa máy nén 13,7MPa: Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 75 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Hình 32: Các thống số làm việc máy nén K401 P=13,7MPa Ở áp suất cửa máy nén 13,8 MPa: Hình 33: Các thống số làm việc máy nén K401 P=13,8 MPa Bảng 12 So sánh thông số mô máy nén 04K401 áp suất Chế độ vận hành Các cấp máy nén 13,7 MPa 13,8 MPa Cấp (kW) 7.220 6.906 Cấp (kW) 4.920 4.921 2.860 3.052 15.000 14.879 Cấp tuần hồn (kW) Tổng cơng (kW) Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 76 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Có thể thấy công máy nén giảm đi, điều mang lại lợi ích cho nhà máy cho thấy phương án mang lại hiệu thật Các số liệu áp suất 13.7 MPa có độ xác cao số liệu so sánh áp suất 13.8MPa chưa có số liệu để đối chứng nhiên tham khảo để đánh giá tương đối sát với thực tế 3.2.2.3 Tính tốn lợi ích việc thay đổi phương án vận hành Lưu lượng NH3 sản phẩm tăng lên Khi thay đổi áp suất cửa máy nén khí tổng hợp 04K401 lên 13,8 MPa lượng NH3 sản xuất tăng lên Qua số liệu ta tính lượng amoniac tăng lên là: Nhà máy hoạt động liên tục 24h/ngày với số ngày làm việc năm 320 ngày/năm Số ngày lại dành cho bảo dưỡng nghỉ máy định kỳ thời gian ngừng máy cố Nên lượng amoniac tăng lên thời gian năm: Lượng vào turbine giảm Công suất máy nén chưa điều chỉnh (Pvào= 2.8MPa, Pra=13.7MPa): 15.000 kW Khi thay đổi thông số vận hành (tăng áp suất đầu vào lên 2,95MPa đầu máy nén 04K401 lên 13,8 MPa): 14.879 kW Công suất động lực Turbin cung cấp giảm là: P=15.000-14.879 = 121 (kW) Lượng nhiệt tiết kiệm được: 121 kJ/s*3600(s)*24(h)*320(ngày)=3.345.408.000 (kJ/năm) Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 77 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Bảng 13 Bảng tính lợi nhuận phương án Tên Lượng Đơn giá (VNĐ/tấn) Thành tiền (VNĐ) STT Lượng NH3 tăng thêm 384 10.000.000 3.840.000.000 3.345.408.000 - - (tấn/năm) Lượng tiết kiệm (Quy đổi nhiệt, kJ/năm) Tổng 3.840.000.000 Đánh giá ảnh hưởng tăng áp + Hiệu suất vòng tổng hợp: tăng áp suất cửa hút 04K401đồng thời tăng áp suất vòng vòng tổng hợp hiệu suất tổng hợp NH3 tăng Qua đánh giá cho thấy: với phương án công suất động lực Turbin nước cần cung cấp giảm 121 kW Do công suất giảm nên giảm lượng sử dụng cho turbine + Tăng hiệu suất hấp thụ CO2 cụm thu hồi CO2: áp suất cửa hút 04K401 tăng áp suất cụm thu hồi CO2 tăng nên khả hấp thụ CO2 tốt hơn, từ giảm lượng tuần hoàn dịch làm giảm lượng tiêu thụ bơm + Tăng áp làm giảm độ chênh áp qua thiết bị phản ứng giảm đồng thời làm tăng thời gian lưu khí cơng nghệ qua thiết bị trao đổi nhiệt, tăng hiệu suất trao đổi nhiệt, thu hồi nhiệt tốt + Đánh giá lượng lạnh cần cung cấp cho hệ thống lạnh đông ngưng tụ NH3: NH3 khỏi tháp tổng hợp sau gia nhiệt cho nước cấp nồi để tận dụng nhiệt làm lạnh nước tuần hoàn thiết bị E04504 xuống 370C Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 78 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền sau làm lạnh NH3 thiết bị trao đổi nhiệt E04506 E04507 xuống -50C trước vào thiết bị phân ly để tách NH3 Các thông số sau: + Khi vận hành bình thường: Hình 34: Các thơng số hệ lạnh đông P=13,7MPa + Khi vận hành áp suất hệ thống 13,8MPa: Hình 35: Các thơng số hệ lạnh đơng P=13,8MPa Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 79 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền So sánh chế độ vận hành ta có báng so sánh sau: Bảng 14 So sánh thông số hệ lạnh đông áp suất Chế độ vận hành Nhiệt lạnh cần cung cấp (kJ/h) 13,7 MPa 13,8 MPa E04504 9,579.107 9,604.107 E04505 2,142.107 2,131.107 E04506 1,388.107 1,382.107 3,53.107 3,513.107 Tổng E04505+E04506 (kJ/h) Lượng nhiệt cần cung cấp thiết bị làm lạnh nước E04504 tăng lên là: Q1= (9,604-9,579).107=0,025.107 (kJ/h) Tỷ lệ tăng so với ban đầu= (0,025/9,579).100=0,26% Lượng nhiệt cần cung cấp thiết bị làm lạnh NH3 (E04506+E04507) giảm là: Q2= (3,53-3,513).107=0,017.107 (kJ/h) Lượng nhiệt cần cung cấp thiết bị làm lạnh nước tăng mức độ tăng không đáng kể (0,26%), lượng nhiệt cần cung cấp thiết bị làm lạnh NH3 giảm Do lực làm lạnh thiết bị đáp ứng thực phương án tăng áp suất hệ thống tổng hợp Từ bảng tính tốn lợi nhuận nhận thấy lợi ích việc tăng áp mang lại lớn Bên cạnh lợi ích tính được, cịn có số lợi ích khác như: làm tăng hiệu suất hấp thụ CO2, hiệu suất trao đổi nhiệt, giảm chênh áp… Nhưng với việc làm việc áp suất cao so với thiết kế, bên cạnh tác động lên phần khác vòng tổng hợp, việc tăng áp ảnh hưởng trực tiếp tới máy nén Máy nén hoạt động khác so với điều khiện tối ưu mà nhà sản xuất đưa Để đánh giá mức độ ảnh hưởng tới máy nén khả làm việc lâu dài, cần có trợ giúp chuyên gia nhà sản xuất Từ đánh giá này, người vận hành tính tốn lại hiệu Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 80 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền việc thay đổi thời gian hoạt động dài Hơn cịn xem xét nhà máy tiến hành tối ưu chế độ nâng công suất (nâng áp suất hệ thống lên mức tối đa 14,4MPa) tăng hiệu lượng (giảm lượng tiêu hao) 3.2.3 Xử lý cố sản xuất Dây chuyền sản xuất thể thống gồm hàng nghìn thiết bị liên kết Khi hoạt động thiết bị khơng bình thường như: dao động công nghệ, nhiệt độ, áp suất … ảnh hưởng đến thiết bị trước sau qua ảnh hưởng đến tồn hệ thống Đặc biệt với thiết bị đơn động dây chuyển như: máy nén khí tổng hợp, máy băng hệ lạnh đông … hay thiết bị cấp mạng ống chung toàn nhà máy bơm nước cấp nhiệt điện, bơm nước cấp lò Shell, bơm Oxy, bơm Nitơ … tính chất đặc biệt quan nên có phát sinh không xử lý kịp thời thường dẫn đến cố ngừng toàn nhà máy gây thiệt hại lớn Với cố liên quan tới thiết bị xử lý việc cách ly thiết bị hỏng đưa sửa chữa chạy thiết bị dự phòng thay nên việc xử lý tương đối nhanh Riêng cố công nghệ liên cần phân tích ngun nhân tìm giải pháp xử lý nhanh, khơng xử lý kịp thời lan tràn tồn hệ thống dẫn đến trip toàn nhà máy Một số cố nguy hiểm, điển hình phân tích sau: 3.2.3.1 Áp suất đường cao áp 3.82MPa bị giảm sâu Mạng nhiệt 3.82MPa cung cấp hệ thống gồm 03 lị tầng sơi 130 tấn/h 02 lị cũ kiểu than phun cơng suất 75 tấn/h Hơi dùng để phát điện (02 máy phát 15MW 02 máy phát 12MW), quay Turbin động lực cung cấp cho máy nén không khí xưởng Phân ly khơng khí (110 tấn/h), máy nén N2 (35 tấn/h), máy băng NH3 (20-22 tấn/h), máy nén khí tổng hợp (22-25 tấn/h) tùy theo phụ tải, cấp xưởng Urê Khi lò bị cố phải tách khẩn cấp khỏi hệ thống (bục ống sinh hơi, bục đường nước cấp, thiết bị cao lò bị cố…) dẫn đến lượng cung cấp bị giảm Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 81 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền đột ngột, áp lực đường 3.82MPa bị giảm sâu Với khu hóa, áp suất ảnh hưởng trực tiếp tới công suất động lực turbin máy nén nên áp suất giảm số vịng quay máy nén giảm làm giảm cơng suất Với máy băng K701: lực cấp lạnh giảm làm nhiệt độ ngưng tụ NH3 thiết bị làm lạnh, phân ly tăng dẫn đến hiệu phân tách kém, tăng [NH3] khí tổng hợp vào tháp tổng hợp NH3 dẫn đến làm giảm độ chuyển hóa phản ứng Với máy nén khí tổng hợp K401: tốc độ vòng quay giảm làm giảm khả hút máy nén dẫn đến tăng áp suất cửa vào máy nén gây dao động công nghệ công đoạn trước, giảm lượng khí tuần hồn qua tháp tổng hợp qua làm giảm sản lượng NH3 sinh trình tổng hợp Áp lực đường giảm đồng thời làm giảm lực cấp xưởng Phân ly khơng khí Biện pháp khắc phục: Giảm nhanh công suất máy phát điện xưởng Nhiệt để lấy hơi, ưu tiên cấp cho khu hóa sản xuất Trong trường hợp áp lực đường tiếp tục giảm cần thiết cho ngừng máy ngắn hạn xưởng Urê (giảm sử dụng), sa thải số phụ tải không cần thiết để tránh tải hệ thống điện Lên lại lị máy dự phịng bước khơi phục sản xuất 3.2.3.2 Sự cố vi lượng công đoạn rửa Nitơ lỏng: Thành phần khí lượng khí tổng hợp đưa vào vòng tổng hợp phụ thuộc vào điều kiện vận hành cho cương vị rửa nitơ lỏng Khí chứa vết argon heli metan, phần lại Hydro nitơ với tỷ lệ khoảng 3/1 Hơn nữa, khí chứa hợp chất oxy (CO, CO2 , H2O), gây ngộ độc xúc tác Khí trộn với khí tuần hồn cửa hút máy nén tuần hồn tạp chất khí đưa trực tiếp vào xúc tác amoniac Do đó, yêu cầu hàm lượng hợp chất oxy thấp Trong q trình vận hành cơng nghệ hệ rửa Ni tơ lỏng dao động, tổng hàm lượng khí CO, CO2, H2O cơng đoạn dao động cần theo dõi chặt chẽ xử lý nghiêm ngặt theo quy định: Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 82 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền Bảng 15: Giới hạn nồng độ chất gây hại phụ tải hệ thống tương ứng Tổng [CO, CO2, H2O], ppm Phụ tải 0-10 Vận hành bình thường 10-20 Duy trì phụ tải, đặc biệt lưu ý điều kiện công nghệ để xử lý giảm nồng độ chất gây ngộ độc xúc tác xuống mức bình thường 20-30 Duy trì tối đa 48h 30-50 Duy trì tối đa 24h Trên 50 Duy trì tối đa 1h Nếu kiểm tra phân tích xác phải cắt khí, ngừng máy hệ thống 3.2.3.3 Sự cố tụt nhiệt hệ thống tháp tổng hợp: Đây cố tương đối nghiêm trọng tiềm ẩn nhiều nguy gây ngừng máy Do xúc tác có khoảng nhiệt độ hoạt tính định nên nhiệt độ đầu vào tháp tổng hợp thấp dẫn đến trình tổng hợp NH3 bị giảm dần cường độ, cân nhiệt hệ thống, nhiệt độ tầng xúc tác dao động giảm nhanh Không xử lý kịp thời dẫn đến ngừng hệ thống tổng hợp phải tiến hành tăng nhiệt để ổn định bước khơi phục phụ tải Ngun nhân: q trình chạy máy ban đầu phán đốn q trình gia nhiệt hệ thống chưa xác, phản ứng chưa tự cân nhiệt nên ngừng lò đốt gia nhiệt lượng nhiệt cấp ban đầu gây tụt nhiệt hệ thống Với hệ thống chạy máy bình thường cần theo dõi chặt chẽ dịch diện thiết bị phân ly NH3 theo quy định, không để cao tránh khí theo NH3 lỏng vào hệ thống tổng hợp Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 83 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền KẾT LUẬN Đã mô công nghệ sản xuất NH3 xưởng NH3 số công ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc với cơng suất 25.000 kg/h (192.000 NH3/năm) theo lưu trình thiết kế kỹ thuật nhà sản xuất phần mềm Unisim Design R410 Kết mô thu phù hợp với kết vận hành thực tế nhà máy Đã nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện công nghệ công đoạn tổng hợp NH3 cho thấy: - Nhiệt độ đầu vào tháp tổng hợp tối ưu 350oC, độ chuyển hóa phản ứng tổng hợp NH3 lớn (16,74%) - Áp suất vận hành tối ưu hệ thống nâng mà đảm bảo yếu tố công nghệ khác 13,8 MPa - Độ giảm áp qua tầng xúc tác ảnh hưởng đến độ chuyển hóa NH3, tháo tác bỏ qua yếu tốt này, tập chung khống chế điều kiện nhiệt độ, áp suất vận hành mức tối ưu đạt độ chuyển hóa mức cao Đã nghiên cứu tính tốn thay đổi chế độ vận hành cụm tổng hợp NH3 Khi tăng áp vòng tổng hợp, bên cạnh yếu tố mang lại lợi ích tăng lượng sản phẩm, giảm lượng cao áp vào máy nén có số yếu tố khác chưa nghiên cứu như: thiết bị máy nén, tháp tổng hợp, thiết bị làm lạnh, phân ly… phải làm việc phụ tải cao mức bình thường theo thiết kế nên cần phải tính tốn hợp lý để tìm phương án vận hành tối ưu Đã đề xuất phương án nhằm tăng công suất cụm tổng hợp NH3 nâng áp suất hệ thống tổng hợp đưa số phương án xử lý cố vận hành Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 84 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS Phạm Thanh Huyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Cơng ty Phân đạm hóa chất Hà Bắc; Amoniac PFD [2] Cơng ty Phân đạm hóa chất Hà Bắc; Amoniac Datasheet [3] Công ty phân đạm Hóa chất Hà Bắc, Giáo trình tổng hợp NH3 [4] PSG.TS Phạm Thanh Huyền, PGS.TS Nguyễn Hồng Liên; Công nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu; Nhà xuất Khoa học kỹ thuật; 2006 [5] Nguyễn Hoa Tồn, Lê Thị Mai Hương Cơng nghệ hợp chất vô nitơ Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2005 [6] PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền; Cơng nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành; Nhà xuất khoa học kỹ thuật; 2010 [7] PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền Mô q trình cơng nghệ hóa học Nhà xuất BKHN; 2014 [8] Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố học, tập Nhà xuất KH KT Hà Nội ,2005 [9] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố học, tập Nhà xuất KH KT Hà Nội 2005 [10] GS.TS Đào Văn Tường; Động học xúc tác; Nhà xuất Khoa học kỹ thuật; 2006 [11] GS.TSKH Nguyễn Bin; Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học, Tập 1; Nhà xuất Khoa học kỹ thuật; 2011 [12] Haldor Topsoe, Sổ tay vận hành Haldor Topsoe (tài liệu nhà quyền cấp Công ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc) [13] Haldor Topsoe A/S Catalyst Division, Catalyst Datasheet; 2003 [14] http://www.hoahocngaynay.com/vi/nghien-cuu-giang-day/bai-nghiencuu/1775-tong-quan-ve-cong-nghe-san-xuat-amoniac.html; lần truy cập cuối 02/2016 Học viên: Vương Chí Cường – Lớp KTHH 2014B 85 ... Thanh Huyền I.3 Giới thiệu Công ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc [3] 1.3.1 Lịch sử hình thành phát triển Cơng ty - Nhà máy phân đạm Hà Bắc (Công ty Phân đạm Hoá chất Hà Bắc nay) Nhà nước Việt Nam phê chuẩn... liệu khí tự nhiên khí đồng hành Xu hướng tiếp tục tương lai Luận văn nghiên cứu ? ?Mô phỏng, tối ưu hóa xử lý cố cho Xưởng Tổng hợp amoniac Cơng ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc? ?? Học viên: Vương Chí Cường... Huyền LỜI MỞ ĐẦU Amoniac nguyên liệu quan trọng công nghiệp hóa chất tổng hợp đạm urê, NH4NO3, HNO3, sản xuất phân bón DAP… Tại Việt Nam, Amoniac tổng hợp nhà máy Đạm Hà Bắc, Đạm Ninh Bình, Đạm Phú