Cương vị Khử H2S trung áp dùng dung dịch keo tananh hấp thụ H2S trong khí biến đổi, bảo đảm hàm lượng H2S trong hỗn hợp khí biến đổi sau hấp thụ ra khỏi cương vị ≤ 10mg/Nm3 để tránh cho dung dịch K2CO3 không bị biến chất đồng thời hạn chế sự ăn mòn thiết bị.
Cơ chế quá trình khử H2S trong khí biến đổi bằng dung dịch keo tananh:
Cơ chế quá trình khử H2S trong khí biến đổi bằng dung dịch keo tananh cũng như cơ chế quá trình khử H2S trong khí than ẩm đã trình bày.
Lưu trình công nghệ:
Khí biến đổi sau khi qua bộ gia nhiệt, làm lạnh tới đi vào phía dưới tháp hấp thụ H2S trung áp, qua các tầng đệm H2S bị hấp thụ bởi dung dịch tananh dội từ trên xuống.
Khí được phân ly bọt ở bộ khử bọt trên đỉnh tháp hấp thụ H2S trung áp sau đó đi ra khỏi vàvào tháp phân ly, ở đây mù dịch tananh cuốn theo được tách ra, rồi tiếp tục được đưa sang cương vị khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng.
Dung dịch nghèo từ thùng chứa được bơm tuần hoàn tăng áp đến 30kg/cm2 đưa vào đỉnh tháp hấp thụ H2S trung áp. Dung dịch nghèo đi qua các tầng đệm và hấp thụ H2S trong khí biến đổi, đi xuống đáy qua van điều tiết giảm áp xuống còn 13kg/cm2 đi đến thùng phân phối dung dịch giàu ở đỉnh tháp tái sinh. Dung dịch giàu đi qua các tuy-e tự hút không khí vào thùng tái sinh, ở đây dung dịch nghèo được tái sinh và chảy về thùng dung dịch nghèo, còn bọt lưu huỳnh nổi lên chảy tràn về thùng bọt trung gian và được định kỳ đưa đi thu hồi lưu huỳnh.
Các chỉ tiêu công nghệ chính/;
Thành phần dịch
- Tổng độ kiềm ≥ 0,4 N
- pH 8,5 ÷ 9,0
- Na2CO3 4 ÷ 6 g/l
- NaHCO3 20 ÷ 36 g/l
- Tananh 1,5 ÷ 2,0 g/l
- NaVO3 1,0 ÷ 1,5 g/l
- VO3- ≥ 0,8 g/l
- Lưu huỳnh huyền phù < 1 g/l - Na2S2O3 < 150 g/l
- Điện vị -160 ÷ -200 mV
Thành phần khí
[H2S] cửa ra ≤ 10mg/Nm3
Lưu lượng dịch Tananh 200÷350m3/h D. Cương vị Khử CO2
Nhiệm vụ:
Cương vị Khử CO2 dùng dung dịch K2CO3 nóng để hấp thụ khí CO2
trong khí biến đổi để sau đó gọi là khí tinh chế được tiếp tục đưa đi khử vi lượng.
Cương vị Khử CO2 cũng tận dụng nhiệt dư của khí biến đổi và hơi nước 0,5MPa để gia nhiệt cho dung dịch sau hấp thụ để thực hiện quá trình tái sinh, khôi phục năng lực hấp thụ của dung dịch.
Lượng khí CO2 thu được từ quá trình tái sinh được dùng làm nguyên liệu sản xuất ure và các sản phẩm khác như CO2 lỏng, rắn, Soda ….
Cơ chế quá trình hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng:
− Cơ chế phản ứng:
Các phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng:
Tổng quát:
Do phản ứng thứ 3 có tốc độ chậm nhất nên quyết định tốc độ của quá trình đang xét. Tốc độ phản ứng này biểu diễn bởi phương trình:
Trong đó:
r – Tốc độ phản ứng đang xét, mol/L.s;
[OH−], [CO2] – Nồng độ OH− và CO2, tương ứng, mol/L.
Thực tế có sử dụng xúc tác DEA (Di-Ethanol Amine) nên các phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng:
Cũng do phản ứng đầu tiên có tốc độ chậm nhất nên quyết định tóc độ của quá trình đang xét. Tốc độ của phản ứng này biểu diễn bởi phương trình:
Trong đó:
- Tốc độ phản ứng đang xét, mol/L.s;
– Nồng độ và ,
tương ứng, mol/L.
Thực tế thấy rằng khi thêm một lượng nhỏ DEA thì r’/r = 10 – 1000, tốc độ hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng tăng lên rất nhiều.
− Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Nồng độ các thành phần dung dịch kiềm nóng: K2CO3, DEA, KVO3 (chất ức chế ăn mòn), chất chống tạo bọt.
+ Áp suất;
+ Nhiệt độ.
Lưu trình công nghệ:
Khí biến đổi sau khi khử lưu huỳnh được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt và được gia nhiệt bởi biến đổi đến, nhiệt độ tăng từ 40oC đến 90oC và đi vào phía dưới tháp hấp thụ CO2, sau khi ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ CO2, qua thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly đi về đoạn IV của máy nén 6 cấp.
Dung dịch giàu đi ra từ đáy tháp hấp thụ CO2 với lưu lượng 850m3/h được giảm áp bằng van điều tiết; trong đó khoảng 600m3/h dung dịch giàu được qua tổ turbine của bơm dịch nghèo để thu hồi năng lượng, sau đó hỗn hợp với khoảng 250m3/h dung dịch giàu còn lại cùng đi vào bộ phận bốc hơi nhanh ở đỉnh tháp tái sinh. Khi tổ turbine ngừng vận hành thì tại đây khoảng 30% CO2 bị nhả khỏi dung dịch.
Khoảng 300 – 400 m3/h dung dịch giảu đi ra khỏi đáy bộ phận bốc hơi nhanh đi đến phần trên tháp tái sinh thấp áp, khoảng 300 m3/h dung dịch giàu còn lại chảy xuống đoạn đệm thứ nhất tiếp tục tái sinh. Một phần dung dịch bán nghèo ra khỏi đáy đoạn đệm thứ nhất đi đến phần giữa của tháp tái sinh thấp áp, trộn lẫn với dung dịch bán nghèo đi từ trên xuống. Một phần nhỏ dung dịch ở đây được trích đi lọc bằng than hoạt tính, phần dung dịch còn lại
khoảng 600 m3/h ra khỏi đáy đoạn trên rồi cùng với dung dịch sau bộ lọc than hoạt tính được đưa vào bơm dung dịch bán nghèo để tăng áp và phun vào phần giữa tháp hấp thụ CO2. Dung dịch bán nghèo còn lại khoảng 250 m3/h được chảy từ đoạn đệm thứ nhất qua đoạn đệm thứ 2 của tháp tái sinh tăng áp để tái sinh tiếp tục. Ra khỏi đáy đoạn đệm thứ 2 được đưa vào bộ đun sôi bằng hơi nước 0,5MPa và bộ đun sôi bằng khí biến đổi rồi trở lại tháp tái sinh tăng áp.
Dung dịch ra khỏi đáy tháp tái sinh tăng áp có nhiệt độ 120 – 125oC đi đến phần dưới tháp tái sinh thấp áp, được gia nhiệt bốc hơi bởi nhiệt của hơi nước thu hồi từ bộ thải nước ngưng đến, hơi nước được ngưng tụ và cùng dung dịch nghèo ra khỏi đáy tháp tái sinh thấp áp với lưu lượng 250 m3/h, nhiệt độ 110 – 115oC qua bộ làm lạnh bằng nước ngưng có nhiệt độ 70 – 90oC, đến bơm dung dịch nghèo để tăng áp và phun vào đỉnh tháp hấp thụ CO2.
Nước ngưng của hệ thống được thu hồi về bể ngầm và qua bơm nước ngưng hồi lưu để tăng áp rồi bổ sung vào đỉnh tháp tái sinh thấp áp và đáy tháp tái sinh tăng áp để cân bằng lượng nước của hệ thống bị bốc hơi theo khí tái sinh và duy trì sản xuất bình thường.
Khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch đi ra từ đỉnh tháp tái sinh thấp áp, vào bộ làm lạnh bằng nước để phân ly nước, rồi được hút vào tuy-e và hỗn hợp với khí CO2 đến từ đỉnh tháp tái sinh tăng áp, sau đó qua thiết bị làm lạnh khí
tái sinh CO2 bằng nước, nhiệt độ giảm xuống ≤ 40oC, qua bộ phân ly để phân ly hơi nước và dung dịch rồi đưa đi sản xuất urea và CO2 lỏng, rắn.
Hơi nước quá nhiệt 0,5MPa từ mạng ống chung đến, được làm lạnh giảm nhiệt độ bởi nước ngưng đến từ bơm nước ngưng, nhiệt độ 180÷190oC đưa vào bộ đun sôi bằng hơi nước rồi qua bộ thải nước ngưng. Hơi nước chưa ngưng được đưa đến đáy tháp tái sinh thấp áp để gia nhiệt, còn nước ngưng đưa đến thùng chứa.
Các chỉ tiêu công nghệ chính:
Thành phần dịch khử CO2
- Hàm lượng K2O 180 ÷ 220
g/l
- Hàm lượng DEA 15 ÷ 25 g/l
- Hàm lượng KVO3 8 ÷ 10 g/l
- Hàm lượng VO3- ≥ 5 g/l
- Tổng lượng lưu huỳnh < 5 g/l
- SO42- ≤ 5 g/l
- Tổng sắt hòa tan trong dung dịch < 100 mg/l
- SiO2 < 100 mg/l
- Cl- < 2 g/l
- Độ tái sinh dung dịch bán nghèo ≤ 1,42
- Độ tái sinh dung dịch nghèo ≤ 1,3
Thành phần khí
- Hàm lượng CO2 trong khí tinh chế ≤ 0,5%
- Độ thuần khí CO2 tái sinh ≥ 99%
Nhiệt độ
- Khí tinh chế ra bộ làm lạnh bằng nước ≤ 450C
- Khí CO2 tái sinh đi ure ≤ 450C - Dunh dịch nghèo tại cửa ra bộ làm lạnh bằng
nước 70 ÷ 900C
- Dung dịch bán nghèo vào hấp thụ ≈ 1100C - Hơi nước thấp áp vào (TIC817) 180 ÷ 1900C Lưu lượng
- Dung dịch bán nghèo 200 ÷ 600 m3/h
- Lưu lượng dung dịch nghèo 180 ÷ 250 m3/h Áp suất
- Chênh áp tháp hấp thụ CO2
≤ 30KPa (0,3at) - Chênh áp tháp tái sinh tăng áp ≤ 30 KPa - Chênh áp tháp tái sinh thấp áp ≤ 30 KPa
- Khí CO2 tái sinh ra tháp tái sinh tăng áp ≤ 80 KPa
- Khí CO2 tái sinh ra tháp tái sinh thấp áp ≤ 2 ÷ 3 KPa
- Áp suất hơi nước thấp áp ≤ 0,5 MPa
- Áp suất nước làm lạnh tại cương vị ≥ 0,15 MPa E. Cương vị Khử vi lượng khí
Nhiệm vụ:
Cương vị Khử vi lượng khí có nhiệm vụ hấp thụ gần như triệt để các chất khí gây ngộ độc xúc tác tổng hợp NH3 như CO, CO2, H2S, O2 …bằng dung dịch acetate amoniac đồng. Sau đó gia nhiệt giải phóng thu hồi hầy hết các chất khí bị hấp thụ, đồng thời điều chỉnh tỷ lệ đồng đảm bảo theo chỉ tiêu cho phép, phục hồi các thành phần và tính năng ban đầu của dung dịch hấp thụ, rồi làm lạnh, tăng áp cho tuần hoàn trở lại hấp thụ.
Nguyên lý của quá trình khử vi lượng khí:
− Các phản ứng xảy ra:
Cu(NH3)3Ac + CO + H2O → Cu(NH3)3Ac.CO + Q 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2NH4HCO3
2Cu(NH3)3Ac + 4NH3 + 2Hac + 1/2O2 → 2Cu(NH3)4(Ac)2 + H2O + Q 2NH4OH + H2S → (NH4)2S +2H2O + Q
− Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Nhiệt độ;
+ Áp suất;
+ Thành phần của dung dịch acetate amoniac đồng (Tổng đồng và tỷ lệ đồng, nồng độ NH3, nồng độ HAC, lượng CO và CO2 còn lại).
Lưu trình công nghệ:
Khí tinh chế từ đoạn Vcủa máy nén 6 cấp có áp suất 12 MPa, nhiệt độ
≤ 40oC vào tháp đồng đi từ dưới lên, dung dịch acetat đồng amoniac từ cửa ra của bơm có áp suất 13MPa đi từ trên xuống. Dung dịch đồng hấp thụ hầu hết các chất khí gây độc hại cho xúc tác tổng hợp NH3 như CO, CO2, H2S, O2. Khí tinh luyện ra khỏi tháp đồng được đưa vào tháp kiềm hấp thụ bằng nước NH3 có nồng độ từ 5÷10%. Khí ra khỏi tháp kiềm có hàm lượng CO+CO2<
20ppm đi vào đoạn VI của máy nén 6 cấp.
Khí tái sinh ra khỏi tháp hồi lưu, qua phân ly bọt rồi đi vào tháp rửa nước để hấp thụ NH3 trong khí tái sinh, đi sang tinh chế trước quạt khí than, còn nước NH3 đưa qua tháp chưng thu hồi NH3 đến khi đủ loãng thìthải xuống rãnh.
Dung dịch đồng từ tháp đồng ra, qua van điều tiết, giảm áp rồi đi vào đỉnh thiết bị hồi lưu, qua lớp đệm hấp thụ phần lớn NH3 trong thể khí từ dưới lên. Ra khỏi thiết bị hồi lưu, dung dịch đồng đi vào bộ trao đổi nhiệt với dung dịch từ thùng tái sinh đi xuống, nhưng có một phần không qua thiết bị trao đổi nhiệt. Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, dung dịch đồng tiếp tục đi vào hai bộ hoàn nguyên trên và dưới, ở đây dung dịch đồng đi trong ống và được gia nhiệt bằng hơi nước đi bên ngoài ống. Ra khỏi bộ hoàn nguyên, dung dịch đồng đi vào thùng tái sinh, tiếp tục gia nhiệt bằng hơi nước gián tiếp qua lớp vỏ bọc của thùng tái sinh và qua 9 tấm ngăn tiết lưu, ở đây lượng khí bị dung dịch đồng hấp thụ nhả ra gần hết, dung dịch đồng trở lại trạng thái ban đầu.
Ra khỏi thùng tái sinh, dung dịch đồng vào thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch đồng từ thiết bị hồi lưu xuống. Dung dịch đồng đã được tái sinh tiếp tục được qua thùng hóa đồng để bổ sung lượng đồng tổn thất hoặc có thể không đi qua thùng hóa đồng nhờ hệ thống van cách ly. Tiếp tục qua thiết bị làm lạnh bằng nước tuần hoàn hạ nhiệt độ xuống < 40oC. Ra khỏi thiết bị làm lạnh bằng nước, một phần dung dịch đồng được đi qua thiết bị lọc bằng than cốc để loại bỏ các cặn bẩn trước khi vào thiết bị làm lạnh bằng
NH3 để hạ nhiệt độ xuống còn 8 – 15oC, dung dịch đồng còn được bổ sung một lượng NH3 bị tổn thất trong quá trình tái sinh. Cuối cùng dung dịch đồng được qua bộ lọc vào cửa bơm, tăng áp lên 13MPa tiếp tục tuần hoàn vào tháp đồng.
Các chỉ tiêu công nghệ chính:
Thành phần khí vào công đoạn
CO ≤ 3,0% CO2 ≤ 0,5% H2S vi lượng Áp suất
- Khí vào tháp rửa đồng kiềm : ≤ 125 kg/cm2.
- Khí tái sinh : ≤ 1.200 mm H2O
- Hơi nước vào bộ hoàn nguyên trên : < 5 kg/cm2
- Hơi nước thấp áp vào hệ thống : 0,4 4 0,6kg/cm2
- Không khí : > 2 kg/cm2
- Nước tuần hoàn : > 2 kg/cm2
- NH3 lỏng : ≤ 16 kg/cm2
- NH3 khí vào ống cái : > 2,2 kg/cm2
- Dịch vào cửa bơm đồng : ≥ 0,7 kg/cm2
- Dịch vào cửa bơm đồng, kiềm : ≤ 130 kg/cm2.
- Dầu tuần hoàn bơm đồng, bơm nước NH3 : ≥ 1 kg/cm2 Nhiệt độ
- Dung dịch đồng vào tháp : 8 ÷ 150C.
- Dung dịch đồng ra tháp : ≤ 350C.
- Khí vào tháp : ≤ 400C.
- Nước NH3 vào tháp : < 350C.
- Dung dịch đồng ra tháp hồi lưu : < 60 oC
- Dung dịch đồng ra bộ trao đổi nhiệt dưới : ≤ 65 oC - Dung dịch đồng ra bộ trao đổi nhiệt trên : 72 ÷ 74 oC - Dung dịch đồng phần giữa bộ tái sinh : 74 ÷ 76 oC - Dung dịch đồng phần cuối bộ tái sinh : 76 4 78 oC - Dung dịch đồng ra bộ làm lạnh bằng nước : ≤ 40 oC - Dầu tuần hoàn của bơm đồng : ≤ 55 oC - Các gối đỡ trục của bơm đồng : ≤ 65 oC
- Động cơ bơm đồng : ≤ 65 oC Thành phần khí ra tháp kiềm
CO + CO2 ≤ 20ppm CO2 ≤ 3 ppm Thành phần dung dịch đồng
- Tcu : 2,0 ÷ 2,5 gmol/l
- TCO2 : < 2,1 gmol/l
- TNH3 : 9 ÷ 11 gmol/l
- THAC : 2,5 ÷ 3,0 gmol/l
- Cu+/Cu : 5 ÷ 7
- CO còn lại trong dung dịch đồng : 0,005 m3/m3 dịch Nồng độ
- Nước NH4OH ra tháp rửa : khoảng 0,5%
- NH3 trong khí tái sinh : < 0,04%.
- NH3tự do trong dung dịch kiềm mới : 5 ÷ 7%
- Độ cacbonat trong nước NH3 bỏ : ≤ 13%