ở 3600C
Khi một trong hai thiết bị loại lưu huỳnh cần thay thế chất xỳc tỏc ta cần phải làm nguội chất xỳc tỏc đến nhiệt độ mụi trường nhờ đối lưu tự nhiờn và trao đổi khớ N2.
3.2 . QUÁ TRèNH REFORMING
3.2.1.Mụ tả thiết bị
Stt Tờn thiết bị Ký hiệu Số lượng (cỏi)
Ghi chỳ
1 Quạt hỳt khớ thải 10K2001 1
2 Thiết bị reforming sơ cấp 10H2001 1 3 Bộ gia nhiệt nước cấp nồi
hơi
10E2005 1 Nước
cấp 10R2001 4 Bộ gia nhiệt khụng khớ 10E2002 2/1 2
5 Bộ gia nhiệt hơi siờu cao ỏp 10E2003 2/1 2 6 Bộ gia nhiệt nguyờn liệu
vào
10E2001 1
7 Thiết bị reforming thứ cấp 10R2003 1
8 Nồi hơi nhiệt thừa 10E2008 1
9 Bao hơi 10V2001 1
10 Bộ gia nhiệt hơi siờu cao ỏp 10E2009 1
11 Bồn xả bẩn 10V7005 1 3.2.2.Mụ tả cụng nghệ tổng quỏt 3.2.2.1. Reforming sơ cấp . Khớ nhiờn liệu Khụn Lũ Reformi ng sừ Khớ nhiờn liệu (Khớ đốt) Chuyển húa CO Khớ cụng nghệ Hơi nước Lũ Reformi ng thứ Khụng khớ SƠ ĐỒ 4:CễNG ĐOẠN REFORMING
Khớ đó khử lưu huỳnh được trộn lẫn với hơi nước một cỏch từ từ trong khoảng 10 phỳt nhằm giảm thiểu sự ngưng tụ trong hệ thống đầu vào của reformer. Tuy nhiờn, ban đầu một ớt nước vẫn ngưng tụ ở reformet sơ cấp 10R2003 bộ trao đổi nhiệt thải 10E2008, bộ gia nhiệt hơi nước 10E2009 và thiết bị chuyển hoỏ CO nhiệt độ cao10R2004 do quỏ trỡnh hõm núng chất xỳc tỏc và thiết bị
Nước ngưng tụ phải được thải ra tại cỏc điểm thấp nhất phớa trước và phớa sau của 10R2004 (một cỏch sơ bộ phớa trờn đỉnh của lũ đốt) nhằm đạt được nhiệt độ đầu vào của reformer khoảng 400 - 4500C và nhiệt độ đầu ra của reformer khoảng 700-7500C.Nhiệt độ khớ đốt (flue gas) thoỏt ra khỏi cỏc buồng đốt khụng được phộp tăng với tốc độ vượt quỏ 30-500C/h. Sau khi khớ nguyờn liệu và hơi nước đó ổn định về nhiệt độ và tỷ lệ theo yờu cầu ta cho hỗn hợp này qua thiết bị trao đổi nhiệt 10E2001.
Hỗn hợp ra khỏi bộ gia nhiệt cú ỏp suất 34,8 bar, nhiệt độ 5350C được đưa vào đỉnh 180 ụng xỳc tỏc thẳng đứng thụng qua ống gúp phõn phối phớa trờn. Cỏc ống này được lắp đặt trong hai buồng bức xạ nhiệt. Phần trờn của cỏc ống reformer được nạp chất xỳc tỏc loại RK-211 và RK-201 trong khi phần đỏy của cỏc ống xỳc tỏc được nạp bằng chất xỳc tỏc R-67-7H. Chất xỳc tỏc đó được khử là bền trong khụng khớ đến nhiệt độ 800C. Nếu nú tiếp xỳc với khụng khớ tại nhiệt độ cao hơn, nú sẽ bị oxy hoỏ, nhưng nhiệt độ sẽ khụng ảnh hưởng gi đến chất xỳc tỏc. Cỏc ống xỳc tỏc trong buồng đốt được đốt bằng 480 becđốt được sắp xếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soỏt profile (hệ thống) nhiệt độ dọc theo chiều dài ống xỳc tỏc và phõn phối nhiệt đồng đều dọc theo chiều dài buồng đốt. Bằng cỏch này sẽ tối ưu hoỏ việc sử dụng cỏc ống xỳc tỏc đắt tiền. Cỏc becđốt là loại tự hỳt khớ kiểu nỳt đơn. Cỏc ống xỳc tỏc được đặt trong buồng đốt của reforming sơ cấp 10H2001, mà ở đú bức xạ nhiệt được truyền từ cỏc bộcđốt đến thành
ống. Quỏ trỡnh reforming hơi nước hydrocacbon khớ nguyờn liệu được chuyển hoỏ thành H2 và cacbonic cú thể được biểu diễn bởi cỏc phương trỡnh sau:
CmHm+ H2O Cm1Hm1 + H2O +2H2 - Q (11)
CH4 + 2 H2O H2O + 3H2 - Q (12)
CO + H2O CO2 + 2H2 + Q (13)
Phản ứng (11) miờu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hoỏ từng bậc xuống thành những hydrocacbon bậc thấp và cuối cựng thành phõn tử mờtan và được chuyển hoỏ trong phản ứng (12). Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 5000C và mờtan ở 6000C. Nhiệt phỏt ra từ phản ứng (13) là rất nhỏ trong khi nhiệt cần cho phản ứng (11) và (12) là rất lớn. Nhiệt cần thiết cho phản ứng trong hai thiết bị reforming (reforming sơ cấp và reforming thứ cấp) được cấp theo hai cỏch khỏc nhau. Trong reforming sơ cấp nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạng giỏn tiếp từ lũ đốt trong, reforming thứ cập nhiệt được cung cấp trực tiếp từ quỏ trỡnh đốt khớ cụng nghệ với khụng khớ. Sự chuyển hoỏ trong reforming sơ cấp sẽ được điều chỉnh sao cho tỷ lệ H2/N2 = 3/1. Điều này cũn phải khống chế lượng mờtan như là khớ trơ trong khớ tổng hợp ở mức càng thấp càng tốt. Đối với cõn bằng của phản ứng (12) hàm lượng mờtan giảm đi khi tăng nhệt độ, tăng hơi nước và giảm ỏp suất.
Khi vận hành ở trường hợp thiết bị thu hồi H2 (HRU) làm việc và sử dụng khớ thải đó được xử lý như là khớ nhiờn liệu cho reforming, khớ cụng nghệ ra khỏi reforming cú nhiệt độ khoảng 7800C, và hàm lượng mờtan khoảng 15%mol tớnh theo khớ khụ. Cũn khi vận hành ở trường hợp thớờt bị thu hồi H2 (HRU) khụng làm việc và việc sử dụng khớ thải khụng được xử lý như là khớ nhiờn liệu cho reforming, khớ cụng nghệ ra khỏi reforming cú nhiệt độ khoảng
8000C và hàm lượng mờtan khoảng 13%mol tớnh theo khớ khụ. Khúi thải của của phản ứng đi lờn và ra gần với đỉnh của buồng bức xạ nhiệt. Nhiệt độ khúi thải đi ra khoảng 10270C nú được xử lý rồi cung cấp một cỏch riờng biệt cho becđốt nhằm trỏnh hỡnh thành amoni cacbamat, nhiệt độ khúi thải được sử dụng cho nhiều mục đớch khỏc nhau của quỏ trỡnh tổng hợp amụniac.
3.2.2.2.Reforming thứ cấp.
Khụng khớ cụng nghệ cấp cho reforming thứ cấp 10R2003 được cung cấp bằng mỏy nộn khụng khớ 10K4021. Đõy là mỏy nộn khớ ly tõm với đầu hỳt là khớ quyển thụng qua bộ lọc/giảm ụn, và ỏp suất đầu ra của cấp bốn là 32,4 bar. Mỏy nộn khụng khớ cụng nghệ được truyền động bằng tuabine hơi STK4021. Hơi cấp cho tuabine là hơi cao ỏp và phụ trợ bằng hơi thấp ỏp khi mạng hơi thấp ỏp bị thừa từ mạng hơi. Mở tất cả cỏc điểm xả phớa sau của mỏy nộn khụng khớ để thải bất cứ sự ngưng tụ nào được hỡnh thành . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để phản ứng trong refofming thứ cấp xảy ra hoàn toàn, khụng khớ được cung cấp với lưu lượng dư O2 là 2% tương ứng với 10% khụng khớ. Trong khoảng khụng gian trống phớa trờn của reformer thứ cấp người ta lắp becđốt 10J2001, tại đõy khụng khớ cộng nghệ và khớ từ refofming thứ cấp được trộn lẫn vào nhau ở nhiệt độ 7830C, ỏp suất 32 bar. Reforming thứ cấp được nạp bởi xỳc tỏc RKS-2-7H. Quỏ trỡnh đốt khớ cụng nghệ và khụng khớ được thực hiện qua cỏc phản ứng :
H2 + 0,5 O2 H2O + Q (14) CH4 + 2 H2O CO2 + 4 H2 - Q (15)
Refofming thứ cấp được bảo vệ quỏ nhiệt khi mà tỷ lệ khớ tự nhiờn/khụng khớ quỏ thấp gõy ra quỏ nhiệt cho thiết bị phản ứng. Nhiệt độ vỏ reformer thứ cấp được theo dừi bởi màu của lớp sơn cảm ứng nhiệt. Nú được giỏm sỏt để trỏnh quỏ nhiệt của vỏ trong trường hợp lớp gạch chịu lửa làm việc khụng tốt. Vỏ thiết bị cú thể
được làm lạnh bằng nước bảo trỡ, trong trường hợp này mỏng được điền đầy và phun lờn vỏ thiết bị.
Quỏ trỡnh đốt này khiến cho nhiệt độ khớ lờn đến 1100-12000C trong phần trờn reforming thứ cấp. Từ buồng đốt khớ tạo thành được đưa tiếp xuống phớa dưới thụng qua tầng chất xỳc tỏc, tại đõy phần cũn lại của phản ứng reforming tiếp tục xảy ra. Do phản ứng reforming của mờtan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm xuống khi khớ đi xuống dưới qua lớp chất xỳc tỏc và ra ở nhiệt độ khoảng 9580C, ỏp suất 30,4bar, hàm lượng mờtan cũn lại khoảng 0,6%mol khớ khụ, 13,5%mol CO, 7,5%molCO2. Chớnh vỡ vậy sẽ cú nguy cơ hỡnh thành cacbon theo phản ứng Boudourd như sau:
2CO CO2 + C (muội than) (16) khi hỗn hợp nguội xuống
Hàm lượng Mờtan dư tại đầu ra của reforming thứ cấp là 0,62 (0,67)%mol tớnh theo khớ khụ, tỷ lệ gas/air theo thiết kế là : 0,706Nm3/ Nm3. Lưu lượng khụng khớ cụng nghệ phải đựơc điều chỉnh sao cho tỷ lệ H2/N2 đạt yờu cầu khi đi vào mỏy nộn khớ tổng hợp 10K4031.
Nhiệt độ cao được tận dụng để sản suất hơi và tiền gia nhiệt cho hơi siờu cao ỏp thụng qua cỏc bộ trao đổi nhiệt 10E2008 và 10E2009.Sau đú khớ cú ỏp suất 30,2 bar nhiệt độ khoảng 360 0C được đưa sang cụm chuyển hoỏ CO
Chất xỳc tỏc.
Chất xỳc tỏc của quỏ trỡnh reforming sơ cấp cú đặc điểm sau:
Lớp chất xỳc tỏc thứ nhất : gồm hai loại là PK-211 và PK-201
Tờn thương mại : PK -211
Lưu lượng chất xỳc tỏc mà thiết bị yờu cầu : 4,6 m3
Lưu lượng chất xỳc tỏc được cung cấp vào thiết bị : 4,8 m3
Thành phần theo thể tớch cỏc chất chứa trong chất xỳc tỏc : Thành phần Ni NiO MgO Al2O3 K2O CaO
% 12-15 0-3 25-30 60-65 0-1 1-4
Tờn thương mại : PK-201
Lớch thước : 16*11 ring
Lưu lượng chất xỳc tỏc mà thiết bị yờu cầu : 7,6 m3
Lưu lượng chất xỳc tỏc được cung cấp vào thiết bị : 7,8 m3
Thành phần theo thể tớch cỏc chất chứa trong chất xỳc tỏc : Thành phần NiO MgO Al2O3 K2O CaO
% 15-20 20-25 35-60 0-1 1-4
Lớp chất xỳc tỏc thứ hai :
Tờn thương mại : R-67-H7
Lớch thước : 13*11 ring
Lưu lượng chất xỳc tỏc mà thiết bị yờu cầu : 18,3 m3
Lưu lượng chất xỳc tỏc được cung cấp vào thiết bị : 18,8 m3
Thành phần theo thể tớch cỏc chất chứa trong chất xỳc tỏc :
Thành phần NiO MgO Al2O3
% 10-15 20-25 55-60 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lớp xỳc tỏc nằm trờn hai lớp của cỏc hạt nhụm với kớch cỡ khỏc nhau, lưới nhõn được đặt trờn đỉnh của lớp xỳc tỏc để giữ chất xỳc tỏc khỏi rung động và bảo vệ chất xỳc tỏc khỏi tiếp xỳc trực tiếp với ngọn lửa .
Chất xỳc tỏc bắt đầu bị phõn ró ở nhiệt độ khoảng 1400- 15000C. Chất xỳc tỏc đó được hoạt hoỏ khụng được phộp tiếp xỳc
với khụng khớ tại nhiệt độ 1000C vỡ nú cú thể gõy phỏt nhiệt. Vỡ nhiệt tạo ra do phản ứng oxy hoỏ khụng được giải phúng khỏi reforming thứ cấp nú cú thể dẫn đến tỡnh trạng quỏ nhiệt và phỏ huỷ chất xỳc tỏc .
Trong khi vận hành cacbon kết tủa trờn mặt xỳc tỏc reforming cú thể xảy ra do nhiều nguyờn nhõn như :
- Vận hành tại cỏc điều kiện mà chất xỳc tỏc được hoạt hoỏ khụng đầy đủ :
Khử xỳc tỏc khụng đầy đủ (quỏ trỡnh hoạt hoỏ)
Ngộ độc (thường là do lưu huỳnh)
Chất xỳc tỏc già.
- Vận hành tại cỏc điều kiện khụng bỡnh thường như:
Tỷ lệ hơi nước/cacbon quỏ thấp (hoặc trong một số trường hợp sự tiếp xỳc của chất xỳc tỏc với hydrocacbon khụng cú mặt hơi nước).
Nhiệt độ quỏ cao hoặc quỏ trỡnh đốt chỏy dữ dội ở phần đỉnh của reformer, dẫn đến gradien nhiệt độ theo hướng hướng tõm và theo hướng trục quỏ lớn, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng cracking nhiệt.
Tải quỏ lớn (tải càng lớn, ỏp suất riờng phần của hydrocacbon nhẹ sẽ càng lớn, với cựng một mức nhiệt độ, và do đú dẫn đến nguy cơ xảy ra phản ứng cracking nhiệt.
Sẽ cực kỳ khú khăn để đưa ra cỏc giới hạn đối với cỏc thụng số nờu trờn, do chỳng cú sự tương quan chặt chẽ với nhau. Tuỳ thuộc vào hoạt tớnh của chất xỳc tỏc ta sẽ cú những chế độ vận hành khỏc nhau, khi chất xỳc tỏc cũn mới thỡ ta nờn vận hành hệ thống thiết bị tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thiết kế, nhưng sau một thời gian vận hành hoạt tớnh của chất xỳc tỏc giảm thỡ ta nờn vận hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thiết kế để quỏ trỡnh reforming vẫn đảm
bảo.
Kết tủa cacbon thụng thường được xỏc định nhờ sự gia tăng nhiệt độ, chờnh ỏp thụng qua reformer sơ cấp, được chỉ rừ trờn đồng hồ10PID2052 và nhờ sự xuất hiện của cỏc mảng núng trờn ống xỳc tỏc của reformer khi vận hành tại cỏc diều kiện vận hành bỡnh thường và ổn định. Cacbon kết tủa hay xuất hiện khi cú sự thay đổi cỏc điều kiện vận hành, như là sự gia tăng cụng suất nhà mỏy hoặc việc giảm tỷ lệ hơi nước/cacbon. Do đú cỏc thao tỏc cần làm là:
Trong bất cứ trường hợp nào xuất hiện cacbon kết tủa như được chỉ ra bởi sự gia tăng dần độ giảm ỏp qua reformer, cỏc giải phỏp cần được đưa ra càng sớm càng tốt. Để ngừng sự hỡnh thành cacbon kết tủa hoặc bằng cỏch thay đổi cỏc điều kiện vận hành về phớa làm cho khuynh hướng tạo cacbon kết tủa thấp hơn, hoặc tốt hơn là loại bỏ lớp cacbon kết tủa bằng cỏch thiết lập một tỷ lệ hơi nước/cacbon đến giỏ trị từ 10-15 tại ỏp suỏt thấp như cú thể .Việc đối phú này sẽ trong một vài giờ, loại bỏ được lớp cacbon mới kết tủa trong điều kiện chất xỳc tỏc đó được khử và cỏc điều kiện vận hành bỡnh thường cú thể được thiết lập trong một thời gian ngắn sau đú. Phải chỳ ý rằng nhiệt độ khớ cụng nghệ đi vào chuyển hoỏ CO tối thiểu trờn nhiệt độ điểm sương khớ cụng nghệ 150C, nhằm chống nước ngưng tụ trờn chất xỳc tỏc. Ngược lại, phải cụ lập thiết bị huyển hoỏ CO bằng HV2082 ở đầu ra của 10R2005 và khớ xả ra ở đầu vào 10R2004 thụng qua HV2062.
Nếu lý do kết tủa cacbon là do tỡnh cờ trong vận hành tại cỏc điều kiện khụng bỡnh thường, khụng cần thực hiện bất cứ một giải phỏp nào.
Nếu lý do là do giảm hoạt tớnh của chất xỳc tỏc, sự khú khăn lại dễ dàng xuất hiện khi cỏc điều kiện vận hành liờn quan đến sự kết tủa cacbon được thiết lập trở lại .
giảm hoạt tớnh của chất xỳc tỏc là do chất xỳc tỏc khụng được khử đầy đủ hay do bị ngộ độc.
Liều thuốc cứu chữa là hoặc là khử lại chất xỳc tỏc hoặc là tỏi sinh lưu huỳnh như được trỡnh bày ở phần chất xỳc tỏc trong quỏ trỡnh loại cỏc hợp chất lưu huỳnh hoặc khử lại chất xỳc tỏc như sau:
Khử một lượng lớn cacbon.
Nếu việc hỡnh thành cacbon được phỏt hiện ở một điều kiện cụng nghệ khụng thay đổi, việc tổn thất ỏp suất tăng liờn tục và lưu lượng qua từng ống sẽ ở cỏc mức độ khỏc nhau, cho nờn vài ống sẽ trở nờn núng hơn bỡnh thường. Trong trường hợp nghiờm trọng, cỏc ống cú thể bị cụ lập do cacbon và chất xỳc tỏc nờn cú thể vỡ. Tỏi sinh chất xỳc tỏc trong cỏc ống bị cụ lập là điều khụng thể. Một số lượng cacbon ở lại trong lớp xỳc tỏc nhiều hơn vài ngày khụng thể khử như đó núi trong phần trờn, nhưng sẽ xử lý bằng oxy hoỏ, bằng hơi nước với khụng khớ. Xử lý bằng hơi nước với khụng khớ là thớch hợp hơn, vỡ nú cú thể được thực hiện thành cụng ở nhiệt độ thấp, trong khi hơi nước chỉ hiệu quả ở nhiệt độ cao và khú đạt đến đỉnh reformer nơi mà hầu hết cacbon bị kết tủa.
Quỏ trỡnh như sau:
- Cắt dần lưu lượng hydocacbon đầu vào và điều chỉnh lưu lượng hơi khoảng 10-15 tấn /h. Áp suất trong hệ thống reforming phải càng thấp càng tốt. HIC2062 nờn mở và õnty cụ lập phớa trước của chuyển hoỏ CO nhiệt độ cao được đúng lại. Điều chỉnh quỏ trỡnh đốt sao cho đầu vào lớp xỳc tỏc 450 0C và đầu ra lớp xỳc tỏc 6500C.
- Đưa dần dần (hơn 4 giờ) khụng khớ cho đến khi 4-5% thể tớch trong hơi nước (quan sỏt việc tăng nhiệt độ trong reformer thứ cấp). Khụng khớ được cấp thụng qua một dụng cụ đặc biệt nối với ống khụng khớ cụng nghệ, duy trỡ điều kiện này đến khi CO2 trong reformer giảm xuống dưới 0,2%. Nhiệt độ rời reformer sơ cấp khụng được phộp quỏ 6500C để thỳc đẩy quỏ trỡnh hoàn nguyờn chất