Stt Tên thiết bị Ký hiệu 1 1 Thiết bị chuyển hoá nhiệt độ cao 10R2004 1 2 Bộ gia nhiệt ban đầu cho mêtan hoá 10E2011 1
3 Nồi hơi nhiệt thừa 10E2010 2
4 Bộ tiền gia nhiệt nớc cấp nồi hơi số 1 10E2012A/B 1 5 Thiết bị chuyển hoá nhiệt độ thấp 10R2005
3.3.2.Mô tả công nghệ tổng quát.
Vì CO và CO2gây ngộ độc xúc tác tổng hợp Amôniac và tạo thành tinh thể Cacbamat gây tắc đờng ống dẫn khí nguyên liệu tuần hoàn :
2NH3 + CO2 ←→NH4- CO -NH2
Do đó chúng phải đợc loại bỏ trớc khi đợc đa tới thiết bị tổng hợp Amoniac
Cacbonmonoxit (CO) trong khí công nghệ rời khỏi công đoạn refoming thứ cấp có nhiệt độ rất cao 9610C đợc làm lạnh xuống đến khoảng 3600C bằng việc tạo ra hơi nớc trong nồi hơi nhiệt thải10E2008 và bộ gia nhiệt hơi nớc 10E2009. Đây là nhiệt độ thích hợp cho phản ứng chuyển hoá :
CO + H2O ←→ H2 + CO2 ∆H = -41KJ/mol
Do phản ứng chuyển hoá CO toả nhiệt nên cân bằng của phản ứng chuyển về phía tạo thành nhiều CO2 hơn khi ở nhiệt độ thấp và có nhiều hơi nớc hơn. Tuy nhiên tốc độ phản ứng sẽ tăng nếu ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ tối u cho phản ứng phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác và thành phần của khí. Điều này có nghĩa là đối với phản ứng chuyển hoá CO sẽ có một nhiệt độ tối u phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác và tốc độ lu chất nó sẽ cho ra một độ chuyển hoá
Khớ Reforming Khớ sạch Thỏp chuyển húa CO nhiệt độ cao 10-R-2004 Thỏp chuyển húa CO nhiệt độ thấp 10-R-2005 S
tối u. Do đó chuyển hoá CO đợc hình thành qua hai bớc nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao để đảm bảo lợng d CO thấp và hình thành sản phẩm phụ thấp.
3.3.2.1.Chuyển hoá CO nhiệt độ cao.
Quá trình công nghệ:
Khí công nghệ có áp suất khoảng 30,2 bar nhiệt độ 360 0C đ- ợc đa vào thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10R2004. Tại đây dới tác dụng của chất xúc tác SK2012, tốc độ phản ứng xảy ra nhanh, hầu hết CO đợc chuyển hoá thành CO2(nồng độ CO từ 13,72%V sẽ giảm xuống 3,39%V). Khí ra khỏi 10R2004 đợc làm nguội trong lò hơi nhiệt thừa số hai 10E2010 hoạt động song song với thiết bị cân bằng nhiệt 10E201. Sau đó hai dòng khí này lại đợc trộn lẫn với nhau và đến bộ trao đổi nhiệt 10E2012 A/B. Tại đây nó bị nớc cấp nồi hơi từ hệ thống nớc khử O2 lấy nhiệt nên nhiệt độ dòng khí công nghệ giảm xuống còn 1900C, áp suất 29,1 bar vào thiết bị chuyển hoá nhiệt độ thấp.
Trong vận hành bình thờng, hàm lợng CO tại đầu ra của 10R2004 nằm trong khoảng 3,2 (3,4)% mol khí khô. Khi chất xúc tác chuyển hoá trở nên già cỗi và hoạt tính của nó giảm xuống, quá trình đạt đến cân bằng tăng lên.
Hệ số phản ứng (Kp) có thể đợc xác định cơ bản dựa trên việc phân tích dòng khí đi ra khỏi bình chuyển hoá. Giá trị Kp có thể đợc tính toán sử dụng phơng trình dới đây. Với Kp là đầu vào, nhiệt độ cân bằng có thể đợc tính toán trong bảng A1-A3 ở phần phụ lục
KP = O molH molCO molH molCO 2 2 2 % * % % * %
Sự khác biệt giữa nhiệt độ cân bằng và nhiệt độ thực tế, nhiệt độ đạt đến cân bằng là những chỉ tiêu của hoạt tính xúc tác.
Chất xúc tác:
Chất xúc tác của quá trình chuyển hoá CO nhiệt độ cao có đặc điểm là :
• Tên thơng mại : SK-201-2
• Lích thớc : 6*6 ring
• Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 42,3 m3
• Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác :
Thành phần Fe2O3 Cr2O3 CuO
% 80-90 8-13 1-2
SK-201-2, là chất xúc tác oxit crom tăng cờng bằng oxit sắt dới dạng hạt, đờng kính 6mm và cao 6mm. Chất xúc tác đợc phân phối ở trạng thái oxit cao nhất nên nó không bị ảnh hởng bởi không khí, hơi nớc, CO2 và khí trơ ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên do quá trình tái kết tinh có thể xảy ra nên chất xúc tác ở dạng oxit không nên bị nung nóng ở nhiệt độ lớn hơn 4000C. Khi còn mới, chất xúc tác có thể hoạt động ở nhiệt độ khí đầu vào là 3500C về sau do lão hoá chất xúc tác nên nhiệt độ tối u hoá đầu vào sẽ tăng lên, đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 4800C, hoạt tính chất xúc tác sẽ giảm từ từ, nên nhiệt độ đầu vào nên cao hơn 3500C để quá trình loại các hợp chất lu huỳnh vẫn đợc bảo đảm.
Chất xúc tác không nên tiếp xúc với khí hydro và CO khô vì chúng có thể làm hỏng chất xúc tác. Chất xúc tác lạnh đi có thể đợc hâm nóng bằng hơi nớc kể cả khi oxy hoá và hoàn nguyên.
Nồng độ Clo < 10ppm trong khí đầu vào sẽ không ảnh hởng đến hoạt tính chất xúc tác
Các giọt nớc ngng tụ trên chất xúc tác nóng có thể làm phân huỷ chất xúc tác, đồng thời chất xúc tác rất nhạy cảm với muối vô cỏ có thể hình thành trong hơi nớc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do chất xúc tác đã đợc hoạt hoá có tính tự bốc cháy nên nó phảI đợc vận chuyển một cách hết sức cẩn thận trong khi dở chất xúc tác.
3.3.2.2.Chuyển hoá CO nhiệt độ thấp.
Quá trình công nghệ:
Khi quá trình chuyển hoá CO nhiệt độ thấp đợc đa vào vận hành, tỷ lệ hơi nớc/cacbon tại đầu vào của reforming sơ cấp phải đợc giảm xuống còn 3,5-4,5 nhằm có đợc điểm sơng ngng tụ của khí công nghệ thấp khi khí này đợc đa vào thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp.
Với hai lớp xúc tác khác nhau, lớp trên cùng là chất xúc tác nền Crôm (Chromium – based catalyst) LSK, lớp còn lại là LK821- 2, tổng hàm lợng chất xúc tác trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp là 35,7m3, khí công nghệ có áp suất 29,1 bar, nhiệt độ 1900C bị
khử hàm lợng CO xuống nhỏ hơn 1% (thờng là 0,25%). Giá trị này cần đợc kiểm tra thờng xuyên để có thể phát hiện sự bất thờng bởi một mức CO cao sẽ dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ lớn khi qua bình chuyển hoá (cứ 730C cho 1%CO). Nồng độ CO có thể đợc giảm bằng cách phun hơi nớc cao áp phía trớc của bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao. Khi ra ở đáy 10R2005, nó đựoc làm lạnh xuống khoảng 1580C thông qua bộ trao đổi nhiệt nớc cấp nồi hơi số hai 10E2013 trớc khi đa đến cụm tách loại CO2
Chất xúc tác.
Sở dĩ thiết bị chuyển hóa nhiệt độ thấp có thể chuyển hoá một cách triệt để là nhờ sử dụng hai lớp xúc tác khác nhau, lớp trên cùng là chất xúc tác nền Crôm (Chromium – based catalyst) LSK, lớp còn lại là LK821-2, chất xúc tác LSK bảo vệ cho chất xúc tác chuyển hoá CO chống lại Clo và những giọt hơi ngng tụ, chất xúc tác còn lại là LK-821-2 chứa đựng oxit đồng, crôm và nhôm, nó có kích thớc cao hơn chất xúc tác SK-201-2.
Chất của xúc tác chuyển hoá CO thấp có đặc điểm sau :
• Tên thơng mại : SK-821-2
• Lích thớc : 4,5*4,5 Table (4,5*3,5 Table)
• Lu lợng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 4,6m3
• Lu lợng chất xúc tác đợc cung cấp vào thiết bị : 4,8m3
• Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác :
Thành phần ZnO Cr2O3 CuO
% 25-35 40-50 15-20
Nhiệt độ vận hành bình thờng nằm trong khoảng 170-2500C, nếu tiếp xúc với nhiệt độ 3000C trong thời gian ngắn sẽ không ảnh h- ởng tổn hại đến chất xúc tác. Vận hành bình thờng nên thực hiện ở nhiệt độ càng thấp càng tốt. Tuy nhiên ở nhiệt độ gần điểm sơng hoạt tính xúc tác có thể bị giảm do nuớc ngng tụ ở bên trong xúc tác làm giảm bề mặt tự do cho nên lúc vận hành nên giữa nhiệt độ trên điểm sơng của khí công nghệ 15-20 0C.
Dù đã chọn nhiệt độ, áp suất, và chế độ vận hành tối u nhất nhng đến một thời điểm nào đó chất xúc tác sẽ bị mất hoặc giảm dần hoạt tính do đó ta cần phải hoàn nguyên chất xúc tác lại để tiếp tục
vận hành.