›
›

Đồ án Tìm hiểu quá trình tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ

pdf 101 trang vanle 2730
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tìm hiểu quá trình tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_tim_hieu_qua_trinh_tinh_che_khi_cua_nha_may_dam_phu_my.pdf

Nội dung text: Đồ án Tìm hiểu quá trình tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ

  1. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương ĐỒ ÁN Tìm hiểu quá trình tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ 1 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  2. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Nhà máy Đạm Phú Mỹ đã tạo điều kiện cho tôi được thực tập tại Nhà máy. Tôi xin cảm ơn các kỹ sư công tác tại phòng Công Nghệ - Nghiên cứu và Phát triển, các cán bộ công nhân viên Xưởng amonia Phòng Phân tích, phòng tổ chức và kỹ sư Trần Hữu Việt đã trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu và nhiệt tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập. Và với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trường Đại học mỏ địa chất, các thầy cô trong bộ môn lọc hoá dấu khoa dầu khí đặc biệt là thầy Nguyễn Anh Dũng đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đồ án này. 2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  3. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương LỜI MỞ ĐẦU Dầu khí là một nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá. Các sản phẩm của dầu được ứng dụng trên tất cả các lĩnh vực từ cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp (công nghiệp hoá dầu, công nghiệp điện ) cho đến phục vụ các nhu cầu dân dụng. Đây là một nguồn năng lượng quan trọng, có thể đánh giá kinh tế của một quốc gia thông qua hoạt động của ngành công nghiệp năng lượng này. ở Việt Nam, dầu khí tuy còn là một ngành công nghiệp non trẻ nhưng đầy triển vọng và đã sớm khẳng định được vị trí quan trọng khi đóng góp một phần lớn vào GDP của đất nước. Đảng và nhà nước khẳng định:Công nghiệp dầu khí là nhành công nghiệp mũi nhọn, góp phần thúc đẩy nền kinh tế nước ta trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập quốc tế. Tiềm năng dầu khí của nước ta đã được khẳng định, tuy nhiên việc khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên này chưa được hợp lí. Trong gần 10 năm khai thác dầu, ta buộc phải đốt bỏ 92% lượng khí đồng hành, không chỉ làm lãng phí một lượng lớn tài nguyên của đất nước mà còn gây ô nhiễm môi trường. Năm 2004 nhà máy đạm Phú Mỹ được đưa vào hoạt động đã đánh dấu một giai đoạn mới trong việc tận dụng nguồn tài nguyên này. Nhà máy đạm Phú Mỹ sử dụng cộng nghệ hiện đại của Haldor Topsoe A/S , Đa Mạch và Snamaprogetti S.p.A, Italy, sản phẩm thu được là NH3 thương phẩm, urê và điện. quá trình tinh chế khí là không thể bỏ qua và cần được thực hiện một cách nghiêm ngặt bởi nguồn nguyên liệu đầu vào của nhà máy chứa nhiều các hợp chất dị nguyên tố độc hại ảnh hưởng rất lón đến qua trình Ure tuy la nguồn sản phẩm chính của nhà máy nhưng NH3 cũng không thể thiếu trong nhà máy bởi nó không chỉ la nguồn nguyên liệu 3 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  4. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương chính để sản suất Ure mà nó còn đóng góp một phần không nhỏ về kinh tế cho nhà máy. Để đảm bảo nguồn NH 3 cung cấp đủ năng suất và chất lượng thì quá trình tinh chế là không thể bỏ qua bởi các tạp chất bị lẫn trong khí sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của sản phẩm, thậm chí làm cho qua trình tổng hợp không thể thực hiện được do đó ta cần tìm cách loại bỏ hoặc hạn chế những ảnh hưởng xấu đó của chúng. Xuất phát từ thực tế đó tôi đã chọn đề tài: Tìm hiểu quá trình tinh chế khí của nhà máy đạm Phú Mỹ bao gồm các công đoạn : Quá trình hydro hoá và loại các hợp chất lưu huỳnh. Quá trình reforming Quá trình chuyển hoá CO Qúa trình hấp thụ CO 2 bằng MDEA Qúa trình mêtan hoá. cho đồ án tốt nghiệp của mình Không khí (để CO2 đi tổng hợp Urê ( 1600 Hõi nýớc Amôniắc Khí tự Vòng Khử Lò Tháp Tháp Tháp thành nhiên tổng Lýu Reformin chuyển tách Mêtan phẩm hợp SÕ ĐỒ 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT AMÔNIẮC Tuy nhiên do thời gian và trình độ còn hạn chế cho nên trong đồ án không tránh khỏi những sai sót, kính mong thầy cô giáo, các anh chi và các bạn góp ý kiến để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2006 4 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  5. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Sinh viên thực hiện. Nguyễn Thị Hương CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ 1.1 Nguồn gốc hình thành dầu và khí Hiện nay chúng ta chưa biết chính xác nguồn gốc dầu mỏ và khí tự nhiên mà chỉ có thể giải thích bằng các thuyết khác nhau.Trong đó thuyết nguồn gốc hữu cơ là được nhiều người chấp nhận nhất . Theo thuyết này có lẽ xác thực vật, động vật, mà chủ yếu là các loại tảo phù du sống trong biển đã lắng đọng, tích tụ cùng với các lớp đất đá trầm tích vô cơ xuống đáy biển từ hàng triệu năm về trước đã biến thành dầu mỏ, sau đó thành khí tự nhiên. Có thể quá trình lâu dài đó xảy ra theo ba giai đoạn: biến đổi sinh học bởi vi khuẩn, biến đổi hoá học dưới tác dụng của các điều kiện địa hoá thích hợp và sự di chuyển tích tụ các sản phẩm trong vỏ trái đất . a. Giai đoạn biến đổi sinh học : Xác động thực vật bị phân huỷ bởi các vi khuẩn ưa khí,sau đó bởi các vi khuẩn kị khí trong quá trình trầm lắng dần trong nước biển. Các albumin bị phân huỷ nhanh nhất, các hydrocacbon bị phân huỷ chậm hơn. Các khí tạo ra như H 2 S, NH 3 , N 2 , CO, CH 4 hoà tan trong nước rồi thoát ra ngoài, phần chất hữu cơ còn lại bị chôn vùi ngày càng sâu trong lớp đất đá trầm tích. Không gian ở đó xảy ra quá trình phân huỷ sinh học đó gọi là vùng vi khuẩn . 5 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  6. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Dầu mỏ đang được tạo thành ở dạng hỗn hợp lỏng có thể Giai đoạn biến đổi hoá học : b.Giai đoạn biến đổi hóa học: Ơ giai đoạn này, vật liệu hữu cơ còn lại, chủ yếu là các chất lipit, nhựa, terpen, axit béo, axit humic tham gia các phản ứng hoá học dưới tác dụng xúc tác của các chất vô cơ trong đất đá ở điều kiện lớn hàng trăm, thậm chí hàng nghìn atmotphe, ở một vài trăm độ bách phân. Các chất vô cơ khác nhau, đặc biệt là các aluminóilicat, có thể đóng vai tò xúc tác. Quá trình biến đổi hoá học xảy ra vô cùng chậm. Càng xuống sâu, thời gian càng lớn, sự biến đổi đó càng xảy ra sâu xa theo chiều hướng: Hợp chất phức tạp sinh vật  hợp chất hữu cơ đơn giản Hợp chất thơm phức tạp  hợp chất thơm đơn giản  naphten  parafin HC phân tử lượng lớn  HC phân tử lượng bé Phản ứng chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hoá học là phản ứng cracking, trong đó mạch cacbon của phân tử chất hữu cơ bị đứt gãy dần. Kết quả là các chất hữu cơ đơn giản hơn, chủ yếu là các hydrocacbon, sinh ra ngày càng nhiều. Đồng thời với việc xảy ra các phản ứng cracking phân huỷ đó là quá trình ngưng tụ, kết hợp một số chất hữu cơ tương đối đơn giản vừa tạo thành để tạo ra các chts hữu cơ phức tạp hơn:các chất nhựa, asphlten. Các chất nhựa, asphalten tan kém, nặng hơn nen phần lớn bị kết tủa, sa lắng, phần ít còn lại lơ lửng phân tán trong khối chất lỏng hydrocacbon sinh ra bởi quá trình cracking. Tập hợp các phản ứng địa hoá đó đã biến dần các vật liệu hữu cơ thành dầu mỏ và khí tự nhiên. Như vậy có thể coi khí tự nhiên là sản phẩm của quá trình phân huỷ hoá học của dầu mỏ. Dầu mỏ càng 6 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  7. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương già càng nhẹ đi, càng chứa it chất phức tạp, càng biến nhiều thành khí . c.Giai đoạn di chyển tích tụ tao thành mỏ : Bị di cư từ chỗ này sang chỗ khác dưới tác dụng vận động của vỏ trái đất. Chúng thẩm thấu, chui qua các lớp đá xốp, chúng chảy theo các khe nứt và có thể bị tập chung, bị giữ trng những tầng đá đặc khít, tạo ra các túi dầu mà ta thường gọi là các mỏ dầu. Trong các mỏ dầu các quá trình hoá học vẫn tiếp tục xảy ra, dầu vẫn liên tục biến thành khí, tạo ra các mỏ khí. Quá trình hình thành dầu à khí xảy ra rất chậm, kéo dài hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu năm rồi và vẫn đang xảy ra, do đó tuổi của dầu mỏ, của khí tự nhiên là rất lớn. 1.2.Phân loại khí: a. Phân loại theo nguồn gốc hình thành khí Theo nguồn gốc khí khai thác, người ta chia thành khi tự nhiên ( còn gọi là khí không đồng hành) và khí đồng hành. Có thể có những khí phi hydrocacbon như CO2, H2S, N2, He, Ar với lượng nhỏ và được xem là tạp chất . * Bảng 1.1 trình bày khí không khí không đồng hành là khí khai thác từ mỏ khí, thường giàu metan, etan còn các khí khác như propan, butan, pentan có hàm lượng ít hơn. * Khí đòng hành là khí khai thác cùng với dầu. Khi ở dưới mỏ, các khí nhẹ như metan, etan, propan tan hầu hết trong dầu. Nhưng khi khai thác lên được tách thành pha khí, khí này còn gọi là khí đồng hành. Trong khí đồng hành và khí không đồng hành, ngoài các hydrocacbon còn đồng hành, bảng 1.2 trình bày thành phần khí đồng hành của một số mỏ ở Nga và Việt Nam Bảng 1.1:Thành phần (%V)một số mỏ khí không đồng hành 7 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  8. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Cấu tử Mỏ Xibêri Urengôi Lan Tây Lan Đỏ Rồng đôi (Nga) (Nga) (Việt Nam) (Việt Nam) (Việt Nam) C1 99,0 97,9 88,5 93,3 81,41 C2 0,05 0,2 4,3 2,3 5,25 C3 0,01 0,1 2,4 0,5 3,06 C4 0,003 0 0,6 0,1 1,47 + C5 0,001 0 1,4 0,2 0,55 N2 0,40 1,5 0,3 1,6 0,08 CO2 0,50 0,3 1,9 1,2 5,64 H2S 0 0 1,0 0 0 Bảng 1.2:Thành phần (%V) của khí đồng hành một số mỏ Cấu tử Mỏ Quibisep MỏVolgagrad MỏBạch Mỏ Rồng Mỏ Ruby Hổ C1 39 39,91 76,25 76,82 76,54 78,02 C2 25,23 8,13 11,87 6,89 10,67 C3 17,72 8,96 5,98 8,25 6,70 C4 5,78 3,54 1,04 0,78 1,74 + C5 1,1 3,33 0,32 0,05 0,38 N2 11,13 1,25 0,50 - 0,60 CO2 0,46 0,83 1,00 - 0,07 H2S 0,35 0 0 - - Nói chung, về thành phần định tính, khí tự nhiên và khí đồng hành không có gì khác biệt nhau nhiều nhưng về định lượng thì khí không đồng hành giàu mêtan hơn, còn khí đồng hành chứa hàm lượng etan ít hơn nhưng các khí nặng như etan, propan, butan lại có hàm lượng lớn hơn.Tuy vậy, thành phần trình bày ở bảng 1.1 và 1.2 có thể thay đổi theo thời gian khai thác và tuỳ thuộc từng mỏ và nguồn gốc hình thành 8 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  9. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương mỏ. b.Phân loại theo hàm lượng hydrocacbon Theo cách phân loại này, người ta thường phân biệt khí béo và khí gầy (hay khí giàu, khí nghèo). + 3 Khí béo(khí giàu) là khí có hàm lượng C3 50g/m khí ở điều kiện 150C và 101,3Kpa. + 3 Khí gầy( khí nghèo) là khí có hàm lượng C3 50g/m khí ở điều kiện 150C và 101,3Kpa. Nếu khí thuộc loại khí béo, người ta chọn công nghệ thích + hợp để tách C3 thành các sản phẩm lỏng(LPG,condensate ). Ngược lại, nếu khí thuộc loại khí gầy thì sau khi loaị bỏ các tạp chất (như nước,CO2,H2S, N2 ) người ta dùng khí làm nhiên liệu cho nhà máy điện hoặc đun nấu. c. Phân loại theo hàm lượng khí axit. Theo cách phân loại này, người ta phân biệt khí chua và khí ngọt. Khí chua là khí tự nhiên (hoặc khí đồng hành) chưá hàm 3 lượng H2S >5,8g/m khí ở điều kiện 15C và 101,3Kpa hay chứa hàm lượng CO2>2%V Trong đó: khí ngọt khí có hàm lượng H2S hay CO2 nhỏ hơn quy định trên. Nếu khí thuộc loại chua, trong dây chuyền công nghệ xử lý khí phải có phân xưởng loại bỏ khí axit H2S và CO2 (gọi là phân xuởng làm ngọt khí). Nếu khí thuộc loại ngọt thì không cần phân xưởng này. 1.3. Tính chất hoá lý của hydrocacbon.  .Các hydrocacbon trong khí là hydrocacbon no, nên tính chất của khí là tính chất của hydrocacbon no. Ơ điều kiện thường các hydrocacbon no rất bền vững do cấu trúc có liên kết C-C và C-H không phân cực hoặc ít phân cực, do đó cúng không phản ứng với 9 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  10. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương axit hoặc bazơ mạnh và với nhiều hoá chất khác. Các khí hydrocacbon no có một số tính chất hoá học sau đây: Phản ứng halogen hoá : R-H + HNO3  R-H + HX Phản ứng nitro hoá: 45O0C R-H + HNO 3  R-NO 2 + H 2 O Phản ứng hydro hoá cắt mạch: R-H + H-O- SO 3 -H  R-SO 3 -H + H 2 O Phản ứng nhiệt phân: ' XT ,T ' R-CH 2 - CH 2 -R  R-CH = CH 2 + R -H Phản ứng cháy: T O R-H + O 2  CO 2 + H 2 O + Q  .Các hydrocacbon có những tính chất vật lý chung : Khí hydrocacbon không màu, không mùi không vị. Vì vậy để kiểm tra độ rò rỉ của khí người ta thêm vào chất tạo mùi, tuỳ theo yêu cầu mức độ an toàn. Chất tạo mùi thường sử dụng trong các quy trình kiểm tra độ rò rỉ của khí mecâptan. Tính tan của chúng không giống nhau, không trộn lẫn với nước và để dàng hoà tan trong các dung môi hữu cơ. Điểm sôi của các hydrocacbon no mạch thẳnh tăng dần theo số nguyên tử cacbon trong mạch.  .Khối lượng riêng, tỷ khối. Khối lương riêng của khí là khối lương của một đơn vị thể tích khí ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Người ta thường xác định ở 150C và101,3kpa (hay 1atm). Khối lượng riêng của khí thường kí hiệu là  và đơn vị đo thường là kg/m3. Tỷ số giữa khối lượng riêng của a đối với khí b đo ở cùng điều kiện nhiệt độ, áp suất gọi là tỷ khối của A so với B. Người ta thường chon B là không khí, khi đó tỷ khối của khí A so với không 10 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  11. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương khí là:  A M A d A/ kk = = (1.1)  kk M kk Ma-Khối lượng phân tử trung bình của khí A Mkk- Khối lượng phân tử trung bình của không khí  Áp suất hơi bão hoà, nhiệt độ sôi. Mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi và áp suất hơi bão hoà của một chất lỏng được biểu diễn bằng phương trìnhclâpỷon-claucíu. d ln P 0 = bh (1.2) dT RT 2 Trong đó: P – Ap suất hơi bão hoà củachất lỏng ở nhiệt độ t(ok) R – hằng số khí o H bh - ẩn nhiệt hoá hơi của chất lỏng o Vì H bh > 0 và T > 0 nên áp suất hơi bão hoà tăng khi nhiệt độ tăng và ngược lại. 1.4.Các thông số tới hạn. Nhiệt độ và áp suất tới hạn là nhiệt độ và áp suất mà tại đó không còn sự khác biệt giữa tính chất pha lỏng và pha khí (độ nhớt, khối lượng riêng và các tính chất lý hoá khác đều đồng nhất giữa hai pha) Trên bảng 1.3 trình bày các thông số vật lý quan trọng của một số chất Bảng 1.3: Các thông sốvật lý quan trọng của một số chất Ap suất Thể tích Hệ số Nhiệt độ sôi Nhiệt độ tới hạn tới hạn tới hạn nén tới Cấu tử hạn 0C 0K 0C 0K Mpa Cm 3 /g C 1 -161,49 111,66 -82,6 190,85 4,61 6,1985 0,288 11 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  12. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương C 2 -88,67 184,52 32,28 305,43 4,88 4,9126 0,285 C 3 -42,07 231,08 96,67 369,82 4,25 4,568 0,281 nC 4 -0,5 272,65 125,01 425,16 3,80 4,3945 0,274 i C 4 -11,73 261,42 134,98 408,13 3,65 4,5256 0,283 nC 5 36,74 309,07 196,5 169,65 3,37 4,3071 0,262 iC 5 27,872 301,00 187,24 460,39 3,38 4,2759 0,270 C 6 68,74 341,89 234,2 507,35 3,01 4,2559 0,264 C 7 98,43 371,58 267,0 540,15 2,74 4,2572 0,263 C 8 125,67 308,82 295,61 568,76 2,49 4,2372 0,259 C 9 150,79 324,95 321,41 594,56 2,29 4,2010 0,254 C 10 174,12 447,27 344,4 617,5 2,10 4,1885 0,275 N 2 -159,8 77,36 -149,9 126,26 3,40 3,2147 0,292 H 2 S -78,48 194,67 100,4 373,6 9,01 - 0,283 1.5.Giới hạn cháy nổ. Hỗn hợp của một khí nhiên liệu với không khí hoặc oxy nguyên chất với một tỷ lệ nhất đinh có thể cháy khi gặp nguồn lửa. Giới hạn cháy nổ dưới là nồng độ nhỏ nhất (tính theo %v hay % mol) của khí nhiên liệu với không khí (hoặc oxy) có thể cháy khi gặp nguồn lửa. Giới hạn cháy nổ trên là nồng độ lớn nhất (tính theo %v hay % mol)của nhiên liệu với không khí (hoặc oxy) có thể cháy khi gặp nguồn lửa. Khoảng nồng độ bao hàm giữa giới hạn cháy nổ dưới và giới hạn cháy nổ trên là vùng cháy nổ. Khi nồng độ nhiên liệu nhỏ hơn giới hạn cháy nổ dưới, khí không thể cháy vì quá loãng. Ngược lại khi nồng độ nhiện liệu lớn hơn giới hạn cháy nổ trên thì khí không thể cháy được do thiếu oxy. Bảng 1.3: Giới hạn cháy nổ của một số nhiên liệu ở 1atm Nhiên Hỗn hợp với không khí Hỗn hợp với oxy liệu Giới hạn dưới Giới hạn trên Giới hạn dưới Giới hạn trên C 1 5,3 14,0 5,4 61,0 12 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  13. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương C 2 3,0 12,5 6,0 66,0 C 3 2,2 9,5 2,3 55,0 nC 4 1,9 8,5 1,8 49,0 i C 4 1,8 8,4 1,8 49,0 nC 5 1,5 8,3 - - iC 5 1,4 8.3 - - nC 6 1,2 7,7 - - H 2 S 4,3 45,5 - - Etylen 3,1 32,0 3,0 80,0 Propylen 2,4 10,3 2,1 53,0 Benzen 1,4 7,1 2,6 30,0 Trong thực tế, ta thường phải làm việc với hỗn hợp khí, do đó phải tính giới hạn cháy nổ dựa theo công thức (1.3) dưới đây: Y = 100 (1.3) n n n 1 2 k N1 N 2 N k Trong đó :n 1 n 2 n k là trị số % thể tích hay %mol của các khí có trong hỗn hợp. N 1 N 2 N k là giới hạn cháy nổ. Y là giới hạn cháy nổ của hỗn hợp 1.6. Nhiệt cháy (còn gọi là nhiệt trị hay năng suất toả nhiệt). Khi nhiên liệu phản ứng phát ra ánh sáng và toả nhiều nhiệt. Lượng nhiệt do một lượng nhiên liệu (1kg hay 1m 3 khi ở điều kiện tiêu chuẩn) cháy hoàn toàn giải phóng ra gọi là nhiệt cháy (hay nhiệt trị). Người ta thường phân biệt nhiệt trị cao hay nhiệt trị thấp (hoặc nhiệt trị trên và nhiệt trị dưới). Nếu nước do phản ứng cháy tạo ra tồn tại ở thể lỏng, nhiệt tảo ra được gọi là nhiệt trị cao. 13 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  14. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Nếu nước do phản ứng cháy tạo ra tồn tại hoàn toàn ở thể hơi, nhiệt toả ra được gọi là nhiệt trị thấp. Đơn vị đo của nhiệt trị có thể là btu/lb, kj/k, kcal/kg hay kj/m 3 , kcal/m 3 Bảng 1.5: Nhiệt trị của một số chát ở 15o C, 1atm C 1 C 2 C 3 iC 4 nC 4 iC 5 nC 5 MJ /kg lỏng - 51,586 50,008 49,044 49,158 48,579 48,667 MJ/kg khí lý tưởng 55,563 51,920 50,387 49,396 49,540 48,931 49,041 MJ/m 3 khí lý tưởng 37,694 66,032 93,972 121,43 121,78 149,61 149,66 MJ/m 3 lỏng - 18458 25394 27621 27621 30333 30,709 1.7.Khả năng đánh lửa. Để gây ra một đám cháy, cần thiêt phải có 3 điều kiện, đó là vật liệu cháy, tác nhân cháy (ở đây là oxy) và nguồn nhiệt. Trong không khí, sẽ không có những rủi ro về đánh lửa nếu nhiệt độ hơi hydrocacbon nhỏ hơn nhiệt độ đánh lửa. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ hơi hydrocacbon sẽ tự bắt chảy trong không khí mà không cần có mồi lửa hoặc tia lửa. Hiện tượng này gọi là hiện tương tự đánh lửa. Bảng 1.6 :nhiệt độ tự đánh lửa của một số khí Cấu tử Nhiệt độ tự đánh lửa ( o C) CH 4 516 466 C 2 H 6 430 C 3 H 8 309 C 4 H 10 217 C 5 H 12 256 C 6 H 14 1.8.Các ảnh hưởng của hydrocacbon đến sức khoẻ con người. Các hydrocacbon nói chung trừ mêtan:dưới dạng hơi 14 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  15. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương thường nặng hơn không khí, nên bay là là trên mặt đất, nếu hít phải hơi hydrocacbon ở nồng độ 0,1% khoảng 5 phút sẽ gây choáng váng. Nếu nồng độ này tăng lên 0,5% thì hít phải trong vòng 4 phút sẽ có triệu trứng như người say rượu. Nồng độ của các hydrocacbon tối đa cho phép, để không gây độc hại cho con người là 0,1%, không kể đến H 2 S. Đối với propane và butane: khi propane và butane cháy trong điều kiện thiếu không khí, chúng tạo thành cacbônmnoxyt do hiện tượng cháy không hoàn toàn, có thể gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. anh hưởng của condensate: hơi condensate rất độc ,khi con người bắt đầu nhiễm hơi xăng thì đầu tiên mắt bị kích thích và sau đó thì bị các triệu chứng thần kinh như chóng mặt, tiếp theo là cac bộ phận như cơ, da Sù bị ảnh hưởng nếu trường hợp tiếp xúc nhiều với condensate. Các hợp chất thơm (nếu có) trong condensate có thể gây bệnh ung thư. Nếu uống phải condensate có thể gây triệu chứng buồn nôn, kích thích tuyến nhờn niêm mạc ống tiêu hoá, sau đó có một vài rối loạn hoặc nếu uống nhiều thì có thể gây mất ý thức. 15 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  16. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương CHƯƠNG II:GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY Vai trò phân bón đối với ngành nông nghiệp là hết sức quan trọng và hiện nay Việt Nam có nhu cầu rất lớn về phân bón, đặc biệt là đạm cho sản xuất nông nghiệp. Tuy nhiên cho đến thời điểm trước năm 2003, sản xuất trong nước mới chỉ đáp ứng được 7% nhu cầu phân đạm, chủ yếu là từ nhà máy đạm Hà Bắc sử dụng nguyên liệu than đá. Lượng còn lại hàng năm nhà nước phải nhập khẩu. Biểu đồ lượng Urê nhập khẩu của Việt Nam trong những năm gần đây 2.5 2.025 1.875 2.0 1.737 1.5 1.6 1.5 1.3 1.0 1.0 Triệu tấn 0.5 0.0 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 Năm 16 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  17. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Như vậy, có thể thấy rằng nhu cầu sử dụng phân đạm nhập khẩu sẽ tiếp tục tăng và như vậy sẽ dẫn đến sự phụ thuộc ngày càng lớn vào thị trường nước ngoài và là một gánh nặng cho nền kinh tế Việt Nam. Điều này càng thấy rõ hơn nếu qua xem xét một vài nét về tình hình thị trường cung cấp phân đạm trên thế giới trong những năm vừa qua. Châu Á là thị trường tiêu thụ phân đạm lớn nhất thế giới do khu vực này có nền nông nghiệp chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu kinh tế và là một sản phẩm trọng yếu đối với nền nông nghiệp nhưng lại có sự biến động rất phức tạp với biên độ lớn về giá cả nên hầu hết các nước trong khu vực, bên cạnh các chính sách tích cực của nhà nước đều xây dựng các nhà máy sản xuất phân đạm nhằm bình ổn giá, đảm bảo tự cung cấp sản phẩm ổn định cho nhu cầu thị trường nội địa và giảm thiểu sự bị tác động của yếu tố bên ngoài. Từ tình hình trên thấy rằngViệt Nam rất cần thiết phải xây dựng các nhà máy sản xuất phân đạm lớn để từng bước giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu, tiết kiệm lượng lớn ngoại tệ cho ngân sách nhà nước và điều quan trọng là tạo nguồn cung cấp ổn định phân bón từ sản xuất trong nước để đẩy mạnh sự phát triển của ngành nông nghiệp, góp phần vào sự phát triển chung của cả nền kinh tế đất nước. Tháng 4 năm 2000 Thủ tướng Chính Phủ đã giao cho Tổng Cty Dầu khí Việt Nam phối hợp với các Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam (Vinachem) và Tổng Cty vật tư Nông nghiệp (Vigecam) lập Báo cáo nghiên cứu khả thi nhà máy sản xuất phân đạm trên cơ sở nguồn nguyên liệu khí đồng hành. Thực hiện chỉ đạo của Thủ tướng Chính Phủ vể việc triển khai công trình Khí– Điện – Đạm , Tổng Cty dầu khí Việt nam đã khẩn trương soạn thảo và trình Chính Phủ phê duyệt Báo cáo nghiên cứu 17 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  18. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Khả thi dự án theo phương thức Việt Nam tự đầu tư tại khu công nghiệp Phú Mỹ thuộc tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu. Tháng 3 năm 2001, Dự Án Nhà máy Đạm Phú Mỹ chính thức được khởi công. Sau 3 năm tiến hành xây lắp và chạy thử , hiện nay Nhà Máy đã chính thức đi vào sản xuất với sản lượng trung bình khỏang 700 ngàn tấn Urê/năm đạt 95% cụng suất thiết kế kèm theo những quy định nghiêm ngặt về An Toàn, Hiệu Quả và Sức Khỏe Môi trường 2.1. Sơ lược về khu công nghiệp Phú Mỹ. Khu công nghiệp Phú Mỹ có tổng diện tích là 1.300 ha. Khu công nghiệp này được quy hoạch cho các ngành công nghiệp nặng bao gồm các nhà máy điện, luyện kim, hoá dầu và các ngành công nghiệp chế biến xuất khẩu. Hiện tại khu công nghiệp Phú Mỹ đă có hệ thống cơ sở hạ tầng đáp ứng phù hợp như: Đường bộ, đường sông, các đường chuyền tải điện, cấp thoát nước, thông tin, tuyến đường ống và trạm nguồn cấp khí, các cơ sở phụ trợ cảng, nguồn nhân lực và rất gần các trung tâm phát triển kinh thế và xã hội rất mạnh là Thành Phố HCM và Vũng Tàu, đó là các điều kiện cần thiết để đảm bảo cho việc thực hiện đầu tư xây dựng và phát triển cho Dự án Nhà máy Đạm tại khu vực này. 2.2.Sơ lược nhà máy đạm Phú Mỹ Nhà máy Đạm Phú Mỹ có diện tích 63 hecta bao gồm: Đất sử dụng Diện tích yêu cầu Nhà Xưởng 10 ha Xưởng anoniac 4,5 ha Xưởng Ure 1,92 ha Các công trình phụ trợ 29 ha Mở rộng trong tương lai 17,78 ha 18 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  19. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 2.2.1 Quy Mô Công Trình. Nhà máy Đạm Phú Mỹ bao gồm 3 cụm phân xưởng công nghệ: - Cụm phân xưởng sản xuất Amoniac có công suất 1.350 tấn Amoniac/ngày, dư 51.000 tấn Amoniac/năm. - Cụm phân xưởng sản xuất Urê từ Amoniac và tạo hạt với công suất 2.200 tới 2.400 tấn ure/ngày (74.000 – 800.000 tấn ure/năm). - Cụm các công trình phụ trợ cung cấp điện, nước, hơi nước và xử lý nước thải. Nhà máy có tổng vốn đầu tư khoảng 400 triệu USD trong đó có 218 triệu USD của công ty dầu khí Việt Nam, phần còn lại được huy động bởi các ngân hàng trong nước . 2.2.2 Nguyên liệu:Nguyên liệu của nhà máy là khí của các mỏ trong bể Cửu Long và các mỏ khác của bể Nam Côn Sơn, với hàm lượng như được cung cấp như sau: Thành phần hay tính chất Giá trị trung bình Tỷ trọng ở 15,5 0 C 0,686 Nhiệt độ sôi đầu, 0C 41 Nhiệt độ sôi cuối, 0C 131 Khối lượng riêng, kg/mol 18,68 (GPP), 20,65 (AMF) Nhiệt trị, (LHV), kj/Nm 2 40858 (GPP), 44680 (AMF) Điểm sương (0C), 25bar -42 (GPP), -1 (AMF) Hydrocacbon không no, % thể tích 1 Acromatic, % thể tích Hydrocacbon no, % thể tích 95 Lưu huỳnh tổng (ppm khối lượng) 368 Các hợp chất lưu huỳnh (ppm khối lượng) H 2 S 2 RSH 146 19 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  20. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương R 2 S 2 119 R 2 S 80 S 1 Thành phần của khí nguyên liệu, % thể tích C 1 83,423 C 2 14,57 C 3 1,579 iC 4 0,108 N C 4 0,101 iC 5 0,0127 nC 5 0,012 C 6 0,0051 CO 2 0,014 N 2 0,265 H 2 S Khí đồng hành từ các mỏ này khi được dẫn vào bờ (tuyến ống Bạch Hổ và tuyến ống Nam Côn Sơn) đã xử lý lưu huỳnh sẽ được cung cấp cho nhà máy đạm một cách tương đối ổn định về chất lượng khí trong suốt thời gian hoạt động của nhà máy. Tổng lượng khí dùng hàng ngày của nhà máy là 55000 Nm3/h, trong đó 13000 Nm3 đốt cấp nhiệt cho quá trình reforming, 61000 Nm3 đốt lò hơi 10B8001, 58000 Nm3 đốt chạy gastuabine chạy máy phát điện nhà máy với công suất 17 MN. Ngoài ra còn có bộ phận tận thu nhiệt thừa sử dụng tấn/h. BIỂU ĐỒ SẢN LƯỢNG THU GOM DỰ KIẾN TỪ BỂ CỬU LONG (PHƯƠNG ÁN CƠ SỞ) 2 20 Trường1.8 Đại học Mỏ - Địa chất 1.6 1.4
  21. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương BIỂU ĐỒ SẢN LƯỢNG KHAI THÁC DỰ KIẾN TỪ BỂ NAM CÔN SƠN (PHƯƠNG ÁN CƠ SỞ) 8 7 6 5 3 4 Tỷm 3 2 1 0 21 Trường Đại học Mỏ - Địa chất 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Năm
  22. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 2.2.3. Sản phẩm của nhà máy. - Amoniac 51000 tấn/năm cung cấp cho ngành công nghiệp khác trong nước. - Ure dạng hạt 740000-800000 tấn/năm. 22 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  23. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương MỘT GOC CỦA NHÀ MÁY 2.2.4.Công nghệ và thiết bị Công nghệ sản suất Amoniac của hãng Haldor-Topsoe (Đan Mạch). Công nghệ sản suất phân đạm của hãng Snamprogetty (Italia). Các phân xưởng công nghệ chính: - Phân xưởng tổng hợp Amoniac bao gồm : Thiết bị khử lưu huỳnh của khí nguyên liệu. Thiết bị reforming sơ cấp. Thiết bị reforming thứ cấp. Thiết bị chuyển hoá CO Thiết bị tách CO2 Thiết bị Metan hoá (chuyển hoá CO và CO2 thành Metan). Thiết bị tổng hợp Amoniac. Quá trình làm lạnh. -Phân xưởng sản xuất Ure bao gồm: Bồn chứa Amoniac tuần hoàn và Amoniac thu hồi. Thiết bị nén CO2 và tổng hợp Ure. Tháp stripping để tách Ure. Thiết bị phân huỷ và thiết bị ngưng tụ. Thiết bị cô đặc và tách chân không. Thiết bị phun và tạo hạt Ure. -Phân xưởng phụ trợ bao gồm: Hệ thống xử lý nước thải: Bao gồm hệ thống cống ngầm thu gom các loại nước thải công nghệ, nước mưa, nước làm lạnh, nước thỉa sinh hoạt, nước cứu hoả, nước nhiễm dầu thu gom từ các xưởng công nghệ (hệ thống xử lý nước thải để xử lý các loại nước thảI đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam trước khi thải ra môi trường). 23 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  24. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Hệ thống đốt đuốc: Trong nhà máy có 2 đuốc đốt khí riêng rẽ để đốt các loại khí thải (khí dư) trong quá trình hoạt động của nhà máy. Nột đuốc đốt các loại khí thải có chứa Amoniac, một đước đốt các loại khí thải có chứa hydrocacbon. Ông khói: ống khói chủ yếu thải khí cháy của tuốcbin khí và hệ thống nồi hơi với chiều cao thiết kế hợp lý nhằm đạt khả năng khuyếch tán tốt nhất lượng khí thải ( CO2 , NOx ) sao cho phù hợp với các tiêu chuẩn môi trường Việt Nam. Hệ thống nước cứu hoả: Cung cấp nước cứu hảo cho toàn bộ nhà máy. Hệ thống sản xuất điện bao gồm:Bao gồm một nhà máy phát điện tuabin có công suất 21MW đảm bảo cung cấp toàn bộ điện chi nhà máy và một phần hoà mạng điện quốc gia. Hệ thống sản suất Nitơ: sản suất Nitơ để phục vụ làm kín các máy nén khí, thổi rửa đường ôngd và trơ hoá các thiết bị. Hệ thống nước công nghệ và nước làm mát: Đảm bảo sản suất đủ nước cấp cho các lò hơi và nước làm mát cho các thiết bị trong nhà máy. Hệ thống lò hơi: Đảm bảo cung cấp hơi nước cho các quá trình công nghệ với 80-90 tấn/h. 24 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  25. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương CHƯƠNG III: CÁC QUÁ TRÌNH TINH CHẾ KHÍ 3.1 QUÁ TRÌNH KHỬ LƯU HUỲNH. 3.1.1. Mô tả thiết bị Khí tự nhiên Tháp Hyđrô Tháp hấp hóa thụ L­u Khí sạch tới lò 10-R-2001 huỳnh Reforming 10-R-2002 SƠ ĐỒ 3: CÔNG ĐOẠN KHỬ LƯU HUỲNH Số thứ tự Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng 1 Bộ gia nhiệt khí. 10E2004 2/1 2 25 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  26. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Nguyên liệu 2 Thiết bị hydro hóa 10 R2001 1 3 Thiết bị hấp thụ lưu 10R2002 2 huỳnh 3.1.2. Mô tả công nghệ tổng quát: Khí nguyên liệu mỏ Nam Côn Sơn được xử lí ở nhà máy chế biến khí Dinh Cố rồi dẫn qua trạm phân phối Viêtgas và đến nhà máy đạm Phú Mỹ có áp suất 24,5bar. Do điều kiện vận hành cuả nhà máy cần áp suất cao nên khí nguyên liệu này được dẫn qua bộ nén khí tự nhiên 10K4011 để được nâng áp suất lên 39,2 bar. Đây là máy nén khí li tâm và được kéo bằng môtơ điện. Máy này chỉ hoạt động khi khí thiên nhiên thấp hơn 38 bar. Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu này có chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh ở dạng tạp chất mà xúc tác dùng cho công nghệ reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp chất chứa lưu huỳnh bởi vì chúng xẽ gây mất hoạt tính hoặc là nhiễm độc xúc tác do đó các hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đưa vào công đoạn reforming, quá trình loại các hợp chât lưu huỳnh gồm hai giai đoạn: khử các hợp chất lưu huỳnh và hấp thụ lưu huỳnh. 3.1.2.1.Hydro hoá các hợp chất lưu huỳnh.  Quá trình công nghệ: Khí nguyên liệu sau khi tăng áp được gia nhiệt đến 3500C thông qua bộ gia nhiệt 10E2004-2, khí sau khi ra khỏi thiết bị được bổ sung thêm dòng hydro được lấy từ thiết bị hấp thụ CO2 có lưu 3 lượng khoảng 1777m /h.Trong trường hợp thiết bị hấp thụ CO2 và quá trình tổng hợp amoniac ngừng hoạt động làm cho nguồn hydro cung cấp cho thiết bị hydro hoá bị không có thì nhiệt độ chất xúc tác của thiết bị hydro hoá phải được giảm xuống tối đa là 3000C để tránh cracking đối với hydrocacbon cao và điều này dẫn đến sự hình 26 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  27. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương thành lớp cacbon trên bề mặt chất xúc tác. Hỗn hợp khí sau đó được gia nhiệt lên 4000C thông qua bộ gia nhiệt 10E2004 rồi vào thiết bị hydro hoá 10R2001. Tại đây, toàn bộ lượng lưu huỳnh hữu cơ được chuyển hoá thành H 2 S dưới tác dụng của xúc tác Coban-Molipđen, có thể xảy ra các phản ứng sau: RSH + HH RH +H 2 S (1) R 1 SSR 2 + 3 H 2 R 1 H +R 2 H + 2 H 2 S (2) R 1 SR 2 + 2 H 2 R 1 H + R 2 H + H 2 S (3) (CH) 4 S + 4 H 2 C 4 H 10 + H 2 S (4) COS + H 2 CO + H 2 S (5) Trong đó R là gốc hydrocacbon Bên cạnh hydrohoá các hợp chất lưu huỳnh, chất xúc tác cũng hydro hoá olefin thành hydrocacbon no, và các hợp chất có chứa Nitỏ thành NH 3 và hydrocacbon no. Ngoài ra do trong khí nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ CO và CO2 khi đi qua thiết bị hydro hoá nó có thể xảy ra các phản ứng phụ : CO 2 + H2  CO + H2O (6) CO2 + H2S  COS + H2O (7) Từ các phản ứng trên ta thấy, sự hiện diện của CO, CO 2 , H 2 O sẽ làm ảnh hưởng đến hàm lượng lưu huỳnh dư đi ra khỏi thiết bị hấp thụ lưu huỳnh. Trong trường hợp bất thương hàm lương CO cao sẽ xảy ra phản ứng boudouard: 2CO  CO 2 + C (8) Phản ứng boudouard không xảy ra trên bề mặt chất xúc tác bởi vì chất xúc tác ở trạng thái sunphit, nhưng muội than vẫn hình thành ở nhiệt độ cao và bám vào chất xúc tác do đó hàm lượng CO 27 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  28. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương cao sẽ nhất thơi khử hoạt tính chất xúc tác. Để ngăn chặn quá trình không mong muốn này ta sẽ giới hạn nồng độ theo thể tích tạp chất cực đại cho phép trong khí nguyên liệu đối với thiết bị hydro hoá là : H 2 : 3 – 4 %; CO : 5%; CO 2 : 5%  Chất xúc tác: Chất xúc tác trong thiết bị hydro hoá là Coban – Molipđen, có đặc điểm sau: Tên thương mại: TK-250 Kích thước : 5 Extrudate Thể tích chất xúc tác yêu cầu : 16,8 m3 Thể tích chất xúc tác cung cấp vào thiết bị : 17,4 m3 Thành phần các chất chứa trong chất xúc tác : Thành phần MoO3 CaO Al2O3 %V 12-18 2-5 75-85 Hoạt tính cao nhất của chất xúc tác hydro hoá phụ thuộc vào nồng độ của hydro và nhiệt độ. Với chất xúc tác ban đầu, nhiệt độ thấp hơn mức trên vẫn hiêu quả nhưng chất xúc tác ở thời kì cuối nên nâng nhiệt độ lên cao hơn mức trên. Chất xúc tác TK – 250 bị oxy hoá trong quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tính chủa nó khi được sulphide hoá. Trong trạng thái được sulphide hoá chất xúc tác có thể tự bốc cháy do đó nó không được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ lớn hơn 700C. Trong trường hợp chất xúc tác bị cháy hoặc trong quá trình vận hành nó bị già hoá thì cần phải được thay thế. Để thay trước hết ta cần làm nguội chất xúc tác đến nhiệt độ môi trường trước khi tháo chúng ra đồng thời phải duy trì dòng nitơ trao đổi đến bình phản ứng trong khi tháo xúc tác nhằm làm giảm thiểu sự xâm nhập của không khí. 28 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  29. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 3.1.2.2. Hấp thụ H 2 S.  Quá trình công nghệ : Khí tự nhiên được hydro hoá đưa vào bình hấp thụ lưu huỳnh 10R2002A/B. Hai bình hấp thụ này là hoàn toàn giống nhau và được đặt nối tiếp nhau. 10R2002B đóng vai trò bảo vệ trong trường hợp xảy ra sự dư lưu huỳnh khi ra khỏi bình 10R2002A hoặc trong trường hợp 10R2002A được cô lập để thay thế chất xúc tác. Nhiệt độ vận hành bình thường là khoảng 4000C, dưới tác dụng của chất xúc tác kẽm oxít phản ứng thuận nghịch xảy ra như sau: ZnO + H2S  H2O + ZnS (9) ZnO + COS  CO2 + ZnS (10) Hằng số cân bằng giữa kẽm oxit và hydro sulphile được diễn tả bởi phương trình: PH S Kp(T) = 2 = 2,6 . 10 5 tại nhiệt độ 4000C P H 2O Khí ra khỏi thiết bị hấp thụ lưu huỳnh thứ hai có nhiệt độ khoảng 3900C, hàm lượng lưu huỳnh dưới 0,05ppmV được đưa sang công đoạn chuyển hoá khí tự nhiên bằng hơi nước.  Chất xúc tác: Hai bình hấp thụ 10R2002A/B, mỗi bình có một lớp chất xúc tác kẽm oxit, có các đặc điểm sau: Tên thương mại : HTZ-3 Kích thước : có dạng ép dài 4mm. Thể tích chất xúc tác yêu cầu : 16,8 Thể tích chất xúc tác cung cấp vào thiết bị : 17,4 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác : 99-100% ZnO Chất xúc tác HTZ-3 đã sử dụng không có khả năng tự bốc 29 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  30. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương cháy và sẽ không phản ứng với không khí tại nhiệt độ dưới 500 - 6000C. Tuy nhiên trong trường hợp có sự hình thành lớp cacbon trên bề mặt chất xúc tác thì nó có thể xảy ra phản ứng với không khí tại nhiệt đô thấp hơn. Công suất hấp thụ của chất xúc tác ZnO là tối ưu hoá tại 0 nhiệt độ gần với 400 C, nhưng chất xúc tác sẽ hấp thụ H2S, COS, CS2 tại nhiệt độ vận hành bình thường. Chính vì vậy, trong tửờng hợp khí tự nhiên chỉ chứa H2S, các thiết bị hấp thụ lưu huỳnh tại igai đoạn này đã có thể hấp thụ lưu huỳnh đến một phạm vì mà khí tự nhiên có thể được đưa vào reforming sơ cấp mà không cần thiết lập một dòng hydro khứ hồi đến thiết bị hydro hoá, việc cracking amoniac chính vì vậyk cũng trở nên không cần thiết. Trong trường hợp, khí tự nhiên đầu vào chứa ít hợp chất lưu huỳnh như mecaptan, disunphua, thiophen ,việc thiết lập một dòng hydro khứ hồi đến thiết bị hydro hoá trước khi đưa khí tự nhiên vào reforming sơ cấp là cần thiết, nguồn hydro sẽ là amoniac qua cracking khí tổng hợp từ chu trình. Kẽm sunphile không có tính tự bốc cháy và không yêu cầu đặc biệt khi dở xúc tác, tuy nhiên hơi công nghệ không nên mang vào trong 10R2002A/B vì oxit kẽm sẽ bị hydrat hoá và nó không thể tái sinh trở lại thành ZnO trong thiết bị phản ứng. Lúc vận hành bình thường, hàm lượng lưu huỳnh trong nguyên liệu tiếp xúc với oxit kẽm giảm đi theo hằng số cân bằng : H O 2 = 1,5 . 10 6 ở 3600C H 2 S Khi một trong hai thiết bị loại lưu huỳnh cần thay thế chất xúc tác ta cần phải làm nguội chất xúc tác đến nhiệt độ môi trường nhờ đối lưu tự nhiên và trao đổi khí N2. 3.1.2.3.Chỉ tiêu công nghệ 30 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  31. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 3.2 . QUÁ TRÌNH REFORMING 3.2.1.Mô tả thiết bị Khí nhiên liệu Khí nhiên liệu Khôn Không khí (Khí đốt) Hơi nước Chuyển hóa CO Khí công nghệ Lò Lò Reformi Reformi ng sõ ng thứ SƠ ĐỒ 4: CÔNG ĐOẠN REFORMING Stt Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng Ghi chú (cái) 1 Quạt hút khí thải 10K2001 1 2 Thiết bị reforming sơ cấp 10H2001 1 3 Bộ gia nhiệt nước cấp nồi 10E2005 1 Nước hơi cấp 10R2001 4 Bộ gia nhiệt không khí 10E2002 2/1 2 5 Bộ gia nhiệt hơi siêu cao áp 10E2003 2/1 2 6 Bộ gia nhiệt nguyên liệu 10E2001 1 vào 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 siêu cao áp 10E2009 1 11 Bồn xả bẩn 10V7005 1 3.2.2.Mô tả công nghệ tổng quát 3.2.2.1. Reforming sơ cấp . 31 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  32. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Khí đã khử lưu huỳnh được trộn lẫn với hơi nước một cách từ từ trong khoảng 10 phút nhằm giảm thiểu sự ngưng tụ trong hệ thống đầu vào của reformer. Tuy nhiên, ban đầu một ít 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 hoá CO nhiệt độ cao10R2004 do quá trình hâm nóng chất xúc tác và thiết bị Nước ngưng tụ phải được thải ra tại các điểm thấp nhất phía trước và phía sau của 10R2004 (một cách sơ bộ phía trên đỉnh của lò 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 khí đốt (flue gas) thoát ra khỏi các buồng đốt không được phép tăng với tốc độ vượt quá 30-500C/h. Sau khi khí nguyên liệu và hơi nước đã ổn định về nhiệt độ và tỷ lệ theo yêu cầu ta cho hỗn hợp này qua thiết bị trao đổi nhiệt 10E2001. Hỗn hợp ra khỏi bộ gia nhiệt có áp suất 34,8 bar, nhiệt độ 5350C được đưa vào đỉnh 180 ông xúc tác thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía trên. Các ống này được lắp đặt trong hai buồng bức xạ nhiệt. Phần trên của các ống reformer được nạp chất xúc tác loại RK-211 và RK-201 trong khi phần đáy của các ống xúc tác được nạp bằng chất xúc tác R-67-7H. Chất xúc tác đã được khử là bền trong không khí đến nhiệt độ 800C. Nếu nó tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưng nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng gi đến chất xúc tác. Các ống xúc tác trong buồng đốt được đốt bằng 480 becđốt được sắp xếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profile (hệ thống) nhiệt độ dọc theo chiều dài ống xúc tác và phân phối nhiệt đồng đều dọc theo chiều dài buồng đốt. Bằng cách này sẽ tối ưu hoá việc sử dụng các ống xúc tác đắt tiền. Các becđốt là loại tự hút khí kiểu nút đơn. Các ống xúc tác được đặt trong buồng đốt của reforming sơ cấp 10H2001, mà ở đó bức xạ nhiệt được truyền từ các bécđốt đến thành 32 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  33. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương ống. Quá trình reforming hơi nước hydrocacbon khí nguyên liệu được chuyển hoá thành H2 và cacbonic có thể được biểu diễn bởi các phương trình sau: C m H m + H 2 O  C m 1 H m 1 + H 2 O +2H 2 - Q (11) CH 4 + 2 H 2 O  H 2 O + 3H 2 - Q (12) CO + H 2 O  CO 2 + 2H 2 + Q (13) Phản ứng (11) miêu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hoá từng bậc xuống thành những hydrocacbon bậc thấp và cuối cùng thành phân tử mêtan và được chuyển hoá trong phản ứng (12). Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở nhiệt độ 5000C và mêtan ở 6000C. Nhiệt phát 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 cách khác nhau. Trong reforming sơ cấp nhiệt cần thiết cho phản ứng được cung cấp dưới dạng gián tiếp từ lò đốt trong, reforming thứ cập nhiệt được cung cấp trực tiếp từ quá trình đốt khí công nghệ với không khí. Sự chuyển hoá trong reforming sơ cấp sẽ được điều chỉnh sao cho tỷ lệ H 2 /N 2 = 3/1. Điều này còn phải khống chế lượng mêtan như là khí trơ trong khí tổng hợp ở mức càng thấp càng tốt. Đối với cân bằng của phản ứng (12) hàm lượng mêtan giảm đi khi tăng nhệt độ, tăng hơi nước và giảm áp suất. Khi vận hành ở trường hợp thiết bị thu hồi H2 (HRU) làm việc và sử dụng khí thải đã được xử lý như là khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming có nhiệt độ khoảng 7800C, và hàm lượng mêtan khoảng 15%mol tính theo khí khô. Còn khi vận hành ở trường hợp thíêt bị thu hồi H2 (HRU) không làm việc và việc sử dụng khí thải không được xử lý như là khí nhiên liệu cho reforming, khí công nghệ ra khỏi reforming có nhiệt độ khoảng 33 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  34. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 8000C và hàm lượng mêtan khoảng 13%mol tính theo khí khô. Khói thải của của phản ứng đi lên và ra gần với đỉnh của buồng bức xạ nhiệt. Nhiệt độ khói thải đi ra khoảng 10270C nó được xử lý rồi cung cấp một cách riêng biệt cho becđốt nhằm tránh hình thành amoni cacbamat, nhiệt độ khói thải được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau của quá trình tổng hợp amôniac. 3.2.2.2.Reforming thứ cấp. Không khí công nghệ cấp cho reforming thứ cấp 10R2003 được cung cấp bằng máy nén không khí 10K4021. Đây là máy nén khí ly tâm với đầu hút là khí quyển thông qua bộ lọc/giảm ôn, và áp suất đầu ra của cấp bốn là 32,4 bar. Máy nén không khí công nghệ được truyền động bằng tuabine hơi STK4021. Hơi cấp cho tuabine là hơi cao áp và phụ trợ bằng hơi thấp áp khi mạng hơi thấp áp bị thừa từ mạng hơi. Mở tất cả các điểm xả phía sau của máy nén không khí để thải bất cứ sự ngưng tụ nào được hình thành . Để phản ứng trong refofming thứ cấp xảy ra hoàn toàn, không khí được cung cấp với lưu lượng dư O2 là 2% tương ứng với 10% không khí. Trong khoảng không gian trống phía trên của reformer thứ cấp người ta lắp becđốt 10J2001, tại đây không khí cộng nghệ và khí từ refofming thứ cấp được trộn lẫn vào nhau ở nhiệt độ 7830C, áp suất 32 bar. Reforming thứ cấp được nạp bởi xúc tác RKS-2-7H. Quá trình đốt khí công nghệ và không khí được thực hiện qua các phản ứng : H2 + 0,5 O2  H2O + Q (14) CH 4 + 2 H2O  CO 2 + 4 H2 - Q (15) Refofming thứ cấp được bảo vệ quá nhiệt khi mà tỷ lệ khí tự nhiên/không khí quá thấp gây ra quá nhiệt cho thiết bị phản ứng. Nhiệt độ vỏ reformer thứ cấp được theo dõi bởi màu của lớp sơn cảm ứng nhiệt. Nó được giám sát để tránh quá nhiệt của vỏ trong trường hợp lớp gạch chịu lửa làm việc không tốt. Vỏ thiết bị có thể 34 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  35. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương được làm lạnh bằng nước bảo trì, trong trường hợp này máng được điền đầy và phun lên vỏ thiết bị. Quá trình đốt này khiến cho nhiệt độ khí lên đến 1100-12000C trong phần trên reforming thứ cấp. Từ buồng đốt khí tạo thành được đưa tiếp xuống phía dưới thông qua tầng chất xúc tác, tại đây phần còn lại của phản ứng reforming tiếp tục xảy ra. Do phản ứng reforming của mêtan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm xuống khi khí đi xuống dưới qua lớp chất xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 9580C, áp suất 30,4bar, hàm lượng mêtan còn lại khoảng 0,6%mol khí khô, 13,5%mol CO, 7,5%molCO2. Chính vì vậy sẽ có nguy cơ hình thành cacbon theo phản ứng Boudourd như sau: 2CO  CO2 + C (muội than) (16) khi hỗn hợp nguội xuống Hàm lượng Mêtan dư tại đầu ra của reforming thứ cấp là 0,62 (0,67)%mol tính theo khí khô, tỷ lệ gas/air theo thiết kế là : 0,706Nm3/ Nm3. Lưu lượng không khí công nghệ phải đựơc điều chỉnh sao cho tỷ lệ H2/N2 đạt yêu cầu khi đi vào máy nén khí tổng hợp 10K4031. Nhiệt độ cao được tận dụng để sản suất hơi và tiền gia nhiệt cho hơi siêu cao áp thông qua các bộ trao đổi nhiệt 10E2008 và 10E2009.Sau đó khí có áp suất 30,2 bar nhiệt độ khoảng 360 0C được đưa sang cụm chuyển hoá CO  Chất xúc tác. Chất xúc tác của quá trình reforming sơ cấp có đặc điểm sau:  Lớp chất xúc tác thứ nhất : gồm hai loại là PK-211 và PK-201 Tên thương mại : PK -211 Kích thước : 16*11 ring 35 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  36. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 4,6 m3 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 4,8 m3 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác : Thành phần Ni NiO MgO Al2O3 K2O CaO % 12-15 0-3 25-30 60-65 0-1 1-4 Tên thương mại : PK-201 Lích thước : 16*11 ring Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 7,6 m3 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 7,8 m3 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác : Thành phần NiO MgO Al2O3 K2O CaO % 15-20 20-25 35-60 0-1 1-4  Lớp chất xúc tác thứ hai : Tên thương mại : R-67-H7 Lích thước : 13*11 ring Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 18,3 m3 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 18,8 m3 Thành phần theo thể tích các chất chứa trong chất xúc tác : Thành phần NiO MgO Al2O3 % 10-15 20-25 55-60 Lớp xúc tác nằm trên hai lớp của các hạt nhôm với kích cỡ khác nhau, lưới nhân được đặt trên đỉnh của lớp xúc tác để giữ chất xúc tác khỏi rung động và bảo vệ chất xúc tác khỏi tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa . Chất xúc tác bắt đầu bị phân rã ở nhiệt độ khoảng 1400- 15000C. Chất xúc tác đã được hoạt hoá không được phép tiếp xúc 36 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  37. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương với không khí tại nhiệt độ 1000C vì nó có thể gây phát nhiệt. Vì nhiệt tạo ra do phản ứng oxy hoá không được giải phóng khỏi reforming thứ cấp nó có thể dẫn đến tình trạng quá nhiệt và phá huỷ chất xúc tác . Trong khi vận hành cacbon kết tủa trên mặt xúc tác reforming có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân như : - Vận hành tại các điều kiện mà chất xúc tác được hoạt hoá không đầy đủ : Khử xúc tác không đầy đủ (quá trình hoạt hoá) Ngộ độc (thường là do lưu huỳnh) Chất xúc tác già. - Vận hành tại các điều kiện không bình thường như: Tỷ lệ hơi nước/cacbon quá thấp (hoặc trong một số trường hợp sự tiếp xúc của chất xúc tác với hydrocacbon không có mặt hơi nước). Nhiệt độ quá cao hoặc quá trình đốt cháy dữ dội ở phần đỉnh của reformer, dẫn đến gradien nhiệt độ theo hướng hướng tâm và theo hướng trục quá lớn, điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng cracking nhiệt. Tải quá lớn (tải càng lớn, áp suất riêng phần của hydrocacbon nhẹ sẽ càng lớn, với cùng một mức nhiệt độ, và do đó dẫn đến nguy cơ xảy ra phản ứng cracking nhiệt. Sẽ cực kỳ khó khăn để đưa ra các giới hạn đối với các thông số nêu trên, do chúng có sự tương quan chặt chẽ với nhau. Tuỳ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác ta sẽ có những chế độ vận hành khác nhau, khi chất xúc tác còn mới thì ta nên vận hành hệ thống thiết bị tại nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ thiết kế, nhưng sau một thời gian vận hành hoạt tính của chất xúc tác giảm thì ta nên vận hành ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thiết kế để quá trình reforming vẫn đảm 37 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  38. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương bảo. Kết tủa cacbon thông thường được xác định nhờ sự gia tăng nhiệt độ, chênh áp thông qua reformer sơ cấp, được chỉ rõ trên đồng hồ10PID2052 và nhờ sự xuất hiện của các mảng nóng trên ống xúc tác của reformer khi vận hành tại các diều kiện vận hành bình thường và ổn định. Cacbon kết tủa hay xuất hiện khi có sự thay đổi các điều kiện vận hành, như là sự gia tăng công suất nhà máy hoặc việc giảm tỷ lệ hơi nước/cacbon. Do đó các thao tác 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 áp qua reformer, các giải pháp cần được đưa ra càng sớm càng tốt. Để ngừng sự hình thành cacbon kết tủa hoặc bằng cách thay đổi các điều kiện vận hành về phía làm cho khuynh hướng tạo cacbon kết tủa thấp hơn, hoặc tốt hơn là loại bỏ lớp cacbon kết tủa bằng cách thiết lập một tỷ lệ hơi nước/cacbon đến giá trị từ 10-15 tại áp suát thấp như có thể .Việc đối phó này sẽ trong một vài giờ, loại bỏ được lớp cacbon mới kết tủa trong điều kiện chất xúc tác đã được khử và các điều kiện vận hành bình thường có thể được thiết lập trong một thời gian ngắn sau đó. Phải chú ý rằng nhiệt độ khí công nghệ đi vào chuyển hoá CO tối thiểu trên nhiệt độ điểm sương khí công nghệ 150C, nhằm chống nước ngưng tụ trên chất xúc tác. Ngược lại, phải cô lập thiết bị huyển hoá CO bằng HV2082 ở đầu ra của 10R2005 và khí xả ra ở đầu vào 10R2004 thông qua HV2062. Nếu lý do kết tủa cacbon là do tình cờ trong vận hành tại các điều kiện không bình thường, không cần thực hiện bất cứ một giải pháp nào. Nếu lý do là do giảm hoạt tính của chất xúc tác, sự khó khăn lại dễ dàng xuất hiện khi các điều kiện vận hành liên quan đến sự kết tủa cacbon được thiết lập trở lại . Trong trường hợp đó, cần cố gắng xác định nguyên nhân làm 38 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  39. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương giảm hoạt tính của chất xúc tác là do chất xúc tác không được khử đầy đủ hay do bị ngộ độc. Liều thuốc cứu chữa là hoặc là khử lại chất xúc tác hoặc là tái sinh lưu huỳnh như được trình bày ở phần chất xúc tác trong quá trình loại các hợp chất lưu huỳnh hoặc khử lại chất xúc tác như sau:  Khử một lượng lớn cacbon. Nếu việc hình thành cacbon được phát hiện ở một điều kiện công nghệ không thay đổi, việc tổn thất áp suất tăng liên tục và lưu lượng qua từng ống sẽ ở các mức độ khác nhau, cho nên vài ống sẽ trở nên nóng hơn bình thường. Trong trường hợp nghiêm trọng, các ống có thể bị cô lập do cacbon và chất xúc tác nên có thể vỡ. Tái sinh chất xúc tác trong các ống bị cô lập là điều không thể. Một số lượng cacbon ở lại trong lớp xúc tác nhiều hơn vài ngày không thể khử như đã nói trong phần trên, nhưng sẽ xử lý bằng oxy hoá, bằng hơi nước với không khí. Xử lý bằng hơi nước với không khí là thích hợp hơn, vì nó có thể được thực hiện thành công ở nhiệt độ thấp, trong khi hơi nước chỉ hiệu quả ở nhiệt độ cao và khó đạt đến đỉnh reformer nơi mà hầu hết cacbon bị kết tủa. Quá trình 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 nên mở và ânty cô lập phía trước của chuyển hoá CO nhiệt độ cao được đóng lại. Điều chỉnh quá trình đốt sao cho đầu vào lớp xúc tác 450 0C và đầu ra lớp xúc tác 6500C. - Đưa dần dần (hơn 4 giờ) không khí cho đến khi 4-5% thể tích trong hơi nước (quan sát việc tăng nhiệt độ trong reformer thứ cấp). Không khí được cấp thông qua một dụng cụ đặc biệt nối với ống không khí công nghệ, duy trì điều kiện này đến khi CO 2 trong reformer giảm xuống dưới 0,2%. Nhiệt độ rời reformer sơ cấp không được phép quá 6500C để thúc đẩy quá trình hoàn nguyên chất 39 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  40. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương xúc tác. Kiểm tra ảnh hưởng của SO 2 nếu ngộ độc lưu huỳnh được phát hiện . - Để kiểm tra khử lưu huỳnh đã hoàn thành chưa, tăng lưu lượng không khí dần dần đến 8-10% thể tích của lưu lựơng hơi. Hàm lượng CO 2 sẽ tăng hoặc giảm rất ít - Khi việc khử cacbon đã hoàn thành, cắt lưu lượng không khí và duy trì lưu lượng hơi 0,5 -1 giờ để làm sạch không khí trong reformer. - Sau khi kiểm tra sunphua trong khí tự nhiên đã được khử lưu huỳnh đưa khí và hơi nước vào như quy trình vận hành bình thường . - Chất xúc tác reforming đã được oxy hoá, thì áp suất của reformer sơ cấp phải được giữ càng thấp càng tốt để đảm bảo tái hoàn nguyên hoàn toàn. - Nhiệt độ ra khỏi reformer sơ cấp được tăng lên 750-780 0C bằng việc tăng quá trình đốt trong reformer sơ cấp, đặc biệt là ở phần trên của reformer, trong khi đó vẫn được khống chế thấp, chú ý không để nhiệt độ vượt quá nhiệt độ thiết kế của ống xúc tác. Điều này phải được duy trì 6-12h. - Tiến hành bình thường đến điều kiện hoạt dộng bình thường.  Hoạt hoá được trợ giúp nhờ hydro. Nếu hydro có sẵn từ chu trình tổng hợp nó được đưa vào ngay vào thiết bị hydro hoá sau khi hơi nước có lưu lượng tối đa. Áp suất được duy trì thấp. Hydrocacbon nguyên liệu, tương ứng với tỷ lệ hơi nước/cacbon vào khoảng 6-8, được đưa vào khi nhiệt độ đầu ra vào khoảng 600- 650 0C. Nếu chỉ có một lượng giới hạn hydro có sẵn, thì hydro chỉ được dùng khi nhiệt độ đầu vào reformer là gần với nhiệt độ vận hành bình thường . Với hydro hoặc hỗn hợp hydro và khí, sự hoạt hoá chất xúc 40 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  41. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương tác được xem là hoàn tất sau 4-8 giờ đạt được mức nhiệt độ vận hành bình thường, thời gian chính xác phụ thuộc vào mức độ oxy hoá. Sau thời gian hoạt hoá, các điều kiện vận hành bình thường có thể được thiết lập dần. Nếu không có sẵn hydro và khí tự nhiên hoàn toàn không chứa lưu huỳnh, chất xúc tác có thể được hoạt hoá nhờ hỗn hợp hơi nước/khí tương ứng với tỷ lệ mol hơi nước/cacbon khoảng từ 6-8 được đưa vào khi nhiệt độ đầu ra khoảng từ 600-6500C của reformer. Nhiệt độ được tăng dần dần đến mức vận hành bình thường trong khoảng 12 giờ. Quá trình khử sẽ hiệu quả hơn nếu khí đã qua reforming được khứ hồi trở lại ở phần hút của máy nén khí tự nhiên 10K4011. Nếu khí tự nhiên chứa đựng hợp chất lưu huỳnh, reformer sơ cấp phải được khởi động bằng cách cracking amôniăc. Thiết lập một dòng hydro khứ hồi đến bình hydro hoá thông qua đầu nối tại phần hút của máy nén 10K4011 và thay thế amôniăc lỏng bằng cách khử lưu huỳnh khí tự nhiện khi khí này đã được xác minh bằng phân tích rằng hàm lượng lưu huỳnh tổng cộng của khí thoát ra từ 10R2002B là dưới 0,05ppmV. 3.2.2.3.Thu hồi nhiệt thừa. Nhiệt thừa của khói thải từ buồng bức xạ nhiệt trong reformer sơ cấp và của khí công nghệ đi ra từ reformer thứ cấp được dùng để hâm nóng các dòng công nghệ khác nhau và tạo ra hơi nước siêu cao áp . -Thu hồi nhiệt thừa khói thải: Bộ gom khỏi thải từ hai buồng bức xạ nhiệt đi vào công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải được sử dụng để: Hâm nóng hỗn hợp khí tự nhiên/hơi nước trước khi đi vào reformer sơ cấp. 41 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  42. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Hâm nóng không khí công nghệ cho reformer thứ cấp 10R2003. Quá nhiệt cho hơi nước cao áp . Hâm nóng hỗn hợp khí tự nhiên/hydro tuần hoàn trước khi đi vào hydro hoá, hấp thụ lưu huỳnh 10R2001. Hâm nóng nước cấp nồi hơi của công đoạn thu hồi nhiệt thừa công nghệ. Tại nhiệt độ đầu ra nhiệt độ khói thải giảm xuống khoảng 1620C Công đoạn thu hồi nhiệt thừa khói thải được nối với ống khói thông qua quat khói 10K2001. Nó hút khói ra môi trường thông qua ống khói reforming 10SK2001. - Thu hồi nhiệt thừa công nghệ: Khí công nghệ rời công đoạn reforming đi vào lò hơi nhiệt thừa 10E2008 và bộ quá nhiệt hơi nước 10E2009. Hơi nước bão hoà ở áp suất 118bar được sinh ra trong 10E2008. Trong 10E2009 hơi nước được quá nhiệt từ 3240C lên 3760C. Bao hơi 10V2001 được dùng chung cho 10E2008/2010 và lò hơi nhiệt thừa tổng hợp amôniăc 10E5001. Khí công nghệ được làm nguội đến 3600C trong bộ quá nhiệt 10E2009 trước khi đi vào chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10R2004. 3.2.2.4 Hàm lượng Mêtan dư tại đầu ra của reforming sơ cấp. Hàm lượng mêtan trong không khí công nghệ tại đầu ra của reformer sơ cấp bình thưòng là khoảng 14,8 (13,2)% mol tính theo khí khô và được xác định bằng những đại lượng sau đây : -Ap suất vận hành -Nhiệt độ reforming 42 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  43. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Quá trình đạt đến cân bằng hoá học trên lý thuyết phụ thuộc vào công suất và hoạt tính của chất xúc tác. Để đánh giá hoạt tính của chất xúc tác, so sánh hàm lượng mêtan trên thực tế với hàm lượng mêtan trên lý thuyết. Đường cong biểu diễn sự rò rỉ mêtan như một hàm số của tỷ lệ hơi nước/cacbon và nhiệt độ tại những áp suất khác nhau được đưa ra trong các sơ đồ ở phần phụ lục A7, A8, A9, A14 Để đạt được một mức rò rỉ mêtan tối thiểu, tất cả các ống xúc tác cần có cùng nhiệt độ ở đầu ra. Chính vì thế, quá trình đốt trong lò đốt phải được điều chỉnh để duy trì ở mức đồng đều tại các đồng hồ nhiệt độ. Khi các chất xúc tác trở nên già đi, quá trình đạt đến cân bằng của khí đầu ra có huynh hướng tăng lên khiến cho sự rò rỉ mêtan cũng tăng lên. 3.2.2.5 Tỷ lệ steam/gas của reforming sơ cấp. Tỷ lệ steam/gas của reforming sơ cấp là rất quan trọng, trong mọi trường hợp duy trì lưu lượng hơi nước đến reforming sơ cấp, tỷ lệ là 2,8 hoặc cao hơn. Tỷ lệ này có thể tính toán từ lưu lượng hơi nước và bộ phận tách khí công nghệ. Tỷ lệ steam/gas tại đầu ra của thiết bị reformer được tính tương đương với tỷ lệ oxy/cacbon. Tỷ lệ này không thay đổi trong quá trình reforming hơi nước. Cụ thể như sau: C C 2 *C r = H 2O CO CO2 O / C C C C CO CO2 CH 4 Trong đó : r O / C là tỷ lệ oxy/cacbon Ci là nồng độ khí, mol khí khô Nồng độ nước thì không được biết nhưng có thể được tính toán dựa vào hai phương trình sau:  Tính toán dựa vào phản ứng chuyến hoá : H 2 O + CO  H 2 + CO 2 Hằng số cân bằng có thể được xác định như sau: 43 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  44. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương C *C K = H 2 CO2 (*) SHIFT C *C CO H 2O Trong đó : K SHIFT là hằng số cân bằng, có thể lấy từ bẳng giá trị Table1 nhờ nhiệt độ hơi nước ra khỏi thiết bị rerformer ở phần phụ lục A2-A3 Thành phần nước có thể được tính từ phương trình (*) như sau: C *C C = H 2 CO2 H 2O CCO * K SHIFT  Tính toán dựa vào phản ứng reforming. CH 4 + H 2 O  3H 2 + CO Hằng số cân bằng có thể được tính như sau: P3 * P K = H 2 CO ( ) REF P * P CH 4 H 2O Trong đó : K REF là hằng số cân bằng, nó có thể được xác định từ Table2 nhờ nhiệt dộ đầu ra của thiế bị reformer. Pi là áp suất tới hạn của các cấu tử , atm tuyệt đối. Phương trình ( ) có thể chuyển hoá thành phần trăm khí khô như sau: 3 2 CH *CCO P K = 2 * ( ) REF C *C (100 C )2 CH 4 H 2O H 2O Trong đó : P là áp suất ra khỏi thiết bị reformer, atm tuyệt đối Hàm lượng nước có thể được xác định bằngphương pháp giả sử kiểm tra 3.2.2.6.Hàm lượng không khí thừa. Không khí thừa thiết kế là 2%mol O2 khí khô tương ứng với 10% không khí thừa. Điều chỉnh đúng lượng gió sẽ quyết định cho hiệu suất nhiệt không khí thừa. Có thể điều chỉnh bằng cửa gió đầu hút của quạt khói 10H2001 của cửa gió sơ cấp. Trong lúc điều chỉnh lượng 44 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  45. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương không khí thừa, ngọn lửa các becdốt phải luôn được giữ ổn định. Nên tránh giảm hàm lượng khói thải do có thể hình thành cacbon trong các ống xúc tác ở điều kiện như thế. Ơ điều kiện vận hành bình thường, khí tự nhiên đến Reformer sơ cấp là khí được trộn bởi khí tự nhiên, khí thả từ công đoạn tách CO2 10V3002 và tách khí ra từ công đoạn thu hồi NH3. Tuy nhiên lúc khởi động các becđốt chỉ đốt khí tự nhiên. Khi khí nhả ra từ công đoạn tách CO2 và khí tách ra từ công đoạn thu hồi NH3 đã có với điều kiện ống góp khí có áp, áp suất được khống chế bằng PIC3049, thì đưa khí này vào becđốt từ từ. Lưu lượng khí tự nhiên sẽ giảm dần để giữ nhiệt độ đầu ra của reformer sơ cấp ổn định. 3.2.2.7.Chỉ tiêu công nghệ:  Khí công nghệ cơ bản( bản A3) Khí khói lò : Tính chất Hàm lượng ( % mol) Nhiệt dộ Lưu 0 O2 N2 CO2 Ar ( C) lượng (m3/h) Loại khí Khí khói lò tại 2,04 86,16 10,47 1,33 1027 186585 vùng đối lưu Khí khói lò tại * * * * 162 186585 quạt hút * : Thành phần không xác định Nước cấp nồi hơi và hơi nước : Nước cấp nồi hơi và hơi Nhiệt độ (0C) áp suất (bar) Lưu lượng (kg/h) nước Nước cấp nồi hơi trước 132 127 57703 khi vào 10E2005 Nước cấp nồi hơi trước 132 127 17299 khi vào 10E2013, 45 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  46. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 10E2012A/B, 10E5002 Nước cấp nồi hơi vào 305 * 230500 10V2001 Hơi bão hoà ra khỏi 324 118 228195 10V2001 Hơi siêu cao áp ra khỏi 515 110 228695 10E2003 Khí nhiên liệu: Khí nhiên liệu Nhiệt độ áp suất Lưu lượng Nhiệt (0C) (bar) (kg/h) trị (kj/h) Khí tự nhiên dùng làm 30 5 11272 40858 nhiên liệu Khí tách nhanh từ 82 5,5 1172 3350 10V3002 Khí tổng hợp thừa 43 25,5 986 8140 trước máy nén khí tổng hợp khí tận dụng từ cụm 33,4 14,7 8135 9267 thu hồi hydro PK5001 3.3. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ CO : 3.3.1.Mô tả thiết bị. 46 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  47. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Khí Reforming Tháp chuyển Tháp chuyển hóa CO nhiệt hóa CO nhiệt Khí sạch độ cao độ thấp SƠ ĐỒ 5: CÔNG ĐOẠN CHUYỂN HÓA CO THÀNH CO2 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 nước 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 CO 2 gây ngộ độc xúc tác tổng hợp Amôniac và tạo thành tinh thể Cacbamat gây tắc đường ống dẫn khí nguyên liệu tuần hoàn : 2NH 3 + CO 2  NH 4 - CO -NH 2 Do đó chúng phải được loại bỏ trước khi được đưa 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 được làm lạnh xuống đến khoảng 3600C bằng việc tạo ra hơi nước trong nồi hơi nhiệt thải10E2008 và bộ gia nhiệt hơi nước 10E2009. Đây là nhiệt độ thích hợp cho phản ứng chuyển hoá : CO + H 2 O  H 2 + CO 2 H = -41KJ/mol 47 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  48. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Do phản ứng chuyển hoá CO toả nhiệt nên cân bằng của phản ứng chuyển về phía tạo thành nhiều CO 2 hơn khi ở nhiệt độ thấp và có nhiều hơi nước hơn. Tuy nhiên tốc độ phản ứng sẽ tăng nếu ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ tối ưu 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 ưu phụ thuộc vào hoạt tính xúc tác và tốc độ lưu chất nó sẽ cho ra một độ chuyển hoá tối ưu. Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao để đảm bảo lượng dư 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 được đưa vào thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10R2004. Tại đây dưới tác dụng của chất xúc tác SK2012, tốc độ phản ứng xảy ra nhanh, hầu hết CO được chuyển hoá thành CO 2 (nồng độ CO từ 13,72%V sẽ giảm xuống 3,39%V). Khí ra khỏi 10R2004 được 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 được trộn lẫn với nhau và đến bộ trao đổi nhiệt 10E2012 A/B. Tại đây nó bị nước cấp nồi hơi từ hệ thống nước khử O 2 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 thường, hàm lượng 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 được xác định cơ bản dựa trên việc phân tích dòng khí đi ra khỏi bình chuyển hoá. Giá trị Kp có 48 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  49. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương thể được tính toán sử dụng phương trình dưới đây. Với Kp là đầu vào, nhiệt độ cân bằng có thể được tính toán trong bảng A1-A3 ở phần phụ lục %molCO *%molH KP = 2 2 %molCO* %molH2O 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 thương mại : SK-201-2 Lích thước : 6*6 ring Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 42,3 m3 Lưu lượng chất xúc tác được cung cấp vào thiết bị : 43,6m3 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 cường bằng oxit sắt dưới dạng hạt, đường kính 6mm và cao 6mm. Chất xúc tác được phân phối ở trạng thái oxit cao nhất nên nó không bị ảnh hưởng bởi không khí, hơi nước, 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 ưu 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 49 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  50. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương trình loại các hợp chất lưu huỳnh vẫn được 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 được hâm nóng bằng hơi nước kể cả khi oxy hoá và hoàn nguyên. Nồng độ Clo < 10ppm trong khí đầu vào sẽ không ảnh hưởng đến hoạt tính chất xúc tác Các giọt nước ngưng 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 nước. Do chất xúc tác đã được hoạt hoá có tính tự bốc cháy nên nó phảI được 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 được đưa vào vận hành, tỷ lệ hơi nước/cacbon tại đầu vào của reforming sơ cấp phải được giảm xuống còn 3,5-4,5 nhằm có được điểm sương ngưng tụ của khí công nghệ thấp khi khí này được đưa 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 lượng chất xúc tác trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp là 35,7m 3 , khí công nghệ có áp suất 29,1 bar, nhiệt độ 1900C bị khử hàm lượng CO xuống nhỏ hơn 1% (thường là 0,25%). Giá trị này cần được kiểm tra thường xuyên để có thể phát hiện sự bất thường 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 được giảm bằng cách phun hơi nước cao áp phía trước 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 nước cấp nồi 50 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  51. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương hơi số hai 10E2013 trước khi đưa đến cụm tách loại CO 2  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 ngưng tụ, chất xúc tác còn lại là LK-821-2 chứa đựng oxit đồng, crôm và nhôm, nó có kích thước cao hơn chất xúc tác SK-201-2. Chất của xúc tác chuyển hoá CO thấp có đặc điểm sau : Tên thương mại : SK-821-2 Lích thước : 4,5*4,5 Table (4,5*3,5 Table) Lưu lượng chất xúc tác mà thiết bị yêu cầu : 4,6m3 Lưu lượng chất xúc tác được 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 thường nằm trong khoảng 170- 2500C, nếu tiếp xúc với nhiệt độ 3000C trong thời gian ngắn sẽ không ảnh hưởng tổn hại đến chất xúc tác. Vận hành bình thường nên thực hiện ở nhiệt độ càng thấp càng tốt. Tuy nhiên ở nhiệt độ gần điểm sương hoạt tính xúc tác có thể bị giảm do nuớc ngưng tụ ở bên trong xúc tác làm giảm bề mặt tự do cho nên lúc vận hành nên giữa nhiệt độ trên điểm sương của khí công nghệ 15-20 0C. Dù đã chọn nhiệt độ, áp suất, và chế độ vận hành tối ưu nhất nhưng đến một thời điểm nào đó chất xúc tác sẽ bị mất hoặc giảm 51 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  52. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương dần hoạt tính do đó ta cần phải hoàn nguyên chất xúc tác lại để tiếp tục vận hành. - Hoàn nguyên chất xúc tác của thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp. + Trước khi hoạt hoá chất xúc tác . Chất xúc tác LK-821-2được hoạt hoá bằng cách khử đồng oxit thành đồng nguyên chất sử dụng hydro làm chất khử.Cacbonmonoxit cũng khử được chất xúc tác nhưng nhiệt độ của phản ứng này lớn gấp hai lần so với dùng hydro.Lượng nhiệt toả ra bởi quá trình hoàn nguyên là rất lớn so với nhiệt toả ra trong phản ứng chuyển hoá CO bình thường, chính vì vậy phải hết sức cẩn thận khi chất xúc tác chưa hoàn nguyên tiếp xúc với các chất khi dùng để hoàn nguyên. Trong quá trình hoàn nguyên, một lượng nhỏ cacbonmonoxit được giải phóng từ chất xúc tác LK-821-2.Thêm vào đó, nếu khí hoàn nguyên (reducing gas) chứa cacbonmonoxit, thì cacbondioxit được sinh ra. Một dòng khí trơ hoá phải được thiết lập từ vòng hoàn nguyên nhằm duy trì áp suất riêng phần của cacbondioxit( cộng với cacbonmonoxit) dưới 1 bar do nó có thể phản ứng với chất xúc tác để tạo thành hợp chất cacbonnat, và diều này làm suy yếu chất xúc tác. - Quy trình hoạt hoá. Quá trình hoàn nguyên bây giờ được thực hiện theo thứ tự sau đây: Đưa bộ làm lạnh khởi động 10E2014 vào vận hành bằng cách mở van bypass tại đầu vào dòng nước làm mát, tăng áp suất và sau đó mở van cô lập ở dòng vào chính. Mở từ từ van cô lập ở dòng chính ra.Trong trường hợp áp suất của đầu nguồn nước làm mát là cao hơn bình thường, do tốc độ tuần hoàn thấp, đóng một phần van đầu ra chính để tránh sự dung động trong bộ trao đổi nhiệt. 52 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  53. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Ap suất Nitơ tuần hoàn phải ở mức cao như có thể để đạt được một tốc độ tuần hoàn cao, làm tăng cường quá trình hoàn nguyên. Khởi động quạt Nitơ 10K2003 theo yêu cầu của chế độ vận hành.Công suất quạt phỉa ở mức cao như có thể. . Phân tích hydro: Việc phân tích hydro tại đầu vào và đầu ra của thiết bị phản ứng là bắt buộc, đựơc phân tích tại trước và sau điểm bổ sung hydro (10AP2576 và 10AP2577) đựơc thực hiện ngay từ khi khởi động chu trình tuần hoàn, trong khoảng thời gian mỗi nửa giờ, cũng cần kiểm tra sự rò rỉ của khí công nghệ hoặc hydro vào chu trình tuần hoàn. . Cần chỉnh bộ đo lưu lượng hydro:Việc cần chỉnh bộ đo lưu lượng hydro 10FI2577 được thực hiện trước khi gia nhiệt được bắt đầu (trễ nhất là khi nhiệt độ của đầu vào đạt đến 1200C ) là hết sức cần thiết. Đưa hơi nước đến bộ trao đổi nhiệt Nitơ khơi động 10E2015 và bắt đầu đốt nóng lớp xúc tác từ nhiệt độ môi trường đến 170 0C. Nhiệt độ có thể được nâng lên với tốc độ nhanh như có thể mà không cần quan tâm đến công suất của bộ gia nhiệt, đường ống và thiết bị. Nếu một vài đồng hồ cho thấy sự dao động lớn về nhiệt độ khi đạt đến 1000C, điều này có thể là do sự hiện diện của nước trong các giếng nhiệt (thermowell) và việc thổi các giếng nhiệt bằng khí Nitơ là cần thiết. Sau khi đạt đến 1700C tại đầu vào của thiết bị phản ứng, duy trì nhiệt độ đầu vào và cho phép nhiệt độ của các lớp xúc tác trong thiết bị chuyển hoá ổn định. Khi nhiệt độ đã đi vào ổn định, bổ sung một lượng hydro tương ứng với từ 0,3-0,5% mol vào dòng khí lưu hồi Nitơ.Khí giàu hydro (khí lưu hồi từ đầu nguồn) được bổ sung vào vòng khởi động 53 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  54. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Nitơ phía sau của thiết bị 10V2002 nhờ van 10HV2576.Nhiệt độ tại đỉnh của lớp xúc tác phải được quan sát cẩn thận (0,5%mol hydro trong dòng Nitơ gây nên sự gia tăng nhiệt độ trong toàn lớp xúc tác khoảng 170C .) Sau khi ổn định nhiệt độ lớp xúc tác, xác minh bằng phân tích mức tiêu thụ hydro, tăng lưu lượng hydro dần dần (tối đa là theo nấc 0,5%mol) và điều chỉnh nó để cho một nhiệt độ gia tăng khi đi qua lớp xúc tác khoảng 60 0C, ví dụ khoảng 1700C ở đầu vào và 2300C tại điểm nóng cuối cùng thoát ra khỏi thiết bị chuyển hoá. Nồng độ hydro đầu vào không được phép vượt qua 2,5%mol tại giai đoạn này. Khi khí lưu hồi chứa đựng hydro cũng chưa các loại khí khác, hầu hết là Nitơ, là khí trơ, áp suất trong vòng Nitơ sẽ tăng lên. Một dòng phóng không nhỏ có thể cần được thiết lập bằng cách mở van cầu vận hành bằng tay trên dòng xả phía sau của thiết bị 10V2002 để duy trì áp suất. Quá trình hoàn nguyên bây giờ có thể đựơc thực hiện tại các điều kiện đầu vào của thiết bị chuyển hoá như đã nói trên trong khoảng vài giờ và vùng hoàn nguyên di chuyển xuống phía dưới qua lớp xúc tác. Nếu điểm nóng chất xúc tácvượt quá 2500C, dòng hydro phải đựơc ngưng ngay lập tức. Nếu điểm nóng (hot spot) của chất xúc tác có khuynh hướng tăng trên 2300C, giảm lưu lượng hydro vì yêu cầu điều khiển nhiệt độ. Nếu nhiệt độ chất xúc tác rơi vào tình trạng hoàn toàn mất kiểm soát (gia tăng nhanh chóng nhiệt độ của điểm nóng), việc thêm hydro vào vòng tuần hoàn Nitơ phải ngưng lại ngay lập tức và thiết bị chuyển hoá phải được khử áp và trơ hoá bằng khí Nitơ. Khi vùng hoàn nguyên tiến đến lớp xúc tác ở dưới đáy thiết 54 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  55. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương bị, sự tràn ngập hydro có thể xảy ra sau đó, gây nên sự gia tăng nhanh chóng lượng hydro trong vòng nếu lưu lượng dòng khí lưu hồi make-up không được giảm.Do không nên để vượt quá 2,5%mol hydro tại đầu vào của thiết bị chuyển hoá vào thời điểm này, dòng khí lưu hồi make- up phải được giảm tương ứng. Khi suất hiện sự giảm tốc độ hoàn nguyên, như được chỉ định bằng sự giảm nhiệt độ của điểm nóng tại đáy lớp xúc tác hoặc tại đầu ra của thiết bị chuyển hoá, cần thiết phải tăng từ từ nhiệt độ lớp xúc tác trên đỉnh về phía2200C với tốc độ 15-200C /h.Nhiệt độ điểm nóng phải ở dưới 2300C . Khi nhiệt độ 2200C đã đạt được tại đầu vào của thiết bị chuyển hoá và sơ đồ nhiệt độ đã đi vào ổn định, nồng độ hydro có thể cho tăng lên từ từ đến khoảng 4%mol, với điều kiện này không làm tăng nhiệt độ lên cao hơn 2300C tại bất cứ nơi nào trong lớp xúc tác hoặc đầu ra của thiết bị chuyển hoá. Tiếp tục dòng lưu hồi tại các điều kiện nêu trên, ví dụ khoảng 4%mol hydro và 2200C, cho đến khi mức tiêu thụ hydro dừng lại.Quá trình hoàn nguyên được xem như hoàn tất khi mức tiêu thụ hydro đã vượt quá 0,2% mol trong 2giờ. Khi toàn bộ quy trình hoàn nguyên đã hoàn tất ,tiếp tục dòng tuần hoàn nhằm duy trì nhiệt độ chất xúc tác lớn hơn điểm ngưng tụ của khí công nghệ khoảng 200C. Duy trì dòng tuần hoàn cho đến khi một vài giờ trước khi đưa khí công nghệ vào được chuẩn bị. Việc ngưng dòng khí lưu hồi chứa hydro ngay lập tức bất cứ khi nào dòng tuần hoàn Nitơ bị ngưng lại trong quá trình hoàn nguyên là hết sức quan trọng, việc này được thực hiện bằng cách đóng van điều khiển 10HV2576. 3.3.2.3.Thu hồi nhiệt thừa. Giữa hai thiết bị chuyển hoá CO, khí công nghệ được làm 55 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  56. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương nguội bằng chuỗi các trao đổi nhiệt: Thiết bị cân băng nhiệt 10E2011, bộ quá nhiệt hơi nước 10E2010 và bộ hâm nóng nước lò hơi số một 10E2012, khí công nghệ được làm nguội bằng chuỗi các trao đổi nhiệt đến nhiệt độ đầu vào thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp là 190 0C. Sau thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp, khí công nghệ được làm nguội bằng bộ hâm nóng nước lò hơi số hai 10E2013, nồi đun tripper 10E3002 trước khi đi vào công đoạn tách CO 2 . 3.3.4.Chỉ tiêu công nghệ. Loại khí Hàm lượng (%mol) Nhiệt Áp suÊt L­u l­îng 0 H2 N2 CO CO2 Ar CH4 độ ( C) (bar) (kg/h) KhÝ vµo TB 54,29 20,04 13,26 7,52 0,29 0,60 360 30,2 256307 chuyÓn ho¸ CO nhiÖt ®é cao KhÝ ra TB 58,34 21,91 3,23 15,71 0,26 0,55 432 29,5 256307 chuyÓn ho¸ CO nhiÖt ®é cao KhÝ vµo chuyÓn 58,34 21,91 3,23 15,71 0,26 0,55 190 29,1 * ho¸ CO nhiÖt ®é thÊp KhÝ ra TB 59,55 21,27 0,23 18,16 0,26 0,53 213 28,4 256307 chuyÓn ho¸ CO nhiÖt ®é thÊp * : Thµnh phÇn kh«ng x¸c ®Þnh 3.4.QUÁ TRÌNH HẤP THỤ CO 2 . 3.4.1.Mô tả thiết bị 56 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  57. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Khí CO2 đi Tháp tách Tháp hấp CO2 thụ CO2 D D 2 2 M M Dung Dung SƠ ĐỒ 6: CÔNG ĐOẠN TÁCH CO2 Sốthứ Ký hiệu thiết Tên thiết bị Số tự Bỵ lượng 1 10T3001 Thiết bị tái sinh MDEA 1 2 10T3002 Thiết bị hấp thụ 1 3 10HT3001 Turbin thuỷ lực 1 4 P3001A/B Bơm dung dịch MDEA giàu 2 5 MP3001A/B Motor của bơm P3001A/B 2 6 P3002A/B Bơm dung dịch MDEA nghèo 2 7 MP3002A/B Bơm dung dịch MDEA nghèo 2 8 P3003A/B Bơm dung dịch MDEA bán 2 nghèo tới thiết bị tái sinh 9 MP3003A/B Motor của bơm P3003A/B 2 10 P3004A/B Bơm nước ngưng từ 10V3003 2 11 MP3004A/B Motor của bơm P3004A/B 2 12 10V3001 Thiết bị tách CO 2 1 13 10V3002 Thiết bị tách khí hấp thụ (gồm 1 CO, CO 2 ,N 2 ,H 2 ,CH 4 ) 14 10V3003 Thiết bị tách H 2 O từ khí CO 2 1 15 10V3004 Thiết bị tách H 2 O từ khí công 1 57 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  58. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương nghệ 16 10E3001 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa 1 dung dịch MDEA vào và ra thiết bị 10T3001 17 10E3002 Thiết bị gia nhiệt cho thấp tái 1 sinh 10-T3001 18 10E3003 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa 1 dung dịch MDEA nghèo với nước 19 10E3004 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa 1 dung dịch MDEA nghèo với BFW 20 10E3005 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa 1 dòng khí công nghệ và dòng khí công nghệ. 21 10E3006 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa 1 dòng khí CO 2 với nước làm lạnh 22 P3001A/P1 B¬m dÇu chØnh cho hÖ thèng 1 b¬m vµ turbine P3001A , HT3001 23 P3001A/M2 B¬m dÇu phô cho hÖ thèngb¬m 1 vµ turbine P3001A,HT3001 24 P3001B/P1 B¬m dÇu chÝnh cho b¬m vµ 1 turbine P3001B 25 P3001B/M2 B¬m dÇu phô cho b¬m vµ 1 turbine P3001B 26 MMX3002 Motor cña m¸y khuÊy dung 1 dÞch chèng t¹o bät 58 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  59. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương 27 MX3002 M¸y khuÊy dung dÞch chèng 1 t¹o bät 28 TK3004 Bån chøa dung dÞch chèng t¹o 1 bät 29 TK3003 BÓ chøa dÞch th¶i 1 30 TK3002 BÓ chøa dÞch MDEA chuÈn bÞ 1 n¹p vµo hÖ thèng 31 TK3001 BÓ chøa dÞch MDEA 1 32 FL3001 ThiÕt bÞ läc b»ng l­íi 1 33 FL3002 ThiÕt bÞ läc than ho¹t tÝnh 1 TÊt c¶ c¸c ®­êng èng lín nhá nèi c¸c thiÕt bÞ trong c­¬ng vÞ, tÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®· liÖt kª ë trªn, tÊt c¶ c¸c van ®Òu do c«ng nh©n thao t¸c cña c­¬ng vÞ nµy phô ttr¸ch vËn hµnh, duy tr× kiÓn tra, xö lý sù cè vµ lµm vÖ sinh b¶o d­ìng. 3.4.2.M« t¶ c«ng nghÖ tæng qu¸t:  Qu¸ tr×nh c«ng nghÖ: HÖ thèng t¸ch CO 2 được dựa trên quá trình MDEA hoạt hoá hai cấp (công nghệ của BASF). Dung môi được dùng cho quá trình hấp thụ CO 2 là aMDEA03. Hệ thống công nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO 2 hai cấp, một tháp giải hấp CO 2 và hai bình tách flash. CO 2 bị tách khỏi khí công nghệ bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa 40%MDEA. Đóng vai trò như một chất hoạt hoá quá trình hấp thụ, dung dịch MDEA chứa đựng 3% khối lượng chất piperazine chất này giúp tăng tốc độ truyền khối của CO 2 từ pha khí sang pha lỏng. Phần còn lại là dung dịch nước. Phản ứng tổng thể xảy ra trong quá trình hấp thụ CO 2 được miêu tả bởi các phản ứng dưới đây : Qúa trình hấp thụ : 59 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  60. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương (HO - CH 2 - CH 2 ) 2 -NH + CO 2 +H 2 O  (HO CH - CH ) NH  CO + Q 2 2 3 ((HO-CH 2 -CH 2 ) 2 -N- CH +CO +H O  (HO CH - CH ) NH CH  CO + Q 3 2 2 2 3 2 3 Qúa trình nhả hấp thụ : (HO CH - CH ) NH  CO  (HO - CH - CH ) -NH + 2 2 3 2 2 2 CO 2 +H 2 O – Q (HO CH - CH ) NH CH  CO  ((HO - CH - CH ) -N-CH 2 3 2 3 2 2 2 3 + CO 2 + H 2 O – Q Phản ứng đầu là phản ứng cho amine bậc ba (ví dụ MDEA). Phản ứng thứ hai là phản ứng cho amine bậc hai (ví dụ piperazine). Khi rời khỏi công đoạn chuyển hoá CO, có hàm lượng CO 2 khoảng 8,2% mol khí khô. Do sự có mặt của hơi nước, khí này cũng chứa một lượng nhiệt đáng kể có thể thu hồi được, chủ yếu là nhiệt ngưng tụ. Lượng nhiệt này được thu hồi bởi bộ gia nhiệt nước nồi hơi số hai 10E2013, nồi đun tháp giải hấp CO 2 10E3002 và bộ gia nhiệt nước mềm 10E3005. Sau khi nước ngưng tụ quá trình được tách ra khỏi dòng khí trong bình tách khí cuối cùng 10V3004, 0 khí này đi vào thấp hấp thụ CO 2 tại nhiệt độ khoảng 75 C. Trong tháp hấp thụ CO 2 10T3002, CO 2 đựơc tách ra khỏi dòng khí bằng hấp thụ ngược dòng trong hai cấp. Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO2, trong phần trên của tháp này dung dịch thuần táI sinh được dùng để tách CO 2 còn lại. Tại đầu ra của tháp hấp thụ, hàm lượng CO 2 trong khí đã giảm thấp hơn 500ppm khí khô. Các dung dịch đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 500C (dung dịch bán thuần) và 730C ( dung dịch bán thuần) và được gia nhiệt 60 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  61. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương đến khoảng 820C bởi các phản ứng toả nhiệt. Để ngăn chặn sự thất thoát dung dịch hấp thụ và piperazine do đi vào trong khí công nghệ, đỉnh của tháp được cung cấp với ba đĩa dạng nắp (bubble cap tray) có nguồn vào là nước lò hơi với lưu lượng 900-1000kg/h. Dung dịch giàu CO 2 rời khỏi tháp hấp thụ CO 2 được giảm áp thông qua tuốcbin thuỷ lực 10HT3001, tuôcbin này kéo một trong những bơm dung dịch bán thuần 10P3001A, do vậy, giảm mức tiêu thụ năng lượng của quá trình một cách đáng kể. Tách tái sinh dung dịch giàu cao CO 2 được thực hiện trong hai cấp để đạt được độ tinh khiết cao của sản phẩm CO 2 . Trong bình tách cao áp 10V3002, hầu hết các thành phần khí trơ hoà tan được giải phóng tại áp suất khoảng 5,5 bar. Dung dịch giàu CO 2 tiếp tục đến bình tách thấp áp 10V3001, nơi mà hầu hết CO 2 được tách ra khỏi dung dịch tại áp suất 0,27 bar. Quá trình tách được tăng cường bởi hỗn hợp hơi nước và CO 2 từ tháp giải hấp CO 2 10T3001 hỗn hợp hơI nước và CO2 này được đưa vào từ phía đáy của bình tách thấp áp. CO 2 thoát ra khỏi bình táh thấp áp chứa đầy hơi nước bão hoà tại nhiệt độ khoảng 720C, hỗn hơp này được làm nguội xuống 450C trong bộ làm lạnh khí tách thấp áp 10E3006 và nước ngưng tụ được tách ra khỏi CO 2 thành phẩm trong bình 10V3003. CO 2 thành phẩm rời khỏi 10V3003 được suất đến phân xưởng Ure ở áp suất 0,18 bar. Dung dịch từ đáy của bình tách thấp áp được chia thành hai dòng : Phần lớn dung dịch được bơm dung dich bán thuần 10P3001 đưa tới phần dưới của tháp hấp thụ. Phần còn lại được chuyển đến tháp giải hấp để khử CO 2 bằng bơm chia dòng 10P3003A/B. Trước khi đi vào tháp giải hấp, dung dịch bán thuần 61 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  62. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương được gia nhiệt bằng dung dịch thuần đến từ đáy tháp giải hấp nhờ trao đổi nhiệt 10E3001. Giai đoạn tái sinh cuối cùng được thực hiện trong tháp giải hấp CO 2 10T3001 nơi mà CO 2 được khử bằng nhiệt, nhiệt cho yêu cầu này được tạo ra trong nồi đun tháp giải hấp nhờ vào dòng khí công nghệ. Lưu lượng của dung dịch bán thuần đi vào tháp giải hấp CO 2 được điều khiển bởi bộ điều khiển 10LIC3003, nhằm duy trì mực chất lỏng nhất định trong bồn đáy của tháp giả hấp CO 2 . Lưu lượng của dung dịch đến tháp hấp thụ CO 2 được dùng như tín hiệu điều khiển thuận nhằm đạt được sự điều khiển mực chất lỏng nhanh chóng. Mực chất lỏng quá thấp trong tháp giải hấp CO 2 sẽ ngắt nhóm an toàn khoá liên động IS-4 và sẽ ngưng toàn bộ các bơm trong công đoạn tách CO 2 . Mực chất lỏng quá cao trong tháp giải hấp CO 2 sẽ ngắt nhóm an toàn khoá liên động IS-5 và sẽ ngưng dòng chảy của khí công nghệ đến tháp hấp thụ CO 2 và dòng dung dịch thuần rời khỏi tháp hấp thụ CO 2 . Ap suất trong tháp giải hấp CO 2 được điều khiển gián tiếp trong bình tách thấp áp, thiết bị này được điều khiển bởi bộ điều khiển áp suất 10PIC3015. Lượng hơi nứơc đựơc sản suất trong nồi đun của tháp giải hấp CO 2 có thể được điều chỉnh nhờ đường bypast. Nhiệt độ CO 2 đã bão hoà hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải hấp ở khoảng 900C sẽ đi qua bình tách thấp áp. Hơi nước ngưng tụ sẽ làm tăng nhiệt độ trong bình tách thấp áp, kết quả là bình tách thấp áp làm việc tốt hơn. Trước khi được bơm đến đỉnh tháp hấp thụ bằng bơm dung dịch thuần 10P3002 A/B, dung dịch thuần từ đáy tháp giải hấp được làm nguội đến 500C nhờ trao đổi nhiệt 10E3001, bộ hâm nóng nước mềm 10E3004 và bộ làm nguội dung dịch thuần 10E3003. Khí nhả ra rừ bình tách cao áp đựơc đưa đến hệ thống khí 62 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  63. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương nhiên liệu reforming. Ra khỏi thiết bị hấp thụ CO2 bằng dung dịch MDEA, NH 3 đạt nông độ 99,85% và cấp cho xưởng Urea . 3.4.3.Tuần hoàn dung dich hấp thụ MDEA Hầu hết CO 2 được hấp thụ trong công đoạn hấp thụ bán thuần tại đáy của tháp hấp thụ CO 2 10T3002. Khí đầu vào tháp hấp thụ bình thường chứa đựng khoảng 18,2 (18,3)%mol khô và hàm lượng CO 2 tại đầu ra của phần đáy tháp hấp thụ là 5%mol khô. Lưu lượng và điều kiện của dung dịch bán thuần là hết sức quan trọng: lưu lượng quá thấp hoặc quá trình tái sinh không thích hợp sẽ gây ra quá tải cho đỉnh của tháp hấp thụ và khiến gia tăng sự rò rỉ CO 2 . Lưu lượng phải được duy trì ở mức ổn định tại tốc độ thiết kế là 1825 (1978) tấn/h. Phần CO 2 còn lại được hấp thụ bởi dung dịch thuần tại đỉnh của tháp hấp thụ. Hàm lượng CO 2 tối đa trong đầu ra phải là 500ppm. Lưu lượng và điều kiện của dung dịch thuần là cực kỳ quan trọng để đạt được một quá trình tách CO 2 theo ý muốn. Lưu lượng phải được duy trì ổn định tại tốc độ thiết kế là 331 (356) tấn/h. Mực chất lỏng trong bình 10V3001 không được điều khiển một cách tự động. Điều này có nghĩa là bình 10V3001 đóng vai trò như bình tích trữ dung môi trong toàn bộ công đoạn tách CO 2 . Mực chất lỏng phải được duy trì trong khoảng xác định. Nếu mực chất lỏng giảm hoặc tăng trong một khoảng thời gian ngắn, điều này thông thường chỉ ra rằng hàm lượng nước trong dung dịch đã vựơt ra khỏi cân bằng. Việc phân tích cần được tiến hành để xác định nguyên nhân, và sau đó, quyết định lựa chọn phương án hành đông. Nếu hàm lượng nước là ngoài mức cho phép, nhiệt độ đầu vào và đầu ra của công nghệ cần được kiểm tra và điều chỉnh tương 63 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  64. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương thích. Nếu mực chất lỏng là thấp và hàm lượng nước là bình thường, dung dịch make-up phải được đưa từ bồn chứa và bổ sung vào hệ thống. Dung dịch make-up đựơc bơm từ từ vào đáy của 10T3001 bơm 10P3005. Kiểm tra mực chất lỏng trong nồi hơi tháp chưng cất 10E3002 thường xuyên để đảm bảo một dòng dung môi ổn định đang đi qua phía vỏ của bộ trao đổi nhiệt. Một mực nước cao cho thấy rằng có sự nghẽn dòng đầu ra đi xuống đáy của tháp 10T3001. Một mực chất lỏng thấp chỉ ra rằng có sự chèn lắp ngược (back- storing) trên khay take-off trong tháp 10T3001, điều này có thể là một trong những nguyên nhân gây ra quá trình tái sinh không đủ. Sự chèn ngược như thế có thể bị gây ra do khiếm khuyết trong khay take-off hoặc do nghẽn dòng chất lỏng. Một dòng phụ của dung dịch thuần đuợc đưa từ phía sau của van 10FV3022 và dẫn qua bộ lọc cơ học10FL3001 trước khi bị khứ hồi ngược xuống phía dưới của van 10FV3022. Thông thường khoảng 10% lưu lượng dung dịch thuần sẽ đựơc dẫn đến các bộ lọc. Sử dụng các van cầu vận hành bằng tay trên đầu ra của bộ lọc để điều chỉnh lưu lượng, song không vượt quá độ giảm áp cho phép. Rửa bộ lọc cần được thực hiện theo cùng quy cách, sao cho sự thất thoát dung môi là thấp nhất. 3.4.4.Phân tích dòng nguyên liệu ra khoi bình hấp thụ CO2 Việc phân tích thường xuyên phải được thực hiện để xác định : Hàm lượng CO 2 Khối lượng riêng Hoạt tính sủi bọt Hàm lượng amine tổng cộng 64 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  65. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Hàm lượng MDEA và piperazine Sự hiện diện của các tạp chất như:Fe,Cr,và Ni Những đại lượng này có ảnh hưởng lớn đến công suất hấp thụ của dung dịch. Thành phần của các dung dịch giàu, thuần và bán thuần phải như sau: Thành phần Dung dịch Dung dịch bán Dung dịch giàu theo khối lượng thuần thuần CO 2 0,3 5,4 7,6 CO 0 0 1ppm H2 0 0 16ppm N2 0 0 40ppm CH4 0 0 1ppm Ar 0 0 <1ppm MDEA 37,6 35,0 34,4 Piperazine 3,0 2,8 2,7 H 2 O 59,1 56,8 55,4 3.4.5.C©n b»ng n­íc trong b×nh hÊp thô CO2: C©n b»ng n­íc trong c«ng ®o¹n t¸ch CO 2 phải được giám sát, do sự pha loãng của dung dịch sẽ làm giảm khả năng hấp thụ và do đó tăng lượng CO 2 thứa đầu ra. Tăng hàm lượng nước có thể được phát hiện thông qua việc phân tích dung dịch thường xuyên hoặc bằng cách tăng mực chất lỏng trong bình flash tháp ấp 10V3001. Theo thiết kế, cân bằng nước trong công đoạn tách ở mức thiếu hụt một chút. Điều này có nghĩa là một lượng nước nhỏ phải được bổ sung vào một cách liên tục. Điểm bổ sung nước được đặt ở trên đỉnh của tháp hấp thụ 10T3002, nhờ đó, khí công nghệ đi ra 65 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  66. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương được rửa và sự thất thoát dung dịch do cuốn theo khí và do bay hơi được giảm thiểu. Dòng nước bổ sung nên có lưu lượng khoảng 894 (980) kg/h. Cân bằng nước bị chi phối bởi nhiệt độ và áp suất của các dòng khí đi vào và đi ra khỏi hệ thống. Nếu hàm lượng nước tăng lên, các thao tác sau đây cần được xem xét: Giảm nhiệt độ khí công nghệ tại đầu vào của tháp hấp thụ bằng cách tăng công suất trong bộ trao đổi nhiệt 10E3002 và/hoặc 10E3005. Thải nước từ đầu ra của bình 10V3003 của hệ thống. Tuy nhiên, cần ghi chú rằng điều này sẽ dẫn đến những thất thoát amines. Nếu hàm lượng nước giảm xuống, các thao tác sau đây cần được xem xé : Tăng nhiệt độ khí công nghệ tại đầu vào của tháp hấp thụ bằng cách giảm công suất của bộ trao đổi nhiệt 10E3002 và/hoặc 10E3005 được cung cấp bởi đường bypass Tăng lưu lượng nước rửa đến đỉnh tháp 10T3002. 3.4.6. Hiện tượng cuốn CO2 vào trong khí công nghệ. Việc cuốn theo CO 2 từ đỉnh của tháp hấp thụ 10T3002 được cho biết nhờ điểm phân tích trực thuyến 10AI3021 và/hoặc bằng sự tăng nhiệt độ trong bình mêtan hoá. Phản ứng trong bình mêtan hoá là phản ứng toả nhiệt mạnh, nó có thể dẫn đến sự rối loạn nhiệt độ (khoảng 600C cho 1%mol CO 2 ). CO 2 dư ở dòng ra cần được giám sát một cách cẩn thận: nếu nó tăng lên, cần thiết phải thực hiện các thao tác sau đây: Kiểm tra tốc độ tuần hoàn của dung dịch, nhiệt độ và 66 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  67. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương điều chỉnh nếu cần thiết. Giảm tải khí công nghệ trên tháp hấp thụ bằng cách xả phía trứơc qua van 10HV3022. Kiểm tra áp suất trong công đoạn tái sinh và điều chỉnh nhờ bộ điều khiển 10PIC3015 nếu cần thiết. Bắt đầu phun dung dịch chống sủi bọt (nếu nghi ngờ tạo bọt độ giảm áp thông qua lớp vật liệu packing cần đựơc kiểm tra ). Hoặc nếu tất cả những thứ khác đều thất bại, ngừng máy công đoạn mêtan hoá. Một lượng dư CO 2 lớn trong dòng ra có thể do tốc độ tuần hoàn chất lỏng không đủ và/hoặc do quá trình tái sinh chất xúc tác dung môi không đầy đủ. Kiểm tra các điều kiện của quá trình, ví dụ tốc độ tuần hoàn, cân bằng năng lượng, nhiệt độ và áp suất. Nếu các điều kiện vận hành vào khoảng bình thường, phân tích các mẫu khí công nghệ lấy từ đầu ra của phần đáy tháp hấp thụ . Hiên tượng cuốn CO 2 vào phần trên đỉnh Nếu sự cuốn theo CO 2 được phát hiện là xảy ra chỉ ở phần trên đỉnh của tháp hấp thụ, phân tích dung dịch thuần. Tải CO 2 quá cao trong dung dịch thuần có thể do có vấn đề ở tháp chưng cất. Kiểm tra cân bằng năng lượng, sự vận hành của nồi đun và tốc độ tuần hoàn. Kiểm tra nồng độ CO 2 trong tháp chưng cất và giảm áp để xác định sự phân phối không đồng đều có thể xảy ra. Nếu tải CO 2 trong dung dịch thuần gần với mức thiết kế, vấn đề có thể là do quá trình truyền khối không đầy đủ trong phần đỉnh của tháp hấp thụ. Xác định hàm lượng piperazine, amine và MDEA tổng cộng. Kiểm tra độ giảm áp và xác định để xác định sự phân phối không đồng đều có thể xảy ra. 67 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  68. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương . Hiện tượng cuốn CO2 vào ở phần đáy Nếu việc cuốn CO 2 được thực hiện ở phần đáy của tháp hấp thụ, phân tích dung dịch bán thuần. Tải CO 2 quá lớn trong dòng bán thuần có thể do có vấn đề ở bình tách thấp áp. Kiểm tra áp suất, độ giảm áp và cân bằng năng lượng (ví dụ nhiệt từ tháp chưng cất). Nếu tải CO 2 dưới hoặc gần với mức thiết kế, vấn đề có thể là do quá trình truyền khối trong phần đáy không đủ. Xác định hàm lượng piperazine, amine và MDEA tổng cộng. Kiểm tra độ giảm áp và nồng độ để xác định sự phân phối không đồng đều có thể xảy ra. Hiện tượng tạo bọt trong bình hấp thụ CO2 Sự sủi bọt có thể xảy ra trong các tháp và các bình tách. Sự sủi bọt được phát hiện nhờ sự gia tăng bất thường của độ giảm áp qua các lớp vật liệu packing đi kèm theo hiện tượng các dòng khí không đủ độ tinh khiết cần thiết. Biện pháp đối phó ngay lập tức là một lượng nhỏ dung dịch chống sủi bọt được thêm vào đến các tháp và các bình tách đang có vấn đề. Sủi bọt là do sự nhiễm bẩn, hoặc do các hạt hoặc do tenside. Nhiễm bẩn do các hạt có đặc điểm là có phản ứng yếu với các chất chống sủi bọt và không có sủi bọt sau khi lọc. Nhiễm bẩn do tenside có đặc điểm là có hoạt tính tạo bọt sau khi lọc và có phản ứng mạnh mẽ đến chất chống tạo bọt. Nhiễm bẩn do các hạt có thể xảy ra do quá trình lọc ở dòng phụ (side stream) không đủ. Việc phân tích tấm lọc cần được thực hiện để xác định nguồn gốc nhiễm bẩn. Các hạt có thể có nguồn gốc từ việc làm sạch không kỹ càng, hoặc chúng có thể là các hạt bụi chất xúc tác từ các bình phản ứng phía trước hoặc từ các sản phẩm do ăn mòn. Điều tra để xác định nguyên nhân và sau đó đưa ra các biện pháp đối phó thích hợp. 68 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  69. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Nếu sự sủi bọt là do tenside, xác định chúng bằng cách phân tích dùng môi và khí đầu vào. Tenside có thể là sản phẩm phụ phía trên tháp hấp thụ hoặc ở trong chính dung môi. Một ví dụ của điều này là do các sản phẩm thoái hoá được tạo thành trong dung môi do nhiệt độ đường ống quá cao trong nồi hơi 10E3002 (tối đa la 1750C). Trong một số ít trường hợp, tenside có thể là dầu nhờn từ một trong các máy động trong công đoạn tách CO 2 . Nguyên nhân của sự sủi bọt không phải là vấn đề đáng bàn, điều quan trọng là đưa ra ngay biện pháp đối phó đối với nguồn bọt. 3.4.7.Sự thất thoát chất hoà tan (dung môi MDEA). Nếu sự thất thoát dung môi được phát hiện, nguyên nhân có thể nhất là do rò rỉ, ví dụ từ các phân bịt kín của bơm, đầu nối mặt bích , van Nếu không có sự rò rỉ nào được tìm thấy, sự thất thoát có thể là do bay hơi hoặc cuốn theo vào dòng khí công nghệ từ tháp 10T3002 hoặc dòng CO 2 thành phẩm. Nếu dung môi bị thất thoát cùng với khí thành phẩm, dòng nước rửa đến các khay trên đỉnh của tháp hấp thụ phải được kiểm tra Cũng để giảm thiểu sự thất thoát dung môi, một điều quan trọng là bộ lọc dòng phụ (side stream filter) trên đỉnh của tháp hấp thụ cần phải được kiểm tra. Và cũng để giảm thiểu sự thất thoát dung môi, một điều quan trọng là bộ lọc dòng phụ phải được rửa theo đúng quy cách. Nguyên nhân rất có thể của thất thoát theo dòng khí là do thiết bị tách sương tại đỉnh của các bình tương ứng bị khiếm khuyết hoặc hư hỏng. Vì lý do này, các thiết bị tách sương này phải được kiểm tra thường xuyên. Sự thất thoát theo dòng khí cũng có thể là do lưu lượng dòng khí qúa lớn đi qua các thiết bị tách sương. Tuy nhiên, một dòng khí với lưu lượng quá nhỏ đi qua thiết bị tách sương cũng có 69 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  70. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương thể là nguyên nhân của sự thất thoát kiểu này. 3.4.9.Hiện tượng ăn mòn trong bình hấp thụ CO2 Dung môi MDEA không có tính ăn mòn, không cần thêm chất chống ăn mòn vào dung môi này. Tuy nhiên, sự ăn mòn các phần của thép cacbon có thể xảy ra nếu hàm lượng amine tổng cộng đạt xuống mức rất thấp, do độ pH trong dung môi, khi được nạp với CO 2 có thể rất thấp. Cracking ăn mòn stress (SCC) cổ điển đối với thép không rỉ gây ra bởi clorit trong dung môi cũng có thể xảy ra. Tuy nhiên hai trường hợp này hiếm xảy ra và chưa từng được thấy trong các nhà máy . Ăn mòn do xói mòn có thể được tìm thấy trong các phần thép cacbon do vận tốc chất lỏng cao hoặc do các chất lỏng flasing. Hiện tượng này có thể xảy ra đặc biệt tại các khúc cua của ống hoặc các điểm nơi mà áp suất của chất lỏng được giảm một cách đáng kể. Điều này đã được quan tâm đến trong khi thiết kế, nếu các hướng dẫn vận hành được tuân thủ, sẽ không có những vấn đề như thế này xảy ra. Việc phân tích dung môi sẽ cho thấy hiện tượng ăn mòn, do nó cho thấy các thông số về hàm lượng Fe , Cr, và hoặc Ni trong dung dịch cao một cách bất thường. 3.4.10.Hiện tượng ứng suất cơ học trong bình hấp thụ CO2 Một lượng lớn chất lỏng được tuần hoàn liên tục trong công đoạn tách CO 2 . Những dòng này mang theo một lượng lớn động năng và cần phải cẩn thận trong việc xử lý điều này theo cung cách an toàn như sau: Việc mở hoặc đóng quá nhanh các van có thể gây hư hỏng đến các thiết bị (va chạm thuỷ lực). Kiểm tra rằng các đường ống được xiết chặt một cách an toàn với các vật nâng đỡ tai mọi lúc. Sự rung động gây ra 70 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  71. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương bởi sự thay đổi hướng dòng chảy và đặc biệt bởi việc tách chất lỏng sẽ có khuynh hướng nới lỏng các bu lông của đường ống. Chú ý đặc biệt đến các đường ống từ 10E3001 đến tháp 10T3001 và đường ống từ 10V3002 đến 10V3001. Hơn nữa, tuốcbin thuỷ lực 10HT3001, cần được kiểm tra thường xuyên tương thích với những hướng dần của nhà cung cấp thiết bị. 3.4.10.Chỉ tiêu công nghệ. Thiết bị hấp thụ CO 2 10T3002 Lưu thể Nhiệt độ 0C Ap suất (bar) Lưu lượng Dòng khí công nghệ vào 75 27,5 199980Nm3/h Dòng khí công nghệ ra 50 27,2 161780 Nm3/h Dòng nước nóng rửa khí 132 894kg/h Dòng nghèo MDEA vào 50 331tấn/h Dòng bán nghèo MDEA vào 73,4 1825tấn/h Dòng dịch giàu MDEA ra 82,3 2228 tấn/h Thiết bị tái sinh MDEA 10T3001 Lưu thể Nhiệt độ 0C Ap suất (bar) Lưu lượng 3 Dòng khí CO 2 ra 90,7 0,27 17826 Nm /h Dòng nghèo MDEA ra 112 331 tấn/h Dòng bán nghèo MDEA vào 102 356 tấn/h Thiết bị tách khí áp suất thấp 10V3001 Lưu thể Nhiệt độ 0C Ap suất (bar) Lưu lượng Dòng khí CO 2 ra 72,4 0,27 Dòng bán nghèo MDEA ra 73,4 2181 tấn/h Dòng MDEA vào 82 2227 tấn/h 71 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  72. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Dòng nước ngưng thu hồi 45 6476kg/h Dòng khí từ 10T-3001 vào 90,7 0,34 17826 Nm3/h Thiết bị tách khí áp suất cao 10V3002 Lưu thể Nhiệt độ 0C Ap suất (bar) Lưu lượng 3 Dòng khí CO 2 ra 82 5,5 1172 Nm /h Dòng dịch MDEA vào 82,3 5,9 2228 tấn/h Dòng MDEA ra 82 2227 tấn/h Thiết bị gia nhiệt cho tháp tái sinh 10E3002 Nhiệt độ dòng khí công nghệ vào (0C) 158 Áp suÊt dßng khÝ c«ng nghÖ (bar) 28,2 L­u l­îng dßng khÝ c«ng nghÖ (Nm3/h) 256307 NhiÖt ®é dßmg khÝ c«ng nghÖ ra (0C) 134 ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt gi÷a dßng dÞch MDEA ra vµ vµo thiÕt bÞ t¸i sinh 10E3001 NhiÖt ®é dßng MDEA b¸n nghÌo vµo (0C) 73,4 NhiÖt ®é dßng MDEA b¸n nghÌo vµo (0C) 1022 NhiÖt ®é dßng MDEA nghÌo vµo (0C) 256307 NhiÖt ®é dßng MDEA b¸n nghÌo ra (0C) 82,6 ThiÕt bÞ lµm l¹nh dßng dÞch MDEA nghÌo b»ng n­íc lµm l¹nh 10E3003 NhiÖt ®é dßng MDEA nghÌo vµo (0C) 75,8 NhiÖt ®é dßng MDEA b¸n nghÌo ra (0C) 50 ThiÕt bÞ lµm l¹nh dngf nghÌo b»ng BFW10E3004 72 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  73. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương NhiÖt ®é dßng MDEA nghÌo vµo (0C) 82,6 NhiÖt ®é dßng MDEA b¸n nghÌo vµo (0C 75,8 NhiÖt ®é dßng n­íc cÊp nåi h¬I vµo (0C) 45 NhiÖt ®é dßng n­íc cÊp nåi h¬i ra (0C) 52,2 ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt gi÷a dßng BFW vµ dßng khÝ c«ng nghÖ 10E3005 NhiÖt ®é dßng khÝ c«ng nghÖ vµo (0C) 134 NhiÖt ®é dßng khÝ c«ng nghÖ ra (0C 75 NhiÖt ®é dßng BFW vµo (0C) 52,2 NhiÖt ®é dßng BFW ra (0C) 102 ThiÕt bÞ t¸ch n­íc tõ dßng khÝ c«ng nghÖ 10V3004 NhiÖt ®é dßng n­íc ng­ng thu håi tõ phÇn 43,3 metan ho¸ vµo(0C) L­u l­îng thu håi (kg/h) 75636 NhiÖt ®é dßng khÝ c«ng nghÖ ra (0C) 52,275 L­u l­îng n­íc ng­ng ra (kg/h) 10274,5 NhiÖt ®é n­íc ng­ng ra (0C) 74,6 ThiÕt bÞ lµm l¹ng dßng khÝ CO 2 để tách nước 10E3006 0 Nhiệt độ dòng khí CO 2 vào ( C) 72,4 0 Nhiệt độ dòng khí CO 2 ra ( C) 45 ThiÕt bÞ t¸ch vµ thu håi n­íc ng­ng tõ dßng khÝ CO 2 10V3003 Nhiệt độ dòng khí ra (0C) 45 Ap suất dòng khí ra (bar) 0,18 73 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  74. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương Thành phần khí vào và ra khỏi công đoạn hấp thụ CO 2 Vị trí Vào 10T3002 Khí ra 10T3002 Khí ra 10V3002 Khí ra 10V3003 Đ/vị Nm 3 /h Mol% Nm 3 /h Mol% Nm 3 /h Mol% Nm 3 /h Mol% Khí H2 117509 59,55 117101 72,70 350 32,12 45 N2 41979 21,27 41889 26,01 71 6,52 7 0,02 CO 453 0,23 452 0,28 1 0,12 CO2 35829 18,16 81 0,05 663 60,89 35014 99,85 Ar 505 0,26 505 0,31 CH4 1048 0,53 1044 0,65 4 0,35 H2 O 58993 708 83 3073 Hệ thống bơm và turbine thuỷ lực - Bơm 10P3001A và turbine thuỷ lực 10HT3001: + Công suất : 10P3001A : 1830Kw/h 10HT3001 : 730Kw/h Hệ thống dầu bôi trơn: - Sau thiết bị lọc 10P3001A/FL1 A/B: Nhiệt độ đầu (0C) 49 Áp suÊt ®Çu (bar) 2,5 L­u l­îng (lÝt/phót) 58 - Tíi b«i tr¬n trôc b¬m : NhiÖt ®é (0C) 49 Áp suÊt (bar) 1,5  B¬m 10P3001B : + C«ng suÊt : 1830 Kw/h + HÖ thèng giµu b«i tr¬n : 74 Trường Đại học Mỏ - Địa chất
  75. Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Thị Hương - Sau thiÕt bÞ läc 10P3001 A/FL1 A/B NhiÖt ®é ®Çu (0C) 48 Áp suÊt ®Çu (bar) 2,5 L­u l­îng (lÝt/phót) 50 - T¬i b«i tr¬n trôc b¬m : NhiÖt ®é (0C) 49 Áp suÊt (bar) 1,5  B¬m 10P3002A/B - C«ng suÊt : 560 Kw/h  B¬m 10P3003A/B C«ng suÊt (kw/h) 80 Áp suÊt ®Çu hót (bar) min 2,21 bar,max 6,3bar Áp suÊt ®Çu ®Èy (bar) 4,69 L­u l­îng b¬m (m3/h) 437 Tèc ®é (rpm) 1450 HiÖu suÊt (%) 83,4 NhiÖt ®é (0C) 73  B¬m 10P3004A/B L­u l­îng dßng (m3/h) 11 Áp suÊt ®Çu hót (bar) min 0,39 bar, max 3,9bar Áp suÊt ®Çu ®Èy (bar) 4,56 Tèc ®é (rpm) 2900 HiÖu suÊt (%) 33,8 NhiÖt ®é (0C) 73  B¬m 10P3005 vµ 10P3007 : 75 Trường Đại học Mỏ - Địa chất