Tài liệu Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí Mô phỏng nhà máy Đạm Phú Mỹ bằng phần mềm Hysys

Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp không chỉ là một học phần đơn thuần mà còn là sự tổng kết những kiến thức mà sinh viên đã tiếp thu trên giảng đường Đại học trong suốt những năm là sinh viên. Đồ án tốt nghiệp cũng phản một phần năng lực của sinh viên sau khi rời giảng đường Đại học. Vì vậy, trong suốt thời gian thực hiện đồ án này chúng tôi luôn xác định tầm quan trọng và nổ lực hết mình để thực hiện nó. Ở đồ án tốt nghiệp này ngoài nổ lực bản thân, chúng tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất từ Thầy, Cô bộ môn “Công nghệ hóa học dầu và khí” thuộc khoa Hóa, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, cùng với các bạn sinh viên trong lớp 10H5. Đặc biệt, chúng tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân và PGS.TS.Nguyễn Đình Lầm về những quan tâm sâu sắc và sự chỉ đạo thường xuyên trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Vì thời gian có hạn và những điều kiện khách quan khác, bên cạnh đó đây là lần đầu tiên chúng tôi tiếp cận với đề tài khoa học nên không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của Thầy, Cô và các bạn sinh viên để hoàn thiện hơn đề tài này. Cuối cùng, chúng tôi chúc tất cả quý Thầy, Cô và các bạn sinh viên nhiều sức khỏe và thành công trong cuộc sống. Đà Nẵng, tháng 06 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí MỤC LỤC CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ.......2 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển.................................................................2 1.2. Địa điểm xây dựng mặt bằng nhà máy......................................................3 1.3. Công nghệ sở hữu.......................................................................................4 1.4. Nguyên liệu.................................................................................................4 1.5. Các loại sản phẩm.......................................................................................4 1.5.1. Sản phẩm chính Urea........................................................................4 1.5.2. Sản phẩm phụ Ammonia...................................................................5 1.6. Các phân xưởng trong nhà máy.................................................................5 1.6.1. Phân xưởng Ammonia......................................................................5 1.6.2. Phân xưởng Urea..............................................................................6 1.6.3. Phân xưởng phụ trợ...........................................................................6 CHƯƠNG 2. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC.................................7 2.1. Tổng quan về công nghệ.............................................................................7 2.1.1. Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac...............................................7 2.1.2. Công nghệ tổng hợp Amoniac..........................................................7 2.1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất Amoniac............................10 2.2. Phân xưởng sản xuất Amoniac.................................................................11 2.2.1. Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên.........................11 2.2.2. Chuyển hoá khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2............................12 2.2.3. Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp..........................................13 2.2.4. Tách CO2 từ hỗn hợp khí sau R-2005............................................14 2.2.5. Chuyển hóa thành Metan................................................................15 2.2.6. Chu trình tổng hợp Amoniac..........................................................16 2.2.7. Công đoạn làm lạnh bằng Amoniac...............................................17 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí 2.2.8. Công đoạn thu hồi khí NH3 và H2...................................................18 2.2.9. Hệ thống sản xuất hơi nước............................................................18 CHƯƠNG 3. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT UREA.......................................20 3.1. Giới thiệu về urea.....................................................................................20 3.1.1. Lịch sử phát triển............................................................................20 3.1.2. Tính chất của Urea..........................................................................20 3.2. Công nghệ urea.........................................................................................23 3.2.1. Tổng hợp urea và thu hồi NH3, CO2 cao áp...................................24 3.2.2. Tinh chế urea và thu hồi NH3, CO2 trung áp..................................27 3.2.3. Tinh chế urea và thu hồi NH3, CO2 thấp áp....................................30 3.2.4. Cụm cô đặc chân không và tạo hạt.................................................32 3.2.5. Xử lý nước ngưng quá trình...........................................................34 3.2.6. Xử lý nước thải...............................................................................35 3.2.7. Các hệ thống phụ trợ.......................................................................37 3.2.8. Hệ thống hơi....................................................................................37 3.2.9. Hệ thống nước rửa..........................................................................39 3.2.10. Các dòng thải lỏng và khí.............................................................40 CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG.......................42 4.1. Mục đích mô phỏng..................................................................................42 4.2. Giới thiệu chung về phần mền mô phỏng................................................42 4.3. Giới thiệu về Aspen Hysys.......................................................................43 4.5. Lựa chọn mô hình nhiệt động..................................................................46 CHƯƠNG 5. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG NH3.........................................47 5.1. Các quá trình mô phỏng...........................................................................47 5.2. Các thiết bị chính......................................................................................47 5.3. Tiến hành mô phỏng tính toán bằng Hysys..............................................48 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí 5.3.1. Chọn hệ đơn vị đo...........................................................................48 5.3.2. Chọn mô hình nhiệt động...............................................................48 5.3.3. Nhập cấu tử cho hệ.........................................................................48 5.3.4. Thiết đặt phản ứng cho quá trình....................................................50 5.3.5. Vào môi trường mô phỏng..............................................................50 5.3.6. Thiết lập dòng nguyên liệu.............................................................50 5.4. Các công đoạn của quá trình....................................................................51 5.4.1. Công đoạn xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu..............................51 5.4.2. Công đoạn chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2..........54 5.4.3. Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp........................60 5.4.4. Công đoạn tách CO2 bằng dung dịch MDEA................................64 5.4.5. Công đoạn Metan hóa.....................................................................67 5.4.6. Công đoạn tổng hợp Amoniac........................................................71 5.4.7. Công đoạn thu hồi khí NH3 và H2.................................................81 5.4.8. Hệ thống sản xuất hơi nước............................................................85 CHƯƠNG 6. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG UREA.....................................86 6.1. Các quá trình và khu vực mô phỏng........................................................86 6.1.1. Các quá trình mô phỏng..................................................................86 6.1.2. Các thiết bị chính............................................................................86 6.2. Chọn hệ đơn vị và mô hình nhiệt động trên Hysys.................................87 6.2.1 Chọn hệ đơn vị đo............................................................................87 6.2.2. Chọn mô hình nhiệt động...............................................................88 6.2.3. Nhập cấu tử cho hệ.........................................................................91 6.3. Mô phỏng các cụm phân xưởng...............................................................91 6.3.1 Mô phỏng cụm nén khí CO2............................................................91 6.3.2. Khu vực phản ứng và thu hồi áp suất cao......................................93 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí 6.3.3. Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 áp suất trung bình................96 6.3.4. Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 áp suất thấp........................100 6.3.5. Cụm cô đặc chân không................................................................103 6.3.6. Khu vực xử lý nước ngưng...........................................................105 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Mặt bằng nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ................................9 Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát các phân xưởng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ.....13 Hình 2.2. Sơ đồ các công đoạn sản xuất trong phân xưởng Amoniac............15 Hình 2.3. Sơ đồ cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên......17 Hình 2.4. Sơ đồ cụm chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2...........18 Hình 2.5. Sơ đồ cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp.........................19 Hình 2.6. Sơ đồ cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA.................................20 Hình 2.7. Sơ đồ cụm chuyển hóa thành Metan...............................................21 Hình 2.8. Sơ đồ chu trình tổng hợp Amoniac.................................................22 Hình 3.1. Sơ đồ PFD của cụm nén CO2..........................................................33 Hình 3.2. Sơ đồ PFD của cụm phản ứng và thu hồi cao áp............................33 Hình 3.3. Sơ đồ PFD của cụm phân hủy và thu hồi trung áp.........................36 Hình 3.4. Sơ đồ PFD cụm phân hủy và thu hồi thấp áp.................................37 Hình 3.5. Sơ đồ PFD của cụm cô đặc chân không.........................................39 Hình 3.6. Sơ đồ PFD của cụm tạo hạt.............................................................40 Hình 3.7. Sơ đồ PFD của cụm xử lý nước ngưng...........................................41 Hình 4.1. Chọn hệ phương trình nhiệt động trong Hysys...............................50 Hình 4.2. Lựa chọn cấu tử trong Hysys..........................................................51 Hình 4.3. Môi trường mô phỏng trong Hysys.................................................51 Hình 5.1. Sơ đồ mô phỏng cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu..............59 Hình 5.2. Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa khí thiên nhiên..........................61 Hình 5.3. Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp.......68 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Hình 5.4. Sơ đồ mô phỏng cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA................73 Hình 5.5. Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa thành Metan.............................75 Hình 5.6. Sơ đồ mô phỏng điều chỉnh tỷ lệ H2/N2..........................................80 Hình 5.7. Sơ đồ mô phỏng quá trình nén khí .................................................82 Hình 5.8. Sơ đồ mô phỏng chu trình tổng hợp Amoniac................................85 Hình 5.9. Sơ đồ mô phỏng quá trình thu hồi Amoniac...................................91 Hình 5.10. Sơ đồ mô phỏng quá trình sản xuất hơi nước...............................93 Hình 6.1. Sơ đồ chung quá trình mô phỏng phân xưởng Urea.......................95 Hình 6.2. Sơ đồ mô phỏng cụm nén CO2......................................................101 Hình 6.3. Sơ đồ mô phỏng khu vực tổng hợp Urea......................................103 Hình 6.4. Sơ đồ mô phỏng cụm thu hồi trung áp..........................................105 Hình 6.5. Sơ đồ mô phỏng cụm phân hủy trung áp......................................106 Hình 6.6. Cụm phân hủy áp suất thấp...........................................................109 Hình 6.7. Thiết bị tiền cô đặc chân không....................................................109 Hình 6.8. Cụm thu hồi thấp áp......................................................................110 Hình 6.9. Sơ đồ mô phỏng thiết bị cô đặc.....................................................112 Hình 6.10. Sơ đồ mô phỏng cụm xử lý nước ngưng.....................................114 DANH MỤC BẢNG Bảng 5.1. Thành phần, lưu lượng các dòng nguyên liệu vào quá trình..........55 Bảng 5.2. So sánh dòng H2 hồi lưu..................................................................59 Bảng 5.3. So sánh quá trình Reforming sơ cấp...............................................64 Bảng 5.4. Các thông số vận hành của thiết bị Reforming sơ cấp...................65 Bảng 5.5. So sánh quá trình Reforming thứ cấp.............................................66 Bảng 5.6. Thông số vận hành của thiết bị Reforming thứ cấp.......................66 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Bảng 5.7. So sánh quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao..........................70 Bảng 5.8. So sánh quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp.........................71 Bảng 5.9. So sánh quá trình tách CO2.............................................................74 Bảng 5.10. Các thông số vận hành của thiết bị Metan hóa.............................77 Bảng 5.11. So sánh thiết bị V-3011.................................................................78 Bảng 5.12. Kết quả mô phỏng quá trình điều chỉnh tỷ lệ H2/N2.....................81 Bảng 5.13. Kết quả mô phỏng của quá trình nén khí make up gas................83 Bảng 5.14. So sánh thiết bị tổng hợp Amoniac...............................................87 Bảng 5.15. Số liệu thiết kế của các dòng sản phẩm........................................88 Bảng 5.16. So sánh thành phần, lưu lượng của các dòng sản phẩm...............88 Bảng 5.17. So sánh tháp T-5051......................................................................91 Bảng 5.18. So sánh tháp T-5052......................................................................92 Bảng 6.1. Các tính chất dòng vào.................................................................100 Bảng 6.2. Thông số của các máy nén............................................................100 Bảng 6.3. Các thông số thiết bị trao đổi nhiệt...............................................100 Bảng 6.4. Các tính chất dòng sản phẩm CO2................................................101 Bảng 6.5. Các tính chất dòng vào.................................................................102 Bảng 6.6. Kết quả dòng 13............................................................................103 Bảng 6.7. Kết quả dòng 17............................................................................104 Bảng 6.8. Các tính chất dòng NH3 nguyên liệu.............................................105 Bảng 6.9. Kết quả dòng Ammonia to Synthesis...........................................106 Bảng 6.10. Kết quả dòng Vent.......................................................................107 Bảng 6.11. Kết quả dòng Urea Solution.......................................................107 Bảng 6.12. Kết quả dòng Offgas...................................................................108 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Bảng 6.13. Kết quả dòng Off Gas to V1006.................................................110 Bảng 6.14. Kết quả dòng Urea solution to V1004........................................110 Bảng 6.15. Kết quả dòng Urea solution to E1014........................................110 Bảng 6.16. Kết quả dòng Offgas...................................................................111 Bảng 6.17. Kết quả dòng Bottom..................................................................112 Bảng 6.18. Kết quả dòng To treatment A......................................................112 Bảng 6.19. Kết quả dòng To treatment B......................................................112 Bảng 6.20. Kết quả dòng Prilling Section.....................................................113 Bảng 6.21. Dòng nước thải đi ra từ hệ thống xử lý chân không...................113 SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí LỜI NÓI ĐẦU Việc sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất phân đạm đã được Đảng và Chính phủ quan tâm. Do nguồn nguyên liệu chính để sản xuất phân bón có nguồn gốc từ dầu mỏ. Chính vì vậy, khi giá dầu mỏ tăng sẽ tác động đến đầu vào của ngành và gián tiếp tăng chi phí vận chuyển và nhập khẩu phân bón. Nhà máy đạm Phú Mỹ là một khâu quan trọng trong chương trình Khí – Điện Đạm và là một chủ trương lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ, Trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn. Nhà máy đạm Phú Mỹ là nhà máy phân bón lớn và hiện đại đầu tiên của Tổng công ty dầu khí Việt nam, nhằm đảm bảo sự ổn định và chủ trương cung cấp phân đạm cho phát triển nông nghiệp, góp phần quan trọng đảm bảo an ninh lương thực, thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí Amoniac và công nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân Urê. Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là Ammoniac và Urê. Chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp. Với đề tài: “Mô phỏng nhà máy Đạm Phú Mỹ bằng phần mềm Hysys”. Trong quá trình hoàn thành báo cáo, với vốn kiến thức còn hạn chế, điều kiện đi thực tế chưa có nên gặp không ít khó khăn, do đó báo cáo trình bày không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn đọc để bài báo cáo đồ án của chúng Tôi được hoàn thiện hơn. Đà Nẵng, tháng 06 năm 2015 Nhóm sinh viên thực hiện SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 1.1. Lịch sử hình thành và phát triển Việc sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất phân đạm đã được Đảng và Chính phủ quan tâm từ lâu. Nhà máy đạm Phú Mỹ là một khâu quan trọng trong chương trình Khí – Điện – Đạm và là một chủ trương lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ, Trũng Cửu Long và Nam Côn Sơn. Nhà máy Ðạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần phân đạm và Hoá chất Dầu khí, được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu. Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD, có diện tích 63 ha, là nhà máy đạm đầu tiên trong nước được xây dựng theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một trong những nhà máy hoá chất có dây chuyền công nghệ và tự động hoá tiến tiến nhất ở nước ta hiện nay. Cung cấp 40% nhu cầu phân urea trong nước, Ðạm Phú Mỹ có vai trò rất lớn trong việc tự chủ nguồn phân bón trong một nước nông nghiệp như Việt Nam. Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ ra để nhập phân bón từ nước ngoài về là rất lớn trong khi nguyên liệu để sản xuất phân urea là nguồn khí đồng hành (Associated Gas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên (Natural Gas) được phát hiện rất nhiều ở phía Nam. Sản phẩm của Nhà máy Ðạm Phú Mỹ hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trên thị trường trong nước, đặc biệt tại vựa lúa đồng bằng sông Cửu Long. Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp đồng EPCC (Chìa khóa trao tay) giữa Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Ammoniac với Haldoe Topsoe (công suất 1.350 tấn/ngày) và công nghệ sản xuất urea với Snamprogetti (công suất 2.200 tấn/ngày). + Khởi công xây dựng nhà máy: 03/2001. + Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003 + Ngày ra sản phẩm ammonia đầu tiên: 04/2004. + Ngày ra sản phẩm urea đầu tiên: 04/06/04. SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí + Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004. + Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004. Kể từ thời điểm những lô sản phẩm chính thức đầu tiên của Tổng công ty được đưa ra thị trường với thương hiệu Đạm Phú Mỹ, Tổng công ty đã thực hiện tốt nhiệm vụ vận hành sản xuất, nhập khẩu, kinh doanh, đạt các mục tiêu với kết quả cao và đóng góp quan trọng cho ngành dầu khí cũng như nền nông nghiệp nước nhà. Hiện nay, Tổng Công ty đang cung cấp cho thị trường trong nước khoảng 40% nhu cầu phân đạm urea (tổng nhu cầu sử dụng phân đạm urea cả nước bình quân khoảng 1.6 – 1.8 triệu tấn/năm) và 40% nhu cầu khí ammonia lỏng được sản xuất từ nhà máy Đạm Phú Mỹ. 1.2. Địa điểm xây dựng mặt bằng nhà máy Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ được xây dựng trong Khu công nghiệp Phú Mỹ-Huyện Tân Thành-Tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu với diện tích qui hoạch 63ha. Hình 1.1. Mặt bằằng nhà máy sản xuấất phấn đạm Phú Myỹ SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí 1.3. Công nghệ sở hữu Công nghệ Haldor Topsoe - Đan mạch: Cho phân xưởng amoni với 1350 tấn NH3/ngày. Công nghệ SnamProgetti - Italia: Cho phân xưởng urea với 2200 tấn urea/ngày. 1.4. Nguyên liệu Nguyên liệu chính của nhà máy là khí đồng hành Bạch Hổ, ngoài ra có thể sử dụng khí thiên nhiên từ bồn Trũng Nam Côn Sơn và các bể khác thuộc lục địa phía Nam. Lượng khí tiêu thụ cho nhà máy khoảng: 53 – 54 triệu m3/năm. Đặc tính và thành phần khí: - Nhiệt độ: 18-360C Áp suất: 40 bar. Trọng lượng phân tử: 18.68 g/mol. Thành phần: C1 = 83.31%, C2 = 14.56%, C3 = 1.59% iC4 = 0.107%, nC4 = 0.109%. 1.5. Các loại sản phẩm 1.5.1. Sản phẩm chính Urea - Công suất: 2200 tấn/ngày Cỡ hạt: 1.4 – 2.8 mm (> 90%) Hàm lượng N: > 46.3% Độ ẩm: < 0.4% Hàm lượng biureat: < 1% Urea là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH 2)2, ở nhiệt độ thường urea không màu, có mùi vị đặc trưng, tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 135o C , tỷ trọng khoảng 1.323. Urea thủy phân chậm tạo thành Ammonium Carbamate sau đó phân hủy thành NH 3 và CO2, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm phân bón. Trong công nghiệp Urea được tổng hợp từ NH 3 lỏng và CO2 khí ở nhiệt độ và áp suất cao. 1.5.2. Sản phẩm phụ Ammonia SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Ammonia chủ yếu dùng để tổng hợp Urea, lượng thừa ra được đưa về bồn chứa, công suất 1350 tấn/ngày. Ammonia là chất khí có công thức phân tử NH 3, hóa lỏng ở điều kiện áp suất thường và nhiệt độ thấp (khoảng –320C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất cao (khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng, độc, nặng hơn không khí, nên rất nguy hiểm khi bị rò rỉ với lượng lớn. 1.6. Các phân xưởng trong nhà máy 1.6.1. Phân xưởng Ammonia Sản xuất NH3 và CO2 làm nguyên liệu để tổng hợp Urea, gồm các công đoạn sau: • Công đoạn khử lưu huỳnh: Chuyển hóa hợp chấất của lưu huỳnh từ dạng hữu cơ (mercaptan) thành lưu huỳnh vô cơ (khí H2S). Sau đó, H2S được hấấp thụ bằằng ZnO trong tháp hấấp thụ R – 2002 A/B. • Công đoạn Reforming: gôằm có Reforming sơ cấấp và Reforming thứ cấấp, nhằằm chuyển hóa toàn bộ C2+ thành hôỗn hợp khí CO, CO2, và H2. • Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấấp: chuyển hóa gấằn như hoàn toàn CO thành CO2. • Công đoạn khử CO2 bằằng phương pháp hấấp thụ sử dụng dung môi MDEA, nhằằm chuẩn bị hổn hợp khí H2 và N2 để tổng hợp Ammonia và cung cấấp khí nguyên liệu CO2 cho quá trình tổng hợp Urea. • Công đoạn methan hóa: nhằằm chuyển hóa phấằn dư khí CO và CO2 còn lại trong khí tổng hợp để khỏi gấy ngộ độc cho chấất xúc tác trong thiêất bị tổng hợp ở quá trình sau. • Công đoạn tổng hợp NH3: nhằằm cung cấấp NH3 cho quá trình tổng hợp Urea. Phản ứng tổng hợp được têấn hành trong thiêất bị phản ứng dưới tác dụng của xúc tác Fe, các oxit của Fe, kèm theo một chu trình lạnh nhằằm thu NH 3 tnh khiêất. 1.6.2. Phân xưởng Urea Nhằm sản xuất Urea – là sản phẩm chính của nhà máy từ nguyên liệu chính là CO2 và NH3 đến từ phân xưởng Ammonia của nhà máy. Bao gồm các quá trình sau: SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp - Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Tổng hợp Urea và thu hồi NH3, CO2 cao áp. Tinh chế Urea và thu hồi NH3, CO2 trung áp và thấp áp. Cô đặc Urea. Tạo hạt. 1.6.3. Phân xưởng phụ trợ Các quá trình phụ trợ nhằm mục đích cung cấp điện, nước, N 2 …đảm bảo cho nhà máy hoạt động bình thường. Bao gồm các quá trình phụ trợ sau: - Sản xuất điện và hơi cao áp. Sản xuất N2. Hệ thống nước làm mát River. Hệ thống nước làm mát Fresh. Hệ thống xử lý nước thải. Hệ thống xử lý nước Demi. Và nhiều quá trình khác. SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí CHƯƠNG 2. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC 2.1. Tổng quan về công nghệ 2.1.1. Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac Hình 2.2. Sơ đồằ tổng quát các phấn xưởng trong nhà máy Đ ạm Phú Myỹ 2.1.2. Công nghệ tổng hợp Amoniac 2.1.2.1. Nguyên liệu Nguồn nguyên liệu chủ yếu là khí thương phẩm từ nhà máy chế biến khí Dinh cố. Thành phần khí nguyên liệu ngoài Methane (CH 4) là chủ yếu (~ 84% mol) ngoài ra còn có Etane (C2H6), Propane (C3H8) và Butane (C4H10). Nguồn phụ trợ khác: • Nguôằn N2 Khí Nitơ lấy từ không khí là chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm khoảng 78% thể tích trong khí quyển, có T s = -195.80C, Tnc= - 219.860C, ít tan trong nước và các dung môi hữu cơ, không duy trì sự sống và sự cháy. Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, nitơ là nguyên liệu để tổng hợp NH3. • Nguôằn H2 Hydro là một chất khí không màu, không mùi ở điều kiện thường,T nc=-259.10C, Ts=-252.60C. Khí Hydro nhẹ có độ linh động lớn dễ khuyếch tán qua các thành kim SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí loại như Ni, Pt, Pd …Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, Hydro được tạo ra nhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước và là nguyên liệu để tổng hợp NH3. • Nguôằn CO2 Khí CO2 là chất khí không màu, nặng hơn không khí, không duy trì sự sống động vật nhưng là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa. Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO2 là nguyên liệu để tổng hợp Urê, được điều chế từ công đoạn Reforming khí thiên nhiên. 2.1.2.2. Sản phẩm Amoniac tổng hợp, chủ yếu dùng để sản xuất Urê, lượng còn dư đưa về bồn chứa. Công suất 1350 tấn NH3/ngày. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm: - NH3 (%wt) H2O (%wt) Oil (ppm wt) 99.8 min. 0.2 max. 5 max. 2.1.2.3. Các xưởng công nghệ Phân xưởng sản xuất Ammonia: sử dụng công nghệ của Haldor Topsoe, Đan mạch, gồm các công đoạn chính sau: - Làm sạch khí nguyên liệu khỏi các hợp chất lưu huỳnh Reforming sơ cấp Reforming thứ cấp Chuyển hóa CO Tách CO2 Metan hóa Tổng hợp Amoniac Làm lạnh và thu hồi Amoniac SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Hình 2.3. Sơ đồằ các cồng đoạn sản xuấất trong phấn xưởng Amoniac Hydrocacbon nguyên liệu được khử lưu huỳnh đến nồng độ vài ppb (<5ppb) trong bộ phận khử lưu huỳnh. Hydrocacbon nguyên liệu đã được khử lưu huỳnh được reforming bằng cách đưa hơi nước và không khí vào trong khí nguyên liệu. Khí sản phẩm chứa chủ yếu là Hydro, Nitơ, CO, CO2 và hơi nước. Trong bộ phận tinh lọc khí, CO trước hết được chuyển hóa thành CO 2. Sau đó, CO2 được loại bỏ khỏi khí tổng hợp trong khu vực tách CO2 bằng MDEA. CO và CO2 dư trong khí tổng hợp đi ra khỏi bộ phận tách CO 2 được chuyển hóa thành methan tại thiết bị methan hóa trước khi vào vòng tổng hợp. Khí tổng hợp đã qua tinh lọc được nén và sau đó dẫn đến vòng tổng hợp amoniac, nơi mà nó được chuyển hóa thành amoniac. Nhằm giới hạn sự tích tụ của khí argon và metan trong vòng tổng hợp, một dòng purge được thiết lập. Amoniac thành phẩm dưới dạng lỏng được giảm áp trong khi các khí hòa tan, khí let-down và khí trơ được tách ra. SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp Công nghệ Hóa học Dầu và Khí 2.1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất Amoniac • Phản ứng Reforming sơ cấấp: 1. CnHm + H2O = Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q 2. CH4 + H2O = CO + 3H2 – Q CO + H2O = CO2 + H2 + Q Phản ứng (1) miêu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao sẽ chuyển hóa từng bậc xuống thành những hydrocacbon bậc thấp, và cuối cùng thành phân tử metan, và được chuyển hoá như trong phản ứng (2). Đối với hydrocacbon bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở 5000C và đối với metan ở 6000C. - Nhiệt độ : 5350C Áp suất: 34.8 barg Xúc tác : Ni Tỷ lệ phần Mol : Hơi nước/Cacbon = 2.8 • Phản ứng Reforming thứ cấấp: (nhằằm chuyển hóa hoàn toàn lượng Metan còn dư sau phản ứng Reforming sơ cấấp) 3. CH4 + 3/2O2 = CO + 2H2O 4. CH4 + 2O2 - = CO2 + 2H2O Xúc tác: Ni (Niken) Nhiệt độ : khoảng 700 - 9000C Áp suất : 33 barg Tỷ lệ phần Mol : Không khí/Cacbon = 3 • Phản ứng chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấấp: (nhằằm chuyển hóa CO thành CO2) 5. CO + H2O = CO2 + H2 - Xúc tác : Fe3O4 + Cr2O3/Fe3O4 + CuO Nhiệt độ : Cao/Thấp = 360/1900C Áp suất : 35 barg • Phản ứng Metan hóa: 6. CO + 3H2 = CH4 + H2O 7. CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O - Xúc tác : Ni SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân Đồ Án Tốt Nghiệp - Công nghệ Hóa học Dầu và Khí Nhiệt độ : 3000C Áp suất : 27 barg • Phản ứng tổng hợp Amoniac 8. N2 + 3H2 = 2NH3 - Xúc tác : Fe Nhiệt độ : 2540C Áp suất : 140 barg Tỷ lệ phần Mol: H2/N2 = 3 2.2. Phân xưởng sản xuất Amoniac 2.2.1. Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên Hình 2.4. Sơ đồằ cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên Khí nguyên liệu từ đường ống cấp khí Bạch Hổ được đưa vào máy nén khí K4011 để đảm bảo áp suất của khí đầu vào khoảng 40 barg, sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ 3500C ở thiết bị E-2004-2 bằng nhiệt tận dụng của công đoạn Reforming sơ cấp trước khi đưa vào thiết bị Hydro hóa R-2001. Tại đây xảy ra phản ứng: RSH + H2 = RH + H2S trên nền xúc tác Co-Mo ở nhiệt độ 400 0C, áp suất 38.2 barg (H2 của quá trình được cấp từ máy nén khí tổng hợp K-4031). Khí H2S thoát ra sau phản ứng Hydro hóa được đưa qua thiết bị hấp phụ R-2002 A/B, tại đây xảy ra quá trình hấp phụ H2S bằng chất hấp phụ ZnO. Khí sau quá trình sẽ loại bỏ được phần lớn thành phần các hợp chất lưu huỳnh nhằm tránh làm ngộ độc xúc tác tổng hợp Amoniac...trong các giai đoạn sau. SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân