Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Miêu tả tóm tắt sơ đồ công nghệ

Miêu tả tóm tắt sơ đồ công nghệ

Tải bản đầy đủ - 0trang

Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



MDEA. Dung dị ch MDEA sau khi hấ p thụ CO2 sẽ đượ c nhả hấ p thụ (12),

(13), (14).

- CO và CO2 còn lại trong khí đầu ra cụm tách CO2 được chuyển hóa

thành CH4 trong thiết bị methan hóa (15) bằng phản ứng với H2 trước khi khí

tổng hợp đi vào cụm tổng hợp ammonia.

- Khí tổng hợp được nén sau đó được đưa vào tháp tổng hợp Ammonia

(16), tại đây xảy ra phản ứng tổng hợp Ammonia.

.

II. Các công đoạn chính

2.1 Khử lưu huỳnh

2.1.1 Cơng nghệ tổng qt

Khí ngun liệu NG chứa 15ppm về thể tích các hợp chất lưu

huỳnh.Nguồn khí ngun liệu dự phòng có thể chứa tới 55 ppm. Do xúc tác

reforming sơ cấp và chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp rất nhạy cảm với S, nên

dòng NG phải được khử S trước khi vào Reforming sơ cấp.

Do khí nguyên liệu chứa lưu huỳnh ở 2 dạng H2S (Vô cơ) và các hợp chất

hữu cơ chứa lưu huỳnh nên công đoạn khử lưu huỳnh được thực hiện theo hai

bước. Các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh được chuyển thành H2S trong thiết bị

hydro hóa (R04201), sau đó H2S được hấp thụ trong tháp hấp thụ R04202A/B.

Sau cơng đoạn khử lưu huỳnh hàm lượng S trong khí nguyên liệu đạt <

0.05ppm.

2.1.2 Hydro hóa

Xúc tác thứ nhất (TK-250) trong cụm khử lưu huỳnh là CobanMolypden.

TK-250 được dùng cho phản ứng hydro hoá.

11



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



Các phản ứng xảy ra như sau:

RSH + H2<=>RH + H2S

R1SSR2+ 3H2<=>R1H + R2H + 2H2S

R1SR2+ 2H2<=> R1H + R2H + H2S

(CH)4S+ 4H2<=>C4H10+ H2S

COS + H2<=>CO+ H2S

Trong đó R- là gốc hydrocacbon.

Xúc tác hydro hóa khơng được tiếp xúc với hydrocarbon mà khơng có

mặt của H2. Hậu quả có thể là độ chuyển hóa lưu huỳnh hữu cơ giảm, dẫn

đến dò rỉ S tới cụm Reforming cao.

Trong trường hợp có sự hiện diện của CO và CO2 trong thành phần khí

tự nhiên vào R04201, sẽ xảy ra các phản ứng sau:

CO2+ H2↔CO + H2O

CO2+ H2S ↔COS +H2O

Vì thế, sự hiện diện của CO, CO2 và H2O ảnh hưởng đến hàm lượng

lưu huỳnh dư trong dòng khí cơng nghệ đi ra khỏi các cụm khử lưu huỳnh.

2.3.1.3 Hấp phụ H2S

Khí tự nhiên đã hydro hoá được đưa vào các tháp hấp phụ lưu huỳnh

R04202A/B.

Hai tháp hấp phụ lưu huỳnh, được đặt nối tiếp nhau, và hồn tồn

giống nhau. R04202B đóng vai trò bảo vệ trong trường hợp xảy ra sự dư lưu

huỳnh khi ra khỏi bình R04202 - A hoặc trong trường hợp R04202A được cô

lập để thay thế chất xúc tác. Trong mỗi tháp có chứa một lớp chất xúc tác

HTZ-3 (ZnO). Nhiệt độ vận hành bình thường là khoảng 350 0C. Kẽm oxit

12



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



phản ứng với H2S và COS theo các phản ứng thuận nghịch sau đây:

ZnO +H2S ↔ZnS + H2O

ZnO +COS ↔ZnS + CO2

Chất xúc tác không phản ứng với oxy hoặc hydro tại bất cứ nhiệt độ

nào.

Kẽm sulphide khơng có tính tự bốc cháy nên khơng có u cầu đặc biệt khi

tháo dỡ xúc tác.

Hơi nước công nghệ không đượ c quá cao khi đi vào trong R04202A/B,

vì ZnO sẽ bị hydrat hóa và nó khơng thể tái sinh trở lại ZnO trong thiết bị

phản ứng.



2.2 Công đoạn reforming

2.2.1 Mô tả cơng nghệ tổng qt

Trong cụm reforming, khí đã khử lưu huỳnh được chuyển hóa thành khí

tổng hợp nhờ q trình reforming xúc tác hỗn hợp khí NG, với hơi nước và

khơng khí.

Q trình reforming hơi nước có thể được mơ tả theo các phản ứng sau

đây:

CnH2n+2 +



H2O ↔



Cn-1H2n + CO + 2H2 – Q (1)



CH4



2H2O







+



+



H2O ↔



CO



CO2+ H2O +



+ 3H2 –

Q



Q



(2)CO



(3)



Phản ứng (1) miêu tả phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao chuyển

hóa từng bậc xuống thành hydrocacbon bậc thấp hơn, và cuối cùng thành phần

từ metan như trong phản ứng (2).

Nhiệt phát ra từ phản ứng (3) rất nhỏ so với nhiệt cần cấp cho phản ứng

(1) và (2) .

13



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



2.2.2 Nhiệt phản ứng.

Trong reformer sơ cấp, nhiệt cần thiết cho phản ứng Rerforming được

cung cấp gián tiếp từ lò đốt. Trong reformer thứ cấp, nhiệt được cung cấp

trực tiếp từ quá trình cháy của hỗn hợp khí với khơng khí.

Q trình đưa khơng khí vào R04203 đồng thời cũng cung cấp N 2 cho

quá trình tổng hợp Ammonia. Tỉ lệ H2/N2 trong khí tổng hợp được duy trì

gần bằng 3, lượng khơng khí được giữ cố định. Nói chung, việc điều chỉnh

cơng suất ở reforming sơ cấp để điều chỉnh phản ứng reforming và hàm

lượng metan ra khỏi reforming sơ cấp (R04203).

2.2.3 Reformer sơ cấp

Bước đầu tiên của công đoạn reforming hơi nước được thực hiện trong

thiết bị reforming sơ cấp F04201.

Hỗn hợp khí tự nhiên và hơi nước được gia nhiệt tới nhiệt độ 535oC trước

khi đi vào F04201. Khí cơng nghệ được dẫn vào các ống xúc tác thẳng đứng

theo hướng từ trên xuống dưới. Nhiệt cung cấp cho phản ứng được bức xạ từ các

đầu đốt đặt trên tường lò tới ống xúc tác.

Để đảm bảo cháy hoàn toàn nhiên liệu, các đầu đốt được vận hành với

lượng khơng khí dư là 10%, tương ứng với 2% oxi dư trong khói thải.

Hydrocarbon trong nguyên liệu tới reforming sơ cấp được chuyển hóa

thành H2 và oxit carbon. Khí đi ra từ reforming sơ cấp chứa xấp xỉ 14% metan,

nhiệt độ đầu ra là 7830C.

Reforming sơ cấp có tổng cộng 150 ống xúc tác được lắp trong hai buồng

bức xạ. Phần trên cùng của ống được nạp xúc tác RK-211 và RK-201, phần đáy

của ống được nạp xúc tác R-67-7H.



14



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



Xúc tác đã được khử bền trong khơng khí tới nhiệt độ 80 oC. Nếu tiếp xúc

với khơng khí ở nhiệt độ cao hơn xúc tác sẽ bị oxi hóa. Tuy nhiên nhiệt độ

khơng gây tác động xấu đến xúc tác.

2.2.4 Reformer thứ cấp

Trong thiết bị reforming thứ cấp, khí cơng nghệ được trộn với khơng khí

đã được gia nhiệt. Một phần, quá trình cháy diễn ra trên đỉnh của R04203 tạo ra

sự tăng nhiệt độ lớn. Từ buồng đốt khí cơng nghệ đi xuống tầng xúc tác tại đây

xảy ra phản ứng reforming.

Nhiệt độ khí cơng nghệ rời khỏi R04203 khoảng 9530C và hàm lượng

metan là 0.6 % mole.

Khí rời khỏi R04203 chứa khoảng 13.7% mol CO và 8.5% mol CO2 vì

vậy tồn tại khả năng tạo carbon:

2CO  CO2 + C



(Dạng muội than)



Nhiệt độ thấp nhất cho phản ứng trên là 650 oC, tốc độ phản ứng xảy ra rất

chậm ở nhiệt độ thấp.

Quá trình làm nguội khí cơng nghệ được tiến hành trong nồi hơi nhiệt

thừa E04208 và thiết bị quá nhiệt cho hơi nước E04209, tại đây hơi nước được

sinh ra.

Các lớp xúc tác nằm trên hai lớp bi nhơm oxit có kích cỡ khác nhau và

lớp gạch nhôm oxit tại đỉnh nhằm giữ xúc tác và bảo vệ xúc tác khỏi tiếp xúc

với ngọn lửa.

Q trình cháy giữa khơng khí với khí cơng nghệ tại đỉnh của R04203 dẫn

tới nhiệt độ dòng khí tại khu vực đỉnh R04203 tăng lên 1100-12000C. Do phản

ứng reforming của metan hấp thụ nhiệt nên nhiệt độ dòng khí giảm dần qua lớp

xúc tác.

Xúc tác bắt đầu phân rã ở nhiệt độ 1400-15000C.

15



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



Xúc tác đã được hoạt hóa khơng được phép tiếp xúc với khơng khí ở điều

kiện nhiệt độ cao hơn 1000C. Vì nó sẽ gây tăng nhiệt tức thời. Khi nhiệt oxy hóa

khơng được phát tán khỏi reforming thứ cấp, nó có thể gây quá nhiệt và phá hủy

xúc tác.

2.3. Chuyển hố CO

2.3.1 Mơ tả cơng nghệ tổng qt

CO (Cacbon monoxit) trong khí cơng nghệ ra khỏi cụm reforming được

chuyển hoá thành CO2 (cacbon dioxit) và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO

trong R04204 và R04205

CO + H2O ↔ CO2 + H2 + Q

Cân bằng của phản ứng dịch chuyển về phía tạo thành CO2 khi ở nhiệt độ

thấp và có nhiều hơi nước hơn. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng sẽ tăng nếu nhiệt độ

tăng. Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng chuyển hoá phụ thuộc vào hoạt tính của chất

xúc tác và thành phần khí.

Q trình chuyển hóa được tiến hành trong 2 thiết bị R04204 và R04205

với q trình làm nguội khí sau mỗi thiết bị.

2.3.2 Thiết bị chuyển hố CO nhiệt độ cao

Bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao R04204 chứa đựng chất xúc tác SK201-2, được lắp đặt trong một lớp. Chất xúc tác là hỗn hợp crôm oxit được tăng

cường sắt oxit dưới dạng hạt đường kính 6mm và cao 6mm.

Xúc tác được cung cấp ở trạng thái oxít. Q trình khử xúc tác được tiến

hành bằng dòng khí cơng nghệ có chứa H2 trong quá trình khởi động. Xúc tác

SK 201-2 có thể được vận hành ở 320 -5000C.

Xúc tác mới nên được vận hành ở nhiệt độ khí đầu vào khoảng 360 oC.

Sau đó, khi tuổi thọ xúc tác tăng, nhiệt độ vận hành tối ưu cũng tăng theo, nhưng



16



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



với điều kiện là nhiệt độ đầu ra không vượt quá 4600C, và hoạt tính xúc tác sẽ

giảm từ từ.

Clo và các muối vơ cơ là các chất gây ngộ độc xúc tác. Hàm lượng Clo

trong khí cơng nghệ tốt hơn nên dưới 1 ppm. Nhưng xúc tác reforming và

chuyển hóa CO nhiệt độ thấp nhạy cảm hơn và dễ bị ngộ độc, do đó chúng ln

ln được loại tới mức thấp nhất dưới giới hạn của xúc tác SK-201-2.

Gia nhiệt bằng hơi nước ngưng tụ không gây nguy hiểm tới xúc tác SK201-2. Tuy nhiên khi nhiệt độ của xúc tác giảm tới một giới hạn nào đó nó

khơng nên tiếp xúc với hơi nước bởi vì điều này có thể làm nát xúc tác.

Do xúc tác đã hoạt hố có khả năng tự bốc cháy, nó phải được vận chuyển

hết sức cẩn thận trong quá trình dỡ xúc tác.

2.3.3 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp

Hai chất xúc tác được nạp vào trong bình chuyển hố CO nhiệt độ thấp.

Lớp trên cùng là chất xúc tác nền Crơm. Xúc tác còn lại là LK-821-2. Chất xúc

tác LK-821-2 chứa oxit đồng, kẽm hoặc nhơm dưới dạng hạt.

Xúc tác được hoạt hóa ở 160-2200C trong vòng tuần hồn nitơ chứa

khoảng 0.2-2% hydro. Trong quá trình khử xúc tác, oxit đồng phản ứng với H2

tạo thành đồng nguyên chất.

Xúc tác LK-821-2 có thể được vận hành với khoảng nhiệt độ 170-2500C.

Lưu huỳnh, Clo và Silic là các chất gây ngộ độc xúc tác. Như một ví dụ về sự

giảm hoạt tính của xúc tác do các chất gây ngộ độc xúc tác, hoạt tính xúc tác sẽ

bị giảm tối thiểu bởi 0.2% khối lượng lưu huỳnh hoặc bởi 0.1% Clo.

Xúc tác LK-821-2 không được tiếp xúc với nước trong bất kì điều kiện

nào, điều này sẽ làm phân hủy xúc tác.

Xúc tác có khả năng tự bốc cháy ở trạng thái khử, do đó các biện pháp an

toàn phải được thực hiện trong quá trình tháo dỡ xúc tác.

17



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



2.4 Công đoạn tách CO2

2.4.1 Mô tả công nghệ tổng quát

Hệ thống tách CO2 được dựa trên quá trình MDEA hoạt hố hai cấp (cơng

nghệ của BASF). Dung mơi được dùng cho quá trình hấp thụ CO2 là MDEA. Hệ

thống cơng nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO2 hai cấp, một tháp tách

CO2 và hai bình tách flash.

CO2 được tách khỏi khí cơng nghệ bởi sự hấp thụ trong dung dịch MDEA

40%. Dung dịch MDEA chứa một chất hoạt hóa, chất này sẽ tăng tốc độ truyền

khối CO2 từ pha khí sang pha lỏng, phần còn lại của dung dịch là nước. Các

phản ứng trong quá trình hấp thụ CO2 được miêu tả như sau :

R3N + H2O + CO2↔R3NH+ + HCO32R2NH



+ CO2↔R2NH2+ + R2N-COO-



Phản ứng đầu là phản ứng cho amine bậc ba (ví dụ MDEA). Phản ứng

thứ hai là phản ứng cho amine bậc hai (Chất hoạt hóa).



2.4.2 Hấp thụ CO



2



khỏi dòng cơng nghệ



Khí rời khỏi cơng đoạn chuyển hố CO có hàm lượng 19,3% mol CO2

(khí khơ). Do sự có mặt của hơi nước, khí này cũng chứa một lượng nhiệt đáng

kể có thể thu hồi, chủ yếu là nhiệt ngưng tụ. Lượng nhiệt này được thu hồi ở bộ

gia nhiệt nước nồi hơi số 2 (E04213), nồi đun tháp stripping CO2 (E04302) và

bộ gia nhiệt nước khử khoáng (E04305). Sau khi nước ngưng tụ q trình được

tách ra khỏi dòng khí trong bình tách khí cuối cùng S04304, khí này đi vào tháp

hấp thụ CO2 tại nhiệt độ khoảng 700C.

Trong tháp hấp thụ CO2 (C04302), CO2 được tách ra khỏi dòng khí bằng

hấp thụ ngược dòng trong hai cấp. Ở phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch

18



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



semilean tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO 2. Trong phần trên của tháp

này, dung dịch lean tái sinh được dùng để tách CO2 còn lại. Tại đầu ra của tháp

hấp thụ, hàm lượng CO2 trong khí sẽ giảm xuống thấp hơn 500 ppm.

Dung dịch lean đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 500C, dịch semilean 700C

và được gia nhiệt đến khoảng 840C bởi các phản ứng hấp thụ toả nhiệt. Diện tích

tiếp xúc lớn giữa khí và chất lỏng được tạo bởi các đệm 2” IMTP SS ở phần

thân tháp (dung dịch semilean) và bởi vòng vật liệu packing 1” IMTP SS ở phần

trên tháp (dung dịch lean). Để ngăn chặn sự thất thoát dung dịch hấp thụ và chất

hoạt hóa cuốn theo khí cơng nghệ, đỉnh tháp có ba đĩa dạng nắp và một dòng

nước ngưng cơng nghệ với lưu lượng 700-800 kg/h được dẫn vào, dòng nước

này lấy từ tháp sử lý nước ngưng cơng nghệ C04701.



2.4.3 Tách CO



2



khỏi dòng giàu CO2



Dung dịch giàu CO2 ra khỏi tháp hấp thụ CO2 được giảm áp qua một tuốc

bin thuỷ lực BT04301, tuốc bin này kéo một trong những bơm dịch bán thuần

(bơm P04301A), do vậy, giảm mức tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể. Tách

và tái sinh dung dịch giàu CO2 được thực hiện trong hai cấp để đạt được độ tinh

khiết cao của sản phẩm CO2. Trong bình tách cao áp S04302, hầu hết các thành

phần trơ hoà tan được giải phóng tại áp suất khoảng 0,54 Mpag. Dung dịch giàu

CO2 tiếp tục đến bình tách thấp áp S04301, tại đây hầu hết CO 2 được giải phóng

khỏi dung dịch tại áp suất 0,074 Mpag. Cả hai bình tách được nạp đệm dạng

vòng 2” SS pall.

CO2 thốt ra khỏi bình tách thấp áp chứa đầy hơi nước bão hoà tại

nhiệt độ khoảng 730C. Hỗn hợp này được làm lạnh xuống 45 0C ở thiết bị trao

đổi nhiệt E04306 và nước ngưng tụ được tách ra khỏi dòng khí CO 2 thành

phẩm trong bình K.O (S04303). CO2 thành phẩm rời khỏi S04303 được đưa

sang phân xưở ng urea ở áp suất 0,06 MPag.



19



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



Dung dịch ra từ đáy của bình tách thấp áp được chia thành hai dòng.

Phần lớn dung dịch semilean được bơm chia dòng P04301 đưa tới thân tháp

hấp thụ. Phần còn lại được chuyển đến tháp stripper để tách CO2 bằng bơm

chia dòng P04303A/B. Trước khi đi vào tháp stripper, dung dịch bán thuần

được gia nhiệt bằng dịch thuần ra từ đáy tháp stripper tại trao đổi nhiệt

E04301.

Trong tháp stripper CO2(C04301), CO2 được tách bằng nhiệt, lượng nhiệt

cấp cho nồi đun tháp stripper được lấy từ dòng khí cơng nghệ. C04301 được nạp

vòng đệm 2” SS.

Nhiệt độ CO2 bão hoà hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải hấp ở khoảng 980C

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

P04302A/B, dung dịch thuần từ đáy của tháp stripper được làm nguội đến 500C

nhờ trao đổi nhiệt E04301, bộ hâm nóng nước mềm E04304 và bộ làm nguội

dung dịch nghèo E04303.

Khí nhả ra từ bình tách cao áp được đưa đến hệ thống khí nhiên liệu

reforming.



2.5



Cơng đoạn metan hố

2.5.1 Mơ tả cơng nghệ tổng qt



Bước chuẩn bị khí cuối cùng trước khi vào tháp tổng hợp là cơng đoạn

metan hố, đây là quá trình mà các cacbon oxit dư sẽ được chuyển hố thành

metan. Metan đóng vai trò như một khí trơ trong chu trình tổng hợp ammonia.

Ngược lại, các hợp chất chứa oxy như cacbon oxit (CO và CO2) gây ngộ độc đối

với xúc tác tổng hợp NH3.

Quá trình metan hố xảy ra trong bình metan hố R04301, và các phản

20



Báo cáo thực tập



Nhà máy Đạm Cà Mau



ứng liên quan là những phản ứng ngược của phản ứng reforming:

CO + 3H2 ↔



CH4 + H2O + Q



CO2 + 4H2







CH4 + 2H2O + Q



Các đại lượng có tính chất quyết định đến các phản ứng metan hố là :

hoạt tính của xúc tác, nhiệt độ, áp suất, và hàm lượng hơi nước trong khí

cơng nghệ.

Nhiệt độ thấp, áp suất cao và hàm lượng hơi nước thấp giúp cho cân

bằng hoá học của phản ứng chuyển về phía hình thành metan.

Khoảng nhiệt độ khuyến cáo 280-4500C, tuy nhiên, các điều kiện cân

bằng là hồn tồn có lợi. Hoạt tính xúc tác trên thực tế chỉ là một nhân tố xác

định hiệu suất của q trình metan hố. Hoạt tính của chất xúc tác tăng khi

tăng nhiệt độ, nhưng tuổi thọ của chất xúc tác lại giảm đi.

2.5.2 Thiết bị metan hố

Bình metan hố R04301 có một lớp xúc tác loại PK-7R. Chất xúc tác

PK-7R là loại xúc tác niken chứa khoảng 27% niken.

Phản ứng metan hóa bắt đầu ở nhiệt độ bên dưới 280 0C và dẫn đến

tăng nhiệt độ trong lớp xúc tác. Nhiệt độ tăng phụ thuộc vào hàm lượng CO

và CO2 trong khí cơng nghệ.

Nhiệt độ đầu vào cần được điều khiển để đảm bảo hàm lượng CO và

CO2 đủ thấp trong khí đầu ra, nhiệt độ đầu vào khoảng 300 0C là tốt nhất tại

thời điểm khởi động. Chất xúc tác metan hố khơng được phép tiếp xúc với

nhiệt độ lớn hơn 4200C trong một khoảng thời gian dài.

Chất xúc tác rất nhạy cảm với các hợp chất lưu huỳnh và clo. Hơi nước

khơng có hydro sẽ oxy hố chất xúc tác và do đó khơng được dùng trong quá

trình gia nhiệt, làm lạnh hoặc làm sạch. Hơn nữa, chất xúc tác không được

phép tiếp xúc với hơi nước ngưng tụ vì điều này có thể gây nên sự phân rã

21



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Miêu tả tóm tắt sơ đồ công nghệ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×