báo cáo thực tập tại xưởng amoni, nhà máy đạm phú mỹ

Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển
1.1.1 Quá trình hình thành
Chủ đầu tư: Tổng công ty dầu khí Việt Nam
Nhà thầu: Techlip – Italia và Samsung engineering Hàn Quốc
Tổng vốn đầu tư: 450 triệu USD
Công nghệ: Đan mạch và Italia
Việc sử dụng khí thiên nhiên đã được đảng và Chính phủ quan tâm. 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, Trùng 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 bảo đảm sự ổn định và chủ động cung cấp phân
đạm cho phát triển nông nghiệp, góp phần quan trọng bảo đảm an ninh lương thực,
thực hiện công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Nhà máy sản xuất đạm phú mỹ có công xuất 760 ngàn đến 800 ngàn tấn đạm
urea/năm được xây dựng trên cơ sở quyết định phê duyệt báo cáo nghiên cứu khả
thi dự án đầu tư Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ của thủ tướng chính phủ số
166/QD-TTg ngày 20/01/2001 và chỉ đạo triển khai thực hiện nhà máy Đạm Phú
Mỹ của chính phủ tại công văn số 529/CP- CN ngày 14/06/2001, Quyết Định phệ
duyệt một số điều chỉnh của báo cáo nghiên cứu khả thi, kế hoạch đấu thầu và hợp
đồng EPCC của dự án Nhà máy đạm Phú Mỹ của hội đồng quản trị tổng công ty
dầu khí Việt Nam số 2620/QĐ –HĐQT 15/06/2001.
1.1.2 Quá trình phát triển
 Các mốc quan trọng
Khởi công xây dựng nhà máy: 3/2001
Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003
Ngày ra sản phẩm ammonia đầu tiên: 4/2004
Ngày ra sản phẩm urê đầu tiên: 4/6/2004
Ngày bàn giao sản suất cho chủ đầu tư: 21/9/2004

Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004
Trang 1
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Hình 1.1: Quá trình phát triển của nhà máy Đạm Phú Mỹ
Sản lượng Đạm Phú Mỹ
Hình 1.2: Biểu đồ thể hiện sản lượng và tiêu thụ đạm Phú Mỹ từ năm 2005-2011
1.2 Địa điểm và vị trí lắp đặt
Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ được xây dựng trong khu công nghiệp
Phú Mỹ I - Huyện Tân Thành- Tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu với diện tích quy hoạch 63
ha. Vị trí nhà máy được thể hiện trong chứng chỉ quy hoạch số 07/2001/BQL –
Trang 2
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
CCQH do ban quản lý các Khu Công Nghiệp tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu cấp ngày
12/03/2001.
1.3 Các phân xưởng chính trong nhà máy
1.3.1 Xưởng Amoniac
Amoniac chủ yếu để sản xuất Urea. Lượng còn dư được đưa về bồn chứa.
Amoniac là chất khí có công thức phân tử là NH
3
, hóa lỏng ở nhiệt độ thấp và áp
xuất thường (khoảng -30
0
C) hoặc ở điều kiện thường và áp xuất cao (khoảng
15bar), có mùi đặc trưng.
• Công nghệ thuộc bản quyền của Haldor Topsoe A/S, Đan Mạch (HTAS).
• Công xuất thiết kế: 1350 tấn amoniac/ ngày.
• Sử dụng khí NG làm nguyên liệu.
• Cung cấp NH
3
cho xưởng Urea và đưa lượng NH

3
dư về bồn chứa.
• Cung cấp CO
2
cho xưởng Urea.
• Phân xưởng Amoniac bao gồm các thiết bị chính
- Thiết bị khử lưu huỳnh của khí nguyên liệu.
- Các thiết bị reforming sơ cấp, thứ cấp và nồi hơi thu hồi nhiệt.
- Các thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp.
- Thiết bị tách CO
2
.
- Thiết bị Methan hóa.
- Thiết bị tổng hợp Amonia.
- Quá trình làm lạnh.
Hì
nh 1.3 Xưởng Amoniac
1.3.2 Xưởng tổng hợp Urea
Có chức năng tổng hợp Amoniac và CO
2
thành dung dịch Urea. Dung dịch Urea
sau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt. Quá trình tạo hạt
Trang 3
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m.
Công suất 2200 tấn Urea/ngày.
Urea là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH
2
)
2

, ờ nhiệt độ thường
Urea không màu, mùi vi, hòa tan trong nước, ở nhiệt độ nóng chảy khoảng 135
0
C,
tỷ trọng khoảng 1,3230. Urea thủy phân chậm tạo thành Cacbonat Amon sau đó
phân hủy thành NH
3
và CO
2
, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm phân bón.Trong
công nghiệp Urea được tổng hợp từ NH
3
lỏng và CO
2
khí ở điều kiện nhiệt độ và áp
xuất cao.
Chất lượng : - Hàm lượng N
2
: 46.3%
- Cỡ hạt 1,4- 2,8mm: >95%
- Độ ẩm: <0.4%
- Hàm lượng Biuret: <1%
 Phân xưởng Urea bao gồm các thiết bị chính
• Máy nén CO
2
và các bơm cao áp.
• Cụm cao áp.
• Cụm trung áp.
• Cụm thấp áp.
• Cụm chân không.

• Cụm xử lý nước ngưng công nghệ.
• Cụm thu hồi nước ngưng.
• Mạng hơi nước.
• Mạng nước rửa.
• Đuốc.
Hình 1.4: Xưởng Urea
1.3.3 Xưởng phụ trợ
Trang 4
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
• Hệ thống làm lạnh nước tuần hoàn: công suất 3600m
3
/h
• Hệ thống nước khử khoáng:công suất 150m
3
/h
• Hệ thống sản xuất N
2
: công suất 190Nm
3
khí N
2
+ 50 lít N
2
lỏng/h
• Hệ thống sử lý nước thải gồm:
- Hệ thống sử lý nước nhiễm dầu: 20m
3
/h
- Hệ thống sử lý nước nhiễm NH
3

: 5 m
3
/h
- Hệ thống sử lý nước sinh hoạt : 50m
3
/h
• Tổ hợp tuabin khí:
- Máy phát điện (Gastubine): 21MW/h
- Hệ thống sản xuất hơi nước 40bar: 40 và 140 t/h
- Máy phát điện (DDieezeen) dự phòng: 650 và 450 kw
- Trạm bơm nước song làm mát: 2 bơm, 4100 m
3
/h
Hình 1.5: Xưởng phụ trợ
1.3.4 Xưởng sản phẩm
• Nhà kho Ure rời:
- Dung lượng chứa: 150000 tấn
- Nhiệt độ kho: Tự động điều chỉnh tránh kết tảng Ure
• Nhà đóng bao Ure:
- Dung lượng chứa 15000 tấn
- Số dây chuyền đóng bao: 06, trong đó 1 một dây chuyền xuất
tự động ra xe
- Công suất đóng bao: 4800 tấn/ ngày
Trang 5
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Hìn
h 1.6: Xưởng sản phẩm
CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XƯỞNG AMONIAC
2.1 Nguyên liệu sản xuất
3H

2
+ N
2
=> 2NH
3
+ Q
Nguyên liệu chính của nhà máy được sản xuất từ nguồn khí tổng hợp chứa
hydro và nito với tỉ lệ xấp xỉ 3:1. Trong đó khí hydro chủ yếu được lấy từ phản ứng
reforming sơ cấp còn khí nito được lấy chủ yếu từ không khí.Nguồn khí thiên nhiên
được sử dụng trong nhà máy là khí Bạch Hổ, bồn Trũng Nam Côn Sơn và các bể
khác thuộc lục địa phía Nam, lượng khí tiêu thụ cho nhà máy khoảng 450 triệu
m
3
/năm.
Thành phần khí thiên nhiên:
CH
4
: 83.31%
C
2
H
6
: 14.56%
C
3
H
8
: 1.59%
iC
4

: 0.107%
nC
4
: 0.109%
 Nitơ:
Khí Nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị chiếm khoảng 78% thể
tích trong khí quyển có T
s
= -195
0
C, T
nc
= -219,86
0
C, 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 NH
3
và được lấy chủ yếu là từ trong không khí nhờ vào
hệ thống máy nén khí.
Trang 6
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
 Hydro:
Hydro là chất khí không màu, không mùi ở điều kiện thường, nhiệt độ nóng
cháy khoảng -259,1
0
C. Khí hydro nhẹ có độ linh động lớn dễ khuếch tán ra các
thanh kim loại như Ni, Pt, Pb… Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, hydro được tạo nên
nhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước, là nguyên liệu để tổng hợp
NH

3
.
 CO
2
:
Khí CO
2
là chất khí không màu có vị chua, nặng hơn không khí, không duy trì
sự sống động vật nhưng duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa. Trong
nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO
2
là nguyên liệu để tổng hợp Urea, được điều chế từ công
đoạn reforming khí thiên nhiên.
 Khí điều khiển:
Khí điều khiển là loại khí nén từ không khí và được làm lạnh tách nước. Trong
nhà máy Đạm Phú Mỹ, khí điều khiển làm khí động lực cho các thiết bị điều khiển.
Khí nhiên liệu đưa từ trạm khí Phú mỹ qua hệ thống đo đếm một phần cấp cho
máy nén k411, một phần được điều khiển áp xuất 25bar bằng Valve điều áp trước
khi đưa đến bình chứa đệm 24-V-01.
Khí 24-V-01 một phần làm nhiên liệu cho máy phát điện turbin khí, một phần
được giảm áp đến 5 bar trước khi đưa đến bình chứa 24-V-02.
Khí từ bình chứa 24-V-02 cấp nhiên liệu cho hệ thống Pilot của Flare và cấp
nhiên liệu cho nồi hơi, thiết bị gia nhiệt reformer sơ cấp, đầu đốt. . .
2.2 Mô tả về công nghệ sản xuất của xưởng Amoniac
2.2.1 Tổng quan về công nghệ chung
• Công nghệ thuộc bản quyền của Haldor Topsoe A/S, Đan Mạch (HTAS).
• Công xuất thiết kế: 1350 tấn amoniac/ ngày.
• Sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu.
• Cung cấp NH
3

cho xưởng Urea và đưa lượng NH
3
dư về bồn chứa.
• Cung cấp CO
2
cho xưởng Urea.
Phân xưởng Amoniac là phân xưởng chính cung cấp CO
2
và NH
3
cho phân
xưởng sản xuất Ure. Quá trình tổng hợp Amoniac qua nhiều công đoạn khác
nhau được trình bày trong hình 2.1.
Trang 7
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Hình 2.1: Công nghệ sản xuất chung xưởng Amoniac
2.2.2 Các công đoạn sản xuất Amoniac
2.2.2.1 Công đoạn khử lưu huỳnh
a. Mục đích
Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn tại ở
dạng hợp chất, mà xúc tác dung cho công nghệ Reforming bằng hơi nước thì rất
nhạy cảm với hợp chất của lưu huỳnh bởi vậy chúng gây mất hoạt tính hoặc là
nhiễm độc xúc tác. Do đó các hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đi vào
công đoạn Reforming.
b. Cơ sở hóa lý
• Phương trình phản ứng trong 10-R-2001
R-S-H + H
2
=> RH + H
2

S ( t
o
= 380
o
C, Xt: Co-molipden)
• Phương trình phản ứng trong 10-R-2002 A/B
Trang 8
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
ZnO + H
2
S => ZnS + H
2
O ( t
o
= 400
c. Cụm công nghệ
Công đoạn khử lưu huỳnh được xảy ra trong hai tháp hydro hóa và tháp hấp phụ
được trình bày trong hình 2.2.
Hình 2.2: Công đoạn khử lưu huỳnh
Công đoạn khử lưu huỳnh bao gồm các giai đoạn chính sau :
Tháp hydro hóa 10-R- 2001 có nhiệm vụ chuyển các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ
thành H
2
S để xúc tác ZnO hấp phụ trong tháp hấp thụ lưu huỳnh 10-R-2002 A/B.
Tháp hấp phụ lưu huỳnh nhằm loại bỏ triệt để các hợp chất lưu huỳnh trong khí
tự nhiên tránh gây ngộ độc xúc tác thiết bị của Rerforming sơ cấp.Ở giai đoạn này
có hai tháp hấp phụ lưu huỳnh được đặt nối tiếp nhau và hoàn toàn giống nhau.
Tháp 10-R-2002 B đóng vai trò bảo vệ trong trường hợp xảy ra sự dư lưu huỳnh khi
ra khỏi bình 10-R-2002 A hoặc trong trường hợp 10-R-2002 A được cô lập để thay
xúc tác. Nhiệt độ vận hành là khoảng 400

0
C.
Sau quá trình này nồng độ lưu huỳnh được giảm xuống thấp hơn 500ppm theo
thể tích.
2.2.2.2 Công đoạn reforming
a.Mục đích
Trang 9
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Trong bộ phận reforming, khí đã qua khử lưu huỳnh được chuyển hóa thành khí
tổng hợp nhờ quá trình reforming xúc tác của hỗn hợp hydrocacbon với hơi nước và
không khí.
b. Cơ sở hóa lý
Quá trình reforming hơi nước có thể được diễn tả bởi các phản ứng sau:
C
n
H
2n-2
+ H
2
O => C
n-1
H
2n
+ CO + 3H
2
- Q
CH
4
+ H
2

O => CO + 3H
2
-Q
CO + H
2
O => CO
2
+ H
2
+ Q
c. Cụm công nghệ
Khí sao khi khử lưu huỳnh sẽ đưa qua công đoạn reforming để chuyển hóa thành
khí tổng hợp nhờ hai giai đoạn reforming sơ cấp và reforming thứ cấp.
Hình 2.3: Công đoạn Reforming
Công đoạn reforming gồm hai giai đoạn chính
 Reforming sơ cấp 10-H-2001
Reformer sơ cấp xảy ra trong ống phản ứng chứa xúc tác có thành phần
niken, có tổng cộng 180 ống xúc tác reforming được lắp đặt trong hai buồng
bức xạ nhiệt.
Chất xúc tác đã được khử là bền trong không khí đến nhiệt độ 80
0
C. Nếu
nó được tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ cao hơn, nó sẽ bị oxy hoá, nhưng
nhiệt độ sẽ không ảnh hưởng gì đến xúc tác.
Hỗn hợp hơi nước và khí thiên nhiên ở nhiệt độ khoảng 535
0
C đi vào đỉnh
của các ống thẳng đứng thông qua ống góp phân phối phía trên. Hỗn hợp khí
đi ra khỏi ống ở nhiệt độ khoảng 783
0

C và đi vào ống gom phía dưới.
Trang 10
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Các ống xúc tác trong buồng đốt được đốt bằng 480 béc đốt được sắp
xếp 6 hàng thẳng đứng trong mỗi buồng nhằm để dễ dàng kiểm soát profile
nhiệt độ dọc theo chiều dài của ống xúc tác.
Bằng cách này sẽ tối ưu hoá việc xử dụng các ống xúc tác đắt tiền. Khói
thải đi lên và ra gần với đỉnh buồng bức xạ nhiệt. Nhiệt độ khói đi ra khoảng
1027
0
C.
Hỗn hợp khí tự nhiên và khí nhả ra từ công đoạn tách CO
2
được đốt
chung với khí thải đã xử lý từ chu trình tổng hợp NH
3
trong các béc đốt
reforming sơ cấp.
Béc đốt là loại tự hút khí kiểu nút đơn. Khí thải đã xử lý cung cấp cho
béc đốt được tách riêng nhằm tránh hình thành cabamat.
 Reforming thứ cấp 10-R-2003
Reforming thứ cấp được nạp bởi xúc tác có chứa thành phần nikel, nó xảy
ra trong các ống chịu nhiệt.
Lớp xúc tác nằm trên hai lớp của các hạt nhôm với kích cỡ khác nhau và
lưới nhôm 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.
Trong reforming thứ cấp quá trình đốt khí công nghệ với không khí khiến
cho nhiệt độ khí lên đến 1100-1200
0
C trong phần trên của reforming thứ cấp.

Do phản ứng reforming với metan hấp thụ nhiệt, nhiệt độ giảm khi khí đi
xuống dưới qua lớp xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng 958
0
C.
Chất xúc tác bắt đầu bắt đầu bị phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400-
1500
0
C.
Chất xúc tác đã được hoạt hoá không được phép tiếp xúc với không khí
tại nhiệt độ lớn hơn 100
0
C ghây nên phát nhiệt. Vì nhiệt tạo ra do phản ứng
oxy hoá không được giải phòng khỏi bình reforming thứ cấp, nó có thể dẩn
đến tình trạng quá nhiệt và phá huỷ chất xúc tác.
2.2.2.3 Công đoạn chuyển hóa CO
a.Mục đích
Cacbon monoxit trong khí công nghệ rời khỏi công đoạn reforming được
chuyển hóa thành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển háo CO
trong tháp 10-R-2004 và 10-R-2005.
CO + H
2
O  CO
2
+ H
2
+ Q ( t
0
= 360-430oC, xt: Fe, Cr, Cu)
Trang 11
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S

Những hợp chất chứa oxy như CO và CO
2
là những hợp chất cực độc đối
với chất xúc tác của quá trình tổng hợp Amoniac, vì vậy công đoạn này
nhằm chuyển CO thành CO
2
để tách ra ở tháp tách CO
2
.
b. Cơ sở hóa lý
Phương trình phản ứng
CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2
+ Q
• 10-R-2004: t
o
= 360 - 480
o
C, xt: oxit crom, oxit sắt.
• 10-R-2005: t
0
= 170-250
0
C, xt: oxit Cu, Zn, Cr hoặc Al.
c. Cụm công nghệ
Khí tổng hợp từ giai đoạn reforming sẽ được đưa qua hai tháp chuyển

hóa CO ở nhiệt độ cao 10- R-2004 và tháp chuyển hóa CO nhiệt độ thấp
10-R-2005 để chuyển hóa CO thành CO
2
.
Hình 2.4: công đoạn chuyển hóa CO
Do đó chuyển hoá CO được hình thành qua hai bước để đảm bảo lượng dư CO
thấp và hình thành sản phẩm phụ thấp.
Bước thứ nhất thực hiện trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 10-R- 2004,
được lắp đặt xúc tác oxit crom tăng cường bằng oxit sắt.
Xúc tác có thể hoạt động liên tục trong khoảng nhiệt độ 320-500
0
C. Xúc tác còn
mới nên hoạt động ở nhiệt khí đầu vào khoảng 360
0
C. Sau đó, do lão hoá xúc tác
mà nhiệt độ tối ưu đầu vào tăng lên, đồng thời nhiệt độ đầu ra không đạt đến 480
0
C,
Trang 12
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
hoạt tính xúc tác sẻ giảm từ từ. Sự lão hoá xúc tác tăng lên do ngừng máy, chủ yếu
là ngừng máy khẩn cấp.
Cốt lõi chính của phản ứng ở đây là gây ra nhiệt độ tăng lên từ 70-100
0
C. Nhiệt
độ đầu ra trên 480
0
C là chấp nhận.
Bước thứ hai được thực hiện trong thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ thấp, tại đây
được nạp hai loại xúc tác khác nhau. Lớp trên đỉnh là xúc tác crome LSK hoạt động

như là bảo vệ chống clo.
Lượng xúc tác lớn hơn bao gồm oxít đồng kẽm crôm hoặc nhôm và nó có hoạt
tính cao hơn. Có nghỉa là nó có thể được dùng ở khoảng nhiệt độ thấp 170-250
0
C.
Nhiệt độ đầu vào nên khống chế ít nhất 15-20
0
C trên nhiệt độ điểm sương của khí
ẩm để giảm tối thiểu nguy cơ ngưng tụ hơi nước.
2.2.2.4 Công đoạn tách CO
2
.
a. Mục đích
Những hợp chất chứa CO
2
là những hợp chất cực độc đối với chất xúc tác của
quá trình tổng hợp Amoniac, vì vậy công đoạn này nhằm để tách CO
2
ra ở tháp tách
CO
2
.
b. Cơ sở hóa lý
Các phản ứng khử CO
2
bằng dung dich MDEA
R
3
N + H
2

O + CO
2
=> R
3
NH
+
+ HCO
3
-
2R
2
NH + CO
2
=> R
2
NH
2
+
+ R
2
N-COO
-
• Quá trình hấp thụ CO
2
tiến hành ở 45
0
C và 27 bar.
• Quá trình tái sinh CO
2
tiến hành ở 94

0
C và 0.34 bar.
c. Cụm công nghệ
Khí CO sau khi chuyển hóa thành khí CO
2
sẽ được đưa vào cụm tách CO
2
đễ
tách ra ngoài và đưa qua xương Urê để làm nguyên liệu tổng hợp urê được trình bày
trong hình 2.5.
Trang 13
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Hình 2.5: Công đoạn tách CO
2
Đây là quá trình tách CO
2
dựa trên quá trình MDEA hoạt hóa 2 cấp (công nghệ
của BASF). Dung môi được dùng cho quá trình hấp thụ CO
2
là MDEA. CO
2
được
tách khỏi khí quá trình bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa 40%
MDEA ( chất hoạt hóa quá trình hấp thụ ) và 3% khối lượng chất piperazine (chất
này giúp tăng tốc độ truyền khối của CO2 từ pha khí sang pha lỏng). Phần còn lại
của dung dịch là nước. Trong tháp hấp thụ CO
2
(10-T-3002), CO
2
được 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 CO
2
. 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 xuống thấp hơn 500 phần triệu
(khí khô).
2.2.2.5 Công đoạn metan hóa
a.Mục đích
Công đoạn metan hóa là bước cuối cùng trong việc tinh chế khí khi vào tháp
tổng hợp. Metan đóng vai trò như một khí trơ trong quá trình tổng hợp amoniac.
Ngược lại, các hợp chất chứa oxy như CO
2
và CO là cực kì độc đối với chất xúc tác
tổng hợp ammoniac. Vì vậy, metan hóa là quá trình mà các hợp chất cacbon oxit dư
sẽ được chuyển hóa thành metan.
b.Cơ sở hóa lý
Trang 14
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Quá trình metan hóa xảy ra trong tháp 10-R-3001 và các phương trình phản ứng
xảy ra:
CO + 3H
2
=> CH
4
+ H

2
O + Q (t
0
= 300-320oC, P=27bar, xt:Ni, Cr, Zn)
CO
2
+ 4H
2
=> CH
4
+ + H
2
O + Q ( t
0
= 300-320oC, xt: Cr, Cu, Zn)
c.Cụm công nghệ
Khí sau khi được tách CO
2
sẽ được vào cụm metan hóa để loại bỏ hoan toàn CO
và CO
2
trước khi đưa vào tháp tổng hợp được thể hiện trong hình 2.6.
Hình 2.6: Công đoạn metan hóa
Phản ứng metan hoá bắt đầu ở nhiệt độ khoảng 210
0
C, nhưng để đảm bảo hiệu
quả hàm lượng CO và CO
2
thấp trong trong khí tổng hợp, nhiệt độ vận hành nên
trong khoảng 250-340

0
C tuỳ thuộc vào hoạt tính xúc tác và thành phần khí công
nghệ.
Khí công nghệ từ tháp hấp thụ CO
2
(10-T-3002) được gia nhiệt đến nhiệt độ
này khi chúng đi qua bộ trao đổi nhiệt khí và bộ cân bằng nhiệt .
Trong vận hành bình thường, nhiệt độ tăng qua lớp xúc tác cần nằm trong
khoảng 20
0
C, tương ứng với nhiệt độ đầu ra khoảng 320
0
C. Bộ trao đổi nhiệt khí
làm lạnh khí được tinh lọc đến khoảng 74
0
C. Khí sau đó được dẩn đến bộ làm lạnh
cuối cùng và bộ tách khí cuối cùng, nơi mà nước ngưng tụ được tách ra khỏi khí
công nghệ.
Từ thiết bị tách khí cuối cùng khí nguyên liệu cho tổng hợp amoniac sẽ được đưa
đến máy nén khí tổng hợp.
Trang 15
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
2.2.2.6 Công đoạn tổng hơp Amoniac
a.Mục đích
Khí tổng hợp sẽ được vào tháp tổng hợp để tạo nhành khí amoniac và qua các
thiết bị làm lạnh để thu được NH
3
lỏng làm nguyên liệu để tổng hợp urê.
b.Cơ sở lý thuyết
Quá trình tổng hợp amniac xảy ra trong tháp tổng hợp 10-R-5001 theo phản ứng

dưới đây:
3H
2
+ N
2
 2NH
3
+ Q (t
0
= 360- 450
0
C, xt= Fe, Ca, K/Al, P= 137 atm)
c. Cụm công nghệ
Hình 2.7: Quá trình tổng hơp Amoniac
Quá trình tổng hợp amoniac xảy ra trong tháp tổng hợp amoniac (10-R-5001)
theo phản ứng dưới đây:
3H
2
+ N
2
<=> 2NH
3
+ Q
Đây là phản ứng thuận nghịch và chỉ một phần hydro và nitơ được chuyển hoá
thành amoniac khi khí tổng hợp đi qua lớp xúc tác. Áp suất cao và nhiệt độ thấp
giúp cho cần bằng hoá học chuyển về phía tổng hợp amoniac. Do tốc độ phản ứng
được tăng lên rất nhiều nếu tăng nhiệt độ, sự lựa chọn nhiệt độ phải dựa trên sự
tương ứng giữa cân bằng hoá học và tốc độ phản ứng đạt đến sự cân bằng đó. Trong
10-R-5001, khoảng 25% nitơ và hydro được chuyển hoá thành amoniac. Phần
Trang 16

Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
không chuyển hoá được còn lại sẽ được tuần hoàn đến tháp tổng hợp sau một quá
trình tách amôniắc thành phẩm dưới dạng lỏng.
Chu trình tổng hợp amoniac được thiết kế với một áp suất tối đa là 152 barg.
Áp suất vận hành bình thường sẽ là 137 barg trong tháp tổng hợp amoniac, phụ
thuộc vào phụ tải và hoạt tính của chất xúc tác. Khi phụ tải giảm, áp suất chu trình
tổng hợp sẽ giảm theo.
Nhiệt độ vận hành bình thường sẽ là trong khoảng từ 360-485
0
C đối với lớp
xúc tác thứ nhất và 370-445
0
C đối với lớp xúc tác thứ hai trong bình 10-R-5001.
Sau khi khí tổng hợp đi qua 10-R-5001, khí đi ra được làm lạnh xuống nhiệt độ tại
đó hầu hết amoniac được ngưng tụ.
Một lượng nhiệt đáng kể giải phóng trong phản ứng tổng hợp amoiac được sử
dụng để sản xuất hơi nước siêu áp trong nồi hơi nhiệt thừa và để gia nhiệt nước lò
hơi áp suất cao.
Khí tổng hợp tinh khiết chứa một lượng nhỏ tạp chất, chủ yếu là các khí trơ Ar
và CH
4
. Một dòng phóng không liên tục từ chu trình tổng hợp là cần thiết để tránh
sự tích tụ của những khí trơ này trong chu trình tổng hợp.
2.2.2.7 Công đoạn làm lạnh
Mục đích của công đoạn làm lạnh là để thực hiện các nhiệm vụ làm lạnh khác
nhau trong chu trình tổng hợp amoniac. Nhiệm vụ cơ bản là để ngưng tụ amoniac
được sản xuất trong tháp tổng hợp. Các nhiệm vụ khác là làm lạnh khí make-up, khí
phóng không và khí trơ.
Công đoạn làm lạnh bao gồm các thiết bị chính sau đây:
Năm bộ làm lạnh (chiller) vận hành tại hai áp suất khác nhau, cũng như máy nén

amôniắc, máy nén amoniac tăng cường, bộ làm lạnh amoniac và cuối cùng, bình
tích tụ amoniac.
Bổ sung vào các thiết bị nêu trên, công đoạn làm lạnh cũng bao gồm những thiết
bị sau đây:
-Hai bình K.O. để bảo vệ máy nén làm lạnh tránh khỏi các giọt amoniac
lỏng.
-Bình flash nơi mà amoniac make-up được lấy ra và nơi mà amoniac được
quay trở lại chu trình lạnh.
Trang 17
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
Các thành phần chính các khí không tan trong amoniac lỏng từ bình tách
amoniac 10-V-5001 được tách ra ở áp suất 25 barg trong bình giảm áp 10-V- 5002.
Phần khí sẽ được đưa sang công đoạn thu hồi amoniac còn amoniac lỏng được chia
thành hai dòng, một dòng phân phối đến phân xưởng urea ở nhiệt độ 25oC và áp
suất 24 barg, còn dòng kia đi vào chu trình lạnh mà tại đó nó được giảm áp đến gần
áp suất khí quyển trong bình 10-V-5003.
Làm lạnh bằng amoniac đối với các bộ làm lạnh khác nhau được thực hiện từ
đáy của bình chứa amoniac và chu trình lạnh là chu trình kín.
Sản phẩm amoniac lạnh được bơm đến bồn chứa ở áp suất khí quyển bằng bơm
2.2.2.8 Công đoạn thu hồi amoniac
Mục đích của công đoạn thu hồi amoniac là để thu hồi lượng amoniac trong khí
phóng không từ chu trình tổng hợp và từ các khí off-gas thấp áp khác, và để thu hồi
chúng lại ở nồng độ 99% amoniac lỏng.
Công đoạn bao gồm các thiết bị chính sau đây đi cùng với các bộ trao đổi nhiệt,
bơm và thùng KO:
- Tháp hấp thụ khí phóng không (10-T-5051)
- Tháp hấp thụ khí off-gas (10-T-5052)
- Tháp chưng cất (10-T-5053)
Amoniac chứa trong khí nhả ra từ bình giảm áp 10-V-5002 và trong khí trơ từ
10-V-5005 được thu hồi trong công đoạn thu hồi amoniac, tại đây amoniac được

hấp thụ bằng dung dịch nghèo amoniac trong tháp hấp thụ 10-T-5052 hoạt động ở
áp suất 14.7 barg.
Khí thải từ tháp hấp thụ sẻ trộn với khí thải từ công đoạn thu hồi hydro được đưa
đến reforming sơ cấp như là khí nhiên liệu.
Dung dịch giàu rời tháp hấp thụ 10-T-5052 đi đến trao đổi nhiệt 10-E-5051 bằng
bơm 10-P-5052. Sản phẩm từ 10-E-5051 trộn với dung dịch giàu từ 10-T- 5051
được gia nhiệt đến 163
0
C trước khi vào tháp chưng 10-T-5053.
Amoniac được ngưng tụ trong bộ làm nguội 10-E-5052 và đi qua bình chứa 10-V-
5051. Amoniắc được đưa đến bình giảm áp 10-V-5003 và một phần hồi lưu lại tháp
chưng.
Dung dịch nghèo amoniac từ đáy tháp 10-T-5053 được tuần hoàn trở lại 10- T-
5052 và 10-T-5051 như là nước rửa.
Trang 18
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
2.2.2.9 Công đoạn xử lí nước ngưng trong quá trình
Nước ngưng tụ công nghệ , được tách ra khỏi khí tổng hợp được sản xuất tại đầu
nguồn, được tinh lọc trong tháp chưng cất nước ngưng tụ quá trình 10-T- 7001.
Phân xưởng amoniac trong lúc hoạt động, một lượng nhỏ amoniac được hình
thành trong reforming thứ cấp 10-R-2003 và một lượng nhỏ metanol được hình
thành trong bình chuyển hoá CO 10-R-2004 và 10-R-2005.
Cùng với cacbon dioxit trong khí tổng hợp thô, những hợp chất này đi vào nước
ngưng tụ quá trình theo các phản ứng thuận nghịch sau đây:
NH
3
+ H
2
O  NH
4

+
+ OH
-
CO
2
+ H
2
O  H
+
+ HCO
3
-
HCO
3
-
 CO
3
2-
+ H
+
NH
3
+ HCO
3
-
 NH
2
COO
-
+H

2
O
Metanol sẻ không tách ra từ pha lỏng, mà nó hoà tan trong nước ngưng tụ công
nghệ và sẽ cân bằng với pha khí.
Nhằm giảm mức tiêu thụ của các hoá chất tái sinh trong công đoạn nước khử
khoáng, nước ngưng tụ công nghệ được chưng cất trong 10-T-7001 bằng cách dùng
hơi nước.
Tháp chưng cất nước ngưng tụ quá trình vận hành tại áp suất khoảng 38,2 barg.
Hơi nước đi ra từ đỉnh của tháp chưng cất nước ngưng tụ quá trình được trả về đến
đầu nguồn và được sử dụng như là hơi nước quá trình cho công đoạn reforming.
Trong công đoạn reforming, metanol và amôniactrải qua nhiều phản ứng hoá học và
cuối cùng cho ra sản phầm nitơ, hydro và cacbon oxit. Nước ngưng tụ qua chưng
cất được làm lạnh đến khoảng 95
0
C trong bộ trao đổi nhiệt nước ngưng tụ quá trình
10-E-7001, nơi mà nó được dùng để gia nhiệt nước ngưng tụ quá trình đang đi đến
tháp chưng cất nước ngưng tụ quá trình. Nước ngưng tụ qua chưng cất cuối cùng
được làm lạnh đến 45
0
C trong bộ làm lạnh nước ngưng tụ đã qua chưng cất 10-E-
7002 và được xuất đến công đoạn chuẩn bị nước lò hơi.
Trang 19
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
CHƯƠNG 3: MÔ TẢ CHI TIẾT CÔNG ĐOẠN TỔNG HỢP AMONIA
3.1 Khái quát lí thuyết công đoạn tổng hợp amoniac
Quá trình tổng hợp amôniắc xảy ra theo phản ứng dưới đây:
3H
2
+ N
2

=> 2NH
3
+ 11 kcal/mol NH
3
tạo thành
Theo qui luật của cân bằng hoá học, sự cân bằng có thể biến đổi như sau:
((H
2
)
3
xN
2
)/(NH
3
)
2
= K
Có nghĩa là trong hỗn hợp khí H
2
, N
2
và NH
3
nồng độ amoniắc sẽ theo tỉ lệ nồng
độ của H
2
và N
2
. Các giá trị cân bằng amoniac xác định giới hạn mà tại đó phản ứng
theo lý thuyết có thể xảy ra ở áp suất và nhiệt đã được xác định. K sẽ là hằng số nếu

nhiệt độ là không đổi.
Phản ứng tổng hợp NH
3
đi kèm theo là tăng nhiệt và giảm số mol. Nồng độ
amoniac ở điều kiện cân bằng tăng khi nhiệt độ giảm và áp suất tăng.
Bên cạnh điều kiện cân bằng, động học của việc hình thành amoniac cũng rất
quan trọng. Tốc độ phản ứng hình thành NH3 phụ thuộc và hai yếu tố đối lập nhau:
-Tốc độ phản ứng tăng khi tăng nhiệt độ. Đây là yếu tố chung áp dụng cho bất kỳ
phản ứng hoá học nào.
- Khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất, cân bằng sẽ chuyển về hướng hình thành
amoniac. Cho nên sự cách biệt với điều kiện cân bằng là càng lớn ở nhiệt độ càng
thấp khi tăng tốc độ phản ứng.
Đối với công nghệ tổng hợp amoniắc, hai yếu tố ảnh hưởng có các đặc điểm như
sau:
- Yếu tố thứ nhất chiếm ưu thế ở nhiệt độ khoảng 400
0
C. Tốc độ hình thành
amoniac có thể tăng khi tăng nhiệt độ, mặc dầu sự cách biệt với điều kiện cân bằng
giảm đi.
- Ngược lại, ở nhiệt độ cao hơn 500
0
C sự cách biệt với điều kiện cân bằng là rất
nhỏ thế là giảm nhiệt độ sẻ làm tăng tốc độ hình thành amoniac. Điểm tốc độ hình
thành amoniac cực đại nằm ở đâu đó giữa hai nhiệt độ. Điểm chính xác có thể tính
toán hoặc tìm bằng thực nghiệm.
Trang 20
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
- Tốc độ phản ứng có thể tăng lên nhờ vào xúc tác. Không có xúc tác, ở nhiệt độ
400
0

C theo thực tế việc hình thành amoniac là bằng không. Nghiên cứu thực
nghiệm chi tiết được thực hiện trong nhiều năm để tìm ra xúc tác thích hợp.
3.2 Quy trình công nghệ tổng hợp Amoniac
Khí tổng hợp gồm H
2
đã được tinh chế từ công đoạn metan hóa và N
2
lấy từ
không khí sẽ được đưa vào máy nén (1) để tăng áp suất lên 132barg. Hỗn hợp khí
sau khi tăng áp suất sẽ được đưa vào thiết làm lạnh để ngưng tụ và được đưa vào
bình tách (2) để loại bỏ hơi nước. Sau đó hỗn hợp khí sẽ đươc quay lại máy nén để
tăng áp suất và hỗn hợp khí sẽ được tiếp tục đưa qua thiết bị làm lạnh và bình tách
để tách triệt để từ hơi nước và một phần CO
2
và CH
4
có lẫn trong khí make up khi
đưa vào quy trình. Hỗn hợp khí sẽ tiếp tục đưa vào máy nén để quy trì ổn định áp
suất vận hành cho quy trình tổng hợp, khí sẽ tiếp tục đi qua thiết bị làm lạnh và vào
tháp tách(6) để loại bỏ CO
2
ở mức thấp nhất có thể. Khí amoniac đã được tổng hợp
từ tháp tổng hợp sẽ được lấy ra thừ dưới đáy tháp sẽ được đưa qua một loạt thiết bị
làm lạnh để làm giảm nhiệt độ 440
0
C xuống còn -5
0
C để ngưng tụ khí amoniac
thành lỏng sẽ trộn cùng dòng khí tổng hợp rồi đưa váo thiệt bị tách amoniac, ở đây
sẽ tách amoniac lỏng ra ngoài còn khí amoniac chưa được ngưng tụ và khí tổng hợp

được bổ sung vào sẽ được đưa qua máy nén để tăng áp suất và được đưa qua lò đốt
để tăng nhiệt độ lên khoảng 340- 450
0
C rồi đưa vào tháp tổng hợp để tổng hợp
amoniac.
Quy trình tổng hợp amoniac là một quy trình tuần hoàn kín, quy trình không thu
được vòa toàn lượng amoniac nên cần một lượng khí make up bổ sung vào để tiệp
tục quy trinh tổng hợp.Khí make up đi vào quy trình có hàm lượng nước ở trạng
thái bão hòa và cacbon monoxit và cacbon dioxit. Nồng độ hơi nước trong khí make
up được loại bỏ nhờ các bình tách và CO, CO
2
sẽ phản ứng với cả hai amoniac lỏng
và khí, hình thành amoni cacbamat.
2NH
3
+ CO
2
 NH
4
-CO-NH
2
Cacbamat hình thành sau đó hoà tan vào trong amôniắc ngưng tụ. Cacbon
monoxitchỉ hoà tan rất ít trong amôniắc, do đó, nó sẽ đi qua máy nén tuần hoàn đến
tháp tổng hợp amôniắc, nơi mà nó bị hydro hoá thành nước và metan (tương tự quá
trình metan hoá). Do các hợp chất chứa oxy làm giảm hoạt tính của chất xúc tác
Trang 21
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
tổng hợp amôniắc, hàm lượng cacbon monoxit trong khí make-up phải được duy trì
ở mức thấp nhất có thể.
3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ

3.3.1 Áp suất
Quy trình tổng hợp amoniac được thiết kế áp suất tối đa là 152 barg và áp suất
vận hành là 137 barg ở đầu vào tháp tổng hợp khi vận hành. Áp suất vận hành thực
tế không được kiểm soát trực tiếp mà nó phụ thuộc và những điều kiện công nghệ
khác như năng suất, khí trơ, nồng độ amoniắc ở đầu vào tháp tổng hợp, tỉ lệ H2/N2
và hoạt tính xúc tác.
Hiệu suất tổng hợp NH
3
tăng theo chiều tăng của áp suất. Như vậy nâng cao áp
suất có thể tăng được tốc độ tạo thành amonia (vì đối với phản ứng thể khí, nâng
cao áp lực sẽ nâng cao nồng độ thể khí, tăng lượng chất tham gia phản ứng chứa
trong một đơn vị thể tích, thu hẹp khoảng cách giữa các phần tử, ở cùng một nhiệt
độ như nhau thì số lần va chạm giữa các phân tử sẽ tăng lên dẫn đến tăng nhanh tốc
độ phản ứng).
Áp suất là yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến sự tiêu hao năng lượng trong sản xuất
và tổng hợp NH
3
. Năng lượng tiêu hao trong hệ thống tổng hợp NH
3
chủ yếu là
công nén khí nguyên liệu, công nén khí tuần hoàn và công đông lạnh phân ly tách
NH
3
.
3.3.2 Nhiệt độ
Phản ứng tổng hợp NH
3
chỉ có thể xảy ra thuận lợi khi có mặt của xúc tác, mà
chỉ trong một khoảng nhiệt độ nhất định xúc tác mới có hoạt tính, vì vậy nhiệt độ
phản ứng tổng hợp NH

3
phải được duy trì trong phạm vi nhiệt độ hoạt tính xúc tác.
Phạm vi nhiệt độ hoạt tính của xúc tác dùng trong công nghiệp tổng hợp hiện tại
thường ở trong khoảng nhiệt độ 400 – 525
0
C.
3.3.3 Thành phần khí trơ/khí phóng không.
Khí tổng hợp chứa đựng một lượng nhỏ argon và metan. Những khí này là trơ
khi đi qua tháp tổng hợp mà không làm thay đổi về mặt hoá học, cũng như không
đầu độc xúc tác tác nhưng sự có mặt của chúng làm giảm phân áp của H
2
vàN
2
, đều
gây bật lợi với cân bằng hóa học và tốc độ phản ứng dẫn đến giảm hiệu suất tổng
Trang 22
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
hợp.Đồng thời vì các khí trơ không tham gia phản ứng khi qua tầng xúc tác sẽ mang
bớt nhiệt lượng trong tháp ra ngoài, làm giảm nhiệt độ tầng xúc tác.
Trong quá trình tổng hợp amonia, khí trơ không phản ứng lưu lại trong khí tuần
hoàn, khí mới lại tiếp tục bổ sung cho khí tuần hoàn vì vậy khí trơ được tích tụ lại
trong khí tuần hoàn ngày càng nhiều. Để áp suất hệ thống không tăng, khả năng
phản ứng tổng hợp NH
3
tốt hơn ta cần phải xả bớt lượng khí trơ. Trong sản suất
công nghiệp người ta thường áp dựng phương pháp thải bỏ liên tục một lượng nhỏ
khí tuần hoàn để hạ thấp nông độ khí trơ trong hệ thống. Nếu tăng lượng khí phóng
không có thể nhanh chóng giảm được lượng khí trơ trong dòng tuần hoàn, nâng cao
hiệu suất tổng hợp. Nhưng nếu phóng không lượng khí tuần hoàn thì một lượng khí
H

2
và N
2
cũng bị thải theo làm tổn thất khí nguyên liệu.
=> Vì vậy việc khống chế thành phần khí trơ trong dòng tuần hoàn cũng phức tạp,
quá cao hoặc quá thấp cũng không có lợi.
3.3.4 .Hàm lượng NH
3
trong khi tuần hoàn vào tháp.
Trong công nghiệp thường dừng phương pháp làm lạnh, ngưng tụ để phân ly
tách NH
3
trong hỗn hợp khí sau phản ứng tổng hợp, vì không thể lạnh ngưng tụ
được hoàn toàn lượng NH
3
có trong khí tuần hoàn, nên trong hỗn hợp khí quay trở
lại tháp tổng hợp vẫn còn một lượng NH
3
, hàm lượng này được quyết định bởi nhiệt
độ làm lạnh ngưng tụ và hiệu suất tách khi phân ly tách NH
3
.
Nhiệt độ lạnh ngưng càng thấp thì hiệu suất phân ly càng tốt, nếu ngưng lạnh và
phân ly tốt thì hàm lượng NH
3
trong khí vào tháp càng ít, ta sẽ tăng nhanh được tốc
độ phản ứng, nâng cao trị số sạch của NH
3
và nâng cao năng lực sản xuất của xúc
tác.

Nồng độ amoniac ở đầu vào tháp tổng hợp thấp sẽ cho khả năng phản ứng cao
hơn và năng sản phẩm cao.
3.3.5 Tỉ lệ hydro/nitơ
Trong phản ứng tổng hợp amoniac, ba thể tích hydro phản ứng với một thể tích
nitơ để tạo thành hai thể tích amoniac.
Một ít hydro và nitơ được tách khỏi chu trình tổng hợp theo dòng khí phóng
không, và một lượng nhỏ hoà tan trong amoniac lỏng thành phẩm. Tuy nhiên, đó
chỉ là một lượng nhỏ so sánh với lượng hydro và nitơ đã tham gia phản ứng trước
Trang 23
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
đó. Do đó, theo phương trình phản ứng tổng hợp, sự sai lệch không đáng kể của tỉ lệ
H
2
/N
2
trong khí make-up sẽ dẩn đến một sự thay đổi lớn tỉ lệ H
2
/N
2
của khí tổng hợp
tuần hoàn. Tỉ lệ H
2
/N
2
của khí make-up sau khi thêm hydro thu hồi được từ công
đoạn thu hồi hydro,do đó, cần ở mức gần với 3,0.
Tỉ lệ H
2
/N
2

trong chu trình tổng hợp cần được duy trì ở mức ổn định có thể. Tỉ
lệ này được kiểm soát bởi tỉ lệ H
2
/N
2
trong khí make-up, điều đó phải được điều
chỉnh nhằm đạt được tỉ lệ thích hợp trong khí tổng hợp tuần hoàn. Cần chú ý rằng,
thành phần của khí tổng hợp sẽ chỉ thay đổi một cách chậm chạp trong khi có một
sự thay đổi nhỏ trong khí make-up được thực hiện, do vậy, hệ thống cần cho phép
một thời gian đủ lâu để thiết lập một cân bằng mới trước khi một sự điều chỉnh
khác được tiến hành.
3.4 Tháp tổng hợp Amoniac 10-R-5001
3.4.1 Sơ lược về đặc điểm kết cấu và các yêu cầu cơ bản
Tháp tổng hợp amonia là thiết bị quan trọng nhất của tháp tổng hợp amonia, tháp
tổng hợp có nhiệm vụ tổng hợp amonia từ hỗn hợp khí H
2
, N
2
trong tầng xúc tác .
Phản ứng tổng hợp amonia được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao, có áp
suất cao và xúc tác Fe nên tháp tổng hợp phải thỏa mãn các điều kiện : có cường độ
cơ giới cao, không biến dạng biến chất ở điều kiện nhiệt độ cao áp suất cao chịu
được sự ăn mòn của H
2,
N
2
.
Tác dụng ăn mòn của H
2
đối với thép cacbon sẽ thẩm thấu vào trong lòng vật

liệu , làm chất cacbon hóa bị phân giải tạo thành Methane. Khí methane tạo ra sẽ
tích tụ trong khe nơi tiếp giáp giữa các tinh thể , hình thành tình trạng vượt áp cục
bộ, gây ứng lực trực tập trung và xuất hiện các vết nứt.
Fe
3
C + 2H
2
= 3Fe + CH
4
+ Q
Ở nhiệt độ cao và áp suất cao Nitrogen sẽ kết hợp với sắt và các nguyên tố kim
loại khác có trong vật liệu thép tạo thành các hợp chất Nitrogen hóa cứng nhưng rất
giòn, làm giảm cường độ cơ giới của vật liệu thép.
Để thích ứng với các diều kiện phản ứng tháp được kết cấu thành hai lớp gồm
phần cấu kiện bên trong và phần vỏ tháp bao bọc kiểu hình trụ tròn.
Vỏ tháp tổng hợp ,thành tháp chịu áp là chính chống đỡ mức chênh lệch áp suất
trong tháp và áp ngoài trời, nhưng thành tháp không phải chịu nhiệt độ cao do đó
Trang 24
Báo cáo thực tập GVHD: Mr. S
vỏ tháp có thể được chế tạo bằng hợp kim thép mác thấp thông thường hay thép
cacbon loại tốt.
Phần cấu kiện bên trong làm việc ở nhiệt độ cao khoảng trên dưới 500
0
C, mà
không phải chống đỡ với điều kiện áp suất cao kiện áp suất cao nên có thể chế tạo
bằng thép hợp kim
Tháp tổng hợp amoniac ngoài việc yêu cầu phải có cấu tạo đơn giản, gọn, chắc
chắn, không rò khí và tiện lợi cho việc kiểm tra, sửa chữa, lắp ráp, tháo dỡ, nghĩa là
vừa bền chắc,về mặt công nghệ phải đáp ứng những yêu cầu sau:
- Trong điều kiện thao tác bình thường, phải duy trì được phản ứng cung cấp

nhiệt, kêt cấu của tháp phải tiện lợi, thuật lợi cho việc tăng nhiệt hay tăng nhiệt
hoàn nguyên xúc tác, đảm bảo xúc tác có cường độ sản xuất tương đối lớn.
- Nhiệt độ tầng xúc tác nâng cao cường độ sản xuất của xúc tác. Vì vầy cùng với
việc tiến hành phản ứng tổng hợp amoniac còn có nhiệm vụ lấy nhiệt ra kịp thời. Do
phản ứng tổng hợp amoniac ở phần trên xúc tác có tốc độ nhanh tỏa ra nhiều nhiệt,
vì vậy mà lượng nhiệt lấy ra từ vùng này phải nhiều hơn. Ở phần dười tầng xúc tác
tốc độ phản ứng tổng hợp tương đối chậm nên nhiệt lượng lấy ra sẽ phải ít hơn:
- Dòng khí phải được phân bố đều trong tầng xúc tác và giảm áp suất, trở lực
của tháp tổng hợp phải nhỏ.
- Kết cấu đơn giản, có độ tin cậy cao, ghép nối các bộ phận thuận lợi , dễ dàng,
bảo ôn hợp lý, cấu kiện trong tháp có đủ khe dư co giãn để giảm áp lực nhiệt.
3.4.2 Cấu tạo của tháp tổng hợp
Cấu tạo tháp bao gồm:
• Có cấu tạo nắp đỉnh phẳng
• Đáy bịt kín bằng cơ cấu hình cầu
• Phần dưới của bộ cấu tạo bên trong là bộ trao đổi nhiệt kiểu ống chùm
• Phía trên ống chùm là hộp xúc tác.
Tháp tổng hợp xúc tác chia thành 2 tầng, ở giữa xúc tác được ngăn cách bằng
vách ngăn. Hộp xúc tác được cấu tạo bằng 3 ống hình trụ đồng tâm, lớp phía ngoài
được bọc kín toàn bộ các cấu tạo bên trong, lớp thứ hai là một ống hình trụ có nhiều
lỗ để thể khí đi qua, lớp trong cùng ( ống trung tâm) là một ống trụ ngắn có gắn vòi
phun với tác dụng để phân phối khí. Lớp giữa và lớp trong cùng được hàn cứng với
Trang 25