quy trình sản xuất nh3 tại công ty tnhh mtv phân bón dầu khí cà mau

Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
MỤC LỤC
Lời mở đầu
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY 3
I. Giới thiệu chung về nhà máy 3
II. Tổng quan về phân xưởng Ammonia 5
2.1 Giới thiệu chung 5
2.2 Nguyên liệu và Nhiên liệu 6
2.3 Sản phẩm và đặc tính sản phẩm 7
2.3.1 Ammonia sản phẩm 7
2.3.2 CO2 sản phẩm 8
CHƯƠNG II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ LƯU TRÌNH 9
I. Sơ đồ công nghệ 9
Miêu tả tóm tắt sơ đồ công nghệ 9
II. Các công đoạn chính 10
2.1 Khử lưu huỳnh 10
2.1.1 Công nghệ tổng quát 10
2.1.2 Hydro hóa 10
2.2 Công đoạn reforming 11
2.3. Chuyển hoá CO 14
2.3.2 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao 15
2.4 Công đoạn tách CO2 16
2.5Công đoạn metan hoá 19
2.6Công đoạn tổng hợp ammonia 20
2.7 Công đoạn thu hồi ammonia 27
CHƯƠNG III AN TOÀN LAO ĐỘNG 30
2.3 Bảo vệ thân thể 32
3.2 Cứa hỏa 33
KẾT LUẬN 35
TÀI LIỆU THAM KHẢO 36
1

Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
2
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY
I. Giới thiệu chung về nhà máy
1.1 Quá trình tình thành
Công ty TNHH MTV phân bón Dầu Khí Cà Mau trực thuộc tập đoàn Dầu
Khí Việt Nam sở hữu 100% vốn được thành lập ngày 09/3/2011 để quản lý và
vận hành nhà máy Đạm Cà Mau, thuộc xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà
Mau.
Ngành nghề kinh doanh chủ yếu là sản xuất phân bón và hợp chất nitơ
bao gồm: sản xuất, kinh doanh, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và xuất nhập
khẩu phân phối, hóa chất dầu khí.
Hình 1 Nhà máy Đạm Cà Mau
Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 7 năm
2008 và hoàn thành vào thàng 02 năm 2012, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu phân
đạm khu vực 13 tỉnh đồng bằng Sông Cửu Long.
- Tổng mức đầu tư: 900 triệu USD
- Công suất: 800.000 tấn Ure/năm
- Sản xuất phân đạm hạt đục có chất lượng cao theo công nghệ hiện đại nhất
từ các nước Đan Mạch, Ý, Nhật Bản và các thiết bị dây chuyền sản xuất hoàn
toàn nhập khẩu từ các nước tiên tiến của EU.
- Chất lượng sản phẩm đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc Tế.
3
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
1.2 Quy mô nhà máy
1.2.1 Các phân xưởng công nghệ chính
Nhà máy Đạm Cà Mau bao gồm 3 cụm phân xưởng công nghệ chính:
- Cụm phân xưởng sản xuất Ammonia có công suất 1350 tấn/ngày.
- Cụm phân xưởng sản xuất Urea từ Ammonia và tạo hạt với công suất 2385

tấn hạt Urea/ngày.
- Cụm phân xưởng phụ trợ cung cấp khí, nước, hơi nước và xử lý nước thải.
1.2.2 Các cụm công nghệ trong các phân xưởng
Phân xưởng Ammonia bao gồm:
- 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 CO2.
- Thiết bị Methan hóa.
- Thiết bị tổng hợp Ammonia.
- Quá trình làm lạnh.
Phân xưởng Urea bao gồm:
- Máy nén CO2 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.
Phân xưởng tạo hạt bao gồm
- Thiết bị tạo hạt.
- Tháp rửa bụi.
- Máy nghiền urea.
- Sàng phân loại kích thước.
Phân xưởng phụ trợ bao gồm:
- Hệ thống nước thô –nước sinh hoạt –nước khử khoáng.
- Nước hàng rào.

- Hệ thống nước làm mát.
- Hệ thống khí nén –khí điều khiển –nitơ.
- Hệ thống phân phối khí tự nhiên.
- Hệ thống tồn chứa ammonia.
- Hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu.
- Hệ thống sử lý nước thải sinh hoạt.
4
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
- Hệ thống đuốc đốt.
II. Tổng quan về phân xưởng Ammonia
2.1 Giới thiệu chung
Trong nhà máy, ammonia được sản xuất từ khí tổng hợp chứa hydro và
nitơ với tỉ lệ xấp xỉ 3/1.
Bên cạnh các hợp chất trên, khí tổng hợp còn chứa một lượng khí trơ
như Ar và CH
4
ở một giới hạn nào đó.
Nguồn cung cấp H
2
là nước và khí hydrocarbon trong khí tự nhiên.
Nguồn cung cấp N
2
là không khí. Bên cạnh ammonia, nhà máy còn sản suất
CO
2
, nguồn cung cấp CO
2
là từ các hydrocarbon trong khí tự nhiên.
Hoạt động của nhà máy ammonia được minh họa như hình dưới đây:
Những ranh giới trách nhiệm của Phân xưởng ammonia là:

- Đầu vào của hệ thống cung cấp khí nguyên liệu.
- Đầu vào của máy nén không khí cho thiết bị reforming thứ cấp.
- Đầu ra của các bơm sản phẩm Ammonia.
- Đầu ra của thiết bị tách CO
2
.
Trong phạm vi ranh giới trách nhiệm thiết kế phân xưởng bao gồm các
thiết bị sau:
Cụm 200:
5
XƯỞNG
AMMONIA
Khí tự nhiên
Nước
Không khí
Điện
Hơi nước
Ammonia NH
3
Cabon dioxit CO
2
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
- Thiết bị khử lưu huỳnh.
- Các thiết bị reforming sơ cấp, thứ cấp và các nồi hơi thu hồi nhiệt.
- Các thiết bị chuyển hoá ở nhiệt độ cao và thấp.
Cụm 300:
- Thiết bị tách CO
2
.
- Methan hoá.

Cụm 500:
- Chu trình tổng hợp Ammonia và hệ thống làm lạnh.
2.2 Nguyên liệu và Nhiên liệu
Khí nguyên liệu và nhiên liệu cho phân xưởng ammonia là khí tự nhiên có
thành phần như sau:
Bảng 2.1 Thành phần khí nguyên liệu đầu vào
Thành phần, mole % Thiết Kế Dự phòng
C
1
77.66 73.13
C
2
7.38 2.91
C
3
3.53 1.52
i-C4 0.79 0.44
n-C
4
0.72 0.35
i-C
5
0.23 0.17
n-C
5
0.12 0.1
C
6
0.15 0.24
CO

2
8.00 18.41
N
2
1.42 2.73
6
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Nước, mg/Nm
3
80
Thủy Ngân, mg/Nm
3
, tối đa 0.01
Lưu huỳnh, mg/Nm
3
H
2
S, tối đa 10 79
Mercaptans, tối đa 11
Bảng 2.2 Nhiệt độ áp suất nguyên liệu đầu vào
Tối Thiểu Thiết Kế
Áp suất, Mpag 3.92 4.4
Nhiệt độ, °C 28 75
Thiết kế cho nguồn khí từ nguồn PM3-CAA.
Nhà máy được thiết kế để có thể vận hành với nguồn khí từ B&52, tuy
nhiên hiệu suất và công suất cần được điều chỉnh. Thể tích và khối lượng xúc tác
hydro hóa lưu huỳnh hữu cơ chỉ được thiết kế riêng với thành phần khí thiết kế.
2.3 Sản phẩm và đặc tính sản phẩm
2.3.1 Ammonia sản phẩm
Công suất (100% NH

3
) 1350 MTPD
Thông số kỹ thuật của sản phẩm:
Trạng thái: Lỏng
NH
3
, nồng độ tối thiểu: 99.8 wt%
Hàm lượng nước và tạp chất, tối đa: 0.20 wt%
Hàn lượng Dầu, tối đa: 5 ppm wt.
Bảng 2.3 Nhiệt độ áp suất sản phẩm
Đến Urea Đến Bồn chứa
7
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
BìnhThường ThiếtKế Tối Đa ThiếtKế
Áp suất, MPag 2.45 3.0 0.5 2.5
Nhiệt độ, °C 25 75 -32 75
2.3.2 CO
2
sản phẩm
Công suất thiết kế (100% CO
2
): 1790tấn/ngày (MTPD)
Trạng Thái : Khí
CO
2
, Tối thiểu: 99.0 vol% (khô)
Hàm lượng tạp chất (bao gồm Hydro), Tối đa: 1.0 vol% (khô)
8
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Chương II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ LƯU TRÌNH

I. Sơ đồ công nghệ
Miêu tả tóm tắt sơ đồ công nghệ
Các công đoạn cần thiết để sản xuất ammonia từ các nguồn nguyên
liệu đã được đề cập:
- Nguồn khí tự nhiên nguyên liệu được khử lưu huỳnh trong cụm khử
lưu huỳnh bao gồm thiết bị Hydro hóa hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh (3)
và thiết bị hấp thụ H2S (4) bằng xúc tác ZnO. Sau khi ra khỏi cụm khử lưu
huỳnh, dòng khí nguyên liệu có hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, tới hàm
lượng phần triệu (<0,05 ppm).
- Khí nguyên liệu đã được khử lưu huỳnh thực hiện phản ứng
Reforming với hơi nước và không khí tạo thành khí công nghệ trong thiết bị
Reforming sơ cấp (5) và Reforminh thứ cấp (6). Thành phần khí công nghệ
chủ yếu các khí như : H
2
, N
2
, CO, CO
2
và hơi nước.
- Trong công đoạn làm sạch khí, CO được chuyển hóa thành CO
2
trong
thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao (8) và nhiệt độ thấp (9) . Sau đó CO
2
được tách ra khỏi khí công nghệ tại thiết bị tách CO
2
(11) bằng dung dịch
MDEA. Dung dịch MDEA sau khi hấp thụ CO2 sẽ được nhả hấp thụ (12),
(13), (14).
- CO và CO

2
còn lại trong khí đầu ra cụm tách CO
2
được chuyển hóa
thành CH
4
trong thiết bị methan hóa (15) bằng phản ứng với H
2
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.
.
9
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
II. Các công đoạn chính
2.1 Khử lưu huỳnh
2.1.1 Công nghệ tổng quát
Khí nguyên liệu NG chứa 15ppm về thể tích các hợp chất lưu
huỳnh.Nguồn khí nguyên 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 H
2
S (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 H
2
S trong thiết bị
hydro hóa (R04201), sau đó H

2
S được hấp thụ trong tháp hấp thụ R04202A/B.
Sau công 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 Coban-
Molypden.
TK-250 được dùng cho phản ứng hydro hoá.
Các phản ứng xảy ra như sau:
RSH + H
2
<=>RH + H
2
S
R
1
SSR
2
+ 3H
2
<=>R
1
H + R
2
H + 2H
2
S
R
1
SR

2
+ 2H
2
<=> R
1
H + R
2
H + H
2
S
(CH)
4
S+ 4H
2
<=>C
4
H
10
+ H
2
S
COS + H
2
<=>CO+ H
2
S
Trong đó R- là gốc hydrocacbon.
Xúc tác hydro hóa không được tiếp xúc với hydrocarbon mà không có
mặt của H
2

. 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 CO
2
trong thành phần khí
tự nhiên vào R04201, sẽ xảy ra các phản ứng sau:
CO
2
+ H
2
↔CO + H
2
O
CO
2
+ H
2
S ↔COS +H
2
O
10
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Vì thế, sự hiện diện của CO, CO
2
và H
2
O ảnh hưởng đến hàm lượng
lưu huỳnh dư trong dòng khí công 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 hoàn toàn
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
0
C. Kẽm oxit
phản ứng với H
2
S và COS theo các phản ứng thuận nghịch sau đây:
ZnO +H
2
S ↔ZnS + H
2
O
ZnO +COS ↔ZnS + CO
2
Chất xúc tác không phản ứng với oxy hoặc hydro tại bất cứ nhiệt độ
nào.
Kẽm sulphide không có tính tự bốc cháy nên không có yêu cầu đặc biệt khi
tháo dỡ xúc tác.
Hơi nước công nghệ không được quá cao khi đi vào trong R04202A/B,
vì ZnO sẽ bị hydrat hóa và nó không thể tái sinh trở lại ZnO trong thiết bị
phản ứng.
2.2 Công đoạn reforming
2.2.1 Mô tả công nghệ tổng quát
Trong cụm reforming, khí đã khử lưu huỳnh được chuyển hóa thành khí
tổng hợp nhờ quá trình reforming xúc tác hỗn hợp khí NG, với hơi nước và
không khí.

Quá trình reforming hơi nước có thể được mô tả theo các phản ứng sau
đây:
C
n
H
2n+2
+ H
2
O ↔ C
n-1
H
2n
+ CO + 2H
2
– Q (1)
11
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
CH
4
+ 2H
2
O ↔ CO + 3H
2
– Q (2)CO
+ H
2
O ↔ CO
2
+ H
2

O + Q (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) .
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 không khí.
Quá trình đưa không khí vào R04203 đồng thời cũng cung cấp N
2
cho
quá trình tổng hợp Ammonia. Tỉ lệ H
2
/N
2
trong khí tổng hợp được duy trì
gần bằng 3, lượng không khí được giữ cố định. Nói chung, việc điều chỉnh
công 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 535
o
C trước
khi đi vào F04201. Khí công 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 không khí dư là 10%, tương ứng với 2% oxi dư trong khói thải.
12
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Hydrocarbon trong nguyên liệu tới reforming sơ cấp được chuyển hóa
thành H
2
và oxit carbon. Khí đi ra từ reforming sơ cấp chứa xấp xỉ 14% metan,
nhiệt độ đầu ra là 783
0
C.
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.
Xúc tác đã được khử bền trong không khí tới nhiệt độ 80
o
C. Nếu tiếp xúc
với không khí ở nhiệt độ cao hơn xúc tác sẽ bị oxi hóa. Tuy nhiên nhiệt độ
không gây tác động xấu đến xúc tác.
2.2.4 Reformer thứ cấp
Trong thiết bị reforming thứ cấp, khí công nghệ được trộn với không 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 công nghệ đi xuống tầng xúc tác tại đây
xảy ra phản ứng reforming.
Nhiệt độ khí công nghệ rời khỏi R04203 khoảng 953
0
C và hàm lượng
metan là 0.6 % mole.
Khí rời khỏi R04203 chứa khoảng 13.7% mol CO và 8.5% mol CO
2

vì
vậy tồn tại khả năng tạo carbon:
2CO  CO
2
+ C (Dạng muội than)
Nhiệt độ thấp nhất cho phản ứng trên là 650
o
C, tốc độ phản ứng xảy ra rất
chậm ở nhiệt độ thấp.
Quá trình làm nguội khí công 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.
13
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Các lớp xúc tác nằm trên hai lớp bi nhôm 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.
Quá trình cháy giữa không khí với khí công nghệ tại đỉnh của R04203 dẫn
tới nhiệt độ dòng khí tại khu vực đỉnh R04203 tăng lên 1100-1200
0
C. 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 1400-1500
0
C.
Xúc tác đã được hoạt hóa không được phép tiếp xúc với không khí ở điều
kiện nhiệt độ cao hơn 100
0
C. Vì nó sẽ gây tăng nhiệt tức thời. Khi nhiệt oxy hóa

không được phát tán khỏi reforming thứ cấp, nó có thể gây quá nhiệt và phá hủy
xúc tác.
2.3. Chuyển hoá CO
2.3.1 Mô tả công nghệ tổng quát
CO (Cacbon monoxit) trong khí công nghệ ra khỏi cụm reforming được
chuyển hoá thành CO
2
(cacbon dioxit) và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO
trong R04204 và R04205
CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2
+ Q
Cân bằng của phản ứng dịch chuyển về phía tạo thành CO
2
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.
Quá trình chuyển hóa được tiến hành trong 2 thiết bị R04204 và R04205
với quá trình làm nguội khí sau mỗi thiết bị.
14
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
2.3.2 Thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao
Bình chuyển hoá CO nhiệt độ cao R04204 chứa đựng chất xúc tác SK-
201-2, 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. Quá trình khử xúc tác được tiến
hành bằng dòng khí công nghệ có chứa H
2
trong quá trình khởi động. Xúc tác
SK 201-2 có thể được vận hành ở 320 -500
0
C.
Xúc tác mới nên được vận hành ở nhiệt độ khí đầu vào khoảng 360
o
C.
Sau đó, khi tuổi thọ xúc tác tăng, nhiệt độ vận hành tối ưu cũng tăng theo, nhưng
với điều kiện là nhiệt độ đầu ra không vượt quá 460
0
C, và hoạt tính xúc tác sẽ
giảm từ từ.
Clo và các muối vô cơ là các chất gây ngộ độc xúc tác. Hàm lượng Clo
trong khí công 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 luôn
luôn 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 SK-
201-2. Tuy nhiên khi nhiệt độ của xúc tác giảm tới một giới hạn nào đó nó
không nên tiếp xúc với hơi nước bởi vì điều này có thể làm nát xúc tác.
Do xúc tác đã hoạt hoá 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 hoá CO nhiệt độ thấp.
Lớp trên cùng là chất xúc tác nền Crôm. Xúc tác còn lại là LK-821-2. Chất xúc
tác LK-821-2 chứa oxit đồng, kẽm hoặc nhôm dưới dạng hạt.
Xúc tác được hoạt hóa ở 160-220
0

C trong vòng tuần hoàn nitơ chứa
khoảng 0.2-2% hydro. Trong quá trình khử xúc tác, oxit đồng phản ứng với H
2
tạo thành đồng nguyên chất.
15
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Xúc tác LK-821-2 có thể được vận hành với khoảng nhiệt độ 170-250
0
C.
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.
2.4 Công đoạn tách CO
2
2.4.1 Mô tả công nghệ tổng quát
Hệ thống tách 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 MDEA. Hệ
thống công nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO
2
hai cấp, một tháp tách
CO
2

và hai bình tách flash.
CO
2
được tách khỏi khí công 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 CO
2
từ pha khí sang pha lỏng, phần còn lại của dung dịch là nước. Các
phản ứng trong quá trình hấp thụ CO
2
được miêu tả như sau :
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
-
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 công nghệ
16
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Khí rời khỏi công đoạn chuyển hoá CO có hàm lượng 19,3% mol CO
2
(khí khô). 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 CO
2
(E04302) và
bộ gia nhiệt nước khử khoáng (E04305). Sau khi nước ngưng tụ quá trình được
tách ra khỏi dòng khí trong bình tách khí cuối cùng S04304, khí này đi vào tháp
hấp thụ CO
2
tại nhiệt độ khoảng 70
0
C.
Trong tháp hấp thụ CO
2

(C04302), CO
2
được tách ra khỏi dòng khí bằng
hấp thụ ngược dòng trong hai cấp. Ở phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch
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 CO
2
còn lại. Tại đầu ra của tháp
hấp thụ, hàm lượng CO
2
trong khí sẽ giảm xuống thấp hơn 500 ppm.
Dung dịch lean đi vào tháp hấp thụ tại nhiệt độ 50
0
C, dịch semilean 70
0
C
và được gia nhiệt đến khoảng 84
0
C 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 công nghệ, đỉnh tháp có ba đĩa dạng nắp và một dòng
nước ngưng công nghệ với lưu lượng 700-800 kg/h được dẫn vào, dòng nước
này lấy từ tháp sử lý nước ngưng công nghệ C04701.
2.4.3 Tách CO
2
khỏi dòng giàu CO

2
Dung dịch giàu CO
2
ra khỏi tháp hấp thụ CO
2
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 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 S04302, hầu hết các thành
phần trơ hoà tan được giải phóng tại áp suất khoảng 0,54 Mpag. Dung dịch giàu
CO
2
tiếp tục đến bình tách thấp áp S04301, tại đây hầu hết CO
2
được giải phóng
17
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
khỏi dung dịch tại áp suất 0,074 Mpag. Cả hai bình tách được nạp đệm dạng
vòng 2” SS pall.
CO
2
thoát ra khỏi bình tách thấp áp chứa đầy hơi nước bão hoà tại
nhiệt độ khoảng 73
0
C. Hỗn hợp này được làm lạnh xuống 45

0
C 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). CO
2
thành phẩm rời khỏi S04303 được đưa
sang phân xưởng urea ở áp suất 0,06 MPag.
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 CO
2
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 CO
2
(C04301), CO
2
được tách bằng nhiệt, lượng nhiệt
cấp cho nồi đun tháp stripper được lấy từ dòng khí công nghệ. C04301 được nạp
vòng đệm 2” SS.
Nhiệt độ CO
2
bão hoà hơi nước ra khỏi đỉnh tháp giải hấp ở khoảng 98
0
C
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 50
0
C
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.
18
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
2.5 Công đoạn metan hoá
2.5.1 Mô tả công nghệ tổng quát
Bước chuẩn bị khí cuối cùng trước khi vào tháp tổng hợp là công đoạn
metan hoá, đây là quá trình mà các cacbon oxit dư sẽ được chuyển hoá 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 CO
2
) gây ngộ độc đối
với xúc tác tổng hợp NH
3.
Quá trình metan hoá xảy ra trong bình metan hoá R04301, và các phản
ứng liên quan là những phản ứng ngược của phản ứng reforming:
CO + 3H
2
↔ CH
4
+ H
2
O + Q

CO2 + 4H
2
↔ CH
4
+ 2H
2
O + Q
Các đại lượng có tính chất quyết định đến các phản ứng metan hoá là :
hoạt tính của xúc tác, nhiệt độ, áp suất, và hàm lượng hơi nước trong khí
công 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 280-450
0
C, tuy nhiên, các điều kiện cân
bằng là hoàn toàn có lợi. Hoạt tính xúc tác trên thực tế chỉ là một nhân tố xác
định hiệu suất của quá trình metan hoá. 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 hoá
Bình metan hoá 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
0
C và dẫn đến
tăng nhiệt độ trong lớp xúc tác. Nhiệt độ tăng phụ thuộc vào hàm lượng CO
và CO
2
trong khí công 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

0
C là tốt nhất tại
thời điểm khởi động. Chất xúc tác metan hoá không được phép tiếp xúc với
nhiệt độ lớn hơn 420
0
C trong một khoảng thời gian dài.
19
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Chất xúc tác rất nhạy cảm với các hợp chất lưu huỳnh và clo. Hơi nước
không có hydro sẽ oxy hoá chất xúc tác và do đó không 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
xúc tác.
Hoạt tính xúc tác giảm có thể do nhưng nguyên nhân sau đây:
Già cỗi do nhiệt
Ngộ độc dần do những tạp chất trong khí nguyên liệu đầu vào như là
kali, lưu huỳnh, hoặc asen.
Rối loạn chức năng của hệ thống tách CO
2
(bộ phận MDEA) gây nên
hậu quả là hàm lượng CO
2
cao bất thường gây nên sự gia tăng nhiệt độ cao
trong lớp xúc tác.
Khi tuổi thọ xúc tác cao, nó sẽ mất dần hoạt tính; điều này có thể được
bù trừ bằng cách tăng nhiệt độ.
Quá trình khử chất xúc tác được thực hiện một cách đơn giản bằng
cách gia nhiệt trong khí công nghệ bình thường. Hàm lượng CO và CO
2
trong khí được dùng trong quá trình khử phải ở mức thấp có thể, tốt nhất là

dưới 1% mol CO+CO
2
nhằm giảm thiểu sự gia tăng nhiệt độ của lớp xúc tác
2.6 Công đoạn tổng hợp ammonia
2.6.1 Mô tả công đoạn
Quá trình tổng hợp ammonia xảy ra trong bình tổng hợp ammonia
(R04501) theo phản ứng dưới đây:
3H
2
+ N
2
↔ 2NH
3
+ Q
20
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
Đây là phản ứng thuận nghịch và chỉ có khoảng 25% nitơ và hydro được chuyển
hoá thành ammonia
Áp suất vận hành bình thường sẽ là 13.73 MPag tại đầu vào tháp tổng hợp
ammonia (áp suất tối đa là 15.2 MPag)
Nhiệt độ vận hành bình thường sẽ là trong tháp tổng hợp ammonia khoảng từ
390-494
0
C đối với lớp xúc tác thứ nhất và 420-464
o
C đối với lớp xúc tác thứ hai
và 402-441
0
C cho lớp thứ 3 trong R04501
2.6.2 Chu trình tổng hợp

Khí tổng hợp đã được làm sạch từ cụm metan hoá được nén đến
khoảng 13 MPag trước khi được đưa vào trong chu trình tổng hợp.
Khí tổng hợp bổ sung (make-up gas) được làm lạnh trong bộ làm lạnh
(chiller) E04509 và được đưa vào trong chu trình tổng hợp giữa thiết bị trao
đổi nhiệt (E04507) và bộ làm lạnh ammonia thứ hai (E04508), sau khi khí
phóng không được loại bỏ tại đầu ra của E04507.
Khí đi ra từ tháp tổng hợp được làm lạnh theo từng bước, trước hết
trong nồi hơi nhiệt thừa E04501từ nhiệt độ khoảng 441
0
C xuống 340
0
C. Tiếp
theo đó, khí được làm lạnh đến khoảng 280-290
0
C trong bộ gia nhiệt nước
cấp lò hơi E04502 và trong bộ trao đổi nhiệt nóng E04503, nơi mà khí tổng
hợp được làm lạnh đến 65
o
C nhờ gia nhiệt khí đầu vào tháp tổng hợp. Khí
tổng hợp sau đó được làm lạnh đến 41
0
C trong bộ làm lạnh nước E04504 và
xuống thấp hơn, đến 34-35
0
C trong thiết bị trao đổi nhiệt E04505, được dùng
để gia nhiệt khí đầu vào của tháp tổng hợp.
Quá trình làm lạnh cuối cùng của khí tổng hợp đến –5
0
C xảy ra trong
bộ làm lạnh ammonia thứ nhất E04506, thiết bị trao đổi nhiệt E04507, và

cuối cùng là bộ làm lạnh ammonia thứ hai E04508. Ammonia đã ngưng tụ
được tách ra khỏi khí tổng hợp tuần hoàn trong bình tách ammonia S04501.
Từ bình tách, khí được tuần hoàn trở lại đến tháp tổng hợp ammonia thông
qua bộ làm lạnh thứ hai (second cold exchanger), bộ làm lạnh thứ nhất (first
cold exchanger) và cuối cùng, qua bộ trao đổi nhiệt nóng (hot heat
21
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
exchanger) đến tháp tổng hợp ammonia nhờ máy nén tuần hoàn, là một phần
của máy nén khí tổng hợp (K04431). Ammonia lỏng được đưa tới bình giảm
áp S04502 nơi áp suất được giảm xuống 2.55 MPag.
Khí make-up đi vào chu trình tổng hợp có hàm lượng nước ở trạng thái
bão hoà và chứa đựng dấu vết cacbon monoxit và cacbon dioxit.
Nồng độ hơi nước trong khí make-up là khoảng 200 ppm.Nó sẽ được
tách nhờ sự hấp thụ vào trong ammonia ngưng tụ.Cacbon dioxit trong khí
make-up sẽ phản ứng với cả hai ammonia lỏng và khí, hình thành ammoni
cacbamat.
2NH
3
+ CO
2
↔ NH
4
-CO-NH
2
Cacbamat hình thành sau đó hoà tan vào trong ammonia ngưng tụ. Cacbon
monoxit chỉ hoà tan rất ít trong ammonia, do đó, nó sẽ đi qua máy nén tuần hoàn
đến tháp tổng hợp ammonia, 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 tổng hợp ammonia, hàm lượng cacbon monoxit trong khí make-
up phải được duy trì ở mức thấp nhất có thể.

2.6.3 Tháp tổng hợp Ammonia R04501
* Nguyên lý hoạt động của tháp tổng hợp ammonia:
Hầu hết khí tổng hợp tuần hoàn lại(A) được đưa vào tháp tổng hợp thông
qua đầu vào chính tại đáy của vỏ chịu áp suất. Khí đi lên phía trên qua không
gian hình khuyên giữa vỏ xúc tác và vỏ chịu áp. Điều này giúp làm lạnh vỏ
áp suất và nhiệt độ thiết kế của vỏ được giảm đi. Sau đó khí đi vào đáy của
các ống trong bộ trao đổi nhiệt trung gian thứ nhất thông qua các ống trung
tâm của bộ trao đổi nhiệt 1 và qua các ống đi lên phía trên do đó làm lạnh khí
đi ra khỏi lớp xúc tác thứ nhất tới nhiệt độ đầu vào lớp xúc tác thứ 2.
Một phần khác của khí tổng hợp(C) được đưa vào tại đỉnh của tháp
tổng hợp như một dòng khí làm mát. Tại đỉnh của tháp , dòng khí này trộn
với khí đi ra từ ống của các bộ trao đổi nhiệt trung gian 1 để giữ nhiệt độ đầu
vào lớp xúc tác thứ nhất vào khoảng 390
0
C. Sau khi trộn, dòng khí này chảy
tới các khoang giữa lớp xúc tác thứ nhất và vỏ đựng xúc tác.Từ các khoang
22
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
này khí tổng hợp đi qua lớp xúc tác thứ nhất qua vách dẫn đi về khoang giữa
lớp xúc tác thứ nhất và bộ trao đổi nhiệt trung gian thứ nhất. Sự phân phối
đồng đều khí tổng hợp qua lớp xúc tác được đảm bảo bằng các lỗ đục trong
khoang. Dòng khí đi ra khỏi lớp xúc tác thứ nhất có nhiệt độ vào khoảng
494
0
C đi qua phần vỏ của bộ trao đổi nhiệt trung gian thứ nhất được làm lạnh
tới nhiệt độ 420
0
C đi vào lớp xúc tác thứ 2.
Từ thiết bị trao đổi nhiệt thứ nhất khí tổng hợp được đưa tới lớp xúc
tác thứ 2 thông qua các khoang quanh lớp xúc tác. Dòng khí đi ra khỏi lớp

xúc tác thứ 2 có nhiệt độ khoảng 464
0
C được làm lạnh bởi một phần khác khí
tổng hợp(B) được đưa vào tháp tổng hợp tại đáy tháp đi qua ống dẫn trung
tâm tới các ống của bộ trao đổi nhiệt trung gian thứ 2. Phần khí tổng hợp
này qua các ống đi lên phía trên làm lạnh khí đi ra khỏi lớp xúc tác thứ 2 tới
nhiệt độ 402
0
C và đi vào lớp xúc tác thứ 3.
Giữa lớp xúc tác thứ 2 và lớp xúc tác thứ 3 thông nhau bằng các vách
dẫn, sự phân phối khí đồng đều được đảm bảo bằng các lỗ đục hợp lý trên
vách của lớp xúc tác.
Khí(D) đi ra lớp xúc tác thứ 3 có nhiệt độ 441
0
C qua các lỗ đục vào
ống trung tâm và đi ra khỏi tháp tổng hợp đi qua nồi hơi nhiệt thừa E04501.
23
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
1-Vỏ tháp; 2- Lớp xúc tác 1; 3- Ống tuần hoàn trung tâm; 4- Lớp xúc tác 2
5- Lớp xúc tác 3; 6- Thiết trao đổi nhiệt 1; 7- Thiết bị trao đổi nhiệt 2;
A,B,C- khí tổng hợp, D khí tổng hơp đi ra khỏi tháp tổng hợp
Hình 3 tháp tổng hợp NH
3
24
Báo cáo thực tập Nhà máy Đạm Cà Mau
* Xúc tác:
Chất xúc tác tổng hợp ammonia KM1/KM1R được tăng cường bởi xúc
tác sắt, chứa đựng một lượng nhỏ oxit không khử được. Kích thước hạt xúc
tác là khoảng 1,5-3 mm.
Các yếu tố ảnh hưởng tới xúc tác:

- Các hợp chất lưu huỳnh, clo và photpho là cực kỳ độc và gây ra sự giảm
hoạt tính vĩnh viễn.
- Tất cả các hợp chất chứa oxy, như H
2
O, CO, CO
2
là chất gây ngộ độc
đến chất xúc tác, một lượng nhỏ của những chất này khiến cho hoạt tính của
chất xúc tác giảm đáng kể do sự oxy hoá.
- Hoạt tính xúc tác giảm từ từ trong quá trình vận hành. Tốc độ giảm hoạt
tính bị ảnh hưởng bởi các điều kiện vận hành trên thực tế, đáng kể nhất là nhiệt
độ của lớp xúc tác và nồng độ của các chất gây ngộ độc xúc tác trong khí tổng
hợp tại đầu vào của bình tổng hợp.
- Kích thước hạt nhỏ đảm bảo hoạt tính xúc tác tổng cộng cao.
Hơn nữa, dòng phát tán (radial flow) của tháp tổng hợp cho phép sử dụng
những hạt xúc tác nhỏ mà không tạo ra độ chênh áp lớn.
- Chất xúc tác KM1R đã qua tiền khử được làm bền (về hoá học) trong
quá trình sản xuất nhờ việc oxy hoá bề mặt xúc tác. Chất xúc tác đã qua oxy
hoá một phần chứa khoảng 2% khối lượng oxy. Sự làm bền khiến cho chất
xúc tác KM1R không tự bốc cháy ở nhiệt độ 90-100
0
C, nhưng cao hơn
100
0
C, chất xúc tác sẽ phản ứng với oxy và nóng lên một cách tự phát.
•Chú ý:
- Chất xúc tác được hoạt hoá nhờ sự khử sắt oxit bề mặt sang sắt tự do
với hình thành nước. Sự khử được thực hiện với khí tổng hợp tuần hoàn.
Khoảng nhiệt độ cần thiết đạt được nhờ bộ gia nhiệt khởi động (F04501).
- Việc sử dụng khí tổng hợp với tỉ lệ hydro/nitơ gần với 3/1 cho quá

trình hoạt hoá KM1/KM1R có hai lợi thế. Lợi thế thứ nhất là quá trình sản
25