Mô phỏng hoạt động phân xưởng amonia của nhà máy đạm phú mỹ bằng phần mềm hysys và pro II mô phỏng phân xưởng urea bằng phần mền aspen plus

Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 1 Ngành: CNHH Dầu và Khí
LỜI CẢM ƠN
  
Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các
thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung và Thầy cô chuyên ngành Công
Nghệ Hóa học- Dầu và Khí nói riêng đã ân cần giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt thời
gian em học tại trường và trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy Tiến Sĩ Nguyễn Đình Lâm,
người thầy trực tiếp hướng dẫn đề tài tốt nghiệp của em. Trong quá trình thực hiện đề tài
thầy đã nhiệt tình giúp đỡ em rất nhiều về mặt tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm, giúp em
đưa ra các phương án và giải quyết được các vấn đề thắc mắc.
Xin chúc quý Thầy Cô sức khỏe và thành công.
Nguyễn Thị Phương.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 2 Ngành: CNHH Dầu và Khí
LỜI MỞ ĐẦU 5
Chương 1 6
GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 6
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển: 6
1.2 Địa điểm xây dựng, mặt bằng nhà máy: 6
1.3 Nguồn nguyên liệu: 7
1.4 Các loại sản phẩm: 8
1.4.1 Sản phẩm chính- Urea: 8
1.4.2 Sản phẩm phụ Ammonia: 8
1.5 Các phân xưởng trong nhà máy: 9
1.5.1 Phân xưởng Ammonia: 9
1.5.2 Phân xưởng Urea: 10
1.5.3 Phân xưởng phụ trợ: 10
Chương 2 11
GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG AMMONIA 11
2.1 Sơ đồ tổng thể dây chuyền công nghệ xưởng Ammoia: 11

2.2 Quá trình HDS: 12
2.2.1 Mục đích: 12
2.2.2 Nguyên liệu và sản phẩm: 12
2.2.3 Thông số vận hành: 12
2.2.4 Các phản ứng xảy ra: 13
2.2.5 Chất xúc tác: 14
2.3 Quá trình Reforming: 15
2.3.1 Mục đích: 15
2.3.2 Quá trình reforming sơ cấp (10-H-2001): 16
2.3.3 Quá trình reforming thứ cấp (10-R-2003): 19
2.4 Chuyển hóa CO: 20
2.4.1 Mục đích: 20
2.4.2 Mô tả quy trình: 21
2.5 Quá trình tách CO2: 22
2.5.1 Mục đích: 22
2.5.2 Dung môi hấp thụ: 22
2.5.3 Mô tả công nghệ tổng quát: 22
2.6 Methan hóa: 24
2.6.1 Mục đích: 24
2.6.2 Mô tả quá trình: 24
2.7. Quá trình tổng hợp NH3: 25
2.7.1 Lý thuyết quá trình: 25
2.7.2 Tháp tổng hợp Ammonia (10-R-5001): 29
2.7.3 Xúc tác: 30
2.7.4 Nhiệt độ phản ứng trong tháp tổng hợp: 32
2.7.5 Áp suất vận hành: 32
Chương 3 34
PHÂN XƯỞNG UREA 34
3.1 Nén CO2: 35
3.2 Tổng hợp urea: 35

GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 3 Ngành: CNHH Dầu và Khí
3.3 Phân hủy carbamate và thu hồi: 36
3.3.1 Phân hủy cao áp trong thiết bị Stripper cao áp 20-E-1001: 37
3.3.2 Phân hủy trong thiết bị trung áp 20-E-1002A/B: 37
3.3.3 Phân hủy trong thiết bị thấp áp 20-E-1003: 37
3.3.4 Thu hồi: 37
3.3.4 Cô đặc chân không: 38
3.3.5 Tạo hạt: 39
3.3.6 Cụm xử lý nước thải: 40
Chương 4 41
GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀN ỨNG DỤNG 41
4.1 Giới thiệu phần mền Pro/II: 41
4.1.1 Tính năng và phạm vi sử dung: 41
4.1.2 Các cụm thiết bị trong Pro/II: 43
4.1.3 Sử dụng phần mền: 44
4.2 Giới thiệu phần mền Hyssys: 45
4.2.1 Các bước mô phỏng trong Hyssys: 46
Chương 5 50
MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG AMMONIA NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ BẰNG PHẦN MỀN
PRO/II, HYSSYS VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ THỰC TẾ 50
5.1 Mục đích mô phỏng: 50
5.2 Mô hình nhiệt động: 50
5.3 Quá trình mô phỏng bằng Pro/II: 52
5.3.1 Quá trình xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu: 52
5.3.2 Quá trình Reforming: 53
5.3.3 Chuyển hóa CO: 55
5.3.4 Quá trình tách CO2 bằng MDEA: 57
5.3.5 Quá trình Methan hóa: 58
5.3.6 Quá trình nén khí tổng hợp: 60

5.3.7 Vòng tổng hợp amoniac: 61
5.3.8 Quá trình thu hồi Amoniac: 62
5.3.9 Chu trình lạnh: 63
5.4 Quá trình mô phỏng bằng Hyssys: 64
5.4.1 Xử lý lưu huỳnh trong khí nguyên liệu: 64
5.4.2 Reforming : 65
5.4.3 Quá trình chuyển hóa CO nhiệt độ cao: 67
5.4.4 Chuyển hóa CO nhiệt độ thấp: 68
5.4.5 Tách CO2: 70
70
Ở đây để mô phỏng quá trình hấp thụ bằng MDEA ta sử dụng công cụ Component Splitter để
tách CO2 ra khỏi hỗn hợp khí 70
70
5.4.6 Metan hóa: 71
5.4.7 Cụm máy nén K-4031: 72
5.4.8 Tổng hợp NH3 R-5001: 73
5.5 So sánh kết quả mô phỏng với thực tế sản xuất: 74
5.5.1 Reforming sơ cấp: 74
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 4 Ngành: CNHH Dầu và Khí
5.5.2 Reforming thứ cấp: 75
5.5.3 Chuyển hóa CO nhiệt độ cao: 76
5.5.4 Chuyển hóa CO nhiệt độ thấp: 77
5.5.5 Hấp thụ CO2: 78
5.5.6 Metan hóa: 79
5.5.7 Tổng hợp NH3: 80
Chương 6 82
MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG UREA BẰNG PHẦN MỀN ASPEN PLUS 82
6.1 Giới thiệu phần mền Aspen Plus: 82
6.1.1 Các phím đặc trưng trong Aspen Plus: 82

6.1.2 Các biểu tượng trong Data Browser và ý nghĩa của chúng: 83
6.1.3 Các modun thiết bị trong Aspen Plus: 83
6.1.4 Các bước tiến hành để mô phỏng quá trình: 85
6.2 Mô phỏng phân xưởng Urea: 89
6.2.1 Cụm nén khí CO2: 89
6.2.2 Thiết bị tổng hợp Urea: 90
6.2.3 Stripper urea E-1001: 93
6.2.4 Phân hủy trung áp E-1002A/B: 94
6.2.5 Phân hủy thấp áp E-1003: 95
6.3 Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt cho 20-E-1002A của cụm phân hủy trung áp: 96
6.3.1 Tổng quan: 96
6.3.2 Ứng dụng phần mền Aspen Plus để tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 20-E-1002A cho
cụm phân hủy trung áp: 97
Chương 7 104
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, 104
XÂY DỰNG SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN CHO CỤM PHÂN HỦY TRUNG ÁP 104
7.1 Tổng quan hệ thống điều khiển: 104
7.2 Các bước điều khiển: 106
7.3 Các vòng điều khiển: 106
7.4 Các loại tín hiệu: 107
7.5 Các phần tử cơ bản của hệ thống điều khiển: 108
7.6 Xây dựng sơ đồ điều khiển cho cụm phân hủy trung áp: 110
KẾT LUẬN 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO 113
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 5 Ngành: CNHH Dầu và Khí
LỜI MỞ ĐẦU
Theo FAO, phân bón làm tăng năng suất cây trồng từ 35 - 45%. Phân bón có 80 - 90
loại nhưng chỉ có một số loại phân bón chủ chốt bao gồm 13 nguyên tố cơ bản (N, P, K,
S, Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B,Co). Ba nguyên tố thường thiếu trong đất mà người ta

bón nhiều là nitơ, phốtpho, kali. Đạm nitơ thường được sử dụng là loại đạm amôn (như
sunphát amôn, cacbonat amôn, clorua amôn) và đạm dạng amôniăc, nitrơ (amôn nitrat,
natri nitrat, kali nitrat). Các quặng muối phôtphát là nguyên liệu chủ yếu để tạo phân
lân…Phân kali thường dùng chủ yếu là phôtphát kali và clorua kali.
Ngày nay, ngành công nghiệp phân bón nước ta đang trên đà phát triển và khẳng định
được vai trò quan trọng của mình đối với ngành nông nghiệp cả nước.
Trên cơ sở đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy Đạm Phú Mỹ, em đã chọn đề tài tốt
nghiệp là: “Mô phỏng hoạt động phân xưởng Amonia của nhà máy Đạm Phú Mỹ
bằng phần mềm Hysys và Pro II. Mô phỏng phân xưởng Urea bằng phần mền
Aspen Plus”. Nhằm mục đích:
- Tiếp cận được với sản phẩm hóa dầu theo đúng nghành học của mình.
- Tìm hiểu về các quá trình công nghệ, các thiết bị trong ngành dầu khí.
- Tìm hiểu và ứng dụng một phần mềm mới.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 6 Ngành: CNHH Dầu và Khí
Chương 1
GIỚI THIỆU 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 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 động 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.
• Hợp đồng EPCC xây dựng Nhà máy đạm Phú Mỹ giữa Tổng Công ty dầu khí Việt
Nam và Tổ hợp nhà thầu Technip/ SamSung, Hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất
Amôniắc với Haldor Topsoe và công nghệ sản xuất Urea với Snamprogetti ngày
15/06/2001 là cơ sở cho các bên triển khai thực hiện nghĩa vụ của mình nhằm xây dựng

Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ hiện đại và đạt tiêu chuẩn Quốc tế.
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 63 ha. Vị trí
Nhà máy được thể hiện trong Chứng chỉ Qui hoạch số 07/2001/BQL – CCQH do Ban
QL các KCN Bà Rịa - Vũng Tàu cấp ngày 12/03/2001.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 7 Ngành: CNHH Dầu và Khí
Hình 1- : Mặt bằng nhà máy
1.3 Nguồn 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 đến 54 triệu m
3
/năm.
Đặc tính và thành phần khí:
- Nhiệt độ: 18 – 36
o
C.
- Áp suất: 40 bar.
- Trọng lượng phân tử: 18,68 g/mol.
- Thành phần: C
1
=83,31%, C
2
=14,56%, C
3
=1,59%, iC
4
=0,107%, nC

4
=0,109%.
Nguồn Nitơ: Khí Nitơ (N
2
) được lấy từ không khí, là chất khí không màu, không
mùi, không vị, chiếm khoảng 78 % thể tích trong khí quyển, ít tan trong nước và các
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 8 Ngành: CNHH Dầu và Khí
dung môi hữu cơ, có T
s
=-195,8
0
C, T
nc
= -219,86
0
C, không duy trì sự sống và sự cháy.
Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, nitơ là nguyên liệu để tổng hợp NH
3
.
Nguồn Hydro: Hydro là chất khí không màu, không mùi vị ở điều kiện thường, nhiệt
độ nóng chảy khoảng –259,1
0
C, nhiệt độ sôi khoảng –252,6
0
C. Khí Hydro nhẹ có độ linh
động lớn dễ khuyếch tán qua các thành kim 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,
hydro là nguyên liệu để tổng hợp NH
3

.
Nguồn 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 là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hợp.
Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO
2
là nguyên liệu để tổng hợp Urê, được điều chế từ công
đoạn Reforming khí thiên nhiên.
1.4 Các loại sản phẩm:
1.4.1 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 biuret <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 135
0
C, tỷ
trọng khoảng 1,3230. Urea thủy phân chậm tạo thành Ammonium Carbamate 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 suất cao.
1.4.2 Sản phẩm phụ Ammonia:
- Ammonia chủ yếu dùng để tổng hợp Urea, lượng thừa ra được đưa về bồn chứa.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 9 Ngành: CNHH Dầu và Khí
- 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 –32
0
C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất cao
(khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng. Không độc nhưng nặng hơn không khí, nên rất
nguy hiểm khi bị rò rỉ với lượng lớn.
1.5 Các phân xưởng trong nhà máy:
1.5.1 Phân xưởng Ammonia:
Sản xuất NH
3
và CO
2
làm nguyên liệu để tổng hợp Urea, gồm các công đoạn sau:
- Công đoạn khử lưu huỳnh: Chuyển hóa hợp chất của lưu huỳnh từ dạng hữu cơ
(mercaptan) thành lưu huỳnh vô cơ (khí H
2

S). Sau đó, H
2
S được hấp thụ bằng
ZnO trong tháp hấp thụ R-2002 A/B.
- Công đoạn Reforming: gồm có Reforming sơ cấp và Reforming thứ cấp, nhằm
chuyển hóa toàn bộ C
2
+
thành hỗn hợp khí CO, CO
2
, và H
2
.
- Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp: chuyển hóa gần
như hoàn toàn CO thành CO
2
.
- Công đoạn khử CO
2
bằng phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi MDEA,
nhằm chuẩn bị hổn hợp khí H
2
và N
2
để tổng hợp Ammonia và cung cấp khí
nguyên liệu CO
2
cho quá trình tổng hợp Urea.
- Công đoạn methan hóa: nhằm chuyển hóa phần dư khí CO và CO
2

còn lại trong
khí tổng hợp để khỏi gây ngộ độc cho chất xúc tác trong thiết bị tổng hợp ở
quá trình sau.
- Công đoạn tổng hợp NH
3
: nhằm cung cấp NH
3
cho quá trình tổng hợp Urea.
Phản ứng tổng hợp được tiến hành trong thiết bị phản ứng dưới tác dụng của
xúc tác Fe, các oxit của Fe, kèm theo một chu trình lạnh nhằm thu NH
3
tinh
khiết.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 10 Ngành: CNHH Dầu và Khí
1.5.2 Phân xưởng Urea:
Nhằm sản xuất Urea-là sản phẩm chính của nhà máy từ nguyên liệu chính là CO
2
và NH
3
đến từ phân xưởng Ammonia của nhà máy. Bao gồm các quá trình sau:
- Tổng hợp Urea và thu hồi NH
3
, CO
2
cao áp.
- Tinh chế Urea và thu hồi NH
3
, CO
2

trung áp và thấp áp.
- Cô đặc Urea.
- Tạo hạt.
1.5.3 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 N
2
.
• 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.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 11 Ngành: CNHH Dầu và Khí
Chương 2
GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG AMMONIA
Mục đích :
• Cung cấp NH
3
cho phân xưởng Urê,
• Cung cấp H
2
cho phân xưởng Urê,
• Sản xuất NH

3
thương mại đưa vào bể chứa.
Phân xưởng Ammonia vận hành theo công nghệ Haldor Topsoe, với công suất 1350
tấn Ammonia/ngày.
2.1 Sơ đồ tổng thể dây chuyền công nghệ xưởng Ammoia:
Hình 2- : Dây chuyền công nghệ xưởng Ammonia
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 12 Ngành: CNHH Dầu và Khí
2.2 Quá trình HDS:
2.2.1 Mục đích:
Phần lớn khí thiên nhiên nguyên liệu có chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn tại ở dạng
hợp chất.Xúc tác dùng cho công nghệ reforming bằng hơi nước thì rất nhạy cảm với hợp
chất chứa lưu huỳnh, bởi vì chúng sẽ gây mất hoạt tính hoặc nhiễm độc xúc tác.
Do đó các hợp chất lưu huỳnh phải được khử bỏ trước khi đi vào công đoạn
reforming. Điều này được thực hiện trong công đoạn khử lưu huỳnh.
2.2.2 Nguyên liệu và sản phẩm:
Là khí đồng hành của mỏ Bạch Hổ và Nam Côn Sơn đã tách các phần nặng tại nhà
máy chế biến khí Dinh Cố.
Thành phần khí cụ thể như sau:
N
2
0,26 C
3
H
8
1,60
CO
2
0,01 n-C
4

H
10
0,11
CH
4
83,31 i- C
4
H
10
0,11
C
2
H
6
14,57 C
+
5
0,03
Khí sau khi qua xử lý HDS có hàm lượng lưu huỳnh <0,05%.
2.2.3 Thông số vận hành:
Công đoạn lưu huỳnh bao gồm thiết bị hydro hoá, 10-R-2001 và hai thiết bị hấp
phụ sulphur 10-R-2002 A/B.
390
400
38.2
R-2002 A/B
R-2001
Natural gas feed
Recycle H2
350

47
34.4
420
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 13 Ngành: CNHH Dầu và Khí
Ở thiết bị chuyển lưu huỳnh dạng hữu cơ sang dạng vô cơ 10-R-2001, chứa chất
xúc tác là TK-250 có thành phần chính là Co-Mo oxít.
Natural Gas sau khi đã gia nhiệt đến 350
0
C thì được hòa trộn cùng với H
2
hồi lưu
để thực hiện phản ứng HDS sớm ngăn chặn phản ứng tạo cốc sẽ bám trên bề mặt chất xúc
tác, làm giảm hoạt tính chất xúc tác.
Ở thiết bị hấp phụ H
2
S (10-R-2002A/B), chứa chất xúc tác là HTZ-3 có thành
phần chủ yếu là ZnO (99-100%).
2.2.4 Các phản ứng xảy ra:
a. Trong thiết bị Hydro hóa 10-R-2001:
RSH + H
2
→ RH + H
2
S
R
1
SSR
2
+ 2H

2
→ R
1
H + R
2
H + H
2
S
R
1
SR
2
+ 2H
2
→ R
1
H + R
2
H + H
2
S
(CH)
4
S + H
2
→ C
4
H
10
+ H

2
S
COS + H
2
→ CO + H
2
S
Trong đó R là gốc Hydrocacbon.
Cần nên tránh sự hiện diện của CO và CO
2
trong khí, vì nếu có mặt của chúng thì
dù là một lượng rất nhỏ cũng có thể xảy ra phản ứng phụ sau:
CO
2
+ H
2
→ CO + H
2
O
CO
2
+ H
2
S → COS + H
2
O
Nếu hàm lượng CO cao gây phản ứng phụ Boudouad tạo cacbon:
2CO → C + CO
2
Cacbon ở dạng muội than sẽ bám vào xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác.

GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 14 Ngành: CNHH Dầu và Khí
Xúc tác TK-250 (Al
2
O
3
: 75-85%, MoO
3
: 12-18%, CoO: 2-5%) bị oxy hoá trong
quá trình vận chuyển và hoàn nguyên lại hoạt tính của nó khi được sulphide hoá.
b. Trong thiết bị hấp thụ H
2
S:
Gồm 2 thiết bị dặt nối tiếp nhau nhưng làm việc không đồng thời, một thiết bị
không làm việc nhằm dự phòng cho thiết bị kia khi hư hỏng, sửa chữa, bão trì hay giải
hấp.
Các phản ứng xảy ra là:
ZnO + H
2
S → ZnS + H
2
O
ZnO + COS → ZnS + CO
2
2.2.5 Chất xúc tác:
a. Trong thiết bị hydro hóa 10-R-2001:
Chất xúc tác được sử dụng là TK-250, có thành phần như sau:
Al
2
O

3
75-85%
MoO
3
12-18%
CoO 2-5%.
Ở dạng sulphide hóa, vì vậy chúng sẽ bị giảm hoạt tính bởi các tác nhân sau:
- Cacbon tạo thành bởi phản ứng Boudouad sẽ bám trên bề mặt chất xúc tác, che
khuất các tâm hoạt động của chất xúc tác, nên làm giảm hoạt tính của chất xúc tác. Vì
vậy, Natural Gas sau khi gia nhiệt đến 350
0
C thì phải đưa H
2
hồi lưu vào để ngăn cản
phản ứng này.
- CO, CO
2
, H
2
O đều làm giảm hoạt tính chất xúc tác khi chúng vượt qua một nồng độ
cho phép nào đó trong khí nguyên liệu. Nồng độ có thể cho phép là: 3 đến 4% với H
2
O,
5% với CO và CO
2
(%V). Tuy nhiên nguyên liệu của nhà máy là khí rất sạch, hàm lượng
CO và CO
2
không đáng kể, chỉ có nước là cần phải loại bỏ, nhưng nó đã được loại bỏ từ
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm

Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 15 Ngành: CNHH Dầu và Khí
nhà máy Dinh Cố rồi.(Nhưng nếu trường hợp bất thường thì hàm lượng H
2
hồi lưu về sẽ
mang theo một lượng lớn CO và CO
2
).
Ngoài ra thì trong thời gian làm việc thì chất xúc tác sẽ mất hoặt tính dần và đến một
thời điểm nào đó cần phải thay thế xúc tác mới.
Chất xúc tác không được tiếp xúc với không khí ở nhiệt độ trên 70
0
C vì nó sẽ õi hóa
xúc tác và tự bốc cháy.
Hoạt tính của chất xúc tác là cực đại trong khoảng 330 đến 360
0
C, nếu nhiệt độ vượt
quá giới hạn này thì hoạt tính xúc tác sẽ giảm nhanh, còn nếu nhiệt độ thấp quá thì hoạt
tính xúc tác không tốt làm cho hiệu suất phản ứng giảm không đạt yêu cầu.
b. Trong thiết bị hấp thụ 10-R 2002A/B:
Chất xúc tác HTZ-3 có thành phần chính là ZnO ở dạng hạt ép dài 4 mm và sẽ bị ảnh
hưởng bỡi các yếu tố sau:
• Không phản ứng với oxy hay hiđro ở bất kỳ nhiệt độ nào.
• Nước ngưng tụ có thể gây ngộ độc vĩnh viễn cho xúc tác.
• Trong thời gian làm việc thì xúc tác sẽ hấp thụ H
2
S và hoạt tính sẽ giảm dần,
khi nồng độ của lưu huỳng trong xúc tác đạt (gần) cân bằng thì ta phải thay
xúc tác mới.
Chất xúc tác không thể tự cháy nên không nguy hiểm cho quá trình tháo xúc tác.
2.3 Quá trình Reforming:

2.3.1 Mục đích:
Chuyển hóa khí đã qua HDS thành khí tổng hợp nhờ quá trình Reforming xúc tác
với sự có mặt của hơi nước, không khí.
Quá trình gồm hai giai đoạn : Reforming sơ cấp và Reforming thứ cấp.
Các phản ứng xảy ra:
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 16 Ngành: CNHH Dầu và Khí
C
n
H
2n+2
+ 2H
2
O ↔ C
n-1
H
2n
+ C0
2
+ 3H
2
– Q (1)
CH
4
+ 2H
2
O ↔ C0
2
+ 4H
2

– Q (2)
CO
2
+ H
2
↔ CO + H
2
O + Q (3)
Phản ứng (1) và (2) thu nhiệt rất mạnh, còn phản ứng (3) tỏa nhiệt rất ít so với
lượng nhiệt tỏa ra của phản ứng (1), (2) nên quá trình sẽ thu nhiệt mạnh, vì vậy để tăng
cường độ chuyển hóa của quá trình cần phải cấp nhiệt càng cao càng tốt.
Phản ứng (1) miêu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao xuống
thành những hydrocacbon bậc thấp và cuối cùng thành phân tử metan, và được chuyển
hóa như trong phản ứng (2). Đối với những hydrocacbon bậc cao quá trình reforming bắt
đầu từ 500
0
C, còn đối với metan quá trình reforming bắt đầu từ 600
0
C. Hiệu suất của
quá trình tăng khi tăng nhiệt độ, giảm áp suất, tăng lượng hơi nước.
2.3.2 Quá trình reforming sơ cấp (10-H-2001):
a. Nguyên liệu và sản phẩm:
Nguyên liệu là sản phẩm của quá trình HDS và dòng hơi nước đã qua thiết bị trao
đổi nhiệt 10-E-2001. Có thành phần cụ thể như sau:
cấu tử % mol Cấu tử % mol
H
2
3.97 C
2
H

6
13.76
N
2
1.57 C
3
H
8
1.51
CO 0 n-C
4
H
9
0.1
CO
2
0.22 i-C
4
H
10
0.1
AR 0.02 C
5+
0.03
CH
4
78.72 Dry Total 100
b. Sản phẩm:
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 17 Ngành: CNHH Dầu và Khí

c. Thông số vân hành:
Quá trình Reforming được thể hiện qua sơ đồ sau:
783
Process steam
Natural gas feed
sau khi qua HDS
34.4
390
370
38
30.4
958
31.5
550
10-R-2003
Secondary
Reformer
783
30.9
Air process
535
31.8
30.9
Dòng khí nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng :
Nhiệt độ: 535
0
C, áp suất: 31.8 barg
Hỗn hợp khí sau phản ứng:
Nhiệt độ: 783
0

C, áp suất: 30.9 barg.
Phản ứng Reforming thu nhiệt mạnh, nhiệt của phản ứng được cấp gián tiếp nhờ
quá trình đốt cháy khí nhiên liệu trong lò đốt. Quá trình cấp nhiệt được thực hiện nhờ vào
bức xạ nhiệt từ các béc đốt .
Mô tả quá trình: Trước khi vào reforming sơ cấp, hỗn hợp khí/hơi nước được hâm
nóng lên khoảng 535
0
C trong bộ hâm 10-E-2001 nằm trong bộ phận khói thải của thiết bị
reforming sơ cấp, sau đó hỗn hợp khí/hơi nước đi vào các ống thẳng đứng chứa xúc tác
và tiến hành phản ứng reforming trong đó. Để đảm bảo cháy hoàn toàn khí nhiên liệu
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
RC 1
FEED
Fuel
PRO
780
0
C
14,8 % mol CH
4
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 18 Ngành: CNHH Dầu và Khí
người ta sử dụng không khí thừa khoảng 10% tương ứng với 2% thể tích O
2
trong khói
thải.
Ta duy trì tỉ lệ H
2
O/C = 2.9 để tránh tạo Carbon bám trên xúc tác.
Khống chế nhiệt độ : 500-650 < T < 790
0

C.
Giảm thời gian lưu để tránh phản ứng : 2CO ↔ CO
2
+ C
Tháp reforming sơ cấp có tổng cộng 180 ống chứa xúc tác được lắp đặt trong hai
buồng bức xạ nhiệt. Phần trên các ống được nạp xúc tác loại RK-221 và PK-201, phần
dưới đáy của ống xúc tác được nạp bằng xúc tác R-67-7H, có thành phần như sau:
RK-221 PK-201 R-67-7H
Ni 12 – 15 0 0
NiO 0 – 3 15 – 20 15 - 20
MgO 20 – 30 20 – 25 20 - 25
Al
2
O
3
60 – 65 55 – 60 55 - 60
K
2
O 0 – 1 0 – 1 0
CaO 1 – 4 1 – 4 0
Chất xúc tác sẽ được khử bền trong không khí đến 80
0
C khi tiếp xúc với không
khí tại nhiệt độ cao hơn nó sẽ bị oxi hóa nhưng nhiệt độ không ảnh hưởng gì đến xúc tác.
Vì khi bị oxi hóa ở nhiệt độ cao thì cấu trúc của xúc tác không bị phá hỏng, mà chỉ
chuyển sang ở dạng oxi hóa, khi gặp điều kiện thích hợp nó lại bị khử và trở lại trạng thái
hoạt hóa bang đầu.
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 sản phẩm đi ra khỏi
ống ở nhiệt độ khoảng 783
0
C và đi vào ống gom phía dưới. Các ống xúc tác trong buồng
đốt được đốt bằng 480 béc đốt được sắp xếp thành 6 hàng thẳng đứng, mỗi béc đốt có
một van điều khiển lưu lượng khí nhiên liệu nhằm kiểm soát nhiệt độ trong buồng đốt.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 19 Ngành: CNHH Dầu và Khí
2.3.3 Quá trình reforming thứ cấp (10-R-2003):
a. Mục đích:
Chuyển hóa lượng khí chưa phản ứng của reforming sơ cấp bằng cách đốt trực tiếp
khí ra khỏi reforming với không khí tạo hỗn hợp CO, H
2
, CO
2
. Ngoài ra nó còn cung cấp
N
2
cho quá trình tổng hợp NH
3
.
b. Nguyên liệu và sản phẩm:
Khí sản phẩm sau khi ra khỏi 10-R-2003 có nhiệt độ cao và được làm giảm nhiệt độ
nhờ hai thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2008 và 10-E-2009. Nhiệt ở đây được tận dụng để sản
xuất hơi siêu áp nhờ đối lưu tự nhiên trong bình 10-V-2001.
Thành phần của khí sản phẩm:
cấu tử % mol
H
2
54.29

N
2
24.04
CO 13.26
CO
2
7.52
Ar 0.29
CH
4
0.6
Dry Total 100
c. Thông số vận hành:
Dòng khí nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng :
Nhiệt độ: 783
0
C, áp suất: 30.9 barg
Hỗn hợp khí sau phản ứng:
Nhiệt độ: 985
0
C, áp suất: 30.4 barg.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 20 Ngành: CNHH Dầu và Khí
Mô tả lưu trình: Khác với reforming sơ cấp, nhiệt ở đây được cung cấp trực tiếp từ
quá trình đốt khí công nghệ với không khí. Sự chuyển hóa trong reforming thứ cấp được
điều khiển sao cho tỷ lệ hydro và nito là 3/1. Phản ứng xảy ra trong 10-R-2003 như sau:
CH
4
+ O
2

↔ CO
2
+ 2H
2
O – Q. Phản ứng thu nhiệt rất mạnh. Reforming thứ cấp được
nạp bởi xúc tác RKS-2-7H, có thành phần như sau: 7 – 13% NiO, 25 – 30% MgO, 60 –
70% Al
2
O
3
. Trong reforming thứ cấp quá trình đốt khí công nghệ với không khí khiến
cho nhiệt độ khí lên đến 1100
0
C đến 1200
0
C trong phần trên của reforming thứ cấp. Do
phản úng reforming với metan hấp thụ nhiệt, nên nhiệt độ ra khoảng 958
0
C. Chất xúc tác
bắt đầu phân rã trong khoảng nhiệt độ từ 1400
0
C đến 1500
0
C, nên người ta bố trí lớp
xúc tác nằm trên hai lớp của hạt nhôm và lưới nhôm được dặt trên đỉnh của lớp xúc tác để
giữ chất xúc tác khỏi rung động và tránh tiếp xúc trực tiếp với ngọn lửa.
2.4 Chuyển hóa CO:
432
29.5
30.2

360
10-E-2010
Waste heat
boiler
10-E-2011
Trim heater
213
28.4
190
29.1
2.4.1 Mục đích:
Chuyển hóa khí CO trong nguyên liệu thành CO2 để cung cáp cho quá trình tổng
hợp Urea, phản ứng xảy ra như sau:
CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2
+ Q
Phản ứng tỏa nhiệt nên thuận lợi ở nhiệt độ thấp và lượng hơi nước tăng, tuy nhiên
tốc độ phản ứng cao nến tiến hành ở nhiệt độ cao, trong thực tế nhiệt độ tối ưu của phản
ứng này là khoảng 360
0
C đến 420
0
C. Quá trình chuyển hóa được tiến hành qua hai giai
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 21 Ngành: CNHH Dầu và Khí
đoạn, vì: phản ứng tỏa nhiệt lớn nên đạt trạng thái cân bằng ở độ chuyển hóa thấp, muốn

đạt tới độ chuyển hóa cao hơn ta phải trải qua công đoạn làm lạnh hỗn hợp rồi tiến hành
chuyển hóa ở nhiệt độ thấp để đạt độ chuyển hóa cao hơn.
2.4.2 Mô tả quy trình:
Cacbon monoxit trong khí công nghệ rời khỏi công đoạn reforming đươc chuyển
hóa thành cacbon dioxit và hydro trong 10-R-2004 và 10-R-2005. Nhiệt độ tối ưu cho
phản ứng phụ thuộc vào hoạt tính của chất xúc tác và thành phần của khí nguyên liệu,
thời gian lưu, đối với thiết bi chuyển hóa nhiệt độ cao là từ 360
0
C đến 420
0
C và đối với
thiết bị chuyển hóa ở nhiệt độ thấp là từ 190
0
C đến 210
0
C.
a. Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao (10-R-2004):
Được lắp đặt xúc tác loại SK-201-2 oxit crom tăng cường bằng oxit sắt, có thành
phần: Fe
2
O
3
(80 – 90), Cr
2
O
3
(8 – 13), CuO (1 – 2). Xúc tác này có thể hoạt động liên tục
trong khoảng nhiệt độ 320
0
C đến 500

0
C. Hỗn hợp khí sản phẩm có tỷ lệ H
2
/N
2
xấp xỉ 1/3
qua các thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2010, 10-E-2011, 20-E-2012 A/B, hỗn hợp khí sản
phẩm được làm lạnh xuống còn 190
0
C được đưa sang thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ
cao nhằm chuyển hóa lượng CO còn lại thành CO
2
.
b. Chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp (10-R-2005):
Trong thiết bị này được lắp đặt hai loại xúc tác khác nhau, lớp trên đỉnh là xúc tác
crom LSK có thành phần: Cr
2
O
3
(40 – 50), CuO (15 – 20), ZnO (25 – 35), dưới đáy là
LK-821-2 có thành phần: CuO (45 – 55), ZnO (25 – 35), Al
2
O
3
( 5 – 15), CuCO
3
(2 – 5)
có hoạt tính cao hơn và được sử dụng với lượng lớn hơn nhiều. Xúc tác LSK bảo vệ lớp
xúc tác LK-821-2 khỏi tiếp xúc với clo và giọt hơi ngưng tụ.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm

Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 22 Ngành: CNHH Dầu và Khí
2.5 Quá trình tách CO
2
:
2.5.1 Mục đích:
Loại bỏ các hợp chất chứa Oxy như H
2
O, CO
2
là các chất gây ngộ độc đến xúc tác
trong thiết bị tổng hợp Ammonia, một lượng nhỏ đáng kể của các chất này khiến cho hoạt
tính xúc tác giảm đáng kể. Mặt khác nếu còn một lượng nhỏ CO
2
trong Process gas khi có
mặt nước sẽ gây ăn mòn. Chính vì vậy mà ta cần loại bỏ khí CO
2
và H
2
O đến nồng độ
cho phép: [CO
2
] <500 ppm.
2.5.2 Dung môi hấp thụ:
Phương pháp sử dụng là hấp thụ hóa học dùng dung môi MDEA 40 % m và 3%
Piperazine theo công nghệ BASF. MDEA là chất hấp thụ CO
2
còn Piperazine tăng tốc độ
truyền khối CO
2
từ pha khí sang pha lỏng.

2.5.3 Mô tả công nghệ tổng quát:
Hệ thống chính bao gồm môt tháp hấp thụ CO
2
hai cấp, một thấp giải hấp và hai
bình tách flash.
50
Purified gas
90.7
73.4
82
0.27
72.4
0.2
0.18
45
73.4
50
75.8
82.6
112
102
0.34
82
5.5
132
27.2
5.9
82.3
75
27.5

134
27.8
Washing water
CO2 to Urea
Excess condensate
158
28.2
213
28.4
Flash gas to 10-H-2001
10-HT-2013
Hydraulic
turbine
10-P-3001 A/B
Semilean solution
pump
10-P-3002 A/B
Lean solution
Pump
10-E-3005
DMW preheater
NO.2
10-P-3003 A/B
Split stream pump
10-V-3002
HP flash
drum
10-E-3003
Lean solution
cooler

10-E-3004
DMW preheater
NO.1
10-E-3001
Solution
heat exchanger
10-P-3004 A/B
condensate pump
10-E-3006
LP flash gas
cooler
10-E-3002
Stripper
reboiler
10-V-3004
Process gas
separator
10-V-3001
LP flash drum
10-V-3003
K.O. drum
10-T-3001
CO2 stripping
column
10-E-2013
BFW preheater
NO.2
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 23 Ngành: CNHH Dầu và Khí
CO

2
bị tách ra khỏi khí công nghệ bởi sự hấp thụ vào trong dung dịch MDEA chứa
40% MDEA, 3% piperazine tăng tốc độ truyền khối của CO
2
từ pha khí sang pha lỏng.
Process gas ra khỏi thiết bị chuyển hóa CO có nhiệt đọ thấp có chứa một lượng hơi nước
đáng kể và đến thiết bị trao đổi nhiệt 10-E-2002 nó được dùng làm tác nhân nóng cho 10-
E-2002 của tháp Stripping CO
2
10-T-3001, qua trao đổi nhiệt 10-E-3005 rồi đi đến bình
tách 10-V-3004 để tách phần lỏng ngưng, lúc này nguyên liệu vào tháp có nhiệt độ 75
0
C,
áp suất 27,5 barg. Trong tháp hấp thụ CO
2
(10-T-3002), CO
2
được tách ra khỏi dòng khí
bằng hấp thụ ngược dòng 2 cấp. Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần
(dung dịch có độ tinh khiết thấp) tái sinh được dùng để hấp thụ phần lớn CO
2
. Phần trên
của tháp, dung dịch thuần (dung dịch có độ tinh khiết cao) được dùng để tách phần CO
2
còn lại.
Dung môi thuần đi vào tháp hấp thụ ở nhiệt độ 50
0
C, dung môi bán thuần vào
tháp ở nhiệt độ 73.4
0

C. Đi từ trên xuống dưới tháp thì nhiệt độ tăng dần (nhiệt độ dung
dịch đáy tháp là 82
0
C) do quá trình hấp thụ là quá trình tỏa nhiệt. Để ngăn chặn sự thất
thoát dung dịch hấp thụ và piperazine bị kéo theo dòng khí đỉnh tháp người ta dùng dòng
Washing water phun vào đỉnh tháp. Dòng này còn có tác dụng điều chỉnh nồng độ dung
dịch MDEA luôn 40 %m
Dung dịch giàu CO
2
rời khỏi tháp hấp thụ CO
2
được giảm áp trong một turbine
thuỷ lực 10-HT-3001, công sinh ra dùng để chạy bơm dung dịch bán thuần 10-P-3001A,
do đó làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của quá trình một cách đáng kể. Tái sinh dung
dịch giàu CO
2
được thực hiện trong hai cấp để đạt được sự tinh khiết cao của CO
2
. Trong
bình tách cao áp 10-V-3002 hầu hết các thành phần khí trơ hòa tan được giải phóng tại
áp suất 5.5 barg. Tại bình tách thấp áp 10-V-3001 hầu hết CO
2
được giải phóng khỏi
dung dịch ở áp suất 0.27 barg
Phương trình phản ứng trong 10-T-3002:
R
3
N + H
2
O + CO

2
↔ R
3
NH
+
+ HCO
3
-
Phương trình phản ứng trong 10-V-3001 :
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 24 Ngành: CNHH Dầu và Khí
R
3
NH
+
+ HC0
3
-
↔ R
3
N + H
2
O + CO
2

CO
2
tách khỏi bình tách thấp áp chứa đầy hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 72.4
0
C hỗn

hợp này được làm lạnh nhờ 10-E-3006 và phần nước ngưng được tách trong bình tách
K.O 10-V-3003. CO
2
rời khỏi 10-V-3003 được đưa đến phân xưởng sản xuất Urê tại áp
suất 0.18 barg.
2.6 Methan hóa:
2.6.1 Mục đích:
Khí sau khi đã qua công đoạn chuyển hóa CO và tách CO
2
thì vẫn còn một lượng
nhỏ CO và CO
2
, hai khí này sẽ làm ngộ độc chất xúc tác của quá trình tổng hợp NH
3
vì
vậy cần phải chuyển hai khí này thành khí methan trơ với xúc tác của quá trình.
2.6.2 Mô tả quá trình:
Thiết bị methan hóa chứa xúc tác loại PK-7R. Với các thành phần như sau:
Ni 25-30%
NiO 1-5%
Al
2
O
3
60-70%
Các yếu tố gây ngị độc xúc tác là:
- Hợp chất chứa lưu huỳnh và clo rất nhạy cảm với chất xúc tác.
- Hơi nước không có mặt của hydro sẽ oxy hóa xúc tác và do đó không được
dùng trong quá trình gia nhiệt, làm lạnh hay trao đổi nhiệt. Không tiếp xúc
với nước vì nó sẽ phân rã xúc tác.

- Nhiệt độ cao quá sẽ phá hủy xúc tác (giới hạn 420
0
C).
Nguyên liệu thì được gia nhiệt đến 300
0
C bởi dòng sản phẩm ra, sau đó qua thiết
bị phản ứng, nơi đây xảy ra phản ứng methan hóa các oxit cacbon để tạo sản phẩm là
methan và phản ứng tỏa nhiệt nên làm cho nhiệt độ sản phẩm tăng lên đến 318
o
C .
Các phản ứng xảy ra trong thiết bị metan hóa là:
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm
Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 25 Ngành: CNHH Dầu và Khí
CO + 3H
2
↔ CH
4
+ H
2
O + Q
CO
2
+ 4H
2
↔ CH
4
+ 2H
2
O
Ta nhận thấy phản ứng tỏa nhiệt và giảm số mol nên xảy ra ở điều kiện thuận lợi ở

nhiệt độ thấp và áp suất cao. Hoạt tính xúc tác tăng khi nhiệt độ tăng, nhưng thời gian
sống của xúc tác sẽ giảm.
Nhiệt độ phải tăng lên đến 300
0
C là khá cao, tuy nhiên ở nhiệt độ này thì hoạt tính
của xúc tác là rất tốt, đảm bảo vận tốc phản ứng nhanh và độ chuyển hóa cao, đây là nhiệt
độ tối ưu. Nếu tăng nhiệt độ thêm thì phản ứng tỏa nhiệt làm hoạt tính xúc tác giảm
nhanh, làm giảm tuổi thọ của xúc tác, nhưng nếu thấp hơn thì tuy nhiên thời gian sống
của xúc tác sẽ tăng nhưng vận tốc và độ chuyển hóa của phản ứng sẽ giảm làm tăng
nồng độ của CO và CO
2
trong sản phẩm.
Khi xúc tác mới, hoạt tính xúc tác tốt cho phép vận hành ở nhiệt độ thấp hơn,
nhưng khi xúc tác bị lão hóa, hoạt tính xúc tác giảm, cần phải nâng nhiệt độ của nguyên
liệu lên để bù lại sự giảm hoạt tính của xúc tác.
Sự gia tăng nhiệt độ cũng là yếu tố quan trọng cần khống chế trong quá trình vận
hành. Nếu hàm lượng CO và CO
2
cao thì sẽ làm cho nhiệt độ của thiết bị tăng cao và có
thể làm hỏng xúc tác.Vì vậy trong quá trình vận hành nếu có điều kiện bất thường hàm
lượng CO và CO
2
tăng thì sẽ có hệ thống tự động cô lập thiết bị, không cho nguyên liệu
vào thiết bị, tránh hư hỏng xúc tác mà không thể phục hồi lại hoạt tính xúc tác được.
2.7. Quá trình tổng hợp NH
3
:
2.7.1 Lý thuyết quá trình:
Quá trình tổng hợp amoniac xảy ra theo phản ứng dưới đây:
3H

2
+ N
2
↔ NH
3
+ 22 kcal/mol NH
3
tạo thành
Đây là phản ứng tỏa nhiệt và giảm số mol, nên thuận lợi ở điều kiện nhiệt độ thấp
và áp suất cao. Nhiệt độ bắt đầu phản ứng là 210
0
C. Nồng độ amoniac ở điều kiện cân
bằng tăng khi nhiệt độ giảm và áp suất tăng.
GVHD: TS. Nguyễn Đình Lâm