Đề tài tìm hiểu và mô phỏng quá trình loại lưu huỳnh và reforming hơi nước trong nhà máy đạm phú mỹ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
KHOA DẦU KHÍ
LỚP LỌC HÓA DẦU B – K53
BẢO VỆ BÀI TẬP LỚN MÔN TIN CHUYÊN
NGÀNH
ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH
LOẠI LƯU HUỲNH VÀ REFORMING HƠI
NƯỚC TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
NHÓM 4, LỚP LHD B –K53
GVGD: ĐOÀN VĂN HUẤN
LỊCH TRÌNH:
I. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ
MỸ
II. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KHỬ LƯU
HUỲNH VÀ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP
III. MÔ PHỎNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ KHỬ LƯU
HUỲNH VÀ REFORMING HƠI NƯỚC KHÍ TỰ NHIÊN
TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
IV . KẾT LUẬN
I. SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
Chủ đầu tư: Tổng công ty Dầu khí Việt Nam
Nhà thầu: Technip Italia và Samsung Egineering Hàn quốc
Tổng vốn đầu tư : 450 triệu USD
Công nghệ: Đan mạch và Italia
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: 4/06/2004
Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/9/2004

Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004
SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
NGUYÊN LIỆU CHÍNH DÙNG CHO NHÀ MÁY
Khí thiên nhiên: CH4, C2H6, C3H8, C4H10…
Khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, Khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam
Côn Sơn và các bể khác thuộc thềm lục địa phía Nam.
Lượng khí tiêu thụ: 450 x 106 Nm3/năm.
Đặc tính và thành phần khí:
Nhiệt độ: 18-36 0C.
Áp suất: 40 Bar
Trọng lượng phân tử: 18,68 g/mol
Nhiệt trị: 42,85 MJ/m3 hay 40613,4 BTU/m3
Thành phần: C1=83,31%. C2=14,56%. C3=1,59%.
iC4=0,107%. nC4=0,109%.
Hơi nước
Hơi nước
Nước
làm mát
Nước thải
Sông
Thị
Vải
Xưởng phụ trợ
Xưởng
Amôniắc
Xưởng
Urê
Xưởng
sản phẩm
Khí CO2

Amôniắc
Urê hạt
2200 t/ngày
Nước làm mát
Khí tự nhiên
Nước tuần hoàn
Điện
SẢN PHẨM CHÍNH CỦA NHÀ MÁY
NH3: 1,350 tấn NH3 /ngày (Công nghệ Haldor Topsoe - Đan mạch)
UREA: 2,200 tấn Urea /ngày (Công nghệ SnamProgetti - Italia)
ĐIỆN: 21MWH
SƠ LƯỢC VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
Khí tự nhiên
Khử Lưu
huỳnh
Secondary
Reformer
Không khí (để đốt)
Chuyển hóa
CO
Nhi t đ ệ ộ
th pấ
Hơi nước
Primary
Reformer
Chuyển hoá
CO
Nhiệt độ cao
H2
Sơ đồ khối quá trình sản xuất khí tổng hợp của nhà máy đạm PHÚ MỸ

II. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH KHỬ LƯU HUỲNH
VÀ SẢN XUẤT KHÍ TỔNG HỢP.
Khí tự nhiên
Khí sạch tới lò
Reforming (S ≤ 0,05ppm)
Phương trình phản ứng trong 10-R-2001:
R-S-H + H2 RH + H2S
t = 380 o C
Xt : Co-MoS
Phương trình phản ứng trong 10-R-2002 A/B:
ZnO + H2S ZnS + H2O
t = 400 o C
CÔNG ĐOẠN I: KHỬ LƯU HUỲNH
Tháp Hyđrô
hóa
10-R-2001
Tháp hấp
thụ Lưu
huỳnh
10-R-2002
A/B
H2 Recycle
10-K-4011

Mục đích của công đoạn: khử lưu huỳnh khỏi dòng
khí công nghệ vì lưu huỳnh gây ngộ độc xúc
Reforming.

Mục đích của thiết bị Hydro hoá: chuyển hoá các
hợp chất của lưu huỳnh dạng hưu cơ sang dạng vô

cơ H2S vì xúc tác ZnO chỉ hấp thụ được lưu huỳnh
dạng vô cơ
CÔNG ĐOẠN II: REFORMING
Phương trình phản ứng trong 10-H-2001:
CH4 + H2O CO + 3H2 - Q
CnH2n+2 + H2O Cn-1H2n + CO + 3H2 – Q

CO + H2O CO2 + H2 + Q
t = 650/780 o
C Xt : Ni-Mg
Phương trình phản ứng trong 10-R-2003 :
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
( Không khí có 21% O2 và 79% N2 )
To = 160
Lò
Reforming
sơ cấp
10-H-2001
Khí nhiên liệu (Khí đốt)
Chuyển hóa CO
Khí công nghệ
Hơi nước
Lò
Reforming
thứ cấp
10-R-2003
Không khí
to / Xt

Mục đích của công đoạn: Chuyển hoá khí tự nhiên thành CO, CO2 và H2 qua phản

ứng Reforming bằng hơi nước.

Phản ứng Reforming là phản ứng thu nhiệt, nhiệt lượng cung cấp cho phản ứng tại
thiết bị Reforming sơ cấp từ quá trình đốt khí Fuel gas

Nhiệt lượng cung cấp cho phản ứng trong thiết bị Reforming thứ cấp từ phản ứng
cháy trực tiếp giữa không khí được nén từ máy nén không khí và khí tự nhiên, H2
Những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng:

Nhiệt độ

Tỷ lệ Steam/Cacbon (2,9-3)

Hoạt tính của xúc tác. Khi xúc tác hoạt động sau một thời gian dài hoạt
tính giảm, để đảm bảo hiệu suất phản ứng cao thì phải tăng nhiệt độ hoặc
tăng tỷ lệ Steam/Cacbon.
CH4 :
14%
CH4 :
0,6%
CÔNG ĐOẠN II: REFORMING

ẢNH HƯỞNG CỦA
NHIỆT ĐỘ:

Khi nhiệt độ tăng từ 800
– 1100oK thì hiệu suất
chuyển hóa CH4 tăng,
còn hiệu suất chuyển hóa
CO giảm


Nếu quá trình chuyển hóa CH4 và CO trong cùng một thiết bị thì ở nhiệt độ
cao nồng độ CO còn lại cao, do đó không thể tăng nồng độ H2.

Khi nhiệt độ chuyển hóa thấp (800oK) một lượng lớn CH4 chưa phản ứng.
Do đó: Để thu được nồng độ H2 cao phải chuyển hóa hai giai đoạn
CÔNG ĐOẠN II: REFORMING

ẢNH HƯỞNG CỦA TỈ LỆ HƠI NƯƠC/ NGUYÊN LIỆU
Độ chuyển hóa của CH4 khi thay đổi tỷ lệ S/C và nhiệt độ, khảo sát
ở áp suất là 1 bar
CÔNG ĐOẠN II: REFORMING
Khí nhiên liệu (Khí đốt)
Chuyển hóa CO
Khí công nghệ
Hơi nước
Không khí
CH4 :
14%
CH4 :
0,6%


Xúc tác của thiết bị Reforming sơ cấp gồm 3 lớp xúc tác:
RK211, RK201 và R-67-7H tuổi thọ dự kiến từ 3 đến 5 năm.

Xúc tác của thiết bị Reforming thứ cấp RKS-2-7H.Tuổi thọ dự
kiến > 5 năm.
CÔNG ĐOẠN III: CHUYỂN HÓA CO THÀNH CO2 và H2


Phương trình phản ứng ở 10-R-2004 :
CO + H2O CO2 + H2 + Q

Phương trình ở 10-R-2005.
CO + H2O CO2 + H2 + Q
t = 360 ÷ 430 o C
Xt : Fe, Cr, Cu
Khí Reforming
Khí chuyển hoá
( co : 0,23%)
Tháp chuyển
hóa CO nhiệt
độ cao
10-R-2004
Tháp chuyển
hóa CO nhiệt
độ thấp
10-R-2005
t = 195 ÷ 220 o C
Xt : Cu, Zn, Al
o
Mục đích của quá trình : chuyển hóa CO thành CO2 và H2
o
Phản ứng chuyển hóa CO thành CO2 là phản ứng toả nhiệt, ở nhiệt
độ cao tốc độ phản ứng lớn nhưng hiệu suất chuyển hóa thấp. Vì vậy
công đoạn này chia thành 2 thiết bị chuyển hóa
o
Tháp chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao chuyển hóa phần lớn CO


CO2.
o
Tháp chuyển hóa nhiệt độ thấp chuyển hóa CO

CO2 để hơn.

CO : 3,23%.
CÔNG ĐOẠN II: CHUYỂN HÓA CO THÀNH CO2 và H2
Khí Reforming
Khí chuyển hoá
( co : 0,23%)
XT : Fe; Cr;
Cu
XT: Cu; Zn ;
Al
CO : 3,23%.

Xúc tác 10-R-2004: SK-201-2, thời gian bảo hành 3 năm, tuổi
thọ dự kiến 5 năm.

Xúc tác 10-R-2005 : gồm 2 lớp: LSK và LK-821-2, thời gian
bảo hành 2 năm, tuổi thọ dự kiến 3 năm.
PHẦN III: Mô phỏng quá trình công nghệ khử lưu
huỳnh và sản xuất khí tổng hợp trong Nhà máy đạm
Phú Mỹ
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
3.1.1.Thiết lập các cấu tử cần thiết cho quá trình
- Lựa chọn các cấu tử sau: Oxygen, Hydrogen, Nitrogen,CO, CO2, Argon,
Methane, Ethane, Propane, i-Butane, n-Butane, n-Hexane, H2O, M-Mercaptan,

E-Mercaptan, ZnO, H2S, ZnS.
- Lập cấu tử giả:
- Hệ động học: Peng-Robinson.
Cấu tử ZnO ZnS
Khối lượng phân
tử
81 97
Tỷ khối (Kg/m3) 5650.03 7133.02
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
3.1.2.Thiết lập các phản ứng cho quá trình
Phản ứng cho quá trình hydro hóa
Phản ứng cho quá trình khử lưu huỳnh
Phản ứng cho quá trình Reforming sơ cấp
Phản ứng cho quá trình chuyển hóa CO -> CO2
Phản ứng cho quá trình Refoming thứ cấp
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
1. Quá trình hydro hóa
Add Reaction: Conversion
Name Hidro hoa 1 Hidro hoa 2
Stoichiometry/Component
M-Mercaptan E-Mercaptan
Hydrogen Hydrogen
Methane Ethane
H2S H2S
Stoichiometry/Stoich Coeff
-1 -1
-1 -1
1 1

1 1
Basis/Rxn Phase VapourPhase VapourPhase
Basis/Co 100 100
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
1. Quá trình hydro hóa
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
2. Quá trình khử lưu huỳnh
Add Reaction: Conversion
Name Khu S
Stoichiometry/Component
ZnO
H2S
ZnS
H2O
Stoichiometry/Stoich Coeff
-1
-1
1
1
Basis/Co 100
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
2. Quá trình khử lưu huỳnh
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
3. Quá trình Reforming sơ cấp
Add Reaction: Conversion
Name Refor_SC1 Refor_SC2 Refor_SC3

Stoichiometry/Component
Methane CO Ethane
H2O H2O H2O
CO CO2 Methane
H2 Hydrogen
CO
Hydrogen
Stoichiometry/Stoich Coeff
-1 -1 -1
-1 -1 -1
1 1 1
3 1
1
2
Basis/Rxn Phase VapourPhase VapourPhase VapourPhase
Basis/Co 55 35 100
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
3. Quá trình Reforming sơ cấp
Name Refor_SC4 Refor_SC5 Refor_SC6 Refor_SC7
Stoichiometry/
Component
Propane i-Butane n-Butane n-Hexane
H2O H2O H2O H2O
Ethane Propane Propane Methane
CO CO CO CO
Hydrogen Hydrogen Hydrogen Hydrogen
Stoichiometry/S
toich Coeff
-1 -1 -1 -1

-1 -1 -1 -5
1 1 1 1
1 1 1 5
2 2 2 10
Basis/Rxn
Phase
VapourPhase VapourPhase VapourPhase VapourPhase
Basis/Co 100 100 100 100
Thiết lập thông số cơ bản cho quá trình mô phỏng
3.1.
3. Quá trình Reforming sơ cấp