Đồ án công nghệ tìm hiểu và mô phỏng phân xưởng amoniac nhà máy đạm phú mỹ

Đồ án công nghệ.
Lịch sử hình thành và phát triển: 2
1.1. Các phân xưởng sản xuất chính của nhà máy: 2
1.2.1. Phân xưởng amoniac: 2
1.2.2. Phân xưởng Urê: 2
Sản xuất Urê thành phẩm từ CO2 và NH3 2
1.2.3. Phân xưởng phụ trợ: 2
1.3. Nguyên liệu sản xuất: 3
3.1. Quá trình HDS: 3
3.1.1. Mục đích: 3
3.1.2. Nguyên liệu và sản phẩm: 3
3.1.3. Thông số vận hành: 3
3.1.4. Công nghệ tổng quát: 4

Gồm hai thiết bị nối tiếp nhau nhưng hoạt động không đồng thời, thiết bị không hoạt
động nhằm dự phòng cho thiết bị kia khi hư hỏng sửa chữa, bảo trì. Hoặc tiếp tục hấp thụ
H2S nếu thiết bị đầu hấp thụ chưa hết H2S như theo yêu cầu 5
Các phản ứng xảy ra: 5
3.2. Quá trình Reforming: 6
3.2.1. Mục đích: 6
3.2.2. Quá trình Reforming sơ cấp :(10-H-2001) 6
3.2.3. Quá trình Reforming thứ cấp:(10-R-2003) 8
Xúc tác loại: RKS-2-7H và RKS-2P. Thành phần: 9
3.1. Quá trình chuyển hóa CO: 10
3.3.1. Mục đích: 10
3.3.2. Mô tả quá trình: 11

3.3.2.1. Nguyên liệu và sản phẩm: 11
3.4. Quá trình loại CO2: 12
3.4.1. Mục đích: 12
3.4.2. Dung môi hấp thụ: 12
3.4.3. Sơ đồ công nghệ chính của quá trình: 12
R3N + H2O + CO2 R3NH+ + HC03- 13
3.5. Methan hóa: 14
3.5.1. Mục đích: 14
3.5.2. Nguyên liệu và sản phẩm: 14
3.5.3. Thông số vận hành: 14
Các phản ứng xảy ra trong thiết bị methan hóa là: 14
3.5.4. Xúc tác: 14

Các yếu tố gây ngộ độc xúc tác là: 15
Hợp chất chứa lưu huỳnh và clo 15
Hơi nước không có mặt của hyđro sẽ oxy hóa xúc tác 15
Nhiệt độ cao quá sẽ phá huỷ xúc tác (giới hạn 4200C) 15
3.6. Quá trình tổng hợp amoniac: 15
3.6.1. Lý thuyết quá trình: 15
3.6.2. Nguyên liệu và sản phẩm 15
3.6.3. Chu trình tổng hợp: 15
3.6.4. Các khí trơ và khí phóng không: 17
3.7. Tháp tổng hợp Amoniac 10 –R – 5001: 17
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 1
Đồ án công nghệ.

3.7.1. Giới thiệu chung: 17
3.7.2. Xúc tác: 19
3.7.3. Nhiệt độ phản ứng trong tháp tổng hợp Amoniac: 19
3.7.4. Áp suất vận hành: 20
3.7.5. Làm lạnh: 20
Chương 4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PROII 21
4.1. Giới thiệu chung về phần mềm mô phỏng: 21
PRO/II ( SIMSCI- Mỹ) 21
HYSYS (HYPROTECH - Canada) 21
ASPEN PLUS (ASPENTECH - Mỹ) 21
DESIGN II ( CHEMSHARE - Mỹ) 21
DYNSYM (SIMSCI- Mỹ) 21

Trong đó thì phần mềm PROII được dùng phổ biến nhất 21
4.2. Giới thiệu về phần mềm PROII: 21
Các modun bị trong PROII: 23
4.3. Sử dụng phần mềm PROII 23
o 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. 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, là nhà máy phân bón lớn và hiện đại
đầu tiên của Tổng công ty dầu khí Việt Nam.
Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ có công suất 760.000 đến 800.000 tấn
đạm Urê/năm.

1.1. Các phân xưởng sản xuất chính của nhà máy:
1.2.1. Phân xưởng amoniac:
Sản xuất NH
3
và CO
2
để cung cấp cho xưởng tổng hợp Urê, và NH
3
thành phẩm.
1.2.2. Phân xưởng Urê:
Sản xuất Urê thành phẩm từ CO
2

và NH
3
.
1.2.3. Phân xưởng phụ trợ:
Cung cấp điện, nước, N
2
…đảm bảo cho nhà máy hoạt động bình thường.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 2
Đồ án công nghệ.
1.3. Nguyên liệu sản xuất:
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 khoảng 450 triệu m
3
/năm. Thành
phần khí nguyên liệu: Methane, Etane (C
2
H
6
), Propane và Butane.
Nguồn hydro là từ nước khử khoáng và trong khí tự nhiên. Nguồn nitơ là từ
nitơ trong khí quyển.
Chương 2 : GIỚI THIỆU PHÂN XƯỞNG AMONIAC NHÀ MÁY
ĐẠM PHÚ MỸ.

3.1. Quá trình HDS:
3.1.1. 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 của phân
xưởng NH
3
.
3.1.2. 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.
Khí thu được khí có hàm lượng lưu huỳnh < 0,05 ppm.
3.1.3. 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.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 3
Đồ án công nghệ.
390
400
38.2
R-2002 A/B

R-2001
Natural gas feed
Recycle H2
350
47
34.4
420
Xúc tác cho 10-R-2001 là coban/molypden oxit và xúc tác cho 10-R-2002 A/B
là oxit kẽm
Natural Gas sau khi đã gia nhiệt đến 350
0
C thì được hòa trộn với H

2
hồi lưu.
Hỗn hợp sau đó tiếp tục gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết: T
0
v
= 400
o
C,
P
v
= 38,2 barg.
Thiết bị hấp thụ H

2
S (10-R-2002A/B): T
0
v
= 420
0
C, T
0
r
= 390
0
C.

3.1.4. Công nghệ tổng quát:
3.1.4.1. Trong 10-R-2001 (thiết bị hydrogenation)
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
Bên cạnh hydro hoá các hợp chất lưu huỳnh nói trên, xúc tác cũng hydro hoá
olefin thành hydrocacbon no, và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ chuyển hoá thành
NH
3
và hydrocacbon no.
Nếu trong khí có chứa một lượng đáng kể CO và CO
2
thì có thể có phản ứng
phụ sau:
CO
2

+ H
2
↔ CO + H
2
O
CO
2
+ H
2
S ↔ COS + H
2
O

SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 4
Đồ án công nghệ.
Sau đó CO sẽ gây phản ứng phụ tạo cacbon gọi là phản ứng Boudouad:
2CO ↔ C + CO
2
Cacbon ở dạng muội than sẽ bám vào xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác.
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.
Trong trạng thái được sulphide hoá, chất xúc tác có thể tự bốc cháy và nó không
được phép tiếp xúc với không khí tại nhiệt độ lớn hơn 70
o
C.
3.1.4.2. Trong thiết bị hấp thụ 10-R-2002A/B:
Gồm hai thiết bị nối tiếp nhau nhưng hoạt động không đồng thời, thiết bị
không hoạt động nhằm dự phòng cho thiết bị kia khi hư hỏng sửa chữa, bảo trì.
Hoặc tiếp tục hấp thụ H
2
S nếu thiết bị đầu hấp thụ chưa hết H

2
S như theo yêu cầu.
Các phản ứng xảy ra:
ZnO + H
2
S ↔ ZnS + H
2
O
ZnO + COS ↔ ZnS + CO
2
Trong thiết bị hấp thụ 10-R 2002A/B thì chất xúc tác chính là ZnO ở dạng hạt
ép dài 4 mm và sẽ bị ảnh hưởng bởi 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, sau một thời gian thay xúc tác mới, chất xúc tác không có tính tự
bốc cháy nên không nguy hiểm cho quá trình tháo xúc tác.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 5
Đồ án công nghệ.
3.2. Quá trình Reforming:
3.2.1. 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:
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) xảy ra ở 500
0

C, phản ứng (2) xảy ra ở 600
0
C.
Hiệu suất của quá trình tăng khi tăng nhiệt độ, lượng hơi nước, giảm áp suất.
3.2.2. Quá trình Reforming sơ cấp :(10-H-2001)
3.2.2.1. Nguyên liệu và sản phẩm:
Nguyên liệu là sản phẩm của quá trình HDS và dòng hơi nước qua thiết bị trao
đổi nhiệt 10-E-2001 để nâng nhiệt độ lên 535
0
C với các thành phần 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
3.2.2.2. Thông số vận hành
Quá trình reforming được thể hiện qua sơ đồ sau:
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 6
Đồ án công nghệ.
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 vào thiết bị phản ứng: t = 535
0
C, P = 31.8 barg.
Hỗn hợp khí sau phản ứng: t = 783
0
C, P = 30.9 barg.
Nhiệt bức xạ từ các béc đốt cung cấp nhiệt cho phản ứng đồng thời làm tăng

nhiệt độ của sản phẩm, quá trình có thể làm tăng nhiệt độ ống phản ứng lên đến
1000
0
C.
 Mô tả quá trình:
Khí quá trình đi từ trên xuống được đốt nóng nhờ bức xạ nhiệt từ béc đốt, để
đốt cháy hoàn toàn thì sử dụng lượng không khí dư khoảng 10%.
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
Carbon có thể tạo thành do: Ngộ độc xúc tác, nhiệt độ phản ứng cao, từ đó làm
tăng trở lực qua lớp xúc tác và làm giảm hoạt tính chất xúc tác.
Hiệu suất của RC1 được điều chỉnh sao cho lượng không khí đưa vào
reforming thứ cấp đảm bảo tỉ lệ H
2
/N
2
của hỗn hợp khí sau phản ứng là 3/1.

3.2.2.3. Xúc tác:
Thiết bị reforming sơ cấp có tổng cộng 180 ống chứa xúc tác đặt trong hệ
thống cung cấp nhiệt bức xạ.
Phần trên của lớp xúc tác nạp loại RK-211 và RK-201, phần dưới nạp loại R-
67-7H. Thành phần như sau:
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 7
Đồ án công nghệ.
RK-211: Ni 12-15% Al
2
O
3
60-65%

NiO 0-3% K
2
O 0-1%
MgO 20-30% CaO 1-4%
RK-201 Al
2
O
3
55-60% NiO 15-20%
K
2
O 0-1% CaO 1-4%

MgO 20-25%
R-67-7H NiO 15-20%
MgO 20-25%
Al
2
O
3
55-60%
Chất xúc tác bền trong không khí đến 80
0
C, nhiệt độ cao hơn có thể bị oxyhóa
nhưng cấu trúc xúc tác không bị phá hỏng và khi gặp điều khiện thích hợp bị khử

và trở lại trạng thái hoạt hóa ban đầu. Việc nạp ba lớp xúc tác khác nhau giúp tăng
cường hiệu suất phản ứng và tuổi thọ của chất xúc tác.
3.2.3. Quá trình Reforming thứ cấp:(10-R-2003)
3.2.3.1. Mục đích:
Chuyển hóa lượng khí còn lại trong reforming sơ cấp tạo CO, CO
2
, H
2
sau đó
nhờ xúc tác chuyển hóa phần CH
4
còn lại trong hỗn hợp khí, cung cấp N

2
cho quá
trình tổng hợp Amoniac.
3.2.3.2. Nguyên liệu và sản phẩm:
Khí sản phẩm sau khi ra khỏi 10-R-2003 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.
Thành phần của khí sản phẩm:
cấu tử % mol
H
2
54.29

SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 8
Đồ án công nghệ.
N
2
24.04
CO
13.26
CO
2
7.52
AR
0.29

CH
4
0.6
Dry
100
3.2.3.3. Thông số vận hành:
T
v
= 783
0
C, P
V

= 30.9 barg.
T
r
= 985
0
C, P
r
= 30.4 barg.
Nguyên tắc hoạt động:
Nhiệt cung cấp cho quá trình nhờ đốt nóng hỗn hợp khí bởi không khí, sau khi
chuyển hóa một phần hỗn hợp khí tiếp tục qua lớp xúc tác và chuyển hóa phần còn
lại, giới hạn dưới 650

0
C.
Ta phải giảm lượng CH
4
trong dòng khí sản phẩm càng thấp càng tốt để giảm
lượng khí trơ trong quy trình.
3.2.3.4. Xúc tác:
Xúc tác loại: RKS-2-7H và RKS-2P. Thành phần:
RKS-2-7H: NiO 2-6%
MgO 25-35%
Al
2

O
3
65-75%
RKS-2-7H: NiO 7-13%
MgO 25-30%
Al
2
O
3
60-70%
Xúc tác nằm giữa hai lớp là các hạt nhôm với các kích cỡ khác nhau:
• Lớp trên bảo vệ xúc tác khỏi ngọn lửa trực tiếp và tránh xáo trộn

SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 9
Đồ án công nghệ.
• Lớp dưới nâng đỡ xúc tác và tránh xúc tác bị kéo theo dòng khí đã phản
ứng.
Nhiệt độ phân hủy của chất xúc tác: 1400-1500
0
C.
Chất xúc tác đã hoạt hóa không được tiếp xúc trực tiếp với không khí ở nhiệt
độ lớn hơn 100
0
C vì gây ra hiện tượng gia tăng nhiệt độ tự phát. Lưu ý khi nạp xúc
tác tránh để nhiệt độ tăng cao, trong quá trình vận hành tránh không cho dòng

không khí qua thiết bị khi không có mặt của dòng nguyên liệu.
Cũng như reforming sơ cấp việc nạp ba lớp xúc tác tăng hiệu suất của phản
ứng, thời gian sống của xúc tác, giảm chi phí cho quá trình.
Thực chất của thiết bị reforming thứ cấp là hai thiết bị nối liền nhau, phía trên
là lò đốt, phía dưới là khu vực phản ứng (xúc tác được nạp vào ở đây).
3.2.3.5. Thu hồi nhiệt thừa
Nhiệt thừa của khói thải từ buồng bức xạ nhiệt trong reformer sơ cấp và của
khí công nghệ đi ra từ reformer thứ cấp được dùng để hâm nóng các dòng công
nghệ khác nhau và tạo ra hơi nước siêu cao áp.
3.1. Quá trình chuyển hóa CO:
3.3.1. Mục đích:
Chuyển hóa khí CO có trong nguyên liệu thành CO

2
để cung cấp cho quá trình
tổng hợp urê.
CO + H
2
O ↔ CO
2
+ H
2

Sơ đồ công nghệ của quá trình chuyển hóa CO:
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 10

Đồ án công nghệ.
432
29.5
30.2
360
10-E-2010
Waste heat
boiler
10-E-2011
Trim heater
213
28.4

190
29.1
3.3.2. Mô tả quá trình:
3.3.2.1. Nguyên liệu và sản phẩm:
Nâng nhiệt độ dòng nguyên liệu đến 360
0
C là nhiệt độ phản ứng, lượng tạp
chất ở giới hạn cho phép.
Dòng khí ra khỏi thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao, qua hai thiết bị trao
đổi nhiệt 10-E-2010 và 10-E-2012 A/B nhiệt độ giảm xuống 190
0
C, rồi vào thiết

bị chuyển hóa ở nhiệt độ thấp. Ở đây nhiệt độ càng thấp càng tốt nhưng cao hơn
nhiệt độ điểm sương để tránh lỏng ngưng làm phân rã xúc tác
Dòng khí đã ra khỏi thiết bị chuyển hóa ở nhiệt độ thấp có nhiệt độ 213
0
C và
nồng độ CO 0.23%.
3.3.2.2. Xúc tác:
Xúc tác ở thiết bị chuyển hóa nhiệt độ cao: Fe
2
O
3
80-90%, Cr

2
O
3
8-13%, CuO
1-2%, T
V
= 320-500
0
C.
Thiết bị phản ứng nhiệt độ thấp thì xúc tác là: Cr
2
O

3
40-50%, CuO 15-20%,
ZnO 25-35%
Chất xúc tác ở thiết bị chuyển hóa nhiệt độ thấp rất nhạy cảm với lưu huỳnh và
lỏng ngưng nên giai đoạn đầu không cho dòng khí quá trình qua thiết bị này, sau
khi đạt nhiệt độ trên nhiệt độ điểm sương mới cho qua.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 11
Đồ án công nghệ.
3.4. Quá trình loại CO
2
:
3.4.1. Mục đích:

Loại bỏ các hợp chất chứa oxy tránh gây ngộ độc xúc tác và ăn mòn, tách CO
2 -
làm nguyên liệu cho phân xưởng ure.[CO
2
] <500 ppm
3.4.2. Dung môi hấp thụ:
Phương pháp sử dụng là hấp thụ hóa học dùng dung môi MDEA 40 % m và
3% Piperazine.
MDEA là chất hấp thụ CO
2
còn Piperazine tăng tốc độ truyền khối CO
2

từ pha
khí sang pha lỏng.
3.4.3. Sơ đồ công nghệ chính của quá trình:
Hệ thống công nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO
2
ngược dòng hai cấp,
một tháp stripping CO
2
và một tháp tái sinh CO
2
.
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
Khí quá trình ra khỏi thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp có chứa lượng hơi
nước đáng kể được thu hồi bằng cách làm tác nhân nóng cho 10-E-3002 của tháp
Stripping CO

2
10-T-3001, sau đó trao đổi tại 10-E-3005, tiếp tục qua bình tách
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 12
Đồ án công nghệ.
10-V-3004 để tách phần lỏng ngưng, nguyên liệu vào tháp có nhiệt độ 75
0
C và áp
suất 27.5 barg.
Trong tháp hấp thụ CO
2
(10-T-3002), CO
2

được tách ra bằng hấp thụ ngược
dòng 2 cấp. Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch bán thuần tái sinh được
dùng để hấp thụ phần lớn CO
2
. Phần trên của tháp, dung dịch thuần được dùng để
tách phần CO
2
còn lại. Nhiệt độ tăng dần 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 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-V-3002:
R
3
N + H
2
O + CO
2

↔ R
3
NH
+
+ HC0
3
-

Phương trình phản ứng trong 10-V-3001 :
R
3
NH

+
+ HC0
3
-
↔ R
3
N + H
2
O + CO
2

CO

2
tách ra 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 ở 10-V-3003.
CO
2
rời khỏi 10-V-3003 được đưa đến phân xưởng sản xuất Urê tại áp suất
0.18 barg.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 13
Đồ án công nghệ.
3.5. Methan hóa:

3.5.1. Mục đích:
Chuyển hóa CO, CO
2
còn lại trong dòng khí sau khi qua công đoạn chuyển
hóa CO thành khí methane để tránh làm ngộ độc xúc tác
3.5.2. Nguyên liệu và sản phẩm:
Nguyên liệu vào của thiết bị methan hóa là khí công nghệ với hàm lượng CO
là 0,28% và CO
2
là 0,05%. Trong khi sản phẩm ra là hầu như không còn khí này.
3.5.3. Thông số vận hành:
Nguyên liệu trước khi vào thiết bị phản ứng được gia nhiệt đến 300

0
C, phản
ứng methane hóa xảy ra, phản ứng tỏa nhiệt nên làm nhiệt độ sản phẩm tăng lên
đến 318
0
C, phản ứng thuận lợi ở nhiệt độ thấp, áp suất cao.
Các phản ứng xảy ra trong thiết bị methan hóa là:
CO + 3H
2
↔ CH
4
+ H

2
O + Q
CO
2
+ 4H
2
↔ CH
4
+ 2H
2
O
Ở 300

0
C hoạt tính xúc tác rất tốt, đảm bảo vận tốc phản ứng nhanh và độ
chuyển hóa cao. Tăng nhiệt độ lên sẽ làm giảm hoạt tính, tuổi thọ của xúc tác,
giảm nhiệt độ thì vận tốc và độ chuyển hóa xúc tác giảm. Khi xúc tác bị lão hóa
cần nâng nhiệt độ nguyên liệu.
Trong quá trình vận hành nếu hàm lượng CO và CO
2
tăng bất thường thì 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.
3.5.4. Xúc tác:
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%
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 14
Đồ án công nghệ.
Các yếu tố gây ngộ độc xúc tác là:
• Hợp chất chứa lưu huỳnh và clo.
• Hơi nước không có mặt của hyđro sẽ oxy hóa xúc tác.

• Nhiệt độ cao quá sẽ phá huỷ xúc tác (giới hạn 420
0
C).
3.6. Quá trình tổng hợp amoniac:
3.6.1. Lý thuyết quá trình:
Quá trình tổng hợp amoniac xảy ra theo phản ứng dưới đây:
3H
2
+ N
2
↔ NH
3

Nhiệt độ bắt đầu phản ứng là 210
0
C, phản ứng tổng hợp NH
3
đi kèm theo là
tỏa nhiệt và giảm số mol. Nồng độ amoniac ở điều kiện cân bằng tăng khi nhiệt độ
giảm và áp suất tăng.
Nếu có sự hiện diện của khí trơ như là argon và methan, nồng độ amoniac ở
điều kiện cân bằng giảm.
3.6.2. Nguyên liệu và sản phẩm
Nguyên liệu của quá trình tổng hợp NH
3

là khí tổng hợp chứa N
2
lấy từ không
khí đưa vào trước thiết bị reforming thứ cấp, và khí H
2
thu được từ quá trình
reforming, được điều chỉnh sao cho tỉ lệ H
2
:N
2
là 3:1.
Sản phẩm của thiết bị phản ứng là hỗn hợp khí NH

3
tạo thành, H
2
và N
2
dư. Vì
vậy cần phải có quá trình tách NH
3
ra khỏi hỗn hợp khí.
3.6.3. Chu trình tổng hợp:
Sơ đồ chu trình tổng hợp NH
3

:
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 15
Đồ án công nghệ.
Recovered H2
26.5
47
Purge gas to 10-T-5051
-5
131
Product Ammonia to
10-V-5002
131

-5
-5
131.5
-5
131
-5
22
9.2
12.7
22
131.9
132

43
132.4
139
109
68
47
43.6
43
25.5
132.2
34.5
132.5

41
132.9
65.3
133.9
284
134.5
340
135
441
137
254
138

45.4
129
37
18
130
Make-up synthesis gas
from 10-V-3011
Recycle H2 to 10-E-2004-1
Excess synthesis gas to
10-H-2001
10-E-5009
Make-up gas

chiller
10-V-5009
Make-up gas
separator
10-V-5001
Ammonia
separator
10-E-5014
Purge gas
chiller
10-E-5008
2nd Ammonia

chiller
10-E-5007
2nd cold
exchanger
10-E-5006
1st Ammonia
chiller
10-V-4033
10-V-4031
10-K-4031
Synthesis gas/reculation
compressor

10-E-5005
1st cold
exchanger
10-E-5004
Water cooler
10-E-5003
Heat exchanger
10-E-5002
BFW
preheater
10-E-5001
Waste heat

boiler
Khí tổng hợp từ công đoạn methan hóa, được nén đến khoảng 132 barg trước
khi được đưa vào trong chu trình tổng hợp:
Khí make-up được làm lạnh trong thiết bị làm lạnh (chiller) 10-E-5009 và
được đưa vào trong chu trình tổng hợp giữa bộ làm lạnh thứ hai (10-E-5007) và
thiết bị làm lạnh Amoniac(10-E- 5008), sau khi khí phóng không (let down gas)
được loại bỏ tại đầu ra của bộ làm lạnh thứ hai.
Khí đi ra từ tháp tổng hợp được làm lạnh theo từng bước, trước hết qua nồi hơi
nhiệt thừa 10-E-5001 nhiệt độ giảm từ 440
o
C xuống 340
o

C. Tiếp theo, khí được
làm lạnh đến khoảng 280-290
o
C trong bộ gia nhiệt nước lò hơi 10-E-5002 và trong
bộ trao đổi nhiệt nóng 10-E-5003 được làm lạnh đến 65
o
C nhờ gia nhiệt khí đầu
vào của tháp tổng hợp. Khí tổng hợp sau đó được làm lạnh đến 41
o
C trong bộ làm
lạnh nước 10-E- 5004 và xuống 34-35
o

C trong bộ làm lạnh thứ nhất 10-E-5005,
được dùng để gia nhiệt khí đầu vào của tháp tổng hợp.
Quá trình làm lạnh cuối cùng của khí tổng hợp đến –5
o
C xảy ra qua bộ làm
lạnh Amoniac thứ nhất 10-E-5006, bộ làm lạnh thứ hai 10-E-5007, và cuối cùng là
bộ làm lạnh amoniac 10-E- 5008. Amoniac đã ngưng tụ được tách ra khỏi khí tổng
hợp tuần hoàn trong bình tách Amoniac 10-V-5001. Từ bình tách, khí được tuần
hoàn trở lại qua bộ làm lạnh thứ hai (second cold exchanger), bộ làm lạnh thứ nhất
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 16
Đồ án công nghệ.
(first cold exchanger) và cuối cùng, qua bộ trao đổi nhiệt nóng (hot heat

exchanger) đến tháp tổng hợp Amoniac nhờ máy nén tuần hoàn, là một phần của
máy nén khí tổng hợp (10-K-4031).
Khí make-up đi vào chu trình tổng hợp có hàm lượng nước ở trạng thái bão
hòa và chứa hàm lượng 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 Amoniac ngưng tụ. Cacbon dioxit trong khí make-up sẽ phản
ứng với Amoniac lỏng và khí, hình thành amôni cacbamat.
2NH
3
+ CO
2
↔ NH

4
-CO-NH
2
Cacbamat hình thành sau đó hòa tan vào trong Amoniac ngưng tụ. Cacbon
monoxit chỉ hòa tan rất ít trong Amoniac, do đó, nó sẽ đi qua máy nén tuần hoàn
đến tháp tổng hợp Amoniac bị hydro hóa thành nước và methan.
3.6.4. Các khí trơ và khí phóng không:
Khí make-up chứa một lượng nhỏ argon và methan. Những khí này là trơ khi
đi qua tháp tổng hợp mà không làm thay đổi về mặt hóa học. Những khí trơ này sẽ
tích tụ trong chu trình tổng hợp, và nồng độ sẽ tăng dần trong dòng khí tổng hợp
tuần hoàn. Mức độ khí trơ trong chu trình tổng hợp sẽ tăng lên cho đến khi lượng
khí trơ đưa vào chu trình tổng hợp trong khí make-up bằng với lượng khí trơ được

tách ra khỏi chu trình tổng hợp.Vì vậy cần phải xả khí trơ ra ngoài, lượng khí trơ
xả ra ngoài phải cân bằng với lượng khí trơ đưa vào.
3.7. Tháp tổng hợp Amoniac 10 –R – 5001:
3.7.1. Giới thiệu chung:
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 17
Đồ án công nghệ.
THIÃÚT BË TÄØNG HÅÜP AMONIAC
Cold By-Pass Inlet16 :
13 :
14 :
15 :
Cold By-Pass Pipe

Main Gas Inlet
Gas Outlet
2nd Catalyst Bed
Basket Insulation
Outer Basket Shell
Outer Annulus
Catalyst Support
Centre Screen
Screen Falnels
interb Heat Exchanger
1st Catalyst Bed
Cover Plate

Basket Cover
12 :
11 :
10 :
9 :
8 :
7 :
6 :
5 :
4 :
3 :
2 :

Pressure Shell
1 :
Tháp tổng hợp Amoniac 10-R-5001 chứa hai lớp xúc tác và một bộ trao đổi
nhiệt giữa hai lớp, khí chạy qua các lớp xúc tác theo hướng từ ngoài vào. Khí tổng
hợp tuần hoàn đưa vào tháp thông qua hai đầu vào chính tại đáy. Khí đi lên phía
trên qua không gian hình khuyến giữa rọ xúc tác và vỏ bình. Điều này giúp làm
lạnh vỏ, áp suất và nhiệt độ thiết kế của vỏ được giảm đi.
Tại đỉnh của tháp tổng hợp, khí đi qua phần ống xúc tác của bộ trao đổi nhiệt
giữa các lớp xúc tác, được gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng. Nhiệt độ khí tại đầu
vào của lớp xúc tác thứ nhất được điều chỉnh nhờ dòng “kích lạnh” (cold shot),
dòng khí tổng hợp lạnh được đưa vào thông quá các ống xúc tác trung tâm.
Khí rời khỏi lớp xúc tác thứ nhất được làm lạnh nhờ đi qua phần của bộ trao

đổi nhiệt giữa các lớp xúc tác trước khí chúng được dẫn đến lớp xúc tác thứ hai.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 18
Đồ án công nghệ.
Sau khi đi qua lớp xúc tác thứ hai, khí rời khỏi tháp tổng hợp đi qua nồi hơi
nhiệt thừa 10-E-5001, thu hồi phần lớn nhiệt phản ứng được dùng để sản xuất hơi
nước.
3.7.2. Xúc tác:
Chất xúc tác tổng hợp amoniac KM1/KM1R được tăng cường bởi xúc tác sắt,
chứa đựng một lượng nhỏ oxit không khử được. Kích thước hạt xúc tác là
1,5÷3mm. Kích thước hạt nhỏ đảm bảo hoạt tính xúc tác cao. Hơn nữa, dòng phát
tán của tháp tổng hợp cho phép sử dụng những hạt xúc tác nhỏ mà không tạo ra độ
chênh áp lớn.

Tất cả các hợp chất chứa oxy, như H
2
O, CO, CO
2
là chất gây ngộ độc đến chất
xúc tác, làm giảm hoạt tính xúc tác, chất xúc tác đạt trở lại hoạt tính của chúng khi
khí tổng hợp hoàn toàn không chứa oxy trở lại. Nhưng vẫn có một số điểm giảm
hoạt hóa vĩnh viễn sẽ xảy ra.
Các hợp chất lưu huỳnh, clo và photpho là cực kỳ độc và gây ra sự giảm hoạt
tính vĩnh viễn.
3.7.3. Nhiệt độ phản ứng trong tháp tổng hợp Amoniac:
Tại đầu vào của lớp xúc tác thứ nhất của 10-R-5001, cần thiết phải đạt nhiệt độ

tối thiểu là 360
0
C để đảm bảo một tốc độ phản ứng đủ lớn. Nếu nhiệt độ tại đầu
vào của chất xúc tác quá thấp, tốc độ phản ứng sẽ trở nên quá chậm đến mức nhiệt
được giải phóng bởi phản ứng là quá nhỏ để duy trì nhiệt độ trong tháp tổng hợp.
Phản ứng sẽ nhanh chóng bị tắt nếu những điều chỉnh thích hợp (giảm tốc độ tuần
hoàn khí và/hoặc đóng dòng kích lạnh) không được tiến hành ngay lập tức.
Mặt khác, cần thiết phải duy trì nhiệt độ chất xúc tác ở mức thấp nhất có thể để
kéo dài tuổi thọ chất xúc tác. Chính vì lẽ đó, nên duy trì nhiệt độ đầu vào chất xúc
tác cao hơn nhiệt độ tối thiểu một chút. Thông thường khoảng 380-385
0
C, cần đưa

khí tổng hợp vào lớp xúc tác thứ nhất tại nhiệt độ 360-365
0
C. Khi khí đi qua lớp
xúc tác, nhiệt độ của nó tăng lên đến nhiệt độ tối đa, thông thường là nhiệt độ cao
nhất trong tháp tổng hợp, tại đầu ra của lớp xúc tác thứ nhất.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 19
Đồ án công nghệ.
Khí đầu ra từ lớp xúc tác thứ nhất được làm lạnh bởi một phần khí lạnh đi vào
lớp thứ nhất nhằm đạt được nhiệt độ khoảng 375
0
C tại đầu vào của lớp xúc tác thứ
hai.

Nhiệt độ khí đi ra khỏi lớp xúc tác thứ hai là khoảng 440
0
C.
3.7.4. Áp suất vận hành:
Chu trình tổng hợp được thiết kế với áp suất tối đa là 152 barg và áp suất vận
hành ban đầu là 137 barg ở đầu vào tháp tổng hợp
Áp suất vận hành thực tế không được kiểm soát trực tiếp mà nó phụ thuộc và
tự điều chỉnh theo điều kiện công nghệ khác như năng suất, khí trơ, nồng độ
Amoniac ở đầu vào tháp tổng hợp, tỉ lệ H
2
/N
2

và hoạt tính xúc tác.
Áp suất chu trình tăng khi tăng khí đầu vào chu trình, giảm lưu lượng tuần
hoàn hoặc tăng hàm lượng khí trơ, tăng nồng độ Amoniac trong khí đầu vào tháp
tổng hợp, thay đổi tỉ lệ H
2
/N
2
so với điểm tối ưu và giảm hoạt tính xúc tác.
3.7.5. Làm lạnh:
Mục đích của công đoạn này là làm lạnh các quá trình như :ngưng tụ amoniac,
làm lạnh khí make-up, khí phóng không(let down gas) và khí trơ.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 20

Đồ án công nghệ.
Chương 4. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PROII
4.1. Giới thiệu chung về phần mềm mô phỏng:
Trong quá trình thiết kế, sản xuất, vận hành tất cả các nhà máy trong mọi lĩnh
vực đều cần sự hỗ trợ đắc lực của các phần mềm tính toán, mô phỏng để có thể
kiểm tra một cách nhanh chóng và chính xác. Điều này còn có ý nghĩa hơn đối với
ngành công nghệ hóa lọc dầu, phần mềm mô phỏng sẽ giúp các kỹ sư tính toán
thiết kế một cách chính xác, nhanh chóng, vận hành hiệu quả và dễ dàng kiểm tra
các thông số, biết được các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của nhà máy.
Trong hóa học thì có rất nhiều các phần mềm mô phỏng tính toán:
• PRO/II ( SIMSCI- Mỹ)
• HYSYS (HYPROTECH - Canada)

• ASPEN PLUS (ASPENTECH - Mỹ)
• DESIGN II ( CHEMSHARE - Mỹ)
• DYNSYM (SIMSCI- Mỹ)
Trong đó thì phần mềm PROII được dùng phổ biến nhất.
4.2. Giới thiệu về phần mềm PROII:
Phần mềm PROII là phần mềm chuyên dùng cho ngành công nghệ hóa lọc
dầu, phần mềm này mô phỏng tính toán thiết kế khá chính xác. PROII mô phỏng
được hầu hết tất cả các quá trình trong công nghệ hóa lọc dầu một cách có hệ
thống, số liệu tương đối chính xác so với quá trình thực tế.
Tính năng và phạm vi sử dụng của phần mềm PROII:
 Tính năng của PROII:
PROII có cơ sở dữ liệu rộng lớn, có các mô hình nhiệt động phong phú, có thể

áp dụng cho tất cả các quá trình hóa học, sự chọn mô hình nhiệt động cho PROII
có ảnh hưởng rất lớn đến kết quả tính toán.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 21
Đồ án công nghệ.
PROII là phần mềm làm việc theo các modun có liên kết chặt chẽ với nhau qua
các dòng. Mỗi modun là một thiết bị (van, máy nén, bơm, thiết bị phản ứng…)
được tính toán tính toán một cách riêng lẻ, và kết quả của mỗi modun có thể xuất
ra được cho từng modun.
Kết quả của modun trước đó sẽ được tiếp nhận cho tất cả các modun khác có
liên quan đến nó, kết quả của modun trước đó sẽ là nguồn thông số cơ sở cho
modun tiếp theo tính toán.
Khả năng truyền dữ liệu và cập nhật thông tin của PROII là rất cao, khi có sự

thay đổi thông số của một modun nào đó thì PROII sẽ tự cập nhật thông số này
cho tất cả các modun còn lại (nếu có liên quan) và tính toán lại theo thông số mới
này.
PROII tính theo phương pháp lặp cho đến khi đạt được kết quả thì dừng lại.
Trong quá trình tính lặp khi các số liệu vượt quá giới hạn, hoặc không hợp lý thì
PROII vẫn tiếp tục điều chỉnh vòng lặp để đạt được kết quả, ngược lại thì PROII
có thể dừng lại trước vòng lặp và thông báo cho người dùng.
Việc nhập các thông số vào PROII rất tiện lợi thông qua các cửa sổ đã có
hướng dẫn. PROII lại chạy trong môi trường Window nên càng tiện lợi hơn. Khi
có sự nhầm lẫn cơ bản hay thiếu sót thì PROII sẽ báo ngay nên đễ dàng kiểm tra
và sửa thông số.
Sự hiện màu trong PROII là rất khoa học, màu đỏ khi thông số chưa nhập hay

nhập chưa đủ, và khi đủ các thông số thì các modun tự chuyển sang màu xanh.
Những thông số có thể nhập hoặc không thì màu lam. Điều này làm cho người
dùng dễ quan sát và kiểm tra.
Việc xuất kết quả của PROII cũng rất tiện lợi, có thể xuất từng modun, hay tất
cả. Có thể chuyển kết quả từ PROII sang Word, excel….
 Phạm vi sử dụng: PROII dùng để:
• Mô phỏng một nhà máy, quá trình đang có để có thể tối ưu hóa lợi
nhuận và cải thiệt chất lượng sản phẩm.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 22
Đồ án công nghệ.
• Thiết kế quy trình mới.
• Nghiên cứu việc chuyển đổi chế độ hoạt động của nhà máy, các phương

án mới trong nhà máy.
• Giải quyết sự cố trong quá trình vận hành của nhà máy, thông qua sự
kiểm tra các thông số bất thường trong nhà máy.
 Các modun bị trong PROII:
PROII chứa gần như tất cả các modun thể hiện gần như đầy đủ các thiết bị
trong công nghệ hóa, các thiết bị cơ bản như: dòng, thiết bị tách, thiết bị gia nhiệt,
bơm, máy nén, …ngoài ra còn có các modun tính toán khác như: optimizer,
caculator, controler…giúp ích trong quá trình mô phỏng.
4.3. Sử dụng phần mềm PROII
Để có thể sử dụng được phần mềm PROII người dùng cần có những kiến thức
cần thiết về phần mềm, và kiến thức chuyên ngành nhất định. Thông thường việc
dùng phần mềm tùy thuộc vào nhiều mục đích khác nhau: dùng mô phỏng, thiết kế

hay dùng cho mục đích khác đều thông qua các bước cơ bản sau:
• Chọn hê đơn vị cho PROII (có thể không dùng bước này, vì PROII sẽ mặt
định hệ đơn vị Anh).
• Chọn các cấu tử cho các dòng nguyên liệu vào (có thể lấy từ cơ sở dữ liệu
hoặc thiết lập nếu cần).
• Chọn các mô hình nhiệt động thích hợp cho quá trình.
• Chọn các modun theo mục đích của quá trình, sau đó nối với các modun
bằng các dòng.
• Nhập các thông số cho các dòng và modun.
• sau khi thấy tất cả các dòng và modun đều chuyển thành màu xanh thì chạy
và xuất kết quả.
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 23

Đồ án công nghệ.
Chương 5 : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH VỚI SỐ LIỆU
THỰC TẾ CỦA NHÀ MÁY
Quá trình mô phỏng được tiến hành theo các số liệu trong bản vẽ PFD của nhà
máy, nên số liệu kết quả mô phỏng so với thực tế là tương đối chính xác, tuy nhiên
vẫn có những sai số nhất định trong quá trình mô phỏng. Nguyên nhân chính là
việc nhập các số liệu chưa thật sự chính xác (chủ yếu là lưu lượng), chọn mô hình
nhiệt động, và quan trọng nhất là dù phần mềm có hoàn hảo đến đâu thì cũng
không thể mô phỏng một cách chính xác được.
5.1. Khu vực Reforming:
Khí nguyên liệu phải đươc tiến hành khử tạp chất của lưu huỳnh vì chúng gây
ngộ độc xúc tác cho quá trình Reforming.

Nguyên liệu của quá trình khử lưu huỳnh:
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 24
Đồ án công nghệ.
Sản phẩm đã khử lưu huỳnh trộn với dòng Process Steam có thành phần:
Số liệu thực tế của nhà máy:
Nhận xét: Sai số của mô phỏng so với thực tế rất nhỏ (< 5%).
SVTH: Công Bình – Nguyễn Dương – Thúy Nga Trang 25