Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí mô phỏng nhà máy đạm phú mỹ bằng phần mềm hysys

Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp không chỉ là một học phần đơn thuần mà còn là sự tổng kết
những kiến thức mà sinh viên đã tiếp thu trên giảng đường Đại học trong suốt
những năm là sinh viên. Đồ án tốt nghiệp cũng phản một phần năng lực của sinh
viên sau khi rời giảng đường Đại học. Vì vậy, trong suốt thời gian thực hiện đồ án
này chúng tôi luôn xác định tầm quan trọng và nổ lực hết mình để thực hiện nó. Ở
đồ án tốt nghiệp này ngoài nổ lực bản thân, chúng tôi đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ nhiệt tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất từ Thầy, Cô bộ môn “Công nghệ hóa
học dầu và khí” thuộc khoa Hóa, trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, cùng với các
bạn sinh viên trong lớp 10H5. Đặc biệt, chúng tôi xin chân thành cảm ơn TS.
Nguyễn Thị Thanh Xuân và PGS.TS.Nguyễn Đình Lầm về những quan tâm sâu sắc
và sự chỉ đạo thường xuyên trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Vì thời gian có
hạn và những điều kiện khách quan khác, bên cạnh đó đây là lần đầu tiên chúng tôi
tiếp cận với đề tài khoa học nên không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế.
Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý của Thầy, Cô và các bạn sinh viên để hoàn
thiện hơn đề tài này. Cuối cùng, chúng tôi chúc tất cả quý Thầy, Cô và các bạn sinh
viên nhiều sức khỏe và thành công trong cuộc sống.
Đà Nẵng, tháng 06 năm 2015
Nhóm sinh viên thực hiện

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ.......2
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển...............................................................2
1.2. Địa điểm xây dựng mặt bằng nhà máy.....................................................3
1.3. Công nghệ sở hữu....................................................................................4
1.4. Nguyên liệu..............................................................................................4
1.5. Các loại sản phẩm....................................................................................4
1.5.1. Sản phẩm chính Urea......................................................................4
1.5.2. Sản phẩm phụ Ammonia.................................................................5
1.6. Các phân xưởng trong nhà máy...............................................................5
1.6.1. Phân xưởng Ammonia....................................................................5
1.6.2. Phân xưởng Urea............................................................................6
1.6.3. Phân xưởng phụ trợ........................................................................6
CHƯƠNG 2. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC................................7
2.1. Tổng quan về công nghệ..........................................................................7
2.1.1. Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac.............................................7
2.1.2. Công nghệ tổng hợp Amoniac........................................................7
2.1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất Amoniac...........................10
2.2. Phân xưởng sản xuất Amoniac...............................................................11
2.2.1. Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên........................11
2.2.2. Chuyển hoá khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2...........................12
2.2.3. Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp.........................................13
2.2.4. Tách CO2 từ hỗn hợp khí sau R-2005...........................................14
2.2.5. Chuyển hóa thành Metan..............................................................15
2.2.6. Chu trình tổng hợp Amoniac........................................................16
2.2.7. Công đoạn làm lạnh bằng Amoniac..............................................17

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

2.2.8. Công đoạn thu hồi khí NH3 và H2.................................................18
2.2.9. Hệ thống sản xuất hơi nước..........................................................18
CHƯƠNG 3. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT UREA.....................................20
3.1. Giới thiệu về urea...................................................................................20
3.1.1. Lịch sử phát triển..........................................................................20
3.1.2. Tính chất của Urea........................................................................20
3.2. Công nghệ urea......................................................................................23
3.2.1. Tổng hợp urea và thu hồi NH3, CO2 cao áp..................................24
3.2.2. Tinh chế urea và thu hồi NH3, CO2 trung áp.................................27
3.2.3. Tinh chế urea và thu hồi NH3, CO2 thấp áp...................................30
3.2.4. Cụm cô đặc chân không và tạo hạt...............................................32
3.2.5. Xử lý nước ngưng quá trình..........................................................34
3.2.6. Xử lý nước thải.............................................................................35
3.2.7. Các hệ thống phụ trợ.....................................................................37
3.2.8. Hệ thống hơi.................................................................................37
3.2.9. Hệ thống nước rửa........................................................................39
3.2.10. Các dòng thải lỏng và khí...........................................................40
CHƯƠNG 4. GIỚI THIỆU CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG......................42
4.1. Mục đích mô phỏng...............................................................................42
4.2. Giới thiệu chung về phần mền mô phỏng...............................................42
4.3. Giới thiệu về Aspen Hysys.....................................................................43

4.5. Lựa chọn mô hình nhiệt động................................................................46
CHƯƠNG 5. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG NH3........................................47
5.1. Các quá trình mô phỏng.........................................................................47
5.2. Các thiết bị chính...................................................................................47
5.3. Tiến hành mô phỏng tính toán bằng Hysys............................................48

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

5.3.1. Chọn hệ đơn vị đo........................................................................48
5.3.2. Chọn mô hình nhiệt động.............................................................48
5.3.3. Nhập cấu tử cho hệ.......................................................................48
5.3.4. Thiết đặt phản ứng cho quá trình..................................................50
5.3.5. Vào môi trường mô phỏng............................................................50
5.3.6. Thiết lập dòng nguyên liệu...........................................................50
5.4. Các công đoạn của quá trình..................................................................51
5.4.1. Công đoạn xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu..............................51
5.4.2. Công đoạn chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2..........54
5.4.3. Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp.......................60
5.4.4. Công đoạn tách CO2 bằng dung dịch MDEA................................64
5.4.5. Công đoạn Metan hóa...................................................................67
5.4.6. Công đoạn tổng hợp Amoniac......................................................71
5.4.7. Công đoạn thu hồi khí NH3 và H2...............................................81
5.4.8. Hệ thống sản xuất hơi nước..........................................................85

CHƯƠNG 6. MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG UREA....................................86
6.1. Các quá trình và khu vực mô phỏng.......................................................86
6.1.1. Các quá trình mô phỏng................................................................86
6.1.2. Các thiết bị chính..........................................................................86
6.2. Chọn hệ đơn vị và mô hình nhiệt động trên Hysys................................87
6.2.1 Chọn hệ đơn vị đo.........................................................................87
6.2.2. Chọn mô hình nhiệt động.............................................................88
6.2.3. Nhập cấu tử cho hệ.......................................................................91
6.3. Mô phỏng các cụm phân xưởng.............................................................91
6.3.1 Mô phỏng cụm nén khí CO2..........................................................91
6.3.2. Khu vực phản ứng và thu hồi áp suất cao.....................................93

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

6.3.3. Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 áp suất trung bình...............96
6.3.4. Làm sạch Urea và thu hồi NH3, CO2 áp suất thấp.......................100
6.3.5. Cụm cô đặc chân không..............................................................103
6.3.6. Khu vực xử lý nước ngưng.........................................................105

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Mặt bằng nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ...............................9
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát các phân xưởng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ.....13
Hình 2.2. Sơ đồ các công đoạn sản xuất trong phân xưởng Amoniac...........15
Hình 2.3. Sơ đồ cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên......17
Hình 2.4. Sơ đồ cụm chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2...........18
Hình 2.5. Sơ đồ cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp........................19
Hình 2.6. Sơ đồ cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA................................20
Hình 2.7. Sơ đồ cụm chuyển hóa thành Metan.............................................21
Hình 2.8. Sơ đồ chu trình tổng hợp Amoniac................................................22
Hình 3.1. Sơ đồ PFD của cụm nén CO2........................................................33
Hình 3.2. Sơ đồ PFD của cụm phản ứng và thu hồi cao áp...........................33
Hình 3.3. Sơ đồ PFD của cụm phân hủy và thu hồi trung áp........................36
Hình 3.4. Sơ đồ PFD cụm phân hủy và thu hồi thấp áp................................37
Hình 3.5. Sơ đồ PFD của cụm cô đặc chân không........................................39
Hình 3.6. Sơ đồ PFD của cụm tạo hạt...........................................................40
Hình 3.7. Sơ đồ PFD của cụm xử lý nước ngưng..........................................41
Hình 4.1. Chọn hệ phương trình nhiệt động trong Hysys..............................50
Hình 4.2. Lựa chọn cấu tử trong Hysys........................................................51
Hình 4.3. Môi trường mô phỏng trong Hysys...............................................51
Hình 5.1. Sơ đồ mô phỏng cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu.............59
Hình 5.2. Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa khí thiên nhiên.........................61
Hình 5.3. Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp.......68

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Hình 5.4. Sơ đồ mô phỏng cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA...............73
Hình 5.5. Sơ đồ mô phỏng cụm chuyển hóa thành Metan.............................75
Hình 5.6. Sơ đồ mô phỏng điều chỉnh tỷ lệ H2/N2.........................................80
Hình 5.7. Sơ đồ mô phỏng quá trình nén khí ...............................................82
Hình 5.8. Sơ đồ mô phỏng chu trình tổng hợp Amoniac...............................85
Hình 5.9. Sơ đồ mô phỏng quá trình thu hồi Amoniac..................................91
Hình 5.10. Sơ đồ mô phỏng quá trình sản xuất hơi nước..............................93
Hình 6.1. Sơ đồ chung quá trình mô phỏng phân xưởng Urea......................95
Hình 6.2. Sơ đồ mô phỏng cụm nén CO2....................................................101
Hình 6.3. Sơ đồ mô phỏng khu vực tổng hợp Urea.....................................103
Hình 6.4. Sơ đồ mô phỏng cụm thu hồi trung áp........................................105
Hình 6.5. Sơ đồ mô phỏng cụm phân hủy trung áp.....................................106
Hình 6.6. Cụm phân hủy áp suất thấp.........................................................109
Hình 6.7. Thiết bị tiền cô đặc chân không...................................................109
Hình 6.8. Cụm thu hồi thấp áp....................................................................110
Hình 6.9. Sơ đồ mô phỏng thiết bị cô đặc...................................................112
Hình 6.10. Sơ đồ mô phỏng cụm xử lý nước ngưng....................................114
DANH MỤC BẢNG
Bảng 5.1. Thành phần, lưu lượng các dòng nguyên liệu vào quá trình.........55
Bảng 5.2. So sánh dòng H2 hồi lưu................................................................59
Bảng 5.3. So sánh quá trình Reforming sơ cấp.............................................64

Bảng 5.4. Các thông số vận hành của thiết bị Reforming sơ cấp..................65
Bảng 5.5. So sánh quá trình Reforming thứ cấp............................................66
Bảng 5.6. Thông số vận hành của thiết bị Reforming thứ cấp.......................66

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Bảng 5.7. So sánh quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao..........................70
Bảng 5.8. So sánh quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp........................71
Bảng 5.9. So sánh quá trình tách CO2...........................................................74
Bảng 5.10. Các thông số vận hành của thiết bị Metan hóa............................77
Bảng 5.11. So sánh thiết bị V-3011...............................................................78
Bảng 5.12. Kết quả mô phỏng quá trình điều chỉnh tỷ lệ H2/N2....................81
Bảng 5.13. Kết quả mô phỏng của quá trình nén khí make up gas................83
Bảng 5.14. So sánh thiết bị tổng hợp Amoniac.............................................87
Bảng 5.15. Số liệu thiết kế của các dòng sản phẩm.......................................88
Bảng 5.16. So sánh thành phần, lưu lượng của các dòng sản phẩm..............88
Bảng 5.17. So sánh tháp T-5051....................................................................91
Bảng 5.18. So sánh tháp T-5052....................................................................92
Bảng 6.1. Các tính chất dòng vào................................................................100
Bảng 6.2. Thông số của các máy nén..........................................................100
Bảng 6.3. Các thông số thiết bị trao đổi nhiệt.............................................100
Bảng 6.4. Các tính chất dòng sản phẩm CO2...............................................101
Bảng 6.5. Các tính chất dòng vào................................................................102

Bảng 6.6. Kết quả dòng 13..........................................................................103
Bảng 6.7. Kết quả dòng 17..........................................................................104
Bảng 6.8. Các tính chất dòng NH3 nguyên liệu...........................................105
Bảng 6.9. Kết quả dòng Ammonia to Synthesis..........................................106
Bảng 6.10. Kết quả dòng Vent....................................................................107
Bảng 6.11. Kết quả dòng Urea Solution......................................................107
Bảng 6.12. Kết quả dòng Offgas.................................................................108

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Bảng 6.13. Kết quả dòng Off Gas to V1006................................................110
Bảng 6.14. Kết quả dòng Urea solution to V1004.......................................110
Bảng 6.15. Kết quả dòng Urea solution to E1014.......................................110
Bảng 6.16. Kết quả dòng Offgas.................................................................111
Bảng 6.17. Kết quả dòng Bottom................................................................112
Bảng 6.18. Kết quả dòng To treatment A....................................................112
Bảng 6.19. Kết quả dòng To treatment B....................................................112
Bảng 6.20. Kết quả dòng Prilling Section...................................................113
Bảng 6.21. Dòng nước thải đi ra từ hệ thống xử lý chân không..................113

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân

Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

LỜI NÓI ĐẦU

Việc sử dụng khí thiên nhiên để sản xuất phân đạm đã được Đảng và Chính phủ
quan tâm. Do nguồn nguyên liệu chính để sản xuất phân bón có nguồn gốc từ dầu
mỏ. Chính vì vậy, khi giá dầu mỏ tăng sẽ tác động đến đầu vào của ngành và gián
tiếp tăng chi phí vận chuyển và nhập khẩu phân bón.
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 trương 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.
Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí, sử
dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí Amoniac và
công nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân Urê. Đây là các công
nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyên
liệu chính đầu vào là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là Ammoniac và Urê. Chu
trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp nhà máy
hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không
đủ điện cung cấp.
Với đề tài: “Mô phỏng nhà máy Đạm Phú Mỹ bằng phần mềm Hysys”.
Trong quá trình hoàn thành báo cáo, với vốn kiến thức còn hạn chế, điều kiện đi
thực tế chưa có nên gặp không ít khó khăn, do đó báo cáo trình bày không thể tránh

khỏi những sai sót. Kính mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của quý thầy
cô và các bạn đọc để bài báo cáo đồ án của chúng Tôi được hoàn thiện hơn.
Đà Nẵng, tháng 06 năm 2015
Nhóm sinh viên thực hiện

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 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 Ðạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần phân đạm và Hoá chất Dầu
khí, được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng
Tàu. Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD, có diện tích 63 ha, là nhà máy đạm đầu
tiên trong nước được xây dựng theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng
là một trong những nhà máy hoá chất có dây chuyền công nghệ và tự động hoá tiến
tiến nhất ở nước ta hiện nay. Cung cấp 40% nhu cầu phân urea trong nước, Ðạm
Phú Mỹ có vai trò rất lớn trong việc tự chủ nguồn phân bón trong một nước nông
nghiệp như Việt Nam. Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ ra để nhập phân bón từ nước
ngoài về là rất lớn trong khi nguyên liệu để sản xuất phân urea là nguồn khí đồng
hành (Associated Gas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên

(Natural Gas) được phát hiện rất nhiều ở phía Nam. Sản phẩm của Nhà máy Ðạm
Phú Mỹ hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trên thị trường trong nước, đặc biệt tại
vựa lúa đồng bằng sông Cửu Long.
Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp đồng EPCC (Chìa khóa trao tay)
giữa Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp
đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Ammoniac với Haldoe Topsoe (công suất
1.350 tấn/ngày) và công nghệ sản xuất urea với Snamprogetti (công suất 2.200
tấn/ngày).
+ Khởi công xây dựng nhà máy: 03/2001.
+ Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003
+ Ngày ra sản phẩm ammonia đầu tiên: 04/2004.
+ Ngày ra sản phẩm urea đầu tiên: 04/06/04.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

+ Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004.
+ Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004.
Kể từ thời điểm những lô sản phẩm chính thức đầu tiên của Tổng công ty được
đưa ra thị trường với thương hiệu Đạm Phú Mỹ, Tổng công ty đã thực hiện tốt
nhiệm vụ vận hành sản xuất, nhập khẩu, kinh doanh, đạt các mục tiêu với kết quả
cao và đóng góp quan trọng cho ngành dầu khí cũng như nền nông nghiệp nước
nhà.
Hiện nay, Tổng Công ty đang cung cấp cho thị trường trong nước khoảng 40%

nhu cầu phân đạm urea (tổng nhu cầu sử dụng phân đạm urea cả nước bình quân
khoảng 1.6 – 1.8 triệu tấn/năm) và 40% nhu cầu khí ammonia lỏng được sản xuất từ
nhà máy Đạm Phú Mỹ.
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 63ha.

Hình 1.1. Mặt bằng nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

1.3. Công nghệ sở hữu
Công nghệ Haldor Topsoe - Đan mạch: Cho phân xưởng amoni với 1350 tấn
NH3/ngày.
Công nghệ SnamProgetti - Italia: Cho phân xưởng urea với 2200 tấn urea/ngày.
1.4. 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 – 54 triệu m3/năm.
Đặc tính và thành phần khí:
-

Nhiệt độ: 18-360C

Áp suất: 40 bar.
Trọng lượng phân tử: 18.68 g/mol.
Thành phần: C1 = 83.31%, C2 = 14.56%, C3 = 1.59%
iC4 = 0.107%, nC4 = 0.109%.

1.5. Các loại sản phẩm
1.5.1. 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 biureat: < 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
135o C , tỷ trọng khoảng 1.323. Urea thủy phân chậm tạo thành Ammonium

Carbamate sau đó phân hủy thành NH3 và CO2, đây là cơ sở để sử dụng Urea làm
phân bón. Trong công nghiệp Urea được tổng hợp từ NH 3 lỏng và CO2 khí ở nhiệt
độ và áp suất cao.
1.5.2. Sản phẩm phụ Ammonia

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Ammonia chủ yếu dùng để tổng hợp Urea, lượng thừa ra được đưa về bồn chứa,
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 –320C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất
cao (khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng, độc, nặng hơn không khí, nên rất nguy
hiểm khi bị rò rỉ với lượng lớn.
1.6. Các phân xưởng trong nhà máy
1.6.1. Phân xưởng Ammonia
Sản xuất NH3 và CO2 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 H2S). Sau đó, H2S 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 C2+ thành hỗn hợp khí CO, CO2, và H2.
• Công đoạn chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp: chuyển hóa gần
như hoàn toàn CO thành CO2.
• Công đoạn khử CO2 bằng phương pháp hấp thụ sử dụng dung môi MDEA,
nhằm chuẩn bị hổn hợp khí H2 và N2 để tổng hợp Ammonia và cung cấp khí
nguyên liệu CO2 cho quá trình tổng hợp Urea.
• Công đoạn methan hóa: nhằm chuyển hóa phần dư khí CO và CO2 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 NH3: nhằm cung cấp NH3 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.

1.6.2. Phân xưởng Urea
Nhằm sản xuất Urea – là sản phẩm chính của nhà máy từ nguyên liệu chính là
CO2 và NH3 đến từ phân xưởng Ammonia của nhà máy. Bao gồm các quá trình sau:
-

Tổng hợp Urea và thu hồi NH3, CO2 cao áp.
Tinh chế Urea và thu hồi NH3, CO2 trung áp và thấp áp.
Cô đặc Urea.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

-

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Tạo hạt.

1.6.3. 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 N2.
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.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

CHƯƠNG 2. PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT AMONIAC
2.1. Tổng quan về công nghệ
2.1.1. Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac

Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát các phân xưởng trong nhà máy Đạm Phú Mỹ
2.1.2. Công nghệ tổng hợp Amoniac
2.1.2.1. Nguyên liệu
Nguồn nguyên liệu chủ yếu là khí thương phẩm từ nhà máy chế biến khí Dinh
cố. Thành phần khí nguyên liệu ngoài Methane (CH 4) là chủ yếu (~ 84% mol) ngoài
ra còn có Etane (C2H6), Propane (C3H8) và Butane (C4H10).
Nguồn phụ trợ khác:
• Nguồn N2
Khí Nitơ lấy từ không khí là chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm
khoảng 78% thể tích trong khí quyển, có T s = -195.80C, Tnc= - 219.860C, ít tan trong
nước và các dung môi hữu cơ, không duy trì sự sống và sự cháy. Trong nhà máy
Đạm Phú Mỹ, nitơ là nguyên liệu để tổng hợp NH3.

• Nguồn H2
Hydro là một chất khí không màu, không mùi ở điều kiện thường,T nc=-259.10C,
Ts=-252.60C. Khí Hydro nhẹ có độ linh động lớn dễ khuyếch tán qua các thành kim

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

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 và là nguyên liệu để tổng hợp NH 3.
• Nguồn CO2
Khí CO2 là chất khí không màu, nặng hơn không khí, không duy trì sự sống
động vật nhưng là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa. Trong
nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO 2 là nguyên liệu để tổng hợp Urê, được điều chế từ công
đoạn Reforming khí thiên nhiên.
2.1.2.2. Sản phẩm
Amoniac tổng hợp, chủ yếu dùng để sản xuất Urê, lượng còn dư đưa về bồn
chứa.
Công suất 1350 tấn NH3/ngày. Chỉ tiêu chất lượng sản phẩm:
-

NH3 (%wt)
H2O (%wt)
Oil (ppm wt)

99.8 min.
0.2 max.
5 max.

2.1.2.3. Các xưởng công nghệ
Phân xưởng sản xuất Ammonia: sử dụng công nghệ của Haldor Topsoe, Đan
mạch, gồm các công đoạn chính sau:
-

Làm sạch khí nguyên liệu khỏi các hợp chất lưu huỳnh
Reforming sơ cấp
Reforming thứ cấp
Chuyển hóa CO
Tách CO2
Metan hóa
Tổng hợp Amoniac
Làm lạnh và thu hồi Amoniac

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Hình 2.3. Sơ đồ các công đoạn sản xuất trong phân xưởng Amoniac
Hydrocacbon nguyên liệu được khử lưu huỳnh đến nồng độ vài ppb (<5ppb)
trong bộ phận khử lưu huỳnh.

Hydrocacbon nguyên liệu đã được khử lưu huỳnh được reforming bằng cách
đưa hơi nước và không khí vào trong khí nguyên liệu. Khí sản phẩm chứa chủ yếu
là Hydro, Nitơ, CO, CO2 và hơi nước.
Trong bộ phận tinh lọc khí, CO trước hết được chuyển hóa thành CO 2. Sau đó,
CO2 được loại bỏ khỏi khí tổng hợp trong khu vực tách CO2 bằng MDEA.
CO và CO2 dư trong khí tổng hợp đi ra khỏi bộ phận tách CO2 được chuyển hóa
thành methan tại thiết bị methan hóa trước khi vào vòng tổng hợp.
Khí tổng hợp đã qua tinh lọc được nén và sau đó dẫn đến vòng tổng hợp
amoniac, nơi mà nó được chuyển hóa thành amoniac. Nhằm giới hạn sự tích tụ của
khí argon và metan trong vòng tổng hợp, một dòng purge được thiết lập. Amoniac
thành phẩm dưới dạng lỏng được giảm áp trong khi các khí hòa tan, khí let-down và
khí trơ được tách ra.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

2.1.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất Amoniac
• Phản ứng Reforming sơ cấp:
1. CnHm + H2O = Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q
2. CH4 + H2O = CO + 3H2 – Q
CO + H2O

= CO2 + H2 + Q

Phản ứng (1) miêu tả cơ chế phản ứng reforming hydrocacbon bậc cao sẽ
chuyển hóa từng bậc xuống thành những hydrocacbon bậc thấp, và cuối cùng thành
phân tử metan, và được chuyển hoá như trong phản ứng (2). Đối với hydrocacbon
bậc cao phản ứng bắt đầu xảy ra ở 5000C và đối với metan ở 6000C.
-

Nhiệt độ : 5350C
Áp suất: 34.8 barg
Xúc tác : Ni
Tỷ lệ phần Mol : Hơi nước/Cacbon = 2.8

• Phản ứng Reforming thứ cấp: (nhằm chuyển hóa hoàn toàn lượng Metan
còn dư sau phản ứng Reforming sơ cấp)
3. CH4 + 3/2O2 = CO + 2H2O
4. CH4 + 2O2
-

= CO2 + 2H2O

Xúc tác: Ni (Niken)
Nhiệt độ : khoảng 700 - 9000C
Áp suất : 33 barg
Tỷ lệ phần Mol : Không khí/Cacbon = 3

• Phản ứng chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp: (nhằm chuyển hóa CO
thành CO2)
5. CO + H2O = CO2 + H2
-

Xúc tác : Fe3O4 + Cr2O3/Fe3O4 + CuO

Nhiệt độ : Cao/Thấp = 360/1900C
Áp suất : 35 barg

• Phản ứng Metan hóa:
6. CO + 3H2
= CH4 + H2O
7. CO2 + 4H2
-

= CH4 + 2H2O

Xúc tác : Ni
Nhiệt độ : 3000C

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

-

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Áp suất : 27 barg

• Phản ứng tổng hợp Amoniac
8. N2 + 3H2 = 2NH3
-

Xúc tác : Fe
Nhiệt độ : 2540C
Áp suất : 140 barg
Tỷ lệ phần Mol: H2/N2 = 3

2.2. Phân xưởng sản xuất Amoniac
2.2.1. Khử lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên

Hình 2.4. Sơ đồ cụm xử lý lưu huỳnh trong nguyên liệu khí thiên nhiên
Khí nguyên liệu từ đường ống cấp khí Bạch Hổ được đưa vào máy nén khí K4011 để đảm bảo áp suất của khí đầu vào khoảng 40 barg, sau đó được gia nhiệt đến
nhiệt độ 3500C ở thiết bị E-2004-2 bằng nhiệt tận dụng của công đoạn Reforming sơ
cấp trước khi đưa vào thiết bị Hydro hóa R-2001. Tại đây xảy ra phản ứng:
RSH + H2 = RH + H2S trên nền xúc tác Co-Mo ở nhiệt độ 400 0C, áp suất 38.2
barg (H2 của quá trình được cấp từ máy nén khí tổng hợp K-4031). Khí H 2S thoát ra
sau phản ứng Hydro hóa được đưa qua thiết bị hấp phụ R-2002 A/B, tại đây xảy ra
quá trình hấp phụ H2S bằng chất hấp phụ ZnO.
Khí sau quá trình sẽ loại bỏ được phần lớn thành phần các hợp chất lưu huỳnh
nhằm tránh làm ngộ độc xúc tác tổng hợp Amoniac...trong các giai đoạn sau.
2.2.2. Chuyển hoá khí thiên nhiên thành CO, CO2, H2

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Hình 2.5. Sơ đồ cụm chuyển hóa khí thiên nhiên thành CO, CO 2, H2
Hỗn hợp khí sau khi loại bỏ lưu huỳnh được trộn lẫn với hơi nước đã xử lý từ
thiết bị T-7001 được chuyển đến thiết bị Reformer sơ cấp H-2001 với áp suất 34.8
barg, nhiệt độ 5350C. Tại đây, hỗn hợp khí thiên nhiên (Cacbua Hydro) được
chuyển hóa thành CO, CO2, H2 trên xúc tác Ni. Do quá trình phản ứng chuyển hóa
Cacbua Hydro thu nhiệt nên thiết bị H-2001 được thiết kế hệ thống vòi đốt khí thiên
nhiên để cấp nhiệt cho phản ứng bằng phương pháp truyền nhiệt bức xạ qua thành
thiết bị. Khí thải sau khi được thu hồi nhiệt độ để sản xuất hơi nước quá nhiệt cao
áp và gia nhiệt sơ bộ khí nguyên liệu đầu vào, giảm nhiệt độ đến 162 0C và thổi đến
ống thải SK-2001 bởi quạt khí K-2001.
Để chuyển hóa hết toàn bộ Cacbua Hydro, hỗn hợp khí sau phản ứng được
chuyển đến thiết bị Reformer thứ cấp R-2003 với áp suất 30.9 barg, nhiệt độ 783 0C.
Tại đây, hầu hết Cacbua hydro được chuyển hoá thành CO, CO 2, H2O trên nền xúc
tác Ni. Oxy của phản ứng được cấp ở áp suất 2.43 barg từ hệ thống cấp không khí
đã xử lý bởi máy nén không khí K-4021, gia nhiệt đến nhiệt độ 550 0C bằng nhiệt
của công đoạn Reforming sơ cấp.
Phản ứng Reforming sơ cấp, Reforming thứ cấp được khống chế tỷ lệ Mol để
đảm bảo tỷ lệ Mol hợp lý giữa N2/H2 tối ưu cho giai đoạn tổng hợp Amoniac.
2.2.3. Chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Hình 2.6. Sơ đồ cụm chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao và thấp

Hỗn hợp khí từ thiết bị R-2003 (chủ yếu CO, CO 2, Hơi nước, H2, N2, khí trơ,
khoảng 0.6% mol Cacbua Hydro) áp suất 30.4 barg, nhiệt độ 958 0C đưa đến lò hơi
nhiệt thừa E-2008, lò hơi quá nhiệt E-2009 giảm nhiệt độ đến 360 0C trước khí đi
vào thiết bị chuyển hóa CO R-2004. Tại đây, quá trình chuyển hóa CO thành CO 2 ở
nhiệt độ cao được thực hiện, nhiệt độ phản ứng 360 0C, áp suất 30.2 barg, xúc tác
Fe3O4, hiệu suất quá trình chuyển hóa khoảng 80%.
Để quá trình chuyển hóa CO thành CO2 hoàn toàn, hỗn hợp khí từ R-2004 được
giảm nhiệt độ đến 1900C bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-2010 và E-2012 A/B trước khi
đưa vào thiết bị chuyển hóa CO ở nhiệt độ thấp R-2005. Quá trình chuyển hóa CO
xảy ra ở nhiệt độ phản ứng 1900C, áp suất 29.1 barg, xúc tác Fe3O4/CuO.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

2.2.4. Tách CO2 từ hỗn hợp khí sau R-2005

Hình 2.7. Sơ đồ cụm tách CO2 bằng dung dịch MDEA
Hỗn hợp khí từ R-2005 (chủ yếu CO 2, N2, H2, một ít CO, Cacbua Hydro, hơi
nước, khí trơ) được làm lạnh đến nhiệt độ 158 0C bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-2013,
tiếp tục làm lạnh đến 1120C bởi thiết bị trao đổi nhiệt tháp hấp thụ E-3002 và hâm
nóng nước mềm trước khi vào thiết bị trích khí, chuyển đến thiết bị tách xử lý khí
V-3004 trước khi đưa đến tháp hấp thụ CO 2 T-3002 làm việc ở áp suất 27.5 barg,
nhiệt độ 750C. Tại đây, xảy ra quá trình hấp thụ chọn lọc CO2 bởi dung dịch hấp thụ
MDEA (Methyl DiEthanol Amin). Dịch ngậm CO 2 từ đáy T-3002 được giảm áp đưa

đến thiết bị giảm áp áp suất cao V-3002 bằng turbine thuỷ lực HT-3001, tại đây xảy
ra quá trình tách khí (H2, N2…) ở áp suất 5.9 barg còn trong dung dịch.
Dung dịch ngậm CO2 từ V-3002 sẽ chuyển đến thiết bị giảm áp áp suất thấp V3001, tại đây xảy ra quá trình nhả hấp thụ CO 2 ở áp suất thấp (áp suất 0.27 barg,
nhiệt độ 72.40C). CO2 tinh khiết chuyển đến phân xưởng Urê được làm lạnh đến
nhiệt độ 450C bởi E-3006.
Dung dịch còn ngậm một ít CO2 từ V-3001, V-3003 sẽ được bơm (P-3003 A/B)
đến tháp tách tinh T-3001 làm việc ở áp suất khoảng 0.34 barg, nhiệt độ khoảng
1020C. Tại đây tiếp tục xảy ra quá trình nhả hấp thụ CO 2, khí CO2 từ đỉnh tháp T3001 được chuyển đến thiết bị giảm áp áp suất thấp V-3001, dung dịch từ đáy tháp
T-3001 được giảm nhiệt độ đến 500C bởi thiết bị trao đổi nhiệt E-3001, E-3004, E3003 trước khi bơm hồi lưu về tháp hấp thụ T-3002 bởi bơm P-3002 A/B.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

Hiệu suất của quá trình có ảnh hưởng lớn đến sản lượng Urê, tiêu hao năng
lượng, tiêu hao H2 trong quá trình Metan hóa.
2.2.5. Chuyển hóa thành Metan

Hình 2.8. Sơ đồ cụm chuyển hóa thành Metan
Hỗn hợp khí sau khi tách CO2 (chủ yếu N2, H2, khoảng 0,3% CO, 0,05% CO2,
khí trơ, Cacbua Hydro, hơi nước) được gia nhiệt từ 50 0C đến 3000C bởi thiết bị trao
đổi nhiệt E-3011, E-2011, áp suất 26.6 barg trước khi đi vào thiết bị phản ứng
chuyển hóa thành Metan R-3001 trên nền xúc tác Ni.
Thành phần CO + CO2 trong hỗn hợp khí sau khi đã chuyển hóa Metan phải
nhỏ hơn 10 ppm. Quá trình này thực hiện nhằm chuyển hóa hoàn toàn CO, CO 2

thành CH4 vì các hợp chất Cacboxyl làm ngộ độc xúc tác, phá huỷ máy nén khí tổng
hợp (tạo hợp chất Cacbarmat) trong quá trình tổng hợp Amoniac.

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân


Đồ Án Tốt Nghiệp

Công nghệ Hóa học Dầu và Khí

2.2.6. Chu trình tổng hợp Amoniac

Hình 2.9. Sơ đồ chu trình tổng hợp Amoniac
Dòng khí từ thiết bị R-3001 (chủ yếu N 2, H2, khí trơ, HC, CO +CO2 < 10 ppm,
một ít hơi nước) được làm lạnh đến nhiệt độ 74.4 0C bởi thiết bị trao đổi nhiệt E3011 và giảm nhiệt đến nhiệt độ khoảng 43.3 0C bằng thiết bị làm lạnh cuối E-3012
được đưa vào thiết bị tách nước V-3011, tại đây dịch ngưng tụ sẽ tách hoàn toàn ra
khỏi dòng khí hoặc hồi lưu về bình tách V-3004 bởi bơm P-7005 A/B.
Dòng khí từ thiết bị V-3011, áp suất 25.5 barg và dòng khí H 2 thu hồi từ PK5001 được nén lên áp suất 132barg (hệ thống nén 3 cấp) và lạnh đến nhiệt độ 22 0C
bằng thiết bị làm lạnh E-5009. Hỗn hợp khí qua bình tách lỏng V-5009, tại đây nước
được tách ra, dòng khí được tiếp tục làm lạnh xuống đến -5 0C bằng thiết bị làm lạnh
E-5008 và được tách nước tại V-5001. Hỗn hợp khí sau đó được nâng lên 37 0C bởi
các thiết bị trao đổi nhiệt dòng sản phẩm E-5007, E-5005 trước khi tuần hoàn lại
máy nén K-4031 và được nén đến 138 barg và nung nóng lên 254 0C bằng nhiệt thừa
dòng sản phẩm E-5003 trước khi đi vào thiết bị tổng hợp Amoniac R-5001 trên nền
xúc tác Fe, tại đây quá trình tổng hợp Amoniac xảy ra.
Hỗn hợp khí sau khi ra khỏi thiết bị tổng hợp R-5001, trong đó NH3 chiếm
17.1% thể tích có áp suất khoảng 135 barg, nhiệt độ 441 0C làm nhiệt thừa cấp nhiệt

SVTH:Hoàng Đức Bình-Đỗ Quốc Cường

GVHD: TS.Nguyễn Thị Thanh Xuân