Báo cáo Thực tập - Phân đạm hà bắc

LỜI NÓI ĐẦU Thực tập kĩ thuật là một dịp giúp sinh viên trải nghiệm thực tế sản xuất ở các đơn vị nhằm bổ xung kinh nghiệm thực tế, kiểm tra lại những kiến thức đã học tại nhà trường. Biết được những công việc của của kĩ sư và công nhân như điều khiển và vận hành máy móc trong từng phân xưởng, trực tiếp xử lí các sự cố xảy ra. Lớp chúng em được phân thực tập tại công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên phân đạm và hóa chất Hà Bắc, là một thành viên trực thuộc tổng công ty hóa chất Việt Nam. Thời gian thực tập tại đây chỉ có trong vài tuần nhưng được sự quan tâm, hướng dẫn và chỉ đạo tận tình của các anh, chị tại công ty, và của thầy giáo chúng em đã được làm quen học, hỏi được rất nhiều kiến thức chuyên môn cũng như các kiến thức thực tế,được hòa nhập vào một môi trường làm viêc mới và được quan sát nhiều thứ mà không thể thấy được trong sách vở.Những điều đó sẽ rất có ích cho quá trình công tác của chúng em sau này. Báo cáo này nhằm mục đích tổng hợp lại những gì mà em đã tích luỹ được trong đợt thực tập.Đó là những tài liệu về lưu trình của ba phân xưởng mà chúng em được quan sát và cấu tạo của một số thiết bị trong các phân xưởng. Có được điều đó là dựa trên cơ sở hướng dẫn của các thầy cô trong bộ môn, các chú, các anh, các chị tại công ty cùng với sự quan sát, ghi chép và học tập một cách nghiêm túc của bản thân em. Bài báo của em còn nhiều thiếu sót,mong các thầy góp ý để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn. PHẦN I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TY I.VÀI NÉT VỀ CÔNG TY PHÂN ĐẠM HÀ BẮC: Nhà máy phân đạm Hà Bắc được Nhà nước Việt Nam phê chuẩn thiết kế xây dựng ngày 20/7/1959. Từ ngày bắt đầu sản xuất được sản phẩm Urê đầu tiên, sản lượng hàng năm của công ty tăng dần. Năm 1993 đã đạt được công suất thiết kế và tiếp tục tăng. Năm 1997 do cuộc khủng hoảng kinh tế khu vực Châu á Thái Bình Dương, việc tiêu thụ phân đạm gặp nhiều khó khăn. Trong tình trạng đó, nếu cứ tiếp tục sản xuất Công ty sẽ bị thua lỗ, nên Nhà máy đã giảm sản lượng xuống còn 50% thiết kế. Tháng 6/2000, Việt Nam và Trung Quốc ký hiệp định hợp tác kinh tế- kỹ thuật đầu tư, cải tạo dây chuyền sản xuất Đạm- Điện hiện có của Nhà máy phân đạm Hà Bắc, nâng công suất phát điện lên 30.000kWh, công suất đạm Urê lên 150.000 tấn/năm. Cơ cấu tổ chức của công ty: Các phòng nghiệp vụ: Văn phòng công ty Phòng Tổ chức nhân sự Phòng Bảo vệ quân sự Phòng Kế hoạch Phòng Thị trường Phòng Kế toán thống kê tài chính Phòng Vật tư vận tải Phòng y tế Các phòng kỹ thuật: Phòng Kỹ thuật Công nghệ Phòng Điều độ sản xuất Phòng Kỹ thuật an toàn Phòng Điện- Đo lường – Tự động hoá Phòng Cơ khí Phòng Kiểm tra chất lượng sản phẩm Phòng Đầu tư xây dựng Các đơn vị sản xuất – kinh doanh: Phân xưởng than Xưởng nước Xưởng nhiệt Xưởng tạo khí Xưởng amôniac Xưởng Urê Xưởng vận hành và sửa chữa điện Xưởng Đo lường – Tự động hoá Xưởng sửa chữa và lắp đặt thiết bị hành chính Phân xưởng than phế liệu Xưởng NPK Các đơn vị đời sống xã hội: Nhà văn hoá Phân xưởng phục vụ đời sống II. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ 1. Thuyết minh dây chuyền: Nhà máy sử dụng công nghệ sản xuất Urê từ khí hoá than. Quá trình sản xuất khí than ẩm là quá trình khí hóa theo phương pháp tầng lò cố định, sử dụng nguyên liệu chính là than cục, hơi nước và không khí. Than cục, hơi nước và không khí phối hợp phản ứng trong lò tạo khí ở nhiệt độ T = 1100°C tạo thành hỗn hợp các khí CO, H2O, H2, N2, CH4, hơi nước và bụi. Các phản ứng chủ yếu xấy ra là: 2C + O2 = 2 CO – Q1 C + O2 = CO2 – Q2 2 CO + O2 = 2 CO2 – Q3 C + H2O = CO + H2 + Q4 C + CO2 = 2CO + Q5 C + 2H2O = CO2 + 2 H2 +Q6 Quá trình này nhằm thu khí CO, N2, H2. Hai khí N2, H2 để tổng hợp NH3. Vì vậy, hỗn hợp khí than được làm sạch qua nhiều công đoạn để lọc bụi và khí có hại cho quá trình tổng hợp Urê. Đầu tiên hỗn hợp khí qua bộ lọc điện lọc bỏ bụi. Sau đó, hỗn hợp khí đi qua dung dịch tananh, khí H2S bị hấp thụ. Dung dịch tananh sau hấp thụ được tái sinh tuần hoàn sử dụng lại, sản phẩm phụ lưu huỳnh rắn. Quá trình hấp thụ là quá trình ngược chiều: Khí đi từ dưới lên, dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống. Quá trình hấp thụ được tiến hành ở áp suất cao và nhiệt độ thấp, quá trình nhả hấp thụ thì ngược lại, tiến hành ở áp suất thấp và nhiệt độ cao. Hỗn hợp qua máy nén đoạn 1, 2, 3, tăng áp suất lên tới 20,5 at, khí CO chuyển thành CO2 nhờ hơi nước áp cao p= 35 at có xúc tác là oxit sắt từ. Phản ứng quá trình: CO + H2O = CO2 + H2 Khí CO bị chuyển thành CO2 phần lớn. Hỗn hợp khí tiếp tục qua tháp khử H2S ( khử H2S trung áp) để loại tối đa hàm lượng H2S trong khí. Hàm lượng H2S trong hỗn hợp khí sau khi ra khỏi tháp £ 10 mg/m3. Hỗn hợp khí được đưa qua dung dịch kiềm nóng K2CO3, tại đây CO2 bị hấp thụ. Phản ứng tổng quát: K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3 – Q Sau đó, khí CO2 được thu hồi bằng quá trình nhả hấp thụ, là nguyên liệu để tổng hợp Urê. Dung dịch kiềm được tái sinh ở áp suất thấp, nhiệt độ cao, tuần hoàn sử dụng lại. Đến đây, hỗn hợp khí còn lại chủ yếu là N2, H2 và một phần nhỏ H2S, CO, CO2 gọi là khí tinh chế. Để loại bỏ các khí gây hại quá trình tổng hợp NH3 đến giới hạn cho phép, hỗn hợp khí qua công đoạn khử vi lượng. Công đoạn này sử dụng muối amoni axêtat đồng để khử H2S, CO, CO2. Hỗn hợp khí sau thu được là khí tinh luyện. Khí tinh luyện chủ yếu là H2, N2 vào máy nén đưa lên áp suất cao P = 320 at, rồi vào tháp tổng hợp amoniac với sự có mặt của oxit sắt làm xúc tác. Phản ứng tổng hợp là: N2 + 3H2 = 2NH3 + Q NH3 ở trạng thái khí ra khỏi tháp được làm nguội gián tiếp bằng nước, ngưng tụ thành NH3 lỏng qua phân ly một. Amôniac lỏng theo một đường riêng đưa đến thiết bị ba kết hợp (làm lạnh – bốc hơi – phân giải) nhằm thu amôniac tinh khiết. Sau quá trình tuần hoàn cô đặc, dung dịch amôniac cố nồng độ đạt khoảng 99,8% đưa vào kho cầu chứa rồi bơm đến tháp tổng hợp Urê. Khí CO2 từ công đoạn tinh chế được nén để tăng áp suất và khử bỏ H2S rồi đưa vào tháp tổng hợp Urê. Phản ứng tổng hợp Urê với tỷ lệ NH3 : CO2 = 4:1 : 2NH3 + CO2 = (NH2)CO + H2O Hiệu suất của phản ứng khoảng 65 ¸ 68% Quá trình tổng hợp Urê mang tính tuần hoàn lỏng. Toàn bộ NH3, CO2 dư được đưa tuần hoàn tổng hợp lại. Nồng độ Urê sau các quá trình phân giải, phân ly, bốc hơi, cô đặc, nồng độ đạt khoảng 99,5% đưa lên tháp tạo hạt. Quạt gió đặt trên đỉnh tháp hút gió làm nguội hạt Urê trong quá trình rơi. Sản phẩm cuối là Urê dạng hạt. 2. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ sản xuất Urê: 1 2 3 4 5 6 Lò khí hóa Biến đổi CO Khử H2S Khử CO2 Khử vi lượng CO, CO2, H2S Khử H2S thấp áp Máy nén khí 6 cấp Tổng hợp Urê Tổng hợp NH3 Kho NH3 Đóng bao Kho chứa SP Tạo hạt Than cục Tananhhh Không khí Hơi nước Hơi nước 2,45 MPa Tananh K2CO3 D2đồng kiềm 0, Hơi nước 1,27 MPa CO2 99% PHẦN II QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT A. QUÁ TRÌNH TẠO KHÍ: I. NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH KHÍ HOÁ THAN ẨM: Nhiệm vụ của xưởng tạo khí là chế tạo khí nguyên liệu cho quá trình tổng hợp Urê. Sản xuất khí than ẩm là quá trình khí hoá theo phương pháp gián đoạn tầng lò cố định. Nguyên liệu là than cục được đưa vào từ đỉnh lò. Chất khí hoá là không khí và hơi nước được đưa qua tầng nhiên liệu để tiến hành khí hoá. Tro xỉ được tháo ra ở cửa đáy lò. Trong lò khí hoá khi đưa chất khí hoá đi qua tầng nhiên liệu để tiến hành phản ứng thì có sự phân tầng. Từ trên xuống, tầng nguyên liệu được phân tầng như sau: tầng sấy, tầng chưng, tầng khí hoá (bao gồm tầng khử và tầng oxi hoá), tầng xỉ. Các phản ứng chủ yếu xẩy ra ở tầng khí hoá: 2C + O2 = 2CO – Q C + O2 = CO2 – Q 2CO + O2 = 2 CO2 – Q C + H2O = CO + H2 + Q C + CO2 = 2CO + Q C + 2H2O = CO2 + 2H2 + Q Ngoài ra còn có các phản ứng phụ: C + 2H2 = CH4 + Q CO + H2 = CH4 + H4 + Q CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O + Q S + H2 = H2S Trong đó thành phần khí than ẩm như sau: CO2 CO H2 O2 CH4 N2 7 31.5 41 0.5 1 19 Chế tạo khí than ẩm theo phương pháp gián đoạn bao gồm hai giai đoạn chính là giai đoạn thổi gió và giai đoạn chế khí. Ở giai đoạn đầu dùng không khí thổi vào đáy lò, khí thu được phóng không ra ngoài. Nhiệt độ tăng đến mức độ nhất định thì ngừng thổi gió bắt đầu đưa hỗn hợp khí và hơi nước vào để chế tạo khí than ẩm. Trong khoảng bắt đầu từ thổi gió lần trước đến thổi gió lần sau được gọi là một tuần hoàn làm việc. Để đảm bảo an toàn và nâng cao sản lượng và chất lượng khí than một tuần hoàn gồm năm giai đoạn: - Giai đoạn thổi gió - Giai đoạn thổi lên lần một - Giai đoạn thổi xuống - Giai đoạn thổi lên lần hai - Giai đoạn thổi sạch. Một tuần hoàn làm việc kéo dài 175s (100%), thông thường phân phối thời gian một tuần hoàn làm việc như sau: Giai đoạn Thổi gió Thổi lên lần một Thổi xuống Thổi lên lần hai Thổi sạch % 22 ¸26 24¸ 28 38¸ 42 6¸ 9 3¸ 4 II. LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ: 1. Vận chuyển và cung cấp nguyên liệu: Than cục được đưa lên Bunke có dung tích 50 tấn/lò. Hiện tại có mười lò tạo khí. Than được phân làm 3 loại:12¸25 mm, 20¸40 mm, và > 40 mm, mỗi loại dùng cho từng loại lò khác nhau có thể áp dụng điều kiện công nghệ thích hợp của mỗi lò khí hoá cho từng cỡ hạt than. Mỗi ngày nhà máy dùng khoảng 450 tấn than cục, tạo ra 43 000 m3 khí than ẩm, từ đó có thể sản xuất được 320 tấn amôniac lỏng. 2. Lưu trình công nghệ Thổi gió: Nguồn không khí cung cấp cho quá trình thổi gió, để tăng nhiệt cho lò khí hoá và cung cấp nhiệt cho hỗn hợp hơi nước ở giai đoạn chế khí thổi xuống. Không khí được quạt gió đưa vào đường ống chung với áp suất 2800¸3200 mmH2O được đưa qua tầng than nóng đỏ xẩy ra phản ứng cháy cacbon với Oxi của không khí. Nhiệt tích lại ở tầng than trong lò. Sau khi ra khỏi lò đốt, khí thổi gió đi vào lò nhiệt thừa theo hướng từ trên xuống rồi qua van ống khói phóng không hoặc đưa tới cương vị thu hồi khí thổi gió qua van hồi lưu. Khí thổi gió được đốt để loại bỏ CO, nhiệt tận dụng để tạo hơi nước cấp cho quá trình sản xuất. Thổi lên lần một: Hỗn hợp hơi nước (là hơi nước quá nhiệt) và không khí qua tầng than nóng đỏ, chế tạo khí than ẩm, qua lò đốt sang nồi hơi nhiệt thừa, trao đổi nhiệt gián tiếp với nước, về van ba ngả đến thuỷ phong túi rửa rồi vào đường ống chung khí than qua tháp rửa, khí than di từ dưới lên, nước tuần hoàn dội xuống làm lạnh và làm sạch khí than ẩm và đi vào két khí. Khí tiếp tục qua tháp lọc điện, bụi được lọc bỏ hàm lượng giảm xuống còn khoảng <5mg/m3. Thổi xuống: Sau giai đoạn chế khí thổi lên, để tránh tầng lửa dịch lên gây kết tảng, bám vách lò, người ta cho hơi nước đi vào từ đỉnh lò đốt để tận dụng nhiệt, ra ở đáy lò đốt và đưa vào đỉnh lò phát sinh. Giai đoạn này còn nhằm mục đích ổn định các tầng nguyên liệu. Hơi nước từ trên xuống đi qua tầng than. Khí than hình thành sau khi qua tầng xỉ, mũi gió qua van ba ngả vào túi rửa, ra đường chung khí than. Thổi lên lần hai: Sau khi thổi xuống khí than còn lưu lại ở đáy lò, đường ống phía đáy lò, người ta dùng hỗn hợp không khí và hơi nước thổi lên để đảm bảo an toàn trước khi vào giai đoạn thổi gió. Lưu trình như thổi lên lần một nhưng thời gian ngắn hơn. Thổi sạch: Để thu hồi lượng khí than ẩm còn lưu lại trong thiết bị, người ta dùng không khí để thổi sạch với lưu trình như thổi gió nhưng van ống khói được đóng lại để thu hồi khí than về đường ống chung. 3. Sơ đồ lưu trình công nghệ:(hình 2) 4, Các thiết bị chính Lò phát sinh khí than Hình 2: Lò khí hóa than tầng cố định Là thiết bị để duy trì phản ứng giữa cacbon và các tác nhân khí hóa (không khí và hơi nước) để tạo ra khí than ẩm. Lò tạo khí tầng cố định có nhiều loại, song chúng chỉ khác nhau chủ yếu về kích thước và cấu tạo ghi lò. Lò Φ2745, thiết diện lò 5,9m2, dung tích toàn bộ lò là 15m3 bao gồm các phần chủ yếu là: thân lò, lò hơi vỏ kép, hệ thống ghi lò (mâm tro, mũ gió...) - Thân lò. Thân lò được chế tạo bằng các tấm thép hàn ghép vào nhau, phía trong phần trên lò được ốp gạch chịu lửa và gạch bảo ôn, phía dưới lò có nồi hơi vỏ kép, ở phần này do thép thân lò luôn tiếp xúc với xỉ cứng, sắc nên dễ bị bào mòn nên thường được bịt tấm thép bảo vệ. Phần dưới cùng được hàn gắn các gân đặt chéo để vừa có tác dụng bảo vệ thành lò vừa có tác dụng nghiền xỉ. Ở miệng lò (cửa cho than) được lắp một lớp bảo vệ bằng thép để chống than vào lò ma sát làm hỏng gạch chịu lửa. Chiều dày của lớp lót bảo vệ là 13mm, đường kính cửa cho than Φ813mm. Cửa khí ra phía trên lò có đường kính ngoài là Φ1320mm được lót gạch chịu lửa dày 160mm. Để giảm tổn thất nhiệt phía ngoài thành lò và nồi hơi vỏ kép được lót lớp cách nhiệt. - Nồi hơi vỏ kép. Có chiều cao 2961mm, phía trong chính là thành lò phần dưới của lò khí hóa làm bằng thép chịu nhiệt dày 28mm. Thành phía ngoài dày 19mm, diện tích truyền nhiệt 13m2, lượng nước chứa 12m3. Ngoài cùng là lớp vỏ bảo ôn dày 100 – 200mm làm bằng sợi Amiang hoặc gạch xốp cách nhiệt. Ngoài ra còn có các cửa nước vào, cửa hơi ra, áp kế, dịch diện kế. Hai bên lò hơi nhiệt thừa có 8 lỗ thử lửa (mỗi bên bốn) dùng để kiểm tra tình hình phân bố tầng lửa trong lò. Lỗ thử lửa làm bằng thép đặc biệt Φ50, đầu ống phía ngoài có nắp đậy. Tác dụng của nồi hơi vỏ kép là để chống hiện tượng nhiệt độ tầng nhiên liệu quá cao làm tro xỉ chảy ra bám dính vào thành lò gây hiện tượng treo liệu (bám vách lò), đồng thời sản xuất ra hơi nước thấp áp 0,5 – 0,8at. - Mâm tro (mũ gió). Được cấu tạo bởi hai phần mâm tro ngoài và mâm tro trong, mâm tro trong được ghép bằng hai nửa hình tròn đúc bằng gang, dưới đáy có đường ray, trên đường ray có bánh khía lớn. Bánh khía 90 răng được nối liền với mâm tro và làm cho mâm tro quay trên đường ray nhờ cơ cấu truyền động bằng trục vít. Đường ray dùng để đỡ mâm tro và toàn bộ tầng nhiên liệu. Ở giữa mâm tro trong được gắn bộ phận mũ gió để phân bố tác nhân khí hóa vào tầng nhiên liệu và dẫn khí than thổi xuổng ra lò. Trên mũ gió có gắn các gân chéo có tác dụng nghiền và lùa xỉ xuống dưới. Mâm tro ngoài được đúc bằng gang liền ở giữa các lỗ bích để gắn với đường ống trung tâm và gắn với thân lò bằng một bích lớn Φ3660mm. Phần trên mâm ngoài có đường ray gối đỡ trục. Ngoài ra còn có đường thải nước ngưng, dầu bẩn và nước rửa mâm tro được nối liền với thủy phong bịt kín. Thủy phong bịt kín dùng để thải nước, bụi, xỉ nhỏ ra ngoài đồng thời dùng để bịt kín không cho khí lò thoát ra ngoài. Chiều cao bịt kín là 2m nước, khi áp suất trong lò lớn hơn áp suất này thì khí trong lò có thể thổi bạt nước bịt kín để thoát ra ngoài làm cho áp suất trong lò giảm xuống nhằm bảo vệ an toàn cho lò khí hóa. Hai bên lò có hai thùng tro, dung tích mỗi thùng có thể chứa 15m3 tro xỉ. - Cơ cấu tháo xỉ cơ giới. Gồm mâm tro co thể quay được, ghi lò, trục vít, cán vít và cào gạt tro cố định (được gắn vào vỏ lò). Mâm tro đỡ toàn bộ trọng lượng tầng tro xỉ và tầng nhiên liệu. Vành ngoài của mâm tro được gọi là mâm tro ngoài ngoài, vành trong được gọi là mâm tro trong. Mâm tro trong thường được ghép bằng 4 mảnh chi tiết gang đúc, vát nghiêng ở cả 2 mặt, ở trên mặt đúc vát nghiêng của mâm tro trong có gắn cố định 4 gờ gạt tro hình cong lưỡi liềm gọi là gờ đẩy tro có tác dụng đẩy tro xỉ ra khỏi mâm tro. Giữa mâm tro có 4 tầng và mũ gió hình bảo tháp bằng gang cao 1400mm, đường kính vành lớn nhất là Φ1200mm (gần đây để tăng hiệu quả thải tro xỉ nên tăng lên Φ1400mm). Ở mũ gió (tầng trên cùng được khoan 20 lỗ Φ20 đồng thời giữa các tầng có khe để thông gió. Diện tích thông gió ~0,9m2. Toàn bộ mâm tro được quay nhờ tỳ lên vành trượt và bánh răng trục vít. Tốc độ quay rất chậm 0,6 – 1v/ph. Gạt tro được gắn liền với mâm tro ngoài tại cửa ra tro, tro trong xỉ được gạt xuống nhiều và định kỳ thải ra ngoài. - Cơ cấu chuyển động của ghi lò. Cơ cấu thải tro cơ giới chuyển động quay nhờ động cơ điện thông qua bộ biến tốc, cán vít và trục vít làm quay bánh răng lớn (100 răng) bánh răng này được gắn chặt với mâm tro. Toàn bộ phần truyền động này được bịt kín để không cho khí trong lò thoát ra ngoài. - Thùng chứa xỉ Xỉ được gạt xuống từ gờ đẩy tro được chứa ở 2 thùng chứa xỉ ở đáy lò phát sinh khí than và sẽ được tháo ra định kỳ sau mỗi ca, trước khi tháo xỉ nước được đưa vào để làm mát xỉ, dựa vào chất lượng xỉ lấy ra ta có thể đánh giá được chất lượng than trong lò đốt. Lò đốt - Chiều cao của mỗi lò đốt là 10,880 m, đường kính 3,354 m, cấu tạo gồm chóp trên, chop dưới và phần hình trụ tròn, vỏ được làm bằng thép cuốn dày 8 mm, phần hình trụ trên được xếp gạch chịu lửa và chịu nhiệt, phần chop và hình trụ dưới được xây lót bằng gạch chịu lửa. - Tác dụng: theo công nghệ cũ, lò đốt được thiết kế với các nhiệm vụ sau: Thu hồi nhiệt khí thổi gió và thổi lên Đốt triệt để CO2, H2 trong khí thổi gió bằng cách bổ sung không khí vào trong lò. Trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi nước ở giai đoạn chế khí thổi xuống. Loại bỏ một phần bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên. Chế khí nghèo trong quá trình sửa chữa lò phát sinh - Hiện tại theo công nghệ mới lò đốt chỉ đảm nhận 2 chức năng cuối cùng, đó là: - Lắng bụi: khí trong giai đoạn thổi gió và thổi lên được dẫn qua lò đốt nhằm lắng một phần bụi (chủ yếu là bụi than) bị cuốn theo, bụi được lắng ở dưới đáy tháp nhờ thiết bị thủy phong mà được tháo ra ở dạng bùn mà vẫn đảm bảo lò kín hoàn toàn. Chế khí nghèo: khi lò phát sinh gắp sự cố hoặc trong quá trình tu sửa, khí trong lò phát sinh đọng lại có thể là khí than, là hỗn hợp độc và có khả năng gây nổ, do đó người ta thổi không khí vào lò phát sinh rồi dẫn qua lò đốt thực hiện triệt để phản ứng oxi hóa CO tạo CO2, khí thu được phóng không ra ngoài qua đỉnh,đỉnh được thiết kế dạng chop nhằm mục đích phân phối đều khí phóng không. Thủy phong túi rửa - Cấu tạo: + Phần phía trên là hình tròn, dưới hình chóp nón + Đường ống khí cắm vào ngập sau trong nước 70 mm, nay đã nâng lên 150 mm + Đường kính túi rửa 3000 mm + Dung tích 15 m³ + Áp suất làm việc 700 mm H2O + Nhiệt độ làm việc 80 ºC - Tác dụng Không cho khí than ẩm ở sau thủy phong đi ngược trở lại lò khí hóa gây nổ. Làm lạnh và rửa sơ bộ khí than ra lò trước khi vào tháp rửa Nước được cấp vào thủy phong túi rửa liên tục nhằm ổn định lượng nước trong thủy phong túi rửa và cấp nước cho thủy phong lò đốt. Bùn ở đáy thủy phong túi rửa được tháo ra định kì. Ống chữ Z có nhiệm vụ duy trì áp suất tránh hiện tượng áp suất khí trong thủy phong cao đẩy nước ra ngoài làm mất tác dụng của thủy phong. Lò hơi nhiệt thừa - Cấu tạo: + Hình trụ tròn, hai mặt trên dưới có gắn 2 mặt sang để lồng ống chùm. + Ф ống : 76 x 3 mm, H ống 6000 mm, F truyền nhiệt : 480 m² + Ф lò : 2300 mm, H lò : 11714 mm + Lò đặt nghiêng 7 º - Tác dụng : + Thu hồi nhiệt lượng của khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên để sản xuất hơi nước. + Làm nguội khí thổi gió trước khi phóng không, làm nguội khí than ẩm thổi lên trước khi vào thủy phong túi rửa. + Tách một lượng bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm ở giai đoạn chế khí thổi lên. - Lò đặt nghiêng 7 º có các tác dụng sau: + Tăng diện tích truyền nhiệt giữa khí vào và nước để chế tạo hơi nước. + Tạo góc nghiêng nhằm thu bụi lắng ở đáy thiết bị + Cân bằng khối lượng với bao hơi. - Quá trình tạo hơi nước: Nước được đưa từ bao hơi vào phía dưới lò sau đó trao đổi nhiệt ngược chiều với khí lò sinh ra hơi nước. 4.5. Xử lý khí thổi gió Khí thổi gió ở lò 1 và lò 2 được phóng không, ở các lò 3 đến 10 khí thổi gió được thu hồi nhiệt nhờ hệ thống thu hổi. Quá trình diễn ra như sau: Khí thổi gió được đưa qua cyclone lọc tách bớt bụi, phần bụi được thu hồi ở đáy cyclone và tháo ra định kỳ. Sau đó khí được dẫn qua tháp có bổ sung không khí nhằm thực hiện triệt để phản ứng đốt cháy CO tạo khí nghèo. Khí sau khi đốt cháy được dẫn qua hệ thống trao đổi nhiệt ống chùm, khí đi trong ống, nước đi ngoài ống, hơi nước được sản xuất ra tại đây, khí sau khi trao đổi nhiệt được phóng không Các thiết bị khác: Ngoài ra trong xưởng còn có các thiết bị khác như: Tháp hấp thụ dạng đệm gỗ : 01 Tháp hấp thụ bằng nước trực tiếp: 02 Két khí : 01 Lọc tĩnh điện : 01 B. QUÁ TRÌNH TẠO AMÔNIAC: Quá trình tổng hợp amôniac trước tiên đòi hỏi phải tinh chế khí. Quá trình gồm các công đoạn là: tinh chế khí, chuyển hoá CO, khử CO2, khử vi lượng và tổng hợp NH3. I. TINH CHẾ KHÍ: Khí than ẩm là hỗn hợp các khí N2, H2, CO2, CO, H2S… dầu mỡ, bụi cơ học. Tinh chế khí gồm các giai đoạn: Khử H2S trong khí than ẩm (khử H2S thấp áp) Biến đổi CO Khử H2S trong khí biến đổi (khử H2S trung áp) Khử CO2 Khử vi lượng. 1. Khử H2S thấp áp: a. Mục đích: Khử một phần H2S trong hỗn hợp khí, sau khi ra khỏi tháp, hàm lượng H2S trong khí chỉ còn khoảng 100 ¸ 150 mg/m3. b. Cơ chế phản ứng của keo tananh (TN): Dung dịch làm chất hấp thụ là dung dịch keo tananh, là hợp chất hữu cơ có chứa nhiều nhóm chức OH-1. Trong dung dịch có Na2CO3 và NaCO3. Na2CO3 là chất hấp thụ chủ yếu hay còn gọi là chất xúc tác trong quá trình hấp thụ H2S. NaVO3 là chất ức chế chống tạo kết tủa V- O- S, là chất ức chế chống ăn mòn. Các phản ứng diễn ra là: Hấp thụ: Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 Chiết S: 2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + S Đồng thời: Na2V4O9 + 2TNoxh + 2NaOH = 4NaVO3 + 2TNkh Tái sinh: TNkh + O2 = TNoxh + H2O NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O Ngoài ra còn có các phản ứng phụ sau: 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O Na2CO3 +CO2 + H2O = 2NaHCO3 c. Lưu trình công nghệ: Lưu trình khí: Khí than ẩm từ lọc bụi điện tới, qua quạt khí than tăng áp suất từ 550 mmH2O đến 1500¸1700 mmH2O, đi vào phần đáy hai tháp hấp thụ kiểu đệm, đi qua các tầng đệm và tiếp xúc với dung dịch tananh đi từ trên xuống. Khí than qua bộ phận tách bọt rồi ra khỏi tháp hấp thụ, đi qua bộ phận phân ly để tách mù trước khi sang đoạn I máy nén 667. Khí đi ra có hàm lượng H2S < 10 mg/cm3. Lưu trình dịch: Dung dịch sau khi hấp thụ H2S ở tháp hấp thụ gọi là dung dịch giàu, qua thuỷ phong đáy tháp (điều tiết dung dịch) đến thùng chứa, nhờ bơm tăng áp qua các bộ tuy-e phun vào tháp tái sinh, nhờ áp suất của dung dịch các bộ tuy- e. Trên đỉnh tháp bố trí 14 vòi phun, dịch tiếp xúc không khí và phản ứng tái sinh xẩy ra, thời gian chỉ 5-7 phút. Lưu huỳnh tạo thành dạnh bọt nổi lên trên tràn qua máng tràn về thùng bọt trung gian có thể tích 15 m3 và được đưa vào công đoạn thu hồi lưu huỳnh. Dung dịch tái sinh xong về thùng chứa dịch nghèo có dung tích 150 m3, qua bơm tăng áp, dịch nghèo được phun vào đỉnh hai tháp hấp thụ. Người ta khống chế huyền phù trong dịch £ 0,5 g/l.: 2. Chuyển hóa CO: a. Mục đích: Trong khí than ẩm có khoảng 20¸ 34 %CO. CO làm nhiễm độc xúc tác quá trình tổng hợp amôniac. Vì vậy, hỗn hợp khí sẽ được làm sạch CO trước khi đưa sang giai đoạn tổng hợp amôniac. Khí CO được chuyển thành CO2 nhờ hơi nước ở áp suất cao trên xúc tác oxit sắt. Hàm lượng CO trong khí ra khỏi công đoạn này còn khoảng £ 2%. b. Cơ chế phản ứng chuyển hóa CO: Phản ứng tổng quát: CO + H2O « H2 + O2 – Q Phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt, thể tích không đổi. Phản ứng xẩy ra mãnh liệt khi có xúc tác thích hợp. Nhà máy chọn Fe2O3 làm xúc tác. Phản ứng chia làm hai giai đoạn: [K] + H2Oh = [K]O + H2 [K]O + CO = CO2 [K]: Chất xúc tác [K]O: Hợp chất trung gian c. Lưu trình công nghệ: Hình 4: Sơ đồ công nghệ chuyển hóa CO bằng hơi nước 1,2. Bộ lọc bụi, dầu; 3,4.Các thiết bị trao đổi nhiệt; 5.Thiết bị làm lạnh nhanh bằng nước; I,II.Các tháp chuyển hóa số I và II Khí than ẩm ra giai đoạn III của máy nén có áp suất 20 at, nhiệt độ £ 40°C qua bộ lọc dầu, nước đi vào bên ngoài ống thiết bị trao đổi nhiệt trung gian một. Bên trong ống chùm người ta cho khí chuyển hoá có nhiệt độ 350 ¸360°C gián tiếp trao đổi nhiệt với khí than ẩm vào. Nhiệt độ khí than ra trao đổi nhiệt một có nhiệt độ 250°C, hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ 450°C qua giảm áp xuống còn 25 at và được bổ xung nước ngưng thành hơi nước bão hoà có nhiệt độ 380¸ 400°C bổ xung vào khí than ẩm ra trao đổi nhiệt một theo tỷ lệ H2O/KTA = 0,8:1. Sau đó khí qua trao đổi nhiệt hai, đi bên ngoài ống, khí trong ống chùm TĐN hai là khí chuyển hoá có nhiệt độ 450¸460°C gia nhiệt cho khí than ẩm đến nhiệt độ 360¸380°C, qua van cửa vào lò chuyển hoá đến ống phân phối khí trên bề mặt xúc tác đoạn một. Khí than ẩm sẽ phản ứng với hơi nước mãnh liệt nên nhiệt độ giai đoạn này tăng nhanh. Để khống chế, người ta chia đoạn một thành hai tầng, đoạn giữa hai tầng bổ xung hơi nước và khí than ẩm để kích lạnh và điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác. Qua hai tầng của đoạn một hiệu suất chuyển hoá đạt >80%. Khí chuyển hoá qua TĐN hai giảm nhiệt độ xuống còn 380¸420°C, qua làm lạnh nhanh một. Ở đây, người ta cho hơi nước ngưng vào để tăng cường tỷ lệ hơi nước đồng thời giảm nhiệt độ của khí xuống nhằm mục đích nâng cao hiệu suất chuyển hoá. Khí chuyển hoá có nồng độ CO khoảng 6¸8% đi vào đoạn hai xúc tác. Ở đây vì lượng xúc tác lớn, thời gian tiếp xúc giữa khí và xúc tác dài, nhiệt độ thấp nên có lợi cho hiệu suất chuyển hoá. Khí chuyển hoá có nồng độ CO thấp, ra lò có nhiệt độ 360¸380°C, nồng độ CO 3¸3,5% được qua TĐN trung gian một đi trong ống gia nhiệt cho KTA. Nhiệt độ của khí giảm xuống còn 320¸340°C qua van ra lò vào làm lạnh nhanh hai. Ở đây, người ta phun nước ngưng có nhiệt độ 100°C xuống, nước sẽ bốc hơi hạ nhiệt độ khí xuống còn 180¸200°C để đi các thiết bị TĐN khác tận dụng nhiệt dư, khí chuyển hoá giảm xuống còn 135¸145°C và một phần nước ngưng được phân ly thải bỏ. Khí chuyển hoá tiếp tục làm lạnh phân ly để được khí chuyển hoá có nhiệt độ 40°C đi tiếp các công đoạn tinh chế. 3. Khử H2S trung áp: a. Mục đích: Dùng dung dịch keo tananh để khử lần hai H2S, việc này không những giúp ích cho quá trình tổng hợp NH3 tốt mà còn giúp quá trình khử CO2 ở giai đoạn sau tốt hơn, vì tránh phản ứng giữa H2S với kiềm ở giai đoạn sau, hạn chế sự ăn mòn thiết bị. b. Lưu trình công nghệ: Khí biến đổi đi vào phía dưới tháp hấp thụ, qua các tầng đệm, H2S bị hấp thụ bởi dịch tananh từ trên đi xuống. Khí được phân ly ở đỉnh tháp ra ngoài đưa sang công đoạn sau. Dịch tananh sau khi hấp thụ ra khỏi tháp từ đáy qua bơm, các tuy- e tự hút không khí vào thùng tái sinh. Dịch tái sinh được tuần hoàn trở lại sử dụng, bọt lưu huỳnh nổi lên thu hồi. 4. Khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng a. Mục đích Dùng dung dịch K2CO3 nóng để khử khí CO2 trong hỗn hợp khí biến đổi. Tận dụng nhiệt dư của khí biến đổi và hơi nước 5 kg/cm3, gia nhiệt cho dung dịch sau hấp thụ để thực hiện quá trình tái sinh khôi phục lại khả năng hấp thụ của dung dịch. Thu hồi khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch trong quá trình tái sinh, làm nguyên liệu để sản xuất Urê và các sản phẩm khác như CO2 lỏng, rắn. b. Cơ chế phản ứng Phản ứng tổng quát: K2CO3 + CO2 +H2O = 2KHCO3 +Q Phản ứng tái sinh: 2KHCO3 = K2CO3 + CO2 + H2O Phản ứng phụ: K2CO3 + H2S = KHCO3 + KHS Lưu trỡnh cụng nghệ: Hình 5: Dây chuyền khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng Tháp hấp thụ; 2.Tháp tái sinh cao áp; 3.Tháp tái sinh thấp áp Lưu trình khí đi khử CO2: Khí biến đổi sau khí khử H2S qua thiết bị trao đổi nhiệt được gia nhiệt bởi khí từ công đoạn biến đổi, nhiệt tăng từ 40°C đến 90°C, đi vào phía dưới tháp hấp thụ, khí sau khi khử CO2 ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ, qua thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly rồi đến đoạn IV của máy nén 667. Lưu trình dung dịch khử CO2: Dung dịch K2CO3 từ đỉnh tháp hấp thụ phun xuống. Dung dịch ra khỏi tháp với lưu lượng 850 m3/h được giảm áp bằng van điều tiết dịch diện. Trong đó khoảng 600 m3/h dung dịch giàu được khống chế bằng van điều tiết qua máy tua bin của bơm dung dịch nghèo để thu hồi năng lượng. Sau đó, hỗn hợp với khoảng 250 m3/h dung dịch giàu còn lại đi vào bộ phận bốc hơi nhanh. Ở đỉnh tháp tái sinh tăng áp, khoảng 30% CO2 bị nhả ra khỏi dung dịch, khoảng 300 ¸ 400 m3/h dung dịch giàu ra khỏi đáy bộ phận bốc hơi nhanh đi đến phần trên tháp tái sinh thấp áp, khoảng 300 m3/h dung dịch giàu còn lại chảy xuống đoạn đệm thứ nhất đi đến phần giữa của tháp tái sinh thấp áp rồi trộn lẫn với dung dịch bán nghèo đi từ phần trên xuống. Một phần nhỏ dung dịch ở đây được trích đi lọc bằng than hoạt tính, phần còn lại gần 600 m3/h ra khỏi đáy đoạn đệm trên rồi cùng với dung dịch sau bộ lọc than hoạt tính được đưa vào bơm dung dịch bán nghèo để tăng áp và phun vào giữa tháp hấp thụ CO2. Dung dịch bán nghèo còn lại khoảng 250 m3/h được chảy từ đáy đoạn đệm thứ nhất của tháp tái sinh tăng áp, qua đoạn đệm thứ hai tiếp tục tái sinh, ra khỏi đoạn đệm thứ hai, đưa vào đun sôi bằng hơi nước 0,5 Mpa rồi trở lại tháp tái sinh tăng áp. Dung dịch ra khỏi đáy tháp tái sinh tăng áp có nhiệt độ 120¸ 125°C đến phần dưới tháp tái sinh thấp áp, được gia nhiệt bốc hơi bởi hơi nước thu hồi từ bộ thải nước ngưng. Hơi nước được ngưng tụ và dung dịch nghèo ra khỏi đáy tháp tái sinh thấp áp với lưu lượng 250 m3/h, nhiệt độ 110¸115°C qua bộ làm lạnh bằng nước ngưng có nhiệt độ 70¸90°C đến bơm dung dịch nghèo để tăng áp và phun vào đỉnh tháp hấp thụ CO2. Nước ngưng tụ của hệ thống được thu hồi về bể ngầm và qua bơm nước ngưng hồi lưu để tăng áp bổ xung vào phần đỉnh của phần trên tháp tái sinh thấp áp, để cân bằng lượng nước của hệ thống bị bốc hơi theo khi. Lưu trình của khí CO2 sau khi nhả hấp thụ: Khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch đi ra từ đỉnh tháp tái sinh thấp áp vào bộ làm lạnh bằng nước để phân ly nước, rồi được hút vào tuy-e và trộn với khí CO2 từ tháp tái sinh tăng áp tới. Sau đó qua thiết bị làm lạnh khí tái sinh CO2 bằng nước, nhiệt độ giảm xuống £ 40°C, qua bộ phân ly hơi nước và khí. Khí thu được đưa vào sản xuất. 5. Khử vi lượng a. Mục đích Khí nguyên liệu sau khi qua giai đoạn khử CO2 vẫn còn chứa một lượng nhỏ H2S, CO và CO2. Để loai bỏ chúng, hỗn hợp khí phải qua giai đoạn khử vi lượng. Nhà máy dùng dung dịch Cu- NH3. Hỗn hợp khí ra khỏi công đoạn này có hàm lượng (CO+CO2) £ 20 ppm. b. Cơ chế hấp thụ CO của dung dịch đồng Trong điều kiện tồn tại NH3 tự do, dung dịch đồng sẽ tác dụng với CO để tạo thành phức: Cu(NH3)2AC + CO + NH3 = Cu(NH3)3AC.CO + Q Ngoài ra, dung dịch còn hấp thụ CO2, O2, và H2S - Phản ứng hấp thụ CO2: Hấp thụ CO2 dựa vào lượng NH3 tự do chứa trong dung dịch đồng 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 + Q (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 + Q - Phản ứng hấp thụ O2: Dung dịch đồng hấp thụ được O2 là nhờ ion Cu+ 2Cu(NH3)2AC + 4NH3 + 2HAC + 1/2O2 = 2Cu(NH3)4AC2 + H2O +Q - Phản ứng hấp thụ H2S: Nhờ NH3 tự do 2NH4OH + H2S = (NH4)2S + 2H2O +Q Đồng thời: 2Cu(NH3)4AC2 + H2S = CuS2 + 2NH4AC + 2NH3 Để khôi phục khả năng hấp thụ của dung dịch đồng, cần phải tái sinh dung dịch. Tái sinh dung dịch gồm hai mặt: Một mặt làm cho CO, CO2 và H2S trong dung dịch nhả ra trong điều kiện gia nhiệt. Mặt khác làm cho Cu2+ sinh ra do hiện tượng oxi hoá Cu+ để điều chỉnh tỷ lệ Cu+/Cu2+. Ngoài ra trong quá trình tái sinh phải bổ xung lượng NH3, Cu+ và HAC tổn thất. - Phản ứng tái sinh: Dung dịch đồng sau hấp thụ trong điều kiện giảm áp và gia nhiệt nhả các khí CO, CO2, H2S. Cu(NH3)3AC.CO = Cu(NH3)2AC + CO +NH3 + Q (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O + Q NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2O +Q NH4S = 2NH3 + H2S – Q Thể khí tái sinh gọi là khí tái sinh. Khí tái sinh gồm CO, CO2, NH3 và H2. Khí tái sinh sau tháp rửa có thành phần: CO2 2,5%, CO 85%. Phản ứng hoàn nguyên Cu2+ thành Cu+ đồng thời xẩy ra: 2Cu(NH3)2 + CO + H2O = 2CuO + CO2 + 2NH3 + 2NH4-- Q Đồng oxit vừa tái sinh hoạt động mạnh, trong điều kiện có Cu2+: Cu + Cu2+ = 2Cu+ - Q Đồng thời: 2Cu2+ + CO + H2O = 2Cu+ + CO2 + 2H+- Q c. Lưu trình công nghệ Dung dịch đồng từ tháp hấp thụ ra, qua van điều tiết dịch diện, giảm áp sẽ tự đi vào đỉnh thiết bị thu hồi, qua lớp đệm và hấp thụ phần lớn NH3 và một phần CO, CO2 trong thể khí từ dưới lên. Sau đó đi xuống một phần vào trao đổi nhiệt với dịch nóng từ thùng tái sinh xuống, sau đó nhập vào đường đi bộ hoàn nguyên trên và hoàn nguyên dưới bằng hai đường và được hơi nước gia nhiệt bên ngoài ống chùm lên đến nhiệt độ 68°C. Ra khỏi bộ hoàn nguyên dung dịch đồng thời trở lại trạng thái ban đầu xuống trao đổi nhiệt với dịch đồng từ thiết bị hồi lưu xuống. Dịch đi tiếp vào thùng hoá đồng để bổ xung lượng đồng bị tổn thất, đi xuống làm lạnh bằng nước hạ nhiệt độ xuống < 40°C đồng thời bổ xung một lượng NH3 bị tổn thất khi tái sinh, hạ nhiệt độ xuống 8¸ 15°C, qua bộ lọc vào bơm tăng áp lên 12,5 Mpa tiếp tục vào tháp hấp thụ sử dụng tuần hoàn. Khí tái sinh ra khỏi tháp hồi lưu qua phân ly bọt rồi đi vào tháp rửa nước để hấp thụ NH3 trong khí tái sinh, rồi đi sang tinh chế trước quạt khí than, còn nước NH3 loãng được thải rãnh. d. Điều kiện công nghệ hệ thống rửa đồng: Áp suất: Khí vào hệ thống rửa đồng: 125 at Cửa vào bơm dung dịch Cu :1,7 at Cửa ra bơm dung dịch Cu: 130 at Phân tích: Khí vào tháp Cu: CO 3,5%, CO20,5% Khí ra tháp Cu: CO< 0,5%, CO2 50¸80ppm Khí ra tháp rửa NH3: (CO+CO2) < 20 ppm Nồng độ NH3 vào hấp thụ: 6¸8% Lưu lượng: Dịch vào tháp rửa đồng: 50 m3/h Nước NH3 vào tháp rửa NH3: 4 m3/h d. Điều kiện công nghệ hệ thống tái sinh dung dịch Cu Áp suất: Thiết bị tái sinh: < 120 mmH2O Tháp hồi lưu: 50¸ 200 mmH2O NH3 vào bộ làm lạnh:< 16 at Bốc hơi NH3 lỏng: 2,5¸ 3,5 at Hơi nước sau giảm áp: 0,4¸ 0,6 at Nhiệt độ: Dung dịch Cu từ hồi lưu: 40¸50°C Dung dịch đồng qua trao đổi nhiệt với dung dịch tái sinh: 60°C Dung dịch đồng từ thiết bị tăng nhiệt từ dưới ra: 60¸68°C Dung dịch Cu làm lạnh bằng nước:< 40°C Phân tích: Khí tái sinh từ hồi lưu ra H2 CO CO2 CH4 N2+Ar 9.04 81.3 3.82 0.19 5.65 II. TỔNG HỢP AMÔNIAC 1. Nguyên lý quá trình tổng hợp NH3 Phản ứng tổng hợp amôniac: 3H2 + N2 « 2NH3 + Q Thực tế chứng tỏ khi phản ứng không có xúc tác giúp đỡ thì phản ứng diễn ra với tốc độ rất chậm chạp, ở điều kiện 300¸ 500°C phản ứng tổng hợp NH3 cần phải vài năm mới đạt trạng thái cân bằng. Nhưng dưới tác dụng của một lượng xúc tác thích hợp thì giảm bớt được năng lượng cho việc kết hợp giữa N2 và H2, giảm được lực cản của phản ứng. Vì vậy mà tăng nhanh tốc độ phản ứng. Có nhiều loại chất có thể làm xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3. Nhưng những loại lấy Fe làm thành phần chính thường được dùng rộng rãi vì có ưu điểm là rẻ, nhiệt độ hoạt tính tốt, khả năng chống độc mạnh, tuổi thọ cao… Đặc điểm của phản ứng tổng hợp NH3 là thuận nghịch, toả nhiệt, giảm thể tích. Dựa vào định luật cân bằng ta thấy hạ nhiệt độ, tăng áp suất thì cân bằng sẽ dịch chuyển về phía tạo thành NH3. Nhưng giảm nhiệt độ cũng phải đạt đến trạng thái hoạt động của xúc tác, hơn nữa nhiệt độ cao có lợi cho tốc độ phản ứng. Vì vậy, cần phải lựa chọn được nhiệt độ thích hợp nhất vừa có lợi cho tốc độ phản ứng cũng như đạt được nồng độ NH3 ở trạng thái cân bằng cao nhất. Áp suất càng cao cũng làm tăng nồng độ NH3 ở trạng thái cân bằng nhưng phụ thuộc nhiều vào giá thành đầu tư thiết bị và trình độ thao tác của công nhân. Do đó việc lựa chọn áp suất phải thích hợp với công nghệ. 2. Lưu trình công nghệ Hình 7: sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng hợp NH3 Lọc dầu; 2.Thùng chứa sản phẩm; 3.Thùng chứa NH3; 4.Tháp 3 kết hợp; 5.Tháp tổng hợp; 6.Thiết bị phân ly NH3; 7.Trao đổi nhiệt; 8.Máy nén tuần hoàn; 9.Tách dầu, bụi; 10.Nồi hơi; 11.Giàn làm lạnh bằng nước Hỗn hợp khí H2, N2 từ công đoạn máy nén khí đến đi vào thiết bị ba kết hợp hỗn hợp với khí tổng hợp sau khi làm lạnh bằng nước và phân ly I đến đi vào trong ống của thiết bị trao đổi nhiệt. ở đây khí lạnh từ bộ phân ly NH3 đến từ dưới lên, làm lạnh đến 10¸20°C, sau đó tiếp tục đi vào thiết bị làm lạnh bằng NH3, khí đi trong ống, NH3 bốc hơi phía ngoài ống. Khí bốc hơi NH3 thu hồi nhiệt của không gian xung quanh, nên thể khí được làm lạnh đến 0¸ -10°C, làm cho NH3 trong thể khí ngưng tụ thành NH3 lỏng. NH3 dùng làm tác nhân lạnh trong thiêt bị làm lạnh NH3 qua thùng cao vị phân ly để tách mù NH3 rồi tập chung đến công đoạn hấp thụ chế lạnh, để chưng bốc và ngưng tụ thành NH3 lỏng cấp tuần hoàn quay trở lại thiết bị làm lạnh bằng NH3 lỏng. Khí tuần hoàn sau khi đã loại bỏ NH3 đi vào ống trung tâm thiết bị rồi đi lên luồn trong các khe hở giữa các ống chùm của thiết bị trao đổi nhiệt, nhận nhiệt của hỗn hợp khí mới và khí tuần hoàn, nhiệt độ tăng lên đến 20¸40°C, sau đó ra khỏi tháp làm lạnh, áp suất chỉ còn 280¸295 at được đưa tới máy nén tuần hoàn tua bin để bù lại tổn thất áp suất của hệ thống, khí tuần hoàn sau khi ra khỏi hệ thống nén khí tuần hoàn được đưa qua thiết bị phân ly để lọc dầu, được chia làm hai đường vào tháp tổng hợp (hàm lượng NH3 vào tháp khoảng 2,8¸4%). Một đường qua van chính vào tháp, men theo vách tháp rồi dii qua hai trao đổi nhiệt (khí đi ngoài ống). Một theo van phụ để vào tháp dùng để điều chỉnh nhiệt độ của tầng xúc tác. Khí đường chính và đường phụ phối hợp với nhau qua hộp phân phối khí, qua ống lồng 3 lớp rồi trở lại phần trên của hộp phân phối khí, qua ống trung tâm đi lên đỉnh vào xúc tác. Tại đây nhiệt độ khí đã đạt được nhiệt độ hoạt tính xúc tác. Trong lớp xúc tác, khí đi từ trên xuống (theo hướng trục). Khí N2 và H2 phản ứng tổng hợp thành NH3 , nhiệt độ của phản ứng một phần truyền qua ống lồng 3 lớp trao đổi nhiệt với hỗn hợp khí chưa phản ứng, hỗn hợp khí ra khỏi lớp xúc tác có nhiệt độ khoảng 470¸475°C qua trao đổi nhiệt trên (đi trong ống) trao đổi nhiệt với khí đường chính, nhiệt đột hạ xuống còn 375°C, ra tháp tổng hợp lần một đi vào nồi hơi nhiệt thừa để tận dụng nhiệt sản xuất hơi nước, ra khỏi nồi hơi nhiệt thừa nhiệt độ của hỗn hợp khí còn khoảng 250°C quay trở lại vào thiết bị trao đổi nhiệt trong tháp tổng hợp, sau đó ra khỏi tháp lần hai, nhiệt độ còn khoảng 100°C đi vào thiết bị làm lạnh bằng nước, nhiệt độ giảm xuống còn dưới 40°C. ở áp suất cao một phần NH3 ở dạng khí đã ngưng tu thành NH3 lỏng, sau khi qua thiết bị làm lạnh bằng nước hỗn hợpkhí được đưa vào thiết bị phân ly một, phân tách NH3 lỏng ra khỏi hỗn hợp khí, ra khỏi thiết bị phân ly I hàm lượng NH3 còn lại trong hỗn hợp khí khoảng 9¸11%, để hạ thấp hàm lượng khí trơ trong hệ thống, sau khi phân ly lần một có đặt ống phóng không, có thể định kỳ phóng không khí trơ một phần. Hỗn hợp khí tiếp tục đưa vào thiết bị làm lạnh, ngưng tụ, phân ly II, rồi trở lại máy nén tuần hoàn, tiếp tục tuần hoàn trong hệ thống. NH3 lỏng được phân ly khỏi hỗn hợp ở thiết bị phân ly I, II qua van giảm áp xuống 24 at tập trung vào thùng chứa NH3 trung gian. Thiết bị chính của xưởng: - Tháp tổng hợp NH3. Hỗn hợp khí nguyên liệu mới và khí tuần hoàn vào tháp lần thứ nhất qua cửa A, đi theo không gian hình vành khăn giữa vỏ tháp và vỏ rọ xúc tác xuống dưới và ra khỏi tháp lần 1 theo cửa B. Hỗn hợp khí vào tháp lần này với hai mục đích là làm lạnh vỏ ngoài tháp và cân bằng áp suất cho vỏ rọ xúc tác. Sau khi ra khỏi cửa B. Khí chia làm đường chính và các đường kích lạnh khác nhau. Đường chính đi trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ lên khoảng 1800C rồi vào tháp theo cửa C. Đi vào không gian ngoài ống chùm của bộ trao đổi nhiệt đặt trong tháp, sau đó vào ống trung tâm đi lên lớp xúc tác thứ nhất. Lớp xúc tác thứ nhất theo hướng trục. Đường thứ hai là đường kích lạnh vào cửa E để điều chỉnh nhiệt độ hỗn hợp khí vào lớp xúc tác thứ nhất. Khí ra khỏi lớp xúc tác thứ nhất đi vào lớp xúc tác thứ hai. Đường kích lạnh thứ hai đi vào cửa G để điều chỉnh nhiệt độ hỗn hợp khí vào lớp xúc tác thứ hai. Sau đó khí đi vào lớp xúc tác thứ ba cũng theo hướng kính. Nhiệt độ khí vào lớp ba được điều chỉnh thông qua đường kích lạnh vào qua cửa F. Sau khi qua các lớp xúc tác, nhiệt độ khí khoảng 500 – 5300C, tiếp tục đi qua bộ trao đổi nhiệt, khí nóng đi trong ống, khí lạnh đi ngoài ống. Sau trao đổi nhiệt, khí có nhiệt độ khoảng 3800C đi ra khỏi tháp lần 2 theo cửa D. C. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP URÊ I. CƠ SỞ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP URÊ Phương trình tổng quát 2NH3 + CO2 « CO(NH2)2 + H2O – Q (1) Phản ứng qua hai giai đoạn: Giai đoạn I: 2NH3 + CO2 « NH4COONH2 – Q (1a) Giai đoạn II: NH4COONH3 « CO(NH2)2 + H2O +Q (1b) Phản ứng 1b xẩy ra chậm nên quyết định vận tốc phản ứng tổng hợp Urê. Để hiệu suất phản ứng đạt mức cao nhất, cho phản ứng diễn ra trong pha lỏng, bởi vì khi giảm thể tích, phản ứng (1b) theo chiều thuận và (1a) theo chiều nghịch. Phản ứng (1b) quyết định hiệu suất của quá trình. II. LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ NH3 lỏng có áp suất 1,95¸2,1 Mpa, nhiệt độ từ 15¸30°C, nồng độ NH3 ³98,7% từ kho cầu thuộc xưởng tổng hợp NH3 vào bộ lọc 704 để loại bỏ tạp chất rồi vào thùng chứa NH3 705. Thùng chứa 705 luôn ở mức 2/3 dịch đệm. Từ ngăn một của thùng chứa này được dẫn tới bơm, nhờ bơm pittông cao áp 706 nâng áp suất nên 20 Mpa đi qua thiết bị gia nhiệt 707, nâng nhiệt độ NH3 lên khoảng 35¸50°C rồi đưa vào tháp tổng hợp 708B. Ngăn thứ hai của thùng chứa 705, NH3 đưa đến tháp hấp thụ đoạn một là 715 để cacbamat tích tụ. Khí CO2 từ công đoạn tinh chế (xưởng tổng hợp amôniac) cấp sang có thành phần: CO2³98%, H2S£30 mg/m3, áp suất 300¸600 mmH2O, nhiệt độ £40°C. Khí CO2 trước khi vào máy nén được bổ xung một lượng không khí để đạt nồng độ O2/CO2 = 0,5% thể tích. Qua máy nén đoạn I và II, làm lạnh, áp suất khí là 1,5 Mpa, nhiệt độ £40°C đưa sang tháp khử H2S. Tại đó, H2S được khử trong một trường kiềm với chất hấp thụ là Fe(OH)3. Phản ứng khử H2S ở tháp hấp thụ: 2Fe(OH)3 + 3H2S ® Fe2S3 + H2O Phản ứng tái sinh chất khử bằng cách bổ xung không khí có oxy vào đoạn I: 2Fe2S3 + 6H2O + 3O2 ® 4Fe(OH)3 + 6S Nếu trong môi trường trung tính hoặc axit, sẽ xẩy ra phản ứng: 2Fe(OH)3 + 2H2S ® 2FeS + 6H2O Chất hấp thụ mất khả năng tái sinh Sau khi CO2 qua tháp hấp thụ, hàm lượng H2S £ 5mg/m3, tiếp tục qua nén đoạn IV và đoạn V nâng áp suất khí lên 20 Mpa và nhiệt độ khoảng 120°C đưa vào tháp tổng hợp 708B Dung dịch Cacbamat ở thiết bị 715, sau khi qua máy nén 716 tăng áp rồi đi vào thiết bị tổng hợp 708B. Tại tháp tổng hợp Urê xẩy ra phản ứng tổng hợp: 2NH3 + CO2 « (NH2)2CO + H2O – Q Tỷ lệ NH3 : CO2 = 4:1 đưa vào tháp. Hiệu suất chuyển hoá của phản ứng khoảng 65¸68%, thời gian lưu lại của nguyên liệu khoảng 45¸60 phút tuỳ theo phụ tải. Dịch ra khỏi 708B gồm có Urê, cacbamat, NH3 tự do, không khí tham gia phản ứng và nước qua van tiết lưu lần một giảm áp suất xuống còn 1,67¸ 1,7 Mpa, nhiệt độ khoảng 120°C đưa vào thiết bị phân ly 710A. Phần pha khí được tách ra ở 710A cùng với khí phân giải 710B (sau khi đã gia nhiệt cho dung dịch co đặc đoạn I) vào thiết bị làm lạnh 731B hạ nhiệt độ xuống 90¸100°C rồi đưa vào hấp thụ 715. Phần dịch tiếp tục đi vào phân giải đoạn I (710B), tại đây pha khí được tách ra bay lên trên, còn lại dung dịch được đun nóng lên đến nhiệt độ 150¸160°C (bằng hơi nước) đưa sang thiết bị phân ly 712, lượng khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa trở lại thiết bị 710B trợ nhiệt cho dung dịch từ 710A xuống rồi cùng khí ở 710B bay lên. Dịch ở 712 qua van điều tiết lần hai giảm áp suất xuống còn 0,25¸0,35 Mpa, nhiệt độ từ 110¸120°C đưa sang phân giải đoạn II(713). Ở phần trên thiết bị 713, khí được tách ra, bay lên đỉnh thiết bị, còn dung dịch qua thiết bị 714 dùng hơi nước (1,27 Mpa) gia nhiệt tăng nhiệt độ lên 145¸150°C đưa vào phần dưới của thiết bị 713, khí sẽ thoát ra ở đỉnh, dịch Urê ra ở phần đáy qua van tiết lưu về áp suất thường vào thiết bị bốc hơi nhanh 730 rồi vào cô đặc đoạn I (731A), phần dưới được gia nhiệt bằng hỗn hợp từ 710B, đoạn trên dùng hơi nước (1,27 Mpa) tăng nhiệt độ dịch Urê lên 120¸130°C. Sau phân ly dịch Urê ở thiết bị 732, dung dịch tiếp tục qua gia nhiệt ở thiết bị 733 nâng nhiệt độ lên 136¸140°C vào thiết bị phân ly 734, phần khí bốc lên ở đỉnh, còn dung dịch Urê lúc này có nồng độ 99,8% xuống bơm Urê đậm đặc 735 bơm lên đỉnh tháp tạo hạt qua vòi phun tạo hạt với áp suất cao, cùng với hệ thống quạt hút gió gồm hai quạt hút gió từ dưới lên, Urê sản phẩm sẽ được tạo thành dưới dạng hạt. Để Urê được bảo quản lâu, chóng vón cục người ta phun chất trợ gia trước khi đóng bao Urê. Dịch Urê đã qua hai lần phân giải, mục đích để tăng nồng độ Urê, loại bỏ các khí NH3, CO2, H2O đưa trở lại quá trình tổng hợp nhằm đạt hiệu suất sản xuất cao nhất, giảm giá thành sản phẩm. Việc phân ly dựa trên phản ứng: NH4COONH2 « 2NH3 + CO2 + Q (2) Phản ứng trên thu nhiệt, để phản ứng thuận diễn ra, phải cấp nhiệt cho phản ứng. Vì vậy, trước khi dịch Urê vào thiết bị phân giải 710B, 713 đều được gia nhiệt lên trên 100°C, phản ứng (2) sẽ theo chiều thuận tạo ra NH3, CO2 cùng với hơi nước bay lên đỉnh thiết bị, dịch Urê sẽ đi xuống cửa dưới. Phần hơi thứ từ các thiết bị 730, 732, 734 được các bơm tia 742, 744, 746 hút qua các bộ làm lạnh, ngưng tụ 739, 740, 741, dịch ngưng tụ tập chung về thùng chứa 747. Dung dịch ở 747 nhờ bơm 748 bơm lên tháp hấp thụ 720, 721 để hấp thụ với khí phân giải ở 713 đưa sang, dung dịch ở 720 do bơm 722A,B tăng áp suất lên 1,7 MPa cùng với khí ở 710B qua trao đổi nhiệt với dịch Urê ở 731A đưa về hấp thụ đoạn I (715). Khí hấp thụ ở 720 còn lại được hấp thụ tiếp ở thiết bị 721. Dịch của 721 do bơm 722C nâng áp lên 1,7 Mpa đưa vào hấp thụ khí trơ 719, khí không ngưng hấp thụ ở 717, 718. Dung dịch hấp thụ của 719 được đưa về phần đỉnh của tháp hấp thụ đoạn I (715) để rửa lượng Cácbamat tích tụ ở trên các tầng đĩa. Khí NH3 từ đáy tháp 715 bay lên đỉnh và rửa bằng NH3 lỏng để khử hết lượng CO2 (tạo Cacbamat), lượng khí NH3 từ 715 lên 717 làm lạnh, ngưng tụ tập trung về thùng chứa 705. Khí không ngưng chưa hấp thụ hết ở 719, 721 tập trung đưa vào hấp thụ khí cuối 723, dịch đưa về thùng chứa 725, khí còn lại thải ra ngoài môi trường. II. Các thiết bị chính 1. Tháp tổng hợp Urê. Tháp tổng hợp urê: Ống cắm nhiệt kế Cửa dung dịch ra khỏi tháp Cửa dung dịch vào Cửa NH3 vào Cửa CO2 vào Tấm định hướng dòng Vỏ ngoài chịu áp Vỏ trong chịu ăn mòn Cấu tạo: Tháp có vỏ ngoài chịu áp bằng thép và vỏ trong là lớp lót chịu ăn mòn. Trong tháp có các đĩa định hướng nhằm tăng tiếp xúc pha và tăng thời gian lưu. Nếu đường kính tháp lớn thì trong tháp còn bố trí các đĩa lưới để cho dung dịch chỉ đi một chiều từ dưới lên, ngăn hiện tượng quẩn trở lại trong tháp. Đường kính tháp vào cỡ 1 ¸ 2 m. Nếu nhà máy có công suất lớn thì bố trí nhiều tháp làm việc song song. Trên tháp còn có các cửa để cắm các nhiệt kế và đầu đo. 2. Thiết bị chưng phân giải. Thiết bị chưng phân giải trong dây chuyền tổng hợp urê có nhiệm vụ chưng dung dịch urê sau khi tiết lưu để đuổi hết các khí chưa phản ứng ra khỏi dung dịch đồng thời phân hủy lượng cacbamat chưa chuyển hóa thành urê. Sản phẩm phân hủy cacbamat ở chưng phân giải là CO2 và NH3, chúng đồng thời bị đuổi ra khỏi dung dịch trong quá trình chưng phân giải. Tháp thiết bị chưng phân giải: Ống cắm nhiệt kế Các đĩa ống tuần hoàn Cửa xả khí Thiết bị gia nhiệt Cửa điều chỉnh mức Cửa tháo cặn Cửa quan sát Cửa quan sát Cửa hồi lưu Cửa đưa dung dich vào Cửa lắp van an toàn Dung dịch được giảm áp đưa vào tháp qua cửa (11). Do được giảm áp và đồng thời gia nhiệt nên cacbamat phân hủy tạo thành NH3 và CO2, đồng thời các sản phẩm phân hủy này thoát khỏi dung dịch và đi lên ra ở đỉnh tháp. Khí ra khỏi tháp được hấp thụ để tạo dung dịch muối amoni tuần hoàn về tháp tổng hợp. Dung dịch sau khi được đuổi hết khí đem sang công đoạn cô đặc. KẾT LUẬN: Trên đây là báo cáo dựa trên sự quan sát và tìm hiểu của em trong gần một tháng thực tập tại công ty. Em đã cố gắng hết mình để hoàn thành đợt thực tập này nhưng trong báo cáo không thể tránh những lỗi sai sót, có thể do em chưa hiểu hoặc chưa lắm rõ được. Em rất mong các thầy cô đóng góp cho bài báo cáo của em được hoàn chỉnh và chính xác hơn. Em xin cảm ơn! MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU …………………………………………………… 1 PHẦN I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÔNG TY ……………….. 2 I.VÀI NÉT VỀ CÔNG TY PHÂN ĐẠM HÀ BẮC …….. 2 II. DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ ….. 3 PHẦN II: QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ………………………………7 A. QUÁ TRÌNH TẠO KHÍ ……………………………….. 7 I. NGUYÊN LÝ QUÁ TRÌNH KHÍ HOÁ THAN ẨM… 7 II. LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ ………………………. 8 B. QUÁ TRÌNH TẠO AMÔNIAC ………………………. 18 I. TINH CHẾ KHÍ ……………………………………. 18 II. TỔNG HỢP AMÔNIAC …………………………..28 C. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP URÊ ……………………… 31 I. CƠ SỞ QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP URÊ ………….. 31 II. CÁC THIẾT BỊ CHÍNH …………………………... 35 KẾT LUẬN ……………………………………………………….. 38 MỤC LỤC ………………………………………………………... 39