Báo cáo Thực tập tại công ty tnhh mtv phân đạm và hóa chất Hà Bắc

thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng tăng lên rất nhiều. Các yếu tố ảnh hưởng: Nồng độ các thành phần dung dịch kiềm nóng: K2CO3, DEA, KVO3 (chất ức chế ăn mòn), chất chống tạo bọt. Áp suất; Nhiệt độ. Lưu trình công nghệ: Khí biến đổi sau khi khử lưu huỳnh được dẫn qua thiết bị trao đổi nhiệt và được gia nhiệt bởi biến đổi đến, nhiệt độ tăng từ 40oC đến 90oC và đi vào phía dưới tháp hấp thụ CO2, sau khi ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ CO2, qua thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly đi về đoạn IV của máy nén 6 cấp. Dung dịch giàu đi ra từ đáy tháp hấp thụ CO2 với lưu lượng 850m3/h được giảm áp bằng van điều tiết; trong đó khoảng 600m3/h dung dịch giàu được qua tổ turbine của bơm dịch nghèo để thu hồi năng lượng, sau đó hỗn hợp với khoảng 250m3/h dung dịch giàu còn lại cùng đi vào bộ phận bốc hơi nhanh ở đỉnh tháp tái sinh. Khi tổ turbine ngừng vận hành thì tại đây khoảng 30% CO2 bị nhả khỏi dung dịch. Khoảng 300 – 400 m3/h dung dịch giảu đi 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 tiếp tục tái sinh. Một phần dung dịch bán nghèo ra khỏi đáy đoạn đệm thứ nhất đi đến phần giữa của tháp tái sinh thấp áp, trộn lẫn với dung dịch bán nghèo đi từ trên xuống. Một phần nhỏ dung dịch ở đây được trích đi lọc bằng than hoạt tính, phần dung dịch còn lại khoảng 600 m3/h ra khỏi đáy đoạn 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 phần giữa tháp hấp thụ CO2. Dung dịch bán nghèo còn lại khoảng 250 m3/h được chảy từ đoạn đệm thứ nhất qua đoạn đệm thứ 2 của tháp tái sinh tăng áp để tái sinh tiếp tục. Ra khỏi đáy đoạn đệm thứ 2 được đưa vào bộ đun sôi bằng hơi nước 0,5MPa và bộ đun sôi bằng khí biến đổi rồi trở lại tháp tái sinh tăng áp. Dung dịch ra khỏi đáy tháp tái sinh tăng áp có nhiệt độ 120 – 125oC đi đến phần dưới tháp tái sinh thấp áp, được gia nhiệt bốc hơi bởi nhiệt của hơi nước thu hồi từ bộ thải nước ngưng đến, hơi nước được ngưng tụ và cùng dung dịch nghèo ra khỏi đáy tháp tái sinh thấp áp với lưu lượng 250 m3/h, nhiệt độ 110 – 115oC qua bộ làm lạnh bằng nước ngưng có nhiệt độ 70 – 90oC, đến bơm dung dịch nghèo để tăng áp và phun vào đỉnh tháp hấp thụ CO2. Nước ngưng của hệ thống được thu hồi về bể ngầm và qua bơm nước ngưng hồi lưu để tăng áp rồi bổ sung vào đỉnh tháp tái sinh thấp áp và đáy tháp tái sinh tăng áp để cân bằng lượng nước của hệ thống bị bốc hơi theo khí tái sinh và duy trì sản xuất bình thường. 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 hỗn hợp với khí CO2 đến từ đỉnh tháp tái sinh tăng áp, sau đó qua thiết bị làm lạnh khí tái sinh CO2 bằng nước, nhiệt độ giảm xuống ≤ 40oC, qua bộ phân ly để phân ly hơi nước và dung dịch rồi đưa đi sản xuất urea và CO2 lỏng, rắn. Hơi nước quá nhiệt 0,5MPa từ mạng ống chung đến, được làm lạnh giảm nhiệt độ bởi nước ngưng đến từ bơm nước ngưng, nhiệt độ 180÷190oC đưa vào bộ đun sôi bằng hơi nước rồi qua bộ thải nước ngưng. Hơi nước chưa ngưng được đưa đến đáy tháp tái sinh thấp áp để gia nhiệt, còn nước ngưng đưa đến thùng chứa. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Thành phần dịch khử CO2 Hàm lượng K2O 180 ¸ 220 g/l Hàm lượng DEA 15 ¸ 25 g/l Hàm lượng KVO3 8 ¸ 10 g/l Hàm lượng VO3- ³ 5 g/l Tổng lượng lưu huỳnh < 5 g/l SO42- £ 5 g/l Tổng sắt hòa tan trong dung dịch < 100 mg/l SiO2 < 100 mg/l Cl- < 2 g/l Độ tái sinh dung dịch bán nghèo £ 1,42 Độ tái sinh dung dịch nghèo £ 1,3 Thành phần khí Hàm lượng CO2 trong khí tinh chế £ 0,5% Độ thuần khí CO2 tái sinh ³ 99% Nhiệt độ Khí tinh chế ra bộ làm lạnh bằng nước £ 450C Khí CO2 tái sinh đi ure £ 450C Dunh dịch nghèo tại cửa ra bộ làm lạnh bằng nước 70 ¸ 900C Dung dịch bán nghèo vào hấp thụ » 1100C Hơi nước thấp áp vào (TIC817) 180 ¸ 1900C Lưu lượng Dung dịch bán nghèo 200 ¸ 600 m3/h Lưu lượng dung dịch nghèo 180 ¸ 250 m3/h Áp suất Chênh áp tháp hấp thụ CO2 £ 30KPa (0,3at) Chênh áp tháp tái sinh tăng áp £ 30 KPa Chênh áp tháp tái sinh thấp áp £ 30 KPa Khí CO2 tái sinh ra tháp tái sinh tăng áp £ 80 KPa Khí CO2 tái sinh ra tháp tái sinh thấp áp £ 2 ¸ 3 KPa Áp suất hơi nước thấp áp £ 0,5 MPa Áp suất nước làm lạnh tại cương vị ³ 0,15 MPa E. Cương vị Khử vi lượng khí Nhiệm vụ: Cương vị Khử vi lượng khí có nhiệm vụ hấp thụ gần như triệt để các chất khí gây ngộ độc xúc tác tổng hợp NH3 như CO, CO2, H2S, O2 …bằng dung dịch acetate amoniac đồng. Sau đó gia nhiệt giải phóng thu hồi hầy hết các chất khí bị hấp thụ, đồng thời điều chỉnh tỷ lệ đồng đảm bảo theo chỉ tiêu cho phép, phục hồi các thành phần và tính năng ban đầu của dung dịch hấp thụ, rồi làm lạnh, tăng áp cho tuần hoàn trở lại hấp thụ. Nguyên lý của quá trình khử vi lượng khí: Các phản ứng xảy ra: Cu(NH3)3Ac + CO + H2O → Cu(NH3)3Ac.CO + Q 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2NH4HCO3 2Cu(NH3)3Ac + 4NH3 + 2Hac + 1/2O2 → 2Cu(NH3)4(Ac)2 + H2O + Q 2NH4OH + H2S → (NH4)2S +2H2O + Q Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ; Áp suất; Thành phần của dung dịch acetate amoniac đồng (Tổng đồng và tỷ lệ đồng, nồng độ NH3, nồng độ HAC, lượng CO và CO2 còn lại). Lưu trình công nghệ: Khí tinh chế từ đoạn Vcủa máy nén 6 cấp có áp suất 12 MPa, nhiệt độ ≤ 40oC vào tháp đồng đi từ dưới lên, dung dịch acetat đồng amoniac từ cửa ra của bơm có áp suất 13MPa đi từ trên xuống. Dung dịch đồng hấp thụ hầu hết các chất khí gây độc hại cho xúc tác tổng hợp NH3 như CO, CO2, H2S, O2. Khí tinh luyện ra khỏi tháp đồng được đưa vào tháp kiềm hấp thụ bằng nước NH3 có nồng độ từ 5÷10%. Khí ra khỏi tháp kiềm có hàm lượng CO+CO2< 20ppm đi vào đoạn VI của máy nén 6 cấp. 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, đi sang tinh chế trước quạt khí than, còn nước NH3 đưa qua tháp chưng thu hồi NH3 đến khi đủ loãng thìthải xuống rãnh. Dung dịch đồng từ tháp đồng ra, qua van điều tiết, giảm áp rồi đi vào đỉnh thiết bị hồi lưu, qua lớp đệm hấp thụ phần lớn NH3 trong thể khí từ dưới lên. Ra khỏi thiết bị hồi lưu, dung dịch đồng đi vào bộ trao đổi nhiệt với dung dịch từ thùng tái sinh đi xuống, nhưng có một phần không qua thiết bị trao đổi nhiệt. Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, dung dịch đồng tiếp tục đi vào hai bộ hoàn nguyên trên và dưới, ở đây dung dịch đồng đi trong ống và được gia nhiệt bằng hơi nước đi bên ngoài ống. Ra khỏi bộ hoàn nguyên, dung dịch đồng đi vào thùng tái sinh, tiếp tục gia nhiệt bằng hơi nước gián tiếp qua lớp vỏ bọc của thùng tái sinh và qua 9 tấm ngăn tiết lưu, ở đây lượng khí bị dung dịch đồng hấp thụ nhả ra gần hết, dung dịch đồng trở lại trạng thái ban đầu. Ra khỏi thùng tái sinh, dung dịch đồng vào thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch đồng từ thiết bị hồi lưu xuống. Dung dịch đồng đã được tái sinh tiếp tục được qua thùng hóa đồng để bổ sung lượng đồng tổn thất hoặc có thể không đi qua thùng hóa đồng nhờ hệ thống van cách ly. Tiếp tục qua thiết bị làm lạnh bằng nước tuần hoàn hạ nhiệt độ xuống < 40oC. Ra khỏi thiết bị làm lạnh bằng nước, một phần dung dịch đồng được đi qua thiết bị lọc bằng than cốc để loại bỏ các cặn bẩn trước khi vào thiết bị làm lạnh bằng NH3 để hạ nhiệt độ xuống còn 8 – 15oC, dung dịch đồng còn được bổ sung một lượng NH3 bị tổn thất trong quá trình tái sinh. Cuối cùng dung dịch đồng được qua bộ lọc vào cửa bơm, tăng áp lên 13MPa tiếp tục tuần hoàn vào tháp đồng. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Thành phần khí vào công đoạn CO ≤ 3,0% CO2 ≤ 0,5% H2S vi lượng Áp suất Khí vào tháp rửa đồng kiềm : £ 125 kg/cm2. Khí tái sinh : £ 1.200 mm H2O Hơi nước vào bộ hoàn nguyên trên : < 5 kg/cm2 Hơi nước thấp áp vào hệ thống : 0,4 4 0,6kg/cm2 Không khí : > 2 kg/cm2 Nước tuần hoàn : > 2 kg/cm2 NH3 lỏng : £ 16 kg/cm2 NH3 khí vào ống cái : > 2,2 kg/cm2 Dịch vào cửa bơm đồng : ³ 0,7 kg/cm2 Dịch vào cửa bơm đồng, kiềm : £ 130 kg/cm2. Dầu tuần hoàn bơm đồng, bơm nước NH3 : ³ 1 kg/cm2 Nhiệt độ Dung dịch đồng vào tháp : 8 ¸ 150C. Dung dịch đồng ra tháp : £ 350C. Khí vào tháp : £ 400C. Nước NH3 vào tháp : < 350C. Dung dịch đồng ra tháp hồi lưu : < 60 oC Dung dịch đồng ra bộ trao đổi nhiệt dưới : £ 65 oC Dung dịch đồng ra bộ trao đổi nhiệt trên : 72 ¸ 74 oC Dung dịch đồng phần giữa bộ tái sinh : 74 ¸ 76 oC Dung dịch đồng phần cuối bộ tái sinh : 76 4 78 oC Dung dịch đồng ra bộ làm lạnh bằng nước : £ 40 oC Dầu tuần hoàn của bơm đồng : £ 55 oC Các gối đỡ trục của bơm đồng : £ 65 oC Động cơ bơm đồng : £ 65 oC Thành phần khí ra tháp kiềm CO + CO2 ≤ 20ppm CO2 ≤ 3 ppm Thành phần dung dịch đồng Tcu : 2,0 ¸ 2,5 gmol/l TCO2 : < 2,1 gmol/l TNH3 : 9 ¸ 11 gmol/l THAC : 2,5 ¸ 3,0 gmol/l Cu+/Cu : 5 ¸ 7 CO còn lại trong dung dịch đồng : 0,005 m3/m3 dịch Nồng độ Nước NH4OH ra tháp rửa : khoảng 0,5% NH3 trong khí tái sinh : < 0,04%. NH3tự do trong dung dịch kiềm mới : 5 ¸ 7% Độ cacbonat trong nước NH3 bỏ : £ 13% F. Cương vị Nén N2-H2 Nhiệm vụ: Cương vị Nén N2-H2 có vai trò trọng yếu, nhiệm vụ chủ yếu là nén và vận chuyển khí. Đầu tiên nhận khí than ẩm từ tháp khử H2S thấp áp vào các đoạn I, II và III nén đến 2,15MPa đưa đến cương vị biến đổi CO, khử H2S trung áp, khử CO2. Tiếp theo khí khí tinh chế được dẫn vào các đoạn IV và V nâng áp suất lên 12,5 MPa rồi đưa sang khâu khử vi lượng khí sau đó quay trở lại đoạn VI nâng áp suất lên đến 31,5 MPa rồi đưa sang khâu tổng hợp NH3. Nguyên lý làm việc: Máy nén 6 cấp, trong đó 5 cấp nén đầu kiểu chữ H (ký hiệu H22III-165/320) và cấp nén cuối mới được lắp đặt thêm năm 2002 kiểu chữ M (ký hiệu 6M25-185/315), trước đây cấp nén kiểu chữ H có công suất thấp hơn cấp nén kiểu chữ M nhưng hiện tại các cấp nén có công suất tương đương nhau 9000 – 11000 Nm3/h tùy theo yêu cầu sản xuất. Máy nén 6 cấp làm việc 24/24, liên tục 1500 h, điện áp động cơ chính 6000 V, điện áp động cơ phụ 380 V, mỗi cấp nén kiểu chữ H tiêu thụ 2500 kWh, cấp nén kiễu chữ M tiêu thụ 2800 kWh. Máy nén 6 cấp tương ứng có 6 bộ xilanh-piston, nhờ sự di động của piston trong xilanh do động cơ điện mà thực hiện được việc hút, nén và đẩy khí. Để máy nén 6 cấp có thể hoạt động thực tế có bộ bơm dầu bôi trơn xilanh (thải 1,5 kg dầu xilanh/h/ 1 đoạn) và bộ bơm dầu bôi trục (18000 l dầu bôi trục tuần hoàn/ 1500 h làm việc liên tục), cùng với thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống. Quá trình nén khí là đa biến, không phải các trường hợp lý tưởng hoàn toàn đẳng nhiệt hay hoàn toàn đoạn nhiệt. Giản đồ nén khí đa biến như Hình 6. Qua giản đồ nén khí ta thấy công tiêu hao cho quá trình nén khí đẳng nhiệt ABC2DA nhỏ nhất, quá trình nén khí đoạn nhiệt ABCDA lớn nhất và quá trình nén khí đa biến ở giữa. Để nén khí lên áp suất càng cao càng cần nhiều cấp nén, vì nếu chỉ dùng 1 cấp nén thì do tỷ số nén cao sẽ gặp nhiều tác hại như:lượng nhiệt sinh ra càng lớn dẫn đến càng gần quá trình nén khí đoạn nhiệt tốn càng nhiều công, làm mất tác dụng của dầu bôi trơn xilanh dẫn đến mài mòn và phá hỏng thiết bị, và chi phí chế cao. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều cấp nén thì sẽ gây tổn thất áp suất do lực cản qua các van và chi phí chế tạo cũng tăng. Lưu trình công nghệ: Khí than ẩm từ tháp khử H2S thấp áp đến đường ống chung đi vào thủy phong đoạn I rồi vào xilanh đoạn I, khí được tăng áp đi ra đoạn I lần lượt qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn I để tách dầu, nước rồi đi vào xilanh đoạn II, khí tiếp tục được tăng áp và đi ra đoạn II lần lượt qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn II rồi đi vào xilanh đoạn III, khí được tăng áp lên đến 2,15MPa lại lần lượt qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn III và đi đến các khâu tinh chế khí. BC – Đường cong nén khí đoạn nhiệt BC1 – Đường cong nén khí đa biến BC2 – Đường cong nén khí đẳng nhiệt Hình6 . Giản đồ nén khí Khí tinh chế qua bộ phân ly đi vào xilanh đoạn IV, sau khi nén tiếp tục được qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn IV rồi vào xilanh đoạn V nâng áp lên đến 12,5MPa rồi tiếp tục qua thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn V rồi đi vào đường ống chung đưa đến khâu khử vi lượng khí. Khí tinh luyện qua bộ phân ly đi vào xilanh đoạn VI, rồi được nén đến 31,5MPa, lại qua thiết bị hoãn xung,thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn VI tới đường ống chung vào khâu tổng hợp NH3. Bộ phân ly các đoạn đều có van thải bẩn, dùng đường ống dẫn tới bàn thao tác, tập trung ở ống chung thải bẩn đưa đến thùng tập trung dầu. Hộp đệm các đoạn xilanh máy nén đều có cửa thu hồi khí rò, khi rò ở hộp đệm được phân tách dầu, nước ở thùng tập trung dầu, rồi khí thu hồi tới thủy phong đoạn I vào xilanhđoạn I. Dầu bôi trơn trục được tuần hoàn cưỡng bức bằng áp lực. Dầu bôi trơn trục được hút từ thùng dầu tuần hoàn, qua bộ làm lạnh, qua bộ lọc và theo đường ống chung lên các đoạn. Tại đây dầu bôi trơn trục được chia làm 4 đường: 2 đường vào các đường trượt 2 bên hòm trục; 1 đường vào 2 gối đỡ của động cơ; 1 đường vào nội bộ các trục khuỷu. Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ bôi trơn và lấy nhiệt ma sát các đường dầu bôi trơn trục trên chảy về thùng dầu tuần hoàn. Hộp đệm và xilanh các đoạn của máy nén 6 cấp do bộ tra dầu piston kiểu trụ tiến hành tra dầu bôi trơn xilanh, bộ tra dầu xilanh lắp ở phía trước thân máy thông qua ống dẫn nối liền với các điểm tra dầu. Việc điều chỉnh lượng tra dầu thông quaốc điều chỉnh. Nước làm lạnh tuần hoàn từ ống chung đến và đi vào đường ống chung nước vào của máy, sau đó lần lượt đi vào các vỏ bọc xilanh, bộ làm lạnh các đoạn và bộ làm lạnh dầu. Sau khi làm lạnh, nước được dẫn về đến ống chung rồi tới đường nước về tuần hoàn. Việc làm lạnh hộp đệm các đoạn dùng nước mềm. Nước mềm từ thùng tuần hoàn, qua bơm, qua làm lạnh bằng nước tuần hoàn tới hộp đệm, làm lạnh cho hộp đệm các đoạn rồi quay trở lại thùng tuần hoàn. Nước mềm bổ sung cho lượng rò rỉ được đưa trực tiếp vào thùng tuần hoàn. Một số đặc tính kỹ thuật của máy nén: Áp suất Đoạn I II III IV V VI Cửa vào £ 0,006 £ 0,194 £ 0,71 £ 1,7 £ 4,89 £ 11,2 Cửa ra £ 0,194 £ 0,71 £ 1,7 £ 4,89 £ 11,5 £ 31,5 Nhiệt độ (oC) Đoạn I II III IV V VI Cửa vào £ 40 £ 40 £ 40 £ 40 £ 40 £ 40 Cửa ra £ 148 £ 149 £ 138 £ 138 £ 138 £ 147 Tốc độ quay trục khuỷu máy nén: 300 vòng/phút. Đường kính xilanh (mm): D1 = 1180 D4 = 290 D2 = 700 D5 = 180 D3 = 430 D6 = 160 Lượng nước làm lạnh tiêu hao (kg/h) Xilanh Trạm dầu Bộ làm lạnh 35000 50000 431000 Lượng dầu tiêu hao bôi trơn hộp đệm và xilanh: 1018 kg/h. Áp suất nước vào làm lạnh: ≥ 0,4 MPa Nhiệt độ nước vào làm lạnh: ≤ 32oC Công suất của trục máy nén: 2692kW Chỉ tiêu chủ yếu của động cơ chính Kiểu: TK 2800-20/2600 Công suất định mức: 2800 kW Điện áp định mức: 6000 V Dòng điện định mức: 312 A Tốc độ quay định mức: 300 vòng/phút Hệ số công suất định mức: > 0,9 Chiều quay động cơ: Theo chiều kim đồng hồ nhìn từ đầu trục. Điểm cảnh báo nhiệt độ áp suất Nhiệt độ ra các đoạn > 150oC Cảnh báo Nhiệt độ gối trục chính > 60oC Cảnh báo Nhiệt độ khí vào các đoạn > 45oC Cảnh báo Áp suất cửa vào đoạn 1 < 0,0025MPa Cảnh báo Áp suất cửa ra đoạn 3 > 2,35 MPa Cảnh báo Áp suất cửa ra đoạn 5 > 12,7 MPa Cảnh báo Áp suất cửa ra đoạn 6 > 31,7 MPa Cảnh báo Áp suất nước tuần hoàn vào < 0,25 MPa Cảnh báo Hệ thống khóa liên động bảo vệ Áp suất cửa vào đoạn 1 < 0,0015 MPa Ngừng máy Áp suất dầu < 0,15 MPa Ngừng máy Áp suất nước < 1,5 MPa Ngừng máy Nhiệt độ gối trục chính 80oC Ngừng máy Khi động cơ quay máy làm việc, động cơ chính không thể khởi động được, ngược lại khi máy chính vận hành không thể khởi động động cơ quay máy. Khóa liên động giữa động cơ dầu tuần hoàn, động cơ dầu cao áp với động cơ chính. G. Cương vị Tổng hợp NH3 Nhiệm vụ: Cương vị Tổng hợp NH3 có nhiệm vụ từ N2 và H2 trong khí tinh luyện, ở nhiệt độ và áp suất cao, với sự có mặt của chất xúc tác tổng hợp thành NH3 ở dạng khí trong tháp tổng hợp và được làm lạnh, ngưng tụ và phân ly thành NH3 lỏng đưa đi chứa ở kho cầu. Nguyên lý của quá trình tổng hợp NH3: Đặc điểm của phản ứng tổng hợp NH3 Phản ứng tổng hợp NH3: có các đặc điểm: Làm giảm thể tích; Tỏa nhiệt; Thuận nghịch; Cần có xúc tác để đẩy nhanh tốc độ phản ứng theo chiều thuận; Tỷ lệ H2:N2 = 3:1 là có lợi nhất cho tổng hợ NH3. Hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp NH3: Hằng số cân bằng của phản ứng đang xét được thể hiện bởi phương trình: Trong đó: Kp – Hằng số cân bằng; - Áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng của NH3, H2 và N2, tương ứng, at. Vì phản ứng tổng hợp NH3 làm giảm thể tích, tỏa nhiệt và thuận nghịch nên căn cứ vào nguyên lý chuyển dịch cân bằng La Châtelier thì thấy nếu hạ thấp nhiệt độ, tăng cao áp suất thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận tạo thành NH3, và Kp tăng lên. Động học của quá trình tổng hợp NH3 có chất xúc tác: Phản ứng của H2 và N2 có chất xúc tác rắn để tổng hợp NH3 phụ thuộc vào sự tiếp xúc giữa 2 pha khí-rắn. Cơ chế của quá trình đang xét hiện nay được mô tả khá chính xác theo các bước sau đây: Quá trình di chuyển N2 và H2trong pha khí qua lớp biên thủy lực do đối lưu và khuếch tán; Khuếch tán phần lớn N2 và H2 vào mao quản của chất xúc tác; Hấp phụ N2 và H2trên các tâm hoạt hóa; Phản ứng hóa học giữa N2trong pha rắn với H2 trong pha rắn và cả trong pha khí tạo thành các sản phẩm trong pha rắn NH sau đó là NH2 và cuối cùng là NH3. Nhả NH3 vào pha khí ; Khuếch tán NH3 ra khỏi mao quản đến bề mặt ngoài của chất xúc tác; Di chuyển NH3qua lớp biên thủy lực vào nhân pha khí. Trong đó, khi tốc độ pha khí khá lớn, đòng thời cỡ hạt chất xúc tác nhỏ vừa phải thì ảnh hưởng của khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử đối với tốc độ chung là rất nhỏ, còn quá trình hấp phụ N2 trên các tâm hoạt hóa chậm nhất nên quyết định tốc độ chung. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ quá trình tổng hợp NH3: Áp suất; Nhiệt độ; Ảnh hưởng của khí trơ; Ảnh hưởng của chất xúc tác; Ảnh hưởng của khuếch tán phân tử (cỡ hạt chất xúc tác). Chất xúc tác: Có rất nhiều chất có thể xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3 như Fe, Pt, Mn, W,…Nhưng những chất xúc tác lấy Fe làm thành phần chính ứng dụng rộng rãi hơn vì có nhiều ưu điểm: giá thành rẻ, ở nhiệt độ thấp cũng có hoạt tính tốt, khả năng chống độc mạnh và tuổi thọ cao. Thực tế đang sử dụng 2 loại xúc tác loại A110-1 và A202: A110 – 1 A202 Thành phần Fe3O4 Chất trợ xúc tác: Al2O3, K2O, CaO,…. Fe3O4 Chất trợ xúc tác: Co3O4, Al2O3, K2O, CaO và đất hiếm Một số đặc tính kỹ thuật chủ yếu Hạt rắn màu đen, vô định hình, có ánh kim nhẵn bóng Cỡ hạt: 1,5 – 3,0; 2,2 – 3,3; 3,3 – 4,7; 4,7 – 6,7; 6,7 – 9,4 mm Bề mặt riêng = 13 m2/g Hạt rắn màu đen, vô định hình, có ánh kim nhẵn bóng Cỡ hạt: 2,2 – 3,3; 3,3 – 4,7; 4,7 – 6,7; 6,7 – 9,4; 9,4 – 13 mm Bề mặt riêng = 15 – 18 m2/g Các chất độc Hơi nước, dầu, CO, CO2, H2S, hợp chất sulfua, hợp chất asen, P và hợp chất phospho So sánh A202 có nhiều ưu điểm hơn A110 – 1 như dễ hoàn nguyên hơn, hiệu quả xúc tác vượt trội 7 – 15%, tuy nhiên giá thnahf cao hơn Lưu trình công nghệ: Khí tinh luyện: Khí mới có nhiệt độ < 40oC từ đường ống chung đoạn VI của máy nén 6 cấp, qua thiết bị phân ly dầu nước khí mới để loại bỏ dầu, nước và các tạp chất khác, rồi cùng khí tuần hoàn từ bộ phân ly dầu nước sau máy nén turbinetuần hoàn ra đi vào ống trao đổi nhiệt củathiết bị làm lạnh. Khí này được làm lạnh bằng khí đi lên từ thiết bị phân ly NH3rồi đi vào ống trao đổi nhiệt của thiết bị bốc hơi ngưng tụ NH3. Tại thiết bị bốc hơi ngưng tụ NH3, NH3 lỏng đi ngoài ống nhận nhiệt của khí đi trong ống để bốc hơi, còn khí đi trong ống được làm lạnh xuống -2oC nên NH3 khí được ngưng tụ thành NH3 lỏng và được tách ra ở thiết bị phân ly lần 2, qua van giảm áp đi vào thùng chứa trung gian. Phần khí không ngưng đi vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của thiết bị làm lạnhđể trao đổi nhiệt với khí trong ống, nhiệt độ tăng lên đến khoảng 30oC. Khí sau khi đi ra khỏi thiết bị làm lạnh thì chia làm 2 đường: Đường khí chính đi vào tháp tổng hợp NH3, theo khe hở vành khăn giữa vỏ tháp tổng hợp và rọ xúc tác, đi từ trên xuống để làm lạnh vỏ tháp rồi đi ra ở đáy tháp tổng hợp NH3 (lần 1). Đường khí thứ 2 hỗn hợp với một phần khí đi ra khỏi tháp tổng hợp NH3lần 1 sẽ đi vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt khí – khí. Khí đi ra khỏi tháp tổng hợp NH3lần 1 được chia làm 3 đường: Đường khí thứ 1 đi vào đỉnh tháp tổng hợp NH3, trộn lẫn với khí ra khỏi tầng xúc tác thứ 2 (tầng hướng kính thứ 1) để điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác thứ 3 (tầng hướng kính thứ 2). Hỗn hợp này đi vào tầng xúc tác thứ 3 thực hiện phản ứng tổng hợp NH3 rồi đi trong các ống trao đổi nhiệt dưới đáy tháp tổng hợp NH3để trao đổi nhiệt với đường khí thứ 2 vào tháp tổng hợp NH3 lần 2 đi trong không gian giữa các ống trao đổi nhiệt. Đường khí thứ 2 đi vào tháp tổng hợp NH3lần 2 từ phía đáy. Đường khí thứ 3 hỗn hợp với đường khí thứ 2 ra khỏi thiết bị làm lạnh, rồi đi vào khoảng không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt khí – khívà nhận nhiệt của khí từ nồi hơi nhiệt thừa đi phía trong các ống trao đổi nhiệt. Khí ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt khí – khí có nhiệtđộ 160 – 180oC được chia làm 3 đường đi vào tháp tổng hợp NH3: Đường khí chính đi vào không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt dưới đáy tháp tổng hợp NH3 để trao đổi nhiệt với khí sau phản ứng đi trong các ống trao đổi nhiệt. Nhiệt độ đường khí chính tăng lên đến 380 – 400oC qua ống trung tâm đi vào tầng xúc tác thứ 1 (tầng hướng trục). Đường khí phụ đi vào tháp tổng hợp NH3từ đáy, rồi cùng với đường khí đường chính qua ống trung tâm vào tầng xúc tác thứ 1. Đường khí phụ này có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ của tầng xúc tác thứ 1. Đường khí kích lạnh đi vàotháp tổng hợp NH3từ đỉnh, đi vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt ở giữa tầng hướng trục và tầng hướng kính thứ 1. Đường khí kích lạnh trao đổi nhiệt với hỗn hợp khí phản ứng đi trong các ống trao đổi nhiệt ra từ tầng hướng trục để điều chỉnh nhiệt độ tầng hướng kính thứ 1. Đường khí kích lạnh sau khi trao đổi nhiệt xong đi qua khe hở hỗn hợp với khí ở ống trung tâmđi vào tầng tầng hướng trục. Khí sau phản ứng ra khỏi bộ trao đổi nhiệt dưới đáy tháp tổng hợp NH3 có nhiệt độ khoảng 330oC, đi ra tháp lần 2 và được đưa vào nồi hơi nhiệt thừa. Khí đi trong các ống trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nước mềm để sản xuất hơi nước 0,5MPa.Ra khỏi nồi hơi nhiệt thừa, khí tổng hợp có nhiệt độ khoảng 220oC đi vào trong các ống trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt khí – khí để gia nhiệt cho khí chưa phản ứng ở không gian giữa các ống trao đổi nhiệt. Khí tổng hợp được làm lạnh đến nhiệt độ khoảng 100oC rồi đi vào thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống để làm lạnh bằng nước tuần hoàn.Khí tổng hợp sau đó có nhiệt độ khoảng 35oC thì một phần NH3khí ngưng tụ thành NH3 lỏng và được tách ra ở thiết bị phân ly lần1, qua van giảm áp đưa đến thùng chứa trung tâm. Khí đi ra khỏi thiết bị phân ly lần 1 đi vào máy nén turbine tuần hoàn để bù áp suất do trở lực của hệ thống tổng hợp NH3 gây nên, tiếp tục qua bộ phân ly dầu nước sau turbine để tách dầu, nước và các tạp chất khác. Tiếp theo sẽ hỗn hợp với khí mới từ thiết bị phân ly dầu nước khí mới. Khí thải bỏ và khí thùng chứa: Khí thùng chứa từ thùng chứa trung gian hay kho cầu có hàm lượng NH3 khoảng 35% với một phần khí tuần hoàn có hàm lượng NH3 9 – 11% sau thiết bị phân ly I được giải phóng để duy trì hàm lượng khí trơ không đổi trong khí tuần hoàn vào tháp tổng hợp NH3được đưa vào tháp hấp thụ NH3 từ đáy. Tháp hấp thụ NH3 dùng nước mềm đã qua làm lạnh, tăng áp hấp thụ thu hồi lượng NH3 bị thải bỏ thành nước NH3 11 – 12%, rồi đem chưng lấy NH3 lỏng, còn khí tiếp tục được qua bộ thẩm thấu màng cellulose để thu hồi H2cho quay trở lại đoạn IV của máy nén 6 cấp làm khí nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3. Khí không thẩm thấu giàu N2, CH4làm khí đốt. NH3 lỏng: NH3 lỏng được phân ly từ các thiết bị phân ly I, II được giảm áp xuống 2,35 MPa rồi vào thùng chứa trung gian sau đó tiếp tục đưa tới chứa ở kho cầu. NH3lỏng từ hệ thống hấp thụ chế lạnh cấp cho thùng cao vị NH3 lỏng. Tại đây NH3 lỏng đi xuống đáy thiết bị bốc hơi ngưng tụ nhận nhiệt hóa khí, NH3 khíđược tập trung về thùng cao vị để phân ly những giọt NH3 lỏng đi theo, NH3 khí đi về hệ thống hấp thụ chế lạnh thành NH3 lỏng. Khí bảo vệ máy nén turbine tuần hoàn: Khí bảo vệ máy nén turbine tuần hoàn là khí mới từ đường ống chung đến, qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm để làm lạnh bằng NH3 khí từ thùng cao vị đến, nhiệt độ hạ từ 35 – 40oC xuống còn 15oC, qua bộ phân ly tách dầu, nước tiếp tục vào bộ sấy silicagel để sấy khô triệt để hơi nước. Khí này đi qua khe hở giữa stato và roto máy nén turbine tuần hoàn làm nhiệm vụ cách điện động cơ, sau đó hỗn hợp với khí tuần hoàn đi vào buống nén của máy nén turbine tuần hoàn. Nước và hơi nước: Nước làm lạnh do trạm bơm nước tuần hoàn cung cấp, nước về quay trở lại mạng ống nước tuần hoàn. Nước dùng cho nồi hơi nhiệt thừa là nước mềm khử oxy do trạm nước mềm ở xưởng Nhiệt cung cấp. Hơi nước từ nồi hơi nhiệt thừa có áp suất 0,5 MPa được hòa vào mạng ống hơi chung toàn công ty. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Nhiệt độ Thể khí vào tháp tổng hợp lần 1 ≤ 40oC Thể khí ra tháp tổng hợp lần 1 < 70oC Thể khí ra tháp tổng hợp lần 2 ≤ 330oC Thể khí vào tháp tổng hợp lần 2 ≤ 180oC Thể khí ra lò hơi nhiệt thừa ≤ 220oC Làm việc của xúc tác tổng hợp NH3 ≤ 510oC Áp suất Cửa ra máy nén tuabin tuần hoàn ≤ 31,4 MPa Thùng chứa trung gian ≤ 2,35 MPa Tốc độ tăng và hạ áp tháp 0,2÷0,49 MPa/phút Tốc độ tăng và hạ áp tuabin 0,2÷0,3 MPa/phút NH3 lỏng đến thùng cao vị ≥ 1 MPa Chênh áp toàn hệ thống ≤ 2,35 MPa Chênh áp trong và ngoài rọ xúc tác < 0,7 MPa Lưu lượng Qua lò điện ≥ 10000 Hm3/h Khí bảo hộ tuabin ≥ 1000 Hm3/h Qua tuabin tuần hoàn ≥ 50% lưu lượng tối đa của hệ thống Lò điện Công suất 1000 kW Tuabin Chênh lệch áp suất lớn nhất ≤ 2,35 MPa Chênh lệch áp suất nhỏ nhất > 3% áp suất cửa vào Áp suất khí bảo hộ lớn hơn áp suất khí tuần hoàn: 5 kg/cm2 Độ cách điện của động cơ ≥ 0,5 MΩ Áp suất dầu bôi trơn > Áp suất cửa ra tuabin Dòng điện định mức ≤ 700 A Công suất tuabin ≤ 550 kW Nhiệt độ khí bảo hộ ≤ 15oC Nhiệt độ stato ≤ 60oC Nhiệt độ khí ra tuabin ≤ 48oC Dịch diện thùng tra dầu > 1/3 dịch diện Phân tích Khí mới, H2 73÷75% Khí tuần hoàn, H2 62÷66% NH3 trong khí thể ra tháp tổng hợp ≥ 13% NH3 trong khí thể vào tháp tổng hợp < 4% Hàm lượng khí trơ trong khí mới CH4 + Ar < 1,3% Hàm lượng khí trơ trong khí tuần hoàn 12÷14% Nồng độ CO + CO2 < 20 ppm Độ thuần NH3 lỏng Loại 1 99,8% Loại 2 99,5% 2. 2. 3. Xưởng Urea 2. 2. 3. 1. Nhiệm vụ Xưởng Urea có nhiệm vụ tổng hợp urea (NH2)2CO từ các nguyên liệu NH3, CO2 và sản xuất CO2 lỏng, rắn. 2. 2. 3. 2. Cơ sở lý thuyết quá trình tổng hợp urea Phản ứng tổng hợp urea từ NH3 và CO2: Urea được tổng hợp nhờ phản ứng hóa học giữa NH3 với CO2 theo phản ứng tổng quát: 2NH3 + CO2 ↔ (NH2)2CO + H2O + Q Phản ứng này diễn ra theo 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: tạo thành ammonium cacbamate: 2NH3 + CO2 ↔ NH4CO2NH2 + Q Giai đoạn 2:tách nước ammonium cacbamate thu được urea: NH4CO2NH2 ↔ (NH2)2CO – Q Giai đoạn tách nước ammonium carbamate xảy ra tương đối chậm nên có thể coi là giai đoạn khống chế tốc độ của quá trình tổng hợp urea. Trong quá trình tổng hợp urea, hỗn hợp phản ứng được chia làm 2 pha: Pha khí gồm NH3, CO2 và hơi nước; Pha lỏng gồm ammonium cacbamat, Ure, amonium carbonate, nước. Các phản ứng chủ yếu xảy ra trong pha lỏng vì khối lượng các chất ban đầu càng cao thì áp suất trong tháp càng tăng và giảm khối lượng ammonium cacbamate có thể phân giải thành NH3 và CO2, đồng thời tăng tốc độ chuyển hóa ammonium carbamate thành urea. Có nhiều công nghệ tổng hợp urea khác nhau chủ yếu ở phương pháp thu hồi và sử dụng NH3 và CO2 chưa phản ứng: Công nghệ tổng hợp urea không tuần hoàn; Công nghệ tổng hợp urea bán tuần hoàn; Chu trình sản xuất tuần hoàn toàn bộ. Quá trình chưng cất phân giải dung dịch urea: Trong dung dịch urea có chứa (NH2)2CO, NH4CO2NH2, NH3, CO2, H2O. Để thu hồi các khí nguyên liệu còn tồn tại trong dung dịch tổng hợp người ta sử dụng các giai đoạn chưng cất phân giải trung áp và thấp áp. Quá trình phân giải ammonium carbamate là quá trình thu nhiệt giảm thể tích. Vì vậy nếu giảm áp suất, tăng nhiệt độ thì phần ammonium carbamate chưa chuyển hóa nằm trong dung dịch tổng hợp sẽ bị phân giải thành NH3 và CO2. Quá trình giảm áp và tăng nhiệt độ cũng làm cho lượng hòa tan của NH3 và CO2 trong dung dịch giảm đi nhiều. Quá trình phân giải ammonium carbamate kèm theo nhiều phản ứng phụ kể cả mất mát một lượng urea: NH4CO2NH2 ↔ 2NH3 + CO2 NH4CO2NH2+ H2O ↔ (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 ↔ NH4HCO3 + NH3↑ (NH2)2CO + H2O ↔ NH4CO2NH2 NH4CO2NH2 + H2O ↔ (NH4)2CO3 2(NH2)2CO ↔ NH2CONHCONH2 + NH3↑ (NH2)2CO ↔NH4CNO ↔ NH3↑ + HCNO 3HCNO ↔ H3C3N3O3 Giai đoạn đầu tiến hành phân giải dung dịch tổng hợp trung áp ở áp suất 17 MPa, có đến 90% ammonium carbamat bị phân hủy. Ở đây có các quá trình phân giải, hấp thụ, ngưng tụ. Quá trình phân giải ammonium carbamate đòi hỏi áp suất thấp thì hiệu quả mới cao. Ngược lại, các quá trình hấp thụ, ngưng tụ NH3 và CO2 đòi hỏi áp suất cao thì hiệu quả mới cao. Như vậy cần phải lựa chọn được áp suất làm việc thích hợp Căn cứ lựa chọn áp suất làm việc thích hợp dựa vào nhiệt độ nước làm lạnh của bộ ngưng tụ NH3. Vì phải ngưng tụ NH3 dạng khí thành dạng lỏng mà nhiệt ngưng tụ NH3được khống chế bởi nước làm lạnh và do đó tùy theo nhiệt độ môi trường.Khi đã lựa chọn được nhiết độ ngưng tụ NH3 thì cũng chính là lựa chọn được áp suấtngưng tụ NH3 hay áp suất làm việc. Với nước làm lạnh ở nhiệt độ môi trường thì lựa chọn ngưng tụ NH3ở áp suất 17MPa. Ở áp suất cao không thể tách hoàn toàn NH3 và CO2 ra khỏi dung dịch tổng hợp. Để tách triệt để chúng cần phải hạ áp suất làm việc xuống cỏn 0,2 – 0,3 MPa, điều kiện đólàm lượng NH3 bay hơi càng nhiều, hiệu suất phân giải ammonium carbamate càng cao. Để ngăn ngừa quá trình thủy phân urea và quá trình hình thành biuretthìnhiệt độ chưng cất phân giảidung dịch ureaphải thấp. Tuy nhiên nhiệt độ cao có lợi cho quá trình phân giảiammonium carbamat và quá trình bay hơi NH3. Do đócần lựa chọn được nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn chưng cất phân giải dung dịch ureathấp áp. Cuối cùng cũng phải rút ngắn thời gian lưu để tránh mất mát urea. Quá trình bốc hơi cô đặc dung dịch urea: Quá trình cô đặc dung dịch urea có tác dụng làm giảm hàm lượng NH3 và CO2 trong dung dịch urea rasau giai đoạn chưng cất phân giải dung dịch urea thấp áp và có được hàm lượng urea ≥ 99,7%. Cụ thể hàm lượng NH3giảm từ 1,4% xuống còn 0,3%. Quá trình bốc hơi cô đặc kèm theo làm mất mát urea được xác định bởi quá trình thủy phân và quá trình hình thành biuret. (NH2)2CO + H2O ↔ 2NH3 + CO2 2(NH2)2CO ↔ NH2CONHCONH2 + NH3 Phản ứng tạo thành biuret xuất hiện ở nhiệt độ nóng chảy của urea. Thực nghiệm cho thấy tốc độ tạo thành biuret tăng khi nhiệt độ tăng. Vì vậy trong quá trình bốc hơi cô đặc dung dịch urea phải tìm cách hạ nhiệt độ tới mức có thể được. Việc bốc hơi cô đặc dung dịch urea ở áp suất thấp làm hạ nhiệt độ sôi của dung dịch urea, nhất là khi nồng độ của dung dịch urea tăng lên. Để đặt được nồng độ urea ≥ 99,7% thì phân áp hơi nước trong pha khí phải hạ thấp. Việc giảm áp suất khi bốc hơi cô đặc dung dịch urea phải dựa trên nhiệt độ sôi và nhiệt độ kết tinh của nó. Nếu bốc hơi cô đặc dung dịch urea ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh của nó thì các tinh thể tạo ra sẽ tách ra gây tắc thiết bị. Thực tế quá trình bốc hơi cô đặc dung dịch urea được chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: dùng áp suất >200mmHg để làm bốc hơi một lượng lớn nước, nâng nồng độ urea lên 95%. Nhiệt độ bão hòa của dung dịch urea là 120oC nên ở giai đoạn này khống chế nhiệt độ cao hơn ở khoẳng 128÷132oC để tránh dung dịch urea kết tinh. Giai đoạn 2: yêu cầu nồng độ urea phải đạt 99,7%, nên áp suất phải duy trì thấp tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch urea trong khoảng 138 – 142oC. Thời gian lưu của càng dài thì quá trình thủy phân urea càng cao nên việc cô đặc trong áp suất chân không sẽ rút ngắn thời gian lưu vừa hạn chế tạo thành biuret. Để đàm bảo thời gian lưu ngắn thì phải đảm bào tốc độ bốc hơi cao. Do đó phải liên tục cấp nhiệt, rút lượng hơi nước hình thành ra ngoài. Thường chọn thiết bị bốc hơi cô đặc ống chùm làm việc chế độ màng, dung dịch urea vào trong các ống trao đổi nhiệt từ đáy, hơi nước gia nhiệt ngược chiều ở không gian bên ngoài. Cơ sở của quá trình tạo hạt Ở đoạn cuối của quá trình bốc hơi cô đặc, dung dịch urea nóng chảy gần như đã được giải phóng hoàn tàn khỏi nước, được gia nhiệt để ngăn chặn kết tinh trước khi đưa đi tạo hạt. Hạt urea tạo thành trong tháp tạo hạt cao nhờ không khí đưa ngược chiều với các giọt urea nóng chảy. Quá trình tạo hạt có thể chia làm 3 giai đoạn: Làm lạnh giọt urea lỏng từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đông cứng; Đông cứng giọt urea ở nhiệt độ không đổi; Làm lạnh hạt urea từ nhiệt độ đông cứng đến nhiệt độ sản phẩm. 2. 2. 3. 3. Lưu trình công nghệ Lưu trình công nghệ xưởng Urea như Hình 7. Lưu trình công đoạn nén CO2: Khí CO2 từ công đoạn tinh chế khí ở xưởng Tổng hợp NH3 cấp sang có chất lượng như sau: nồng độ CO2 ≥ 98%, H2S ≤ 30 mg/m3, áp suất 300 – 600 mmH2O, nhiệt độ ≤ 40oC. Trước khi vào máy nén khí được bổ sung thêm một lượng không khí nén đạt tỷ lệ nồng độ O2/CO2 = 0,5% thể tích. Qua hoãn xung đoạn I, sau đó vào đoạn I nâng áp suất lên 0,24 MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đoạn I hạ nhiệt độ khí xuống còn 35 – 40oC vào đoạn II nâng áp suất lên 1,05MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đoạn II hạ nhiệt độ khí xuống còn 35 – 40oC vào đoạn III. Khí sau đoạn III có áp suất 3,36 MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phânly đoạn III. Sau đó khí được đưa sang tháp khử H2S đảm bảo hàm lượng H2S ≤ 5mg/Nm3 rồi qua bộ lọc tạp chất cơ học. Sau đó một phần khí được đưa đi đoạn cân bằng, lượng khí còn lại tiếp tục đưa vào đoạn IV nâng áp suất lên 8,05 MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đoạn IV giảm nhiệt xuống còn 35 – 40oC vào đoạn V nâng áp suất lên đến 20MPa, nhiệt độ120oC đưa sang tháp tổng hợp urea. Hình 7. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng Urea Lưu trình công đoạn tổng hợp Ure Khí nguyên liệu gồm: NH3 lỏng có áp suất 1,95 – 2,1 MPa, nhiệt độ 15 – 30oC, nồng độ NH3 ≥ 99,8% từ kho cầu thuộc xưởng tổng hợp NH3 cấp đến qua đo lưu lượng vào bộ lọc lọc tạp chất rồi qua van điều tiết vào thùng chứa NH3 sao cho luôn ở mức 2/3.Từ ngăn thứ 1 thùng chứa NH3 được dẫn tới bơm piston cao áp nâng áp suất lên 20 MPa rồi đi qua thiết bị gia nhiệt nâng nhiệt độ lên 35 – 50oC khi chạy máy bình thường và 150oC khi chạy máy ban đầu. Tiếp theo đưa vào đáy tháp tổng hợp urea. Từ ngăn thứ 2 của thùng chứa NH3 được dẫn đi khống chế nhiệt độ phần đỉnh và đáy tháp hấp thụ đoạn 1. Khí CO2 từ công đoạn nén CO2 có áp suất 20 MPa, nhiệt độ 120oC đưa vào đáy tháp tổng hợp urea. Tại tháp tổng hợp urea xảy ra phản ứng tổng hợp urea. Hiệu suất chuyển hóa là 65 – 68%, thời gian lưu 45 – 60 phút. Dung dịch urea gồm có urea, ammoniun carbamate, NH3 tự do, khí không tham gia phản ứng và nước qua van điều tiết giảm áp suất xuốngcòn 1,65 – 1,7 MPa, nhiệt độ 120oC đưa vào thiết bị dự phân ly. Phần khí tách ra ở thiết bị dự phân ly và khí ở thiết bị chưng cất phân giải dung dịch urea trung áp (đã qua gia nhiệt cho thiết bị bốc hơi cô đặc giai đoạn 1) vào thiết bị làm lạnh hạ nhiệt độ xuống còn 90 – 100oC rồi tiếp tục đưa vào thiết bị hấp thụ. Phần dịch từ thiết bị phân ly ra tiếp tục đi vào thiết bị chưng cất phân giải dung dịch urea trung áp, tại đây khí được tách ra bay lên trên, còn lại phần dịch được đưa sang thiết bị gia nhiệt đun nóng lên đến nhiệt độ 155 – 160oC bằng hơi nước quá nhiệt 1,27MPa rồi đưa sang thiết bị phân ly. Khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa trở lại thiết bị chưng cất phân giải dung dịch urea trung áptrợ nhiệt cho dung dịch từ thiết bị dự phân ly chảy đến rồi cùng với lượng khí ở chưng cất phân giải dung dịch urea trung áp bay lên trên. Dung dịch ở thiết bị phân ly qua van tiết lưu giảm áp xuống còn 0,25 – 0,35 MPa, nhiệt độ 110 – 120oC được đưa sang thiết bị chưng cất phân giải thấp áp. Ở phần trên của thiết bị chưng cất phân giải trung áp, khí được tách ra và bay lên, còn dung dịch được dẫn qua thiết bị gia nhiệt bằng hơi nước 1,27MPa tăng nhiệt độ lên 145 – 150oC rồi quay trở lại phần dưới của thiết bị chưng cất phân giải trung áp, khí ra ở đây được tập trung ở đỉnh, còn dung dịch urea ra ở phần đáy, qua tiết lưu về áp suất thường vào thiết bị bốc hơi nhanh rồi vào thiết bị bốc hơi cô đặc đoạn 1, phần dưới được gia nhiệt bởi khí hỗn hợp từ thiết bị chưng cất phân giải trung áp, đoạn trên gia nhiệt bởi hơi nước 1,27 MPa nâng nhiệt độ dung dịch urea lên 120 – 130oC. Sau đó dung dịch ureaqua thiết bị phân ly, rồi tiếp tục qua thiết bị gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên đến 136 – 140oC rồi vào tiếp thiết bị phân ly. Ở đây phần khí bốc lên đỉnh, còn dung dịch urea lúc này đạt nồng độ 99,8% được dẫn xuống bơm urea đậm đặc để bơm lên đỉnh tháp tạo hạt. Nhờ vòi phun, giọturea lỏng rơi xuống từ đỉnh tháp, ở đỉnh tháp có lắp 2 quạt gió, hút gió ngược từ dưới lên để làm lạnh giọt urea đang rơi xuống đáy tháp và tạo thành hạt urea. Dưới đáy tháp tạo hạt nhờ hệ thống sàng phân loại để loại bỏ những hạt không hợp cách cho tuần hoàn tạo hạt lại, còn những hạt hợp cách được dẫn vào băng tải dẫn đến bộ phận làm lạnh và phun chất phụ gia chống đóng cục rồi tiếp tục qua hệ thống băng tải, urea thành phẩm được chuyển đến bộ phận đóng bao, rồi xếp vào kho. Phần hơi thứ từ thiết bị bốc hơi nhanh và các thiết bị phân ly được các bơm tuy-e hút qua các thiết bị làm lạnh ngưng tụ, tương ứng. Dung dịch ngưng tụ được tập trung về thùng chứa sau đó được bơm lên các thiết bị hấp thụ để hấp thụ với khí ở thiết bị chưng cất phân giải thấp áp đưa sang. Dung dịch ở thiết bị hấp thụ thứ 1được bơm tăng áp lên 1,7 MPa cùng với khí ở thiết bị chưng cất phân giải trung áp qua trao đổi nhiệt với dung dịch urea ở thiết bị chưng cất cô đặc giai đoạn 1 đưa về thiết bị hấp thụ đoạn 1. Khí từ hấp thụ ở thiết bị hấp thụ thứ 1còn lại được hấp thụ tiếp ở thiết bị hấp thụ thứ 2. Dung dịch sau hấp thụ ởthiết bị hấp thụ thứ 2 được bơm nâng áp lên 1,7 MPa đưa vào thiết bị hấp thụ khí trơ để hấp thụ khí không ngưng ở các thiết bị ngưng tụ. Dung dịch sau hấp thụ ở thiết bị hấp thụ khí trơ được đưa về phần đỉnh của thiết bị hấp thụ đoạn 1 để rửa lượng ammonium carbamate tích tụ trên các tầng đĩa. Khí NH3 từ đáy thiết bị hấp thụ đoạn 1 bay lên phần đỉnh và được rửa bằng NH3 lỏng để khử triệt để CO2, tiếp đó khí NH3 bay lên thiết bị ngưng tụđể ngưng tụ rồi đưa về thùng chứa NH3cùng với NH3 từ kho cầu đưa vào. Khí không hấp thụ hết ở thiết bị hấp thụ khí trơ và thiết bị hấp thụ thứ 2 được tập trung đưa vào thiết bị hấp thụ khí cuối, dịch đưa về thùng chứa riêng rồi đem chưng luyện thu hồi NH3, còn khí sau hấp thụ thải ra ngoài. Một số chỉ tiêu công nghệ chính: Áp suất Tháp tổng hợp Ure: 20 MPa Tuần hoàn đoạn 1: 1,7 ± 0,05 MPa Tuần hoàn đoạn 2: 0,2 ± 0,02 MPa Hệ thống chưng nhả NH3: 0,35 ± 0,02 MPa Chân không cô đặc đoạn 1: 34,65 ÷ 32 KPa Chân không cô đặc đoạn 2: 8 ÷ 5,33 KPa Đường hơi nước vào hệ thống: 1,27 MPa Nhiệt độ Tháp tổng hợp: 180 ÷ 188oC Dịch đáy tháp hấp thụ 715: 85 ÷ 95oC Khí ra hấp thụ 715: 45 ÷ 50oC Dịch ra phân giải đoạn 1: 155 ÷ 160oC Dịch ra phân giải đoạn 2: 145 ÷ 150oC Dịch ra hấp thụ 720: ≤ 35oC Dịch ra hấp thụ 721: 28 ÷ 35oC Khí ra đỉnh tháp 727: 115 ÷ 120 oC Dịch ra đáy tháo 727: 145 ÷ 147 oC Dịch ra khỏi 732: 125 ÷ 130 oC Dịch ra khỏi 734: 136 ÷ 140 oC Khí ra khỏi 718: 28 ÷32 oC Khí ra khỏi 719: 33 ÷35 oC Thành phần Dịch đáy 715: CO2 = 30 ÷ 34% Khí ra đỉnh 715: CO2 ≤ 75 ppm Dịch ra 720: CO2 ≤ 20% Dịch ra 721: NH3 ≥ 30%; CO2 ≤ 2% 2. 2. 3. 4. Các cương vị chính Xưởng Urea có các cương vị chính sau: Cương vị Nén CO2; Cương vị Khống chế; Cương vị Tuần hoàn; Cương vị Bơm; Cương vị Cô đặc tạo hạt; Cương vị Băng tải. Chương 3.Các vấn đề môi trường trong sản xuất urea của Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc 3. 1. Các dòng thải chính trong công nghệ sản xuất urea Hà Bắc 3. 1. 1. Xưởng Tạo khí: a) Khí thải và tiếng ồn Khí thổi gióphóng không từ 2 lò tạo khí không có hệ thống thu hồi khí thổi gió, mặc dù hiện nay 2 lò tạo khí này chủ yếu ở chế độ làm việc dự phòng. Khí thổi gió có thành phần ô nhiễm điển hình là hàm lượng CO lớn, ngoài ra có CO2, NOx, H2S, bụi,…. Khí thải từ hệ thống thu hồi khí thổi gió đối với 8 lò tạo khí còn lại. Hệ thống thu hồi khí thổi gió được thiết kế và lắp đặt từ năm 2002 bởi các chuyên gia Trung Quốc, là một bước cải tạo công nghệ và môi trường quan trọng của Công ty. Nhờ đó, tận thu được nhiệt khí thổi gió để sản xuất 12 – 16 tấn hơi bão hòa 1,37 MPa/h đồng thời xử lý triệt để CO đến mức cho phép. Tuy nhiên, khí thải sau đó có hàm lượng lớn CO2 mặc dù hiện tại Luật pháp môi trường không yêu cầu xử lý CO2. Bụi chủ yếu gây ô nhiễm khu vực sản xuất như kho than, băng tải than, các bộ phận xúc than và tro xỉ thủ công. Bụi trong khí than ẩm được tách triệt để nhờ lắng ở lò đốt, qua thủy phong túi rửa, các tháp rửa, lắng ở két khí và bởi lọc bụi tĩnh điện. Tiếng ồn phát sinh ở các quạt không khí vào lò tạo khí. b) Nước thải Nước thải hấp thụ các chất ô nhiễm có từ trong than như CN−, H2S, NH3, … và mang theo nhiệt gây ô nhiễm cho nguồn nước.Nước thải phát sinh từ các thiết bị khử bụi, làm mát khí than ẩm như các thủy phong túi rửa, các tháp rửa, két khí, lọc bụi điện với lượng nước khá lớn. Nước thải này được đưa về 6 bể lắng. Nước làm mát xỉ than được cho xuống rãnh về 3 bể lắng than trước, rồi cũng đưa về 6 bể lắng. Sau đó, nước được đưa về bể lắng trung gian. Tại đây tiến hành sục khí CO2 để khử độc CN− theo cơ chế tạo ra H2CO3 đẩy CN− khỏi HCN thành HOCN ít độc hại hơn, rồi nhờ oxy không khí thủy phân HOCN thành NH3 và CO2. Cũng tại đây có 3 bơm nước nóng bơm nước lên 2 tháp làm lạnh. Tháp làm lạnh có các vòi phun nước rơi xuống giàn làm mát bằng đệm tre hoặc gỗ, phía trên còn lắp 2 quạt trục lưu để hút không khí tăng cường làm mát nước, phía dưới là bể chứa nước lạnh. Nước lạnh được 3 bơm nước lạnh bơm tuần hoàn. Do nước tuần hoàn bị tổn thất nên thường xuyên được bơm nước bổ sung. c) Chất thải rắn Bụi thu từ các bể lắng được định kỳ thu vét, giẻ dầu, đệm tre hoặc gỗ được thu gom đem đốt tận thu nhiệt ở xưởng Nhiệt điện. Tro xỉ than được thu gom về bãi chứa để bán cho các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng. 3. 1. 2. Xưởng NH3 a) Khí thải và tiếng ồn Khí thải chứa chủ yếu H2S từ công đoạn tái sinh dung dịch keo tananh từ tháp khử H2S thấp áp để thu hồi lưu huỳnh. Khí thải ra sau công đoạn thu hồi NH3từ khí thải bỏ và khí thùng chứa có thành phần CH4 dễ cháy được đem đốt tận thu nhiệt. Khí rò rỉ từ các thiết bị, đường ống có chứa CO, H2S, H2 dễ gây cháy nổ, ngộ độc nên luôn được chú ý đề phòng an toàn. Tiếng ồn phát sinh nhiều nhất từ máy 6 cấp chạy 24/24 và từ các bơm hóa chất khi hoạt động. b) Nước thải Một lượng lớn nước cấp để làm mát các thiết bị sau đó được tuần hoàn và không gây ô nhiễm. Nước thải do rò rỉ các dung dịch hấp thụ ở các công đoạn tinh chế khí. Nước thải chưa NH3 loãng sau tháp chưng thu hồi NH3 ở công đoạn khử vi lượng khí. Các dung dịch hấp thụ thải do mất năng lực làm việc. Dầu bôi trơn xilanh 1,5kg/h/1đoạn của máy nén 6 cấp; 18000l dầu bôi trục tuần hoàn/ 15000 h làm việc của máy nén 6 cấp. c) Chất thải rắn Chất thải rắn chủ yếu là các thùng chứa dầu bôi trơn, thùng đựng hóa chất và chất xúc tác hết hoạt lực. 3. 1. 3. Xưởng Urea a) Khí thải và tiếng ồn Khí thải được phóng không từ thiết bị hấp thụ khí cuối có thành phần chủ yếu là NH3. Khí thải trong tháp tạo hạt mang theo một lượng hơi nước và bụi urea. Tiếng ồn do các quạt hút không khí ở tháp tạo hạt. b) Nước thải Nước thải từ hệ thống cô đặc và một số công đoạn khác được tập trung về thiếtt bị chưng thu hồi NH3 . Tại đây nước thải có chứa khoảng 0,7 – 1% NH3 và 1 – 1,5% urea. c) Chất thải rắn Urea rơi vãi, bao bì hỏng trong quá trình đóng bao, lưu kho. 3. 1. 4. Các dòng thải khác Ngoài các dòng thải công nghệ như trên còn có nước thải và chất thải sinh hoạt phát sinh từ các khu hành chính và sinh hoạt của cán bộ và công nhân. Bụi phát sinh do hoạt động vận chuyển hàng hóa và vật liệu, đặc biệt ở tuyến đường trước Công ty gây ảnh hưởng trực tiếp đến khu dân cư gần đó. 3. 2. Khắc phục vấn đề môi trường trong sản xuất urea Hà Bắc Khắc phục vấn đề môi trường trong sản xuất những giúp doanh nghiệp đảm bảo tuân thủ Luật pháp về môi trường, đồng thời có ý nghĩa kinh tế giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và nâng tầm thương hiệu. Thực tế Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc nhận thức rõ điều này và đã thực hiện những hành động cụ thể. Phòng Kỹ thuật an toàn-môi trường có chức năng nhiệm vụ chính đối với các vấn đề an toàn lao động và môi trường. Các hoạt động của Công ty để giải quyết vấn đề môi trường của mình: Năm 2002 thực hiện dự án cải tạo dây chuyền sản xuất do các chuyên gia Trung Quốc đảm nhiệm, trong đó có module thiết kế và lắp đặt hệ thống thu hồi khí thổi gió cho phép tận thu nhiệt và xử lý dòng khí thải điển hình. Nước thải công nghệ chứa hàm lượng N cao trước đây thải trực tiếp ra kênh mương tưới tiêu thủy lợi của các khu vực xung quanh nhưng hiện tại cũng được xử lý nhờ tuần hoàn và thu hồi trước khi thải ra môi trường. Đối với chất thải nguy hại như dầu xi lanh và dầu bôi trơn trục thải, thùng hóa chất, chất xúc tác mất hoạt tính và các dung dịch hấp thụ hết khả năng làm việc được phân loại, lưu giữ riêng và Công ty thuê đơn vị ngoài về xử lý. Các giải pháp cho phép giảm dòng thải tại nguồn sau đây nằm trong quy trình của từng cương vị: Kiểm soát tốt chất lượng than đầu vào; Vận hành đúng quy trình, thao tác chính xác giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm định mức tiêu thụ điện, nước và hóa chất; Bảo ôn tốt hệ thống đường ống dẫn hơi, dung dịch để tránh thất thoát nhiệt gây lãng phí nhiên liệu; Kiểm soát, khắc phục những điểm rò rỉ tại các máy bơm, thiết bị, đường ống dẫn bảo đảm tránh xảy ra các sự cố. Nước thải sinh hoạt được xử lý tập trung, chất thải rắn sinh hoạt có quy định thu gom, phân loại. Hoạt động vệ sinh khu vực sản xuất và môi trường cảnh quan được thực hiện thường ngày, các khuôn viên trồng cây xanh và hoa giúp cải thiện môi trường lao động rất nhiều. Thường xuyên tổ chức hoạt động truyền thông môi trường và huấn luyện an toàn lao động cho cán bộ, công nhân. Thực tế dựa vào quan sát sơ bộ có thể đánh giá hệ thống quản lý môi trường hiện tại của Công ty hoạt động tương đối tốt. Mặc dù vậy, theo tìm hiểu thì đến thời điểm hiện tại Công ty chưa tiến hành đánh giá sản xuất sạch hơn, hay xây dựng hệ thống quản lý môi trường theo ISO 14001 và nhận thức của một số cán bộ, công nhân khi được hỏi về những vấn đề này còn hạn chế. Một mặt khác cần nhìn nhận rằng dây chuyền sản xuất urea Hà Bắc đang vận hành đã rất lạc hậu, định mức tiêu thụ tài nguyên cao và phát sinh nhiều dòng thải. Tuy nhiên trong chiến lược phát triển Công ty thời gian tới mà cụ thể là Dự án cải tạo – mở rộng Nhà máy Phân đạm Hà Bắc trực thuộc được khởi công ngày 28/ 11/ 2010 thì vấn đề vừa nêu có thể được giải quyết triệt để. Theo đó: Bỏ toàn bộ công đoạn khí hoá than, khí than cung cấp cho dây chuyền sản xuất hiện có được lấy từ dây chuyền mới; Bỏ toàn bộ công đoạn khử lưu huỳnh trong khí than ẩm hiện có, chỉ tận dụng hệ thống tái sinh dung dịch keo tananh và các thiết bị chứa dung dịch; Cải tạo hệ thống thiết bị của công đoạn biến đổi CO cho phù hợp với dây chuyền sản xuất sau cải tạo; Đầu tư mới 4 máy nén khí N2-H2kiểu piston phù hợp với dây chuyền sản xuất sau cải tạo để thay thế máy nén 6 cấp hiện có; NH3 của dây chuyền sản xuất sau cải tạo sẽ được chứa chung vào kho chứa NH3của dây chuyền sản xuất mới nên toàn bộ kho chứa NH3 hiện có sẽ bỏ; Xây mới và cải tạo các trạm nước tuần hoàn hiện có bảo đảm toàn bộ nước làm lạnh dùng nước tuần hoàn; Yêu cầu về xử lý môi trường: toàn bộ các chất thải khí, lỏng và rắn trước khi thải ra môi trường phải xử lý đạt các tiêu chuẩn mới nhất của Việt Nam; môi trường vi khí hậu – tiếng ồn cũng phải xử lý đạt các tiêu chuẩn mới nhất của Việt Nam. Dự án này có tổng trị giá 568,6 triệu USD dự kiến hoàn thành trong năm 2014 không những có ý nghĩa kinh tế − xã hội quan trọng cho tỉnh Bắc Giang và ngành công nghiệp phân bón Việt Nam, đồng thời có ý nghĩa lớn về môi trường và giúp nâng tầm thương hiệu Đạm Hà Bắc. Kết luận và Kiến nghị Kết luận: Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc có lịch sử lâu dài và vị thế quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất Việt Nam. Công nghệ sản xuất urea Hà Bắc hiện tại tuơng đối lạc hậu so với công nghệ tốt nhất hiện có trên thế giới do đó dẫn đến hiệu quả sản xuất kém, định mức tiêu thụ tài nguyên cao và phát sinh nhiều vấn đề môi trường. Việc thực hiện Dự án cải tạo – mở rộng Nhà máy Phân đạm Hà Bắc là bước đi chiến lược đáp ứng mục tiêu phát triểnvà bảo đảm tuân thủ Luật pháp về môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Mặc dù do hạn chế về mặt công nghệ nhưngCông ty đã có những nỗ lực trong quản lý môi trường và cải tiến kỹ thuật sáng tạo, hiệu quả giúp duy trìsản xuất năng suất cao đồng thời bảo đảm phần nào vấn đề môi trường. Các ví dụ cụ thể nhưviệc cán bộ, công nhân chấp hành nghiêm các quy định vệ sinh môi trường được ban hành, tuân thủ quy định của Nhà nước về quản lý chất thải nguy hại và các giải phápkỹ thuật tuần hoàn nước, hay thu hồi khí thổi gió để tận dụng nhiệt dư và xử lý CO. Kiến nghị: Với thời gian thực tập hạn chế cùng với nguyên nhân chủ quan nên những phần được tìm hiểu còn khiêm tốn.Nếu có điều kiện thì mong rằng nội dung thực tập có thể mở rộng hơn nữa, chẳng hạn, tìm hiểu thêm về tác động môi trường của Công ty đối với khu vực dân cư xung quanh./.