Đề tài Mô hình xử lý ô nhiễm tại công ty Phân đạm Hà Bắc

ều chỉnh tỷ lệ H2/N2 được áp dụng chủ yếu là tăng giảm không khí (thêm N2) , còn tăng giảm thời gian thổi sạch và chế khí than ướt là bổ trợ. Phương pháp bổ trợ có ưu điểm là hiệu quả nhanh,nhưng thường gây ra thành phần khí không ổn định, độ dao động lớn. 3. Các chỉ tiêu công nghệ: - Nhiệt độ đỉnh lò phát sinh khí than: + Cho lò chưa cải tạo 5500C ¸ 6200C ; > 6500C + Cho lò đã cải tạo (Lò 9) 3900C ¸ 4400C ; > 4600C - Nhiệt độ lò đốt: < 8500C - Nhiệt độ ghi lò: + Cho lò chưa cải tạo £ 3000C + Cho lò đã cải tạo £ 3200C - áp suất hơi nước thấp áp: 0,35 ¸ 0,8Kg/cm2 < 0,35 kg/cm2 - áp suất nước cao áp: 7 ¸ 8 kg/cm2 - áp suất dầu cao áp: ³ 40 kg/cm2 - áp suất gió đường ống chung > 1800 mmH2O - Lưu lượng không khí thổi gió: + Cho lò chưa cải tạo 10.000 ¸ 21.000 m3/h + Cho lò đã cải tạo 17.000 ¸ 24.000 m3/h - Lưu lượng hơi nước: + Thổi lên: 4,5 ¸ 8 T/h + Thổi xuống: 5 ¸ 9 T/h - Thành phần khí than yêu cầu: + Hàm lượng CO + H2: ³ 68% + Hàm lượng O2: £ 0,4 % - Thành phần khí CO2 trong khí than ẩm: + Chung 7 ¸ 8 % + Thổi lên: 7,5 ¸ 8,5 % + Thổi xuống: 4,5 ¸ 5,5 % - Hàm lượng than trong tro xỉ: £ 30 % - Độ cao tầng than + Cho lò chưa cải tạo, cách cửa khí ra 40 ¸ 50cm + Cho lò đã cải tạo, khoảng không tầng than 2,5 ¸ 2,7 m, < 2,4 m - Mức két khí: + Mức cao nhất: 9500 m3 + Mức thấp nhất: 3000m3 - Tổng thời gian một tuần hoàn 175 ¸ 180 giây - Tỷ lệ % thời gian các giai đoạn + Thổi gió: 22 ¸ 28% + Thổi lên: 26 ¸ 30% + Thổi xuống: 35,5 ¸ 39,5% + Thổi lên lần 2: 8 ¸ 9% + Thổi sạch: 2,5 ¸ 3,5% 4. Các thiết bị chính trong dây chuyền: a. Lò khí hoá UGI : F = 2.745mm & 3.000mm. Lò bao gồm 4 phần chính như sau: + Nồi hơi vỏ kép : H = 2961mm; FTN = 13m2; Lượng nước chứa: 12m3. Tác dụng: Chống hiện tượng nhiệt độ tầng nhiên liệu quá cao làm cho xỉ chảy ra bám dính vào thành lò gây hiện tượng treo liệu, đồng thời sản xuất ra hơi nước thấp áp 0,5 - 0,8 át + Mũ gió: Bằng gang, cao: 1400mm Tác dụng: Phân phối khí đều cho tầng than Đường kính vành lớn nhất F = 1200 mm, gần đây tăng lên F = 1400 mm. Mũ gió tầng trên cùng khoan 20 lỗ F = 20 mm. Diện tích thông gió: 0,9m2 + Ghi lò: Tốc độ quay: 0,6 - 1 v/f + Mâm tro: Đỡ toàn bộ trọng lượng tầng tro xỉ và tầng nhiên liệu. trên mâm tro cố định 4 đỡ gạt tro hình cong lưỡi liềm gọi là gờ đẩy tro Tác dụng: Đẩy tro xỉ ra khỏi mâm tro b. Lò đốt : H =10.880mm. F = 3.354mm. Tác dụng: -Trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi nước và không khí ở giai đoạn chế khí thổi xuống. - Loại bỏ một phần bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên. Cấu tạo: - Chóp trên, chóp dưới và phần hình trụ tròn. - Vỏ lò làm bằng thép cuốn dày 8 mm, phần hình trụ trên được xếp gạch chịu nhiệt, phần chóp và hình trụ dưới được xây lót bằng gạch chịu lửa. Lò đốt khống chế nhiệt độ : Tmax = 850OC; Tmin = 600OC. c. Nồi hơi nhiệt thừa : 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 truớc khi phóng không, làm nguội khí than ẩm thổi lên trước khi đưa vào thuỷ phong túi rửa. - Tách một lượng bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm ở giai đoạn chế khí thổi lên. Cấu tạo: Hình trụ tròn, 2 mặt trên và dưới có gắn hai mặt sàng để lồng ống chùm. Fống= 76 x 3 Flò= 2300 Hống= 6000 Hlò= 11714 FTN = 480m2 d. Thuỷ phong túi rửa: Tác dụng:- Không cho khí than ẩm ở sau thuỷ phong túi rửa đi ngược trở lại lò khí hoá gây nổ - Làm lạnh và rửa sơ bộ khí than ra lò trước khi vào tháp rửa Cấu tạo: - Trên hình tròn, dưới hình chóp nón - Đường ống khí vào cắm sâu ngập trong nước 70 mm - Đường kính túi rửa: 3000mm - Dung tích: 15m3 PLV = 700mmH2O TLV = 80oC e. Két khí : Tác dụng: - Chứa Khí than ẩm - Trộn khí than các lò với nhau - Có tác dụng cân bằng phụ tải hệ thống sản xuất, giúp các cương vị sau ổn định phụ tải một cách liên tục Cấu tạo:- 2 tầng hình trụ tròn, 1 chụp chuông - Tầng dưới chứa nước có đường kính: F = 27928 x 14; H = 11312 - Tầng Trên chứa khí có đường kính: F = 27016 x 6; H = 9590 - Chụp chuông: Dc = 26100 x 4; H = 9585 - Chụp an toàn, van phóng không II. Cương vị lọc bụi điện: Phương pháp lọc khí bằng cơ học, phòng lắng bụi cồng kềnh, kém hiệu quả và không thể tách được các phần tử bụi có kích thước bé. Dùng xyclon có gọn gàng hơn nhưng tiêu tốn nhiều năng lượng và bản thân thiết bị nhanh bị bào mòn. Với yêu cầu khí có hàm lượng bụi ít nhất công ty dùng phương pháp làm sạch khí bằng lọc điện. Với phương pháp này khí thu với độ sạch từ 90 ¸ 99%, năng lượng tiêu hao nhỏ, nhưng nó có nhược điểm là thiết bị phức tạp, khó lắp đặt, khi gặp sự cố khó khắc phục. - Nguyên lý quá trình lọc bụi điện: Dưới tác dụng của điện thế các phân tử khí phân chia thành các ion và các điện tử tự do, các ion và các điện tử này dưới tác dụng của lực điện trường bắt đầu chuyển động về các điện cực trái dấu. Trên đường đi đến các điện cực, các ion và điện tử sẽ va đập vào các phân tử khí trung hoà và các hạt bụi lơ lửng, ion hoá luôn các phần tử đó (do đó ngưới ta ứng dụng hiện tượng này để làm sạch hệ khí không đồng nhất). Tốc độ chuyển động và động năng của các ion và điện tử tăng lên khi tăng điện thế của điện trường. Cùng với sự ion hoá bằng va chạm cũng còn nhận thấy sự chuyển động mãnh liệt của khí do đó các phân tử khí nhận được xung lượng từ các ion chuyển động theo hướng xác định. Trong kỹ thuật lọc khí bằng điện ta thực hiện tự ion hoá bằng cách chế tạo một điện thế cao trên hai điện cực. Khi ion hoá bằng cách này, chỉ nên để lớp không khí bị xuyên thủng một phần khoảng cách nào đó giữa hai điện cực, còn một phần lớp không khí không bị xuyên thủng có công dụng như chất cách điện để chống sự ngắn mạch do tia lửa điện hay hồ quang sinh ra giữa các điện cực. Thực tế tạo được lớp khí này bằng cách chọn dạng điện cực và khoảng cách giữa các điện cực tương ứng với các điện thế xác định. Trong trường hợp này dùng các điện cực có hai dạng bản song song không có lợi, bởi vì một điểm bất kỳ của trường giữa các điện cực có điện thế như nhau, nghĩa là trường đồng nhất. Nhưng nếu ta tăng hiệu số điện thế giữa hai điện cực đến một giá trị tới hạn nào đó gọi là điện thế xuyên thủng của khí, khi đó cường độ dòng điện tăng rất nhanh, giữa hai bản điên cực xuất hiện tia lửa điện, hiện tượng này gọi là hiện tượng tự phóng điện. Sự xuất hiện tia lửa điện là do giữa hai cực song song có một điện trường đồng nhất, cho nên khi có điện thế cao thì số ion và điện tử tự do tạo thành rât lớn (khả năng ion hoá ở các điểm khác nhau giữa hai điện cực là như nhau) do đó có sự xuất hiện tia lưả điện giữa hai cực. Hiện tượng này giống như là chập mạch và sau đó không tiếp tục ion hoá các phân tử khí nữa. Giữa các điện cực có dạng hai hình trụ đồng tâm hay hình trụ và bản phẳng thì tạo thành trường không đồng nhất. Gần dây dẫn thì điện thế của trường lớn đến nỗi các ion có khả năng ion hoá các phần tử trung hoà, nhưng càng xa dây dẫn thì điện thế của trường giảm xuống và do đó tốc độ chuyển động của các ion giảm xuống đến mức không xảy ra được sự ion hoá bằng va chạm. Dấu hiệu bên ngoài của sự tích điện ion là hiện tượng phát sáng nhạt quanh bề mặt dây dẫn (quầng sáng) khác với vùng tạo thành ion cả hai dấu. Hiện tượng này gọi là “tích điện quầng”. Khi lọc khí bằng điện ta chỉ dùng quầng âm, quầng này ít hơn quầng dương nhưng thế hiệu cao hơn. Cơ cấu lắng bụi trong máy lọc điện rất phức tạp chỉ có một phần bụi rất nhỏ hay mù sau khi rơi trong miền quầng sáng sẽ bám trên dây dẫn có quầng sáng. Còn phần lớn các phần tử lơ lửng trong không khí sau khi tích điện âm sẽ chuyển động về phía các điện cực lắng và cuối cùng sẽ bị khử trên điện cực này. Khi lớp bụi dẫn điện tốt bám trên điện cực lắng, chúng sẽ tích điện cùng dấu và bị đẩy vào không khí, phần bụi này có thể lấy ra khỏi máy lọc bụi điện. Nếu bụi không dẫn điện thì bị hút về điện cực do lực của điện trường và tạo thành một lớp chặt trên điện cực. Các lớp bụi tích điện âm bám trên điện cực sẽ đẩy các phần tử cùng dấu gần nó, nghĩa là tác dụng ngược lại với điện trường chính. Điện thế trong các lỗ hổng của lớp bụi bám trên điện cực có thể vượt quá điện thế tới hạn và gây ra quầng sáng không khí trong các lỗ hổng để tạo thành các ion dương, các ion này sẽ trung hoà các phần tử bụi tích điện âm. Hiện tượng này gọi là quầng sáng nghịch và làm giảm đột ngột hiệu quả lắng bụi. Để loại trừ ảng hưởng có hại của bụi bám trên điện cực, người ta lắc điện cực hoặc tăng tính dẫn điện của bụi bằng cách tăng ẩm cho bụi như phun nước vào dòng khí nóng trước khi cho khí vào máy lọc điện. Hiện nay Công ty sử dụng thiết bị lọc điện kiểu ông dùng điện áp một chiều 35 ¸ 40 kW. III. cương vị bơm nước cao áp: Để điều chỉnh các van tự động của hệ thống lò đóng mở một cách chính xác và an toàn trong khoảng thời gian quy định theo yêu cầu của tuần hoàn chế khí, máy tự động định kỳ đưa nước cao áp vào các xy lanh thuỷ áp của các van tự động hoặc dùng dầu cao áp. 1. lưu trình nước cao áp: Nước công nghiệp ở thùng chứa nước được dẫn qua bộ lọc đến bơm bơm lên áp xuất 10 ¸ 12at đưa vào thùng chứa cao áp. ở phía trên được nén bằng không khí qua máy nén hai cấp để giữ cho lượng nước cấp đi được ổn định. Nước cấp đi qua van điều tiết lên đường ống chung sẽ qua bộ lọc cấp cho máy tự động để đi đóng mở các van cần thiết. Nước về sẽ được tập chung vào đường ống chung để đưa về thùng nước về. Trong quá trình làm việc có thể có tổn thất và nhiệt độ tăng lên cho nên ở thùng nước về có bộ làm lạnh kiểu ruột gà và đường ống nước bổ xung. 2. lưu trình dầu cao áp: Để nâng cao năng suất của lò phát khí hoá than trên cở sở dùng máy vi tính khống chế hiện nay công ty đã trang bị hai bơm dầu cap áp dùng loại dầu cơ giới 40, áp lực đầu 40at. Mỗi bơm dầu phụ trách 3 lò. Nguyên tắc đóng mở các xilanh dầu giống như nước cao áp, tuy vậy đường kính xilanh nhỏ hơn vì có áp lực cao và khi thi công phải đảm bảo không có xỉ hàn, bavia để tránh ảnh hưởng đến thao tác của máy vi tính. Hệ thống máy vi tính thay thế cho máy tự động, có thể tự ghi, tự động làm việc và khi cần công nhân thao tác có thể can thiệp vào bằng mệnh lệnh từ các phím bấm. Do dùng hệ thống máy vi tính, năng suất có thể tăng thêm được từ 7 ¸ 10%. IV. Lưu trình công nghệ nước tuần hoàn: Để giảm nhiệt độ khí than ẩm và khử bụi khô trong khí than ẩm, người ta dùng nước tuần hoàn. Trong KTA ngoài CO, CO2, H2, CH4, N2, H2S có thể có các hợp chất ion CN-, F-,... có tác dụng độc hại tới môi trường, vì vậy phải tuần hoàn toàn bộ lượng nước này. Nước lạnh có nhiệt độ 38oC được ba bơm nước lạnh bơm theo đường ống ngầm lên tháp rửa lần một và 10 thuỷ phong túi rửa. Nước ra có nhiệt độ 650C được đưa theo hệ thống ống dẫn chảy qua 6 bể lắng bụi. ở đây nước được bốc hơi làm lạnh một phần và bụi được lắng xuống. Bể lắng định kỳ sẽ được vệ sinh nạo vét. Nước ra bể lắng có nhiệt độ khoảng 630C được đưa vào bể trung gian và vào ba bơm nước nóng bơm lên hai tháp làm lạnh có các ngăn chảy tràn bằng gỗ. Phía trên có lắp hai quạt trục lưu để hút chân không. Khí đưa vào từ dưới làm nguội nước. Phần dưới là bể chứa, nhiệt độ bể chứa < 350C được đưa vào bơm nước lạnh tiếp tục tuần hoàn. Vì có một lượng hơi nước bốc hơi gây tổn thất nên người ta có lắp một đường ống nước bổ xung vào bể lạnh để bổ xung nước đảm bảo mức nước luôn đạt 2/3 chiều cao bể. V. cương vị khử lưu huỳnh: Trong khí nguyên liệu dùng để tổng hợp NH3 có chứa một lượng khá lớn các hợp chất của lưu huỳnh. Phần lớn là các hợp chất sunfua vô cơ như: H2S, ngoài ra còn chứa các sunfua hữu cơ như: COS, RSH, C4H4S... Hợp chất sunfua trong khí nguyên liệu có tác hại lớn, nó gây ăn mòn thiết bị, đường ống trong dây chuyền sản xuất, ngoài ra nó còn làm ngộ độc xúc tác tổng hợp NH3 và làm biến đổi xúc tác chuyển hoá CO. Do đó cần phải loại bỏ các hợp chất sunfua ra khỏi khí nguyên liệu. Ngoài ra đối với nhiều ngành công nghiệp hoá khác lại cần có lưu huỳnh, vì vậy cần phải thu hồi lại lưu huỳnh để tăng sản phẩm phụ, giảm giá thành sản phẩm chính Urê. Có nhiều phương pháp khử H2S, Công ty trước đây sử dụng dung dịch ADA (Antraquinon Disunfuric Acid) để hấp thụ H2S, nhưng hiện nay đã ngiên cứu và ứng dụng thành công một loại dung dịch có chứa chiết xuất keo Tananh (NaVO3 và Na2CO3 ) để hấp thụ H2S. Dung dịch này có ưu điểm nổi bật so với dung dịch ADA: - Hiệu xuất khử 98% trở lên. - Tháp khử H2S không bị tắc. - Tái sinh dung dịch khử dễ dàng. - Không có độc tính - Giá thành rẻ. 1. Nguyên lý quá trình khử H2S: Các phản ứng chính của quá trình hấp thụ như sau: H2S + Na2CO3 = NaHS + NaHCO3 NaHS + NaHCO3 + 2NaVO3 = S¯ + Na2V2O3 + Na2CO3 + H2O Đồng thời có phản ứng: Na2V2O5 + TN(oxyh) + 2NaOH + 2H2O = 4NaVO3 + TN(khử) Ngoài ra còn phát sinh một số phản ứng phụ như sau: 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O Dịch tananh sau hấp thụ được tái sinh, phản chính là: 2TN(khử) + 1/2O2 = 2TN(oxyh) + H2O 2. Lưu trình công nghệ khử H2S thấp áp: a. Lưu trình khí: Khí than ẩm từ lọc bụi điện được chia làm hai đường. Một đường đi tắt qua thuỷ phong vượt áp dùng cho chạy máy ban đầu hoặc khi máy nén dừng đột ngột thì áp lực khí than sau quạt sẽ thắng chiều cao cột nước của thuỷ phong vượt áp để quay trở lại cửa vaò quạt nhằm tránh áp lực đường ống khí than sẽ gây vượt nước thuỷ phong cửa vào máy nén H2/ N2 gây sự cố nguy hiểm. Một đường khí than khác sẽ vào hệ thống quạt tăng áp có áp suất cửa ra đạt 900 ¸1800 mmH2O . áp lực này cần thiết để thắng trở lực của tháp hấp thụ H2S bằng keo Tananh. Khí than ẩm qua quạt vào tháp làm lạnh rỗng, nhiệt độ khí than từ 400C hạ xuống còn 30¸350C, một phần H2S được hấp thụ ở đây. Khí than có hàm lượng H2S khoảng 900¸1500 mg/m3 đi vào tháp hấp thụ H2S bằng keo Tananh (tháp hấp thụ loại đệm). Khí đi từ dưới lên, tiếp xúc với dịch từ trên xuống. Khí than ra đỉnh tháp qua bộ phận tách mù. Hàm lượng H2S trong khí than ra tháp hấp thụ khoảng 60¸80mg/m3 (với lưu lượng khí than là 41000 m3/h), hiệu suất đạt khoảng 90%. b. Lưu trình dịch: Dịch từ nghèo thùng tuần hoàn được đưa qua bơm ly tâm (kiểu 6SH -6, lưu lượng 162 m3/h, chiều cao đẩy 78 m) bơm thẳng lên đỉnh tháp hấp thụ. Dich giàu từ đáy tháp hấp thụ qua thuỷ phong về thùng dung dịch giàu, từ đây dịch được bơm lên tháp tái sinh phun kiểu tuy-e có chiều cao 8,422 m (kể cả giá đỡ). Trên đỉnh tháp bố trí 14 vòi tuy-e, không khí ngoài trời nhờ tuy-e được hút vào làm tăng sự tiếp xúc và phản ứng tái sính xảy ra rất mãnh liệt , thời gian chỉ 5¸7 phút. Bọt lưu huỳnh tạo thành tràn qua máng về thùng bọt trung gian có thể tích 15 m3 và được đưa vào công đoạn thu hồi lưu huỳnh. Dịch tái sinh xong, tràn về thùng chứa dịch nghèo có dung tích 150m3. Người ta khống chế huyến phù trong dịch £ 0,5 g/l. 3. Lưu trình công nghệ khử H2S trung áp: - Hỗn hợp khí than sau chuyển hoá CO còn một lượng khí H2S <100 mg/m3. Vì vậy cần phải hấp thụ triệt để bằng dung dịch tananh để hàm lượng H2S ra khỏi cương vị < 20mg/Hm3. Làm cho dung dịch MEA hấp thụ CO2 không bị biến chất, gây tắc, ăm mòn thiết bị. Giảm lượng H2S trong CO2 < 80 mg/Hm3 CO2 tạo điều kiện cho sản xuất CO2 và Urea chất lượng cao. a. Lưu trình khí: Khí biến đổi đi vào đáy tháp hấp thụ kiểu đệm qua lớp đệm gỗ đi lên đỉnh tháp vào thiết bị phân ly, tách lại các giọt lỏng ( trước kia là tháp rửa bằng nước mềm ). Khí ra khỏi thiết bịphân ly tiếp tục đi khử CO2 bằng dung dịch MEA. b. Lưu trình dịch: Dịch tananh nghèo từ thùng chứa được bơm tăng áp tới áp suất p £ 30 kg/cm2 vào đỉnh tháp hấp thụ kiểu đệm, lưu lượng dịch 60480 m3/h. Dịch sau hấp thụ qua van điều tiết giảm còn 6 kg/cm2 đi tháp hấp thụ 262 (nhờ áp suất dư) hoặc về thùng chứa dịch tananh giầu. 4. Các thiết bị chính: a. Tháp hấp thụ H2S thấp áp: F = 3200mm, H = 29.500mm. Cấu tạo: Tháp hình trụ kiểu tầng đệm, trong xếp 100 lớp đệm gỗ,. Bên trong chứa đệm gỗ xếp thành từng lớp để tăng diện tích tiếp xúc giữa pha dịch khí, trước cửa khí ra có vách trừ bọt, phía trên đỉnh tháp có vòi phun dịch mục đích để dịch được tưới đều trên toàn bộ bề mặt đệm. Phía dưới có cửa khí vào, dịch được đưa ra ở đáy tháp với mục đích có khoảng cách chứa dịch để phản ứng tiếp tục tronh pha lỏng. b. Tháp tái sinh kiểu phun tia: Cấu tạo: Tháp có hai phần chính: Bộ phun tia và bộ phận tuyển nổi. Bộ phun tia gồm nhiều tuye, phía trên là bộ phân phối dịch, phía dưới là các vòi phun. đường kính phía trên F = 5700mm, H = 8.115mm; phía dưới F = 4800mm, H = 6615mm. 5. Các chỉ tiêu công nghệ: + Tháp khử H2S thấp áp: - Nhiệt độ dịch vào tái sinh: £ 400C - Nhiệt độ khí than vào tháp hấp thụ: £ 400C - Hàm lượng H2S trong khí than ra tháp khử: £ 100 mg/m3 - Thành phần dịch Tananh: + Tổng kiềm: 0,4 ¸ 0,5 N + Độ PH: 8 ¸ 9,3 + Na2CO3: 4,5 ¸ 6,5g/lit + NaHCO3: 25 ¸ 30 g/lit + NaVO3: 1,2 ¸ 1,8 g/lit + Tananh: 1,2 ¸2 g/lit + Lưu huỳnh huyền phù £ 0,5 g/l - Dịch diện thùng 265A-B: 1/2 ¸ 2/3 chiều cao thùng - Dịch diện thùng 265C: 20 ¸ 40% đồng hồ + Thu hồi lưu huỳnh: - Bơm bọt lưu huỳnh 367A-B: + áp suất cửa ra bơm: 3 ¸ 4 kg/cm2 + Dòng điện định mức: 8A + Nhiệt độ môtơ và gối đỡ trục: £ 650C - Lọc và nấu lưu huỳnh + Độ chân không của bơm chân không 300 ¸ 600 mmH2O + áp suất không khí thổi khô: 0,3 ¸ 0,4 kg/cm2 + Nhiệt độ thao tác nồi lưu huỳnh: 135 ¸ 1500C + áp suất hơi nước: 4 ¸ 5 kg/cm2 + Diện tích bề mặt trống quay của máy lọc chân không trong ngăn dịch huyền phù: 1/3 diện tích toàn bộ + Nhiệt độ thùng bọt: 700C ¸ 850C + Tháp khử H2S trung áp: - Nhiệt độ khí biến đổi vào tháp: £ 400C - Nhiệt độ dung dịch vào tháp: £ 400C - Lưu lượng khí biến đổi vào tháp £ 32.000 Hm3/h VI. cương vị chuyển hoá CO: Trong khí than ẩm chứa khoảng 25 - 34% CO, nó sẽ làm xúc tác tổng hợp bị nhiễm độc, mất khẻ năng làm việc. Vì vậy khí nguyên liệu trước khi đưa sang tổng hợp NH3 cần phải khử bỏ triệt để thành phần CO. Trong sản xuất thường chia ra làm hai bước. Trước hết người ta biến đổi CO bằng hơi nước thành H2 và CO2 để khử bỏ đại bộ phận khí CO. Khí thu được sau biến đổi gọi là khí biến đổi. Qua phản ứng biến đổi chuyển CO thành CO2 là khí dễ dàng khử bỏ và còn được một lượng khí H2 cùng thể tích. Bước tiếp theo dùng dung dịch đồng để khử bỏ nốt lượng nhỏ CO còn lại trong khí nguyên liệu. 1. Nguyên lý quá trình chuyển hoá CO: Phản ứng biến đổi CO có thể biểu diễn như sau: CO + H2O(h) = H2 + O2 +Q Phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt, thể tích không đổi. Nếu phản ứng chỉ xảy ra trong pha khí đơn thuần thì tốc độ phản ứng diễn ra vô cùng chậm vì năng lượng hoạt hoá của phản ứng rất lớn. Vì vậy phản ứng biến đổi CO cần phải có mặt xúc tác để tăng nhanh tốc độ phản ứng. Khi có mặt xúc tác thì phản ứng sẽ tiến hành theo hai bước sau: [K] + H2O(h) = [K]O+ H2 [K] O + CO = CO2 [K]: Chất xúc tác [K]O: Hợp chất trung gian Công ty sử dụng Fe2O3 làm xúc tác cho quá trình chuyển hoá CO. 2. Lưu trình công nghệ: Khí than ẩm được loại bỏ H2S đến một mưc độ nhất định được máy nén tăng áp đến 20 at được qua thiết bịphân ly dầu, nước và đi vào bên ngoài trao đổi nhiệt trung gian một. Bên trong ống chùm người ta cho khí chuyển hoá có nhiệt độ 350 ¸ 3600C gián tiếp trao đổi nhiệt cho khí than ẩm vào. Nhiệt độ khí than ra trao đổi nhiệt một có nhiệt độ 2500C, hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ 4500C qua giảm áp xuống còn 25at và được bổ xung nước ngưng biến thành hơi nước bão hoà có nhiệt độ 380 - 4000C được bổ xung vào khí than ẩm ra trao đổi nhiệt một theo tỷ lệ H2O/khí than ẩm = 0,8 ¸ 1. Sau đó qua trao đổi nhiệt hai đi bên ngoài ống chùm. Khí trong ống chùm là khí đã qua chuyển hoá có nhiệt độ 450 - 4600C gia nhiệt cho khí than ẩm đến nhiệt độ 360 - 3800C và qua van cửa vào lò chuyển hoá đến ống phân phối khí trên bề mặt xúc tác đoạn 1. Khí than ẩm có nhiệt độ 360 - 3800C sẽ phản ứng với hơi nước mãnh liệt nên nhiệt độ đoạn này tăng nhanh. Để dễ khống chế người ta chia đoạn 1 ra làm hai tầng. Đoạn trống giữa hai tầng người ta bổ xung hơi nước, khí than ẩm để kích lạnh và điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác. Qua 2 tầng của đoạn 1 hiệu xuất chuyển hoá sẽ đạt > 80%. Khí chuyển hoá qua trao đổi nhiệt hai giảm nhiệt độ xuống còn 380 ¸ 4200C và được qua làm lạnh nhanh một. ở đây người ta cho nước ngưng vào để tăng cường tỷ lệ hơi nước đồng thời giảm nhiệt độ của khí xuống nhằm mục đích nâng cao hiệu xuất chuyển hoá. Khí chuyển hoá có nồng độ CO khoảng 6 ¸ 8% đi vào đoạn 2 xúc tác. ở đây vì lượng xúc tác lớn, thời gian tiếp xúc giữa khí với xúc tác dài, nhiệt độ thấp nên có lợi cho hiệu xuất chuyển hoá. Khí chuyển hoá ra lò có nhiệt độ 360 ¸ 3800C, nồng độ CO từ 3 ¸ 3,5 % được qua trao đổi nhiệt trung gian một đi trong ống gia nhiệt cho khí than ẩm. Nhiệt độ khí giảm xuống còn 320 ¸ 3400C được qua van vào làm lạnh nhanh hai. ở đây người ta cho phun nước ngưng có nhiệt 1000C xuống nước sẽ bốc hơi hạ nhiệt độ khí chuyển hoá xuống còn 180 ¸ 2000C để đi các thiết bị trao đổi nhiệt khác tận dụng nhiệt dư của khí chuyển hoá. Sau khi gia nhiệt xong nhiêt độ khí chuyển hoá giảm xuống còn 1350C ¸ 1450C và một phần nước ngưng được phân ly thải bỏ. Khí chuyển hoá được tiếp tục làm lạnh, phân ly để được khí chuyển hoá khô có nhiệt độ 400C đi tiếp các công đoạn khác trong dây chuyền tinh chế khí. 3. Thiết bị chính: + Lò chuyển hoá CO thành CO2: H = 18.730 mm; F = 2.600 mm Cấu tạo: Vỏ lò được làm hình trụ tròn bằng thép tấm chịu nhiệt, bên trong ngăn lò bằng 2 đoạn. Đoạn 1 chia làm hai tầng xúc tác, miệng lò phía trên có lắp ống phân phối khí để khí có thể phân phối đều trên mặt xúc tác. Đoạn dưới lắp 1 tầng xúc tác. Xúc tác được lắp trên hệ giá đỡ có ghi. Trên ghi được rải một lượt lưới thép không gỉ và bi cầu chịu lửa, bên trên lắp xúc tác. Trong các tầng xúc tác đều lắp các nhiệt điện ngẫu để đo nhiệt độ các tầng xúc tác. Phía trên xúc tác có lưới thép chặn và bi cầu chịu nhiệt. Trên thân lò ở mỗi tầng có cửa người nạp xúc tác và cửa thải. Bên ngoài thân lò chuyển hoá được bảo ôn bằng xi măng chịu nhiệt hoặc bằng thuỷ tinh chịu nhiệt. 4. các chỉ tiêu công nghệ: - áp suất khí than vào hệ thống: < 21 kg/cm2 - áp suất hơi nước vào hệ thống: > 21 kg/cm2 - Nhiệt độ xúc tác tầng I: 475 ± 50C - Nhiệt độ xúc tác tầngII: 405 ± 50C - Nhiệt độ khí than vào TĐN 213: £ 400C - Nhiệt độ nước ngưng vào 215: 1000C - Nhiệt độ khí chuyển hoá ra 217: 200 ± 100C - Nhiệt độ hơi nước sau tăng ẩm : 250 ¸ 3000C - Hàm lượng O2 trong khí than: £ 0,5% - Hàm lượng CO ra lò chuyển hoá: £ 2,5% VII. cương vị khử CO2: Trong khí sau biến đổi thường có khoảng 18 - 35% CO2, nó làm cho xúc tác tổng hợp bị nhiễm độc và gây nhiều khó khăn cho quá trình loại bỏ CO bằng dung dịch đồng: CO2 kết hợp với NH3 trong dung dịch axêtat ammoniac đồng để tạo thành muối cacbonat amon kết tinh, làm tắc thiết bị, đường ống. Ngoài ra CO2 còn làm nguyên liệu cho các qúa trình khác như: tổng hợp Urea, sôđa, bột nở, băng khô.....Do đó CO2 trong khí cần được loại bỏ và được thu hồi tận dụng. Có nhiều phương pháp loại bỏ CO2 nhưng dùng phổ biến hiện nay là dùng dung dịch MEA (mono ethanol amin : OH - CH2 - CH2 - NH2 viết tắt là RNH2 ) hấp thụ CO2. 1. Nguyên lý quá trình hấp thụ: Phản ứng hấp thụ CO2 bằng MEA được biểu diễn như sau: CO2 + 2RNH2 + H2O « R(NH3)2CO3 + Q CO2 + R(NH3)2CO3 + H2O « 2RNH3HCO3 + Q Với mức độ cacbonat hoá không lớn lắm thì CO2 tác dụng với MEA thành một dạng axit như sau: CO2 + RNH2 = RNHCOO - + H+ Và một phần CO2 hoà tan vật lý trong MEA. Khi gia nhiệt tái sinh, CO2 thoát khỏi dung dịch theo phản ứng sau: RNH3HCO3 = RNH2 + CO2­ 2. Lưu trình công nghệ: a. Lưu trình khí: Khí chuyển hoá có áp xuất 20 - 22at sau khi qua thiết bị làm lạnh, phân ly có nhiệt độ 400C đi vào đáy tháp hấp thụ kiểu đĩa có tấm lỗ, hoặc kiểu đệm tiếp xúc ngược chiều với dịch MEA từ trên xuống. Từ lưng chừng tháp phần lớn CO2 đã bị hấp thụ hết. Khí được qua bộ tách bọt ở đỉnh tháp và ra tháp rửa phân ly kiểu đĩa. ở đây mù dung dịch được tách ra, khí tinh chế có nồng độ CO2 < 0,5% được đưa qua công đoạn sau. b. Lưu trình dịch: Dịch ra ở đáy tháp gọi là dịch giàu, có nhiệt khoảng 700C được dẫn tới trao đổi nhiệt giàu nghèo. ở đây dịch giàu được dịch đã tái sinh (dịch nghèo) có nhiệt độ 100 - 1100C đi đến truyền nhiệt gián tiếp ở thiết bị kiểu ống chùm. Dịch giàu được gia nhiệt đến 90 - 950C qua van điều tiết giảm áp vào đỉnh tháp tái sinh. Sau giảm áp này đã có khoảng 50 - 60% CO2 thoát ra. Phần dịch giàu được đi từ đỉnh tháp xuống đáy tháp, ở đáy tháp có bộ sôi lại. Dịch được gia nhiệt đến nhiệt độ 110 - 1150C thoát hết CO2 ra tái sinh lại dung dịch MEA. Dịch nghèo sẽ qua trao đổi nhiệt giàu nghèo giảm nhiệt độ xuống còn 900C và vào bơm dung dịch tăng áp đến 27- 30 at. Qua làm lạnh bằng nước giảm nhiệt độ xuống còn 40 - 500C và đi hấp thụ CO2. Khí CO2 có độ thuần >99,5% được làm lạnh, phân ly phần dịch ngưng có nồng độ MEA khoảng 0,5 - 1 % được quay trở lại bổ xung cho tháp tái sinh. Khí CO2 có nhiệt độ khoảng 400C, áp xuất 0,3 - 0,4 at được cấp đi công đoạn nén CO2 để tổng hợp Urea. 3. Các thiết bị chính: a. Tháp hấp thụ: F = 1.800mm; H = 24.850mm Cấu tạo: Là tháp hình trụ kiểu đĩa phao nổi, có 25 tấm sàn phao nổi chảy tràn hai bên. Phần đỉnh tháp có bộ khử bọt bằng thép không gỉ cuốn kiểu tay áo (F = 1.200). b. Tháp tái sinh: F = 2.400mm; H = 33.200mm. Cấu tạo: Là tháp hình trụ kiểu đĩa phao nổi, có 24 tấm sàn phao nổi chảy tràn hai bên, phía trên có ba tấm tràn phao nổi chảy tràn một bên, đỉnh tháp có bộ tách mù. 4. các chỉ tiêu công nghệ: - áp suất khí vào hấp thụ: £19 kg/cm2 - áp suất đỉnh tháp tái sinh: £ 0,4 kg/cm2 - áp suất đáy tháp tái sinh: < 0,7 kg/cm2 - áp suất hơi nước vào sôi lại: 3 ¸ 4 kg/cm2 - Nhiệt độ dung dịch vàp hấp thụ: 400C ¸ 500C - Nhiệt độ khí vào hấp thụ: £ 400C - Nhiệt độ dung dịch ra tái sinh: 109 ¸ 1120C - Nhiệt độ khí CO2 ra phân ly: £ 400C - Nhiệt độ khí ra tháp rửa khí: £ 400C - Nhiệt độ dung dịch vào bơm: £ 950C - Thành phần dịch: + MEA: £ 23% khối lượng + H2O: 80 ¸ 78 % -CO2 trong khí tinh chế: < 0,5% - CO2 sau tái sinh: ³ 98,5% - CO2 trong dịch nghèo: 3 ¸ 4 % khối lượng phần III: xưởng amoniac Nhiệm vụ chính của phân xưởng là tổng hợp NH3 đi từ khí tinh chế có thành phần là H2 và N2 theo tỉ lệ H2/N2 = 3/1 ở áp suất 320at, nhiệt độ: 450 - 510 0C trên xúc tác tổng hợp. A. lưu trình công nghệ của xưởng amoniac: -Lưu trình khí: Khí tinh chế ra khỏi đoạn V máy nén với áp suất p = 125 at, qua tháp rửa đồng (rửa bằng dung dịch axêtat ammoniac đồng) đi từ dưới lên, sau đó hỗn hợp khí tiếp tục qua tháp rửa kiềm (rửa bằng nước amonia). Khí ra công đoạn rửa đồng và rửa kiềm có hàm lượng CO+CO2 < 20ppm; hàm lượng H2:74%; N2:25%; CH4: 1%, được đưa trở lại đoạn VI máy nén. Khí ra đoạn VI máy nén có áp suất p = 320at, nhiệt độ t < 400C đi vào thiết bị ba kết hợp (gồm thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị làm lạnh, thiết bị phân ly) hỗn hợp với khí tổng hợp sau làm lạnh bằng nước và phân ly lần I đến để phân ly lần II. Khí tuần hoàn sau khi ra khỏi thiết bị ba kết hợp áp xuất chỉ còn 280 - 295 at được đưa tới máy nén tuần hoàn tuabin nén lên để bù lại tổn thất áp xuất của hệ thống. Sau khi ra khỏi tuabin khí tuần hoàn được đưa qua thiết bị phân ly để phân ly dầu. Sau đó khí tuần hoàn đi vào tháp tổng hợp NH3 lần 1 để nâng nhiệt độ lên khoảng 600C. Ra khỏi tháp tổng hợp lần 1 khí tuần hoàn qua thiết bị trao đổi nhiệt khí khí nhằm nâng nhiệt độ lên khoảng 1800C rồi vào tháp tổng hợp lần 2 thực hiện phản ứng tổng hợp trên bề mặt chất xúc tác. Hỗn hợp khí ra tháp lần 2 có nhiệt độ 3600C đi qua nồi hơi nhiệt thừa nhằm tận dụng nhiệt để sản xuất hơi nước. Sau đó hỗn hợp khí đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí khí để tăng nhiệt cho khí tuần hoàn và hạ nhiệt độ của hỗn hợp khí xuống 1000C. Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt hỗn hợp khí tiếp tục qua thiết bị làm lạnh bằng nước để giảm nhiệt độ xuống dưới 400C. ở áp suất cao một phần NH3 ở dạng khí đã ngưng tụ thành NH3 lỏng. Sau đó hỗn hợp khí được đưa vào thiết bị phân ly lần 1 để phân ly tách NH3 lỏng trong hỗn hợp khí. Ra khỏi thiết bị phân ly lần 1 hàm lượng NH3 trong hỗn hợp khí còn khoảng 9 - 11%, hỗn hợp khí tiếp tục được đưa vào thiết bị làm lạnh, ngưng tụ, phân ly, rồi trở về máy nén tuần hoàn, tiếp tục được tuần hoàn trong hệ thống. NH3 lỏng được phân ly ra khỏi hỗn hợp khí ở các thiết bị phân ly lần 1 và phân ly lần 2, được qua van giảm áp hạ áp xuống 24 at rồi tập trung vào thùng chứa NH3 trung gian. Từ đây NH3 lỏng được đưa tới kho chứa NH3 để cung cấp cho sản xuất Urea hoặc nạp chai. - Lưu trình dung dịch đồng: Dung dịch Cu từ thùng tái sinh ra, có nhiệt độ 78OC qua trao đổi nhiệt với dung dịch đồng từ tháp hồi lưu tới. Nhiệt độ giảm xuống còn 60OC, sau đó dung dịch Cu đi vào thiết bị làm lạnh bằng nước, nhiệt độ còn 38 ¸ 40OC dung dịch tiếp tục đi vào thiết bị làm lạnh bốc hơi NH3, nhiệt độ xuống còn khoảng 8 ¸ 10OC qua bơm dung dịch Cu tăng áp xuất lên 130 at rồi vào tháp rửa đồng. Dung dịch sau khi qua hấp thụ CO, CO2 qua giảm áp đưa lên tháp hồi lưu, ở đây dung dịch Cu gặp khí tái sinh từ thiết bị tái sinh bay lên, một phần lớn khí hấp thụ được nhả ra. Đồng thời dung dịch hấp thụ khí NH3 trong khí tái sinh. Sau đó dung dịch được tăng nhiệt ở thiết bị trao đổi nhiệt với dung dịch tái sinh nhiệt độ lên đến 60OC đi vào bộ hoàn nguyên dưới và trên. Bộ hoàn nguyên dưới được tăng nhiệt bằng hơi nước, nhiệt độ dung dịch lên đến 60 ¸ 80OC. Bộ hoàn nguyên trên được tăng nhiệt bằng hơi nước nhiệt độ lên tới 72 ¸ 73OC. ở thiết bị hoàn nguyên tỷ lệ đồng được điều chỉnh trong khoảng R = 5 ¸ 7. Qua thiết bị hoàn nguyên dung dịch đồng vào thiết bị tái sinh lưu lại ở đó 40 ¸ 50 phút để nhả các khí ra và để hoàn nguyên triệt để hơn đảm bảo dung dịch ra CO < 15 mg/lít. - Khí tái sinh: Khí tái sinh từ đỉnh tháp hồi lưu ra gồm CO, CO2, NH3 được đưa qua tháp hấp thụ bằng nước để tiến hành rửa NH3, khí tái sinh ra tháp rửa có thành phần NH3 < 0,04 %; CO2 = 2,5 %; CO = 85% lại đưa về đoạn I máy nén để tận dụng, lượng khí tái sinh thường khoảng 120 m3/tấn NH3. Nước NH3 ra tháp rửa có nồng độ 0,5 - 1% thải xuống rãnh. - Nước NH3: Nước NH3 từ công đoạn hấp thụ thu hồi NH3 đến với nồng độ 6 - 8% đi vào thùng chứa NH3, sau nước NH3 bơm piston kiểu nằm bơm lên tháp kiềm , nước NH3 từ trên xuống qua van giảm áp vào thùng chứa và tuần hoàn sử dụng. Khi hàm lượng NH3 tự do 15 ppm thì thay dung dịch nước NH3 mới. B. Các cương vị sản xuất chính: I. Cương vị máy nén: Trong quá trình tổng hợp NH3, việc làm sạch khí nguyên liệu và tổng hợp NH3 phải tiến hành ở một áp xuất nhất định, vì vậy phải tiến hành nén khí để đạt tới áp xuất cần thiết, đồng thời hoàn thành việc vận chuyển khí giữa các bước công nghệ. Hiện nay ở các nhà máy cỡ vừa và nhỏ chủ yếu dùng loại máy nén piston. Loại này có những ưu nhược điểm sau: áp xuất ổn định, phạm vi ứng dụng rất rộng, hiệu suất tương đối cao, về vật liệu không đòi hỏi gì đặc biệt có thể chế tạo từ vật liệu thép hợp kim thông thường. Nhưng loại này có khuyết điểm là kồng kềnh và trọng lương quá lớn, cần phải có bệ máy to rộng, dòng khí dao động mạnh, nhiều chi tiết máy mau mòn mau hỏng, kêt cấu phức tạp. Hiện tại, xưởng NH3 đang sử dụng năm máy nén 6 cấp loại H22 - III - 165/320. +Lưu trình công nghệ hệ thống máy nén 6 cấp: Khí than ẩm sau khi khử H2S thấp áp vào xilanh đoạn I với nhiệt độ môi trường và áp suất 10 mmHg. Khí ra khỏi đoạn I có nhiệt độ khoảng 1540C và áp suất 2,1 at đi và thùng làm lạnh đoạn I. Sau khi làm lạnh nhiệt độ hạ xuống còn bằng xấp xỉ nhiệt độ môi trường. Sau đó vào thùng phân ly tách dầu nước đoạn I, dầu và nước bị tách ra ở đây tập chung vào đầu ống xả dầu nước, từ đây dầu nước xả vào thùng tập chung dầu. Khí sau khi tách dầu nước lại đi vào xilanh đoạn II. Khí than ẩm ra đoạn II có áp suất 8 at sau khi qua thiết bị làm lạnh bằng nước và thùng phân ly tách dầu nước đoạn II, khí được tiếp tục đưa vào đoạn III máy nén để nén lên áp xuất 20at, sau khi hạ nhiệt độ và tách dầu nước khí được đưa thẳng đến công nghệ biến đổi để chuyển hoá CO thành CO2, qua công đoạn loại bỏ CO2 áp xuất giảm xuống còn khoảng 17 at, lại quay trở lại hệ thống máy nén. Trước tiên thể khí vào thùng phân ly rồi lần lượt vào đoạn IV (nâng áp suất lên 50at) đoạn V và các thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly tách dầu nước các đoạn. Khí sau khi được nén ở đoạn V đạt tới áp suất 125 at được đưa đến tháp rửa đồng, tháp rửa kiềm để loại bỏ nốt lượng nhỏ CO và CO2. Sau khi rửa đồng thể khí đi vào đoạn VI máy nén, nén tới áp suất 320 at qua làm lạnh bằng nước, phân ly tách dầu nước cuối cùng được đưa tới hệ thống tổng hợp NH3. Phần sau xilanh đoạn IV và giữa đoạn V với đoạn IV có đặt buồng cân bằng, nhằm mục đích thu hồi lượng khí dò qua khe sécmăng của piston và để cân bằng áp xuất tác dụng trên bề mặt làm việc của piston. Thể khí thoát ra khỏi buồng cân bằng sau khi tách bỏ dầu bôi trơn do khí mang theo ở thùng tập chung dầu, lại quay về cửa vào xilanh đoạn I của máy nén. II. Cương vị khử vi lượng CO, CO2: Khí tinh chế vẫn còn chứa một lượng rất nhỏ CO và CO2. Để tránh làm ngộ độc xúc tác tổng hợp NH3, tăng lượng khí trơ trong tháp tổng hợp cần phải khử bỏ CO và CO2 trước khi đưa hỗn hợp khí vào tháp tổng hợp sao cho [CO + CO2] ≤ 20 ppm. Hiện nay có nhiều phương pháp loại bỏ CO. Cônh ty dùng phương pháp hấp thụ bằng dung dịch axêtat ammoniac đồng [Cu(NH3)2AC] và nước NH3. 1. Nguyên lý hấp thụ CO của dung dịch đồng: - Trong điều kiện tồn tại NH3 tự do, axêtat ammoniac đồng sẽ tác dụng với CO để tạo thành phức chất axit cacbonaxêtat 3 amôniắc Cu I: Cu(NH3)2AC + CO + NH3 = Cu(NH3)3AC.CO + Q Ngoài nhiệm vụ chính là hấp thụ CO dung dịch đồng còn phải hấp thụ CO2, O2 và H2S - Phản ứng hấp thụ CO2: Hấp thụ CO2 là dựa vào lượng NH3 tự do chứa trong dung dịch Cu: 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 + Q Muối (NH4)CO3 vừa sinh ra hấp thụ CO2 để tạo thành muối NH4HCO3 (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 + Q - Phản ứng hấp thụ O2 Dung dịch Cu hấp thụ được O2 là dựa vào ion Cu+: 2Cu(NH3)2AC + 4NH3 + 2HAC + 1/2O2 = 2Cu(NH3)4AC2 + H2O + Q - Phản ứng hấp thụ H2S Dung dịch Cu hấp thụ được H2 S là nhờ tác dụng của NH3 tự do: 2NH4OH + H2S = (NH4)2S + 2H2O + Q Đồng thời H2S hoà tan trong dung dịch đồng còn có thể kết hợp với Cu+ để tạo thành sunfua đồng kết tủa: 2Cu(NH3)2AC + H2S = Cu2S + 2NH4AC + 2NH3 Dung dịch đồng sau khi hấp thụ CO, CO2, O2, H2S thì năng lực hấp thụ giảm thậm trí mất hoàn toàn khả năng hấp thụ. Để khôi phục khả năng hấp thụ của dung dịch đồng, cần phải tái sinh dung dịch và sử dụng lại. Tái sinh bao 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 Cu++ sinh ra do hiện tượng oxy hoá Cu+ để điều chỉnh tỷ lệ đồng Cu+/Cu++. Ngoài ra trong quá trình tái sinh phải bổ xung lượng NH3, Cu và HAC tổn thất trong quá trình sử dụng dung dịch đồng. - Phản ứng tái sinh: Dung dịch đồng trong điều kiện giảm áp và gia nhiệt, trước hết nhả ra những thể khí đã hấp thụ là CO, CO2, và H2S: Cu(NH3)3AC.CO = Cu(NH3)2AC + CO­ + NH3­ -Q (NH4)2CO3 = 2NH3­ + CO2­ + H2O - Q NH4HCO3 = NH3­ + CO2 ­+ H2O -Q (NH4)2S = 2NH3­ + H2S­ -Q Thể khí nhả ra trong quá trình tái sinh được gọi là khí tái sinh. Trong khí tái sinh, ngoài CO, CO2, NH3... có chứa một phần N2, H2 do dung dịch đồng mang theo cần phải thu hồi tận dụng. Trong quá trình tái sinh, đồng thời xảy ra phản ứng khử (hoàn nguyên) Cu++ thành Cu+ do Cu trong pha lỏng tác dụng với ion Cu+: 2Cu(NH3)2+ + CO + H2O = 2CuO + CO2 + 2NH3 + 2NH4- -Q CuO vừa sinh ra hoạt động mạnh, trong điều kiện có mặt Cu++ nó lại bị oxy hoá để thành Cu+: Cu + Cu++ = 2Cu + - Q Đồng thời, Cu++ có thể trực tiếp bị CO khử: 2Cu++ + CO + H2O = 2Cu+ CO2 + 2H+ - Q 2. Lưu trình cương vị khử vi lượng CO và CO2: a. Lưu trình khí: Hỗn hợp khí tinh chế ra đoạn V máy nén qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đi vào đáy tháp rửa đồng có nhiệt độ 400C và áp suất 125 at. Ra khỏi đỉnh tháp đồng hỗn hợp khí có nhiệt độ 200C đi vào đáy tháp rửa kiềm. Hỗn hợp khí ra khỏi đỉnh tháp rửa kiềm có nhiệt độ ≤ 350C và áp suất 120 at qua phân ly vào đoạn VI máy nén. b. Lưu trình dung dịch đồng: Dung dịch đồng có nhiệt độ 10 ữ150C, áp suất 1ữ 1,5 at được bơm đồng nâng áp lên khoảng 125 at phun tờ đỉnh tháp xuống tiếp xúc với hỗn hợp khí từ dưới lên ở tầng đệm quas trình hấp thụ xảy ra. Dung dịch đồng sau hấp thụ thải ra ở đáy tháp được đưa đi tái sinh rồi tuần hoàn trở lại. c. Lưu trình dịch kiềm: Dung dịch NH4OH được nhận từ cương vị chưng NH3 có nồng độ NH3 = 5 -7%, nhiệt độ 15ppm thì thay dung dịch mới. 3. Các thiết bị chính: a. Tháp rửa đồng: Cấu tạo: Tháp đệm có vỏ thân tháp hình trụ tròn, được cuốn hàn nhiều lớp thép tấm. Đỉnh tháp có nắp đỉnh, đáy tháp có nắp đáy được gắn chặt vào thân tháp bằng những bulông lớn, trong tháp có chứa vòng đệm thép hình ống kiểu Paul. Trên đỉnh tháp có lắp lớp vỉ phân ly tách bọt và các giọt nhỏ dung dịch đồng lẫn trong thể khí trước khi ra tháp. Nhờ hệ thống vòi phun nên dung dịch đồng được tưới đều xuống tầng đệm. Phần đưới tháp có bố trí một bộ điều tiết dịch diện kế tự động để điều chỉnh mức dịch diện trong tháp rửa đồng. Kích thước: Đường kính D = 1000mm, H = 18.000mm, Hđệm = 13.950mm b. Tháp rửa kiềm: Cấu tạo: Giống tháp đồng Kích thước: Đường kính D = 800mm, H = 18.000mm, Hđệm = 14.000 mm 4. Các chỉ tiêu công nghệ: áp suất khí vào tháp rửa £ 124 kg/cm2 Trở lực toàn hệ thống £ 4 kg/cm2 áp suất dung dịch vào tháp £ 130 kg/cm2 Nhiệt độ dung dịch vào tháp 8 ¸ 150C Nhiệt độ dung dịch ra tháp < 350C Dịch diện tháp rửa đồng và rửa kiềm 1/3 ¸ 2/3 Vào tháp đồng CO trong khí vào tháp CO2 trong khí vào tháp O2 trong khí vào tháp < 3,0% <0,3% <0,1% Khí ra tháp kiềm: CO + CO2 trong khí ra tháp CO2 trong khí ra tháp < 20 ppm < 5 ppm III. cương vị tổng hợp amoniac: 1. Nguyên lý quá trình tổng hợp amoniac: Phản ứng hoá học tổng hợp NH3 theo phương trình sau: 3H2 + N2 = 2NH3 + Q Thực tế chứng tỏ khi phản ứng không có chất xúc tác giúp đỡ thì phản ứng tạo thành NH3 diễn ra với tốc độ hết sức chậm chạp. ở điều kiện 300 - 5000C phản ứng tổng hợp NH3 cần phải kéo dài 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 cần thiết cho việc kết hợp giữa N2 và H2, tăng nhanh tốc độ phản ứng. Có nhiều chất có thể làm chất xúc tác cho quá rình tổng hợp NH3. Nhưng những loại xúc tác lấy Fe làm thành phần chính thường dùng rộng rãi vì loại này có những ưu điểm sau: - Nguồn nhiên liệu chính là Fe dồi dào. - Giá thành hạ. - ở nhiệt độ thấp cũng có hoạt tính khá tốt. - Khả năng chống độc mạnh. - Tuổi thọ xúc tác cao . . . . Ngoài thành phần chính là Fe xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3 còn chứa các chất phụ gia có tác dụng nâng cao được hoạt tính, khả năng chống độc và tính ổn định nhiệt như: ôxit nhôm, K2O, CaO. Đặc điểm của phản ứng tổng hợp là thuận nghịch, toả nhiệt, giảm thể tích nên. Dựa vào định luật cân bằng ta thấy hạ thấp nhiệt độ, tăng cao áp xuất thì cân bằng sẽ dịch chuyển về phía tạo thành NH3. Nhưng giảm nhiệt độ cũng phải đạt được đến trạng thái hoạt tính của xúc tác hơn nữa nhiệt cao sẽ có lợi cho tốc độ phản ứng. Vì vậy cần phải lựa chọn được nhiệt thích hợp nhất vừ có lợi cho tốc độ phản ứng cũng như đạt được nồng độ NH3 ở trạng thái cân bằng cao nhất. áp xuất càng cao cũng làm tăng được hàm lượng NH3 ở trạng thái cân bằng nhưng phụ thuộc nhiều vaò giá thành đầu tư thiết bị và trình độ thao tác của công nhân vận hành. Do đó phải lựa chọn áp xuất thích hợp nhất. 2. Lưu trình công nghệ: Hỗn hợp khí mới H2, N2 từ đoạn VI máy nén khí đến có áp suất 320 at, nhiệt độ 400C đi vào thiết bị ba kết hợp cùng với hỗn hợp khí tuần hoàn sau 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 đi từ dưới lên, làm lạnh đến 20OC, sau đó tiếp tục đi vào thiết bị làm lạnh bằng NH3. ở đây khí đi trong ống trao đổi nhiệt với NH3 bốc hơi phía ngoài ống có nhiệt độ -8 - -100C, vì vậy khí được làm lạnh tới 0OC - -10OC, làm cho NH3 trong khí ngưng tụ thành NH3 lỏng. NH3 lỏng dùng làm tác nhân lạnh trong thiết bị làm lạnh bằng NH3 qua thùng cao vị ngưng tụ phân ly để tách mù NH3, rồi tập chung vào đường ống chung đến công đoạn hấp thụ chế lạnh, để chưng bốc và ngưng tụ thành NH3 lỏng (hoặc đến cửa vào máy nén khí NH3, nén lên áp suất cao, ngưng lạnh thành NH3 lỏng) cấp tuần hoàn quay trở lại thiết bị làm lạnh bằng NH3. Khí tuần hoàn ra khỏi thiết bị làm lạnh đi vào bộ phận phân ly tách NH3 ở phần dưới thiết bị phân ly để tách NH3 lỏng, phần hơi nước vi lượng và dầu còn sót lại trong thể khí cũng bị NH3 lỏng mang đi theo. 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. Ra khỏi tháp ba kết hợp, hỗn hợp khí tuần hoàn chứa 3% NH3 có nhiệt độ 300C và áp xuất chỉ còn 280 - 295 at được đưa tới máy nén tuabin nén lên để bù lại tổn thất áp xuất của hệ thống. Khí tuần hoàn sau khi ra khỏi thiết bị nén khí được đưa qua thiết bị phân ly để phân ly dầu rồi quay trử vào tháp tổng hợp ở nhiệt độ 35 ữ 400C. Hỗn hợp khí vào đỉnh tháp (vào tháp lần 1) đi vào khe giữa vỏ và lõi tháp để tăng nhiệt độ lên 600C. Hỗn hợp khí ra ở đáy tháp (ra tháp lần 1) đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí khí để tăng nhiệt độ lên 1800C rồi quay lại tháp tổng hợp (gồm 1 đường chính và 2 đường phụ để kích lạnh). Đường chính đi vào cửa bên đáy tháp, đi bên ngoài ống trao đổi nhiệt để trao đổi nhiệt với khí mới phản ứng nâng nhiệt độ hỗn hợp khí lên 4000C rồi vào ống trung tâm lên phía trên đỉnh tháp. Hỗn hợp khí đi vào tầng xúc tác thứ nhất thực hiện phản ứng tổng hợp NH3, tại đây do phản ứng tổng hợp toả nhiệt nên nhiệt độ tăng lên 495 ữ 5050C. Để điều chỉnh nhiệt độ của hỗn hợp khí người ta đưa hỗn hợp khí 1800C theo đường kích lạnh 1 qua bộ phân phối khí làm lạnh trực tiếp hạ nhiệt độ hỗn hợp khí xuống 430 ữ 4350C rồi vào tầng xúc tác thứ hai (theo phương hướng trục). Tại tầng 2 phản ứng tổng hợp xảy ra ở nhiệt độ 490 ữ 4950C. Qua tầng xúc tác thứ hai, hỗn hợp khí đi vào ống trao đổi nhiệt để giảm nhiệt độ xuống 4400C rồi tập trung vào vành thứ hai của ống trung tâm đi vào tầng xúc tác thứ ba tiếp tục phản ứng tổng hợp NH3. Hỗn hợp khí sau phản ứng (nồng độ NH3 < 18%) có nhiệt độ 4680C đi vào trong ống trao đổi nhiệt với khí tuần hoàn mới vào giảm nhiệt độ xuống 3750C rồi ra khỏi tháp lần 2 đi vào nồi hơi nhiệt thừa để tận dụng nhiệt sản xuất hơi nước 13 at. Ra khỏi nồi hơi nhiệt thừa hỗn hợp khí có nhiệt độ 2250C qua trao đổi nhiệt khí khí để tăng nhiệt cho khí vào tháp lần 1. Hỗn hợp khí có nhiệt độ nhỏ hơn 1000C qua thiết bị làm lạnh bằng nước giảm nhiệt độ xuống dưới 400C đi vào thiết bị phân ly NH3 để phân ly NH3 lỏng. Ra khỏi thiết bị phân ly hỗn hợp khí chỉ còn 10% đến 11% NH3 được tuần hoàn trở lại tháp ba kết hợp. NH3 lỏng được phân ly ở thiết bị phân ly lần 1 và phân ly lần hai qua van tiết lưu giảm áp xuống 25at về tập trung tại thùng chứa trung gian rồi từ đó nén về kho cầu. Khí bảo hộ máy nén Tuabin lấy từ đường ống chung khí mới qua thiết bị làm lạnh bằng khí NH3 để giảm nhiệt độ từ 400C xuống 150C rồ vào thiết bị phân ly tách dầu và nước. Sau khi phân ly dầu nước khí được đưa qua thiết bị hấp phụ bằng Silicagen để làm khô triệt để rồi theo đường riêng vào roto tuabin qua khe hở giưã roto và Stato hợp cùng với khí tuần hoàn ra khỏi tuabin. 3. Các thiết bị chính: a. Tháp tổng hợp: Cấu tạo: Tháp có kết cấu thành hai lớp gồm phần lõi bên trong và phần vỏ tháp. Phần lõi bên trong được nằm gọn trong vỏ tháp bao bọc kiểu hình trụ tròn. Vỏ tháp chịu áp là chính nên được chế tạo bằng hợp kim thép mác thấp thông thường hay thép cácbon loại tốt. Phần lõi bên trong làm việc ở nhiệt độ cao khoảng trên dưới 500oC, mà không phải chịu chênh áp lớn nên có thể được chế tạo bằng thép hợp kim. Phần lõi bên trong bao gồm: dọ xúc tác, bộ trao đổi nhiệt, hộp phân phối khí, lò điện tăng nhiệt. Phần mặt ngoài của dọ xúc tác được bọc một lớp bảo ôn để giảm bớt nhiệt lượng tản ra môi trường xung quanh kích thước: H: 17.038 mm; 1000; dọxt: 912 x 14; ống trung tâm: 194 x 10 mm Hxttầng 1: 5128 mm (hướng trục); Dung tích xúc tác: 2971 m3 Hxttầng 2: 6160 mm (hướng kính); Dung tích xúc tác: 3115 m3 HTĐN trung gian: 696 mm; FTN: 44,1 m2, nống: 2832 ống; f =10 x 1,5mm HTĐN dưới: 1135 mm; FTN: 100,2 m2, nống: 4608 ống: f = 8 x 1,5mm b. Thiết bị phân ly dầu: Nhiệm vụ: Tách các hạt sương NH3 lỏng ra khỏi thể khí Cấu tạo: Trong thiết bị có đặt một ống có đường kính nhỏ hơn, gọi là ống lồng trong, mặt ngoài của ống lồng trong này được lắp các tấm dẫn hướng hình xoắn ốc, còn trong lòng ống lồng chứa đầy vòng đệm sắt. Kích thước: H : 2351 mm; HLV: 1800 mm: ftrong : 800mm; fngoài: 946mm 4. Các chỉ tiêu công nghệ: a. áp suất: - áp suất cửa ra máy nén tuần hoàn tuabin: £ 320 kg/cm2 - áp suất thùng chứa trung gian: < 24 kg/cm2 - Chênh áp tuabin ³ 3% áp suất toàn hệ thống - áp suất bốc hơi làm lạnh bằng NH3 ở 402: £ 3 kg/cm2 - áp suất khí NH3 lỏng đến thùng cao vị: ³ 10 kg/cm2 - Tốc độ hạ tăng và hạ áp tháp tổng hợp: 2 ¸ 5 kg/cm2/phút. b. Nhiệt độ: - Nhiệt độ khí mới vào tháp tổng hợp: £ 400C - Nhiệt độ làm việc của xúc tác: £ 5300C - Nhiệt độ khí ra lần 1: £ 600C - Nhiệt độ khí ra lần 2: £ 3750C - Nhiệt độ khí ra nồi hơi nhiệt thừa: £ 2400C - Nhiệt độ khí vào tháp lần 2: £ 2000C - Nhiệt độ khí vào làm lạnh bằng nước: £ 1200C - Nhiệt độ khí ra làm lạnh bằng nước: £ 400C - Nhiệt độ khí ra ngưng tụ vào làm lạnh bốc hơi: £ 150C - Nhiệt độ khí ra làm lạnh bốc hơi: £ -20C - Nhiệt độ nước làm lạnh: £ 330C - Nhiệt độ khí bảo hộ tuabin: £ 100C - Phân tích: + Thành phần khí mới: H2: 73 ¸ 75% N2: 24 ¸ 25% CH4: 1 ¸ 1,2% + Thành phần khí tuần hoàn: H2: 66 ¸ 68 % N2: 22,4 % CH4: 10 ¸ 15% NH3: £ 3% + NH3 ra tháp tổng hợp: 13% - CO + CO2 trong khí mới: < 20ppm - Độ thuần của NH3 lỏng sản phẩm: + Loại 1: 99,8% + Loại 2: 99,5% Phần IV: Xưởng Urea A. Nguyên lý quá trình tổng hợp Urea: Phản ứng tổng hợp Urea được tiến hành theo hai giai đoạn xen kẽ rất nhanh. Đầu tiên NH3 và CO2 theo tỷ lệ NH3/CO2 = 4/1 với sự có mặt của hơi nước 16 at phản ứng tạo thành dung dịch Cacbamat amôn (NH4COONH2): 4NH3 + 2CO2 + H2O = 2NH4COONH2 + 38.000 Kcal/Kmol Sau đó, dung dịch Cacbamat tách nước tạo thành Urea: NH4COONH2 = (NH2)2CO + H2O + 6.800 Kcal/Kmol Rút gọn hai phản ứng trên ta có phản ứng tổng hợp: 2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O + Q Hiệu suất của phản ứng tổng hợp đạt 65 ¸ 68 %. B. Lưu trình công nghệ: NH3 lỏng có áp suất 20¸22 kg/cm2, nhiệt độ từ 20¸30OC từ kho cầu (cương vị 671) của xưởng NH3 đưa vào qua lưu lượng G721 vào bộ lọc 704, lọc những tạp chất rồi vào thùng chứa NH3 (thiết bị 705) luôn ở mức 1/2¸2/3 dịch diện, từ thùng chứa này qua bơm cao áp 706 kiểu piston nâng áp suất lên 200 kg/cm2 vào thiết bị gia nhiệt NH3 (707) lên khoảng 40¸50OC (chạy máy ban đầu 100¸110OC) rồi đưa vào tháp tổng hợp 708. Khí CO2 từ phân xưởng Tạo khí đưa sang có các thành phần sau : CO2³ 98,5 % thể tích, H2S £ 500 mg/m3, bổ sung thêm O2 từ 0,5¸0,55% (hạy máy ban đầu 0,8%V) theo thể tích O2, áp suất: 250¸400 mmH2O, nhiệt độ: 30¸40OC. Khí CO2 được máy nén khí nén lên áp suất đoạn 3 là 33,6 kg/cm2 sang bộ phận khử H2S bằng phương pháp khô, bảo đảm hàm lượng H2S £ 5 mg/m3. Khí CO2 tiếp tục đưa vào nén cấp 4 cấp 5 nâng áp suất khí lên 200 kg/cm2 và nhiệt độ 110¸120OC đưa sang tháp tổng hợp 708. Dung dịch Cácbamát tuần hoàn quan bơm 716 cũng được đưa vào tháp tổng hợp Urê. Tại tháp tổng hợp xảy ra phản ứng tổng hợp. Hiệu suất chuyển hoá đạt từ 65¸68 % (tính theo CO2), thời gian lưu lại của nguyên vật liệu trong tháp 708 từ 45¸55 phút tuỳ theo phụ tải, dung dịch ra khỏi 708 gồm có Urê, Cacbamat, NH3 tự do, CO2 và nước, qua van tiết lưu (P727) áp suất giảm xuống còn 17¸17,5 kg/cm2, nhiệt độ ~120¸130OC đưa vào thiết bị phân giải đoạn I (710) tại đây pha khí được tách ra, bay lên phần trên, còn lại dung dịch đưa sang thiết bị gia nhiệt (711) ở đây dung dịch được đun nóng lên đến nhiệt độ 155¸160¸C (bằng hơi nước bão hoà 13 kg/cm2), rồi đưa sang phân ly 712 lượng khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa vào thiết bị 710 trợ nhiệt cho dung dịch từ 708 sang rồi cùng với lượng khí ở 710 bay lên. Dịch ở 712 qua van tiết lưu lần thứ hai P722 áp suất giảm xuống 2,5¸3,5 kg/cm2, nhiệt độ từ 110¸120OC đưa sang phân giải đoạn II (713) ở phần trên khí được tách ra, bay lên đỉnh thiết bị, còn dung dịch được qua thiết bị 714 dùng hơi nước 13 kg/cm2 tăng nhiệt lên 145¸150OC đưa vào phần dưới của 713 khí ở đây ra tập chung ở đỉnh, còn dung dịch Urê ra ở phần đáy qua tiết lưu lần nữa ở P724 về áp suất thường vào thiết bị bốc hơi nhanh (730) rồi vào cô đặc đoạn I (731), phần dưới được gia nhiệt bằng khí hỗn hợp từ 710, đoạn trên dùng hơi 13 kg/cm2 tăng nhiệt độ dung dịch Urê lên 120¸130OC. Lại phân ly tiếp tục ở thiết bị 733 nâng nhiệt độ lên 135¸140OC lại vào thiết bị phân ly 735 phần khí bốc lên ở đỉnh, còn dung dịch Urê lúc này có nồng độ 99,8% về bơm 735 bơm lên tạo hạt, qua sàng về băng tải chuyển sang bộ phận đóng bao rồi xếp vào kho. - Hơi thứ của trong quá trình sản xuất từ 730, 731, 734 do bơm Tuye và các thiết bị làm lạnh, ngưng tụ 742, 743, 744, 746, 739, 740, 741 tập chung về thùng chứa 747. Dung dịch ở 747 do bơm 748 bơm lên để hấp thụ ở tháp hấp thụ 720, 721, với khí phân giải ở 713 đưa sang,dung dịch ở 720 do bơm 722 AB tăng áp lên 17at đưa vào tháp hấp thụ 715 với khí ở 710, 712 qua trao đổi nhiệt với dung dịch Urê ở 731 trở về 715.Khí từ hấp thụ được đi tiếp sang thiết bị hấp thụ 721. Dịch của 721 do bơm 722 nâng áp lên 17at đưa vào hấp thụ khí trơ 719, hấp thụ khí không ngưng tụ ở 718. Dung dịch hấp thụ của 719 được đưa về phần đỉnh của tháp hấp thụ đoạn I (715) để rửa lượng Cacbamat tích tụ ở trên các tầng đĩa. Khí NH3 từ đáy tháp 715 bay lên phần đỉnh và được rửa bằng NH3 lỏng để khử triệt để lượng CO2, để lượng khí NH3 từ 715 lên 717 được làm lạnh ngưng tụ về thùng chưa 705 cùng với NH3 từ kho cầu đưa vào. Khí không hấp thụ hết ở 719 và 721 tập chung đưa vào hấp thụ ở tầng khí cuối 723 rồi đưa về thùng chứa 725, khí còn lại ở hấp thụ 723 thải ra ngoài trời. mục lục