Đề tài Thực tập tại công ty TNHH MTV phân đạm và hóa chất Hà Bắc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG ---------oOo---------- BÁO CÁO THỰC TẬP TẠI CÔNG TY TNHH MTV PHÂN ĐẠM VÀ HÓA CHẤT HÀ BẮC Họ và tên  :  Nguyễn Đức Long   Lớp  :  Kỹ thuật môi trường   Khóa  :  52   Hà Nội, 6/2011 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới: Viện khoa học và Công nghệ môi trường Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đã cho phép và tạo điều kiện giúp đỡ tôi được thực tập tại Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc từ 14/6/2011 đến 22/6 /2011. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Vũ Ngọc Thủy và ThS. Đoàn Thị Thái Yên (Viện khoa học và Công nghệ môi trường) và các anh/chị kỹ thuật viên các xưởng Tạo khí, NH3, Urea (Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc) đã trực tiếp hướng dẫn tôi thực tập. Hà Nội, 6/ 2011 Sinh viên: Nguyễn Đức Long Mục lục Lời mở đầu…………………………………………………………………..   1   Chương 1. Giới thiệu về Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc……………………………………………………………………….   2   1. 1. Thông tin chung………………………………………………….   2   1. 2. Quá trình phát triển………………………………………………   4   Chương 2. Công nghệ sản xuất urea của Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc……………………………………......................   6   2. 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất urea Hà Bắc………………………….   6   2. 2. Các xưởng chính trong dây chuyền sản xuất urea Hà Bắc………   8   2. 2. 1. Xưởng Tạo khí…………………………………………………….   8   2. 2. 2. Xưởng NH3………………………………………………………..   17   2. 2. 3. Xưởng Urea………….…………………………………………….   31   Chương 3. Vấn đề môi trường trong sản xuất urea của Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc……………………………………..   49   3. 1. Các dòng thải chính trong công nghệ sản xuất urea Hà Bắc…….   49   3. 1. 1. Xưởng Tạo khí……………………………………………………   49   3. 1. 2. Xưởng Amoniac………………………………………………….   50   3. 1. 3. Xưởng Urea………………………………………………………   50   3. 1. 4. Các dòng thải khác………………………………………………   50   3. 2. Khắc phục vấn đề môi trường trong sản xuất urea Hà Bắc……....   51   Kết luận và Kiến nghị……………………………………………………….   53   Lời mở đầu Nội dung Báo cáo thực tập tại Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc này tập trung vào thuyết minh lưu trình công nghệ sản xuất urea Hà Bắc cùng với vấn đề môi trường kèm theo. Báo cáo thực tập được viết dựa trên kiến thức thực tế khi thực tập và tham khảo các tài liệu sau: Thông tin từ trang web: Nguyễn Văn Linh (Phòng Kỹ thuật công nghệ - Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc). Giáo trình Lớp cán bộ, công nhân vận hành Dự án đạm Phú Mỹ tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu. 11/2002. Quy trình kỹ thuật của các xưởng Tạo Khí, NH3 và Urea. Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu nhưng do thời gian thực tập hạn chế cho nên Báo cáo thực tập không tránh khỏi thiếu sót nhất định, rất mong được sự góp ý của các Thầy cô. Hà Nội, 6/2011 Sinh viên: Nguyễn Đức Long Chương 1. Giới thiệu về Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc 1. 1. Thông tin chung Tên giao dịch quốc tế: Habac Nitrogenous Fertilizer and Chemical Company Limited Tên viết tắt: HANICHEMCO Logo: / Chủ quản: Tập đoàn Hóa chất Việt Nam (VINACHEM) Địa chỉ: Phường Thọ Xương/ Thành phố Bắc Giang Điện thoại: (0240)3854538 Fax: (0240)3855018 Email: pdhabac@hn.vnn.vn info@damhabac.com.vn Website: Giấy chứng nhận kinh doanh số: 110340 Số tài khoản: 10201 0000 4444 35 tại Ngân hàng Công thương Bắc Giang Mã số thuế: 2400120344 Ngành nghề kinh doanh: Sản xuất, kinh doanh phân đạm; Sản xuất, kinh doanh hóa chất cơ bản; Sản xuất kinh doanh điện và quản lý lưới điện trong phạm vi Công ty; Sản xuất, kinh doanh NH3 lỏng, CO2 lỏng và rắn, các sản phẩm khí công nghiệp; Sản xuất kinh doanh hàng cơ khí; Xây lắp các công trình, lập dự án đầu tư xây dựng các công trình, thiết kế thiết bị công nghệ công trình hóa chất; Đầu tư và kinh doanh tài chính; Xuất nhập khẩu, kinh doanh các sản phẩm hóa chất và phân bón; Kinh doanh các ngành nghề khác. Sản phẩm chính: urea, amoniac lỏng, CO2 lỏng và rắn. Tổ chức: 1/ Ban lãnh đạo: Chủ tịch hội đồng thành viên kiêm Tổng giám đốc: Ông Nguyễn Anh Dũng Hội đồng thành viên: Ông Đỗ Doãn Hùng Ông Phan Văn Tiền Bà Nguyễn Thị Thanh Minh Ông Đồng Văn Quyết Các Phó tổng giám đốc: Ông Đỗ Doãn Hùng Ông Phan Văn Tiền Ông Đỗ Minh Sơn 2/ Sơ đồ tổ chức (Hình 1): / Hình 1. Mô hình quản lý trực tuyến, chức năng của HANICHEMCO 3/ Các thành viên: Các thành viên trực thuộc gồm 15 phòng, 11 đơn vị sản xuất và 2 đơn vị đời sống – xã hội. Các phòng nghiệp vụ, kinh tế: Văn phòng; Phòng Tổ chức nhân sự; Phòng Bảo vệ quân sự; Phòng Kế hoạch; Phòng Thị trường; Phòng Kế toán-Thống kê-Tài chính; Phòng Vật tư-Vận tải. Các phòng kỹ thuật: Phòng Kỹ thuật công nghệ; Phòng Điều độ sản xuất; Phòng Kỹ thuật an toàn-Môi trường; Phòng Điện-Đo lường-Tự động hóa; Phòng Cơ khí; Phòng Kiểm tra chất lượng sản phẩm; Phòng Đầu tư xây dựng. Các đơn vị sản xuất: Phân xưởng Than; Xưởng Nước; Xưởng Điện; Xưởng Tạo khí; Xưởng Amoniac; Xưởng Uera; Xưởng Vận hành và sửa chữa điện; Xưởng Đo lường-Tự động hóa; Xưởng Sữa chữa và lắp đặt thiết bị hóa chất; Phân xưởng Than phế liệu; Xưởng CO2. Các đơn vị đời sống – xã hội: Nhà văn hóa; Phân xưởng phục vụ đời sống. 4/ Số lượng cán bộ, công nhân viên: khoảng 2000 người 1. 2. Quá trình phát triển Ngày 18/2/1959 Chính phủ Việt Nam và Chính phủ Trung Quốc đã ký kết hiệp định về việc Chính phủ Trung Quốc giúp xây dựng Nhà máy Phân đạm Hà Bắc cho Việt Nam theo hình thức viện trợ không hoàn lại. Theo đó nguồn nguyên liệu đi từ than Hòn Gai và sản phẩm là NH4NO3 và HNO3. Quý I năm 1960 Nhà máy Phân đạm Hà Bắc được khởi công xây dựng trên mặt bằng khoảng 40 ha tại phường Thọ Xương, thành phố Bắc Giang, tỉnh Bắc Giang (hiện nay), toàn bộ thiết bị được thiết kế và chế tạo từ Trung Quốc. Dự định ngày 2/9/1965 Nhà máy Phân đạm Hà Bắc được khánh thành và đi vào sản xuất nhưng do chiến tranh phá hoại của Đế quốc Mỹ mà Chính phủ quyết định đình chỉ dự định này. Đầu năm 1973 Nhà máy Phân đạm Hà Bắc bắt đầu được khôi phục và mở rộng sản xuất nhưng chuyển đổi sản phẩm sang urea. Tháng 6/1975 việc xây dựng và lắp đặt về cơ bản hoàn thành chuẩn bị chạy thử máy. Ngày 28/11/1975 sản xuất thành công NH3 lỏng. Ngày 22/12/1975 sản xuất thành công urea. Ngày 30/10/1977 Nhà máy Phân đạm Hà Bắc được chính thức khánh thành. Giai đoạn 1976-1983 là thời kỳ sản xuất gặp nhiều khó khăn, chẳng hạn sản lượng năm 1981 chỉ đạt 9000 tấn urea bằng 9% công suất thiết kế. Ngày 10/10/1988 đổi tên thành Xí nghiệp Liên hợp Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc với phương thức hạch toán kinh doanh theo cơ chế sản xuất hàng hóa. Ngày 13/02/1993 để phù hợp với tình hình kinh tế đất nước Xí nghiệp Liên hợp Phân đạm và Hoá chất Hà Bắc đổi tên thành Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc. Thực tế giai đoạn 1995 – 1997 Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc sản xuất 80 000 tấn NH3/ năm và 130 000 tấn urea/năm Giai đoạn 2000 – 2002 các chuyên gia Trung Quốc thực hiện Dự án cải tạo kỹ thuật Công ty Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc nâng công suất lên 90 000 tấn NH3/năm và 150 000 tấn urea/năm. Ngày 20/10/2006 chuyển đổi thành Công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên Phân đạm và  Hoá chất Hà Bắc. Năng lực sản xuất hiện tại: urea ≥ 170 000 tấn/ năm; NH3 ≥ 100 000 tấn/năm; CO2 lỏng, rắn ≥ 30 000 tấn/năm. Các sản phẩm được áp dụng hệ thống quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9001:2000 từ năm 2007 và đã đạt được nhiều danh hiệu chất lượng sản phẩm có uy tín. Các dự án trọng điểm đang triển khai: Dự án đầu tư xây dựng công trình cải tạo - mở rộng nâng công suất lên 500 000 tấn urea/năm; Dự án đầu tư dây truyền sản xuất hydrogen peroxide (H2O2) công suất 10 000 tấn/năm; Dự án sửa chữa khôi phục đường sắt ga Bắc Giang - kho urea; Dự án xây dựng khu tái định cư thuộc Dự án cải tạo - mở rộng nâng công suất lên 500 000 tấn urea/năm; Dự án cải tạo, mở rộng tuyến đường Phạm Liêu đoạn đường từ cổng 1 đến cổng 2 (cũ); Dự án đầu tư xây dựng Hệ thống thông tin quản trị doanh nghiệp tổng thể (ERP). Nhiệm vụ quan trọng/ Chiến lược phát triển của Công ty TNHH MTV Phân đạm và hóa chất Hà Bắc trong giai đoạn tiếp theo được xác định là góp phần đảm bảo cung ứng lượng urea cần thiết cho sản xuất nông nghiệp trong nước, hạn chế nhập khẩu như hiện nay và tiến tới xuất khẩu ra thị trường thế giới. Chương 2. Công nghệ sản xuất urea của Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc Urea Hà Bắc: Công dụng:  - Trong nông nghiệp: phân bón cung cấp N cho cây trồng. - Trong công nghiệp: sản xuất chất dẻo, keo dán, nhựa tổng hợp, vecni và một số dược phẩm,…   Chỉ tiêu chất lượng quan trọng:  - Hàm lượng N ≥ 46% - Biuret (H2NCONHCONH2) ≤ 1,5% - Hàm ẩm ≤ 0,5%   Hình thức:  Đóng bao trắng hoặc bao vàng, khối lượng tịnh 50 kg   Sản lượng:  Khoảng 170 000 tấn/năm   Phân phối:  Thị phần chủ yếu ở các tỉnh phía Bắc   2. 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất urea Hà Bắc Dây chuyền sản xuất urea Hà Bắc gồm 3 xưởng chính: xưởng Tạo khí, xưởng Amoniac và xưởng Urea được thể hiện như Hình 2. Hình 2. Dây chuyền sản xuất urea Hà Bắc / Hình 3. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ sản xuất urea Hà Bắc Sơ đồ khối lưu trình công nghệ sản xuất urea Hà Bắc như Hình 3. Urea Hà Bắc được sản xuất từ nguyên liệu gồm than antraxit cục, hơi nước và không khí. Quá trình khí hóa than gián đoạn theo phương pháp tầng ngọn lửa cố định. Sản phẩm của quá trình khí hóa gồm CO2 , CO, H2, N2, H2S, CH4, Ar,…được gọi là khí than ẩm. Khí than ẩm được tách bụi, làm nguội và chứa trong két khí. Khí than ẩm được đưa ra khỏi két khí, qua lọc bụi tĩnh điện tách nốt lượng bụi còn lại rồi qua quạt tăng áp. Khí than ẩm được quạt tăng áp đưa vào tháp khử H2S thấp áp, sau đó đi vào các đoạn 1, 2 và 3 của máy nén 6 cấp. Ra khỏi đoạn 3 của máy nén 6 cấp khí than ẩm tiếp tục đi vào tháp biến đổi CO thành CO2 và khi ra khỏi đây được gọi là khí biến đổi. Khí biến đổi đi vào tháp khử H2S trung áp rồi đi sang tháp hấp thụ CO2 và sau hệ thống này được gọi là khí tinh chế. Khí tinh chế đi vào các đoạn 4 và 5 của máy nén 6 cấp. Ra khỏi đoạn 5 của máy nén 6 cấp khí tinh luyện được đưa vào tháp khử vi lượng bằng dung dịch đồng kiềm và trở thành khí nguyên liệu tổng hợp NH3. Khí nguyên liệu qua đoạn 6 của máy nén 6 cấp, qua thiết bị phân ly dầu và đi vào tháp tổng hợp NH3. Khí đi ra khỏi tháp tổng hợp NH3 có nồng độ NH3 cao được làm lạnh , phân ly tách NH3 lỏng đưa vào kho chứa. CO2 thu được từ công đoạn hấp thụ CO2 được nén cao áp và đưa sang tổng hợp urea. Nguyên liệu tổng hợp urea gồm NH3lỏng và CO2 khí. NH3 lỏng đưa vào đáy tháp tổng hợp urea nhờ bơm tăng áp. CO2 cũng đưa vào đáy tháp tổng hợp nhờ máy nén khí. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp phản ứng tổng hợp urea xảy ra rất nhanh theo 2 giai đoạn: tạo cacbamat và cacbamat tách nước thành urea Ở đây quá trình tổng hợp urea mang tính tuần hoàn toàn bộ, tức là tất cả NH3 và CO2 dư được đưa trở lại đầu hệ thống. Dịch urea ra khỏi đỉnh tháp tổng hợp urea qua các công đoạn phân giải và cô đặc để tách NH3 chưa phản ứng, đồng thời nâng cao nồng độ urea, sau đó đi vào tháp tạo hạt. Hạt urea đạt tiêu chuẩn kích thước, làm nguội, đóng bao và chuyển vào kho thành phẩm. 2. 2. Các xưởng chính trong dây chuyền sản xuất urea Hà Bắc 2. 2. 1. Xưởng Tạo khí 2. 2. 1. 1. Nhiệm vụ Chế tạo hỗn hợp khí H2, N2 với tỷ lệ H2:N2 = 3:1 làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3. 2. 2. 1. 2. Lưu trình công nghệ Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng Tạo khí như trong Hình 4. Quá trình khí hóa làm việc gián đoạn ở khâu tạo khí sử dụng nguyên liệu chính là than cục,  / Hình 4. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng Tạo khí hơi nước và không khí. Than cục đang dùng là loại antraxit nhập về từ các vùng mỏ ở Quảng Ninh. Than cục từ kho than được băng tải nghiêng đưa lên 10 bunke dung tích 50 tấn và đưa gián đoạn vào lò khí hóa. Hiện tại xưởng có 10 lò tạo khí (tương ứng với 10 bunke) trong đó 8 lò tạo khí có bộ phận thu hồi khí thổi gió và 2 lò tạo khí còn lại không có bộ phận thu hồi khí thổi gió để dự phòng. Than cục được chia làm 3 loại theo cấp hạt gồm 12 – 25mm, 20 – 40mm và > 40mm sẽ được cấp cho từng lò tạo khí khác nhau. Trung bình mỗi ngày chạy máy tiêu tốn hết 400 – 450 tấn than cục. Hơi nước 0,49 Mpa nhiệt độ 250oC được cấp từ xưởng Nhiệt điện tới, không khí được cấp từ quạt không khí tới. Hỗn hợp phản ứng trong lò khí hóa ở khoảng 1100oC tạo thành khí than ẩm có thành phần gồm CO, CO2, H2S, H2, N2, CH4 và bụi. Khí than ẩm được đi qua lò đốt để trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi nước và không khí ở giai đoạn thổi xuống, đồng thời cũng lắng bụi. Khí than ẩm sau đó đi qua nồi hơi nhiệt thừa để tận dụng nhiệt sản xuất hơi nước từ nước tuần hoàn 100oC, làm nguội và tách bụi. Tiếp tục, khí than ẩm qua van ba ngả đi vào thủy phong túi rửa để làm lạnh và rửa sơ bộ khí than trước khi đi qua 2 tháp rửa. Sau khi qua 2 tháp rửa thì khí than ẩm đi vào két khí. Két khí còn có tác dụng trộn và cân bằng áp suất khí than ẩm của các lò tạo khí. Cuối cùng, khí than ẩm còn phải qua thiết lọc bụi tĩnh điện trước khi được quạt khí than ẩm đưa sang xưởng Amoniac. 2. 2. 1. 3. Các cương vị chính Một số cương vị chính của xưởng Tạo khí gồm: Cương vị Lò tạo khí; Cương vị Lọc bụi tĩnh điện; Cương vị Nước tuần hoàn; Cương vị Thu hồi khí thổi gió. A. Cương vị Lò tạo khí Nhiệm vụ: Cương vị Lò tạo khí đóng vai trò chủ chốt trong xưởng Tạo khí, có nhiệm vụ chế tạo khí than ẩm bằng phương pháp khí hóa than bằng lò tạo khí tầng lửa cố định làm việc gián đoạn. Nguyên lý quá trình khí hóa than ẩm: Nguyên lý quá trình khí hóa than ẩm ở đây gồm 2 giai đoạn chính: thổi gió để tăng nhiệt và chế tạo khí than ẩm. Ban đầu dùng không khí thổi vào đáy lò tạo khí để tăng nhiệt. Khi nhiệt độ trong lò tạo khí tăng đến mức độ nhất định thì ngừng thổi gió bắt đầu đưa hỗn hợp khí và hơi nước vào để chế tạo khí than ẩm. Như vậy mỗi tuần hoan làm việc từ gia đoạn thổi gió lần trước đến giai đoạn thổi gió lần sau. a) Thổi gió để tăng nhiệt Không khí đưa vào lò tạo khí ở nhiệt độ than > 700oC sẽ xảy ra các phản ứng sau: C+ O 2  =  CO 2  + Q   2C+ O 2  =  2CO  + Q   C+ CO 2  =  2CO  - Q   Khí thổi gió ở nhiệt độ > 550oC đem đốt sẽ xảy ra phản ứng: 2CO+ O 2  =  2 CO 2  + Q   b) Chế tạo khí than ẩm Sau khi nâng cao nhiệt độ lò tạo khí, tiến hành đưa hỗn hợp hơi nước và không khí vào. Hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 1100oC có các phản ứng sau: C+ H 2 O  =  CO 2 +2 H 2  - Q   C+ H 2 O  =  CO 2  - Q   C+ O 2  =  2 CO 2  - Q   2C+ O 2  =  2CO  + Q   CO 2 + 4H 2  =  CH 4 +2 H 2 O  + Q   CO 2 +C  =  2CO  - Q   CO+ H 2 O  =  H 2 + CO 2  + Q   Ngoài ra ở nhiệt độ thấp còn có phản ứng: C+2 H 2  =  C H 4  + Q   Thành phần % khí than ẩm như sau: H2  CO  CO2  N2  CH4  O2   37,0  33,3  6,6  22,4  0,3  0,3   Thực tế để đảm bảo an toàn và nâng cao chất lượng khí than ẩm mỗi tuần hoàn làm việc bao gồm 5 giai đoạn: Giai đoạn thổi gió: Không khí đưa vào đáy lò để đốt cháy than cục, nhiệt sinh ra để cấp cho phản ứng giữa C và hơi H2O. Giai đoạn thổi lên lần 1: Sau giai đoạn thổi gió nhiệt độ tầng than cục rất cao, đưa hỗn hợp không khí và hơi nước vào đáy lò để sinh khí than ẩm. Mục đích của việc đưa không khí vào lò để đảm bảo tỷ lệ (H2 + CO)/ N2 = 3,1 – 3,2, đồng thời cấp thêm nhiệt cho phản ứng giữa C và hơi H2O. Giai đoạn thổi xuống: Trong giai đoạn thổi lên lần 1, do phản ứng giữa C và hơi H2O thu nhiệt khá lớn làm cho nhiệt độ tầng lửa phía dưới giảm, và khí than ẩm không ngừng gia nhiệt làm cho nhiệt độ tâng lửa phía trên tăng. Hiện tượng dịch chuyển tầng lửa gây vỡ vụn than cục và gia tăng tổn thất nhiệt theo khí than ẩm. Để khắc phục hiện tượng này cần có giai đoạn thổi xuống, dùng dòng hơi nước đi từ đỉnh xuống đáy lò tạo khí. Giai đoạn thổi lên lần 2: Cần thiết phải dùng không khí và hơi nước thổi vào đáy lò tạo khí để đuổi hết khí than ẩm ở đó, tránh nổ do phản ứng giữa CO và O2 không khí. Giai đoạn thổi sạch: Giai đoạn thổi sạch để tận dụng hết khí than ẩm còn lưu lại ở đỉnh lò tạo khí và đường ống. Mỗi tuần hoàn làm việc kéo dài khoảng 3 phút và thông thường theo phân phối thời gian như sau: Giai đoạn  Thổi gió  Thổi lên lần 1  Thổi xuống  Thổi lên lần 2  Thổi sạch   %  22 – 26  24 – 28  38 – 42  6 – 9  3 – 4   Lưu trình công nghệ: Vận chuyển và cung cấp nguyên liệu: Than cục theo các cấp hạt khác nhau được băng tải vận chuyển lên các bunke. Giai đoạn thổi gió: Không khí được quạt gió đưa vào đường ống chung với áp suất 2800 – 3200 mmH2O, đưa qua tầng than nóng đỏ ở đáy lò tạo khí sẽ xảy ra phản ứng đốt cháy C. Nhiệt sinh ra được tầng gạch chịu lửa tích trữ lại. Khí thổi gió ra khỏi lò tạo khí, đi vào lò hơi nhiệt thừa theo hướng từ trên xuống, rồi tới cương vị Thu hồi khí thổi gió. Giai đoạn thổi lên lần 1: Hơi nước quá nhiệt 5at, 280 – 350oC từ xưởng Nhiệt điện qua lưu lượng kế cấp sang khu lò tạo khí qua bộ giảm áp và phân đoạn cấp cho từng lò tạo khí. Khí than ẩm chế tạo được đi qua lò đốt, qua lò hơi nhiệt thừa về van 3 ngả, đến túi rửa. Giai đoạn thổi xuống: Hơi nước được đưa vào lò tạo khí từ trên xuống. Khí than ẩm sinh ra được qua tầng xỉ, mũ gió, van 3 ngả vào thủy phong túi rửa rồi ra đường ống khí than ẩm chung. Giai đoạn thổi lên lần 2: Dùng hỗn hợp không khí và hơi nước thổi lên theo lưu trình như giai đoạn thổi lên lần 1 nhưng thời gian ngắn hơn. Giai đoạn thổi sạch: Giai đoạn thổi sạch theo lưu trình như giai đoạn thổi gió nhưng van ống khói đóng để khí than ẩm đi vào đường ống khí than ẩm chung. Chú ý: Điều chỉnh tỷ lệ H2 : N2 trong khí than ẩm chủ yếu nhờ tăng giảm lượng không khí (N2). Các thiết bị chính trong cương vị: Hệ thống lò phát sinh khí than Φ3m: 8 lò; Φ2,745m: 2 lò. Mỗi hệ thống lò bao gồm các thiết bị sau: Lò phát sinh khí than: 01 Lò đốt: 01 Nồi hơi nhiệt thừa: 01 Thủy phong túi rửa: 01 Thủy phong lò đốt: 01. Hệ thống lò 3÷10 sử dụng hệ thống khống chế bằng máy vi tính sử dụng dầu cao áp để khống chế quá trình đóng mở van cửa lò. Hệ thống lò 1,2 sử dụng hệ thống khống chế bằng máy tự động và đóng mở van bằng nước cao áp. 1) Lò khí hóa UGI Có 2 loại lò có đường kính khác nhau là Φ2745mm và Φ3000mm. Lò bao gồm có 4 phần chính như sau: Nồi hơi vỏ kép: H = 2961mm; FTN = 13m2; lượng nước chứa 12m3. Có 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 nhiên liệu, đồng thời sản xuất ra hơi nước thấp áp 0,5÷0,8at. Mũ gió: làm bằng gang, cao 1400mm. Có tác dụng phân phối khí đều cho tầng than. Loại cũ có hình bảo tháp có đường kính vành lớn nhất 1200mm, mũ gió tầng trên cùng khoan 20 lỗ Φ20, diện tích thông gió 0,9m2. Loại mới có hình dẻ quạt có đường kính 2650mm, diện tích thông gió 1,5m2. Ghi lò: có 2 loại. Loại cũ có cơ cấu truyền động bằng giảm tốc hành tinh, điều chỉnh tốc độ bằng bộ khống chế ZLK; loại mới cóc ơ cấu truyền động bằng giảm tốc kiểu biến tần. Tốc độ chuyển động trung bình của ghi lò từ 0,3÷0,8v/h. Mâm tro: đỡ toàn bọ trọng lượng tầng tro xỉ và tầng nguyên liệu. Loại cũ trên mâm tro cố định 4 đỡ gạt tro hình lưỡi liềm gọi là gờ đẩy tro; loại mới có 2 cày tro có tác dụng đẩy tro xuống phễu tro. 2) Lò đốt Chiều cao H = 10880mm; đường kính Φ3354mm. Tác dụng: Thu hồi nhiệt khí thổi gió và thổi lên. Đốt triệt để CO và H2 trong khí thổi gió. Trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi nước ở giai đoạn thổi xuống. Loại bỏ một phần bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên. Cấu tạo: Chóp trên và chóp dưới và phần trụ hình tròn. Vỏ lò làm bằng thép cuốn dày 8mm, phần hình trụ được xếp gạch chịu nhiệt, phần chóp và hình trụ dưới được xây lót bằng gạch chịu lửa. 3) Nồi hơi nhiệt thừa Tác dung: thu hồi nhiệt lượng của khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên để sản xuất hơi nước; làm nguội khí thổi gió trước khi phóng không; làm nguội khí than ẩm thổi lên trước khi đưa vào thủy phong túi rửa; tách một phần bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên. Cấu tạo: có hình trụ tròn, 2 mặt trên và dưới có gắn 2 mặt sàng để lồng ống chùm. Φống:76x3 Φlò:2300 Hống:6000 Hlò:11714 FTN:480m2 4) Thủy phong túi rửa Tác dụng: Không cho khí than ẩm ở sau thủy phong túi rửa đi ngược trở lại lò khí hóa 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 cắm sâu ngập trong nước 150mm. Đường kính túi rửa: 3000mm. Dung tích: 15m3 Plv: 700mmH2O Tlv: 80oC 5) Két khí Tác dụng: chứa khí than ẩm, trộn khí than của các lò với nhau, 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 vuông. Dung tích: 10000m3 Tầng dưới chứa nước có đường kính Φ:27928 x 14; H: 11312. Tầng trên chứa khí có đường kính: Φ:27016 x 6; H:9590. Chụp vuông: ϕ26100 x 4; H: 9585. Chụp an toàn, van phóng khô. Chỉ tiêu công nghệ: Lò 1 + 2 Nhiệt độ đỉnh lò phát sinh khí than: 550÷650oC Nhiệt độ lò đốt: ≤ 850oC Nhiệt độ ghi lò: ≤ 300 oC Áp suất hơi nước thấp áp: ≥ 0,35 kg/cm2, ≤ 0,8 kg/cm2 Áp suất nước cao áp: 7 ÷ 9 kg/cm2 Áp suất gió đường ống chung: 2800 ÷ 3200 mmH2O Lưu lượng không khí thổi gió: 12000 ÷ 18000 Nm3/h Lưu lượng khôn gkhis thêm N2: ≤ 2560 Nm3/h Lưu lượng hơi nước thổi lên: 4,5 ≤ 8,0 tấn/h Lưu lượng hơi nước thổi xuống: 5,0 ≤ 9,0 tấn/h Thành phần khí than yêu cầu: CO + H2: ≥ 68% Tỷ lệ (CO+H2)/N2: 3,1 ÷3,3% Hàm lượng O2: ≤ 0,4% Thành phần CO2 trong KTA thổi lên: 7,0 ÷ 8,0% Thành phần CO2 trong KTA thổi xuống: 4,5 ÷ 5,5% Thành phần C trong xỉ: ≤ 30% Độ cao tầng than cách cửa ra đỉnh lò: 3 ÷ 4 viên gạch. Mặt lò: lửa màu hồng nhạt. Tỷ lệ % máy khống chế tự động: Thổi gió: 22 ÷ 28% Thổi lên: 25 ÷ 27% Thổi xuống: 35 ÷ 39% Thổi lên lần 2: 8% Thổi sạch: 3% Lò 3 ÷ 10 Nhiệt độ đỉnh lò phát sinh: 320 ÷ 420 oC Nhiệt độ lò đốt: 320 ÷ 420 oC Nhiệt độ ghi lò: ≤ 300 oC Áp lực dầu cao áp: 3,8 ≤ 4,5 MPa Áp lực gió đường ống chung: 2800 ÷ 3200 mmH2O Lưu lượng không khí thổi gió: 18000 ÷ 25000Hm3/h Lưu lượng không khí thêm N2: ≤ 3200 Hm3/h Lưu lượng hơi nước thổi lên: 4,5 ÷ 8,0 tấn/h Lưu lượng hơi nước thổi xuống: 5,0 ÷ 9,0 tấn/h Thành phần khí than yêu cầu: CO + H2: ≥ 68% Tỷ lệ (CO+H2)/N2: 3,1 ÷3,3% Hàm lượng O2: ≤ 0,4% Thành phần CO2 trong KTA thổi lên: 6,0 ÷ 8,0% Thành phần CO2 trong KTA thổi xuống: 4,0 ÷ 6,0% Thành phần C trong xỉ: ≤ 30% Khoảng lưu không: 2,6 ÷ 3m Tỷ lệ % máy khống chế tự động: Thổi gió: 22 ÷ 28% Thổi lên: 25 ÷ 27% Thổi xuống: 35 ÷ 39% Thổi lên lần 2: 8% Thổi sạch: 3% B. Cương vị Lọc bụi tĩnh điện Cương vị Lọc bụi tĩnh điện có nhiệm vụ tách bụi trong khí than ẩm từ két khí trước khi đi vào quạt khí than ẩm đưa sang xưởng Amoniac. Khí than ẩm từ két khí được dẫn vào phía dưới của thiết bị lọc bụi tĩnh điện. Khí than ẩm đi từ dưới lên vào trong các điện cực lắng kiểu ống. Dưới tác dụng của điện trường mạnh giữa điện cực quầng và điện cực lắng sinh ra bởi dòng điện một chiều điện thế cao (-35 – -75 kV) các hạt bụi bị ion hóa tích điện âm và tách ra khỏi pha khí bám vào bề mặt điện cực lắng. Bụi bám vào điện cực lắng được bơm nước rửa liên tục. C. Cương vị Nước tuần hoàn tạo khí Cương vị Nước tuần hoàn tạo khí có nhiệm vụ lấy bụi, làm lạnh nước tuần hoàn và bơm nước tuần hoàn đã làm lạnh để giảm nhiệt độ và khử hàm lượng bụi thô trong khí than ẩm. Nước lạnh nhiệt độ 35 – 40oC được 3 bơm nước lạnh bơm lên các tháp rửa, 10 thủy phong túi rửa và làm mát xỉ. Nước ra có nhiệt độ cao theo đường ống qua 6 bể lắng, riêng nước làm mát xỉ ra 3 bể lắng than trước. Ở đây nước bốc hơi làm lạnh một phần và bụi lắng xuống. Bùn định kỳ nạo vét. Nước từ 6 bể lắng có nhiệt độ 40 – 50oC tiếp tục đưa qua bể trung gian và được 3 bơm nước nóng bơm 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. Vì một phần nước tổn thất do bốc hơi nên có đường ống nước bổ sung vào bể chứa nước lạnh. D. Cương vị Thu hồi khí thổi gió Cương vị Thu hồi khí thổi gió có nhiệm vụ thu hồi hiển nhiệt và ẩn nhiệt của khí thổi gió từ lò tạo khí, khí thùng chứa từ tổng hợp NH3 và khí thải để sản xuất hơi nước bão hòa 1,37 MPa cung cấp cho các hộ tiêu thụ. Khí thổi gió của các lò tạo khí được dẫn ra từ cửa lò hơi nhiệt thừa vào đường ống khí thổi gió chung, qua cyclone khử bụi, sau đó chia làm 2 đường đi vào đỉnh lò đót theo 2 hướng tiếp tuyến khác nhau. Tiếp theo, được trộn lẫn với không khí nóng từ bộ dự nhiệt không khí nhiệt độ cao. Hỗn hợp khí được bốc cháy nhờ vòi đốt. Khói lò có nhiệt độ cao qua phần dưới lò đốt đến bộ dự nhiệt không khí nhiệt độ cao, lò hơi nhiệt thừa, bộ gia nhiệt nước mềm, bộ dự nhiệt không khí nhiệt độ thấp, quạt khói và cuối cùng phóng không qua ống khói. Năng lực sản xuất 12 – 16 tấn hơi bão hòa 1,37 MPa/h. 2. 2. 2. Xưởng NH3 2. 2. 2. 1. Nhiệm vụ Công đoạn tinh chế khí: Công đoạn tinh chế khí rất quan trọng trước khi tổng hợp NH3 để sản xuất urea Hà Bắc. Trong khí than ẩm có nhiều tạp chất hóa học và cơ học như CO, CO2, CH4, Ar, H2S, COS, lưu huỳnh hữa cơ, tro bụi và dầu mỡ. Trừ CH4 và Ar được thải sau khi tổng hợp NH3 còn các thành phần khác đều phải loại bỏ tại công đoạn tinh chế khí. Yêu cầu cơ bản là (CO + CO2) < 20 ppm, H2S < 1 ppm, hỗn hợp N2, H2 tương đối thuần khiết. Công đoạn tinh chế khí gồm các khâu: Khử H2S trong khí than ẩm; Biến đổi CO; Khử H2S trong khí biến đổi; Khử CO2. Khâu khử H2S trong khí than ẩm có hệ thống thiết bị thu hồi lưu huỳnh như một sản phẩm phụ. Khâu khử CO2 thu được CO2 thuần khiết ≥ 98%, ≤ 40oC làm nguyên liệu tổng hợp urea và sản xuất CO2 lỏng, rắn. Công đoạn tổng hợp NH3: Tổng hợp NH3 từ khí nguyên liệu N2 và H2 theo tỷ lệ H2:N2 = 3:1 2. 2. 2. 2. Lưu trình công nghệ Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng NH3 như Hình 5. Công đoạn tinh chế khí: Khí than ẩm sau thiết bị lọc bụi tính điện được quạt khí than ẩm đưa vào tháp khử H2S thấp áp. Theo thiết kế ban đầu, khâu khử H2S thấp áp sử dụng dung dịch ADA (Antraquinon Disunfuric Acid) nhưng hiện nay đã chuyển sang sử dụng dịch keo tananh có tính oxy hóa khử mạnh hơn. Sau tháp khử H2S thấp áp hàm lượng H2S trong khí than ẩm còn < 150 mg/Nm3 được đưa vào đoạn 1 của máy nén 6 cấp. Dịch tananh sau hấp thụ được tái sinh và đưa trở lại , bọt lưu huỳnh được thu hồi thành sản phẩm phụ lưu huỳnh rắn. Khí than ẩm sau khử H2S thấp áp vào đoạn I, II và III của máy nén 6 cấp để nén nâng áp suất lên 2,1 Mpa, nhiệt độ ≤ 40oC rồi vào khâu biến đổi. Đầu tiên qua bộ phân ly dầu-nước, tiếp theo qua 2 bộ lọc bằng than cốc để khử hết dầu, bụi và các tạp chất khác, rồi đi qua thiết bị trao đổi nhiệt khí biến đổi, hỗn hợp với hơi nước quá nhiệt đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, ra khỏi bộ trao đổi nhiệt khí than được hỗn hợp với khí than lạnh thành hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210oC, tỷ lệ hơi nước/ khí khoảng 0,3 đi vào lò biến đổi số 1 lần lượt qua tầng chất bảo vệ, tầng chống độc – chống oxy hóa và tầng xúc tác biến đổi chịu lưu huỳnh. Một phần CO bị chuyển hóa, nhiệt độ hỗn hợp khí đạt 350 – 380oC đi ra khỏi đáy lò biến đổi số 1, đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, rồi đi vào bộ làm lạnh nhanh số 1 làm lạnh bằng nước ngưng. Hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210oC đi vào đoạn trên lò  / Hình 5. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng NH3 biến đổi số 2 tiếp tục tiến hành biến đổi CO, nhiệt độ đạt 300 – 320oC rồi đi qua bộ làm lạnh nhanh số 2 làm lạnh bằng nước ngưng, hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210oC tiếp tục đi vào đoạn dưới lò biến đổi số 2, phần CO còn lại tiếp tục bị biến đổi. Khí biến đổi có nhiệt độ ≤ 250oC và CO ≤ 1,5% đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí biến đổi, qua thiết bị đun sôi của hệ thống tái sinh tăng áp dung dịch khử CO2 để tận thu nhiệt, sau đó đưa tới khâu khử H2S trong khí biến đổi. Khí biến đổi tới đi vào phía dưới tháp hấp thụ H2S trung áp, qua các tầng đệm H2S được hấp thụ bởi dung dịch tananh dội từ đỉnh xuống. Khí biến đổi được phân ly bọt ở bộ khử bọt trên đỉnh tháp sau đó đi ra khỏi tháp hấp thụ H2S trung áp vào tháp phân ly, ở đây mù dịch tananh cuốn theo tiếp tục được tách ra và khí than ẩm tiếp tục được đưa sang khâu khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng. Khí biến đổi sau khử lưu huỳnh qua thiết bị trao đổi nhiệt được gia nhiệt bởi khí biến đổi từ khâu biến đổi đến, nhiệt độ tăng từ 40oC lên 90oC và đi vào phía dưới tháp hấp thụ CO2 và sau đó ra khỏi ở đỉnh thì được gọi là khí tinh chế, qua thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly rồi đi về các đoạn IV và V của máy nén 6 cấp. Khí tinh chế ra khỏi đoạn V của máy nén 6 cấp có áp suất 12,5 MPa đưa sang khâu tinh chế vi lượng bằng dung dịch amoniac acetate đồng và dung dịch kiềm. Sở dĩ như vậy vì quá trình tổng hợp NH3 đòi hỏi hàm lượng các chất gây ngộ độc xúc tác như CO, CO2, H2S và O2 nhỏ nhất. Khâu tinh chế vi lượng nhằm khử tối đa các chất đó khỏi khí tinh chế. Ra khỏi khâu này khí tinh chế có hàm lượng rất nhỏ H2S và (CO+CO2) < 20 ppm được gọi là khí tinh luyện. Công đoạn tổng hợp NH3: Khí tinh luyện với thành phần chủ yếu N2 và H2 theo tỷ lệ H2:N2 = 3:1 vào đoạn VI của máy nén 69 cấp để tăng áp cho quá trình tổng hợp NH3. Khí tinh luyện ra đoạn VI của máy nén 6 cấp có áp suất 31,5 MPa được đưa qua bộ phân ly dầu nước, sau đó qua tổ hợp thiết bị làm lạnh – ngưng tụ – phân ly (trước đây là tháp 3 kết hợp), tại đây nó được kết hợp với khí tuần hoàn, được làm lạnh bằng khí lạnh và NH3, giảm nhiệt độ xuống -2oC, các cấu tử lỏng như dầu, nước, NH3 bị ngưng tụ và phân ly. Tiếp theo, đi vào tháp tổng hợp NH3 lần 1 vừa để làm lạnh thành tháp tổng hợp NH3 đồng thời cũng để nhận nhiệt của phản ứng tổng hợp NH3, ra khỏi tháp tổng hợp NH3 lần 1 sẽ trao đổi nhiệt với khí ra khỏi tháp tổng hợp NH3 lần 2, cùng với sự có mặt của xúc tác sắt tiến hành phản ứng tổng hợp NH3. NH3 hình thành ở trạng thái khí, ra khỏi tháp được làm lạnh gián tiếp bằng nước để ngưng tụ thành NH3 lỏng qua phân ly 1 để tách NH3 ngưng tụ ra khỏi hỗn hợp khí, sau đó hỗn hợp khí này được đưa qua máy nén tuần hoàn turbine nâng áp suất lên để bù đắp phần áp suất bị mất do phản ứng tổng hợp NH3 là phản ứng giảm số phân tử khí và lượng NH3 bị ngưng tụ. Ra khỏi máy nén tuần hoàn turbine hỗn hợp khí đi vào tổ hợp thiết bị làm lạnh – ngưng tụ – phân ly trộn lẫn với khí tinh luyện mới vào, tiếp tục thực hiện quá trình làm lạnh, ngưng tụ và phân ly. Phần khí không ngưng còn lại tiếp tục quay trở lại tháp tổng hợp NH3 thực hiện chu trình tuần hoàn liên tục. NH3 lỏng nồng độ 98,8% được phân tách khỏi hệ thống bằng các thiết bị phân ly, được giảm áp xuống 2,4 Mpa, qua thùng chứa trung gian được đưa về kho cầu chứa. 2. 2. 2. 3. Các cương vị chính Một số cương vị chính của xưởng NH3 gồm: Cương vị Khử H2S thấp áp; Cương vị Biến đổi CO; Cương vị Khử H2S trung áp; Cương vị Khử CO2; Cương vị Khử vi lượng khí; Cương vị nén N2-H2; Cương vị Tổng hợp NH3. A. Cương vị Khử H2S thấp áp Nhiệm vụ: Cương vị Khử H2S dùng dung dịch keo tananh để khử khí H2S trong khí than ẩm từ thiết bị lọc bụi tĩnh điện tới, sau khi khử H2S hàm lượng H2S trong khí than ẩm còn lại 100 – 150 mg/Nm3 đi vào đoạn I máy nén 6 cấp. Dung dịch keo tananh sau hấp thụ được tái sinh thu hồi lưu huỳnh và khôi phục năng lực, tuần hoàn sử dụng lại. Cơ chế quá trình khử H2S trong khí than ẩm bằng dung dịch keo tananh: Các hóa chất: Dung dịch keo tananh (hay còn gọi là keo thuộc da) được chiết xuất từ thực vật có chứa nhiều tananh như chay, si, sắn,. củ nâu,…đem nghiền nhỏ, ngâm nước, lọc. Tananh là hợp chất hữu cơ có chứa nhiều gốc OH−. Dung dịch Na2CO3 là dung dịch xúc tác trong quá trình hấp thụ H2S. NaVO3 là chất chống tạo kết tủa V – O – S, đồng thời ức chế chống ăn mòn. Cơ chế phản ứng: Sung dịch Na2CO3 hấp thụ H2S tạo thành hợp chất hydrosulfide. Na 2 C O 3 + H 2 S=NaHS+NaHC O 3 Trong pha lỏng hượp chất hydrosulfide kết hợp với vanadate natri NaVO3 tạo thành muối pirovanadate mang tính khử, đông thời lưu huỳnh nguyên tố được tách ra. 2NaHS+4NaV O 3 + H 2 O= Na 2 V 4 O 9 +4NaOH+2S Vanadi ở dạng 𝑉 4 𝑂 9 −2 mang tính khử kết hợp với tananh ở trạng thái oxy hóa tạo thành tananh ở trạng thái khử, còn 𝑉 4 𝑂 9 −2 chuyển thành 𝑉𝑂 3 2− mang tính oxy hóa. Na2V4O9 + 2Tananhoxy hóa + 2NaOH = 4NaVO3 + 2 Tananhkhử Lượng Na2CO3 tiêu hao ở phản ứng ban đầu được bù đắp bằng lượng NaOH tạo ra ở phản ứng thứ 2. NaOH + NaHCO3 = Na2CO3 + H2O Trong dung dịch, tốc độ NaSH bị tananh oxy hóa diễn ra rất chậm, nhưng bị NaVO3 oxy hóa rất nhanh. Vì vậy khi cho thêm NaVO3 vào dung dịch thì tốc độ phản ứng diễn ra rất nhanh. Na2V4O9 sinh ra ở phản ứng thứ 2 không thể bị oxy của không khí oxy hóa trực tiếp, nhưng có thể bị tananh ở dạng oxy hóa oxy hóa ngay, còn tananh ở dạng khử có thể bị oxy của không khí oxy hóa trực tiếp oxy hóa tái sinh. Cho nên trong quá trình hấp thụ khử S, Na2CO3 đóng vai trò là chất hấp thụ còn tananh đóng vai trò là chất mang O2. Khi trong thể khí có chứa nhiều O2, CO2, HCN … còn có thể xảy ra các phản ứng không mong muốn sau: 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 Na2CO3 + 2HCN = 2NaHCN + H2O + CO2 NaCN + S = NaCNS 2NaCNS + O2 = Na2O4 + CO2 SO2 + N2 Các phản ứng trên làm tiêu hao cấu tử có lợi cho quá trình hấp thụ Na2CO3 vì vậy cần cố gắng hạ thấp nồng độ O2 và HCN trong khí than ẩm. Các yếu tố ảnh hưởng: pH và độ kiềm; Hàm lượng NaVO3; Keo tananh; Áp suất; Nhiệt độ; Tỷ lệ dịch/khí; Không khí tái sinh vaft hời gian tái sinh. Lưu trình công nghệ: Khí than ẩm từ lọc bụi điện đến qua quạt khí than tăng áp đi vào đáy 2 tháp hấp thụ H2S thấp áp, đi lên qua các tầng đệm và tiếp xúc với dung dịch tananh dội từ đỉnh xuống, khí than sau khi khử H2S được dẫn qua bộ tách bọt trên đỉnh và ra khỏi tháp hấp thụ H2S thấp áp đi qua thiết bị phân ly để tiếp tục tách mù dung dịch tananh bị cuốn theo trước khi sang đoạn I của máy nén 6 cấp. Dung dịch tananh sau khi hấp thụ H2S gọi là dung dịch giàu, đi ra từ cửa đáy, qua thủy phong đáy tháp (đảm bảo chiều cao bịt kín) đi đến thùng chứa, qua bơm để tăng áp rồi qua các bộ tuy-e tự hút không khí vào tạo thành hỗn hợp khí-dịch. Nhờ có O2 trong không khí mà dung dịch giàu được tái sinh, lưu huỳnh tạo thành nổi lên trên theo bọt chảy tràn về thùng chứa trung gian và được nén bằng không khí đến cương vị thu hồi. Dung dịch sau tái sinh là dung dịch nghèo, qua bộ lọc điều tiết được tăng áp và đưa tuần hoàn. Các chỉ tiêu công nghệ chủ yếu: Thành phần dịch - Tổng độ kiềm  ( 0,4 N   - pH  8,5 ( 9,0   - Na2CO3  4 ( 6 g/l   - NaHCO3  20 ( 36 g/l   - Tananh  1,5 ( 2,0 g/l   - NaVO3  1,0 ( 1,5 g/l   - Lưu huỳnh huyền phù  < 1 g/l   - Na2S2O3  < 150 g/l   - Điện vị  - 160 ( - 200 mV   Thành phần khí - [H2S] cửa vào  ( 1.500 mg/Nm3   - [H2S] cửa ra  120 ( 150 mg/Nm3   Lưu lượng: - Lưu lượng khí than ẩm  ( 42.000 Nm3/h   - Lưu lượng dịch tuần hoàn  320 ( 480 m3/h   Nhiệt độ - Khí vào hấp thụ  40 ( 450C   - Dung dịch vào hấp thụ  40 ( 450C   B. Cương vị Biến đổi CO Nhiệm vụ: Cương vị Biến đổi CO dùng hơi nước để chuyển hóa CO trong khí than ẩm thành khí CO2 và H2 với sự có mặt của xúc tác là Co-Mo trong các lò biến đổi. Khí H2 làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3, còn khí CO2 được loại bỏ bằng phương pháp hấp thụ được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp urea và các sản phẩm chủ lực khác như CO2 lỏng, rắn. Hỗn hợp khí ra khỏi cương vị chuyển hóa CO gọi là khí biến đổi, có hàm lượng CO ≤ 2,0%. Lý thuyết quá trình biến đổi CO bằng hơi nước: Phản ứng biến đổi CO bằng hơi nước: CO+ H 2 O⇋ H 2 +Q Đặc điểm là thuận nghịch, tỏa nhiệt, thể tích trước và sau không đổi và chỉ xảy ra mãnh liệt khi có xúc tác thích hợp. Cơ chế phản ứng: Cơ chế phản ứng có thể biểu diễn như sau: H2O + [K] = H2 + [K]O CO + [K]O = CO2 + [K] Ở đây [K] là chất xúc tác và [K]O là chất trung gian. Trong thực tế đang dùng chất xúc tác Co-Mo ký hiệu kỹ thuật là HB-3 và HB-4. Đây là loại phù hợp cho các nhà máy phân đạm cỡ vừa và nhỏ sử dụng nguyên liệu đi từ than, dầu mỏ, khí thiên hiên hay khí đồng hành. Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được biểu diễn bởi phương trình: Q=10681−1,44T−0,4. 10 −4 . T 2 +0,084. 10 −6 . T 3 Trong đó: Q – Hiệu ứng nhiệt, KJ/mol; T – Nhiệt độ phản ứng, K. Hiệu suất biến đổi CO được tính theo công thức: η= V CO − V CO ′ V CO .100 Trong đó: η – Hiệu suất biến đổi CO; V CO – Hàm lượng % CO trong khí than ẩm; V CO ′ - Hàm lượng % CO trong khí biến đổi. Hằng số cân bằng có thể tính toán theo nhiệt độ phản ứng: lg K p = 1914 T −1,782 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng: Nhiệt độ; Tỷ lệ khí/hơi; Áp suất; Nồng độ CO2; Xúc tác đẩy nhanh tốc độ đạt đến cân bằng; Phản ứng phụ. Lưu trình công nghệ: Chất xúc tác Co-Mo (HB-3, HB-4): Thành phần hóa học của chất xúc tác Co-Mo chủ yếu là CoO > 19% và MoO3 > 7% trên chất mang là γ – Al2O3 và các chất trợ/ ổn định đặc biệt khác. Tính chất vật lý: Hình cầu; Màu hồng nhạt hoặc xanh xám; Φ = 3 – 5, 4 – 6 hoặc 5 – 7 mm; Tỷ trọng đống = 0,8 – 1kg/L; Bề mặt riêng = 180 m2/g; Cường độ nén điểm ≥ 35N/ viên; Nhiệt độ làm việc 180 – 240oC. Khí than ẩm ra khỏi đoạn III của máy nén 6 cấp có áp suất 2,05MPa, nhiệt độ ≤ 40oC được đưa vào công đoạn biến đổi. Đầu tiên qua bộ phân ly dầu, sau đó qua bộ lọc bằng than cốc để khử hết dầu, bụi và các tạp chất khác rồi đi vào đường ống của thiết bị trao đổi nhiệt với khí biến đổi từ lò biến đổi số 2 đi ra, sau đó được hỗn hợp với hơi nước quá nhiệt ở áp suất 2,5 MPa và đi vào bộ trao đổi nhiệt khí than. Khí than ra khỏi bộ trao đổi nhiệt được hỗn hợp với khí than lạnh tạo thành hỗn hợp khí có nhiệt độ 180 – 210oC, tỷ lệ hơi nước/khí ≈ 0,3 rồi đi vào đỉnh lò biến đổi số 1. Tại đây, khí than lần lượt qua các tầng chất bảo vệ, tầng chống độc, chống O2 và tầng xúc tác biến đổi chịu lưu huỳnh. Một phần khí CO bị chuyển hóa, nhiệt độ khí đạt 350 – 360oC đi ra khỏi đáy lò biến đổi số 1, đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, nhường một phần nhiệt cho khí than rồi đi vào bộ làm lạnh nhanh 1, qua tầng đệm trên khí được làm lạnh trực tiếp bằng nước ngưng từ bơm, sau đó có thể bổ sung thêm hơi nước để điều chỉnh tỷ lệ hơi nước/khí rồi đi qua tầng đệm dưới. Hỗn hợp khí lúc này có nhiệt độ 180 – 210oC đi vào đoạn trên lò biến đổi số 2 tiếp tục tiến hành phản ứng chuyển hóa CO, nhiệt độ đạt khoảng 300 – 320oC rồi đi ra và qua bộ làm lạnh nhanh số 2. Ở tầng đêm trên, khí lại được làm lạnh bằng nước phun trực tiếp từ bơm sau đó đi qua tầng đệm phía dưới để phân ly nước ngưng, hỗn hợp khí có nhiệt độ khoảng 180 – 210oC tiếp tục đi vào đoạn dưới của lò biến đổi số 2 lần lượt đi qua 2 tầng xúc tác biến đổi chịu lưu huỳnh, phần khí CO còn lại tiếp tục bị chuyển hóa. Khí biến đổi có nhiệt độ ≤ 250oC, nồng độ CO ≤ 1,5% ra khỏi lò biến đổi số 2, đi vào không gian giữa các ống của thiết bị trao đổi nhiệt khí biến đổi, nhường mọt phần nhiệt cho khí than ẩm, tiếp tục qua thiết bị gia nhiệt cho dung dịch K2CO3 bằng khí biến đổi của hệ thống tái sinh tăng áp dung dịch khử CO2 để thu hồi nhiệt một lần nữa, sau đó là khâu khử H2S trong khí biến đổi. Hơi nước có áp suất 2,5MPa từ xưởng Nhiệt điện đến lần lượt hỗn hợp với khí than ẩm trước khi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than và hỗn hợp khí sau khi ra khỏi tầng đệm phía trên ở bộ làm lạnh nhanh 1 để điều chỉnh tỷ lệ hơi nước/khí. Nước ngưng thu hồi ở hệ thống khử CO2 được đưa vào thùng chứa nước ngưng, qua bơm tăng áp lần lượt được phun vào các bộ làm lạnh nhanh 1 và 2 để khống chế nhiệt độ hỗn hợp khí vào 2 đoạn xúc tác của lò biến đổi số 2. Ngoài ra nước ngưng còn được phun vào đường hơi nước 0,5 MPa để hạ nhiệt độ từ 240oC xuống còn 180oC dùng cho hệ thống khử CO2 và một phần nước ngưng dư thừa cấp trở lại xưởng Nhiệt điện. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Áp suất - Khí than ẩm vào công đoạn  ( 2,05 MPa   - Hơi nước cao áp vào công đoạn  ( 2,5 MPa   Nhiệt độ - Khí than ẩm vào công đoạn  ( 40 0C   - Khí vào lò biến đổi số 1  180 ( 210 0C   - Điểm nhiệt tầng xúc tác lò biến đổi số 1  ( 380 0C   - Khí vào đoạn trên lò biến đổi số 2  180 ( 210 0C   - Điểm nhiệt tầng 1 xúc tác lò biến đổi số 2  ( 320 0C   - Khí vào tầng 2 lò biến đổi số 2  180 ( 210 0C   - Khí ra tầng 2 lò biến đổi số 2  ( 250 0C   Lưu lượng - Khí than ẩm vào công đoạn  ( 42.000 Nm3/h   Tỷ lệ hơi nước/khí than ≤ 0,3 Thành phần khống chế - CO trong khí biến đổi  ( 2,0 %V   - O2 trong khí than ẩm  ( 0,5%V   C. Cương vị khử H2S trung áp Nhiệm vụ: Cương vị Khử H2S trung áp dùng dung dịch keo tananh hấp thụ H2S trong khí biến đổi, bảo đảm hàm lượng H2S trong hỗn hợp khí biến đổi sau hấp thụ ra khỏi cương vị ≤ 10 mg/Nm3 để tránh cho dung dịch K2CO3 không bị biến chất đồng thời hạn chế sự ăn mòn thiết bị. Cơ chế quá trình khử H2S trong khí biến đổi bằng dung dịch keo tananh: Cơ chế quá trình khử H2S trong khí biến đổi bằng dung dịch keo tananh cũng như cơ chế quá trình khử H2S trong khí than ẩm đã trình bày. Lưu trình công nghệ: Khí biến đổi sau khi qua bộ gia nhiệt, làm lạnh tới đi vào phía dưới tháp hấp thụ H2S trung áp, qua các tầng đệm H2S bị hấp thụ bởi dung dịch tananh dội từ trên xuống. Khí được phân ly bọt ở bộ khử bọt trên đỉnh tháp hấp thụ H2S trung áp sau đó đi ra khỏi và vào tháp phân ly, ở đây mù dịch tananh cuốn theo được tách ra, rồi tiếp tục được đưa sang cương vị khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng. Dung dịch nghèo từ thùng chứa được bơm tuần hoàn tăng áp đến 30 kg/cm2 đưa vào đỉnh tháp hấp thụ H2S trung áp. Dung dịch nghèo đi qua các tầng đệm và hấp thụ H2S trong khí biến đổi, đi xuống đáy qua van điều tiết giảm áp xuống còn 13 kg/cm2 đi đến thùng phân phối dung dịch giàu ở đỉnh tháp tái sinh. Dung dịch giàu đi qua các tuy-e tự hút không khí vào thùng tái sinh, ở đây dung dịch nghèo được tái sinh và chảy về thùng dung dịch nghèo, còn bọt lưu huỳnh nổi lên chảy tràn về thùng bọt trung gian và được định kỳ đưa đi thu hồi lưu huỳnh. Các chỉ tiêu công nghệ chính/; Thành phần dịch - Tổng độ kiềm  ( 0,4 N   - pH  8,5 ( 9,0   - Na2CO3  4 ( 6 g/l   - NaHCO3  20 ( 36 g/l   - Tananh  1,5 ( 2,0 g/l   - NaVO3  1,0 ( 1,5 g/l   - VO3-  ( 0,8 g/l   - Lưu huỳnh huyền phù  < 1 g/l   - Na2S2O3  < 150 g/l   - Điện vị  -160 ( -200 mV   Thành phần khí [H2S] cửa ra  ( 10mg/Nm3   Lưu lượng dịch Tananh 200÷350m3/h D. Cương vị Khử CO2 Nhiệm vụ: Cương vị Khử CO2 dùng dung dịch K2CO3 nóng để hấp thụ khí CO2 trong khí biến đổi để sau đó gọi là khí tinh chế được tiếp tục đưa đi khử vi lượng. Cương vị Khử CO2 cũng tận dụng nhiệt dư của khí biến đổi và hơi nước 0,5 MPa để gia nhiệt cho dung dịch sau hấp thụ để thực hiện quá trình tái sinh, khôi phục năng lực hấp thụ của dung dịch. Lượng khí CO2 thu được từ quá trình tái sinh được dùng làm nguyên liệu sản xuất ure và các sản phẩm khác như CO2 lỏng, rắn, Soda …. Cơ chế quá trình hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng: Cơ chế phản ứng: Các phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng: H 2 O= H + + OH − K 2 CO 3 = 2K + + OH − CO 2 + OH − = HCO 3 − H + + CO 3 2− = HCO 3 − K + + HCO 3 − = KHCO 3 Tổng quát: K 2 CO 3 + H 2 O+ CO 2 = 2KHCO 3 +Q Do phản ứng thứ 3 có tốc độ chậm nhất nên quyết định tốc độ của quá trình đang xét. Tốc độ phản ứng này biểu diễn bởi phương trình: r=k. OH − . CO 2 Trong đó: r – Tốc độ phản ứng đang xét, mol/L.s; [OH−], [CO2] – Nồng độ OH− và CO2, tương ứng, mol/L. Thực tế có sử dụng xúc tác DEA (Di-Ethanol Amine) nên các phản ứng hấp thụ CO2 bằng dung dịch kiềm nóng: HO CH 2 CH 2 NH CH 2 CH 2 OH+ CO 2(pha lỏng) = (CH 2 CH 2 OH ) 2 NCOOH (CH 2 CH 2 OH ) 2 NCOOH= (CH 2 CH 2 OH ) 2 N COO − + H + (CH 2 CH 2 OH ) 2 N COO − +HOH= (CH 2 CH 2 OH ) 2 NH+ HCO 3 − Cũng do phản ứng đầu tiên có tốc độ chậm nhất nên quyết định tóc độ của quá trình đang xét. Tốc độ của phản ứng này biểu diễn bởi phương trình: r ′ = k ′ . (CH 2 CH 2 OH ) 2 NH .[ CO 2 ] Trong đó: r ′ - Tốc độ phản ứng đang xét, mol/L.s; (CH 2 CH 2 OH ) 2 NH ,[ CO 2 ] – Nồng độ (CH 2 CH 2 OH ) 2 NH và CO 2 , tương ứng, mol/L. Thực tế thấy rằng khi thêm một lượng nhỏ DEA thì r’/r = 10 – 1000, tốc độ hấp 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 850 m3/h được giảm áp bằng van điều tiết; trong đó khoảng 600 m3/h dung dịch giàu được qua tổ turbine của bơm dịch nghèo để thu hồi năng lượng, sau đó hỗn hợp với khoảng 250 m3/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 0,5 MPa 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 0,5 MPa 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-  ( 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  ( 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  ( 0,15 MPa