Báo cáo Thực tập tại công ty trách nhiệm hữu hạn một thành viên phân đạm và hóa chất Hà Bắc

n tầng cố định Là thiết bị để duy trì phản ứng giữa cacbon và các tác nhân khí hóa (không khí và hơi nước) để tạo ra khí than ẩm. Lò tạo khí tầng cố định có nhiều loại, song chúng chỉ khác nhau chủ yếu về kích thước và cấu tạo ghi lò. Lò Φ2745, thiết diện lò 5,9m2, dung tích toàn bộ lò là 15m3 bao gồm các phần chủ yếu là: thân lò, lò hơi vỏ kép, hệ thống ghi lò (mâm tro, mũ gió...) - Thân lò. Thân lò được chế tạo bằng các tấm thép hàn ghép vào nhau, phía trong phần trên lò được ốp gạch chịu lửa và gạch bảo ôn, phía dưới lò có nồi hơi vỏ kép, ở phần này do thép thân lò luôn tiếp xúc với xỉ cứng, sắc nên dễ bị bào mòn nên thường được bịt tấm thép bảo vệ. Phần dưới cùng được hàn gắn các gân đặt chéo để vừa có tác dụng bảo vệ thành lò vừa có tác dụng nghiền xỉ. Ở miệng lò (cửa cho than) được lắp một lớp bảo vệ bằng thép để chống than vào lò ma sát làm hỏng gạch chịu lửa. Chiều dày của lớp lót bảo vệ là 13mm, đường kính cửa cho than Φ813mm. Cửa khí ra phía trên lò có đường kính ngoài là Φ1320mm được lót gạch chịu lửa dày 160mm. Để giảm tổn thất nhiệt phía ngoài thành lò và nồi hơi vỏ kép được lót lớp cách nhiệt. - Nồi hơi vỏ kép. Có chiều cao 2961mm, phía trong chính là thành lò phần dưới của lò khí hóa làm bằng thép chịu nhiệt dày 28mm. Thành phía ngoài dày 19mm, diện tích truyền nhiệt 13m2, lượng nước chứa 12m3. Ngoài cùng là lớp vỏ bảo ôn dày 100 – 200mm làm bằng sợi Amiang hoặc gạch xốp cách nhiệt. Ngoài ra còn có các cửa nước vào, cửa hơi ra, áp kế, dịch diện kế. Hai bên lò hơi nhiệt thừa có 8 lỗ thử lửa (mỗi bên bốn) dùng để kiểm tra tình hình phân bố tầng lửa trong lò. Lỗ thử lửa làm bằng thép đặc biệt Φ50, đầu ống phía ngoài có nắp đậy. Tác dụng của nồi hơi vỏ kép là để chống hiện tượng nhiệt độ tầng nhiên liệu quá cao làm tro xỉ chảy ra bám dính vào thành lò gây hiện tượng treo liệu (bám vách lò), đồng thời sản xuất ra hơi nước thấp áp 0,5 – 0,8at. - Mâm tro (mũ gió). Được cấu tạo bởi hai phần mâm tro ngoài và mâm tro trong, mâm tro trong được ghép bằng hai nửa hình tròn đúc bằng gang, dưới đáy có đường ray, trên đường ray có bánh khía lớn. Bánh khía 90 răng được nối liền với mâm tro và làm cho mâm tro quay trên đường ray nhờ cơ cấu truyền động bằng trục vít. Đường ray dùng để đỡ mâm tro và toàn bộ tầng nhiên liệu. Ở giữa mâm tro trong được gắn bộ phận mũ gió để phân bố tác nhân khí hóa vào tầng nhiên liệu và dẫn khí than thổi xuổng ra lò. Trên mũ gió có gắn các gân chéo có tác dụng nghiền và lùa xỉ xuống dưới. Mâm tro ngoài được đúc bằng gang liền ở giữa các lỗ bích để gắn với đường ống trung tâm và gắn với thân lò bằng một bích lớn Φ3660mm. Phần trên mâm ngoài có đường ray gối đỡ trục. Ngoài ra còn có đường thải nước ngưng, dầu bẩn và nước rửa mâm tro được nối liền với thủy phong bịt kín. Thủy phong bịt kín dùng để thải nước, bụi, xỉ nhỏ ra ngoài đồng thời dùng để bịt kín không cho khí lò thoát ra ngoài. Chiều cao bịt kín là 2m nước, khi áp suất trong lò lớn hơn áp suất này thì khí trong lò có thể thổi bạt nước bịt kín để thoát ra ngoài làm cho áp suất trong lò giảm xuống nhằm bảo vệ an toàn cho lò khí hóa. Hai bên lò có hai thùng tro, dung tích mỗi thùng có thể chứa 15m3 tro xỉ. - Cơ cấu tháo xỉ cơ giới. Gồm mâm tro co thể quay được, ghi lò, trục vít, cán vít và cào gạt tro cố định (được gắn vào vỏ lò). Mâm tro đỡ toàn bộ trọng lượng tầng tro xỉ và tầng nhiên liệu. Vành ngoài của mâm tro được gọi là mâm tro ngoài ngoài, vành trong được gọi là mâm tro trong. Mâm tro trong thường được ghép bằng 4 mảnh chi tiết gang đúc, vát nghiêng ở cả 2 mặt, ở trên mặt đúc vát nghiêng của mâm tro trong có gắn cố định 4 gờ gạt tro hình cong lưỡi liềm gọi là gờ đẩy tro có tác dụng đẩy tro xỉ ra khỏi mâm tro. Giữa mâm tro có 4 tầng và mũ gió hình bảo tháp bằng gang cao 1400mm, đường kính vành lớn nhất là Φ1200mm (gần đây để tăng hiệu quả thải tro xỉ nên tăng lên Φ1400mm). Ở mũ gió (tầng trên cùng được khoan 20 lỗ Φ20 đồng thời giữa các tầng có khe để thông gió. Diện tích thông gió ~0,9m2. Toàn bộ mâm tro được quay nhờ tỳ lên vành trượt và bánh răng trục vít. Tốc độ quay rất chậm 0,6 – 1v/ph. Gạt tro được gắn liền với mâm tro ngoài tại cửa ra tro, tro trong xỉ được gạt xuống nhiều và định kỳ thải ra ngoài. - Cơ cấu chuyển động của ghi lò. Cơ cấu thải tro cơ giới chuyển động quay nhờ động cơ điện thông qua bộ biến tốc, cán vít và trục vít làm quay bánh răng lớn (100 răng) bánh răng này được gắn chặt với mâm tro. Toàn bộ phần truyền động này được bịt kín để không cho khí trong lò thoát ra ngoài. - Thùng chứa xỉ Xỉ được gạt xuống từ gờ đẩy tro được chứa ở 2 thùng chứa xỉ ở đáy lò phát sinh khí than và sẽ được tháo ra định kỳ sau mỗi ca, trước khi tháo xỉ nước được đưa vào để làm mát xỉ, dựa vào chất lượng xỉ lấy ra ta có thể đánh giá được chất lượng than trong lò đốt. Lò đốt - Chiều cao của mỗi lò đốt là 10,880 m, đường kính 3,354 m, cấu tạo gồm chóp trên, chop dưới và phần hình trụ tròn, vỏ được làm bằng thép cuốn dày 8 mm, phần hình trụ trên được xếp gạch chịu lửa và chịu nhiệt, phần chop và hình trụ dưới được xây lót bằng gạch chịu lửa. - Tác dụng: theo công nghệ cũ, lò đốt được thiết kế với các nhiệm vụ sau: Thu hồi nhiệt khí thổi gió và thổi lên Đốt triệt để CO2, H2 trong khí thổi gió bằng cách bổ sung không khí vào trong lò. Trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi nước ở giai đoạn chế khí thổi xuống. Loại bỏ một phần bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên. Chế khí nghèo trong quá trình sửa chữa lò phát sinh - Hiện tại theo công nghệ mới lò đốt chỉ đảm nhận 2 chức năng cuối cùng, đó là: - Lắng bụi: khí trong giai đoạn thổi gió và thổi lên được dẫn qua lò đốt nhằm lắng một phần bụi (chủ yếu là bụi than) bị cuốn theo, bụi được lắng ở dưới đáy tháp nhờ thiết bị thủy phong mà được tháo ra ở dạng bùn mà vẫn đảm bảo lò kín hoàn toàn. Chế khí nghèo: khi lò phát sinh gắp sự cố hoặc trong quá trình tu sửa, khí trong lò phát sinh đọng lại có thể là khí than, là hỗn hợp độc và có khả năng gây nổ, do đó người ta thổi không khí vào lò phát sinh rồi dẫn qua lò đốt thực hiện triệt để phản ứng oxi hóa CO tạo CO2, khí thu được phóng không ra ngoài qua đỉnh,đỉnh được thiết kế dạng chop nhằm mục đích phân phối đều khí phóng không. Thủy phong túi rửa - Cấu tạo: + Phần phía trên là hình tròn, dưới hình chóp nón + Đường ống khí cắm vào ngập sau trong nước 70 mm, nay đã nâng lên 150 mm + Đường kính túi rửa 3000 mm + Dung tích 15 m³ + Áp suất làm việc 700 mm H2O + Nhiệt độ làm việc 80 ºC - Tác dụng Không cho khí than ẩm ở sau thủy phong đi ngược trở lại lò khí hóa gây nổ. Làm lạnh và rửa sơ bộ khí than ra lò trước khi vào tháp rửa Nước được cấp vào thủy phong túi rửa liên tục nhằm ổn định lượng nước trong thủy phong túi rửa và cấp nước cho thủy phong lò đốt. Bùn ở đáy thủy phong túi rửa được tháo ra định kì. Ống chữ Z có nhiệm vụ duy trì áp suất tránh hiện tượng áp suất khí trong thủy phong cao đẩy nước ra ngoài làm mất tác dụng của thủy phong. Lò hơi nhiệt thừa - Cấu tạo: + Hình trụ tròn, hai mặt trên dưới có gắn 2 mặt sang để lồng ống chùm. + Ф ống : 76 x 3 mm, H ống 6000 mm, F truyền nhiệt : 480 m² + Ф lò : 2300 mm, H lò : 11714 mm + Lò đặt nghiêng 7 º - Tác dụng : + Thu hồi nhiệt lượng của khí thổi gió và khí than ẩm thổi lên để sản xuất hơi nước. + Làm nguội khí thổi gió trước khi phóng không, làm nguội khí than ẩm thổi lên trước khi vào thủy phong túi rửa. + Tách một lượng bụi trong khí thổi gió và khí than ẩm ở giai đoạn chế khí thổi lên. - Lò đặt nghiêng 7 º có các tác dụng sau: + Tăng diện tích truyền nhiệt giữa khí vào và nước để chế tạo hơi nước. + Tạo góc nghiêng nhằm thu bụi lắng ở đáy thiết bị + Cân bằng khối lượng với bao hơi. - Quá trình tạo hơi nước: Nước được đưa từ bao hơi vào phía dưới lò sau đó trao đổi nhiệt ngược chiều với khí lò sinh ra hơi nước. 4.5. Xử lý khí thổi gió Khí thổi gió ở lò 1 và lò 2 được phóng không, ở các lò 3 đến 10 khí thổi gió được thu hồi nhiệt nhờ hệ thống thu hổi. Quá trình diễn ra như sau: Khí thổi gió được đưa qua cyclone lọc tách bớt bụi, phần bụi được thu hồi ở đáy cyclone và tháo ra định kỳ. Sau đó khí được dẫn qua tháp có bổ sung không khí nhằm thực hiện triệt để phản ứng đốt cháy CO tạo khí nghèo. Khí sau khi đốt cháy được dẫn qua hệ thống trao đổi nhiệt ống chùm, khí đi trong ống, nước đi ngoài ống, hơi nước được sản xuất ra tại đây, khí sau khi trao đổi nhiệt được phóng không Các thiết bị khác: Ngoài ra trong xưởng còn có các thiết bị khác như: Tháp hấp thụ dạng đệm gỗ : 01 Tháp hấp thụ bằng nước trực tiếp: 02 Két khí : 01 Lọc tĩnh điện : 01 B. QUÁ TRÌNH TẠO AMÔNIAC: Quá trình tổng hợp amôniac trước tiên đòi hỏi phải tinh chế khí. Quá trình gồm các công đoạn là: tinh chế khí, chuyển hoá CO, khử CO2, khử vi lượng và tổng hợp NH3. I. TINH CHẾ KHÍ: Khí than ẩm là hỗn hợp các khí N2, H2, CO2, CO, H2S… dầu mỡ, bụi cơ học. Tinh chế khí gồm các giai đoạn: Khử H2S trong khí than ẩm (khử H2S thấp áp) Biến đổi CO Khử H2S trong khí biến đổi (khử H2S trung áp) Khử CO2 Khử vi lượng. 1. Khử H2S thấp áp: a. Mục đích: Khử một phần H2S trong hỗn hợp khí, sau khi ra khỏi tháp, hàm lượng H2S trong khí chỉ còn khoảng 100 ¸ 150 mg/m3. b. Cơ chế phản ứng của keo tananh (TN): Dung dịch làm chất hấp thụ là dung dịch keo tananh, là hợp chất hữu cơ có chứa nhiều nhóm chức OH-1. Trong dung dịch có Na2CO3 và NaCO3. Na2CO3 là chất hấp thụ chủ yếu hay còn gọi là chất xúc tác trong quá trình hấp thụ H2S. NaVO3 là chất ức chế chống tạo kết tủa V- O- S, là chất ức chế chống ăn mòn. Các phản ứng diễn ra là: Hấp thụ: Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 Chiết S: 2NaHS + 4NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + S Đồng thời: Na2V4O9 + 2TNoxh + 2NaOH = 4NaVO3 + 2TNkh Tái sinh: TNkh + O2 = TNoxh + H2O NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O Ngoài ra còn có các phản ứng phụ sau: 2NaHS + 2O2 = Na2S2O3 + H2O Na2CO3 +CO2 + H2O = 2NaHCO3 c. Lưu trình công nghệ: Lưu trình khí: Khí than ẩm từ lọc bụi điện tới, qua quạt khí than tăng áp suất từ 550 mmH2O đến 1500¸1700 mmH2O, đi vào phần đáy hai tháp hấp thụ kiểu đệm, đi qua các tầng đệm và tiếp xúc với dung dịch tananh đi từ trên xuống. Khí than qua bộ phận tách bọt rồi ra khỏi tháp hấp thụ, đi qua bộ phận phân ly để tách mù trước khi sang đoạn I máy nén 667. Khí đi ra có hàm lượng H2S < 10 mg/cm3. Lưu trình dịch: Dung dịch sau khi hấp thụ H2S ở tháp hấp thụ gọi là dung dịch giàu, qua thuỷ phong đáy tháp (điều tiết dung dịch) đến thùng chứa, nhờ bơm tăng áp qua các bộ tuy-e phun vào tháp tái sinh, nhờ áp suất của dung dịch các bộ tuy- e. Trên đỉnh tháp bố trí 14 vòi phun, dịch tiếp xúc không khí và phản ứng tái sinh xẩy ra, thời gian chỉ 5-7 phút. Lưu huỳnh tạo thành dạnh bọt nổi lên trên tràn qua máng tràn về thùng bọt trung gian có thể tích 15 m3 và được đưa vào công đoạn thu hồi lưu huỳnh. Dung dịch tái sinh xong về thùng chứa dịch nghèo có dung tích 150 m3, qua bơm tăng áp, dịch nghèo được phun vào đỉnh hai tháp hấp thụ. Người ta khống chế huyền phù trong dịch £ 0,5 g/l.: 2. Chuyển hóa CO: a. Mục đích: Trong khí than ẩm có khoảng 20¸ 34 %CO. CO làm nhiễm độc xúc tác quá trình tổng hợp amôniac. Vì vậy, hỗn hợp khí sẽ được làm sạch CO trước khi đưa sang giai đoạn tổng hợp amôniac. Khí CO được chuyển thành CO2 nhờ hơi nước ở áp suất cao trên xúc tác oxit sắt. Hàm lượng CO trong khí ra khỏi công đoạn này còn khoảng £ 2%. b. Cơ chế phản ứng chuyển hóa CO: Phản ứng tổng quát: CO + H2O « H2 + O2 – Q Phản ứng thuận nghịch, toả nhiệt, thể tích không đổi. Phản ứng xẩy ra mãnh liệt khi có xúc tác thích hợp. Nhà máy chọn Fe2O3 làm xúc tác. Phản ứng chia làm hai giai đoạn: [K] + H2Oh = [K]O + H2 [K]O + CO = CO2 [K]: Chất xúc tác [K]O: Hợp chất trung gian c. Lưu trình công nghệ: Hình 4: Sơ đồ công nghệ chuyển hóa CO bằng hơi nước 1,2. Bộ lọc bụi, dầu; 3,4.Các thiết bị trao đổi nhiệt; 5.Thiết bị làm lạnh nhanh bằng nước; I,II.Các tháp chuyển hóa số I và II Khí than ẩm ra giai đoạn III của máy nén có áp suất 20 at, nhiệt độ £ 40°C qua bộ lọc dầu, nước đi vào bên ngoài ống thiết bị trao đổi nhiệt trung gian một. Bên trong ống chùm người ta cho khí chuyển hoá có nhiệt độ 350 ¸360°C gián tiếp trao đổi nhiệt với khí than ẩm vào. Nhiệt độ khí than ra trao đổi nhiệt một có nhiệt độ 250°C, hơi nước quá nhiệt có nhiệt độ 450°C qua giảm áp xuống còn 25 at và được bổ xung nước ngưng thành hơi nước bão hoà có nhiệt độ 380¸ 400°C bổ xung vào khí than ẩm ra trao đổi nhiệt một theo tỷ lệ H2O/KTA = 0,8:1. Sau đó khí qua trao đổi nhiệt hai, đi bên ngoài ống, khí trong ống chùm TĐN hai là khí chuyển hoá có nhiệt độ 450¸460°C gia nhiệt cho khí than ẩm đến nhiệt độ 360¸380°C, qua van cửa vào lò chuyển hoá đến ống phân phối khí trên bề mặt xúc tác đoạn một. Khí than ẩm sẽ phản ứng với hơi nước mãnh liệt nên nhiệt độ giai đoạn này tăng nhanh. Để khống chế, người ta chia đoạn một thành hai tầng, đoạn giữa hai tầng bổ xung hơi nước và khí than ẩm để kích lạnh và điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác. Qua hai tầng của đoạn một hiệu suất chuyển hoá đạt >80%. Khí chuyển hoá qua TĐN hai giảm nhiệt độ xuống còn 380¸420°C, qua làm lạnh nhanh một. Ở đây, người ta cho hơi nước ngưng vào để tăng cường tỷ lệ hơi nước đồng thời giảm nhiệt độ của khí xuống nhằm mục đích nâng cao hiệu suất chuyển hoá. Khí chuyển hoá có nồng độ CO khoảng 6¸8% đi vào đoạn hai xúc tác. Ở đây vì lượng xúc tác lớn, thời gian tiếp xúc giữa khí và xúc tác dài, nhiệt độ thấp nên có lợi cho hiệu suất chuyển hoá. Khí chuyển hoá có nồng độ CO thấp, ra lò có nhiệt độ 360¸380°C, nồng độ CO 3¸3,5% được qua TĐN trung gian một đi trong ống gia nhiệt cho KTA. Nhiệt độ của khí giảm xuống còn 320¸340°C qua van ra lò vào làm lạnh nhanh hai. Ở đây, người ta phun nước ngưng có nhiệt độ 100°C xuống, nước sẽ bốc hơi hạ nhiệt độ khí xuống còn 180¸200°C để đi các thiết bị TĐN khác tận dụng nhiệt dư, khí chuyển hoá giảm xuống còn 135¸145°C và một phần nước ngưng được phân ly thải bỏ. Khí chuyển hoá tiếp tục làm lạnh phân ly để được khí chuyển hoá có nhiệt độ 40°C đi tiếp các công đoạn tinh chế. 3. Khử H2S trung áp: a. Mục đích: Dùng dung dịch keo tananh để khử lần hai H2S, việc này không những giúp ích cho quá trình tổng hợp NH3 tốt mà còn giúp quá trình khử CO2 ở giai đoạn sau tốt hơn, vì tránh phản ứng giữa H2S với kiềm ở giai đoạn sau, hạn chế sự ăn mòn thiết bị. b. Lưu trình công nghệ: Khí biến đổi đi vào phía dưới tháp hấp thụ, qua các tầng đệm, H2S bị hấp thụ bởi dịch tananh từ trên đi xuống. Khí được phân ly ở đỉnh tháp ra ngoài đưa sang công đoạn sau. Dịch tananh sau khi hấp thụ ra khỏi tháp từ đáy qua bơm, các tuy- e tự hút không khí vào thùng tái sinh. Dịch tái sinh được tuần hoàn trở lại sử dụng, bọt lưu huỳnh nổi lên thu hồi. 4. Khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng a. Mục đích Dùng dung dịch K2CO3 nóng để khử khí CO2 trong hỗn hợp khí biến đổi. Tận dụng nhiệt dư của khí biến đổi và hơi nước 5 kg/cm3, gia nhiệt cho dung dịch sau hấp thụ để thực hiện quá trình tái sinh khôi phục lại khả năng hấp thụ của dung dịch. Thu hồi khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch trong quá trình tái sinh, làm nguyên liệu để sản xuất Urê và các sản phẩm khác như CO2 lỏng, rắn. b. Cơ chế phản ứng Phản ứng tổng quát: K2CO3 + CO2 +H2O = 2KHCO3 +Q Phản ứng tái sinh: 2KHCO3 = K2CO3 + CO2 + H2O Phản ứng phụ: K2CO3 + H2S = KHCO3 + KHS Lưu trỡnh cụng nghệ: Hình 5: Dây chuyền khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng Tháp hấp thụ; 2.Tháp tái sinh cao áp; 3.Tháp tái sinh thấp áp Lưu trình khí đi khử CO2: Khí biến đổi sau khí khử H2S qua thiết bị trao đổi nhiệt được gia nhiệt bởi khí từ công đoạn biến đổi, nhiệt tăng từ 40°C đến 90°C, đi vào phía dưới tháp hấp thụ, khí sau khi khử CO2 ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ, qua thiết bị làm lạnh bằng nước, thiết bị phân ly rồi đến đoạn IV của máy nén 667. Lưu trình dung dịch khử CO2: Dung dịch K2CO3 từ đỉnh tháp hấp thụ phun xuống. Dung dịch ra khỏi tháp với lưu lượng 850 m3/h được giảm áp bằng van điều tiết dịch diện. Trong đó khoảng 600 m3/h dung dịch giàu được khống chế bằng van điều tiết qua máy tua bin của bơm dung dịch nghèo để thu hồi năng lượng. Sau đó, hỗn hợp với khoảng 250 m3/h dung dịch giàu còn lại đi vào bộ phận bốc hơi nhanh. Ở đỉnh tháp tái sinh tăng áp, khoảng 30% CO2 bị nhả ra khỏi dung dịch, khoảng 300 ¸ 400 m3/h dung dịch giàu ra khỏi đáy bộ phận bốc hơi nhanh đi đến phần trên tháp tái sinh thấp áp, khoảng 300 m3/h dung dịch giàu còn lại chảy xuống đoạn đệm thứ nhất đi đến phần giữa của tháp tái sinh thấp áp rồi trộn lẫn với dung dịch bán nghèo đi từ phần trên xuống. Một phần nhỏ dung dịch ở đây được trích đi lọc bằng than hoạt tính, phần còn lại gần 600 m3/h ra khỏi đáy đoạn đệm trên rồi cùng với dung dịch sau bộ lọc than hoạt tính được đưa vào bơm dung dịch bán nghèo để tăng áp và phun vào giữa tháp hấp thụ CO2. Dung dịch bán nghèo còn lại khoảng 250 m3/h được chảy từ đáy đoạn đệm thứ nhất của tháp tái sinh tăng áp, qua đoạn đệm thứ hai tiếp tục tái sinh, ra khỏi đoạn đệm thứ hai, đưa vào đun sôi bằng hơi nước 0,5 Mpa rồi trở lại tháp tái sinh tăng áp. Dung dịch ra khỏi đáy tháp tái sinh tăng áp có nhiệt độ 120¸ 125°C đến phần dưới tháp tái sinh thấp áp, được gia nhiệt bốc hơi bởi hơi nước thu hồi từ bộ thải nước ngưng. Hơi nước được ngưng tụ và dung dịch nghèo ra khỏi đáy tháp tái sinh thấp áp với lưu lượng 250 m3/h, nhiệt độ 110¸115°C qua bộ làm lạnh bằng nước ngưng có nhiệt độ 70¸90°C đến bơm dung dịch nghèo để tăng áp và phun vào đỉnh tháp hấp thụ CO2. Nước ngưng tụ của hệ thống được thu hồi về bể ngầm và qua bơm nước ngưng hồi lưu để tăng áp bổ xung vào phần đỉnh của phần trên tháp tái sinh thấp áp, để cân bằng lượng nước của hệ thống bị bốc hơi theo khi. Lưu trình của khí CO2 sau khi nhả hấp thụ: Khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch đi ra từ đỉnh tháp tái sinh thấp áp vào bộ làm lạnh bằng nước để phân ly nước, rồi được hút vào tuy-e và trộn với khí CO2 từ tháp tái sinh tăng áp tới. Sau đó qua thiết bị làm lạnh khí tái sinh CO2 bằng nước, nhiệt độ giảm xuống £ 40°C, qua bộ phân ly hơi nước và khí. Khí thu được đưa vào sản xuất. 5. Khử vi lượng a. Mục đích Khí nguyên liệu sau khi qua giai đoạn khử CO2 vẫn còn chứa một lượng nhỏ H2S, CO và CO2. Để loai bỏ chúng, hỗn hợp khí phải qua giai đoạn khử vi lượng. Nhà máy dùng dung dịch Cu- NH3. Hỗn hợp khí ra khỏi công đoạn này có hàm lượng (CO+CO2) £ 20 ppm. b. Cơ chế hấp thụ CO của dung dịch đồng Trong điều kiện tồn tại NH3 tự do, dung dịch đồng sẽ tác dụng với CO để tạo thành phức: Cu(NH3)2AC + CO + NH3 = Cu(NH3)3AC.CO + Q Ngoài ra, dung dịch còn hấp thụ CO2, O2, và H2S - Phản ứng hấp thụ CO2: Hấp thụ CO2 dựa vào lượng NH3 tự do chứa trong dung dịch đồng 2NH3 + CO2 + H2O = (NH4)2CO3 + Q (NH4)2CO3 + CO2 + H2O = 2NH4HCO3 + Q - Phản ứng hấp thụ O2: Dung dịch đồng hấp thụ được O2 là nhờ ion Cu+ 2Cu(NH3)2AC + 4NH3 + 2HAC + 1/2O2 = 2Cu(NH3)4AC2 + H2O +Q - Phản ứng hấp thụ H2S: Nhờ NH3 tự do 2NH4OH + H2S = (NH4)2S + 2H2O +Q Đồng thời: 2Cu(NH3)4AC2 + H2S = CuS2 + 2NH4AC + 2NH3 Để khôi phục khả năng hấp thụ của dung dịch đồng, cần phải tái sinh dung dịch. Tái sinh dung dịch gồm hai mặt: Một mặt làm cho CO, CO2 và H2S trong dung dịch nhả ra trong điều kiện gia nhiệt. Mặt khác làm cho Cu2+ sinh ra do hiện tượng oxi hoá Cu+ để điều chỉnh tỷ lệ Cu+/Cu2+. Ngoài ra trong quá trình tái sinh phải bổ xung lượng NH3, Cu+ và HAC tổn thất. - Phản ứng tái sinh: Dung dịch đồng sau hấp thụ trong điều kiện giảm áp và gia nhiệt nhả các khí CO, CO2, H2S. Cu(NH3)3AC.CO = Cu(NH3)2AC + CO +NH3 + Q (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O + Q NH4HCO3 = NH3 + CO2 + H2O +Q NH4S = 2NH3 + H2S – Q Thể khí tái sinh gọi là khí tái sinh. Khí tái sinh gồm CO, CO2, NH3 và H2. Khí tái sinh sau tháp rửa có thành phần: CO2 2,5%, CO 85%. Phản ứng hoàn nguyên Cu2+ thành Cu+ đồng thời xẩy ra: 2Cu(NH3)2 + CO + H2O = 2CuO + CO2 + 2NH3 + 2NH4-- Q Đồng oxit vừa tái sinh hoạt động mạnh, trong điều kiện có Cu2+: Cu + Cu2+ = 2Cu+ - Q Đồng thời: 2Cu2+ + CO + H2O = 2Cu+ + CO2 + 2H+- Q c. Lưu trình công nghệ Dung dịch đồng từ tháp hấp thụ ra, qua van điều tiết dịch diện, giảm áp sẽ tự đi vào đỉnh thiết bị thu hồi, qua lớp đệm và hấp thụ phần lớn NH3 và một phần CO, CO2 trong thể khí từ dưới lên. Sau đó đi xuống một phần vào trao đổi nhiệt với dịch nóng từ thùng tái sinh xuống, sau đó nhập vào đường đi bộ hoàn nguyên trên và hoàn nguyên dưới bằng hai đường và được hơi nước gia nhiệt bên ngoài ống chùm lên đến nhiệt độ 68°C. Ra khỏi bộ hoàn nguyên dung dịch đồng thời trở lại trạng thái ban đầu xuống trao đổi nhiệt với dịch đồng từ thiết bị hồi lưu xuống. Dịch đi tiếp vào thùng hoá đồng để bổ xung lượng đồng bị tổn thất, đi xuống làm lạnh bằng nước hạ nhiệt độ xuống < 40°C đồng thời bổ xung một lượng NH3 bị tổn thất khi tái sinh, hạ nhiệt độ xuống 8¸ 15°C, qua bộ lọc vào bơm tăng áp lên 12,5 Mpa tiếp tục vào tháp hấp thụ sử dụng tuần hoàn. Khí tái sinh ra khỏi tháp hồi lưu qua phân ly bọt rồi đi vào tháp rửa nước để hấp thụ NH3 trong khí tái sinh, rồi đi sang tinh chế trước quạt khí than, còn nước NH3 loãng được thải rãnh. d. Điều kiện công nghệ hệ thống rửa đồng: Áp suất: Khí vào hệ thống rửa đồng: 125 at Cửa vào bơm dung dịch Cu :1,7 at Cửa ra bơm dung dịch Cu: 130 at Phân tích: Khí vào tháp Cu: CO 3,5%, CO20,5% Khí ra tháp Cu: CO< 0,5%, CO2 50¸80ppm Khí ra tháp rửa NH3: (CO+CO2) < 20 ppm Nồng độ NH3 vào hấp thụ: 6¸8% Lưu lượng: Dịch vào tháp rửa đồng: 50 m3/h Nước NH3 vào tháp rửa NH3: 4 m3/h d. Điều kiện công nghệ hệ thống tái sinh dung dịch Cu Áp suất: Thiết bị tái sinh: < 120 mmH2O Tháp hồi lưu: 50¸ 200 mmH2O NH3 vào bộ làm lạnh:< 16 at Bốc hơi NH3 lỏng: 2,5¸ 3,5 at Hơi nước sau giảm áp: 0,4¸ 0,6 at Nhiệt độ: Dung dịch Cu từ hồi lưu: 40¸50°C Dung dịch đồng qua trao đổi nhiệt với dung dịch tái sinh: 60°C Dung dịch đồng từ thiết bị tăng nhiệt từ dưới ra: 60¸68°C Dung dịch Cu làm lạnh bằng nước:< 40°C Phân tích: Khí tái sinh từ hồi lưu ra H2 CO CO2 CH4 N2+Ar 9.04 81.3 3.82 0.19 5.65 II. TỔNG HỢP AMÔNIAC 1. Nguyên lý quá trình tổng hợp NH3 Phản ứng tổng hợp amôniac: 3H2 + N2 « 2NH3 + Q Thực tế chứng tỏ khi phản ứng không có xúc tác giúp đỡ thì phản ứng diễn ra với tốc độ rất chậm chạp, ở điều kiện 300¸ 500°C phản ứng tổng hợp NH3 cần phải vài năm mới đạt trạng thái cân bằng. Nhưng dưới tác dụng của một lượng xúc tác thích hợp thì giảm bớt được năng lượng cho việc kết hợp giữa N2 và H2, giảm được lực cản của phản ứng. Vì vậy mà tăng nhanh tốc độ phản ứng. Có nhiều loại chất có thể làm xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3. Nhưng những loại lấy Fe làm thành phần chính thường được dùng rộng rãi vì có ưu điểm là rẻ, nhiệt độ hoạt tính tốt, khả năng chống độc mạnh, tuổi thọ cao… Đặc điểm của phản ứng tổng hợp NH3 là thuận nghịch, toả nhiệt, giảm thể tích. Dựa vào định luật cân bằng ta thấy hạ nhiệt độ, tăng áp suất thì cân bằng sẽ dịch chuyển về phía tạo thành NH3. Nhưng giảm nhiệt độ cũng phải đạt đến trạng thái hoạt động của xúc tác, hơn nữa nhiệt độ cao có lợi cho tốc độ phản ứng. Vì vậy, cần phải lựa chọn được nhiệt độ thích hợp nhất vừa có lợi cho tốc độ phản ứng cũng như đạt được nồng độ NH3 ở trạng thái cân bằng cao nhất. Áp suất càng cao cũng làm tăng nồng độ NH3 ở trạng thái cân bằng nhưng phụ thuộc nhiều vào giá thành đầu tư thiết bị và trình độ thao tác của công nhân. Do đó việc lựa chọn áp suất phải thích hợp với công nghệ. 2. Lưu trình công nghệ Hình 7: sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng hợp NH3 Lọc dầu; 2.Thùng chứa sản phẩm; 3.Thùng chứa NH3; 4.Tháp 3 kết hợp; 5.Tháp tổng hợp; 6.Thiết bị phân ly NH3; 7.Trao đổi nhiệt; 8.Máy nén tuần hoàn; 9.Tách dầu, bụi; 10.Nồi hơi; 11.Giàn làm lạnh bằng nước Hỗn hợp khí H2, N2 từ công đoạn máy nén khí đến đi vào thiết bị ba kết hợp hỗn hợp với khí tổng hợp sau khi làm lạnh bằng nước và phân ly I đến đi vào trong ống của thiết bị trao đổi nhiệt. ở đây khí lạnh từ bộ phân ly NH3 đến từ dưới lên, làm lạnh đến 10¸20°C, sau đó tiếp tục đi vào thiết bị làm lạnh bằng NH3, khí đi trong ống, NH3 bốc hơi phía ngoài ống. Khí bốc hơi NH3 thu hồi nhiệt của không gian xung quanh, nên thể khí được làm lạnh đến 0¸ -10°C, làm cho NH3 trong thể khí ngưng tụ thành NH3 lỏng. NH3 dùng làm tác nhân lạnh trong thiêt bị làm lạnh NH3 qua thùng cao vị phân ly để tách mù NH3 rồi tập chung đến công đoạn hấp thụ chế lạnh, để chưng bốc và ngưng tụ thành NH3 lỏng cấp tuần hoàn quay trở lại thiết bị làm lạnh bằng NH3 lỏng. Khí tuần hoàn sau khi đã loại bỏ NH3 đi vào ống trung tâm thiết bị rồi đi lên luồn trong các khe hở giữa các ống chùm của thiết bị trao đổi nhiệt, nhận nhiệt của hỗn hợp khí mới và khí tuần hoàn, nhiệt độ tăng lên đến 20¸40°C, sau đó ra khỏi tháp làm lạnh, áp suất chỉ còn 280¸295 at được đưa tới máy nén tuần hoàn tua bin để bù lại tổn thất áp suất của hệ thống, khí tuần hoàn sau khi ra khỏi hệ thống nén khí tuần hoàn được đưa qua thiết bị phân ly để lọc dầu, được chia làm hai đường vào tháp tổng hợp (hàm lượng NH3 vào tháp khoảng 2,8¸4%). Một đường qua van chính vào tháp, men theo vách tháp rồi dii qua hai trao đổi nhiệt (khí đi ngoài ống). Một theo van phụ để vào tháp dùng để điều chỉnh nhiệt độ của tầng xúc tác. Khí đường chính và đường phụ phối hợp với nhau qua hộp phân phối khí, qua ốn