Báo cáo 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 Bắcnày tập trung vào thuyết minhlưu 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:HabacNitrogenous 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. Hoi nước Sản phẩm phụ Than cục antraxit Điện Hóa chất khác Chất thải Urea Xưởng Urea: Tổng hợp urea Không khí Xưởng Tạo khí: Tạo khí than ẩm: H2: N2 = 3: 1, và các tạp chất (bụi, H2S, CO,…) Xưởng Amoniac: - Tinh chế khí: tách tạp chất trong khí than ẩm (H2S, CO,…) - Sản xuất nguyên liệu tổng hợp urea: NH3 lỏng, CO2 khí 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: = + Q = + Q = - Q Khí thổi gió ở nhiệt độ > 550oC đem đốt sẽ xảy ra phản ứng: = + 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: = - Q = - Q = - Q = + Q = + Q = - Q = + Q Ngoài ra ở nhiệt độ thấp còn có phản ứng: = + 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 toànvà nâng cao chất lượng khí than ẩmmỗi 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 O2không 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 Lưulượng 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 NH3như 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 hơinước 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 đổisố 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. 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. Vanadi ở dạng mang tính khử kết hợp với tananh ở trạng thái oxy hóa tạo thành tananh ở trạng thái khử, còn chuyển thành 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 sinhra 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 ápđi 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 ³ 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: 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: Trong đó: Q – Hiệu ứng nhiệt, KJ/mol; T – Nhiệt độ phản ứng, K. Hiệu suất biến đổi CO được tính theo công thức: Trong đó: – Hiệu suất biến đổi CO; – Hàm lượng % CO trong khí than ẩm; - Hàm lượng % CO trong khí biến đổi. Hằng số cân bằng có thể tính toán theo nhiệt độ phản ứng: 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; = 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 bộlàm 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 0,5MPa 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 ³ 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 ≤ 10mg/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 vàvào 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 30kg/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 13kg/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 ³ 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- ³ 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 0,5MPa 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: Tổng quát: 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: 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: 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: Trong đó: - Tốc độ phản ứng đang xét, mol/L.s; – Nồng độ và , 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 850m3/h được giảm áp bằng van điều tiết; trong đó khoảng 600m3/h dung dịch giàu được qua tổ turbine của bơm dịch nghèo để thu hồi năng lượng, sau đó hỗn hợp với khoảng 250m3/h dung dịch giàu còn lại cùng đi vào bộ phận bốc hơi nhanh ở đỉnh tháp tái sinh. Khi tổ turbine ngừng vận hành thì tại đây khoảng 30% CO2 bị nhả khỏi dung dịch. Khoảng 300 – 400 m3/h dung dịch giảu đi ra khỏi đáy bộ phận bốc hơi nhanh đi đến phần trên tháp tái sinh thấp áp, khoảng 300 m3/h dung dịch giàu còn lại chảy xuống đoạn đệm thứ nhất tiếp tục tái sinh. Một phần dung dịch bán nghèo ra khỏi đáy đoạn đệm thứ nhất đi đến phần giữa của tháp tái sinh thấp áp, trộn lẫn với dung dịch bán nghèo đi từ trên xuống. Một phần nhỏ dung dịch ở đây được trích đi lọc bằng than hoạt tính, phần dung dịch còn lại khoảng 600 m3/h ra khỏi đáy đoạn trên rồi cùng với dung dịch sau bộ lọc than hoạt tính được đưa vào bơm dung dịch bán nghèo để tăng áp và phun vào phần giữa tháp hấp thụ CO2. Dung dịch bán nghèo còn lại khoảng 250 m3/h được chảy từ đoạn đệm thứ nhất qua đoạn đệm thứ 2 của tháp tái sinh tăng áp để tái sinh tiếp tục. Ra khỏi đáy đoạn đệm thứ 2 được đưa vào bộ đun sôi bằng hơi nước 0,5MPa và bộ đun sôi bằng khí biến đổi rồi trở lại tháp tái sinh tăng áp. Dung dịch ra khỏi đáy tháp tái sinh tăng áp có nhiệt độ 120 – 125oC đi đến phần dưới tháp tái sinh thấp áp, được gia nhiệt bốc hơi bởi nhiệt của hơi nước thu hồi từ bộ thải nước ngưng đến, hơi nước được ngưng tụ và cùng dung dịch nghèo ra khỏi đáy tháp tái sinh thấp áp với lưu lượng 250 m3/h, nhiệt độ 110 – 115oC qua bộ làm lạnh bằng nước ngưng có nhiệt độ 70 – 90oC, đến bơm dung dịch nghèo để tăng áp và phun vào đỉnh tháp hấp thụ CO2. Nước ngưng của hệ thống được thu hồi về bể ngầm và qua bơm nước ngưng hồi lưu để tăng áp rồi bổ sung vào đỉnh tháp tái sinh thấp áp và đáy tháp tái sinh tăng áp để cân bằng lượng nước của hệ thống bị bốc hơi theo khí tái sinh và duy trì sản xuất bình thường. Khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch đi ra từ đỉnh tháp tái sinh thấp áp, vào bộ làm lạnh bằng nước để phân ly nước, rồi được hút vào tuy-e và hỗn hợp với khí CO2 đến từ đỉnh tháp tái sinh tăng áp, sau đó qua thiết bị làm lạnh khí tái sinh CO2 bằng nước, nhiệt độ giảm xuống ≤ 40oC, qua bộ phân ly để phân ly hơi nước và dung dịch rồi đưa đi sản xuất urea và CO2 lỏng, rắn. Hơi nước quá nhiệt 0,5MPa từ mạng ống chung đến, được làm lạnh giảm nhiệt độ bởi nước ngưng đến từ bơm nước ngưng, nhiệt độ 180÷190oC đưa vào bộ đun sôi bằng hơi nước rồi qua bộ thải nước ngưng. Hơi nước chưa ngưng được đưa đến đáy tháp tái sinh thấp áp để gia nhiệt, còn nước ngưng đưa đến thùng chứa. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Thành phần dịch khử CO2 Hàm lượng K2O 180 ¸ 220 g/l Hàm lượng DEA 15 ¸ 25 g/l Hàm lượng KVO3 8 ¸ 10 g/l Hàm lượng VO3- ³ 5 g/l Tổng lượng lưu huỳnh < 5 g/l SO42- £ 5 g/l Tổng sắt hòa tan trong dung dịch < 100 mg/l SiO2 < 100 mg/l Cl- < 2 g/l Độ tái sinh dung dịch bán nghèo £ 1,42 Độ tái sinh dung dịch nghèo £ 1,3 Thành phần khí Hàm lượng CO2 trong khí tinh chế £ 0,5% Độ thuần khí CO2 tái sinh ³ 99% Nhiệt độ Khí tinh chế ra bộ làm lạnh bằng nước £ 450C Khí CO2 tái sinh đi ure £ 450C Dunh dịch nghèo tại cửa ra bộ làm lạnh bằng nước 70 ¸ 900C Dung dịch bán nghèo vào hấp thụ » 1100C Hơi nước thấp áp vào (TIC817) 180 ¸ 1900C Lưu lượng Dung dịch bán nghèo 200 ¸ 600 m3/h Lưu lượng dung dịch nghèo 180 ¸ 250 m3/h Áp suất Chênh áp tháp hấp thụ CO2 £ 30KPa (0,3at) Chênh áp tháp tái sinh tăng áp £ 30 KPa Chênh áp tháp tái sinh thấp áp £ 30 KPa Khí CO2 tái sinh ra tháp tái sinh tăng áp £ 80 KPa Khí CO2 tái sinh ra tháp tái sinh thấp áp £ 2 ¸ 3 KPa Áp suất hơi nước thấp áp £ 0,5 MPa Áp suất nước làm lạnh tại cương vị ³ 0,15 MPa E. Cương vị Khử vi lượng khí Nhiệm vụ: Cương vị Khử vi lượng khí có nhiệm vụ hấp thụ gần như triệt để các chất khí gây ngộ độc xúc tác tổng hợp NH3 như CO, CO2, H2S, O2 …bằng dung dịch acetate amoniac đồng. Sau đó gia nhiệt giải phóng thu hồi hầy hết các chất khí bị hấp thụ, đồng thời điều chỉnh tỷ lệ đồng đảm bảo theo chỉ tiêu cho phép, phục hồi các thành phần và tính năng ban đầu của dung dịch hấp thụ, rồi làm lạnh, tăng áp cho tuần hoàn trở lại hấp thụ. Nguyên lý của quá trình khử vi lượng khí: Các phản ứng xảy ra: Cu(NH3)3Ac + CO + H2O → Cu(NH3)3Ac.CO + Q 2NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2NH4HCO3 2Cu(NH3)3Ac + 4NH3 + 2Hac + 1/2O2 → 2Cu(NH3)4(Ac)2 + H2O + Q 2NH4OH + H2S → (NH4)2S +2H2O + Q Các yếu tố ảnh hưởng: Nhiệt độ; Áp suất; Thành phần của dung dịch acetate amoniac đồng (Tổng đồng và tỷ lệ đồng, nồng độ NH3, nồng độ HAC, lượng CO và CO2 còn lại). Lưu trình công nghệ: Khí tinh chế từ đoạn Vcủa máy nén 6 cấp có áp suất 12 MPa, nhiệt độ ≤ 40oC vào tháp đồng đi từ dưới lên, dung dịch acetat đồng amoniac từ cửa ra của bơm có áp suất 13MPa đi từ trên xuống. Dung dịch đồng hấp thụ hầu hết các chất khí gây độc hại cho xúc tác tổng hợp NH3 như CO, CO2, H2S, O2. Khí tinh luyện ra khỏi tháp đồng được đưa vào tháp kiềm hấp thụ bằng nước NH3 có nồng độ từ 5÷10%. Khí ra khỏi tháp kiềm có hàm lượng CO+CO2< 20ppm đi vào đoạn VI của máy nén 6 cấp. Khí tái sinh ra khỏi tháp hồi lưu, qua phân ly bọt rồi đi vào tháp rửa nước để hấp thụ NH3 trong khí tái sinh, đi sang tinh chế trước quạt khí than, còn nước NH3 đưa qua tháp chưng thu hồi NH3 đến khi đủ loãng thìthải xuống rãnh. Dung dịch đồng từ tháp đồng ra, qua van điều tiết, giảm áp rồi đi vào đỉnh thiết bị hồi lưu, qua lớp đệm hấp thụ phần lớn NH3 trong thể khí từ dưới lên. Ra khỏi thiết bị hồi lưu, dung dịch đồng đi vào bộ trao đổi nhiệt với dung dịch từ thùng tái sinh đi xuống, nhưng có một phần không qua thiết bị trao đổi nhiệt. Ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt, dung dịch đồng tiếp tục đi vào hai bộ hoàn nguyên trên và dưới, ở đây dung dịch đồng đi trong ống và được gia nhiệt bằng hơi nước đi bên ngoài ống. Ra khỏi bộ hoàn nguyên, dung dịch đồng đi vào thùng tái sinh, tiếp tục gia nhiệt bằng hơi nước gián tiếp qua lớp vỏ bọc của thùng tái sinh và qua 9 tấm ngăn tiết lưu, ở đây lượng khí bị dung dịch đồng hấp thụ nhả ra gần hết, dung dịch đồng trở lại trạng thái ban đầu. Ra khỏi thùng tái sinh, dung dịch đồng vào thiết bị trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho dung dịch đồng từ thiết bị hồi lưu xuống. Dung dịch đồng đã được tái sinh tiếp tục được qua thùng hóa đồng để bổ sung lượng đồng tổn thất hoặc có thể không đi qua thùng hóa đồng nhờ hệ thống van cách ly. Tiếp tục qua thiết bị làm lạnh bằng nước tuần hoàn hạ nhiệt độ xuống < 40oC. Ra khỏi thiết bị làm lạnh bằng nước, một phần dung dịch đồng được đi qua thiết bị lọc bằng than cốc để loại bỏ các cặn bẩn trước khi vào thiết bị làm lạnh bằng NH3 để hạ nhiệt độ xuống còn 8 – 15oC, dung dịch đồng còn được bổ sung một lượng NH3 bị tổn thất trong quá trình tái sinh. Cuối cùng dung dịch đồng được qua bộ lọc vào cửa bơm, tăng áp lên 13MPa tiếp tục tuần hoàn vào tháp đồng. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Thành phần khí vào công đoạn CO ≤ 3,0% CO2 ≤ 0,5% H2S vi lượng Áp suất Khí vào tháp rửa đồng kiềm : £ 125 kg/cm2. Khí tái sinh : £ 1.200 mm H2O Hơi nước vào bộ hoàn nguyên trên : < 5 kg/cm2 Hơi nước thấp áp vào hệ thống : 0,4 4 0,6kg/cm2 Không khí : > 2 kg/cm2 Nước tuần hoàn : > 2 kg/cm2 NH3 lỏng : £ 16 kg/cm2 NH3 khí vào ống cái : > 2,2 kg/cm2 Dịch vào cửa bơm đồng : ³ 0,7 kg/cm2 Dịch vào cửa bơm đồng, kiềm : £ 130 kg/cm2. Dầu tuần hoàn bơm đồng, bơm nước NH3 : ³ 1 kg/cm2 Nhiệt độ Dung dịch đồng vào tháp : 8 ¸ 150C. Dung dịch đồng ra tháp : £ 350C. Khí vào tháp : £ 400C. Nước NH3 vào tháp : < 350C. Dung dịch đồng ra tháp hồi lưu : < 60 oC Dung dịch đồng ra bộ trao đổi nhiệt dưới : £ 65 oC Dung dịch đồng ra bộ trao đổi nhiệt trên : 72 ¸ 74 oC Dung dịch đồng phần giữa bộ tái sinh : 74 ¸ 76 oC Dung dịch đồng phần cuối bộ tái sinh : 76 4 78 oC Dung dịch đồng ra bộ làm lạnh bằng nước : £ 40 oC Dầu tuần hoàn của bơm đồng : £ 55 oC Các gối đỡ trục của bơm đồng : £ 65 oC Động cơ bơm đồng : £ 65 oC Thành phần khí ra tháp kiềm CO + CO2 ≤ 20ppm CO2 ≤ 3 ppm Thành phần dung dịch đồng Tcu : 2,0 ¸ 2,5 gmol/l TCO2 : < 2,1 gmol/l TNH3 : 9 ¸ 11 gmol/l THAC : 2,5 ¸ 3,0 gmol/l Cu+/Cu : 5 ¸ 7 CO còn lại trong dung dịch đồng : 0,005 m3/m3 dịch Nồng độ Nước NH4OH ra tháp rửa : khoảng 0,5% NH3 trong khí tái sinh : < 0,04%. NH3tự do trong dung dịch kiềm mới : 5 ¸ 7% Độ cacbonat trong nước NH3 bỏ : £ 13% F. Cương vị Nén N2-H2 Nhiệm vụ: Cương vị Nén N2-H2 có vai trò trọng yếu, nhiệm vụ chủ yếu là nén và vận chuyển khí. Đầu tiên nhận khí than ẩm từ tháp khử H2S thấp áp vào các đoạn I, II và III nén đến 2,15MPa đưa đến cương vị biến đổi CO, khử H2S trung áp, khử CO2. Tiếp theo khí khí tinh chế được dẫn vào các đoạn IV và V nâng áp suất lên 12,5 MPa rồi đưa sang khâu khử vi lượng khí sau đó quay trở lại đoạn VI nâng áp suất lên đến 31,5 MPa rồi đưa sang khâu tổng hợp NH3. Nguyên lý làm việc: Máy nén 6 cấp, trong đó 5 cấp nén đầu kiểu chữ H (ký hiệu H22III-165/320) và cấp nén cuối mới được lắp đặt thêm năm 2002 kiểu chữ M (ký hiệu 6M25-185/315), trước đây cấp nén kiểu chữ H có công suất thấp hơn cấp nén kiểu chữ M nhưng hiện tại các cấp nén có công suất tương đương nhau 9000 – 11000 Nm3/h tùy theo yêu cầu sản xuất. Máy nén 6 cấp làm việc 24/24, liên tục 1500 h, điện áp động cơ chính 6000 V, điện áp động cơ phụ 380 V, mỗi cấp nén kiểu chữ H tiêu thụ 2500 kWh, cấp nén kiễu chữ M tiêu thụ 2800 kWh. Máy nén 6 cấp tương ứng có 6 bộ xilanh-piston, nhờ sự di động của piston trong xilanh do động cơ điện mà thực hiện được việc hút, nén và đẩy khí. Để máy nén 6 cấp có thể hoạt động thực tế có bộ bơm dầu bôi trơn xilanh (thải 1,5 kg dầu xilanh/h/ 1 đoạn) và bộ bơm dầu bôi trục (18000 l dầu bôi trục tuần hoàn/ 1500 h làm việc liên tục), cùng với thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống. Quá trình nén khí là đa biến, không phải các trường hợp lý tưởng hoàn toàn đẳng nhiệt hay hoàn toàn đoạn nhiệt. Giản đồ nén khí đa biến như Hình 6. Qua giản đồ nén khí ta thấy công tiêu hao cho quá trình nén khí đẳng nhiệt ABC2DA nhỏ nhất, quá trình nén khí đoạn nhiệt ABCDA lớn nhất và quá trình nén khí đa biến ở giữa. Để nén khí lên áp suất càng cao càng cần nhiều cấp nén, vì nếu chỉ dùng 1 cấp nén thì do tỷ số nén cao sẽ gặp nhiều tác hại như:lượng nhiệt sinh ra càng lớn dẫn đến càng gần quá trình nén khí đoạn nhiệt tốn càng nhiều công, làm mất tác dụng của dầu bôi trơn xilanh dẫn đến mài mòn và phá hỏng thiết bị, và chi phí chế cao. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều cấp nén thì sẽ gây tổn thất áp suất do lực cản qua các van và chi phí chế tạo cũng tăng. Lưu trình công nghệ: Khí than ẩm từ tháp khử H2S thấp áp đến đường ống chung đi vào thủy phong đoạn I rồi vào xilanh đoạn I, khí được tăng áp đi ra đoạn I lần lượt qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn I để tách dầu, nước rồi đi vào xilanh đoạn II, khí tiếp tục được tăng áp và đi ra đoạn II lần lượt qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn II rồi đi vào xilanh đoạn III, khí được tăng áp lên đến 2,15MPa lại lần lượt qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn III và đi đến các khâu tinh chế khí. BC – Đường cong nén khí đoạn nhiệt BC1 – Đường cong nén khí đa biến BC2 – Đường cong nén khí đẳng nhiệt Hình6 . Giản đồ nén khí Khí tinh chế qua bộ phân ly đi vào xilanh đoạn IV, sau khi nén tiếp tục được qua các thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn IV rồi vào xilanh đoạn V nâng áp lên đến 12,5MPa rồi tiếp tục qua thiết bị hoãn xung, thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn V rồi đi vào đường ống chung đưa đến khâu khử vi lượng khí. Khí tinh luyện qua bộ phân ly đi vào xilanh đoạn VI, rồi được nén đến 31,5MPa, lại qua thiết bị hoãn xung,thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, thiết bị phân ly đoạn VI tới đường ống chung vào khâu tổng hợp NH3. Bộ phân ly các đoạn đều có van thải bẩn, dùng đường ống dẫn tới bàn thao tác, tập trung ở ống chung thải bẩn đưa đến thùng tập trung dầu. Hộp đệm các đoạn xilanh máy nén đều có cửa thu hồi khí rò, khi rò ở hộp đệm được phân tách dầu, nước ở thùng tập trung dầu, rồi khí thu hồi tới thủy phong đoạn I vào xilanhđoạn I. Dầu bôi trơn trục được tuần hoàn cưỡng bức bằng áp lực. Dầu bôi trơn trục được hút từ thùng dầu tuần hoàn, qua bộ làm lạnh, qua bộ lọc và theo đường ống chung lên các đoạn. Tại đây dầu bôi trơn trục được chia làm 4 đường: 2 đường vào các đường trượt 2 bên hòm trục; 1 đường vào 2 gối đỡ của động cơ; 1 đường vào nội bộ các trục khuỷu. Sau khi thực hiện xong nhiệm vụ bôi trơn và lấy nhiệt ma sát các đường dầu bôi trơn trục trên chảy về thùng dầu tuần hoàn. Hộp đệm và xilanh các đoạn của máy nén 6 cấp do bộ tra dầu piston kiểu trụ tiến hành tra dầu bôi trơn xilanh, bộ tra dầu xilanh lắp ở phía trước thân máy thông qua ống dẫn nối liền với các điểm tra dầu. Việc điều chỉnh lượng tra dầu thông quaốc điều chỉnh. Nước làm lạnh tuần hoàn từ ống chung đến và đi vào đường ống chung nước vào của máy, sau đó lần lượt đi vào các vỏ bọc xilanh, bộ làm lạnh các đoạn và bộ làm lạnh dầu. Sau khi làm lạnh, nước được dẫn về đến ống chung rồi tới đường nước về tuần hoàn. Việc làm lạnh hộp đệm các đoạn dùng nước mềm. Nước mềm từ thùng tuần hoàn, qua bơm, qua làm lạnh bằng nước tuần hoàn tới hộp đệm, làm lạnh cho hộp đệm các đoạn rồi quay trở lại thùng tuần hoàn. Nước mềm bổ sung cho lượng rò rỉ được đưa trực tiếp vào thùng tuần hoàn. Một số đặc tính kỹ thuật của máy nén: Áp suất Đoạn I II III IV V VI Cửa vào £ 0,006 £ 0,194 £ 0,71 £ 1,7 £ 4,89 £ 11,2 Cửa ra £ 0,194 £ 0,71 £ 1,7 £ 4,89 £ 11,5 £ 31,5 Nhiệt độ (oC) Đoạn I II III IV V VI Cửa vào £ 40 £ 40 £ 40 £ 40 £ 40 £ 40 Cửa ra £ 148 £ 149 £ 138 £ 138 £ 138 £ 147 Tốc độ quay trục khuỷu máy nén: 300 vòng/phút. Đường kính xilanh (mm): D1 = 1180 D4 = 290 D2 = 700 D5 = 180 D3 = 430 D6 = 160 Lượng nước làm lạnh tiêu hao (kg/h) Xilanh Trạm dầu Bộ làm lạnh 35000 50000 431000 Lượng dầu tiêu hao bôi trơn hộp đệm và xilanh: 1018 kg/h. Áp suất nước vào làm lạnh: ≥ 0,4 MPa Nhiệt độ nước vào làm lạnh: ≤ 32oC Công suất của trục máy nén: 2692kW Chỉ tiêu chủ yếu của động cơ chính Kiểu: TK 2800-20/2600 Công suất định mức: 2800 kW Điện áp định mức: 6000 V Dòng điện định mức: 312 A Tốc độ quay định mức: 300 vòng/phút Hệ số công suất định mức: > 0,9 Chiều quay động cơ: Theo chiều kim đồng hồ nhìn từ đầu trục. Điểm cảnh báo nhiệt độ áp suất Nhiệt độ ra các đoạn > 150oC Cảnh báo Nhiệt độ gối trục chính > 60oC Cảnh báo Nhiệt độ khí vào các đoạn > 45oC Cảnh báo Áp suất cửa vào đoạn 1 < 0,0025MPa Cảnh báo Áp suất cửa ra đoạn 3 > 2,35 MPa Cảnh báo Áp suất cửa ra đoạn 5 > 12,7 MPa Cảnh báo Áp suất cửa ra đoạn 6 > 31,7 MPa Cảnh báo Áp suất nước tuần hoàn vào < 0,25 MPa Cảnh báo Hệ thống khóa liên động bảo vệ Áp suất cửa vào đoạn 1 < 0,0015 MPa Ngừng máy Áp suất dầu < 0,15 MPa Ngừng máy Áp suất nước < 1,5 MPa Ngừng máy Nhiệt độ gối trục chính 80oC Ngừng máy Khi động cơ quay máy làm việc, động cơ chính không thể khởi động được, ngược lại khi máy chính vận hành không thể khởi động động cơ quay máy. Khóa liên động giữa động cơ dầu tuần hoàn, động cơ dầu cao áp với động cơ chính. G. Cương vị Tổng hợp NH3 Nhiệm vụ: Cương vị Tổng hợp NH3 có nhiệm vụ từ N2 và H2 trong khí tinh luyện, ở nhiệt độ và áp suất cao, với sự có mặt của chất xúc tác tổng hợp thành NH3 ở dạng khí trong tháp tổng hợp và được làm lạnh, ngưng tụ và phân ly thành NH3 lỏng đưa đi chứa ở kho cầu. Nguyên lý của quá trình tổng hợp NH3: Đặc điểm của phản ứng tổng hợp NH3 Phản ứng tổng hợp NH3: có các đặc điểm: Làm giảm thể tích; Tỏa nhiệt; Thuận nghịch; Cần có xúc tác để đẩy nhanh tốc độ phản ứng theo chiều thuận; Tỷ lệ H2:N2 = 3:1 là có lợi nhất cho tổng hợ NH3. Hằng số cân bằng của phản ứng tổng hợp NH3: Hằng số cân bằng của phản ứng đang xét được thể hiện bởi phương trình: Trong đó: Kp – Hằng số cân bằng; - Áp suất riêng phần ở trạng thái cân bằng của NH3, H2 và N2, tương ứng, at. Vì phản ứng tổng hợp NH3 làm giảm thể tích, tỏa nhiệt và thuận nghịch nên căn cứ vào nguyên lý chuyển dịch cân bằng La Châtelier thì thấy nếu hạ thấp nhiệt độ, tăng cao áp suất thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thuận tạo thành NH3, và Kp tăng lên. Động học của quá trình tổng hợp NH3 có chất xúc tác: Phản ứng của H2 và N2 có chất xúc tác rắn để tổng hợp NH3 phụ thuộc vào sự tiếp xúc giữa 2 pha khí-rắn. Cơ chế của quá trình đang xét hiện nay được mô tả khá chính xác theo các bước sau đây: Quá trình di chuyển N2 và H2trong pha khí qua lớp biên thủy lực do đối lưu và khuếch tán; Khuếch tán phần lớn N2 và H2 vào mao quản của chất xúc tác; Hấp phụ N2 và H2trên các tâm hoạt hóa; Phản ứng hóa học giữa N2trong pha rắn với H2 trong pha rắn và cả trong pha khí tạo thành các sản phẩm trong pha rắn NH sau đó là NH2 và cuối cùng là NH3. Nhả NH3 vào pha khí ; Khuếch tán NH3 ra khỏi mao quản đến bề mặt ngoài của chất xúc tác; Di chuyển NH3qua lớp biên thủy lực vào nhân pha khí. Trong đó, khi tốc độ pha khí khá lớn, đòng thời cỡ hạt chất xúc tác nhỏ vừa phải thì ảnh hưởng của khuếch tán đối lưu và khuếch tán phân tử đối với tốc độ chung là rất nhỏ, còn quá trình hấp phụ N2 trên các tâm hoạt hóa chậm nhất nên quyết định tốc độ chung. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ quá trình tổng hợp NH3: Áp suất; Nhiệt độ; Ảnh hưởng của khí trơ; Ảnh hưởng của chất xúc tác; Ảnh hưởng của khuếch tán phân tử (cỡ hạt chất xúc tác). Chất xúc tác: Có rất nhiều chất có thể xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3 như Fe, Pt, Mn, W,…Nhưng những chất xúc tác lấy Fe làm thành phần chính ứng dụng rộng rãi hơn vì có nhiều ưu điểm: giá thành rẻ, ở nhiệt độ thấp cũng có hoạt tính tốt, khả năng chống độc mạnh và tuổi thọ cao. Thực tế đang sử dụng 2 loại xúc tác loại A110-1 và A202: A110 – 1 A202 Thành phần Fe3O4 Chất trợ xúc tác: Al2O3, K2O, CaO,…. Fe3O4 Chất trợ xúc tác: Co3O4, Al2O3, K2O, CaO và đất hiếm Một số đặc tính kỹ thuật chủ yếu Hạt rắn màu đen, vô định hình, có ánh kim nhẵn bóng Cỡ hạt: 1,5 – 3,0; 2,2 – 3,3; 3,3 – 4,7; 4,7 – 6,7; 6,7 – 9,4 mm Bề mặt riêng = 13 m2/g Hạt rắn màu đen, vô định hình, có ánh kim nhẵn bóng Cỡ hạt: 2,2 – 3,3; 3,3 – 4,7; 4,7 – 6,7; 6,7 – 9,4; 9,4 – 13 mm Bề mặt riêng = 15 – 18 m2/g Các chất độc Hơi nước, dầu, CO, CO2, H2S, hợp chất sulfua, hợp chất asen, P và hợp chất phospho So sánh A202 có nhiều ưu điểm hơn A110 – 1 như dễ hoàn nguyên hơn, hiệu quả xúc tác vượt trội 7 – 15%, tuy nhiên giá thnahf cao hơn Lưu trình công nghệ: Khí tinh luyện: Khí mới có nhiệt độ < 40oC từ đường ống chung đoạn VI của máy nén 6 cấp, qua thiết bị phân ly dầu nước khí mới để loại bỏ dầu, nước và các tạp chất khác, rồi cùng khí tuần hoàn từ bộ phân ly dầu nước sau máy nén turbinetuần hoàn ra đi vào ống trao đổi nhiệt củathiết bị làm lạnh. Khí này được làm lạnh bằng khí đi lên từ thiết bị phân ly NH3rồi đi vào ống trao đổi nhiệt của thiết bị bốc hơi ngưng tụ NH3. Tại thiết bị bốc hơi ngưng tụ NH3, NH3 lỏng đi ngoài ống nhận nhiệt của khí đi trong ống để bốc hơi, còn khí đi trong ống được làm lạnh xuống -2oC nên NH3 khí được ngưng tụ thành NH3 lỏng và được tách ra ở thiết bị phân ly lần 2, qua van giảm áp đi vào thùng chứa trung gian. Phần khí không ngưng đi vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của thiết bị làm lạnhđể trao đổi nhiệt với khí trong ống, nhiệt độ tăng lên đến khoảng 30oC. Khí sau khi đi ra khỏi thiết bị làm lạnh thì chia làm 2 đường: Đường khí chính đi vào tháp tổng hợp NH3, theo khe hở vành khăn giữa vỏ tháp tổng hợp và rọ xúc tác, đi từ trên xuống để làm lạnh vỏ tháp rồi đi ra ở đáy tháp tổng hợp NH3 (lần 1). Đường khí thứ 2 hỗn hợp với một phần khí đi ra khỏi tháp tổng hợp NH3lần 1 sẽ đi vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt khí – khí. Khí đi ra khỏi tháp tổng hợp NH3lần 1 được chia làm 3 đường: Đường khí thứ 1 đi vào đỉnh tháp tổng hợp NH3, trộn lẫn với khí ra khỏi tầng xúc tác thứ 2 (tầng hướng kính thứ 1) để điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác thứ 3 (tầng hướng kính thứ 2). Hỗn hợp này đi vào tầng xúc tác thứ 3 thực hiện phản ứng tổng hợp NH3 rồi đi trong các ống trao đổi nhiệt dưới đáy tháp tổng hợp NH3để trao đổi nhiệt với đường khí thứ 2 vào tháp tổng hợp NH3 lần 2 đi trong không gian giữa các ống trao đổi nhiệt. Đường khí thứ 2 đi vào tháp tổng hợp NH3lần 2 từ phía đáy. Đường khí thứ 3 hỗn hợp với đường khí thứ 2 ra khỏi thiết bị làm lạnh, rồi đi vào khoảng không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt khí – khívà nhận nhiệt của khí từ nồi hơi nhiệt thừa đi phía trong các ống trao đổi nhiệt. Khí ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt khí – khí có nhiệtđộ 160 – 180oC được chia làm 3 đường đi vào tháp tổng hợp NH3: Đường khí chính đi vào không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt dưới đáy tháp tổng hợp NH3 để trao đổi nhiệt với khí sau phản ứng đi trong các ống trao đổi nhiệt. Nhiệt độ đường khí chính tăng lên đến 380 – 400oC qua ống trung tâm đi vào tầng xúc tác thứ 1 (tầng hướng trục). Đường khí phụ đi vào tháp tổng hợp NH3từ đáy, rồi cùng với đường khí đường chính qua ống trung tâm vào tầng xúc tác thứ 1. Đường khí phụ này có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ của tầng xúc tác thứ 1. Đường khí kích lạnh đi vàotháp tổng hợp NH3từ đỉnh, đi vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt ở giữa tầng hướng trục và tầng hướng kính thứ 1. Đường khí kích lạnh trao đổi nhiệt với hỗn hợp khí phản ứng đi trong các ống trao đổi nhiệt ra từ tầng hướng trục để điều chỉnh nhiệt độ tầng hướng kính thứ 1. Đường khí kích lạnh sau khi trao đổi nhiệt xong đi qua khe hở hỗn hợp với khí ở ống trung tâmđi vào tầng tầng hướng trục. Khí sau phản ứng ra khỏi bộ trao đổi nhiệt dưới đáy tháp tổng hợp NH3 có nhiệt độ khoảng 330oC, đi ra tháp lần 2 và được đưa vào nồi hơi nhiệt thừa. Khí đi trong các ống trao đổi nhiệt để gia nhiệt cho nước mềm để sản xuất hơi nước 0,5MPa.Ra khỏi nồi hơi nhiệt thừa, khí tổng hợp có nhiệt độ khoảng 220oC đi vào trong các ống trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt khí – khí để gia nhiệt cho khí chưa phản ứng ở không gian giữa các ống trao đổi nhiệt. Khí tổng hợp được làm lạnh đến nhiệt độ khoảng 100oC rồi đi vào thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống để làm lạnh bằng nước tuần hoàn.Khí tổng hợp sau đó có nhiệt độ khoảng 35oC thì một phần NH3khí ngưng tụ thành NH3 lỏng và được tách ra ở thiết bị phân ly lần1, qua van giảm áp đưa đến thùng chứa trung tâm. Khí đi ra khỏi thiết bị phân ly lần 1 đi vào máy nén turbine tuần hoàn để bù áp suất do trở lực của hệ thống tổng hợp NH3 gây nên, tiếp tục qua bộ phân ly dầu nước sau turbine để tách dầu, nước và các tạp chất khác. Tiếp theo sẽ hỗn hợp với khí mới từ thiết bị phân ly dầu nước khí mới. Khí thải bỏ và khí thùng chứa: Khí thùng chứa từ thùng chứa trung gian hay kho cầu có hàm lượng NH3 khoảng 35% với một phần khí tuần hoàn có hàm lượng NH3 9 – 11% sau thiết bị phân ly I được giải phóng để duy trì hàm lượng khí trơ không đổi trong khí tuần hoàn vào tháp tổng hợp NH3được đưa vào tháp hấp thụ NH3 từ đáy. Tháp hấp thụ NH3 dùng nước mềm đã qua làm lạnh, tăng áp hấp thụ thu hồi lượng NH3 bị thải bỏ thành nước NH3 11 – 12%, rồi đem chưng lấy NH3 lỏng, còn khí tiếp tục được qua bộ thẩm thấu màng cellulose để thu hồi H2cho quay trở lại đoạn IV của máy nén 6 cấp làm khí nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3. Khí không thẩm thấu giàu N2, CH4làm khí đốt. NH3 lỏng: NH3 lỏng được phân ly từ các thiết bị phân ly I, II được giảm áp xuống 2,35 MPa rồi vào thùng chứa trung gian sau đó tiếp tục đưa tới chứa ở kho cầu. NH3lỏng từ hệ thống hấp thụ chế lạnh cấp cho thùng cao vị NH3 lỏng. Tại đây NH3 lỏng đi xuống đáy thiết bị bốc hơi ngưng tụ nhận nhiệt hóa khí, NH3 khíđược tập trung về thùng cao vị để phân ly những giọt NH3 lỏng đi theo, NH3 khí đi về hệ thống hấp thụ chế lạnh thành NH3 lỏng. Khí bảo vệ máy nén turbine tuần hoàn: Khí bảo vệ máy nén turbine tuần hoàn là khí mới từ đường ống chung đến, qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm để làm lạnh bằng NH3 khí từ thùng cao vị đến, nhiệt độ hạ từ 35 – 40oC xuống còn 15oC, qua bộ phân ly tách dầu, nước tiếp tục vào bộ sấy silicagel để sấy khô triệt để hơi nước. Khí này đi qua khe hở giữa stato và roto máy nén turbine tuần hoàn làm nhiệm vụ cách điện động cơ, sau đó hỗn hợp với khí tuần hoàn đi vào buống nén của máy nén turbine tuần hoàn. Nước và hơi nước: Nước làm lạnh do trạm bơm nước tuần hoàn cung cấp, nước về quay trở lại mạng ống nước tuần hoàn. Nước dùng cho nồi hơi nhiệt thừa là nước mềm khử oxy do trạm nước mềm ở xưởng Nhiệt cung cấp. Hơi nước từ nồi hơi nhiệt thừa có áp suất 0,5 MPa được hòa vào mạng ống hơi chung toàn công ty. Các chỉ tiêu công nghệ chính: Nhiệt độ Thể khí vào tháp tổng hợp lần 1 ≤ 40oC Thể khí ra tháp tổng hợp lần 1 < 70oC Thể khí ra tháp tổng hợp lần 2 ≤ 330oC Thể khí vào tháp tổng hợp lần 2 ≤ 180oC Thể khí ra lò hơi nhiệt thừa ≤ 220oC Làm việc của xúc tác tổng hợp NH3 ≤ 510oC Áp suất Cửa ra máy nén tuabin tuần hoàn ≤ 31,4 MPa Thùng chứa trung gian ≤ 2,35 MPa Tốc độ tăng và hạ áp tháp 0,2÷0,49 MPa/phút Tốc độ tăng và hạ áp tuabin 0,2÷0,3 MPa/phút NH3 lỏng đến thùng cao vị ≥ 1 MPa Chênh áp toàn hệ thống ≤ 2,35 MPa Chênh áp trong và ngoài rọ xúc tác < 0,7 MPa Lưu lượng Qua lò điện ≥ 10000 Hm3/h Khí bảo hộ tuabin ≥ 1000 Hm3/h Qua tuabin tuần hoàn ≥ 50% lưu lượng tối đa của hệ thống Lò điện Công suất 1000 kW Tuabin Chênh lệch áp suất lớn nhất ≤ 2,35 MPa Chênh lệch áp suất nhỏ nhất > 3% áp suất cửa vào Áp suất khí bảo hộ lớn hơn áp suất khí tuần hoàn: 5 kg/cm2 Độ cách điện của động cơ ≥ 0,5 MΩ Áp suất dầu bôi trơn > Áp suất cửa ra tuabin Dòng điện định mức ≤ 700 A Công suất tuabin ≤ 550 kW Nhiệt độ khí bảo hộ ≤ 15oC Nhiệt độ stato ≤ 60oC Nhiệt độ khí ra tuabin ≤ 48oC Dịch diện thùng tra dầu > 1/3 dịch diện Phân tích Khí mới, H2 73÷75% Khí tuần hoàn, H2 62÷66% NH3 trong khí thể ra tháp tổng hợp ≥ 13% NH3 trong khí thể vào tháp tổng hợp < 4% Hàm lượng khí trơ trong khí mới CH4 + Ar < 1,3% Hàm lượng khí trơ trong khí tuần hoàn 12÷14% Nồng độ CO + CO2 < 20 ppm Độ thuần NH3 lỏng Loại 1 99,8% Loại 2 99,5% 2. 2. 3. Xưởng Urea 2. 2. 3. 1. Nhiệm vụ Xưởng Urea có nhiệm vụ tổng hợp urea (NH2)2CO từ các nguyên liệu NH3, CO2 và sản xuất CO2 lỏng, rắn. 2. 2. 3. 2. Cơ sở lý thuyết quá trình tổng hợp urea Phản ứng tổng hợp urea từ NH3 và CO2: Urea được tổng hợp nhờ phản ứng hóa học giữa NH3 với CO2 theo phản ứng tổng quát: 2NH3 + CO2 ↔ (NH2)2CO + H2O + Q Phản ứng này diễn ra theo 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: tạo thành ammonium cacbamate: 2NH3 + CO2 ↔ NH4CO2NH2 + Q Giai đoạn 2:tách nước ammonium cacbamate thu được urea: NH4CO2NH2 ↔ (NH2)2CO – Q Giai đoạn tách nước ammonium carbamate xảy ra tương đối chậm nên có thể coi là giai đoạn khống chế tốc độ của quá trình tổng hợp urea. Trong quá trình tổng hợp urea, hỗn hợp phản ứng được chia làm 2 pha: Pha khí gồm NH3, CO2 và hơi nước; Pha lỏng gồm ammonium cacbamat, Ure, amonium carbonate, nước. Các phản ứng chủ yếu xảy ra trong pha lỏng vì khối lượng các chất ban đầu càng cao thì áp suất trong tháp càng tăng và giảm khối lượng ammonium cacbamate có thể phân giải thành NH3 và CO2, đồng thời tăng tốc độ chuyển hóa ammonium carbamate thành urea. Có nhiều công nghệ tổng hợp urea khác nhau chủ yếu ở phương pháp thu hồi và sử dụng NH3 và CO2 chưa phản ứng: Công nghệ tổng hợp urea không tuần hoàn; Công nghệ tổng hợp urea bán tuần hoàn; Chu trình sản xuất tuần hoàn toàn bộ. Quá trình chưng cất phân giải dung dịch urea: Trong dung dịch urea có chứa (NH2)2CO, NH4CO2NH2, NH3, CO2, H2O. Để thu hồi các khí nguyên liệu còn tồn tại trong dung dịch tổng hợp người ta sử dụng các giai đoạn chưng cất phân giải trung áp và thấp áp. Quá trình phân giải ammonium carbamate là quá trình thu nhiệt giảm thể tích. Vì vậy nếu giảm áp suất, tăng nhiệt độ thì phần ammonium carbamate chưa chuyển hóa nằm trong dung dịch tổng hợp sẽ bị phân giải thành NH3 và CO2. Quá trình giảm áp và tăng nhiệt độ cũng làm cho lượng hòa tan của NH3 và CO2 trong dung dịch giảm đi nhiều. Quá trình phân giải ammonium carbamate kèm theo nhiều phản ứng phụ kể cả mất mát một lượng urea: NH4CO2NH2 ↔ 2NH3 + CO2 NH4CO2NH2+ H2O ↔ (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 ↔ NH4HCO3 + NH3↑ (NH2)2CO + H2O ↔ NH4CO2NH2 NH4CO2NH2 + H2O ↔ (NH4)2CO3 2(NH2)2CO ↔ NH2CONHCONH2 + NH3↑ (NH2)2CO ↔NH4CNO ↔ NH3↑ + HCNO 3HCNO ↔ H3C3N3O3 Giai đoạn đầu tiến hành phân giải dung dịch tổng hợp trung áp ở áp suất 17 MPa, có đến 90% ammonium carbamat bị phân hủy. Ở đây có các quá trình phân giải, hấp thụ, ngưng tụ. Quá trình phân giải ammonium carbamate đòi hỏi áp suất thấp thì hiệu quả mới cao. Ngược lại, các quá trình hấp thụ, ngưng tụ NH3 và CO2 đòi hỏi áp suất cao thì hiệu quả mới cao. Như vậy cần phải lựa chọn được áp suất làm việc thích hợp Căn cứ lựa chọn áp suất làm việc thích hợp dựa vào nhiệt độ nước làm lạnh của bộ ngưng tụ NH3. Vì phải ngưng tụ NH3 dạng khí thành dạng lỏng mà nhiệt ngưng tụ NH3được khống chế bởi nước làm lạnh và do đó tùy theo nhiệt độ môi trường.Khi đã lựa chọn được nhiết độ ngưng tụ NH3 thì cũng chính là lựa chọn được áp suấtngưng tụ NH3 hay áp suất làm việc. Với nước làm lạnh ở nhiệt độ môi trường thì lựa chọn ngưng tụ NH3ở áp suất 17MPa. Ở áp suất cao không thể tách hoàn toàn NH3 và CO2 ra khỏi dung dịch tổng hợp. Để tách triệt để chúng cần phải hạ áp suất làm việc xuống cỏn 0,2 – 0,3 MPa, điều kiện đólàm lượng NH3 bay hơi càng nhiều, hiệu suất phân giải ammonium carbamate càng cao. Để ngăn ngừa quá trình thủy phân urea và quá trình hình thành biuretthìnhiệt độ chưng cất phân giảidung dịch ureaphải thấp. Tuy nhiên nhiệt độ cao có lợi cho quá trình phân giảiammonium carbamat và quá trình bay hơi NH3. Do đócần lựa chọn được nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn chưng cất phân giải dung dịch ureathấp áp. Cuối cùng cũng phải rút ngắn thời gian lưu để tránh mất mát urea. Quá trình bốc hơi cô đặc dung dịch urea: Quá trình cô đặc dung dịch urea có tác dụng làm giảm hàm lượng NH3 và CO2 trong dung dịch urea rasau giai đoạn chưng cất phân giải dung dịch urea thấp áp và có được hàm lượng urea ≥ 99,7%. Cụ thể hàm lượng NH3giảm từ 1,4% xuống còn 0,3%. Quá trình bốc hơi cô đặc kèm theo làm mất mát urea được xác định bởi quá trình thủy phân và quá trình hình thành biuret. (NH2)2CO + H2O ↔ 2NH3 + CO2 2(NH2)2CO ↔ NH2CONHCONH2 + NH3 Phản ứng tạo thành biuret xuất hiện ở nhiệt độ nóng chảy của urea. Thực nghiệm cho thấy tốc độ tạo thành biuret tăng khi nhiệt độ tăng. Vì vậy trong quá trình bốc hơi cô đặc dung dịch urea phải tìm cách hạ nhiệt độ tới mức có thể được. Việc bốc hơi cô đặc dung dịch urea ở áp suất thấp làm hạ nhiệt độ sôi của dung dịch urea, nhất là khi nồng độ của dung dịch urea tăng lên. Để đặt được nồng độ urea ≥ 99,7% thì phân áp hơi nước trong pha khí phải hạ thấp. Việc giảm áp suất khi bốc hơi cô đặc dung dịch urea phải dựa trên nhiệt độ sôi và nhiệt độ kết tinh của nó. Nếu bốc hơi cô đặc dung dịch urea ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết tinh của nó thì các tinh thể tạo ra sẽ tách ra gây tắc thiết bị. Thực tế quá trình bốc hơi cô đặc dung dịch urea được chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: dùng áp suất >200mmHg để làm bốc hơi một lượng lớn nước, nâng nồng độ urea lên 95%. Nhiệt độ bão hòa của dung dịch urea là 120oC nên ở giai đoạn này khống chế nhiệt độ cao hơn ở khoẳng 128÷132oC để tránh dung dịch urea kết tinh. Giai đoạn 2: yêu cầu nồng độ urea phải đạt 99,7%, nên áp suất phải duy trì thấp tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch urea trong khoảng 138 – 142oC. Thời gian lưu của càng dài thì quá trình thủy phân urea càng cao nên việc cô đặc trong áp suất chân không sẽ rút ngắn thời gian lưu vừa hạn chế tạo thành biuret. Để đàm bảo thời gian lưu ngắn thì phải đảm bào tốc độ bốc hơi cao. Do đó phải liên tục cấp nhiệt, rút lượng hơi nước hình thành ra ngoài. Thường chọn thiết bị bốc hơi cô đặc ống chùm làm việc chế độ màng, dung dịch urea vào trong các ống trao đổi nhiệt từ đáy, hơi nước gia nhiệt ngược chiều ở không gian bên ngoài. Cơ sở của quá trình tạo hạt Ở đoạn cuối của quá trình bốc hơi cô đặc, dung dịch urea nóng chảy gần như đã được giải phóng hoàn tàn khỏi nước, được gia nhiệt để ngăn chặn kết tinh trước khi đưa đi tạo hạt. Hạt urea tạo thành trong tháp tạo hạt cao nhờ không khí đưa ngược chiều với các giọt urea nóng chảy. Quá trình tạo hạt có thể chia làm 3 giai đoạn: Làm lạnh giọt urea lỏng từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đông cứng; Đông cứng giọt urea ở nhiệt độ không đổi; Làm lạnh hạt urea từ nhiệt độ đông cứng đến nhiệt độ sản phẩm. 2. 2. 3. 3. Lưu trình công nghệ Lưu trình công nghệ xưởng Urea như Hình 7. Lưu trình công đoạn nén CO2: Khí CO2 từ công đoạn tinh chế khí ở xưởng Tổng hợp NH3 cấp sang có chất lượng như sau: nồng độ CO2 ≥ 98%, H2S ≤ 30 mg/m3, áp suất 300 – 600 mmH2O, nhiệt độ ≤ 40oC. Trước khi vào máy nén khí được bổ sung thêm một lượng không khí nén đạt tỷ lệ nồng độ O2/CO2 = 0,5% thể tích. Qua hoãn xung đoạn I, sau đó vào đoạn I nâng áp suất lên 0,24 MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đoạn I hạ nhiệt độ khí xuống còn 35 – 40oC vào đoạn II nâng áp suất lên 1,05MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đoạn II hạ nhiệt độ khí xuống còn 35 – 40oC vào đoạn III. Khí sau đoạn III có áp suất 3,36 MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phânly đoạn III. Sau đó khí được đưa sang tháp khử H2S đảm bảo hàm lượng H2S ≤ 5mg/Nm3 rồi qua bộ lọc tạp chất cơ học. Sau đó một phần khí được đưa đi đoạn cân bằng, lượng khí còn lại tiếp tục đưa vào đoạn IV nâng áp suất lên 8,05 MPa, nhiệt độ ≤ 140oC qua hoãn xung, làm lạnh, phân ly đoạn IV giảm nhiệt xuống còn 35 – 40oC vào đoạn V nâng áp suất lên đến 20MPa, nhiệt độ120oC đưa sang tháp tổng hợp urea. Hình 7. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng Urea Lưu trình công đoạn tổng hợp Ure Khí nguyên liệu gồm: NH3 lỏng có áp suất 1,95 – 2,1 MPa, nhiệt độ 15 – 30oC, nồng độ NH3 ≥ 99,8% từ kho cầu thuộc xưởng tổng hợp NH3 cấp đến qua đo lưu lượng vào bộ lọc lọc tạp chất rồi qua van điều tiết vào thùng chứa NH3 sao cho luôn ở mức 2/3.Từ ngăn thứ 1 thùng chứa NH3 được dẫn tới bơm piston cao áp nâng áp suất lên 20 MPa rồi đi qua thiết bị gia nhiệt nâng nhiệt độ lên 35 – 50oC khi chạy máy bình thường và 150oC khi chạy máy ban đầu. Tiếp theo đưa vào đáy tháp tổng hợp urea. Từ ngăn thứ 2 của thùng chứa NH3 được dẫn đi khống chế nhiệt độ phần đỉnh và đáy tháp hấp thụ đoạn 1. Khí CO2 từ công đoạn nén CO2 có áp suất 20 MPa, nhiệt độ 120oC đưa vào đáy tháp tổng hợp urea. Tại tháp tổng hợp urea xảy ra phản ứng tổng hợp urea. Hiệu suất chuyển hóa là 65 – 68%, thời gian lưu 45 – 60 phút. Dung dịch urea gồm có urea, ammoniun carbamate, NH3 tự do, khí không tham gia phản ứng và nước qua van điều tiết giảm áp suất xuốngcòn 1,65 – 1,7 MPa, nhiệt độ 120oC đưa vào thiết bị dự phân ly. Phần khí tách ra ở thiết bị dự phân ly và khí ở thiết bị chưng cất phân giải dung dịch urea trung áp (đã qua gia nhiệt cho thiết bị bốc hơi cô đặc giai đoạn 1) vào thiết bị làm lạnh hạ nhiệt độ xuống còn 90 – 100oC rồi tiếp tục đưa vào thiết bị hấp thụ. Phần dịch từ thiết bị phân ly ra tiếp tục đi vào thiết bị chưng cất phân giải dung dịch urea trung áp, tại đây khí được tách ra bay lên trên, còn lại phần dịch được đưa sang thiết bị gia nhiệt đun nóng lên đến nhiệt độ 155 – 160oC bằng hơi nước quá nhiệt 1,27MPa rồi đưa sang thiết bị phân ly. Khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa trở lại thiết bị chưng cất phân giải dung dịch urea trung áptrợ nhiệt cho dung dịch từ thiết bị dự phân ly chảy đến rồi cùng với lượng khí ở chưng cất phân giải dung dịch urea trung áp bay lên trên. Dung dịch ở thiết bị phân ly qua van tiết lưu giảm áp xuống còn 0,25 – 0,35 MPa, nhiệt độ 110 – 120oC được đưa sang thiết bị chưng cất phân giải thấp áp. Ở phần trên của thiết bị chưng cất phân giải trung áp, khí được tách ra và bay lên, còn dung dịch được dẫn qua thiết bị gia nhiệt bằng hơi nước 1,27MPa tăng nhiệt độ lên 145 – 150oC rồi quay trở lại phần dưới của thiết bị chưng cất phân giải trung áp, khí ra ở đây được tập trung ở đỉnh, còn dung dịch urea ra ở phần đáy, qua tiết lưu về áp suất thường vào thiết bị bốc hơi nhanh rồi vào thiết bị bốc hơi cô đặc đoạn 1, phần dưới được gia nhiệt bởi khí hỗn hợp từ thiết bị chưng cất phân giải trung áp, đoạn trên gia nhiệt bởi hơi nước 1,27 MPa nâng nhiệt độ dung dịch urea lên 120 – 130oC. Sau đó dung dịch ureaqua thiết bị phân ly, rồi tiếp tục qua thiết bị gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên đến 136 – 140oC rồi vào tiếp thiết bị phân ly. Ở đây phần khí bốc lên đỉnh, còn dung dịch urea lúc này đạt nồng độ 99,8% được dẫn xuống bơm urea đậm đặc để bơm lên đỉnh tháp tạo hạt. Nhờ vòi phun, giọturea lỏng rơi xuống từ đỉnh tháp, ở đỉnh tháp có lắp 2 quạt gió, hút gió ngược từ dưới lên để làm lạnh giọt urea đang rơi xuống đáy tháp và tạo thành hạt urea. Dưới đáy tháp tạo hạt nhờ hệ thống sàng phân loại để loại bỏ những hạt không hợp cách cho tuần hoàn tạo hạt lại, còn những hạt hợp cách được dẫn vào băng tải dẫn đến bộ phận làm lạnh và phun chất phụ gia chống đóng cục rồi tiếp tục qua hệ thống băng tải, urea thành phẩm được chuyển đến bộ phận đóng bao, rồi xếp vào kho. Phần hơi thứ từ thiết bị bốc hơi nhanh và các thiết bị phân ly được các bơm tuy-e hút qua các thiết bị làm lạnh ngưng tụ, tương ứng. Dung dịch ngưng tụ được tập trung về thùng chứa sau đó được bơm lên các thiết bị hấp thụ để hấp thụ với khí ở thiết bị chưng cất phân giải thấp áp đưa sang. Dung dịch ở thiết bị hấp thụ thứ 1được bơm tăng áp lên 1,7 MPa cùng với khí ở thiết bị chưng cất phân giải trung áp qua trao đổi nhiệt với dung dịch urea ở thiết bị chưng cất cô đặc giai đoạn 1 đưa về thiết bị hấp thụ đoạn 1. Khí từ hấp thụ ở thiết bị hấp thụ thứ 1còn lại được hấp thụ tiếp ở thiết bị hấp thụ thứ 2. Dung dịch sau hấp thụ ởthiết bị hấp thụ thứ 2 được bơm nâng áp lên 1,7 MPa đưa vào thiết bị hấp thụ khí trơ để hấp thụ khí không ngưng ở các thiết bị ngưng tụ. Dung dịch sau hấp thụ ở thiết bị hấp thụ khí trơ được đưa về phần đỉnh của thiết bị hấp thụ đoạn 1 để rửa lượng ammonium carbamate tích tụ trên các tầng đĩa. Khí NH3 từ đáy thiết bị hấp thụ đoạn 1 bay lên phần đỉnh và được rửa bằng NH3 lỏng để khử triệt để CO2, tiếp đó khí NH3 bay lên thiết bị ngưng tụđể ngưng tụ rồi đưa về thùng chứa NH3cùng với NH3 từ kho cầu đưa vào. Khí không hấp thụ hết ở thiết bị hấp thụ khí trơ và thiết bị hấp thụ thứ 2 được tập trung đưa vào thiết bị hấp thụ khí cuối, dịch đưa về thùng chứa riêng rồi đem chưng luyện thu hồi NH3, còn khí sau hấp thụ thải ra ngoài. Một số chỉ tiêu công nghệ chính: Áp suất Tháp tổng hợp Ure: 20 MPa Tuần hoàn đoạn 1: 1,7 ± 0,05 MPa Tuần hoàn đoạn 2: 0,2 ± 0,02 MPa Hệ thống chưng nhả NH3: 0,35 ± 0,02 MPa Chân không cô đặc đoạn 1: 34,65 ÷ 32 KPa Chân không cô đặc đoạn 2: 8 ÷ 5,33 KPa Đường hơi nước vào hệ thống: 1,27 MPa Nhiệt độ Tháp tổng hợp: 180 ÷ 188oC Dịch đáy tháp hấp thụ 715: 85 ÷ 95oC Khí ra hấp thụ 715: 45 ÷ 50oC Dịch ra phân giải đoạn 1: 155 ÷ 160oC Dịch ra phân giải đoạn 2: 145 ÷ 150oC Dịch ra hấp thụ 720: ≤ 35oC Dịch ra hấp thụ 721: 28 ÷ 35oC Khí ra đỉnh tháp 727: 115 ÷ 120 oC Dịch ra đáy tháo 727: 145 ÷ 147 oC Dịch ra khỏi 732: 125 ÷ 130 oC Dịch ra khỏi 734: 136 ÷ 140 oC Khí ra khỏi 718: 28 ÷32 oC Khí ra khỏi 719: 33 ÷35 oC Thành phần Dịch đáy 715: CO2 = 30 ÷ 34% Khí ra đỉnh 715: CO2 ≤ 75 ppm Dịch ra 720: CO2 ≤ 20% Dịch ra 721: NH3 ≥ 30%; CO2 ≤ 2% 2. 2. 3. 4. Các cương vị chính Xưởng Urea có các cương vị chính sau: Cương vị Nén CO2; Cương vị Khống chế; Cương vị Tuần hoàn; Cương vị Bơm; Cương vị Cô đặc tạo hạt; Cương vị Băng tải. Chương 3.Các vấn đề môi trường trong sản xuất urea của Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc 3. 1. Các dòng thải chính trong công nghệ sản xuất urea Hà Bắc 3. 1. 1. Xưởng Tạo khí: a) Khí thải và tiếng ồn Khí thổi gióphóng không từ 2 lò tạo khí không có hệ thống thu hồi khí thổi gió, mặc dù hiện nay 2 lò tạo khí này chủ yếu ở chế độ làm việc dự phòng. Khí thổi gió có thành phần ô nhiễm điển hình là hàm lượng CO lớn, ngoài ra có CO2, NOx, H2S, bụi,…. Khí thải từ hệ thống thu hồi khí thổi gió đối với 8 lò tạo khí còn lại. Hệ thống thu hồi khí thổi gió được thiết kế và lắp đặt từ năm 2002 bởi các chuyên gia Trung Quốc, là một bước cải tạo công nghệ và môi trường quan trọng của Công ty. Nhờ đó, tận thu được nhiệt khí thổi gió để sản xuất 12 – 16 tấn hơi bão hòa 1,37 MPa/h đồng thời xử lý triệt để CO đến mức cho phép. Tuy nhiên, khí thải sau đó có hàm lượng lớn CO2 mặc dù hiện tại Luật pháp môi trường không yêu cầu xử lý CO2. Bụi chủ yếu gây ô nhiễm khu vực sản xuất như kho than, băng tải than, các bộ phận xúc than và tro xỉ thủ công. Bụi trong khí than ẩm được tách triệt để nhờ lắng ở lò đốt, qua thủy phong túi rửa, các tháp rửa, lắng ở két khí và bởi lọc bụi tĩnh điện. Tiếng ồn phát sinh ở các quạt không khí vào lò tạo khí. b) Nước thải Nước thải hấp thụ các chất ô nhiễm có từ trong than như CN−, H2S, NH3, … và mang theo nhiệt gây ô nhiễm cho nguồn nước.Nước thải phát sinh từ các thiết bị khử bụi, làm mát khí than ẩm như các thủy phong túi rửa, các tháp rửa, két khí, lọc bụi điện với lượng nước khá lớn. Nước thải này được đưa về 6 bể lắng. Nước làm mát xỉ than được cho xuống rãnh về 3 bể lắng than trước, rồi cũng đưa về 6 bể lắng. Sau đó, nước được đưa về bể lắng trung gian. Tại đây tiến hành sục khí CO2 để khử độc CN− theo cơ chế tạo ra H2CO3 đẩy CN− khỏi HCN thành HOCN ít độc hại hơn, rồi nhờ oxy không khí thủy phân HOCN thành NH3 và CO2. Cũng tại đây có 3 bơm nước nóng bơm nước lên 2 tháp làm lạnh. Tháp làm lạnh có các vòi phun nước rơi xuống giàn làm mát bằng đệm tre hoặc gỗ, phía trên còn lắp 2 quạt trục lưu để hút không khí tăng cường làm mát nước, phía dưới là bể chứa nước lạnh. Nước lạnh được 3 bơm nước lạnh bơm tuần hoàn. Do nước tuần hoàn bị tổn thất nên thường xuyên được bơm nước bổ sung. c) Chất thải rắn Bụi thu từ các bể lắng được định kỳ thu vét, giẻ dầu, đệm tre hoặc gỗ được thu gom đem đốt tận thu nhiệt ở xưởng Nhiệt điện. Tro xỉ than được thu gom về bãi chứa để bán cho các cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng. 3. 1. 2. Xưởng NH3 a) Khí thải và tiếng ồn Khí thải chứa chủ yếu H2S từ công đoạn tái sinh dung dịch keo tananh từ tháp khử H2S thấp áp để thu hồi lưu huỳnh. Khí thải ra sau công đoạn thu hồi NH3từ khí thải bỏ và khí thùng chứa có thành phần CH4 dễ cháy được đem đốt tận thu nhiệt. Khí rò rỉ từ các thiết bị, đường ống có chứa CO, H2S, H2 dễ gây cháy nổ, ngộ độc nên luôn được chú ý đề phòng an toàn. Tiếng ồn phát sinh nhiều nhất từ máy 6 cấp chạy 24/24 và từ các bơm hóa chất khi hoạt động. b) Nước thải Một lượng lớn nước cấp để làm mát các thiết bị sau đó được tuần hoàn và không gây ô nhiễm. Nước thải do rò rỉ các dung dịch hấp thụ ở các công đoạn tinh chế khí. Nước thải chưa NH3 loãng sau tháp chưng thu hồi NH3 ở công đoạn khử vi lượng khí. Các dung dịch hấp thụ thải do mất năng lực làm việc. Dầu bôi trơn xilanh 1,5kg/h/1đoạn của máy nén 6 cấp; 18000l dầu bôi trục tuần hoàn/ 15000 h làm việc của máy nén 6 cấp. c) Chất thải rắn Chất thải rắn chủ yếu là các thùng chứa dầu bôi trơn, thùng đựng hóa chất và chất xúc tác hết hoạt lực. 3. 1. 3. Xưởng Urea a) Khí thải và tiếng ồn Khí thải được phóng không từ thiết bị hấp thụ khí cuối có thành phần chủ yếu là NH3. Khí thải trong tháp tạo hạt mang theo một lượng hơi nước và bụi urea. Tiếng ồn do các quạt hút không khí ở tháp tạo hạt. b) Nước thải Nước thải từ hệ thống cô đặc và một số công đoạn khác được tập trung về thiếtt bị chưng thu hồi NH3 . Tại đây nước thải có chứa khoảng 0,7 – 1% NH3 và 1 – 1,5% urea. c) Chất thải rắn Urea rơi vãi, bao bì hỏng trong quá trình đóng bao, lưu kho. 3. 1. 4. Các dòng thải khác Ngoài các dòng thải công nghệ như trên còn có nước thải và chất thải sinh hoạt phát sinh từ các khu hành chính và sinh hoạt của cán bộ và công nhân. Bụi phát sinh do hoạt động vận chuyển hàng hóa và vật liệu, đặc biệt ở tuyến đường trước Công ty gây ảnh hưởng trực tiếp đến khu dân cư gần đó. 3. 2. Khắc phục vấn đề môi trường trong sản xuất urea Hà Bắc Khắc phục vấn đề môi trường trong sản xuất những giúp doanh nghiệp đảm bảo tuân thủ Luật pháp về môi trường, đồng thời có ý nghĩa kinh tế giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và nâng tầm thương hiệu. Thực tế Công ty TNHH MTV Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc nhận thức rõ điều này và đã thực hiện những hành động cụ thể. Phòng Kỹ thuật an toàn-môi trường có chức năng nhiệm vụ chính đối với các vấn đề an toàn lao động và môi trường. Các hoạt động của Công ty để giải quyết vấn đề môi trường của mình: Năm 2002 thực hiện dự án cải tạo dây chuyền sản xuất do các chuyên gia Trung Quốc đảm nhiệm, trong đó có module thiết kế và lắp đặt hệ thống thu hồi khí thổi gió cho phép tận thu nhiệt và xử lý dòng khí thải điển hình. Nước thải công nghệ chứa hàm lượng N cao trước đây thải trực tiếp ra kênh mương tưới tiêu thủy lợi của các khu vực xung quanh nhưng hiện tại cũng được xử lý nhờ tuần hoàn và thu hồi trước khi thải ra môi trường. Đối với chất thải nguy hại như dầu xi lanh và dầu bôi trơn trục thải, thùng hóa chất, chất xúc tác mất hoạt tính và các dung dịch hấp thụ hết khả năng làm việc được phân loại, lưu giữ riêng và Công ty thuê đơn vị ngoài về xử lý. Các giải pháp cho phép giảm dòng thải tại nguồn sau đây nằm trong quy trình của từng cương vị: Kiểm soát tốt chất lượng than đầu vào; Vận hành đúng quy trình, thao tác chính xác giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm định mức tiêu thụ điện, nước và hóa chất; Bảo ôn tốt hệ thống đường ống dẫn hơi, dung dịch để tránh thất thoát nhiệt gây lãng phí nhiên liệu; Kiểm soát, khắc phục những điểm rò rỉ tại các máy bơm, thiết bị, đường ống dẫn bảo đảm tránh xảy ra các sự cố. Nước thải sinh hoạt được xử lý tập trung, chất thải rắn sinh hoạt có quy định thu gom, phân loại. Hoạt động vệ sinh khu vực sản xuất và môi trường cảnh quan được thực hiện thường ngày, các khuôn viên trồng cây xanh và hoa giúp cải thiện môi trường lao động rất nhiều. Thường xuyên tổ chức hoạt động truyền thông môi trường và huấn luyện an toàn lao động cho cán bộ, công nhân. Thực tế dựa vào quan sát sơ bộ có thể đánh giá hệ thống quản lý môi trường hiện tại của Công ty hoạt động tương đối tốt. Mặc dù vậy, theo tìm hiểu thì đến thời điểm hiện tại Công ty chưa tiến hành đánh giá sản xuất sạch hơn, hay xây dựng hệ thống quản lý môi trường theo ISO 14001 và nhận thức của một số cán bộ, công nhân khi được hỏi về những vấn đề này còn hạn chế. Một mặt khác cần nhìn nhận rằng dây chuyền sản xuất urea Hà Bắc đang vận hành đã rất lạc hậu, định mức tiêu thụ tài nguyên cao và phát sinh nhiều dòng thải. Tuy nhiên trong chiến lược phát triển Công ty thời gian tới mà cụ thể là Dự án cải tạo – mở rộng Nhà máy Phân đạm Hà Bắc trực thuộc được khởi công ngày 28/ 11/ 2010 thì vấn đề vừa nêu có thể được giải quyết triệt để. Theo đó: Bỏ toàn bộ công đoạn khí hoá than, khí than cung cấp cho dây chuyền sản xuất hiện có được lấy từ dây chuyền mới; Bỏ toàn bộ công đoạn khử lưu huỳnh trong khí than ẩm hiện có, chỉ tận dụng hệ thống tái sinh dung dịch keo tananh và các thiết bị chứa dung dịch; Cải tạo hệ thống thiết bị của công đoạn biến đổi CO cho phù hợp với dây chuyền sản xuất sau cải tạo; Đầu tư mới 4 máy nén khí N2-H2kiểu piston phù hợp với dây chuyền sản xuất sau cải tạo để thay thế máy nén 6 cấp hiện có; NH3 của dây chuyền sản xuất sau cải tạo sẽ được chứa chung vào kho chứa NH3của dây chuyền sản xuất mới nên toàn bộ kho chứa NH3 hiện có sẽ bỏ; Xây mới và cải tạo các trạm nước tuần hoàn hiện có bảo đảm toàn bộ nước làm lạnh dùng nước tuần hoàn; Yêu cầu về xử lý môi trường: toàn bộ các chất thải khí, lỏng và rắn trước khi thải ra môi trường phải xử lý đạt các tiêu chuẩn mới nhất của Việt Nam; môi trường vi khí hậu – tiếng ồn cũng phải xử lý đạt các tiêu chuẩn mới nhất của Việt Nam. Dự án này có tổng trị giá 568,6 triệu USD dự kiến hoàn thành trong năm 2014 không những có ý nghĩa kinh tế − xã hội quan trọng cho tỉnh Bắc Giang và ngành công nghiệp phân bón Việt Nam, đồng thời có ý nghĩa lớn về môi trường và giúp nâng tầm thương hiệu Đạm Hà Bắc. Kết luận và Kiến nghị Kết luận: Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc có lịch sử lâu dài và vị thế quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất Việt Nam. Công nghệ sản xuất urea Hà Bắc hiện tại tuơng đối lạc hậu so với công nghệ tốt nhất hiện có trên thế giới do đó dẫn đến hiệu quả sản xuất kém, định mức tiêu thụ tài nguyên cao và phát sinh nhiều vấn đề môi trường. Việc thực hiện Dự án cải tạo – mở rộng Nhà máy Phân đạm Hà Bắc là bước đi chiến lược đáp ứng mục tiêu phát triểnvà bảo đảm tuân thủ Luật pháp về môi trường ngày càng nghiêm ngặt. Mặc dù do hạn chế về mặt công nghệ nhưngCông ty đã có những nỗ lực trong quản lý môi trường và cải tiến kỹ thuật sáng tạo, hiệu quả giúp duy trìsản xuất năng suất cao đồng thời bảo đảm phần nào vấn đề môi trường. Các ví dụ cụ thể nhưviệc cán bộ, công nhân chấp hành nghiêm các quy định vệ sinh môi trường được ban hành, tuân thủ quy định của Nhà nước về quản lý chất thải nguy hại và các giải phápkỹ thuật tuần hoàn nước, hay thu hồi khí thổi gió để tận dụng nhiệt dư và xử lý CO. Kiến nghị: Với thời gian thực tập hạn chế cùng với nguyên nhân chủ quan nên những phần được tìm hiểu còn khiêm tốn.Nếu có điều kiện thì mong rằng nội dung thực tập có thể mở rộng hơn nữa, chẳng hạn, tìm hiểu thêm về tác động môi trường của Công ty đối với khu vực dân cư xung quanh./.