Đề tài Đánh giá vận hành phân xưởng ammonia của nhà máy đạm Cà Mau khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU KHÍ ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ VẬN HÀNH PHÂN XƯỞNG AMMONIA CỦA NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU KHI THAY ĐỔI NGUỒN KHÍ NGUYÊN LIỆU GVHD: TS. NGUYỄN HỮU LƯƠNG TS. LÊ MAI PHƯƠNG HVTH: PHÙNG THỊ CẨM VÂN MSHV: 10400166 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 06/2011 Formatted: Space Before: 0 pt, After: 0 pt Trang 1/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69"I. Đặt vấn đề Phân bón là những chất bổ sung chất dinh dưỡng cho đất, được dùng để thúc đẩy cây cối phát triển. Theo tổ chức FAO, phân bón làm tăng năng suất cây trồng từ 35-45%. Các loại chất dinh dưỡng có trong phân bón thường là nitơ, phốtpho và kali. Phân bón thường được dùng rải trực tiếp trên đất hoặc được phun lên lá. Phân bón thường được chia thành phân bón hữu cơ và phân bón vô cơ dựa vào sự khác biệt về nguồn gốc. Ngày nay, ngành công nghiệp phân bón nước ta đang phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng đủ được lượng phân bón và khẳng định được vai trò quan trọng của mình trong nền nông nghiệp nước nhà. Với mục đích tăng cường vai trò là nhà cung cấp phân đạm lớn nhất trong nước cũng như nâng cao hiệu quả kinh tế từ nguồn khí thiên nhiên, ngày 26/07/2008 Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PetroVietnam) đã khởi công xây dựng Nhà máy Đạm Cà Mau với công suất thiết kế 800.000 tấn urê/năm, nâng mức đáp ứng nhu cầu đạm trong nước lên 80%. Tương tự như Nhà máy Đạm Phú Mỹ, Nhà máy Đạm Cà Mau cũng áp dụng công nghệ hiện đại của hãng Haldor-Topsoe cho phân xưởng sản xuất ammonia và công nghệ của hãng Saipem cho phân xưởng sản xuất urê. Ngoài ra, Nhà máy còn có dây chuyền tạo hạt bằng công nghệ phun và tạo hạt tầng sôi của hãng Toyo Nhật bản. Nhà máy Đạm Cà Mau đang trong giai đoạn gấp rút triển khai để đi vào vận hành vào tháng 11/2011. Trong công nghệ sản xuất của Nhà máy Đạm Cà Mau thì phân xưởng ammonia là một trong những phân xưởng quan trọng với mục đích là cung cấp NH3, CO2 cho phân xưởng urê và sản xuất NH3 thương mại. Do đó việc mô phỏng phân xưởng ammonia là công việc cần thiết để tạo tiền đề cho việc đánh giá các thông số bị ảnh hưởng khi thay đổi thành phần và tính chất của khí nguyên liệu đến các từng thiết bị, phân xưởng của nhà máy. Nhà máy Đạm Cà Mau được thiết kế trên cơ sở nguyên liệu PM3-CAA. Dự án cũng xem xét thêm trường hợp nhà máy sử dụng nguồn khí từ Lô B và khí từ Đường ống Đông Tây. Thành phần và tính chất của khí nguyên liệu (%mol) của khí thiết kế PM3-CAA và khí thay thế từ Lô B và Đường ống Đông Tây (khí từ mỏ Nam Côn Sơn) được thể hiện trong bảng theo sau: Cấu tử PM3 – CAA Lô B Đường ống Đông Tây Metan 77,66 73,13 88,77 Formatted: Indent: First line: 0.5" Trang 2/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69"Etan 7,38 2,91 4,54 Propan 3,53 1,52 2,57 Iso-Butan 0,79 0,44 0,57 N-Butan 0,72 0,35 0,51 C5+ 0,50 0,51 0,50 CO2 8,00 18,41 2,18 Nitrogen 1,42 2,73 0,35 Lưu huỳnh tổng, ppm 7,64 10 8,4 Thủy ngân tổng, mg/Nm3 0,01 0 Nhiệt trị , MJ/m3 38,3 31,1 46,5 Áp suất, barg 40-60 40 55 Nhiêt độ, oC 28-30 7,26 15 Đối với Nhà máy Đạm Phú Mỹ, thành phần và tính chất khí của nguồn khí nguyên liệu thay thế khá giống với thành phần khí nguyên liệu thiết kế, nên việc đánh giá ảnh hưởng khi thay thế khí nguyên liệu là chưa cần thiết. Trong trường hợp của nhà máy Đạm Cà Mau, thành phần và tính chất của các nguồn nguyên liệu này có những điểm khác nhau rõ rệt. Thành phần metan từ Đường ống Đông Tây tăng hơn 10% mol và thành phần khí CO2 từ Lô B tăng hơn 10% mol so với khí nguyên liệu sử dụng cho thiết kế. Tuy nhiên, những ảnh hưởng khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu vẫn chưa được đánh giá và xem xét toàn diện trong quá trình thiết kế nhà máy. Trong vận hành Nhà máy Đạm, thành phần và tính chất nguyên liệu là một trong những yếu tố ảnh hưởng quan trọng đến hoạt động của nhà máy, đặc biệt là thành phần CH4, CO2 và nhiệt độ, áp suất của nguồn khí nguyên liệu. Việc thay đổi thành phần và tính chất nguồn khí nguyên liệu sẽ kéo theo những thay đổi về vận hành cùng với sự thay đổi về cơ cấu sản phẩm của nhà máy như:  Thay đổi cơ cấu sản phẩm (CO, CO2, H2) trong các công đoạn dẫn đến khả năng thay đổi tỷ lệ NH3:CO2 khi đưa vào phân xưởng urê. Kết quả là sẽ ảnh hưởng tới sản lượng urê thành phẩm và lượng NH3 hoặc CO2 dư;  Thay đổi điều kiện vận hành (công suất, nhiệt độ, áp suất vận hành) các thiết bị tại các phân xưởng công nghệ và phụ trợ. Formatted: Indent: First line: 0.5" Formatted: Indent: First line: 0.24" Trang 3/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69"Do đó, việc phân tích đánh giá ảnh hưởng khi thay đổi thành phần và tính chất khí nguyên liệu đến từng thiết bị/phân xưởng để có chế độ vận hành phù hợp là rất quan trọng cho Nhà máy Đạm Cà Mau. Xuất phát từ lợi ích thiết thực này, em đề xuất thực hiện Đề tài “Đánh giá vận hành phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu”. II. Mục tiêu nghiên cứu  Tìm hiểu về Nhà máy Đạm Cà Mau, các phân xưởng chính, phân xưởng ammonia;  Tìm hiểu về phần mềm mô phỏng Pro/II;  Xây dựng chính xác mô hình mô phỏng dây chuyền công nghệ của phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau;  Đánh giá kết quả mô phỏng và so sánh với số liệu thiết kế của phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau;  Đánh giá vận hành của phân xưởng ammonia khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu. III. Nội dung nghiên cứu III.1. Tổng quan về Nhà máy Đạm Cà Mau  Giới thiệu chung về Nhà máy Đạm Cà Mau: lịch sử hình thành và phát triển, vị trí xây dựng, mặt bằng;  Nguyên liệu và sản phẩm: các nguồn nguyên liệu, cơ cấu sản phẩm của nhà máy (sản phẩm chính, sản phẩm phụ);  Các phân xưởng trong Nhà máy: phân xưởng tổng hợp ammonia, phân xưởng tổng hợp urê, phân xưởng phụ trợ, phân xưởng phi công nghệ; III.2. Tổng quan về phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau  Giới thiệu công nghệ tổng hợp ammonia;  Giới thiệu công nghệ tổng hợp ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau;  Sơ đồ tổng thể dây chuyền công nghệ của phân xưởng ammonia;  Các quá trình xảy ra trong phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau: mục đích, nguyên liệu, sản phẩm, các phản ứng xảy ra, mô tả quy trình, thông số vận hành,…  Quá trình khử lưu huỳnh HDS; Formatted: Indent: First line: 0.49" Trang 4/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69" Quá trình reforming: reforming sơ cấp và reforming thứ cấp;  Quá trình chuyển hóa CO;  Quá trình tách CO2;  Quá trình methane hóa;  Quá trình tổng hợp NH3. III.3. Tổng quan về phần mềm mô phỏng Pro/II  Giới thiệu chung về các phần mềm mô phỏng;  Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Pro/II:  Tính năng và phạm vi sử dụng;  Các cụm thiết bị trong phần mềm mô phỏng Pro/II;  Các bước thực hiện trong mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng Pro/II. III.4. Mô phỏng hoàn chỉnh phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau  Mục đích của việc mô phỏng phân xưởng ammonia;  Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp;  Sơ đồ mô phỏng: Sử dụng tài liệu thiết kế xây dựng mô hình mô phỏng các quá trình của phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau ở trạng thái ổn định (mô hình tĩnh):  Quá trình khử lưu huỳnh HDS;  Quá trình reforming xúc tác;  Quá trình chuyển hóa CO;  Quá trình tách CO2 bằng dung dịch MDEA;  Quá trình methane hóa  Quá trình nén khí tổng hợp  Vòng tổng hợp ammonia và các thiết bị tách thu sản phẩm  Quá trình thu hồi ammonia; III.5. Đánh giá, so sánh kết quả mô phỏng bằng phần mềm với số liệu thiết kế phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau Trang 5/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69"III.6. Đánh giá vận hành của phân xưởng ammonia khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu  Chạy mô phỏng phân xưởng ammonia trên hai nguồn khí nguyên liệu thay thế Lô B và Đường ống Đông Tây;  Đánh giá điều kiện vận hành của phân xưởng ammonia khi thay thế nguồn khí nguyên liệu;  Đánh giá hiệu suất thu hồi ammonia của phân xưởng ammonia khi thay thế nguồn khí nguyên liệu. III.7. Kết luận và kiến nghị IV. Phương pháp nghiên cứu/Biện pháp thực hiện  Thu thập, tổng hợp các tài liệu thiết kế Nhà máy Đạm Cà Mau như PFD, PID, Equipment data sheet và specification làm cơ sở cho quá trình mô phỏng;  Thu thập, tổng hợp các tài liệu về nhiệt động học, động học các phản ứng trong quá trình sản xuất ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau;  Sử dụng phần mềm mô phỏng Pro/II để xây dựng mô hình mô phỏng tĩnh của phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau;  Chạy mô phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng với số liệu thiết kế của phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau;  Chạy mô phỏng và đánh giá vận hành của phân xưởng ammonia và hiệu suất thu hồi ammonia khi thay thế nguồn khí nguyên liệu. V. Bố cục dự kiến của Báo cáo V.1. Tổng quan về Nhà máy Đạm Cà Mau V.1.1. Giới thiệu chung về Nhà máy Đạm Cà Mau V.1.1.1. Lịch sử hình thành, phát triển V.1.1.2. Vị trí xây dựng, mặt bằng V.1.2. Nguyên liệu và sản phẩm V.1.2.1. Nguồn nguyên liệu V.1.2.2. Cơ cấu sản phẩm V.1.3. Các phân xưởng trong Nhà máy Đạm Cà Mau Trang 6/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69"V.1.3.1. Phân xưởng tổng hợp ammonia V.1.3.2. Phân xưởng tổng hợp urê V.1.3.3. Phân xưởng phụ trợ V.1.3.4. Phân xưởng phi công nghệ V.2. Tổng quan về phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau V.2.1. Giới thiệu công nghệ tổng hợp ammonia V.2.2. Giới thiệu công nghệ tổng hợp ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau V.2.3. Sơ đồ tổng thể dây chuyền công nghệ của phân xưởng ammonia V.2.3.1. Quá trình khử lưu huỳnh HDS V.2.3.2. Quá trình reforming V.2.3.3. Quá trình chuyển hóa CO V.2.3.4. Quá trình tách CO2 V.2.3.5. Quá trình methane hóa V.2.3.6. Quá trình tổng hợp NH3 V.3. Tổng quan về phần mềm Pro/II V.3.1. Giới thiệu chung về các phần mềm mô phỏng V.3.2. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Pro/II V.3.2.1. Tính năng và phạm vi sử dụng V.3.2.2. Các cụm thiết bị trong phần mềm mô phỏng Pro/II V.3.2.3. Các bước thực hiện trong mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng Pro/II. V.4. Mô phỏng hoàn chỉnh phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau V.4.1. Mục đích của việc mô phỏng phân xưởng ammonia V.4.2. Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp V.4.3. Mô phỏng quá trình khử lưu huỳnh HDS V.4.4. Mô phỏng quá trình reforming V.4.5. Mô phỏng quá trình chuyển hóa CO V.4.6. Mô phỏng quá trình tách CO2 bằng dung dịch MDEA Trang 7/7 Formatted: English (U.S.) Formatted: Tab stops: 3.25", Centered + 6.5", Right + Not at 2.69"V.4.7. Mô phỏng quá trình methane hóa V.4.8. Mô phỏng quá trình nén khí tổng hợp V.4.9. Mô phỏng vòng tổng hợp ammonia và các thiết bị tách thu sản phẩm V.4.10. Mô phỏng quá trình thu hồi ammonia V.5. Đánh giá, so sánh kết quả mô phỏng bằng phần mềm với số liệu thiết kế phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau V.6. Đánh giá vận hành của phân xưởng ammonia khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu V.7. Kết luận và kiến nghị VI. Kết quả nghiên cứu TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học, kinh tế 1 Mô hình mô phỏng phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau. Kết quả chạy mô phỏng phù hợp với số liệu thiết kế của Nhà máy Đạm Cà Mau. 2 Báo cáo “Đánh giá vận hành phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu” Báo cáo cung cấp thông tin về thay đổi vận hành của phân xưởng ammonia của Nhà máy Đạm Cà Mau khi thay đổi nguồn khí nguyên liệu.