Đang tải... (xem toàn văn)
Chất xúc tác có khả năng tăng nhanh không đồng đều giữa các loại phản ứng mà về phương diện nhiệt độ có thể xảy ra trong cùng điều kiện như nhau . Tính chất này gọi là tính chất chọn lựa của xúc tác. Nhờ tính chất này mà người ta hướng các quá trình chế biến theo phản ứng có lợi nhằm mục đích thu đƣợc các sản phẩm chính của quá trình có chất lượng và hiệu xuất cao
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhà máy đạm phú mỹ .5 1.1.1 Giới thiệu nhà máy đạm phú mỹ 1.1.2 Nguyên liệu dùng cho nhà máy 1.1.3 Các phân xƣởng nhà máy đạm phú mỹ 1.2 Tổng quan chất xúc tác 1.2.1 Giới thiệu chất xúc tác 1.2.2 Phân loại xúc tác 10 1.2.3 Hiện tƣợng chất xúc tác bị ngộ độc 10 1.2.4 Tự xúc tác .11 1.2.5 Hiện tƣợng phản ứng kèm 11 1.2.6 Chất xúc tiến chất mang 12 CHƢƠNG II : TỔNG QUAN VỀ CHẤT XÚC TÁC CHO Q TRÌNH TỔNG HỢP AMƠNIẮC 13 2.1 Tổng quan amôniắc 13 2.2 Các phƣơng pháp điều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro để tổng hợp amôniắc .14 2.3 Tổng quan chất xúc tác cho q trình tổng hợp amơniắc 15 2.3.1 Tổng quan chất xúc tác giai đoạn desunfua hóa 16 2.3.2 Tổng quan chất xúc tác giai đoạn hấp thụ H2S 16 2.3.3 Tổng quan chất xúc tác giai đoạn phản ứng reforming 17 2.3.4Tổng quan chất xúc tác giai đoạn chuyển hóa CO 18 2.3.5Tổng quan chất xúc tác giai đoạn phản ứng metan hóa 19 2.3.6 Tổng quan chất xúc tác giai đoạn tổng hợp NH3 20 CHƢƠNG III:NGHIÊN CỨU CHẤT XÚC TÁC SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ .21 3.1 Chất xúc tác desunfua hóa .21 3.1.1 Mô tả công nghệ tổng quát 21 3.1.2 Cơ chế phản ứng 22 3.1.3 Chất xúc tác desunfua hóa (TK-250) 23 3.1.4 phƣơng trình phản ứng 23 3.1.5 Tính chất lý hóa chất xúc tác 24 3.1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 26 3.1.6.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ 26 3.1.6.2 Ảnh hƣởng nguyên liệu .26 3.1.6.3 Sự hình thành muội carbon 27 3.1.6.4 Các tạp chất làm cô lập khe xúc tác 28 3.1.7 Chất xúc tác bị ngộ độc 29 3.1.8 An toàn xúc tác .29 3.2 Chất xúc tác hấp thụ H2S .29 3.2.1 Mô tả công nghệ tổng quát 29 3.2.2 Cơ chế phản ứng 29 3.2.3 Chất xúc tác hấp thụ H2S (HTZ-3) .30 3.2.4 Phƣơng trình phản ứng 30 3.2.5 Tính chất lý hóa chất xúc tác .31 tác 3.2.6 Các yếu tố vận hành ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc 32 3.2.6.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ 32 3.2.6.2 Ảnh hƣởng nguyên liệu 33 3.2.7 Chất xúc tác bị ngộ độc 34 3.2.8 An toàn xúc tác 34 3.3 Chất xúc tác reforming sơ cấp 34 3.3.1 Mô tả công nghệ tổng quát 34 3.3.2 Cơ chế phản ứng 35 3.3.3 Chất xúc tác reforming sơ cấp ( RK-67-7h) 35 3.3.4 Phƣơng trình phản ứng 37 3.3.5 Tính chất lý hóa chất xúc tác reforming .37 3.3.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 38 3.3.7 Chất xúc tác bị ngộ độc 39 3.8 An toàn xúc tác 41 3.4 Chất xúc tác reforming thứ cấp 41 3.4.1 Mô tả công nghệ tổng quát 41 3.4.2 Cơ chế phản ứng 41 3.4.3 Chất xúc tác refoming thứ cấp(RKS-2-7H) 41 3.4.4 Phƣơng trình phản ứng .42 3.4.5 Tính chất hóa lý chất xúc tác 43 3.4.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 44 3.4.6.1 Ảnh hƣởng phân phối dòng .44 3.4.6.2 Ảnh hƣởng ruby hóa 44 3.4.7 Chất xúc tác bị ngộ độc 46 3.4.8 An toàn xúc tác .46 3.5 Chất xúc tác chuyển hóa Co nhiệt độ cao 46 3.5.1 Mô tả tổng quát .46 3.5.2 Cơ chế phản ứng 47 3.5.3 Chất xúc tác chuyển hóa CO nhiệt độ cao (SK-201-2) .48 3.5.4 Phƣơng trinh phản ứng 49 3.5.5 Tính chất hóa lý chất xúc tác 50 3.5.6 Các yếu tố vận hành ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 51 3.5.6.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ 51 3.5.6.2 Hình thành sắt cacbua 52 3.5.8 Chất xúc tác bị ngộ độc 52 3.5.8 An toàn xúc tác .53 3.6 Chất xúc tác chuyển hóa CO nhiệt độ thấp 53 3.6.1 Mô tả công nghệ tổng quát 53 3.6.2 Cơ chế phản ứng 53 3.6.3 Chất xúc tác chuyển hóa CO nhiệt độ thấp (LK-821-2) .54 3.6.4 Phƣơng trình phản ứng 54 3.6.5 Tính chất hóa lý chất xúc tác 55 3.6.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 56 3.6.6.1 Chêng áp suất tăng 56 3.6.6.2 Hình thành metanol 56 3.6.7 Chất xúc tác bị ngộ độc 58 3.6.8 an toàn xúc tác 59 3.7 Chất xúc tác metan hóa 59 3.7.1 Mô tả công nhệ tổng quát 59 3.7.2 Cơ chế phản ứng metan hóa 61 3.7.3 Chất xúc tác metan hóa (PK-7R) .63 3.7.4 Phƣơng trình phản ứng .64 3.7.5 Tính chất hóa lý chất xúc tác 61 3.7.6 Các yếu tố vận hành ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 65 3.7.7 Chất xúc tác bị ngộ độc 66 3.7.8 An toàn xúc tác .66 3.8 Chất xúc tác tổng hợp NH3 67 3.8.1 Mô tả công nghệ tổng quát 67 3.8.2 Cơ chế phản ứng 68 3.8.3 Chất xúc tác tổng hợp amôniắc KMR 69 3.8.5 Phƣơng trình phản ứng .70 3.8.5 Tính chất hóa lý chất xúc tác .70 3.8.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác 71 3.8.6.1 Sự kết khối 71 3.8.6.2 Ảnh hƣởng nhiệt độ 72 3.8.7 Chất xúc tác bị ngộ độc .72 3.8.8 An toàn xúc tác 74 CHƢƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 72 Tài liệu tham khảo 78 LỜI MỞ ĐẦU Nhà máy đạm Phú Mỹ sử dụng cộng nghệ đại Haldor Topsoe A/S , Đan Mạch Snamaprogetti S.p.A, Italy, sản phẩm thu đƣợc NH3 thƣơng phẩm, urê điện Trong q trình cơng nghệ bỏ qua cần đƣợc thực cách nghiêm ngặt nguồn nguyên liệu đầu vào nhà máy chứa nhiều hợp chất dị nguyên tố độc hại ảnh hƣởng lón đến qua trình Ure la nguồn sản phẩm nhà máy nhƣng NH3 khơng thể thiếu nhà máy khơng nguồn ngun liệu để sản suất Ure mà cịn đóng góp phần khơng nhỏ kinh tế cho nhà máy Để đảm bảo nguồn nguyên liệu cung cấp đủ suất chất lƣợng khơng thể bỏ qua tầm quan trọng chất xúc tác Sự có mặt chất xúc tác q trình chuyển hóa hóa học vừa có tác dụng thúc đẩy nhanh q trình chuyển hóa , vừa có khả tạo nồng độ cân cao , có nghĩa tăng đƣợc hiệu xuất sản phẩm q trình Sau phản ứng chất xúc tác khơng thay đổi thành phần hóa học,nếu có thay đổi tính chất vật lý Hơn nữa, chất xúc tác có khả tăng nhanh khơng đồng loại phản ứng mà phƣơng diện nhiệt độ xảy điều kiện nhƣ Tính chất gọi tính chất chọn lựa xúc tác Nhờ tính chất mà ngƣời ta hƣớng q trình chế biến theo phản ứng có lợi nhằm mục đích thu đƣợc sản phẩm q trình có chất lƣợng hiệu xuất cao Đề tài : ―tìm hiểu chất xúc tác trình cơng nghệ nhà máy đạm phú mỹ‖ nhằm tìm hiểu chất xúc tác q trình cơng nghệ nhà máy đạm phú mỹ trình làm đề tài cịn nhiều thiếu sót em xin cảm ơn đến thầy ts.nguyễn anh dũng hƣớng dẫn giúp em hoàn thành tốt đề tài Nội dung đồ án bao gồm Tổng quan Cơ sở lý thuyết Tìm hiểu xúc tác Kết luận 1.1.1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1.2 1.1 Tổng quan nhà máy đạm phú mỹ 1.1.3 1.1.1 Giới thiệu nhà máy đạm phú mỹ Hình 1.1 : Nhà máy đạm phú mỹ Nhà máy đạm Phú Mỹ khâu quan trọng chƣơng trình Khí –Điện Đạm chủ trƣơng lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ, Trũng Cửu Long Nam Côn Sơn Nhà máy Đạm Phú Mỹ nhà máy phân bón lớn đại Tổng cơng ty dầu khí Việt nam, nhằm đảm bảo ổn định chủ động cung cấp phân đạm cho phát triển nơng nghiệp, góp phần quan trọng đảm bảo an ninh lƣơng thực, thực nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nƣớc Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ có công suất 760.000 đến 800.000 ngàn đạm Urê/năm đƣợc xây dựng sở Quyết định Phê duyệt báo cáo nghiên cứu khả thi dự án đầu tƣ Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ Thủ Tƣớng Chính phủ số 166/QĐ-TTg ngày 20/02/2001 đạo triển khai thực dự án Nhà máy đạm Phú Mỹ Chính phủ cơng văn số 529/CP – CN ngày 14/06/2001, Quyết định phê duyệt số điều chỉnh Báo cáo nghiên cứu khả thi, kế hoạch đấu thầu hợp đồng EPCC dự án Nhà máy đạm Phú mỹ Hội đồng Quản trị Tổng công ty Dầu khíViệt nam số 2620/QĐ – HĐQT ngày 15/06/2001 Hợp đồng EPCC xây dựng Nhà máy Đạm Phú Mỹ Tổng Cơng ty dầu khí Việt Nam Tổ hợp nhà thầu Technip/ SamSung, hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Amoniac với HaldorTopsoe công nghệ sản xuất Urê với Snamprogetti ngày 15/06/2001 sở cho bên triển khai thực nghĩa vụ nhằm xây dựng Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ đại đạt tiêu chuẩn Quốc tế.Ngoài nhiệm vụ lợi nhuận nhà máy cịn có nhiệm vụ quan trọng khác bình ổn giá phân đạm nƣớc Giá phân đạm nhà máy luôn thấp giá phân đạm nhập nhà máy nƣớc, ln theo sát giá đạm nhập (chênh lệch nhỏ từ 1-5%) 1.1.2 Nguyên liệu dùng cho nhà máy Nguyên liệu dùng cho nhà máy gồm [1] Khí thiên nhiên: CH4, C2H6, C3H8, C4H10… Khí đồng hành mỏ Bạch Hổ, Khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Cơn Sơn bể khác thuộc thềm lục địa phía Nam Lƣợng khí tiêu thụ: 450 x 106 Nm3/năm Đặc tính thành phần khí: Nhiệt độ: 18-36 0C Áp suất: 40 Bar Trọng lƣợng phân tử: 18,68 g/mol Nhiệt trị: 42,85 MJ/m3 hay 40613,4 BTU/m3 Thành phần: C1=83,31% C2=14,56% C3=1,59% iC4=0,107% nC4=0,109% 1.1.4 1.1.3 Các phân xƣởng nhà máy đạm phú mỹ Nhà máy có phân xƣởng Xƣởng phụ trợ Cung cấp nguồn phụ trợ: Nƣớc khử khoáng Nƣớc sinh hoạt Nƣớc làm mát Nƣớc chữa cháy Khí nén khí điều khiển Khí nitơ Xƣởng tổng hợp amoniac Tổng hợp amoniac công suất 1350t/ngày ,công nghệ HALDORTOPSOE Xƣởng ure Công nghệ Snamprogetti- Italia Công suất: 2200 ure/ngày Chất lƣợng: - Hàm lƣợng N2: 46,3 % - Cỡ hạt 1,4 - 2,8mm: > 95 % - Độ ẩm: < 0,4 % - Hàm lƣợng Biuret: < % Xƣởng sản phẩm Nhà kho Urê rời: Dung lƣợng chứa: 150.000 Tấn Nhiệt độ kho: Tự động điều chỉnh tránh kết tảng Urê Nhà đóng bao Urê: Dung lƣợng chứa: 15.000 Số dây chuyến đóng bao: 06 dây xuất tự động xe Cơng suất đóng bao: 4800 Tấn/Ngày 1.1.5 1.2 Tổng quan xúc tác 1.1.6 1.2.1 Giới thiệu xúc tác Chất xúc tác chất làm thay đổi vận tốc phản ứng hố học, nhƣng chất xúc tác lại khơng thay đổi (về chất nhƣ lƣợng) sau phản ứng hố học xảy ra.Chất xúc tác có vai trị quan trọng cơng nghiệp hố học Chất xúc tác tăng tốc độ phản ứng hố học lên nhiều lần, hàng chục lần, hàng trăm lần, nên rút ngắn đƣợc thời gian, tăng cao hiệu suất sản xuất Ví dụ nhà máy sản xuất phân đạm ngƣời ta thƣờng dùng sắt làm chất xúc tác để tăng vận tốc phản ứng nitơ hyđro qua tác dụng xúc tác bề mặt, nhờ nitơ hyđro hỗn hợp dễ tạo thành amoniac Nếu khơng có chất xúc tác điều kiện nhiệt độ áp suất, phản ứng tổng hợp amoniac xảy với tốc độ chậm, tiến hành sản xuất với lƣợng lớn Chất xúc tác cịn có khả chọn lịch trình cho phản ứng hố học Chất xúc tác giúp chọn bƣớc phản ứng phù hợp với đƣờng mà ngƣời ta thiết kế, phản ứng xảy theo đƣờng thuận lợi cho ƣình sản xuất Ví dụ dùng rƣợu etylic làm ngun liệu tuỳ thuộc việc chọn chất xúc tác điều kiện phản ứng mà ta nhận đƣợc sản phẩm phản ứng khác Nếu chọn bạc làm chất xúc tác đƣa nhiệt độ lên đến 550°c, rƣợu etylic biến thành axetalđehyd; dùng nhôm oxit làm xúc tác nhiệt độ 350°c ta nhận đƣợc etylen; dùng hỗn họp kẽm oxit crom (III) oxit làm chất xúc tác nhiệt độ 450°c ta thu đƣợc butylen; dùng axit sunfuric đặc làm xúc tác giữ nhiệt độ 130 - 140°c ta có ete etylic Từ thấy chất xúc tác có vai trị to lớn sản xuất cơng nghiệp hố học, "hịn đá vàng" ngành cơng nghiệp Chất xúc tác mở rộng cánh cửa cho sản xuất hố học Trong khơng khí thành thị thƣờng bị nhiễm khí thải tơ, thành phần khí có hại khí thải chủ yếu nitơ oxit, monoxit cacbon hyđrocacbon thừa Ngày nhà khoa học tìm đƣợc chất xúc tác chế tạo thành thiết bị xúc tác nối vào ống xả khí thải tơ Khi khí xả tô qua thiết bị xúc tác đƣợc xử lý, chất cháy cịn dƣ thừa bị oxi hố biến thành cacbon đioxit nƣớc;nitơ oxit biến thành khí nitơ.Cịn nhƣ với vết máu, vết mồ làm hoen ố quần áo để lậu khó giặt Nếu thêm vào bột giặt loại men vết máu, vết mồ hôi bám lên vải, không cần phải vò mạnh, tự phân giải tự hồtan vào nƣớc Loại men thêm vào bột giặt chất xúc tác sinh học Trong tự nhiên có nhiều loại men sinh học dùng lƣợng Mặt Tròi phân giải nƣớc thành hyđro oxy; biến cacbon đioxit nƣớc khơng khí thành họp chất chứa nƣớc cacbon Hyđro nguồn lƣợng có hiệu suất cao Mà lƣợng Mặt Trịi nƣớc nguồn vơ tận, nên dùng chất xúc tác để biến nƣớc thành nhiên liệu hyđro, biến nƣớc cacbon đioxit thành thức ăn gia súc, chí thành thực phẩm cao cấp điều khó tƣởng tƣợng hết hiệu Nếu dùng chất xúc tác sinh học làm đƣợc việc đem lại cho lồi ngƣời nhiều lọi ích to lớn Từ đƣợc phát minh khái niệm xúc tác đến nay, xúc tác đóng vai trị quan trong, nhiều mang tính định phát triển văn minh nhân loại Ví dụ, phát minh xúc tác tổng hợp amôniắc biến công nghiệp hố chất thành bạn đồng hành khơng thể thiếu cho nông nghiệp, đảm bảo ăn cho tỷ cƣ dân trái đất, ứng dụng xúc tác zeolit biến hoá dầu thành lực kinh tế hùng mạnh Mặc dù vậy, nhƣ hình phát triển kiến thức khoa học xúc tác xa theo kịp phát triển sản xuất Có thể nói xúc tác, xúc tác dị thể, đối tƣợng khó nghiên cứu hố học: hiểu xúc tác đòi hỏi nhiều kiến thức, từ kiến thức chế tạo vật liệu, đặc trƣng vật liệu tới hiểu biết chế phân tử phản ứng bề mặt Năm 1836 Berzelius ghi nhận có số chất tăng vận tốc nhƣng thân chúng khơng đổi sau phản ứng Ơng cho chất làm dãn liên kết chất phản ứng, cách làm phân tử chất phản ứng dễ phản ứng kết tăng tốc độ phản ứng Sự gia tăng tốc phản ứng đƣợc gọi tƣợng xúc tác hay catalysis (bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp: Kata = hoàn toàn, lein = bị dãn) chất gây xúc tác-catalyst Cũng có trƣờng hợp chất cho thêm làm chậm phản ứng, trƣớc ngƣời ta gọi xúc tác âm, nhiên khái niệm hầu nhƣ không dùng đƣợc quy cho tƣợng ức chế Nói chung xúc tác đƣợc coi ―chất tham gia cách tuần hoàn vào phản ứng, làm tăng tốc độ phản ứng nhƣng thân không thay đổi mặt hoá học‖ 1.1.7 1.2.2 Phân loại xúc tác Về mặt vật lí, xét khía cạnh phân bố theo pha, xúc tác đƣợc chia làm hai nhóm xúc tác dị thể đồng thể [8,10] xúc tác đồng thể xúc tác vi dị thể xúc tác dị thể Xúc tác đồng thể thƣờng ion, phức kim loại Nhờ khả phân bố đồng môi trƣờng phản ứng nên xúc tác đồng thể có hiệu tới phân tử xúc tác, nhiều trƣờng hợp có độ chọn lọc cao, nhiên đặc điểm ngƣời ta nói xúc tác đồng thể có tính cơng nghệ kém, nghĩa khó tách đƣợc khỏi sản phẩm sau phản ứng nên hoạt tính độ chọn lọc vƣợt trội so với xúc tác dị thể số trình sử dụng xúc tác dị thể thực tế cịn Nhóm xúc tác đặc thù xúc tác men hay gọi xúc tác sinh học bƣớc phát triển đƣợc mong đợi Đây q trình mơ q trình chuyển hố sinh hố giới sống, khơng cần nhiệt độ cao, áp suất cao mà có hoạt tính cao, đặc biệt độ chọn lọc gần nhƣ tuyệt đối Tuy nhiên tính cơng nghệ chƣa đƣợc ứng dụng nhiều Để phát huy mạnh hoạt tính độ chọn lọc, khắc phục tính cơng nghệ xúc tác đồng thể men, gần ngƣời ta đẩy mạnh xu hƣớng dị thể hoá xúc tác loại Cách phân loại thứ hai theo chất phản ứng mà chúng thực hiện, ta có hai nhóm xúc tác axit-bazơ xúc tác ơxi hố-khử 1.1.8 1.2.3 Hiện tƣợng chất xúc tác bị ngộ độc Hiện tƣợng chất xúc tác bị ―ngộ độc‖ tƣợng phổ biến Đó giảm hẳn hoạt tính chất xúc tác dƣới tác dụng ―chất độc xúc tác‖ Kích thƣớc Chất mang Al2O3 Khối lƣợng ,m3 20,4 Bảng 3.9 Đặc tính lý hóa chất xúc tác PK-7R Giảm áp qua lớp xúc tác PK-7R thấp chúng đƣợc cung cấp dạng vịng Hơn nữa, hình dạng tăng khoảng trống trƣờng hợp có thành phần khác/chất hóa học vào từ cụm thu hồi CO2 Xúc tác metan hóa nhà máy đạm phú mỹ có thành phần hoạt hóa Ni chất mang Al2O3 Ni đóng vai trị thành phần hoạt hóa cho phản ứng.Đối với niken (Ni) cho hiệu suất độ chọn lọc phản ứng cao Ni có diện tích bề mặt riêng lớn tốt phản ứng metan hóa xảy bề mặt phân tử Ni Chất mang Al2O3 giúp giảm xút bề mặt riêng phân tử Ni ,là tâm axit xúc tác 1.1.95 3.7.6 Các yếu tố vận hành ảnh hƣởng đến hoạt tính chất xúc tác Xúc tác tăng hoạt tính mạnh thêm vào K2O nhƣng gặp CO2 tạo thành hợp chất K2CO3 ảnh hƣởng đến xúc tác ảnh hƣởng K2CO3 từ hệ thống thu hồi CO2 [21] Khả ngộ độc lại dịch mang sang từ hệ thống thu hồi CO2 đặc biệt K2CO3 sử dụng công nghệ Benfield, Gianmarco Vetrocoke Catacarb thƣờng gây vấn đề thiết bị chúng tiếp xúc với xúc tác mêtan hóa Một lƣợng nhỏ K2CO3 xuất vận hành ngày khơng nghiêm trọng nhƣng luợng lớn, bị mang sang cụm Metan hóa khí nhà máy bị cố, làm tăng tổn áp qua thiết bị Trong trƣờng hợp nghiêm trọng hoạt tính xúc tác bị ảnh hƣởng K2CO3/váng bụi hình thành Hình 3.16 Trạng thái xúc tác tiếp xúc K2CO3 Hình cho thấy trạng thái xúc tác Metan hóa sau bị tiếp xúc với K2CO3 sau thời gian Trong trình vận hành, tổn áp qua thiết bị Metan hóa có khuynh hƣớng tăng sau kiểm tra xúc tác tìm thấy lƣợng lớn mảng bám (bụi ) xúc tác Khi phân tích mảng bám phát K2CO3 chiếm khoảng 30-60%, cho thấy hạt xúc tác bị tích tụ K2CO3 Mặc dù lƣợng lớn xúc tác bị hoạt tính bới hình thành mảng bám, lƣợng xúc tác PK cịn lại đảm bảo đƣợc chuyển hóa nhƣ yêu câu 1.1.96 3.7.7 chất xúc tác bị ngộ độc Chất Nikel cacbonyl có độc tố cao hình thành CO từ khí cơng nghệ tiếp xúc với nikel xúc tác Khi khí cơng nghệ khơng tiếp xúc với xúc tác Metan hóa nhiệt độ dƣới 200oC, khả hình thành Nikel cacbonyl tránh khỏi Do đó, phải ngƣng đƣa khí cơng nghệ vào thiết bị Metan hóa trƣớc nhiệt độ đạt 200 oC trơ hóa thiết bị Nitơ 1.1.97 3.7.8 An tồn xúc tác Khuyến cáo an tồn xúc tác PK-7R • Xúc tác sử dụng tự bốc cháy (tỏa nhiệt) nên làm nguội trƣớc mở cửa thiết bị phản ứng (Reactor) • Nguy hình thành Nikel Cacbonil nhiệt độ dƣới 200ºC • Khi tiếp xúc với xúc tác Nikel nên mang quần áo bảo hộ mặt nạ Trong trƣờng hợp cần thiết kiểm tra thiết bị Metan hóa mà khơng phải tháo dỡ xúc tác, cần phải ý điểm sau.[7,21] Xúc tác Metan hóa qua vận hành tỏa nhiệt bị nung nóng tiếp xúc với khơng khí Do đó, phải làm nguội xúc tác trƣớc mở thiết bị Khi vận chuyển xúc tác chứa Nikel, phải tránh để xúc tác tiếp xúc trƣc tiếp với da/hệ hô hấp cách sử dụng quần áo bảo hộ thích hợp 1.1.98 3.8 Xúc tác tổng hợp NH3 1.1.99 3.8.1 Mơ tả cơng nghệ tổng qt Hình : cơng nghệ tổng hợp NH3 Q trình tổng hợp amơniắc xảy tháp tổng hợp amôniắc (10-R-5001) theo phản ứng dƣới đây:[15] 3H2 + N2 ⇄ 2NH3 + Q Đây phản ứng thuận nghịch phần hydro nitơ đƣợc chuyển hố thành amơniắc khí tổng hợp qua lớp xúc tác Do tốc độ phản ứng đƣợc tăng lên nhiều tăng nhiệt độ, lựa chọn nhiệt độ phải dựa tƣơng ứng cân hoá học tốc độ phản ứng đạt đến cân Trong 10-R5001, khoảng 25% nitơ hydro đƣợc chuyển hố thành amơniắc Phần khơng chuyển hố đƣợc cịn lại đƣợc tái tuần hồn đến tháp tổng hợp sau q trình tách amơniắc thành phẩm dƣới dạng lỏng Chu trình tổng hợp amôniắc đƣợc thiết kế với áp suất tối đa 152 barg Áp suất vận hành bình thƣờng 137 barg tháp tổng hợp amôniắc, phụ thuộc vào phụ tải hoạt tính chất xúc tác Khi phụ tải giảm, áp suất chu trình tổng hợp giảm theo Nhiệt độ vận hành bình thƣờng khoảng từ 360-485oC lớp xúc tác thứ 370-445oC lớp xúc tác thứ hai bình 10-R-5001 Sau khí tổng hợp qua 10-R-5001, khí đƣợc làm lạnh xuống nhiệt độ hầu hết amơniắc đƣợc ngƣng tụ Một lƣợng nhiệt đáng kể giải phóng phản ứng tổng hợp amôniắc đƣợc sử dụng để sản xuất nƣớc siêu áp nồi nhiệt thừa 10-E-5001 để gia nhiệt nƣớc lò áp suất cao 10-E-5002 Khí tổng hợp tinh khiết chứa lƣợng nhỏ tạp chất, chủ yếu khí trơ Ar CH4 Một dịng phóng khơng liên tục từ chu trình tổng hợp cần thiết để tránh tích tụ khí trơ chu trình tổng hợp 1.1.100 3.8.2 Cơ chế phản ứng Hình 3.13 Cơ chế phản ứng tổng hợp NH3 +Các chất phản ứng bám vào bề mặt xúc tác phân tách +Các nguyên tử N H bám xúc tác kết hợp với tạo thành NH Ban đầu, hai phân tử N2 H2 hấp phụ bề mặt Fe phân tách thành nguyên tử N H Bƣớc đầu, nguyên tử N H kết hợp với tạo thành NH Hình 3.14: Cơ chế phản ứng tổng hợp NH3 +NH bám xúc tác kết hợp với H tạo thành NH2 +NH2 bám xúc tác kết hợp với H tạo thành NH3 Sau NH kết hợp với H với nguyên tử H để cuối tổng hợp thành NH3 Cuối NH3 giải hấp phụ khỏi bề mặt xúc tác trở lại pha khí 1.1.101 3.8.3 Chất xúc tác tổng hợp amoniac KMR Xúc tác tiền khử KMR đƣợc tạo thành từ xúc tác KM khử nhà máy Topsoe để đảm bảo xúc tác có hoạt tính lớn [22,29] Sau bề mặt đƣợc thụ động hóa để vận chuyển Chất xúc tác KM1R qua tiền khử đƣợc làm bền (về hố học) q trình sản xuất nhờ việc oxy hoá bề mặt xúc tác Chất xúc tác qua oxy hoá phần chứa khoảng 2% khối lƣợng oxy Sự làm bền khiến cho chất xúc tác KMR không tự bốc cháy nhiệt độ 90-100oC, nhƣng cao 100oC, chất xúc tác phản ứng với oxy nóng lên cách tự phát Việc sử dụng khí tổng hợp với tỉ lệ hydro/nitơ gần với 3/1 cho q trình hoạt hố KMR có hai lợi Lợi thứ trình sản xuất amôniắc đƣợc bắt đầu sớm Nhiệt phản ứng đƣợc tạo cho phép tốc độ tuần hồn khí nhanh hơn, điều lần nữa, trợ giúp khử phần lại chất xúc tác Lợi thứ hai nƣớc đƣợc hình thành khử đƣợc tách khỏi khí tuần hồn, nƣớc hồ tan amơniắc lỏng rời khỏi chu trình tổng hợp với amơniắc lỏng bình tách amơniắc Điều quan nƣớc chất gây ngộ độc chất xúc tác 1.1.102 3.8.5 Phƣơng trình phản ứng • H2 + N2 -> NH3 • Q trình tỏa nhiệt • Thuận lợi nhiệt độ cao • Phản ứng nhiệt độ khoảng 350°C Áp suất cao nhiệt độ thấp giúp cho cần hoá học chuyển phía tổng hợp amơniắc Phản ứng phân tử N2 H2 phản ứng tỏa nhiệt mạnh nhiệt lƣợng tỏa giải phóng nhanh, kìm hãm phản ứng , nồng độ NH3 tăng tƣơng ứng với nhiệt độ giảm Đây phản ứng giảm áp, áp cao nồng độ cân tăng Qúa trình hình thành NH3 không xảy nhiệt độ dƣới 700°C khơng có xúc tác, nhƣng có xúc tác Fe kích thích phản ứng xảy nhiệt độ khoảng 350°C.Qúa trình phân ly phân tử N2 thành N lên bề mặt xúc tác trình xác định hiệu suất xúc tác tổng hợp amonia.Càng nhiều N2 có mặt N bề mặt lớn áp suất riêng phần N2 đƣợc yêu cầu lớn để tăng hiệu suất phản ứng Tỷ lệ H2/N2 tối ƣu NH3 • Quá trình tỏa nhiệt • Thuận lợi nhiệt độ cao • Phản ứng nhiệt độ khoảng 350°C Nhƣ nêu kết tảng bị ảnh hƣởng nhiệt độ +Một số tầng xúc tác đƣợc sử dụng vài năm vận hành áp suất 300 bar cao Ở áp suất cao nồng độ cân cao nhiệt phản ứng tỏa cao lớp xúc tác khoảng 550 tới 600°C, khơng phù hợp với lớp vỏ thiết bị phản ứng Ở nhiệt độ xúc tác bị đóng tảng tuổi thọ giảm khoảng đến 10 năm +Trong thiết bị phản ứng mục tiêu hiệu suất cao nhiều lớp xúc tác áp suất thấp nhiệt độ khơng q 500°C Trong trƣờng hợp hoạt tính xúc tác giảm vài phần trăm năm nhƣng tuổi thọ đạt đƣợc 10 năm 1.1.107 3.8.7 Chất xúc tác bị ngộ độc Ngộ độc thuận nghịch/tạm thời khơng thuận nghịch/vĩnh viễn [22] • Những ngộ độc vĩnh viễn lƣu huỳnh, kim loại • Ngộ độc tạm thời ngộ độc Oxy dầu (một phần nhỏ) + Ngộ độc tạm thời Hợp chất chứa oxy dầu gây ngộ độc xúc tác tạm thời Hợp chất oxy oxy hóa bề mặt xúc tác sắt Hidro có mặt khử bề mặt xúc tác bị ngộ độc nhƣng khử hồn tồn Vơi có mặt hợp chất oxy phần bề mặt xúc tác sắt bị hoạt tính oxy hóa bề mặt bị ngộ độc xúc tác tằng cân với lƣợng oxy có mặt Phần lớn lƣợng oxy từ khí bổ sung có CO, CO2 H2O Trong CO2 H2O khơng quan trọng bị hấp thụ ammonia lỏng Dầu bị cracking thành carbon, sau carbon kết hợp với Hidro tạo thành methane nhƣ phản ứng metan hóa Hình 3.20 Xúc tác ngộ độc với oxy Một nhà máy ammonia công suất 1350 tấn/ngày sử dụng công nghệ với xúc tác KMR gặp vấn đề với trình khử xúc tác sau hai lần dừng máy khơng có kế hoạch Nếu có mặt CO & CO2 ngun nhân q trình oxy hóa xúc tác KMR Trong trƣờng hợp khí bổ sung phải đƣa vào sau bình tách amơniắc Sau ngộ độc tạm thời oxy hóa, xúc tác lấy lại đƣợc hoạt tính gần nhƣ hồn tồn + Ngộ độc vĩnh viễn Nếu không may dầu sử dụng làm kín có chất lƣợng xấu nhiều tạp chất Trong tạp chất có lƣu huỳnh tạo màng mỏng bám bề mặt xúc tác khơng thể loại bỏ q trình vận hành bình thƣờng Ngộ độc lƣu huỳnh vĩnh viễn Một vấn đề dầu chất lƣợng có kim loại nặng gây ngộ độc xúc tác vĩnh viễn Clo gây ngộ độc vĩnh viễn Clo phản ứng với Kali xúc tác làm suy yếu hoạt tính xúc tác Rất may hợp chất Clo gần nhƣ khơng có vịng tổng hợp 1.1.108 3.8.8 An toàn xúc tác Xúc tác tƣơng đối an toàn cần lƣu ý vấn đề nạp xúc tác[7] Nạp xúc tác Thiết bị nạp Chất xúc tác đƣợc nạp vào thiết bị phản ứng gàu xúc, máng trƣợt ống vải mềm với phễu nằm đỉnh thiết bị phản ứng Độ cao thả tối đa Chất xúc tác không đƣợc phép thả với độ cao tối đa m nhằm tránh làm vỡ hạt xúc tác trình nạp Tránh phân luồng Chất xúc tác không đƣợc phép đổ vào đống sau dùng cào để san phẳng Điều làm phân lớp hạt xúc tác thành hạt có kích cỡ khác dẫn đến phân phối không lớp xúc tác thiết bị phản ứng Ngƣời làm việc phía thiết bị phản ứng Ngƣời đứng phía phải mang giày mềm đứng ván để phân tán trọng lực bề mặt lớp xúc tác Chú ý không để vật lạ lẫn với xúc tác Khi gầu xúc ống mềm xúc tác đƣa vào ngƣời có nhiệm vụ rải xúc tác khắp bề mặt thiết bị phản ứng Tránh tƣợng phân luồng lớp xúc tác Phía lớp xúc tác Trên đỉnh lớp xúc tác cần lắp đặt lớp bị nhơm gốm có đƣờng kính 13 mm với độ dày 10 – 150 mm Nếu hạt nhôm đƣợc sử dụng lại nên lắp lƣới thép ngăn lớp xúc tác bi Tấm lƣới cho phép trình tách xúc tác bi dễ dàng trình tháo xúc tác 1.1.109 STT CHƢƠNG IV : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Bảng 4.1 chất xúc tác nhà máy đạm phú mỹ Cụm xúc tác Cụm khử lƣu huỳnh Cụm refoming Tên xúc tác Mục đích sử dụng xúc tác TK_250 Desunfua hóa HTZ_3 Hấp thụ lƣu huỳnh R_67_7H Reforming sơ cấp RKS-27H Reforming thứ cấp SK-201-2 Chuyển hóa co nhiệt độ cao Cụm chuyển hóa co Cụm metan hóa Cụm tổng hợp amoniac LK-821-2 Chuyển hóa co nhiệt độ thấp PK-7R Metan hóa KMR Tổng hợp amoniac Bảng 4.2 thành phần tính chất xúc tác Xúc TK- HTZ- R-67- RKS- tác 250 7H 27H Thành MoO- phần CoO3 ZnO SK-201-2 LK-821-2 Al2O3 KMR 7R Ni/MgO Ni/MgO CuO/Fe2O3/ CuO/ZnO/ Al2O3 PK- Cr2O3 Al2O3 Ni Fe3O4 Al2O3 Thành phần hoạt Co-Mo ZnO Ni-Mg Ni-Mg Fe/Cu/Cr Cu/Zn/Al Ni Fe hóa % 14-3,4 100 16-18 88-3-2,6 >23 477 42 80 6,5 4,4 125 WT S bề mặt m2/g Đƣờng kính mao 40-70 4,4 4,4 81 79 19 quản (nm) Vơ Hình dạng Ring Trụ Trụ Ring Viên Trụ Ring Trịn định hình Kích thƣớc 4,8x2,4 20x13 Mg Mg Al2 Al2 O4 O4 23,6x2 18,3 16x11 6x6 4,5x4,5 1.5-3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 Al2O3 18,1 42,3 4,6 20,4 26,9 (mm) Chất mang Al2O3 Khối lƣợng Nhiệt độ 1400- >500 1500 phân rã Chức Lƣỡng Đơn Lƣỡng Lƣỡng chức chức chức chức Lƣỡng chức Lƣỡng chức *Xúc tác nhà máy đạm phú mỹ chủ yếu sử dụng xúc tác oxit kim loại chất mang Al2O3 *Chất mang Al2O3 việc sử dụng thƣờng nhằm mục đích chủ yếu nâng cao độ ổn định chất xúc tác Điều đạt đƣợc nhờ tƣơng tác phù hợp thành phần hoạt tính với chất *oxit kim loại thƣờng đóng vai trị oxi hóa-khử KIẾN NGHỊ Trong thời gian tới, tiếp tục tiến hành nghiên cứu đánh giá đặc biệt điều chế chất xúc tác với pha hoạt tính lớn Tìm hiểu kỹ sử dụng vận hành xúc tác nhằm làm tăng hiệu sử dụng xúc tác 1.1.110 Tài liệu tham khảo 1.Sơ đồ công nghệ nhà máy đạm phú mỹ.2009 2.Hoa Hữu Thu, Trần Thị Nhƣ Mai, Lê Thanh Sơn ―Bài giảng vật liệu xúc tác phƣơng pháp nghiên cứu xúc tác rắn ‖ Đại học khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2002 Nguyễn Hữu Trịnh, Luận án Tiến sĩ Hoá học ―Nghiên cứu điều chế dạng hydroxit nhôm, oxit nhôm ứng dụng cơng nghiệp lọc hố dầu‖ Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002 Đỗ Thanh Hải, Luận văn thạc sĩ khoa học ―Nghiên cứu điều chế số chất hấp phụ từ hợp chất nhôm nghiên cứu chất kết dính tạo viên‖ Trƣờng ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2002 Nguyễn Hữu Phú, ―Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản‖.NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1998 Điều chế nhơm oxit có bề mặt riêng cao làm xúc tác Sổ tay xúc tác Nhà máy đạm phú mỹ Hồ Sĩ thoảng ―kỹ thuật xúc tác‖ Nguyễn Thị Minh Hiền, ―Công nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành‖.NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2004 10 Đào Văn Tƣờng, ―Động học xúc tác‖ ĐH Bách Khoa Hà Nội 11 Huỳnh Thị Ngọc Ni ―Nghiên cứu tổng hợp ứng dụng để xử lý số chất thải hữu ZnO/SBA-15‖ 2012 12 Đến Tòa soạn 10-10-2007 Vũ Thanh Quang, Ngô ván tuyên, Tịnh giáng Hƣơng, Vƣơng hữu Anh ―Chế tạo vật liệu hấp thụ H2S dạng viên đùn từ than hoạt tính‖ Tạp chí Hóa học, T 47 , Tr - 9, 2009 13 Lê Minh Phƣơng ―Nghiên cứu lựa chọn hệ xúc tác CuO-Cr2O3/γ-Al2O3 để xử lý Chloro benzene khí thải cơng nghiệp‖ DATN CNMT k47 14 Trần Thị Tố Uyên ―Nghiên cứu điêù chế nhiên liêụ DME từ khí tơn g hơp hệ xu ta CuO-ZnO/γ-Al2O3‖ Luận văn thạc sĩ hóa học.2008 15.Nguyễn thị kim Tuyến ―Tổng hợp phân tích tính chất hóa lý xúc tác sở Ni+Ca/Al2O3+SiO2 cho phản ứng metan hóa‖ ĐH Quốc Gia TPHCM.2006 16 Quy trình vận hành amoniac nhà máy đạm phú mỹ.2007 17.Desulphurzation of hydrocarbon final Vận hành xúc tác nhà máy đạm phú mỹ 18.PriRef final Vận hành xúc tác nhà máy đạm phú mỹ 19.RKS final version Vận hành xúc tác nhà máy đạm phú mỹ 20.HTS LTS Operation final Vận hành xúc tác nhà máy đạm phú mỹ 21.PK Mehanation final Vận hành xúc tác nhà máy đạm phú mỹ 22.Ammonia Synthesis final Vận hành xúc tác nhà máy đạm phú mỹ 23.Hydrogenation TK-250 24.Sulfur absorption HTZ-3 25.Tubular reforming, natural gas to LPG R-67-7H 26.Secondary and autothermal reforming RKS-2-7H 27 High temperature shift SK-201-2 28.Low temperature shift LK-821-2 29.Methanation PK-7R 30.Ammonia synthesis KM1R ... lƣợng hiệu xuất cao Đề tài : ? ?tìm hiểu chất xúc tác q trình cơng nghệ nhà máy đạm phú mỹ? ?? nhằm tìm hiểu chất xúc tác q trình cơng nghệ nhà máy đạm phú mỹ q trình làm đề tài cịn nhiều thiếu sót... dung đồ án bao gồm Tổng quan Cơ sở lý thuyết Tìm hiểu xúc tác Kết luận 1.1.1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1.2 1.1 Tổng quan nhà máy đạm phú mỹ 1.1.3 1.1.1 Giới thiệu nhà máy đạm phú mỹ Hình 1.1 : Nhà máy. .. máy đạm phú mỹ Nhà máy đạm Phú Mỹ khâu quan trọng chƣơng trình Khí –Điện Đạm chủ trƣơng lớn nhằm nâng cao giá trị sử dụng nguồn khí Bạch Hổ, Trũng Cửu Long Nam Cơn Sơn Nhà máy Đạm Phú Mỹ nhà máy