Vừa nhận được một bài viết, mọi người hãy cùng xem xét nhé

Thread Content

Tóm tắt: Trên cơ sở sử dụng kỹ thuật hấp phụ biến áp để sản xuất hydro, người ta tối ưu hóa quy trình thu hồi khí thải từ công nghệ PSA. Khí được tạo ra bằng cách trộn lẫn khí được giải phóng từ quá trình hấp phụ với khí từ lò nung than. Ngoài ra, việc sử dụng nhiều nguồn khí cùng lúc cũng giúp tạo ra amoniac lỏng. Đã phân tích những ưu điểm và nhược điểm của toàn bộ quy trình. Từ khóa: Khí lò nung, khí được tách ra bằng phương pháp PSA, việc thu hồi khí, amoniac lỏng. Giới thiệu: Trong quá trình sản xuất hydro có độ tinh khiết cao, thiết bị tách hydro từ khí thải metanol sẽ tạo ra một lượng lớn khí được tách ra. Khí này chiếm khoảng 30%~35% tổng lượng khí thải từ metanol. Thành phần của khí này gồm CH4 (11,09%), H2 (24,11%), CO (8,93%), N2 (40,98%), CO2 (14,89%). Nếu thải trực tiếp vào khí quyển, không chỉ gây lãng phí năng lượng mà còn gây ô nhiễm môi trường, vì vậy cần phải tái chế. 1. Phân tích thiết bị hiện có 1.1 Phân tích khả năng sản xuất của thiết bị Công suất thiết kế của nhà máy tổng hợp amoniac là 100kt/năm. Khí nguyên liệu cần thiết được cung cấp từ hai nhà máy methanol với công suất 100kt/năm trong khu công nghiệp; còn khí nitơ thì được cung cấp từ quy trình tách khí trong các nhà máy methanol đó. Mỗi bộ thiết bị chế tạo methanol có thể cung cấp từ 12.000 đến 14.000 Nm3/h khí methanol được thải ra. Hai bộ thiết bị như vậy có thể cung cấp tổng cộng từ 24.000 đến 28.000 Nm3/h khí methanol được thải ra. Mỗi giờ, có thể thu được từ 15.600 đến 18.200 Nm3/h hydro nguyên chất. Do khu công nghiệp đang xây dựng nhà máy sản xuất caprolactam mới, PSA sẽ đảm nhận nhiệm vụ cung cấp khí hydro. Khí hydro này được sử dụng để tinh chế benzen thô, chuyển đổi benzen thành cyclohexane thông qua quá trình hydro hóa, cũng như trong quá trình tạo ra hydro peroxide. Lượng khí hydro cần cung cấp là 14.000 Nm3/giờ. Sau khi cân bằng, chỉ còn 1600–4200 Nm3/h khí hydro được sử dụng để tổng hợp amoniac. Do đó, thiết bị tổng hợp amoniac sẽ không thể đáp ứng nhu cầu sản xuất caprolactam. Cần phải xây dựng thêm các thiết bị mới để sử dụng hỗn hợp khí từ lò luyện than và khí được tách ra bằng công nghệ PSA nhằm sản xuất khí hydro và nitơ. 1.2 Giới thiệu quy trình ban đầu: Khí methanol được thải ra từ nhà máy sản xuất methanol sẽ được tinh chế thông qua quy trình PSA, từ đó tạo ra khí hydro có độ tinh khiết cao. Khí này sau đó được trộn với khí nitơ đã được nén từ nhà máy phân tách khí. Hỗn hợp khí này được đưa vào thiết bị methan hóa để chuyển đổi CO và CO2 thành CH4. Sau đó, khí CH4 được nén lại và đưa vào quy trình tổng hợp. Xem hình 1. Hình 1: Sơ đồ quy trình tổng hợp amoniac ban đầu. Ngoài ra, phương án tái sử dụng khí được tách ra từ thiết bị PSA là đưa khí này vào buồng cacbon hóa của lò nung để đốt cháy. Tuy nhiên, do biến động áp suất khá lớn, khí này không thể được sử dụng để đốt cháy mà phải được xả trực tiếp ra ngoài, gây lãng phí nguồn tài nguyên. 2. Phân tích thiết bị sau khi cải tạo
2.1 Phân tích khả năng sản xuất sau khi cải tạo
Thiết bị tạo khí mới hiện đang hoạt động tốt. Lượng khí từ lò luyện than được cung cấp vào hệ thống là 17.500 Nm3/giờ; lượng khí đã được xử lý sạch thì được đưa vào quy trình tổng hợp với lưu lượng khoảng 26.000 Nm3/giờ. Tỷ lệ chuyển đổi khí thành amoniac là khoảng 9 tấn/giờ. Khi kết hợp với quy trình sản xuất cũ, mục tiêu sản xuất tối đa có thể đạt được. 2.2 Giới thiệu quy trình: Khí từ lò nung than và khí thải từ quy trình PSA được đưa vào bồn chứa khí. Sau đó, chúng được nén bằng máy nén kết hợp giữa khí từ lò nung than và khí đã được tinh chế, rồi được đưa vào quy trình tách lưu huỳnh. Trong quy trình này, lưu huỳnh trong khí từ lò nung than sẽ được loại bỏ nhờ phản ứng hydro hóa bằng sắt-molydenum và chất xúc tác tách lưu huỳnh là oxit kẽm. Theo tỷ lệ nước và carbon yêu cầu, hơi công nghệ được đưa vào lò chuyển hóa kiểu trao đổi nhiệt; sau đó, không khí giàu oxy cũng được đưa vào theo yêu cầu của quy trình công nghệ, để hoàn tất phản ứng chuyển hóa trong lò chuyển hóa giai đoạn hai. Khí chuyển hóa ở nhiệt độ cao được sử dụng để thu hồi nhiệt lượng, nhằm làm ấm khí nguyên liệu và chất lỏng thu được trong quá trình sản xuất. Sau đó, khí này tiếp tục trải qua phản ứng chuyển hóa thành carbon monoxide ở nhiệt độ thấp. Lượng carbon monoxide được kiểm soát ở mức cho phép, sau đó khí này được đưa vào quy trình loại bỏ carbon. Quá trình loại bỏ carbon diễn ra thông qua máy nén kết hợp giữa khí từ lò luyện than và khí đã được tinh chế; khí sau khi được nén sẽ được đưa vào quy trình sản xuất metan. Tại đây, khí này sẽ được trộn với hydro có nguồn gốc từ quy trình PSA, sau đó được nén thêm bằng máy nén kết hợp để chuẩn bị cho quy trình tổng hợp. Xem hình 2. Hình 2: Quy trình hiện tại của thiết bị tổng hợp amoniac
2.3 Các vấn đề phát sinh trong quá trình cải tạo thiết bị
1. Khí carbon dioxide được tạo ra trong quá trình hoạt động của thiết bị (khoảng 4000 Nm3/giờ) bị thải trực tiếp ra môi trường, gây lãng phí nguồn tài nguyên. Hiện nay, người ta dự định lắp đặt thêm các thiết bị nén để sử dụng khí này làm chất bổ sung cho quá trình sản xuất methanol; phần carbon dioxide còn lại sẽ được sử dụng làm băng khô. 2. Xét từ góc độ kiểm soát các chỉ số kỹ thuật trong quá trình vận hành hiện tại và trạng thái cân bằng nhiệt, việc bổ sung oxy vào hệ thống vẫn cần được xem xét kỹ lưỡng. Ở giai đoạn hiện tại, oxy chỉ được sử dụng khi lượng hydro do PSA cung cấp không đủ; điều này khác biệt khá nhiều so với thiết kế ban đầu ； Khi thiết kế máy bơm oxy lỏng, người ta không tích hợp chức năng thay đổi tần số. Do đó, khi sử dụng oxy lỏng, lượng oxy dư thừa sẽ bị thải trực tiếp ra môi trường, gây lãng phí lớn. 3. Do hệ thống khử carbon không được vận hành trong thời gian dài sau khi được làm sạch, nên mặc dù đã được rửa nhiều lần trước khi đưa vào hoạt động, nhưng trong dung dịch của hệ thống vẫn còn các tạp chất rắn. Do đó, cần phải thường xuyên vệ sinh máy bơm dung dịch ； Một số bộ làm mát trong hệ thống khử carbon sử dụng bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm, dễ bị tắc nghẽn và cần được vệ sinh thường xuyên. 4. Lò gia nhiệt của hệ thống mới gồm ba lò, chúng được kết nối với nhau thông qua một ống khói duy nhất; điều này gây ra nhiều rủi ro về mặt an toàn và bất lợi trong quá trình vận hành. 5. Quy trình hơi hóa chất lỏng ngưng tụ được kết hợp với quy trình xử lý khác, khiến cho thiết bị phải hoạt động theo chiều ngược lại trong giai đoạn khởi động ban đầu, gây ra áp lực lớn lên thiết bị. 6. Thiết kế có xu hướng bảo thủ: kích thước của một số thiết bị được giữ ở mức nhỏ, lượng chất xúc tác sử dụng cũng ít hơn. 7. Cách bố trí các thiết bị không hợp lý, gây khó khăn trong việc bảo trì và thay thế chất xúc tác. 8. Việc lấy mẫu ở một số vị trí nhất định cùng việc sử dụng một thiết bị làm lạnh mẫu khiến kết quả phân tích bị sai lệch đáng kể. 9. Khi thực hiện quá trình giải phóng chất tại áp suất khí quyển bằng phương pháp MEDA, cần thiết phải lắp đặt van chặn nước; không nên sử dụng máy bơm dung dịch. 10. Các bộ phận chứa nước ở lối vào và ra của bình chứa khí được đặt dưới mặt đất; điều này gây khó khăn trong việc xả nước ngưng tụ. Do đó, chúng cần được đặt trên mặt đất, kèm theo hệ thống xả nước tự động. 3. Ưu và nhược điểm của phương pháp sản xuất amoniac từ hai nguồn khí khác nhau 3.1 Ưu điểm 1. Khí được giải phóng từ quy trình PSA sẽ được thu hồi lại và lưu trữ trong bình chứa khí. Điều này giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do việc thải khí trực tiếp ra không khí. Đồng thời, các chất như CH4, H2, CO, N2 – vốn rất cần thiết cho quá trình sản xuất amoniac – cũng được thu hồi lại. Nhờ đó, năng suất sản xuất amoniac được nâng cao. 2. Quá trình chuyển hóa khí từ lò nung than được thực hiện qua hai giai đoạn, giúp giảm lượng oxy nguyên chất cần sử dụng và nâng cao tỷ lệ chuyển hóa khí metan. 3. Kết hợp thiết bị tách hơi từ chất lỏng ngưng tụ trong quy trình sản xuất với thiết bị sản xuất hydro, nhờ đó có thể tận dụng tối đa nhiệt lượng từ các thiết bị này. Điều này không chỉ giúp tạo ra hơi nước mà còn giúp tách hơi khỏi chất lỏng ngưng tụ, từ đó giảm lượng nước thải chứa amoniac. 3.2 Nhược điểm: 1. Áp suất và thành phần của khí được giải phóng có sự biến động lớn; khí này không thể hòa trộn đầy đủ với khí gas từ lò nung than, điều này ảnh hưởng đến quá trình sản xuất ổn định. Ngoài ra, khi lượng khí gas từ lò nung than cung cấp vào ít (dưới 6000 Nm3/h), hệ thống sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng do sự biến động của khí được giải phóng. 2. Do khí được hút ra để tái sử dụng, nồng độ nitơ trong bình chứa khí tăng lên. Điều này khiến công suất của máy nén khí giảm, từ đó làm tăng mức tiêu thụ điện năng của toàn bộ hệ thống. 3. Phương thức kiểm soát dòng khí được giải phóng từ quy trình PSA khi chúng vào bình chứa khí chưa hợp lý; nên sử dụng van điều khiển tự động để điều chỉnh dòng khí theo trình tự thời gian trong quy trình PSA, nhằm giúp duy trì tỷ lệ giữa hydro và nitơ ở mức ổn định. 4. Tổng kết: Bộ thiết bị sản xuất amoniac tổng hợp này là bộ thiết bị đầu tiên tại nước ta sử dụng khí thải từ quá trình chuyển hóa methanol để tạo ra hydro. Khí được tạo ra từ quá trình này được kết hợp với khí từ lò nung than, sau đó được chuyển hóa thành hydro. Nhờ vậy, amoniac tổng hợp có thể được sản xuất từ hai nguồn khí khác nhau. Xét về tình hình vận hành của các thiết bị hiện tại, thiết bị sản xuất hydro mới đã được kết nối thành công với thiết bị tổng hợp amoniac hiện có. Khi nguồn khí từ lò luyện than và khí thải từ quá trình sản xuất methanol được cung cấp ổn định, mục tiêu sản xuất 300 tấn amoniac lỏng mỗi ngày sẽ được đạt được, qua đó giúp hoàn thành mục tiêu về năng suất sản xuất và giảm phát thải. Đồng thời cũng phân tích các vấn đề tồn tại của thiết bị, nhằm tạo cơ sở cho việc sửa chữa và nâng cấp thiết bị trong tương lai.