- Trang Chủ
- Công nghệ - Môi trường
- Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu, mô phỏng công nghệ sản xuất dung dịch phụ gia formaldehyde của phân xưởng UFC85 formaldehyde nhà máy đạm Phú Mỹ
Xem mẫu
- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT DUNG
DỊCH PHỤ GIA FORMALDEHYDE CỦA PHÂN XƯỞNG
UFC85/FORMALDEHYDE NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
Trình độ đào tạo : Đại học chính quy
Ngành : Công nghệ kỹ thuật hóa học
Chuyên ngành : Hóa dầu
Cán bộ hướng dẫn: ThS. Hoàng Mạnh Hùng
KS. Nguyễn Thanh Phương
Sinh viên thực hiện: Lý Hoàng Thanh
MSSV: 12030205 Lớp: DH12HD
Bà Rịa – Vũng Tàu, năm 2016
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
MỤC LỤC
MỤC LỤC ........................................................................................................... i
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ........................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................viii
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN PHÂN XƯỞNG UFC85/FORMALDEHYDE
NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ, NGUYÊN LIỆU MEOH VÀ SẢN PHẨM
FORMALDEHYDE, UFC85 ....................................................................................... 3
1.1. Tổng quan phân xưởng UFC85/Formaldehyde Nhà máy Đạm Phú Mỹ [1]
................................................................................................................................ 3
1.1.1. Tổng quan Nhà máy Đạm Phú Mỹ và phân xưởng
UFC85/Formaldehyde ......................................................................................... 3
1.1.2. Vai trò của phân xưởng UFC85/Formaldehyde ................................. 5
1.1.3. Công nghệ phân xưởng UFC85/Formaldehyde .................................. 5
1.2. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất ........................................................... 6
1.2.1. Tổng quan nguyên liệu MeOH [2] ..................................................... 6
1.2.1.1. Tính chất vật lý ................................................................................................ 6
1.2.1.2. Tính chất hóa học ............................................................................................. 7
1.2.1.3. Ứng dụng của MeOH ....................................................................................... 8
1.2.1.4. Phương pháp sản xuất MeOH ........................................................................... 8
1.2.2. Tổng quan sản phẩm Formaldehyde [3]........................................... 10
1.2.2.1. Giới thiệu ........................................................................................................10
1.2.2.2. Tính chất vật lý ...............................................................................................10
1.2.2.3. Tính chất hóa học ............................................................................................11
1.2.2.4. Ứng dụng của Formaldehye.............................................................................11
1.2.3. Các phương pháp sản xuất Formaldehyde ....................................... 14
1.2.4. Công nghệ sản xuất Formaldehyde [3], [4],[5] ................................ 15
1.2.4.1. Công nghệ dehydro hóa và oxy hóa đồng thời MeOH ......................................15
1.2.4.2. Công nghệ oxy hóa MeOH thành Formaldehyde..............................................17
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU SƠ ĐỒ THIẾT KẾ, CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP
DUNG DỊCH FORMALDEHYDE TỪ MEOH CỦA PHÂN XƯỞNG
FORMALDEHYDE/UFC85 NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ......................................... 20
2.1. Thông số thiết kế cơ sở........................................................................... 20
2.1.1. Nguyên liệu ..................................................................................... 20
2.1.1.1. Nguyên liệu MeOH [6]....................................................................................20
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang i
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
2.1.1.2. Dung dịch Urê [6] ...........................................................................................21
2.1.1.3. Nước nguyên liệu [7] ......................................................................................22
2.1.1.4. Dòng hơi thấp áp [7] .......................................................................................22
2.1.1.5. Dòng HTO ......................................................................................................22
2.1.1.6. Xúc tác sử dụng ..............................................................................................23
2.1.2. Sản phẩm phân xưởng [6]................................................................ 23
2.1.2.1. Sản phẩm Formaldehyde .................................................................................23
2.1.2.2. Sản phẩm UFC85 ............................................................................................24
2.1.3. Nghiên cứu cơ chế tổng hợp Formaldehyde ..................................... 25
2.1.3.1. Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde [8] ..................................................25
2.1.3.2. Động học quá trình tổng hợp Formaldehyde [4],[9] .........................................26
2.1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Formaldehyde ...........................27
2.1.4. Sơ đồ khối quá trình sản xuất của xưởng Fomaldehyde/UFC85....... 29
2.1.5. Sơ đồ khối ....................................................................................... 29
2.1.6. Thuyết minh sơ đồ khối công nghệ.................................................. 29
2.2. Quy trình công nghệ PFD ....................................................................... 30
2.2.1. Sơ đồ công nghệ [10] ...................................................................... 30
2.2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ [7] .................................................... 31
2.3. Các thiết bị chính trong phân xưởng ....................................................... 33
2.3.1. Cụm chuẩn bị nguyên liệu [11]........................................................ 33
2.3.2. Cụm tiền gia nhiệt ........................................................................... 33
2.3.2.1. Thiết bị hóa hơi MeOH, 20-E-2101-1,2 [12] ....................................................34
2.3.2.2. Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102 [13] .................................................36
2.3.2.3. Thiết bị làm nguội (After Cooler 20-E-2104) [13] ...........................................38
2.3.3. Cụm thiết bị phản ứng [14].............................................................. 40
2.3.4. Cụm thiết bị hấp thụ [15],[16] ......................................................... 43
CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
FORMALDEHYDE PHÂN XƯỞNG UFC85/FORMALDEHYDE NHÀ MÁY ĐẠM
PHÚ MỸ 47
3.1. Phương pháp luận xây dựng sơ đồ mô phỏng ......................................... 47
3.2. Giới thiệu về Aspen Hysys [17].............................................................. 48
3.3. Nghiên cứu, mô phỏng phân xưởng UFC85/Formaldehyde nhà máy Đạm
Phú Mỹ bằng phần mềm Aspen Hysys. .................................................................. 49
3.4. Xây dựng trường hợp mô phỏng công nghệ sản xuất phân xưởng
UFC85/Formaldehyde ........................................................................................... 50
3.4.1. Thiết lập hệ nhiệt động (Fluid Package) .......................................... 50
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang ii
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
3.4.2. Thông số thiết lập đầu vào ban đầu phân xưởng .............................. 52
3.4.3. Thiết lập dòng vật chất và cấu tử trong hệ. ...................................... 53
3.4.4. Thiết lập các thiết bị trao đổi nhiệt .................................................. 55
3.4.4.1. Thiết bị phản ứng 20-E-2101 ...........................................................................55
3.4.4.2. Các thiết bị trao đổi nhiệt khác ........................................................................55
3.4.5. Thiết lập các phản ứng và thiết bị phản ứng [17], [18] ..................... 56
3.4.6. Tháp hấp thụ Formaldehyde [19]..................................................... 60
3.4.7. Công cụ lô-gic Recycle ................................................................... 61
3.4.8. Kết quả mô phỏng ........................................................................... 63
3.4.9. Nhận xét và so sánh kết quả mô phỏng thu được ............................. 64
3.4.9.1. Cân bằng vật chất cụm chuẩn bị nguyên liệu ...................................................64
3.4.9.2. Cân bằng vật chất cụm gia nhiệt nguyên liệu ...................................................65
3.4.9.3. Cân bằng vật cụm thiết bị phản ứng .................................................................66
3.4.9.4. Cân bằng vật chất cụm thiết bị hấp thụ. ...........................................................67
3.4.9.5. Nhận xét kết quả thu được ...............................................................................71
3.4.9.6. Cân bằng năng lượng ......................................................................................72
3.4.9.7. Thông số thiết kế các thiết bị chính trong sơ đồ công nghệ...............................73
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 77
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang iii
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất vật lý MeOH ........................................................................ 6
Bảng 1.2. Tính chất vật lý Formaldehyde .......................................................... 10
Bảng 1.3. So sánh đặc điểm chính 3 phương pháp chuyển hóa .......................... 19
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn MeOH nguyên liệu .......................................................... 20
Bảng 2.2. Tiêu chuẩn hạt Urê nguyên liệu ......................................................... 21
Bảng 2.3. .Tiêu chuẩn dung dịch Urê 71% dùng trong phân xưởng ................... 21
Bảng 2.4. Tiêu chuẩn nước khử khoáng............................................................. 22
Bảng 2.5. Tính chất dòng dầu HTO ................................................................... 22
Bảng 2.6. Xúc tác sử dụng tại phân xưởng ........................................................ 23
Bảng 2.7. Tiêu chuẩn Formaldehyde sản phẩm.................................................. 23
Bảng 2.8. Tiêu chuẩn UFC85 sản phẩm............................................................. 24
Bảng 2.9. Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde.......................................... 25
Bảng 2.10. Danh mục các thiết bị chính ............................................................ 32
Bảng 2.11. Tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt bồn chứa MeOH ............................... 33
Bảng 2.12. Thông số thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101,1 ................................. 34
Bảng 2.13. Thông số thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101,2 ................................. 35
Bảng 2.14. Thông số thiết bị gia nhiệt khí đầu vào 20-E-2102 ........................... 37
Bảng 2.15. Thông số thiết bị làm nguội 20-E-2104............................................ 38
Bảng 2.16. Thông số thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-E-2101 [13] .............. 42
Bảng 2.17. Thông số tháp hấp thụ Formaldehyde 20-T-2101 [14] ..................... 45
Bảng 3.1. Các hệ nhiệt động đề xuất cho quá trình mô phỏng ............................ 50
Bảng 3.2. Thông số thiết kế đầu vào phân xưởng .............................................. 52
Bảng 3.3. Thành phần dòng nguyên liệu MeOH ................................................ 53
Bảng 3.4. Thành phần dòng không khí .............................................................. 54
Bảng 3.5. Thành phần dòng khí hoàn lưu .......................................................... 54
Bảng 3.6. Cân bằng vật chất cụm chuẩn bị nguyên liệu ..................................... 65
Bảng 3.7. Cân bằng vật chất cụm thiết bị phản ứng Formaldehyde .................... 67
Bảng 3.8. Cân bằng vật chất cụm thiết bị hấp thụ .............................................. 68
Bảng 3.9. Bảng so sánh dòng sản phẩm Formalin thu được ............................... 71
Bảng 3.10. So sánh hiệu suất chuyển hóa .......................................................... 71
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang iv
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Bảng 3.11. Bảng so sánh lưu lượng nước sử dụng tại Tháp hấp thụ ................... 72
Bảng 3.12. Bảng so sánh lưu lượng khí hoàn lưu tại đỉnh tháp .......................... 72
Bảng 3.13. Cân bằng nhiệt sử dụng trong phân xưởng sản xuất Formaldehyde .. 72
Bảng 3.14. Thông số chính thiết bị phản ứng Formaldehyde ............................. 73
Bảng 3.15. Thông số chính tháp hấp thụ Formaldehyde..................................... 73
Bảng 3.16. Thông số chính thiết bị trao đổi nhiệt............................................... 74
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang v
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ các phân xưởng Nhà máy đạm Phú Mỹ ...................................... 4
Hình 1.2. Một góc phân xưởng UFC85/Formaldehyde ........................................ 4
Hình 1.3. Tổng quan công nghệ xưởng Formaldehyde/UFC85 ............................ 5
Hình 1.4. Ứng dụng chính của MeOH ................................................................. 8
Hình 1.5. Nhựa polyme Urea-Formaldehyde ..................................................... 12
Hình 1.6. Cấu trúc hạt nhựa tổng hợp Phenol-Formaldehyde ............................. 13
Hình 1.7. Cấu trúc polyme Trimetilolmelamin-Formaldehyde ........................... 13
Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ tổng hợp Formaldehyde theo quá trình BASF ......... 16
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ oxy hóa MeOH thành Formaldehyde – Quá trình
Formol ....................................................................................................................... 18
Hình 2.1. Xúc tác FK-2 ..................................................................................... 28
Hình 2.2. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Formaldehyde ................................... 29
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ phân xưởng UFC85/Formaldehyde ......................... 30
Hình 2.4. Sơ đồ PFD tháp hấp thụ ..................................................................... 31
Hình 2.5. Thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101 .................................................... 34
Hình 2.6. Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102 .......................................... 37
Hình 2.7. Thiết bị làm nguội 20-E-2104 ............................................................ 39
Hình 2.8. Cấu trúc thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-E-2101 ......................... 41
Hình 2.9. Tháp hấp thụ Formaldehyde 20-T-2101 ............................................. 44
Hình 3.1. Giao diện mô phỏng phần mềm Hysys ............................................... 49
Hình 3.2. Sơ đồ lựa chọn mô hình nhiệt động .................................................... 51
Hình 3.3. Tính chất dòng không khí, MeOH (Trích xuất từ Hysys) ................... 54
Hình 3.4. Sơ đồ mô phỏng thiết bị 20-E-2101 ................................................... 55
Hình 3.5. Thiết lập mô phỏng thiết bị 20-E-2102............................................... 56
Hình 3.6. Mô hình hóa phản ứng dạng PFR ....................................................... 57
Hình 3.7. Vận tốc phản ứng tại mặt cắt dV ........................................................ 57
Hình 3.8. Thiết lập mô hình thiết bị phản ứng ................................................... 59
Hình 3.9. Thiết lập các tiêu chuẩn chạy tháp...................................................... 60
Hình 3.10. Mô hình mô phỏng tháp hấp thụ....................................................... 61
Hình 3.11. Công cụ Recycle trong quá trình mô phỏng ..................................... 61
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang vi
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Hình 3.12. Trường hợp mô phỏng công nghệ sản xuất dung dịch Formaldehyde
37% ........................................................................................................................... 63
Hình 3.13. Sơ đồ mô phỏng cụm chuẩn bị nguyên liệu ...................................... 64
Hình 3.14. Sơ đồ mô phỏng cụm gia nhiệt nguyên liệu ...................................... 66
Hình 3.15. Kết quả thu được từ mô hình mô phỏng PFR ................................... 66
Hình 3.16. Kết quả mô phỏng tháp hấp thụ........................................................ 68
Hình 3.17. Sự thay đổi T, P theo chiều cao tháp ................................................ 69
Hình 3.18. Dữ liệu thông số biến thiên theo chiều cao tháp ............................... 70
Hình 3.19. Biến thiên nồng độ cấu tử theo chiều cao tháp ................................. 70
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang vii
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Từ viết tắt Chú thích
1 STT Số thứ tự
2 kl Khối lượng
3 tt Thể tích
4 BFW (Boiler Feed Water) Nước cấp lò hơi
5 PFR (Plug Flow Reactor) Dạng thiết bị phản ứng đẩy
6 HTO (Heat Transfer Oil) Dòng dầu nóng
7 LPS ( Low Pressure Steam) Dòng hơi thấp áp
8 MeOH Methanol
9 UFC85 Dung dịch Urê-Formaldehyde
10 Formaldehyde Formanđêhyt
11 RON Chỉ số Octane nghiên cứu
12 MTBE Phụ gia tăng chỉ số RON, methylter-butyl ether
13 PVFCCo Tổng Công ty hóa chất và Phân bón Dầu khí
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang viii
- Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành đến các anh, chị Phòng Công
nghệ Lọc dầu thuộc Trung tâm NC&PT Chế biến Dầu khí (PVPro) đã tận tình hướng
dẫn, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu để thực hiện đề tài này.
Cảm ơn quý thầy, cô khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm, trường Đại Học
Bà Rịa Vũng Tàu đã dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức hữu ích để giúp em trang bị
kiến thức cần thiết trong thời gian em học tập tại trường.
Xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, cô trong hôi đồng chấm đồ án tốt nghiệp
đã dành chút thời gian quý báu để đọc và đưa những lời nhận xét giúp em hoàn thiện
hơn về đồ án này.
Cám ơn gia đình và bạn bè đã tiếp thêm niềm tin, nghị lực và giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016
SVTH
Lý Hoàng Thanh
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang ix
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, Formaldehyde và UFC85 là những hợp chất hóa học quan trọng, có
nhiều ứng dụng trong công nghiệp hóa chất phụ trợ, ngành tổng hợp hữu cơ và nhiều
ngành khác. Đặc biệt, đối với công nghiệp sản xuất phân bón, các dung dịch này là
phụ gia cho quá trình tạo hạt Urê nhằm chống kết khối, gia tăng độ cứng sản phẩm,
giảm tỷ lệ vỡ hạt, tránh hiện tượng cháy lá khi bón phân hóa học cho cây trồng.
Tính đến thời điểm cuối Quý IV/2015, tất cả các nhà máy sản xuất phân đạm tại
Việt Nam đều phải nhập khẩu toàn bộ các phụ gia này từ nước ngoài. Với những lý do
trên, việc nghiên cứu đầu tư xây dựng dây chuyền sản xuất sản phẩm Formaldehyde và
dung dịch UFC85 là rất cần thiết nhằm giúp các nhà máy đạm giảm chi phí sản xuất,
hạ giá thành sản phẩm, tăng lợi thế cạnh tranh đồng thời giúp Việt Nam chủ động
được nguồn cung phụ gia cung cấp cho các đơn vị trong nước và xuất khẩu các nước
khu vực. Ngày 12/12/2015, Tổng Công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí (PVFCCo),
đơn vị thành viên của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) đã tổ chức khánh thành và
đưa vào hoạt động phân xưởng sản xuất UFC85/Formaldehyde với công suất thiết kế
15 ngàn tấn/năm UFC85 hoặc 25 ngàn tấn/năm Formaldehyde nồng độ 37% (hay còn
gọi là Formalin).
Phân xưởng sử dụng công nghệ hiện đại và phổ biến hiện nay để sản xuất
Formaldehyde là công nghệ oxy hóa MeOH có sử dụng xúc tác do nhà bản quyền công
nghệ Haldor Topsoe cung cấp. Quá trình tập trung chủ yếu vào lượng không khí dùng
để oxy hóa MeOH với sự có mặt của các dạng xúc tác rắn. Nhằm tìm hiểu rõ hơn về
công nghệ, quá trình sản xuất dung dịch Formaldehyde từ MeOH, cũng như các yếu tố
ảnh hưởng đến vận hành và chất lượng sản phẩm của xưởng UFC85 Nhà máy đạm
Phú Mỹ, tác giả tiến hành nghiên cứu thực hiện Đề tài “Nghiên cứu, mô phỏng công
nghệ sản xuất dung dịch phụ gia Formaldehyde của Phân xưởng
UFC85/Formaldehyde Nhà máy Đạm Phú Mỹ”.
Nội dung nghiên cứu và phạm vi công việc thực hiện của Đề tài bao gồm các
phần chính về:
Tổng quan các công nghệ sản xuất Formaldehyde đi từ MeOH;
Tổng quan về nguyên liệu MeOH và chỉ tiêu kỹ thuật MeOH dùng trong công
nghiệp tổng hợp UFC85/Formaldehyde;
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 1
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Tổng quan về sản phẩm Formaldehyde, dung dịch Formalin và UFC85;
Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất Formaldehyde;
Nghiên cứu công nghệ xưởng UFC85/Formaldehyde Nhà máy đạm Phú Mỹ;
Nghiên cứu các tài liệu thiết kế cơ sở, thiết kế cơ khí, phụ trợ xưởng công nghệ
sản xuất UFC85/Formaldehyde như các bản vẽ công nghệ (PFD và P&ID), Data
Sheet...làm cơ sở cho mô phỏng tĩnh trong Hysys;
Xây dựng mô hình mô phỏng, sử dụng phần mềm Hysys mô phỏng tĩnh phần
công nghệ của phân xưởng UFC85/Formaldehyde;
Đánh giá kết quả nhận được và đưa ra kiến nghị.
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 2
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN PHÂN XƯỞNG UFC85/FORMALDEHYDE
NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ, NGUYÊN LIỆU MEOH VÀ SẢN PHẨM
FORMALDEHYDE, UFC85
1.1. Tổng quan phân xưởng UFC85/Formaldehyde Nhà máy Đạm Phú Mỹ [1]
1.1.1. Tổng quan Nhà máy Đạm Phú Mỹ và phân xưởng UFC85/Formaldehyde
Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng công nghệ của Haldor Topsoe (Đan Mạch) để
sản xuất Amoniac và công nghệ Snamprogetti (Ý) để sản xuất phân Urê. Đây là các
công nghệ hàng đầu trên thế giới với dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào
là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là amoniac và urê. Chu trình công nghệ khép
kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước giúp Nhà máy hoàn toàn chủ động
trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia có sự cố hoặc không đủ điện cung cấp.
Công nghệ nhà máy gồm có 4 phân xưởng chính là xưởng Amoniac, xưởng Urê,
xưởng phụ trợ, xưởng sản phẩm và các phòng/xưởng chức năng khác.
Phân xưởng Amoniac: Phân xưởng Amoniac của Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử dụng
công nghệ Haldor Topsoe đi từ khí thiên nhiên được thiết kế cho hai trường hợp
vận hành chính:
1350 tấn NH3/ngày và 1650 tấn CO2/ngày, hoặc;
1350 tấn NH3/ngày, 1790 tấn CO2/ngày.
Phân xưởng Urê theo công nghệ Snamprogetti của Italia, sản phẩm Urê của Nhà
máy có các thông số kỹ thuật chính như sau:
Công suất: 2200 tấn/ngày;
Cỡ hạt: 1,4 – 2,8 mm (> 90%);
Hàm lượng N: > 46,3%;
Độ ẩm: < 0,4%.
Phân xưởng phụ trợ sử dụng nguồn khí thiên nhiên để sản xuất hơi nước (từ
nguồn nước sông Thị Vải) và điện cung cấp cho quá trình vận hành của nhà máy
và phụ vụ sinh hoạt;
Phân xưởng sản phẩm và các Phòng, Ban chức năng khác.
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 3
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Nguồn: Nhà máy Đạm Phú Mỹ
Hình 1.1. Sơ đồ các phân xưởng Nhà máy đạm Phú Mỹ
Năm 2015, PVFCCo đã tiến hành đầu tư xây dựng thêm phân xưởng sản xuất
UFC85/Formaldehyde (nằm trong phần diện tích mở rộng của khuôn viên Nhà máy
đạm hiện hữu) với công suất thiết kế 15.000 tấn UFC85/năm hoặc 25.000 tấn
Formaldehyde/năm.
Nguồn: Technical Proposal, PVFCCo, 2015
Hình 1.2. Một góc phân xưởng UFC85/Formaldehyde
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 4
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
1.1.2. Vai trò của phân xưởng UFC85/Formaldehyde
Phân xưởng UFC85/Formaldehyde được thiết kế với mục đích sản xuất các phụ
gia quan trọng, bao gồm UFC85, dung dịch Formalin 37% sử dụng trong quá trình tạo
hạt Urê nhằm chống lại hiện tượng kết khối phân bón, gia tăng độ cứng của hạt, giảm
tỷ lệ vỡ hạt…Bên cạnh đó, trong tương lai, các sản phẩm của phân xưởng cũng góp
phần chủ động được nguồn cung cho Nhà máy đạm Cà Mau (do PVN đầu tư xây
dựng) và các nhà máy đạm khác (đạm Ninh Bình, đạm Hà Bắc…) tại Việt Nam.
1.1.3. Công nghệ phân xưởng UFC85/Formaldehyde
Công nghệ sản xuất UFC85/Formaldehyde hiện đang sử dụng tại phân xưởng
UFC85/Formaldehyde là công nghệ oxy hóa MeOH có sử dụng xúc tác oxit kim loại
được cung cấp bởi hãng công nghệ bản quyền Haldor Topsoe (Đan Mạch).
Nguồn nguyên liệu MeOH được nhập từ nước ngoài. Sản phẩm của phân xưởng
là dung dịch Formaldehyde hoặc dung dịch UFC85 với công suất tương ứng 25.000
tấn Formaldehyde/năm hoặc 15.000 tấn UFC85/năm, cung cấp trực tiếp đến phân
xưởng Urê, xưởng phụ trợ hoặc xuất khẩu (tương lai).
Hình 1.3. Tổng quan công nghệ xưởng Formaldehyde/UFC85
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 5
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
1.2. Tổng quan về nguyên liệu sản xuất
1.2.1. Tổng quan nguyên liệu MeOH [2]
1.2.1.1. Tính chất vật lý
Methanol, công thức phân tử CH3OH, là chất lỏng không màu, có tính độc, có
mùi tương tự Ethanol. Về tính hòa tan, MeOH tan nhiều trong nước, rượu, benzen, các
ester và trong nhiều dung môi hữu cơ khác. MeOH hòa tan tốt được các loại nhựa
nhưng ít hòa tan trong các chất béo và dầu.
Một số tính chất vật lý quan trọng của hợp chất MeOH được trình bày chi tiết
trong Bảng 1.1:
Bảng 1.1. Tính chất vật lý MeOH
STT Tính chất Đơn vị Giá trị
1 Khối lượng phân tử đv.C 32,00
o
2 Nhiệt độ tới hạn C 239,49
3 Áp suất tới hạn Mpa 8,10
4 Thể tích tới hạn g/mol 117,90
5 Độ nén tới hạn - 0,22
o
6 Nhiệt độ sôi (tại 101,3kPa) C 64,70
o
7 Nhiệt độ nóng chảy (tại 101,3kPa) C -97,60
8 Nhiệt bốc hơi (tại 101,3kPa) KJ/kg 1128,80
9 Tỷ trọng:
Ở 0 oC g/cm3 0,81
Ở 25 oC 0,79
Ở 50 oC 0,76
10 Hàm nhiệt tiêu chuẩn:
Ở 25oC ( 101,3 kPa ), pha khí KJ/mol -162,24
o
Ở 25 C ( 101,3 kPa), pha lỏng -166,64
11 Nhiệt dung riêng:
Ở 25oC (tại 101,3 kPa ), pha khí J/moloK 44,06
Ở 25oC (tại 101,3 kPa), pha lỏng 81,05
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 6
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
STT Tính chất Đơn vị Giá trị
12 Độ nhớt:
Pha lỏng mPa.s 0,55
Pha hơi 9,68.10-3
13 Điểm chớp cháy (DIM51755) 6,50
o
Bình hở C 15,60
Bình kín 12,20
Tại nhiệt độ phòng, MeOH là một chất lỏng phân cực và được sử dụng như một
chất chống đông, dung môi, nhiên liệu và cũng là một chất biến tính cho dung dịch
ethanol.
1.2.1.2. Tính chất hóa học
MeOH là hợp chất đơn giản đầu tiên trong dãy đồng đẳng các rượu no đơn chức
(CnH2n+1OH), do vậy, hóa tính của MeOH được quyết định chủ yếu bởi nhóm chức
hydroxyl [–OH]. Một số phản ứng tiêu biểu của MeOH như sau:
Phản ứng cộng NaOH tạo muối ancolat:
CH 3OH NaOH CH 3ONa H 2O
Phản ứng cộng axit tạo este:
CH 3OH CH 3COOH CH 3COOCH 3 H 2O
CH 3OH C2 H 5COOH C2 H 5COOCH 3 H 2O
Oxi hóa hoàn toàn tạo khí cacbonic và nước:
3
CH 3OH O2 CO2 H 2 O
2
Oxi hóa không hoàn toàn tạo Formaldehye:
1
CH 3OH O2 HCHO H 2O
2
Qua các tính chất hóa lý của MeOH, có thể thấy khả năng bốc cháy và tạo thành
hỗn hợp hơi cháy nổ của MeOH là một trong những vấn đề cần quan tâm về sự an toàn
khi sử dụng và bảo quản. Ngọn lửa bốc cháy của MeOH hầu như không nhìn thấy
được dưới ánh sáng ban ngày, điều này gây nên những khó khăn trong vấn đề phát
hiện sự bốc cháy của MeOH, đồng thời, ngọn lửa của MeOH không sinh ra bồ hóng
mặc dù có Formaldehyde và CO sinh ra trong quá trình bốc cháy. Do vậy, trong thực
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 7
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
tế, để đánh giá hợp chất MeOH, người phân tích phải xem xét đến các tính chất về giới
hạn điểm sôi, tỷ trọng, số Permanganat, chỉ số màu, chỉ số axít, hàm lượng nước và
phần khô cặn.
1.2.1.3. Ứng dụng của MeOH
MeOH là một trong những nguồn nguyên liệu được ứng dụng rộng rãi cho việc
sản xuất Formaldehyde, dimetyl terephtalat, metyl methacrylat, cao su tổng hợp. Ngoài
ra, MeOH còn nguyên liệu cho các quá trình sản xuất các sản phẩm như amin
polyvinyl clorit, nhựa trao đổi ion, sản phẩm nhuộm.
Theo số liệu của Tổng Cục Thống kê, năm 2014, tại Việt Nam, khoảng 25%
MeOH được ứng dụng như một loại dung môi cho ngành công nghiệp sơn, 6% MeOH
là dung môi cho ngành điện tử và 3% MeOH còn lại là dung môi cho các ngành khác
như ngành công nghiệp giấy, mực in, chất tẩy rửa kim loại, dung môi phòng thí
nghiệm…
Hình 1.4. Ứng dụng chính của MeOH
MeOH còn là nguyên liệu sản xuất MTBE, đây là chất phụ gia cho sản phẩm
xăng nhằm tăng khả năng chống kích nổ cho xăng, thay thế chất phụ gia có chứa chì
trước đây nhằm bảo vệ sức khỏe, môi trường.
1.2.1.4. Phương pháp sản xuất MeOH
Công nghiệp sản xuất MeOH hiện nay trên thế giới tập trung vào hai phương
pháp cơ bản sau:
Phương pháp thu MeOH tự nhiên;
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 8
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Phương pháp thu MeOH tổng hợp.
Các phương pháp sản xuất MeOH tự nhiên bao gồm quá trình chưng cất gỗ hoặc
tiến hành lên men. Về cơn bản, phương pháp này có nhiều điểm tương đồng với
phương pháp sản xuất cồn etyllic (ethanol), tuy nhiên phương pháp này rất ít được sử
dụng vì cho hiệu suất thấp và sản phẩm MeOH có độ tinh khiết không cao, chứa nhiều
các tạp chất hữu cơ.
Hướng công nghệ mới hiện nay sản xuất MeOH đi từ khí tổng hợp theo phương
trình phản ứng sau:
o
200 atm ,300 C
CO H 2 CH 3OH
Với sự phát triển của hoạt động tìm kiếm, thăm dò dầu khí, các nguồn khí thiên
nhiên ngày càng đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa dầu. Các hãng công
nghệ trên thế giới đã nghiên cứu và phát triển phương pháp sản xuất MeOH từ khí
đồng hành và khí tự nhiên thu được từ các mỏ dầu và mỏ khí theo phương trình phản
ứng sau:
P ,T , xt
2CH 4 O2 2CH 3OH
Công nghệ chuyển hóa khí thiên nhiên thành MeOH đã được thương mại hóa
rộng rãi trên thế giới. Các nhà cung cấp bản quyền tiêu biểu trong lĩnh vực này là
Haldor Topsoe, Toyo, Air Liquid (GmbH), Casale, Johnson Matthey Davy
Technologies và Kellogg Brown & Root (KBR).
Công nghệ sản xuất MeOH tổng hợp trải qua 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Sản xuất khí tổng hợp (H2 + CO);
Giai đoạn 2: Chuyển hóa khí tổng hợp thành MeOH.
Trong trường hợp cần sản xuất hydro, khí tổng hợp (H2 + CO) được tạo ra từ giai
đoạn 1 có thể được trích ra một dòng rồi đem qua phân xưởng tinh chế để tách loại
CO. Khí hydro thu được có độ tinh khiết lên đến 99%.
Các phương pháp trên là được sử dụng rộng rãi nhất, bên cạnh đó còn các
phương pháp sản xuất MeOH khác như:
Oxy hóa trực tiếp Hydrocacbon;
Xà phòng hóa Methylclorua;
Hydrat hóa Dimethylete.
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 9
- Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
1.2.2. Tổng quan sản phẩm Formaldehyde [3]
1.2.2.1. Giới thiệu
Formaldehyde là một trong những hóa chất công nghiệp cơ bản, có rất nhiều ứng
dụng trong công nghiệp tổng hợp hữu cơ, phụ gia phân bón. Sản lượng Formaldehyde
thế giới hiện nay khoảng 20 triệu tấn/năm và tăng hàng năm khoảng 5%, đứng thứ 4
trong bảng xếp hạng các loại hóa chất thông dụng.
1.2.2.2. Tính chất vật lý
Formaldehyde, công thức phân tử là CH2O. Tại điều kiện thường, Formaldehyde
là chất khí có mùi hắc, là loại khí độc mạnh và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Tại
nhiệt độ thấp Formaldehyde dễ dàng tan trong các dung môi không phân cực như
nước, Toluene, ether, Ethyl acetate…
Dung dịch chứa 37-50% khối lượng HCHO trong nước gọi là Formalin. Một hiện
tượng khá phổ biến khi bảo quản Formalin là nó dễ bị polyme hóa và kết tủa. Để
khống chế quá trình polyme hóa sâu và kết tủa của Formalin, trong công nghiệp, người
ta thường bổ sung thêm 7 - 12 %kl MeOH trong sản phẩm Formalin đóng vai trò như
chất ổn định.
Khí HCHO rất dễ cháy, có thể tạo thành hỗn hợp cháy nổ với O2 không khí ở
điều kiện áp suất thường trong giới hạn từ 7,5-72 %tt và hỗn hợp HCHO với không
khí từ 65 – 70 %tt. So với hyđrocacbon có cùng số nguyên tử C trong phân tử (CH4),
nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi của Formaldehyde cao hơn. Nhưng so với anlcol đơn
chức (1 nhóm [OH]) có cùng số nguyên tử C (CH3OH) thì nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng
chảy của HCHO lại thấp hơn.
Một số tính chất vật lý quan trọng của Formaldehyde được thể hiện tại Bảng 1.2:
Bảng 1.2. Tính chất vật lý Formaldehyde
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Khối lượng phân tử đvC 30,03
o
2 Nhiệt độ sôi C -21,00
o
3 Nhiệt độ nóng chảy C -92,00
o
4 Nhiệt độ hóa lỏng C -19,20
o
5 Nhiệt độ đóng rắn C -118,00
6 Nhiệt trị cháy, 25 oC KJ/mol 561,50
7 Nhiệt hóa hơi, 19,2oC KJ/mol 23,32
9 Tỷ trọng:
Ở -20 oC kg/m3 0,81
Ở -80 oC 0,79
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 10
nguon tai.lieu . vn
