ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

HUỲNH VĂN HÒA

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PINCH ĐỂ TỐI ƯU
MẠNG LƯỚI NHIỆT CHO PHÂN XƯỞNG AMMONIA
TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ (PVFCCo)
Chuyên ngành: KỸ THUẬT NHIỆT
Mã số:

60520115

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. TẠ ĐĂNG KHOA
Chữ ký ............................ ..........................
Cán bộ chấm nhận xét 1 :
Chữ ký ......................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 :
Chữ ký ......................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 08 tháng 09 năm 2020
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. CT: GS.TS. Lê Chí Hiệp

2. TK: TS. Tạ Đăng Khoa
3. UV: PGS.TS Lê Anh Đức
4. PB1: TS. Hà Anh Tùng
5. PB2: TS. Lê Minh Nhựt
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIATP.HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

——————————

——————————

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
Ngày, tháng , năm, sinh:
Chun ngành:

HUỲNH VĂN HỊA

MSSV: 1670684

Nơi sinh: Bình Định

21-12-1989
Kỹ Thuật Nhiệt

Mã số: 60520115

I. TÊN ĐỀ TÀI :
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PINCH ĐỂ TỐI ƯU MẠNG LƯỚI NHIỆTCHO
PHÂN XƯỞNG AMMONIA TRONG NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ (PVFCCo)
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Tìm hiểu mạng nhiệt của nhà máy Đạm Phú Mỹ
 Đánh giá mạng nhiệt củanhà máy Đạm Phú Mỹ bằng kỹ thuật Pinch
 Đề xuất các giải pháp kỹ thuật
 Tính kinh tế cho từng giải pháp kỹ thuật
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19 - 08 - 2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08 - 08 - 2020
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TẠ ĐĂNG KHOA
Tp. HCM, ngày tháng năm 2020
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trải qua một thời gian dài nỗ lực học tập và nghiên cứu, để đi đến được kết

quả như ngày hôm nay em đã được rất nhiều sự giúp đỡ của gia đình, thầy cơ và
các bạn.
Qua đây em xin được gửi lời cảm ơn chân thành với lòng biết ơn sâu sắc tới
thầy giáo TS. Tạ Đăng Khoa, người đã hết lịng giúp đỡ em hồn thành luận văn
này.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các Thầy, Cơ trong bộ mơn Cơng
Nghệ Nhiệt và Phịng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Bách Khoa HCM đã
tận tình truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình
học tập nghiên cứu để hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến gia đình và những người bạn đã luôn
động viên, ủng hộ và giúp đỡ em trong suốt q trình học tập và hồn thành luận
văn này.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để hồn thành luận văn bằng tất cả sự nhiệt
tình và khả năng của mình, tuy nhiên luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu
sót và hạn chế. Kính mong nhận được sự chia sẻ và đóng góp ý kiến của các Thầy
, Cô và các bạn đồng nghiệp.
Trân trọng cảm ơn.

Huỳnh Văn Hòa


TÓM TẮT
Luận văn nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật Pinchđể tối ưu mạng lưới nhiệt cho
phân xưởng ammonia trong nhà máy Đạm Phú Mỹ. Từ đó đưa ra các giải pháp kỹ
thuật với mục tiêu giảm chi phí năng lượng của nhà máy. Kết quả đạt được sau khi sữa
lỗi mạng nhiệt và bổ sung thêm một số thiết bị trao đổi nhiệt đã giảm 46,3% năng
lượng tiêu thụ cho toàn nhà máy.

ABSTRACT
This thesis studies about Pinch analysis techniques application to optimize heat

exchanger network of ammonia plan in PVFCCo. Then set out the technical solutions
with the goal of the reducing the cost of the plant's energy. The results obtained after
addition of the heat enchanger fell 46,3 % of the energy consumption of the entire
plant


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “ Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật Pinch để tối
ưu mạng lưới nhiệt cho phân xưởng ammonia trong nhà máy đạm Phú Mỹ
(PVFCCo)” là cơng trình của Tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Tạ Đăng
Khoa. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và
khôngtrùng lặp hay sao chép từ các đề tài khác. Tơi cũng cam đoan rằng mọi
thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2020
Người cam đoan

Huỳnh Văn Hịa


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................... 1
1.2. Mục đích của đề tài ........................................................................................... 2
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 2
1.4. Ý nghĩa khoa học và nội dung nghiên cứu ......................................................... 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NHÀ MÁY .................................................................... 4
2.1. Giới thiệu nhà máy ............................................................................................ 4
2.2. Công nghệ sản xuất Ammoniac ......................................................................... 5
2.3. Công nghệ sản xuất Urea................................................................................. 10

2.4. Xưởng phụ trợ................................................................................................. 17
CHƯƠNG 3: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT PINCH .. 20
3.1. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................... 20
3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới................................................................... 21
CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT PINCH.......................................... 25
4.1. Giới thiệu về kỹ thuật Pinch ............................................................................ 26
4.2. Các khái niệm cơ bản của kỹ thuật Pinch ........................................................ 28
4.2.1. Thu hồi nhiệt và trao đổi nhiệt .................................................................. 28
4.2.2. Giản đồ nhiệt độ – Enthalpy ..................................................................... 29
4.2.3. Đường cong nhiệt (Composite Curves)..................................................... 31
4.2.4. Dòng nhiệt tổng (Grand Composite Curve) .............................................. 37
4.2.5. Ý nghĩa của điểm Pinch ............................................................................ 38
4.2.6. Thiết kế mạng lưới trao đổi nhiệt.............................................................. 40
CHƯƠNG 5: KIỂM TRA MẠNG NHIỆT CỦA NHÀ MÁY ..................................... 42
5.1. Giới thiệu về phần mềm phụ trợ kỹ thuật phân tích Pinch............................... 42
5.1.1. Phần mềm Hysys .......................................................................................... 42
5.1.2. Phần mềm Hint......................................................................................... 43
5.2. Giới thiệu mạng nhiệt của nhà máy đạm Phú Mỹ ............................................ 43
5.3. Thu thập dữ liệu phục vụ cho kỹ thuật phân tích Pinch................................... 46
5.4. Lựa chọn ∆Tmin ............................................................................................. 49
5.5. Xây dựng sơ đồ đường cong nhiệt tổng và sơ đồ Cascade của các dòng nhiệt :49


5.6. Kiểm tra mạng nhiệt của nhà máy ................................................................... 50
5.7. Phân tích và lựa chọn phương án ..................................................................... 57
5.8. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật......................................................................... 57
CHƯƠNG 6: SỬA LỖI MẠNG NHIỆT VÀ TÍNH TỐN KINH TẾ ....................... 59
6.1. Sửa lỗi mạng nhiệt của nhà máy ...................................................................... 59
6.1.1. Sửa lỗi mạng nhiệt dưới điểm Pinch ......................................................... 59
6.1.2. Sửa lỗi mạng nhiệt trên điểm Pinch ......................................................... 62

6.2. Xác định chi phí đầu tư các thiết bị trao đổi nhiệt ........................................... 67
6.2.1. Diện tích các thiết bị trao đổi nhiệt ........................................................... 67
6.2.2. Chi phí cơ bản của các thiết bị trao đổi nhiệt ............................................ 67
6.2.3. Chi phí đầu tư các thiết bị trao đổi nhiệt ................................................... 68
6.3. Tính tốn các chỉ tiêu kinh tế cho từng giai đoạn đầu tư .................................. 69
6.3.1. Đầu tư giai đoạn 1 .................................................................................... 69
6.3.2. Đầu tư giai đoạn 2 .................................................................................... 70
6.3.3. Đầu tư giai đoạn 3 .................................................................................... 71
6.4. Mơ phỏng kết quả tính tốn................................................................................. 71
CHƯƠNG 7:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ....................... 74
7.1. Kết luận về kết quả đạt được và chưa đạt được................................................ 74
7.1.1. Kết quả đạt được ...................................................................................... 74
7.1.2. Kết quả chưa đạt được .............................................................................. 74
7.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................................ 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 75


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mối quan hệ giữa mức độ tiêu thụ năng lượng và khí thải CO2(Nguồn: U.S.
Energy Information Administration, International Energy Outlook 2016)
Hình 2.1: Hình ảnh tổng quan nhà máy Đạm Phú Mỹ
Hình 2.2: Sơ đồ khối cơng nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ
Hình 2.3: Sơ đồ tổng thể về dây chuyền cơng nghệ của phân xưởng Ammoniac
Hình 2.4: Sơ đồ cơng nghệ xưởng Urea
Hình 2.5: Sơ đồ khối cơng nghệ xưởng Urea
Hình 2.6: Hệ thống sản xuất nước khử khống
Hình 2.7: Hệ thống làm lạnh nước tuần hồn
Hình 2.8: Bồn trích trữ Ammoniac
Hình 2.9: Hệ thống xử lý nước thải
Hình 4.1: Một sơ đồ quy trình cơng nghệ hố học đơn giản

Hình 4.2: Sơ đồ cơng nghệ đơn giản
Hình 4.3: Giản đồ nhiệt độ – Enthalpy
Hình 4.4: Giản đồ nhiệt độ – Enthalpy với chênh lệch nhiệt độ là 20oC
Hình 4.5: Phương pháp tổ hợp đường cong nhiệt
Hình 4.6: Tổ hợp đường cong nhiệt nóng và lạnh tương ứng với ∆

= 10℃

Hình 4.7: Sơ đồ biểu diễn các dịng tương ứng với giá trị nhiệt độ giả
Hình 4.8: Đánh giá khả năng tận dụng nhiệt từ khoảng nhiệt độ thứ đến khoảng nhiệt
độ thứ + 1
Hình 4.9: Cường độ dòng nhiệt dịch chuyển hướng từ nhiệt độ cao nhất đến thấp nhất
Hình 4.10: Tổ hợp đường cong nhiệt biểu diễn theo giá trị nhiệt độ giả
Hình 4.11: Đường cong nhiệt tổng biểu diễn theo giá trị nhiệt độ giả
Hình 4.12: Điểm Pinch chia tổ hợp đường cong nhiệt thành hai vùng trên Pinch và
dưới Pinch
Hình 4.13: Nhu cầu nguồn nhiệt tăng thêm khi truyền nhiệt ngang qua điểm Pinch
Hình 4.14: Biểu diễn sơ đồ lưới
Hình 5.1: Biểu tượng phần mềm Hysys (Aspen Energy Analyzer)
Hình 5.2: Biểu tượng phần mềm Hint


Hình 5.3: Sơ đồ cơng nghệ phân xưởng urea của nhà máy đạm Phú Mỹ
Hình 5.4:Sơ đồ cơng nghệ phân xưởng Ammoniac của nhà máy đạm Phú Mỹ
Hình 5.5: Đường cong tổ hợp nóng và lạnh của nhà máy
Hình 5.6: Sơ đồ Cascade của các dịng nhiệt nhà máy
Hình 5.7: Sơ đồ mạng lưới nhiệt của nhà máy
Hình 5.8: Lỗi làm mát cho dịng nóng trên điểm Pinch
Hình 5.9: Lỗi gia nhiệt cho dịng lạnh dưới điểm Pinch
Hình 5.10: Lỗi gia nhiệt cho dịng lạnh băng qua điểm Pinch

Hình 5.11: Lỗi làm mát cho dịng nóng băng qua điểm Pinch
Hình 5.12: Lỗi truyền nhiệt băng qua điểm Pinch
Hình 6.1: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E1)
Hình 6.2: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E2)
Hình 6.3: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E3)
Hình 6.4: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E4)
Hình 6.5: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E5)
Hình 6.6: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E6)
Hình 6.7: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E7)
Hình 6.8: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E8)
Hình 6.9: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E9)
Hình 6.10: Thơng số nhiệt động của thiết bị (E10)
Hình 6.11: Sơ đồ mạng lưới nhiệt sửa lỗi phần dưới Pinch
Hình 6.12: Sơ đồ mạng lưới nhiệt sửa lỗi phần trên Pinch
Hình 6.13: Sơ đồ mơ phỏng qui trình cơng nghệ phân xưởng ammoniac
Hình 6.14: Sơ đồ mơ phỏng qui trình cơng nghệ phân xưởng ammoniac khi bổ sung
thêm 2 thiết bị trao đổi nhiệt


DANH MỤC KÝ HIỆU
CB

Chi phí cơ bản.

Ccap

Chi phí đầu tư.

Cp (kJ/kg.oC)


Nhiệt dung riêng đẳng áp.

CP (kW/oC)

Nhiệt dung lưu lượng khối lượng.
Hệ số lắp đặt đường ống
Hệ số xét đến vật liệu
Hệ số lắp đặt thiết bị
Hệ số lắp đặt thiết bị điện
Hệ số lắp đặt thiết bị điều khiển
Hệ số lắp đặt cơng trình dân dụng
Hệ số lắp đặt cấu trúc và tòa nhà
Hệ số lắp đặt cách nhiệt và sơn

i (%)

Lãi suất ngân hàng.

∅Lãi suất ròng
a

Lạm phát

m (kg/s)

Lưu lượng khối lượng

QC (kW)

Công suất làm lạnh.


QCmin (kW)

Công suất làm lạnh tối thiểu.

QH (kW)

Công suất gia nhiệt.

QHmin (kW)

Công suất gia nhiệt tối thiểu.

Qrec (kW)

Công suất thu hồi nhiệt.

o

TPinch ( C)

Nhiệt độ điểm Pinch.

o

Nhiệt độ đầu vào của dòng nhiệt.

o

TT ( C)


Nhiệt độ đầu ra của dòng nhiệt.

∆H (kW)

Độ chênh lệch entanpy của dòng nhiệt.

∆Tmin (oC)

Độ chênh lệch nhiệt độ tối thiểu

TS ( C)

A (m2)Diện tích thiết bị trao đổi nhiệt


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1: Một số thông số vật lý quan trọng của hai dịng cơng nghệ
Bảng 4.2: Thơng số vật lý của trường hợp có 2 dịng nóng và 2 dòng lạnh
Bảng 4.3: Giá trị nhiệt độ giả của các dòng
Bảng 5.1: Dữ liệu nhiệt động các dòng nhiệt nhà máy
Bảng 5.2: Những dòng bổ sung nhiệt lạnh trên Pinch
Bảng 5.3: Những dịng bổ sung nhiệt nóng dướiPinch
Bảng 5.4: Sử dụng dòng phụ trợ băng qua điểm Pinch
Bảng 5.5: Những dòng sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt băng qua điểm Pinch
Bảng 6.1: Trang bị thêm các thiết bị trao đổi nhiệt
Bảng 6.2: Chi phí đầu tư các thiết bị trao đổi nhiệt bổ sung


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Thế giới càng phát triển thì nhu cầu năng lượng càng tăng cao,chủ yếu dựa vào
nguồn nhiên liệu hóa thạch này, tuy nhiên nguồn nhiên liệu này ngày càng cạn kiệt,
làm cho giá thành ngày càng tăng. Ngoài ra, việc sử dụng nguồn nhiên liệu này gây ra
hiệu ứng nhà kính, hậu quả dẫn đến nhiệt độ trái đất ngày càng nóng lên, nước biển
dâng cao, hạn hán, lũ lụt… Tất cả những mối nguy hại đó tác động trực tiếp đến mơi
trường sống của chính con người.

Hình 1.1: Mối quan hệ giữa mức độ tiêu thụ năng lượng và khí thải CO2(Nguồn: U.S.
Energy Information Administration, International Energy Outlook 2016)
Để giảm thiểu tác động môi trường, các nhà khoa học đã và đang tìm ra những
nguồn năng lượng thay thế khác như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng
thủy triều, năng lượng địa nhiệt... Thế nhưng có một giải pháp tuy không tạo ra năng
lượng nhưng cũng không kém phần hiệu quả, đó là nghiên cứu giải pháp tiết kiệm
năng lượng, nâng cao hiệu suất sử dụngcác nguồn năng lượng hiện có trong các nhà
máy cơng nghiệp.
Ngành chế biến dầu khí là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của nước
ta.Dầu khí khơng chỉ mang lại nguồn ngoại tệ lớn cho quốc gia mà còn là nguồn năng
lượng quan trọng nhất hiện nay cho sự phát triển kinh tế. Tính đến năm 2010, Tập
đồn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PVN) đã cung cấp gần 35 tỷ m3 khí khơ cho sản
xuất, 40% sản lượng điện của tồn quốc, 35 – 40% nhu cầu Urea và cung cấp 70% nhu
cầu khí hóa lỏng cho phát triển cơng nghiệp và tiêu dùng dân sinh (theo báo công

1


thương). Song song với đó, mức độ tiêu thụ năng lượng của ngành dầu khí cũng chiếm
tỷ trọng rất cao trong tổng công suất tiêu thụ năng lượng trong các ngành công
nghiệp.Mặc khác, mức độ tiêu hao năng lượng trên bình quân 1 đơn vị sản phẩm của
Việt Nam cao gấp 5 – 6 lần so với các nước trong khu vực và trên thế giới. Do đó, tiết

kiệm năng lượng là ưu tiên hàng đầu trong chiến lược phát triển năng lượng quốc gia.
Tiết kiệm năng lượng trong ngành dầu khí đã được đặt ra và thực hiện hiệu quả trong
những năm vừa qua.Điển hình là nhà máy Đạm Phú Mỹ đã được áp dụng những biện
pháp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng ngay cả trong thiết kế và vận hành. Các phân
xưởng công nghệ trong nhà máy do những tập đoàn khác nhau thiết kế, mặc dù đã tối
ưu nhưng đó chỉ là tối ưu cục bộ. Kết quả của việc tối ưu cục bộ là tồn tại những phần
năng lượng không được thu hồi, dẫn đến nhu cầu năng lượng của nhà máy tăng lên.
Mặc khác, trong tình hình giá cả nhiên liệu ngày một leo thang, kéo theo giá thành sản
phẩm tăng cao. Từ đó cho thấy, việc đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của mạng
lưới nhiệt trong nhà máy Đạm Phú Mỹđược đặt ra như một nhu cầu tất yếu.
Để đánh giá mạng nhiệt của nhà máy Đạm Phú Mỹ, “Kỹ thuật phân tích Pinch”
là một phương pháp phân tích rất hiệu quả và dễ dàng sử dụng.Nó cho phép xác định
nguyên nhân sử dụng năng lượng không hiệu quả cũng như đưa ra các giải pháp tiết
kiệm năng lượng trong mạng nhiệt của nhà máy.
1.2. Mục đích của đề tài
Áp dụng kỹ thuật phân tích Pinch để đánh giá tồn diện nhu cầu năng lượng và
mạng lưới nhiệt nhằm xác định những lỗi trong thiết kế.Từ đó, đưa ra những giải pháp
cải thiện mạng nhiệt của nhà máy nhằm giảm thiểu nhu cầu sử dụng năng lượng, góp
phần giảm giá thành sản phẩm và hưởng ứng chương trình quốc gia về tiết kiệm năng
lượng của chính phủ, đề tài này mong muốn được ứng dụng vào thực tế tại nhà máy.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là mạng lưới nhiệt
của nhà máy Đạm Phú Mỹ, cụ thể là cụm phân xưởng Ammoniac và cụm phân xưởng
Urea.

2


1.4. Ý nghĩa khoa học và nội dung nghiên cứu
Ý nghĩa khoa học của đề tài:Chứng minh hiệu quả việc sử dụng kỹ thuật phân

tích Pinch trong vi mơ lớn. Qua đó góp phần tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm
lượng khí thải CO2 và tiết kiệm tài nguyên.
Nội dung nghiên cứu của đề tài :
+ Trích xuất dữ liệu từ bản vẽ thiết kế của nhà máy
+ Xây dựng mạng lưới nhiệt thực tế
+ Kiểm tra mạng lưới nhiệt
+ Đề xuất các giải pháp
+ Tính tốn kinh tế cho từng giải pháp

3


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NHÀ MÁY
2.1. Giới thiệu nhà máy

Hình 2.1: Hình ảnh tổng quan nhà máy Đạm Phú Mỹ
Nhà máy Đạm Phú Mỹ, tọa lạc tại khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân
Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, là đơn vị thành viên của Tổng công ty Phân bón và
Hóa chất Dầu khí (PVFCCo). Nhà máy được khởi công xây dựng vào tháng 3 năm
2001 và được hồn thành vào tháng 9 năm 2004 với cơng suất thiết kế là 740000 tấn
Urea/năm. Nhà máy có vị trí địa lý chiến lược, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía
Nam, nằm gần nguồn cung cấp nguyên liệu khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn
hoặc bể Cửu Long ngoài khơi tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Hơn nữa, nhà máy vừa gần
cụm cảng sông lớn nhất Việt Nam, vừa gần trục hệ thống đường bộ nên vô cùng thuận
tiện cho việc vận chuyển nguyên liệu đến nhà máy cũng như phân phối sản phẩm đi
khắp các thị trường tiêu thụ trên cả nước.
Nhà máy sử dụng công nghệ tổng hợp Ammoniac của hãng Haldor Topsoe
(Đan Mạch), công nghệ tổng hợp Urea của hãng Snamprogetti (Ý) và công nghệ thu
hồi CO2 từ khí thải của hãng Mitsubishi (NhậtBản). Đây là các công nghệ hàng đầu
trên thế giới với dây chuyền khép kín, với đầu vào là khí thiên nhiên (từ mỏ Bạch Hổ

và Nam Côn Sơn được cung cấp bởi nhà máy chế biến khí Dinh Cố), khơng khí và sản
phẩm là Ammoniac và đạm Urea. Chu trình cơng 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 khơng đủ điện cung cấp.

Hình 2.2. Sơ đồ khối công nghệ nhà máy Đạm Phú Mỹ
Hiện nay, đạm Urea của Phú Mỹ cung cấp khoảng 40% nhu cầu thị trường
trong nước, đóng vai trị quan trọng trong việc tự chủ nguồn phân bón đối với một đất
nước nông nghiệp như Việt Nam. Nhà máy được xây dựng vừa giải quyết được vấn đề
thiếu nguồn cung đạm trong nước, vừa sử dụng hiệu quả nguồn khí đồng hành (vốn
phải đốt bỏ ở giàn khoan) và khí thiên nhiên ngày càng được phát hiện nhiều hơn.
2.2. Công nghệ sản xuất Ammoniac
Mục đích của phân xưởng Ammoniac là cung cấp NH3 và H2 cho phân xưởng
Urea và sản xuất NH3 thương mại đưa vào bể chứa.


Hình 2.3:Sơ đồ tổng thể về dây chuyền cơng nghệ của phân xưởng Ammoniac
Thuyết minh: Dịng khí thiên nhiên NG, đầu tiên được xử lý lưu huỳnh ở cụm
khử lưu huỳnh nhằm tránh gây ngộ độc xúc tác. Dịng khí cơng nghệ đi ra từ cụm
Hydro hố được đưa lần lượt vào 2 thiết bị reforming sơ cấp và thứ cấp, với mục đích
là chuyển hố các Hydrocarbon trong dịng khí thành khí CO2 và H2 với sự có mặt của
hơi nước.
Vì vẫn cịn một lượng CO chưa chuyển hố tạo thành CO2, do vậy, dịng khí
tiếp tục đưa đến cụm chuyển hoá CO thành CO2, và được đưa đến cụm hấp thụ
CO2bằng dung dịch MDEA (Methyl Diethanol Amine), CO2 được tách ra và đưa đi
sản xuất Urea. Dịng khí đi ra từ cụm tách CO2 vẫn còn chứa một lượng CO và CO2,
do đó, được đưa vào cơng đoạn Methane hoá, thực chất, là các phản ứng ngược với
các phản ứng của cơng đoạn reforming.

Khí cơng nghệ được đưa đến cụm tổng hợp NH3, với độ chuyển hoá đạt khoảng
25%. NH3 được tách ra khỏi hỗn hợp khí sau phản ứng bằng quá trình làm lạnh tầng
bậc, tách dần NH3 ra khỏi hỗn hợp.
Ngồi ra, trong sơ đồ cơng nghệ của phân xưởng Ammoniac cịn có 2 cụm: Thu
hồi H2 và thu hồi NH3, và các cụm thu hồi nhiệt thừa để sản xuất hơi nước (steam), và
gia nhiệt ngun liệu
 Cơng đoạn khử lưu huỳnh
Khí thiên nhiên ngun liệu của xưởng chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh tồn tại ở
dạng hợp chất. Trong quá trình phản ứng, nếu hàm lượng lưu huỳnh vượt cao hơn


nồng độ cho phép sẽ gây các tác hại như ngộ độc xúc tác, ăn mòn, là chất độc hại. Vì
vậy việc xử lý dịng khí thiên nhiên là rất cần thiết để đảm bảo cho các quá trình tổng
hợp ở giai đoạn sau.
Các hợp chất lưu huỳnh dưới dạng hữu cơ được chuyển hoá thành H2S bằng
xúc tác hydro hố. Sau đó H2S được hấp phụ bằng oxit kẽm. Trong q trình phản
ứng, các olefin cũng bị hydro hóa thành hydrocacbon no, và nitơ dạng hữu cơ chuyển
hoá thành NH3 và hydrocacbon no.
- Hấp thụ H2S
Khí tự nhiên sau khi hydro hóa lưu huỳnh được đưa vào các bình hấp thụ bằng
kẽm oxit. Nhiệt độ vận hành bình thường là khoảng 400oC. Kẽm oxit phản ứng với
hydro sulphide và cacbonyl sulphide trong những phản ứng thuận nghịch sau đây:
ZnO + H2S  ZnS + H2O

(2.1)

ZnO + COS  ZnS + CO2

(2.2)


 Cơng đoạn Refeforming
-

Reforming sơ cấp

Reforming sơ cấp có vai trị tạo ra H2 từ dịng khí thiên nhiên và hơi nước cho
quy trình tổng hợp Ammoniac và các quy trình khác như quy trình khử lưu huỳnh hay
quá trình khử xúc tác.
Q trình reforming hơi nước có thể được diễn tả bởi các phản ứng sau đây:
CnHm+ H2O Cn-1Hm-2 + CO + 2H2 – Q
CH4 + 2H2O CO + 3H2 – Q
CO + H2O CO2 + H2O + Q

(2.3)
(2.4)
(2.5)

Nhiệt cho phản ứng trong thiết bị reforming sơ cấp được cung cấp dưới dạng
gián tiếp từ lò đốt. Hỗn hợp hơi nước và khí thiên nhiên, được gia nhiệt lên khoảng
535oC đi vào đỉnh của các ống thẳng đứng thơng qua ống góp phân phối phía trên.
Hỗn hợp khí đi ra khỏi ống ở nhiệt độ khoảng 783 oC và đi vào ống gom phía dưới.
Phần nhiệt thải sẽ được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nguyên liệu đi vào phản ứng
cũng như sản suất hơi siêu cao áp.
-

Reforming thứ cấp
Dịng cơng nghệ ra khỏi refoming sơ cấp sẽ đi vào thiết bị reformer thứ cấp

được nạp sẵn xúc tác. Trong khoảng khơng gian trống phía trên của reformer thứ cấp


7


người ta lắp béc đốt 10-J-2001, tại đó khơng khí trộn một phần vào khí cơng nghệ.
Q trình đốt khí cơng nghệ với khơng khí làm cho nhiệt độ khí tăng lên đến 11001200oC trong phần trên của reformer thứ cấp. Do phản ứng reforming với Metan hấp
thụ nhiệt, nhiệt độ giảm khi khí đi xuống dưới qua lớp xúc tác và ra ở nhiệt độ khoảng
958 oC. Lượng nhiệt mang theo của dòng sản phẩm reforming thứ cấp được dùng để
sản suất hơi quá nhịêt trong bộ quá nhiệt V-2001.
 Cơng đoạnchuyển hóa CO
Cacbon monoxit trong khí cơng nghệ sau cơng đoạn reforming sẽ được chuyển
hố thành cacbon dioxit và hydro theo phản ứng chuyển hoá CO trong 10-R-2004 và
10-R-2005:
CO + H2O CO2 + H2 + Q

(2.6)

Quá trình chuyển hóa CO xảy ra hai giai đoạn là chuyển hố CO nhiệt độ cao
và chuyển hoá CO nhiệt độ thấp.
 Cơng đoạntách CO 2
Khí CO2 được tách ra khỏi dịng cơng nghệ nhờ q trình hấp thụ bằng dung
dịch amin. Dung mơi được dùng cho q trình hấp thụ CO2 là MDEA. Hệ thống cơng
nghệ chính bao gồm một tháp hấp thụ CO2 hai cấp, một tháphấp thụCO2 và hai bình
tách flash. Trong tháp hấp thụ, CO2 được tách ra khỏi dịng khí bằng hấp thụ ngược
dịng trong hai cấp. Trong phần dưới của tháp hấp thụ, dung dịch tái sinh được dùng để
hấp thụ phần lớn CO2. Trong phần trên của tháp này, dung dịch tái sinh được dùng để
tách CO2 còn lại.
Trong tháp giải hấp thụ, CO2 được khử bằng nhiệt, nhiệt cho yêu cầu này được
tạo ra trong nồi đun tháp hấp thụ nhờ vào khí nóng cơng nghệ.
 Cơng đoạn Metan hóa
Metan hố là q trình mà các loại cacbon oxit dư sẽ được chuyển hoá thành

Metan. Vì trong quá trình tổng hợp AmmoniacMetan chỉ như một khí trơ, cịn các hợp
chất chứa oxy như là cacbon oxit (CO và CO2) lại cực kỳ độc hại đối với xúc tác.
Q trình Metan hố xảy ra các phản ứng như những phản ứng ngược của phản
ứng reforming:
CO + 3H2



CH4 + H2O + Q

(2.7)

CO2 + 4H2



CH4 + 2H2O + Q

(2.8)

8


Phản ứng Metan hoá bắt đầu tại nhiệt độ dưới 280oC và gây ra sự gia tăng nhiệt
độ trong lớp xúc tác. Sự gia tăng nhiệt độ phụ thuộc vào hàm lượng CO và CO2 trong
khí cơng nghệ. Nhiệt độ đầu vào cần được điều khiển để đảm bảo hàm lượng CO và
CO2 đủ thấp trong khí đầu ra, nhiệt độ đầu vào khoảng 300oC là tốt nhất tại thời điểm
khởi động.
 Cơng đoạntổng hợp Ammoniac
Q trình tổng hợp Ammoniac xảy ra trong tháp tổng hợp Ammoniac (10-R5001) theo phản ứng dưới đây:

3H2 + N2 2NH3 + Q

(2.9)

Chu trình tổng hợp Ammoniac được thiết kế với áp suất tối đa là 152 bar. Áp
suất vận hành bình thường sẽ là 137 bar trong tháp tổng hợp Ammoniac. Nhiệt độ vận
hành bình thường trong khoảng từ 360-485oC đối với lớp xúc tác thứ nhất và 370445oC đối với lớp xúc tác thứ hai trong bình 10-R-5001.
Sau khi khí tổng hợp đi qua 10-R-5001, khí đi ra được làm lạnh xuống nhiệt độ
tại đó hầu hết Ammoniac được ngưng tụ. Vì vậy có một lượng nhiệt đáng kể tạo thành
trong phản ứng tổng hợp Ammoniac được sử dụng để sản xuất hơi nước siêu áp trong
nồi hơi nhiệt thừa 10-E-5001 và để gia nhiệt nước lị hơi áp suất cao trong 10-E-5002.
Khí đi ra từ tháp tổng hợp được làm lạnh theo từng bước, trước hết trong nồi
hơi nhiệt thừa 10-E-5001 từ nhiệt độ khoảng 440oC xuống 340 oC. Tiếp theo đó, khí
được làm lạnh đến khoảng 280-290oC trong bộ gia nhiệt nước lị hơi 10-E-5002 và
trong bộ trao đổi nhiệt nóng 10-E-5003, nơi mà khí tổng hợp được làm lạnh đến 65 oC
nhờ gia nhiệt khí đầu vào của tháp tổng hợp. Khí tổng hợp sau đó được làm lạnh đến
41oC trong bộ làm lạnh nước 10-E-5004 và xuống thấp hơn, đến 34-35oC trong bộ làm
lạnh thứ nhất 10-E-5005, được dùng để gia nhiệt khí đầu vào của tháp tổng hợp. Q
trình làm lạnh cuối cùng của khí tổng hợp đến -5oC xảy ra trong bộ làm lạnh
Ammoniac thứ nhất 10-E-5006, bộ làm lạnh thứ hai 10-E-5007, và cuối cùng là bộ làm
lạnh Ammoniac thứ hai 10-E-5008. Ammoniac đã ngưng tụ được tách ra khỏi khí tổng
hợp tuần hồn trong bình tách Ammoniac 10-V-5001. Từ bình tách, phần khí khơng
phản ứng được tuần hoàn trở lại đến tháp tổng hợp Ammoniac thông qua bộ làm lạnh
thứ hai, bộ làm lạnh thứ nhất và qua bộ trao đổi nhiệt nóng đến tháp tổng hợp

9


Ammoniac nhờ máy nén tuần hoàn, là một phần của máy nén khí tổng hợp (10-K4031).
Tháp 10-T-5051 hoạt động ở áp suất 123 bar. Hydro và khí trơ rời tháp hấp thụ

ở nhiệt độ khoảng 42 oC và được đưa tới công đoạn thu hồi hydro 10-PK-5002. Hydro
được thu hồi tuần hồn trở lại chu trình tổng hợp tại đầu hút đoạn một máy nén 10-K4031 và khí thải sẽ được dùng như là khí nhiên liệu cho reforming. Dung dịch giàu
NH3 từ đáy tháp hấp thụ sẽ được chưng cất trong tháp chưng 10-T-5053.
2.3. Công nghệ sản xuất Urea
Xưởng Urea có chức năng tổng hợp đạm Urea từ nguồn Ammoniac lỏng và khí
CO2 lấy từ xưởng Ammoniac. Phân xưởng sử dụng công nghệ tạo hạt Urea. Công suất
thiết kế của tháp tạo hạt và các hệ thống gia công sản phẩm là 2640 tấn Urea hạt/ngày.
Công suất tối đa mà phân xưởng có thể đạt được là 2385 tấn Urea /ngày.

Hình 2.4:Sơ đồ cơng nghệ xưởng Urea


Hình 2.5: Sơ đồ khối cơng nghệ xưởng Urea
 Tổng hợp Urea
Ammoniac lỏng từ xưởng Ammoniac được lọc qua các thiết bị lọc Ammoniac
20-FL-1002A/B, sau đó đi vào tháp thu hồi Ammoniac 20-T-1005 và được tập trung
trong bồn chứa Ammoniac 20-V-1005. Từ 20-V-1005, Ammoniac được bơm lên áp
suất 22bar bằng bơm tăng cường 20-P-1005A/B. Một phần Ammoniac này được đưa
tới tháp hấp thụ trung áp 20-T-1001, phần còn lại đi vào cụm tổng hợp cao áp.
Ammoniac vào cụm tổng hợp được bơm bằng bơm Ammoniac cao áp 20-P1001A/B, lên áp suất khoảng 220bar.Trước khi vào tháp tổng hợp, NH3 được gia nhiệt
trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ Ammoniac 20-E-1007, và được sử dụng làm lưu chất đẩy
trong bơm phun cacbonat 20-J-1001.Tại đây cacbonat từ bình tách cacbonate 20-V1001 được đẩy lên áp suất tổng hợp. Hỗn hợp lỏng Ammoniac và cacbonat đi vào đáy
tháp tổng hợp Urea, ở đây hỗn hợp này sẽ phản ứng với dòng CO2 nạp liệu.
CO2 từ xưởng Ammoniac ở áp suất0.18bar và nhiệt độ 45oC đi vào máy nén
CO2 20-PK-1001 và được nén đến áp suất 157bar.
Một lượng nhỏ khơng khí được đưa vào dòng CO2ở đầu vào máy nén 20-PK1001 để thụ động hóa các bề mặt thép khơng rỉ của các thiết bị cao áp, do đó bảo vệ
chúng khỏi ăn mịn do các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng.


Các sản phẩm phản ứng ra khỏi tháp tổng hợp chảy vào phần trên của thiết bị

stripper 20-E-1001, hoạt động ở áp suất 147 bar. Đây là thiết bị phân hủy kiểu màng
trong ống thẳng đứng,trong đó lỏng được phân phố trên bề mặt gia nhiệt dưới dạn
màng và chảy xuống đáy nhờ trọng lực.Thực tế,đây là thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống
thẳng đứng, với môi trường gia nhiệt ở phía vỏ, và đầu ống được thiết kế đặc biệt cho
phép sự phân phối đồng đều dung dịch Urea.Thực tế, mỗi ống có một đầu phân phối
kiểu lồng (ferrule) được thiết kế để phân phối đều dòng lỏng xung quanh thành ống
dưới dạng màng.Các lỗ của đầu phân phối hoạt động như các đĩa;đường kính của các
lỗ và đầu phân phối sẽ điều khiển lưu lượng. Khi màng lỏng chảy, nó được gia nhiệt và
sự phân hủycacbonat và bay hơi bề mặt xảy ra. Hàm lượng CO2trong dung dịch giảm
do stripping NH3 khi NH3 sôi. Hơi tạo thành (thực chất là NH3và CO2) bay lên đỉnh
ống. Nhiệt phân hủy cacbonat được cung cấp nhờ sự ngưng tụ hơi bão hịa 21,8bar.
Dịng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị stripper,và dung dịch thu hồi từ đáy tháp
hấp thụ trung áp 20-T-1001,đi vào các thiết bị ngưng tụ cacbonat 20-E-1005A/B, ở đây
chúng được ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp R-1001 thông qua bơm phun
cacbonat 20-J-1001.
Ngưng tụ khí q trình ở áp suất cao (khoảng 144 bar) cho phép tạo ra hơi bão
hịa 4,9 bar ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cacbonat thứ nhất 20-E-1005A và hơi
3,4bar ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cacbonat thứ hai 20-E-1005B.
Từ đỉnh của bình tách cacbonat 20-V-1001, khí khơng ngưng bao gồm khí trơ
(khơng khí thụ động, khí trơ trong dịngCO2) chứa một lượng nhỏ NH3 và CO2 được
đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phân hủy trung áp 20-E-1002.
 Tinh chế Urea
Làm sạch Urea và thu hồi khí xảy ra trong 2 giai đoạn ở áp suất giảm như sau:
+ Giai đoạn 1 ở áp suất 19,5bar
+ Giai đoạn 2 ở áp suất 4bar
Các thiết bị trao đổi nhiệt trong đó xảy ra q trình làm sạch Urea được gọi là
các thiết bị phân hủy bởi vì trong các thiết bị này xảy ra sự phân hủy cacbonat.
- Giai đoạn làm sạch và thu hồi thứ nhất ở áp suất 19,5bar

12



Dung dịch, với hàm lượng CO2 thấp, từ đáy thiết bị stripper 20-E-1001, được
giãn nở tới áp suất 19,5bar và đi vào phần trên thiết bị phân hủy trung áp.Thiế bị này
được chia thành 3 phần chính:
Bình tách đỉnh 20-V-1002,ở đây khí nhẹ được tách ra trước khi dung dịch đi
vào bó ống.
Thiết bị phân hủy kiểu màng trong ống 20-E-1002A/B, ở đây cacbonat được
phân hủy và nhiệt được cung cấp nhờ ngưng tụ hơi 4,9bar (ở phía vỏ của phần trênE1002A) và làm lạnh trực tiếp nước ngưng hơi từ bình tách nước ngưng hơi cho stripper
V-1009, ở áp suất khoảng 22 bar (ở phía vỏ của phần dưới 20-E-1002B).
Bình chứa dung dịch Urea 20-Z-1002, bình này tập trung dung dịch Urea đã làm
sạch giai đoạn 1 có nồng độ 60-63% khối lượng.
Khí giàu NH3và CO2ra khỏi bình tách đỉnh 20-V-1002 được đưa vào phía vỏ
của thiết bị cơ đặc chân khơng sơ bộ 20-E-1004, ở đó khí được hấp thụ riêng phần
trong dung dịch cacbonat đến từ cụm thu hồi 4 bar.
Tổng nhiệt tạo thành từ phía vỏ, do ngưng tụ, hấp thụ, phản ứng của các chất
được dùng để bốc hơi dung dịch Urea đến từ giai đoạn làm sạch thứ hai đến nồng độ
84- 86% khối lượng, do đó cho phép tiết kiệm đáng kể hơi thấp áp ở giai đoạn cô đặc
chân không thứ nhất.
Từ phía vỏ của thiết bị cơ đặc chân khơng sơ bộ 20-E-1004, pha hỗn hợp được
đưa vào thiết bị ngưng tụ trung áp 20-E-1006, tại đây CO2được hấp thụ gần như hoàn
toàn và nhiệt ngưng tụ,phản ứng được lấy đi nhờ nước làm mát từ thiết bị ngưng tụ
Ammoniac 20-E- 1009.
Từ 20-E-1006 pha hỗn hợp chảy vào tháp hấp thụ trung áp 20-T-1001, ở đây
pha khí tách ra sẽ đi vào bộ phận tinh chế. Đây là tháp hấp thụ kiểu đĩa mũ chóp và
xảy ra hấp thụ CO2và tinh chế NH3.Các đĩa được nạp liệu bằng dòng hồi lưu
Ammoniac sạch, để tách CO2và H2O có trong dịng khí NH3và khí trơ bay lên.
NH3 hồi lưu được lấy từ bồn chứa Ammoniac 20-V-1005 và được đưa vào cột
bằng bơm tăng áp Ammoniac 20-P-1005A/B.
DịngNH3và khí trơ bão hịa với vài ppm CO2(20-100 ppm) ra khỏi đỉnh bộ

phận tinh chế, được ngưng tụ riêng phần trong thiết bị ngưng tụ Ammoniac 20-E1009. Từ đây dòng hai pha được đưa vào bồn chứa Ammoniac 20-V-1005.

13