Download luận văn đồ án tốt nghiệp ngành hóa dầu với 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

1. 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

2. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang i
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

3. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang ii
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

4. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang iii
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

5. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang iv
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

6. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang v
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

7. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang vi
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

8. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang vii
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

9. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang viii
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

10. Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang ix
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

11. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 1
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;

12. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 2
 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.

13. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 3
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.

14. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 4
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

15. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 5
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

16. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 6
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
2 Nhiệt độ tới hạn o
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
6 Nhiệt độ sôi (tại 101,3kPa) o
C 64,70
7 Nhiệt độ nóng chảy (tại 101,3kPa) o
C -97,60
8 Nhiệt bốc hơi (tại 101,3kPa) KJ/kg 1128,80
9 Tỷ trọng:
 Ở 0 o
C
 Ở 25 o
C
 Ở 50 o
C
g/cm3
0,81
0,79
0,76
10 Hàm nhiệt tiêu chuẩn:
Ở 25o
C ( 101,3 kPa ), pha khí
Ở 25o
C ( 101,3 kPa), pha lỏng
KJ/mol -162,24
-166,64
11 Nhiệt dung riêng:
Ở 25o
C (tại 101,3 kPa ), pha khí
Ở 25o
C (tại 101,3 kPa), pha lỏng
J/molo
K 44,06
81,05

17. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 7
STT Tính chất Đơn vị Giá trị
12 Độ nhớt:
Pha lỏng
Pha hơi
mPa.s 0,55
9,68.10-3
13 Điểm chớp cháy (DIM51755)
Bình hở
Bình kín
o
C
6,50
15,60
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:
3 3 2CH OH NaOH CH ONa H O  
 Phản ứng cộng axit tạo este:
3 3 3 3 2CH OH CH COOH CH COOCH H O  
3 2 5 2 5 3 2CH OH C H COOH C H COOCH H O  
 Oxi hóa hoàn toàn tạo khí cacbonic và nước:
3 2 2 2
3
2
CH OH O CO H O  
 Oxi hóa không hoàn toàn tạo Formaldehye:
3 2 2
1
2
CH OH O HCHO H O  
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

18. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 8
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…
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;
Hình 1.4. Ứng dụng chính của MeOH

19. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 9
 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:
200 ,300
2 3
o
atm C
CO H CH OH 
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:
, ,
4 2 32 2P T xt
CH O CH OH 
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.

20. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 10
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
2 Nhiệt độ sôi o
C -21,00
3 Nhiệt độ nóng chảy o
C -92,00
4 Nhiệt độ hóa lỏng o
C -19,20
5 Nhiệt độ đóng rắn o
C -118,00
6 Nhiệt trị cháy, 25o
C KJ/mol 561,50
7 Nhiệt hóa hơi, 19,2o
C KJ/mol 23,32
9 Tỷ trọng:
Ở -20 o
C
Ở -80 o
C
kg/m3
0,81
0,79

21. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 11
1.2.2.3. Tính chất hóa học
Liên kết [–CHO] trong công thức phân tử quyết định các tính chất hóa học của
Formaldehyde. Các phản ứng hóa học điển hình mà Formaldehyde tham gia gồm các
phản ứng oxy hóa khử, phản ứng cộng hydrogen…
 Phản ứng cộng H2:
,
2 3
o
Ni t C
HCHO H CH OH 
 Phản ứng oxi hóa hoàn toàn:
2 2 2HCHO O CO H O  
 Phản ứng tráng gương:
3
2 2NH
HCHO Ag O HCOOH Ag   
 Phản ứng khử với Cu(OH)2/NaOH:
  2 3 2 22
4 2 2 6HCHO Cu OH NaOH Na CO Cu O H O    
 Phản ứng với O2 không hoàn toàn: Phản ứng này chủ yếu được sử dụng để điều
chế axít hữu cơ:
2
2
1
2
Mn
HCHO O HCOOH

 
 Với các dung dịch oxi hóa khác:
4 2 4 2 4 4 2HCHO KMnO H SO HCOOH K SO MnSO H O     
 Phản ứng trùng ngưng:
Đây là phản ứng các phân tử monome tự kết hợp tạo ra polyme đồng thời xảy ra
đồng tời tách các phân tử nhỏ như H2O…
nHCHO
OH OH OH OH
+ H2On
n - 2
xt, axit
1.2.2.4. Ứng dụng của Formaldehye
Formaldehyde có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, các ngành y tế, thực phẩm
và đặc biệt là trong ngành tổng hợp hữu cơ, sản xuất phụ gia.

22. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 12
Formaldehyde dùng làm chất sát trùng, diệt khuẩn. Ngoài ra, do có khả năng làm
đông tụ protit, làm protit không thối rửa nên Formaldehyde được ứng dụng rộng rãi
làm chất ướp thơm, chất bảo quản xác động thực vật.
Khi cho Formaldehyde tác dụng với ammoniac ở điều kiện 70 o
C và áp suất 350
mmHg thu được metylen-tetramin còn gọi là Urotropin. Chất Urotropin được dùng để
sản xuất chất dẻo và dược phẩm.
Đặc biệt, hiện nay phần lớn Formaldehyde được dùng trong công nghiệp chất
dẻo. Một số loại nhựa tổng hợp được đi từ dẫn xuất Formaldehyde là:
 Đa tụ Formaldehyde với Urê tạo thành nhựa Urê-formaldehyde: Nhựa Urê-
formaldehyde được ứng dụng làm dán ép, trong đánh cá và đặc biệt đóng vai trò
như một phụ gia quan trọng trong quá trình chống kết khối phân bón, tăng độ
cứng hạt, giảm tỷ lệ vỡ hạt vì tại điều kiện thường phân bón bị oxy hóa làm cho
sản phẩm vón cục, kết khối, ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm;
H2NCONH2
+
OH
CH2OH
OH
CH2NHCONH2
O H
C H 2O H +
O H
C H 2O H
O H
C H2
O H
C H2O H
n
H2NCONHCH2OH +
OH
CH2OH
OH
CH2NHCONHCH2OH
OH
CH2OCH2NHCONH2
OH
CH2NHCONH2HOCH2
Hình 1.5. Nhựa polyme Urea-Formaldehyde
 Đa tụ Formaldehyde với Phenol ta được nhựa Phenolformadehyde: đây là loại
nhựa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Từ nhựa
Phenolformaldehyde, người ta có thể chế tạo các loại vật liệu khác như vật liệu

23. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 13
tạo hình, đây là loại vật liệu khi đóng rắn vật phẩm thì không cần dùng áp suất
cao như faolit, giấy tẩm vải, tẩm sợi thủy tinh...Vật liệu grafit, than không thấm,
grafit không thấm và antegơmit là loại vật liệu than grafit, các chất này có khả
năng chịu hóa chất cao. Ngoài ra, còn được sử dụng làm nhựa đúc, keo dán, sơn;
OH
+ C O
H
H
H3O
OH
CH2CH2
H2C
OH
CH2
CH2
OH
CH2
CH2
CH2
H2C
OH
Hình 1.6. Cấu trúc hạt nhựa tổng hợp Phenol-Formaldehyde
 Đa tụ Formaldehyde với amin để tạo nhựa Melaminformaldehyde: Cũng như
nhựa Phenolformaldehyde, nhựa melaminformaldehyde dùng để sản xuất lột ép,
chất dẻo tấm, sơn, keo dán…Ngoài ra nhựa Melamin còn dùng để làm giấy bền
nước, làm giảm độ co nhăn của vải;
N
N
N
NH2
NH2H2N
H2O3
N
N
N
HN
HN NH
CH2OH
CH2OHCH2OH
H2O3 N
N
N
N
N N
CH2OH
HOH2C
CH2OH
HOH2C
HOH2C
CH2OH
Hình 1.7. Cấu trúc polyme Trimetilolmelamin-Formaldehyde
 Đa tụ Formaldehyde với anilin tạo thành nhựa Anilinformadehyde.

24. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 14
1.2.3. Các phương pháp sản xuất Formaldehyde
Hiện nay, trong công nghiệp Formaldehyde chủ yếu được sản xuất từ hai phương
pháp sau:
 Phương pháp thực hiện dehydro hóa và oxy hóa đồng thời nguyên liệu MeOH;
 Phương pháp oxy hóa trực tiếp MeOH.
Cả hai phương pháp này đều sử dụng nguyên liệu của là MeOH và oxy không
khí. Tỷ lệ nguyên liệu đầu vào (MeOH/O2), loại xúc tác sử dụng cũng như các điều
kiện công nghệ tiến hành làm cho hai quá trình này khác nhau. Mỗi quá trình điều có
ưu, nhược điểm khác nhau, tùy vào mục đích sử dụng mà có thể lựa chọn quy trình
phù hợp với điều kiện thực tiễn.
Phương trình phản ứng chính sản xuất Formaldehyde :
3 2 85,3 /O
CH OH HCHO H H KJ mol    
3 2 2
1
156,3 /
2
O
CH OH O HCHO H O H KJ mol    
Khi điều chế Formaldehyde, ngoài các phản ứng cơ bản trên còn xảy ra các phản
ứng phụ oxy hóa, dehydro hóa tạo thành axit hữu cơ HCOOH.
3 2 2CH OH O HCOOH H O  
Hoặc bị oxy hóa hoàn toàn tạo thành khí CO2 và H2O:
3 2 2 2
3
2
2
CH OH O CO H O  
Đồng thời MeOH có thể bị khử tại điều kiện nhiệt độ, áp suất cáo tạo thành khí
CO và H2 theo phản ứng:
3 22CH OH CO H 
Do vậy, trong quá trình sản xuất Formalin cần phải có phương pháp hạn chế đến
mức thấp nhất việc các phản ứng phụ xảy ra hoặc có cách xử lý để tách chúng ra khỏi
dòng sản phẩm.
Bên cạnh đó, những năm gần đây người ta sản xuất Formaldehyde bằng cách
dùng tác nhân oxy hóa khí tự nhiên dưới sự có mặt của oxít nitơ ở 400 ÷ 600 o
C.
Quá trình xảy ra như sau:
4 2 2CH O HCHO H O   (Phản ứng chính )
4 2 32 2CH O CH OH  (Phản ứng phụ )

25. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 15
Ngoài ra còn một số phương pháp sản xuất Formaldehyde như oxy hóa etylen,
thủy ngân cloruametyl. Tuy nhiên, các phương pháp này rất ít được sử dụng trong sản
xuất công nghiệp.
1.2.4. Công nghệ sản xuất Formaldehyde [3], [4],[5]
1.2.4.1. Công nghệ dehydro hóa và oxy hóa đồng thời MeOH
Phản ứng chính xảy ra trong quá trình:
3 2 85,3 /O
CH OH HCHO H H kJ mol    
3 2 2 156,3 /O
CH OH O HCHO H O H kJ mol     
Ngoài ra, còn xảy ra các phản ứng phụ:
3 2
2 2 2
3 2 4 2
2 2 2
1
2
1
2
CH OH O HCOOH
HCOOH O CO H O
CH OH H CH H O
CO H CO H O
 
  
  
  
Trong 2 phản ứng chính, có thể lựa chọn tỷ lệ của các phản ứng sao cho phản
ứng tổng cộng là toả nhiệt và để tận dụng nhiệt lượng nhiệt này, trong công nghiệp có
thể tuần hoàn tận dụng nhiệt phản ứng để gia nhiệt dòng nguyên liệu ban đầu đến nhiệt
độ phản ứng hoặc sản xuất hơi nước thấp áp, gia nhiệt nước cấp lò hơi.
Thực nghiệm các phản ứng trong phòng thí nghiệm cho thấy: khi quá trình có độ
chuyển hóa khoảng 55% đối với quá trình oxy hóa và 45% đối với quá trình dehydro
hóa thì có thể sử dụng thiết bị phản ứng dạng đoạn nhiệt. Theo tỷ lệ này, hỗn hợp
nguyên liệu không khí ban đầu chứa khoảng 45 %tt MeOH nhằm nằm trên giới hạn nổ
của MeOH trong không khí là 34,7 %tt.
Trong phương pháp này có 2 công nghệ chính:
 Dehydro oxy hóa bằng không khí với sự có mặt của xúc tác Ag, hơi nước và
lượng dư CH3OH ở nhiệt độ 680 – 720°C. Độ chuyển hóa của CH3OH là 97 -
98%. Quá trình này gọi là quá trình BASF;
 Dehydro oxy hóa bằng không khí với sự có mặt của xúc tác Ag, hơi nước và
lượng dư CH3OH ở nhiệt độ 600 – 650°C và thu hồi CH3OH bằng chưng cất. Độ
chuyển hóa của CH3OH là 77 - 87%.
 Công nghệ quá trình BASF

26. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 16
Sơ đồ công nghệ và mô tả của quá trình BASF được mô tả như Hình 1.8.
Nguồn: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2008
Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ tổng hợp Formaldehyde theo quá trình BASF
Danh mục các thiết bị công nghệ:
a. Thiết bị bốc hơi e. Thiết bị trao đổi nhiệt
b. Máy nén khí f. Thiết hấp thụ
c. Thiết bị phản ứng g. Thiết bị sản xuất hơi nước
d. Thiết bị làm lạnh h. Thiết bị làm lạnh
i. Thiết bị trao đổi nhiệt dùng hơi nước
Nhiệt độ sản xuất cho quá trình BASF khoảng 700°C, quá trình BASF có độ
chuyển hóa cao hơn so với quá trình sản xuất đi từ MeOH dằn. Sản phẩm thu được
chứa từ 40 đến 55% kl formaldehyde, hàm lượng methanol ít hơn 1,3% kl. MeOH bị
chuyển hóa cho quá trình BASF nằm giữa 97 và 98% với sản lượng 89,5-90,5%. Các
sản phẩm phụ chính cho cả hai quá trình là Methyl formate và Acid formic được loại
bỏ bằng phương pháp trao đổi anion.

27. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 17
1.2.4.2. Công nghệ oxy hóa MeOH thành Formaldehyde
Đây là quá trình tổng hợp HCHO mới bằng phương pháp oxy hóa MeOH với
lượng dư không khí cùng với sự có mặt của xúc tác Fe cải tiến - Molybden - Vanadi
oxit [Fe2(MoO4)3 - V2O5] làm việc ở điều kiện nhiệt độ 250 - 350o
C cho độ chuyển
hóa cao từ 98 - 99%.
Thuyết minh: Công nghệ vận hành với hàm lượng MeOH thấp nằm trong khoảng
6,5 %tt để đảm bảo an toàn cháy nổ. Bên cạnh đó, thể tích không khí sử dụng lớn
khoảng 15 tấn không khí/1 tấn Formalin 100% sản phẩm. Với những điều kiện công
nghệ khắt khe như trên thì việc lựa chọn thiết bị là rất quan trọng đối với phân xưởng
có ảnh hưởng đến sự an toàn và chất lượng sản phẩm.
Các đặc điểm của công nghệ của quá trình Formol như sau:
 Máy nén khí A loại ly tâm với áp suất đẩy 0,16 MPa ;
 Bộ chế hòa khí B nói chung là 1 thiết bị đun nóng bốc hơi mà trong đó MeOH
lỏng được tán sương trong khí;
 Hỗn hợp sau đó tiếp tục được gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt E bởi dòng
sản phẩm của thiết bị phản ứng;
 Để đạt được nhiệt độ phản ứng hỗn hợp hơi nguyên liệu cần phải qua thiết bị gia
nhiệt F bằng hơi nước áp suất cao hoặc hơi nước quá nhiệt;
 Phản ứng Oxy hóa MeOH tỏa nhiệt mạnh, cần khống chế tốt nhiệt độ để đạt sự
chuyển hóa hoàn toàn;
 Trong thiết bị phản ứng R, xúc tác (oxit Fe và oxit Molipden) được bố trí trong
các ống dọc với đường kính gần 20mm, làm lạnh ngoài bởi sự tuần hoàn hay bay
hơi bởi một dòng tải nhiệt, năng lượng thu được bởi dòng mang nhiệt cho phép
sản xuất hơi nước trong nồi hơi C;
 Lượng xúc tác sử dụng lớn, xấp xỉ 200 kg cho 1000 tấn/năm Formol 100%. Xúc
tác phân bố trong khoảng 1000 ống và nhiệt độ làm việc thay đổi từ 250 o
C -
350o
C, tuổi thọ của loại xúc tác này có thể kéo dài từ 1 đến 2 năm;

28. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 18
Nguồn: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2008
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ oxy hóa MeOH thành Formaldehyde – Quá trình
Formol
Danh mục thiết bị:
A. Máy nén khí T. Tháp hấp thụ HCHO
B. Thiết bị bốc hơi E,F. Thiết bị trao đổi nhiệt
C. Nồi hơi sản xuất hơi H2O R. Thiết bị phản ứng
 Trong quá trình này sự chọn lựa kết hợp xúc tác - thiết bị phản ứng là rất quan
trọng, cần có một sự kết hợp tối ưu để đáp ứng;
 Hoạt tính của xúc tác cần thiết để đạt được sự chuyển hóa hoàn toàn, hoạt tính
này tăng cùng với nhiệt độ trong 1 phạm vi nhất định;
 Độ chọn lọc xúc tác giảm theo nhiệt độ;
 Sự thu hồi năng lượng nhiệt phản ứng trên một đơn vị thể tích xúc tác, lượng
nhiệt này không phải hằng số, nó rất lớn trong 15cm đầu lớp xúc tác, nơi thực
hiện 85% chuyển hóa MeOH, tại vị trí này dễ xuất hiện các điểm nóng quá nhiệt
cục bộ, vì vậy sự trao đổi nhiệt là không hoàn toàn, sự hạn chế của điểm quá
nhiệt là rất lớn vì trên 425o
C xúc tác mất đi bởi sự thăng hoa của tác nhân hoạt
hóa Molipden;

29. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 19
Những đặc trưng khác của xúc tác như hình dạng, độ bền cơ, tạo điều kiện cho
việc truyền nhiệt sinh ra do phản ứng.
Quá trình thu được có độ chuyển hóa khoảng 98% với độ chọn lọc 95% và năng
suất 93,3%.
Sản phẩm khí tạo thành sau khi ra khỏi thiết bị phản ứng sẽ được làm lạnh xuống
còn 145 o
C nhờ thiết bị trao đổi nhiệt (E) và đưa qua đáy tháp hấp thụ (T). HCHO
trong khí sản phẩm sẽ được ngưng tụ ở đáy thiết bị hấp thụ, một phần đưa đi làm lạnh
để sử dụng làm dòng hồi lưu, phần lớn còn lại được đưa đi qua thiết bị trung hòa nhằm
làm giảm độ chua do acid formic tồn tại trong sản phẩm.
Sản phẩm cuối cùng của quá trình có thể đạt 55 %kl HCHO với hàm lượng nhỏ
0,5 - 1,5 %kl MeOH. Kết quả của sự chuyển hóa MeOH đạt từ 95 - 99% mol và phụ
thuộc vào độ chọn lọc, hoạt tính và nhiệt độ của xúc tác. Đối với quá trình này, khí
thoát ra khỏi tháp hấp thụ không được sử dụng làm khí đốt vì thành phần của nó bao
gồm N2 (78,3 %tt), O2 (17,1 %tt), CO2 (0,35 %tt), và hàm lượng nhỏ các thành phần dễ
cháy như dimetyl ete, CO, MeOH và HCHO. Do vậy việc đốt cháy khí này nhằm cung
cấp nhiệt cho quá trình sản xuất hơi nước không có hiệu quả kinh tế.
Bảng 1.3. So sánh đặc điểm chính ba phương pháp chuyển hóa
STT Đặc điểm
Chuyển hóa
truyền thống
BASF
Oxy hóa
MeOH
1 Độ chuyển hóa, % 77 – 88 97 – 98 99
2 Hiệu suất thu hồi, % 86 – 90 89,5 – 90,5 ≤ 92,5
3 Formaldehyde, %kl 42 40 – 55 ≤ 55
4 MeOH trong sản phẩm, % ≤ 1 ≤ 1,3 0,5 – 1,5
Nguồn: Department of Chemical Engineering, Lund University, 2015

30. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 20
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
2.1. Thông số thiết kế cơ sở
2.1.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu đầu vào chuẩn bị cho phân xưởng tổng hợp Formaldehyde/UFC85
bao gồm:
 Dung dịch MeOH;
 Dung dịch Urê (chuẩn bị từ hạt Urê);
 Nước nguyên liệu;
 Dòng hơi thấp áp;
 Phụ trợ khác: dòng dầu HTO, khí điều kiển, xúc tác…
2.1.1.1. Nguyên liệu MeOH [6]
Nguồn nguyên liệu MeOH cung cấp cho phân xưởng được nhập từ nước ngoài và
được lưu chứa tại bồn chứa nguyên liệu 20-TK-2901 đặt ở khu vực ngoại vi phân
xưởng. MeOH nguyên liệu bơm đến phân xưởng có các thông số kỹ thuật, điều kiện
như sau:
 Áp suất: 4 barG;
 Nhiệt độ: 25 – 30°C;
 Thành phần: chủ yếu hàm lượng MeOH và các tạp chất khác.
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn MeOH nguyên liệu
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Hình dạng - Không màu, trong suốt
2 Mùi - Đặc trưng
3 Hàm lượng MeOH %kl ≥ 99,85 ÷ 99,90
4 Hàm lượng nước %kl ≤ 0,10 ÷ 0,15
5 Hàm lượng aceton và andehyt mg/kg ≤ 30,00
6 Hàm lượng acid axetic mg/kg ≤ 30,00
7 Tỷ trọng, 20o
C g/cm3
0,79
8 Khoảng nhiệt độ sôi (1.013 mbar) o
C 64,60 ÷ 0,10

31. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 21
STT Thông số Đơn vị Giá trị
9 Độ bay hơi ppm ≤ 10,00
10 Độ kềm ppm ≤ 5,00
11 Độ acid ppm ≤ 30,00
12 Hàm lượng cacbonin ppm ≤ 3,00
13 Hàm lượng cặn mg/l 10,00
14 Hàm lượng clo ppm ≤ 0,50
2.1.1.2. Dung dịch Urê [6]
Dung dịch urê được chuẩn bị sẵn trong xưởng chuẩn bị Urê và được bơm tới tháp
hấp thụ. Quá trình chuẩn bị dung dịch Urê được tiến hành khi phân xưởng chuyển sang
chế độ vận hành sản xuất dung dịch UFC85. Thành phần hạt Urê cung cấp cho công
đoạn chuẩn bị có các tính chất được thể hiện tại Bảng 2.2:
Bảng 2.2. Tiêu chuẩn hạt Urê nguyên liệu
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Hình dạng - Rắn, trong suốt
2 Hàm lượng N2 %kl ≥ 46,00
3 Hàm lượng nước %kl ≤ 0,30 ÷ 0,50
4 Hàm lượng sắt ppm ≤ 2,00
5 Hàm lượng cặn %kl ≤ 0,002
6 Điểm chảy o
C ≤ 129,00 ÷ 133,00
Bên cạnh đó thì dung dịch Urê sử dụng trong phân xưởng cần chuẩn bị riêng,
tính chất của nó phải đạt yêu cầu sau:
Bảng 2.3. Tiêu chuẩn dung dịch Urê 71% dùng trong phân xưởng
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Áp suất barG 6
2 Nhiệt độ o
C 93
3 Hàm lượng Urê %kl 69,00 – 73,00
4 Hàm lượng nước %kl 27,00 – 31,00
5 Hàm lượng NH3 ppm ≤ 100,00

32. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 22
2.1.1.3. Nước nguyên liệu [7]
Nước khử khoáng (Demineralised Water) được sử dụng như nước nguyên liệu
cung cấp cho quá trình và phục vụ cho hai mục đích: làm dung môi cho quá trình hấp
thụ Formaldehyde và nguyên liệu cho quá trình chuẩn bị dung dịch Urê 71%. Tiêu
chuẩn nước khử khoáng sử dụng tại phân xưởng UFC85 được cấp từ xưởng phụ trợ
Nhà máy Đạm Phú Mỹ và đáp ứng các điều kiện, tiêu chuẩn sau:
 Áp suất: 8 barG;
 Nhiệt độ: 130°C.
Bảng 2.4. Tiêu chuẩn nước khử khoáng
STT Thông số Giá trị
1 pH 6,5 - 7
2 Độ dẫn, µS/cm ≤ 0,2
3 Hàm lượng Silica SiO2, ppm kl ≤ 0,02
4 Hàm lượng Sodium Na+
, ppm kl ≤ 0,02
5 Hàm lượng Chloride, Cl-
, ppm kl ≤ 0,1
2.1.1.4. Dòng hơi thấp áp [7]
Dòng hơi thấp áp sử dụng trong phân xưởng được cấp từ xưởng phụ trợ. LPS
được sử dụng để cung cấp lượng nhiệt nhất định cho dòng nguyên liệu MeOH lỏng
ban đầu và có các thông số vận hành như sau:
 Áp suất: 5,5 barG;
 Nhiệt độ: 151°C.
2.1.1.5. Dòng HTO
Dòng HTO được sử dụng trong phân xưởng có nhiệm vụ chính là tải nhiệt từ
thiết bị phản ứng chính 20-R-2101. Bên cạnh đó, tác nhân này còn đóng vai trò trao
đổi nhiệt với các thiết bị nhiệt, đồng thời là dòng tuần hoàn nhiệt chính trong phân
xưởng. Dòng HTO được sử dụng trong phân xưởng có thông số vận hành như sau:
Bảng 2.5. Tính chất dòng dầu HTO
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Thành phần -
C6H5-C6H5
C6H5-O-C6H5
2 Nhiệt độ o
C 15 – 400o
C

33. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 23
STT Thông số Đơn vị Giá trị
3 Áp suất barG 0,60
4 Tỷ trọng chất lỏng kg/m3
828
5 Độ nhớt chất lỏng cP 0,22
6 Khối lượng phân tử khí kg/kmol 165,97
7 Nhiệt dung riêng chất lỏng kcal/kg/o
C 0,55
2.1.1.6. Xúc tác sử dụng
Xúc tác được sử dụng là xúc tác hỗn hợp oxit kim loại của Sắt và Molipđen. Lớp
xúc tác được bố trí đều trong ống xúc tác đặt trong thiết bị phản ứng và đóng vai trò
làm tăng tốc độ phản ứng cũng như giảm các điều kiện khắc nghiệt của của quá trình.
Tùy theo mục đích sử dụng mà lớp xúc tác có nhiều kích thước khác nhau và được đặt
khác nhau. Trong phân xưởng Formaldehyde/UFC85 thì xúc tác được bố trí hai lớp:
Lớp đầu là xúc tác FK-2 với kích thước 4,5 x 5,6mm và lớp thứ hai có dạng vòng kích
thước 5mm.
Bảng 2.6. Xúc tác sử dụng tại phân xưởng
Thiết bị Loại xúc tác Kích thước, mm
20-R-2101, Thiết bị phản ứng Formaldehyde FK-2 4,5 × 5,6
20-R-2101, Thiết bị phản ứng Formaldehyde Sứ 5 × 5
20-R-2201, Thiết bị đốt CK-304 Hạt, 3 -5
20-R-2201, Thiết bị đốt CK-302 Hạt, 3 -5
2.1.2. Sản phẩm phân xưởng [6]
Sản phẩm phân xưởng phụ thuộc vào chế độ vận hành và nhu cầu theo từng giai
đoạn vận hành của Nhà máy đạm. Cụ thể, phân xưởng sản xuất 25.000 tấn/năm dung
dịch Formaldehye 37% hoặc 15.000 tấn/năm dung dịch UFC85.
2.1.2.1. Sản phẩm Formaldehyde
Sản phẩm Formaldehyde, sau quá trình hấp thụ với nước tại tháp hấp thụ thu
được dạng dung dịch Formaldehyde 37% và có các tiêu chuẩn kỹ thuật thể hiện tại
Bảng 2.7.
Bảng 2.7. Tiêu chuẩn Formaldehyde sản phẩm
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Trạng thái - Dung dịch

34. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 24
STT Thông số Đơn vị Giá trị
2 Nồng độ %kl 37,00 ± 0,50
3 Đặc trưng -
Chất lỏng không màu, có
cặn trong quá trình tồn trữ
hay vận chuyển
4 Hàm lượng MeOH %kl ≤ 0,40
5 Acid formic %kl ≤ 0,03
6 Hàm lượng sắt ppm ≤ 1,00
7 Hàm lượng N2 + Ar ppm 10,00
8 Hàm lượng O2 ppm 1,00
9 Độ nhớt, 400
C cP ≤ 1,50
10 pH - 3,00 ÷ 4,50
2.1.2.2. Sản phẩm UFC85
Sản phẩm UFC85 chứa 60 % kl Formaldehye và 25 %kl dung dịch Urê. Sau quá
trình hấp thụ, sản phẩm thu được đáp ứng được tiêu chuẩn kỹ thuật sau đây:
Bảng 2.8. Tiêu chuẩn UFC85 sản phẩm
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Nhận dạng - Không màu, trong suốt
2 Hàm lượng Formaldehyde %kl 60,00 ± 0,50
3 Hảm lượng Urê %kl 25,00 ± 0,50
4 Tỷ số mol Formaldehye/urê - 4,80
5 Hàm lượng MeOH %kl ≤ 0,50
6 Hàm lượng axit fomic %kl ≤ 0,04
7 Hàm lượng N2 + Ar ppm 7,00
8 Hàm lượng O2 ppm 1,00
9 Độ pH - 7,00 ± 8,00
10 Tỷ trọng, 25°C g/cm3
1,30

35. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 25
2.1.3. Nghiên cứu cơ chế tổng hợp Formaldehyde
2.1.3.1. Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde [8]
Theo hai tác giả Sukunya Arreeyah và Paisan Kittisupakorn thuộc Trung tâm kỹ
thuật hóa học trường Đại học Chulalongkom chỉ ra các phản ứng tổng hợp
Formaldehyde từ MeOH cũng như cơ chế tạo thành sản phẩm như sau:
 Phản ứng tổng hợp Formaldehyde xảy ra các phản ứng sau đây:
3 2 2
1
2
CH OH O HCHO H O   (2.1)
3 2CH OH HCHO H  (2.2)
3 2 2 22 3 2 4CH OH O CO H O   (2.3)
2 2 2HCHO O CO H O   (2.4)
2HCHO CO H  (2.5)
2 3 2HCHO H O CH O H  (2.6)
 2 ; 8 10HCHO HO CH O n   (2.7)
Sản phẩm Formaldehyde, nước được thể hiện ở phản ứng (2.1) và quá trình
dehydro hóa được thể hiện ở phản ứng (2.2). Bên cạnh đó, một lượng nhỏ các sản
phẩm phụ sẽ hình thành từ các phản ứng (2.3), (2.4), (2.5). Sản phẩm Formaldehyde ở
pha khí từ thiết bị phản ứng sẽ được làm nguội nhanh nhằm giảm sự phân hủy sản
phẩm (2.5). Sản phẩm hấp thụ nước được thể hiện ở phản ứng (2.6) được gọi là
Fomalin. Tuy nhiên, sản phẩm Formalin ở nhiệt độ phòng có khả năng hình thành các
polyme dạng paraformadehyde ở phản ứng số (2.7).
 Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde: cơ chế phản ứng xảy ra theo 11 bước
như sau.
Bảng 2.9. Cơ chế phản ứng tổng hợp Formaldehyde
Bước Cơ chế phản ứng
1 CH3OH(k) + *  CH3OH*
2 O2 (k) + *  O2
*
3 O2
*
 2O*
4 2CH3OH*
+ O*
 CH3O*
+ H2O*
5 CH3O*
+ *
 H2CO*
+ H*

36. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 26
Bước Cơ chế phản ứng
6 H2CO*
 H2CO(k) + *
7 2H*
 H2 (k) + 2*
8 H2O*
 H2O (k) + *
9 H2CO*
+ O*
 H*
+ HCOO*
10 HCOO*
+ *  H*
+ CO2
*
11 CO2
*
 CO2 + *
2.1.3.2. Động học quá trình tổng hợp Formaldehyde [4],[9]
Dựa trên mô hình phân tích thực nghiệm của Ruhul Amin và các cộng sự chỉ ra
rằng tốc độ phản ứng tổng hợp Formaldehyde, đặc tính hoạt động của các xúc tác
được thể hiện như sau:
Tốc độ phản ứng của phản ứng oxy hóa MeOH tạo thành Formaldehyde:
3 2 2 156,3 /O
CH OH O HCHO H O H kJ mol     
 1
1
2
/ . /
1
m
m
m
k
r mol g xt h
k


 

1
87 74
ln 1 2, 5 0k
T
 
2
7439
ln 17, 29
exp (2.8)o
k
T
E
k k
RT
  
 
  
 
Trong đó:
 là áp suất riêng phần
 m là MeOH
 Hằng số tốc độ phản ứng k được tính theo công thức (8) trong đó:
 T là nhiệt độ tuyệt đối;
 K và R là các hằng số trong pha khí;
 E là năng lượng hoạt hóa của phản ứng.
Đối với phản ứng dehydro hóa thì hằng số tốc độ phản ứng xảy ra như sau:

37. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 27
3 2 85,3 /O
CH OH HCHO H H kJ mol    
1
2
2
( / . / )
1
m
m
m
k
r mol g xt h
k




'
1
12500
ln 16, 9k
T
 
'
2
1 5 7 2 4
ln 2 5, 0k
T
 
2.1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Formaldehyde
Dựa trên động học phản ứng tổng hợp và cơ chế phản ứng tạo Formaldehyde từ
MeOH, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ chuyển hóa và cân bằng phản ứng bao gồm:
 Nhiệt độ;
 Áp suất vận hành;
 Xúc tác cho quá trình;
 Tỷ lệ nguyên liệu đầu vào.
2.1.3.3.1 Nhiệt độ
Phản ứng tổng hợp Formaldehyde từ MeOH là phản ứng thuận nghịch tỏa nhiệt
mạnh (Ho
298 = -85,3 kJ/mol) nên phản ứng thực hiện dưới điều kiện nhiệt độ thấp sẽ
có lợi cho quá trình. Tuy nhiên, tốc độ phản ứng sẽ giảm khi nhiệt độ quá thấp. Để
tăng hiệu suất quá trình tổng hợp Formaldehyde, nhiệt độ phải được khống chế ở mức
tối ưu mà đảm bảo về mặt nhiệt độ, động học phản ứng cũng như vấn đề bảo vệ xúc
tác.
Qua thực nghiệm cho thấy khoảng nhiệt độ phù hợp cho quá trình tổng hợp
Formaldehyde từ MeOH là nằm trong khoảng nhiệt độ 300 - 400 °C.
2.1.3.3.2 Áp suất
Phản ứng tổng hợp Formaldehyde từ MeOH là phản ứng tăng số mol. Vì vậy,
theo nguyên lý dịch chuyển cân bằng hóa học Le Chatelier’s, sự hoạt động ở áp suất
thấp sẽ có lợi cho quá trình tổng hợp.
Trong thực tế, thì trong phân xưởng Formaldehyde/UFC85 áp suất thường hoạt
động trong khoảng 0,1 – 2,0 barG
2.1.3.3.3 Xúc tác [1]

38. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 28
Xúc tác ảnh hưởng lớn đến quá trình tổng hợp Formaldehyde vì mức độ chuyển
hóa của MeOH phụ thuộc vào hoạt tính của xúc tác.
Hình 2.1. Xúc tác FK-2
Nguồn: Haldor Topsoe
Xúc tác sử dụng trong quá trình tổng hợp Formaldehyde từ MeOH là dạng xúc
tác oxit kim loại. Với tỷ lệ Mo/Fe là 1,5 – 2,0, xúc tác làm cho quá trình chuyển hóa
MeOH đạt đến 95- 99%. Bên cạnh đó, nhiệt độ xúc tác gây ảnh hưởng quan trọng đến
sự chuyển hóa và độ chọn lọc của sản phẩm. Nhiệt độ xúc tác được duy trì nằm trong
khoảng 260 – 300 o
C, nếu:
 Hoạt động ở nhiệt độ thấp quá thì độ chuyển hóa MeOH không hoàn toàn, tuy
nhiên có hàm lượng sản phẩm phụ tạo thành ít làm cho chất lượng sản phẩm cao;
 Hoạt động ở nhiệt độ cao thì sự chuyển hóa MeOH có lợi nhưng hàm lượng sản
phẩm phụ cũng tăng theo một cách đáng kể.
2.1.3.3.4 Tỷ lệ nguyên liệu đầu vào [1]
Tỷ lệ của hỗn hợp không khí với MeOH là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến
hiệu suất cũng như chất lượng, độ chọn lọc của quá trình tổng hợp Formaldehyde. Bên
cạnh đó thì yếu tố này cũng ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác cũng như vấn đề an toàn
bởi nó liên quan đến nguy cơ cháy nổ giữa hỗn hợp MeOH và không khí.
Trong công nghiệp, để bảo vệ xúc tác, nồng độ oxy trong không khí phản ứng
phải luôn luôn cao hơn ít nhất 1% tt nồng độ MeOH. Nếu không, thì xúc tác có khả
năng bị phá hủy vì sự giảm hoạt tính xúc tác.
Để hạn chế nguy cơ cháy của MeOH thì nồng độ oxy trong dòng nguyên liệu đầu
vào không nên vượt quá 11% tt và nồng độ MeOH cao hơn hoặc thấp hơn 6% tt.

39. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 29
Từ các kết quả trên, tỷ lệ phù hợp của nguyên liệu không khí và MeOH trong
thiết bị phản ứng là: 10,4% tt oxy và 4,5% tt MeOH hoặc 10,0% tt oxy và 8,4% tt.
2.1.4. Sơ đồ khối quá trình sản xuất của xưởng Fomaldehyde/UFC85
2.1.5. Sơ đồ khối
Sơ đồ khối BFD (Block Flow Diagram) sản xuất Formaldehyde từ MeOH của
phân xưởng được xây dựng từ cơ sở tham khảo số liệu thiết kế, bản vẽ công nghệ của
phân xưởng và được trình bày tại Hình 2.2. Các cụm công nghệ chính của phân xưởng
bao gồm:
 Cụm chuẩn bị nguyên liệu: MeOH và oxy không khí, cùng với lượng khí tuần
hoàn từ tháp hấp thụ;
 Cụm tiền gia nhiệt nguyên liệu: các thiết bị phản ứng dạng ống chùm (Shell-
Tube), dạng Kettel;
 Cụm thiết bị phản ứng: thiết bị chuyển hóa MeOH thành Formaldehyde;
 Cụm hấp thụ sản phẩm: tháp hấp thụ sản xuất dung dịch UFC85 hoặc dung dịch
Formalin 37%.
Hình 2.2. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Formaldehyde
2.1.6. Thuyết minh sơ đồ khối công nghệ
Nguyên liệu (MeOH, không khí) từ cụm chuẩn bị nguyên liệu được đưa tới thiết
bị trao đổi nhiệt để nâng nhiệt độ lên nhiệt độ phản ứng. Lượng MeOH lỏng ban đầu
cũng được hóa hơi hoàn toàn trước khi đi vào thiết bị phản ứng chính. Tại thiết bị phản

40. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 30
ứng, xảy ra quá trình oxy hóa MeOH tạo sản phẩm chính Formaldehye và các sản
phẩm phụ khác.
Hỗn hợp sản phẩm và nguyên liệu chưa phản ứng hết được chuyển đến thiết bị
hấp thụ. Trước khi đưa vào thiết bị bị hấp thụ thì được làm nguội. Hỗn hợp nhập liệu ở
đáy tháp, dung môi hấp thụ là nước đưa vào ở trên đỉnh tháp. Tại đây, xảy ra quá trình
hấp thụ, sự tiếp xúc pha của dòng lỏng đi từ trên xuống và dòng khí đi từ dưới lên. Sau
quá trình hấp thụ, các thành phần nhẹ sẽ bay lên trên đỉnh tháp và bay ra ngoài, trong
khi đó các thành phần nặng được hình thành và được lấy ra ở đáy tháp. Chế độ vận
hành của phân xưởng sẽ quyết định hoặc dung dịch UFC85, hoặc dung dịch Formalin
37% được sản xuất (tùy vào loại dung môi hấp thụ là nước hay dung dịch Urê).
Sản phẩm sau quá trình hấp thụ đạt chất lượng theo yêu cầu và được làm nguội
về nhiệt độ môi trường.
2.2. Quy trình công nghệ PFD
2.2.1. Sơ đồ công nghệ [10]
Sơ đồ công nghệ PFD cụm chuẩn bị nguyên liệu, cụm phản ứng của phân xưởng
Formaldehye/UFC85 được thể hiện tại Hình 2.3.
Nguồn: PVFCCo, PVPro/VPI
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ phân xưởng UFC85/Formaldehyde

41. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 31
Sơ đồ thiết kế, thông số vận hành tháp hấp thụ dung dịch Formaldehyde sản xuất
hoặc sản phẩm Formalin 37% (dung môi hấp thụ là nước), hoặc sản phẩm UFC85 (sử
dụng dung môi dung dịch Urê) được thể hiện tại Hình 2.4.
2.2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ [7]
Sản phẩm của quá trình là UFC85 (60% khối lượng Formaldehyde và 25% khối
lượng Urê) hoặc Formaldehyde 37%
Công suất thiết kế ban đầu là 15.000 tấn/năm UFC85 hoặc 25.000 tấn/năm dung
dịch Formaldehyde 37%.
Dòng không khí với lưu lượng khoảng 3.440 Nm3
/h được dẫn qua bộ lọc, 20-FL-
2101 nhằm loại bỏ các tạp chất cơ học trước khi nó được trộn với dòng khí hoàn lưu
có lưu lượng 6.796 Nm3
/h. Dòng không khí và hỗn hợp khí hoàn lưu có tổng lưu lượng
10.236 Nm3
/h, áp suất 0,53 barG, nhiệt độ 97 °C đi qua quạt tuần hoàn (Recirculation
blower), 20-K-2101A/B.
Hình 2.4. Sơ đồ PFD tháp hấp thụ
Dòng MeOH lỏng tại nhiệt độ môi trường ở bồn chứa, 20-TK-2901 với lưu lượng
khoảng 1.331 kg/h được dẫn qua thiết bị hóa hơi MeOH (MeOH Evaporator), 20-E-

42. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 32
2101, ở đây dòng nguyên liệu được hóa hơi hoàn toàn. Dòng hỗn hợp khí MeOH này
được trộn với dòng khí đi ra từ quạt tuần hoàn. Vì tránh giới hạn nỗ của hỗn hợp, cho
nên dòng khí công nghệ này phải đảm bảo được 10% mol Oxi và 8,4% mol MeOH
trong thành phần nguyên liệu trước khi đi vào thiết bị phản ứng.
Tiếp theo, dòng khí công nghệ (Process Gas) được chuyển tới thiết bị phản ứng
Formaldehyde (Formaldehyde Reactor), 20-R-2101, sau khi được gia nhiệt lên đến
209 °C thông qua thiết bị gia nhiệt khí đầu vào (Process Gas Heater), 20-E-2102.
Trong thiết bị phản ứng, 20-R-2101, dòng công nghệ đi trong ống có chứa sẵn
xúc tác oxit kim loại. Tại đây, MeOH được oxy hóa để tạo thành Formaldehyde. Bên
cạnh đó, một phần nhỏ các sản phẩm phụ cũng hình thành như: Cacbon monoxit (CO),
Acid formic (HCOOH), Dimethylete (C2H6O).
Bản chất của phản ứng là tỏa nhiệt mạnh, và để duy trì điều kiện nhiệt độ tối ưu
nhất và hạn chế tối đa sự hình thành các sản phẩm phụ thì nhiệt của phản ứng phải
được lấy ra liên tục trong quá trình phản ứng. Điều này được xử lý bằng cách cho tuần
hoàn dòng HTO bảo hòa (Heat stable boiling boil) bên ngoài ống.
Sản phẩm Formaldehyde được lấy ra ở đáy tháp thiết bị phản ứng đi qua tháp hấp
thụ (Formaldehyde absorber), 20-T-2201, tại đây Formaldehyde sẽ được hấp thụ bằng
dung dịch Urê tạo sản phẩm UFC85 hay dung môi nước tạo sản phẩm Formaldehyde
37%. Dòng sản phẩm Formaldehyde được làm nguội về nhiệt độ khoảng 130°C tại
thiết bị làm nguội, 20-E-2104, trước khi đi vào tháp hấp thụ, 20-T-2101.
Sản phẩm cuối cùng sẽ được tồn trữ ở nhiệt độ 40o
C, áp suất 5 barG.
Bảng 2.10. Danh mục các thiết bị chính
STT Danh mục thiết bị Số lượng Nhiệm vụ
1 20-E-2101 2 Hóa hơi MeOH
2 20-K-2101 2 Quạt tuần hoàn
3 20-E-2102 1 Gia nhiệt dòng nguyên liệu
4 20-R-2101 1 Thiết bị phản ứng
5 20-E-2104 1 Làm nguội sản phẩm
6 20-T-2101 1 Tháp hấp thụ
7 20-V-2101 1 Bình tách dầu
8 20-V-2102 1 Bình tách khí hoàn lưu
9 20-E-2103 1 Nồi hơi nhiệt thừa
10 20-P-2102 2 Bơm tuần hoàn dòng HTO

43. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 33
2.3. Các thiết bị chính trong phân xưởng
2.3.1. Cụm chuẩn bị nguyên liệu [11]
Cụm chuẩn bị nguyên liệu có nhiệm vụ lưu chứa và chuẩn bị nguyên liệu MeOH,
nước cấp lò hơi, không khí cho quá trình tổng hợp. Nguyên liệu MeOH từ phân xưởng
ngoại vi được bơm đến bồn chứa được đặt tại khu bể chứa nguyên liệu.
Thông số kỹ thuật thiết kế bồn chứa MeOH được trình bày tại Bảng 2.11.
Bảng 2.11. Tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt bồn chứa MeOH
Tiêu chuẩn Đơn vị Giá trị
Tổng thế tích chứa, lớn nhất m3
706
Áp suất làm việc barG 0,0012
Nhiệt độ làm việc o
C Nhiệt độ môi trường
Sản phẩm lưu chứa - MeOH
Vật liệu chế tạo - Thép không gỉ
Nguồn: Process Datasheet of MeOH Tank 20-TK-2901, 2014
2.3.2. Cụm tiền gia nhiệt
Cụm thiết bị trao đổi nhiệt có nhiệm vụ hóa hơi hoàn toàn dòng nguyên liệu
MeOH lỏng ban đầu, nâng nhiệt độ của dòng quá trình lên nhiệt độ phản ứng và làm
nguội dòng quá trình khi sản phẩm được tạo thành.
Nhằm tận dụng nhiệt lượng cao do quá trình tổng hợp sản phẩm tỏa ra, cụm thiết
bị trao đổi nhiệt được trao đổi nhiệt gián tiếp với dòng HTO từ thiết bị phản ứng. Đối
với thiết bị trao đổi nhiệt, do đặc điểm của quá trình làm việc ở nhiệt độ cao nên dòng
lưu thế nóng đi trong ống nhằm giảm thất thoát nhiệt cũng như dễ chế tạo hơn.
Sự hóa hơi MeOH trong thiết bị hóa hơi Metanol, 20-E-2101, nâng nhiệt của
dòng khí công nghệ ở thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102, và làm lạnh ở thiết bị
làm lạnh 20-E-2104, được trao đổi nhiệt gián tiếp với dòng HTO bằng bơm tuần hoàn,
20-P-2102A/B.
Dòng HTO có nhiệt độ 240 o
C sau khi trao đổi nhiệt với thiết bị làm nguội, được
làm lạnh về 146 o
C ở nhiệt bị gia nhiệt khí đầu vào và về đến 100 o
C ở thiết bị hóa hơi
Metanol.

44. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 34
2.3.2.1. Thiết bị hóa hơi MeOH, 20-E-2101-1,2 [12]
Thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101 của phân xưởng UFC85/Formaldehyde có
dạng Common Kettle, công suất thiết kế 0,18 Gcal/h cho dòng hơi thấp áp và 0,34
Gcal/h cho dòng HTO, dòng MeOH lỏng ban đầu sẽ được hóa hơi hoàn toàn sau khi đi
qua thiết bị.
Hình 2.5. Thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101
Nguồn: Datasheet for Shell and Tube Heat Exchanger 20-E-2101-1,2, 2014
Các thông số, thiết kế của thiết bị hóa hơi MeOH được đề cập trong các Bảng
2.12 và Bảng 2.13: Dòng MeOH lỏng nhập liệu ở nhiệt độ 30°C được bơm tới thiết bị
hóa hơi MeOH, dòng MeOH đi ngoài ống lần lượt trao đổi nhiệt với dòng HTO và
dòng hơi thấp ấp (LP Steam). Sau khi đi ra khỏi thiết bị thì dòng MeOH lỏng bị hóa
hơi hoàn toàn và có nhiệt độ 95°C.
Bảng 2.12. Thông số thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101,1
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
1 Dòng lưu chất MeOH Dòng dầu nóng
2 Tổng lưu lượng lỏng, kg/h 620 8.815
3 Lưu lượng khí, kg/h 620
4 Lưu lượng lỏng, kg/h 620 8.815 8.815
5 Nhiệt độ, °C 30 95 146 100
6 Áp suất, barG 2,0 2,1
7 Tỷ trọng pha khí, kg/m³ 3,29

45. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 35
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
8 Độ nhớt pha khí, cP 0,012
9
Khối lượng phân tử pha
khí, kg/kmol
32,01
10
Nhiệt dung riêng pha khí,
kcal/kg/o
C
0,393
11
Thất thoát nhiệt pha khí,
kcal/m/h/o
C
0,021
12 Tỷ trọng pha lỏng, kg/m³ 783 995 994
13 Độ nhớt pha lỏng, cP 0,51 0,61 1,01
14 Sức căng bề mặt, dyn/cm 22 26 30
15
Nhiệt dung riêng pha lỏng,
kcal/kg/o
C
0,61 0,46 0,43
16
Thất thoát nhiệt pha lỏng,
kcal/m/h/o
C
0,17 0,10 0,11
17 Nhiệt độ hóa hơi, o
C 95
18
Nhiệt độ chuyển pha,
kcal/kg
247,60
Nguồn: Datasheet for Shell and Tube Heat Exchanger 20-E-2101-1,2, 2014
Ngoài ra thông số thiết kế thiết bị hóa hơi MeOH được thể hiện tại Bảng 2.13
vận hành cho dòng hơi thấp áp (LP Steam) từ phân xưởng phụ trợ.
Bảng 2.13. Thông số thiết bị hóa hơi MeOH 20-E-2101,2
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
1 Dòng lưu chất MeOH Hơi nước thấp áp
2 Tổng lưu lượng, kg/h 1.145 661
3 Lưu lượng pha khí, kg/h 1.145 661
4
Lưu lượng pha lỏng,
kg/h
1.145 661
5 Nhiệt độ, o
C 30 95 161 152
6 Áp suất, barG 2,00 4,10
7 Tỷ trọng pha khí, kg/m³ 3,29 3,27

46. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 36
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
8 Độ nhớt pha khí, cP 0,01 0,01
9
Khối lượng phân tử pha
khí, kg/kmol
32,01 18,02
10
Nhiệt dung riêng pha khí,
kcal/kg/°C
0,39 0,57
11
Nhiệt thất thoát pha khí,
kcal/m/h/ o
C
0,02 0,03
12 Nhiệt độ điểm sương, o
C 152
13 Tỷ trọng pha lỏng, kg/m³ 783 915
14 Độ nhớt pha lỏng, cP 0,51 0,18
15 Sức căng bề mặt, dyn/cm 22 48
16
Nhiệt dung riêng pha
lỏng, kcal/kg/ o
C
0,61 1,03
17
Nhiệt thất thoát pha lỏng,
kcal/m/h/ o
C
0,17 0,59
18 Nhiệt độ hóa hơi, o
C 95
19 Nhiệt độ chuyển pha 247,60 497,90
Nguồn: Datasheet for Shell and Tube Heat Exchanger 20-E-2101-1,2, 2014
2.3.2.2. Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102 [13]
Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào được thiết kế với công suất 0,39 Gcal/h với mục
đích cung cấp nhiệt cho dòng công nghệ trước khi đi vào thiết bị phản ứng bằng tác
nhân dầu nóng HTO.
Cấu tạo chi tiết của thiết bị được thể hiện ở Hình 2.6.

47. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 37
Hình 2.6. Thiết bị gia nhiệt khí đầu vào, 20-E-2102
Nguồn: Datasheet for cross flow heat exchanger 20-E, 2102, 2014
Các thông số thiết bị gia nhiệt khí đầu vào được trình bày trong Bảng 2.14. Dòng
khí công nghệ bao gồm không khí và MeOH được trộn với nhau và trao đổi nhiệt với
dòng dầu nóng. Dòng công nghệ đi ngoài ống lúc đầu có nhiệt độ là 106 o
C và ra khỏi
thiết bị có nhiệt độ 209 o
C.
Bảng 2.14. Thông số thiết bị gia nhiệt khí đầu vào 20-E-2102
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
1 Dòng lưu chất Dòng công nghệ Dòng dầu nóng
2 Tổng lưu lượng, kg/h 14.110 8.815
3 Lưu lượng pha khí, kg/h 14.110 14.110
4 Lưu lượng pha lỏng, kg/h 8.815 8.815
5 Nhiệt độ, o
C 106 209 240 146
6 Áp suất, barG 0,48 2,30
7 Tỷ trọng pha khí, kg/m³ 1,34 1,02

48. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 38
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
8 Độ nhớt pha khí, cP 0,02 0,024
9
Khối lượng phân tử pha
khí, kg/kmol
28,32 28,32
10
Nhiệt dung riêng pha khí,
kcal/kg/ o
C
0,264 0,275
11
Nhiệt thất thoát pha hí,
kcal/m/h/ o
C
0,026 0,032
12 Nhiệt độ điểm sương, o
C
13 Tỷ trọng pha lỏng, kg/m³ 869 955
14 Độ nhớt pha lỏng 0,29 0,608
15 Sức căng bề mặt, dyn/cm 18 26
16
Nhiệt dung riêng pha
lỏng, kcal/kg/o
C
0,52 0,46
17
Nhiệt thất thoát pha lỏng,
kcal/m/h/o
C
0,08 0,10
2.3.2.3. Thiết bị làm nguội (After Cooler 20-E-2104) [13]
Thiết bị làm nguội được thiết kế với công suất 0,61 Gcal/h, nhằm mục đích làm
lạnh sản phẩm Formaldehyde sau khi phản ứng.
Các thông số thiết bị làm nguội 20-E-2104 được trình bày tại Bảng 2.15. Dòng
sản phẩm Formaldehyde ra khỏi thiết bị phản ứng có hiệt độ 285 o
C để tránh sự phân
hủy của sản phẩm nên cần phải làm lạnh nhanh. Dòng sản phẩm được đưa vào đáy
thiết bị làm nguội 20-E-2104 trong khi đó thì dòng dầu nóng đi trong ống. Sản phẩm
được làm lạnh xuống còn 130 o
C và được chuyển đến tháp hấp thụ.
Bảng 2.15. Thông số thiết bị làm nguội 20-E-2104
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
1 Dòng lưu chất Dòng công nghệ Dòng dầu nóng
2 Tổng lưu lượng, kg/h 14.110 8.815
3 Lưu lượng pha khí, kg/h 14.110 14.110
4 Lưu lượng pha lỏng, kg/h 8.815 8.815
5 Nhiệt độ, °C 285 130 100 240

49. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 39
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
6 Áp suất, bar g 0,27 2,50
7 Tỷ trọng pha khí, kg/m³ 0,75 0,999
8 Độ nhớt pha khí, cP 0,026 0,02
9
Khối lượng phân tử pha
khí, kg/kmol
27,14 27,14
10
Nhiệt dung riêng pha khí,
kcal/kg/°C
0,283 0,271
11
Nhiệt thất thoát pha hí,
kcal/m/h/°C
0,035 0,026
12 Nhiệt độ điểm sương, °C
13 Tỷ trọng pha lỏng, kg/m³ 994 869
14 Độ nhớt pha lỏng 1,005 0,29
15 Sức căng bề mặt, dyn/cm 30 18
Cấu tạo của thiết bị làm nguội 20-E-2104 được thể hiện chi tiết tại Hình 2.7.
Hình 2.7. Thiết bị làm nguội 20-E-2104
Nguồn: Datasheet for cross flow heat exchanger, 20-E-2014

50. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 40
2.3.3. Cụm thiết bị phản ứng [14]
Thiết bị phản ứng Formaldehyde phân xưởng UFC85/Formaldehyde được thiết
kế bởi hãng công nghệ Haldor Topsoe, công suất nhiệt thiết kế 1,34 Gcal/h, hiết bị sử
dụng lớp xúc tác cố định, xúc tác được đặt trong ống. Chất tải nhiệt HTO đi ngoài ống
nhằm mục đích giải nhiệt cho phản ứng. Bên cạnh đó, nhiệt động học của quá trình oxi
hóa MeOH tạo Formaldehyde là quá trình tỏa nhiệt mạnh nên lượng nhiệt tỏa ra phải
lấy ra trong quá trình phản ứng nhằm tăng độ chuyển hóa cho quá trình.
Có nhiều phương pháp để giải nhiệt cho phản ứng, tác nhân giải nhiệt có thể sử
dụng dòng nước tuần hoàn bên ngoài hay dòng dầu nóng bảo hòa. Tuy nhiên, nếu sử
dụng dòng nước tuần hoàn thì sau khi giải nhiệt phản ứng thì áp suất làm việc của thiết
bị có thể tăng cao điều này dẫn đến các yêu cầu về bề dày thiết bị cũng như vật liệu
chế tạo dẫn đến làm tăng chi phí đầu tư. Trong khi đó dòng dầu nóng (Heat Transfer
Oil) có khoảng nhiệt độ hoạt động rất tốt, áp suất thấp nên rất thích hợp cho giải pháp
giải nhiệt trong những năm gần đây.
Để đảm bảo vận hành an toàn cũng như việc chuyển hóa đạt hiệu suất cao thì ở
thiết bị phản ứng Formaldehyde, 20-R-2101 ta phải lưu ý đến vấn đề thành phần dòng
khí trước khi vào thiết bị phản ứng, tốc độ chảy và nhiệt độ của xúc tác.
 Thành phần dòng khí trước khi vào thiết bị phản ứng: Thật sự quan trọng khi duy
trì chính xác lượng thành phần dòng khí trước khi đi vào thiết bị phản ứng nhằm
bảo vệ sự giảm hoạt tính xúc tác và để giảm nguy cơ cháy, nổ đến mức độ nhỏ
nhất. Vì vậy, lượng MeOH tại đầu vào thiết bị phản ứng, 20-R-2101 được kiểm
tra thường xuyên. Để bảo vệ xúc tác, nồng độ oxy tại đầu vào của thiết bị phản
ứng phải luôn luôn cao hơn ít nhất 1% (tổng lưu lượng dòng) so với nồng độ
MeOH, nếu không thì xúc tác có thể bị phá hủy một cách nhanh chóng. Để giảm
như cơ cháy nổ đến mức độ nhỏ nhất thì nồng độ oxy trong dòng khi nhập liệu
không nên được phép tăng quá 11,0 %tt khi thành nồng độ MeOH cao hơn 6,0
%tt. Như kết quả trên, nồng độ oxy thích hợp trước khi đi vào thiết bị phản ứng
là 10,4 %tt tại nồng độ MeOH là 4,5 %tt và 10,0 %tt tại nồng độ MeOH là 8,4
%tt.
 Tốc độ chảy: Tốc độ chảy quá cao chảy qua thiết bị phản ứng sẽ làm cho dòng
chảy khí công nghệ bị rối. Bên cạnh đó, xúc tác có chứa MoO3, thời gian sống

51. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 41
của xúc tác sẽ bị giảm theo chiều dài của lớp xúc tác và càng ở cuối lớp xúc tác
thì độ giảm áp sẽ tăng một cách đột ngột. Bằng việc điều khiển tốc độ chảy của
dòng khí công nghệ và việc phân bố điều các lớp xúc tác trong chiều dài thiết bị
phản ứng thì sẽ độ giảm áp sẽ giữ được ở mức thay đổi nhỏ nhất.
 Nhiệt độ xúc tác: Như đã trình bày ở Chương I thì nhiệt độ xúc tác ảnh hưởng rất
lớn đến tuổi thọ xúc tác, việc tìm cho khoảng nhiệt độ tối ưu cho xúc tác là điều
quan trọng. Qua thực nghiệm, nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 260 – 300 o
C và
khoảng nhiệt độ này nên giữ ở mức dưới 400 o
C để đảm bảo sự lựa chọn và tuổi
thọ xúc tác. Bên cạnh đó, thì thành phần CO chứa trong dòng khi cần nên kiểm
tra một cách thường xuyên vì đây cũng là tác nhân chính làm cho nhiệt độ phản
ứng tăng một cách bất thường.
Cấu trúc chi tiết thiết bị phản ứng 20-E-2101 thể hiện ở Hình 2.8.
Hình 2.8. Cấu trúc thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-R-2101
Nguồn: Datasheet for Tubular Reactor 20-R-2101,2014
Các thông số của thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-R-2101 được đề cập trong
Bảng 2.16: Dòng khí công nghệ đi từ trên đỉnh tháp nhiệt độ 209 ºC trước khi vào tháp

52. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 42
sẽ trao đổi nhiệt với dòng dầu nóng đi ngoài ống. Độ chuyển hóa đạt 90-95% sau khi
kết thúc quá trình và nhiệt độ dòng sản phẩm đạt 285o
C.
Bảng 2.16. Thông số thiết bị phản ứng Formaldehyde 20-R-2101 [13]
STT Thông số Ngoài ống (Shell side) Trong ống (Tube Side)
1 Dòng lưu chất Dòng dầu nóng Dòng công nghệ
2 Tổng lưu lượng, kg/h 196.860 14.110
3 Lưu lượng khí, kg/h 19.686 14.110 14.110
4 Lưu lượng lỏng, kg/h 196.860 177.174
5 Nhiệt độ, °C 280 280 209 285
6 Áp suất, barg 0,60 0,43
7 Tỷ trọng pha khí, kg/m³ 6,00 1,00 0,80
8 Độ nhớt pha khí, cP 0,01 0,024 0,026
9
Khối lượng phân tử khí,
kg/kmol
165,97 28,32 27,14
10
Nhiệt dung riêng khí,
kcal/kg/°C
0,432 0,275 0,28
11
Nhiệt thất thoát pha khí,
kcal/m/h/°C
0,02 0,03 0,03
12
Nhiệt độ điểm sương,
°C
280
13
Tỷ trọng chất lỏng,
kg/m³
828 828
14 Độ nhớt chất lỏng, cP 0,22 0,22
15
Sức căng bề mặt,
dyn/cm
14
16
Nhiệt dung riêng lỏng,
kcal/kg/°C
0,55 0,55
17
Nhiệt thất thoát pha
lỏng, kcal/m/h/°C
0,08 0,08

53. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 43
2.3.4. Cụm thiết bị hấp thụ [15],[16]
Hấp thụ là quá trình hút khí bằng chất lỏng, khí được hút được gọi là chất bị hấp
thụ, chất lỏng dùng để hút gọi là chất hấp thụ hay còn gọi là dung môi hấp thụ, khí
không bị hấp thụ gọi là khí trơ. Quá trình hấp thụ đóng vai trò quan trọng trong công
nghệ hóa học, được ứng dụng nhằm mục đích:
 Thu hồi cấu tử quí;
 Làm sạch khí;
 Tách hỗn hợp thành cấu tử riêng;
 Tạo sản phẩm cuối cùng.
Nguyên tắc của quá trình hấp thụ là cho dòng khí tiếp xúc với dòng lỏng trong
tháp đĩa hoặc tháp đệm, khí thổi từ dưới lên, lỏng từ trên xuống và quá trình hấp thụ
xảy ra. Quá trình hấp thụ được thực hiện tốt hay không phần lớn do tính chất dung môi
quyết định.
Tháp hấp thụ Formaldehyde phân xưởng UFC85/Formaldehyde dung môi hấp
thụ là nước, sự hoạt động của thiết bị hấp thụ, cũng như lượng dung môi quyết định
chất lượng sản phẩm thu được. Tháp có thể hoạt động linh hoạt để sản xuất UFC85
hoặc Formaldehyde 37% tùy mục đích sử dụng.
Để đảm bảo tháp vận hành một cách hiệu quả thì tháp được thiết kế bao gồm 17
đĩa có tổng chiều cao là 8,40m, có ba lớp đệm được đặt ở vị trí đáy tháp, giữa tháp và
trên đỉnh tháp với chiều cao lần lượt là 3,0;6,0;3,0m, bên cạnh đó thì các thiết bị bơm
tuần hoàn cũng thiết lập nhằm mục đích tăng quá trình trao đổi.
 Lớp đệm đáy tháp (Bottom packed bed): Dòng khi công nghệ nhập liệu ở đáy
tháp 20-T-2101 có nhiệt độ khoảng 130 o
C, áp suất 0,07 barG, tại đây nó đi qua
lớp đệm đáy tháp. Một phần dung dịch Formaldehyde được làm lạnh bởi thiết bị
làm lạnh sản phẩm, 20-E-2203 và được tuần hoàn lên trên đỉnh lớp đệm đáy tháp.
Một phần của dung dịch Formaldehyde được làm lạnh về nhiệt độ 40 o
C tại thiết
bị làm lạnh sản phầm, 20-E-2204 và chuyển đến bồn chứa, 20-TK-2902.
 Lớp đệm giữa tháp (Middle packed bed): Ở lớp đệm giữa tháp, dung dịch được
lấy ra từ đáy của lớp đệm thì quay ngược lại đỉnh của lớp đệm giữa bằng bơm
tuần hoàn, 20-P-2202A/B, sau khi được làm lạnh tại thiết bị làm lạnh tuần hoàn
hấp thụ, 20-E-2202.

54. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 44
 Phần đĩa (Tray section): Phần đĩa của tháp hấp thụ được thiết kế trên lớp đệm
giữa. Tại đây, Formaldehyde và MeOH được tách ra bởi dung môi nước chảy từ
trên xuống trong khi đó dòng khí công nghệ đi từ dưới lên.
 Lớp đệm đỉnh tháp (Top packed bed): Nhiệm vụ chính của lớp đệm đỉnh tháp là
hấp thụ phần còn lại Formaldehyde từ dòng khí hoàn lưu. Dung dịch được lấy ra
từ đáp lớp đệm được quay trở lại đỉnh của lớp đệm trên bằng bơm tuần hoàn hấp
thụ, 20-P-2201A/B, sau khi được làm lạnh bởi thiết bị làm lạnh tuần hoàn. Nồng
độ của sản phẩm được điều kiển bằng hỗn hợp dung dịch với dòng dung môi
nước trước khi quay trở lại lớp đệm trên đỉnh tháp.
Cấu trúc tháp hấp thụ được thể hiện ở Hình 2.9.
Hình 2.9. Tháp hấp thụ Formaldehyde 20-T-2101
Nguồn: Datasheet for Tray Column 20-T-2101, 2014

55. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 45
Các thông số của tháp hấp thụ Formaldehyde được thể hiện trong Bảng 2.17.
Dòng sản phẩm Formaldehyde được làm lạnh đến nhiệt độ 130°C sẽ được đưa vào đáy
tháp hấp thụ. Bên cạnh đó thì dung dịch nước đã khử khoáng hoặc dung dịch Urê được
đưa từ trên đỉnh tháp (tùy mục đích sử dụng). Sau quá trình tiếp xúc pha giữa các dòng
thì sản phẩm sẽ được tháo ra ở đáy tháp. Trên đỉnh tháp một phần khí chưa phản phản
ứng sẽ hoàn lưu và phần còn lại là các khí thải được đốt.
Bảng 2.17. Thông số tháp hấp thụ Formaldehyde 20-T-2101 [15]
1
Khí nhập liệu
Nhiệt độ, °C 130,00
Áp suất, barG 0,22
Lưu lượng pha khí, kg/h 13.924
Tỉ trọng pha khí, kg/m³ 1,00
Độ nhớt pha khí, cP 0,02
Khối lượng phân tử pha khí, kg/kmol 27,14
2
Dung dịch Urê
Nhiệt độ, °C 57,00
Áp suất, bar g 0,25
Lưu lượng pha lỏng, kg/h 593
Tỉ trọng pha lỏng, kg/m³ 1.097
Độ nhớt pha lỏng, cP 0,87
Sức căng bề mặt pha lỏng, dyn/cm 12,00
3
Nước khử khoáng
Nhiệt độ, °C 46,00
Áp suất, barG 2,00
Lưu lượng pha lỏng, kg/h 473
Tỉ trọng pha lỏng, kg/m³ 992
Độ nhớt pha lỏng, cP 0,55
Sức căng bề mặt pha lỏng, dyn/cm 67,00
4
Sản phẩm đáy
Nhiệt độ, °C 73,00
Áp suất, barG 0,22
Lưu lượng pha lỏng, kg/h 63.595
Tỉ trọng pha lỏng, kg/m³ 1. 272
Độ nhớt pha lỏng, cP 17,25
Sức căng bề mặt pha lỏng, dyn/cm 5,00

56. Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Khoa Hóa Học và CNTP
Đồ Án Tốt Nghiệp Khóa 2012 - 2016 Trang 46
5
Sản phẩm đỉnh
Nhiệt độ, °C 37,00
Áp suất, barG 0,07
Lưu lượng pha khí, kg/h 11.951
Tỉ trọng pha khí, kg/m³ 1,00
Độ nhớt pha khí, cP 0,02
Khối lượng phân tử pha khí, kg/kmol 27,84