Hoá chất là một ngành quan trọng của công nghiệp nặng vì nó đảm bảo sản xuất phần lớn các nguyên vật liệu cho các ngành công nghiệp khác từ các chất vô cơ đến các sản phẩm tổng hợp hữu cơ. Hoá chất đóng vai trò quan trọng trong nhiệm vụ tìm tòi và sản xuất các nguyên vật liệu mới, một trong những hướng phát triển chủ yếu của khoa học kỹ thuật ngày nay. Vì vậy mức độ phát triển của công nghiệp hoá học phản ánh trình độ phát triển nền kinh tế của một nước.

Đặc điểm của quá trình công nghệ

Sản phẩm của các nhà máy hoá chất rất khác nhau vì vậy quá trình công nghộ cụ thể của từng nhà máy cũng khác nhau. Song nhìn chung công nghệ sản xuất hoá học có đặc điểm là làm việc liên tục, khép kín giữa các phân xưởng. Ngừng sản xuất bất kỳ một phân xưởng nào cũng gây ra rối loạn sản xuất của toàn xí nghiệp, do đó yêu cầu liên tục cung cấp điện rất cao. Sự cố mất điện có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng về người và thiết bị, gây ra nhiễm độc trong phạm vi nhà máy và những vùng phụ cận, việc phục hồi sản xuấtt rất phức tạp và đòi hỏi nhiều thời gian.

Các xí nghiệp hoá chất có thể chia ra làm hai loại chính. Một số xí nghiệp chuyên sản xuất các hoá chất cơ bản như xút, axil, amôniăc, clo, các hợp chất hữu cơ như axêtylen, benzen v.v… Những xí nghiệp khác sản xuất các vật liệu như xi măng, thuỷ tinh, phân đạm, phân phôtphat, thuốc trừ sâu, dầu, sơn, các loại chất dẻo, cao su tổng hợp, các loại keo v.v…

Xút và do được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp điện phân muối ăn (NaCl). Clo thu được dùng để chế axit cloohyđrie và các loại thuốc tẩy dùng trong công nghệ giấy và dệt.

Axit sulfuaric được sản xuất bằng cách đốt pirit sal (FeS2) để thu được khí sultuarơ SO2. Khí SO2 được máy nén đưa vào thiết bị tiếp xúc. Dưới áp suất và nhiệt độ cao cộng thêm chất xúc tác, khí SO2 trở thành anhyđric sulfuaric SO3. Sau đó axil suituaric được hình thành trong tháp hấp thụ theo phương trình phần ứng sau:

SO3+ H2O = H2SO4

Axit sulfuaric tác dụng với phôtphat tự nhiên hoặc quặng apatit để cho ta phân hóa học supe phôtphat (CaH4(P04)2CaS04).

Axil nitric (HNO3) được điều chế từ amônăc (NH3). Nguyên liệu để chế amôniăc là khí thiên nhiên hoặc khí lò cốc. Sau khi khử các tạp chất như các hợp chất sunfua, axit cacbonic v.v… người ta thu được hỗn hợp khí gồm 75% hydro H và 25% nitơ N. Hỗn hợp khí này được đưa vào lò tổng hợp với áp suất và nhiệt độ cao (350 ata, 45oC; dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ và chất xúc tác, hydro và nitơ được tổng hợp thành amôniăc. Amôniăc cũng có thổ được điều chế bằng cách điện phân nước để lấy hydro H và phân ly không khí để lấy nitơ N, sau để tổng hợp lại thành amôniăc, nhưng phương pháp này ít được dùng vì đòi hỏi nhiều năng lượng, phải mất khoảng 1400 kWh mới điều chế được 1 tấn amôniăc.

Amôniăc được đưa vào thiết bị tiếp xúc và đối nóng với không khí giàu oxy ở nhiệt độ 800ơC sẽ tạo ra khí N02. Ở trong tháp hấp thụ khí N02 tác dụng với nước H20 cho ta axit nitric HNO3 Axit HNO3 là nguyên liệu chủ yếu để chế tạo phân đạm.

Từ khí thiên nhiên có chứa metan (CH4) người ta có thể tổng hợp được axetylcn C2H2, đó là nguyên liệu chính để tạo ra các sán phẩm hữu cơ như các loại chất dẻo, cao su tổng hợp, các loại sợi tổng hợp.

Đặc điểm của thiết bị điện – phân loại phụ tải

Công nghiệp hoá học sử dụng nhiều điện năng để thực hiện các quá trình:

  • điện hoá: điện phân dung dịch và hợp kim;
  • điện nhiệt: đun nóng, nấu cháy, sấy, tổng hợp ở nhệt độ cao;
  • điện từ: dùng để kiểm tra và tự động hoá các quá trình;
  • tĩnh điện: lắng bụi, mù, cracking cachua hydro hằng điện.

Đặc hiệt công nghiệp hoá học sử dụng rộng rãi việc dùng điện năng biến thành cơ năng để thực hiện các quá trình: đập, nghiền, sàng, trộn, phân ly, quạt gió, nén khí, bơm nước v.v…

Các xí nghiệp hoá chất thường lấy điện từ hệ thống điện. Chỉ trong trường hợp xí nghiệp ở xa hệ thống điện hoặc khu liên hợp hoá chất lớn người ta mới phải xây dựng nhà máy điện riêng cho xí nghiệp.

Các xí nghiệp hoá chất có đặc điểm chung là sản xuất liên tục và ổn định, ít có các phụ tải đội biến vì vậy đồ thị phụ tải hàng ngày tương đối bằng phẳng (kể cả thời gian ca ba) và thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax tương đối lớn.

Đồ thị phụ tải của xí nghiệp

Sản phẩm của công nghiệp hóa chất rất khác nhau, tùy theo công nghệ điều chế mà suất tiêu hoa điện năng của một đơn vị sản phẩm cũng khác nhau nhiều

Suất tiêu hao điện năng của một số sản phẩm của xí nghiệp hóa chất

Suất tiêu hao điện năng của một số sản phẩm của xí nghiệp hóa chất

Nhìn chung sản xuất các sản phẩm hữu cơ như axetylen, caprolactam, các loại chất dẻo v.v… đòi hỏi nhiều điện năng. Do đặc điểm của quá trình sản xuất hoá học là liên tục khép kín nẽn đòi hỏi các thiết bị điện làm việc liên tục, điều đó phản ánh ở hệ số nhu cầu của các thiết bị điện khá lớn, k,K. = 0,6 ± 0,7.

Trong các xí nghiệp hoá chất thường có nhiều chất khí hoặc dung dịch có tính ăn mòn kim loại, vì vậy các thiết bị điện phải dùng loại có vỏ che chắn bảo vệ và đặt ở nơi khô ráo.

Các động cơ thường dùng loại kín, làm mái bằng quạt, dùng riêng cho các nhà máy hoá chất. Các đầu cáp và đầu nối phải được làm chắc chắn và cách điện tốt.

Có thể liệt các phụ tải sau đây vào phụ tải loại 1: quạt thông gió vệ sinh để thải khí độc, bơm nước cấp, nước thải, trạm khí nén, các tháp hấp thụ, tiếp xúc, trạm điều khiển trung tâm v.v… Đối với các phụ tải loại này nhất thiết phải được cung cấp bằng hai nguồn đảm bảo liên tục cung cấp điện.

Các thiết bị thuộc phụ tải loại 2 là: thiết bị lọc bụi, tẩy rửa, thiết bị vận chuyển nguyên liệu, thiết bị lò hơi v.v…

Do đặc điểm của quá trình công nghệ hoá học, do vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, các xí nghiệp hoá chất thường được liệt vào hộ tiêu thụ điện loại 1, đối với những xí nghiệp nhỏ ít quan trọng có thể xếp vào hộ tiêu thụ điện loại hai.

Hệ thống cung cấp điện

a) Dòng điện và điện áp

Mạng điện trong xí nghiệp hoá chất thường dùng cấp điện áp 380/220V dòng xoay chiều tần số 50 Hz.

Một số thiết bị có công suất lớn như trạm quạt gió, trạm bơm khí nén có thể dùng động cơ cao áp có điện áp u= 6 ÷ 10 kV.

Ở những phân xưởng điện phân thường dùng các bộ nguồn một chiều có dòng I = 2000 ÷ 3000 A Các bộ nguồn một chiều này thường dùng các loại chỉnh lưu bán dẫn không điều khiển hoặc có điều khiển. Biến áp của chỉnh lưu có điện áp sơ cấp là 380/220V còn điện áp thứ cấp tuỳ yêu cầu của bể điện phân có thể là 12V,  24V hoặc 36 V.

Mạng chiếu sáng dùng cấp điện áp 220V dùng chung với mạng động lực. Ở nhưng nơi ẩm ướt (phân xưởng tẩy rửa, điện phân v.v…) hoặc thiết bị chiếu sáng xách tay nên dùng điện áp 24 hoặc 36 V để đảm bảo an toàn.

b) Hệ thống cung cấp điện

Xí nghiệp hoá chất thường được liệt vào hộ phụ tải loại 1, vì vậy chúng phải được cấp điện bằng hai đường dây lấy từ hai phân đoạn của trạm biến áp khu vực.

Trạm biến áp hạ áp của xí nghiệp thường đặt hai máy biến áp có điện áp 35 – 110 kV/6 – 10 kV thanh cái phía điện áp thấp của trạm có phân đoạn để tăng tính linh hoạt và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp hóa chất

Mạng điện trong xí nghiệp nên dùng cáp lõi đồng, cách điện bằng giấy tẩm dầu, có vỏ bọc và bảo vệ chắc chắn để vừa tránh được tác hại ăn mòn của hoá chất vừa đảm bảo giao thông thuận tiện và mỹ quan của xí nghiệp.

Vì xí nghiệp hoá chất có nhiều phụ tải loại một nên ngoài đường dây cung cấp cho trạm biến áp hạ áp của xí nghiệp cần có thêm nguồn dự phòng như: phát điện điêzen, đường dây lấy từ xí nghiệp bạn v.v… Nguồn dự phòng phải đảm bảo cho các phụ tải loại một của xí nghiệp có thể tiếp tục vận hành ở trạng thái nguồn điện chính bị sự cố, đặc biệt phải đảm bảo cho các loại quạt gió thải khí độc làm việc liên tục trong mọi trường hợp.

Mạng điện phân xưởng

Trạm biến áp phân xưởng nên đặt hai máy biến áp, thanh cái phía hạ áp có phân đoạn để tăng tính linh hoạt trong vận hành.

Mạng điện phân xưởng chủ yếu dùng sơ đồ hình tia để cung cấp cho các phụ tải quan trọng như: máy nén khí, quạt gió thải khí độc, tháp tiếp xúc, tháp hấp thụ v.v…

Chiếu sáng trong các phân xưởng của xí nghiệp hoá chất thường dùng hình thức chiếu sáng chung có chọn lọc. Các bóng đèn được bố trí ở những nơi thuận tiện nhất cho nhân viên vận hành theo dõi các đồng hồ đo, các bảng điều khiển. Các bóng đèn chiếu sáng sự cố được bố trí ở những hành lang dùng để sơ tán công nhân khi xảy ra sự cố hoặc ở những nơi dễ xảy ra nguy hiểm như các lò có nhiệt độ cao, các bể chứa, hầm sâu v.v… Điện áp của mạng chiếu sáng là 220V như vậy mạng chiếu sáng và mạng động lực có thổ dùng chung mạng phân xưởng có cấp điện áp 380/220 V.

Các biện pháp tiết kiệm điện và sử dụng điện hợp lý

Đặc điểm của quá trình công nghệ hoá học là liên tục và khép kín. Vì vậy muốn tiết kiệm điện năng trước tiên phải nghiên cứu để áp dụng quy trình công nghệ tiên tiến một cách đồng bộ giữa các phân xưởng. Việc cải tiến quy trình công nghẹ có ảnh hưởng rất sâu sắc đến mức độ tiêu thụ điện năng của xí nghiệp.

Người ta áp dụng nhiều biện pháp để tăng tốc độ phản ứng hoá học do đó giảm được tiêu hao năng lượng. Ví dụ sử dụng phương pháp tăng áp suất (trên 100 ata) trong quá trình tổng hợp amoniăc, mêtanon, sản xuất xăng bằng cách hydrô hoá nhiêu liệu nặng v.v… sẽ tăng nồng độ của các chất tham gia phản ứng do đó rút ngắn được quá trình xảy ra phản ứng. Ngược lại đối với một số quá trình nhả, hấp thụ, bốc hơi chất lỏng v.v… thì người ta sử dụng kỹ thuật chân không giảm áp suất để tăng tốc độ phản ứng. Nhiều phản ứng hoá học nhờ tăng nhiệt độ và khuấy trộn để tăng bề mặt tiếp xúc mà tăng được tốc độ phản ứng. Đặc biệt các chất xúc tác đóng vai trò rất quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình xảy ra phần ứng và tăng tốc độ phản ứng.

Ngày nay nhờ áp dụng rộng rãi kỹ thuật tự động mà người ta điều khiển được các quá trình hoá học xảy ra ở chế độ tối ưu nên tăng được hiệu suất và giảm được tiêu hao năng lượng.

Trong các xí nghiệp hoá chất thường có các loại máy có công suất lớn và không phải điều chỉnh tốc độ như máy quạt, máy bơm, nén khí, máy đập nghiền v.v… Đối với những loại máy này nên dùng động cơ đồng bộ để góp phần cải thiện hệ số công suất cosφ của xí nghiệp. Các loại lò nung, lò sấy cần phải được điều chỉnh để làm vệc ở chế độ tối ưu, áp dụng các hiện pháp tránh mất mát nhiệt và hạn chế đến mức tối thiểu thời gian chạy không tải.

Trích: Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng

Xem thêm: Hệ thống cung cấp điện của các xí nghiệp dệt

Hệ thống cung cấp điện của các xí nghiệp hóa chất
5 (100%) 4 votes