Đồ án nhập môn quá trình sản xuất ammoniac (nh3) đi từ nguồn nguyên liệu than đá

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN NHẬP MƠN Qtrìnhsảnxuấtammoniac(NH )đitừngu ồn ngun liệu than đá HÀ NỘI, 2/2023 MỤC LỤC MỞĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUANVỀAMONIAC .5 1.1 ĐẶC ĐIỂMCỦA AMONIAC 1.2 TÍNH CHẤTHÓAHỌC .5 1.3 TÍNH CHẤTVẬT LÝ 1.4 ỨNGDỤNG .6 1.5 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊUTHỤNH3 1.6 NGUYÊN LIỆU SẢNXUẤTAMONIAC 1.6.1 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu rắn: (phương pháp khí hóathan nhiệtđộcao) 1.7 1.6.2 Đi từ ngun liệu khí lị cốc cóchứa hydro .9 1.6.3 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu thể lỏng hoặcthểkhí 10 NGUYÊN LIỆUTHANĐÁ 11 CHƯƠNG SẢN XUẤT AMONIAC TỪ NGUYÊN LIỆUTHANĐÁ .12 2.1 XỬ LÍ THAN ĐÁ THÀNH NGUYÊNLIỆU KHÍ 12 2.1.1 Khí hóa than đá áp suấtkhíquyển 12 2.1.2 Quá trìnhKoppersTotzek 12 Hình5.SơđồQuá trìnhKoppers Totzek 13 2.2 2.1.3 Quátrình Shell 14 2.1.4 Quytrình Texaco 15 2.1.5 Quy trìnhSasol-Lurgi .17 CÁC PHƯƠNG PHÁP, CÔNG NGHỆ SẢNXUẤTNH3 18 2.2.1 Công nghệHaldor Topsoe 18 2.2.2 Côngnghệ M.W.Kellog 22 2.2.3 Công nghệKruff Uhde .23 2.2.4 Côngnghệ ICI 26 2.2.5 Công nghệ BrownvàRoo 27 CHƯƠNG SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ QUÁ TRÌNH SẢNX U Ấ T .29 3.1 SẢN XUẤT KHÍ HĨA THAN QUA LỊ KHÍHĨATHAN: 30 3.2 TINH CHẾ KHÍNHIÊNLIỆU 34 3.3 3.2.1 Loại bỏ tạp chất củalưuhuỳnh 34 3.2.3 Phương pháp oxy hoá khơng khíhồntồn: 36 3.2.4 Phương pháptổnghợp: .37 3.2.5 Tách CO2khỏi khínguyênliệu: 38 TỔNGHỢPNH3 .39 3.3.1 Phản ứng tổnghợpamoniac: .39 3.3.2 Tổng hợp amoniac ápsuấtcao: 39 3.3.3 Tổng hợp amoniac áp suấttrungbình: 40 3.3.4 Tổng hợp amoniac ápsuấtthấp: .40 3.4 CÁC QUÁ TRÌNH VÀ PHẢN ỨNG XẢY RA TRONG DÂY CHUYỀNHALDOL TOPSOE 47 3.4.1 Khử lưu huỳnh trongnguyênliệu: .47 3.4.2 Chuyển hốkhíCH4 47 3.5 CHUYỂN HOÁ CO Ở NHIỆT ĐỘ CAOVÀ THẤP: .47 3.6 Q TRÌNHMETANHỐ: 48 3.7 QUÁ TRÌNH TỔNGHỢPAMONIAC .48 3.8 CÔNG ĐOẠN LÀM LẠNHBẰNGAMONIAC: .48 3.9 THIẾT BỊ TỔNGHỢPAMONIAC: 49 3.10 3.9.1 Loại làm lạnhgiántiếp: .49 3.9.2 Thiết bị làm lạnhtrựctiếp: 52 CÁC YẾU TỐ CÔNG NGHỆ ẢNH HƯỞNG ĐẾNSẢN XUẤT 53 3.10.1 Quátrình 53 3.10.2 Ưuđiểm 53 3.10.3 Nhược điểm: Ảnh hưởng đếnmôi trường 54 3.10.4 Công cụ: Định nghĩa lị khí hóa than (tháp thanhóakhí) 55 3.10.5 Phạm vi ứng dụng lị khíhóathan .57 3.10.6 Ưu điểm lị khíhóathan .58 3.10.7 Giới thiệu lị khí hóa than thếhệmới 58 3.10.8 Ứng dụng lị khí hóa than tạiViệtNam .62 KẾTLUẬN 63 TÀI LIỆUTHAMKHẢO 64 Phụlục 65 MỞ ĐẦU Amoniac sản phẩm ngành cơng nghệ hố học, có tâm quan trọng lớn phát triển ngành kinh tế quốc dân, đáp ứng nhu cầu sử dụng quốc gia cơng nghiệp tổng hợp phân bón dùng cho nông nghiệp, hướng tổng hợp hữu khác, cơng nghiệp quốc phịng, cơng nghiệp dândụng Vì mà sản phẩm amoniac có mặt giới sớm, ngày phát triển với công nghệ tổng hợp hãng giới nhằm tổng hợp amoniac từ nguồn nguyên liệu khác tuỳ theo đặc điểm quốc gia nguồn nguyên liệu Trong năm qua Việt nam sử dụng sản phẩm NH3, với lượng không nhỏ cho ngành nông nghiệp, quốc phịng, làm chất tải lạnh Vì việc phát triển lựa chọn cơng nghệ sản xuất NH3 đóng vai trị quan trọng phát triển chung ngành công nghiệp hoá học Với lợi trữ lượng than đá lớn khu vực, sử dụng than đá vào công nghiệp phát triển công nghệ sản xuất NH3 hướng đắn, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có Nguồn nguyên liệu Việt Nam với trữ lượng Ttt, nguồn nguyên liệu cho tổng hợp amoniac quan trọng nhất, mà nước nhàcần CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ AMONIAC 1.1 ĐẶC ĐIỂM CỦAAMONIAC Amoniac hợp chất Nito (N) Hydro (H) có cơng thức hóa học NH3 Đây hợp chất vô cấu tạo từ nguyên tử Nito nguyên tử Hydro tạo thành liên kết bền Amoniac chất khí khơng màu, có mùi hăng đặc trưng Nó mộtchất thảinitơphổ biến, đặc biệt sinh vật sống nước, góp phần đáng kể vào nhu cầudinh dưỡngcủa sinh vật cạn cách đóng vai trị tiền chất củathực phẩmvàphân bón Trực tiếp gián tiếp, chất xây dựng để tổng hợp nhiềusản phẩm dược phẩmvà sử dụng nhiều sản phẩm tẩy rửa thươngmại 1.2 TÍNH CHẤT HĨAHỌC -Amoniac có tính khử – Amoniac bền nhiệt, bị phân hủy nhiệt độ cao theo phản ứng hóa học:  2NH3 → N2+3H2 N2 + 3H2 →2NH3 – Amoniac tác dụng với ion kim loại chuyển tiếp tạp ionphức:  2NH3 + Ag+ →[Ag(NH3)2]+ – Amoniac Nguyên tử hidro amoniac bị nguyên tử kim loại kiềm hoặcnhôm:  2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2 (350°C)  2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2 (800-900°C) – Amoniac tác dụng với dung dịch muối: Dung dịch amoniac có khả tạo kết tủa nhiều hidroxit kim loại khí tácdụng – Amoniac tính bazơ nên dung dịch amoniac làm cho quỳ tím hóa xanh cịn dung dịchphenolphlateintừ màu chuyển thành hồng Do để phát amoniac, người ta dùng quỳ tím ẩm để nhậnbiết – Amoniac tan trongnước – Amoniac tác dụng với axit tạo thành muốiamoni 1.3 TÍNH CHẤT VẬTLÝ - Amoniac thường tồn dạng khí, khơng màu, có mùi khó chịu Nồng độ Amoniac lớn gây chếtngười - Amoniac có độ phân cực lớn phân tử NH3 có cặp electron tự liên kếtN–Hbị phân cực Do NH3 chất dễ hoálỏng - Dung dịch Amoniac dung mơi hồ tan tốt: NH3 hồ tan dung mơi hữu dễ nước có số điện môi nhỏ nước Kim loại kiềm kim loại Ca, Sr, Ba hịa tan NH3 lỏng tạo dung dịch xanhthẫm 1.4 ỨNGDỤNG Amoniac dụng rộng rãi đời sống ứng dụng cơng nghiệp Dưới vài ví dụ điển hình ứng dụng Amoniac -Phân bón:  Trên thực tế có đến khoảng 83% amoniac lỏng dùng làm phân bón tất hợp chất Nito có nguồn gốc từ NH3, cần thiết cho phát triển câytrồng  Năm 2004, amoniac sử dụng phân bón muối giải pháp Khi áp dụng cho đất, giúp cung cấp suất gia tăng loại trồng ngô lúa mì  Tiêu thụ nhiều 1% tất lượng nhân tạo, sản xuất amoniac thành phần quan trọng ngân sách lượng thếgiới -Dùng làm thuốc tẩy:  Amoniac dùng hộ gia đình dung dịch NH3 nước sử dụng làm chất tẩy rửa cho nhiều bề mặt Amoniac lỏng tạo ánh sáng rựcrỡ  Trong đó, amoniac dùng để làm thủy tinh, đồ sứ thép không gỉ, hay sử dụng để làm lò nướng ngâm đồ để làm bụibặm… -Trong ngành dệt may:  Amoniac lỏng sử dụng để điều trị nguyên liệu bông, cung cấp cho tài sản kiềm bóng sử dụng chất kiềm Đặc biệt, sử dụng để rửa tiềnlen -Xử lý môi trường khí thải:  Amoniac lỏng sử dụng xử lý môi trường nhằm loại bỏ chất Nox, Sox khí thải khí đốt nguyên liệu hóa thạch than,đá… -Là chất chống khuẩn thực phẩm:  Amoniac chất khử mạnh, Amoniac khan sử dụng với mục đích thương mại để giảm loại bỏ nhiễm khuẩn thịtbị -Trong cơng nghiệp chế biến gỗ:  Amoniac lỏng sử dụng chế biến gỗ, làm cho màu sắc đậm khí Amoniac phản ứng với tự nhiên gỗ làm thay đổi màu sắc đẹphơn -Sử dụng ngành cơng nghiệp dầu khí:  Sử dụng Amoniac trung hịa acid, thành phần dầu thơ bảo vệ thiết bị khỏi bị ănmịn -Trong ngành cơng nghiệp khai thác mỏ:  Amoniac sử dụng để khai thác kim loại đồng niken molypden từ quặng củahọ 1.5 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤNH3 Amoniac nguyên liệu quan trọng sản xuất phân bón hợp chất tổng hợp sản xuất với sản lượng hàng năm lớn giới Khoảng 80% sản lượng amoniac sử dụng để sản xuất loại phân bón Trên thực tế, sản lượng amoniac toàn cầu tăng liên tục nhiều năm qua để đáp ứng nhu cầu phân bón ngành nơng nghiệp giới Về mặt địa lý, khu vực sản xuất amoniac lớn giới bao gồm Bắc Mỹ, Châu Âu, Trung Đông, Ấn Độ Trung Quốc, Trung Quốc khu vực sản xuấtchính Tại Việt Nam, Amoniac đóng vai trò sản phẩm trung gian quan trọng nhiều ngành công nghiệp, nguyên liệu thiếu nhiều dây chuyền sản xuất, đặc biệt dây chuyền sản xuất phân bón Urê, DAP, amoni nitrat… Nhu cầu tiêu thụ amoniac Việt Nam năm gần khoảng 1,4 triệu tấn/năm có xu hướng tăng thêm thời giantới Về công nghệ sản xuất: Đa số nhà máy phân đạm lớn áp dụng quy trình cơng nghệ tổng hợp amoniac hãng Haldor Topsoe như: nhà máy Phân đạm Phú Mỹ PetroVietnam Bà Rịa - Vũng Tầu (đi từ khí tự nhiên) ký mua quyền cơng nghệ năm 2002; nhà máy Phân đạm Ninh Bình VINACHEM Ninh Bình (đi từ than đá) ký năm 2007; nhà máy Phân đạm Cà Mau PetroVietnam Cà Mau (đi từ khí thiên nhiên) ký năm2008 Amoniac thuộc danh mục sản phẩm, hàng hóa nguy hiểm, quản lý chất lượng theo quy định pháp luật chất lượng sản phẩm, hàng hóa, theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia quan có thẩm quyền ban hành tiêu chuẩn người sản xuất công bố áp dụng Tuy nhiên, đến chưa có quy chuẩn kỹ thuật quốc gia amoniac nói chung hay amoniac cơng nghiệp nói riêng ban hành Sản phẩm amoniac nước chủ yếu sản xuất nhà máy sản xuất phân đạm Urê phục vụ cho nhu cầu sản xuất nhà máy này, lượng dư để bán thị trường nhỏ Hiện có sở có sản xuất amoniac, Cơng ty cổ phần Phân đạm Hóa chất Hà Bắc, Cơng ty TNHH Đạm Ninh Bình thuộc Tập đồn Hóa chất Việt Nam (VINACHEM); Nhà máy đạm Phú Mỹ (Bà RịaVũng Tàu) Nhà máy đạm Cà Mau thuộc Tập đồn Dầu khí Việt Nam (PetroViệt Nam) Hai nhà máy Đạm VINACHEM sử dụng nguyên liệu từ than, nhà máy Đạm PetroViệt Nam sử dụng ngun liệu đầu vào khí thiên nhiên Tổng cơng suất sản xuất amoniac đơn vị khoảng 1,5 triệu năm Ngồi cịn dự án sản xuất phân đạm chuẩn bị đầu tư Dự án sản xuất phân đạm từ than Nghi Sơn (Thanh Hóa) số dự ánkhác 1.6 NGUYÊNLIỆU SẢN XUẤTAMONIAC 1.6.1 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu rắn: (phương pháp khí hóa than nhiệt độcao) 1.6.1.1 Nguyênliệu: -Than đá - Hơinước - Khơngkhí 1.6.1.2 Phươngpháp -Than đá - Hơinước - Khơngkhí Phương pháp sản xuất mô tả sơ đồ khối dưới: Hình Sơ đồ khối mơ tả q trình khí hóa than nhiệt độ cao 1.6.2 Đi từ ngun liệu khí lị cốc có chứahydro 1.6.2.3 Ngunliệu -Khí lịcốc -Khơngkhí 1.6.2.4 Phươngpháp Phương pháp sản xuất mô tả sơ đồ khối dưới: Hình Sơ đồ khối mơ tả phương pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH3 1.6.3 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu thể lỏng thểkhí 1.6.3.5 Nguyênliệu -Nhiên liệu thể lỏng thể khí -Hơi nước -Khơng khí khơng khí giàu Oxy 1.6.3.6 Phươngpháp ... SẢNXUẤTAMONIAC 1.6.1 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu rắn: (phương pháp khí hóathan nhiệtđộcao) 1.7 1.6.2 Đi từ nguyên liệu khí lị cốc cóchứa hydro .9 1.6.3 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu thể lỏng hoặcthểkhí... 10 NGUYÊN LIỆUTHANĐÁ 11 CHƯƠNG SẢN XUẤT AMONIAC TỪ NGUYÊN LIỆUTHANĐÁ .12 2.1 XỬ LÍ THAN ĐÁ THÀNH NGUYÊNLIỆU KHÍ 12 2.1.1 Khí hóa than đá áp suấtkhíquyển 12 2.1.2 Quá trìnhKoppersTotzek... dự ánkhác 1.6 NGUYÊNLIỆU SẢN XUẤTAMONIAC 1.6.1 Đi từ nguyên liệu nhiên liệu rắn: (phương pháp khí hóa than nhiệt độcao) 1.6.1.1 Ngunliệu: -Than đá - Hơinước - Khơngkhí 1.6.1.2 Phươngpháp -Than