Nguyên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất Amoniac từ khí khô với năng suất 450000 tấn một năm

Nguyên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất Amoniac từ khí khô với năng suất 450000 tấn một năm Amoniac là sản phẩm của ngành công nghệ hoá học, có tầm quan trọng lớn đối với sự phát triển của ngành kinh tế quốc dân, đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng của từng quốc gia trong công nghiệp tổng hợp phân bón dùng cho nông nghiệp, và các hƣớng tổng hợp hữu cơ khác, trong công nghiệp quốc phòng, công nghiệp dân dụng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Nguyên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất Amoniac từ khí khô với năng suất 450000 tấn/năm Giảng viên hướng dẫn: ThS. PHẠM HOÀNG ÁI LỆ Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN THỊNH MSSV: 10034341 Lớp: DHHD6B Khoá: 2010-2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Nguyên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất Amoniac từ khí khô với năng suất 450000 tấn/năm Giảng viên hướng dẫn: ThS. PHẠM HOÀNG ÁI LỆ Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN THỊNH MSSV: 10034341 Lớp: DHHD6B Khoá: 2010 - 2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014 i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Họ và tên sinh viên: PHAN VĂN THỊNH MSSV: 10034341 Chuyên ngành: Công nghệ Hóa Dầu Lớp: DHDH6B 1. Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nguyên cứu thiết kế phân xƣởng sản xuất Amonac từ khí khô với năng suất 450000 tấn/năm 2. Nhiệm vụ: - Tìm hiểu tổng quan quá trình sản xuất NH 3 - Lựa chọn dây chuyền công nghệ - Mô phỏng dây chuyền công nghệ bằng phần mềm Hysys - Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lƣợng bằng phƣơng pháp thƣờng - Tính toán cân bằng vật chất, năng lƣợng trên Hysys - Thiết kế xây dựng , tính an toàn lao động 3. Ngày giao khóa luận/đồ án: 4. Ngày hoàn thành khóa luận/đồ án: 6/2014 5. Họ tên giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Phạm Hoàng Ái Lệ Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hƣớng dẫn chuyên ngành TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC // CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do - Hạnh phúc // ii LỜI MỞ ĐẦU Amoniac là sản phẩm của ngành công nghệ hoá học, có tầm quan trọng lớn đối với sự phát triển của ngành kinh tế quốc dân, đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng của từng quốc gia trong công nghiệp tổng hợp phân bón dùng cho nông nghiệp, và các hƣớng tổng hợp hữu cơ khác, trong công nghiệp quốc phòng, công nghiệp dân dụng. Vì vậy mà sản phẩm amoniac đã có mặt trên thế giới rất sớm, và ngày càng đƣợc phát triển với các công nghệ tổng hợp của các hãng trên thế giới nhằm tổng hợp amoniac từ các nguồn nguyên liệu khác nhau tuỳ theo đặc điểm của từng quốc gia về nguồn nguyên liệu. Trong những năm qua ở Việt nam đã sử dụng sản phẩm NH 3 với một lƣợng không nhỏ cho các ngành nhƣ nông nghiệp, quốc phòng, làm chất tải lạnh. Vì vậy việc phát triển lựa chọn công nghệ sản xuất NH 3 đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển chung của ngành công nghiệp hoá học. Với lợi thế nguồn nguyên liệu khí tự nhiên dồi dào việc phát triển công nghệ sản xuất NH 3 từ khí tự nhiên là hƣớng đi đúng đắn, nhằm tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có. Amoniac có nhiều ứng dụng trong thực tế nhƣ vậy cho nên đề tài “ Thiết kế phân xƣởng sản xuất NH 3 từ khí tự nhiên” có ý nghĩa thực tế sâu sắc. Mục đích của đề tài là sử dụng nguồn nguyên liệu khí tự nhiên sẵn có ở nƣớc ta một cách có hiệu quả để sản xuất ra Amoniac làm chất hoá học trung gian phục vụ quá trình tổng hợp ra các sản phẩm có ích đáp ứng nhu cầu cho nền kinh tế quốc dân. iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện:  Nội dung thực hiện:  Hình thức trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên hƣớng dẫn (Ký ghi họ và tên) iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên phản biện (Ký ghi họ và tên) v MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU ix Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Tổng quan amoniac 1 1.1.1. Cấu tạo phân tử NH 3 1 1.1.2. Tính chất vật lý của NH 3 2 1.1.3. Tính chất hoá học của Amoniac 3 1.1.4. Ứng dụng Amoniac 5 1.1.5. Nguyên liệu sản xuất Amoniac 6 1.2. Các công nghệ sản xuất Amoniac 9 1.2.1. Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất Amoniac 9 1.2.2. Công nghệ sản xuất Amoniac 10 1.2.3. Công nghệ của một số hãng trên thế giới 11 1.3. Lựa chọn công nghệ sản xuất Amoniac 19 1.3.1. Nguyên liệu 19 1.3.2. Dây chuyền sản xuất 19 1.3.3. Các quá trình trong dây chuyền Haldol Topsoe 19 Chƣơng 2: TÍNH TOÁN THÔNG THƢỜNG 34 1.1. Cân bằng vật chất 34 1.1.1. Chuyển hóa khí tự nhiên thành khí tổng hợp 34 1.1.2. Chuyển hóa CO từ khí tổng hợp và tinh chế khí 43 1.1.3. Tổng hợp NH 3 48 1.1.4. Hiệu chỉnh theo năng suất thiết kế 51 2.2. Cân bằng nhiệt lƣợng 55 2.2.1. Quá trình chuyển hóa khí tự niên thành khí tổng hợp 55 2.2.2. Quá trình chuyển hóa và tinh chế khí tổng hợp 63 vi 2.2.3. Cân bằng nhiệt ở hệ thống tổng hợp NH 3 71 2.2.4. Hiệu chỉnh cân bằng nhiệt lƣợng theo năng suất 74 2.3. Tính toán tháp tổng hợp 76 2.3.1. Chiều dày thân tháp tổng hợp 76 2.3.2. Tính chiều cao của tháp tổng hợp 79 Chƣơng 3: MÔ PHỎNG BẰNG HYSYS 84 3.1. Tổng quan phần mềm 84 3.1.1. Phần mềm mô phỏng 84 3.1.2. Phần mềm Hysys 85 3.1.3. Phƣơng pháp xây dựng mô hình mô phỏng phân xƣởng Amoniac 86 3.2. Mô phỏng hoàn chỉnh phân xƣởng Amoniac 91 3.2.1. Mô phỏng quá trình khử lƣu huỳnh 92 3.2.2. Mô phỏng quá trình reforming sơ cấp và thứ cấp 92 3.2.3. Mô phỏng quá trình chuyển hóa CO 94 3.2.4. Mô phỏng quá trình tách CO 2 bằng dung dịch MDEA 95 3.2.5. Mô phỏng quá trình methane hóa và nén khí tổng hợp 95 3.2.6. Mô phỏng quá trình tổng hợp Amoniac và tách thu sản phẩm 96 3.2.7. Mô phỏng hoàn chỉnh toàn phân xƣởng Amoniac 97 3.3. Đánh giá, so sánh kết quả mô phỏng với tính toán thông thƣờng 98 3.3.1. Quá trình reforming sơ cấp và thứ cấp 98 3.3.2. Quá trình chuyển hóa CO 99 3.3.3. Quá trình tách CO 2 bằng dung dịch MDEA 100 3.3.4. Quá trình methane hóa và nén khí tổng hợp 101 3.3.5. Quá trình tổng hợp Amoniac và tách thu sản phẩm 102 Chƣơng 4 : THIẾT KẾ XÂY DỰNG 104 4.1. Chọn địa điểm xây dựng 104 4.1.1. Các yêu cầu chung 104 4.1.2. Các yêu cầu về kỹ thuật xây dựng 104 4.1.3. Các yêu cầu về môi trƣờng vệ sinh công nghiệp 105 4.1.4. Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy 105 4.2. Giải pháp thiết kế tổng quan mặt bằng phân xƣởng 106 4.2.1. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng phân xƣởng 106 vii 4.2.2. Các hạng mục công trình 108 4.2.3. Mặt bằng nhà máy 110 Chƣơng 5: AN TOÀN, VỆ SINH LAO DỘNG 112 5.1. An toàn lao động 112 5.1.1. Mục đích 112 5.1.2. Ý nghĩa 112 5.1.3. Các biện pháp an toàn lao dộng 112 5.2. Công tác vệ sinh lao động 114 5.2.1. Vệ sinh đối với mặt bằng nhà máy 114 5.2.2. Hệ thống thông gió 115 5.2.3. Hệ thống chiếu sáng 115 5.2.4. Hệ thống vệ sinh cá nhân 115 KẾT LUẬN 116 KIẾN NGHỊ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 PHỤ LỤC 119 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ khối mô tả phƣơng pháp khí hoá than ở nhiệt độ cao. 6 Hình 1.2. Sơ đồ khối mô tả phƣơng pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH 3 . 7 Hình 1.3. Sơ đồ khối tổng hợp NH 3 đi từ nguyên liệu thể lỏng hoặc thể khí 8 Hình 1.4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng hợp amoniac của KELLOGG 13 Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ KBR Purifier 14 Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ Krupp Uhde 16 Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ Haldor Topsoe 18 Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ của quá trình khử lƣu huỳnh 20 Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ của quá trình reforming 22 Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình chuyển hóa CO 24 Hình 1.11. Sơ đồ công nghệ của quá trình tách CO 2 bằng dung dịch MDEA 26 Hình 1.12. Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình methane hóa 27 Hình 1.13. Tháp tổng hợp Amoniac 32 Hình 3.1. Giao diện phần mềm mô phỏng Hysys. 86 Hình 3.2. Phƣơng pháp xây dựng mô hình mô phỏng phân xƣởng Amoniac 88 Hình 3.3. Thiết lập hệ cấu tử cho mô hình mô phỏng 89 Hình 3.4. Thiết lập hệ nhiệt động SRK-Twu (mặc định) cho mô hình mô phỏng 90 Hình 3.5. Mô hình mô phỏng quá trình khử lƣu huỳnh 92 Hình 3.6. Mô hình mô phỏng thiết bị reforming sơ cấp và thứ cấp 94 Hình 3.7. Mô hình mô phỏng quá trình chuyển hóa CO 94 Hình 3.8. Mô hình mô phỏng quá trình tách CO 2 bằng dung dịch MDEA 95 Hình 3.9. Mô hình mô phỏng quá trình methane hóa và nén khí tổng hợp 96 Hình 3.10. Mô hình mô phỏng quá trình tổng hợp Amoniac và tách thu sản phẩm . 97 Hình 3.11. Mô hình mô phỏng hoàn chỉnh phân xƣởng Amoniac 98 [...]... Uhde Công nghệ Krupp Uhde là công nghệ sản xuất Amoniac từ khí thiên nhiên, LNG, LPG hoặc naphtha Công nghệ sử dụng quá trình reforming hơi nƣớc truyền thống để sản xuất khí tổng hợp, trong khi quá trình tổng hợp Amoniac liên tục với vòng tổng hợp Amoniac Điều này cho phép thiết kế phân xƣởng Amoniac có công suất rất lớn từ 4.000 đến 5.000 tấn/ ngày Phân xƣởng Amoniac đầu tiên xây dựng trên công nghệ... Bắc có mỏ khí tìm đƣợc ở Tiền Hải – Thái Bình vào năm 1981 Phía Nam có các mỏ nhƣ Nam Côn Sơn, Lan Tây, Lan đỏ…, với trữ lƣợng tƣơng đối lớn, ngoài ra nguồn khí đồng hành cũng cung cấp một khối lƣợng khí không nhỏ 1.2 CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 1.2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC Sản phẩm amoniac đã xuất hiện rất sớm từ đầu thế kỷ 18 Khi đó ngƣời ta tổng hợp amoniac ở áp suất cao... nhà máy phân đạm Hà Bắc sản xuất NH3 từ than nhƣng công nghệ lạc hậu và hiệu quả không cao Năm 2004 với dự án nhà máy khí Điện Đạm Phú Mỹ đã đi vào hoạt động với công suất 1200 tấn/ ngày đã sử dụng phần nào nguồn nguyên liệu sẵn có, đáp ứng nhu cầu sử dụng NH3 cho tổng hợp phân đạm và các ngành công nghiệp hoá học khác Các công nghệ sản xuất amoniac tuỳ thuộc vào từng hãng thiết kế khác nhau mà có những... nhà máy khí điện đạm Phú Mỹ Phân xƣởng sản xuất NH3 với công suất thiết kế 1250 tấn/ ngày Chúng bao gồm các công đoạn sau: Reforming Metan hoá Chuyển hoá CO Tách CO2 CO2 + Từ khí tự nhiên khử S + Metan hoá + Reforming sơ cấp, thứ cấp + Tổng hợp NH3 + Chuyển hoá CO Hình 1.7 SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN TỔNG HỢP AMONIAC CỦA HALDOR TOPSOE Tổng hợp amoniac Tách lƣu huỳnh Sản phẩm NH3 Khí thải Khí tự nhiên Không khí Hơi... pháp khí hoá than ở nhiệt độ cao 7 1.1.5.2 Nguyên liệu khí lò cốc có chứa hydro  Nguyên liệu - Khí lò cốc - Không khí  Phương pháp: Phƣơng pháp này đƣợc mô tả trong sơ đồ hình khối sau: Nguyên liệu Khí lò cốc Không khí Khử sạch CO2 sấy khô Khử sạch hợp chất sulfur Làm lạnh thâm độ phân ly Đƣợc oxy Khử CO2 bằng chất hấp thụ Làm lạnh thâm độ Khí Nitơ Khí giàu C2H4 Khử sạch CO2 bằng N2 lỏng Nén khí nguyên. .. Trong thiết bị reforming thứ cấp, không khí đƣợc đƣa vào khí tổng hợp qua hệ thống vòi phun đặc biệt, cho phép phối trộn tốt hỗn hợp không khí với khí tổng hợp Quá trình sản xuất hơi nƣớc áp suất cao và hơi nƣớc quá nhiệt tiếp theo đảm bảo tận dụng tối đa nhiệt năng để đạt hiệu quả năng lƣợng tối ƣu Khí CO đƣợc chuyển hóa thành CO2 trong các thiết bị chuyển hóa nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp với tác... xảy ra do các phân tử amoniac kết hợp với các ion Cu2+, Ag+, bằng các liên kết cho-nhận giữa cặp eletron chƣa sử dụng của nguyên tử nitơ với obitan trống của ion kim loại 1.1.3.3 Tính khử  Tác dụng với oxi Khi đốt trong khí oxi, amoniac cháy với ngọn lửa màu vàng, tạo ra khí nitơ và hơi nƣớc 4NH3+3O2 → 2N2+6H2O 5 Khi đốt amoniac trong oxi không khí có mặt chất xúc tác thì tạo ra khí NO và nƣớc 4NH3+5O2... do khí amoniac và khí hiđro clorua hóa hợp với nhau NH3(k)+HCl(k)→NH4Cl(r) Phản ứng này cũng đƣợc sử dụng để nhận ra khí amoniac  Tác dụng với dung dịch muối Dung dịch amoniac có khả năng làm kết tủa nhiều hiđroxit kim loại khi tác dụng với dung dịch muối của chún  Al 3  3NH3  3H 2O  Al (OH )3  3NH 4 1.1.3.2 Khả năng tạo phức Dung dịch amoniac có khả năng hòa tan hiđroxit hay muối ít tan của một. .. độ cao, tới năm 1821 ngƣời ta cố gắng tổng hợp amoniac có sự trợ giúp của xúc tác nhƣng không đạt đƣợc Vào năm 1860, bằng phƣơng pháp hồ quang ngƣời ta tổng hợp đƣợc amoniac từ nitơ và hydro nhƣng hiệu quả không cao Do nhu cầu sử dụng amoniac ngày một nhiều nên đã có nhiều phƣơng pháp tổng hợp amoniac ra đời, năm 1961 tổng hợp amoniac với xúc tác sắt nhiệt độ cao, với hiệu quả 0,1% Tới năm 1930, việc... thứ cấp Trong thiết bị reforming thứ cấp, khí công nghệ đƣợc trộn với không khí đã đƣợc gia nhiệt Quá trình đốt cháy một phần khí công nghệ ở đỉnh thiết bị là nguyên nhân làm tăng nhiệt độ Từ khu vực đốt cháy khí công nghệ, khí công nghệ đi xuống tầng xúc tác, nơi đây diễn ra phản ứng reforming xúc tác Nhiệt độ của dòng khí công nghệ khi đi qua thiết bị reforming thứ cấp khoảng 935oC Thiết bị reforming . thực hiện: PHAN VĂN THỊNH MSSV: 10034341 Lớp: DHHD6B Khoá: 2010 - 2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014 i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Họ và tên sinh viên: PHAN VĂN THỊNH. suất 450000 tấn/năm Giảng viên hướng dẫn: ThS. PHẠM HOÀNG ÁI LỆ Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN THỊNH MSSV: 10034341 Lớp: DHHD6B Khoá: 2010-2014 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm