Mô phỏng phân xưởng ammonia của nhà máy đạm phú mỹ, sử dụng công nghệ haldor topsoe bằng phần mềm hysys

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam là một nước nông nghiệp với 70% dân số sống ở nông thôn, do vậy nhu cầu sử dụng phân bón là rất lớn Tuy nhiên ngành sản xuất phân bón chưa đáp ứng đủ nhu cầu Theo thống kê, Việt Nam vẫn phải nhập khẩu trên 40% nhu cầu phân bón, riêng đối với mặt hàng phân urê, Việt Nam chỉ đáp ứng khoảng 50% nhu cầu Trong năm 2010, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn dự báo nhu cầu phân bón các loại phục vụ sản xuất nông nghiệp ước khoảng 8,9 – 9,1 triệu tấn Tuy nhiên, sản lượng phân bón sản xuất trong nước mới đạt khoảng 5,6 triệu tấn

Cả nước hiện chỉ có hai nhà máy sản xuất phân đạm là đạm Phú mỹ (công suất 740.000 tấn/năm) và đạm Hà Bắc (160.000 tấn/năm), hai nhà máy này chỉ mới đáp ứng được 50% nhu cầu phân đạm trong cả nước Hiện tại, có khá nhiều dự án xây dựng các nhà máy sản xuất phân bón đang được tiến hành Và theo dự báo, năm 2011 nước ta sẽ sản xuất đủ lượng phân bón tiêu thụ trong nước và có thể dư ra để xuất khẩu

Để đạt được những mục tiêu ấy, nhà nước và các doanh nghiệp sản xuất phải có những chính sách khuyến khích phát triển và mở rộng ngành phân bón Vì nguyên liệu chính để sản xuất phân bón có nguồn gốc từ dầu mỏ Chính vì vậy, khi giá dầu mỏ tăng sẽ tác động đến đầu vào của ngành và gián tiếp tăng chi phí vận chuyển và nhập khẩu phân bón

Do vậy, các nhà máy không ngừng cải tiến dây chuyền công nghệ, thiết bị vận hành nhằm nâng cao chất lượng, đa dạng hóa sản phẩm, sử dụng tối đa nguồn lực, đáp ứng một cách thuận lợi và hiệu quả cho công tác sản xuất kinh doanh và cải thiện môi trường làm việc

Nhà máy Đạm Phú Mỹ thuộc Tổng công ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí, sử dụng công nghệ của hãng Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất khí amoniac NH3 và công nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân urê (NH2)2CO Đây là các công nghệ hàng đầu trên thế giới về sản xuất phân đạm với dây chuyền khép kín, nguyên liệu chính đầu vào là khí thiên nhiên, không khí và đầu ra là Ammoniac 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

Với đề tài: “Mô phỏng phân xưởng Ammonia của nhà máy Đạm Phú Mỹ, sử dụng công nghệ Haldor Topsoe bằng phần mềm Hysys”.

Quá trình mô phỏng bao gồm các nội dung chính sau:

- Tiến hành quá trình mô phỏng phân xưởng tổng hợp Ammonia

- So sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực tế

- Kết luận

Đồng thời qua quá trình mô phỏng, chúng ta sẽ có các thông số cần thiết cho quá trình xây dựng

hệ thống điều khiển của phân xưởng sau này

Trong quá trình hoàn thành đồ án này, chúng tôi không tránh khỏi có thiếu sót Rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Đà Nẵng, tháng … năm 2010

Nhóm sinh viên thực hiện

Trang 2

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AMONIAC

1.1 Tổng quan về Amoniac:

Tổng quan

Cấu trúc phân tử

Biểu hiện Chất khí không màu, mùikhai

Thuộc tính

Tỷ trọng và pha 0,6813 g/l, khí

Độ hòa tan trong nước 89,9 g/100 m l ở 0 °C Điểm nóng chảy -77,73 °C (195,42 K)

Tính chất hóa học

Tính bazơ (trên nguyên tử nitơ của amoniac có một cặp electron tự do)

NH3 + H+ → NH4+

Tính khử (trong phân

tử amoniac, nitơ có số oxi hóa thấp nhất N-3)

2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl

Kém bền nhiệt, phân huỷ ở nhiệt độ cao 2NH3 → N2 + 3H2

Tổng hợp Amoniac

CnHm + nH2O → nCO + (n+m/2)H2O

CO + H2O → CO2 + H2

N2 + H2 → NH3

Nguy hiểm

Chất ăn mòn và chất độc hại Nếu hít nhiều amoniac

sẽ bị bỏng đường hô hấp (rát cổ họng)

GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân 2 Nhóm SVTH – Lớp 06H5

Trang 3

Ứng dụng của Amoniac:

Làm phân bón hóa học

Amôni sulfate, (NH4)2SO4

Amôni phosphate, (NH4)3PO4

Amôni nitrate, NH4NO3

Urê, (NH4)2CO, ngoài ra urê còn dùng để làm thuốc giảm đau

Trong công nghệ hóa học

Axit nitrit, sản xuất thuốc nổ TNT Sản xuất muối hydrogen carbonat, (NaHNO3) Sản xuất muối carbonate, (NaNO3)

Sản xuất hydrogen cyanide, (HCN) Sản xuất hydrazine, (N2H4) (dùng trong pháo hoa, hay phản lực)

Chất nổ Sản xuất Amôni nitrat, (NH4NO3)

Sợi và nhựa tổng hợp Nilon, -[(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH-CO]-, và

các polime khác Làm lạnh Làm chất tải nhiệt cho chu trình lạnh

Dược

Sử dụng trong sản xuất thuốc sulfonamide ngăn chặn sự tăng trưởng và phát triển của vi khuẩn,…

Keo và giấy Sản xuất amôni hydrosulfite, (NH4HSO3) cho

phép sử dụng các loại gỗ cứng

Khai mỏ và luyện kim sử dụng nitriding trong công nghệ mạ niken,luyện thép

Sử dụng trong việc tách kẽm và niken

Tẩy rửa Sử dụng nhiều trong công nghệ tẩy rửa, ví dụnhư cloudy amoni.

(Trích dẫn từ Hador Topsoe )

1.2 Tổng quan về công nghệ:

1.2.1 Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac:

Phân xưởng phụ trợ

Xưởng tổng hợp Amoniac

Xưởng tổng hợp Urê

Phân xưởng đóng bao

Urê sản phẩm

Nước

làm mát

Nước thải

Hơi nước

Khí CO2

NH3 Hơi nước

Urê

Điện Nước tuần hoàn

Nước làm mát Khí tự nhiên

Sông

Trang 4

1.2.2 Phân xưởng tổng hợp Ammonia

1.2.2.1 Nguyên liệu sản xuất :

-Nguồn nguyên liệu : Khí thương phẩm từ nhà máy chế biến khí Dinh cố

-Thành phần khí nguyên liệu ngoài Methane (CH4) là chủ yếu (~ 84% mol) ngoài ra còn

có Etane (C2H6), Propane (C3H8) và Butane (C4H10)

 Nguồn Nitơ N2:

Khí Nitơ lấy từ không khí là chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm khoảng 78% thể tích trong khí quyển, có Ts = -195,80C, Tnc= - 219,860C, ít tan trong nước và các dung môi hữu cơ, không duy trì sự sống và sự cháy Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, nitơ là nguyên liệu

để tổng hợp NH3

 Nguồn Hydro H2:

Hydro là chất khí không màu, không mùi vị ở điều kiện thường, Tnc= –259,10C, Ts = –252,60C Khí Hydro nhẹ có độ linh động lớn dễ khuyếch tán qua các thành kim loại như Ni, Pt, Pd … Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ Hydro được tạo ra nhờ phản ứng Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước, hydro là nguyên liệu để tổng hợp NH3

 Nguồn CO2:

Khí CO2 là chất khí không màu, nặng hơn không khí, không duy trì sự sống động vật nhưng là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, CO2 là nguyên liệu để tổng hợp Urê, được điều chế từ công đoạn Reforming khí thiên nhiên

1.2.2.2 Sản phẩm :

Amoniac tổng hợp được, chủ yếu dùng để sản xuất phân Urê, lượng còn dư đưa về bồn chứa

Công suất 1350 tấn NH3/ngày (tương đương khoảng 422.598 tấn/năm)

NH3 (%wt) 99.8 min

H2O (%wt) 0.2 max

Oil (ppm wt) 5 max

1.2.2.3 Quy trình công nghệ sản xuất Amoniac :

- Sơ đồ công nghệ: sơ đồ công nghệ và các điều kiện vận hành được đưa ra trong các sơ

đồ công nghệ (PFD) bao gồm các phần sau đây của xưởng:

Khử lưu huỳnh

Tháp chuyển hóa CO

Tháp tách

CO2

Lò Reforming

Tháp Mêtan hóa

Khí tự

nhiên

Hơi nước

Không khí (để đốt)

NH

3 sang

xưởng urê

CO2 đi tổng hợp urê

1650 T/ngày Làm lạnh

phân tách

Tổng hợp

NH3

NH3 sang

bồn chứa

Trang 5

 Khử lưu huỳnh và reforming.

 Chuyển hóa CO và methan hóa

 Tách CO2 bằng MDEA

 Tổng hợp amoniac

 Chu trình lạnh

 Thu hồi amoniac

 Chưng cất nước ngưng tụ quá trình

1.3 Công nghệ sản xuất Ammonia

Công nghệ sản xuất ammonia của nhà máy Đạm Phú Mỹ theo công nghệ Haldor Topsoe

đi từ khí thiên nhiên (Natural Gas) được thiết kế cho hai trường hợp vận hành chính (1350 tấn

NH3/ngày, 1650 tấn CO2/ngày và 1350 tấn NH3/ngày, 1790 tấn CO2/ngày) theo các công đoạn chính sau

1.3.1 Công đoạn khử lưu huỳnh:

 Tháp hydro hóa: chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh hữu cơ thành H2S để ZnO hấp thụ

 Tháp hấp thụ lưu huỳnh: loại bỏ triệt để các hợp chất lưu huỳnh trong khí NG tránh gây ngộ độc xúc tác cho thiết bị reforming sơ cấp

 Phương trình phản ứng trong tháp hydro hóa

R-S-H + H RH + H2S

 Phương trình phản ứng trong tháp hấp thụ lưu huỳnh

ZnO+ H2S ZnS + H2O Mục đích: Đảm bảo hàm lượng lưu huỳnh trong khí nguyên liệu sau khi khử %S <0.05 ppm

Khí tự nhiên

Khí sạch tới lò Reforming

Tháp Hydrô hóa

Tháp hấp thụ Lưu huỳnh

T=380 0 C XT: Co-Mo T=400 0 C XT: ZnO

Trang 6

1.3.2 Công đoạn Reforming:

 Phương trình phản ứng trong lò Reforming sơ cấp

CH4 + H2O CO + 3H2 – Q

CnH2n+2 + H2O Cn-1H2n + CO + 3H2 – Q

CO + H2O CO2 + H2 + Q

 Phương trình phản ứng trong lò Reforming thứ cấp

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

(Không khí có 21% O2 và 79% N2)

1.3.3 Công đoạn chuyển hóa CO thành CO 2 và H 2

 Phương trình phản ứng ở tháp chuyển hóa CO nhiệt độ cao

CO + H2O CO2 + H2 + Q

 Phương trình phản ứng ở tháp chuyển hóa CO nhiệt độ thấp

Khí nhiên liệu (Khí đốt)

Chuyển hóa CO Khí công nghệ

Hơi nước

Lò Reforming thứ cấp

Lò Reforming

sơ cấp

Khí Reforming

Khí chuyển hoá

Tháp chuyển hóa

CO nhiệt độ cao

Tháp chuyển hóa

CO nhiệt độ thấp

T=650/780 0 C XT: Ni-Mg

T=360430 0 C XT: Fe, Cu, Cr T=195220 0 C XT: Cu, Zn, Al

Trang 7

CO + H2O CO2 + H2 + Q

1.3.4 Công đoạn khử CO 2

Các phản ứng khử CO2 bằng dung dịch MDEA:

R3N + H2O + CO2 R3NH+ + HCO3

2R2NH + CO2 R2NH2+ + R2N – COO

-Quá trình hấp thụ CO2 được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ 45oC và áp suất 27 bar

Quá trình tái sinh CO2 được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ 90oC và áp suất 0,34 bar

1.3.5 Công đoạn Mêtan hoá

 Phương trình phản ứng trong tháp Mêtan hóa

CO + 3H2 CH4 + H2O + Q

CO2 + 4H2 CH4+ + H2O + Q Hàm lượng CO, CO2 còn lại sau khi qua mêtan hoá <10ppm

hợp Amôniắc

Tháp Mêtan hóa

Tháp tách khí lần cuối

Condensate

Khí đã được khử CO 2

đi qua xưởng metan hóa

Tháp hấp thụ

CO 2

Tháp tái sinh

Khí chuyển hóa

Khí CO 2 đi tổng hợp urê Dung dịch MDEA

Trang 8

s1.3.6 Công đoạn tổng hợp Amoniac NH 3

 Phương trình phản ứng trong tháp gia nhiệt

N2 + 3H2 2NH3 + Q

Tỉ lệ phản ứng : 1:3

Áp suất P : 137 atm

Hiệu suất p/ư : 20-30%

Tháp tổng hợp

NH 3

Amôniắc đi tổng hợp Urê

Bồn tách lỏng/hơi

Bồn chứa Amôniắc

Tháp Gia nhiệt

Trang 9

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH SỐ LIỆU THỰC

TẾ NHÀ MÁY

3.1 Cụm khử lưu huỳnh HDS

Trang 10

Trang 12

Trang 14

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	219,5 KB