Mô phỏng phân xưởng ammonia của nhà máy đạm phú mỹ, sử dụng công nghệ haldor topsoe bằng phần mềm hysys
Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 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 NH 3 và công nghệ của hãng Snamprogetti của Italya để sản xuất phân urê (NH 2 ) 2 CO. 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 GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 1 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT AMONIAC 1.1 Tổng quan về Amoniac: Tổng quan Danh pháp IUPAC Ammonia Tên khác Azane Công thức phân tử NH 3 Cấu trúc phân tử Phân tử gam 17,0304 g/mol Biểu hiện Chất khí không màu, mùi khai 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) Điểm sôi -33,34 °C (239,81 K) Tính chất hóa học Tính bazơ (trên nguyên tử nitơ của amoniac có một cặp electron tự do) NH 3 + H + → NH 4 + Tính khử (trong phân tử amoniac, nitơ có số oxi hóa thấp nhất N -3 ) 2NH 3 + 3Cl 2 → N 2 + 6HCl Kém bền nhiệt, phân huỷ ở nhiệt độ cao 2NH 3 → N 2 + 3H 2 Tổng hợp Amoniac C n H m + nH 2 O → nCO + (n+m/2)H 2 O CO + H 2 O → CO 2 + H 2 N 2 + H 2 → NH 3 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 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ Ứng dụng của Amoniac: Làm phân bón hóa học Amôni sulfate, (NH 4 ) 2 SO 4 Amôni phosphate, (NH4) 3 PO 4 Amôni nitrate, NH 4 NO 3 Urê, (NH 4 ) 2 CO, 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, (NaHNO 3 ) Sản xuất muối carbonate, (NaNO 3 ) Sản xuất hydrogen cyanide, (HCN) Sản xuất hydrazine, (N 2 H 4 ) (dùng trong pháo hoa, hay phản lực) Chất nổ Sản xuất Amôni nitrat, (NH 4 NO 3 ) Sợi và nhựa tổng hợp Nilon, -[(CH 2 ) 4 -CO-NH-(CH 2 ) 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, (NH 4 HSO 3 ) 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 dụ như cloudy amoni. (Trích dẫn từ Hador Topsoe ) 1.2 Tổng quan về công nghệ: 1.2.1 Vị trí phân xưởng tổng hợp Amoniac: GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 3 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 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 CO 2 NH 3 Hơi nước Urê Điện Nước tuần hoàn Nước làm mát Khí tự nhiên Sông Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 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 (CH 4 ) là chủ yếu (~ 84% mol) ngoài ra còn có Etane (C 2 H 6 ), Propane (C 3 H 8 ) và Butane (C 4 H 10 ). Nguồn Nitơ N 2 : Khí Nitơ lấy từ không khí là chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm khoảng 78% thể tích trong khí quyển, có T s = -195,8 0 C, T nc = - 219,86 0 C, 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 NH 3 . Nguồn Hydro H 2 : Hydro là chất khí không màu, không mùi vị ở điều kiện thường, T nc = –259,1 0 C, T s = –252,6 0 C. 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 NH 3 . Nguồn CO 2 : Khí CO 2 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, CO 2 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 NH 3 /ngày (tương đương khoảng 422.598 tấn/năm). NH 3 (%wt) 99.8 min. H 2 O (%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: GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 4 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Khử lưu huỳnh Tháp chuyển hóa CO Tháp tách CO 2 Lò Reforming Tháp Mêtan hóa Khí tự nhiên Hơi nước Không khí (để đốt) NH 3 sang xưởng urê CO 2 đi tổng hợp urê 1650 T/ngày Làm lạnh phân tách Tổng hợp NH 3 NH 3 sang bồn chứa Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ • Khử lưu huỳnh và reforming. • Chuyển hóa CO và methan hóa. • Tách CO 2 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 NH 3 /ngày, 1650 tấn CO 2 /ngày và 1350 tấn NH 3 /ngày, 1790 tấn CO 2 /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 H 2 S 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 + H 2 S • Phương trình phản ứng trong tháp hấp thụ lưu huỳnh ZnO+ H 2 S ZnS + H 2 O Mục đích: Đảm bảo hàm lượng lưu huỳnh trong khí nguyên liệu sau khi khử %S <0.05 ppm. GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 5 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 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 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 1.3.2 Công đoạn Reforming: • Phương trình phản ứng trong lò Reforming sơ cấp CH 4 + H 2 O CO + 3H 2 – Q C n H 2n+2 + H 2 O C n-1 H 2n + CO + 3H 2 – Q CO + H2O CO 2 + H 2 + Q • Phương trình phản ứng trong lò Reforming thứ cấp CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O (Không khí có 21% O 2 và 79% N 2 ) 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 + H 2 O CO 2 + H 2 + Q • Phương trình phản ứng ở tháp chuyển hóa CO nhiệt độ thấp GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 6 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 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 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ CO + H 2 O CO 2 + H 2 + Q 1.3.4 Công đoạn khử CO 2 Các phản ứng khử CO 2 bằng dung dịch MDEA: R 3 N + H 2 O + CO 2 R 3 NH + + HCO 3 - 2R 2 NH + CO 2 R 2 NH 2 + + R 2 N – COO - Quá trình hấp thụ CO 2 được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ 45 o C và áp suất 27 bar Quá trình tái sinh CO 2 được thực hiện ở điều kiện nhiệt độ 90 o C và áp suất 0,34 bar 1.3.5 Công đoạn Mêtan hoá • Phương trình phản ứng trong tháp Mêtan hóa CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O + Q CO 2 + 4H 2 CH 4 + + H 2 O + Q Hàm lượng CO, CO 2 còn lại sau khi qua mêtan hoá <10ppm GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 7 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Khí đã loại CO 2 Khí đi tổng 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 CO 2 Khí chuyển hóa Khí CO 2 đi tổng hợp urê Dung dịch MDEA Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ s1.3.6 Công đoạn tổng hợp Amoniac NH 3 • Phương trình phản ứng trong tháp gia nhiệt N 2 + 3H 2 2NH 3 + Q Tỉ lệ phản ứng : 1:3 Áp suất P : 137 atm Hiệu suất p/ư : 20-30% GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 8 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Tháp tổng hợp NH 3 Amôniắc đi tổng hợp Urê Bồn tách lỏng/hơi Bồn chứa Amôniắc Tháp Gia nhiệt Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH SỐ LIỆU THỰC TẾ NHÀ MÁY 3.1 Cụm khử lưu huỳnh HDS . GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 9 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 10 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 [...]...Đồ án công nghệ II GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 11 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 12 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 13 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II GVHD:... Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 13 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II GVHD: TS Nguyễn Thị Thanh Xuân Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 14 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 . công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 12 Nhóm SVTH – Lớp 06H5 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ GVHD:. Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ 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. 06H5 Đồ án công nghệ II Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ Ứng dụng của Amoniac: Làm phân bón hóa học Amôni sulfate, (NH 4 ) 2 SO 4 Amôni phosphate, (NH4) 3 PO 4 Amôni nitrate, NH 4 NO 3 Urê,