Với lợi thế nguồn nguyên liệu khí tự nhiên dồi dào, nên việc phát triển công nghệ sản xuất NH3 từ khí tự nhiên ở nước ta là hướng đi đúng đắn, nhằm tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có. Công nghệ tổng hợp amôniắc được đưa vào sử dụng trong quy mô công nghiệp mới được khoảng một thế kỷ. Nhưng do nhu cầu lớn về cơ cấu nguyên liệu, về dây chuyền và thiết bị, về hệ thống điều chỉnh điều khiển quá trình sản xuất, nên đã có những thay đổi to lớn . Các công nghệ amôniắc hiện nay gồm có: công nghệ áp suất thấp, công nghệ áp suất trung bình, công nghệ áp suất cao. Song công nghệ áp suất thấp có ưu điểm là vốn đầu tư và giá thành sản phẩm thấp nên hầu hết các nhà máy sản xuất amôniắc trên thế giới đều sử dụng loại công nghệ này . Ngoài ra, việc nâng cao công suất nhà máy cũng giúp giảm giá thành sản xuất . Để thoả mãn nhu cầu sử dụng NH3 ngày càng tăng, các nhà sản xuất hướng tới mục tiêu tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị . Phân bón được sản xuất từ amôniắc đáp ứng nhu cầu nuôi sống khoảng 40% dân số thế giới và là nguồn cung cấp 40 – 60% nitơ trong cơ thể con người. Nước ta là một nước nông nghiệp, nên hàng năm chúng ta phải nhập khẩu một lượng lớn phân đạm để bón cho cây trồng. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất amôniắc để tổng hợp phân đạm và các ngành công nghiệp hoá học khác là rất cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước, giảm thiểu chi phí nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, em lựa chọn quy trình tổng hợp amôniắc là đề tài mà em làm báo cáo tốt nghiệp.
Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh LỜI MỞ ĐẦU Với lợi thế nguồn nguyên liệu khí tự nhiên dồi dào, nên việc phát triển công nghệ sản xuất NH 3 từ khí tự nhiên ở nước ta là hướng đi đúng đắn, nhằm tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có. Công nghệ tổng hợp amôniắc được đưa vào sử dụng trong quy mô công nghiệp mới được khoảng một thế kỷ. Nhưng do nhu cầu lớn về cơ cấu nguyên liệu, về dây chuyền và thiết bị, về hệ thống điều chỉnh điều khiển quá trình sản xuất, nên đã có những thay đổi to lớn . Các công nghệ amôniắc hiện nay gồm có: công nghệ áp suất thấp, công nghệ áp suất trung bình, công nghệ áp suất cao. Song công nghệ áp suất thấp có ưu điểm là vốn đầu tư và giá thành sản phẩm thấp nên hầu hết các nhà máy sản xuất amôniắc trên thế giới đều sử dụng loại công nghệ này . Ngoài ra, việc nâng cao công suất nhà máy cũng giúp giảm giá thành sản xuất . Để thoả mãn nhu cầu sử dụng NH 3 ngày càng tăng, các nhà sản xuất hướng tới mục tiêu tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị . Phân bón được sản xuất từ amôniắc đáp ứng nhu cầu nuôi sống khoảng 40% dân số thế giới và là nguồn cung cấp 40 – 60% nitơ trong cơ thể con người. Nước ta là một nước nông nghiệp, nên hàng năm chúng ta phải nhập khẩu một lượng lớn phân đạm để bón cho cây trồng. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất amôniắc để tổng hợp phân đạm và các ngành công nghiệp hoá học khác là rất cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước, giảm thiểu chi phí nhập khẩu từ nước ngoài. Vì vậy, em lựa chọn quy trình tổng hợp amôniắc là đề tài mà em làm báo cáo tốt nghiệp. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 1 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 2 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN Nhà máy Ðạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần Phân Ðạm và Hoá chất Dầu khí, được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu. Nhà máy có vốn đầu tư 450 triệu USD, có diện tích 63 ha, là nhà máy đạm đầu tiên trong nước được xây dựng theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một trong những nhà máy hoá chất có dây chuyền công nghệ và tự động hoá tân tiến nhất ở nước ta hiện nay. Cung cấp 40% nhu cầu phân urê trong nước, Ðạm Phú Mỹ có vai trò rất lớn trong việc tự chủ nguồn phân bón trong một nước nông nghiệp như Việt Nam. Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ ra để nhập phân bón từ nước ngoài về là rất lớn trong khi nguyên liệu để sản xuất phân Urê là nguồn khí đồng hành (Associated Gas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên (Natural Gas) được phát hiện rất nhiều ở phía Nam. Sản phẩm của nhà máy Ðạm Phú Mỹ hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trên thị trường trong nước, đặc biệt tại vựa lúa đồng bằng sông Cửu Long. Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp đồng EPCC (Chìa khóa trao tay) giữa Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Amôniắc với Haldoe Topsoe (công suất 1.350 tấn/ngày) và công nghệ sản xuất Urê với Snamprogetti (công suất 2.200 tấn/ngày). • Khởi công xây dựng nhà máy: 03/2001. • Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003 • Ngày ra sản phẩm amôniắc đầu tiên: 04/2004. • Ngày ra sản phẩm urê đầu tiên: 04/06/04. • Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004. • Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 3 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 1.2 CÁC PHÂN XƯỞNG CHÍNH CỦA NHÀ MÁY 1.2.1 Phân xưởng tổng hợp amôniắc Có chức năng tổng hợp amôniắc và sản xuất CO 2 từ khí thiên nhiên và hơi nước. Sau khi tổng hợp, amôniắc và CO 2 sẽ được chuyển sang phân xưởng urê. 1.2.2 Phân xưởng tổng hợp urê Có chức năng tổng hợp amôniắc và CO 2 thành dung dịch urê. Dung dịch urê sau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt. Quá trình tạo hạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m. Phân xưởng urê có thể đạt công suất tối đa 2.385 tấn/ngày. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 4 Hình 1.1: Xưởng sản xuất amôniắc Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 1.2.3 Phân xưởng phụ trợ Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn nhà máy, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi hơi phụ trợ và 1 tuốc bin khí phát điện công suất 21MWh, có bồn chứa amôniắc 35.000m 3 tương đương 20.000 tấn, dùng để chứa amôniắc dư và cấp amôniắc cho phân xưởng urê khi công đoạn tổng hợp của xưởng amôniắc ngừng máy. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 5 Hình 1.2: Xưởng sản xuất urê Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 1.2.4 Xưởng sản phẩm Sau khi được tổng hợp, hạt urê được lưu trữ trong kho chứa urê rời. Kho urê rời có diện tích 36.000m 2 , có thể chứa tối đa 150.000 tấn. Trong kho có hệ thống điều hoà không khí luôn giữ cho độ ẩm không vượt quá 70%, đảm bảo urê không bị đóng bánh. Ngoài ra, còn có kho đóng bao urê, sức chứa 10.000 tấn, có 6 chuyến đóng bao, công suất 40 tấn/giờ/chuyến. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 6 Hình 1.3: Xưởng phụ trợ Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 1.3. AN TOÀN LAO ĐỘNG Do đặc thù nhà máy là nguy cơ cháy nổ cao nên vấn đề an toàn cháy nổ được nhà máy rất quan tâm. Hệ thống phòng cháy chữa cháy Hệ thống nước chữa cháy. Bồn chứa nước lấy từ nước máy thành phố từ ngoài hàng rào. Thể tích nước dành riêng cho PCCC là 6000m 3 . Dựa trên yêu cầu công suất nước tối đa dùng để chữa cháy là 900 m 3 /h thì sẽ đáp ứng được hơn 6 giờ. Có ba bơm nước chữa cháy li tâm chính 30 P4001 A/B/C. Một bơm dùng động cơ điện, hai bơm sử dụng động cơ điezen. Công suất 500 m 3 /h. Áp suất xả của bơm là 9 bar. 1.4. XỬ LÝ NƯỚC THẢI, VỆ SINH CÔNG NGHIỆP Hệ thống nước trong nhà máy sau khi sử dụng cần được xử lý trước khi thải ra hệ thống thoát nước khu công nghiệp bao gồm nước chảy tràn cho sự cố, nước mưa và khu vực có dầu, nước chữa cháy, nước thải vệ sinh. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 7 Hình 1.4: Xưởng sản phẩm Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh Hệ thống này được thiết kế ba cụm Cụm xử lý nước nhiễm dầu gồm bể tách sơ cấp, bể bơm tràn, bể chứa tạm có dung tích chưa được lượng hóa tối đa chảy từ khu vực nhà máy trong vòng 20 phút. Cụm xử lý nước thải vệ sinh gồm hố thu, bể sục khí. Cụm xử lý nước thải nhiễm amôniắc trong quá trình sản xuất urê. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 8 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ AMÔNIẮC SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 9 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 2.1. Lịch sử phát triển Fritz Haber và Carl Bosch là những người phát hiện quy trình sản xuất amoniắc vào năm 1909. Công trình này đã được đăng ký phát minh vào năm 1910. Người Đức là là những người đầu tiên trên thế giới sử dụng amôniắc ở quy mô công nghiệp trong thời kỳ Đại chiến thế giới lần thứ I sau khi bị phong tỏa mất nguồn natri nitrat từ Chilê. Khi đó amôniắc được được người Đức dùng để sản xuất thuốc nổ phục vụ chiến tranh. 2.2. Tính chất vật lý của amôniắc Amôniắc là chất khí không màu, mùi khai, gây nhiễm độc mạnh với niêm mạc mắt, nếu ở nồng độ cao sẽ gây nguy hiểm đến tính mạng, gây khó thở và dẫn đến tử vong. Amôniắc rất dễ hòa tan trong nước, ở 1 atm và 20 o C, 1 thể tích nước có thể hòa tan 700 thể tích amôniắc tạo ra NH 4 OH và tỏa nhiệt. Điểm sôi -33,34°C Điểm tan -77,7°C Tỷ trọng (so với không khí ở 0 o C) 0,596 Độ tan của NH 3 khí trong 1 lit nước 700 lít (20°C) 1176 lít (0 o C) 2.3. Tính chất hóa học của amôniắc Về phương diện hóa học thì amôniắc khá hoạt động, tác dụng được với nhiều chất. Nitơ trong NH 3 có số oxi hóa thấp nhất (-3), do đó amôniắc có tính chất khử. - Amôniắc có thể phản ứng với oxi theo phản ứng: 4NH 3 + 5O 2 ↔ 4 NO + 6H 2 O + 907 KJ - Amôniắc có tính bazơ, phản ứng với acid tạo thành muối như: NH 4 Cl, NH 4 NO 3 , (NH 4 ) 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , NH 4 H 2 PO 4 , NH 4 HCO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , tất cả các muối này đều là dạng phân đạm được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp và trong một số ngành khác. SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 10 [...]... trong hỗn hợp khí sản phẩm ra khỏi tháp tổng hợp Nồng độ amôniắc có trong dòng khí tuần hoàn quay trở lại tháp tổng hợp cũng phụ thuộc vào áp suất làm việc của tháp tổng hợp, nếu áp suất tháp tổng hợp tương đối cao thì hàm lượng bé amôniắc có trong dòng khí tổng hợp vẫn không ảnh hưởng lớn đến phản ứng tổng hợp, nhưng nếu áp suất tháp tổng hợp bé thì yêu cầu tách amôniắc với nồng độ tinh khiết hơn, tức... thể a.2 Nồng độ amôniắc ở đầu vào tháp tổng hợp Nồng độ amôniắc ở đầu vào tháp tổng hợp là quan trọng để đạt độ chuyển hóa trong tháp tổng hợp Nồng độ amôniắc ở đầu vào tháp tổng hợp thấp sẽ cho khả năng phản ứng cao hơn và năng sản phẩm cao Nồng độ amôniắc ở đầu vào tháp tổng hợp phụ thuộc vào mức độ làm lạnh trong các chiller và áp suất vận hành Nồng độ 4,10% NH 3 ở đầu vào tháp tổng hợp tương ứng... 10-E-5002 Khí tổng hợp tinh khiết chứa một lượng nhỏ tạp chất, chủ yếu là các khí trơ Ar và CH4 Một dòng phóng không liên tục từ chu trình tổng hợp là cần thiết để tránh sự tích tụ của những khí trơ này trong chu trình tổng hợp a.1 Chu trình tổng hợp Khí tổng hợp đã được tinh chế từ công đọan metan hoá, được nén đến khoảng 132 barg trước khi nó được đưa vào trong chu trình tổng hợp Khí make-up được... Quốc Khanh sao cho tỉ lệ H2/N2 trong khí tổng hợp sau khi thêm hydro thu hồi được sẽ là 3/1 3.3.6 Công đoạn tổng hợp amôniắc a Mô tả công nghệ Quá trình tổng hợp amôniắc xảy ra trong tháp tổng hợp amôniắc (10-R5001) theo phản ứng dưới đây: 3H2 + N2 ↔ 2NH3 + Q Đây là phản ứng thuận nghịch và chỉ một phần hydro và nitơ được chuyển hoá thành amôniắc khi khí tổng hợp đi qua lớp xúc tác Áp suất cao và nhiệt... trơ khi đi qua tháp tổng hợp mà không làm thay đổi về mặt hoá học Những SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 29 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh khí trơ này sẽ tích tụ trong chu trình tổng hợp, và một nồng độ của những khí này sẽ tăng dần trong khí tổng hợp tuần hoàn Mức độ khí trơ trong chu trình tổng hợp sẽ tăng lên cho đến khi lượng khí trơ đưa vào chu trình tổng hợp trong khí make-up... chu trình tổng hợp Một vài khí trơ hoà tan trong sản phẩm lỏng sẽ được tách khỏi khí tổng hợp trong bình tách amôniắc Lượng khí trơ rời khỏi chu trình bằng cách này tỉ lệ thuận với áp suất riêng phần của các khí trơ Lượng này giải thích tại sao chỉ một phần nhỏ khí trơ rời khỏi chu trình tổng hợp hầu hết được tách ra nhờ dòng khí phóng không Khoảng 20000 Nm3/h khí tổng hợp được phóng không từ chu trình. .. Khanh CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP AMÔNIẮC SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 14 Báo cáo thực tập tốt nghiệp 3.1 GVHD: Dương Quốc Khanh Lý thuyết tổng hợp Quá trình tổng hợp amôniắc xảy ra theo phản ứng dưới đây: 3/2 H2 + 1/2 N2 ↔ NH3 + 11 kcal/mol NH3 tạo thành Theo qui luật của cân bằng hoá học, sự cân bằng có thể biến đổi như sau: ((H2)3xN2)/(NH3)2 = K Có nghĩa là trong hỗn hợp khí H2, N2... metan hóa Bước tinh chế khí cuối cùng trước khi vào tháp tổng hợp là metan hoá, một quá trình mà các loại cacbon oxit dư sẽ được chuyển hoá thành metan Metan đóng vai trò như một khí trơ trong chu trình tổng hợp amôniắc Ngược lại, các hợp chất chứa oxy như là cacbon oxit (CO và CO 2) là cực kỳ độc hại đối với chất xúc tác tổng hợp amôniắc Quá trình metan hoá xảy ra trong bình metan hoá 10-R-3001, các... nóng 10-E-5003, nơi mà khí tổng hợp được làm lạnh đến 65oC nhờ gia nhiệt khí đầu vào của tháp tổng hợp Khí tổng hợp sau đó được làm lạnh đến 41 oC trong bộ làm lạnh nước 10E-5004 và xuống thấp hơn, đến 34-35oC trong bộ làm lạnh thứ nhất 10-E5005, được dùng để gia nhiệt khí đầu vào của tháp tổng hợp Quá trình làm lạnh cuối cùng của khí tổng hợp đến –5 oC xảy ra trong bộ làm lạnh amôniắc thứ nhất 10-E-5006,... chi phí của quá trình Có thể liệt kê các chi phí chủ yếu của dây chuyền là: Chi phí cho quá trình nén nguyên liệu +Chi phí nén khí tuần hoàn +Chi phí quá trình làm lạnh để tách loại amôniắc + Khi tiến hành quá trình tổng hợp ở áp suất cao thì tiêu tốn năng lượng cho quá trình nén nguyên liệu là rất lớn, nếu áp suất hoạt động của tháp tổng hợp quá bé thì tiêu hao năng lượng cho quá trình nén khí hồi . CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP AMÔNIẮC SVTH: Huỳnh Thị Huyền Mi Trang 14 Báo cáo thực tập tốt nghiệp GVHD: Dương Quốc Khanh 3.1. Lý thuyết tổng hợp Quá trình tổng hợp amôniắc. xưởng tổng hợp amôniắc Có chức năng tổng hợp amôniắc và sản xuất CO 2 từ khí thiên nhiên và hơi nước. Sau khi tổng hợp, amôniắc và CO 2 sẽ được chuyển sang phân xưởng urê. 1.2.2 Phân xưởng tổng. vanađi. + Dung dịch amôniắc hoặc amôniắc lỏng được sử dụng trong công nghiệp sản xuất phân bón, hóa chất và hóa dược. 2.5. Quá trình xảy ra phản ứng tổng hợp amôniắc Phản ứng tổng hợp amôniắc là phản