Thiết kế công nghệ tổng hợp amoniac từ khí tự nhiên năng suất 500.000 tấn/năm áp dụng công nghệ tổng hợp áp suất cao

Phản ứng chuyển hoá khí cacbua hydro trong hơi nớc

Có thể nói tổng hợp hiệu ứng nhiệt là quá trình thu nhiệt, phản ứng chuyển hoá cần bổ sung lợng nhiệt rất lớn. Vì vậy trong công nghiệp chủ yếu dùng xúc tác, đẩy mạnh có chọn lọc phản ứng (1).

Phản ứng chuyển hoá ở reforming thứ cấp

Điều kiện công nghệ

- Về thành phần khí nguyên liệu: Quá trình tổng hợp NH3 dòng khí đa vào tháp bao gồm hai phần: khí nguyên liệu từ công đoạn chế tạo khí nguyên liệu sang với tỷ lệ H2/N2 khoảng 3/1 ; 0,5% khí trơ (CH4 , Ar) và khí sản phẩm của quá trình tổng hợp sau khi đã tách phần lớn NH3. - Về áp suất: áp suất làm chuyển dịch cân bằng, làm tăng tốc độ phản ứng thuận cũng nh giảm tốc độ phản ứng nghịch, tạo điều kiện dễ dàng cho phân tách NH3 sản phẩm khỏi dòng khí tuần hoàn; cờng độ sản xuất của thiết bị lớn, hiệu ứng nhiệt lớn,.

Một số sơ đồ tổng hợp điển hình

Hàm lợng khí trơ tăng, tơng tự giảm áp suất reieng phần cấu tử khác, do vậy tốc độ phản ứng, cân bằng phản ứng bị giảm tơng ứng với mức giảm do áp suất tổng hợp hạ thấp gây nên. Hiện nay, xuất phát từ khả năng chế tạo xúc tác hoạt tính cao, có khả năng làm việc ở nhiệt độ thấp, thêm nữa khả năng chế tạo và sử dụng loại máy nén tuôc bin làm việc ở áp suất cao và vốn có hiệu suất cao, đẩy mạnh xu thế tổng hợp áp suất thấp.

Các dây chuyền công nghệ sản xuất amoniac 1. Công nghệ áp suất cao

• Công nghệ tổng hợp amoniac áp suất thấp

Trong thiết bị reforming thứ cấp, không khí đợc đa vào cùng khí tổng hợp qua hệ thống vòi phun dặt biệt, cho phép phối trộn hoàn hảo hỗn hợp không khí và khí tổng hợp. Công nghệ Haldor Topsoe [15], [17], [18], [22] là công nghệ sản xuất amoniac có mức tiêu hao năng lợng thấp, đi từ các loại nguyên liệu hyđrocacbon khác nhau, từ khí tự nhiên đến naphta nặng. Thiết bị reforming bao gồm một thiết bị reforming sơ bộ (đây là thiết bị tuỳ chọn, nhng đặt biệt có ích khi sử dụng nguyên liệu hydrocacbon cao, naphta), một thiết bị reforming ống đốt và một thiết bị reforming thứ cấp. Sau công đoạn reforming, khí tổng hợp sẽ qua quá trình chuyển hoá nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp , quá trình tách CO2 và metan hoá. Khí tổng hợp đợc nén tới áp suất khoảng 140ữ220 kg/cm2, sau đó đợc chuyển hóa thành amoniac trong chu trình tổng hợp nhờ các thiét bị tổng hợp với thiết kế dòng chảy xuyên tâm. Sản phẩm amoniac đợc ngng tụ và tách bằng cách làm lạnh. Sơ đồ công nghệ của hãng Haldor Topsoe. CO2 chuyển hoá. Khí thải Không khí Khí tự nhiên. Tháp metan hoá. thiết bị không bắt buộc ).

Amoniac tuần hoàn là bazơ của quá trình Casale (quá trình sử dụng sắt oxit làm xúc tác để xúc tiến sự tổng hợp amoniac từ nitơ và hydro) đợc chuyển hoá trong thiết bị trao đổi nhiệt.

Lựa chọn công nghệ

GIới thiệu công nghệ

• Các quá trình trong dây chuyền

Khí sau khi chuyển hoá CO đợc tiếp tục tách CO2, hệ thống tách CO2 đợc dựa trên quá trình MDEA hoạt hóa hai cấp (công nghệ của BASF) hệ thống bao gồm một tháp hấp thụ CO2(10), một tháp giải hấp (7) và một thiết bị tách (9). Hấp thụ CO2 bằng aMDEA (công nghệ của BASF), CO2 hoà tan trong 40% MDEA đóng vai trò nh một chất hoạt hóa quá trình hấp phụ, chứa 5% chất chống tạo bọt, chất này giúp tăng tốc độ truyền khối của CO2 từ pha khí sang pha lỏng. Hỗn hợp khí nguyên liệu nitơ và hydro đợc trộn với tỷ lệ 1:3 đi theo đờng ống (A) từ phía dới lên của thiết bị tổng hợp xen vào giữa thân thiết bị và dỏ xúc tác, điều này giúp làm lạnh vỏ áp suất và nhiệt độ thiết kế của dỏ đợc giảm đi.

Trên đỉnh tháp tổng hợp, hỗn hợp khí đi vào ống và trao đổi nhiệt ở thiết bị (2), nơi mà khí đi vào đợc gia nhiệt đến nhiệt độ phản ứng của lớp xúc tác thứ nhất bởi quá trình trao đổi nhiệt với khí rời khỏi lớp xúc tác thứ nhất.

Tính cân bằng vật chất cho thiết bị chuyển hoá khí tự nhiên

Ci: phần thể tích của cấu tử i trong khí tự nhiên, % Vktn: năng suất hệ thống thiết bị, m3/h. Cân bằng vật chất lợng khí thực tế trong quá trình sản xuất khí tổng hợp. Vậy kết quả lợng khí tự nhiên thực tế tính đợc ở trên là có thể chấp nhận.

Cân bằng vật chất cho thiết bị chuyển hoá CO 1. Chuyển hoá CO ở nhiệt độ cao

Cân bằng vật chất cho thiết bị tổng hợp amoniac

Do phản ứng không bền vững [12] về thể tích(có sự thay đổi số mol trong pha khí), nên phải thiết lập quan hệ cân bằng có sự tham gia của đại lợng phụ thuộc vào thể tích(đại lợng intensiv). Từ phơng trình cân bằng vật liệu [12] ta nhận đợc quan hệ bao gồm phần mol vào và ra khỏi tháp và bớc phản ứng.

Tính thiết bị sản xuất khí tổng hợp 1. Tính thiết bị reforming sơ cấp

Thời gian lu của các tác nhân trong thiết bị rất ngắn (bé hơn 10s), chọn tlu. Chiều dày của thân thiết bị làm việc chịu áp suất trong Dt đợc xác định theo công thức [9-360]. - C2 là đại lợng bổ xung bào mòn nguyên liệu không chứa các hạt rắn, lớp xúc tác tĩnh nên ta chọn C2 = 0.

- C3: đại lợng bổ xung ăn mòn dung sai âm do chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm thép.

Tính thiết bị tổng hợp amoniac 1. Thể tích của hai lớp xúc tác

* Các kích thớc của thiết bị ta chọn theo tiêu chuẩn sau - Đờng kính trong của tháp: 2200 mm. Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Chọn ống truyền nhiệt của thiết bị là 40x2 (mm) Chiều cao ống H = 3(m).

Chọn địa điểm xây dựng 1. Các yêu cầu chung

Khu đất lựa chọn không nằm trên các vùng có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định, nh có hiện tợng động đất, xói mòn hay hiện tợng cát chảy,…. Nên xây dựng trên nền đất sét, đất đá ong, đất đồi,… Để giảm tối đa chi phí gia cố nền móng của các hạng mục công trình có tải trọng bản thân và tải trọng động lớn. Khu công nghiệp Phú Mỹ nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía nam, bao gồm 7 tỉnh miền Đông Nam Bộ là Thành Phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bà Rịa-Vũng Tàu, Bình Dơng, Bình Phớc, Long An và Tây Ninh.

Với những lợi thế trên của khu công ghiệp Phú Mỹ , nên việc lựa chọn đặt nhà máy sản xuất amoniac tại khu công nghiệp này là hoàn toàn hợp lý.

Yêu cầu khi thiết kế tổng mặt bằng nhà máy

• Mặt bằng nhà máy

• Các nhà xởng trong quá trình sản xuất gây ra các tác động xấu nh tiếng ồn lớn, lợng bụi, nhiệt thải ra nhiều hoặc dễ có sự cố (dễ cháy, dễ nổ hoặc rò rỉ các hoá chất độc hại) nên đặt ở cuối hớng gió và tuân thủ chặt chẽ vấn đề an toàn vệ sinh công nghiệp. • Hạn chế tối đa chiều dài của hệ thống cung cấp kỹ thuật bằng cách bố trí hợp lý giữa nơi cung cấp và nơi tiêu thụ năng lợng (khai thác tối đa hệ thống cung cấp ở trên không và ngầm dới mặt đất). Phân xởng sản xuất NH3 có đặt điểm là các quá trình sản xuất đợc tiến hành hầu hết trong các thiết bị kín, kích thớc thiết bị có nhiều loại rất cao và to, vận chuyển phần lớn bằng đờng ống, các quá trình sản xuất đợc tự động hoá, việc điều khiển sản xuất đợc tiến hành trong phòng điều khiển trung tâm.

Vì vậy phân xởng amoniac ta tận dụng bố trí thiết bị ra ngoài trời không cần bao che tức xây dựng lộ thiên (XDLT) và chỉ làm mái che , mái bắt không có tờng bao che tức xây dựng bán lộ thiên (XDBLT).

Mục đích và nhiệm vụ của tính toán kinh tế

- Trên khung sàn lộ thiên đặt các thiết bị nhỏ, nhẹ, chiều cao không lớn theo sơ đồ đứng của quá trình sản xuất. - Trên khung sàn bán lộ thiên đặt các thiết bị phát sinh nhiệt, độc hại cháy nổ, có con ngời coi, hoặc các thiết bị để ma nắng làm ảnh hởng. - Bố trí lan can chung quanh khung và chú ý diện tích cho đi lại thao tác sửa chữa, bảo dỡng.

- Xác định hiệu quả kinh tế phơng án kỹ thuật đa lại để đánh giá đợc tính khả thi về mặt kinh tế của phơng án kỹ thuật.

Các loại chi phí

Thờng chọn chi phí cho phân xởng là 5% giá thành phân xởng Tổng giá thành phân xởng. ZC: chi phí chung thuộc phân xởng nh: chiếu sáng, làm mát, chọn ZC= 12% chi phí lơng.

Xác định kết quả của phơng án kỹ thuật 1. Doanh thu do phơng án kỹ thuật đem lại