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 Mô phỏng phân xưởng Amôni của nhà máy Đạm Phú Mỹ
GVHD: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân 11 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 12 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 13 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 14 Nhóm SVTH – Lớp 06H5