Luận văn công nghệ hóa học Nghiên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất Amoniac từ khí khô với năng suất 450000 tấnnăm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Nguyên cứu thiết kế phân xưởng
sản xuất Amoniac từ khí khô với
năng suất 450000 tấn/năm
Giảng viên hướng dẫn: ThS. PHẠM HOÀNG ÁI LỆ
Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN THỊNH
MSSV: 10034341
Lớp: DHHD6B
Khoá: 2010-2014
ii
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014
iii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Nguyên cứu thiết kế phân xưởng
sản xuất Amoniac từ khí khô với
năng suất 450000 tấn/năm
Giảng viên hướng dẫn: ThS. PHẠM HOÀNG ÁI LỆ
Sinh viên thực hiện: PHAN VĂN THỊNH
MSSV: 10034341
Lớp: DHHD6B
Khoá: 2010 - 2014
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2014
i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
Họ và tên sinh viên: PHAN VĂN THỊNH
MSSV: 10034341
Chuyên ngành: Công nghệ Hóa Dầu

Lớp: DHDH6B
1. Tên đề tài khóa luận/đồ án: Nguyên cứu thiết kế phân xưởng sản xuất Amonac
từ khí khô với năng suất 450000 tấn/năm
2. Nhiệm vụ:
- Tìm hiểu tổng quan quá trình sản xuất NH
3
- Lựa chọn dây chuyền công nghệ
- Mô phỏng dây chuyền công nghệ bằng phần mềm Hysys
- Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng bằng phương pháp
thường
- Tính toán cân bằng vật chất, năng lượng trên Hysys
- Thiết kế xây dựng , tính an toàn lao động
3. Ngày giao khóa luận/đồ án:
4. Ngày hoàn thành khóa luận/đồ án: 6/2014
5. Họ tên giáo viên hướng dẫn: ThS. Phạm Hoàng Ái Lệ

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
Chủ nhiệm bộ môn Giáo viên hướng dẫn
chuyên ngành
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
//
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do - Hạnh phúc
//
ii
LỜI MỞ ĐẦU
Amoniac là sản phẩm của ngành công nghệ hoá học, có tầm quan trọng lớn
đối với sự phát triển của ngành kinh tế quốc dân, đáp ứng được nhu cầu sử dụng của
từng quốc gia trong công nghiệp tổng hợp phân bón dùng cho nông nghiệp, và các

hướng tổng hợp hữu cơ khác, trong công nghiệp quốc phòng, công nghiệp dân
dụng.
Vì vậy mà sản phẩm amoniac đã có mặt trên thế giới rất sớm, và ngày càng
được phát triển với các công nghệ tổng hợp của các hãng trên thế giới nhằm tổng
hợp amoniac từ các nguồn nguyên liệu khác nhau tuỳ theo đặc điểm của từng quốc
gia về nguồn nguyên liệu.
Trong những năm qua ở Việt nam đã sử dụng sản phẩm NH
3
với một lượng
không nhỏ cho các ngành như nông nghiệp, quốc phòng, làm chất tải lạnh. Vì vậy
việc phát triển lựa chọn công nghệ sản xuất NH
3
đóng vai trò quan trọng trong sự
phát triển chung của ngành công nghiệp hoá học.
Với lợi thế nguồn nguyên liệu khí tự nhiên dồi dào việc phát triển công nghệ
sản xuất NH
3
từ khí tự nhiên là hướng đi đúng đắn, nhằm tận dụng nguồn nguyên
liệu sẵn có.
Amoniac có nhiều ứng dụng trong thực tế như vậy cho nên đề tài “ Thiết kế
phân xưởng sản xuất NH
3
từ khí tự nhiên” có ý nghĩa thực tế sâu sắc. Mục đích của
đề tài là sử dụng nguồn nguyên liệu khí tự nhiên sẵn có ở nước ta một cách có hiệu
quả để sản xuất ra Amoniac làm chất hoá học trung gian phục vụ quá trình tổng hợp
ra các sản phẩm có ích đáp ứng nhu cầu cho nền kinh tế quốc dân.
iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
• Nội dung thực hiện:
• Hình thức trình bày:
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số: Điểm bằng chữ:
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014
Giáo viên hướng dẫn
(Ký ghi họ và tên)
iv
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014
Giáo viên phản biện
(Ký ghi họ và tên)
v
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ix
Hình 1.1. Sơ đồ khối mô tả phương pháp khí hoá than ở nhiệt độ cao. Error:
Reference source not found ix
Hình 1.2. Sơ đồ khối mô tả phương pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH3. Error:
Reference source not found ix
Hình 1.3. Sơ đồ khối tổng hợp NH3 đi từ nguyên liệu thể lỏng hoặc thể khí Error:

Reference source not found ix
Hình 1.4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng hợp amoniac của KELLOGG 13 ix
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ KBR Purifier 14 ix
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ Krupp Uhde 16 ix
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ Haldor Topsoe 18 ix
Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ của quá trình khử lưu huỳnh Error: Reference source not
found ix
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ của quá trình reforming Error: Reference source not found
ix
Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình chuyển hóa CO Error: Reference
source not found ix
Hình 1.11. Sơ đồ công nghệ của quá trình tách CO2 bằng dung dịch MDEA Error:
Reference source not found ix
Hình 1.12. Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình methane hóa Error: Reference
source not found ix
Hình 1.13. Tháp tổng hợp Amoniac 32 ix
Hình 3.1. Giao diện phần mềm mô phỏng Hysys. Error: Reference source not found ix
Hình 3.2. Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac Error:
Reference source not found ix
Hình 3.3. Thiết lập hệ cấu tử cho mô hình mô phỏng Error: Reference source not
found ix
Hình 3.4. Thiết lập hệ nhiệt động SRK-Twu (mặc định) cho mô hình mô phỏng Error:
Reference source not found x
Hình 3.5. Mô hình mô phỏng quá trình khử lưu huỳnh Error: Reference source not
found x
Hình 3.6. Mô hình mô phỏng thiết bị reforming sơ cấp và thứ cấp Error: Reference
source not found x
Hình 3.7. Mô hình mô phỏng quá trình chuyển hóa CO Error: Reference source not
found x
Hình 3.8. Mô hình mô phỏng quá trình tách CO2 bằng dung dịch MDEA Error:

Reference source not found x
Hình 3.9. Mô hình mô phỏng quá trình methane hóa và nén khí tổng hợp Error:
Reference source not found x
vi
Hình 3.10. Mô hình mô phỏng quá trình tổng hợp Amoniac và tách thu sản phẩm
Error: Reference source not found x
Hình 3.11. Mô hình mô phỏng hoàn chỉnh phân xưởng Amoniac Error: Reference
source not found x
DANH MỤC BẢNG BIỂU xi
Bảng 4.1. Các hạng mục công trình của phân xưởng Error: Reference source not
found xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1. TỔNG QUAN AMONIAC 1
1.1.1. CẤU TẠO PHÂN TỬ NH3 1
1.1.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NH3 1
1.1.3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA AMONIAC 3
1.1.4. ỨNG DỤNG AMONIAC 5
1.1.5. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC 6
1.2. CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 9
1.2.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 9
1.2.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 10
1.2.3. CÔNG NGHỆ CỦA MỘT SỐ HÃNG TRÊN THẾ GIỚI 11
1.3. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC 19
1.3.1. NGUYÊN LIỆU 19
1.3.2. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 19
1.3.3. CÁC QUÁ TRÌNH TRONG DÂY CHUYỀN HALDOL TOPSOE 19
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THÔNG THƯỜNG 34
1.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 34
1.1.1. CHUYỂN HÓA KHÍ TỰ NHIÊN THÀNH KHÍ TỔNG HỢP 34
35

1.1.2. CHUYỂN HÓA CO TỪ KHÍ TỔNG HỢP VÀ TINH CHẾ KHÍ 43
1.1.3. TỔNG HỢP NH3 48
1.1.4. HIỆU CHỈNH THEO NĂNG SUẤT THIẾT KẾ 51
2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 54
2.2.1. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA KHÍ TỰ NIÊN THÀNH KHÍ TỔNG HỢP 55
2.2.2. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA VÀ TINH CHẾ KHÍ TỔNG HỢP 62
2.2.3. CÂN BẰNG NHIỆT Ở HỆ THỐNG TỔNG HỢP NH3 70
2.2.4. HIỆU CHỈNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG THEO NĂNG SUẤT 73
2.3. TÍNH TOÁN THÁP TỔNG HỢP 76
2.3.1. CHIỀU DÀY THÂN THÁP TỔNG HỢP 76
2.3.2. TÍNH CHIỀU CAO CỦA THÁP TỔNG HỢP 79
79
82
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BẰNG HYSYS 84
3.1. TỔNG QUAN PHẦN MỀM 84
vii
3.1.1. PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 84
3.1.2. PHẦN MỀM HYSYS 85
3.1.3. PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG PHÂN XƯỞNG
AMONIAC 86
3.2. MÔ PHỎNG HOÀN CHỈNH PHÂN XƯỞNG AMONIAC 91
3.2.1. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH KHỬ LƯU HUỲNH 92
3.2.2. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH REFORMING SƠ CẤP VÀ THỨ CẤP 92
3.2.3. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CO 94
3.2.4. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TÁCH CO2 BẰNG DUNG DỊCH MDEA 94
3.2.5. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH METHANE HÓA VÀ NÉN KHÍ TỔNG HỢP 95
3.2.6. MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP AMONIAC VÀ TÁCH THU SẢN
PHẨM 96
3.2.7. MÔ PHỎNG HOÀN CHỈNH TOÀN PHÂN XƯỞNG AMONIAC 97
3.3. ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VỚI TÍNH TOÁN

THÔNG THƯỜNG 98
3.3.1. QUÁ TRÌNH REFORMING SƠ CẤP VÀ THỨ CẤP 98
3.3.2. QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA CO 99
3.3.3. QUÁ TRÌNH TÁCH CO2 BẰNG DUNG DỊCH MDEA 100
3.3.4. QUÁ TRÌNH METHANE HÓA VÀ NÉN KHÍ TỔNG HỢP 101
3.3.5. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP AMONIAC VÀ TÁCH THU SẢN PHẨM 102
CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ XÂY DỰNG 104
4.1. CHỌN ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG 104
4.1.1. CÁC YÊU CẦU CHUNG 104
4.1.2. CÁC YÊU CẦU VỀ KỸ THUẬT XÂY DỰNG 104
4.1.3. CÁC YÊU CẦU VỀ MÔI TRƯỜNG VỆ SINH CÔNG NGHIỆP 105
4.1.4. YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY 105
4.2. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TỔNG QUAN MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG 106
4.2.1. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG 106
4.2.2. CÁC HẠNG MỤC CÔNG TRÌNH 108
4.2.3. MẶT BẰNG NHÀ MÁY 109
CHƯƠNG 5: AN TOÀN, VỆ SINH LAO DỘNG 112
5.1. AN TOÀN LAO ĐỘNG 112
5.1.1. MỤC ĐÍCH 112
5.1.2. Ý NGHĨA 112
5.1.3. CÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN LAO DỘNG 112
5.2. CÔNG TÁC VỆ SINH LAO ĐỘNG 114
5.2.1. VỆ SINH ĐỐI VỚI MẶT BẰNG NHÀ MÁY 114
5.2.2. HỆ THỐNG THÔNG GIÓ 115
5.2.3. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 115
5.2.4. HỆ THỐNG VỆ SINH CÁ NHÂN 115
KẾT LUẬN 116
KIẾN NGHỊ 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO 118
viii

PHỤ LỤC 119
ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ khối mô tả phương pháp khí hoá than ở nhiệt độ cao. Error:
Reference source not found
Hình 1.2. Sơ đồ khối mô tả phương pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH
3
.
Error: Reference source not found
Hình 1.3. Sơ đồ khối tổng hợp NH
3
đi từ nguyên liệu thể lỏng hoặc thể khí
Error: Reference source not found
Hình 1.4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng hợp amoniac của KELLOGG 13
Hình 1.5. Sơ đồ công nghệ KBR Purifier 14
Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ Krupp Uhde 16
Hình 1.7. Sơ đồ công nghệ Haldor Topsoe 18
Hình 1.8. Sơ đồ công nghệ của quá trình khử lưu huỳnh Error: Reference source
not found
Hình 1.9. Sơ đồ công nghệ của quá trình reforming . . Error: Reference source not
found
Hình 1.10. Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình chuyển hóa CO Error:
Reference source not found
Hình 1.11. Sơ đồ công nghệ của quá trình tách CO
2
bằng dung dịch MDEA
Error: Reference source not found
Hình 1.12. Sơ đồ công nghệ tổng quát của quá trình methane hóa Error:
Reference source not found
Hình 1.13. Tháp tổng hợp Amoniac 32

Hình 3.1. Giao diện phần mềm mô phỏng Hysys. Error: Reference source not
found
Hình 3.2. Phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng phân xưởng Amoniac
Error: Reference source not found
Hình 3.3. Thiết lập hệ cấu tử cho mô hình mô phỏng Error: Reference source not
found
x
Hình 3.4. Thiết lập hệ nhiệt động SRK-Twu (mặc định) cho mô hình mô phỏng
Error: Reference source not found
Hình 3.5. Mô hình mô phỏng quá trình khử lưu huỳnh Error: Reference source
not found
Hình 3.6. Mô hình mô phỏng thiết bị reforming sơ cấp và thứ cấp Error:
Reference source not found
Hình 3.7. Mô hình mô phỏng quá trình chuyển hóa CO Error: Reference source
not found
Hình 3.8. Mô hình mô phỏng quá trình tách CO
2
bằng dung dịch MDEA . Error:
Reference source not found
Hình 3.9. Mô hình mô phỏng quá trình methane hóa và nén khí tổng hợp Error:
Reference source not found
Hình 3.10. Mô hình mô phỏng quá trình tổng hợp Amoniac và tách thu sản
phẩm Error: Reference source not found
Hình 3.11. Mô hình mô phỏng hoàn chỉnh phân xưởng Amoniac Error:
Reference source not found
xi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Các thông số hoá lý cơ bản của NH
3
Error: Reference source not found

Bảng 2.1. Cân bằng vật chất ở thiết bị reforming sơ cấp . Error: Reference source not
found
Bảng 2.2. Cân bằng vật chất ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao Error: Reference
source not found
Bảng 2.3. Cân bằng vật chất ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp Error: Reference
source not found
Bảng 2.4. Cân bằng vật chất ở thiết bị tách CO
2
Error: Reference source not found
Bảng 2.5. Cân bằng vật chất ở thiết bị mêtan hóa Error: Reference source not found
Bảng 2.6. Cân bằng vật chất ở tháp tổng hợp NH
3
. Error: Reference source not found
Bảng 2.7. Cân bằng vật chất ở tháp tách NH
3
. Error: Reference source not found
Bảng 2.8. Cân bằng vật chất cho toàn bộ hệ thống Error: Reference source not found
Bảng 2.9 Cân bằng vật chất ở thiết bị reforming sơ cấp . Error: Reference source not
found
Bảng 2.10. Cân bằng vật chất ở thiết bị reforming thứ cấp . . Error: Reference source
not found
Bảng 2.11. Cân bằng vật chất ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao Error:
Reference source not found
Bảng 2.13. Cân bằng vật chất ở thiết bị tách CO
2
Error: Reference source not found
Bảng 2.14. Cân bằng vật chất ở thiết bị mêtan hóa Error: Reference source not
found
Bảng 2.15. Cân bằng vật chất của tháp tổng hợp NH
3

Error: Reference source not
found
Bảng 2.16. Cân bằng vật chất của tháp tách NH
3
Error: Reference source not found
Bảng 2.17. Cân bằng vật chất cho toàn bộ hệ thống Error: Reference source not
found
Bảng 2.18. Nhiệt dung đẳng áp của các cấu tử phụ thuộc vào nhiệt độ Error:
Reference source not found
xii
Bảng 2.19. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 773 K (500
0
C) Error: Reference source not
found
Bảng 2.20. Nhiệt tạo thành của các cấu tử ở điều kiện chuẩn. Error: Reference
source not found
Bảng 2.21. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 1123 K (850
0
C) Error: Reference source not
found
Bảng 2.23. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị reforming sơ cấp. Error: Reference
source not found
Bảng 2.24. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 693 K. Error: Reference source not found
Bảng 2.25. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 1273 K (1000
0
C. Error: Reference source not
found
Bảng 2.26. Cân bằng nhiệt ở thiết bị reforming thứ cấp Error: Reference source not
found
Bảng 2.27. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 593 K (320

0
C) Error: Reference source not
found
Bảng 2.28. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 593 K (320
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.29. Cân bằng nhiệt ở thiết bị chuyển hoá CO nhiệt độ cao. Error: Reference
source not found
Bảng 2.30. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 473 K (200
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.31. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 493 K (220
0
C) Error: Reference source not
found
Bảng 2.32. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị chuyển hoá nhiệt độ thấp. Error:
Reference source not found
Bảng 2.33. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 298 K (25
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.34. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị tách CO
2
. Error: Reference source not
found
xiii
Bảng 2.35. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 563K (290
0

C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.36. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 603 K (330
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.37. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị mêtan hoá. . . Error: Reference source not
found
Bảng 2.38. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 673 K (400
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.39. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 803 K (530
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.40. Cân bằng nhiệt lượng ở tháp tổng hợp NH
3
. . Error: Reference source not
found
Bảng 2.41. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 268 K (-6
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.42. Tỉ nhiệt của các cấu tử ở 240 K (-33
0
C). Error: Reference source not
found
Bảng 2.43. Cân bằng nhiệt ở thiết bị tách NH
3

. Error: Reference source not found
Bảng 2.44. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị reforming sơ cấp Error: Reference
source not found
Bảng 2.45. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị reforming thứ cấp Error: Reference
source not found
Bảng 2.46. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ cao. Error:
Reference source not found
Bảng 2.47. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị chuyển hóa CO nhiệt độ thấp. Error:
Reference source not found
Bảng 2.48. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị tách CO
2
. Error: Reference source not
found
Bảng 2.49. Cân bằng nhiệt lượng ở thiết bị mêtan hóa Error: Reference source not
found
xiv
Bảng 2.50. Cân bằng nhiệt lượng ở tháp tổng hợp NH
3
. . Error: Reference source not
found
Bảng 2.51. Cân bằng nhiệt lượng ở tháp tổng hợp NH
3
. . Error: Reference source not
found
Bảng 3.1. Kết quả so sánh của dòng vào Reforming thứ cấp (Feed_prirefor) Error:
Reference source not found
Bảng 3.2. Kết quả mô phỏng của dòng ra khỏi thiết bị reforming thứ cấp Error:
Reference source not found
Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng của dòng Pro_hight ra khỏi thiết bị chuyển hóa CO
nhiệt độ cao Error: Reference source not found

Bảng 3.4. Kết quả mô phỏng của dòng Pro_low ra khỏi thiết bị chuyển hóa CO
nhiệt độ thấp Error: Reference source not found
Bảng 4.1. Các hạng mục công trình của phân xưởng . Error: Reference source not
found
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN AMONIAC
1.1.1. CẤU TẠO PHÂN TỬ NH
3
NH
3
có một nguyên tử nitơ và 3 nguyên tử hiđrô. Nguyên tử N có 7 electron ở
lớp vỏ, tương ứng với số điện tích hạt nhân của nó. Trong đó, một cặp electron ở
trạng thái 1s, còn 5 electron kia phân bố vào 4 obitan với số lượng tử chính là 2.
Trong 5 electron này thì có một cặp chiếm obitan 2s và 3 electron không cặp đôi
phân bố ở 3 obitan 2Px, 2Py, 2Pz.
Các electron không cặp đôi của N có thể kết hợp với electron 1s của nguyên tử
H. Vì vậy ta có:
Nguyên tử N nằm trên một đỉnh của hình tứ diện nằm trên một phằng của 3
nguyên tử H, 3 nguyên tử H xếp theo 1 hình tam giác đều, góc liên kết
H-N-H khoảng 107
O
. Mặc dù các liên kết N-H là những liên kết cộng hóa trị
nhưng chúng có phần giống như liên kết ion, tại vì ngyên tử N có độ âm điện lớn
hơn H rất nhiều. Do sự phân cực hóa của các liên kết và cách sắp xếp bất đối của
phân tử NH
3
mà nó có một mômen lưỡng cực khoảng 1,5 Debye.
Vì phân tử NH
3

có cùng cấu hình electron với nước, góc hóa trị cũng tương tự
như nước nên NH
3
và H
2
O có nhiều tính chất giống nhau, đều là những chất nghịch
từ.
1.1.2. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NH
3
:N
.
.
.
+
3H
.

:N

H
H
H
N
o
H
H
o
o
H
o

2
Ở nhiệt độ thường NH
3
là khí không màu, có mùi đặc trưng, vị hăng có thể
gây ngạt thở, có tác dụng kích thích niêm mạc, khả năng hoà tan của amoniac phụ
thuộc vào nhiệt độ, áp suất, nhiệt độ càng tăng khả hoà tan amoniac càng giảm.
Ở nhịêt độ thường NH
3
rất ổn định, nhưng ở nhiệt độ cao ≥ 1200
0
C NH
3
dễ bị
phân huỷ, nếu có xúc tác NH
3
bị phân huỷ ngay ở 300
0
C. NH
3
là chất hoạt tính cao.
Một số thông số hoá lý cơ bản của amoniac: (Bảng 1).
Bảng 1.1. Các thông số hoá lý cơ bản của NH
3
Các đại lượng vật lý Giá trị
Khối lượng phân tử, (kg/kmol) 17,0312
Nhiệt độ sôi ở 101,34 kpa (
0
C) - 3375
Khối lượng riêng ở 0
0

C, 1 at (kg/m
3
) 0,77
Nhiệt độ tới hạn (
0
C) 132,4
Nhiệt bay hơi, (kj/kg) 1370
Nhiệt nóng chảy, (
0
C) - 77,75
Khối lượng riêng ở 0
0
C, 1 at, (Cp) 2220
Thể tích phân tử ở 0
0
C; 101,3 kpa, (l/mol) 22,08
Tỷ trọng chất lỏng ở - 33,,43
0
C; 101,3 kpa (g/cm
3
) 0,682
Tỷ trọng chất lỏng ở 0
0
C; 101,3 kpa (g/cm
3
) 0,6383
Tỷ trọng chất khí ở 0
0
C; 101,3 kpa (g/cm
3

) 0,638
Tỷ trọng chất khí ở - 33,43
0
C; 101,3 kpa (g/cm
3
) 0,888
Áp suất tới hạn, (at) 111,5
Áp suất hơi, (kpa) 6,077
Độ nhớt tới hạn (mpa.s) 23,9.10
-3
Điểm nóng chảy (
0
C) - 77,71
Entanpi sinh chuẩn ở 25
0
C, (j/kmol) 192,731
Giới hạn nổ hỗn hợp NH
3
với oxy ở 20
0
C; 101,3kpa 15 ÷ 79%
3
Giới hạn nổ hỗn hợp NH
3
với không khí ở 20
0
C; 101,3kpa 16 ÷ 27%
Hệ số nén tới hạn 0,242
Hệ số dẫn nhiệt tới hạn (kj.k
-1

.h
-1
.m
-1
) 0,522
Hệ số dẫn nhiệt ở - 35
0
C điều kiện rất tinh khiết (Ω
-1
.cm
-1
) 0,1
Hệ số dẫn nhiệt ở 0
0
C, 1 at 0,0215
Hằng số K = Cp/Cv 1,25
Hằng số e 626,66
1.1.3. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA AMONIAC
1.1.3.1. Tính bazơ yếu
• Tác dụng với nước
Khi tan trong nước, một phần nhỏ các phân tử amoniac kết hợp H
+
của nước
tạo thành ion amoniac (NH4
+
) và ion hidroxit (OH
-
).
3 2 4
NH H O NH OH

+ −
+ +ƒ
Ion OH
−
làm cho dung dịch có tính bazơ, tuy nhiên so với dung dịch kiềm
mạnh (thí dụ NaOH) cùng nồng độ, thì nồng độ ion OH
−
do NH
3
tạo thành nhỏ hơn
nhiều. Trong dung dịch, amoniac là một bazơ yếu: ở 25
0
C, hằng số phân li ba
zo K
b
=1,8.10
−5
. Dung dịch amoniac làm cho phenolphtalein từ không màu chuyển
sang màu hồng, quỳ tím chuyển sang màu xanh. Lợi dụng tính chất này người ta
dùng giấy quỳ tím ẩm để nhận ra khí amoniac.
• Tác dụng với axit
Amoniac (dạng khí cũng như dung dịch) kết hợp dễ dàng với axit tạo thành
muối amoni.
3 2 4 4 2 4
3 4
2 ( )NH H SO NH SO
NH H NH
+ +
+ →
+ →

4
Khi đặt hai bình mở nút đựng dung dịch HCl đặc và NH3 đặc gần nhau thì
thấy có "khói" màu trắng tạo thành. "Khói" là những hạt nhỏ li ti của tinh thể muối
amoni clorua (NH
4
Cl). Muối này được tạo thành do khí amoniac và khí hiđro clorua
hóa hợp với nhau.
NH
3
(k)+HCl(k)→NH
4
Cl(r)
Phản ứng này cũng được sử dụng để nhận ra khí amoniac.
• Tác dụng với dung dịch muối
Dung dịch amoniac có khả năng làm kết tủa nhiều hiđroxit kim loại khi tác
dụng với dung dịch muối của chún
3
3 2 3 4
3 3 ( ) 3Al NH H O Al OH NH
+ +
+ + → +
1.1.3.2. Khả năng tạo phức
Dung dịch amoniac có khả năng hòa tan hiđroxit hay muối ít tan của một số
kim loại, tạo thành các dung dịch phức chất
Cu(OH)
2
+4NH
3
→[Cu(NH3)
4

](OH)
2
Cu(OH)
2
+4NH
3
→[Cu(NH
3
)
4
]
2+
+2OH
−
AgCl+2NH
3
→[Ag(NH
3
)
2
]Cl
AgCl+2NH
3
→[Ag(NH
3
)
2
]
+
+Cl

−
Sự tạo thành các ion phức [Cu(NH
3
)
4
]
2+
,[Ag(NH
3
)
2
]
+
, xảy ra do các phân tử
amoniac kết hợp với các ion Cu
2+
, Ag
+
, bằng các liên kết cho-nhận giữa cặp
eletron chưa sử dụng của nguyên tử nitơ với obitan trống của ion kim loại.
1.1.3.3. Tính khử
• Tác dụng với oxi
Khi đốt trong khí oxi, amoniac cháy với ngọn lửa màu vàng, tạo ra khí nitơ và
hơi nước
4NH
3
+3O
2
→ 2N
2

+6H
2
O
5
Khi đốt amoniac trong oxi không khí có mặt chất xúc tác thì tạo ra khí NO và
nước
4NH
3
+5O
2
→ 4NO + 6H
2
O
• Tác dụng với clo
Dẫn khí NH3 vào bình chứa khí clo, NH3 tự bốc cháy tạo ra ngọn lửa có
“khói” trắng
2NH
3
+3Cl
2
→ N
2
0+6HCl
"Khói" trắng là những hạt NH4Cl sinh ra do khí HCl vừa tạo thành hóa hợp
với NH3.
• Tác dụng với oxit kim loại
Khi đun nóng, NH3 có thể khử một số oxit kim loại thành kim loại , chẳng
hạn NH3 khử CuO màu đen tạo ra Cu màu đỏ, nước và khí N
2
2NH

3
+3CuO → Cu+N
2
0+3H
2
O
1.1.4. ỨNG DỤNG AMONIAC
Amoniac được sử dụng cả trong công nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Cụ
thể:
Dung dịch nước của NH
3
có nồng độ 25% hoặc thấp hơn thường được dùng
trong các phòng thí nghiệm và trong đời sống.
Dung dịch NH
3
được sử dụng trong nông nghiệp như: tạo môi trường chống
đông (nồng độ NH
3
0,03% và axit boric 0,2-0,5%) để bảo quản mủ cao su (latex)
hoặc được sử dụng trực tiếp làm phân bón.
Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong xử lý môi trường
nhằm loại các NOx hoặc SOx trong các các khí thải khi đốt các nguyên liệu hóa
thạch (than đá, dầu, v.v…). Quá trình này thường có thể phải dùng chất xúc tác
chứa vanađi.
6
Dung dịch amoniac hoặc amoniac lỏng được sử dụng trong công nghiệp sản
xuất phân bón, hóa chất và hóa dược.
1.1.5. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC
1.1.5.1. Nguyên liệu ở thể rắn
• Nguyên liệu

- Nguyên liệu rắn như than đá…
- Hơi nước.
- Không khí hoặc không khí giàu oxy.
− Phương pháp
Phương pháp sản xuất này được mô tả ở sơ đồ hình khối
Hình 1.1. Sơ đồ khối mô tả phương pháp khí hoá than ở nhiệt độ cao.
Khí sau phản ứng
Chuyển hoá CO
Khử hợp chất sulfur
Nén khí nguyên liệu
Rửa đồng để khử
CO và khử CO
2

bằng dung dịch
kiềm
Khử phần lớn
CO
2
bằng H
2
O
hoặc dung dịch
kiềm
Tổng hợp NH
3
Nguyên liệu
7
1.1.5.2. Nguyên liệu khí lò cốc có chứa hydro
• Nguyên liệu

- Khí lò cốc
- Không khí
• Phương pháp: Phương pháp này được mô tả trong sơ đồ hình khối sau:
Hình 1.2. Sơ đồ khối mô tả phương pháp làm lạnh thâm độ tổng hợp NH
3
.
Tổng hợp NH
3
Nén khí nguyên liệu
Khí giàu C
2
H
4
Khử sạch CO
2
bằng N
2
lỏng
Làm lạnh thâm độ
Khử CO
2
bằng chất hấp thụ
Khử sạch hợp chất sulfur
Khí lò cốc
Được
oxy
Khí Nitơ
Không khí
Khử sạch CO
2

sấy khô
Làm lạnh thâm độ phân ly
Nguyên liệu
8
1.1.5.3. Nguyên liệu thể lỏng hoặc thể khí
• Nguyên liệu
- Nguyên liệu thể lỏng hoặc thể khí: bã cốc dầu mỏ
- Hơi nước.
- Không khí hoặc không khí giàu oxy.
Chúng được chuyển hoá hoặc oxy hoá không hoàn toàn.
• Phương pháp
Phương pháp này được mô tả ở trong sơ đồ hình khối
Hình 1.3. Sơ đồ khối phương pháp tổng hợp NH
3
đi từ nguyên liệu thể lỏng
hoặc thể khí
Ngưyên liệu
Nén khí nguyên liệu
Khử sạch hợp chất sulfur
Khử phần lớn CO
2

bằng H
2
O hoặc dung
dịch kiềm
Khử CO bằng
dung dịch đồng
Tổng hợp NH
3

Chuyển hoá CO