Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 từ khí tự nhiên: Hướng dẫn chi tiết và hiệu quả

• Tác giả: Hoàng Văn Hải
• Người hướng dẫn: TS Chu Thị Hải Nam
• Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất NH3 từ khí tự nhiên
• Loại tài liệu: đồ án kỹ sư

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TÍNH CHẤT CỦA SẢN PHẨM
• 1.1. Cấu tạo phân tử NH3
• 1.2. Tính chất vật lý
• 1.3. Tính chất hóa học
• 1.4. Sản xuất NH3 ở Việt Nam
• 1.5. Tồn trữ và bảo quản
• 1.6. An toàn môi trường
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT AMONIAC
• 3. CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT AMONIAC TỪ KHÍ TỰ NHIÊN
• 3.1. Sản xuất khí nguyên liệu
• 3.2. Tổng hợp NH3
• 4. CHƯƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC TỪ KHÍ TỰ NHIÊN
• 4.1. Một số sơ đồ tổng hợp điển hình
• 4.2. Công nghệ áp suất cao của Kellogg
• 4.3. Công nghệ áp suất trung bình của hãng Krupp UHDE
• 4.4. Công nghệ áp suất thấp của hãng Hadol Topsoe
• 4.5. Công nghệ áp suất thấp của hãng Kellogg Brown & Root, Inc
• 4.6. Công nghệ áp suất thấp của hãng Linde AG
• 4.7. Phân tích lựa chọn nguyên liệu và dây chuyền công nghệ
• 4.7.1. Lựa chọn nguyên liệu
• 4.7.2. Lựa chọn công nghệ
• 4.7.3. Giới thiệu công nghệ
• 4.8. Thiết bị chính trong tổng hợp amoniac
• 5. PHẦN II: MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIA
• 5.1. Cơ sở mô phỏng và các thông số của quá trình
• 5.1.1. Cơ sở mô phỏng
• 5.1.2. Các thông số của quá trình
• 5.1.3. Các bước mô phỏng
• 5.2. Tính toán cân bằng vật chất cân bằng nhiệt lượng đảm bảo năng suất
• 5.2.1. Cân bằng vật chất chung của quá trình
• 5.2.2. Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình
• 5.2.3. Khảo sát lưu lượng đầu vào tới năng suất của quá trình
• 5.3. Tính toán thiết kế
• 5.3.1. Tính toán cơ khí thiết bị chính
• 5.3.1.1. Tháp tổng hợp NH3
• 5.3.1.2. Tốc độ không gian
• 5.3.1.3. Tính toán thể tích từng lớp xúc tác
• 5.3.1.4. Chiều cao từng lớp xúc tác
• 5.3.1.5. Chiều cao tháp
• 5.3.1.6. Tính chiều dày thân tháp tổng hợp
• 5.3.1.7. Tính nắp, đáy thiết bị
• 6. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về phân xưởng sản xuất NH3

Phân xưởng sản xuất NH3 từ khí tự nhiên là một trong những ứng dụng quan trọng trong ngành công nghiệp hóa chất. Khí tự nhiên là nguyên liệu sản xuất NH3 chủ yếu, nhờ vào tính khả thi và hiệu quả kinh tế. Quy trình sản xuất NH3 từ khí tự nhiên bao gồm nhiều bước, từ việc xử lý nguyên liệu đến tổng hợp sản phẩm cuối cùng. Việc thiết kế nhà máy NH3 không chỉ cần chú ý đến công nghệ mà còn phải đảm bảo an toàn và bảo vệ môi trường. Theo nghiên cứu, quy trình sản xuất NH3 từ khí tự nhiên có thể đạt hiệu suất cao hơn so với các phương pháp khác như sử dụng than đá hay dầu mỏ.

1.1. Tính chất của sản phẩm NH3

Amoniac (NH3) là một hợp chất hóa học có nhiều ứng dụng trong sản xuất phân bón và các ngành công nghiệp khác. Tính chất vật lý của NH3 cho thấy nó là một chất khí không màu, có mùi khai và dễ tan trong nước. Tính chất hóa học của NH3 cho phép nó tham gia vào nhiều phản ứng hóa học, tạo ra các sản phẩm hữu ích. Việc hiểu rõ tính chất của sản phẩm là rất quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành phân xưởng sản xuất.

1.2. Quy trình sản xuất NH3 từ khí tự nhiên

Quy trình sản xuất NH3 từ khí tự nhiên bao gồm các bước chính như xử lý khí, tổng hợp và tinh chế sản phẩm. Sơ đồ công nghệ sản xuất NH3 thường được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Việc lựa chọn công nghệ phù hợp, như công nghệ Haldor Topsoe, là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sản xuất. Hiệu suất sản xuất NH3 có thể được cải thiện thông qua việc tối ưu hóa các điều kiện vận hành và sử dụng các thiết bị hiện đại.

II. Thiết kế nhà máy NH3

Thiết kế nhà máy sản xuất NH3 từ khí tự nhiên cần phải xem xét nhiều yếu tố như công nghệ, thiết bị và quy trình vận hành. Thiết bị chính trong tổng hợp amoniac bao gồm tháp tổng hợp, thiết bị trao đổi nhiệt và các hệ thống hỗ trợ khác. Việc lựa chọn công nghệ sản xuất amoniac phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chi phí sản xuất. Bố trí mặt bằng phân xưởng NH3 cũng cần được thiết kế hợp lý để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình sản xuất.

2.1. Công nghệ sản xuất amoniac

Công nghệ sản xuất amoniac từ khí tự nhiên hiện nay chủ yếu dựa vào quy trình Haber-Bosch. Quy trình này yêu cầu điều kiện áp suất và nhiệt độ cao để tối ưu hóa phản ứng tổng hợp. Công nghệ áp suất cao thường được áp dụng để tăng cường hiệu suất sản xuất. Việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới có thể giúp cải thiện hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.

2.2. An toàn trong sản xuất NH3

An toàn trong sản xuất NH3 là một yếu tố quan trọng không thể bỏ qua. An toàn trong sản xuất NH3 bao gồm việc tuân thủ các quy định về an toàn lao động, bảo vệ môi trường và phòng ngừa sự cố. Các biện pháp an toàn cần được thực hiện nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cho công nhân và môi trường xung quanh. Việc đào tạo nhân viên về an toàn lao động và quy trình ứng phó khẩn cấp là rất cần thiết.

III. Ứng dụng và giá trị thực tiễn

Sản phẩm NH3 có nhiều ứng dụng trong thực tế, đặc biệt trong ngành sản xuất phân bón. Ngành công nghiệp phân bón sử dụng NH3 để sản xuất các loại đạm, góp phần quan trọng vào việc đảm bảo an ninh lương thực. Ngoài ra, NH3 còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như sản xuất thuốc, nhựa tổng hợp và bảo vệ môi trường. Việc phát triển công nghệ sản xuất NH3 từ khí tự nhiên không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn giúp nâng cao giá trị sử dụng của nguồn nguyên liệu này.

3.1. Ứng dụng trong ngành phân bón

Trong ngành sản xuất phân bón, NH3 là nguyên liệu chính để sản xuất các loại đạm như urê và amoni nitrat. Việc sử dụng NH3 trong sản xuất phân bón giúp cải thiện năng suất cây trồng và đảm bảo an ninh lương thực. Ngành công nghiệp phân bón đang ngày càng phát triển, đòi hỏi nguồn cung NH3 ổn định và hiệu quả.

3.2. Giá trị môi trường

Sản xuất NH3 từ khí tự nhiên có thể giúp giảm thiểu phát thải khí nhà kính so với các phương pháp khác. Việc sử dụng khí tự nhiên làm nguyên liệu giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Môi trường sản xuất NH3 cần được quản lý chặt chẽ để đảm bảo không gây hại cho hệ sinh thái và sức khỏe con người.