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

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


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Khử CO bằng
dung dịch đồng
Tổng hợp NH
3
Chuyển hoá CO
9
1.1.5.4. Nguyên liệu khí tự nhiên
Khí tự nhiên có mặt ở rất nhiều nơi trên thế giới như Trung đông, Đông nam á,
Châu âu, Mỹ…
Về thành phần của khí tự nhiên qua các nghiên cứu cho thấy, với mỗi quốc gia
có thành phần khí tự nhiên khác nhau, nhưng thành phần chủ yếu trong khí tự nhiên
là khí metan, từ 70% trở lên.
Ở Việt nam chúng ta khí tự nhiên có ở cả miền Bắc và miền Nam. Miền Bắc
có mỏ khí tìm được ở Tiền Hải – Thái Bình vào năm 1981. Phía Nam có các mỏ
như Nam Côn Sơn, Lan Tây, Lan đỏ…, với trữ lượng tương đối lớn, ngoài ra nguồn
khí đồng hành cũng cung cấp một khối lượng khí không nhỏ.
1.2. CÁC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC
1.2.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC
Sản phẩm amoniac đã xuất hiện rất sớm từ đầu thế kỷ 18. Khi đó người ta tổng
hợp amoniac ở áp suất cao và nhiệt độ cao, tới năm 1821 người ta cố gắng tổng hợp
amoniac có sự trợ giúp của xúc tác nhưng không đạt được.
Vào năm 1860, bằng phương pháp hồ quang người ta tổng hợp được amoniac
từ nitơ và hydro nhưng hiệu quả không cao.
Do nhu cầu sử dụng amoniac ngày một nhiều nên đã có nhiều phương pháp
tổng hợp amoniac ra đời, năm 1961 tổng hợp amoniac với xúc tác sắt nhiệt độ cao,
với hiệu quả 0,1%.
Tới năm 1930, việc tổng hợp amoniac đã thành công với nhiều loại xúc tác
khác nhau nhưng hiệu quả cao nhất là xúc tác kim loại Ni.
Công ty Kellogg đưa ra công nghệ tổng hợp NH
3

− Tổng hợp áp suất thấp: 100 ÷ 160 atm
− Tổng hợp áp suất trung bình: 250 ÷ 360 atm
− Tổng hợp áp suất cao: 450 ÷ 1000 atm
1.2.2. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AMONIAC
1.2.2.1. Tổng hợp amoniac áp suất cao
Phương pháp này thực hiện ở áp suất 450 ÷ 1000 atm. Được thực hiện ở áp
suất cao nên quá trình chuyển hoá diễn ra nhanh, hiệu suất phản ứng cao, cường độ
sản xuất lớn, dễ phân tách NH
3
khỏi phản ứng.
Bên cạnh đó do áp suất cao, việc chế tạo thiết bị khó khăn hơn, tháp phải có
chiều dày để chống nổ, các đường ống dẫn phải được thiết kế cho phù hợp với áp
suất cao, việc áp suất cao sẽ tiêu tốn năng lượng là điều phi kinh tế, đồng thời nhiệt
độ cao khả năng tái sử dụng xúc tác giảm, thời gian sử dụng xúc tác thấp. Chính
những bất lợi trên mà phương pháp này ít được sử dụng.
11
1.2.2.2. Tổng hợp amoniac áp suất trung bình
Dây chuyền tổng hợp amoniac ở áp suất trung bình sử dụng năng lượng ít hơn
phương pháp áp suất cao, thiết bị dễ chế tạo hơn phương pháp áp suất cao, do vậy
mà hiệu quả kinh tế cao hơn, phương pháp này được sử dụng rộng rãi vào thập kỷ
70 của thế kỷ trước.
1.2.2.3. Tổng hợp amoniac áp suất thấp
Quá trình tổng hợp áp suất thấp có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp
khác, do quá trình thực hiện ở áp suất thấp mà chế tạo thiết bị gọn nhẹ hơn nên giá
thành vừa phải. Ở áp suất thấp nhiệt độ làm việc thấp, dễ vận hành và điều chỉnh
nhiệt độ. Xúc tác sử dụng bền, quá trình sản xuất khí tổng hợp ở áp suất cao, lợi
dụng áp suất cao này vào cho quá trình nén khí, giảm tiêu tốn năng lượng, phương
pháp này đảm bảo cho an toàn lao động
Bên cạnh những ưu điểm trên thì phương pháp tổng hợp áp suất thấp có nhược
điểm là hiệu suất tổng hợp không cao, nồng độ NH