KHOA CONG NGHE
LUAN VAN TOT NGHIEP DAI HOC
THIET KE PHAN XUONG SAN XUAT
PHAN DAM NANG SUAT 2385 TAN/NGAY
CAN BO HUONG DAN: SINH VIEN THUC HIEN:
Th.s Vũ Bá Minh Lê Minh Trí
Th.s Trần Nam Nghiệp MSSV: 2082245
K.s Lê Ngọc Ban Lớp: Công Nghệ Hóa Học Khóa: 34
Trang 2BỘ MÔNCÔNGNGHỆHÓAHỌC -—-— -—-
Te ee ee Can Tho, ngaỵ tháng năm 2012
PHIEU ĐÈ NGHỊ ĐÈ TÀI TỐT NGHIỆP Nam hoc 2011 — 2012 1 Sinh viên thực hiện - Ho va tén : Lé Minh Tri - MSSV -: 2082245 - Lop Công Nghệ Hóa Học - Khoa 34
2 Tên đề tài thực hiện
“ Thiết kế phân xưởng sản xuất phân đạm ”
3 Địa điểm thực hiện
Nhà máy Đạm Phú Mỹ, khu công nghiệp Phú Mỹ 1, quốc lộ 51, thị trấn Phú Mỹ, huyện Tân Thành, tỉnh Bà R1a - Vũng Tàụ
Khoa Công Nghệ, trường Đại Học Cần Thơ, khu II, đường 3/2, phường Xuân Khánh, quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ
4 Họ và tên cán bộ hướng dẫn
Thạc sĩ Vũ Bá Minh, Bộ môn Quá Trình và Thiết Bị Khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phó Hồ Chí Minh
Thạc sĩ Trần Nam Nghiệp, Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, Khoa Công Nghệ, Trường Đại Học Cần Thơ
Kỹ sư Lê Ngọc Ban, phó giám đốc xưởng urê, nhà máy Đạm Phú Mỹ
Trang 3của phân xưởng
Năm vững các kiên thức vê cân băng vật chât, cân băng năng lượng và các
kiên thức có liên quan đê hoàn thành bài báo cáo luận văn tôt nghiệp
6 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài
Phan 1: Khảo sát công nghệ tổng hợp urê tại Nhà máỵ Phần 2: Tính cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng
Phan 3: Tính toán thiết bị chính
Phần 4: Tính toán các thiết bị phụ
Phan 5: Vẽ sơ đồ công nghệ và các bản vẽ chỉ tiết của thiết bị Phan ó6: Nhu cầu điện, nước
Phần 7: So sánh kết quả tính được với thực tế
Do đây là một đề tài luận văn tốt nghiệp đại học, không có nhiều thời gian
thực hiện và những hạn chế của bản thân nên hạn chế của đề tải này là không tính
tốn và thiết kế tồn bộ các chỉ tiết của phân xưởng sản xuất urê; kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực tế có thê có sai số
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Lê Minh Trí
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th.s Vũ Bá Minh Th.s Trần Nam Nghiệp K.s Lê Ngọc Ban
Trang 4Trong quá trình thực hiện Luận văn tốt nghiệp là khoảng thời gian mà tôi gặp rất nhiều khó khăn Tuy nhiên, với sự giúp đỡ, hướng dẫn, động viên của gia đình, thầy cô, bạn bè và với sự nỗ lực của bản than, tơi đã hồn thành đề tài Luận văn tốt nghiệp
Trước hết, con xin cảm ơn gia đình, đặt biệt là mẹ đã luôn quan tâm, chăm sóc, ủng hộ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để cho con an tâm học tập và hoàn thành Luận văn tốt nghiệp
Tôi xin cảm ơn thây Vũ Bá Minh, thầy Trần Nam Nghiệp, kỹ sư Lê Ngọc Ban đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm cho tôi
trong suốt thời gian thực hiện đề tàị
Xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Bộ môn Công Nghệ Hóa Học, quý thầy cô trong trường Đại Học Cần Thơ và q thầy cơ bên ngồi trường đã dìu dắt, dạy dỗ chúng tôi trong suốt thời gian học tập tại trường
Chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Nhà máy Đạm Phú Mỹ đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp
Ngồi ra, tơi cũng xin cảm ơn những người bạn của tôi, đặc biệt là các bạn lớp Công Nghệ Hóa Học khóa 34 Các bạn đã luôn động viên và giúp đỡ khi tôi gặp khó khăn trong học tập và trong cuộc sống
Cuối lời, tôi xin gởi lời chúc sức khỏe và thành công đến tất cả moj ngườị Tôi xin chân thành cảm ơn
Trang 5soLLice
Trang 6và khí cacbonIc được thực hiện vào năm 1868 do ẠI Badarôp đưa rạ
Urê là loại phân đạm chứa nhiều hàm lượng nitơ nhất (46%), có tác dụng tốt đối với việc nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm cây trồng Urê không chỉ được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp mà nó còn được ứng dụng trong nhiều nghành công nghiệp khác như: công nghiệp sản xuất nhựa, tổng hợp keọ Ngoài ra urê có cũng được sử dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp dược phẩm và sản xuat soị
Nước ta là một nước nông nghiệp, trên 70% dân số sống bằng nghề nông Vì
vậy, nông nghiệp là một ngành quan trọng cần được đầu tư phát triển để đảm bảo van đề an ninh lương thực và trở thành một cường quốc xuất khẩu lương thực, đo đó phân bón phục vụ nông nghiệp là rất quan trọng và cần thiết Hiện nay ở nước ta năng lực sản xuất phân bón phục vụ nông nghiệp của nhà máy vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước Do đó hàng năm nước ta vẫn phải
nhập khâu một lượng khá lớn phân bón nông nghiệp của nước ngoàị Theo dự báo
của Bộ Công Thương nhu cầu phân bón các loại năm 2012 là khoảng 9,6 triệu tan, trong khi sản xuất trong nước khoang 7,26 triéu tan Nhu vay, trong năm 2012, cần nhập khẩu thêm 2,34 triệu tấn phân bón để đảm bảo cân đối cung - cầụ
Để đạt được mục tiêu đó thì việc nghiên cứu tìm ra các loại phân bón mới có tác dụng nâng cao nâng suất chất lượng sản phẩm cây trồng và giá thành rẻ là điều rat cần thiết Đồng thời cũng phải nghiên cứu các biện pháp cải tiễn công nghệ, thiết bị cũng như việc đầu tư thay thế các đây chuyên sản xuất hiện đại để nâng cao năng suất chất lượng và hạ giá thành sản phẩm
Nguyên liệu để sản xuất urê là từ NHạ và CO¿ Hiện nay ở nước ta có bốn nhà máy sản xuất urê là nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc ở Bắc Giang, nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa — Vũng Tàu, nhà máy đạm Ninh Bình và nhà may Dam Ca Maụ
Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu là than đá tạo ra NH¿ lỏng và khí CO;, sử dụng dây chuyền cơng nghệ tuần hồn lỏng tồn bộ cho quá trình tong hop uré
Nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa — Vũng Tàu sử dụng dây chuyền công nghệ của hing Haldor Topsoe ( Dan Mach) và của hãng Snamprogetti (Ý) đi từ nguồn
Trang 7
urê
Đứng trước nhu cầu thiết thực đó, chúng tôi thực hiện đề tài “7hiết kế phân xưởng sản xuất phân đạm ” từ kết quả tính toán được đem so sánh với số liệu thực của phân xưởng
Trang 81.1 So luge vé phan dam
1.1.1 Khai niém phan dam
Phan dam cung cap nito duéi dang ion NO; va ion NH,’
Đạm là chất đinh đưỡng rất cần thiết và rất quan trọng đối với câỵ Đạm là nguyên tố tham gia vào thành phan chính của clorophin, prôtit, các axit amin, các enzym và nhiều loại vitamin trong câỵ Bón đạm thúc đây quá trình tăng trưởng của cây, làm cho cây ra nhiều nhánh, phân cành, ra lá nhiều; lá cây có kích thước to,
màu xanh; lá quang hợp mạnh, do đó làm tăng năng suất câỵ
Phân đạm cân cho cây trong suôt quá trình sinh trưởng, đặc biệt là giai đoạn cây sinh trưởng mạnh Trong sô các nhóm cây trông đạm rât cân cho các loại cây ăn lá như rau cải, cải bắp
1.1.2 Phân loại phần đạm
1121 Phân Urê
Phan uré dugc Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiéu vao nim 1773 va duoc Friedrich Woehler tong hop lan dau tién tr ammonium sulfate (NH4)2SO, va potassium cyanate KOCN vao nim 1828 Đây là quá trình tổng hợp lần đầu một hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết được một vẫn đề quan trọng của một học thuyết SỨC sống Năm 1870, Phân urê đã được sản xuất bằng cách đốt nóng ammonium carbamate (NH;-COO-NH,) trong một ống bịt kín Điều này là nên tảng cho công nghệ sản xuất urê công nghiệp sau nàỵ
Cho tới những năm đầu thế kỷ 20, phân urê mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp nhưng ở mức sản lượng rất nhỏ Sau chiến tranh thế giới thứ II, nhiều nước và hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất urê Những hãng đứng đầu về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urê trên thế giới như: Stamicarbon (Ha Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhat Ban) Cac hang nay dua ra công nghệ sản xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn urê sản
phẩm rất thấp
Urê là hợp chất hữu cơ có công thức phân tử là CON;H¿ hoặc (NH;);CỌ Tên quốc tế: Diaminomethanal
Ngoài ra urê còn được biêt với tên gọi là carbamide, carbony] diamidẹ
Trang 9
I C HạN“ `NH; Hình 1.1Công thức cấu tạo của phân urê a) Tính chất vật lý của urê Urê có màu trăng, dang tinh thể mịn, hình kim hoặc hình trụ đài, có khi làm thành viên Nhẹ, đễ tan trong nước, đễ chảy nước hơn tất cả những loại phân đạm khác Bảng 1.1 Thành phần đặc tính của urê Tên thành phần Giá trị Ty trong d20, g/cm3 1,3230 Dạng tỉnh thể và dạng bề ngoài Dạng kim, lăng trụ, tứ giác Điểm nóng chảy ,°C 132,7 Chỉ số khúc xạ, n20 1,484; 1,602
Năng lượng hình thành tự do ở 25 C, J/mol* -197,150
Nhiét nong chay, J/g 251
Nhiệt hòa tan trong nước, J/g 243
Nhiệt kết tinh, địch urê nước 70%, J/g 460
Trang 10Nhiệt riêng, J/Kg.K ở: OC 1,439 50 1,661 100 1,887 150 2,109 Ham luong Nito 46,6 %N
Urê là chất dễ hút âm từ môi trường xung quanh tại một nhiệt độ nhất định ứng với áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường lớn hơn áp suất hơi nước trên bề mặt urê Urê sẽ hút ẩm khi độ 4m môi trường xung quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 10- 40°C Bảng 1 2 Hàm lượng âm của urê theo nhiệt độ Nhiệt độ Hàm lượng âm trong °C không khí (g/kg KKK) 10 71,8 15 79 20 80 25 75,8 30 72,5
Theo số liệu bảng trên thì urê thường bị hút âm do hàm lượng âm trong không
khí cao, đặc biệt vào ngày hè, tiết trời âm thấp Đề hạn chế việc hút âm, urê thường được đóng trong các bao PP, PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp
b) Tính chất hóa học
Phân urê acid hóa đất:
(NH;}»CO + 4O; = 2HNO¿ +CO; + HO
Phân urê dễ bị phân hủy : e Trong không khí âm:
2NO + (NH;);CO + ⁄2 O› — 2N> + H,O + CO,
Trang 11
e Trong môi trường đất âm:
(NH;)»;CO + H;O — CO; + 2NH,OH
e Phan hủy bởi nhiệt:
- O nhiệt độ 80°C:
(NH2),CO —> NH; + HNCO
(biuret cé kha nang gây cháy lá)
- _ Ở nhiệt độ < 130°C:
(NH;);CO + H,O —> NH,COONH, NH,COONH, + H,O —> (NH,)2CO3 (NH,),CO3 —> NH; + HO + CO,
- O nhiệt độ > 130°C:
(NH,)2.CO3 + H,O —> 2NH;3 + CO,
Urê tác dụng với các axit tạo thành các muối khác nhau:
e Hợp chất muối Nitrat: (NH;);¿CỌHNO; ít tan trong nước, khi bị đốt nóng sẽ phân hủy và nỗ
e Hợp chất muối phosphate: (NH;);CỌHzPO;¿ hòa tan tốt trong nước và phân ly hoàn toàn
Urê có phản ứng với một số muối tạo thành các phức, thường có chứa tới 2 cầu tử phân bón như CăNH);.4CO(NH;);
CăH;POu);.H;O + (NH;)»CO > CO(NH)2)2.H3PO, + CaHPO,.H,O
c) Ứng dụng của phân urê Trong nông nghiỆp:
e Phần urê có khả năng thích nghi rộng và có khả năng phát huy tác dụng trên nhiều loại đất khác nhau và đối với các loại cây trồng khác nhaụ Phân này bón thích hợp trên đất chua phèn
e Phân urê được dùng để bón thúc có thể pha loãng theo nồng độ 0.5— 1.5% để phun lên lá
Trang 12e Trong quá trình sản xuất, urê thường liên kết các phân tử với nhau tạo thành biuret Biuret là sản phẩm phụ nếu trong sản phẩm đạm urê cấp phân bón mà hàm lượng biuret vượt quá 2% trọng lượng sẽ gây độc hại đối với cây trông Vì vậy, trong phân urê không được có quá 1,5% biuret (theo Tiêu chuẩn Việt Nam)
Trong công nghiỆp:
eUrÊê là nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê- formaldehyt
e Urê là chất thay thế cho muỗi (NaCl) trong viéc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân baỵ Urê không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại như muốị
e Urê như là một thành phân bô sung trong thuốc lá, nó được thêm vào để tăng hương vị Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xí nghiệp sản xuất bánh quỵ
e Uré là một thành phân của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu
tăm và nước thơm Nó cũng được sử dụng như là chất phản ứng trong một số gạc lạnh sử dụng để sơ cứu, do phản ứng thu nhiệt tạo ra khi trộn nó với nước
e Thành phân hoạt hóa để xử lý khói thải từ động cơ diesel Trong phòng thí nghiệm:
Urê là một chất biễn tính protein mạnh, thuộc tính này có thể khai thác dé lam tăng độ hòa tan của một số protein
Trong y học:
e Urê được sử dụng trong các sản phâm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình tái hydrat hóa của dạ Nông độ urê cũng có thể tăng trong một sô rối loạn ác tính: bệnh bạch cau, bénh Kahler
e Do nông độ urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gan như không đổi, nông độ urê trong máu chỉ ra vẫn đề với sự bài tiết hoặc trong một số trường hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiêu urê trong cơ thê
e Nông độ urê cao (uremia) có thê sinh ra các rối loạn thân kinh Thời gian bị uremia dài có thể làm đôi màu da sang màu xám
1.1.2.2 Phan Nitrat Amoni
Trang 13Phân nitrat amoni (NH„NOa) có chứa 33-35% nitơ nguyên chất Ở các nước
trên thế giới loại phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm Phân nitrat amoni ở dưới dạng tinh thể muối kết tỉnh có màu vàng xám Nitrat
amoni dễ chảy nước, dễ tan trong nước, dễ vón cục, khó bảo quản và khó sử dụng,
là loại phân sinh lý chuạ Tuy nhiên, nitrat amoni 1a loai phần bón quý vì có chứa cả
NH¿+t va ca NO3-, phan nay c6 thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất
khác nhaụ Nitrat amonmI bón thích hợp cho nhiều loại cây trồng cạn như thuốc lá,
bông, mía, ngô
Phân nitrat amoni được dùng để pha thành dung dịch dinh đưỡng để tưới cây trong nhà kính và tưới bón thúc cho nhiều loại rau, cây ăn quả 1.1.2.3 Phân đạm sunphat Công thức hóa học: (NHa)zSOa H + 2- | 0, 9 Neon ` HjL0 0 \ 9 H
Hình 1.3 Công thức cấu tạo của đạm sunphat
Phân đạm sunphat còn gọi là phân SA (hay còn gọi là muối điêm), có chứa
20-21% nitơ nguyên chất Trong phân này còn có 24-25% lưu huỳnh (S) Trên thế
giới loại phân này chiếm 8% tổng lượng phân hoá học sản xuất hàng năm
Phân đạm sunphat có dạng tinh thể, mịn, màu trắng ngà hoặc xám xanh, có mùi nước tiểu (mùi amoniac), vị mặn và hơi chuạ Phân đạm sunphat là loại phân bón tốt vì có cả N và lưu huỳnh là hai chất dinh dưỡng thiết yếu cho câỵ
Trang 14Cần lưu ý phân đạm sunphat là loại phân có tác dụng nhanh, rất chóng phát huy tác dụng đối với cây trồng, cho nên thường được đùng để bón thúc và bón thành nhiều lần để tránh mất đạm Khi bón cho cây con cần chú ý là phân này dé gây cháy lá Không nên sử dụng phân đạm sunphat để bón trên đất phèn, vì phân dễ làm chua thêm đất 1124 Phân đạm clorua Công thức hóa học: NH„CI H + - | i Cl “ ` H H H
Hình 1.4 Công thức cẫu tạo của phân đạm Clorua
Phân này (NHaC]) có chứa 24-25% nitơ nguyên chất Đạm clorua cé dang tinh
thể mịn, màu trắng hoặc vàng ngà Phân nảy để tan trong nước, ít hút âm, không bị
von cục, thường tơi rời nên dễ sử dụng, là loại phân sinh lý chuạ Vì vậy, nên bón kết hợp với lân và các loại phân bón khác Dam clorua không nên dùng để bón cho thuốc lá, chè, khoai tây, hành, tỏi, bắp cải, vừng
Ở các vùng khô hạn, ở các chân đất nhiễm mặn không nên bón phân đạm clorua, vì ở những nơi này trong đât có thê tích luỹ nhiêu clo, dễ làm cho cây bị ngộ
độc
1.1.2.5 Phân cyanamide canxi Công thức hóa học: CaCN›
NEEECTCãàã —-C=—N
Hình 1.5 Công thức cẫu tạo của cyanamide canxi
Phân cyanamide canxi có dạng bột không có tinh thể, màu xám tro hoặc màu
trắng, đốt không có mùi khaị Phân cyanamide canxi có chứa 20 — 21% N nguyên chất, 20 — 28% vôi, 9 — 12% than, cũng có loại phân tý lệ than thấp hoặc không có
Phân cyanamide canxi phản ứng với kiềm, vì vậy có thể khử được chua, dùng
rất tốt ở các loại đất chuạ Phân cyanamide canxi bị thuỷ phân để trở thành cyanamide (HạNCN) Phân cyanamide canxi thường được dùng để bón lót
Trang 15
Muốn dùng để bón thúc phải đem ủ trước khi bón vì phân này khi phân giải tạo ra một số chất độc có thê làm hỏng móng chân trâu bò, hại da chân người nông dân, thường sau 7 — 10 ngày các chất độc mới hết Phân cyanamide canxi được trộn ủ với
phân rác làm cho phân chóng hoai mục, không được đùng để phun lên lá câỵ
Cần chú ý chống âm cho phân khi bảo quản, bởi vì nếu phân hút âm sẽ bị biến
chất, hạt phân phình to lên làm rách bao bì và làm hỏng dụng cụ đựng Phân này dé bốc bụi, khi bám vào da sẽ làm hỏng da, phân bay vào mắt sẽ làm hỏng giác mạc mắt, vì vậy khi sử đụng phân này phải rất cần thận
1.1.2.6 Phân dam phosphate Cong thitc héa hoc: (NH4)3PO,4 NH; o | ~O — P — Õ |Í + O + NH; NH;
Hinh 1.6 Céng thirc cau tao ca phan dam phosphate
Phân đạm phosphate là loại phân vừa có đạm, vừa có lân Trong phân có tỷ lệ đạm là 10-18%, tỷ lệ lân là 44-50% Phân đạm phosphate có dạng viên, màu xám tro hoặc trăng, màu sắc tùy thuộc vào nhà sản xuất và không ảnh hưởng tới chất lượng, dễ chảy nước Trên thị trường hiện nay đang lưu hành hai loại phân bón là DAP (18-46-0) và MAP (10-50-0)
Phân đạm phosphate rat dé tan trong nước và phát huy hiệu quả nhanh Phân
được ding để bón lót, bón thúc đều tốt, dé sử dụng Phân DAP là loại phân trung tính nên có thể sử dụng trên các loại đất khác nhau, còn phan MAP là loại chua sinh lý (pH: 4-4.5) nên không thích hợp đối với các loại đất chuạ Phân này có tỷ lệ đạm hơi thấp so với lân, nên cần bón phối hợp với các loại phân đạm khác, nhất là khi bón cho các loại cây cần nhiều đạm Để đễ bảo quản người ta thường sản xuất phân dam phosphate dưới dạng viên và được đựng trong các bao milong
1.2 Những nét nỗi bật của phân đạm
Trang 16cây trồng bao gồm 16 nguyên tố cơ bản, chia ra 3 nhóm đa lượng, trung lượng và vi lượng Nhóm đa lượng bao gom đạm, lân và kali, trong đó đạm là một trong các yếu tố cơ bản nhất
Phân đạm có nhiều loại, phố biến nhất là urê (CO(NH;);) có 46% đạm nguyên chất, đạm amoni nitrat (NH,NO; - còn gợi là đạm 2 lá) có 30-40% đạm nguyên chất, dam sunfat ((NH,)2SO, - còn gọi là SA) có 19-21% đạm nguyên chất, đạm clorua amoni (NH.Cl) có 22-24% đạm nguyên chất Ngoài ra còn có một số đạm không phố biến rộng như dung dịch amoniac (NH:), canxi xianmit (CaCN;), amoni bicacbonat (NH,HCO3), amoni cacbonat ((NH,).CO3), dam trong phan phosphat DAP Dù ở dạng nào, phân đạm vẫn có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với cây trồng, nếu thiếu đạm thì cây còi cọc, vàng úa, không có năng suất, nhưng nếu dư thừa đạm cũng gây nên nhiều bất lợi cho quá trình phát triển của cây trông, như cành lá phát triển quá mức trong lúc rễ lại kém phát triển, thân non mềm dé dé ngã, cây chậm ra hoa, ít hoa, khó đậu quả, quả không chắc hạt, lá non mềm lại có màu xanh đậm nên càng hấp dẫn côn trùng cắn phá, tạo điều kiện cho nắm, vi khuẩn xâm nhập Dư đạm khả năng chống chịu của cây với điều kiện ngoại cảnh như hạn, mặn, phèn, nắm bệnh cũng kém đị
Phân đạm có thể được dùng để bón cho cây trồng dưới đạng rắn, dạng lỏng để tưới gốc hoặc sử dụng như phân phun qua lá đối với một số cây trồng
Phân đạm ít gây cháy nỗ nguy hiểm cho người và môi trường xung quanh (trừ phan nitrat ammonium rat dé chay né)
San xuat phan dam it thai ra chất độc hại cho môi trường
Khi được sử dụng đúng cách, phân đạm làm tăng năng suất nông sản
1.3 Các công nghệ sản xuất phân đạm (urê) trên thế giới
1.3.1 Các phương pháp sản xuất urê
> Phương pháp tổng hợp urê từ NHạ và HOCN: NHạ+ HOCN = (NH;)»CO
Phương pháp này ít được sử dụng do phản ứng xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao, HOCN gây độc hạị
> Phương pháp tổng hợp urê từ NH¿ và COCI;:
2NHạ + COC]; = (NH;);CO + 2HCI
Tuy nhiên sản xuất bằng phương pháp này có xảy ra phản ứng phu: NH; + HCl = NH,Cl lam cho hàm lượng NHạ thực tế sử dụng lớn hơn lượng NHạ lý thuyết Do đó, phương pháp này cũng ít sử dụng
Trang 17
> Phuong phap tong hop uré tir NH; va COS:
COS + NH; = NH,COSNH,
NH,COSNH, (NH;);CO + H;S
COS là chất rất độc, thường được dùng làm chất độc chiến tranh Hơn nữa
phương pháp này đòi hỏi nhiệt độ cao, áp suất cao nên cũng ít được sử dụng > Phương pháp tong hop uré tir NH; va CO;:
CO, + 2NH3 ~ NH2COONH, + 32560 kcal/kmol (1)
Sau d6 ammonium carbamate phan huy tao uré:
NH,COONH, <-> NH;COONH; + H;O - 4200 kcal/kmol (2)
Phản ứng (1) xảy ra nhanh hơn và tỏa nhiệt được thực hiện đến cùng Phản ứng (2) xảy ra chậm, thu nhiệt và khơng hồn toản, hiệu suất của chuyển hóa trêm lượng CO; khoảng 50-80%
Nhiệt độ quá trình sản xuất cao hơn nhiệt độ nóng chảy của urê nên urê trong quá trình sản xuất ở dang nóng chảy, áp suất hơi lớn Nước tạo nên sự xuất hiện carbamate va sản phẩm trung gian là (NH¿);CỢ
Đây là nguyên tắc được áp dụng sản xuất ngoài thực tế Tuy nhiên quy trình sản xuất vẫn luôn được nghiên cứu để hạ giá thành sản phẩm và giảm thiểu chất thải ra môi trường
Với những cải tiến quan trọng, ngày nay người ta ưa chuộng hai hệ thống sản xuất urê theo nguyên tắc trên được gọi là “quy trình tận dụng” (stripping process) giúp tiết kiệm chi phí và năng lượng
1.3.2 Công nghệ tổng hợp urê
Các phương pháp sản xuất urê từ khí thiên nhiên được sử dụng trên thế giới hiện nay căn cứ vào khả năng thu hồi CO; và NH¿, đã phát triển thành 3 công nghệ:
> Phương pháp khơng tuần hồn NHạ dư:
Trong đây chuyền sản xuất phâm đạm urê khi thực hiện q trình khơng tuần
hồn amonia đư người ta dùng nó để chế biến các sản phẩm phụ khác như: amoni
nitrat, amoni sunphat, các muối amoni khác hoặc NH: lỏng Nếu tiễn hành sản xuất
urê theo phương pháp nảy ta có thể kết hợp để sản xuất các sản phẩm khác, khi đó
lại cần phải có chi phí đầu tư cho các đây chuyên sản đó
Trang 18Trong phương pháp có tuần hoàn amoniac chưa bị chuyển hóa thành uré thi người ta tách nó khỏi khí chưng luyện urê chảy lỏng và cho quay trở lại chu trình Việc chưng luyện có thể tiến hành một cấp hay hai cấp
Khi chưng luyện một cấp, urê chảy lỏng từ tháp tông hợp ra được tiết lưu đến 1,2 at và được đưa vào chưng luyện ở 70°C Amoniac và sản phẩm phân hủy các muối amoni thu được sau khi chưng luyện được đưa vào chế biến thành amoni nitrat hoặc các sản phẩm khác Dung dịch urê được bốc hơi cô đặc, sau đó kết tinh
Khi chưng luyện urê chảy lỏng hai cấp thì phần lớn urê chảy lỏng được quay trở lại chu trình Tăng lượng NHạ dư khi tổng hợp urê sẽ tăng được phần NHạ chưng cấp ở cấp I của chưng luyện và lượng NH; được chế biến thành NHựNO; bị giảm Điều đó cho phép sử dụng lượng NHạ dư trong quá trình tổng hợp lớn hơn so với chưng luyện một cấp Khí sau khi chưng luyện hai cấp là CO¿, NHạ và hơi nước
có thể đem đi chế biến thành amoni nitrat hoặc muối amoni quay lại quá trình > Phương pháp tuần hoàn lỏng:
So với các phương pháp khác thì phương pháp sản xuất urê cùng với sự quay trở lại toàn bộ các khí chưng luyện chưa hấp thụ ở dạng lỏng được sử dụng phổ biến hiện nay trong công nghệ sản xuất urê Ưu điểm nỗi bật của phương pháp nảy so với các phương pháp khác ở chỗ lưu trình đơn giản thiết bị chắc chắn đáng tin cậy, định mức tiêu hao có thể giảm tới mức tối thiểụ
Ngày nay chỉ có công nghệ thu tuần hoàn lỏng là được áp đụng Tổng chuyên hóa NH; đạt khoảng 99% Kết quả không có sản phẩm phụ chứa nitơ và công nghệ
sản xuất urê chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp CO¿ và NH; từ xưởng NH Tuy nhiên
công nghệ này rất tốn chỉ phí đầu tư và vận hành rất lớn
Quá trình phân hủy cacbamate được thực hiện bằng VIỆC kết hợp gia nhiệt,
giảm áp và quá trình stripping (quá trình này làm giảm áp suất riêng của một hoặc
nhiều thành phân)
Phương pháp khơng tuần hồn NH; du và phương pháp bán tuần hoàn đòi hỏi
chỉ phí đầu tư và chi phí vận hành thấp hơn nhưng độ tin cậy giảm, tính linh hoạt giảm và khó đồng bộ giữa hai phân xưởng
Trang 19
1.3.3 Công nghệ tạo hạt urê
Có ba phương pháp cô đặc dịch urê là cô đặc chân không, kết tinh và bốc hơi ở áp suất khí quyền Phương pháp lựa chọn phụ thuộc vào hàm lượng biuret cho
phép trong sản phẩm cuốị Dịch urê bắt đầu phân hủy thành biuret và NH3 ở 100°C Phương pháp chung nhất của cô đặc dung dịch là bốc hơị Dịch được cô đặc đến 95-
99,7% urê, phụ thuộc vào kỹ thuật hoàn chỉnh được sử dụng Công nghệ cô đặc cung cấp urê nóng chảy để hóa rắn Urê rắn cũng như phân bón khác có thể được sản xuất từ dạng nóng chảy theo 2 phương pháp cơ bản: Phương pháp phun (prilling) và phương pháp kết hạt (granulation) Để tăng cường độ cứng và khả năng chịu tác động của phân tử urê, urê fomaldehyt hoặc các hợp chất chứa fomanđehyt được thêm vào urê nóng chảỵ Các phụ gia này cũng làm giảm xu hướng kết tảng của urê và giảm hàm lượng bụị Fomanđêhyt phản ứng với urê tạo methylendiurê, đây là tác nhân quan trọng Một số dầu khoáng có thể được phun vào sau khi hoàn tất quá trình sản xuất urê
Các quá trình urê tạo ra dịch nước có chứa khoảng 10-87% urê Loại dịch này có thể dùng trực tiếp làm các chất phân bón huyền phù đạm hoặc làm các chất dung dịch khác như dịch nitrat amoni mà trong những năm gần đây nhu cầu tăng nhanh Dịch urê có thể được cô đặc bằng cách bốc hơi hay kết tinh để phục vụ cho mục đích sản xuất phân bón hỗn hợp hay các sản phẩm khác Urê đậm đặc được hóa rắn đưới dạng tinh khiết như dạng hạt, viên, vầy hay tinh thé
Urê cứng có thể được vận chuyên bảo quản và sử dụng kinh tế hơn nhiều so với dịch lỏng Ngoài ra, dưới dạng rắn urê ôn định và việc hình thành biuret cứng không đáng kẻ
1.4 Cơ sở lý thuyết tổng hợp phân đạm (urê)
1.4.1 Cân bằng phán ứng tổng hợp urê
Phản ứng tổng hợp urê được tiến hành trong pha lỏng với hợp chất trung gian là amonmi cacbamat Phản ứng giải phóng nước của amon1 cacbamat (g1a1 đoạn II của quá trình) là chậm nhất, quyết định tốc độ toàn bộ quá trình:
NH»,COONH, © (NH2)2CO + H,O —Q
Hang số cân bằng của phản ứng:
K= [(NH, ),CO]x[H,0] [NH,COONH, |
Trang 20Giả sử ban đầu có 1 mol NH;COONH,
Khi cân bằng có x mol Carbamate được chuyển hoá thành urê, thì tại thời điểm cân băng: NH,COONH, 1- x (mol) (NH2),CO x (mol) H;O x (mol) Tổngsốmol : 1+x (mol) a * Hằng số cân bằng: K,= — l+x
Biểu thức tính hằng số cân bằng chỉ đúng khi phản ứng thực hiện đúng theo hệ
số tỷ lượng của phản ứng ban đầụ Nghĩa là tỷ số mol NH;/CO; = 2 Còn khi có
lượng du amoniac va H,O đưa vào thì công thức trên không còn phù hợp Nếu xét tông quát quá trình:
2NH; + CO, <© (NH;);CO +HO +Q
Hãng sô cân băng :
K= [(NH,), COÌx [H,0| [NH, Ỉ x[CO, |
Gia sụ CO, dua vao là 1 mol
NHạ đưa vào là amol (a>1)
HạO đưa vào là b mol
Trang 21Khi đó hằng số cân bằng được tính : x * x+b cultatb-x l+a+b—x _— đ8—2x * b—x lt+a+b-x l+a+b—x
Công thức này phù hợp cho điều kiện thực nghiệm, khi thực hiện ở điều kiện nhiệt độ < 190°C và nó đúng trong trường hợp dư amoniac không lớn lắm khi tăng lượng đư amoniac thì sự chênh lệch trong thực tế sẽ tăng lên
1.4.2 Động học quá trình tổng hợp urê
Quá trình tạo urê từ NHạ lỏng và khí CO; gồm 2 giai đoạn: - Giai doan 1: phan tng tao amoni carbamate 2NH; + CO, © NH,COONH,+Q, (1) - Giai doan 2: phan huy amoni carbamate tao uré NH;COONH¿ © NH;CONH;+Q; (2) Qua nghiên cứu người ta nhận thấy giai đoạn (2) là giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng Gọi kị là hằng số của phản ứng thuận của (2) và kạ là hằng số tốc độ phản ứng nghịch của (2) Phương trình tốc độ của phản ứng (2) : dx “kh x(a—3)—k, xx”
Trong đó a— nồng độ amoni cacbamat ban đầu
x - nồng độ amoni cacbamat sau phản ứng
t — thoi gian phản ứng
Lượng dư NH: trong hỗn hợp phản ứng sẽ tac dụng với lượng nước sinh ra,
nên tốc độ phản ứng nghịch sẽ giảm và hiệu suất tạo thành urê sẽ tăng Do đó,
phương trình tốc độ phản ứng là:
2B k,x(a—x)—k,xxxx với x là hệ số hoạt tính của H;Ọ 1.4.3 Các yếu tố ảnh hướng đến quá trình tổng hợp
Trang 22Như mô tả tại phản ứng 1, tỷ lệ mole lý thuyết của NHz/CO; là 2, nhưng dưới
các điều kiện khác sản phẩm urê Ổn định chậm 6 168 bar 155 °c,
Khi ty 16 mol NH;/CO, thay déi từ 2 đến 9, sản phẩm urê thay đổi từ khoảng 40% đến 85% Nhưng trong những điều kiện khác, khi tỷ lệ Mol NHz/CO; thay đổi từ 2 đến 0.5, sản phẩm urê sẽ thay đổi chỉ từ khoảng 40-45%
Anh hưởng của CO; là rât nhỏ so với NHạ, hơn nữa dưới điêu kiện giàu CO,
dung dịch sẽ trở nên ăn mòn nhiêu hơn và vận hành có vân đê liên quan đền ket tinh
là quá quan trọng
Nói chung, hầu hết tất cả các nhà máy urê được vận hành dưới tỷ lệ NHz/CO;
Trang 23Từ phản ứng thứ hai, lượng nước dư trong dung dịch phản ứng làm cản trở sự hình thành urê từcarbamatẹ Nhưng nếu hàm lượng nước quá thấp thì nông độ
cacbamate trở nên cao gây tắc nghẽn đường ống
Do đó, thông thường thì tỉ lệ mole H;ạO/CO; là 0.4-1 trong các nhà máy công nghiệp NHGICO2 RATIO SQuLIs RIUM WELD %c Hình 1.8 Ảnh hưởng tỷ lệ H;O/CO;
Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất
Mối liên hệ giữa độ chuyển hóa cân bằng và nhiệt độ vận hành được đưa ra bởi Fréjacques và những người cộng sự như sau: độ chuyên hóa tăng tỉ lệ với sự tăng nhiệt độ, nhưng Otsuka và những người cộng sự đã báo cáo rằng độ chuyển hóa cân bằng tối đa tồn tại xung quanh 196-200°C Áp suất cân bằng ngày càng cao
Trang 26CHUONG 2 QUY TRINH SAN XUAT URE TAI NHA
MAY DAM PHU MY
2.1 Giới thiệu về công nghệ sản xuất tại nhà máỵ
Công nghệ của nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu là khí chủ yếu là khí đồng hành từ mỏ Bạch Hồ và khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn Với tổng lượng khí tiêu thụ khoảng 450*10” m”/năm Nhà máy sử dụng 2 công nghệ chính là Haldor Topsoe của Đan Mạch và SnamProgetti cua Italiạ
Công nghệ sản xuât urê gôm có 4 giai đoạn chính: - - Công đoạn nén khí CO:
- _ Công đoạn tổng hợp và thu hồi:
Tổng hợp urê và thu hồi CO; và NH: ở áp suất caọ
v Giai đoạn tinh chế urê và thu hồi thu hồi CO; và NH¿ ở áp suất trung bình và áp suất thấp
w Giai đoạn cô đặc urê
- - Công đoạn tạo hạt
- - Công đoạn xử lý nước thaị
2.2 Quá trình tổng hợp và tạo hạt tại nhà máy
NH3, COz NH3, CO2
NH3 «ausap> TONG HOP > PHAN nh vờ, PHAN ae! _—“=mmnnm VÀ THUHỖI ' z®#=mmm VÀ THU HỖI
COs ==ss5> UREA GAO AP TRUNG ÁP
ị NH3, CO2
`ẮÝÏ
ll ]
CÔ ĐẶC A Ei PHAN GIAI |
CHAN KHONG | 4sesesse‹ CÔ ĐẶC ema VA THU HO!
CAP 1 9050 THAP AP
:
=
CÔ ĐẶC | SAN PHAM UREA
Trang 272.2.1 Công đoạn nén khí CO;
CO; được lẫy từ bên ngoài phân xưởng (trong phân xưởng amoniac ở nhiệt độ
45°C va 0,18bar
CO; bão hòa hơi nước và độ tinh khiết tối thiểu là 98,5% thể tích
CO; được nạp vào bồn chứa và đến cửa hút cắp một của máy nén
Một lượng khí thụ động hóa thêm vào thông qua bộ điều khiển lưu lượng tại cửa hút máy nén nhằm thụ động hóa bề mặt thép của thiết bị urê, lượng oxI thêm vào phân xưởng là 0,25% thé tích của lượng CO; nạp liệụ
Máy nén gồm có 4 cấp Mỗi cấp trung gian đều được trang bị một thiết bị làm mát và một thiết bị tách Nhiệt độ tại cửa hút của cấp máy nén thứ tư được khống chế đề tránh hiện tượng hóa rắn của CO; Phần nước ngưng trong bồn chứa và các bình tách trung gian được bơm tới bể chứa MDEA thải trong phân xưởng amoniac để thu hồi MDEA hòa tan hay bị kéo theọ Lưu lượng bơm đi được điều khiển bằng múc chất lỏng của các bình tách Áp suất tại cửa hút cấp mot la 0,12 bar CO, duoc nén đến 5,6 bar trong tầng nén đầu tiên, đến khoảng 19,9 bar trong cấp nén thứ hai, đến 70,9 bar trong cấp nén thứ ba và sau cấp nén cuối áp suất lên đến 158bar Lưu
lượng nén được điều khiến bằng tốc độ của tuabin hơi nước
Nêu máy nén đạt đên điểm surging, thi hệ thông chông surging sẽ tự động mở van tuân hoàn đê đưa CO; từ cửa ra của câp nén cuôi vào lại cửa vào của câp nén
thứ nhât
Máy nén được truyền động bằng tuabin hơi sử dụng hệ hơi nước cao áp kết hợp với quá trình phun hơi nước thấp áp Khi đòng hơi nước thấp áp bị dư ra nó được đưa sang bình ngưng tụ hơị Một phần hơi nước cao áp được giảm áp đến 23,5
bar và sử dụng trong phân xưởng urê Dòng hơi nước sau khi qua tuabin sẽ đi vào
hệ thống ngưng tụ hơi nước hệ thống ngưng tụ hơi nước sử dụng nước sông làm mát, hệ thông ngưng tụ hơi nước bao gồm thiết bị hơi nước, thiết bị tạo chân không và bơm Thiết bị tạo chân không được trang bị để duy trì chân không trong thiết bị ngưng tụ của tuabin Dòng nước ngưng được bơm ra ngoài phân xưởng
2.2.2 Tong hợp Urê 2.2.2.1 Tổng hợp
Trang 28CO, + 2NH3 «+ NH2COONH, + 32560 kcal/kmol (1)
Sau d6 ammonium carbamate phan huy tạo urê:
NH,COONH, c> NH,COONH, + H,O - 4200 kcal/kmol (2)
Ở điều kiện phản ứng: 188 — 190°C và áp suất 152 -175 bar thì phản ứng thứ nhất xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn còn phản ứng thứ hai xảy ra chậm Phản ứng thứ hai quyết định tốc độ phản ứng
Phần ammonium carbamate tách nước được xác định bằng tỉ lệ các chất phản ứng khác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tổng hợp
Tỉ lệ mole H;O/CO; trong khoảng 0,5 — 0,7
Phản ứng thứ nhất tỏa nhiệt mãnh liệt trong khi phản ứng thứ hai thu nhiệt yếu và xảy ra trong pha lỏng ở tốc độ chậm
Sau hệ thống tông hợp urê, quá trình phân hủy (và thu hồi có liên quan) không
thay đối thành phần phản ứng được thực hiện ba bước sau:
- Phan huy cao 4p tai uré Stripper
- Phan huy trung ap tai cum phan huy trung áp - _ Phân hủy thấp áp tại cụm phân hủy thấp áp
Phản ứng phân hủy là phản ứng ngược chiều với phản ứng (1) và phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp hoặc tăng nhiệt độ
NH2COONH, ad CO, + 2NH3
Amoniac long nap liéu vao xudng uré, ti xudng amoniac tuong ung, dugc loc qua cac thiết bị lọc amoniac, sau đó đi vào tháp thu hồi amoniac và được tập trung trong bồn chứa amoniac Từ bồn chứa amoniac, một phần amoniac duoc đưa tới
tháp hấp thụ trung áp, phần còn lại đi vào cụm tổng hợp cao áp
Amoniac vào cụm tổng hợp được bơm lên áp suất khoảng 220 bar Trước khi vào tháp tổng hợp, amoniac được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ amoniac và được sử dụng làm lưu chất đây trong bơm phun carbamate, tại đây carbamate được đây lên áp suất tông hợp Hỗn hợp lỏng amoniac và carbamate đi vào đáy tháp tổng hợp urê, ở đây hỗn hợp này sẽ phản ứng với dòng CO; nạp liệụ
CO; từ xưởng amoniac ở áp suất 0.18 bar và nhiệt độ 45°C được nén đến áp suất 157 bar Một lượng nhỏ không khí được đưa vào dòng CO; ở đầu vào máy nén dé thu động hóa các bề mặt thép không rỉ của các thiết bị cao áp, do đó bảo vệ chúng khỏi ăn mòn do các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng
Trang 30
Hình 2.3 Thiết bị tổng hợp urê
Dòng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị stripper, và đung dịch thu hồi từ đáy tháp hấp thụ trung áp, ổi vào các thiết bị ngưng tụ carbamate, tại đây chúng được ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp thông qua bơm phun carbamatẹ
Ngưng tụ khí quá trình ở áp suất cao (khoảng 144 bar) cho phép tạo ra hơi bão hòa 4,9 bar ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụcarbamate thứ nhất và hơi 3,4 bar ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ carbamate thứ haị
Từ đỉnh của bình tách carbamate, khí không ngưng bao gồm khí trơ (không
khí thụ động, khí trơ trong dòng CO; từ giao diện) chứa một lượng nhỏ NH; và CO; được đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phân hủy trung áp
2.2.2.2 Phân huỷ urê và thu hôi
Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng 1 như chỉ ở trên: NH,-COO-NH, <> 2NH;3+ CO, - 4200 Kcal/kmol
Và phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp và/hoặc tăng nhiệt
Từ phản ứng này có thể thấy rằng sự phân hủy được xúc tiến bằng cách giảm áp suất và/hoặc cung cấp nhiệt Trong các nhà máy Snamprogetti, sự phân hủy được tiễn hành trong 3 giai đoạn:
Trang 31
> Phân hủy cao áp trong thiét bi Stripper cao áp:
Sự phân hủy được xúc tiến bằng cách gia nhiệt và tách CO; bằng cách cho bay hơi lượng dư NHạ, ở mức áp suất thấp hơn một chút so với áp suất phản ứng urê Thiết bị stripper là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu màng Do đó, các dòng lỏng và khí được phân hủy và bay hơi khi tiếp xúc ngược dòng và nồng độ CO; trong dòng lỏng giảm dần từ đỉnh xuống đáy của Ống stripper Sự phân hủy ở áp suất cao yêu cầu nhiệt độ cao hơn kéo theo vẫn đề ăn mòn mà trong công nghệ Snamprogetti ăn mòn
được ngăn ngừa bằng lượng NH; dư và sử dụng ống lưỡng kim trong stripper
Hình 2.4 Thiết bị Stripper cao áp >_ Phân hủy trung áp trong thiết bị phân hủy trung áp:
Đề tăng cường quá trình phân hủy, cần thiết phải gia nhiệt tới nhiệt độ cao hơn hoặc giảm áp suất tới mức thấp hơn
Thiết bị phân hủy trung áp hoạt động ở áp suất 19,5 bar và nhiệt độ 144-
165°C Nhiệt phân hủy được cung cấp nhờ hơi 4,9 bar, 158°C trong phan vo trén va
Trang 32Khi NH3, CO2, Hơi nước Dòng CN từ cao áp Hơi trung tháp áp bão hòa Hơi ngưng tụ ——— Hơi ngưng tụ a —— a nhiệt độ cao ~@ Dòng CN hàm lượng Uré: 63.37%
Hình 2.5 Qua trinh phan huy trung ap >_ Phân hủy thấp áp trong thiết bị phân hủy thấp áp
Khi NH3, CO2, Hơi nước Dòng CN từ trung áp Hơi trung tháp áp bão hòa Hơi ngưng tụ ae Dòng CN hàm lượng Uré: 71%
Hình 2.6 Quá trình phân hủy thấp áp
Áp suất càng thấp, sự mất mát NHạ và CO; khỏi hệ thống càng thấp, nhưng dung dịch thu hồi loãng hơn, có nghĩa là nước dư được tuần hoàn về cụm tổng hợp
Trang 33
Để duy trì cân bằng trong cụm tông hợp, điều kiện hoạt động của thiết bị phân hủy thấp áp được lựa chọn ở áp suất 4 bar và nhiệt độ 151°C Nhiệt được cung cấp nhờ hơi áp suất 4,9 bar
> Thuhồi
Khí phân hủy từ mỗi mức áp suât được thu hôi từng bước và ci cùng được tn hồn vê cụm tông hợp
Khí từ thiết bị phân hủy thấp áp được trộn với khí từ cụm xử lý nước ngưng quá trình và được ngưng tụ hoàn toàn trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ amoniac và thiết bị ngưng tụ thấp áp, sau đó được thu hồi đưới dang dung địch carbamate loãng trong bình chứa dung dịch carbamatẹ
Khí phân hủy từ thiết bị phân hủy trung áp được trộn với dung dịch carbamate loãng từ binh chứa của cụm thấp áp, sau đó được làm lạnh và được hấp thụ dưới dang dung dich cacbonat ở phía vỏ thiết bị cô đặc chân không sơ bộ và trong thiết bị ngưng tụ trung ap
Amoniac dư được làm sạch trong thiết bị hấp thụ trung áp và được thu hồi dưới đạng amoniac lỏng trong bình chứa amoniac, từ đó nó được tuần hoàn về tháp tổng hợp thông qua bơm phun tia carbamate cùng với amoniac sạch từ hàng ràọ
Amoniac lỏng từ bình chứa amoniac được đưa vào đỉnh tháp hấp thụ dưới dạng dòng hồi lưụ Theo cách này, nhiệt tỏa ra đo hình thành cacbonat ở đáy tháp hấp thụ có thể được thu hồi bằng cách bay hơi NHạ ngưng tụ trước khi đi vào bình chứa amoniac Dòng hồi lưu NHạ cũng đảm bảo rằng CO; trong dòng ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ được tối thiêu tới vai ppm
Khí phân hủy từ stripper được trộn với dung dịch cacbonat từ đáy tháp hấp thụ của cụm trung áp trước khi được ngưng tụ và làm lạnh trong các thiết bị ngưng tụ carbamate và được tuần hoàn về tháp tổng hợp dưới dạng carbamate đặc Nhiệt phản ứng hình thành carbamate trong ống các thiết bị ngưng tụcarbamate được thu hồi ở phía vỏ thiết bị ngưng tụ dé tạo hơị
Việc sử dụng sự phân hủy kiểu màng tối thiểu hóa thời gian lưu của dung địch urê, cùng với lượng NHạ dư đảm bảo tối thiểu sự hình thành biuret trong các giai đoạn phân hủỵ
Biuret là sản phẩm phụ không mong muốn được hình thành do phản ứng của 2 mole urê với sự tạo thành NHạ, theo phản ứng sau:
Trang 34Phản ứng cân bằng này được xúc tiến do thời gian lưu và nhiệt độ caọ Vì các
xưởng urê Snamprogcetti vận hành với lượng dư NH; trong cum cao áp nên cần thiết có 2 giai đoạn phân hủy và hấp thụ ở áp suất trung và thấp áp
Các công nghệ khác vận hành với tỉ lệ NHz/CO; thấp hơn có thể tiễn hành trực tiếp từ cao áp tới cụm phân hủy thấp áp Việc bổ sung cụm trung áp không làm tăng chi phí cũng như tiêu haọ Mặt khác, vận hành với lượng NH; dư có được những thuận lợi như bố sung thêm một số thiết bị
Thuận lợi của lượng NH:ạ dư là độ chuyển hóa cần thiết trong tháp tong hop cao hon va tinh 4n mon thap hơn; hàm lượng O; trong dòng CO; cho thụ động hóa thấp hơn có thể được chấp nhận, và do đó tối thiểu hóa các vẫn đề cháy nô khi xả khí vào khí quyên
2.2.2.3 Cụm cô đặc chân không và tạo hạt
Trang 35CO DAC DOAN 2, TAO HAT P= - 0.970 barg, T= 136 °C : : "_ Xử lý nước | nơi nước, AImonia khí _= N ⁄ ee ( Sản phẩm Uré di đóng bao Dich Uré 95% es peace Dich Uré 99%
Hình 2.8 Quá trình cô đặc lần 2 và tạo hạt
Dung dịch urê ra khỏi giai đoạn phân hủy thấp áp có nồng độ 69+72% khối lượng, cần được cô đặc tới 99,75% khối lượng để thu được dung địch thích hợp cho tạo hạt Phương pháp đơn giản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất là cô đặc trực tiếp, thực chất là gia nhiệt dung địch đưới áp suất chân không để tách nước
Cô đặc trực tiếp được vận hành trên cơ sở áp suất hơi cân bằng của dung dịch urê Theo lý thuyết, để cô đặc dung dịch từ 71% đến gần 100% khối lượng mà không đóng rắn, áp suất vận hành phải duy trì khoảng 0,3 bar Trong thực tế, có thê vận hành ở áp suất thấp hơn trong các bình tách chân không do độ giảm áp thực tế
trong các thiết bị bay hơị
Trong phân xưởng urê, đung dịch urê được cô đặc bằng thiết bị cô đặc chân
không sơ bộ và thiết bị cô đặc chân không thứ nhất tới 95% khối lượng ở 0,28 bar, 128°C trong bình tách chân không thứ nhất và tới 99,75% khối lượng ở 0,027 bar, 136°C trong bình tách chân không thứ hai bằng thiết bị cô đặc chân không thứ haị Ca dung dich uré 82-85% khối lượng từ bình chứa thiết bị cô đặc sơ bộ và urê nóng chảy từ bình chứa thiết bị cô đặc thứ hai có thể được đưa về bôn thu hồi dung dich urê, để đối phó trường hợp ngừng cả thiết bị bay hơi chân không và tháp tạo hạt Urê nóng chảy được phun trong tháp tạo hạt bằng gàu tạo hạt (kiểu tuttle)
> Hinh thanh biuret:
Như đã giải thích trước đó, ha1 mole chuyên hóa thành một mole biuret và một mole amoniac bang gia nhiệt Vi biuret có hại tới sự đâm choi cua hat, va lam héo
Trang 36
cây dứa và cam, quýt khi đạm được phun lên 1a, ham lugng biuret trong phan dam trên thị trường thế giới được yêu cầu đưới 1.5% Biuret tạo thành gần như trong tất
cả các giai đoạn sản xuất urê và chủ yếu được tạo thành ở hệ thống phân hủy thấp
áp và nhiệt độ caọ Nhìn chung, su tao thanh biuret tăng lên nhanh chóng khi nhiệt độ vượt quá 110°C do đó cần phải giữ nhiệt độ/áp suất và thời gian lưu của mức uré lỏng ở giá trị bình thường trong các bình chứa ở mỗi giai đoạn phân hủy đặc biệt là trong bình chứa của thiết bị tách chân không Hàm lượng nước thấp ít gây ảnh hưởng lên tốc độ ban đầu tạo thành biuret
`
2.3 Những đặc điểm nỗi bậc của quy trình sản xuất phân đạm urê ở nhà máy Đạm Phú Mỹ so với các quy trình sản xuất khác hiện nay
Với những công nghệ khác nhau thì có những nét nỗi bật riêng của nó Đối với nhà máy Đạm Phú Mỹ sử đụng công nghệ Snamprogetty của Italia dé sản xuất phân đạm, kết hợp với công nghệ Haldor Topsoe của Đan Mạch để sản xuất amoniac Nguyên liệu sản xuất của nhà máy hoàn toàn đi từ khí thiên nhiên và sản phẩm cuối là urê
Công nghệ sản xuất của nhà máy Đạm Phú Mỹ hiện nay là một trong những công nghệ tiên tiễn nhất trên thế giớị Công nghệ này được phát triển từ cuối những năm 1960 Chuyển hóa carbamate thành urê của mỗi chu trình theo báo cáo đạt được khoảng 65-75% Dịch sản phẩm urê được cô đặc trong điều kiện chân không để đạt được sản phẩm urê nóng chảy khoảng 95,7% trọng lượng và tiếp tục được đưa vào tháp tạo hạt Mức sử dụng công nghệ khaongr 0,9 tấn/tẫn urê Ngoài ra,
lượng nguyên liệu chưa phản ứng được thu hồi và chuyển vào giai đoạn đầu của quá
trình sản xuất, nhiệt tạo thành trong quá trình sản xuất được tận dụng để sử dụng
cho các quá trình khác
Năng suất của các nhà máy sản xuất theo công nghệ Snamprogetty lớn hơn các công nghệ khác (khoảng hơn 2200 tắn/ngày) Sản phẩm tạo ra có hàm lượng buret
thấp, hàm lượng đạm trong sản phẩm caọ
Trang 37
3.1 Thiết bị phản ứng
3.1.1 Các thông số thiết kế ban đầu
Năng suất thiết bị: 2385 tắn urê/ngày = 99375 kg/h Thành phân amoniac lỏng: NHạ: 99,87%
HạO: 0,13%
Thành phần khí CO;: 100%
Hàm lượng amoniac trong muối quay về: 47,47% Áp suất thap tong hop: 167*10° N/m
Nhiét d6 thap téng hop: 190°C Tỉ lệ mole các cấu tử cấp vào: NH;:CO;:H›O = 3,3:1:0,43 Mức độ chuyển hóa amoni carbamate thành urê ứng với thời gian lưu 45 phút 63% Tổn thất urê: Cô đặc lần 1: 0,136% Cô đặc lần 2: 0,272% Tạo hạt: 0,029% Mức độ tốn thất của cả quá trình sản xuất: 0,437% 3.1.2 Tính toán
Trang 38Tổng của quá trình:
2NH; + CO; <2 (NH;);CO + Q; (3)
Theo hệ số tỷ lượng phương trình (3) ta có: Lượng tiêu hao hợp thức cho 99809,3 kg uré:
e NHạ: 2 x l7 x 99375: 60 = 56312,5 (kg/h)
se CO;: 44 x 99375 : 60 = 72875 (kg/h)
Trong đó 17; 44 và 60 là khối lượng phân tử của NHạ; CO; và (NH;);CO Do tổn thất nên lượng các cầu tử đưa vào tháp tổng hop để có 99809,3 kg urê là: e NH;: 99809,3 x 56312,5: 99375 = 56558,6 (kg/h) e CO;: 99809,3 x 72875 : 99375 = 73193,5 (kg/h) Thực tế hiệu suất chuyển hóa cacbamat thành urê là 63% và tỷ số mol như đã chọn nên: e NHạ: my, = 99809,3 x100 x 3,3 x17 =148129,7 (kg/h) ; 63 x 60 99809,3 x 100 x 44 COs = —_*" — _ = 116180 (kg/h ° 2: Mco, 63x 60 (kg/h) 8 yO: m,,, = 228093*100 x 0,0,52*18 _ „271 7 (kg/n) ? 63 x 60
Vào tháp tổng hop ngoai CO,, NH; và nước còn có dịch cacbamat Luong amoniac, cacbon dioxit va nudéc theo dich mu6i amoni quay lại chu trình:
Trang 39
Ta gọi hàm lượng % NHạ, CO; và H;O trong dung dịch muéi amoni 1a a, 8
và z Theo số liệu ban đầu: z = 47,41% Khi đó thành phần dung địch amoni được
xác định như sau:
Lượng CO;:
Mico, =99809,3x “xl + 90375 x {4x2
1)
n- Mic chuyén héa amoni thanh uré 7 = 0,63
p - Tén that uré khi chưng luyện và bốc hơi, trừ lượng không hoàn lại được:
p = 0,136 + 0,272 — 0,029 = 0,379%
Luong amoniac: mự„ = 7y X —
8 Lượng HO: m„¿= mạo X 5
Thay các giá trị vào ta có:
mạ„ = 99809,3 x “ng + 99375 x TT n =43263(kg/h)
?
Việc xác định hàm lượng % CO; và H;O trong dung dịch amoni được thực hiện theo phương trình
Bty=l-a © Ø+y =]l—-0,4741=0,6
©z-=0,5259- B
Lượng amonlac mới và amoniac quay lại, không tính amoniac theo muôi
Trang 40AIi= Myy,- “yx,
Lượng nước vao theo amoniac moi va amoniac quay vé duoc xac dinh bang phuong trinh: : 0,0013 By = 1 (mụu, Phun, ) - xX — 10,0013 = (mMyy, - m, xếyy 00013 Mis 7% gˆ 1-0/0013 Bị =(148129,7— 43262x 2/21) „ _ 86013 y 1-—0,0013 26,6 = 192,82 — (1)
Ở đây: 0,0013 là thành phần H;O trong NH;
Mặt khác H;O theo NH¿ mới và quay lại có thể xác định theo phương trình: