sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ

MỞ ĐẦUTrong công nghiệp việc sản xuất phân đạm bằng phương pháp tổng hợp từ ammoniac và khí cacbonic được thực hiện vào năm 1868 do A.I Badarôp đưa ra.Nước ta là một nước nông nghiệp, trên 70% dân số sống bằng nghề nông.Vì vậy nông nghiệp là một nghành quan trọng cần được đầu tư phát triển để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, và trở thành một cường quốc xuất khẩu lương thực, do đó phân bón phục vụ nông nghiệp là rất quan trọng và cần thiết. Nhu cầu phân bón ở nước ta hiện nay ước tính khoảng 3500000 tấnnăm.(Theo thống kê năm 2006). 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 rất cần thiết. Đồng thời cũng phải nghiên cứu các biện pháp cải tiến công nghệ, thiết bị cũng như việc đầu tư thay thế các dây chuyền sản xuất hiện đại để nâng cao năng suất chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.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 khẩu một lượng khá lớn phân bón nông nghiệp của nước ngoài.Dân số nước ta hiện nay đang ngày một tăng nhanh kéo theo mọc lên các khu đô thị, khu công nghiệp làm cho môi trường ngày càng ôi nhiễm trầm trọng. Rác thải, khói bụi từ các nhà máy , xí nghiệp thải ra, các khí này làm nóng bầu khí quyển và gây hiệu ưng nhà kính là CO2, H2S, NO, NH3 việc thu hồi các chất khí này đua đến các nhà máy xử lý tạo ra sản phẩm có lợi cho chúngPhân đạm 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 keo,.., Ngoài ra Urê có cũng được sử dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp dược phẩm và sản xuất sợi. Nguyên liệu để sản xuất Urê là từ NH3 và CO2. Hiện nay ở nước ta có hai nhà máy sản xuất Urê là nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc ở Bắc Giang và nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu.Nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu sử dụng dây chuyền công nghệ của hãng Haldor Topsoe ( Đan Mạch) và của hãng Snamprogetti (Ý) đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu là khí đồng hành, tạo ra NH3 lỏng và khí CO2 đưa và tổng hợp Urê.Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu là than đá tạo ra NH3 lỏng và khí CO2, sử dụng dây chuyền công nghệ tuần hoàn lỏng toàn bộ cho quá trình tổng hợp Urê. Vì những lý do trên chúng em quyết định chọn đề tài: “sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ” để làm đề tài của mình Bài đồ ấn gồm 5 chương:I.Chương I: Giới thiệu chung về phân đạm.II.Chương II: Tổng quan về khí.III.Chương III: Sản xuất NH3 và CO2 từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ.IV.Chương IV: Quy trình công nghệ sản xuất Đạm.

Mục lục

Mở đầu

Nội dung

Chương I: Giới thiệu chung về phân đạm

1.1: Khái niệm

1.2: Các loại phân đạm thường dùng

1.2.1: Sản phẩm Ure

1.2.1.1 Tính chất

1.2.1.1.1 Tính chất vật lý

1.2.1.1.2 Tính chất hóa học

1.2.1.2 Ứng dụng

1.2.1.2.1 Trong công nghiệp

1.2.1.2.2 Sử dụng trong phòng thí nghiệm

1.2.1.2.3 Sử dụng y học

1.2.1.2.3.1 Thuốc

1.2.1.2.3.2 Chẩn đoán sinh lý học

1.2.1.2.4 Sử dụng trong chẩn đoán khác

1.2.1.2.5 Cathrat (Hợp chất mắt lưới)

1.2.1.4 Những nét nổi bật về phân urê

1.2.1.4.1 Ưu điểm của Urê

1.2.1.4.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất

1.2.1.4.3 Tại sao phân đạm lại cần thiết cho cây trồng?

1.2.2: Phân Amon nitrat

1.2.3: Phân sunphat đạm

1.2.4: Đạm clorua

1.2.5: Phân Xanamit canxi

1.2.6: Phân phốt phát đạm ( Photphat amon )

1.3: Những điều cần chú ý khi sử dụng phân đạm

Chương II: Tổng quan về khí

2.1: Khí thiên nhiên

2.1.1: Khái niệm

2.1.2: Thành phần

2.1.3: Phân loại

2.1.5: Lịch sử

2.1.6: Sự hình thành khí thiên nhiên

2.2: Khí dầu mỏ

2.2.1: Khái niệm

2.2.2: Thành phần

2.2.3: Đặc tính của khí

2.2.4: Phân loại

Chương III: Sản Xuất NH3 và CO2 từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ

3.1 Khái niệm chung

3.2 Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro để tổng hợp amôniac

3.2.1 Ðiều chế khí tổng hợp

3.2.2 Làm sạch khí tổng hợp

3.3 Công nghệ tổng hợp amôniac

Chương IV: Quy trình công nghệ

4.1: Quy trình công nghệ sản xuất đạm trên thế giới

4.1.1: Công nghệ tổng hợp Ure

4.1.2 Công nghệ Ure không thu hồi

4.1.3 Công nghệ tuần hoàn dung dịch

4.1.4 Coâng nghệ C cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu

4.1.5 Công nghệ Montedision

4.1.6 Công nghệ stripping khí cao áp

4.1.7 Công nghệ stripping CO2 Stamircacbon

4.1.8 Công nghệ Stripping NH3 Snamprogetti

4.2: Quy trình công nghệ sản xuất đạm từ khí amoniac lỏng và khí cácbonic

4.2.1 Công đoạn nén CO2

4.2.2 Tổng hợp ure và thu hồi NH3 - CO2 cao áp 4.2.3 Tổng hợp ure và thu hồi NH3 - CO2 trung & thấp áp

4.2.4 Cô đặc

4.2.5 Tạo hạt ure

4.3: Cơ sở hoá lý tổng hợp Ure từ amoniac lỏng và khí cacbonic

4.3.1 Cân bằng phản ứng tổng hợp Urê

4.3.2 Động học quá trình tổng hợp Urê

4.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

4.3.3.1 Ảnh hưởng của áp suất

4.3.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ

4.3.3.3 Ảnh hưởng của độ chứa đầy

4.3.3.4 Quan hệ giữa thời gian đun nóng và nhiệt độ với tốc độ tạo thành Urê, hiệu suất Urê

4.3.3.5 Ảnh hưởng của nước sinh ra trong quá trình tổng hợp

4.3.3.6 Ảnh hưởng của CO2 đến hiệu suất Urê

4.3.3.7 Ảnh hưởng của lượng NH3 dư đến hiệu suất Urê

Phần kết bài

Tài liệu tham khảo

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên chúng em xin gủi lời cảm ơn chân thầnh nhất tới trường đại họccông nghiệp thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho chúng em làm bài đồ ánnày

Chúng em gủi lời cảm ơn tới thầy Nguyễn Hữu Toàn đã tận tình giúp đỡ vàhướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án

Xin cảm ơn bạn bè đã giúp đỡ chúng tôi cả về tinh thần và tài liệu trong suốtquá trình làm đồ án

Sau cùng, xin chân thành cảm ơn các bạn trong nhóm đã nỗ lực hết sức mình vàtạo môi trường đoàn kết cho nhóm để bài đồ án hoàn thành một cách như mong đợi

MỞ ĐẦU

Trong công nghiệp việc sản xuất phân đạm bằng phương pháp tổng hợp từammoniac và khí cacbonic được thực hiện vào năm 1868 do A.I Badarôp đưa ra.Nước ta là một nước nông nghiệp, trên 70% dân số sống bằng nghề nông.Vìvậy nông nghiệp là một nghành quan trọng cần được đầu tư phát triển để đảm bảovấn đề an ninh lương thực, và trở thành một cường quốc xuất khẩu lương thực, do đóphân bón phục vụ nông nghiệp là rất quan trọng và cần thiết Nhu cầu phân bón ởnước ta hiện nay ước tính khoảng 3500000 tấn/năm.(Theo thống kê năm 2006)

Để đạt được mục tiêu đó thì việc nghiên cứu tìm ra các loại phân bón mới cótác dụng nâng cao nâng suất chất lượng sản phẩm cây trồng và giá thành rẻ là điềurất cần thiết Đồng thời cũng phải nghiên cứu các biện pháp cải tiến công nghệ, thiết

bị cũng như việc đầu tư thay thế các dây chuyền sản xuất hiện đại để nâng cao năngsuất chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

Hiện nay ở nước ta năng lực sản xuất phân bón phục vụ nông nghiệp của nhàmáy vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước.Do đó hàngnăm nước ta vẫn phải nhập khẩu một lượng khá lớn phân bón nông nghiệp của nướcngoài

Dân số nước ta hiện nay đang ngày một tăng nhanh kéo theo mọc lên các khu

đô thị, khu công nghiệp làm cho môi trường ngày càng ôi nhiễm trầm trọng Rácthải, khói bụi từ các nhà máy , xí nghiệp thải ra, các khí này làm nóng bầu khí quyển

và gây hiệu ưng nhà kính là CO2, H2S, NO, NH3 việc thu hồi các chất khí này đuađến các nhà máy xử lý tạo ra sản phẩm có lợi cho chúng

Phân đạm không chỉ được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp mà nó còn đượcứng dụng trong nhiều nghành công nghiệp khác như: Công nghiệp sản xuất nhựa,tổng hợp keo, , Ngoài ra Urê có cũng được sử dụng rộng rãi trong nghành côngnghiệp dược phẩm và sản xuất sợi

Nguyên liệu để sản xuất Urê là từ NH3 và CO2 Hiện nay ở nước ta có hai nhàmáy sản xuất Urê là nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc ở Bắc Giang và nhàmáy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu

Nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu sử dụng dây chuyền công nghệcủa hãng Haldor Topsoe ( Đan Mạch) và của hãng Snamprogetti (Ý) đi từ nguồnnguyên liệu ban đầu là khí đồng hành, tạo ra NH3 lỏng và khí CO2 đưa và tổng hợpUrê

Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu làthan đá tạo ra NH3 lỏng và khí CO2, sử dụng dây chuyền công nghệ tuần hoàn lỏngtoàn bộ cho quá trình tổng hợp Urê

Vì những lý do trên chúng em quyết định chọn đề tài: “sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ” để làm đề tài của mình

Bài đồ ấn gồm 5 chương:

I Chương I: Giới thiệu chung về phân đạm

II Chương II: Tổng quan về khí

III Chương III: Sản xuất NH3 và CO2 từ khí thiên nhiên và khí dầu mỏ

IV Chương IV: Quy trình công nghệ sản xuất Đạm

Phân đạm là tên gọi chung của các loại phân bón vô cơ cung cấp đạm cho cây.Đạm là chất dinh dưỡng rất cần thiết và rất quan trọng dối với cây Đạm là nguyên tốtham gia vào thành phần chính của clorophin, protit, các acid amin, các enzim vànhiều loại vitamin trong cây Bón đạm thúc đẩy quá trình tăng trưởng của cây, làmcho cây ra nhiều nhánh phân cành, ra lá nhiêu; lá cây có kích thước to, màu xanh; láquang hợp mạnh, do đó tăng năng suất cât Phân đạm cần cho cây suốt quá trình sinhtrưởng, đặc biệt là giai đoạn cây sinh trưởng mạnh Trong số các nhóm cây trồngđạm rất cần cho các loại cây ăn là như rau cải, cải bắp v.v

1.2: Các loại phân đạm thường dùng:

1.2.1: Sản phẩm Ure:

Urê được Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiểu vào năm 1773 và được

Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate (NH4)2SO4 và

potassium cyanate KOCN vào năm 1828 Đây là quá trình tổng hợp lần đầu một hợpchất hữu cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết được một vấn đề quan trọng của một học thuyết sức sống

Năm 1870, urê đã được sản xuất bằng cách đốt nóng cácbamat amôn trong một ống bịt kín Điều này là nền tảng cho công nghệ sản xuất urê công nghiệp sau này.Cho tới những năm đầu thế kỷ 20 thì urê mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp nhưng ở mức sản lượng rất nhỏ Sau đại chiến 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 (Hà Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản)…Các hãng này đưa ra công nghệ sản xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn sản phẩm urê rất thấp

1.2.1.1 Tính chất

1.2.1.1.1 Tính chất vật lý

Urê có công thức phân tử là CON2H4 hoặc (NH2)2CO

Tên quốc tế là Diaminomethanal Ngoài ra urê còn được biết với tên gọi là carbamide , carbonyl diamide Urê có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có độ tinh khiết cao đều

Nhiệt hòa tan trong nước, J/g 243

Nhiệt kết tinh, dịch ure nước 70%, J/g 460

0C)73% (300C)

Nhiệt riêng, J/Kg.K

14391,6611,8872,10

Qua nghiên cứu và thực tế, người ta đã xác định các nguyên nhân chủ yếu gây kết tảng urê sản phẩm:

• Hàm ẩm trong dung dịch Urê đi tạo hạt còn cao

• Hạt urê xốp, rỗng, dễ vỡ, cường độ cơ giới thấp

• Bảo quản urê ở nơi có độ ẩm không khí cao, urê bị hút ẩm

• Sản phẩm urê có kích cỡ không đồng đều, nhiều bụi và mảnh vỡ tạocho các hạt urê có mối liên kết hàn bền vững do bụi và mảnh vỡ điền vào không giangiữa các hạt urê

Để chống kết tảng hạt urê, ngày nay người ta áp dụng một số biện pháp sau:

• Bọc urê bởi một lớp paraffin mỏng ngăn chặn hút ẩm

cường lực cơ giới của hạt và hạn chế hút ẩm

• Tiêm fomanđêhyt hoặc urê fomanđêhyt vào dòng dung dịch urê trướchoặc sau hệ thống cô đặc

• Tạo urê hạt to trên một hệ thống tạo hạt tầng sôi thùng quay, làm giảm

bề mặt riêng tiếp xúc không khí của hạt urê, độ bền vững cơ giới cao

1.2.1.1.2 Tính chất hóa học

Hòa tan trong nước, nó thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amôn (1) cuối cùng phân hủy thành amoniac và điôxit cacbon Phản ứng này là cơ sở để sử dụng urê làm phân bón

Trong môi trường đất ẩm :

(NH2)2CO + 3H2O CO2 + 2NH4OH

Trong không khí ẩm:

2NO + (NH2)2CO + ½O2 = 2N2+ H2O + CO2

Về mặt thương mại, urê được sản xuất ra bằng cách loại nước trực tiếp

cacbamat amôn NH2COONH4 ở mức áp suất và nhiệt độ nâng Người ta thu được cacbamat amôn bằng cách cho phản ứng trực tiếp NH3 với CO2 Hai phản ứng được tiến hành liên tục trong tháp tổng hợp cao áp

Ở điều kiện áp suất thường và tại điểm nóng chảy của nó, urê phân hủy thành amoniac, biuret(1), acid cyanuric (qv) (2), ammelide (3) và triuret (4) Biuret là sản phẩm phụ bất đắc dĩ chủ yếu có trong urê 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 trồng

Urê đóng vai trò như một chất cơ sở đơn và tạo ra các muối có các acid Cùng với acid nitric nó tạo ra nitrat urê CO(NH2)2.HNO3 và phân hủy nổ khi bị đốt nóng Urê cứng ổn định ở nhiệt độ phòng và ở điều kiện thường áp Đốt nóng ở điều kiện chân không và tại điểm nóng chảy thì nó sẽ thăng hoa mà không hề thay đổi Trong môi trường chân không ở nhiệt độ 180-1900C, urê sẽ thăng hoa và chuyển hóa thành xianua amôn NH4OCN (5) Khi urê cứng được đốt nóng nhanh trong dòng khíamoniac ở mức nhiệt độ nâng và tăng khoảng vài trăm kPa (vài at.) thì nó sẽ thăng hoa hoàn toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn Urêcứng hòa tan trong NH3 lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định CO(NH2)2NH3 phân hủy ở 450C Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chất kimloại kiềm như NH2COHNM hoặc CO(NHM)2 Việc chuyển hóa urê thành biuretđược xúc tiến ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và gia nhiệt kéo dài Ở điều kiện

áp suất thấp 10-20 MPa (100-200 atm), khi đốt nóng cùng với NH3 biuret sẽ tạo thành urê

Urê phản ứng với nitrat bạc AgNO3 với sự có mặt của hydroxid natri NaOH, sẽ tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt Hydroxid natri xúc tiến làm thay đổi urê sang dạng imit (6)

Sau đó phản ứng với nitrat bạc Các tác nhân oxi hóa với sự có mặt của natri hydroxidsẽ chuyển hóa urê thành nitơ và dioxid cacbon Chất sau tức là CO2 phản ứng với hydroxid natri để tạo thành cacbonat natri (8):

Phản ứng urê với các loại rượu sinh ra các chất este acidcacbamic thường được gọi là urêthan:

Urê phản ứng với foocmandêhyd và tạo thành các hợp chất như

monomethylolurea công thức: NH2CONHCH2OH, dimethylolurea

HOCH2NHCONHCH2OH và các hợp chất khác phụ thuộc vào tỷ lệ mol của

fomanđehyt đối với urê và dựa vào độ pH của dung dịch Peroxyd hydro và urê là loại sản phẩm dạng bột tinh thể màu trắng Peroxyd urê CO(NH)2.H2O2 được người

ta biết đến với tên gọi thương phẩm là Hypersol đây là chất tác nhân oxi hóa Urê và acid malonic phản ứng cho ra đời chất acid barbituric (7), một hợp chất chủ yếu trong ngành hóa dược

1.2.1.2 Ứng dụng

1.2.1.2.1 Trong công nghiệp

Urê được dùng làm phân bón, kích thích sinh trưởng, giúp cây phát triển mạnh,

thích hợp với ruộng nước, cây , rau xanh, lúa… Urê cứng có chứa 0,8 đến 2,0% trọng lượng biuret ban đầu được bón trực tiếp cho đất dưới dạng nitơ Các loại dịch urê loãng hàm lượng biuret thấp (tối đa khoảng 0,3% biuret) được dùng bón cho cây trồng dưới dạng phân bón lá

Trộn lẫn với các chất phụ gia khác urê sẽ được dùng trong nhiều loại phân bón rắn có các dạng công thức khác nhau như photphat urê amôn (UAP); sunphat amôn urê (UAS) và urê phophat (urê + acid photyphoric), các dung dịch urê nồng độ thuộc nitrat amôn urê (UAN) (80-85%) có hàm lượng nitơ cao nhưng điểm kết tinh lại thấp phù hợp cho việc vận chuyển lưu thông phân phối bằng hệ thống ống dẫn hay phun bón trực tiếp

Là chất bổ sung vào thức ăn cho động vật, nó cung cấp một nguồn đạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng

Urê được dùng để sản xuất lisin, một acid amino được dùng thông dụng trong ngành chăn nuôi gia cầm

Các loại nhựa urê được polyme hóa từng phần để dùng cho ngành công nghiệp dệt có tác dụng làm phân bố đều các thành phần ép của các chất sợi

Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê-fomanđêhyt Urê (cùng với Amoniac) phân hủy ở nhiệt độ và áp suất cao để sản xuất các loại nhựa melamin

Là chất thay thế cho muối (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân bay Nó không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại như muối

Là một thành phần bổ 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 quy

Được dùng trong một số ngành sản xuất thuốc trừ sâu

Là một thành phần của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm 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

Thành phần hoạt hóa để xử lý khói thải từ động cơ diesel

1.2.1.2.2 Sử dụng trong phòng thí nghiệm

Urê là một chất biến tính prôtêin mạnh Thuộc tính này có thể khai thác để làm tăng độ hòa tan của một số prôtêin Vì tính chất này, nó được sử dụng trong các dung dịch đặc tới 10M

1.2.1.2.3 Sử dụng y học

1.2.1.2.3.1 Thuốc:

Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình tái hiđrat hóa của da

1.2.1.2.3.2 Chẩn đoán sinh lý học

Do urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gần như không đổi, nồng độ urê cao trong máu chỉ ra vấn đề với sự bài tiết nó hoặc trong một số trường hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiều urê trong cơ thể

Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn máu ác tính (ví dụ bệnh bạch cầu và bệnh Kahler)

Nồng độ cao của urê (uremia )có thể sinh ra các rối loạn thần kinh (bệnh não) Thời gian dài bị uremia có thể làm đổi màu da sang màu xám

1.2.1.2.4 Sử dụng trong chẩn đoán khác

Các loại urê chứa cacbon 14 - đồng vị phóng xạ, hay cacbon 13 - đồng vị ổn định được sử dụng trong xét nghiệm thở urê, được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của Helicobacter pylori (H pylori, một loại vi khuẩn) trong dạ dày và tá tràng người.Xét nghiệm này phát hiện enzym urease đặc trưng, được H pylori sản xuất ra theo phản ứng để tạo ra amôniắc từ urê để làm giảm độ pH của môi trường trong dạ dày xung quanh vi khuẩn

Các loài vi khuẩn tương tự như H pylori cũng có thể được xác định bằng cùng một phương pháp xét nghiệm đối với động vật (khỉ, chó, mèo - bao gồm cả các loại

"mèo lớn" như hổ, báo, sư tử v.v)

Đặc tính này của cathrat urê được áp dụng thông thường trong ngành lọc dầu đểsản xuất nhiên liệu dùng trong ngành hàng không (xem Aviation and other gas-turbin Fuels)và dùng để khử xáp các loại dầu bôi trơn (xem Petroleum Refinery Processes) Các chất cathrat dễ vỡ khi ta đem hòa tan urê trong nước hay trong rượu.1.2.1.4 Những nét nổi bật về phân urê

Trong số các sản phẩm hoá học được sử dụng phổ biến làm nguồn cung cấp phân đạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), Nitrat Ammonium

(NH4NO3), urê… thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặc tính vượt trội của

nó về mọi phương diện

Bằng chứng là sản lượng tiêu thụ urê (trên toàn thế giới)

Tiêu thụ

1.2.1.4.1 Ưu điểm của Urê

Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới gốc hoặc

sử dụng như phân phun qua lá đối với một số loại cây trồng

Khi sử dụng urê không gây hiện tượng cháy nổ nguy hiểm cho người sử dụng

và môi trường chung quanh (Nitrat Ammonium rất dễ gây cháy nổ)

Với hàm lượng đạm cao, 46%, sử dụng urê giảm bớt được chi phí vận chuyển, công lao động và kho bãi tồn trữ so với các sản phẩm cung cấp đạm khác

Việc sản xuất urê thải ra ít chất độc hại cho môi trường

Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản tương đương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác

1.2.1.4.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất

Nitrogen có thể bị mất đến 65% vào bầu khí quyển dưới dạng NH3 hoặc rửa trôi

và ngấm xuống đất dưới dạng NO3 nếu phân urê được bón bằng cách trải trên mặt đất và để yên đó đến 24 giờ trong điều kiện không khí nóng và ẩm Những cách làm gia tăng hiệu qủa của việc sử dụng urê là bón trộn vào đất trong giai đoạn chuẩn bị đất trồng, pha với nước trong hệ thống tưới tiêu hoặc tưới nước ngay sau khi bón vớilượng nước tương đương một trận mưa khoảng 6,5mm nước đủ để hòa tan urê và đưa chúng ngấm xuống đến vùng không xảy ra hiện tượng mất đạm do bốc hơi ammonia

Sự thất thoát đạm liên quan tới nhiệt độ và độ pH của đất Sự thất thoát

Nitrogen trong urê tùy thuộc rất lớn vào nhiệt độ và độ pH của đất Bảng I.1 và I.2 dưới đây nói lên sự thất thoát đạm dưới dạng khí ammonia khi bón urê bằng cách trải lên bề mặt đất:

Bảng 2.2 : Tỷ lệ % lượng urea mất đi do sự bay hơi khí ammonia theo nhiệt độ đất

Nhiệt độ đấtThời gian

Độ pH của đấtThời gian

1.2.1.4.3 Tại sao phân đạm lại cần thiết cho cây trồng?

Trong quá trình phát triển của cây từ nảy mầm, đâm chồi nảy lộc đến sinh trưởng và phát triển thì cây cần hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng nào đó đủ để phát triển

Những chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng được chia thành 3 nhóm chính :

• Nhóm dinh dưỡng chính (dinh dưỡng đa lượng): Gồm các chất mà cây(thực vật) cần một lượng lớn để phát triển gồm có: đạm (Nitơ), lân (photpho) và kali(K)

• Dinh dưỡng trung lượng: Canxi (Ca), Magiê (Mg), lưu huỳnh (S)

• Dinh dưỡng vi lượng: Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Bor (B),Molypden (Mo)…

Trong đó, đạm là yếu tố quan trọng nhất giúp cây phát triển tốt, nhiều cành, thân chắc khoẻ…Urê chứa hàm lượng đạm cao nhất (46-48%) và lẫn ít tạp chất nên được lựa chọn và sử dụng.

1.2.2: Phân Amon nitrat

• Thành phần: Phân amonitrat có chứa 33 – 35% nito nguyên chất Cácnước trên thế giới loại phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản suất hàngnăm

• Tính Chất: Phân này dưới dạng tinh thể muối kết tinh có mầu vàngxám Amonitrat dễ chảy nước, dễ tan trong nước dễ bón cục, khó bảo quản và khó sửdụng Là loại phân sinh lý chua Tuy vậy, đây là loại phân bón quý vì có chứa NH4+

và NO3

-• Tác dụng: Phân này có thể bón cho nhiều loại cây tròng trên nhiều loạidất khác nhau Amonitrat bón thích hợp cho nhiều loại cây trồng cạn như thuốc lá,bông, mía, ngô

Phân này được dùng để pha thành dung dịch dinh dưỡng để tưới cây trong nhàkính và tưới bón thúc cho nhiều loại cây ăn quả, nhiều loại rau

1.2.3: Phân sunphat đạm:

• Thành phần: còn gọi là phân SA, sunphat đạm có chứa 20 – 21% nitonguyên chất Trong phân này có chứa 24 – 25% lưu huỳnh ( S ) Trên thế giới loạiphân này chiếm 8% tổng lượng phân bón hoá học sản xuất hàng năm

• Tính Chất: Phân này có dạng tinh thể mịn, màu trắng ngà hoặc xámxanh Phân này có mùi nước tiểu, vị mặn và hơi chua Cho nên nhiều nơi gọi là phânmuối diêm Sunphat đạm là loại phân bón tốt vì có cả N và S là 2 chất dinh dưỡngthiết yếu cho cây

• Tác dụng: Có thể đem bón cho tất cả các loại cây trồng, trên nhiều loạiđất khác nhau, miễn là đất không bị phèn, chua Nếu đất chua cần bón thêm vôi, lânmới dùng được đạm sunphat amon Phân này dùng tốt cho cây trồng trên đất đồi trêncác loại đất bạc màu ( Thiếu S )

Đạm sunphat được dùng chuyên để bón cho các loại cây cần lưu huỳnh ( S ) và

ít nito ( N ) như đậu dỗ, lac v.v và các loại cây vừa cần nhiều lưu huỳnh vừa cầnnhiều nito như ngô Cần lưu ý: Đạm sunphat là loại phân có tác dụng nhanh rấtchóng phát huy tác dụng dối với cây trồng, cho nên thường dùng để bón thúc và bónnhiều lần để tránh mất đạm khi bón cho cây con cần chú ý là phân này sẽ gây cháy

lá Không nên sử dụng phân đạm sunphat để bón trên dất phèn vì phân dễ làm chuathêm đất

1.2.4: Đạm clorua:

• Thành phần: ( NH4Cl ) có chứa 24 – 25% nito nguyên chất

• Tính chất: Đạm clorua có dạng tinh thể mịn có mầu trắng hoặc mầuvàng ngà Phân này dễ tan trong nước ít hút ẩm, không bị bón cục thường tơi rời nên

1.2.5: Phân Xanamit canxi:

• Thành phần: Xianamit canxi ( CaCN2 ) có chứa 20 – 21% nito nguyênchất, 20 – 28% vôi, 9 – 12% than

• Tính chất: Phân này có dạng bột không có tinh thể, màu xám tro hoặcmàu trắng, đốt không có mùi khai Vì có than nên phân có màu xám đen cũng có loạiphân tỷ lệ thân thấp hoặc không có than nên phân có màu trắng Cần chú ý chống ẩmcho loại phân này khi bảo quản, bởi vì nếu phân hút ẩm sẽ bị biến chất, hạt phânphình to lên làm rách bao bì và làm hỏng dụng cụ đựng Phân này đễ bị bôc bụi Khi

bám vào da sẽ làm hỏng da, khi bay vào mắt sẽ làm hỏng giác mạc mắt, vì vậy khi

sử dụng phân này phải rất cẩn thận Phân này có phản ứng kiềm bởi vậy có thể khửđược chua dùng rất tốt ở các loại đất chua

• Tác dụng: Xianamit canxi thường được dùng để bón lót muốn dùng đểbón thúc phải đem ủ trước khi bón Bởi vì phân này khi phân giải tạo ra một số chấtđộc có thể làm hỏng móng chân trâu bò, hại da chân người nông dân Thường sau 7– 10 ngày chất độc mới hết Thường Xianamit canxi được trộn ủ với phân rác làmcho phân chóng hoai mục Phân này không dùng để phun lên là cây

1.2.6: Phân phốt phát đạm ( Photphat amon )

• Thành phần: Là loại phân vừa có đạm vừa có lân Trong phân có tỷ lệđạm là 10 – 18%, tỷ lệ lân là 44 – 50%

• Tính chất: photphat đạm có dạng viên, màu xám tro hoặc trắng, trên thịtrường hiện nay đang lưu hành 2 loại phân bón amonphot là DAP ( 18 – 46 – 0 ) vàMAP ( 10 – 50 – 0 ) phân dễ chảy nước vì vậy người ta thường sản xuất dưới dạngviên và được đựng trong các bao bì nilon phân rất dễ tan trong nước và phát huyhiệu quả nhanh

• Tác dụng: Phân được dùng để bón lót, bón thúc đề tốt phân là loại dễ

sử dụng Phân DAP là loại phân trung tính nên có thể sử dụng trên các loại đất khácnhau, còn phân MAP là loại phân chua sinh lý nên không tích hợp đối với các loạiđất chua Phân có tỷ lệ đạm hơi thấp so với lân Cho nên cần bón phối hợp với cácloại phân đạm khác, nhất là khi bón cho các cây cần nhiều đạm

1.3: Những điều cần chú ý khi sử dụng phân đạm:

Ở nước ta có 3 loại phân đạm thường được dùng phổ biến nhất: phân Ure phânamonsunphat và amonphotphat Khi sử dụng hợp lý, 1Kg Nito nguyên chất có thểthu được 10 – 22Kg thóc hoặc 25 – 35Kg ngô hạt để đảm bảo hiệu quả sử dụng cácloại phân hoá học cần chú ý đến những điểm sau đây:

• Phân cần được bảo quản trong các túi nilon Chỗ để phân cần thoángmát, khô ráo, mái kho không bị giột không để chung phân đạm cùng với các loạiphân khác

• Cần bón đúng đặc tính và nhu cầu cây trồng Cây có những đặc tínhkhác nhau Nhu cầu cây đối với N cũng khác nhau Cây có yêu cầu nhiều N, cây cónhu cầu ít N Nếu bón N nhiều, vượt quá yêu cầu của cây N cũng gây ra nhiều táchại đáng kể Bón đúng yêu cầu của cây N phát huy tốt tác dụng

Chương II: Tổng quan về khí

2.1: Khí thiên nhiên:

2.1.1: Khái niệm:

Khí thiên nhiên, hỗn hợp chất khí này cháy được,bao gốm phấn lòn lá càchydrôcarbon.Cúng vời than đá , dầu mỏ và các khí khác, khí thiên nhiên là nhiên liệuhoá thạch

2.1.2: Thành phần

Khí thiên thiên có thể chứa đến 85% metal và 10% etal và cũng có chứa sốlượng nhỏ hơn propan, butan, pentan, và các ankan khác Khí thiên nhiên thường tìmthấy cùng với cá mỏ dầu ở trong vỏ trái đất, được khai thác và tinh lọc thành nhiênliệu cung cấp cho khoảng 25% nguồn năng lượng thế giới

Khí thiên nhiên chứa lượng nhỏ các tạp chất bao gồm: điocid cacbon,hydrosulfil và nito Do các tạo chất này có thể làm giảm nhiệt trị và đặc tính của khíthiên nhiên, chúng thường được táh ra khỏi khí thiên nhiên trong quá trình tinh lọckhí và được sử dụng làm sản phảm phụ

2.1.3: Phân loại:

Khí thiên nhiên là loại khí không màu sắc và được phan loại tuỳ theo thànhphần của nó Khí khô có chứa tỷ lệ mettal cao còn khí ướt có chứa đáng kể khốilượng hydro cacnon có phân tử lượng cao hơn thuộc tính của nhóm ankan, bao gồmetal propan và butan Phần cặn lắng của khí là phần còn lại sau khi các ankan đãđược rút khỏi khí ướt Khí chua là khí chứa nồng độ hydrosunfit cao (đây là một chấtkhí không màu, độc có mùi trứng thối ) Khí ngọt là khí có chứa ít chất hydrosunfit.Các chất không phải là hydro cacbon trong khí thiên nhiên được là các chất làmloãng và chất gây ôi nhiễm Các chất làm loãng bao gồm các loại khí và hơi như:nito, dioxit cacbon và hơi nước Các chất gây ôi nhiễm bao gồm các hydrosunfit vàcác hợp chất lưu huỳnh khác Các chất gây ôi nhiễm có thể phá hoại các thiết bị sảnxuất và vận chuyển Nếu được đốt, các chất gâu ôi nhiễm có thể gây ra các vấn đề ôinhiễm như ôi nhiễm không khí và mưa acid Mưa acid được tạo thành khi các hợpchất lưu huỳnh trong khí thiên nhiên và các nhiên liệu hoá thạch khác như than đá bịđốt và phản ứng với hơi ẩm trong không khí để tạo nên acid sunphuric ( H2SO4 ).Hỗn hơpự hơi ẩm acid này rơi xuống đất khi trời mưa gây hư hại cho mùa màng vàrừng hồ, suối, sông

2.1.4: Sử dụng:

Khí thiên nhiên được sử dụng làm nhiên liệu và nguyên liệu đầu vào cho ngànhchế biến hoá chất Là một nhiên liệu gia dụng, nó được đốt trong các bếp ga, lò ga đểnấu nướng sấy khô Là một nhiên liệu công nghiệp, khí thiên nhiên được đôt trongcác lò gạch, gốm và các lò cao sản xuất xi măng Khí thiên nhiên còn được dùng đểđốt các lò đốt tubin nhiệt điện để phát điện cũng như các lò nấu thuỷ tinh, lò luyệnkim, kim loại và chế biến thực phẩm

Khí thiên nhiên được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho các ngành hoá dầu

để tạo ra các chất hoá đầu Các chất hoá đầu này được sử dụng làm sản phảm sơ sởcho việc sản xuất phân đạm, bột giặt, dược phẩm, chất dẻo và nhiều loại hàng hoákhác

2.1.5: Lịch sử

Con người đã sử dụng khí thiên nhiên trong nhiều thế kỷ Các ghi chép lịch sử

đã cho thấy khí thiên nhiên đã được đốt ở Trung quốc năm 250 Vào thế kỷ 17, khíthiên nhiên đã được sử dụng để sưởi ấm và chiếu sáng ở miền Bắc Ý Ở Hoa Kỳ, khíthiên nhiên lần đầu được phát hiện ở FredoniaNewYork, năm 1821

Do khí thiên nhiên ở dạng khí khó vận chuyển bằng các phương tiện thôngthường, trong lịch sử khí thiên nhiên đã được sử dụng ở các khu vực gần mỏ khí khingành công nghiệp dầu khí phát triển vào thế kỷ 19 và thế kỷ 20, khí thiên nhiênđược phát hiện cùng dầu mỏ ( khí đồng hành ) từ các mỏ ngầm thường được xử lýnhư chất phụ phẩm phế thải và thường được đốt bỏ trên giàn khoan Ngày nay, khíthiên nhiên được vận chuyển thông qua các mạng lưới đường ống dẫn khí rộng lớnhoặc được hoá lỏng và chở bằng tàu bồn

Ở Việt Nam, vào đầu nhưng năm 70 của thế kỷ 20, nhân dân vùng Xuân Thuỷ,tỉnh Nam Định đã phát hiện và khai thác thủ công khí metal ở tầng nông để nunggạch, nung vôi và đun nấu Năm 1981, tổng cục dầu khí ( nay là tập đoàn dầu khíViệt Nam ) đã khai thác khí thiên nhiên ở Tiền Hải dùng cho phát điệnvà cung cấpcho địa phương tỉnh Thái Bình Năm 1995, dòng khí đồng hành đầu tiên của mỏbạch hổ đã được dẫn vào bờ tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu bằng đường ống, cấp khí cho nhàmáy nhiệt điên Bà Rịa Năm 2003, khí thiên nhiên từ vùng trũng nam Côn Sơn trênthềm lục địa Việt Nam cũng được dẫn vào bờ cung cấp cho khu công nghiệp PhúMỹ

2.1.6: Sự hình thành khí thiên nhiên:

Khí thiên nhiên được tạo ra tử sinh vật phủ du, các vi sinh vật sống dưới nướcbao gồm tảo và động vật nguyên sinh Khi các vi sinh vật này chết đi và tích tụ trênđáy đại dương, chúng dần bị chôn di và xác của chúng được nén dưới cá trầm tích.Trải qua hàng triệu năm, áp suất và nhiệt do các lớp trầm tích chồng lên nhau tạonên trên xác các loại sinh vật này đã chuyển hoá hoá học các chát hữu cơ này thànhkhí thiên nhiên

Do dầu mỏ và khí thiên nhiên thường được tạo ra bằng quá trình tự nhiên tương

tự nhau, hai loại hydro cacbon này thường được tìm thấy cùng nhau ở trong các bểchứa ngầm tự nhiên Sau khi dần được tạo nên trong lòng vỏ trái đất dầu mỏ và khíthiên nhiên đã dần chui vào các lỗ nhỏ của tầng đá xốp xung quanh, những tầng đáxốp này có vai trò như các bể chứa tự nhiên Do các lớp đá xốp này thường có nướcchui vào, cả dầu mỏ và khí thiên nhiên, vốn nhẹ hơn nước và kém dày đặc hơn cáctầm đá xung quanh nên chúng chuyển lên qua lớp vỏ, đôi khi cách xa nơi chúng

các lớp đá này gọi là các lớp đá mũ chụp Khí thiên nhiên nhẹ hơn dầu mỏ do đó nótạo ra một lớp nằm trên dầu mỏ Lớp khí này gọi là mũ chụp khí.

Các lớp than đá có chứa lượng metal đáng kể, metal là thành phần chính của khíthiên nhiên trong các trữ lượng than đá, metal thường được phân tán vào các lỗ vàvết nứt của tầng than Khí thiên nhiên này thường được gọi là khí metal trong tằngthan đá ( coal – bed methanel )

2.2: Khí dầu mỏ

2.2.1: Khái niệm:

Khí dầu mỏ hay gọi là khí đồng hành Khí đồng hành là khí thự nhiên được tìmthấy cùng dầu thô có thể ở dạng hoà lẫn với dầu thô hoặc tạo thành không gian phíatrên lớp dầu thô trong mỏ dầu

2.2.2: Thành phần:

Khí đồng hành khí được tách khỏi dầu thô là hỗn hợp hủ yếu gồm etan, propan,butan và pentan ngoài ra còn những tạp chất không mong muốn như nước,sunphuahydro, CO2, helyum, nito và một số tạp chất khác

Trong quá khứ loại khí này là thành phần không mong muốn và thường bị đốt

bỏ Kể cả tới năm 2003, việc đốt bỏ vẫn ở khối lượng lớn hàng ngày có đến 10 – 13

tỷ feet khối trên toàn thế giới Tuy nhiên với tiến bộ của công nghệ giá thành giầuthô và khí thiên nhiên tăng lên và các ứng dụng cảu khí thiên nhiên trở nên phổ biến,khí đồng hành được tận dụng và trở thành nguồn nguyên liệu mang lại hiệu quả cao.Năm 1947, ở Mỹ hàng ngày khoảng 3 tỷ feet khối khí đồng hành bị đốt bỏ đến năm

2002 con số này giảm 13 lần trong khi sản lượng khai tác cao hơn năm 1947.Nigeria là quốc gia có trữ lượng khí thiên nhiên lớn, chiếm 30% trữ lượng toàn châuphi Tuy vậy 75% khí đồng hành ở các mỏ dầu thường bị đốt bỏ một cách lãng phí.Chính phủ Nigeria đã ra một đạo luật quy đinh đến năm 2008 khí đồng hành sẽkhông bị đôt bỏ nữa các hãng dầu khí có trách nhiệm lắp đặt thiết bị xử lý để tậndụng nguồn tài nguyên này

2.2.3: Đặc tính của khí:

Đặc trưng chủ yếu của khí thiên nhiên và khí đồng hành là bao gồm 2 phần:phần hydrocacbon và phần phi hydrocacbon

• Các hợp chất hydrocacbon:

Hàm lượng các cấu tử chủ yếu là khí metal và đồng đẳng của nó như C2H6,

C3H8, nC4H10, iC4H10 ngoài ra còn có một ít hàm lượng các hợp chất C5 C6 Hàm củacác cấu tử trên thay đổi theo nguồn gốc của khí

Đối với khí thiên nhiên thì cấu tử chủ yếu là metan còn các cấu tử nặng hơn như

C3, C4 là rất ít và thành phần của khí trong một mỏ ở bất kỳ vị trí nào đều là nhưnhau nó không phụ thuộc vị trí khai thác

Đối với khí đồng hành thì hàm lượng C3, C4 cao hơn thành phần của khí nó phụthuộc vị trí khai thác và thời gian khai thác

• Các hợp chất phi hdrocacbon

Ngoài các thành phần chính là hydro cacbon trogn khí thiên nhiên và khí đồnghành còn chứa các hợp chất khác như CO2, N, H2S, Ar,Ne trong đó cấu tử thườngchiếm nhiều nhất là nitơ Đặc biệt có những mỏ khí chứa hàm lượng He khá cao nhưcác mỏ khí thiên nhiên ở Mỹ.

2.2.4: Phân loại:

Các phương pháp phân loại khí:

• Phân loại theo nguồn gốc hành thành dầu khí:

Người ta chia làm 3 loại: khí thiên nhiên, khí đồng hành, khí ngưng tụ

o Khí thiên nhiên: là các khí chứa trong mỏ riêng biệt trong khí thànhphần chủ yếu là khí metan còn lại là các khí như etan, propan, một ít butan

o Khí đồng hành là khí nằm lẫn trong dầu mỏ được hình thành cùng vớidầu thành phần chủ yếu là các khí nặng hơn như propan, butan, pentan

o Khí ngưng tụ: thực chất là dạng trung gian giữa dầu mỏ và khí bao gồmcác hydrocacbon như propan, butan, pentan,hecxan

• Phân loại theo mức độ chứa khí acid:

Theo cách phân loại này thì có 2 loại khí đó là khí béo và khí gầy

o Khí béo là khí có khối lượng riêng lớn hơn 150g/cm3 có thể sản xuất rakhí tự nhiên hoá lỏng và GNL và khí dầu mỏ GPL, và sản xuất một ssố hydrocacboncho công nghệ tổng hợp hoá dầu

o Khí gầy là khí có khối lương nhỏ hơn 50g/cm3 làm nhiên liệu cho côngnghiệp và đời sống

• Phân loại theo hàm lượng C+

2 :Theo cách phân loại này thì có hai loại khí khí thô và khí ẩm

o Khí khô là khí có hàm lượng C2+ nhỏ hơn 10%

o Khí ẩm là khí có hàm lượng C+

2 hn 10%

Chương III: Sản Xuất NH3 và CO2 từ khí thiên nhiên và khí dầu

mỏ

3.1 Khái niệm chung:

Ở nhiệt độ thường, NH3 là khí không màu, có mùi mạnh gây ngạt thở NH3 dễtan trong nước, ở nhiệt độ thường và áp suất thường ,1 lít nước hòa tan được 750lNH3

đạm, HNO3 và nhiều hợp chất khác, nó cũng được dùng làm chất làm lạnh

NH3 có 2 loại: loại 1 dùng trong các máy lạnh, loại 2 dùng làm nguyên liệutrong công nghiệp hóa chất

Ðây là phản ứng thuận nghịch, tỏa nhiệt và giảm thể tích Chiều thuận cần nhiệt

độ thấp áp suất cao có xúc tác sắt Nguyên liệu tổng hợp amôniac là hỗn hợp khí nitơ

và hydro

3.2 Ðiều chế hỗn hợp khí nitơ - hydro để tổng hợp amôniac:

Nguyên liệu tổng hợp là NH3 ( khí tổng hợp) thường được điều chế bằng cácphương pháp sau:

• Chuyển hóa khí thiên nhiên

CO + H2O ⇔ CO2 + H2 (4)

Phản ứng (2) và (4) thuận nghịch và thu nhiệt Phản ứng (2) xảy ra đủ lớn ởnhiệt độ 1350°C trở lên, điều này thực hiện tương đối khó cho nên thường dùng xúctác và dư hơi nước Chính vì thế phản ứng (4) xảy ra đồng thời với phản ứng (2) Tùy theo chất oxi hóa sử dụng mà trong công nghiệp có 3 loại công nghệchuyển hóa:

• Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác

• Chuyển hóa bằng hơi nước và oxi có xúc tác

• Chuyển hóa không có xúc tác bằng oxi hay không khí giàu oxi

o Chuyển hóa khí thiên nhiên bằng hơi nước với xúc tác là Ni:

Khí thiên nhiên được đưa vào thiết bị trao đổi nhiệt nâng t° đến 380→400°C.Sau đó vào thiết bị làm sạch khí sơ bộ (dùng ZnO hấp thụ các hợp chất chứa lưuhuỳnh) Hơi nước được gia nhiệt ở thiết bị truyền nhiệt Sau đó cho hỗn hợp hơi -khí vào lò ống đi trong các ống chứa Ni, bên ngoài đốt đến nhiệt độ 700 → 750°C ởđây phản ứng xảy ra

Sau đó hỗn hợp khí đi vào tháp chuyển hóa metan Tại đây người ta thêm nitơvào theo tỷ lệ hydro/nitơ = 3/1 Oxi trong không khí oxi hóa metan theo phản ứng,nhiệt độ tăng lên 950→ 1000°C ở thiết bị ra, hỗn hợp khí đi vào nồi hơi - thu hồ Trước khi vào thiết bị chuyển hóa CO hỗn hợp khí qua thiết bị trộn

Kết thúc quá trình chuyển hóa, ta được hỗn hợp khí N2 - H2 có lẫn khí CO2 vàmột ít CO, CH4

3.2.2 Làm sạch khí tổng hợp:

Hỗn hợp khí N2 - H2 điều chế được, trước khi tổng hợp NH3 phải được qua hệthống làm sạch khí để loại các hợp chất có hại ( H2S, CO2, CO )

• Tách khí CO2 và H2S: rửa bằng nước ở áp suất cao

Ngày nay, người ta sử dụng rộng rãi dung dịch etanolamin trong nước, chủ yếu

là monoEtanolamin,(CH2-CH2(OH)NH2) để loại các khí trên

3.3 Công nghệ tổng hợp amôniac:

Dựa vào áp suất, người ta chia làm 3 loại hệ thống tổng hợp amôniac:

• Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100 → 160 atm

• Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình 250 → 360 atm

• Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 →1000 atm

máy nén khí

buồng làm lạnh

mâm đựng xúc tác Fe

>200atm,

4500C

N2 và H2 không phản ứng được tái

sử dụng;

NH3

Chương IV: Quy trình công nghệ

4.1: Quy trình công nghệ sản xuất đạm trên thế giới

Các phương pháp sản xuất urê từ khí thiên nhiên được sử dụng hiện nay trên thếgiới, căn cứ vào khả năng thu hồi vật liệu thô, đã phát triển thành ba công nghệchính như sau:

Công nghệ không thu hồi (Once-through process): CO2 và NH3 ra khỏi khu vựctổng hợp (quá trình stripping cacbamat được xem là một phần khu vực tổng hợp)được mang đến các phân xưởng khác NH3 sẽ được trung hòa với các axit (như axitnitric) để sản xuất các loại phân bón như là ammonium sulphat và ammonium nitrat.Công nghệ thu hồi một phần (Partial recycle process): CO2 và NH3 được táchmột phần khỏi lưu chất phản ứng trong công đoạn phân hủy, sau đó được thu hồitrong một thiết bị hấp thụ, phần còn lại được mang đến các phân xưởng khác giốngnhư công nghệ không thu hồi

Công nghệ thu hồi hoàn toàn (Total recycle process): CO2 và NH3 được táchhoàn toàn trong các thiết bị phân hủy nhiều giai đoạn và được thu hồi đến thiết bịphản ứng

Ngày nay, chỉ có công nghệ thu hồi hoàn toàn được áp dụng Tổng chuyển hóa

NH3 khoảng 99% Kết quả không có sản phẩm phụ chứa Nitơ tạo thành và việc sảnxuất urê chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp CO2 và NH3 từ xưởng NH3 Tuy nhiên,công nghệ này cũng đắt nhất về chi phí đầu tư và vận hành Việc phân hủy cacbamatđược thực hiện bằng việc kết hợp gia nhiệt, giảm áp và quá trình stripping (quá trìnhnày làm giảm áp suất riêng của một hoặc nhiều thành phần) Các công nghệ xuyênsuốt hoặc thu hồi một phần thường đòi hỏi chi phí đầu tư thấp hơn, cũng như chi phívận hành thấp hơn nhưng độ tin cây giảm (do sự phụ thuộc lẫn nhau của phân xưởngurê và các phân xưởng khác), tính linh hoạt giảm (do tỷ lệ các sản phẩm phụ) và khó

nồng độ 65-77% Dịch này có thể được sử dụng để sản xuất các loại phân bón chứaNitơ hoặc chúng được cô đặc để sản xuất urê.

4.1.1 Công nghệ Urê không thu hồi

Cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và khí CO2 bằng cách gianhiệt hỗn hợp dòng công nghê ở điều kiện thấp áp Khí NH3 và CO2 thoát khỏi dịchurê và được sử dụng để sản xuất các muối amôn bằng cách hấp thụ NH3 trong acidsunfuaric và acid photphoric Một nhà máy như thế này sẽ có chi phí đầu tư tươngđối thấp, nhưng có lượng khí thải tương đối lớn

Do nhu cầu về urê cấp phân bón tinh khiết ngày càng tăng, nên các nhà máy đitheo công nghệ không thu hồi ít có tính hấp dẫn, bởi vì nó sản xuất ra quá nhiềumuối amôn với mức tuần hoàn nhỏ

4.1.2 Công nghệ tuần hoàn dung dịch

Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng công nghệ của tháp tổng hợp trong các côngđoạn phân hủy ở các áp suất khác nhau ( cao áp, trung áp và tháp áp) được hấp thụtrong nước và được tái tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợp dung dịch cacbamat amônlỏng có chứa Amoniac Hầu như toàn bộ gần một nửa công suất urê của thế giới sảnxuất ra đi theo công nghệ này

4.1.3 Công nghệ C cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu

Tháp tổng hợp vận hành ở điều kiện áp suất khoảng 25MPa (246at) và khoảng

1950C với tỷ lệ mol toàn phần NH3:CO2 khoảng 4:1 (nạp nguyên cộng với tuầnhoàn) Theo báo cáo người ta đã thu được hiệu suất chuyển hóa cacbamat thành urêcủa mỗi chu trình tương đối cao

Cacbamat chưa chuyển hóa và NH3 dư được thu hồi trong dòng thải của tháptổng hợp trước tiên là tháp phân hủy cao áp đốt nóng bằng hơi trung áp , với áp suấtphân huỷ khoảng 17 MPa (xấp xỉ 168 at) và nhiệt độ khoảng 1550C, sau đó chuyển

sang tháp phân hủy thấp áp gia nhiệt bằng hơi thấp áp có áp suất P=300 kPa(khoảng 3 at) và nhiệt phân huỷ là 1300C

Khí thấp áp được ngưng tụ trong tháp hấp thụ thấp áp và dịch lỏng được bơmlên cho tháp hấp thụ cao áp để hấp thụ khí của thiết bị phân hủy cao áp Amoniac dưchưa hấp thụ của tháp hấp thụ cao áp được ngưng tụ trong tháp ngưng tụ NH3 bởi vìdịch cacbamat cô đặc được thu hồi trong tháp hấp thụ cao áp

Phương pháp kết tinh trung gian cho phép sản xuất được urê có hàm lượngbiuret ở mức dưới 0,5% trọng lượng phù hợp cho mục đích thương phẩm và sửdụng

Nhiệt toả ra trong quá trình tuần hoàn ngưng tụ carbamate được tận dụng cấpnhiệt cho quá trình bay hơi nước và amonia trong thiết bị tiền cô đặc chân không.Tháp tổng hợp được lót một lớp hợp kim đặc biệt để chống ăn mòn Các chi tiếtkhác của thiết bị trong dây chuyền được chế tạo bởi thép không rỉ 316L, 316, 304L

và 303 tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ làm việc và nồng dộ carbamate trong dịchure Nếu nồng độ cacbamat và nhiệt độ quá trình cao hơn thì cần phải có thiết bịbằng thép không rỉ 316L và 316SS còn ở những nơi có nồng độ cacbamat và nhiệt

độ làm việc thấp thì dùng thiết bị có vật liệu 304L và 304SS

Không khí thụ động hóa được đưa vào trong thiết bị phân hủy cao áp để tạo lớpô-xit trên bề mặt bên trong thiết bị tăng cường khả năng chống ăn mòn cho thiết bịbằng thép không rỉ

Trong nhiều năm qua người ta đã tiến hành các bước cải tiến công nghệ 24) Hiện nay có nhiều nhà máy urê công suất đến 1800 tấn/ngày đang sử dụng côngnghệ này