bài báo cáo thực tập về quy trình sản xuất phân urê

Theo xu hướng toàn cầu hóa hiện nay, áp lực của nền kinh tế thế giới buộc các doanh nghiệp Việt Nam phải trở mình để hội nhập và phát triển phù hợp, đây vừa là cơ hội vừa là thách thức đối với các doanh nghiệp nước ta. Để vượt qua những thách thức đó không những đòi hỏi các doanh nghiệp phải biết áp dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến, nâng cao chất lượng sản phẩm…….mà còn kiểm soát tốt chi phí nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động. Trong các năm trước đây, nền nông nghiệp của nước ta phải dung phân bón do nước ngoài cung cấp nên giá cả bất thường và nước ta phải phụ thuộc vào các nước trên thế giới. do vậy, để phục vụ nhu cầu đó tổng công ty phân bón và hóa chất dầu khí – công ty cổ phần được thành lập để góp phần tạo cho các nông dân có được các phân bón tốt cho cây trồng mà còn giá cả hợp lí và góp phần tạo cho nền nông nghiệp nước ta được giàu mạnh. Hiện nay tổng công ty đã cung cấp cho thị trường trong nước khoảng 50% nhu cầu phân đạm urê (tổng nhu cầu sử dụng phân đạm urê cả nước bình quân khỏang 1,71,8 triệu tấn năm) và 40% nhu cầu khí amoniac lỏng được sản xuất từ nhà máy Đạm Phú Mỹ.

MỞ ĐẦU

Theo xu hướng toàn cầu hóa hiện nay, áp lực của nền kinh tế thế giớibuộc các doanh nghiệp Việt Nam phải trở mình để hội nhập và phát triển phùhợp, đây vừa là cơ hội vừa là thách thức đối với các doanh nghiệp nước ta Đểvượt qua những thách thức đó không những đòi hỏi các doanh nghiệp phảibiết áp dụng công nghệ kỹ thuật tiên tiến, nâng cao chất lượng sảnphẩm…….mà còn kiểm soát tốt chi phí nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động Trong các năm trước đây, nền nông nghiệp của nước ta phải dung phânbón do nước ngoài cung cấp nên giá cả bất thường và nước ta phải phụ thuộcvào các nước trên thế giới do vậy, để phục vụ nhu cầu đó tổng công ty phânbón và hóa chất dầu khí – công ty cổ phần được thành lập để góp phần tạocho các nông dân có được các phân bón tốt cho cây trồng mà còn giá cả hợp lí

và góp phần tạo cho nền nông nghiệp nước ta được giàu mạnh

Hiện nay tổng công ty đã cung cấp cho thị trường trong nước khoảng50% nhu cầu phân đạm urê (tổng nhu cầu sử dụng phân đạm urê cả nước bìnhquân khỏang 1,7-1,8 triệu tấn /năm) và 40% nhu cầu khí amoniac lỏng đượcsản xuất từ nhà máy Đạm Phú Mỹ

Vì vậy, em lựa chọn quy trình sản xuất phân urê là đề tài mà em làmbáo cáo tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY

ĐẠM PHÚ MỸ

1.1 LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN

Nhà máy Ðạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần Phân Ðạm

và Hoá chất Dầu khí, được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện TânThành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu Nhà máy có vốn đầu tư 450 triệu USD, có diệntích 63ha, là nhà máy đạm đầu tiên trong nước được xây dựng theo dâychuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một trong những nhà máy hoáchất có dây chuyền công nghệ và tự động hoá tân tiến nhất ở nước ta hiệnnay Cung cấp 40% nhu cầu phân urê trong nước, Ðạm Phú Mỹ có vai trò rấtlớn trong việc tự chủ nguồn phân bón trong một nước nông nghiệp như ViệtNam Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ ra để nhập phân bón từ nước ngoài về làrất lớn trong khi nguyên liệu để sản xuất phân Urê là nguồn khí đồng hành(Associated Gas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên(Natural Gas) được phát hiện rất nhiều ở phía Nam Sản phẩm của nhà máyÐạm Phú Mỹ hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trên thị trường trong nước,đặc biệt tại vựa lúa đồng bằng sông Cửu Long

Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp dồng EPCC (Chìakhóa trao tay) giữa Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầuTechnip/Samsung, hợp đồng chuyển giao công nghệ sản xuất Amôniắc vớiHaldoe Topsoe (công suất 1.350 tấn/ngày) và công nghệ sản xuất Urê vớiSnamprogetti (công suất 2.200 tấn/ngày)

• Khởi công xây dựng nhà máy:03/2001

• Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003

• Ngày ra sản phẩm amonia đầu tiên: 04/2004

• Ngày ra sản phẩm ure đầu tiên: 04/06/04

• Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004

• Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004

1.2 CÁC PHÂN XƯỞNG CHÍNH CỦA NHÀ MÁY:

1.2.1 Phân xưởng tổng hợp Amôniắc

Có chức năng tổng hợp Amôniắc và sản xuất CO2 từ khí thiênnhiên và hơi nước Sau khi tổng hợp, Amôniắc và CO2 sẽ được chuyển sangphân xưởng urê

1.2.2 Phân xưởng tổng hợp urê

Có chức năng tổng hợp Amôniắc và CO2 thành dung dịch urê.Dung dịch urê sau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạohạt Quá trình tạo hạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiêntrong tháp tạo hạt cao 105m Phân xưởng urê có thể đạt công suất tối đa

Hình 1.1: Xưởng sản xuất Amoni

Hình 1.2: Xưởng sản xuất URÊ

1.2.4 Xưởng sản phẩm

Sau khi được tổng hợp, hạt urê được lưu trữ trong kho chứa urêrời Kho urê rời có diện tích 36.000m2, có thể chứa tối đa 150.000 tấn Trongkho có hệ thống điều hoà không khí luôn giữ cho độ ẩm không vượt quá 70%,đảm bảo urê không bị đóng bánh Ngoài ra, còn có kho đóng bao urê, sức

chứa 10.000 tấn, có 6 chuyền đóng bao, công suất 40 tấn/giờ/chuyền

XÂY DỰNG NHÀ MÁY

Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ được xây dựng trong khucông nghiệp Phú Mỹ I huyện Tân Thành tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu với diện tíchquy hoạch 63 ha

1.4 SƠ ĐỒ TỔ CHỨC, BỐ TRÍ NHÂN SỰ

Hình 1.3: Xưởng Phụ Trợ

Hình 1.4: Xưởng Sản Phẩm

CÁC CHI NHÁNH

PHÒNG

TỔ CHỨC NHÂN SỰ TIỀN LÝÕNG

PHÒNG TÀI CHÍNH

KẾ TOÁN

PHÓ TGĐ THƯƠNG MẠI

PHÒNG THƯƠNG MẠI VẬT TÝ

PHÒNG XUẤT NHẬP KHẨU

KẾ HOẠCH

GIÁM ĐỐC NHÀ MÁY

NHÀ MÁY ĐẠM

1.5.1 Các tiêu chuẩn áp dụng trong phòng cháy và chống cháy

• TCVN-2622(1995): Phòng cháy và chống cháy cho nhà và công trình-Yêucầu chung

• TCVN-3254(1989):An toàn cháy- Yêu cầu chung

• TCVN-3255(1986):An toàn nổ -Yêu cầu chung

• TCVN-5760(1993):Hệ thống chữa cháy –Yêu cầu chung cho thiết kế, lắp đặt

sử dụng

Hình 1.5: Địa điểm xây dựng-Mặt Bằng Nhà máy

• TCVN-6101(1996):Thiết bị chữa cháy-Yêu cầu về thiết kế và lắp đặt hệ thống

NFPA10(1998): Bình chữa cháy mang vác được

NFPA12(2000): Hệ thống chữa cháy bằng CO2

NFPA13(1999): Quy trình lắp đặt hệ thống sprinkle.

Hiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia Mỹ (NFPA)

NFPS 10 (1998) Bình chữa cháy mang vác được

NFPA 12 (2000) Hệ thống chữa cháy bằng CO2.

NFPA 13 (1999) Quy trình lắp đặt hệ thống sprinkle

NFPA 15 (1996) Hệ thống phun nước cố định

NFPA 20 (1999) Quy trình lắp đặt bơm ly tâm chữa cháy

NFPA 2001 (2000) Hệ thống chữa cháy bằng các chất sạch

NFPA 72 (1999) Nguyên tắc tác động hỏa hoạn

1.5.2 Các chất có thể gây cháy nổ

Hợp chất

hóa học

Cấp độcháy nổ(NFPA)

Giới hạncháy nổ(C)(khí)

Nhiêt độbốc cháy(C )(khí)

Điểmbốc cháy(C)(lỏng)

Phươngpháp cứuhỏa(NFPA)

Phươngpháp cứuhỏa(NFPA)

-CÁC CẤP ĐỘ CHÁY NỔ :

• Cấp 1: Gồm các chất cần phải được đốt nóng trước khi có thể cháy

Phương pháp chữa cháy: Sử dụng nước dưới dạng sương

• Cấp 2: Gồm các chất cần phải được gia nhiệt sơ bộ trước khi có thể cháy

Phương pháp chữa cháy: dùng vòi phun nước

• Cấp 3: Gồm các chất khí dễ cháy, chất lỏng tự bốc cháy

Phương pháp chữa cháy: ngăn chặn dòng chảy hoặc ngănkhông cho tiếp xúc với không khí

1.5.3 Hệ thống phòng cháy chữa cháy

Hệ thống nước chữa cháy Bồn chứa nước lấy từ nước máy thànhphố từ ngoài hàng rào Thể tích nước dành riêng cho PCCC là 6000 m3 Dựatrên yêu cầu công suất nước tối đa dùng để chữa cháy là 900 m3/h thì sẽ đápứng được hơn 6 giờ

Có ba bơm nước chữa cháy li tâm chính 30 P4001 A/B/C Mộtbơm dùng động cơ điện, hai bơm sử dụng động cơ diezen Công suất 500

m3/h Áp suất xả của bơm là 9 bar

Đường ống nước chữa cháy được đặt theo kiểu một vòng kín, vớicác van cách ly được đặt tại các vị trí chiến lược cứu hỏa

• Các hệ thống dập lửa kiểu xả khí tràn

• Các hệ thống dập lửa kiểu xả khí tràn khí CO2

• Lắp đặt để bảo vệ các trạm điện

• Thiết kế và lắp đặt theo tiêu chuẩn NFPA12 và ISO – 6183

Được kích hoạt tự động bởi các thiết bị dò khói gắn với bảngđiều khiển chữa cháy nội bộ

Bảng1.2 : Các Chất có thể gây cháy nổ trong nhà máy

Các hệ thống dập lửa kiểu xả khí tràn bằng hoạt chất sạch(FM200) Được thiết kế theo tiêu chuẩn NFPA std.2001 Kích hoạt tự độngnhờ các thiết bị dò liên quan.

• Bảng báo lửa và khí chính trung tâm (CMFGAP)

Được lắp đặt nhằm mục đính hiển thị hệ thống lửa và khí cũngnhư khởi động các hệ thống thiết bị liên quan

1.5.5 Giám sát và kiểm tra các thiết bị phòng cháy chữa cháy

Việc giám sát kiểm tra, bảo dưỡng các thiết bị PCCC theo định

kỳ sẽ được tiến hành bởi chủ đầu tư trong suốt quá trình vận hành của nhàmáy để đảm bảo hệ thống phòng cháy chữa cháy hoạt động tốt

1.6 XỬ LÝ NƯỚC THẢI, VỆ SINH CÔNG NGHIỆP

Hệ thống nước trong nhà máy sau khi sử dụng cần được sử lýtrước khi thải ra hệ thống thoát nước khu công nghiệp bao gồm nước chảytràn cho sự cố, nước mưa và khu vực có dầu, nước chữa cháy, nước thải vệsinh

Hệ thống này được thiết kế ba cụm:

+ Cụm xử lý nước nhiễm dầu gồm bể tách sơ cấp, bể bơm tràn,

bể chứa tạm có dung tích chưa được lượng hóa tối đa chảy từ khu vực nhàmáy trong vòng 20 phút

+ Cụm xử lý nước thải vệ sinh gồm hố thu, bể sục khí

+ Cụm xử lý nước thải nhiễm Amoniac trong quá trình sản xuấturê

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ URÊ

2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

Urê được Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiểu vào năm 1773 vàđược Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate(NH4)2SO4 và potassium cyanate KOCN vào năm 1828 Đây là quá trình tổnghợp lần đầu một hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết đượcmột vấn đề quan trọng của một học thuyết sức sống

Năm 1870, urê đã được sản xuất bằng cách đốt nóng cácbamat amôntrong một ống bịt kín Điều này là nền tảng cho công nghệ sản xuất urê côngnghiệp 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 trênthế 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 nănglượng cho một tấn sản phẩm urê rất thấp

2.2 TÍNH CHẤT

2.2.1 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 vớitên gọi là carbamide , carbonyl diamide Urê có màu trắng, dễ hòa tan trongnước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê

có độ tinh khiết cao đều có mùi khai

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

Urê thường bị hút ẩm do hàm ẩm trong không khí cao, đặc biệtvào ngày hè, tiết trời ẩm thấp Để hạn chế việc hút ẩm, urê thường được đóngtrong các bao PP, PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp.

Qua nghiên cứu và thực tế, người ta đã xác định các nguyên nhânchủ 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 tạo cho cáchạt 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 sốbiện pháp sau:

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

• Sử dụng bột trợ dung đưa vào dung dịch urê trước khi tạo hạt, tăng cường lực

cơ giới của hạt và hạn chế hút ẩm

• Tiêm fomanđêhyt hoặc urê fomanđêhyt vào dòng dung dịch urê trước hoặcsau hệ thống cô đặc

• Tạo urê hạt to trên một hệ thống tạo hạt tầng sôi thùng quay, làm giảm bề mặtriêng tiếp xúc không khí của hạt urê, độ bền vững cơ giới cao

2.2.2 Tính chất hóa học

Hòa tan trong nước, nó thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamatamôn (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 tiếpcacbamat amôn NH2COONH4 ở mức áp suất và nhiệt độ nâng Người ta thuđược cacbamat amôn bằng cách cho phản ứng trực tiếp NH3 với CO2 Haiphản 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 phânhủy 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 sảnphẩm 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 cácacid Cùng với acid nitric nó tạo ra nitrat urê CO(NH2)2.HNO3 và phân hủy nổkhi 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 urêcứng được đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac ở mức nhiệt độ nâng vàtăng khoảng vài trăm kPa (vài at.) thì nó sẽ thăng hoa hoàn toàn và phân hủytừng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn Urê cứng hòa tan trong

NH3 lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn địnhCO(NH2)2NH3 phân hủy ở 450C Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chấtkim loại kiềm như NH2COHNM hoặc CO(NHM)2 Việc chuyển hóa urê thànhbiuret được xúc tiến ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và gia nhiệt kéodài 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 natriNaOH, sẽ tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt Hydroxid natri xúc tiếnlàm thay đổi urê sang dạng imit (6)

Sau đó phản ứng với nitrat bạc Các tác nhân oxi hóa với sự có mặtcủa natri hydroxidsẽ chuyển hóa urê thành nitơ và dioxid cacbon Chất sautức 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 acidcacbamicthường được gọi là urêthan:

Urê phản ứng với foocmandêhyd và tạo thành các hợp chất nhưmonomethylolurea công thức: NH2CONHCH2OH, dimethylolureaHOCH2NHCONHCH2OH và các hợp chất khác phụ thuộc vào tỷ lệ mol củafomanđêhyt đối với urê và dựa vào độ pH của dung dịch Peroxyd hydro vàurê 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 tácnhân oxi hóa Urê và acid malonic phản ứng cho ra đời chất acid barbituric(7), một hợp chất chủ yếu trong ngành hóa dược

2.3 ỨNG DỤNG

2.3.1 Trong công nghiệp

Urê được dùng làm phân bón, kích thích sinh trưởng, giúp cây pháttriển mạnh, thích hợp với ruộng nước, cây , rau xanh, lúa… Urê cứng có chứa0,8 đến 2,0% trọng lượng biuret ban đầu được bón trực tiếp cho đất dưới dạngnitơ 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 loạiphân 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 hàmlượng nitơ cao nhưng điểm kết tinh lại thấp phù hợp cho việc vận chuyển lưuthông 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 nguồnđạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng

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

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

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 sươngmuối 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 tănghương vị

Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xínghiệp 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 vànước thơm

Nó cũng được sử dụng như là chất phản ứng trong một số gạc lạnh sửdụng để sơ cứu, do phản ứng thu nhiệt tạo ra khi trộn nó với nước

2.3.2 Sử dụng trong phòng thí nghiệm

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

Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn máu ác tính (ví dụ

Đặc tính này của cathrat urê được áp dụng thông thường trong ngànhlọc dầu để sản xuất nhiên liệu dùng trong ngành hàng không (xem Aviationand other gas-turbin Fuels)và dùng để khử xáp các loại dầu bôi trơn (xemPetroleum Refinery Processes) Các chất cathrat dễ vỡ khi ta đem hòa tan urêtrong nước hay trong rượu

2.4 Những nét nổi bật về phân urê

Trong số các sản phẩm hoá học được sử dụng phổ biến làm nguồncung cấp phân đạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), NitratAmmonium (NH4NO3), urê… thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặctính vượt trội của nó về mọi phương diện

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

Tiêu thụ

2.4.1 Ưu điểm của Urê

Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏngtưới 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 chongười sử dụng và môi trường chung quanh (Nitrat Ammonium rất dễ gâycháy nổ)

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

2.4.2 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 bằngcách 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 trộnvào đất trong giai đoạn chuẩn bị đất trồng, pha với nước trong hệ thống tướitiêu hoặc tưới nước ngay sau khi bón với lượng nước tương đương một trậnmưa khoảng 6,5mm nước đủ để hòa tan urê và đưa chúng ngấm xuống đếnvùng 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 thấtthoát 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 khibón 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

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

Trong quá trình phát triển của cây từ nảy mầm, đâm chồi đến sinhtrưởng 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 3nhóm 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, nhiềucành, thân chắc khoẻ…Urê chứa hàm lượng đạm cao nhất (46-48%) và lẫn íttạp chất nên được lựa chọn và sử dụng

2.5 Thị trường Urê trên thế giới và Việt Nam

2.5.1 Nhu cầu và khả năng đáp ứng phân urê tại Việt Nam

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, nhu cầu urê năm 2006

cả nước cần 1.800.000 tấn Trong nước sản xuất đáp ứng hơn 45%, sản lượngước đạt 830.000 tấn, tăng 2,7% so với năm 2005, nhập khẩu dự tính khoảng1.000.000 tấn, giảm 6% so với năm 2005 Dự báo năm 2007, nhu cầu phânbón các loại khoảng 7,05 triệu tấn Trong đó, urê khoảng 1,8 triệu tấn Sảnxuất trong nước khoảng 4,7 triệu tấn, nhập khẩu 3,5 triệu tấn

Năm 2007, kế hoạch sản xuất của 2 nhà máy phân đạm Phú Mỹ và

Hà Bắc khoảng 900.000 tấn, tăng 8,4% so với 2006, nhập khẩu khoảng900.000 tấn, giảm 10% so với 2006 Để bình ổn thị trường phân urê năm

2007, Bộ cũng đưa ra một số giải pháp đối với 2 nhà máy sản xuất phân urêtrong nước phải đảm bảo kế hoạch sản xuất năm 2007, đáp ứng kịp thời nhu

cầu phân bón cho sản xuất nông nghiệp theo từng mùa vụ Bộ Thương mại,Hiệp hội Phân bón Việt Nam phối hợp chặt chẽ với Bộ NN&PTNT về thôngtin thị trường, dự báo giá cả phân bón thế giới và trong nước, dự báo giá phânbón thế giới từng thời kỳ để có kế hoạch định hướng cho các doanh nghiệpnhập khẩu, đảm bảo cho các doanh nghiệp nhập khẩu, đảm bảo cung cầu cho

cả nước Hiệp hội Phân bón Việt Nam, các doanh nghiệp nhập khẩu cần liênkết công khai với nhau lượng tồn kho trước mỗi mùa vụ, nắm chắc thông tinthị trường để cân đối và phân chia số lượng urê nhập khẩu để tránh rủi ro vàgóp phần bình ổn giá urê khi vào vụ

Trong vài năm tới, nhà máy Đạm Cà Mau sẽ đi vào hoạt động vớicông suất 2350 tấn/ngày sẽ cung cấp cho thị trường 800.000tấn urê/năm

Đến năm 2011 có thêm nhà máy Đạm Ninh Bình công suất 560.000tấn urê/năm Như vậy cả nước sẽ có 4 nhà máy Đạm cung cấp trên 2 triệu tấnurê/năm đủ đáp ứng nhu cầu urê trong nước

2.5.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ urê trên thế giới

Tổng tiêu thụ phân bón thế giới năm 2005 tăng 3,9% so với năm

2004, vào năm 2006 tiêu thụ tương đối ổn định (-0,2%) so với năm 2005 Nhucầu N tăng 1,1% trong khi tiêu thụ P và K giảm tương ứng là 1,3 và 3,2%

Ở tầm khu vực, nhu cầu tiêu thụ rất khác nhau nhưng nhìn chung pháttriển tương đối ổn định do có trợ giá phân bón nên giảm tác động của việctăng giá phân bón trong khi giá mặt hàng nông nghiệp lại thấp

Bảng 2.4: Tiêu thụ phân bón toàn cầu, 2004/05 đến 2007/08

(Triệu tấn phân bón và tỷ lệ thay đổi hàng năm)

Kế hoạch đến 2008 cho thấy sự tăng chậm về nhu cầu phân bón Tổngtiêu thụ được tiên đoán tăng 3,0% tương ứng 164,7 triệu tấn trong đó nhu cầu

K (+4,1%) cao hơn P (+3,3%) và N (+2,6%) Hầu như nhu cầu tăng lại chỉxảy ra tại Nam Á và Đông Á

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ

3.1 LÝ THUYẾT TỔNG HỢP VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP

Các phản ứng xảy ra như sau:

2NH3+CO2 ↔ NH2COONH4 + 32560 kcal/kmol cácbamát(Ở 1.033 kg/cm2, 25OC) [1]

NH2-COO-NH4 ↔ NH2-CO-NH2+H2O - 4200kcal/kmol urê (Ở 1.033 kg/cm2, 25OC) [2]

Ở điều kiện phản ứng (T=188-190oC, P=152-157 barg), phản ứngthứ nhất xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn, phản ứng thứ hai xảy ra chậm vàquyết định vận tốc phản ứng

Phần amônium cácbamát tách nước được xác định bằng tỉ lệ cácchất phản ứng khác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tổnghợp

Phản ứng thứ nhất tỏa nhiệt mạnh liệt trong khi đó phản ứng thứ hai thu nhiệtyếu và xảy ra trong pha lỏng ở tốc độ chậm

Sau hệ thống tổng hợp urê, quá trình phân huỷ (và thu hồi có liênquan) không thay đổi thành phần phản ứng được thực hiện ba bước sau:

Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng [1]

NH2-COO-NH4 ↔ 2 NH3 + CO2 (- nhiệt)Phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp và/hoặc tăng nhiệt

2 đến 0.5, sản phẩm urê sẽ thay đổi chỉ từ khoảng 40% đến khoảng 45%.

Vì vậy ảnh hưởng của CO2 là rất nhỏ so với NH3 Hơn thế nữa,dưới điều kiện giàu CO2, dung dịch sẽ trở nên ăn mòn nhiều hơn và vận hành

có vấn đề liên quan đến kết tinh là quá quan trọng

Nói chung, hầu hết tất cả các nhà máy urê được vận hành dưới tỷ lệ NH3/CO2

trong khoảng giữa 2.5 và 5.0

Hình 3.1: Ảnh hưởng tỷ lệ NH3/CO2 lên tốc độ tạo thành

27

3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ H 2 O/CO 2

Từ phản ứng thứ hai, rõ ràng rằng lượng nước dư trong dungdịch phản ứng làm cản trở sự hình thành urê từ cácbamát Nhưng nếu hàmlượng nước quá thấp thì nồng độ cácbamát trở nên cao cùng với vấn đề nghẽnđường ống

Do đó, thông thường thì tỉ lệ mole H2O/CO2 là 0.4-1 trong cácnhà máy công nghiệp

3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất

Mối liên hệ giữa độ chuyển hóa cân bằng và nhiệt độ vận hànhđược đưa ra bởi Fréjacques và những người cộng sự như sau: độ chuyển hóatăng tỉ lệ với sự tăng nhiệt độ, nhưng Otsuka và những người cộng sự đã báocáo rằng độ chuyển hóa cân bằng tối đa tồn tại xung quanh 196-200oC

Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng [1]

NH2-COO-NH4 ↔ 2 NH3 + CO2 (- nhiệt)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 tiếnbằng cách giảm áp suất và/hoặc cung cấp nhiệt

Hình 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ và áp suất vào độ chuyển hóa khi tỉ lệ NH 3 /CO 2 = 4

cả các giai đoạn của quá trình sản xuất urê và chủ yếu được tạo thành ở hệthống phân hủy thấp áp và nhiệt độ cao Nhìn chung, sự tạo thành biuret tănglên nhanh chóng khi nhiệt độ vượt quá 110oC do đó cần phải giữ nhiệt độ/ápsuất và thời gian lưu của mức urê lỏng ở giá trị bình thường trong các bìnhchứa ở mỗi giai đoạn phân hủy đặc biệt là trong bình chứa của thiết bị táchchân không.

3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT URÊ TRÊN THẾ GIỚI

Các phương pháp sản xuất urê từ khí thiên nhiên được sử dụnghiện nay trên thế giới, căn cứ vào khả năng thu hồi vật liệu thô, đã phát triểnthành ba công nghệ chính như sau:

Công nghệ không thu hồi (Once-through process): CO2 và NH3

ra khỏi khu vực tổng hợp (quá trình stripping cacbamat được xem là một phầnkhu vực tổng hợp) được mang đến các phân xưởng khác NH3 sẽ được trunghòa với các axit (như axit nitric) để sản xuất các loại phân bón như làammonium sulphat và ammonium nitrat

Công nghệ thu hồi một phần (Partial recycle process): CO2 và

NH3 được tách một phần khỏi lưu chất phản ứng trong công đoạn phân hủy,sau đó được thu hồi trong một thiết bị hấp thụ, phần còn lại được mang đếncác phân xưởng khác giống như công nghệ không thu hồi

Công nghệ thu hồi hoàn toàn (Total recycle process): CO2 và

NH3 được tách hoàn toàn trong các thiết bị phân hủy nhiều giai đoạn và đượcthu hồi đến thiết bị phản 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 chứaNitơ tạo thành và việc sản xuất 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 cacbamat được thực hiện bằng việc kết hợp gianhiệt, giảm áp và quá trình stripping (quá trình này làm giảm áp suất riêng củamột hoặc nhiều thành phần) Các công nghệ xuyên suốt hoặc thu hồi mộtphần thường đòi hỏi chi phí đầu tư thấp hơn, cũng như chi phí vận hành thấphơn nhưng độ tin cây giảm (do sự phụ thuộc lẫn nhau của phân xưởng urê vàcác phân xưởng khác), tính linh hoạt giảm (do tỷ lệ các sản phẩm phụ) và khóđồng bộ giữa 2 phân xưởng Dịch urê thu được sau công đoạn phân hủythường đạt nồng độ 65-77% Dịch này có thể được sử dụng để sản xuất cácloại phân bón chứa Nitơ hoặc chúng được cô đặc để sản xuất urê

3.2.1 Công nghệ Urê không thu hồi

Cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và khí

CO2 bằng cách gia nhiệt hỗn hợp dòng công nghê ở điều kiện thấp áp Khí

NH3 và CO2 thoát khỏi dịch urê và được sử dụng để sản xuất các muối amônbằng cách hấp thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric Một nhà máynhư thế này sẽ có chi phí đầu tư tương đối thấp, nhưng có lượng khí thảitương đối lớn

Do nhu cầu về urê cấp phân bón tinh khiết ngày càng tăng, nêncác nhà máy đi theo công nghệ không thu hồi ít có tính hấp dẫn, bởi vì nó sảnxuất ra quá nhiều muối amôn với mức tuần hoàn nhỏ

3.2.2 Công nghệ tuần hoàn dung dịch

Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng công nghệ của tháp tổng hợptrong các công đoạn phân hủy ở các áp suất khác nhau ( cao áp, trung áp vàtháp áp) được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trở lại cho tháp tổnghợp dung dịch cacbamat amôn lỏng có chứa Amoniac Hầu như toàn bộ gầnmột nửa công suất urê của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này

3.2.3 Công nghệ 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 (nạpnguyên cộng với tuần hoàn) Theo báo cáo người ta đã thu được hiệu suấtchuyển hóa cacbamat thành urê của mỗi chu trình tương đối cao

Cacbamat chưa chuyển hóa và NH3 dư được thu hồi trong dòngthải của tháp tổng hợp trước tiên là tháp phân hủy cao áp đốt nóng bằng hơitrung áp , với áp suất phân huỷ khoảng 17 MPa (xấp xỉ 168 at) và nhiệt độkhoảng 1550C, sau đó chuyển sang tháp phân hủy thấp áp gia nhiệt bằng hơithấp 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 dịchlỏng được bơm lên cho tháp hấp thụ cao áp để hấp thụ khí của thiết bị phânhủy cao áp Amoniac dư chưa hấp thụ của tháp hấp thụ cao áp được ngưng tụtrong tháp ngưng tụ NH3 bởi vì dịch cacbamat cô đặc được thu hồi trong tháphấp thụ cao áp

Phương pháp kết tinh trung gian cho phép sản xuất được urê cóhàm lượng biuret ở mức dưới 0,5% trọng lượng phù hợp cho mục đích thươngphẩm và sử dụng, Nhiệt toả ra trong quá trình tuần hoàn ngưng tụ carbamateđược tận dụng cấp nhiệt cho quá trình bay hơi nước và amonia trong thiết bịtiền cô đặc chân không

Tháp tổng hợp được lót một lớp hợp kim đặc biệt đểchống ăn mòn Các chi tiết khác 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 dịch ure Nếu

nồng độ cacbamat và nhiệt độ quá trình cao hơn thì cần phải có thiết bị

khả năng chống ăn mòn cho thiết bị bằng thép không rỉ

Trong nhiều năm qua người ta đã tiến hành các bước cảitiến công nghệ (19-24) Hiện nay có nhiều nhà máy urê công suất đến

1800 tấn/ngày đang sử dụng công nghệ này

32

Hình 3.3 : Công nghệ cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu

3.2.4 Công nghệ Montedision

Tháp tổng hợp làm việc ở mức áp suất từ 20-22 MPa (khoảng 192-217at) tỷ lệ mol NH3/CO2 khoảng 3,5:1 (nạp nguyên cộng tuần hoàn) Mức chuyển hóacacbamat thành urê cho mỗi hành trình theo báo cáo đạt 62-63% Áp suất dòng thảicủa tháp tổng hợp được giảm xuống vào khoảng 7,5 MPa (74 at) và hơi nước đượcđốt nóng để thu hồi NH3 và CO2 chưa chuyển hóa trong dịch urê NH3 và CO2 dưđược thu hồi trong hai thiết bị phân hủy áp lực nối tiếp vận hành với áp suất 1,2Mpa (khoảng 12 at) và 200 kPa (2 at)

Dịch urê loãng 75% trọng lượng của tháp phân hủy cacbamat thứ bađược cô đặc thành urê nóng chảy 99,5 % trọng lượng trong hệ thống bốc hơi chânkhông hai cấp vận hành ở mức áp suất khoảng 29 kPa (0,29ata) và 3,4 kPa (0,034ata ) Khí của thiết bị phân hủy cacbamat thứ ba được ngưng tụ trong tháp hấp thụlàm lạnh bằng nước thứ ba và sau đó được bơm vào cho tháp hấp thụ thứ hai đểhấp thụ khí của tháp phân hủy cacbamat thứ hai

Dịch cacbamat loãng của tháp hấp thụ thứ hai được bơm vào tháp hấpthụ thứ nhất để phục vụ mục đích hấp thụ Nhiệt tỏa ra của quá trình hình thànhcacbamat được sử dụng để sản xuất hơi thấp áp trong tháp hấp thụ thứ nhất với ápsuất khoảng 300 kPa (3 at) để xuất ra ngoài nhà máy Tháp tổng hợp được lót mộtlớp bằng thép 316L không khí được phun vào để thụ động hóa

Mới gần đây đã có thông báo nói về một quá trình cải tiến dựa trêncông nghệ tuần hoàn kép đẳng áp (IDR) (25) Dòng công nghệ ra khỏi tháp tổnghợp đầu tiên được stripping cùng với khí NH3 sau đó với CO2 tất cả đều vận hànhtheo áp suất của tháp tổng hợp khoảng 18-21 MPa (khoảng 180-210 at) Theo báocáo đã giảm được đáng kể mức tiêu hao hơi nước công nghệ

3.2.5 Công nghệ stripping khí cao áp.

Công nghệ này được phát triển và đưa vào áp dụng thương mại hóa từnhững năm 1960 Công nghệ dựa vào nguyên lý stripping khí CO2 cao áp theo ápsuất của tháp tổng hợp và nhiệt độ cũng tương đối cao Cacbamamat chưa chyểnhóa được phân hủy thành NH3 và CO2 bằng dòng khí CO2 khí đi qua dịch thải củatháp tổng hợp NH3 và CO2 dư trong sản phẩm được thu hồi thấp áp bằng phươngpháp đốt nóng cacbamat áp suất thấp quy ước

Trong quá trình phát triển sau này, tháp tổng hợp Amoniac cao ápđược nạp liệu tác nhân stripping cho cacbamat bằng áp suất của tháp

Ngược lại với quá trình tuần hoàn dịch công nghệ stripping về mặtnguyên thủy cần phải có một cấu trúc cao thích nghi với các thiết bị như tháp tổnghợp, tháp stripper và thiết bị ngưng tụ Các thiết bị này phải được định vị trongphạm vi cấu trúc cao vừa đủ để đảm bảo dòng cacbamat tuần hoàn bằng trọng lựctới được cho tháp tổng hợp Song gần đây người ta đã cải tiến phát triển một thiết

bị phun trộn để tuần hoàn cacbamat, nó đã giảm được đáng kể không cần đến cáccấu trúc cao cồng kềnh như kể trên

Vì tính hiệu quả về mặt năng lượng của nó, nên sản phẩm đi theocông nghệ stripping chiếm khoảng một nửa sản phẩm urê của thế giới

3.2.6 Công nghệ stripping CO 2 Stamircacbon

Tháp tổng hợp, tháp phân hủy cacbamat cao áp (stripper) và thiết bịngưng tụ cacbamat mỗi cái đều hoạt động ở áp suất khoảng 14 MPa (khoảng 140at), tỷ lệ mol NH3/CO2 là 2,8:1

Áp suất tháp tổng hợp được hiển thị thông qua tháp stripper trong đónhu cầu về tỷ lệ mol và áp suất thấp để tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình phân