QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

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

MỤC LỤC

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ URÊ 11

2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN 12

2.2.1 Tính chất vật lý 12

2.2.2 Tính chất hóa học 14

2.3 ỨNG DỤNG 17

2.3.1 Trong công nghiệp 17

2.3.2 Sử dụng trong phòng thí nghiệm 18

2.3.3 Sử dụng y học 18

2.3.4 Sử dụng trong chẩn đoán khác 19

2.3.5 Cathrat (Hợp chất mắt lưới) 19

2.4 Những nét nổi bật về phân urê 19

2.4.1 Ưu điểm của Urê 20

2.4.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất 20

2.4.3 Tại sao phân đạm lại cần thiết cho cây trồng? 22

2.5 Thị trường Urê trên thế giới và Việt Nam 22

2.5.1 Nhu cầu và khả năng đáp ứng phân urê tại Việt Nam 22

2.5.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ urê trên thế giới 23

CHƯƠNG 3 25

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ 25

3.1 LÝ THUYẾT TỔNG HỢP VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP 26

3.1.1 Lý thuyết tổng hợp urê 26

3.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ NH3/CO2 27

3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ H2O/CO2 28

3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất 29

3.1.4 Sự hình thành biuret 30

3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT URÊ TRÊN THẾ GIỚI 30

3.2.1 Công nghệ Urê không thu hồi 31

3.2.2 Công nghệ tuần hoàn dung dịch 32

3.2.3 Công nghệ C cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu 32

3.2.4 Công nghệ Montedision 35

3.2.5 Công nghệ stripping khí cao áp 35

3.2.6 Công nghệ stripping CO2 Stamircacbon 36

3.3 QUY TRÌNH SẢN XUẤT URÊ – XƯỞNG URÊ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ 41

3.3.1 Công đoạn nén CO2 42

3.3.2 Tổng hợp urê và thu hồi NH3 - CO2 cao áp: 43

3.3.3 Phân hủy cacbanmate và thu hồi NH3 - CO2 trung & thấp áp 45

3.3.3 Cô đặc: 50

51

3.3.4 Tạo hạt urê 51

3.3 5 Xử lý nước thải: 52

3.4 CÁC SỰ CỐ XƯỞNG URE và QUI TRÌNH PHÒNG CHỐNG SỰ CỐ 52

3.4.1 Các sự cố xưởng urê 52

3.4.2 Quy trình phòng chống sự cố: 54

CHƯƠNG 4: CÁC CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH 64

XƯỞNG URÊ 64

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 Hoáchất Dầu khí, được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh

Bà Rịa-Vũng Tàu Nhà máy có vốn đầu tư 450 triệu USD, có diện tích 63ha,

là nhà máy đạm đầu tiên trong nước được xây dựng theo dây chuyền côngnghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một trong những nhà máy hoá chất có dâychuyền công nghệ và tự động hoá tân tiến nhất ở nước ta hiện nay Cung cấp40% nhu cầu phân urê trong nước, Ðạm Phú Mỹ có vai trò rất lớn trong việc

tự chủ nguồn phân bón trong một nước nông nghiệp như Việt Nam Trướcđây, số ngoại tệ phải bỏ ra để nhập phân bón từ nước ngoài về là rất lớn trongkhi nguyên liệu để sản xuất phân Urê là nguồn khí đồng hành (AssociatedGas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên (NaturalGas) được phát hiện rất nhiều ở phía Nam Sản phẩm của nhà máy Ðạm Phú

Mỹ hiện đang được tiêu thụ rộng khắp trên thị trường trong nước, đặc biệt tạivựa lúa đồng bằng sông Cửu Long

Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp dồng EPCC (Chìa khóatrao 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)

• 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 thiên nhiên

và hơi nước Sau khi tổng hợp, Amôniắc và CO2 sẽ được chuyển sang phânxưởng urê

1.2.2 Phân xưởng tổng hợp urê

Có chức năng tổng hợp Amôniắc và CO2 thành dung dịch urê Dungdịch urê sau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt Quátrình tạo hạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo

hạt cao 105m Phân xưởng urê có thể đạt công suất tối đa 2.385tấn/ngày

Hình 1.1: Xưởng sản xuất Amoni

1.2.3 Phân xưởng phụ trợ

Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinhhoạt, cung cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn nhà máy, cónồi hơi nhiệt thừa, nồi hơi phụ trợ và 1 tuabin khí phát điện công suất 21

chứa Amôniắc dư và cấp Amôniắc cho phân xưởng urê khi công đoạn tổnghợp của xưởng Amôniắc ngừng máy

1.3 ĐỊA ĐIỂM, MẶT BẰNG XÂY DỰNG NHÀ MÁY

Nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ được xây dựng trong khu côngnghiệp Phú Mỹ I huyện Tân Thành tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu với diện tích quyhoạch 63 ha

Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy Đạm Phú Mỹ trong khu công nghiệp

Hình 1.4: Xưởng Sản Phẩm

1.4 SƠ ĐỒ TỔ CHỨC, BỐ TRÍ NHÂN SỰ

1.5 AN TOÀN LAO ĐỘNG

Do đặc thù nhà máy là nguy cơ cháy nổ cao nên vấn đề an toàn cháynổ được nhà máy rất quan tâm

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

trình-Yêu cầu 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 chothiết kế, lắp đặt sử dụng

• TCVN-6101(1996):Thiết bị chữa cháy-Yêu cầu về thiết kế và lắpđặt hệ thống CO2

• TCVN-6379(1998): Thiết bị chữa cháy-Yêu cầu kĩ thuật đối vớitrụ mức chữa cháy

CÁC CHI NHÁN H

PHÒNG

TỔ CHỨC NHÂN SỰ TIỀN LÝÕNG

PHÒNG TÀI CHÍNH

KẾ TOÁN

PHÓ TGĐ THƯƠNG MẠI

PHÒNG THƯƠN

G MẠI VẬT TÝ

PHÒNG XUẤT NHẬP KHẨU

PHÓ TGĐ ĐẦU TƯ

TÝ XÂY DỰNG

BAN QUẢN

LÝ ĐTXD

HỘI ĐỒNG THÀNH VIÊN

TỔNG GIÁM ĐỐC

GIÁM ĐỐC NHÀ MÁY

NHÀ MÁY ĐẠM Hình I.6: Địa điểm xây dựng-Mặt Bằng Nhà máy

Tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam phần III, chương 11- Chữa cháyHiệp hội phòng cháy chữa cháy quốc gia Mỹ(NFPA):

• 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 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 độ cháy nổ

(NFPA)

Giới hạncháy nổ

(C) (khí)

Nhiêt độ bốc cháy(C ) (khí)

Điểm bốc cháy(C) (lỏng)

Phương pháp cứuhỏa (NFPA)

Phương pháp cứuhỏa (NFPA)

• Cấp 1: Gồm các chất cần phải được đốt nóng trước khi có thểcháy.

Phương pháp chữa cháy: Sử dụng nước dưới dạng sương

• Cấp 2: Gồm các chất cần phải được gia nhiệt sơ bộ trước khi cóthể 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 ngăn khôngcho 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 thành phố

từ ngoài hàng rào Thể tích nước dành riêng cho PCCC là 6000 m3 Dựa trênyêu cầu công suất nước tối đa dùng để chữa cháy là 900 m3/h thì sẽ đáp ứngđược hơn 6 giờ

Có ba bơm nước chữa cháy li tâm chính 30 P4001 A/B/C Một bơmdùng động cơ điện, hai bơm sử dụng động cơ diezen Công suất 500 m3/h Ápsuất xả của bơm là 9 bar

Đường ống nước chữa cháy được đặt theo kiểu một vòng kín, với cácvan 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 bảng điềukhiển chữa cháy nội bộ

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 động nhờ cácthiết bị dò liên quan

Được phân nhóm theo từng cụm công nghệ hoặc theo các khu vực địa

lý và tín hiệu được nối tới CMFGAP trong phòng điều khiển

Được thiết kế và lắp đặt với khả năng theo dõi tự động và liên tục về

sự hiện diện của khí độc và dễ cháy trong các khu vực được xác định

1.5.4.6 Hệ thống phát hiện lửa và khí gồm

CO2

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

Được lắp đặt nhằm mục đính hiển thị hệ thống lửa và khí cũng nhưkhởi 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 sẽđược tiến hành bởi chủ đầu tư trong suốt quá trình vận hành của nhà máy đểđảm 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 lý trướckhi thải ra hệ thống thoát nước khu công nghiệp bao gồm nước chảy tràn cho

sự cố, nước mưa và khu vực có dầu, nước chữa cháy, nước thải vệ sinh

Hệ thống này được thiết kế ba cụm

Cụm xử lý nước nhiễm dầu gồm bể tách sơ cấp, bể bơm tràn, bể chứatạm có dung tích chưa được lượng hóa tối đa chảy từ khu vực nhà máy trongvòng 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 xuất urê

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ URÊ

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

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 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 có mùi khai

Bảng 2.1: Thành phần đặc tính của urê

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 biệt vào ngày hè, tiết trời ẩm thấp Để hạn chế việc hút ẩm, urê thường được đóng

trong các bao PP, PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp.

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 vỡtạo cho các hạt urê có mối liên kết hàn bền vững do bụi và mảnh vỡ điền vàokhông gian giữa 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

• 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

trước hoặc sau hệ thống cô đặc

• Tạo urê hạt to trên một hệ thống tạo hạt tầng sôi thùng quay, làmgiảm bề mặt riêng 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 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 :

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 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 urê cứng được đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac 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 Urê cứng 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 kim loại kiềm như NH2COHNM hoặc CO(NHM)2 Việc chuyển hóa urê thành biuret được 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 fomanđêhyt 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

2.3 ỨNG DỤNG

2.3.1 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 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 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 vànước 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

2.3.2 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

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

2.3.4 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 - baogồm 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 để sản 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

2.4 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 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 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

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 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 với lượng 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 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

Ngày nay khoa học đang nghiên cứu sử dụng phân đạm dạng nhũ tương, tức là không tưới phân trên mặt như hiện nay nữa mà sẽ đưa xuống dưới phần gốc cây sau đó cây sẽ hấp thụ đạm một cách từ từ Cách làm này nếu thực hiện tốt sẽ là một bước tiến dài trong lĩnh vực nông nghiệp

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 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:

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)

(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

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 lượng ước đạt 830.000 tấn, tăng 2,7% so với năm 2005, nhập khẩu dự tính khoảng 1.000.000 tấn, giảm 6% so với năm 2005 Dự báo năm 2007, nhu cầu phân bón các loại khoảng 7,05 triệu tấn Trong đó, urê khoảng 1,8 triệu tấn Sản xuất 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 khoảng

900.000 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 urê trong 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 thông tin thị trường, dự báo giá cả phân bón thế giới và trong nước, dự báo giá phân bón thế giới từng thời kỳ để có kế hoạch định hướng cho các doanh nghiệp nhập 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 liên kết công khai với nhau lượng tồn kho trước mỗi mùa vụ, nắm chắc thông tin thị trường để cân đối và phân chia số lượng urê nhập khẩu để tránh rủi ro và góp phần bình ổn giá urê khi vào vụ

Trong vài năm tới, nhà máy Đạm Cà Mau sẽ đi vào hoạt động với công 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 560.000 tấn urê/năm Như vậy cả nước sẽ có 4 nhà máy Đạm cung cấp trên 2 triệu tấn urê/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 việc tăng 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 chỉ xảy ra tại Nam Á và Đông Á Ước tính giữa năm 2005 và 2007 gần 70% lượng nhu cầu phân bón thế giới tăng đến từ 2 khu vực này

Hình 2.1: Sự gia tăng nhu cầu phân bón trên thế giới giữa năm 2005 và năm

2007Việc tăng nhu cầu phân bón thế giới năm 2007 đã tác động tích cực đến việc cung cấp phân bón, đặc biệt là urê và các sản phẩm Nitơ khác Nhu cầu phân bón Phosphat và Kali không đổi trong khi thương mại thay đổi

Việc sản xuất NH3 trên thế giới trong năm 2006 ước tính khoảng 150 triệu tấn NH3 tăng 3% so với năm 2005 Năm 2007 cung cầu Nitơ thế giới sẽ

duy trì tương đối cân bằng Thị trường urê thế giới năm 2006 cho thấy sự tăngtrưởng hơn mong đợi với sự tăng giá cả, nhu cầu được duy trì tương đối liên tục, cung cấp vừa đủ Năm 2006, sản xuất urê của thế giới ước tính khoảng 133,5 triệu tấn Mặc dù Ả rập và Xê Út tăng thêm lượng cung nhưng việc bán urê nhìn chung vừa đủ do sự thiếu nguồn cung từ Trung Quốc và Indônêsia trên thị trường thế giới Trong năm 2006, Ấn Độ dẫn đầu về nhập khẩu urê tiếp đó là Pakistan, Bangladesh và Tây Âu Thêm vào đó là đã xuất hiện một

số loại phân bón N ngoài urê (Gần 6 triệu tấn trong năm 2006) Năng suất urê thế giới dự kiến sẽ tăng mạnh trong năm 2007 Thị trường urê sẽ còn vừa đủ đến nửa năm 2007 Với năng suất mới sẽ dẫn đến thặng dư urê trong nửa năm 2007 còn lại

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 (Ở1.033 kg/cm2, 25OC) [1]

NH2-COO-NH4 ↔ NH2-CO-NH2+H2O - 4200 kcal/kmol urê (Ở1.033 kg/cm2, 25OC) [2]

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

Phần amônium cácbamát tách nước được xác định bằng tỉ lệ các chấtphản ứng khác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tổng hợp 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, dướiđiều kiện giàu CO2, dung dịch sẽ trở nên ăn mòn nhiều hơn và vận hành cóvấn 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

3.1.2 Ảnh hưởng tỉ lệ H 2 O/CO 2

Từ phản ứng thứ hai, rõ ràng rằng lượng nước dư trong dung dịchphản ứng làm cản trở sự hình thành urê từ cácbamát Nhưng nếu hàm lượngnước 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 các nhàmáy công nghiệp

Hình 3.1: Ảnh hưởng tỷ lệ NH 3 /CO 2 lên tốc độ tạo thành urê

3.1.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất

Mối liên hệ giữa độ chuyển hóa cân bằng và nhiệt độ vận hành đượcđưa ra bởi Fréjacques và những người cộng sự như sau: độ chuyển hóa tăng tỉ

lệ với sự tăng nhiệt độ, nhưng Otsuka và những người cộng sự đã báo cáorằng 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 tiến bằng cách giảm áp suất và/hoặc cung cấp nhiệt

29 Hình 3.2: Ảnh hưởng nhiệt độ và áp suất vào độ chuyển

và thời gian lưu của mức urê lỏng ở giá trị bình thường trong các bình chứa ởmỗi giai đoạn phân hủy đặc biệt là trong bình chứa của thiết bị tách chânkhông.

3.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT URÊ TRÊN THẾ GIỚI

Các phương pháp sản xuất urê từ khí thiên nhiên được sử dụng hiệnnay trên thế giới, căn cứ vào khả năng thu hồi vật liệu thô, đã phát triển thành

ba công nghệ chính như sau:

Công nghệ không thu hồi (Once-through process): CO2 và NH3 rakhỏi 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 đóđược thu hồi trong một thiết bị hấp thụ, phần còn lại được mang đến các phânxưởng 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 được thuhồi đến thiết bị phản ứng

Ngày nay, chỉ có công nghệ thu hồi hoàn toàn được áp dụng Tổngchuyển hóa NH3 khoảng 99% Kết quả không có sản phẩm phụ chứa Nitơ tạothành và việc sản xuất urê chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp CO2 và NH3 từxưởng NH3 Tuy nhiên, công nghệ này cũng đắt nhất về chi phí đầu tư và vậnhành Việc phân hủy cacbamat được thực hiện bằng việc kết hợp gia nhiệt,giảm áp và quá trình stripping (quá trình này làm giảm áp suất riêng của mộthoặc nhiều thành phần) Các công nghệ xuyên suốt hoặc thu hồi một phầnthường đòi hỏi chi phí đầu tư thấp hơn, cũng như chi phí vận hành thấp hơnnhưng độ tin cây giảm (do sự phụ thuộc lẫn nhau của phân xưởng urê và cácphân 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 amôn bằngcách hấp thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric Một nhà máy nhưthế này sẽ có chi phí đầu tư tương đối thấp, nhưng có lượng khí thải tương đốilớn

Do nhu cầu về urê cấp phân bón tinh khiết ngày càng tăng, nên cácnhà 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 hợp trongcác công đoạn phân hủy ở các áp suất khác nhau ( cao áp, trung áp và thápáp) được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợpdung dịch cacbamat amôn lỏng có chứa Amoniac Hầu như toàn bộ gần mộtnửa công suất urê của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này

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

Tháp tổng hợp vận hành ở điều kiện áp suất khoảng 25MPa (246at) vàkhoảng 1950C với tỷ lệ mol toàn phần NH3:CO2 khoảng 4:1 (nạp nguyên cộngvới tuần hoàn) Theo báo cáo người ta đã thu được hiệu suất chuyển hóacacbamat thành urê của mỗi chu trình tương đối cao

Cacbamat chưa chuyển hóa và NH3 dư được thu hồi trong dòng thảicủa tháp tổng hợp trước tiên là tháp phân hủy cao áp đốt nóng bằng hơi trung

áp , với áp suất phân 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 lỏngđược bơm lên cho tháp hấp thụ cao áp để hấp thụ khí của thiết bị phân hủycao 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 có hàmlượng 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 carbamate được tậndụng cấp nhiệt cho quá trình bay hơi nước và amonia trong thiết bị tiền côđặc chân không

Tháp tổng hợp được lót một lớp hợp kim đặc biệt để chống ăn mòn.Các chi tiết khác của thiết bị trong dây chuyền được chế tạo bởi thép không rỉ316L, 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 caohơn thì cần phải có thiết bị bằng thép không rỉ 316L và 316SS còn ở nhữngnơi có nồng độ cacbamat và nhiệt độ làm việc thấp thì dùng thiết bị có vậtliệu 304L và 304SS

Không khí thụ động hóa được đưa vào trong thiết bị phân hủy cao áp

để tạo lớp ô-xit trên bề mặt bên trong thiết bị tăng cường khả năng chống ănmòn cho thiết bị bằng thép không rỉ

Trong nhiều năm qua người ta đã tiến hành các bước cải tiến côngnghệ (19-24) Hiện nay có nhiều nhà máy urê công suất đến 1800 tấn/ngàyđang sử dụng công nghệ này

33