Mô phỏng và tối ưu hóa quá trình sản xuất ammonium nitrate,

Còn về công nghiệp và quốc phòng, amoni nitrat được dùng như là thành phần chính của nhiều loại thuốc nổ như thuốc nổ ANFO hay thuốc nổ nhũ tương…, ngoài ra amoni nitrat còn được sử dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS VŨ ĐÌNH TIẾN

Hà Nội – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật “ Mô phỏng và tối ưu quá trình sản xuất Ammonium Nitrate” là công trình do chính tôi thực hiện dưới

sự hướng dẫn của TS Vũ Đình Tiến Các kết quả trình bày trong luận văn hoàn toàn chính xác, đáng tin cậy và chưa từng công bố trong các công trình khoa học nào

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2016

Học viên

Vũ Đình Phi

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS Vũ Đình Tiến đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo cũng như định hướng về mặt chuyên môn và tạo điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tập thể công ty TNHH Hóa chất công nghiệp Việt Hoa - đơn vị tôi đang công tác, đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn

Sau cùng, tôi xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè và các bạn sinh viên hóa dầu K55 đã luôn đồng hành, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2016

Học viên

Vũ Đình Phi

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ viii

LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AMONI NITRAT VÀ PHÂN BÓN CHỨA NITƠ 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ NH4NO3 1

1.1.1 Giới thiệu 1

1.1.2 Tính chất vật lý và tính chất hóa học của amoni nitrat 2

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN CHỨA NITƠ 13

1.2.1 Các loại phân amôn 14

1.2.2 Các loại phân nitrat 20

1.2.3 Các loại phân bón lỏng có chứa amôn 22

1.2.4 Các loại phân đạm hiệu quả chậm 23

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT AMONI NITRAT 26

2.1 SẢN XUẤT TỪ AMONIAC VÀ AXIT NITRIC 26

2.1.1 Quá trình UCB ( UCB process) 28

2.1.2 Công nghệ Stamicarbon ( Stamicarbon Process) 29

2.1.3 Quá trình công nghệ NSM/Norsk Hydro (NSM/Norsk Hydro process) 30

2.2 TỔNG HỢP TỪ CALCIUM NITRATE TETRAHYDRATE Ca(NO3)2.4H2O 31

2.3 CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT CỦA CÔNG TY TNHH MỘT THÀNH VIÊN

95 33

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHẢN ỨNG 38

3.1 GIỚI THIỆU 38

3.2 ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG 39

3.2.1 Phương trình động học, bậc phản ứng 40

3.2.2 Phương pháp thực nghiệm xác định phương trình động học của phản ứng hóa học 44

3.3 THIẾT BỊ PHẢN ỨNG 46

3.3.1 Các phương thức tiến hành quá trình phản ứng 46

3.3.2 Các thiết bị phản ứng cơ sở 49

3.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC TIẾN HÀNH PHẢN ỨNG 51

3.5 CƠ CHẾ, ĐỘNG HỌC PHẢN ỨNG TỔNG HỢP AMONI NITRAT VÀ THIẾT BỊ PHẢN ỨNG TẠI CÔNG TY TNHH MỘT THÀNH VIÊN 95 52

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CỤM TỔNG HỢP AMONI NITRAT BẰNG ASPEN 54

4.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG 54

4.1.1 Giới thiệu 54

4.1.2 Khái niệm về mô phỏng 55

4.2 GIỚI THIỆU VỀ ASPEN 55

4.2.1 Lịch sử hình thành Aspen 55

4.2.2 Ứng dụng và ưu điểm của Aspen 56

4.3 MÔ TẢ DÂY CHUYỀN CỤM TỔNG HỢP AMONI NITRAT 58

4.3.1 Cấp nguyên liệu vào thiết bị phản ứng 58

4.3.2 Phản ứng trong thiết bị phản ứng hình ống R101 59

4.3.3 Thùng tách lỏng-khí sau thiết bị phản ứng hình ống 61

4.3.4 Thiết bị rửa hơi công nghệ (R-101B) 62

4.3.5 Thông số công nghệ của cụm tổng hợp amoni nitrate 63

4.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CỤM TỔNG HỢP AMONI

NITRAT TRÊN ASPEN 66

4.4.1 Chọn modul mô phỏng cụm tổng hợp Amoni nitrat 66

4.4.2 Lựa chọn các mô hình trên Aspen Plus 66

4.4.3 Kết quả và thảo luận 68

4.4.4 Dùng Aspen Plus để tối ưu hóa thông số công nghệ cụm tổng hợp amoni nitrat 72

CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ AN TOÀN TRONG CỤM TỔNG HỢP AMONI NITRAT 75

5.1 VẬN HÀNH CỤM TỔNG HỢP AMONI NITRAT 75

5.1.1 Quy trình khởi động cụm 75

5.1.2 Vận hành bình thường cụm tổng hợp amoni nitrat 79

5.2 AN TOÀN TRONG CỤM TỔNG HỢP AMONI NITRAT 81

5.2.1 Amoniac 81

5.2.2 Axit nitric và axit sunfuric 86

5.2.3 Khí NOx 88

5.2.4 Dung dịch Amoni nitrat 88

5.2.5 An toàn trong khi bảo dưỡng cụm tổng hợp Amonia nitrat 88

KẾT LUẬN 91

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên đầy đủ hoặc ý nghĩa từ

ANFO Tên 1 loại thuốc nổ (Amoni nitrat + dầu diezen)

ASPEN Advanced System for Process Engineering

NPK Nitrogen – photphorus – Potassium

TKV Tập đoàn công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam

Z195 Tên nhà máy snar xuất amoni nitrat thuộc công ty TNHH

một thành viên 95

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các dạng tinh thể của amoni nitrat 3

Bảng 1.2 Tỷ trọng của dung dịch bão hòa và dung dịch sôi 6

Bảng 1.4 Thành phần chế tạo của thuốc nổ ANFO 10

Bảng 1.5 Các chỉ tiêu kỹ thuật của thuốc nổ ANFO 10

Bảng 1.6 Chỉ tiêu kỹ thuật của amoni nitrat tinh thể dùng để

Bảng 1.7 Sản lượng phân amoni nitrat trên thế giới, 106T, 1981 12

Bảng 4.1 Bảng cân bằng chất và cân bằng lượng Base Method

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

Hình 1.1 Sự thay đổi khối lượng riêng theo sự biến đổi dạng tinh

thể của amoni nitrat

3

Hình 1.2 Sự phụ thuộc của nhiệt độ kết tinh và nhiệt độ sôi vào

nồng độ dung dịch amoni nitrat

4

Hình 2.3 Quá trình công nghệ Stamicarbon 28

Hình 2.5 Công nghệ BASF cho chuyển hóa của calcium nitrate 31 Hình 2.6 Sơ đồ công nghệ cụm tổng hợp amoni nitrat tại Công ty

Hình 4.2 Main Flowsheet của chương trình mô phỏng trên

Aspen Plus

68

Hình 4.3 Đồ thị tối ưu hiệu suất sử dụng nguyên liệu 71

LỜI MỞ ĐẦU

Ammonium nitrat được biết đến đã từ rất lâu như một loại hợp chất rất quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành nông nghiệp, công nghiệp hóa học và quân sự

Hiện nay trong nông nghiệp, phân bón amoni nitrat chiếm khoảng 11% lượng phân đạm tiêu thụ trên thế giới, sỡ dĩ nó chiếm lượng tiêu thụ lớn như thế

vì nó có thể cung cấp đồng thời hai ion amoni và nitrat đều có lợi cho cây trồng Còn về công nghiệp và quốc phòng, amoni nitrat được dùng như là thành phần chính của nhiều loại thuốc nổ như thuốc nổ ANFO hay thuốc nổ nhũ tương…, ngoài ra amoni nitrat còn được sử dụng để sử lý quặng titanium, sản xuất amoniac, oxit nito…

Nói đến đây chúng ta cũng có thể tưởng tượng được rằng amoni nitrat có thể được ứng dụng rộng dãi như thế nào Do nhu cầu sử dụng amoni nitrat ở trong nước và trên thế giới là rất lớn và ngày càng tăng nên việc nghiên cứu về công nghệ sản xuất amoni nitrat là cần thiết cho việc đáp ứng lượng tiêu thụ trong nước và xuất khẩu ra nước ngoài trong tương lai Ở nước ta hiện nay đã

có hai nhà máy sản xuất amoni nitrat, tuy nhiên dây chuyền công nghệ lại phải mua bản quyền từ nước ngoài Vì vậy trong luận văn này, với đề tài “ Mô phỏng

và tối ưu hóa quá trình sản xuất ammonium nitrat”, tôi muốn đưa ra tổng quát các tính chất hóa lý của hợp chất, đưa ra những công nghệ sản xuất hiện có trên thế giới, sau đó lựa chọn, mô phỏng công nghệ thích hợp, tối ưu hóa quá trình… nhằm mong chúng ta có thể hiểu rõ hơn và tìm cách làm chủ được công nghệ trong sản xuất sau này

PHẦN MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ammonium Nitrate là một sản phẩm quan trọng của công nghiệp hóa chất Nó có thể sử dụng làm phân đạm trong sản xuất công nghiệp cũng như là chất oxy hóa mạnh dùng trong thuốc nổ công nghiệp

Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng amoni nitrat là rất lớn khoảng 100.000 tấn/năm, dự kiến 150.000 tấn vào năm 2020 Nhưng tính đến đầu năm 2015 lượng amoni nitrat của nước ta chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài, đặc biệt là Trung Quốc

Hiện nay dây truyền tổng hợp Ammonium Nitrate phải mua bản quyền

từ nước ngoài, vì vậy việc để có thể làm chủ công nghệ thì việc nghiên cứu và

mô phỏng hệ thống thiết bị này là hết sức cần thiết

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về kỹ thuật sản xuất Ammonium Nitrate

- Ứng dụng Aspen để mô phỏng và tối ưu hệ thống công nghệ sản xuất Ammonium Nitrate

- Tính toán cân bằng nhiệt và cân bằng chất cho TB phản ứng chính hệ thống

c Nội dung kết quả đạt được:

- Tìm hiểu tổng quan về amoni nitrat, các tính chất hóa lý và ứng dụng trong thực tiễn

- Tìm hiểu kỹ thuật sản xuất amoni nitrat, lựa chọn công nghệ phù hợp từ các công nghệ hiện có trên thế giới

- Nghiên cứu về kỹ thuật phản ứng, cơ chế, động học phản ứng tổng hợp amoni nitrat

- Mô phỏng cụm phản ứng tổng hợp amoni nitrat và tối ưu hóa thông số công nghệ

- Tìm hiểu thêm về vận hành và an toàn trong cụm tổng hợp amoni nitrat

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tổng hợp tài liệu và sử dụng phần mềm mô phỏng Aspen

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ AMONI NITRAT VÀ PHÂN BÓN

Tên khoa học: Ammonium nitrate

Tên thường gọi: Amoni nitrat

Công thức hóa học: NH4NO3

Một số tên gọi khác: AN, Nitrat amon

Amoni nitrat (NH4NO3) là một hợp chất hóa học quan trọng Trong công nghiệp amoni nitrat được sản xuất chủ yếu bằng phản ứng trung hòa giữa amoniac (NH3) ở thế khí và axit nitric (HNO3) ở thể lỏng, phản ứng tỏa nhiều nhiệt, theo phương trình:

NH3(g) + HNO3(l) NH4NO3(aq) - 34642 kCal / kmol (1) Đôi khi amoni nitratcũng được sản suất theo phương trình:

Ca(NO3)2.4H2O + 2NH3 + CO2 2NH4NO3(aq) + CaCO3(s)

+H2O - 126 Kj/mol (2) Amoni nitrat được dùng làm phân bón trực tiếp Trên thế giới, amoni nitratchiếm khoảng 11% lượng phân bón nitơ cho cây trồng do hàm lượng nitơ cao và tương đối rẻ

ụ ở 100oC c

thể của am

tồn tại ởthay đổi g

ợp trong B

hư đó chỉ r

ng minh đsuất tươn

ạng thứ sáu

ừ pha V về

o sự giảm tkhi đó nếutích tương

ng có mộtkG/cm2 )th

ni nitrat đ

c tạo thàn

n nitrogen

và axit nitũng được d

h chất húa

) là chất bnhiệt độ 1iờng 1,73g

y trong kho

cú thể hũa

moni nitra

5 dạng giữa cỏc dảng 1.1, k

u chuyển từ

g ứng là 3,6

t số điểm hì pha II b

đã được sấy

nh trong sả

n – phosphtric

dựng làm c

học của a

bột màu tr69,6oC (3g/cm3 Nhioảng nhiệ

a tan 9g am

at

tinh thể dạng tinh kốm theo 1.1

y khô triệt

ản xuất phhorus – pochất oxy h

amoni nitr

rắng ở nh337,3oF), kiệt độ sụi

rat

iệt độ phũkhối lượngkhoảng 2Amoni ni

ũng và ỏp

g phõn tử:

10oC ở ỏptrat rất dễnước

II về pha I

p suất lên Đặc biệt,pha ở 32oC

C

biến mất và được thay thế bằng sự chuyển pha ở 50oC đồng thời loại trừ sự tồn tại của pha III Nhìn chung, sự chuyển pha này là trường hợp giả bền

Hỡnh 2.1: Sự thay đổi khối lượng riờng theo sự biến đổi dạng tinh thể của

amoni nitrat

Bảng 1.1: Cỏc dạng tinh thể của amoni nitrat

Dạng tinh thể Mạng tinh thể Khoảng nhiệt độ, oC

Pha I,  Hình lập phương 125,2  169,6

Pha III và pha IV cú ý nghĩa quan trọng nhất về mặt thực tiễn Vỡ trước hết, sự chuyển pha giữa chỳng xảy ra ở nhiệt độ gần với nhiệt độ mụi trường và thứ hai sự chuyển pha này kốm theo sự thay đổi lớn về thể tớch Nếu sự thay đổi pha này lặp đi lặp lại nhiều lần sẽ dẫn đến phỏ hủy cỏc tớnh chất của sản phẩm

Vỡ thế, để thu được sản phẩm amoni nitratbền phải tiến hành ổn định chỳng bằng cỏch chống lại sự chuyển pha này

1.1.2.2 Độ tan của amoni nitrat

Hỡnh 1.2: Sự phụ thuộc của nhiệt độ kết tinh và nhiệt độ sụi vào nồng độ

dung dịch amoni nitrat

Amoni nitrat rất dễ tan trong nước và độ tan tăng rất nhanh theo nhiệt độ, như đã chỉ ra trên Hình 1.2 Trong các dung dịch đặc, đặc biệt là trong khoảng nồng độ 90  100%, thậm chí một sự thay đổi nhỏ về hàm lượng nước cũng tạo

ra sự thay đổi đáng kể về nhiệt độ kết tinh Trong công nghiệp, người ta ứng dụng tính chất này để xác định hàm lượng nước trong các dung dịch amoni

nitrat Amoni nitrat cũng tan đáng kể trong nhiều dung môi hữu cơ và các dung môi không nước khác

Hỡnh 1.3: Tỷ trọng dung dịch amoni nitrat

 Tỷ trọng của amoni nitrat

Amoni nitrat rắn cú tỷ trọng là 1,725 g/cm3 ở nhiệt độ phũng và dạng tinh thể thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ như đó chỉ trờn Hỡnh 1.1

Tỷ trọng của cỏc dung dịch nước bóo hũa amoni nitratvà của cỏc dung dịch amoni nitrat sụiđược cho trong Bảng 1.2 và rộng hơn trờn Hỡnh 1.3

Bảng 1.2: Tỷ trọng của dung dịch bão hòa và dung dịch sôi

 pH của dung dich amoni nitrattrong nước

Hình 1.4: pH của dung dịch amoni nitrat

pH cña dung dÞch amoni nitrat lµ mét th«ng sè ®iÒu khiÓn quan träng trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt Nã th−êng ®−îc ®o víi dung dÞch amoni nitrat 10% khèi l−îng vµ cã gi¸ trÞ trong kho¶ng 4  5 Víi dung dÞch nµy, khi thªm mét

l−ợng nhỏ axit nitric hoặc amoniac sẽ làm thay đổi đáng kể pH, điều này đ−ợc minh họa trên Hình 1.4

 Tớnh hỳt ẩm, kết khối và cỏch bảo quản

Amoni nitrat là một chất hỳt ẩm mạnh Chẳng hạn ở nhiệt độ 30oC thỡ khụng khớ cú độ ẩm tương đối lớn hơn 60% thỡ amoni nitrat sẽ bị hỳt ẩm Độ hỳt ẩm của amoni nitrat và tốc độ hỳt ẩm từ khụng khớ sẽ giảm đi khi trộn lẫn hoặc nấu chảy nú với cỏc chất khỏc (vớ dụ amoni sunfat), do ỏp suất hơi nước trờn dung dịch bóo hũa cả hai muối ấy lớn hơn ỏp suất hơi nước trờn dung dịch bóo hũa amoni nitrat Tuy nhiên, nó không tạo thành các hydrat Độ ẩm của không khí tại các nhiệt độ khác nhau khi cân bằng với dung dich amoni nitrat bão hòa đ−ợc cho trong Bảng 1.3

Bảng 1.3: Độ hỳt ẩm của amoni nitrat

Những biện phỏp chống kết khối hiệu quả nhất là :

- Sản xuất sản phẩm dưới dạng hạt

- Làm lạnh sản phẩm ở thỏp tạo hạt ớt nhất đến 30oC, nghĩa là thấp hơn nhiệt độ của biến đổi cấu hỡnh của NH4NO3 (VI)  NH4NO3 (III) xảy ra ở 32,5oC

- Dùng các phụ gia điều tiết đưa vào dung dịch amoni nitrat trước khi kết

tinh nó, đó là các muối canxi, magie của axit nitric thu được bằng cách hòa tan

dolomit hoặc quặng photphat trong axit nitric

- Để giảm độ kết khối của amoni nitrat dạng hạt có thể trộn vào các chất

hút ẩm được nghiền mịn Những chất này có khả năng hút một lượng ẩm đáng

kể Các chất này có thể là: bột photphoric, xương, tro, thạch cao, cao lanh hoặc

những kim loại oxit là các nguyên tố cần thiết với cây trồng

1.1.2.3 Một số tính chất hóa học

Amoni nitrat hoàn toàn bền ở nhiệt độ môi trường Nó bắt đầu phân hủy

ở nhiệt độ 170oC và phân hủy đáng kể ở 200oC Các phản ứng phân hủy xảy ra

rất phức tạp và phụ thược rất nhiều vào các điều kiện như nhiệt độ, tốc độ tăng

nhiệt độ, sự có mặt của các hợp chất hóa học,…

Tùy theo nhiệt độ, các phản ứng phân hủy chủ yếu xảy ra như sau:

4NH4NO3 3N2 (k)+ 2NO2 (k) + 8H2O (h) + 9,0 kcal/mol (6)

Phản ứng (1) là thuận nghịch và thu nhiệt trong khi tất cả các phản ứng

còn lại đều là phản ứng một chiều và tỏa nhiệt

Các phản ứng từ (3) – (6) thường kèm theo hiện tượng nổ, trong đó phản

ứng (3) tỏa nhiều nhiệt nhất, gấp 3 lần phản ứng (2) và là phản ứng quan trọng

nhất khi nổ

Một số chất còn có tác dụng thức đẩy sự phân hủy của amoni nitrat và gọi

đó là hiệu ứng xúc tác Trong đó đặc biệt chú ý là clorua (Cl-), crommat (Cr2O7hoặc CrO42-), …

2-Amoni nitrat là một chất oxy hóa mạnh Nó có thể gây cháy, nổ khi tiếp xúc với các hợp chất hữu cơ và bị nung nóng Quá trình cháy vẫn có thể xảy ra thậm chí không có mặt của không khí, vì thế nó có khả năng thúc đẩy quá trình cháy mặc dù không thể tự cháy

2NH4NO3 + C 2N2+ CO2+ 4H2O + 75,2 kcal/mol (7)

Phản ứng cháy tỏa nhiều nhiệt, nhiều hơn cả khi tự nó phân hủy theo phản ứng (3) Chính vì thế, hỗn hợp của amoni nitrat với dầu hỏa và các hợp chất tương tự có thể tạo thành một chất nổ mạnh

Nguy hiểm nổ của amoni nitrat tăng lên khi có mặt các axit vô cơ và các chất dễ oxy hóa Còn khi tăng độ ẩm của muối thì nguy hiểm nổ bị giảm Amoni nitrat khi chứa trên 3% nước không nổ ngay cả khi có ngòi nổ Để phòng ngừa quá trình tự phân hủy xảy ra người ta cho thêm vào amoni nitrat các chất ổn định Các chât ổn định là urê (0,05-0,1%); canxi, magie cacbonat và các chất khác

1.1.2.4 Ứng dụng của amoni nitrat

Amoni nitrat là một hợp chất vô cơ quan trọng, nó được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực trên toàn thế giới đặc biệt là trong nông nghiệp và trong công nghiệp thuốc nổ

Một số ứng dụng:

 Sử dụng làm phân bón

Với hàm lượng nitơ chiếm khoảng 33-35% và giá thành sản xuất công nghiệp tương đối rẻ nên nó là đã trở thành một trong các loại phân bón quan trọng Trên thế giới phân bón amoni nitrat chiếm khoảng 11% phân đạm được sản xuất hàng năm Phân bón amoni nitrat có tính chua tuy nhiên đây là loại phân quý vì chứa cả 2 gốc NH4+ và NO3-, có thể dùng cho nhiều loại đất và

nhiều loại cây trồng cạn Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm là dễ chảy rữa, dễ

phân hủy và dễ rửa trôi Phân này được dùng để pha thành dung dịch dinh

dưỡng để tưới cây trong nhà kính và tưới bón thúc cho nhiều loại cây ăn quả Để

làm phân bón người ta sản xuất amoni nitrat ở dạng hạt (hoặc vảy) chứa không

dưới 97% amoni nitrat, độ ẩm không quá 1,5% và tơi xốp

Nhu cầu tiêu thụ đạm amoni nitrat trên toàn thế giới tính đến tháng 7 – 8,

năm 2008 (theo Greendelta) :

- Tổng nhu cầu: 39 triệu tấn

- Nước xuất khẩu nhiều nhất: Nga chiếm 39% toàn thế giới

- Nước nhập khẩu nhiều nhất: Mỹ chiếm 12% toàn thế giới

 Sử dụng làm thuốc nổ

Trong công nghiệp và trong quốc phòng (các loại thuốc nổ đều được nhà

nước quy chuẩn kỹ thuật thuốc nổ quốc gia - QCVNxx):

 Thành phần chế tạo thuốc nổ ANFO:

Amoni nitrat được dùng như thành phần chính của của thuốc nổ ANFO

Thuốc nổ ANFO được quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN 04:2012/BCT) như

trên Bảng 1.4:

Bảng 1.4: Thành phần chế tạo của thuốc nổ ANFO

STT Tên nguyên liệu Tỷ lệ khối lượng, %

1 Amoni nitrat (NH4NO3-độ tinh khiết

Bảng 1.5: Các chỉ tiêu kỹ thuật của thuốc nổ ANFO

Amoni nitrat (NH4NO3) tinh thể dùng để sản xuất các loại thuốc nổ nhũ tương phải đạt các yêu cầu kỹ thuật quy định tại Bảng 1.6 (QCVN: 2014/BC)

Bảng 1.6: Chỉ tiêu kỹ thuật của amoni nitrat tinh thể dùng để sản xuất

+ Amoni nitrat được sử dụng trong việc sử lý quặng titanium

+ Amoni nitrat được sử dụng trong việc sản xuất oxit nitơ (N2O):

NH4NO3(aq) N2O(g) + 2H2O(l) (8) + Sử dụng trong điều chế amoniac khan, một hóa chất được sử dụng trong trong sản xuất methamphetamine

+ Ngoài ra, amoni nitratcòn được sử dụng trong các túi làm lạnh nhanh

1.1.2.5 Tình hình sản xuất và sử dụng amoni nitrat ở Việt Nam và trên thế

giới

Amoni nitrat lần đầu được dùng làm phân bón ở châu Âu sau chiến tranh

thế giới lần thứ nhất do một lượng lớn amoni nitrat tồn dư không được sử dụng

làm thuốc nổ Do amoni nitrat dễ nổ nên người ta thường trộn với đá vôi, thạch

cao hoặc amoni sulfat để làm phân bón Ở Mỹ, amoni nitrat được dùng đầu tiên

vào năm 1926 với nguồn nhập từ Đức Sau đó nó được sản xuất dưới dạng rắn

và dạng dung dịch Sản lượng ở Mỹ tăng mạnh từ 383.000 tấn năm 1943 lên 7,3

triệu tấn năm 1980 Năm 1994, phân amoni nitrat chiến 5,3% trong lượng phâm

đạm tiêu thụ ở Mỹ

Hiện nay, phân amoni nitrat chiếm khoảng 11% lượng phân đạm tiêu thụ

trên thế giới

Nhu cầu sử dụng nguyên liệu amoni nitrat để sản xuất các hợp chất nổ an

toàn là rất lớn trên thế giới, đặc biệt là hợp chất nổ ANFO

Bảng 1.7: Sản lượng phân amoni nitrat trên thế giới, 106T, 1981

Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng amoni nitrat là rất lớn khoảng 100.000

tấn/năm, dự kiến 150.000 tấn vào năm 2020 Nhưng tính đến đầu năm 2015

lượng amoni nitrat của nước ta chủ yếu là nhập khẩu từ nước ngoài, đặc biệt là

Trung Quốc

Hiện nay ở Việt Nam đã có hai nhà máy sản xuất amoni nitrat là:

Công ty TNHH một thành viên 95 trực thuộc bộ quốc phòng với sản lượng amoni nitrat 20.000 tấn/năm Với đặc tính sản phầm:

- Đặc điểm: amoni nitrat dạng hạt xốp, không dính, không bụi

280 triệu USD) Nhà máy có công suất 200.000 tấn/năm, sử dụng công nghệ UHDE – Cộng hòa liên bang Đức, trong đó amoni nitrat dạng hạt xốp (PPAN) sản lượng 100.000 tấn/năm, amoni nitrat dạng tinh thể (CPAN) sản lượng 100.000 tấn/năm Nhà máy sản xuất amoni nitrat đã bắt đầu vận hành thương mại từ đầu năm 2015, nhằm đáp ứng amoni nitrat trong nước tiến tới xuất khẩu

1.2 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN CHỨA NITƠ

Phân bón là "thức ăn" do con người bổ sung cho cây trồng Trong phân bón chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cây Các chất dinh dưỡng chính trong phân là: đạm (N), lân (P), và kali (K) Ngoài các chất trên, còn có các nhóm nguyên tố vi lượng

Loại phân đạm phổ thông công nghiệp hóa học cung cấp cho nông nghiệp

là loại phân đạm hiệu quả nhanh, dễ hòa tan trong nước lạnh 20-25oC Các loại phân này phần lớn là phân đơn có hàm lượng N cao Một số ít là phân phức

Căn cứ vào gốc chứa đạm mà phân thành hai loại, loại có gốc amôn gọi tắt là phân amôn và loại chứa gốc nitrat gọi là phân nitrat Các loại phân đạm ở dạng các hợp chất hữu cơ như Urê, foocmanđêhyt urê và canxi xianamit có chứa NH2 (amin) tuy là chất hữu cơ nhưng dễ tan, dễ phân hủy thành amôn, cây

dễ sử dụng không khác gì các loại phân vô cơ khác, lại được sản xuất từ công nghệ hóa học nên được xem là phân vô cơ (mặc dù đó là các chất hữu cơ) và xếp vào nhóm phân amôn

1.2.1 Các loại phân amôn

Phân chứa chứa gốc amôn có amôn clorua, (A.Cl) Amôn sunfat (A.S) Diamôn phôtphat (DAP) amôn bicacbonat (A.B.C) và dung dịch amôniac

Trên thương trường nước ta hiện nay chỉ có 3 loại đầu Các dung dịch amôn được chú ý sử dụng ở các nước sử dụng phân bón vô cơ nhiều và trình độ cơ giới hóa nông nghiệp cao như Mỹ, Canada, và một số nước Tây Âu nhưng thiết

bị đắt tiền chỉ áp dụng cho quy mô nông trại lớn nên không được mở rộng

 Amôn sunfat

Amôn sunfat thường ở dạng kết tinh nhỏ màu trắng, có thể có màu trắng tinh hay trắng ngà do ảnh hưởng của tạp chất Để phân biệt với các loại phân khác có khi còn được nhuộm màu xanh Hình dạng tinh thể, màu sắc không ảnh hưởng gì đến tỉ lệ đạm trong phân và hiệu quả của phân Sự kén chọn phân theo màu sắc và dạng tinh thể không có cơ sở khoa học

Phân amôn sunfat có chứa 20 - 21% N và 23 - 24% S Sản xuất càng thâm canh càng bón ít phân hữu cơ, đất càng lưu dễ thể hiện thiếu lưu huỳnh

Dự kiến nhu cầu bón lưu huỳnh tăng cao và S sẽ được xem như một yếu tố phân bón Lúc bấy giờ amôn sunfat sẽ được xếp vào phân phức hai yếu tố N với tỉ lệ

N-S: 43-45% Lưu huỳnh đặc biệt quan trọng cho cây họ thập tự (các loại cải),

họ hành tỏi, họ chè (chè, cà phê, ca cao)

Phân amôn sunfat có thể làm chua đất Muốn khử hết độ chua của 1 tạ amôn sunfat thì phải dùng 1,25 tạ CaCO3 hay 80 kg CaO Điều bất lợi này rất đáng chú ý ở các vùng đất quá chua và đất phèn Tuy vậy cũng không nên quá quan tâm vì rằng chỉ phần axit tự do trong phân mới gây chua lâu dài mà phần này rất ít Sự gây chua do sự hút chọn lọc của cây sẽ giảm nhiều khi tính đến sự hút lưu huỳnh của cây

Tác dụng gây chua này dễ dàng khắc phục bằng cách dùng kết hợp amôn sunfat với các loại phân lân kiềm như phân lân nung chảy hoặc bột phôtphorit

Phần lưu huỳnh khá cao cũng có phần gây nên bất lợi khi bón cho đất lầy thụt giàu hữu cơ Ở đây do điều kiện yếm khí lưu huỳnh bị khử chuyển thành khí H2S phá hoại rễ lúa, làm rễ lúa đen lại, thối Cây lúa có hiện tượng giống hệt hiện tượng nghẹt rễ lúa thường gặp Ở các loại đất này nên thay amôn sunfat bằng urê

Ở các vùng đất mặn cũng nên hạn chế sử dụng amôn sunfat để tránh tình trạng tăng thêm độ mặn

 Amôn Clorua

Amôn clorua là loại phân chứa 22,5-23% đạm amôn và có đến 75% Cl- Người ta thường không ưa amôn clorua vì hai lý do: gây chua và để lại ion Cl- tồn dư trong đất Ion Cl- tích lũy nhiều trong đất có thể gây nên mặn Cl- và ảnh hưởng xấu đến hệ sinh vật trong đất

Mức độ gây chua của amôn clorua cũng tương tự như amôn sunfat, và cũng như amôn sunfat độ chua gây ra do amôn Clorua cũng đáng chú ý nhưng không nên quá quan trọng hóa

Ion Cl- rất dễ di động Ở vùng nhiệt đới mưa nhiều, nhất là ruộng trồng lúa, sự tồn đọng ion Cl- trong đất không phải là vấn đề đáng quan tâm Thí

nghiệm bón NH4Cl ở nông trường Ninh Hải sau 6 vụ liền không phát hiện thấy ion Cl- tích lũy đáng kể trong đất

Vai trò của ion Cl- đối với cây trông chưa được nghiên cứu nhiều Hàm lượng Cl- trong thân lá một số cây còn cao hơn đạm và lân Ví dụ trong rơm rạ lúa, hàm lượng Cl- là 1,06%, còn đạm là 0,6%, P là 0,09% (S.Yoshida) Ở các nước ôn đới hiệu quả của Cl- thể hiện ở một số cây mì mạch, củ cải đường

Ở các vùng trồng lúa thâm canh được tưới sau nhiều năm Cl- bị cây hút

và bị rửa trôi nên đất nghèo Cl- lẻ tẻ xuất hiện sự thiếu Cl- Nông dân ta có tập quán bón muối cho ruộng Chắc rằng hai ion Cl- và Na+ trong muối đều có tác động tích cực

Vấn đề tác dụng của Cl- đến mức nào, triển vọng cần được xem Cl- là yếu tố dinh dưỡng như S hay không, chắc rằng còn nhiều tranh luận Nhưng điều có thể khẳng định là bón amôn clorua không gây hậu quả tích lũy Cl- đến mức gây hại như ở các nước ôn đới Nước ta có bờ biển dài trên 2500 km, có thể sản xuất nhiều muối từ đó có thể sản xuất axit clohydric và amôn clorua

Các thí nghiệm bón amôn clorua cho lúa so với amôn sunfat hay urê đều cho hiệu quả tương đương có trường hợp còn cao hơn amôn sunfat một cách đáng tin cậy (trường hợp đất phèn và đất mặn sunfat)

Tuy nhiên, có một số loại cây nên hạn chế sử dụng amôn clorua Thuốc

lá, thuốc lào amôn clorua làm cho lá thuốc dày và chậm cháy Hành tỏi gây mùi hôi, khoai tây, cà chua, cỏ chăn nuôi, cà rốt, đậu rau, bắp cải và loại rau khác vì làm tăng hàm lượng nước và làm giảm phẩm vị Ở các nước phương tây, amôn clorua ít được dùng như phân đơn mà dùng ở dạng phân bón có chứa 2 thành phần amôn clorua và kali nitrat, ít bị chảy nước hơn dùng các loại phân này đơn

lẻ

 DAP – diamôn phôtphat

Diamôn phôtphat là loại phân phức hai yếu tố ni tơ và phootspho với tỉ lệ 18-20% N và 46-50% P2O5 Vì dân ta chú ý nhiều phần Nitơ trong phân nên

loại này thường được xem là phân đạm ở dạng amôn, thực ra loại phân này nên được xem là phân lân thì đúng hơn

 Urê

Urê là một loại phân đạm ở dạng hữu cơ CO(NH2)2 có chứa 46% N ở dạng amin NH2 Nhà máy phân đạm Bắc Giang sản xuất urê hạt nhỏ, tỉ lệ N 46%, chất lượng không khác gì urê nhập ngoại Màu sắc trắng hay vàng ngà, hạt

to nhỏ không liên quan gì đến chất lượng urê Để giảm bớt chảy nước urê còn được sản xuất dưới dạng viên nhỏ như trứng cá Khi bón vào đất, urê phân giải rất nhanh thành amôn cacbonat (NH4)2CO3 và amôn bicacbonat (NH4HCO3) Cây cũng có thể hút được một ít urê ở dạng phân tử nhưng không nhiều lắm

Vì hiệu quả nhanh như các loại phân hóa học vô cơ khác và gốc cung cấp chủ yếu đạm cho cây là đạm amôn nên thường được xếp vào loại phân vô cơ có chứa amôn Khi chưa thủy phân urê không bị đất giữ lại, thấm rất nhanh, chỉ sau khi bị thủy phân xong mới bị đất giữ lại như các loại phân amôn khác Sự thủy phân urê là do hoạt động của loại vi sinh vật phân giải urê, vì vậy tốc độ thủy phân tùy thuộc nhiệt độ, độ ẩm của đất Ở đất cát nghèo hữu cơ, thiếu nước hoạt động của vi sinh vật yếu thì sau 7, 8 ngày urê mới bị phân hủy hết Trên loại đất này bón urê dễ bị mất và không hiệu quả bằng amôn sunfat

Urê khi mới bị thủy phân, hơi gây kiềm có khả năng khử chua nhưng không cao, khoảng dưới nửa đơn vị PH và chỉ thể hiện trong thời gian ngắn Phản ứng cuối là gây chua nhẹ Khí CO2 sản sinh làm cho tỷ lệ CO2 trên mặt đất tăng lên có lợi phần nào cho quang hợp Urê không để lại chất thừa nào có hại trừ phần amôn có thể bị rửa trôi vào nước Do dễ hòa tan không gây hại cho lá cây nên urê thích hợp phun lên lá và dùng để tưới hơn các loại phân đạm khác

Nó cũng có thể được dùng để trộn với các loại thuốc bảo vệ thực vật để phun lên cây và tưới vào đất

Trong phân urê thường chứa biurê Biurê là kết quả của sự hợp thành của hai phân tử urê và giảm đi một phân tử NH3 nếu trong quá trình sản xuất không

khống chế được nhiệt độ để tăng quá cao Tùy theo quy trình công nghệ mà trong urê có chứa lượng biurê khác nhau Biurê có thể làm hại cây hoặc làm chết cây nếu tỉ lệ quá cao Tỷ lệ biurê 2,5 -3,1 % có thể gây độc cho cây Mức quy định lượng Biurê tối đa trong phân thương mại phải thấp hơn 1,2% Tuy nhiên trường hợp phân có chứa biurê cao cũng không khó khắc phục vì biurê cũng như urê thủy phân nhanh chóng và dễ dàng trở thành amôn cacbonat Dùng phân urê bón cho đất màu nếu lượng biurê cao sợ gây hại thì chỉ cần trộn phân với đất bột 2 ngày và đem bón, sẽ tránh được hại do biurê Không phải loại cây nào cũng dễ bị độc do biurê Các loại hòa thảo, đặt biệt là lúa nước hầu như không bị độc do biurê

Khác với amôn sunfat phân urê có thể trộn được với phân lân (còn gọi là phân lân Tômat hay Toomat sơlăc), phân lân nung chảy nhưng không nên giữ quá lâu

Urê – lưu huỳnh: là loại sản phẩm mới được đưa ra thị trường Urê – Lưu huỳnh được sản xuất bằng cách làm cho urê và lưu huỳnh nóng chảy và quyện vào nhau sau đó tạo thành viên Loại phân này có lý tính tốt, ít chảy nước

Sau khi bón vào đất, urê sẽ hòa tan và để lại màng mỏng lưu huỳnh nguyên tố Lưu huỳnh sẽ bị oxy hóa do lưu khuẩn thành sunfat

Urê - phôtphat Để sản xuất loại phân này, người ta cho trộn lẫn hai dung dịch sền sệt urê và điamôn phôtphat trước hoặc trong quá trình tạo viên Loại phân này có chứa 29% N và 12,7 P (29% P2O5) Loại phân này cũng có thể sản xuất bằng cách cho tác động urê với axit phootphoric Sản phẩm thu được có chứa 17,7% N và 19,6% P (44,9% P2O5)

Foocmanđêhyt Urê (U.F) là loại phân đạm hiệu quả chậm được tạo thành

do tác động urê với anđehyt foocmic Tùy theo tỷ lệ giữa urê và anđehyt foocmic mà tỉ lệ đạm trong phân khác nhau Loại phân thông dụng trên thị trường Mỹ có tỷ lệ N 38%, tỷ lệ N tan trong nước nguội 250C là 10%, tỷ lệ N tan trong nước nóng 95-1000C là 28%

Anđehyt foocmic còn gây tác dụng ức chế hoạt động của các loại vi sinh vật phân giải urê và vi sinh vật nitrat hóa Nếu trộn urê và anđêhyt foocmic với

tỷ lệ 1-1 thì hoạt động phân giải urê và nitrat hóa bị ức chế hoàn toàn Càng giảm lượng anđêhyt foocmic thì sự phân giải càng nhanh, đến tỉ lệ 2-1 thì tốc độ phân giải và nitrat hóa gần như urê bình thường và sự nitrat hóa gần như amôn sunfat Tỷ lệ thông dụng là 1,5 – 1

 Amôn bicacbonat (NH4 HCO 3 )

Amôn bicacbonat là loại phân đạm được điều chế từ dung dịch amôniac

và khí cacbonic Vì loại phân này dễ dàng bị phân hủy ở nhiệt độ cao trên 300C

và áp suất bình thường nên ít được sử dụng Từ khi kỹ nghệ bao bì bằng túi poly etylene phát triển loại phân này được chú ý hơn

Amôn bicacbonat là loại phân kết tinh màu trắng có chứa 17,5% N hòa tan trong nước dễ dàng và tạo ra phản ứng kiềm tạm thời, có thể khắc phục độ chua của đất nhưng khi gốc amôn được cây hút thì phản ứng trở lại trung tính

Amôn bicacbonat khi bị phân hủy cho khí CO2 tản ra trên lớp không khí gần mặt đất lợi cho quang hợp

Bón amôn bicacbonat dùng cho ruộng màu cần bón sâu, lấp đất ngay để giảm sự mất amôn Bón cho ruộng lúa, phân cũng có thể hòa tan trong nước gặp nhiệt độ cao cũng có thể bị mất đạm Nếu nồng độ không cao sau khi bón làm

cỏ sục bùn để phân quyện vào đất số lượng mất đi không nhiều Các thí nghiệm đối với lúa Việt Nam trong nhiều vụ liền cho thấy hiệu quả của amôn bicacbonat không kém phân amôn sunfat là mấy

Hiện nay ở một số địa phương Trung Quốc còn có sản xuất loại phân này

và có một số được nhập vào Việt Nam theo tiểu ngạch Amônn bicacbonat được sản xuất xem như sản phẩm phụ của sản xuất urê, tận dụng dung dịch amôn quá loãng không dùng làm urê được

 Canxi xianamit (CaCN2 )

Canxi xianamit có hai loại trắng và xám đen tùy cách sản xuất đó là một loại phân ở dạng bột có chứa 20-21% ở dạng xianua (CN2) và 20-28% CaO Khi bón vào đất chuyển thành axit xianamic H2CN2 rồi thành urê, thành amôn bicacbonat nên cũng được xem là phân amôn

Các sản phẩm trung gian của quá trình phân giải từ canxi xianamit thành amôn bicacbonat như canxi dixianamit axit xianamic đều có thể gây độc cho cây và gia súc cho nên sử dụng khó khăn và chỉ có thể dùng bón lót Tuy nhiên các chất này lại có thể dùng để trừ diệt sâu, nấm, cỏ dại

Canxi xianamit có tác dụng khử chua mạnh Canxi xianamit có thể dùng bón thúc nếu được sử dụng trộn với đất 5-7 ngày trước lúc bón

1.2.2 Các loại phân nitrat

Phân chứa gốc nitrat được sử dụng rất sớm trên thị trường thế giới gồm natri nitrat, canxi-magie nitrat, kali nitrat và amôn nitrat

Các loại phân nitrat hòa tan rất nhanh cây dễ sử dụng nên rất có lợi cho đất khô hạn nhưng lại rất rễ bị rửa trôi và mất đi, hiệu quả cho vùng mưa nhiều

và vùng trồng lúa rất thấp Phân rất dễ hút ẩm, dễ chảy nước nên gây khó khăn cho việc bảo quản ở vùng nhiệt đới ẩm Khó khăn này đến nay nhờ kỹ nghệ chất dẻo phát triển, bao gói bằng chất dẻo không còn tốn kém như trước nữa nên không còn là vấn đề nan giải nữa Điều làm cho loại phân này ít được ưa chuộng ở vùng này vẫn là sự rửa trôi nhanh chóng của phân trong đất

 Canxi nitrat

Canxi nitrat có nhiều loại, do cách sản xuất và tùy theo lượng nước chứa trong tinh thể Cũng vì lý do đó mà hàm lượng đạm trong phân thay đổi nhiều Loại phổ biến nhất là loại ngậm 4 phân tử nước và có hàm lượng Nitơ 15-15,5%

và gần 25% CaO Ngoài ra còn có loại canxi nitrat hỗn hợp với amôn nitrat, loại canxi nitrat có chứa lân Đó cũng là một cách để phân bớt hút ẩm

Canxi nitrat rất dễ hút ẩm nên được trình bày ở dạng viên bọc parafin hoặc bọc lưu huỳnh Tính dễ hút ẩm mạnh làm cho canxi nitrat rất có lợi cho cây trồng vùng khô hạn

Canxi nitrat là loại phân kiềm mạnh nên rất lợi cho các vùng đất chua Một tỷ lệ canxi nitrat trong phân phức sẽ là nguồn cung cấp canxi thích hợp cho những vùng đất chua

 Canxi-magie nitat

Canxi-magie nitrat được sản xuất bằng cách dùng đolomit kết hợp với axits nitric Loại phân này có chứa 13-15% N và 8% MgO dễ tan Loại phân này thường được sử dụng ở các loại đất mà người ta nghĩ rằng thiếu Magie

Tùy theo tỷ lệ chất phù trợ để tạo viên và giảm sự hút ẩm mà amôn nitrat

có tỷ lệ N khác nhau Chất phù trợ thường dùng là bột CaCO3, bột CaCO3.MgCO3(đolomit) sét hoặc kaolin Khi không trộn chất phù trợ và chất

bọc viên nó chứa 22% N Tùy theo tỷ lệ N mà người ta chia ra làm 3 loại amôn nitrat

- Loại amôn nitrat có tỷ lệ đạm thấp chỉ chứa 64% amôn nitrat và 36% CaCO3, hàm lượng N là 22% Loại này dùng ở đất chua

- Loại amôn nitrat có tỷ lệ đạm trung bình 26-27% N

- Loại amôn nitrat có tỷ lệ đạm cao 33-34,5%

Ngoài ra còn có một loại sunfonitrat là hỗn hợp giữa amôn sunfat và amôn nitrat có chứa 26% N trong đó có 7% ở dạng nitrat, 19% ở dạng amôn và 15% lưu huỳnh

Amôn nitrat có 2 ưu điểm chính:

- Dễ hút ẩm chảy nước nên khó bảo quản

- Dễ rửa trôi và mất đi nên không thích hợp cho nhẹ và vùng mưa nhiều

- Ở ruộng lúa nước, phân vừa bị mất đi do bị rửa trôi vừa bị mất đi do hiện tượng phản nitrat hóa Phân amôn nitrat không phù hợp để trồng lúa nước vì dễ

bị rửa trôi nên bón phân amôn nitrat không nên dùng bón lót nhiều và cần bón nhiều lần

 Phân kali nitrat

Là loại phân phức có chứa hai yếu tố phân bón chính N và K: 13% N và 44% K2O Vì Kali trong phân cao hơn N nên thường dùng như một loại phân kali và dùng để sản xuất các loại phân phức

1.2.3 Các loại phân bón lỏng có chứa amôn

Thị trường phân bón Việt Nam không thuận lợi lắm cho việc tiêu thụ các loại phân lỏng vì cả hai mặt: Phương tiện vận chuyển bảo quản và bón phân chưa có, trang bị mới tốn kém; quy mô trang trại quá nhỏ không tiện sử dụng máy móc bón phân Sau đây giới thiệu một số loại:

- Amôniac khan: là khí amôniac hóa lỏng ở nhiệt độ -330C và áp suất

20-30 kg/cm2 Phân được dùng loại máy bón đặc biệt kết hợp cùng máy cày đất đưa phân vào độ sâu 12-15 cm khi cày

- Dung dich phân đạm: trên thương trường có các loại dung dịch amôniac

có độ đậm đặc khác nhau và có các loại dung dịch hỗn hợp giữa urê và amôn nitrat và amôniac

+ Dung dịch chứa urê với tỷ lệ đạm 20-25%

+ Dung dịch chứa urê, amôn sunfat và amôn nitrat 26% N- tỷ lệ S là 7% + Dung dịch chứa urê và amôn nitrat có chứa 36% N

+ Dung dịch chứa urê và amôn nitrat có chứa 10% N

+ Amiacat–dung dịch NH4NO3 kết hợp với NH4OH có chứa 20% N

- Dung dịch amôniac loãng có chứa 25% NH3 tức 20% N

Ở các nước phát triển, phân đạm lỏng được chú ý vì các lý do sau:

+ Giảm bớt sức người

+ Tiết kiệm bao bì

+ Bón đều và nhanh chóng vì dùng máy

+ Có thể bón sâu có lợi cho vùng đất khô hạn

+ Dễ dàng đưa thêm vi lượng, các hocmon và các thuốc trừ sâu hại

1.2.4 Các loại phân đạm hiệu quả chậm

Công nghiệp hóa học rất lưu tâm sản xuất các loại phân đạm ít hòa tan trong nước để làm giảm bớt tính di động của phân cung cấp từ từ cho cây, còn gọi là phân đạm hiệu quả chậm Loại phân này có ưu điểm là ít bị mất đi do rửa trôi, do bay hơi, do bị khử thành nitơ tự do và do bị cỏ dại hút Có 4 phương hướng để giải quyết vấn đề này:

- Sản xuất các loại phân đạm ở dạng hữu cơ phân tử lớn

- Bọc phân bằng các màng phân hủy từ từ như màng lưu huỳnh

- Dùng các chất hấp phụ như mùn hữu cơ, các chất sét có khả năng hấp phụ cao

- Dùng các chất ức chế giáo trình nitrat hóa

Cho đến nay, cả 4 cách đều chưa tìm được công nghệ hợp lý, giá thành rẻ

và hiệu quả cao Các loại phân đạm hiệu quả từ từ gặp trên thương trường là:

- Phân urê bọc lưu huỳnh và phân urê bọc sét bentonit

- Phân urê foocmanđehyt là chất chất kết hợp giữa foocmanđehyt và urê Loại phân thông thường có chứa 38% N

- Phân phốtphat amôn magie là hợp chất của axit photophoric, NH3 và các loại chứa gốc NH2 như urê, foocmanđehyt urê và magie hydroxit có công thức MgNH4PO4.H2O Loại phân này có tỷ lệ đạm thấp: 9%N Đây là loại phân có hai yếu tố phân bón N và P đồng thời cho magie thường dùng để sản xuất phân phức hợp

- Oxamit là loại hợp chất hữu cơ do kết hợp giữa axit oxalic và các ion amin có công thức COOC(NH2)2 Chất này thủy phân cho NH4OH Có chứa tỷ

lệ đạm 31,8%

- Crotonilidien diurê là hợp chất của crotoandehyt và urê - sản phẩm có chứa 28% N và izo butianđêhit urê

Bọc phân urê bằng lưu huỳnh hoặc bằng sét bentonit cho loại phân viên

có tỷ lệ N khá cao Loại phân bọc bằng lưu huỳnh có tỉ lệ 35% N và 19% lưu huỳnh và còn cho thêm một ít dầu diệt khuẩn để làm chậm sự oxy hóa lưu huỳnh thành sunfat

Các chất có gốc xinua như xianoguanidin có tác dụng ức chế quá trình amôn thành nitrat làm cho phân chậm bị rửa trôi

Amoni nitrat khác với các loại phân bón khác ở chỗ nó có chứa hàm lượng nitơ 33-35%, đây là loại phân bón vô cơ có hàm lượng nitơ cao Dung

dịch amoni nitrat có pH<7 nên đây là loại phân bón có tính chua Amoni nitrat

là loại phân bón quý vì có chứa cả NH4+ và NO3- Do vậy, phân bón này có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất khác nhau Trong khi đó, phân bón urê (CO(NH2)2) có chứa hàm lượng nitơ 44-48% và thích hợp cho đất chua phèn Phân bón amoni sunphat (NH4)2SO4 có chứa 24-25% nitơ, trong phân bón này còn chứa lưa huỳnh, không dùng được cho đất phèn và đất chua chỉ thích hợp cho đất đồi, đất bạc màu Phân bón amoni clorua có chứa 24-25% nitơ, phân bón này không dùng được cho đất nhiễm mặn và thường kết hợp với phân lân

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT SẢN XUẤT AMONI NITRAT

Amoni nitrat (NH4NO3) được sản xuất chủ yếu từ phản ứng trung hòa giữa axit nitric lỏng và khí amoniac Amoni nitrat cũng được tạo thành trong sản xuất phân nitrogen – phosphorus (NP) và nitrogen – phosphorus – potassium (NPK) bởi phản ứng phân hủy giữa phosphate thô và axit nitric, do vậy, amoni nitratcó nhiều trong phân bón Ở châu Âu, amoni nitratcòn được tạo ra bởi phản ứng giữa NH3, CO2 và Ca(NO3)2

2.1 SẢN XUẤT TỪ AMONIAC VÀ AXIT NITRIC

Quá trình sản xuất amoni nitrat từ amoniac va axit nitric gồm các giai đoạn cơ bản:

+ Trung hòa axit nitric ở thể lỏng bằng amoniac ở thể khí

+ Cô đặc dung dịch amoni nitrat đến trạng thái chảy lỏng

+ Tạo hạt amoni nitrat từ trạng thái chảy lỏng

+ Sấy và làm lạnh muối

+ Đóng gói

Phản ứng trung hòa giữa axit nitric (45-65%) và khí amoniac giải phóng một lượng nhiệt từ 100-115 J/mol Trong hầu hết các quá trình, một lượng nhiệt khá lớn từ phản ứng trung hòa được dùng để hóa hơi một phần hoặc hoàn toàn lượng nước trong axit nitric đưa vào Nhiệt lượng thoát ra phụ thuộc vào áp suất

và nồng độ của axit nitric, mà mà nồng độ dung dịch amoni nitratcó thể đạt được 95 – 97% Trong phản ứng trung hòa, hỗn hợp chất phản ứng phải được trộn thật nhanh và hoàn hảo trong thiết bị phản ứng để tránh quá nhiệt, mất nitơ

và phản ứng phân hủy của amoni nitrat

Một thiết kế của thiết bị phản ứng tổng hợp amoni nitrat được giới thiệu ở hình 2.1

Hình 2.1: Cấu tạo thiết bị phản ứng

A: filling level, a: ống cấp amoniac, b: ống cấp axit nitric, c: ống cấp hơi ( không bắt buộc), d: ống trung tâm, e: buồng trung tâm, f: buồng ra, g: buồng

hơi, h: đỉnh thiết bị trung hòa, l: cửa ra dung dịch

Khí amoniac và axit nitric được đưa vào bên trong tháp, vùng xảy ra phản ứng trung hòa, qua hai ống a và b Phản ứng trung hòa xảy ra tới điểm A và tạo

ra dung dịch amoni nitrat Trong khi dung dịch sôi mãnh liệt ở buồng ra thì quá trình sôi lại bị khử triệt để trong buồng e bởi vì áp suất ở đây cao hơn áp suất sôi của dung dịch ở cùng nhiệt độ Nhiệt độ tăng lên trong phản ứng trung hòa (tới

180oC ở áp suất quá trình) Điều quan trọng trong quá trình tổng hợp là duy trì chính xác độ pH và tránh tạo ra các sản phẩm với clo, kim loại nặng và hợp chất hữu cơ Ngoài ra, dung dịch amoni nitratphải được giữ ở nhiệt độ thấp nhất có

– 63%) v

ết bị phảnnhiệt độ khhoảng này – 80%) rờ

g một phầ

à khí amo

n ứng Áphoảng 170bằng cách

ời khỏi thi

óa hơi thư

hiệt) được

bị phản ứn

3 – 5 Độhất phản ứ

c cô đặc tớNhiệt phản

c làm bằng

màng làm việc ởhòa để tạo

c phun vào

ng khoảng

ộ pH đượcứng Dung