XÁC ĐỊNH SUẤT TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG và PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH của NGÀNH sản XUẤT PHÂN bón nước TA

Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, phân bón đang là một trong những ngành trọng điểm của Việt Nam, điều này có nghĩa phát thải từ hoạt động sản xuất phân bón trong nước sẽ gia tăng, đó

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Vũ Thị Minh Thư

XÁC ĐỊNH SUẤT TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NƯỚC TA

Chuyên ngành : Quản lý môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS Nguyễn Thị Ánh Tuyết

Hà Nội – Năm 2012

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và chưa được công bố trên bất kỳ tài liệu, tạp chí cũng như hội nghị nào Những kết quả của luận văn là hoàn toàn trung thực

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Người thực hiện

Vũ Thị Minh Thư

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau Đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi tôi đã được học tập trong thời gian qua Tại đây, tôi đã được các thầy cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu, những kinh nghiệm học tập và nghiên cứu Nhờ những kiến thức và kinh nghiệm tích lũy được trong quá trình học tập tôi đã hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo TS.Nguyễn Thị Ánh Tuyết, người đã định hướng và tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ công nhân viên Công ty TNHH MTV phân đạm và hóa chất Hà Bắc, Công ty TNHH MTV DAP – Vinachem đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này

Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình cũng như toàn thể bạn bè đã tận tình giúp đỡ, ủng hộ và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, Ngày tháng năm 2012

Vũ Thị Minh Thư

1

TỪ VIẾT TẮT 3

CÔNG THỨC HÓA HỌC 3

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH 4

MỞ ĐẦU 6

Chương 1 TỔNG QUAN NGÀNH PHÂN BÓN VIỆT NAM 7

1.1 Tình hình sản xuất và hướng phát triển của ngành phân bón trong nước 7

1.2 Công nghệ sản xuất phân bón tại Việt Nam 11

1.2.1 Công nghệ sản xuất phân Đạm 11

1.2.2 Công nghệ sản xuất phân Diamonphosphat ( DAP) 16

1.2.3 Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy 19

1.3 Tình hình sản xuất phân bón trên thế giới và phát thải KNK của ngành 22

1.3.1 Tình hình cung cầu, công nghệ sản xuất và tiêu thụ năng lượng ngành sản xuất phân bón 22

1.3.2 Phát thải KNK ngành sản xuất phân bón 25

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN KIỂM KÊ KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT PHÂN BÓN 29

2.1 Phương pháp luận và nguồn số liệu kiểm kê phát thải KNK của lĩnh vực sản xuất phân đạm 30

2.1.1 Phương pháp luận 30

2.1.2 Nguồn số liệu và các hệ số 34

2.2 Phương pháp luận và nguồn số liệu kiểm kê phát thải KNK của lĩnh vực sản xuất phân DAP 37

2.2.1 Phương pháp luận 37

2.2.2 Nguồn số liệu và các hệ số 39

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN VIỆT NAM 41

3.1 Áp dụng tính 41

3.2 Kết quả kiểm kê KNK ngành phân bón và bàn luận 47

2

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ

KÍNH 51

4.1 Xu hướng công nghệ giảm thiểu khí nhà kính 51

4.1.1 Áp dụng kỹ thuật thu giữ CO 2 - CCS 51

4.1.2 Thay đổi cơ cấu sử dụng nguyên liệu 52

4.1.3 Cải tiến công nghệ, sử dụng năng lượng hiệu quả 53

4.1.4 Quy mô sản xuất 53

4.2 Đề xuất các biện pháp giảm phát thải khí CO2 53

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC 61

3

TỪ VIẾT TẮT

châu Á - Thái Bình Dương

NPK Phân Nitơ, phốt pho, kali

TNHH MTV Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

Vinachem Tập đoàn hóa chất Việt Nam

CÔNG THỨC HÓA HỌC

MAP (NH4)H2PO4

SA (NH4)2SO4

4

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Công suất thiết kế các nhà máy phân bón chính tại Việt Nam 10

Bảng 1.2 Tổng nguồn cung phân bón tự sản xuất trong nước và dự kiến xuất khẩu của một số loại phân của Việt Nam từ năm 2012 11

Bảng 1.3 Mức phát thải của nhiên liệu hóa thạch 26

Bảng 1.4 So sánh các công nghệ BAT tổng hợp amoniac 27

Bảng 1.5 So sánh công nghệ BAT tổng hợp amoniac với một số quốc gia 27

Bảng 2.1 Bảng lựa chọn kiểm kê phát thải CO2 từ sản xuất amoniac 34

Bảng 2.2 Tổng tiêu thụ nhiên liệu mặc định (nhiên liệu + nguyên liệu) và các hệ số phát thải của sản xuất amoniac 35

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của quặng photphat apatit I Lào Cai 39

(% khối lượng) 39

Bảng 3.1 Thống kê số liệu sản xuất phân đạm và phân DAP 42

Bảng 3.2 Kiểm kê phát thải CO2 của lĩnh vực sản xuất amoniac theo Tier 2 44 Bảng 3.3 Kiểm kê phát thải CO2 của lĩnh vực sản xuất amoniac theo Tier 1 46 Bảng 3.4 Kiểm kê phát thải CO2 của lĩnh vực sản xuất axit phốtphoric 47

Bảng 3.5 Kết quả tổng phát thải KNK của ngành sản xuất phân bón (gồm nhà máy đạm và DAP) 47

Bảng 3.6 Mức phát thải cơ sở từ sản xuất phân đạm và phân DAP Việt Nam 49

Bảng 4.1 Các phương pháp tiết kiệm năng lượng tại công đoạn tổng hợp amoniac 56

DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sản lượng một số loại phân bón chính sản xuất tại Việt Nam 7

Hình 1.2 Nhu cầu phân bón của Việt Nam năm 2012 9

5

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ than 13

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên 13

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân DAP 18

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân lân nung chảy 20

Hình 1.7 Tiêu thụ phân bón tại một số quốc gia chính trên thế giới 22

năm 2010 -2012 (IFA, 2010) 22

Hình 1.8 Ứng dụng của axit phốtphoric trong sản xuất phân bón (Nguồn: Fertecon, CRU) 24

Hình 1.9 Sản lượng amoniac toàn cầu theo nguyên liệu, 2007 (Nguồn: IFA 2008) 24

6

MỞ ĐẦU

Phát thải KNK đang là mối đe dọa môi trường toàn cầu và gây tác động tiêu cực tại một số quốc gia trong đó có Việt Nam Chính vì vậy, tuy không đóng góp nhiều vào lượng phát thải KNK thế giới, nhưng chính phủ Việt Nam đã có những hành động triển khai ứng phó đối với biến đổi khí hậu toàn cầu, bao gồm cả việc thực hiện kiểm kê KNK theo các giai đoạn yêu cầu đối với các lĩnh vực sản xuất trong nước Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, phân bón đang là một trong những ngành trọng điểm của Việt Nam, điều này có nghĩa phát thải từ hoạt động sản xuất phân bón trong nước sẽ gia tăng, đóng góp vào tổng phát thải KNK quốc gia

Chiếm tỷ trọng lớn về sản lượng và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trong số các loại phân bón, sản xuất phân đạm và phân DAP tại Việt Nam được xem là hai lĩnh vực chính làm phát sinh nhiều KNK, đặc biệt là CO2 Luận văn kiểm kê phát thải KNK ngành phân bón và mức phát thải cơ sở của ngành trên cơ sở kiểm kê phát thải KNK của hai lĩnh vực sản xuất phân đạm (liên quan tới sản xuất NH3) và phân DAP (liên quan tới axit H3PO4) Các nội dung chính luận văn đã thực hiện gồm:

thải KNK của các lĩnh vực sản xuất phân bón trọng điểm

đạm và phân DAP trong nước, từ đó xây dựng mức phát thải cơ sở ngành

năng lượng và giảm phát thải KNK trong ngành sản xuất phân bón Việt Nam

Kết quả có thể được sử dụng trực tiếp cho kiểm kê KNK quốc gia và gián tiếp ảnh hưởng tới xu hướng phát triển mục tiêu giảm thiểu các tác động của biến đổi khí hậu và hướng tới một nền kinh tế cacbon thấp phục vụ phát triển bền vững

7

Chương 1

TỔNG QUAN NGÀNH PHÂN BÓN VIỆT NAM

1.1 Tình hình sản xuất và hướng phát triển của ngành phân bón trong nước

Phân bón tuy là một trong những ngành công nghiệp hóa chất trọng điểm, tính đến hết năm 2011, sản xuất phân bón Việt Nam vẫn được đánh giá là ngành có quy

mô nhỏ về cả số lượng doanh nghiệp (chiếm 76% là doanh nghiệp quy mô nhỏ) và tổng tài sản (chưa đến 50 tỷ đồng) Các doanh nghiệp Phân bón Việt Nam hiện tại mới chỉ sản xuất được bốn loại chính là Đạm (ure - (NH2)2CO), NPK, Lân và DAP trong khi Kali và SA phải nhập khẩu hoàn toàn Theo số liệu năm 2010 của Bộ NN&PTNT, sản xuất phân bón trong nước đạt khoảng 6,6 triệu tấn các loại, trong

đó các loại phân chính là phân đạm 1 triệu tấn, phân lân 1,7 triệu tấn, NPK khoảng 3,7 triệu tấn và DAP khoảng 0,3 triệu tấn Ngoài ra, chiếm một tỷ lệ nhỏ là các loại phân supe lân, phân vi sinh…

vC g Nguồn: Báo cáo tháng 2 năm 2011 – Bộ NN & PTNT

Hình 1.1.Sản lượng một số loại phân bón chính sản xuất tại Việt Nam

8

Sản xuất phân bón tại Việt Nam được đánh giá có mức độ tập trung cao, phân bố chủ yếu ở một số ít doanh nghiệp lớn Hai trong số các doanh nghiệp chiếm phần lớn thị phần của ngành nổi bật là Tổng Công ty (c/ty) Phân bón - Hóa chất

Dầu khí và Tập đoàn hóa chất Việt Nam (Vinachem) [Error! Reference source not

found.] Các loại phân bón chính được sản xuất ở trong nước tập trung vào bốn loại

phân bón chính bao gồm phân đạm, phân DAP, phân lân nung chảy và NPK

doanh nghiệp sản xuất phâm đạm là nhà máy Đạm Phú Mỹ (Đạm Phú Mỹ) công suất 800.000 tấn đạm/năm, chiếm 80% sản lượng đạm sản xuất trong nước Và một doanh nghiệp lâu năm khác là c/ty TNHH MTV Phân Đạm và Hóa chất Hà Bắc (Đạm Hà Bắc) công suất 170.000 tấn đạm/năm, chiếm 20% Hiện cả hai nhà máy

Với lĩnh vực sản xuất phân DAP, của Việt Nam hiện có duy nhất C/ty TNHH MTV DAP Vinachem ở Hải Phòng sản xuất phân bón DAP có công suất 330.000 tấn/năm Và trong thời gian tới nhà máy sản xuất phân bón cao cấp DAP số 2 Tằng Lỏng-Lào Cai có công suất 330.000 tấn/năm mới đưa vào hoạt động bảo đảm đáp ứng đủ nhu cầu phân bón DAP trong nước (mỗi năm khoảng 700.000 tấn), không phải nhập khẩu từ bên ngoài

Bên cạnh đó, lĩnh vực sản xuất phân lân nung chảy, khi so với hai loại phân bón trên, phân lân nung chảy ít phổ biến trên thế giới bởi đặc trưng công nghệ sản xuất và nguyên liệu sử dụng Tại Việt Nam, có 3 đơn vị sản xuất bao gồm C/ty CP Phân lân nung chảy Văn Điển, C/ty CP Phân lân Ninh Bình và C/ty Supe Phốt phát

và Hóa chất Lâm thao mỗi đơn vị có công suất 300.000 tấn/năm Năng lực sản xuất phân lân của Việt Nam đã đáp ứng được phần lớn nhu cầu tiêu dùng trong nước

Riêng với với lĩnh vực sản xuất phân NPK phối trộn, cả nước hiện có 10 đơn

vị thành viên của Vinachem có năng lực sản xuất khoảng trên 2 triệu tấn NPK, trên

1 triệu tấn còn lại được sản xuất bởi gần 40 doanh nghiệp khác

là 7,25 triệu tấn phân bón các loại và chỉ còn phải nhập thêm phân SA, kali, DAP

Hình 1.2 Nhu cầu phân bón của Việt Nam năm 2012

Trong thời gian gần đây và sắp tới, thị trường phân bón có nhiều thay đổi quan trọng: Nhà máy Đạm Cà Mau công suất 800.000 tấn/năm thuộc Tập đoàn dầu khí Việt Nam đã hoàn thành vào cuối năm 2011 Tiếp đó, tháng 7 năm 2012, sản phẩm phân đạm của Nhà máy Đạm Ninh Bình công suất 560.000 tấn/năm thuộc Vinachem sẽ có mặt trên thị trường Và một số dự án triển khai trong tương lai trong đó có Nhà máy Đạm Công Thanh (Thanh Hóa) công suất 560.000 tấn/năm dự kiến sẽ động thổ vào cuối năm nay; và chương trình nâng công suất của C/ty TNHH MTV Phân Đạm và Hóa chất Hà Bắc lên 500.000 tấn/năm dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2014

C/ty TNHH MTV Phân Đạm

và Hóa chất Hà Bắc

(nâng công suất)

Nhà máy Đạm Công Thanh

Nguồn: Hiệp hội Phân bón Việt Nam, website: congthanhgroup.com

Qua đánh giá và thống kê về tình hình sản xuất, như vậy ngành phân bón Việt Nam về cơ bản từ năm 2012 đã có thể chủ động nguồn cung ứng trong nước các nguồn phân đạm, phân lân nung chảy, DAP và bắt đầu xuất khẩu Trong giai đoạn

2012 - 2014 sản lượng phân đạm sẽ tiếp tục tăng mạnh, từ năm 2015 có thể đạt 3,2 triệu tấn đạm/năm, gấp gần 3,3 lần so với hiện nay

11

Bảng 1.2 Tổng nguồn cung phân bón tự sản xuất trong nước và dự

kiến xuất khẩu của một số loại phân của Việt Nam từ năm 2012

Loại phân Tổng cung

(nghìn tấn)

Đáp ứng nhu cầu trong nước

Xuất khẩu (nghìn tấn)

Nguồn: Hiệp hội Phân bón Việt Nam, 2011

Trong thời gian tới, để phù hợp với định hướng phát triển, tận dụng tài nguyên

và đáp ứng nhu cầu trong nước, các dự án đầu tư và nâng công suất nhà máy sản xuất phân bón tại Việt Nam đang gia tăng, đặc biệt trong đó có các nhà máy sản xuất phân đạm, nhà máy DAP

1.2 Công nghệ sản xuất phân bón tại Việt Nam

Dựa trên tình hình và năng lực sản xuất phân bón trong nước, phần trình bày dưới đây tập trung chủ yếu vào công nghệ sản xuất ba loại phân chiếm tỷ trọng lớn tại Việt Nam Trong đó, riêng với sản xuất phân NPK chỉ là phương pháp phối trộn các phân N, K, P tạo hỗn hợp do đó công nghệ sản xuất đơn giản không trình bày đưới đây

1.2.1 Công nghệ sản xuất phân Đạm

Tại Việt Nam, các nhà máy phân đạm mới (Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau) và đang được xây dựng đều áp dụng quy trình công nghệ tổng hợp amoniac của hãng Haldor Topsoe - là công nghệ sản xuất amoniac có mức tiêu hao năng lượng thấp,

có thể đi từ các loại nguyên liệu hyđrocacbon khác nhau: khí thiên nhiên, naphta nặng, than đá Trong khi đó công nghệ sản xuất phân đạm từ than cám theo công nghệ của Trung Quốc đã áp dụng từ năm 1960 (tại Đạm Hà Bắc) và phản ứng tổng hợp vẫn phải sử dụng nhiệt độ và áp suất cao

12

Quá trình sản xuất phân đạm/tổng hợp amoniac từ các nguyên liệu thô ban đầu (khí thiên nhiên, than, naptha…) quy mô công nghiệp về cơ bản giống nhau, chỉ khác nhau quá trình tạo khí nguyên liệu (khí tổng hợp - syngas) ban đầu

Có 3 phương pháp để sản xuất khí tổng hợp từ khí tự nhiên, các sản phẩm dầu hay than đá đó là :

- Reforming khí tự nhiên và các hydrocacbon bằng hơi nước:

Là quá trình có sử dụng xúc tác và tận dụng hơi nước làm môi chất

Là quá trình trong đó chất phản ứng là oxy hay không khí mà không sử dụng xúc tác

Đặc điểm cơ bản của các công nghệ hiện đại là sử dụng áp suất khí hóa cao Việc sử dụng công nghệ nào là thích hợp phụ thuộc vào nguyên liệu thô

Dưới đây là công nghệ tổng quát tổng hợp amoniac từ hai nguồn nguyên liệu chính là than và khí thiên nhiên hiện đang được áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới:

13

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ than

Hình 1.4 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên

Các bước trong quy trình sản xuất phân đạm/tổng hợp amoniac quy mô công

nghiệp gồm một số bước chính như sau:

1 Ðiều chế hỗn hợp khí nguyên liệu

Trong trường hợp nguyên liệu là khí thiên nhiên: Có 2 quá trình reforming

chính:

1 Quá trình reforming sơ cấp:

Chuyển hóa CH4 thành CO2, CO, và H2 có mặt chất xúc tác

Quá trình chỉ có 30 ÷ 40% CH4 nguyên liệu chuyển hóa

2 Quá trình reforming thứ cấp:

14

Chuyển hóa CH4 nguyên liệu còn lại thành CO2, CO

Để thực hiện điều này, một lượng không khí hay oxy được đưa vào hỗn hợp khí- hơi nước Công nghệ này gọi là quá trình reforming tự nhiệt (autothermal-reforming)

Khí thiên nhiên (chủ yếu chứa metan CH4) được chuyển hóa bằng hơi nước hoặc oxi theo các phản ứng:

CH4 + H2O CO + 3H2

CH4 + 1/2 O2 CO + 2H2 Khí CO tạo thành được chuyển hóa tiếp thành hydro và CO2:

CO + H2O CO2 + H2 Tùy theo chất oxi hóa sử dụng mà trong công nghiệp có 3 loại công nghệ chuyển hóa:

- Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác

- Chuyển hóa bằng hơi nước và oxi có xúc tác

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

Trong trường hợp nguyên liệu là than đá: Về nguyên tắc, khí hóa than để điều

chế syngas cũng tương tự Nếu coi trong than chỉ chủ yếu chứa cacbon và không tính đến các thành phần tạp chất khác thì quá trình khí hóa được coi như gồm các phản ứng chính sau:

và một ít CO, CH4

2 Làm sạch khí

15

Trước khi tổng hợp NH3, hỗn hợp khí N2 + H2 điều chế được phải được cho qua

hệ thống làm sạch khí để loại các tạp chất (H2S, CO2, CO ) có hại đến hệ xúc tác Quá trình tách khí CO2 và H2S được thực hiện bằng cách rửa bằng nước ở áp suất

- Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100- 160 atm

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

- Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 -1000 atm

Tháp tổng hợp amoniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình là thông dụng nhất Dưới đây sẽ trình bày sơ lược công nghệ tổng hợp amoniac điển hình nhất là Công nghệ Haldor Topsoe

Mô tả quy trình Haldor Topsoe:

Nguyên liệu khí (hoặc hyđrocacbon nói chung) được tách lưu huỳnh, sau đó được phối trộn với hơi nước và được chuyển hóa thành khí tổng hợp trong thiết bị cracking bằng hơi nước Thiết bị reforming bao gồm một thiết bị reforming sơ bộ

16

(đây là thiết bị tùy chọn, nhưng đặc biệt có ích khi sử dụng nguyên liệu hyđrocacbon cao hoặc naphta), một thiết bị reforming ống đốt và một thiết bị reforming thứ cấp Khí công nghệ được nạp vào thiết bị reforming thứ cấp này Thiết bị reforming bằng hơi nước, với thiết kế kiểu ống, là thiết bị theo thiết kế đốt thành bên đã được Công ty Topsoe đăng ký sáng chế Sau công đoạn reforming, khí tổng hợp sẽ đi qua các công đoạn chuyển hóa shift nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp, công đoạn tách CO2 và metan hóa

Khí tổng hợp được nén đến áp suất cần thiết, sau đó được chuyển hóa thành amoniac trong công đoạn tổng hợp với các thiết bị tổng hợp Các thiết bị tổng hợp này có các tầng đệm xúc tác (S - 200, S – 250 hoặc S- 300) Sản phẩm amoniac được ngưng tụ (hóa lỏng) và tách bằng cách làm lạnh Tất cả các chất xúc tác sử dụng trong các bước phản ứng xúc tác của quy trình đều do Topsoe cung cấp

5 Tổng hợp đạm

Đây là công đoạn cuối cùng để sản xuất phân đạm Khí CO2 thu hồi được ở công đoạn tinh chế được nén bằng máy nén khí 5 cấp đạt áp suất 200 atm và NH3 ở công đoạn tổng hợp NH3 được bơm cao áp đưa lên áp suất 200 atm đưa vào tháp

tổng hợp đạm

2NH3 + CO2 NH2CONH2 + H2O + Q Sau phản ứng tạo đạm NH2CONH2 = (NH2)2CO đưa sang cô đặc để đạt nồng

độ đạm 99,5% thì đưa đi tạo hạt

1.2.2 Công nghệ sản xuất phân Diamonphosphat ( DAP)

Sản xuất DAP (áp dụng tại C/ty TNHH MTV DAP - Vinachem) đi từ nguyên liệu quặng apatit dựa trên công nghệ của các nước tiên tiến, sản phẩm đạt chất lượng cao, ít tiêu hao năng lượng, ít chất thải Quy trình sản xuất DAP được hình thành từ 3 dây chuyền sản xuất thành phần với các công nghệ sau:

- Công nghệ sản xuất axít sunfuríc, Mecs – Mỹ

- Công nghệ sản xuất axít phốtphoric, Prayon – Bỉ

- Công nghệ sản xuất DAP, Incro - Tây Ban Nha

Phân bón DAPcó công thức hoá học: (NH4)2HPO4

3 Ca3(PO4)2.CaF2 + 10 H2SO4 + n H2O  6 H3PO4 + 10 CaSO4 nH2O + 2HF

Gyps được tách ra khỏi hỗn hợp bằng lọc và thu được axit phốtphoric loãng Canxi sunfat (gyps) tùy thuộc vào lượng nước kết hợp, có 3 dạng: khan nước, ngậm 1/2 nước và ngậm 2 nước Dạng CaSO4 và nồng độ H3PO4 thay đổi theo điều kiện phân hủy quặng phốt phát bằng axit H2SO4 Vì vậy quá trình sản xuất axit H3PO4chia làm 5 loại:

- Quá trình khan nước

- Quá trình ngậm 1/2 phân tử nước (Hemi hydrat)

- Quá trình ngậm 2 phân tử nước (Dihydrat)

- Quá trình Hemi- Dihydrat

- Quá trình Di - Hemi hydrat

Phương pháp sản xuất axit phốtphoric hiện Việt Nam đang áp dụng là công nghệ DPP - Dihydrat Prayon Process phù hợp với chất lượng quặng apatit của Việt Nam, đảm bảo chất lượng và khả năng cạnh tranh, toàn bộ công nghệ và thiết bị là của nước ngoài, kể cả hệ thống xử lý khí HF, vận hành bãi thải gyps

Các sản phẩm phụ khi sử dụng phương pháp này là Thạch cao (gip) và NatriFlo Silicicat (Na2SiF6)

18

Hình 1.5 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân DAP

Quá trình sản xuất phân DAP gồm 5 công đoạn như sau:

1 Phân huỷ và kết tinh bùn quặng

Bùn quặng photphat đựơc cấp vào thiết bị trộn sơ bộ và bị phân huỷ một phần bằng axit sunfuric

Bùn nóng được đưa ra khỏi thiết bị kết tinh liên tục qua máng chảy tràn trong thiết bị kết tinh được làm nguội

2 Lọc

Ra khỏi thiết bị kết tinh, bùn được bơm đi lọc gồm 3 bậc lọc để tách bùn ra khỏi axit phốtphoric lẫn gip Axit sản phẩm là nước lọc 1 của bậc lọc thứ 1 được chứa trong thùng và chuyển tới công đoạn cô đặc

Bã gip ướt được chuyển tới bãi đốt đống gip ở bên ngoài băng tải

3 Cô đặc axit

Axit được gia nhiệt qua các ống của bộ phận gia nhiệt và nước trong axit được

DAP

Bồn chứa

NH 3 lỏng

Trung hòa và tạo hạt DAP

Sau quá trình sản phẩm được tạo hạt, đóng bao và xử lý khí

1.2.3 Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy

Cơ sở của phương pháp là dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vô định hình (cây không hấp thụ được, khó tiêu, khó tan) thành dạng vô định hình mà cây có thể hấp thụ được

theo một tỉ lệ nhất định sau đó nung trong lò cao ở nhiệt độ từ 1.400 – 1.5000C…làm cho hỗn hợp quặng và phụ gia hóa lỏng Liệu lỏng được lấy ra và được làm lạnh đột ngột bằng nước có áp lực cao (lưu lượng nước gấp 15 - 20 lần sản phẩm ) nhằm phá vỡ tinh thể trong quặng chuyển P2O5 trong quặng thành dạng

dễ tan trong axit yếu (có thể tan 98% trong axit citric 2% chứa trong dịch mà cây tiết ra) thu được bán thành phẩm phân lân

Quá trình này chủ yếu là kết quả hình thành trạng thái thủy tinh vô định hình Ở nhiệt độ 1.400 – 1.5000C hỗn hợp quặng ở trong lò ở dạng kết tinh bị hóa mềm chảy lỏng linh động, mạng tinh thể bị phá vỡ , sau đó liệu lỏng được làm lạnh đột ngột để chất lỏng không trở về trạng thái ban đầu (tinh thể bền vững ) Ta thu được sản phẩm ở dạng thủy tinh

Quá trình tạo phân nung chảy thực chất là quá trình chuyển hóa -Ca3(PO4)2 từ dạng kết tinh thành dạng “ thủy tinh “

20

Hình 1.6 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân lân nung chảy

Các quá trình hóa lý xảy ra trong lò cao từ đỉnh lò đến đáy lò có thể chia làm 4

khu vực như sau:

1) Khu vực sấy phối liệu-Khu vực đỉnh lò:

Nhiệt độ khống chế trong khoảng nhiệt độ 150 - 7000C

2) Khu vực phân giải muối cacbonat

Nhiệt độ khoảng 730 - 9200C, xảy ra các phản ứng phân giải muối cacbonat

và phán ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni

MgCO3 730 0C

MgO + CO2 CaCO3 900  0C CaO + CO2

Fe2O3 + C 800  0C 2Fe + 3CO

Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO NiO + CO Ni + CO2

3) Khu vực hóa mềm và chảy lỏng

Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 8000C quặng bắt đầu mềm và tiếp tục mềm dần cho tới nhiệt độ 12000C thì nó bắt đầu chảy Nhưng ở nhiệt độ này quặng vẫn chưa đủ linh động nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn và rất chậm

Tại đây oxy không khí và than cháy mạnh hơn Trong lò xảy ra các phản ứng cháy của than:

2C + O2 2CO + Q

C + H2O CO + 2H2 - Q 2CO + O2 2CO2 + Q

4) Khu vực quá nhiệt

Nằm từ vùng tâm mắt gió trở xuống (nồi lò)

Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhò quá trình cháy tiếp tục được nâng lên nhiệt độ từ 1300 - 15000C Tại nhiệt độ này chất lân sẽ ở trạng thái lỏng và rất linh động (vô định hình), hiệu suất chuyển hóa cao Chất lân ở trạng thái này được tháo ra bởi 2 cửa ra liệu, làm lạnh đột ngột rồi tôi nhanh bằng nước có áp lực cao (lưu lượng nước gấp 15 - 20 lần lượng sản phẩm), ta thu được bán thành phẩm

22

phân lân có chất lân ở dạng vô định hình tan tốt trong axit xitric 2% có trong thành phần của nhựa các cây tiết ra, giúp cây hấp thụ tốt

Bán thành phần được nước áp lực cao đẩy về bể tôi

1.3 Tình hình sản xuất phân bón trên thế giới và phát thải KNK của ngành 1.3.1 Tình hình cung cầu, công nghệ sản xuất và tiêu thụ năng lượng ngành sản xuất phân bón

Theo dự báo tháng 5/2011 của IFA, nhu cầu toàn cầu phân bón tăng trung bình hàng năm giai đoạn 2010 - 2015 là 2,4% Thế giới tiêu thụ phân bón được dự báo là gần 190 triệu tấn chất dinh dưỡng vào năm 2015 Sức mạnh của tăng trưởng vượt quá tốc độ tăng trưởng lịch sử của thập kỷ vừa qua là 2,2% mỗi năm [13] Tiêu thụ

ba loại phân bón cơ bản của thế giới ở các quốc gia chủ yếu được thể hiện ở hình sau

Hình 1.7 Tiêu thụ phân bón tại một số quốc gia chính trên thế giới

từ không khí và hydro có thể thu được bằng một trong các quá trình sau đây:

a) Reforming hơi nước khí tự nhiên hoặc các hydrocacbon nhẹ khác (khí thiên nhiên hóa lỏng, Khí dầu mỏ hoá lỏng hoặc Naphtha);

b) Oxy hóa phân đoạn dầu nặng hoặc than đá

để sản xuất các loại phân bón photpho (DAP, MAP, TSP…) cũng gia tăng mạnh 3,9%/năm từ 2010 – 2015 Trong khi đó ứng dụng trong các lĩnh vực của axit phốtphoric trong các lĩnh vực khác chỉ là 10% [13]

24

Hình 1.8 Ứng dụng của axit phốtphoric trong sản xuất phân bón

(Nguồn: Fertecon, CRU)

Sản xuất phân bón luôn được coi là ngành tiêu thụ năng lượng và phát thải KNK trọng điểm trong ngành công nghiệp hóa chất, liên quan tới 3 loại hình: sản xuất amoniac, sản xuất axit phốtphoric và axit nitric (IFA) [5] Sản xuất phân bón

sử dụng xấp xỉ 1,2 % tổng năng lượng toàn thế giới hàng năm, trong đó 94% năng lượng tiêu thụ cho công nghiệp sản xuất phân bón là sản xuất ammoniac [8]

Theo thống kê năm 2008 của IFA, sản lượng ammonia thế giới tổng hợp từ khí thiên nhiên chiếm đến 67%, trong khi đó ammonia tổng hợp từ than là 27% (hình 1.8)

Hình 1.9 Sản lượng amoniac toàn cầu theo nguyên liệu, 2007

(Nguồn: IFA 2008)

25

Ammonia được sản xuất trên toàn cầu trong năm 2005 là 145,4 triệu tấn Sản xuất phân bố chủ yếu tập trung ở Tây và Đông Á, chiếm gần 40% sản lượng toàn cầu (IFA 2006) Khoảng 77% sản xuất ammonia thế giới dựa vào quá trình reforming hơi nước khí tự nhiên, 14% dựa vào quá trình khí hóa than (chủ yếu ở Trung Quốc), và 9% dựa vào quá trình oxy hóa phân đoạn các sản phẩm dầu và hydrocarbon nặng (chủ yếu ở Ấn Độ và một phần nhỏ ở Trung Quốc) Quá trình tổng hợp amoniac từ dầu nặng sử dụng năng lượng gấp 1,3 lần quá trình tổng hợp dựa vào khí Trong khi đó, quá trình dựa vào than đá sử dụng năng lượng gấp 1,7

lần quá trình tổng hợp dựa vào khí [Error! Reference source not found.]

1.3.2 Phát thải KNK ngành sản xuất phân bón

Tổ chức phát triển và hợp tác kinh tế (OECD) và Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) phân biệt hai nguồn phát thải chính:

(1) Phát thải do các hoạt động năng lượng trong các ngành dầu khí, than, điện, cơ khí, hóa chất, công nghiệp, lâm nghiệp, giao thông

(2) Phát thải do các hoạt động ngoài năng lượng trong các ngành sản xuất công nghiệp: xi măng, phân bón, canh tác lúa, chăn nuôi, khai thác rừng

Qui mô phát thải phụ thuộc chủ yếu vào qui mô sản xuất Vì vậy, các nước công nghiệp đóng góp 75% lượng phát thải KNK trên thế giới Trong khi đó các nước đang phát triển chiếm 75% dân số thế giới, chỉ phát thải 25% tổng lượng KNK

Theo báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC (AR4 - 2007), trong 250 năm trở lại đây, chính việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch đã tạo ra phần lớn khí thải nhà kính Lượng CO2 thải chủ yếu từ việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, các quá trình sản xuất công nghiệp (sản xuất xi măng, phân bón, sản xuất thép )

Trong số các nhiên liệu hóa thạch, khí thiên nhiên ít tạo ra khí thải nhà kính nhất, cho nên đây là một loại nhiên liệu được khuyến khích sử dụng, thậm chí người

ta còn chuyển hóa than đá hay dầu mỏ thành khí hóa than lỏng tiện cho việc sử dụng, đồng thời ít gây ô nhiễm Khí thiên nhiên có thành phần hydro cao hơn so với

26

bất kỳ nguồn năng lượng nào vì thế là nguồn cung cấp hydro được lựa chọn cho tổng hợp amoniac Hơn nữa, khí thiên nhiên lại có phát thải CO2 thấp nhất trên một đơn vị sử dụng (bảng 1.3) Theo tính toán trung bình, 1/3 phát thải từ sản xuất amoiac từ khí thiên nhiên là do đốt cháy nhiên liệu và 2/3 là do việc sử dụng nguyên liệu thu hồi H2 để tổng hợp amoniac Trong khi đó, sản xuất amoniac từ than đá theo thứ tự là 25% và 75% (IFA)

Bảng 1.3 Mức phát thải của nhiên liệu hóa thạch

(Nguồn: EIA - Natural Gas Issues and Trends 1998)

Đặc điểm công nghệ sản xuất áp dụng cũng ảnh hưởng lớn đến suất tiêu thụ năng lượng và phát thải KNK của ngành Suất tiêu hao năng lượng riêng trung bình của công nghiệp sản xuất amoniac thế giới là 41 GJ/tấn amoniac [18] Mặc dù, suất tiêu hao năng lượng ở các nhà máy sản xuất phân bón hiện đại nhất chỉ còn bằng một nửa so với công nghệ của những năm 1960 (28 so với 60 GJ/tấn amoniac) [3]

So sánh các công nghệ tổng hợp amoniac hiện tại với công nghệ tốt nhất hiện có - BAT trong bảng dưới đây

27

Bảng 1.4 So sánh các công nghệ BAT tổng hợp amoniac

Nguyên liệu Công nghệ Tiêu thụ năng

từ khí thiên nhiên sử dụng BAT là 28 GJ/MT

Bảng 1.5 So sánh công nghệ BAT tổng hợp amoniac với một số quốc gia

28

Quá trình sản xuất axit phốtphoric phát thải làm phát thải KNK là CO2 Theo

số liệu khảo sát 14 nhà máy sản xuất axit phốtphoric năm 2006 của EPA, phát thải

do quá trình sản xuất là 1,17 triệu tấn CO2 (U.S EPA 2008)

Ở Việt Nam, trong năm 1993 – 1994, một nghiên cứu kiểm kê các KNK từ nguồn gốc năng lượng và công nghiệp đã được tiến hành Theo Thông báo Quốc gia lần thứ II của Việt Nam, Bộ TNMT đã thực hiện kiểm kê quốc gia KNK cho năm

cơ sở là năm 2000 và xác định các lĩnh vực: năng lượng; các quá trình công nghiệp;

nông nghiệp; sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp và chất thải Trong năng lượng, phát thải KNK được kiểm kê từ hai nguồn: quá trình đốt cháy nhiên liệu và phát tán trong quá trình khai thác, vận chuyển Đối với các quá trình công nghiệp, phát thải KNK là loại phát thải không liên quan đến sử dụng năng lượng

Đó là những phát thải KNK trong quá trình chuyển hóa vật lý và hóa học của vật chất mà các KNK được giải phóng

Kiểm kê quốc gia KNK năm 2000, các quá trình công nghiệp bao gồm sản xuất xi măng, thép, giấy và bột giấy,vôi và amoniac được thực hiện theo Hướng dẫn kiểm kê (phiên bản sửa đổi năm 1996) và Hướng dẫn thực hành tốt của IPCC cho các lĩnh vực đối với các KNK chủ yếu là CO2, CH4 và N2O Phần lớn các hệ số phát thải được sử dụng là các hệ số mặc định (default) của IPCC về kiểm kê quốc gia KNK

Đối với của Việt Nam, tuy hiện nay sản lượng phân bón chưa phải là lớn nhưng với xu thế phát triển ngành này trong thời gian tới - đặc biệt tỷ trọng sản xuất phân đạm sẽ chiếm hơn 65%, phân lân chiếm 18%, tiếp theo là DAP 10% thì mức phát thải KNK của ngành sẽ tăng đáng kể

Để đóng góp cho chương trình kiểm kê KNK quốc gia, luận văn xác định phát thải KNK cho ngành sản xuất phân bón Việt Nam, tập trung vào 2 loại hình tiêu thụ năng lượng và phát thải KNK trọng điểm là sản xuất phân đạm (liên quan tới sản xuất amoniac) và sản xuất phân DAP và (liên quan tới sản xuất axit phốtphoric)

29

Chương 2

PHƯƠNG PHÁP LUẬN KIỂM KÊ KHÍ NHÀ KÍNH

TỪ HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT PHÂN BÓN

Dựa theo tình hình sản xuất phân bón trong nước và xu hướng phát triển trong tương lai của ngành sản xuất phân bón Việt Nam, hai sản phẩm phân bón nổi bật của ngành đó là phân đạm và DAP Trong chương này tập trung kiểm kê phát thải khí nhà kính của ngành phân bón đối với lĩnh vực sản xuất phân đạm và phân DAP Với lĩnh vực sản xuất phân lân nung chảy, quá trình sản xuất phát sinh chủ yếu là các khí HF, CO, CO2 tuy nhiên lượng phát sinh là không đáng kể Do vậy, việc tính toán phát thải KNK cho ngành sản xuất phân lân nung chảy không tính đến

Các phương pháp kiểm kê phát thải KNK từ các nguồn khác nhau được thực hiện bởi các phương pháp sau:

1) Đo trực tiếp phát thải:

Phương pháp đo trực tiếp phát thải sử dụng hệ thống giám sát khí thải nhà máy CEMS đo trực tiếp liên tục phát thải Phát thải được tính bởi nồng độ KNK trong khí ống khói và tốc độ phát thải khí ống khói Đây là phương pháp giám sát chính xác nhất để xác định phát thải KNK từ một nguồn cụ thể Tuy nhiên đây là phương pháp không phải là phổ biến vì cần có sự đầu tư lớn về kinh phí, thời gian của mỗi nhà máy sản xuất và tính không sẵn có của hệ thống

2) Sử dụng hệ số phát thải:

Hệ số phát thải là lượng thải chất ô nhiễm tính bình quân trên một đơn vị nhiên liệu tiêu hao hay trên một đơn vị thành phẩm làm ra Hệ số thải được xác định qua tập hợp nhiều số liệu thống kê để rút ra hệ số chung

Sử dụng phép toán nhân hệ số phát thải KNK với lượng nhiên liệu sử dụng

để xác định lượng phát thải KNK Các hệ số phát thải có thể là hệ số mặc định theo tài liệu quốc tế hoặc hệ số phát thải riêng từng quốc gia Tuy nhiên cách tính này không thể đảm bảo chính xác tuyệt đối và cũng sẽ dễ phát sinh những mâu thuẫn

30

Là phương pháp sử dụng các công thức kiểm kê phát thải ứng với khả năng đáp ứng số liệu Bao gồm các cách tiếp cận: phép tính top-down, bottom-up và phép tính cân bằng

+ Phép tính top – down (phép tính từ trên xuống): phép toán dựa vào số liệu tổng quát của ngành để kiểm kê phát thải toàn ngành Phép tính top-down cũng được hiểu là phép tính sử dụng hệ số phát thải và không có sự phân biệt

rõ ràng giữa 2 phương pháp này

+ Phép tính bottom – up (phép tính từ dưới lên): phép toán dựa vào số liệu cụ thể từng loại nguyên liệu, loại công nghệ từng nhà máy để kiểm kê phát thải từng nhà máy và toàn ngành

+ Phép tính cân bằng: tính toán cân bằng vật liệu chi tiết cho từng nhà máy sản xuất phân bón, sau đó tổng hợp lại Việc này đòi hỏi số liệu đầu vào cực kỳ chi tiết và sẽ là không khả thi trong trường hợp số lượng nhà máy lớn

2.1 Phương pháp luận và nguồn số liệu kiểm kê phát thải KNK của lĩnh vực sản xuất phân đạm

2.1.1 Phương pháp luận

Kiểm kê KNK của các ngành sản xuất theo các hướng dẫn quốc tế dễ áp dụng

vì tính linh động của các công thức ứng với với các mức độ thu thập số liệu khác nhau Mặt khác, trong khuôn khổ nhiệm vụ kiểm kê KNK quốc gia, chúng ta đã thống nhất sử dụng phương pháp luận của IPCC để tính toán phát thải cho một số ngành như sản xuất điện, sản xuất xi măng… Hướng dẫn IPCC đồng thời cũng là cơ

sở của một số Hướng dẫn khác áp dụng tính kiểm kê phát thải KNK

Kiểm kê phát thải KNK của ngành phân bón là kiểm kê phát thải quá trình sản xuất (đó là những phát thải KNK trong quá trình chuyển hóa vật lý và hóa học của vật chất [1]), không bao gồm các phát thải liên quan đến sử dụng năng lượng (đốt cháy, sản xuất điện, vận chuyển…) để tránh tính lặp lại (double counting) các kết quả kiểm kê của các ngành liên quan đến năng lượng

Phương pháp luận các phép kiểm kê phát thải KNK ngành phân bón được áp

31

dụng theo hướng dẫn của IPCC 2006 (phiên bản sửa đổi 1996) “Kiểm kê khí nhà kính

Quốc Gia” (2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories) đối

với ngành sản xuất ammoniac, phần 3, chương 3, mục 3.2

Lựa chọn các cách tính Tier dựa vào mức độ đáp ứng các dữ liệu sẵn có (sơ cấp, thứ cấp) hoặc chưa sẵn có Công thức tính toán cho mức độ (Tier) khác nhau - ứng với khả năng đáp ứng số liệu giảm dần, như sau [9]:

- Tier 1: dựa vào những giá trị mặc định và thống kê quốc gia

- Tier 2: dựa vào những giá trị mặc định và số liệu đầu ra đầy đủ từng nhà máy ứng với nguyên liệu đầu vào và loại quá trình

- Tier 3: dựa hoàn toàn vào số liệu đầu vào từng nhà máy

RCO2 = lượng CO2 thu hồi cho quá trình xuôi dòng (sản xuất đạm), kg

Lưu ý:

- AP: thu được từ số liệu thống kê quốc gia

- FR: sử dụng hệ số cao nhất trong Bảng 2.1

- CCF, COF có thể xác định từ các giá trị mặc định như Bảng 2.1

- Trường hợp các thông tin về nguyên liệu và quá trình sản xuất không có