Đồ án nhập môn KTHH CH2000 Khái quát về ngành kĩ thuật hóa học trong nước và trên thế giới Khái quát về quá trình sản xuất phân đạm Giới thiệu chung về lịch sử, tình hình phát triển phân đạm Lý thuyết tổng hợp và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN HỮU CƠ – HÓA DẦU ĐỒ ÁN MÔN HỌC TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thành Trung Lớp: KTHH06 – K60 MSSV: 20153986 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Vũ HÀ NỘI 2016 MỤC LỤC Phần I: Khái quát về ngành kĩ thuật hóa học trong nước và trên thế giới 1 Kỹ thuật hóa học là gì? 2 Ứng dụng của kỹ thuật hóa học? 3 Chương trình đào tạo kỹ thuật hóa học tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội Phần II: Khái quát về quá trình sản xuất phân đạm 1 Giới thiệu chung về lịch sử, tình hình phát triển phân đạm 1.1 Khái niệm và phân loại phân đạm 1.2 Lịch sử hình thành và phát triển phân đạm 1.3 Tình hình phân đạm ở nước ta 1.4 Nhu cầu sử dụng phân đạm ở nước ta 2 Công nghệ sản xuất phân đạm 2.1 Lý thuyết tổng hợp và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp 2.1.1 Lý thuyết tổng hợp urê 2.1.2 Ảnh hưởng tỷ lệ NH3/CO2 2.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ H2O/CO2 2.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất 2.1.5 Sự hình thành biuret 2.2 Các phương pháp sản xuất urê 2.3 Công nghệ tổng hợp urê 2.4 Công nghệ tạo hạt 2.4.1 Bốc hơi 2.4.2 Kết tinh với tái nóng chảy 2.4.3 Tạo hạt 2.5 Quy trình sản xuất urê – Xưởng sản xuất urê nhà máy phân đạm Hà Bắc 2.5.1 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất urê 2.5.2 Mô tả khái quát dây chuyền sản xuất 2.5.3 Thiết bị và cơ sở hạ tầng 2.5.4 Dây chuyền sản xuất amoniac 2.5.5 Xưởng tổng hợp urê Phần III: Kết luận 1 1 2 2 3 3 3 6 6 8 9 9 9 9 10 10 11 11 12 13 14 14 15 15 15 17 20 20 30 32 Phần I: Khái quát về ngành kĩ thuật hóa học trong nước và trên thế giới 1 Kỹ thuật hóa học là gì? Kỹ thuật hóa học là một nhánh của khoa học ứng dụng cơ bản (vật lý và hóa học) và khoa học sự sống (vi sinh vật học và hóa sinh) cùng với toán học ứng dụng và kinh tế để tạo ra, chuyển hóa, vận chuyển, và sử dụng hóa chất, vật liệu và năng lượng đúng cách Về cơ bản, các kỹ sư hóa học thiết kế các quy trình quy mô lớn để chuyển đổi các hóa chất, vật liệu thô, các tế bào sống, vi sinh vật và năng lượng thành các dạng và sản phẩm hữu ích Kỹ thuật hóa học cũng quan tâm đến vật liệu mới có giá trị tiên phong và khoa học như trong công nghệ nano các tế bào nhiên liệu, kĩ thuật y sinh,… Kỹ thuật hóa học chủ yếu liên quan đến thiết kế, cải tiến bảo trì các quá trình hóa học hoặc sinh học chuyển cho quy mô lớn sản xuất Kỹ sư hóa học đảm bảo cho các quy trình được vận hành một cách an toàn, bền vững và kinh tế Kỹ sư kỹ thuật hóa học được sử dụng nhiều với tên kỹ sư quá trình Một thuật ngữ liên quan nhiều hơn là “Công nghệ hóa học” Kỹ sư hóa học thiết kế quy trình để đảm bảo hoạt động kinh tế nhất, điều này có nghĩa là toàn bộ dây chuyền sản xuất phải được quy hoạch và kiểm soát chi phí Các quá trình được sử dụng bởi các kỹ sư hóa học (chưng cất hoặc lọc) được gọi là hoạt động đơn vị và bao gồm các phản ứng hóa học, nhiệt và lực chuyển giao hoạt động Hoạt động đơn vị được nhóm lại với nhau trong các cấu hình khác nhau với mục đích tổng hợp hóa học phân tích hóa học Ba định luật vật lý cơ bản được sử dụng là bảo toàn khối lượng, bảo toàn động lượng và bảo toàn năng lượng Sự chuyển động của khối lượng và năng lượng trên một quá trình hóa học được đánh giá bằng cách sử dụng cân bằng khối lượng và cân bằng năng lượng Luật áp dụng cho các bộ phận rời rạc của các thiết bị, hoạt động đơn vị hoặc toàn bộ một nhà máy Khi làm như vậy các kỹ sư cũng phải sử dụng các nguyên tắc của nhiệt động học, động học phản ứng, cơ chất lỏng và hiện tượng vận chuyển Chúng là công cụ trợ giúp mô phỏng quá trình Thiết kế là làm việc thông qua một số giai đoạn, khái niệm quá trình và phản ứng hóa học, một sơ đồ sản xuất được thiết kế bao gồm tất cả các dòng vật chất trong quá trình này: từ vật liệu, quá trình và sản phẩm trung gian, hoạt động đơn vị, chất thải, sản phẩm cuối Thiết kế sơ bộ được thực hiện để ước tính chi phí, không gian và các yêu cầu về môi trường để tiếp tục đánh giá tính khả thi của ý tưởng Sau giai đoạn đòi hỏi phải thiết kế và đặc điểm kỹ thuật của tất cả các phần và mỗi phần của các thiết bị quá trình đó và cuối cùng tính toán chi phí và lập kế hoạch dự án Giám sát thử nghiệm, công việc 3 mô phỏng theo,chạy quá trình và đảm bảo nó tiếp tục, có các cải tiến liên tục cho cuộc sống của quá trình này 2 Ứng dụng của kỹ thuật hóa học? Kỹ thuật hóa học được ứng dụng trong nhiều loại sản phẩm, các ngành công nghiệp hóa học có phạm vi lớn, sản xuất hợp chất vô cơ, hữu cơ công nghiệp, gốm sứ, năng lượng và hóa dầu, hóa chất nông nghiệp (phân bón, thuốc trừ sâu,…), chất dẻo, chất đàn hồi, chất nổ, chất tẩy rửa, hóa chất oleo, nước hoa, hương liệu phụ gia, dược và mỹ phẩm,… Chế biến gỗ, chế biến thực phẩm, công nghệ môi trường, kỹ thuật dầu khí, thủy tinh, sơn và chất phủ, keo và chất kết dính,… có liên quan chặt chẽ với nhau Kỹ thuật hóa học hiện đại bao gồm nhiều quá trình hơn các quá trình cũ Kỹ sư hóa học thì đang tham gia vào sản xuất đa dạng hàng hóa được chuyên môn hóa, chuyên môn hóa chất Sản phẩm này bao gồm vật liệu hiệu suất cao cần thiết cho hàng không vũ trụ, điện tử, y sinh, quân sự ứng dụng Ví dụ như: sợi siêu bền, thuốc nhuộm tế bào, năng lượng mặt trời, vật liệu sinh học giả các bộ phân con người, dược phẩm,… Ngoài ra kỹ thuật hóa học thường gắn với sinh học và kỹ thuật y sinh Nhiều kỹ sư hóa học làm việc trên các dự án sinh học như biopolymers sự hiểu biết về protein và lập bản đồ gen người Ngày nay, các lĩnh vực công nghệ hóa học là tới chế biến khoáng sản, … 3 Chương trình đào tạo kỹ thuật hóa học tại trường đại học Bách Khoa Hà Nội Ngành Kỹ thuật hóa học là ngành học liên quan đến sự phát triển sự hiểu biết và thiết kế một cách có hệ thống của các hệ thống, quá trình hóa học phục vụ cho việc chuyển hóa từ nguyên liệu đến sản phẩm Đây là một ngành kỹ thuật quan trọng, kết hợp kiến thức hóa học và toán học cơ bản với các nguyên tắc kỹ thuật và có cân nhắc về các yếu tố kinh tế hiện thực Các lĩnh vực hoạt động của ngành khác nhau từ nhỏ đến rất lớn Một đặc thù chủ yếu của kỹ thuật hóa học là chuyển các kết quả nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm sang sản xuất thương mại quy mô lớn.Kỹ thuật hóa học bao gồm những nguyên lý được ứng dụng trong một loạt các ngành công nghiệp đa dạng như hóa dầu, gốm sứ, lọc dầu, kim loại cơ bản, nhựa, công nghệ sinh học, chế biến thực phẩm, dược phẩm, thủy tinh và hóa chất nói chung Tại trường đại học Bách Khoa, hệ đại học bao gồm các hệ: • • Cử nhân: Kỹ thuật hóa học, hóa học, công nghệ kỹ thuật hóa học, kĩ thuật in và truyền thông (4 năm) Kỹ sư: Kỹ thuật hóa học, kỹ thuật in và truyền thông (5 năm) 4 Ngành kỹ thuật hóa học (có 10 chuyên ngành) - Công nghệ hóa lý Công nghệ hữu cơ – hóa dầu Công nghệ các chất vô cơ Công nghệ vật liệu silicat Công nghệ xenluloza và giấy Công nghệ điện hóa và bảo vệ kim loại Quá trình – thiết bị công nghệ hóa học Công nghệ vật liệu polyme và compozit Công nghệ hóa dược và hóa chất bảo vệ thực vật Máy và thiết bị công nghiệp hóa chất – dầu khí Chương trình đào tạo cử nhận và kỹ sư kỹ thuật hóa học nhằm đào tạo chung về kiến thức hóa học, công nghệ hóa học thuộc các chuyên ngành khác nhau ở trên, đáp ứng yêu cầu về nguồn nhân lực cho xã hội Sau khi kết thúc chương trình cử nhân, sinh viên sẽ được nhận bằng cử nhân và có thể tiếp tục theo chương trình kỹ sư thuộc 10 chuyên ngành kể trên Phần II: Khái quát về quá trình sản xuất phân đạm 1 Giới thiệu chung về lịch sử, tình hình 1.1 Khái niệm và phân loại phân đạm phát triển phân đạm Phân đạm là tên gọi chung của các loại phân bón vô cơ cung cấp đạm cho cây Đạm là chất dinh dưỡng rất cần thiết và rất quan trọng đối với cây Đạm là nguyên tố tham gia vào thành phần chính của clorophin, prôtit, các axit amin, các enzyme và nhiều loại vitamin trong cây Bón đạm thúc đẩy quá trình tăng trưởng của cây, làm cho cây ra nhiều nhánh, phân cành, ra lá nhiều; lá cây có kích thước to, màu xanh; lá quang hợp mạnh, do đó làm tăng năng suất cây Phân đạm cần cho cây trong suốt quá trình sinh trưởng, đặc biệt là giai đoạn cây sinh trưởng mạnh Trong số các nhóm cây trồng đạm rất cần cho các loại cây ăn lá như rau cải, cải bắp, v.v Có các loại phân đạm thường dùng sau dây: • Phân urê Phân urê (CO(NH2)2) có 44-48% nitơ nguyên chất Loại phân này chiếm 59% tổng số các loại phân đạm được sản xuất ở các nước trển thể giới Urê là 5 loại phân có tỷ lệ nitơ cao nhất Trên thị trường có bán 2 loại phân urê có chất lượng giống nhau: 1 2 Loại tinh thể màu trắng, hạt tròn, dễ tan trong nước, có nhược điểm là hút ẩm mạnh Loại có dạng viên, nhỏ như trứng cá Loại này có thêm chất chống ẩm nên dễ bảo quản, dễ vận chuyển nên được dùng nhiều trong sản xuất nông nghiệp Phân urê có khả năng thích nghi rộng và có khả năng phát huy tác dụng trên nhiều loại đất khác nhau và đối với các loại cây trồng khác nhau Phân này bón thích hợp trên đất chua phèn Phân urê được dùng để bón thúc Có thể pha loãng theo nồng độ 0.5– 1.5% để phun lên lá Trong chăn nuôi, urê được dùng trực tiếp bằng cách cho thêm vào khẩu phần thức ăn cho lợn, trâu bò Phân này cần được bảo quản kỹ trong túi pôliêtilen và không được phơi ra nắng Bởi vì khi tiếp xúc với không khí và ánh nắng urê rất dễ bị phân huỷ và bay hơi Các túi phân urê khi đã mở ra cần được dùng hết ngay trong thời gian ngắn Trong quá trình sản xuất, urê thường liên kết các phần tử với nhau tạo thành biuret Đó là chất độc hại biuret đối với cây trồng Vì vậy, trong phân urê không được có quá 1,5% biuret (theo tiêu chuẩn Việt Nam) • Phân amoni nitrat Phân amôn nitrat (NH4NO3) có chứa 33–35% nitơ nguyên chất Ở các nước trên thế giới loại phân này chiếm 11% tổng số phân đạm được sản xuất hàng năm Phân này ở dưới dạng tinh thể muối kết tinh có màu vàng xám Amôn nitrat dễ chảy nước, dễ tan trong nước, dễ vón cục, khó bảo quản và khó sử dụng Là loại phân sinh lý chua Tuy vậy, đây là loại phân bón quý vì có chứa cả NH4+ và cả NO3-, phân này có thể bón cho nhiều loại cây trồng trên nhiều loại đất khác nhau Amôn nitrat bón thích hợp cho nhiều loại cây trồng cạn như thuốc lá, bông, mía, ngô… Phân này được dung để pha thành dung dịch dinh dưỡng để tưới cây trong nhà kính và tưới bón thúc cho nhiều loại rau, cây ăn quả • Phân amoni sunphat 6 Còn gọi là phân SA, sunphat đạm (NH4)2SO4 có chứa 20–21% nitơ nguyên chất Trong phân này còn có 24-25% lưu huỳnh (S) Trên thế giới loại phân này chiếm 8% tổng lượng phân hoá học sản xuất hàng năm Phân này có dạng tinh thể, mịn, màu trắng ngà hoặc xám xanh Phân này có mùi nước tiểu (mùi amôniac), vị mặn và hơi chua Cho nên nhiều nơi gọi là phân muối diêm Sunphat đạm là loại phân bón tốt vì có cả N và lưu huỳnh là hai chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây Phân này dễ tan trong nước, không vón cục Thường ở trạng thái tơi rời, dễ bảo quản, dễ sử dụng Tuy nhiên, nếu để trong môi trường ẩm phân dễ vón cục, đóng lại thành từng tảng rất khó đem bón cho cây Có thể đem bón cho tất cả các loại cây trồng, trên nhiều loại đất khác nhau, miễn là đất không bị phèn, bị chua Nếu đất chua cần bón thêm vôi, lân mới dung được đạm sunphat amôn Phân này dung tốt cho cây trồng trên đất đồi, trên các loại đất bạc màu (thiếu S) Đạm sunphat được dùng chuyên để bón cho các loại cây cần nhiều S và it N như đậu đỗ, lạc, v.v và các loại cây vừa cần nhiều S vừa cần nhiều N như ngô Cần lưu ý là đạm sunphat là loại đạm có tác dụng nhanh, rất chóng phát huy tác dụng đối với cây trồng, cho nên thường được dung để bón thúc và bón thành nhiều lần để tránh mất đạm Khí bón cho cây con cần chú ý là phân này dễ gây cháy lá Không nên sử dụng phân đạm sunphat để bón trên đất phèn, vì phân dễ làm chua thêm đất • Phân amoni clorua Phân này ( NH4Cl) có chứa 24-25% nitơ nguyên chất Đạm clorua có dạng tinh thể min, màu trắng hoặc vàng ngà Phân này dễ tan trong nước, ít hút ẩm, không bị vón cục, thường tơi rời nên dễ sử dụng Là loại phân sinh lý chua Vì vậy, nên bón kết hợp với lân và các loại phân bón khác Đạm clorua không nên dung để bón cho thuốc lá, chè, khoai tây, hành, tổi, bắp cải, vừng, v.v • Phân xianamit canxi Phân này có dạng bột không có tinh thể, màu xám tro hoặc màu trắng, đốt không có mùi khai Xianamit canxi có chứa 20 – 21% N nguyên chất, 20 – 28% vôi, 9 – 12% than Vì có than cho nên phân có màu xám đen Cũng có 7 loại phân tỷ lệ than thấp hoặc không có than nên phân có màu trắng Cần chú ý chống ẩm cho phân khi bảo quản, bởi vì nếu phân hút ẩm sẽ bị biến chất, hạt phân phình to lên làm rách bao bì và làm hỏng dụng cụ đựng Phân này dễ bốc bụi Khi bám vào da sẽ làm hỏng da, phân bay vào mắt sẽ làm hỏng giác mạc mắt, vì vậy khi sử dụng phân này phải rất cẩn thận Phân này có phản ứng kiềm, bởi vậy có thể khử được chua, dùng rất tốt ở các loại đất chua Xianamit canxi thường được dùng để bón lót Muốn dùng để bón thúc phải đem ủ trước khi bón Bởi vì phân này khi phân giải tạo ra một số chất độc có thể làm hỏng móng chân trâu bò, hại da chân người nông dân Thường sau 7 – 10 ngày các chất độc mới hết Thưởng xianamit canxi được trộn ủ với phân rác làm cho phân chóng hoai mục Phân này không được dùng để phun lên lá cây • Phân amoni photphat Là loại phân vừa có đạm, vừa có lân Trong phân có tỷ lệ đạm là 10-18%, tỷ lệ lân là 44-50% Phôtphat đạm có dạng viên, màu xám tro hoặc trắng,nói chung màu sắc tùy thuộc vào nhà sản xuất và không ảnh hưởng tới chất lượng Trên thị trường hiện nay đang lưu hành hai loại phân bón ammonphot là DAP(18-46-0)và MAP(10-50-0) Phân dễ chảy nước Vì vậy, người ta thường sản xuất dưới dạng viên và được đựng trong các bao nilông Phân rất dễ tan trong nước và phát huy hiệu quả nhanh Phân được dùng để bón lót, bón thúc đều tốt Phân là loại dễ sử dụng Phân DAP là loại phân trung tính nên có thể sử dụng trên các loại đất khác nhau, còn phân MAP là loại chua sinh lý(pH: 4-4.5) nên không thích hợp đối với các loại đất chua Phân có tỷ lệ đạm hơi thấp so với lân, cho nên cần bón phối hợp với các loại phân đạm khác, nhất là khi bón cho các loại cây cần nhiều đạm 1.2 Lịch sử hình thành và phát triển phân đạm Ngành phân bón gắn liền với lịch sử ngành hóa chất Việt Nam Phôi thai từ thời kháng chiến chống Pháp, tuy nhiên sau khi hòa bình lập lại ngành mới có điều kiện phát triển Đánh dấu bước ngoặt phát triển của ngành phân bón là năm 1959, chúng ta đã khởi công xây dựng nhà máy supe phốt phát Lâm Thao Tháng 4 năm 1962, nhà máy đã chính thức đi vào hoạt động và xuất xưởng những tấn phân lân supe đầu tiên phục vụ nông nghiệp 8 Từ sản lượng 6 nghìn tấn phốt phát năm 1955 thì năm 1960 đã đạt 541,4 nghìn tấn, trong đó apatit là 490 nghìn tấn và phốt phát nghiền là 49.7 nghìn tấn ( tăng hơn 90 lần ) Đến nay, năng lực sản xuất phân vô cơ các loại đã đạt đến 8 triệu tấn/năm Đáp ứng khoảng 80% nhu cầu thị trường 1.3 Tình hình phân đạm ở nước ta Nông nghiệp là một trong những ngành kinh tế có vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, với hơn 60% dân số sống bằng nghề nông Vì vậy nhu cầu phân đạm cho nông nghiệp là rất lớn Ngành phân bón hiện nay có khá nhiều bất cập, cả nước có đến 500 doanh nghiệp sản xuất phân vô cơ Trong đó không ít công ty, doanh nghiệp làm ăn chộp giật đã biến ngành này trở nên hỗn loạn, mất kiểm soát Hiện trạng sản xuất và quản lý phân đạm ở Việt Nam được thể hiện ở một số điểm sau: • Quá nhiều đơn vị sản xuất phân đạm với quy mô nhỏ, cơ sở hạ tầng kém, • máy móc đơn giản, v.v nên đã tạo ra sản phẩm có chất lượng kém Có nhiều loại phân đạm nên rất khó quản lý và hướng dẫn nông dân sử dụng Phân urê hiện tại năng lực trong nước đến thời điểm hiện tại là 2340 triệu tấn/ năm, bao gồm Đạm Phú Mỹ 800.000 tấn, Đạm Cà Mau 800.000 tấn, Đạm Hà Bắc 180.000 tấn, Đạm Ninh Bình 560.000 tấn Như vậy, về urê sản xuất trong nước không những phục vụ đủ cho nhu cầu sản xuất nông nghiệp mà còn có lượng để xuất khẩu Phân DAP hiện sản xuất trong nước tại nhà máy DAP Đình Vũ 330.000 tấn/năm, từ năm 2015 có thêm nhà máy DAP Lào Cai công suất 330.000 tấn/năm Năm 2015 sản lượng trong nước đạt gần 1 triệu tấn DAP/năm, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu trong nước Phân SA hiện tại nước ta chưa có nhà máy nào sản xuất SA và nhu cầu của nước ta vẫn là nhập khẩu 100% từ nước ngoài 9 Mặc dù môi trường kinh tế khó khăn hiện nay gần như làm suy yếu hầu hết các ngành kinh tế, song tình hình kinh doanh của ngành phân đạm vẫn tương đối tốt Nguyên nhân chủ yếu là do nhu cầu phân đạm ổn định và liên tục Cụ thể, hơn 60% dân số làm việc trong ngành nông nghiệp, diện tích đất canh tác tăng trung bình 1% một năm, và nhu cầu lương thực đang tăng với tốc độ lớn hơn tốc độ tăng trưởng dân số Do đó, các nhà máy phân đạm trong nước sẽ có thể dễ dàng giới thiệu sản phẩm của họ Tuy nhiên, mức lợi nhuận cao cũng như những biến động trong tăng trưởng lợi nhuận đều đã được ghi nhận Điều này là do giá ohaan bón trong nước bị phụ thuộc vào giá phân bón trên thị trường thế giới vón đã bị giao động đáng kể từ cuộc khủng hoảng kinh tế năm 2008 Đặc biệt sản xuất dư thừa đã làm hạn chế tăng trưởng lợi nhuận của ngành phân bón Biên lợi nhuận ròng và tăng trưởng lợi nhuận đã giảm từ mức 12.9% và 60% trong năm 2011 xuống 10.46% và 1.17% trong năm 2012 Rõ ràng khi cung vượt cầu, và dưới áp lực thị trường giá bán và lợi nhuận theo đó cũng bị sụt giảm theo 1.4 Nhu cầu sử dụng phân đạm ở nước ta Trước năm 1989, nước ta thiếu lương thực triền miên, hằng năm phải nhập khẩu lương thực với số lượng lớn, có năm trên 1 triệu tấn Năng suất lúa rất thấp, trung bình giai đoạn 1981-1985 chỉ đạt 24,25 tạ/ha Sản xuất nông nghiệp mang nặng tính tự cung tự cấp, nông dân chủ yếu sử dụng phân hữu cơ như phân chuồng, phân bắc, phân xanh,… bón cho cây trồng Tỉ lệ sử dụng phân vô cơ (đạm) rất thấp, chủ yếu dựa vào một số nhà máy trong nước với sản lượng không đáng kể do nhà nước bao tiêu sản phẩm Tổng lượng chất dinh dưỡng hoàn trả lại cho đất thấp hơn rất nhiều so với lượng chấy dinh dưỡng mà nông sản lấy đi Năm 1985-1986 tổng lượng chất dinh dưỡng (N + P2O5 + K2O) sử dụng là 385,5 nghìn tấn ( tương đương 1,1 triệu tấn phân bón các loại ) trên diện tích đất nông nghiệp khoảng 6990 nghìn ha Tỉ lệ 3 chất dinh dưỡng cơ bản cũng mất cân đối 1:0,23:0,05, tương đối nhiều 10 đồng thời cũng nhận nhiệt của phản ứng tổng hợp, ra khỏi tháp lần 1 trao đổi nhiệt với khí ra tháp lần 2, nâng nhiệt độ lên 180OC, rồi vào tháp tổng hợp lần 2, cùng với sự có mặt của xúc tác sắt (Fe) để tiến hành phản ứng tổng hợp Phản ứng tổng quát của quá trình có thể biểu diễn như sau: N2 + 3H2 → 2NH3 + Q NH3 hình thành ở trạng thái khí, ra khỏi tháp được làm lạnh gián tiếp bằng nước và ngưng tụ thành NH3 lỏng qua phân ly 1 để tách NH3 ngưng tụ ra khỏi hỗn hợp khí, sau đó hỗn hợp khí này được đưa qua máy nén tuần hoàn turbine nâng áp suất lên để bù phần áp suất bị giảm do phản ứng tổng hợp NH3 là phản ứng giảm thể tích và lượng khí NH3 bị ngưng tụ sau bộ làm lạnh bằng nước Ra máy nén tuần hoàn hỗn hợp khí đi vào thiết bị 3 kết hợp, trộn lẫn với nguồn khí mới từ máy nén khí nguyên liệu tới, tiếp tục đi từ trên xuống thực hiện quá trình làm lạnh, ngưng tụ và phân ly, phần khí không ngưng còn lại tiếp tục quay trở lại tháp tổng hợp thực hiện chu trình tuần hoàn liên tục NH3 lỏng có nồng độ 99,8% được phân tách khỏi hệ thống bằng các thiết bị phân ly, được giảm áp xuống 2,4 MPa, qua thùng chứa trung gian được đưa ra kho chứa NH3 lỏng (Kho cầu) là sản phẩm cuối cùng của quá trình tổng hợp NH3 Từ kho cầu NH3 lỏng được cấp đến hệ thống bơm NH3 cao áp, nâng áp suất lên 20 MPa, được đưa vào tháp tổng hợp Urê Khí CO2 được nhả ra từ tháp tái sinh CO2 khu vực tinh chế khí, xưởng tổng hợp NH3 được đưa đến công đoạn nén khí CO2 5 cấp- 836, khí CO2 ra đoạn 3 có áp suất 3,3 MPa, được đưa qua hệ thống khử H2S trong khí CO2, qua tháp khử hàm lượng H2S giảm xuống còn < 5 PPm, được đưa trở lại đoạn 4 máy nén CO2, tiếp tục được nâng áp suất lên 20 MPa, được đưa đến tháp tổng hợp Urê Tại tháp tổng hợp, với nhiệt độ 190OC và áp suất 20 MPa, phản ứng tổng hợp Urê xảy ra, tiến hành theo 2 giai đoạn rất nhanh : 4NH3 + 2CO2 + H2O = 2NH4COONH2 + 38.000 Kcal/Kmol; Sau đó, dung dịch cacbamat tách nước tạo thành Urê: NH4COONH2 = (NH2)2CO + H2O + 6.800 Kcal/Kmol Rút gọn 2 phản ứng trên ta có phản ứng tổng hợp: 2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O + Q Hiệu suất của phản ứng đạt 65 - 68 % Quá trình tổng hợp Urê mang tính tuần hoàn toàn bộ: Toàn bộ NH3 và CO2 được đưa trở lại đầu hệ thống Dịch phản ứng (cácbamát amôn) có nồng độ thấp 30 %) qua các công đoạn phân giải và cô đặc để tách NH3 chưa phản 22 ứng đưa trở lại tháp tổng hợp, đồng thời nồng độ Urê cũng được tăng lên (99,8 %) và được đưa vào tháp tạo hạt Nhờ lực ly tâm của vòi phun, dòng Urê bị cắt ngang và rơi xuống tạo thành các hạt Quạt gió (N = 108.000 m3/h) đặt trên đỉnh tháp hút gió làm nguội hạt Urê trong quá trình rơi Hạt Urê rơi xuống phễu ở đáy tháp qua hệ thống băng tải được tiếp tục làm nguội rồi đến công đoạn đóng bao, đóng thành bao Urê qui cách 50 kg/bao, rồi chuyển vào kho chứa sản phẩm 2.5.3 Thiết bị và a Xưởng nước cơ sở hạ tầng Là đơn vị phụ trợ cung cấp các loại nước (Bao gồm : Nước nguyên, nước Công nghiệp, nước Sinh hoạt, nước Tuần hoàn, nước mềm hoá học) đầy đủ, liên tục và đảm bảo chất lượng cho dây chuyền Hoá, Nhiệt Điện và có nhiệm vụ thoát nước cho toàn hệ thống dây chuyền sản xuất b Phân xưởng than Là đơn vị sản suất phụ trợ nằm trong dây truyền sản xuất Urê có nhiệm vụ tiếp nhận than từ các phương tiện chuyên chở - ở Công ty Đạm phương tiện chuyên chở chính là các xà lan Than được 2 cẩu công suất 1.000 tấn/ngày chuyển tải vào kho chứa bằng hệ thống băng tải Than từ kho được các cẩu bốc đổ vào bunke và cung cấp than cho là Nhiệt Điện sản xuất hơi và Tạo khí chế tạo khí than c Xưởng nhiệt điện Là đơn vị sản xuất chính trong dây truyền Urê có nhiệm vụ nhận than từ Phân xưởng Than, nhận nước mềm từ Xưởng Nước, sản xuất Hơi nước các loại để sản xuất điện và cung cấp cho dây truyền sản xuất Urê d Xưởng tạo khí Chế khí nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3 Phân xưởng bao gồm các cương vị chính như sau: - Cương vị lò tạo khí - Cương vị lọc bụi điện - Cương vị bơm dầu cao áp - Cương vị nước tuần hoàn - Cương vị thu hồi nhiệt khí thổi gió 23 2.5.4 Dây chuyền sản xuất a Công đoạn tinh chế khí amoniac Tinh chế là khâu công nghệ quan trọng trong dây chuyền sản xuất Amôniắc (NH3), dùng nguyên liệu than đá, khí hoá theo phương pháp gián đoạn tầng cố định chế khí than ẩm Trong khí than ẩm không chỉ chứa những thể khí cần cho tổng hợp NH3 nh H2, N2, mà còn chứa kèm theo nhiều tạp chất hoá học, cơ học khác nh các khí CO, CO2, CH4, Ar, H2S, COS, Lưu huỳnh hữu cơ, tro bụi và dầu mỡ, trừ CH4 và Ar được phóng không tại cương vị tổng hợp NH3, còn các thành phần khác đều phải loại bỏ tại khâu tinh chế khí, một lượng nhỏ CO, CO2 và H2S bằng dung dịch đồng hạ nồng độ xuồng mức vi lượng (CO + CO2) < 20 PPm, H2S < 1 PPm, hỗn hợp khí N2, H2 tơng đối thuần khiết được đưa tới làm khí nguyên liệu cho cương vị tổng hợp NH3 Công đoạn Tinh chế bao gồm các công đoạn sau: + Khử H2S trong Khí than ẩm + Biến đổi CO + Khử H2S trong khí biến đổi + Khử CO2 CO2 thu hồi có độ thuần 98%, nhiệt độ 40 oC làm nguyên liệu cho tổng hợp Urê và sản xuất CO2 lỏng, rắn Khâu khử H2S trong khí than ẩm có hệ thống thiết bị thu hồi S, lưu huỳnh thành phẩm được dùng cho một số ngành công nghiệp khác b Khử lưu huỳnh trong khí nhiên liệu Công ty phân đạm và hoá chất Hà Bắc sản xuất NH3 bằng khí nguyên liệu đi từ than đá, khí hoá gián đoạn trong tầng cố định để được khí than ẩm (khí 24 nguyên liệu), trong khí nguyên liệu này có chứa một lượng nhất định hợp chất lưu huỳnh mà chủ yếu là H2S, ngoài ra có một số hợp chất lưu huỳnh hữu cơ như CS2, COS, thioalcohol, thio-phene(C4H4S) Nói chung hàm lượng lưu huỳnh hữu cơ chỉ khoảng 810% so với lưu huỳnh vô cơ Hợp chất lưu huỳnh trong khí nguyên liệu không những chỉ gây ăn mòn thiết bị, đường ống mà còn làm xúc tác tổng hợp NH 3 bị ngộ độc (Xúc tác dùng trong tổng hợp NH3, đòi hỏi hàm lượng lưu huỳnh trong khí vào tháp rất nhỏ chỉ ở một mức độ nhất định) và cũng có thể làm hỏng dung dịch khử CO2 Vì vậy phải tìm cách khử sạch S tồn tại trong khí nguyên liệu, quá trình loại bỏ hợp chất lưu huỳnh được gọi tắt là "khử S" Ngoài ra S còn làm nguyên liệu quan trọng trong một số ngành công nghiệp Có nhiều phương pháp khử bỏ S, căn cứ vào hình thái vật lý của chất khử bỏ S có thể chia thành 2 phương pháp chính là khử S kiểu khô và khử S kiểu ớt Khử S kiểu khô: Dùng chất khử S dạng rắn như bột Fe2O3, Than hoạt tính để khử H2S lượng nhỏ và hợp chất S hữu cơ trong khí nguyên liệu Ưu điểm của phương pháp này là vừa khử được S vô cơ và S hữu cơ, độ tinh khiết cao có thể khử nồng độ hợp chất S xuống dới 1 PPm Nhược điểm là chỉ khử được khí có hàm lượng H2S thấp Chất khử khó tái sinh, thường sau khi đã hấp phụ bão hoà H2S thì thải bỏ, gây ô nhiễm môi trường Khử S kiểu ướt: Chủ yếu dùng để khử H2S có trong khí nguyên liệu còn hợp chất S ở dạng hữu cơ khó hơn Dựa vào tính chất phản ứng khác nhau giữa chất lỏng và H2S còn chia phương pháp ướt thành 3 loại: Phương pháp hấp thụ hoá học, phương pháp hấp thụ vật lý và phương pháp hấp thụ vật lý hoá học 25 Công ty Đạm và Hoá Chất Hà Bắc đang sử dụng dung dịch keo Tananh để hấp thụ H2S Dung dịch keo Tananh: + Dung dịch keo Tananh (Hay còn gọi là keo thuộc da) được chiết xuất từ thực vật có chứa nhiều Tananh từ cây hoặc củ như : Cây chay, si, sắn, củ nâu v.v đem nghiền nhỏ, ngâm nước, lọc Là hợp chất hữu cơ có chứa rất nhiều gốc OH- + Na2CO3 là chất hấp thụ chủ yếu hay còn gọi là chất xúc tác trong quá trình hấp thụ H2S + NaVO3 là chất ức chế chống tạo kết tủa V-O-S, là chất ức chế chống ăn mòn Cơ chế phản ứng Dung dịch sôđa hấp thụ H2S tạo thành hợp chất hydro-sunfua Na2CO3 + H2S = NaHS + NaHCO3 (1) Trong pha lỏng hợp chất hydrosulfide kết hợp với vanadat natri NaVO 3 tạo thành muối piro-vanadat mang tính khử đồng thời lưu huỳnh nguyên tố được tách ra 2NaHS + 4 NaVO3 + H2O = Na2V4O9 + 4NaOH + 2S (2) Hay nói cách khác là vanadi hoá trị 5 V+5 (VO3-) bị oxy hoá về dạng vanadi hoá trị 4 V+4 (ở dạng V2O9-2) 2HS - + 4 VO3- + H2O = V4O9-2 + 4 OH- + 2S (3) Vanadi ở dạng V+4 (V4O9-2) mang tính khử kết hợp với Tananh ở trạng thái oxy hoá tạo thành Tananh ở trạng thái khử, còn V+4 chuyển thành V+5 mang tính oxy hoá 26 Na2V4O9 + 2Tananhoxh + 2 NaOH = 4 NaVO3 + 2TananhKhử (4) Trong tháp tái sinh Tananh dạng khử bị O 2 của không khí oxy hoá tạo thành Tananh dạng oxy hoá TananhKhử + O2(kk) = TananhOxh + H2O (5) Lượng Na2CO3 tiêu hao ở phản ứng (1) bù đắp lại bằng lượng NaOH tạo thành từ phản ứng (2) NaOH + NaHCO3 = Na2CO3 + H2O (6) Trong dung dịch, tốc độ NaSH bị Tananh oxy hoá diễn ra rất chậm, nhng bị NaVO3 oxy hoá rất nhanh Vì vậy khi cho thêm NaVO3 vào dung dịch thì tốc độ phản ứng diễn ra rất nhanh, Na 2V4O9 sinh ra ở phản ứng (2) không thể bị oxy của không khí oxy hoá trực tiếp Nhng nó có thể bị Tananh ở dạng oxy hoá oxy hoá ngay, còn Tananh ở dạng khử thì có thể bị O 2 của không khí oxy hoá trực tiếp oxy hoá tái sinh Cho nên trong quá trình hấp thụ loại bỏ lưu huỳnh, Na2CO3 đóng vai trò là chất hấp thụ còn Tananh đóng vai trò là chất mang O2 Khi trong thể khí có chứa nhiều O 2, CO2, HCN còn có thể xảy ra các phản ứng không mông muốn sau: 2NaHS + 2 O2 = Na2S2O3 + H2O (7) Na2CO3 + CO2 + H2O = 2 NaHCO3 (8) Na2CO3 + 2HCN = 2NaHCN + H2O + CO2 (9) NACN + S = NACNS (10) 2 NACNS + O2 = Na2SO4 + CO2 + SO2 + N2 (11) Các phản ứng trên làm tiêu hao cấu tử có lợi cho quá trình hấp thụ Na2CO3 làm giảm khả năng hấp thụ H2S của dung dịch, vì vậy trong sản xuất cần phải cố gắng hạ thấp nồng độ O2 và HCN trong khí nguyên liệu 27 c Thao tác cương vị H2S thấp áp Cương vị này dùng dung dịch Tananh để khử bỏ khí H2S trong hỗn hợp khí than ẩm từ lọc bụi điện tới, sau khi khử H2S hàm lượng H2S trong khí than còn lại 100 - 150 mg/Nm3, đi vào đoạn I máy nén để tăng áp và đưa đi biến đổi CO Dung dịch sau hấp thụ được đưa đi tái sinh thu hồi lưu huỳnh làm sản phẩm phụ và được khôi phục năng lực hấp thụ, tuần hoàn sử dụng lại d Biến đổi CO Cương vị này dùng hơi nước cao áp để chuyển hoá CO trong khí than ẩm thành khí CO2 và H2 với sự có mặt của xúc tác trong các lò Biến đổi Khí H2 làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3, còn khí CO2 là chất dễ loại bỏ bằng phương pháp hấp thụ Khí ra khởi cương vị là khí biến đổi, có hàm lượng CO 2.0% được đưa qua các cương vị tiếp theo để tiếp tục làm sạch thành khí nguyên liệu để tổng hợp NH3 e Khử CO2 bằng dung dịch kiềm nóng Cương vị này dùng dung dịch K2CO3 nóng để khử bỏ khí CO2 trong hỗn hợp khí biến đổi, khí sau khi khử CO2 gọi là khí tinh chế được tiếp tục đưa đi khử CO và CO2 vi lượng ở bước tiếp theo, để làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH3 Tận dụng nhiệt độ của khí biến đổi và hơi nước 5 kg/cm2, gia nhiệt cho dung dịch sau hấp thụ để thực hiện quá tình tái sinh, khôi phục lại năng lực hấp thụ của dung dịch Thu hồi lượng khí CO2 thoát ra khỏi dung dịch trong quá trình tái sinh, làm nguyên liệu để snar xuất urê và các sản phẩm khác như CO2 lỏng – rắn, sôđa, NH4HCO3, CaCO3,v.v,… f Hấp thụ chế lạnh 681 Hấp thụ khí NH3, chế tạo NH3 lỏng dùng để làm lạnh bộ bốc hơi 402 hệ thống tổng hợp NH3 Khí NH3 từ thùng cao vị thuộc hệ thống tổng hợp NH3 qua bộ quá nhiệt trao đổi nhiệt, làm lạnh cho NH3 lỏng từ thùng chứa cấp đi thùng cao vị, bản thân khí NH3 được gia nhiệt lên và đi vào thiết bị hấp thụ NH3, lợi dụng nước NH3 loãng ở đáy tháp chưng cất tới, gia nhiệt cho nước NH3 đặc trong bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm soắn, nhiệt độ nước NH3 loãng giảm xuống, giảm áp và đi vào bộ hấp thụ 28 Ở đây nước NH3 loãng sẽ thực hiện quá trình hấp thụ khí NH3, phía ngoài thiết bị hấp thụ được làm lạnh gián tiếp bằng nước để lấy đi nhiệt của phản ứng hấp thụ, nước NH3 loãng hấp thụ khí NH3 trở thành nước NH3 có nồng độ cao, còn gọi là nước NH3 đặc, nước NH3 đặc tạo thành từ phía đáy thiết bị hấp thụ được chảy vào thùng chứa nước NH3 đặc Từ đây nước NH3 đặc được bơm ly tâm nhiều cấp tăng áp lên áp suất 20 atm, nước NH3 vào bộ trao đổi nhiệt kiểu tấm xoắn, ở đây nước NH3 được gia nhiệt tới 950C rồi được đưa vào tháp chưng cất, NH3 bốc thành khí có nồng độ cao 99,8%, có áp suất cao đi vào thiết bị làm lạnh bằng nước và ngưng tụ thành NH3 lỏng, chảy vào thùng chứa, nước NH3 đặc sau khi bốc hơi sẽ thành nước NH3 loãng, ra khỏi đáy tháp chưng qua thiết bị trao đổi nhiệt tấm xoắn gia nhiệt cho nước NH3 đặc và tiếp tục tuần hoàn về thiết bị hấp thụ thực hiện chu trình tuần hoàn NH3 lỏng từ thùng chứa đi qua bộ quá lạnh, qua van giảm áp rồi về thùng cao vị, từ đây được đưa vào đáy thiết bị bốc hơi, NH3 bốc hơi thu nhiệt của khí tuần hoàn, NH3 lỏng bốc hơi thành khí đi vào thùng cao vị để phân ly những giọt NH3 lỏng đi theo hơi NH3, NH3 khí từ thùng cao vị quay trở lại thiết bị quá lạnh, rồi vào thiết bị hấp thụ, quá trình cứ tuần hoàn kép kín trong hệ thống g Khử vi lượng CO và CO2 Nguyên lý hấp thụ CO của dung dịch Acetat-Amooniac-Đồng Trong điều kiện tồn tại NH3 tự do, phức Cu+ sẽ tác dụng với CO để tạo thành phức chất oxit carbon acetat 3 amoniac đồng I Cu(NH3)2AC + CO + NH3 Cu(NH3)4AC + Q (1) Đây là quá trình hấp thụ hóa học bao gồm cân bằng phản ứng trong pha khí – lỏng và cân bằng hóa học trong pha lỏng Đầu tiền là CO trong thể khí tiếp xúc với đồng hóa trị thấp Cu+ tạo thành hợp chất liên kết đồng thời tỏa nhiệt Đây là phản ứng thuận nghịch toả nhiệt, giảm thể tích nên hạ thấp nhiệt độ, nâng cao áp suất, tăng nồng độ Cu+ và NH3 tự do trong dung dịch sẽ có lợi cho phản ứng hấp thụ Số thể tích khí CO do 1 đơn vị thể tích dung dịch đồng hấp thụ được gọi là năng lực hấp thụ của dung dịch đồng Nhìn vào phản ứng (1) ta thấy cứ một phân tử khí CO thì phải tiêu tốn một phân tử Cu+ Vì vậy cứ 63,5 gam kim loại Cu+ thì sẽ hấp thụ được 22,4 m3 khí CO Nhưng trong thực tế hiệu suất chỉ đạt khoảng 45.55% 29 h Công đoạn nén khí nguyên liệu H2-N2 QUÁ TRÌNH NÉN KHÍ Máy nén dùng để nén khí nguyên liệu cho Tổng hợp NH3 là loại máy nén kiểu piston ký hiệu H22III-165/320 và 6M25-185/315 (máy nén mới lắp này là một trong những hạng mục của Dự án cải tạo kỹ thuật) Đây là loại máy nén 6 cấp, có 6 xilanh, hình chữ H cân bằng đối xứng 4 hàng, động cơ truyền động 2.500 KW, lượng khí hút vào đoạn I : 9.000 Nm3/h, tốc độ quay 333 vòng/phút, hành trình pistông là 420 mm Máy nén khí kiểu piston sở dĩ nén được khí là nhờ sự di động của pistong trong lòng xi lanh, căn cứ vào số lần hút khí và đẩy khí trong một lần piston di động qua lại mà chia máy nén piston ra làm hai loại tác dụng đơn và tác dụng kép i Tổng hợp ammoniac Phản ứng hóa học tổng hợp NH3 theo phương trình phản ứng sau: 3H2 + N2 2NH3 + 9.374 cal/mol (1) Đặc điểm của phản ứng tổng hợp NH3 là: - Là phản ứng giảm thể tích Từ phương trình phản ứng (1) ta thấy: 3 thể tích H2 và 1 thể tích N2 tham gia phản ứng tạo thành 2 thể tích NH3, trong quá trình phản ứng thể tích đã bị thu nhỏ lại - Là một phản ứng tỏa nhiệt Theo phản ứng (1) nhiệt lượng tỏa ra đồng thời với sự tạo thành NH3, nhiệt của phản ứng có quan hệ với nhiệt độ và áp suất - Là phản ứng thuận nghịch Đồng thời với phản ứng, giữa 2 phân tử H2 và N2 để tạo thành NH3 thì cũng có phản ứng phân giải NH3 thành N2 và H2 - Để phản ứng được tiến hành nhanh theo chiều thuận cần phải có chất xúc tác Qua thực tế đã chứng minh, khi phản ứng tổng hợp NH3 nếu không có chất xúc tác thì phản ứng chiều thuận diễn ra với tốc độ rất chậm có thể kéo dài trong nhiều năm mới đạt trạng thái cân bằng Nhưng nếu có một lượng chất xúc tác thích hợp thì sẽ giảm bớt năng lượng cần thiết cho việc kết hợp giữa H2 và N2, giảm được phản ứng nghịch vì vậy mà tăng nhanh tốc độ phản ứng thuận 30 Có rất nhiều chất có thể làm xúc tác cho quá trình tổng hợp NH3 như các nguyên tố Fe,Pt,Mn,…Những loại xúc tác lấy sắt làm thành phần chính thường được dùng rộng rãi trên thế giới vì loại này có những ưu điểm: Nguồn nguyên liệu chính Fe dồi dào Giá thành rẻ, dễ kiếm Ở nhiệt độ thấp cũng có hoạt tính khá tốt Khả năng chống độc mạnh Tuổi thọ cao Lưu trình tổng hợp NH3 - Hỗn hợp khí mới H2-N2 có nhiệt độ 35-40oC từ đường ống chung đoạn VI máy nén đến, qua thiết bị phân ly dầu để loại bỏ dầu, nước và các loại tạp chất khác, rồi cùng khí tuần hoàn từ bộ phân ly dầu sau tuabin ra, đi vào phân trên tháp ba kết hợp, cùng đi vào bên trong ống trao đổi nhiệt của bộ làm lạnh – 401 Hồn hợp khí này được làm lạnh bằng khí đi lên từ bộ phân ly NH3 – 403 ở phần đáy tháp 3 kết hợp, rồi đi vào trong ống trao đổi nhiệt của bộ bốc hơi NH3 -402 Tại thiết bị 402 NH3 lỏng đi ngoài ống, nhận nhiệt, bốc hơi; còn hỗn hợp khí tiếp tục đi xuống, được làm lạnh xuống -2oC, NH3 ngưng tụ và NH3 lỏng được tách ra ở 403 (phân ly lần 2) Hỗn hợp khí còn lại đi vào ống trung tâm của bộ bốc hơi ngưng tụ, đi lên vào không gian giữa các ống trao đổi nhiệt của bộ làm lạnh 401 để trao đổi nhiệt với khí đi trong ống, nhiệt độ tăng lên đếnkhoảng 30oC và đi ra khỏi tháp ba kết hợp Hỗn hợp khí ra khỏi tháp ba kết hợp chia làm hai đường: Đường chính do van V4 khống chế đi vào tháp tổng hợp, theo khe vành khăn giữa vỏ tháp tổng hợp và vỏ ngoài rọ xúc tác, đi từ trên xuống dưới để làm lạnh vỏ tháp rồi đi ra ở đáy tháp tổng hợp (ra tháp lần thứ nhất) Đường thứ 2 qua van điều tiết V1 được hỗn hợp với khí ra tháp tổng hợp lần 1 và đi vào bộ trao đổi nhiệt khí – khí Khí ra tháp lần thứ nhất chia thành 3 đường: Một đường qua van V6 đi vào đỉnh tháp tổng hợp, khống chế điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác thứ hai (tầng hướng kính thứ nhất) Đường thứ 2 qua van điều tiết V5 vào tháp tổng hợp lần 2 từ phía dưới tháp Đường thứ 3 qua van V2 khống chế đi vào không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt khí- khí và được trao đổi nhiệt gián tiếp với khí hỗn hợp khí đi ra từ lò hơi ở phía trong ống Ra khỏi bộ trao đổi nhiệt khí- khí, nhiệt độ hỗn hợp khí tăng lên đến 160-180oC, được chia làm 3 đường và đi vào tháp tổng hợp: 31 Đường thứ nhất là đường chính do van V9 khống chế đi qua không gian giữa các bộ phận trao đổi nhiệt dưới trong tháp, tiến hành quá trình trao đổi nhiệt với khí sau phản ứng đi trong ống, nhiệt độ hỗn hợp khí tăng 380-400oC qua ống trung tâm đi vào tầng xúc tác thứ nhất (tầng hướng trục) Đường thứ 2 là đường phụ do van V10 khống chế, đi vào từ đáy tháp tổng hợp và đi qua bộ trao đổi nhiệt dưới tháp, cùng với khí đường chính đi qua ống trung tâm vào tầng xúc tác thứ nhất Đường phụ này có tác dụng điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác thứ nhất Đường thứ 3 là đướng khí kích lạnh 1, qua van điều tiết V8 vào đỉnh tháp tổng hợp, đi trong không gian giữa các ống của bộ trao đổi nhiệt ở giữa tầng hướng trục và tầng hướng kính thức nhất Khí lạnh trao đổi nhiệt gián tiếp với hỗn hợp khí phản ứng đi ra khỏi tầng hướng trục để điều chỉnh nhiệt độ tầng hướng kính thứ nhất Khí lạnh sau khi trao đổi nhiệt xong, qua khe hở hòa trộn với hỗn hợp khí ở ống trung tâm và đi vào tầng xúc tác thứ nhất (tầng hướng trục) Đường khí kích lạnh 2, chính là một phần hỗn hợp khí ra tháp lần 1, qua van điều tiết V6 đi vào đỉnh tháp tổng hợp trộn lẫn với khí ra khỏi tầng xúc tác thứ 2 (tầng hướng kính thứ 1), để điều chỉnh nhiệt độ tầng xúc tác thứ 3 (tầng hướng kính thứ 2) Hỗn hợp khí này đi vào tầng xúc tác thứ 3 thực hiện phản ứng tổng hợp rồi đi trong các ống của bộ trao đổi nhiệt ở phần đáy tháp để trao đổi nhiệt gián tiếp với khí ở đường chính vào tháp tổng hợp lần 2 đi trong không gian giữa các ống Khí sau phản ứng có nhiệt độ khoảng 330OC, đi ra tháp lần 2 và được đưa vào nồi hơi nhiệt thừa Hỗn hợp khí đi trong ống gia nhiệt cho nước mềm để sản xuất hơi nước có áp suất 1,27 MPa Ra khỏi nồi hơi nhiệt thừa, khí tổng hợp có nhiệt độ khoảng 2200C đi vào bộ trao đổi nhiệt khí - khí và đi bên trong ống, gia nhiệt cho khí cha phản ứng đi ngoài ống, khí tổng hợp được làm lạnh đến nhiệt độ khoảng 100oC rồi đi vào bộ làm lạnh bằng nước tuần hoàn (ống lồng ống) Khí tổng hợp ra khỏi bộ làm lạnh bằng nước có nhiệt độ khoảng 35 - 40oC, một phần khí NH3 được ngưng tụ thành NH3 lỏng và được tách ra tại thiết bị phân ly I (phân ly lần 1), NH3 lỏng được đưa đến thùng chứa trung gian Hỗn hợp khí sau khi ra khỏi thiết bị phân ly lần I đi vào máy nén Tuabin tuần hoàn để bù áp suất do trở lực hệ thống tổng hợp NH3 gây nên, tiếp tục qua phân ly dầu để phân ly dầu, nước và các tạp chất khác Hỗn hợp khí ra khỏi phân ly đi vào đỉnh tháp 3 kết hợp tiếp tục tuần hoàn trở lại hệ thống - Khí thải bỏ và khí thùng chứa 32 Để duy trì hàm lượng khí trơ không đổi trong khí tuần hoàn, phải liên tục hoặc gián đoạn phóng không một lượng khí tuần hoàn sau bộ phân ly I (408) Khí phóng không này được đưa đến cương vị 671 để thu hồi H2 và quay trở lại đoạn IV máy nén 667 làm khí nguyên liệu Khí thùng chứa từ thùng chứa trung gian hay kho cầu đưa về cương vị 671 để chế nước NH3 hay tận dụng đưa về 669 để bổ sung vào dung dịch đồng - NH3 khí và NH3 lỏng NH3 lỏng qua bộ phân ly I và II được giảm áp xuống 2,35 MPa rồi vào thùng chứa trung gian Sau đó NH3 lỏng tiếp tục đưa tới chứa ở kho cầu nhờ sự chênh lệch áp suất giữa thùng chứa và kho cầu NH3 lỏng từ hệ thống hấp thụ chế lạnh cấp vào thùng cao vị 409/670 Tại đây NH3 lỏng được đưa xuống thiết bị bốc hơi làm lạnh – 402, NH3 lỏng sẽ bốc hơi để làm lạnh ngưng tụ NH3 trong hỗn hợp khí, NH3 hoá thành khí, được tập trung về thùng cao vị 409 rồi tiếp tục tuần hoàn về hệ thống hấp thụ chế lạnh tạo thành chu trình kín Trên đường ống chung cấp NH3 cho bộ bốc hơi làm lạnh 402/670, ngoài đường cấp từ hệ thống hấp thụ chế lạnh 681 còn có đường cấp từ máy băng ở hệ thống 669 để có thể điều chỉnh phụ tải của hệ thống hấp thụ chế lạnh - Khí bảo vệ máy nén tuần hoàn Tuabin Khí bảo vệ là khí mới từ đường ống chung đến, được qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, trao đổi nhiệt với khí NH3 ra khỏi thùng cao vị 409, nhiệt độ khí hạ từ 35 - 400C xuống 150C, qua bộ phân ly - tách dầu nước, tiếp tục vào bộ sấy Silicagen 412 để sấy khô triệt để khí mới Khí mới này đi qua khe hở giữa Stato và Rôto máy nén tuần hoàn Tuabin làm nhiệm vụ cách điện động cơ, sau đó hỗn hợp khí khô kết hợp với khí tuần hoàn đi vào buồng nén của máy nén Tuabin 2.5.5 Xưởng tổng hợp urê a Cơ sở quá trình tổng hợp urê Điều chế urê bằng cách cho phản ứng hoá học giữa NH3 và CO2 theo phương trình tổng quát sau : 2NH3 + CO2 → CO(NH2)2+ H2O + Q Phản ứng này diễn ra theo 2 giai đoạn: - Đầu tiên tạo thành carbamát amôn: 2NH3 + CO2 → NH4CO2NH2 + Q - Sau đó nước bị tách ra và thu được urê 33 NH4CO2NH2 → CO(NH2)2 + H2O - Q Phản ứng này tơng đối chậm nên là phản ứng khống chế quá trình tổng hợp - Pha khí gồm : NH3, CO2, hơi H2O Pha lỏng gồm các muối chảy lỏng : Amoni cácbamát, urê, Amoni cácbonát và H2O Phản ứng xẩy ra chủ yếu trong pha lỏng vì khối lượng các chất ban đầu càng cao thì áp suất trong tháp càng tăng và càng giảm khối lượng cacbamat Amon có thể phân giải thành Amoniac và đi oxit các bon, đồng thời tăng mức độ chuyển hoá cácbamat Amon thành urê Theo phương pháp này có rất nhiều quy trình công nghệ sản xuất khác nhau: Chu trình sản xuất không tuần hoàn Amoniac Chu trình sản xuất bán tuần hoàn Chu trình sản xuất tuần hoàn toàn bộ hay còn gọi là phương pháp tuần hoàn lỏng ( trong công nghệ tuần hoàn lỏng toàn bộ có công nghệ Striping CO2, vì công nghệ này tỏ ra ưu việt hơn bởi lưu trình đơn giản, thiết bị chắc chắn đáng tin cậy, định mức tiêu hao có thể giảm tới mức tối ưu nên xu hướng hiện nay các nước hay dùng ) Lưu trình công nghệ - b NH3 lỏng có áp suất 1,95 - 2,0 MPa, nhiệt độ từ 20 - 30 oC từ kho cầu thuộc Xưởng Tổng hợp NH3 được cấp đến công đoạn, được đưa qua đồng hồ đo lưu lượng FI721 vào bộ lọc 704 để lọc những tạp chất rồi vào thùng chứa NH3-705, thùng chứa 705 luôn ở mức 2/3 dịch diện, từ thùng chứa này NH 3 được dẫn tới bơm, nhờ bơm NH3 Piston cao áp 706 nâng áp suất lên 20,0 MPa đi qua thiết bị gia nhiệt NH3 lên nhiệt độ khoảng 150oC rồi đa vào tháp tổng hợp 708 Khí CO2 từ phân xưởng Tinh chế (Xưởng tổng hợp NH 3) cấp sang có các chất lượng như sau: CO2 98 %, H2S 20 mg/Nm3, áp suất: 300 - 600 mm, H2O, nhiệt độ: 30 - 40oC Khí CO2 trước khí vào máy nén được bổ sung 1 lượng không khí nén để khống chế nồng độ O2/CO2 = 0,5% thể tích, được nén qua các đoạn 1, 2 và 3 lên áp suất P = 3,36 MPa, được đưa sang tháp khử H 2S, ra tháp khử bảo đảm hàm lượng H2S 5mg/Nm3 tiếp tục đưa vào nén đoạn 4 đoạn 5 nâng áp suất khí lên 20,0 MPa và nhiệt độ 110 oC đưa sang tháp tổng hợp 708 Tại tháp tổng hợp Urê(708) xảy ra phản ứng tổng hợp Hiệu suất chuyển hoá là 65 - 68%, thời gian lưu lại của nguyên vật liệu từ 45 - 60 phút tuỳ theo phụ tải, dung dịch ra khỏi 708 gồm có Urê, cacbamat, NH 3 tự do và nước, 34 qua van tiết lưu (PIC727) áp suất giảm xuống còn 16,5 - 17 atm, nhiệt độ 120oC đưa vào thiết bị dự phân ly(710A) phần khí được tách ra qua bộ làm lạnh 731B cùng với khí phân giải ở 710 qua 731 để vào hấp thụ 715, phần dịch tiếp tục đi vào phân giải đoạn I (710) tại đây pha khí được tách ra, bay lên phần trên, còn lại dung dịch đưa sang thiết bị gia nhiệt (711), tại đây dung dịch được đun nóng lên đến nhiệt độ 155160oC (bằng hơi nước 1,27 MPa) đưa sang phân ly 712 lượng khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa trở lại thiết bị 710 trợ nhiệt cho dung dịch từ 710A xuống rồi cùng với lượng khí ở 710 bay lên Dịch ở 712 qua van tiết lu lần thứ hai LIC722 áp suất giảm xuống 0,25 - 0,35 MPa, nhiệt độ từ 110 - 120 oC đưa sang phân giải đoạn II (713) ở phần trên khí được tách ra, bay lên đỉnh thiết bị, còn dung dịch được qua thiết bị 714 dùng hơi nước 1,27 MPa tăng nhiệt lên 145 - 150 oC đưa vào phần dới của 713 khí ở đây ra tập trung ở đỉnh, còn dịch urê ra ở phần đáy qua tiết lu lần nữa ở LI724 về áp suất thờng vào thiết bị bốc hơi nhanh (730) rồi vào cô đặc đoạn I (731), phần dới được gia nhiệt bằng khí hỗn hợp từ 710, đoạn trên dùng hơi nước 1,27 MPa tăng nhiệt độ dung dịch Urê lên 120 130oC Qua phân ly dịch Urê tiếp tục qua gia nhiệt ở thiết bị 733 để nâng nhiệt độ lên 135-140oC, lại vào thiết bị phân ly 734 phần khí bốc lên ở đỉnh, còn dung dịch Urê lúc này có nồng độ 99,8% xuống bơm Urê đậm đặc (735) bơm lên đỉnh tháp, nhờ vòi phun tạo hạt, hạt Urê rơi từ đỉnh tháp xuống, ở đỉnh tháp có lắp 2 quạt gió, hút gió ngược từ dới lên để làm lạnh hạt Urê, rơi xuống đá Dịch của 721 do bơm 722 nâng áp lên 1,7 MPa đưa vào hấp thụ khí trơ 719, hấp thụ khí không ngưng tụ ở 717-718 Dung dịch hấp thụ của 719 được đưa về phần đỉnh của tháp hấp thụ đoạn I (715) để rửa lượng Cacbamat tích tụ ở trên các tầng đĩa Khí NH 3 từ đáy tháp 715 bay lên phần đỉnh và được rửa bằng NH3 lỏng để khử triệt để lượng CO 2, để lượng khí NH3 từ 715 lên 717 được làm lạnh ngưng tụ về thùng cha 705 cùng với NH 3 từ kho cầu đưa vào Khí không hấp thụ hết ở 719 và 721 tập trung đưa vào hấp thụ ở tầng khí cuối 723, dịch đưa về thùng chứa 725, khí còn lại ở hấp thụ 723 thải ra ngoài trời.y tháp, nhờ hệ thống sàng phân loại để loai bỏ những hạt không hợp cách, hạt Urê hợp cách được dẫn vào băng tải số 1, đến bộ làm lạnh và phun chất trợ gia chống đóng cục, qua hệ thống băng tải, sản phẩm Urê được chuyển sang bộ phận đóng bao, xếp dỡ rồi xếp vào kho Phần khí không ngưng từ các thiết bị 730, 731, 734 được các bơm tuy-e 742, 744, 746 hút qua các bộ làm lạnh, ngưng tụ 739, 740, 741 dịch ngưng được tập chung về thùng chứa 747 Dung dịch ở 747 nhờ bơm 748 bơm lên để hấp thụ ở tháp hấp thụ 720, 721, với khí phân giải ở 713 đưa sang, dung dịch ở 720 do bơm 722 A, B tăng áp lên 1,7 MPa đưa vào tháp hấp thụ 715 với khí ở 710, 712 qua trao đổi nhiệt với dung dịch Urê ở 731 trở về 715 Khí từ hấp thụ được đi tiếp sang thiết bị hấp thụ 721 35 Phần III Kết luận Qua quá trình làm đề tài em đã bổ sung cho mình nhiều kiến thức bổ ích về ngành hóa học và đặc biệt là quá trình sản xuất phân đạm Em đã biết thêm về các cụ thể lý thuyết tổng hợp urê, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp Các công nghệ sản xuất urê hiện đại trên thế giới với ưu điểm và hiệu suất cao Được sự hỗ trợ từ buổi đi thực tập, tham quan thực tế nhà máy phân đạm Hà Bắc nên em có thêm những thông tin thú vị về quá trình sản xuất phân đạm urê Tuy nhiên, trong quá trình làm đề tài các nguồn thông tin chủ yếu là internet nên có thể có những thông tin không chính xác và sai lệch 36 ... Khái quát trình sản xuất phân đạm Giới thiệu chung lịch sử, tình hình 1.1 Khái niệm phân loại phân đạm phát triển phân đạm Phân đạm tên gọi chung loại phân bón vơ cung cấp đạm cho Đạm chất dinh... pháp sản xuất urê 2.3 Công nghệ tổng hợp urê 2.4 Công nghệ tạo hạt 2.4.1 Bốc 2.4.2 Kết tinh với tái nóng chảy 2.4.3 Tạo hạt 2.5 Quy trình sản xuất urê – Xưởng sản xuất urê nhà máy phân đạm Hà... quát trình sản xuất phân đạm Giới thiệu chung lịch sử, tình hình phát triển phân đạm 1.1 Khái niệm phân loại phân đạm 1.2 Lịch sử hình thành phát triển phân đạm 1.3 Tình hình phân đạm nước ta