lý thuyết và qui trình công nghệ sản xuất urê

lý thuyết và qui trình công nghệ sản xuất urê

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ URÊ 1.1 Tính chất Urê 1.1.1 Tổng quát 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển 1.2 Ti ́nh chât́ hoá lý của Urê 10 1.2.1 Tính chất vật lý 10 1.2.2 Ti ́nh chât́ hóa họ c của Urê 12 1.3 Ứng dụng 15 1.3.1 Trong nông nghiệp 15 1.3.2 Trong công nghiệp 16 1.3.3 Sử dụng phòng thí nghiệm 17 1.3.4 Sử dụng y học 17 1.4 Yêu cầu kỹ thuật phân urê theo tiêu chuẩn Việt Nam 18 1.5 Tình hình sản xuất thị trường urê giới Việt Nam 18 1.5.1 Trên giới 18 1.5.2 Tình hình sản xuất thị trường urê Việt Nam 22 CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ 30 2.1 Nguyên liệu để sản xuất Urê 30 2.1.1 Sản xuất Amoniac 30 2.1.2 Nguyên liệu CO2 33 2.2 Cơ sở hóa lí q trình tổng hợp Urê 33 2.2.1 Các phản ứng 33 2.2.2 Cơ chế phản ứng 34 2.3 Ảnh hưởng điều kiện công nghệ tới hiệu suất tạo urê 35 2.3.1 Ảnh hưởng tỉ lệ NH3/CO2 35 2.3.2 Vai trò tỉ lệ thành phần NH3/CO2 38 2.3.3 Vai trò tốc độ dòng liệu vào tháp 41 2.3.4 Cân phản ứng tổng hợp Urê 41 2.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân phản ứng tổng hợp Urê 42 2.4 Phương thức sản xuất Urê 43 2.4.1 Chế tạo Urê từ NH3 CO2 cách tổng hợp trực tiếp 43 2.4.2 Chế biến dung dịch Urê thành sản phẩm 44 2.5 Quy trình sản xuất Urê giới 44 2.6 Quy trình cơng nghệ nhà máy sản xuất Urê 46 2.6.1 Công nghệ cải tiến tuần hoàn toàn Misui-Toatsu 47 2.6.2 Công nghệ stripping CO2 Stamircacbon 48 2.6.3 Công nghệ Stripping NH3 Snamprogetti 50 2.6.4 Công nghệ TEC ACES ACES 21 53 2.6.5 Công nghệ tạo hạt TEC 56 CHƯƠNG 3: SO SÁNH CÔNG NGHỆ 61 3.1 So sánh nguồn nguyên liệu sử dụng nhà máy Việt Nam 61 3.2 So sánh công nghệ dựa khả thu hồi vật liệu thô 62 3.3 So sánh công nghệ sản xuất Urê thông thường, công nghệ ACES, công nghệ Stamicarbon công nghệ Snamproghetti 63 3.3.1 So sánh công nghệ thu hồi thông thường công nghệ Stripping 64 3.3.2 So sánh công nghệ Stripping 67 3.4 Lựa chọn công nghệ sản xuất Việt Nam 72 3.4.1 Tính khả thi kinh tế 72 3.4.2 Tính khả thi công nghệ 73 3.4.3 Các vấn đề môi trường, xã hội 76 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 LỜI NĨI ĐẦU Urê loại phân đạm vơ quan trọng sử dụng rộng rãi ngành nơng nghiệp ưu điểm vượt trội Urê loại phân có hàm lượng nito cao chiếm khoảng 46% có khả thích nghi rộng có khả phát huy tác dụng nhiều loại đất khác tan vào nước tạo mơi trường trung tính Urê bón cho trồng dạng rắn, lỏng tưới gốc phun vào Urê khơng gây cháy nổ q trình sản xuất Urê gây độc hại cho mơi trường Ngồi tác dụng làm phân bón nơng nghiệp, Urê có ứng dụng chăn ni trộn vào thức ăn cho động vật, nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo Ureaformaldehyde, amino axit có ứng dụng y học, phòng thí nghiệm… Do việc sản xuất Urê vô quan trọng đặc biệt nước nông nghiệp Việt Nam Urê lần đầu sản xuất vào năm 1870 cách đốt nóng amoni carbamate ống bịt kín Trong công nghiệp, việc sản xuất Urê cần từ nguyên liệu rẻ tiền, dây chuyền công nghệ đạt suất chất lượng cao để hạ giá thành sản phẩm Sản xuất Urê từ CO2 N2 có sẵn tự nhiên; N2 kết hợp với H2 để tạo NH3 tác dụng với CO2 có mặt nước để làm Urê Quá trình đơn giản nhân loại phải công phu nghiên cứu thử nghiệm nhiều phản ứng hóa học xúc tác suốt 100 năm đạt trình độ cơng nghệ ngày Với công nghệ đại ngày này, việc sản xuất Urê khơng gặp khó khăn trước, suất chất lượng sản phẩm cao, thân thiện với mơi trường Hiện tại, Việt Nam có nhà máy sản xuất Urê Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau, Đạm Hà Bắc Đạm Ninh Bình Với tổng suất khoảng 2,4 triệu tấn/năm đáp ứng đủ nhu cầu phân bón nước Nguồn nguyên liệu để sản xuất phân đạm nước ta than đá khí thiên nhiên Nhà máy đạm Hà Bắc nhà máy đạm Ninh Bình sử dụng than, nhà máy đạm Phú Mỹ Cà Mau dùng khí thiên nhiên làm nguyên liệu Trong đời nhà máy Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau với công nghệ đại giới bước đột phá chiến lược, nhằm đảm bảo ổn định chủ động cung cấp phân đạm cho phát triển nông nghiệp, góp phần quan trọng đảm bảo an ninh lương thực đưa Việt Nam trở thành nước xuất gạo đứng đầu giới Bài tiểu luận nhóm sinh viên chúng em xin tìm hiểu lý thuyết qui trình cơng nghệ sản xuất Urê đặc biệt công nghệ sử dụng Việt Nam Bài tiểu luận gồm chương: Chương 1: Tổng quan tính chất vật lí, hóa học ứng dụng Urê Nhu cầu tình hình sản xuất Urê Việt Nam giới Chương 2: Cơ sở hóa học, phản ứng, xúc tác, yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất Urê Một số cơng nghệ sản xuất bật giới Chương 3: So sánh đánh giá phương pháp sản xuất, lựa chọn công nghệ phù hợp để sản xuất Urê Việt Nam Trong trình tìm hiểu, chắn khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong bạn góp ý để tiểu luận hồn thiện Nhóm sinh viên thực DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TEC: Toyo Engineering Coporation UAN: Urê Amoni Nitrat ACES: Advanced Process for Cost and Energy Saving DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo Urê Hình 1.2: Phản ứng tổng hợp urê Frieldrich Woehler biểu diễn dạng ion Hình 1.3: Hình ảnh tinh thể urê 10 Hình 1.4: Phân Ure 16 Hình 1.5: Nhựa Urê-formaldehyde 16 Hình 1.6:Hạt Urê 18 Hình 1.7: Biểu đồ tiêu thụ phân bón chứa N nước năm 2013/14 19 Hình 1.8: Nhu cầu nhập phân urê Ấn Độ 12 tháng tính đến tháng 4/2017 20 Hình 1.9: Nhu cầu phân chứa N toàn giới tương lai 21 Hình 1.10: Tình hình sản xuất tiêu thụ giới năm 2013 22 Hình 1.11: Cơng suất nhà máy Urê Việt Nam 23 Hình 2.1: Sản xuất H2 từ khí tổng hợp 31 Hình 2.2: Sơ đồ khối trình tổng hợp ammoniac từ nguồn nguyên liệu khác 33 Hình 2.3: Mức độ chuyển hóa theo nhiệt độ 36 Hình 2.4: Tốc độ chuyển hóa Urê phụ thuộc nhiệt độ 37 Hình 2.5: Áp suất ngưng tụ pha lỏng tháp tổng hợp Urê phụ thuộc nhiệt độ 38 Hình 2.6: Phụ thuộc tỉ lệ tốc độ tổng hợp Urê L>2 L=2 175oC 39 Hình 2.7: Biến đổi thành phần pha nóng chảy tổng hợp Urê qua carbomate amon L=0 L=4 40 Hình 2.8: Biến đổi tỉ lệ tốc độ tạo Urê từ carbamate amon w=0,443 theo τ nhiệt độ khác 41 Hình 2.9: Sơ đồ cơng nghệ không thu hồi 44 Hình 2.10: Sơ đồ cơng nghệ thu hồi phần 45 Hình 2.11: Sơ đồ cơng nghệ sản xuất urê nhà máy Đạm Phú Mỹ 46 Hình 2.12: Cơng nghệ thu hồi hồn tồn Mitsui-Toatsu 47 Hình 2.13: Sơ đồ trình Stripping CO2 Stamicarbon 49 Hình 2.14: Cơng nghệ Stripping NH3 Snamproghetti 52 Hình 2.15: Sơ đồ công nghệ ACES TEC 55 Hình 2.16: Sơ đồ cơng nghệ ACES 21 56 Hình 2.17: Cơng nghệ phun tạo hạt tầng sôi TEC 57 Hình 2.18: Sơ đồ trình tạo hạt 59 Hình 2.19: Kích thước khác loại hạt ure 59 Hình 2.20: Sơ đồ máy lọc bụi 60 Hình 3.1: Thị phần cơng nghệ sản xuất Urê tồn giới năm 2010 64 Hình 3.2: So sánh ưu nhược điểm công nghệ Stamicarbon, Snamproghetti ACES 66 Hình 3.3: Sơ đồ cơng nghệ thu hồi hồn tồn thơng thường 66 Hình 3.5: Sơ đồ pha NH3-CO2-Urea.1H2O 69 Hình 3.6: Thiết kế đặc trưng phân xưởng ngưng tụ bể Stamicarbon phân xưởng Snamproghetti 70 DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1.1: Thành phần đặc tính urê 11 Bảng 1.2: Bảng độ tan nước urê theo nhiệt độ 11 Bảng 1.3: Hàm ẩm khơng khí theo nhiệt độ 12 Bảng 3.1: Bảng so sánh thông số phản ứng công nghệ 68 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ URÊ 1.1 Tính chất Urê 1.1.1 Tổng quát Urê hợp chất hữu cacbon, nitơ, ôxy hiđrơ, có cơng thức phân tử CON2H4 hay (NH2)2CO và có tên quốc tế là Amino methanamide, hay còn đươ ̣c go ̣i với các tên Carbamide, carbonyl diamide, carbonyldiamine, diaminomethanal… Hình 1.1: Cơng thức cấu tạo Urê 1.1.2 Lịch sử hình thành phát triển Urê Hilaire Rouelle phát từ nước tiểu vào năm 1773 Nó hợp chất hữu tổng hợp nhân tạo từ chất vô vào năm 1828 Frieldrich Woehler, cách cho xyanat kali KOCN phản ứng với sulfat ammonia (NH4)2SO4 Điều giải vấn đề quan trọng học thuyết sức sống, cụ thể bác bỏ thuyết cho chất hóa học thể sinh vật khác hẳn hóa chất khơng có gốc sinh vật, mở đầu cho ngành khoa học hóa hữu Hình 1.2: Phản ứng tổng hợp urê Frieldrich Woehler biểu diễn dạng ion Đến năm 1870, urê sản xuất Bassarow cách đốt nóng cácbamat amơn (NH2COONH4) ống bịt kín Đây phản ứng tổng hợp urê sử dụng cách đề hiđro hoá Điều tảng cho công nghệ sản xuất urê công nghiệp sau NH2COONH4 ↔ NH2CONH2 + H2O ∆H= + 6.3 Kcal Cho tới năm đầu kỷ 20 urê sản xuất quy mơ công nghiệp mức sản lượng nhỏ Sau đại chiến giới thứ II, nhiều nước hãng sâu cải tiến quy trình cơng nghệ để sản xuất urê Những hãng đứng đầu cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urê giới như: Stamicarbon (Hà Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản)…Các hãng đưa công nghệ sản xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí lượng cho sản phẩm urê thấp Ngày trình sản xuất urê bao gồm trình, dựa vào phát minh Bassarow: CO2 + 2NH3 → NH2COONH4 ∆H= -37.4 Kcal NH2COONH4 ↔ NH2CONH2 + H2O ∆H= + 6.3 Kcal 1.2 Tính chấ t hoá lý của Urê 1.2.1 Tính chất vật lý Urê ở da ̣ng tinh thể màu trắ ng, là chấ t hút ẩ m và không ăn mòn Ở trạng thái tinh khiết urê khơng mùi hầu hết mẫu urê có độ tinh khiết cao có mùi khai Hình 1.3: Hình ảnh tinh thể urê Hình 3.2: So sánh ưu nhược điểm công nghệ Stamicarbon, Snamproghetti ACES Nhắc lại chế tổng hợp Urê: Quá trình tổng hợp Urê bao gồm phản ứng với nguồn nguyên liệu NH3 CO2 Phản ứng tạo amoni carbamat từ CO2 NH3 Sau Amoni carbamate chuyển thành Urê nước CO2 + 2NH3 ↔ NH2COONH4 ∆H= -37.4 Kcal (1) NH2COONH4 ↔ NH2CONH2 + H2O ∆H= + 6.3 Kcal (2) Phản ứng (1) xảy nhanh chóng phản ứng thứ (2) diễn chậm đòi hỏi thiết bị phản ứng phải có kích thước lớn để dễ đạt tới cân hơn, đồng thời phản ứng thu nhiệt nên cần cấp nhiệt cho thiết bị phản ứng Trong tất trình sản xuất Urê ln có lẫn phần đáng kể amoni carbonmat cần phải tách khỏi Urê nước tuần hồn lại Hình 3.3: Sơ đồ cơng nghệ thu hồi hồn tồn thơng thường Cơng nghệ thu hồi hồn tồn thơng thường: dựa ngun tắc dọc theo thiết bị phản ứng, áp suất giảm, nhiệt độ tăng, thuận lợi cho việc phân tách amoni carbamate từ nước Urê Stamicarbon, Snamproghetti, TEC sử dụng công nghệ stripping Trong Snamproghetti đưa máy phân tách (decomposer) áp suất cao hay gọi NH3 stripper self-stripper Stamicarbon sau TEC ACES sử dụng CO2 làm tác nhân stripping Thiết bị stripper thiết bị trao đổi nhiệt kiểu màng Do đó, dòng lỏng khí phân hủy bay tiếp xúc ngược dòng nồng độ CO2 dòng lỏng giảm dần từ đỉnh xuống đáy ống stripper Việc sử dụng phân hủy kiểu màng tối thiểu hóa thời gian lưu dung dịch urê, giảm lượng biuret tạo thành Thiết kế chảy màng có vài nhược điểm: khơng có thời gian lưu để tạo urê, dẫn đến tháp phản ứng lớn, cao chọc trời phân xưởng urê Stamicarbon Không có khả cân điều kiện trình tổng hợp thay đổi, dẫn đến thiếu ổn định áp suất Ngồi thiết kế có vài nhược điểm mặt khí độ bền, ví dụ đứt gãy mài mòn căng thẳng (chloride stress corrosion cracking) ăn mòn ngưng tụ 3.3.2 So sánh công nghệ Stripping 3.3.3.2 So sánh thông số nhiệt động phản ứng Thông số Stamicarbon Snamprogetti TEC ACES process Tác nhân Stripping Carbon dioxide NH3 ban đầu Carbon chuyển sang dạng dioxide Nhiệt độ thiết bị phản ứng,oC 183 188 190 Áp suất thiết bị phả ứng,atm 140 156 175 Tỷ lệ mol NH3/CO2 2.95 3.3-3.6 4.0 Độ chuyển hóa CO2,% 60 64 68 Độ chuyển hóa NH3,% 36 41 34 Số lượng thiết bị cao áp 5 Recirculation stages 2 0.566 0.568 0.735 0.735-0.740 0.950 0.80 75 80 Lượng NH3 tiêu tốn, tấn/tấn 0.566 Urea Lượng CO2 tiêu tốn, tấn/tấn 0.733 Urea Lượng nước,tấn/tấn Urea 0.920 Lượng nước làm mát,tấn/tấn 70 Urea Điện tiêu thụ, kWh/tấn 15 21-23 15 Urea Bảng 3.1: Bảng so sánh thông số phản ứng công nghệ Khi so sánh hai tác nhân sử dụng tháp Stripper CO2 NH3, với công nghệ Snamproghetti sử dụng NH3 tác nhân stripper Amoni carmabate tái chế áp suất tổng hợp (synthesis pressUrê) đồng thời nước áp suất thấp tạo thiết bị ngưng tụ cacbamat áp suất cao Cùng với lượng NH3 dư đảm bảo tối thiểu hình thành biuret giai đoạn phân hủy Biuret sản phẩm phụ không mong muốn hình thành phản ứng mole urê với tạo thành NH3, theo phản ứng sau Trong phản ứng đó, có mặt NH3 giúp phản ứng xảy theo chiều nghịch 2(NH2-CO-NH2)NH2-CO-NH-CO-NH2+NH3 Snamproghetti khác với phương pháp khác sử dụng NH3 dư làm tác nhân stripping để tránh ăn mòn để thúc đẩy q trình chuyển hóa carbamate Phản ứng phản ứng thu nhiệt tăng thể tích Do đó, việc giảm áp suất tăng nhiệt độ thúc đẩy phản ứng xảy theo chiều thuận (là phản ứng mong muốn) Để thực người ta làm tăng/giảm áp suất riêng phần NH3 CO2, gọi trình stripping Từ phản ứng ta có số cân phản ứng: Quá trình stripping sử dụng NH3 CO2 làm tác nhân stripping Nếu sử dụng CO2 cung cấp tới thiết bị phân hủy tháp stripper (giống cơng nghệ Stamicarbon) Còn công nghệ Snamproghetti sử dụng NH3 làm tác nhân stripper, NH3 lấy hệ thống có NH3 dư thừa tháp phản ứng Ở nhiệt độ xác định, hệ số cân K số Nếu áp suất NH3 giảm làm phản ứng dịch chuyển theo chiều thuận Do bậc NH3 số cân bậc nên giảm áp suất NH3 làm phản ứng phân hủy carbamate diễn nhanh so với việc giảm CO2 Do so với CO2 stripper, NH3 stripper lại hiệu Hiệu suất thấp đòi hỏi tuần hồn trung áp để tách thêm đủ carbamate từ hỗn hợp urê / nước Mặc dù điều có nghĩa phải thêm bước nhiên lợi ích tuần hồn áp suất khí thải áp suất trung bình (medium pressure off gases) ngưng tụ thiết bị cô đặc để tiết kiệm nước áp suất thấp Một điểm khác biệt CO2 Stripper Stamicarbon NH3 Stripper Snamproghetti thông số nhiệt độ Việc bổ sung CO2 vào stripper làm thay đổi thành phần chất lỏng khỏi đường biên (Đường nhiệt cao cực đại) sơ đồ pha không dẫn đến hiệu cao mà cho mức nhiệt độ thấp cho phép áp dụng thép không rỉ Austenit Duplex NH3 stripper có nhiệt độ cao đòi hỏi thành phần titanium zirconium có chất liệu xây dựng Hình 3.3 sơ đồ pha, dòng USO đến GUSO đại diện thành phần chất lỏng máy tách CO2 (CO2 Stripper) Thành phần di chuyển khỏi đường nhiệt độ tối đa Dòng X đến Y đại diện cho thành phần chất lỏng NH3 Stripper Thành phần di chuyển theo hướng đường nhiệt độ tối đa Hình 3.4: Sơ đồ pha NH3-CO2-Urea.1H2O 3.3.2.2 So sánh cấu trúc nhà máy Năm 1976, Snamprogetti có sáng chế với ý tưởng bề mặt thấp (low elevation), nhờ đặt thiết bị ngưng tụ carbamate áp suất cao mặt đất di chuyển dòng carbamate lỏng từ thiết bị ngưng tụ đến tháp phản ứng đầu phun amôniắc áp suất cao Điều dẫn đến khác biệt thứ công nghệ tổng hợp Stamicarbon Snamproghetti: Stamicarbon sử dụng trọng lực cho qua trình tổng hợp tuần hoàn, hệ thống thiết bị phải đặt cao hơn; Snamproghetti lại đặt tất thiết bị áp suất cao mặt đất cách tận dụng đầu phun amôniắc áp suất cao ưu điểm khác đầu phun vận hành tháp tách (áp suất cao) áp suất thấp tháp phản ứng Hình 3.5: Thiết kế đặc trưng phân xưởng ngưng tụ bể Stamicarbon phân xưởng Snamproghetti Từ hình thấy tháp phản ứng Snamproghetti đặt mặt đất tháp phản ứng Stamicarbon đặt cao mặt đất hệ thống Tháp ngưng tụ Stamicarbon đặt tầng (cách mặt đất 20m), két ngưng tụ Snamproghetti lại đặt mặt đất Một điểm khác biệt cơng nghệ tháp rửa cao áp vẽ kỹ thuật Stamicarbon Trong công nghệ Snamproghetti, khí trơ rửa áp suất trung bình, trong cơng nghệ Stamicarbon khí trơ rửa tháp rửa cao áp Điều đòi hỏi quy trình Stamicarbon phải có thêm thiết bị trao đổi nhiệt áp suất cao, nhiên điều có ưu điểm kiểm sốt áp suất khí trơ độc lập với áp suất phản ứng tổng hợp Trong quy trình cơng nghệ Stamicarbon có xuất đầu phun cao áp vận chuyển dòng amơni carbamate tái chế từ tháp rửa tới thiết bị ngưng tụ carbamate cao áp, nhờ tháp rửa cao áp khơng cần phải đặt cao Một phân xưởng tổng hợp áp suất cao Stamicarbon bao gồm tháp phản ứng, tháp stripper CO2, thiết bị ngưng tụ carbamate tháp rửa; phân xưởng Snamproghetti gồm tháp phản ứng, tháp stripper NH3, thiết bị ngưng tụ carbamate thiết bị tách Với đời công nghệ tách với thiết bị ngưng tụ carbamate cao áp phân xưởng tổng hợp áp suất cao, công nghệ Stamicarbon Snamproghetti bắt đầu với tháp ngưng tụ carbamate cao áp có chế độ trao đổi nhiệt kiểu màng (falling film) Khí từ tháp stripper bị ngưng tụ chảy thành màng bên ống đứng, nước áp suất thấp phía ngồi vỏ Sự ngưng tụ trực tiếp ammonium carbamate thành ống khô gây ăn mòn phải tránh việc cách thêm lỏng ống dẫn phía đỉnh tháp ngưng tụ Năm 1996 Stamicarbon giới thiệu thiết bị ngưng tụ nằm ngang dạng bể (PoolCondenser) để ngưng tụ ammonium carbamate, khí từ tháp tách bị ngưng tụ bể chứa dung dịch lỏng phía ống có mặt nước áp suất thấp Trong bể ngưng tụ có thời gian lưu cho phản ứng điều chế urê xảy ra, nhờ phân xưởng urê Stamicarbon có chiều cao thấp so với trước Thêm vào đó, xuất dung dịch đệm để cân điều kiện phản ứng giúp cho áp suất tổng hợp trở nên ổn định nhiều Sự đứt gãy mài mòn căng thẳng môi trg clo không xảy nhờ việc áp dụng mối hàn bên (internal bore welding) cho mặt nối ống trao đổi nhiệt với Ngay từ năm 1976 Snamproghetti giới thiệu loại thiết bị ngưng tụ nằm ngang có hình dạng giống ấm nước, khí tách từ tháp tách bị ngưng tụ ống hình chữ U nằm ngang nước áp thấp tạo phía vỏ Cùng với đầu phun áp cao, Snamproghetti hạ thấp chiều cao phân xưởng urê 3.4 Lựa chọn cơng nghệ sản xuất Việt Nam Hiện Việt Nam chủ động nguồn Urê nước với sản lượng khoản 2,4 triệu năm Mặc dù thị trường nguồn cung nước giới bão hòa, với đặc thù nước ta nước nông nghiệp, tốc độ tiêu thụ Urê tăng trưởng ổn định khoảng 1,5-2%/năm với mở rộng cách đa dạng loại hình nơng nghiệp mới, đặc biệt nơng nghiệp sạch, nơng nghệp cơng nghệ cao tiềm để mở rộng thị trường tiến tới xuất Urê đặc biệt Urê chất lượng cao Việt Nam lớn Tuy nhiên, vấp phải canh tranh sân nhà tới từ Urê Trung Quốc, quốc gia sản xuất tiêu thụ phân Urê hàng đầu giới Ưu lớn phân Urê nhập từ Urê Trung Quốc giá Gần đây, giá phân bón giới cộng hưởng từ giá dầu thô tăng, tỷ giá ngoại tệ tăng tiếp tục nâng giá phân bón nước tăng trở lại Do cần lựa chọn cơng nghệ sản xuất hợp lý cho vừa đảm bảo chất lượng đảm bảo giá thành cạnh tranh thị trường 3.4.1 Tính khả thi kinh tế 3.3.1.1 Nguồn nguyên liệu Về mặt kinh tế dễ dàng thấy rằng, việc nhập nguyên liệu thô tiêu tốn giá thành cao nhiều tất nhà máy Urê giới hoạt động song hành với nhà máy sản xuất Amoniac để sản xuất Amoniac thay nhập nguồn nguyên liệu từ nơi khác Đồng thời, CO2 sản phẩm phụ nhà máy Amoniac dùng làm nguyên liệu cho trình sản xuất Urê Bên cạnh đó, CO2 chiếm thành phần khí thải nhà máy, lý thuyết hồn tồn thu gom, tích trữ làm chúng để làm nguyên liệu cho nhà máy Urê Tuy nhiên, thành phần khói thải từ nhà máy phức tạp, việc làm chúng không đơn giản Hơn thế, giá thành cho việc lữu trữ vận chuyển CO2 cao Do CO2 thường lấy phần từ sản phẩm phụ nhà máy sản xuất Amoniac CO2 sản xuất từ FO, than đá naphta, khí tự nhiên Từ thực tế cho thấy nhà máy sản xuất Urê từ khí thiên nhiên tỏ hoạt động hiệu nhiều so với nhà máy hoạt động từ khí hóa than Trong nhà máy sản xuất đạm từ khí hóa than nợ nần thua lỗ mà nguyên nhân cơng nghệ, máy móc lạc hậu, chất lượng sản phẩm thấp tiềm nhà máy khí-điện-đạm Việt Nam lớn Các nhà máy lọc hóa dầu với cơng nghệ đại, đủ khả khai thác cung cấp khí cho sản xuất Urê đáp ứng nhu cầu nước xuất Tình hình giá dầu mỏ giới ổn định mức giá thấp, nhiên để xây dựng nhà máy đạm từ khí tự nhiên cần khoảng thời gian tương đối dài Trong dự báo ngành khai thác than Việt Nam không khả quan mà trữ lượng ngày sụt giảm khai thác trái phép, công nghệ khai thác lạc hậu, giá than nước cao than nhập Do thời gian tới mà trữ lượng dầu khí giảm, giá dầu khí tăng lên với trì trệ ngành than, cơng nghệ khí hóa đại từ nhiên liệu sinh khối hay chất thải công nghệ đáng quan tâm với ưu nguồn nguyên liệu môi trường Trong đó, hang Shell hãng đầu công nghệ này, với nhà máy xây dựng Mỹ, Nhật Bản, Italy, Trung Quốc,… 3.4.2 Tính khả thi cơng nghệ Trong ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghệ hóa học nói riêng, lựa chọn công nghệ cần quan tâm vấn đề chính: vốn, trình độ nguồn nhân lực, vấn đề kinh tế, vấn đề môi trường phát triển bền vững Đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất hóa chất, vấn đề kinh tế môi trường hai vấn đế cần phải xem xét cách kỹ lưỡng trước đưa định Có nên đánh đổi mơi trường để nâng cao hiệu kinh tế, hay chấp nhận bỏ chi phí đầu tư để phát triển cách lâu dài bền vững Một dự án nhà máy kéo dài từ vài năm đến chục năm hoạt động vòng vài chục năm Do cần chắn phải gạt bỏ công nghệ cũ hay dần trở nên lỗi thời Đầu tư lựa chọn công nghệ tiên tiến, phổ biến giới từ tập đoàn hàng đầu có uy tín tồn giới bước an toàn mà chưa thể tự chủ công nghệ Các công nghệ sản xuất Urê Stamicarbon hay Snamproghetti đưa từ hàng chục năm trước đến chứng tỏ ưu vượt trội toàn giới so với cơng nghệ khác Khó khăn lớn lựa chọn cơng nghệ giá thành đầu tư ban đầu thường cao, đổi lại đảm bảo mặt chất lượng sản phẩm, vấn đề môi trường chuyển giao công nghệ từ công ty cung cấp quyền công nghệ Cùng với số cải tiến số công đoạn tạo hạt hay hóa lỏng sản phẩm Urê, sản phẩm Urê sản xuất thị trường ngày có chất lượng cao, ổn định, phù hợp với đa dạng loại trồng, đa dạng mục đích sử dụng Hơn nữa, nhà máy đạm Phú Mỹ đạm Cà Mau vào hoạt động 15 năm, có lượng lớn nguồn nhân lực nước chất lượng cao có khả vận hành quản lý dây chuyền công nghệ đại giới lĩnh vực sản xuất Urê Đây sở để đào tạo hệ kỹ sư có đáp ứng nhu cầu nhà máy dự án tiến tới làm chủ công nghệ tương lai Hiện Tổng cơng ty Phân bón Hóa chất Dầu khí (PVFCCO) cơng ty có khả sản xuất Urê hóa phẩm khác từ khí dầu mỏ, tương lai khó có cơng ty tư nhân Việt Nam có đủ sức cạnh tranh Với uy tín khẳng định sản phẩm Urê chất lượng cao từ nhà máy Đạm Phú Mỹ Đạm Cà Mau, với hợp tác thời gian dài công ty với nhà thầu nhà cung cấp quyền cơng nghệ uy tín có lẽ khơng có lý để PVFCCO khơng tiếp tục sử dụng công nghệ năm Trong hãng cung cấp công nghệ sản xuất Urê đại đề cập trên, Snamproghetti có nhiều ưu điểm phù hợp với thị trường Việt Nam Q trình stripping NH3 Snamproghetti có tỷ lệ NH3/CO2 cao thiết bị phản ứng, đảm bảo hiệu q trình chuyển hóa Carbamate thành Urê Độ chuyển hóa cao giúp làm giảm lượng carbamate tuần hồn làm giảm kích thước thiết bị Việc sử dụng phân hủy kiểu màng tối thiểu hóa thời gian lưu dung dịch urê, với lượng NH3 dư đảm bảo tối thiểu hình thành biuret giai đoạn phân hủy Trong công nghệ Snamproghetti, phân hủy áp suất cao yêu cầu nhiệt độ cao kéo theo vấn đề ăn mòn nên vấn đề ăn mòn ngăn ngừa lượng NH3 dư sử dụng ống lưỡng kim stripper Ngồi xưởng urê Snamprogetti có có đặc tính vượt trội so với cơng nghệ khác, nhằm mục đích cải thiện độ tin cậy hệ số hiệu nhà máy Việc sử dụng bơm phun tia để tuần hoàn cácbamát tháp tổng hợp tránh việc sử dụng bơm điều kiện nghiêm ngặt Vị trí thiết bị ngang mặt đất để giảm thời gian bảo dưỡng cần thiết Các điều kiện cụm tổng hợp nhẹ nhàng tỉ lệ NH3/CO2 cao làm giảm nguy ăn mòn làm giảm khả ngừng nhà máy Tỷ lệ cao đảm bảo chuyển hóa từ 60-75% carbamate thành Urê, với công nghệ stripping NH3 giúp giảm lượng carbamate tuần hoàn lại cơng nghệ tuần hồn nhiệt giúp làm giảm tiêu hao lượng Thiết bị stripper lưỡng kim sử dụng 25-22-2 Cr-Ni-Mo (bên ngoài)/Zirconium (bên trong) làm vật liệu cho ống thiết bị stripper CS + lớp lót 25-22-2 Cr-Ni-Mo, cho phép trì cụm tổng hợp cao áp yêu cầu Do đó, chạy máy ban đầu nhanh hệ số hiệu cao Một thuận lợi khác khả thay đổi thông số vận hành stripper cao áp, để thay đổi lượng cácbamát bị phân hủy thay đổi lượng tạo thành thiết bị ngưng tụ cácbamát Đây vấn đề quan trọng, cân lượng tạo thành dựa yêu cầu từ tuabin từ cụm khác xưởng Ngược lại, công nghệ khác, cụm tổng hợp đặc biệt thiết bị stripper phải vận hành theo thông số cố định, khơng có cụm phân hủy trung áp để bù lại ảnh hưởng lượng cácbamát không phân hủy cao đầu stripper Với nguyên nhân, bão hòa trung áp tiêu hao khơng thể giảm giới hạn xác định Công nghệ đảm bảo gần khơng có NH3 bị thải lượng khí trơ thải mơi trường (99.8% lượng amoniac chuyển hóa thành Urê) Cơng nghệ tạo hạt Snamproghetti đảm bảo lượng bụi thải thấp 40mg/Nm2 mà khơng cần qua hệ thống giám sát khí thải Bên cạnh cơng nghệ tạo loại sản phẩm với kích thước hạt khác phù hợp với mục đích sử dụng Amơniắc xả khí trơ tối thiểu nhà máy Snamprogetti lượng khơng khí cần thiết cho thụ động hóa nhiều so với cơng nghệ khác Hơn nữa, trình rửa nước trang bị cho tất điểm xả khí để thu hồi amơniắc khí trơ Hệ thống xử lý nước thải cung cấp để thu hồi amôniắc trình chưng cất Hơn nữa, thiết bị thủy phân urê cung cấp để loại bỏ hoàn toàn urê có nước ngưng q trình Cơng nghệ có độ tin cậy cao, thiết bị vận hành dễ dàng an tồn, ăn mòn, dễ dàng bảo dưỡng Sử dụng công nghệ quyền Snamproghetti kèm với hỗ trợ khách hàng, bảo hành, nghiên cứu phát triển mơ hình tính toán phù hợp cho nhà máy 3.4.3 Các vấn đề môi trường, xã hội Đạm Hà Bắc trước sử dụng công nghệ Trung Quốc gây vấn đề môi trường gây ảnh hưởng đến sống sinh hoạt sức khỏe nhân dân vùng lân cận, cụ thể: Ngày 17/4/2015, trình ngừng máy, công nhân nhà thầu chủ đầu tư phối hợp khơng thục khiến khí H2S phát tán vào môi trường, gây mùi khu vực xung quanh Khơng gây nhiễm khơng khí, tiếng ồn, có thời điểm Cơng ty Phân đạm Hóa chất Hà Bắc xả nước thải gây nhiễm nghiêm trọng nguồn nước sông Thương Hiện này, đạm Ninh Bình sử dụng thiết bị có nguồn gốc từ Trung Quốc, bên cạnh việc làm ăn thua lỗ, tác động xấu tới mơi trường q trình hoạt động nhà máy ghi nhận Trong đó, nhà máy sử dụng cơng nghệ đại, nhà thầu uy tín Đạm Phú Mỹ vấn đề mơi trường nhà máy quan tâm hàng đầu Các loại chất thải phát sinh từ nhà máy gồm nước thải, chất thải rắn, chất thải nguy hại, khí thải, bụi thải… phân loại, đánh giá xử lý thuê đơn vị chuyên môn xử lý quy chuẩn, quy định pháp luật để bảo vệ môi trường Đối với nước thải phát sinh từ sinh hoạt sản xuất nhà máy (khối lượng khoảng 348m3/ngày đêm) đầu tư hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt (công suất 50m3/ngày đêm) hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu (công suất 630m3/ngày đêm) Đây hệ thống xử lý nước thải áp dụng cơng nghệ đại nay, cơng nghệ vi sinh ứng dụng màng lọc sinh học MBR Còn lượng khí thải phát sinh nhà máy xử lý qua hệ thống xử lý khí thải ngồi mơi trường qua ống khói thuộc dây chuyền sản xuất khác Các ống khói thiết kế có cao trình quy chuẩn giúp phát tán khí khơng gây tác động đến mơi trường khơng khí xung quanh Với loại chất thải rắn thông thường, gồm chất thải rắn công nghiệp không nguy hại chất thải sinh hoạt nhà máy khơng trực tiếp xử lý mà th đơn vị có chức thu gom, vận chuyển xử lý theo quy định nhà máy đầu tư vận hành hệ thống thu hồi khói thải CO2 làm nguyên liệu sản xuất, giảm phát sinh khí thải, giảm hao tốn tài nguyên, giúp bảo vệ môi trường; đặt việc ứng dụng công nghệ sản xuất đại lên ưu tiên hàng đầu; nhà máy tính tốn việc thay vật liệu cách nhiệt chứa amiăng vật liệu cách nhiệt bơng thủy tinh túy độc hại hơn… Sau nhiều học từ nhà máy xả thải gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng đặc biệt từ nhà máy, khu công nghiệp ảnh hưởng tới sống hàng vạn người dân, hàng ngàn gia đình, rõ ràng nhận đánh đổi môi trường cho phát triển kinh tế Do đó, cơng nghệ lựa chọn phải công nghệ không đảm bảo suất chất lượng sản phẩm mà phải công nghệ hạn chế tối đa chất thải độc hại thải môi trường Trong công nghệ sản xuất Urê, cơng nghệ thu hồi hồn tồn đại ACES, Stamicarbon, Snamproghetti tuần hoàn toàn ammoni carbamate hay công nghệ tạo hạt TEC đảm bảo lượng lượng bụi thải mức tối thiểu đảm bảo yếu tố an tồn mơi trường sử dụng rộng rãi châu Âu Mỹ, vốn có quy định khắt khe an tồn mơi trường KẾT LUẬN Qua q trình tìm hiểu làm tiểu luận, nhóm chúng em thu thập nhiều kiến thức phân urê cho mục đích mơn học cho than: cấu trúc, tính chất lý hố urê ứng dụng đa dạng nhiều lĩnh vực; lịch sử hình thành phát triển ngành cơng nghiệp sản xuất urê với đời không ngừng công nghệ sản xuất ngày tiên tiến, hiệu ưu, nhược chúng; tình hình ngành phân bón nói chung urê nói riêng giới Việt Nam Sau hoàn thành tiểu luận, nhóm rút vài kết luận chung urê ngành sản xuất loại phân giàu hàm lượng Nitơ bậc Về nguyên liệu đầu vào, Việt Nam có đường sản xuất urê: từ than đá từ khí tổng hợp Từ thực tế cho thấy nhà máy sản xuất Urê từ khí thiên nhiên tỏ hoạt động hiệu nhiều so với nhà máy hoạt động từ khí hóa than Tuy nhiên thời gian tới mà trữ lượng dầu khí giảm, giá dầu khí tăng lên với trì trệ ngành than, có lẽ nhà máy Việt Nam phải tính tới cơng nghệ khí hóa đại từ nhiên liệu sinh khối hay chất thải hãng Shell phát triển ứng dụng nước công nghiệp phát triển Đối với cơng đoạn q trình – tổng hợp urê, giới có nhiều công nghệ tổng hợp urê khác nhau, nhiên công nghệ sản xuất Urê Stamicarbon hay Snamproghetti đưa từ hàng chục năm trước đến chứng tỏ ưu vượt trội toàn giới so với công nghệ khác với đảm bảo mặt chất lượng sản phẩm, vấn đề môi trường chuyển giao công nghệ từ công ty cung cấp quyền công nghệ Cùng với số cải tiến số công đoạn tạo hạt hay hóa lỏng sản phẩm Urê, sản phẩm Urê sản xuất thị trường ngày có chất lượng cao, ổn định, phù hợp với đa dạng loại trồng, đa dạng mục đích sử dụng Trong cơng nghệ Snamproghetti có nhiều ưu điểm phù hợp với thị trường Việt Nam Trong đó, cơng nghệ tạo hạt TEC tỏ ưu việt, phổ biến ứng dụng rộng rãi khắp giới Việt Nam Nhìn chung, ngành cơng nghiệp sản xuất phân bón nói chung urê nói riêng phát triển đến mức độ tiên tiến nguồn cung trở nên thừa thãi sớm vượt nhu cầu tồn giới theo dự đốn chuyên gia Vì vậy, theo ý kiến cá nhân thành viên nhóm, có lẽ hướng nghiên cứu phát triển ngành bên cạnh vấn đề thiết yếu thân thiện với môi trường gia tăng suất, hiệu suất mà nên cho sản lượng, giá thành xuất sản phẩm phù hợp với nhu cầu người để tránh tượng dư thừa phân bón, ảnh hưởng đến khả làm việc, phải giảm suất, hao phí lượng, chí tạm ngừng sản xuất đóng cửa nhiều nhà máy giới TÀI LIỆU THAM KHẢO La Văn Bình, Trần Thị Hiền, Cơng nghệ sản xuất phân bón vơ cơ, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2007 International Fertilier Association, Fertilizer Outlook 2017 – 2021, IFA Annual Conference, 2017, 3, 4, Moroco Patrick Heffer and Michel Prud’homme, Global nitrogen fertiliser demand and supply: trend, current level and outlook, IFA - 7th International Nitrogen Initiative Conference, 2016, Australia Thủ tướng phủ, Quyết định phê duyệt báo cáo nghiên cứu khả thi dự án đầu tư nhà máy sản xuất phân đạm Phú Mỹ, 166/QĐ-TTg, 2001 Phạm Thanh Huyền, Nguyễn Thị Hồng Liên, Công nghệ tổng hợp hữu – hóa dầu, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006, 106 - 110 S Nakamura, Toyo Urea Granulation Technology – The challenges and achivements in producing granules, 20th AFA Annual Technical Conference, 2007, Tunisia Prem Baboo, et al, The comparison of Stamicarbon and Snamproghetti Urea Technology Part 1&2, Ureaknowhow.com, 2, 2016 Cơng ty cổ phẩn chứng khốn Mê Kơng, Báo cáo ngành phân bón, 05, 2017 A Gianazza, Snamprogetti™ Urea Technology The response to technology imperatives for the decade, International Gas Technology Conference & Exhibition 2011, Moscow 10 UBND Tỉnh Bắc Giang, Quyết định xử phạt vi phạm hành bảo vệ mơi trường, 78/QĐ-XPVPHC, 01, 2015 ... lên lo ngại hiệu hoạt động CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ 2.1 Nguyên liệu để sản xuất Urê Nguyên liệu cho trình sản xuất Urê NH3 CO2 2.1.1 Sản xuất Amoniac Để tổng hợp NH3 người... triệu USD Công nghệ áp dụng cho nhà máy công nghệ tiên tiến đại nay, bao gồm: Công nghệ sản xuất Ammonia Haldor Topsoe SA (Đan Mạch); công nghệ sản xuất urê SNAMPROGHETTI (Italy); công nghệ vê...2.4.2 Chế biến dung dịch Urê thành sản phẩm 44 2.5 Quy trình sản xuất Urê giới 44 2.6 Quy trình cơng nghệ nhà máy sản xuất Urê 46 2.6.1 Công nghệ cải tiến tuần hoàn