TIỂU LUẬN HỌC PHẦN NGĂN NGỪA Ô NHIỄM CÔNG NGHIỆP BAT NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NPK

TIỂU LUẬN HỌC PHẦN NGĂN NGỪA Ô NHIỄM CÔNG NGHIỆP BAT NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NPK. BAT Best Available Techniques Kỹ thuật sẵn có tốt nhất ở mức hiệu quả nhất và tiên tiến nhất trong việc ứng dụng, phát triển những hoạt động và những phương pháp vận hành, thể hiện tính khả thi áp dụng của những kỹ thuật cụ thể nhằm cung cấp (trên nguyên lý) cơ sở cho giá trị phát thải cho phép nhằm phục vụ cho mục đích ngăn ngừa ô nhiễm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

 TIỂU LUẬN HỌC PHẦN NGĂN NGỪA Ô NHIỄM CÔNG NGHIỆP

BAT NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NPK

GV giảng dạy: PGS TS Lê Thanh Hải

TP Hồ Chí Minh, tháng 6/2013

Trang 2

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BAT 4

1.1 BAT là gì? 4

1.2 Thứ bậc ưu tiên các nội dung trong thực hiện BAT 5

1.3 Quy trình áp dụng BAT 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN VÔ CƠ NPK 7

2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ phân bón hóa học 7

2.2 Quy trình sản xuất phân bón NPK 12

2.2.1 Nghiền nguyên liệu 15

2.2.2 Phối trộn nguyên liệu 15

2.2.3 Vê viên, tạo hạt 15

2.2.4 Sấy 16

2.2.5 Sàng 17

2.2.6 Làm nguội 17

2.2.7 Đóng bao 18

2.3 Nguyên liệu sử dụng 18

2.3.1 Nguyên liệu đầu vào 18

2.3.2 Tài nguyên tiêu thụ 19

2.4 Vấn đề môi trường 20

CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NPK 23

3.1 Sản xuất sạch hơn trong ngành sản xuất phân bón NPK 23

3.1.1 Phun ẩm trong công đoạn phối trộn 23

3.1.2 Tối ưu hóa tốc độ quay và độ nghiêng của đĩa 24

3.1.3 Thay đổi vật liệu chế tạo đĩa vê viên, tạo hạt 24

3.1.4 Khống chế độ ẩm thích hợp 24

3.1.5 Điều chỉnh độ nhớt chất kết dính 25

3.1.6 Thu hồi bụi 25

3.1.7 Thay đổi bao bì sản phẩm 25

3.2 Những ưu điểm của SXSH so với sản xuất thông thường 26

CHƯƠNG 4: BAT CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN VÔ CƠ 27

4.1 Kỹ thuật sản xuất NPK theo BAT 27

4.1.1 Phân hủy đá Phosphate 28

4.1.2 Trung hòa trực tiếp (ống lò phản ứng) 29

4.1.3 Trung hòa sơ bộ (bể phản ứng) 29

Trang 3

4.1.4 Nghiền hạt với sự bão hòa Amoni 29

4.1.5 Sự hình thành hạt và các điều kiện cần thiết 30

4.2 Các nguồn phát thải vào không khí và xử lý khí thải 30

4.3 BAT ngành sản xuất phân bón vô cơ 40

4.3.1 Tối thiểu hóa sự hình thành NO x từ quá trình phân hủy đá phosphate 40

4.3.2 Hình thành hạt (1): áp dụng thiết bị hóa tròn hạt 41

4.3.3 Hình thành hạt (2): áp dụng thùng quay tạo hạt 42

4.3.4 Hình thành hạt (3): áp dụng tháp prill tạo hạt 43

4.3.5 Áp dụng thiết bị làm nguội vách ngăn 43

4.3.6 Tái chế khí ấm 46

4.3.7 Tối ưu hóa tỷ lệ tái chế hạt 47

4.3.8 Lọc đa tầng khí thải chứa NO x 48

4.3.9 Kết hợp xử lý khí thải từ quá trình trung hòa/bốc hơi và tạo hạt 50

4.3.10Tái chế chất lỏng từ quá trình lọc và rửa 52

4.4 Những ưu điểm của BAT so với SXSH 53

KẾT LUẬN 58

Trang 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BAT1.1 BAT là gì?

BAT - Best Available Techniques - Kỹ thuật sẵn có tốt nhất ở mức hiệu quả

nhất và tiên tiến nhất trong việc ứng dụng, phát triển những hoạt động và nhữngphương pháp vận hành, thể hiện tính khả thi áp dụng của những kỹ thuật cụ thểnhằm cung cấp (trên nguyên lý) cơ sở cho giá trị phát thải cho phép nhằm phục vụcho mục đích ngăn ngừa ô nhiễm, hoặc hạn chế phát thải và tác động đến môi

trường ở những nơi không áp dụng được (IPP, 2000) Với:

“Kỹ thuật” bao gồm cả ứng dụng công nghệ và cách thức thiết kế, xây dựng, vận

hành, bảo trì và tháo dỡ công nghệ đó

“Sẵn có” bao gồm những kỹ thuật/công nghệ được phát triển ở quy mô cho phép

áp dụng ở những ngành công nghiệp có liên quan, trong điều kiện khả thi và kinh

tế và kỹ thuật, kể cả các xem xét về chi phí và hiệu quả

“Tốt nhất” có nghĩa là hiệu quả trong việc đạt được mức/khả năng cao nhất trong

việc bảo vệ môi trường tổng thể

Trong đó, yếu tố “tốt nhất” là quan trọng nhất Hai khía cạnh quan trọng củakhái niệm BAT có thể kể đến như sau:

- Những gì cấu thành nên “tốt nhất” (best) hay “trong những thứ tốt nhất” (amongthe best) dựa trên cơ sở tiềm năng giảm phát thải

- Những gì cấu thành nên “tốt nhất” dựa trên việc đạt đến mục tiêu môi trườngđược xác định trước đối với một nhà máy cụ thể trên phương diện hiệu quả về kinh

tế

Khía cạnh thứ nhất chú trọng vào khả năng công nghệ Còn khía cạnh thứ haiquan tâm đến nhu cầu môi trường Và hai khía cạnh này đều được quan tâm trongviệc phát triển một hệ thống thông tin trao đổi về BAT của IPPC

Theo UNIDO, BAT đề cập đến những công nghệ sản xuất có tác dụng tốt nhấthiện có trong việc bảo vệ môi trường nói chung, có khả năng triển khai trong cácđiều kiện thực tiễn về kinh tế, kỹ thuật, có quan tâm đến chi phí trong việc nghiêncứu, phát triển và triển khai bao gồm thiết kế, xây dựng, bảo dưỡng, vận hành và

Trang 5

loại bỏ công nghệ (UNIDO, 1992) BAT còn giúp đánh giá tiềm năng áp dụng sản

xuất sạch hơn

1.2 Thứ bậc ưu tiên các nội dung trong thực hiện BAT

Trong khái niệm BAT, các kỹ thuật ngăn ngừa ô nhiễm được ưu tiên chú trọnghơn các kỹ thuật xử lý cuối đường ống Cụ thể thứ bậc ưu tiên thực hiện các nộidung thuộc BAT như sau:

1 Sử dụng công nghệ phát sinh ít chất thải;

2 Sử dụng ít hợp chất nguy hại hơn;

3 Tái sinh và quay vòng hơn nữa các hợp chất phát sinh và sử dụng cho chính quytrình hay cho chính chất thải ở bất cứ nơi nào phù hợp;

4 Những quy trình, phương tiện hoặc phương pháp có thể so sánh được đang đượcphát triển áp dụng thành công cho quy mô công nghiệp;

5 Cải tiến và thay đổi công nghệ dựa trên nền tảng thức và hiểu biết về khoa học;

6 Bản chất, tác động và lượng chất thải phát sinh cần quan tâm;

7 Hạn thử nghiệm vận hành những hoạt động mới hoặc hiện hữu;

8 Thời hạn cần để có thể giới thiệu kỹ thuật tốt nhất có thể áp dụng;

9 Mức tiêu thụ tài nguyên và nguyên liệu (kể cả nước) sử dụng cho quy trình sảnxuất và hiệu suất năng lượng của chúng;

10 Nhu cầu cần ngăn ngừa hay giảm thiểu tác động toàn diện của các phát thải ramôi trường và các rủi ro của chúng;

11 Nhu cầu ngăn ngừa tai nạn và hậu quả cho môi trường

12 Các thông tin công bố bởi Ủy ban châu Âu được chiếu theo sự trao đổi thôngtin giữa các nước thành viên và các ngành công nghiệp có liên quan về kỹ thuật tốtnhất sẵn có, trong việc phối hợp giám sát và liên tục phát triển chúng, hoặc là củacác tổ chức quốc tế khác

Trang 6

1.3 Quy trình áp dụng BAT

Bước 1: BATselection

Để ứng dụng BAT ta cần chọn đối tượng cụ thể (ngành công nghiệp, công ty )

để đánh giá tiềm năng áp dụng BAT, từ đó căn cứ BAT được đề xuất

Bước 2: Xem xét độ tin cậy BAT được đề xuất (positive)

Ở bước này nhanh chóng xem xét công nghệ BAT đang được đề xuất có mang lại lợi ích cho môi trường hay không, một trong những tiêu chí đầu tiên phải xem xét

- Nếu không đáng tin cậy, dừng ngay lập tức

- Nếu đáng tin cậy, tiếp tục ở bước 3

Bước 3: Có chấp nhận hay không (acceptable)

Tiếp tục bước 2, kiểm tra BAT có ảnh hưởng chất lượng sản phẩm, thực phẩm,nghề nghiệp, an toàn cho ngành công nghiệp và những vấn đề đó có thể chấp nhận được hay không

- Nếu không chấp nhận, dừng ngay lập tức

Trang 7

- Nếu chấp nhận, tiếp tục ở bước 4

Bước 4: Xét tính khả thi (feasible)

Sau khi xem xét những thay đổi đã được chấp, tiếp đến đánh giá các tác động BAT đối với kinh tế: nhà máy đang tồn tại, nhà máy mới, quy mô nhà máy

- Nếu không khả thi, dừng lại

- Nếu khả thi thì ứng dụng Bat cho đối tượng được chọn

Bước 5: Áp dụng BAT

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN

VÔ CƠ NPK2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ phân bón hóa học

Công nghệ sản xuất phân bón hóa học là một ngành rất quan trọng, có vai tròlớn trong việc phát triển nông nghiệp, đảm bảo nguồn lương thực cho con người.Sản xuất phân bón hóa học là một ngành phát triển rất nhanh và chiếm một tỉ phầnhàng hóa lớn của công nghệ hóa học Song song với việc gia tăng lượng phân bóntiêu thụ thì việc tăng sản lượng và chủng loại phân bón vô cơ cũng được phát triểnkhông ngừng

Hình 2.1 Tình hình tiêu thụ phân bón trên thế giời 1960 - 2000 (IFA, 2002)

Các loại phân bón vô cơ chủ yếu:

Trang 8

- Phân bón đơn: là phân bón chỉ chứa 1 trong 3 nguyên tố chủ yếu N, P, K Phânđơn gồm 3 loại chủ yếu: phân đạm (Urea CO(NH2)2, Amoni sulfat (NH4)2SO4,Amoni clorua, Amoni nitrat…), phân lân (supephotphat đơn, supephotphat kép),phân kali (kali clorua, kali sulfat).

- Phân bón hỗn hợp: là những loại phân có chứa ít nhất là 2 dưỡng chất, thườngđược gọi là phân bón NPK Hàm lượng dinh dưỡng trong phân theo thứ tự là N, P,

K được tính theo nồng độ phần trăm Ví dụ: Phân NPK 16-16-8 tức là trong 100 kgphân có 16 kg N, 16 kg P2O5 và 8 kg K2O

Các loại sản phẩm NPK gồm có NP, PK, NK và NPK Những sản phẩm này cóthể bao gồm:

- Nitơ (%N), tồn tại dưới dạng dẫn xuất của ure, amoniac và/hoặc nitrat

- Phốt pho (%P2O5), tồn tại dưới dạng hòa tan trong nước và/hoặc amoni nitrattrung tính và/hoặc axit vô cơ

- Kali (%K2O), tồn tại dưới dạng hòa tan trong nước

và/hoặc lưu huỳnh (SO3)

- Các tố vi lượng (Zn, Cu, Bo.v.v…)

Ví dụ: NPK (Mg-S) với 20-6-12 (3-20) 0.1B, chỉ ra rằng loại phân bón này có

chứa 20% nitơ (N), 6% lân (P2O5), 12% kali (K2O),3% magiê (MgO), 20% lưuhuỳnh (SO3) và 0,1% bo (B) Lượng chất dinh dưỡng điển hình (N + P2O5 + K2O)

thông thường nằm trong khoảng 30 - 60%

Trên thế giới, tỷ lệ sản xuất các loại phân NPK ngày càng tăng do tính tiệndụng của loại phân này Năm 1994, tổng số phân NPK sản xuất ra chiếm 29% tổng

số phân hóa học các loại Năm 2005, tỷ lệ sản xuất phân NPK tăng lên chiếmkhoảng 35% tổng số phân hóa học được sản xuất ra (tương ứng khoảng 140 triệutấn)

Trang 9

Tính cho 1000 tấn dinh dưỡng

Bảng 2.1 Mức tiêu thụ lượng chất/hợp chất có trong các loại phân bón được sử

dụng thường xuyên nhất ở Tây Âu (Theo 9, Áo UBA, 2002).

Ở Việt Nam, đầu những năm 90 của thế kỉ trước, lượng phân NPK tiêu thụkhoảng 250.000 – 350.000 tấn/năm, và chủ yếu là nhập từ nước ngoài Sau nhữngnăm 1996, 1997 lượng sản xuất và tiêu thụ phân NPK tăng lên mau chóng, đặc biệt

là khu vực phía Nam với sự ra đời của hàng loạt nhà máy sản xuất phân bón NPK.Tới năm 2007, lượng phân NPK tiêu thụ ở Việt Nam lên tới 1,7 triệu tấn Năm

2009, năng lực sản xuất phân NPK tại Việt Nam đạt 2,5 triệu tấn Theo Hiệp hộiPhân bón Việt Nam, Việt Nam hiện có gần 300 cơ sở sản xuất phân bón NPK khácnhau Tổng Công ty Hóa chất Việt Nam (TCTHCVN) là đơn vị có sản lượng sảnxuất phân bón cung cấp cho thị trường lớn nhất của cả nước

Hình 2.2 Sản lượng phân bón NPK trên toàn quốc

(khoảng kg tấn

Trang 10

S.Engrais

Trang 11

Tây Ban Nha

Bảng 2.2 Tổng quan các nhà máy sản xuất phân bón NPK lớn trong EU-25 với

công suất lớn hơn 150.000 tấn mỗi năm (tháng 2/2006).

2.2 Quy trình sản xuất phân bón NPK

Tùy theo nhu cầu sử dụng mà thành phần trong phân bón NPK cũng khácnhau Thông thường NPK được sản xuất theo 02 phương pháp cơ bản sau: phươngpháp pha trộn các hỗn hợp axit và quá trình nitrophosphate Mặc dù quá trìnhnitrophosphate đòi hỏi sự đầu tư cao hơn và tích hợp với các quá trình sản xuấtphân bón khác, nhưng nó có thể làm tăng thành phần P trong sản phẩm mà khôngcần sử dụng H3PO4 Ở Châu Âu, có 5 nhà máy hoạt động theo quy trình này là:BASF (Antwerp), AMI (Linz), Lovochemie (Lovosice), Yara (Porsgrunn), Yara(Glomfjord) Mỗi nhà máy đều có công suất hoạt động khác nhau từ vài trăm đếnhơn 3.000 tấn mỗi ngày Một nhà máy có công suất sản xuất điển hình trung bìnhkhoảng 50 tấn/giờ (1.200 tấn mỗi ngày hoặc 350.000 tấn mỗi năm)

Phân bón NPK có thể được sản xuất theo 4 cách cơ bản sau:

- Sản xuất bằng phương pháp pha trộn hỗn hợp axit, mà không cần phân hủy đáphosphate

- Sản xuất bằng phương pháp pha trộn hỗn hợp axit có phân hủy đá phosphate

- Sản xuất bằng quá trình nitrophosphate

- Pha trộn cơ học nhiều thành phần dinh dưỡng

Quy trình pha trộn cơ học để sản xuất phân bón NPK được chia thành 07 côngđoạn chính:

- Nghiền nguyên liệu

- Phối trộn nguyên liệu

- Vê viên tạo hạt

Trang 14

Bụi

Nguyên liệu:

Ure, UAN, AN Superphosphat KCl, K2SO4

NGHIỀN

PHỐI TRỘN

VÊ VIÊN, TẠO HẠT

SẤY

SÀNG

LÀM NGUỘI

2.2.1 Nghiền nguyên liệu

Nguyên liệu ban đầu cho sản xuất NPK hầu hết tồn tại ở dạng hạt bao gồm cácnguyên liệu chính sau:

- Nguyên liệu chứa đạm (N): Ure, Ure amonia nitrate, Amonia nitrate, Amoniasulfat, Amonia clorua

- Nguyên liệu chứa lân (P): superphosphat đơn, superphosphat kép

- Nguyên liệu chứa Kali: kali clorua, kali sulfat

Mục đích của quá trình nghiền nguyên liệu nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về

độ mịn (<2mm), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vê viên tạo hạt đồng thời sảnphẩm sau này có hình thức đẹp, tăng độ cứng cũng như bảo đảm đồng đều cácthành phần trong hạt và đảm bảo chất lượng phân

Trang 15

Hình 2.3 Quy trình sản

xuất phân bón NPK bằng

phương pháp trộn cơ học

Nguyên liệu được nghiền bằng máy nghiền búa, sau đó được băng tải vậnchuyển nạp vào các phễu chứa liệu theo từng loại riêng biệt Trong quá trình này

có phát sinh bụi, từ việc cấp liệu vào máy nghiền và phát sinh ở băng tải saunghiền

2.2.2 Phối trộn nguyên liệu

Mục đích của quá trình này là trộn đều các nguyên liệu trước khi đưa sangcông đoạn vê viên, tạo hạt nhằm đảm bảo tỷ lệ giữa các thành phần dinh dưỡngtrong hạt phân Các loại nguyên liệu tùy theo yêu cầu về tỷ lệ thành phần dinhdưỡng của sản phẩm mà chúng được trộn với tỷ lệ phối liệu khác nhau Các loạinguyên liệu được dùng cân điện tử tự động hoặc cân thủ công để xác định khốilượng từng loại sau đó được đưa vào thùng trộn

Thùng trộn thường ở dạng thùng quay, đặt nghiêng, có mục đích là đảo trộnđều các nguyên liệu, đảm bảo nguyên liệu được trộn đều với nhau trước khi đưasang công đoạn vê viên, tạo hạt Quá trình vận chuyển nguyên liệu trên băng tảisau khi cân vào thùng trộn có phát sinh bụi

2.2.3 Vê viên, tạo hạt

Mục đích của quá trình này là tạo các hạt có kích thước mong muốn (2-5mm),

có thành phần dinh dưỡng và kích thước hạt đồng đều, có độ ẩm thích hợp 6%) để tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tiếp theo

(4,5-Hỗn hợp nguyên liệu sau khi đã trộn đều được băng tải đưa xuống máy vê viêndạng đĩa quay hoặc thùng quay Thông thường đĩa vê viên được đặt nghiêng mộtgóc khoảng 40-50o so với phương ngang Nước được đưa vào thiết bị này bằng vòiphun nhằm tạo độ ẩm thích hợp cho nguyên liệu Tại đây, nhờ lực ly tâm và trọnglực của các nguyên liệu, độ ẩm do nước đưa vào, các hạt NPK dần dần được hìnhthành Quá trình tạo hạt được phân ra ba giai đoạn chính:

Trang 16

Hình 2.4 Máy sấy thùng quay

của sản phẩm cuối cùng Các hạt nhỏ sau sàng được tuần hoàn lại cũng có khảnăng tạo mầm, chính các hạt này giúp quá trình hình thành mầm nhanh hơn vànhiều hơn

Qúa trình nâng kích thước hạt được tiến triển như sau: các hạt nhỏ khi chuyểnđộng vào vị trí phun nước, sẽ được tạo một lớp ngoài ẩm (vị trí này thường nằmthấp hơn vị trí hạt bắt đầu lăn xuống một chút – khoảng 1/5 đường kính thiết bị),sau đó khi lăn xuống phần đáy thiết bị sẽ được bám thêm 1 lớp bột nguyên liệu, hạttheo lực ma sát, lực li tâm sẽ lăn lên trên phía đỉnh thiết bị, quá trình lăn do hạtquay theo nhiều chiều vì vậy lớp bột bị ép chặt vào hạt, khi hạt lăn vào khu phunnước quá trình như trên tiếp tục xảy ra, như vậy hạt ngày càng to lên, và có xuhướng nổi lên trên bề mặt hỗn hợp và tự trào ra ngoài thiết bị Như vậy quá trìnhcấp liệu là liên tục, cấp nước là liên tục và bán thành phẩm tạo ra cũng liên tục.Bọc tạo áo sản phẩm bằng lớp nguyên liệu khô và mịn, cấp vào phần vànhngoài thiết bị tạo hạt đĩa quay trước khi lấy sản phẩm ra Màu sắc nguyên liệu bọc

áo chính là yếu tố quyết định màu sắc của sản phẩm cuối cùng Hạt NPK sau đó sẽchuyển xuống băng tải đưa sang công đoạn sấy

2.2.4 Sấy

Mục đích của công đoạn sấy là

tạo độ ẩm của hạt theo yêu cầu

(2-4%) để làm tăng độ cứng, tránh

hiện tượng kết khối hạt Sau quá

trình vê viên tạo hạt, NPK bán

thành phẩm có độ ẩm khoảng 4,5 –

6%, được băng tải đưa chuyển vào

máy sấy thùng quay Máy sấy thùng

quay thường hoạt động theo nguyên

lý sấy xuôi chiều: khí nóng và sản phẩm đi cùng chiều với nhau trong thùng sấy.Khí nóng được cấp từ hệ thống lò hơi đốt than hoặc dầu FO thông qua hệ thống

(sấy trực tiếp) Nhờ thùng quay được đặt nghiêng và bên trong thùng có lắp cáccánh đảo nên các hạt NPK được đảo đều và chuyển dần về cuối thùng sấy Khi rakhỏi thùng sấy, NPK có nhiệt độ là 80 - 90oC và độ ẩm đạt 2-4% Dòng khí nóng

Trang 17

sau khi trao đổi nhiệt với NPK sẽ hạ xuống còn khoảng 110oC và mang theo nhiềubụi (và khí độc hại) Sau khi sấy NPK được đưa sang công đoạn sàng

2.2.6 Làm nguội

kích thước 2-5mm, độ ẩm 2 - 4%, được đưa vào thiết bị làm nguội có dạng thùngquay Thùng quay được thiết kế đặt nghiêng, sản phẩm chuyển dịch từ đầu thùng(cửa vào) đến cuối thùng (cửa ra) Không khí được quạt hút vào thùng và đi ngượcchiều với sản phẩm và làm hạ nhiệt độ của sản phẩm từ 70 - 80oC xuống còn 30oC.Khí sau khi ra khỏi thùng làm nguội cũng chứa lượng lớn bụi sản phẩm Do trongquá trình sấy, hạt NPK được tích nhiệt nên quá trình bay hơi nước tiếp tục xảy ratại băng tải sau sấy, tại sàng bán thành phẩm và tại thiết bị làm nguội để ra sảnphẩm cuối cùng có độ ẩm 0,6 – 1,5% (theo chuẩn quốc tế là 0,6 – 0,8%)

2.2.7 Đóng bao

Quá trình cân đóng bao thủ công thường được thực hiện bởi 4-5 nhân công trênmột công đoạn đóng bao Sản phẩm từ xilo chứa được cho tháo chảy xuống baochứa đã hứng phía dưới và đặt trên một cân định lượng, tiếp đó đóng miệng baosản phẩm bằng máy may tay Sản phẩm NPK sau khi làm nguội được băng tải đưavào xilô thành phẩm, sau đó được cân và đóng bao Đối với từng cơ sở, quy trìnhcân và đóng bao được làm tự động hoặc thủ công Thông thường các bao sản phẩmNPK có trọng lượng là 25kg hoặc 50kg

Trang 18

2.3 Nguyên liệu sử dụng

Nguyên liệu sử dụng trong quá trình sản xuất phân bón NPK bằng phươngpháp trộn cơ học gồm: nguyên liệu chính, chất phụ gia, điện, nước, bao bì, than,dầu

Hình 2.5 Nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra của sản xuất NPK

2.3.1 Nguyên liệu đầu vào

Nguyên liệu chính để sản xuất phân bón NPK bằng phương pháp phối trộn làcác phân đơn:

- Nguyên liệu chứa đạm (N): Ure, Ure amonia nitrate, Amonia nitrate, Amoniasulfat, Amonia clorua

- Nguyên liệu chứa lân (P): superphosphat đơn, superphosphat kép

- Nguyên liệu chứa Kali: kali clorua, kali sulfat

Ngoài các nguyên liệu chính, các chất phụ gia cũng là thành phần không thểthiếu Trong sản xuất NPK, chất phụ gia không đơn thuần chỉ là chất độn mà còn

có các tác dụng như cải thiện tính chất hóa lý của sản phẩm (độ bền hạt, độ bóng

và màu sắc ngoại quan của sản phẩm, khả năng hút ẩm và kết khối) Các phụ giathường được sử dụng là cao lanh, bột sepentin, than bùn

2.3.2 Tài nguyên tiêu thụ

Khí thải Bụi Tiếng ồn

năng tiêu thụ dao động từ 25 - 40 kWh/tấn sản phẩm Do các công nghệ khác nhaunên mức tiêu thụ điện năng cũng khác nhau Một số nhà máy có cấp liệu tự động,các khâu khác cũng được cơ giới hóa và tự động hóa cao, trong khi đó vẫn có một

số công ty khác thì làm thủ công hay cấp liệu bằng bánh răng định lượng Tuynhiên, đối với các nhà máy hiệu suất vê viên thấp, tỷ lệ các hạt có kích thước trên

và dưới sàng cao (>5mm và<2mm) thì tiêu tốn điện năng lớn và ngược lại

- Nước:

Nước dùng để tạo độ ẩm cho nguyên liệu trong quá trình vê viên, tạo hạt Nướcđược cấp dưới dạng tưới nhỏ giọt hoặc phun sương Ngoài ra nước còn được dùngcho hệ thống xử lý khí Lượng nước tiêu thụ 40 - 60m3/tấn sản phẩm

- Dầu:

Dầu để dùng cho quá trình sấy Lượng dầu tiêu thụ ở một số công nghệ tốt là

18 - 23 lít/tấn, công nghệ trung bình là 20 - 25 lít/tấn sản phẩm Nguyên nhân là docông nghệ tốt các hạt có kích thước đồng đều hơn, tỷ lệ các hạt có kích cỡ quá lớnhoặc quá nhỏ thấp (20 - 40%) còn đối với công nghệ trung bình hiện nay là 30 -50%

Nguyên liệu chính (Ure,

Công đoạn Tiêu hao/ Phát thải Các vấn đề môi trường

Gây ồn và mùi cho khu vực xung quanh

Gây ồn và mùi cho khu vực xung quanh

Vê viên, tạo

hạt

Tiêu tốn năng lượng (điện)

Sử dụng nước

Sử dụng các phụ giaPhát sinh tiếng ồnPhát thải bụi

Ô nhiễm bụi, NH3, NOx ảnh hưởng tới chất lượng môi trường không khí

Gây ồn và mùi cho khu vực xung quanh

Sấy

Tiêu tốn nhiệt (dầu FO)Phát sinh tiếng ồnPhát thải bụiPhát sinh khí thải (từ quá trình đốt dầu FO)

Ô nhiễm bụi, NH3, NOx ảnh hưởng tới chất lượng môi trường không khí

Gây ồn và mùi cho khu vực xung quanh và người lao động

Gây ồn và mùi cho khu vực xung quanh

Phát thải bụi

Ảnh hưởng đến chất lượng môi trường không khí xung

Trang 21

Gây ồn và mùi.

Bảng 2.4 Các vấn đề môi trường của nhà máy sản xuất NPK

Bụi là đặc thù của quá trình sản xuất phân bón NPK, bụi phát sinh ở hầu hếtcác công đoạn Lượng bụi phát sinh có thể được thu hồi từ 5-20kg/tấn sản phẩmtùy thuộc công nghệ ở mỗi nhà máy Lượng bụi này vừa gây ô nhiễm môi trườngkhông khí vừa gây thất thoát nguyên liệu đầu vào Bụi phát sinh từ các quá trìnhsau:

- Chuẩn bị nguyên liệu (nghiền nguyên liệu): nguyên liệu ban đầu hầu hết có độ

ẩm thấp, khi phối trộn với nhau theo phương pháp cơ học sẽ gây ra lượng bụi đáng

kể, gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người công nhân

- Sấy: đây là nguồn phát sinh bụi và khí thải có hại như SOx, CO, trong dâychuyền sản xuất NPK Khí thải này cũng cuốn theo bụi sản phẩm từ máy sấy.Nhiên liệu đốt cho lò sấy thùng quay là dầu DO Ngoài ra trong quá trình sấy do sựthăng hoa của phân đạm sẽ sản sinh ra khí NH3

- Sàng: là công đoạn phát sinh ra nhiều bụi nhất do các hạt nhỏ và khô bị làm tunglên

- Làm nguội: bụi sản phẩm bị cuốn ra môi trường theo dòng không khí làm mátsau khi ra khỏi thiết bị làm nguội thùng quay

- Đóng bao sản phẩm: sản phẩm được chứa trong xilô được tháo xuống bao phátsinh bụi

- Hệ thống băng tải: đây là nguồn bề mặt phát sinh bụi

Trang 22

3 Sấy, sàng Bụi 100-290 mg/m3

Bảng 2.5 Đặc trưng bụi trong nhà máy sản xuất NPK

Nước thải phát sinh chủ yếu từ quá trình xử lý khí thải Tại tháp hấp thụ, nước

có tác dụng hấp thu bụi Tuy nhiên lượng nước thải này có thể tái sử dụng triệt đểbằng cách để lắng và sử dụng tuần hoàn lại, bùn nhão phơi khô và được tuần hoànlại thiết bị trộn

Ngành sản xuất phân bón NPK làm phát sinh chất thải rắn bao gồm một số loạiđơn giản, chủ yếu là bùn cặn sinh ra do quá trình xử lý nước thải và khí thải, bụithu hồi từ hệ thống khí thải và được tái sử dụng lại, bán thành phẩm phân NPK rơivãi xuống nền, bao bì hư hỏng Các loại chất thải rắn này nếu không có biện phápthu gom và xử lý hợp lý sẽ là nguồn gây thất thoát nguyên vật liệu đáng kể đồngthời gây ô nhiễm môi trường Do vậy việc áp dụng các biện pháp sản xuất sạch hơn

để tận thu nguồn nguyên liệu thất thoát và giảm chi phí xử lý chất thải là cần thiết

CHƯƠNG 3: SẢN XUẤT SẠCH HƠN TRONG NGÀNH SẢN

XUẤT PHÂN BÓN NPK3.1 Sản xuất sạch hơn trong ngành sản xuất phân bón NPK

Quá trình sản xuất công nghiệp luôn sử dụng nguyên liệu và năng lượng để tạo

ra sản phẩm Bên cạnh việc tạo ra các sản phẩm, sản xuất công nghiệp cũng đồngthời tạo ra chất thải Khác với cách tiếp cận các vấn đề về môi trường kiểu truyềnthống là xử lý “cuối đường ống”, xử lý chất thải đã phát sinh thì Sản xuất sạch hơnhướng tới việc tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên, nguyên liệu đi vào quá trình sảnxuất với hiệu suất cao nhất và lượng chất thải sinh ra là ít nhất Hay nói cách khácSXSH là cách tiếp cận phòng ngừa sự phát sinh của chất thải Việc thực hiện sảnxuất sạch hơn mang lại các hiệu quả tích cực về năng suất, chất lượng, môi trường

và an toàn lao động

Sản xuất sạch hơn áp dụng cho quy trình sản xuất phân bón NPK bằng phươngpháp trộn cơ học Trong quy trình sản xuất phân bón NPK bằng phương pháp phốitrộn cơ học thì khâu quan trọng nhất trong dây chuyền sản xuất là khâu vê viên tạohạt, nó quyết định đến năng suất, độ đồng đều cỡ hạt của cả dây chuyền Hiệu suất

Trang 23

của vê viên tạo hạt bằng thiết bị đĩa quay ở Việt Nam chi đạt khoảng 50 - 70%, cónghĩa là từ 30 - 50% phối liệu lại đưa lại công đoạn trước gây lãng phí nhân công,năng lượng và làm tăng giá thành sản phẩm Do đó, Sản xuất sạch hơn chủ yếuhướng vào việc giảm thiểu bụi phát sinh từ quá trình Vê viên, tạo hạt.

3.1.1 Phun ẩm trong công đoạn phối trộn

Trong quá trình phối trộn các loại nguyên liệu có thể phun ẩm để tạo mầm hạt,nhằm giảm thời gian vê viên tạo hạt, nâng cao hiệu suất vê viên tạo hạt Đồng thờiquá trình phun ẩm sẽ làm giảm phát tán bụi trong công đoạn này và công đoạn vêviên tạo hạt Nước ở quá trình xử lý khí tuần hoàn lại để sử dụng cho quá trình nàyvừa có thể tận dụng nước và nhiệt trong nước xử lý khí để nâng nhiệt cho quá trìnhphối liệu, nâng cao hiệu suất tạo hạt, đồng thời tận thu các chất dinh dưỡng trongnước xử lý khí

3.1.2 Tối ưu hóa tốc độ quay và độ nghiêng của đĩa

Công nghệ sản xuất phổ biến hiện nay là công nghệ vê viên kiểu đĩa Nguyêntắc của việc tạo hạt là dựa trên 03 lực cơ bản:

- Lực ly tâm

- Trọng lực của các hạt

- Lực ma sát giữa hạt và bề mặt đĩa

Khi thay đổi góc nghiêng và tốc độ

quay của đĩa sẽ cho các kết quả khác

nhau về năng suất và hiệu suất tạo hạt

Quá trình tạo hạt đạt hiệu suất cao nhất

nếu góc nghiêng của đĩa là 48o, ứng

với vận tốc quay là 11 vòng/phút (đĩa

có đường kính 4m)

3.1.3 Thay đổi vật liệu chế tạo đĩa vê viên, tạo hạt

Thông thường vật liệu dùng để chế tạo đĩa vê viên tạo hạt được làm từ thépCT3 Sau một thời gian sử dụng bề mặt trong của đĩa bị ăn mòn và bị nhám Trongquá trình tạo hạt, các hạt được hình thành một phần là do quá trình lăn trượt trên bềmặt đĩa Vì vậy, khi bề mặt đĩa bị nhám, sẽ gây nên hiện tượng nguyên liệu bị dính

Trang 24

Hình 3.1 Máy tạo hạt dạng đĩa

chặt và kết khối trên bề mặt đĩa, làm giảm khả năng lăn trượt, từ đó làm giảm hiệusuất tạo hạt.

Với giải pháp thay thế vật liệu chế tạo đĩa từ thép CT3 sang thép inox, sẽ tránhđược hiện tượng ăn mòn và giữ cho bề mặt đĩa luôn phẳng, ma sát thấp, thuận lợicho quá trình lăn trượt của vật liệu, quá trình tạo hạt cũng đạt hiệu suất cao hơn

3.1.4 Khống chế độ ẩm thích hợp

Nếu độ ẩm của phối liệu quá cao trong quá trình vê viên tạo hạt, sẽ gây hiệntượng kết khối lớn, đồng thời làm cho phối liệu trở nên bết, dính vào thành thiết bịđĩa gây cản trở cho quá trình tạo hạt Ngược lại, khi phối liệu quá khô, sẽ làm chokhả năng kết dính giữa các hạt trở nên khó khăn Do đó, phải điều chỉnh độ ẩmthích hợp cho phối liệu trong quá trình vê viên Độ ẩm tối ưu nhất cho quá trìnhnày là từ 4 - 6% khi đó sẽ cho hiệu quả vê viên cao nhất

3.1.5 Điều chỉnh độ nhớt chất kết dính

Điều chỉnh độ nhớt của chất kết dính theo cách đơn giản nhất là thay đổi nhiệt

độ của nó (nước) Khi nhiệt độ của nước càng cao thì độ nhớt càng giảm Độ nhớtcàng giảm thì kích thước hạt tạo thành càng lớn Có thể tận dụng nước nóng từ quátrình xử lý khí trong quá trình sấy để tuần hoàn lại công đoạn này Lợi ích của quátrình này là không tiêu tốn năng lượng nâng nhiệt độ của nước, do tận dụng nhiệt

từ khí thải của quá trình sấy, giảm lượng nước tiêu thụ và nước thải

3.1.6 Thu hồi bụi

Bụi từ khí thải quá trình sấy, quá trình sàng và quá trình làm nguội được thuhồi bằng cyclon và tiếp tục được thu hồi trong tháp hấp thụ kiểu sủi bọt làmnguyên liệu tuần hoàn về công đoạn vê viên, tạo hạt Ở các công đoạn nghiền, vêviên tạo hạt, đóng bao cần lắp các chụp hút để thu hồi bụi làm nguyên liệu cho quátrình sản xuất

3.1.7 Thay đổi bao bì sản phẩm

Hiện nay, sản phẩm của nhiều cơ sở sản xuất NPK vẫn được đóng gói trongbao bì một lớp PP Do đặc điểm khí hậu miền Bắc nước ta có độ ẩm cao nên khisản phẩm NPK mặc dù đã được sấy khô, xếp lưu kho trong thời gian dài sẽ xảy ra hiện tượng hút ẩm vào sản phẩm do bao bì không kín, làm cho sản phẩm bị đóng bánh,

Trang 25

khó sử dụng Để khắc phục tình trạng trên, nên sử dụng các loại bao bì hai lớp PP, PE hoặc bao PP tráng PE, sẽ làm giảm khả năng hút ẩm vào sản phẩm.

dụng SXSH

Bụi thất thoát khoảng 5-15%

(5-15kg/tấn sản phẩm) nếukhông có hệ thống thu hồi bụi

Giảm tiêu thụnguyên liệu 5-15%Giảm ô nhiễmkhông khí do bụi

Hạt loại bỏ sau sàng tuần hoànlại lớn 30-50% trong khi cácnhà máy tốt hiện nay là 20-40%

Giảm tiêu thụ điện,nhiệt 10-20% khinâng cao hiệu suất

vê viên, tạo hạt

Bụi, mùi tại các khu vực sảnxuất do hệ thống thu hồi và xử

lý bụi và khí chưa tốt Hệ thốngphối trộn, đóng bao thủ công

Giảm bụi, mùi

Bảng 3.1 Tiềm năng SXSH trong sản xuất NPK

3.2 Những ưu điểm của SXSH so với sản xuất thông thường

Phối trộn

nguyên liệu

- Nguyên liệu được trộn đều trong thùng trộn dạng thùng quay, đặt nghiêng

- Khâu phối trộn nguyên liệuphát sinh nhiều bụi

- Phun ẩm trong công đoạn phối trộn  độ ẩm làm giảm lượng bụi phát sinh

- Nước ở quá trình xử lý khí tuần hoàn lại để sử dụng cho quá trình này  tận dụng được nước, nhiệt, dinh dưỡng trong nước xử lý khí

- Nâng cao hiệu suất tạo hạt

Trang 26

nghiêng một góc khoảng

40-50o so với phương ngang

- Vật liệu chế tạo đĩa vê viên

là thép CT3  Nguyên liệu

bị dính chặt và kết khối trên

bề mặt đĩa, làm giảm khả năng lăn trượt, giảm hiệu suấttạo hạt

- Độ ẩm của quá trình vê viên không ổn định, cao quá hoặc thấp quá  giảm năng suất tạo hạt

- Dùng nước sạch để tạo độ

ẩm cho quá trình tạo hạt  tiêu tốn nước

đĩa vê viên là 11 vòng/phút và

độ nghiêng của đĩa là 48o

- Thay đổi vật liệu chế tạo đĩa vê viên là inox  Tránh hiện tượng ăn mòn và giữ cho

bề mặt đĩa vê viên luôn phẳng,

ma sát thấp, thuận lợi cho quá trình lăn trượt của vật liệu, năng suất tạo hạt cao hơn

- Khống chế độ ẩm tối ưu nhất cho quá trình này là từ 4 -6%,  hiệu quả tạo hạt cao nhất

- Tận dụng lại nước và nhiệt trong nước xử lý khí thải để tạo độ ẩm cho quá trình tạo hạt  giảm lượng nước tiêu thụ và nước thải

Sấy, sàng, làm

nguội

- Phát sinh nhiều bụi và khí độc hại do sử dụng than và dầu FO để sấy

- Bụi không được thu hồi  thất thoát nguyên liệu

Bụi từ khí thải quá trình sấy,sàng, làm nguội được thu hồibằng cyclon  tận dụng lạibụi làm nguyên liệu tuần hoàncho công đoạn tạo hạt

Đóng gói sản

phẩm

- Sử dụng bao bì một lớp PP,bao bì không kín  sản phẩm

bị hút ẩm

- Sử dụng các loại bao bì hai lớp PP, PE hoặc bao PP tráng

PE  giảm khả năng hút ẩm vào sản phẩm

Bảng 3.2 So sánh Sản xuất thông thường và sản xuất sạch hơn

Trang 27

CHƯƠNG 4: BAT CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN VÔ CƠ

BAT ngành sản xuất phân bón vô cơ NPK áp dụng cho cả 4 phương pháp sảnxuất:

- Phương pháp pha trộn hỗn hợp axit, mà không cần phân hủy đá phosphate

- Phương pháp pha trộn hỗn hợp axit có phân hủy đá phosphate

- Sản xuất bằng quá trình nitrophosphate

- Pha trộn cơ học nhiều thành phần dinh dưỡng

4.1 Kỹ thuật sản xuất NPK theo BAT

Trang 28

Hình 4.1 Tổng quan về sản xuất phân bón NPK từ đá phosphate hoặc SSP/TSP (Theo 154, TWG trong AAF LVIC, 2006)

4.1.1 Phân hủy đá Phosphate

Đá phosphate được phân hủy bởi HNO3 (quá trình nitrophosphate) hoặc bởi sựkết hợp của các HNO3, H2SO4 và/hoặc H3PO4 (phương pháp trộn lẫn hỗn hợp axit)

Do nhu cầu về những vật liệu cần thiết ban đầu và do quá trình phân hủy cótạo ra các sản phẩm phụ, nên quá trình nitrophosphate (còn gọi là quá trình

"ODDA") thường được thực hiện tích hợp với sản xuất NH3, HNO3 và CAN.Ngoài ra, để tiết kiệm kinh tế, NH3 lỏng được sử dụng để làm mát một phần axitnitrophosphoric

Quá trình nitrophosphate

Quá trình này sử dụng HNO3 để phân hủy đá phosphate ở nhiệt độ 60 - 70oC.Sau đó loại cát để loại bỏ những phần không hòa tan được Công đoạn tiếp theo talàm lạnh và kết tinh Ca(NO3)2 ở nhiệt độ từ 0 - 20oC để tách ra hầu hết các ioncanxi (các tinh thể canxi nitrat) ra khỏi dung dịch Sự khác biệt chính của quy trìnhnày khi sử dụng H2SO4 là tránh được sự hình thành thạch cao Sau khi lọc các tinhthể Ca(NO3)2, dung dịch NP được trung hòa, bay hơi, được điều chỉnh lại thànhphần bằng các hóa chất đã nêu trong hình 3.1 Sau đó được tạo hạt và cân bằngthành phần để tạo thành phân bón NPK Nhiệt độ làm mát cuối cùng sẽ ảnh hưởngđến sự tạo thành NPK trong quá trình này Còn sản phẩm phụ Ca(NO3)2.4H2Osẽchuyển thành NH4NO3 và Ca(NO3)2 nhờ NH3/CO2 để sản xuất NPK, AN, CANhoặc CN Do nhu cầu về các vật liệu cần thiết ban đầu nên quá trìnhnitrophosphate thường được thực hiện tích hợp với quá trình sản xuất NH3, HNO3

và CAN

4.1.2 Trung hòa trực tiếp (ống lò phản ứng)

Lượng hóa chất khác nhau của H3PO4, H2SO4 và HNO3 được trung hòa trongcác ống lò phản ứng với khí NH3 hoặc NH3 lỏng

Nhiệt của phản ứng được sử dụng để làm bay hơi nước có trong H3PO4 Vì vậyquá trình này có thể được vận hành ở hệ số tuần hoàn thấp và do đó mức tiêu thụnăng lượng cũng thấp

Trang 29

Hình4.2 Tổng quan quá trình axit nitrophosphoric