BÁO CÁO THỰC TẬP TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU

Công ty TNHH MTV Phân bón dầu khí Cà Mau trực thuộc Tập đoàn dầu khíViệt Nam sở hữu 100% vốn được thành lập ngày 09032011 để quản lý và vậnhành nhà máy Đạm Cà Mau nằm trong khu công nghiệp cụm KhíĐiệnĐạm CàMau, thuộc xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà Mau. Ngành nghề kinh doanh chủyếu là sản xuất phân bón và hợp chất nitơ bao gồm: sản xuất, kinh doanh, tàng trữ,vận chuyển, phân phối và xuất nhập khẩu phân bón, hóa chất dầu khí.Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 7 năm 2008 và đãhoàn thành vào tháng 022012, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu phân đạm khu vực 13tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Tổng mức đầu tư: 900 triệu USD; Công suất 800.000 tấn Ureanăm; Nguồn khí nguyên liệu được mua từ lô PM3 – CAA, mỏ cái nước thuộcvùng biển Tây Nam Việt Nam. Giá khí năm 2012 là 6,43USDMMBTU; Sản xuất phân đạm hạt đục có chất lượng cao theo công nghệ hiện đạinhất từ các nước Đan Mạch, Ý, Nhật Bản và các thiết bị dây chuyềnsản xuất hoàn toàn nhập khẩu từ các nước tiên tiến của EU và G7; Chất lượng sản phẩm đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc tế.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Công ty TNHH MTV Phân bón dầu khí Cà Mau trực thuộc Tập đoàn dầu khí

Việt Nam sở hữu 100% vốn được thành lập ngày 09/03/2011 để quản lý và vận

hành nhà máy Đạm Cà Mau nằm trong khu công nghiệp cụm Khí-Điện-Đạm Cà

Mau, thuộc xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà Mau Ngành nghề kinh doanh chủ

yếu là sản xuất phân bón và hợp chất nitơ bao gồm: sản xuất, kinh doanh, tàng trữ,

vận chuyển, phân phối và xuất nhập khẩu phân bón, hóa chất dầu khí

Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 7 năm 2008 và đã

hoàn thành vào tháng 02/2012, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu phân đạm khu vực 13

tỉnh đồng bằng sông Cửu Long

- Tổng mức đầu tư: 900 triệu USD;

- Công suất 800.000 tấn Urea/năm;

- Nguồn khí nguyên liệu được mua từ lô PM3 – CAA, mỏ cái nước thuộc

vùng biển Tây Nam Việt Nam Giá khí năm 2012 là 6,43

USD/MMBTU;

- Sản xuất phân đạm hạt đục có chất lượng cao theo công nghệ hiện đại

nhất từ các nước Đan Mạch, Ý, Nhật Bản và các thiết bị dây chuyền

sản xuất hoàn toàn nhập khẩu từ các nước tiên tiến của EU và G7;

- Chất lượng sản phẩm đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc tế

1.2 Các phân xưởng chính của nhà máy

1.2.1 Xưởng tổng hợp amoniac

Trong phân xưởng amoniac, amoniac được sản xuất từ khí tổng hợp chứa

hydro và nitơ với tỉ lệ xấp xỉ 3/1 Bên cạnh các hợp chất trên, khí tổng hợp còn chứa

một lượng khí trơ như Ar và CH4 ở một giới hạn nào đó

Nguồn cung cấp H2 là nước demi và khí hydrocarbon trong khí tự nhiên

Nguồn cung cấp N2 là không khí Bên cạnh ammonia, phân xưởng còn có thêm một

sản phẩm đó là CO2 Nguồn cung cấp CO2 là từ các hydrocarbon trong khí tự nhiên

Các công đoạn cần thiết để sản xuất ammonia từ các nguồn nguyên liệu:

- Nguồn khí tự nhiên nguyên liệu được khử lưu huỳnh trong cụm khử lưu

huỳnh tới hàm lượng phần triệu

- Khí nguyên liệu đã được khử lưu huỳnh thực hiện phản ứng Reforming với

hơi nước và không khí tạo thành khí công nghệ Thành phần khí công nghệ chủ yếu

các khí như: H2, N2, CO, CO2 và hơi nước

- Trong công đoạn làm sạch khí, CO được chuyển hóa thành CO2 Sau đó CO2

được tách ra khỏi khí công nghệ tại cụm tách CO2

- CO và CO2 còn lại trong khí đầu ra cụm tách CO2 được chuyển hóa thành

CH4 trong thiết bị methan hóa bằng phản ứng với H2 trước khi khí tổng hợp đi vào

cụm tổng hợp ammonia

- Khí tổng hợp được nén và đưa vào tháp tổng hợp ammonia, tại đây xảy ra

phản ứng tổng hợp ammonia Để giới hạn sự tích tụ Ar và CH4 trong vòng tổng hợp,

một dòng khí nhỏ được trích ra khỏi vòng tổng hợp Sản phẩm amoniac lỏng được

giảm áp giải phóng khí trơ, và các khí hòa tan trước khi được đưa qua xưởng Urea

và bồn chứa [8]

Hình 1.1 Sơ đồ sản xuất xưởng Amoniac 1.2.2 Xưởng tổng hợp urê

Quá trình tổng hợp urê được đặc trưng bởi việc vận hành cụm tổng hợp ở áp

suất khoảng 15,6 Mpa, với tỷ lệ NH3/CO2 trong thiết bị phản ứng khoảng 3,1 ~ 3,6

Điều này cho phép độ chuyển hóa của CO2 trong tháp phản ứng đạt 60 - 63%, cũng

nhờ vào các đĩa lỗ ngăn chặn dòng chảy ngược và thúc đẩy hấp thụ khí vào lỏng Có

hai loại phản ứng xảy ra đồng thời trong thiết bị tổng hợp urê:

2NH3 + CO2 NH2-COO-NH4 (1.1) + 32560 kcal/kmol cacbamat (at 0,1013 MPa; 25℃)

NH2-COO-NH4 NH2CO-NH2 + H2O (1.2) -4200 kcal/kmol ure (at 0.1013 MPa; 25℃)

Phản ứng (1.1) tỏa nhiệt mạnh, phản ứng (1.2) thu nhiệt nhẹ và xảy ra trong

pha lỏng ở tốc độ thấp

Tiếp sau quá trình tổng hợp là quá trình phân hủy (và thu hồi) những chất chưa

được chuyển hóa được tiến hành theo ba công đoạn: phân hủy cao áp trong thiết bị

Stripper, phân hủy trung áp trong thiết bị phân hủy trung áp, phân hủy thấp áp trong

thiết bị phân hủy thấp áp Các phản ứng phân hủy là phản ứng ngược lại của phản

ứng (1.1):

NH2-COO-NH4 2NH3 + CO2 (- Q)

Từ phương trình phản ứng có thể thấy phản ứng được thúc đẩy nhờ sự giảm áp

suất và gia nhiệt

Dịch urê ra khỏi thiết bị tổng hợp đi vào thiết bị stripper dưới áp suất tương

đương Tại đây phần cacbamat không chuyển hóa thành urê sẽ được phân hủy Nhờ

tác dụng stripping của NH3 mà hiệu suất tổng thể của cụm tổng hợp cao áp đối với

CO2 đạt khoảng 80-85%

Sau khi ra khỏi thiết bị stripper, lượng cacbamate còn lại và ammonia sẽ được

thu hồi ở hai giai đoạn ở áp suất 1,95MPa (MP) và 0,4MPa (LP) tương ứng

Khí NH3, CO2 đi ra từ đỉnh của stripper sẽ được trộn với dịch cacbamat tuần

hoàn từ cụm MP và được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ cacbamate thứ nhất và

thứ hai dưới áp suất tương đương áp suất trong Stripper Ở đây hơi MLP và LP

cũng được sinh ra Hơi nước sản xuất ra sẽ được sử dụng ở các phần phía sau Khí

trơ sau khi tách ra sẽ được đưa qua cụm MP, dịch cacbamat cuối cùng được tuần

hoàn lại đáy thiết bị tổng hợp qua một bơm phun tia lỏng/lỏng lợi dụng dòng

amoniac cao áp nạp vào tháp tổng hợp như một dòng động lực

Một lượng nhiệt được thu hồi do đó cho phép tiết kiệm đáng kể tổng lượng hơi

nước và lượng nước sạch tiêu thụ:

- Tiền gia nhiệt amoniac trước khi vào thiết bị tổng hợp bằng nhiệt tỏa ra từ

quá trình hấp thụ dòng khí ra khỏi giai đoạn phân hủy thấp áp

- Gia nhiệt cho thiết bị tiền cô đặc chân không bằng nhiệt tỏa ra từ quá trình

hấp thụ dòng khí ra khỏi giai đoạn phân hủy trung áp

- Thu hồi toàn bộ lượng nước ngưng giống như nước cấp nồi hơi

- Dòng cacbamat cao áp tuần hoàn lại vòng tổng hợp cao áp được gia nhiệt sơ

bộ bằng dòng nước ngưng công nghệ [6]

Hình 1.2 Sơ đồ sản xuất urê

Hình 1.3 Công đoạn tạo hạt 1.2.3 Xưởng phụ trợ

Xưởng phụ trợ là nơi cung cấp các nguồn phụ trợ cho toàn bộ Nhà máy, bao

gồm các cụm:

- Cụm khí tự nhiên đầu vào;

- Cụm xử lý nước thô đầu vào;

- Cụm nước làm mát;

- Nồi hơi phụ trợ;

- Cụm xử lý nước thải sinh hoạt và nước nhiễm dầu;

- Cụm xử lý nước thải nhiễm amoniac;

- Cụm máy nén khí và sản xuất nitơ [8]

1.2.4 Xưởng sản phẩm

Urê hạt được đưa đi đóng bao trực tiếp bằng hệ thống băng chuyền tự động

Về kích thước vỏ đóng bao 630x1020mm, vỏ bao được làm bằng nhựa Polymer

trắng, khối lượng đóng 50kg/bao Trong điều kiện sử dụng bình thường bao urê

được bảo quản trong thời gian 3 năm

Tại khu vực đóng bao được trang bị hệ thống các máy đóng bao bán tự động

công suất lên tới 60 tấn/h/line đóng bao Urê sau khi đóng bao sẽ được bốc xếp

bằng các robot tự động Urê đưa đi xuất bán bằng hệ thống băng chuyền hoàn toàn

tự động Tại cuối mỗi băng chuyền được trang bị các ship loader có hệ thống đếm

bao tự động mà không cần tốn nhân công kiểm tra về số lượng trong quá trình xuất

bán Công suất xuất bán tối đa lên tới 240 tấn/h

- Kho urê rời 85.000 tấn đảm bảo tồn chứa trong 35 ngày nhà máy hoạt động

liên tục

- Kho đóng bao 10.000 đảm bảo chứa toàn bộ sản phẩm urê đóng bao của nhà

máy trong hơn 4 ngày

- Cảng xuất đạm có thể tiếp nhận xà lan công suất 500 tấn Dự kiến sẽ xuất

đạm bằng xà lan với công suất 350 tấn (8 xà lan trong 1 ngày) Từ ngã ba sông Cái

Tàu có thể vận chuyển lan tỏa đến hầu hết các khu vực của ĐBSCL [8]

Hình 1.4 Xưởng sản phẩm

1.3 Địa điểm mặt bằng xây dựng nhà máy

1.3.1 Địa điểm xây dựng phân xưởng

Phải gần nguồn cung cấp nguyên liệu, năng lượng Phân xưởng là xưởng sản

xuất thành phẩm của nhà máy do vậy phân xưởng urê được đặt gần kho chứa sản

phẩm và thuận lợi cho việc vận chuyển

1.3.2 Giải quyết vấn đề cấp thoát nước

Phân xưởng urê là phân xưởng sử dụng rất nhiều nước trong các công đoạn

xử lý làm lạnh, thải rửa… do đó cần phải gần nguồn cung cấp nước và phù hợp hệ

thống cấp thoát nước Nhà máy Đạm Cà Mau được xây dựng bên cạnh sông Cà

Mau điều đó rất phù hợp cho việc cấp thoát nước, vận chuyển nguyên liệu và sản

phẩm bằng đường thuỷ…

1.3.3 Đảm bảo thuận lợi về giao thông vận tải

Đây là vấn đề quan trọng, ảnh hưởng tới sự hoạt động liên tục của nhà máy

Phân xưởng urê sản xuất sản phẩm do vậy phải bảo đảm đường bộ vận chuyển

thuận lợi phù với mạng lưới giao thông chung của nhà máy Như vậy sẽ hạn chế tối

đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm

1.3.4 Đảm bảo điều kiện hợp tác với các phân xưởng liên quan

Đây là vấn đề quan trọng trong xây dựng và sản xuất của phân xưởng và sản

xuất của phân xưởng urê vì phân xưởng là một mắt xích trong hệ thống sản xuất kín

và liên tục của nhà máy Sự liên kết giữa các phân xưởng tạo ổn định trong sản xuất

của nhà máy

1.3.5 Đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp

Dây chuyền urê cũng như các phân xưởng khác của nhà máy, luôn có khí thải

độc hại ảnh hưởng tới môi trường Để hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu, việc quy hoạch

xây dựng phải phù hợp hệ thống xử lý làm sạch phế thải trong sản xuất Đặc biệt là

bầu không khí của toàn phân xưởng, nhà máy và các môi trường xung quanh

1.3.6 Các yêu cầu về kỹ thuật

Về địa hình

Thoả mãn về diện tích hình dáng phù hợp có độ dốc thích hợp tốt nhất là 1%

để thoát nước tự nhiên dễ dàng đồng thời phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa

mưa

Địa điểm xây dựng phải có kích thước và hình dạng phù hợp cho việc xây

dựng trước mắt cũng như mở rộng tương lai

Khu này được lựa chọn phải tương đối bằng phẳng tốt nhất là có độ rộng tự

nhiên từ i = 0,5 ÷ 1,5 % để hạn chế tối đa chi phí san lấp mặt bằng

- Khu đất được lựa chọn phải ở nơi cao ráo tránh ngập lụt;

- Phù hợp với các điều kiện vệ sinh công nghiệp;

- Đảm bảo khoảng cách bảo vệ vệ sinh công nghiệp thích hợp

Về địa chất

Đất xây dựng có cường độ chịu lực 2.105 ÷ 2,5.105 N/m2 Các loại đất như đất

đồi, đất sét, đất đá ong… và phải tránh những vùng có khoáng sản ở dưới lòng đất

Hình 1.5 Địa điểm, mặt bằng xây dựng của Nhà máy

1.4 An toàn lao động

Quá trình sản xuất đi từ nguyên liệu đầu là khí thiên nhiên, sản phẩm trung

gian là NH3 vả sản phẩm cuối cùng là urê Trong quá trình sản xuất phần lớn dây

chuyền làm việc ở áp suất cao, nhiệt độ cao, vì vậy thiết bị phải chịu được áp và

chịu nhiệt trong môi trường ăn mòn, thiết bị cồng kềnh gây nguy hiểm cho người

lao động

Phân xưởng sản xuất urê là phân xưởng được xếp trong cấp độ 3, tức là cấp

đặc biệt nguy hiểm (theo cấp độ sắp xếp của nhà máy) Do đó, trước khi vào làm

việc tại nhà máy cũng như là phân xưởng thì người làm việc phải được học lớp an

toàn lao động do nhà máy tổ chức để biết cách khắc phục khi gặp sự cố

Trước khi vào khu công nghệ nhà thầu, khách tham quan… phải được hướng

dẫn an toàn và phải có thẻ ra vào tạm thời, ai không có thẻ thì không được vào nhà

máy Không được hút thuốc, mang diêm quẹt hay vật dụng dễ cháy hoặc gây ra tia

lửa vào nhà máy

Khi vào nhà máy hoặc khu công nghệ phải mang đầy đủ trang thiết bị bảo vệ

cá nhân cần thiết và phải tuân thủ theo yêu cầu của người hướng dẫn không được tự

ý đi lại trong khu vực sản xuất hoặc các khu vực cấm Khi xảy ra sự cố phải tuân

thủ theo sự hướng dẫn thoát hiểm ra điểm tập trung

Không được đi lại hoặc đứng gần những nơi đang kích cẩu, nơi xảy ra sự cố,

không được vượt qua những khu vực đã căng dây, rào chắn cấm người qua lại

Người lao động trong nhà máy phải đảm bảo sức khỏe, không được đến nhà

máy khi trong người có rượu bia, hay những chất kích thích khác

1.5 Vệ sinh công nghiệp

Dây chuyền sản xuất urê cũng như các phân xưởng khác của nhà máy, luôn có

khí thải độc hại ảnh hưởng tới môi trường Mỗi sự cố gắng được thực hiện trong

việc thiết kế của công đoạn urê để giải quyết các vấn đề ô nhiễm

Các cụm dịch urê thường có các nguồn ô nhiễm sau:

- Amoniac từ điểm xả khí trơ;

- Amoniac và urê từ chất thải lỏng

Amoniac thải ra cùng khí trơ, theo công nghệ Snamprogetti, được tối thiểu hóa

do yêu cầu khí thụ động hóa ít hơn nhiều so với công nghệ khác Ngoài ra, tại các

điểm xả còn dùng nước để thu hồi NH3 có trong dòng khí trơ

Hệ thống xử lí chất thải lỏng cho phép thu hồi NH3 bằng cách chưng cất

Ngoài thiết bị thủy phân cũng cho phép loại bỏ hoàn toàn urê có trong nước ngưng

công nghệ

Để hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu, việc quy hoạch xây dựng phải phù hợp hệ

thống xử lý làm sạch phế thải trong sản xuất Đặc biệt là bầu không khí của toàn

phân xưởng, nhà máy và các môi trường xung quanh [8]

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ URÊ 2.1 Lịch sử phát triển urê

Urê được Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiểu vào năm 1773 và được Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate (NH4)2SO4 và potassium cyanate KOCN vào năm 1828 Đây là quá trình tổng hợp lần đầu một hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ và nó đã giải quyết được một vấn đề quan trọng của một học thuyết sức sống

Năm 1870, urê đã được sản xuất bằng cách đốt nóng cácbamat amôn trong một ống bịt kín Điều này là nền tảng cho công nghệ sản xuất urê công nghiệp sau này

Cho tới những năm đầu thế kỷ 20 thì urê mới được sản xuất trên quy mô công nghiệp nhưng ở mức sản lượng rất nhỏ Sau đại chiến thế giới thứ II, nhiều nước và hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất urê Những hãng đứng đầu

về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urê trên thế giới như: Stamicarbon (Hà Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản)…Các hãng này đưa ra công nghệ sản xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn sản phẩm urê rất thấp [11]

2.2 Những nét nổi bật về urê

Trong số các sản phẩm hóa học được sử dụng phổ biến làm nguồn cung cấp phân đạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), Nitrat Amonium (NH4NO3), urê thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặc tính vượt trội của

nó về mọi phương diện [12]

Bảng 2.1 Sản lượng tiêu thụ (urê trên toàn thế giới)

Tiêu thụ

2.2.1 Ưu điểm của urê

- Urê có thể dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới gốc hoặc

sử dụng như phân phun qua lá đối với một số loại cây trồng

- Khi sử dụng urê không gây hiện tượng cháy nổ nguy hiểm cho người sử dụng và môi trường chung quanh (Nitrat Ammonium rất dễ gây cháy nổ)

- Với hàm lượng đạm cao (46%), sử dụng urê giảm bớt được chi phí vận chuyển, công lao động và kho bãi tồn trữ so với các sản phẩm cung cấp đạm khác

- Việc sản xuất urê thải ra ít chất độ hại cho môi trường

- Khi sử dụng đúng cách, urê làm tăng năng suất nông sản tương đương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác [11]

2.2.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất

Nitơ có thể bị mất đến 65% vào bầu khí quyển dưới dạng NH3 hoặc rửa trôi

và ngắm xuống đất dưới dạng NO3 nếu phân urê được bón bằng cách trải trên mặt đất và để yên đó 24h trong điều kiện không khí nóng và ẩm Những cách làm tăng hiệu quả sử dụng urê là bón trộn vào đất trong giai đoạn chuẩn bị đất trồng, pha với nước trong hệ thống tưới tiêu hoặc tưới ngay sau khi bón trộn với lượng nước tương đương một trận mưa khoảng 6,5mm nước đủ để hòa tan urê và đưa chúng ngắm xuống đến vùng không xảy ra hiện tượng mất đạm do bốc hơi amonia

Sự thất thoát đạm liên quan đến nhiệt độ và độ pH của đất Sự thất thoát Nitơ trong urê tùy thuộc rất lớn vào nhiệt độ và độ pH của đất Bảng 2 và bảng 3 dưới đây nói lên sự thất thoát đạm dưới dạng khí amonia khi bón urê bằng cách trải lên

bề mặt đất [11]

Bảng 2.2 Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi khí amonia theo nhiệt độ

đất

Nhiệt độ đất Thời gian

Bảng 2.3 Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi khí amonia theo độ pH của

đất

Độ pH của đất Thời gian

Ngày nay khoa học đang nghiên cứu sử dụng phân đạm dạng nhũ tương, tức

là không tưới phân trên bề mặt như hiện nay nữa mà sẽ đưa xuống dưới phần gốc cây sau đó sẽ hấp thụ đạm một cách từ từ Cách làm này nếu thực hiện tốt sẽ là một bước tiến dài trong lĩnh vực nông nghiệp

2.2.3 Tại sao phân đạm cần thiết cho cây trồng?

Trong quá trình phát triển của cây từ nảy mầm, đâm chồi nảy lộc đến sinh trưởng và phát triển thì cây cần hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng nào đó đủ để phát triển

Những chất dinh dưỡng cho cây trồng chia thành 3 nhóm chính:

Nhóm dinh dưỡng chính (dinh dương đa lượng): Gồm các chất mà cây (thực vật) cần một lượng lớn để phát triển gồm có: đạm (Nitơ), lân (photpho), và kali (K)

Dinh dưỡng trung lượng: Canxi (Ca), Magiê (Mg), lưu huỳnh (S) Dinh dưỡng vi lượng: Sắt (Fe), Đồng (Cu), Mangan (Mn), Bor (B), Molypden (Mo)

Trong đó, đạm là yếu tố quan trọng nhất giúp cây trồng phát triển tốt, nhiều cành, thân chắc khỏe Urê chứa hàm lượng đạm cao nhất (46-48%) và lẫn ít tạp chất nên được lựa chọn và sử dụng

2.3 Tính chất hóa lý của urê

2.3.1 Tính chất vật lý

Urê có công thức phân tử là CON2H4 hoặc (NH2)2CO

Tên quốc tế là Diaminomethanal Ngoài ra urê còn được biết với tên gọi là carbamide, carbonyl diamide Urê có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có độ tinh khiết cao đều

Nhiệt hòa tan trong nước, J/g 243

Nhiệt kết tinh, dịch ure nước 70%, J/g 460

0C) 73% (300C)

1,439 1,661 1,887 2,100

Trong môi trường đất ẩm :

C, urê sẽ thăng hoa và chuyển hóa thành xianua amôn NH4OCN Khi urê cứng được đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac

ở mức nhiệt độ cao và tăng khoảng vài trăm kPa (vài at) thì nó sẽ thăng hoa hoàn toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn Urê cứng hòa tan trong NH3 lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định CO(NH2)2NH3 phân hủy ở 450C Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chất kim loại kiềm như NH2COHNM hoặc CO(NHM)2 Việc chuyển hóa urê thành biuret được xúc tiến ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và gia nhiệt kéo dài Ở điều kiện áp suất thấp 10-20 MPa (100-200 atm), khi đốt nóng cùng với NH3 biuret sẽ tạo thành urê

Urê phản ứng với nitrat bạc AgNO3 với sự có mặt của hydroxid natri NaOH,

sẽ tạo thành chất dẫn xuất màu vàng nhạt Hydroxid natri xúc tiến làm thay đổi urê sang dạng imit

Sau đó phản ứng với nitrat bạc Các tác nhân oxi hóa với sự có mặt của natri hydroxidsẽ chuyển hóa urê thành nitơ và dioxid cacbon Chất sau tức là CO2 phản ứng với hydroxid natri để tạo thành cacbonat natri:

Phản ứng urê với các loại rượu sinh ra các chất este acidcacbamic thường được gọi là urê than [11]

2.4 Ứng dụng

2.4.1 Trong công nghiệp

Urê được dùng làm phân bón, kích thích sinh trưởng, giúp cây phát triển mạnh, thích hợp với ruộng nước, cây, rau xanh, lúa… Urê cứng có chứa 0,8 đến 2,0% trọng lượng biuret ban đầu được bón trực tiếp cho đất dưới dạng nitơ Các loại dịch urê loãng hàm lượng biuret thấp (tối đa khoảng 0,3% biuret) được dùng bón cho cây trồng dưới dạng phân bón lá

Là chất bổ sung vào thức ăn cho động vật, nó cung cấp một nguồn đạm cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng

Urê được dùng để sản xuất lisin, một acid amino được dùng thông dụng trong ngành chăn nuôi gia cầm

Các loại nhựa urê được polyme hóa từng phần để dùng cho ngành công nghiệp dệt có tác dụng làm phân bố đều các thành phần ép của các chất sợi

Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê-fomanđêhyt Urê (cùng với Amoniac) phân hủy ở nhiệt độ và áp suất cao để sản xuất các loại nhựa melamin

Là chất thay thế cho muối (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương muối của lòng đường hay đường băng sân bay Nó không gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại như muối

Là một thành phần bổ sung trong thuốc lá, nó được thêm vào để tăng hương

vị

Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xí nghiệp sản xuất bánh quy

Được dùng trong một số ngành sản xuất thuốc trừ sâu

Là một thành phần của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và nước thơm

Nó cũng được sử dụng như là chất phản ứng trong một số gạc lạnh sử dụng để

sơ cứu, do phản ứng thu nhiệt tạo ra khi trộn nó với nước

Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn máu ác tính (ví dụ bệnh bạch cầu và bệnh Kahler)

Nồng độ cao của urê (uremia) có thể sinh ra các rối loạn thần kinh (bệnh não) Thời gian dài bị uremia có thể làm đổi màu da sang màu xám

Sử dụng trong chuẩn đoán khác

Các loại urê chứa cacbon 14 - đồng vị phóng xạ, hay cacbon 13 - đồng vị ổn định được sử dụng trong xét nghiệm thở urê, được sử dụng để phát hiện sự tồn tại của Helicobacter pylori (H pylori, một loại vi khuẩn) trong dạ dày và tá tràng người Xét nghiệm này phát hiện enzym urease đặc trưng, được H pylori sản xuất

ra theo phản ứng để tạo ra amôniắc từ urê để làm giảm độ pH của môi trường trong

dạ dày xung quanh vi khuẩn

Các loài vi khuẩn tương tự như H pylori cũng có thể được xác định bằng cùng một phương pháp xét nghiệm đối với động vật (khỉ, chó, mèo - bao gồm cả các loại

"mèo lớn" như hổ, báo, sư tử…) [11]

2.5 Thị trường urê trên thế giới và Việt Nam

2.5.1 Nhu cầu và khả năng đáp ứng phân urê tại Việt Nam

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2013 Việt Nam cần trên 10,3 triệu tấn phân bón các loại, tăng 5% so với năm 2012 Hiệp hội Phân bón Việt Nam (FAV) cho biết, năm 2012, lần đầu tiên Việt Nam tự túc được hoàn toàn thi trường urê khi Nhà máy Đạm Cà Mau của tập đoàn dầu khí Việt Nam công suất

800 nghìn tấn/ năm đi vào hoạt động, nâng tổng công suất đạm urê lên 2,36 triệu tấn, tăng hơn gấp đôi so với năm 2011

Hình 2.1 Sản lượng phân urê của 4 nhà máy phân bón ở Việt Nam

2.5.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ urê trên thế giới

Theo Hiệp hội phân bón quốc tế (IFA), Mỹ vừa xây dựng thêm nhà máy phân đạm (urê) tại Dakota và mở rộng công suất của nhà máy Solagan, đưa tổng công suất tại 2 nhà máy này đạt 1,6 triệu tấn sản phẩm/năm

Tại khu vực Bắc Phi và Trung Đông, nhiều nhà máy sản xuất phân urê cũng đã được đầu tư mở rộng công suất và thay đổi công nghệ mới nên năng lực sản xuất tăng thêm khoảng 1,5 – 2 triệu tấn sản phẩm/năm

Riêng tại Canada, Nga, Trung Quốc, Argentina…, năng lực sản xuất phân kali

cũng được nâng lên đáng kể trong những năm gần đây Dự báo của IFA, cho biết đến năm 2014-2015, lượng phân kali tồn kho trên toàn cầu vào khoảng trên 15 triệu tấn

Hiện ngành phân bón thế giới đang trong tình trạng cung vượt cầu Trung Quốc là quốc gia tiêu thụ và sản xuất phân bón lớn nhất thế giới

Bảng 2.5 Khả năng cung/cầu urê trên thế giới năm 2013 ĐVT: Triệu mét tấn

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URÊ 3.1 Nguyên liệu sản xuất urê

3.1.1 Cacbon đioxit

a Tính chất vật lý

Điôxít cacbon hay cacbon điôxít (các tên gọi khác anhiđrít cacbonic, khí cacbonic) là một hợp chất ở điều kiện bình thường có dạng khí trong khí quyển Trái Đất, bao gồm một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử ôxy Là một hợp chất hóa học được biết đến rộng rãi, nó thường xuyên được gọi theo công thức hóa học là CO2 Ở dạng rắn, nó được gọi là băng khô [12]

Bảng 3.1 Các thông số hóa lý cơ bản của Cacbon đioxit

Nhiệt độ sôi ở 101,34 kpa,oF -109,3

Khí cacbonic không cháy và không duy trì sự cháy Trên thực tế cacbonic ở dạng nén hay dạng lỏng để chữa cháy Đối với đám cháy gây bởi kim loại có ái lực lớn đối với oxi như K, Mg, Al, Zn cacbondioxit mất hiệu lực vì kim loại đó vẫn còn cháy tiếp

4Al + 3CO2 → Al2O3 + 3C

Khí CO2 tan nhiều trong nước, khi tan trong nước phần lớn CO2 ở dưới dạng được hydrat hóa và một phần nhỏ tương tác với nước tạo thành axit cacbonic:

- Nhiệt hóa hơi riêng : 5.581 kcal/kmol

- Nhiệt dung riêng khí NH3 ( ở 00C, 1at) : 0,492 kcal/kg độ

- Nhiệt độ tới hạn : 132,40C

- Áp suất tới hạn : 111,5 at

Ammonia rất dễ tan trong nước: Ở nhiệt độ phòng (200C) thì 1 thể tích nước hòa tan khoảng 700 thể tích amoniac theo phản ứng:

NH3 + H2O HN4OH + Q (3.1)

Khi tăng nhiệt độ, độ tan của amoniac giảm xuống, do nó thoát ra khỏi dung dịch đậm đặc khi đun nóng, và đôi khi người ta dùng phương pháp này để điều chế một lượng nhỏ amoniac trong phòng thí nghiệm

Ở nhiệt độ thấp, từ dung dịch amoniac có thể tách ra Hydrate tinh thể

HN3.H2O Tinh thể này nóng chảy ở -790C Trong các hydrate này, các phân tử nước và Ammonia kết hợp với nhau bằng liên kết hydro

b Tính chất hóa học

Ammonia là hợp chất có khả năng phản ứng cao, có thể tác dụng với nhiều chất khác nhau Nitrogen trong Ammonia có mức oxy hóa thấp nhất (-3) Do đó

NH3 thể hiện tính chất khử Nếu cho dòng Ammonia đi qua một ống , lồng trong một ống có chứa Oxygen, thì NH3 có thể bị đốt cháy, và khi cháy có ngọn lửa màu lục nhạt theo phản ứng sau:

4NH3 + 3O2 6H2O + N2 (3.2) Trong điều kiện có xúc tác Platin, ở nhiệt độ 7500

C thì NH3 bị oxy hóa thành NO:

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O + 907 Kj (3.3)

NH3 có tính bazơ và phản ứng với các acid tạo thành các muối:

- Phản ứng với acid clohydric:

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp

3.2.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ NH 3 /CO 2

Theo phản ứng (3.1), tỷ lệ Mol lý thuyết của NH3/CO2 là 2, nhưng dưới các điều kiện khác sản phẩm urê ổn định chậm ở 168 bar và 155 0C

Tuy nhiên trong thực tế sản phẩm urê thay đổi khi thay đổi tỷ lệ NH3/CO2 Khi

tỷ lệ mol NH3/CO2 thay đổi từ 2 đến 9, sản phẩm urê thay đổi từ khoảng 40% đến 85% Trên những điều kiện khác, khi tỷ lệ mol NH3/CO2 thay đổi từ 2 đến 0,5, sản phẩm urê sẽ thay đổi chỉ từ khoảng 40% đến khoảng 45%

Vì vậy ảnh hưởng của CO2 là rất nhỏ so với NH3 Hơn thế nữa, dưới điều kiện giàu CO2, dung dịch sẽ trở nên ăn mòn nhiều hơn và vận hành có vấn đề liên quan đến kết tinh là quá quan trọng

Nói chung, hầu hết tất cả các nhà máy urê được vận hành dưới tỷ lệ NH3/CO2trong khoảng giữa 2,5 và 5,0

Hình 3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ NH 3 /CO 2 3.2.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ H 2 O/CO 2

Từ phản ứng thứ hai, rõ ràng rằng lượng nước dư trong dung dịch phản ứng làm cản trở sự hình thành urê từ cacbamat Nhưng nếu hàm lượng nước quá thấp thì nồng độ cácbamát trở nên cao cùng với vấn đề nghẽn đường ống

Do đó, thông thường thì tỉ lệ mol H2O/CO2 là 0,4-1 trong các nhà máy công nghiệp

Hình 3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ H 2 O/CO 2 3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất

Mối liên hệ giữa độ chuyển hóa cân bằng và nhiệt độ vận hành được đưa ra bởi Fréjacques và những người cộng sự như sau: độ chuyển hóa tăng tỉ lệ với sự tăng nhiệt độ, nhưng Otsuka và những người cộng sự đã báo cáo rằng độ chuyển hóa cân bằng tối đa tồn tại xung quanh 196-200oC

Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng (1.1)

NH2-COO-NH4 2 NH3 + CO2 (- Q)

Phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp và/hoặc tăng nhiệt

Từ phản ứng này có thể thấy rằng sự phân hủy được xúc tiến bằng cách giảm

áp suất và/hoặc cung cấp nhiệt [6]

Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất 3.2.4 Sự hình thành biuret

Biuret là phản ứng không mong muốn được hình thành khi hai mol urê kết hợp thành một mol biuret và một mole amôniắc bằng gia nhiệt

2(NH2-CO-NH2) NH2-CO-NH-CO-NH2 + NH3

Vì biuret có hại tới sự đâm chồi của hạt, và làm héo cây dứa và cam, quýt khi đạm được phun lên lá, hàm lượng biuret trong phân đạm trên thị trường thế giới được yêu cầu dưới 1,5% Biuret tạo thành gần như trong tất cả các giai đoạn của quá trình sản xuất urê và chủ yếu được tạo thành ở hệ thống phân hủy thấp áp và nhiệt độ cao Nhìn chung, sự tạo thành biuret tăng lên nhanh chóng khi nhiệt độ vượt quá 110oC do đó cần phải giữ nhiệt độ/áp suất và thời gian lưu của mức urê lỏng ở giá trị bình thường trong các bình chứa ở mỗi giai đoạn phân hủy đặc biệt là trong bình chứa của thiết bị tách chân không [6]

3.3 Các công nghệ sản xuất urê trên thế giới

3.3.1 Công nghệ không thu hồi

Cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và khí CO2 bằng cách gia nhiệt hỗn hợp dòng công nghê ở điều kiện thấp áp Khí NH3 và CO2 thoát khỏi dịch urê và được sử dụng để sản xuất các muối amôn bằng cách hấp thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric

Ưu điểm: Chi phí đầu tư tương đối thấp, công nghệ đơn giản

Nhược điểm: Hiệu suất urê không cao, lượng khí thải tương đối lớn

3.3.2 Công nghệ tuần hoàn chung

Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng công nghệ của tháp tổng hợp trong các công đoạn phân hủy ở các áp suất khác nhau (cao áp, trung áp và thấp áp) được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợp dung dịch cacbamat amôn lỏng có chứa Amoniac Hầu như toàn bộ gần một nửa công suất urê của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này

3.3.3 Công nghệ stripping CO 2 Stamircarbon

Tháp tổng hợp, tháp phân hủy cacbamat cao áp (stripper) và thiết bị ngưng tụ cacbamat mỗi cái đều hoạt động ở áp suất khoảng 14 MPa (khoảng 140 at), tỷ lệ mol NH3/CO2 là 2,8/1

Áp suất tháp tổng hợp được hiển thị thông qua tháp stripper trong đó nhu cầu

về tỷ lệ mol và áp suất thấp để tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình phân hủy Lượng cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy và tuần hoàn đẳng áp tới cho tháp tổng hợp, do vậy kích thước bơm tuần hoàn cũng được giảm đi

Tháp tổng hợp có các đĩa lỗ có tác dụng làm cho việc pha trộn NH3 và cacbamat lỏng tuần hoàn từ thiết bị hấp thụ thấp áp và hỗn hợp khí của thiết bị ngưng tụ cao áp được thuận lợi hơn Trên đỉnh của tháp tổng hợp có một túi khí dùng cho việc phân ly các chất không ngưng tụ của dịch sản phẩm urê

Các chất không ngưng tụ chủ yếu là không khí thụ động hóa được rửa bởi dịch cacabamat từ tháp hấp thụ thấp áp tới và thải ra ngoài qua hệ thống thải khí trơ trên cao Dịch lỏng đi ra từ hệ phóng không này được cấp vào cho thiết bị ngưng tụ

cacbamat thông qua một vòi phun được hoạt động theo mức nạp của tháp tổng hợp

NH3 cao áp Dịch sản phẩm urê chảy tràn vào đường ống xuống bên trong và được nạp vào cho đỉnh tháp stripping cao áp

Hơi cao áp cung cấp nhiệt phân hủy cacbamat và duy trì mức nhiệt độ cao khoảng 1900C CO2 cao áp đi qua ống của thiết bị stripper ngược dòng với dòng sản phẩm urê đi xuống

Với sự có mặt của khí CO2 dư, cacbamat được phân hủy thành khí NH3 và

CO2 sau đó được tách khỏi dung dịch Áp suất trong dịch urê đã khử khí có chứa một số cacbamat và NH3 chưa chuyển hóa được giảm xuống thu hồi NH3 và urê, kết quả sản phẩm được cô đặc urê nóng chảy hàm lượng đạt 99,7% trọng lượng trong điều kiện chân không cao áp

Sau khi bổ sung NH3, khí từ trên cao của thiết bị stripper đi xuống được ngưng tụ từng phần để sản xuất hơi thấp áp xuất ra ngoài nhà máy Hỗn hợp qua ngưng tụ từng phần này chảy ngược trở lại dưới tác dụng của trọng lực từ thiết bị ngưng tụ cao áp về cho tháp tổng hợp Nhiệt trong thiết bị ngưng tụ cao áp được khử hết theo cách như thế nào đó để đảm bảo còn một lượng nhiệt nhất định trong khí CO2 và NH3 trong dòng khí tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợp nhằm duy trì cân bằng nhiệt cho tháp thông qua việc ngưng tụ khí bổ sung

Hình 3.4 Công nghệ stripping CO 2 Stamircarbon

3.3.4 Công nghệ stripping NH 3 Snamprogetti

Công nghệ này được phát triển từ cuối những năm 1960 Chu trình tổng hợp vận hành ở mức áp suất 15 Mpa (khoảng 150at) và tỷ lệ toàn phần NH3/CO2 là 3,8:1 Chuyển hóa cacbamat thành urê của mỗi chu trình theo báo cáo đạt được khoảng 65-75%

Sản phẩm ra khỏi tháp tổng hợp được nạp vào cho tháp stripper cao áp để phân hủy cacbamat chưa chuyển hóa theo áp suất của tháp tổng hợp Khí từ tháp stripper cao áp ở trên đi xuống được ngưng tụ và tuần hoàn cho tháp tổng hợp bằng một thiết bị phun trộn khí vận hành theo áp suất nạp của tháp Amoniac lỏng cao áp Hơi thấp áp được sản xuất trong thiết bị ngưng tụ cao áp

Amoniac dư trong dịch urê sản phẩm của tháp stripper cao áp tương đối cao và cần thiết phải có hai cấp phân hủy và tuần hoàn tiếp sau chu trình tổng hợp

Không khí thụ động hóa được đưa vào cho tháp tổng hợp và được thải từ thiết

bị ngưng tụ cao áp tới cho tháp hấp thụ trung áp để thu hồi NH3 và CO2 dư, áp suất khoảng 1,5 đến 1,8 MPa (khoảng 15-18 at) Amoniac dư chưa ngưng tụ của tháp hấp thụ trung áp được trộn với dòng NH3 lỏng mới chế và đưa đến cho tháp tổng hợp thông qua vòi phun cacbamat bằng bơm Amoniac lỏng cao áp

Dịch sản phẩm urê được cô đặc trong điều kiện chân không cao để đạt sản phẩm urê nóng chảy khoảng 99,7% trọng lượng và tiếp tục được đưa đến tháp tạo hạt Mức sử dụng hơi công nghệ khoảng 0,9 tấn/tấn urê Có rất nhiều nhà máy hiện nay trên thế giới có công suất đến 2200 tấn/ngày đang sử dụng công nghệ như mô tả

ở trên

Tất cả các qui trình công nghệ sản xuất urê được nêu ở trên điều có được những ưu nhược điểm khác nhau Có qui trình đơn giản, dễ thực hiện song bị hạn chế ở khâu thu hồi và xử lý chất thải Bên cạnh đó có qui trình tiết kiệm được năng lượng thì khi sản xuất không thu hồi triệt để nguyên vật liệu…Nổi bật hơn hết là công nghệ sản xuất NH3 của Topsoe-Đan Mạch và qui trình sản xuất urê Snamprogetti của Italia Hai công nghệ này là những công nghệ sản xuất có thu hồi toàn bộ và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới Hiện nay, đây là công nghệ

hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất phân bón, vừa tiết kiệm được chi phí nguyên vật liệu, vừa hạn chế được vấn đề ô nhiễm môi trường

Hình 3.5 Công nghệ stripping NH 3 Snamprogetti 3.3.5 Đánh giá lựa chọn quy trình sản xuất urê

Tất cả các quy trình công nghệ sản xuất urê đều có những ưu nhược điểm khác nhau Có quy trình đơn giản, dễ thực hiện song bị hạn chế khâu thu hồi và xử lí chất thải Bên cạnh đó có quy trình tiết kiệm được năng lượng thì sản xuất không thu hồi triệt để nguyên liệu… Nổi bật hơn hết là công nghệ sản xuất NH3 của Topsoe- Đan Mạch và quy trình Snamprogetti của Italia Do đó ngày nay công nghệ thu hồi hoàn toàn (công nghệ stripping NH3 snamprogetti) được áp dụng, tổng chuyển hóa NH3khoảng 99%, không có sản phẩm phụ chứa nitơ tạo thành và việc sản xuất urê chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp CO2 và NH3 từ xưởng NH3 Hiện nay, đây là công nghệ hàng đầu trong lĩnh vực trong sản xuất phân bón, vừa tiết kiệm chi phí nguyên vật liệu, vừa hạn chế được vấn đề ô nhiễm môi trường

3.4 Quy trình sản xuất urê Nhà máy Đạm Cà Mau

3.4.1 Công đoạn nén CO 2

CO2 bão hòa hơi nước có độ tinh khiết tối thiểu 98,5% thể tích, có nhiệt độ

450C và áp suất 0,18 barg lấy từ phân Xưởng Amoniac được đưa vào bình tách S06119 Tại đây lượng lỏng cuốn theo được tách ra và được đưa về hệ thống thải lỏng, lượng khí CO2 được đưa tới cửa hút cấp 1 của máy nén

Để bảo vệ thiết bị cao áp không bị ăn mòn, một lượng không khí được thêm vào thông qua bộ điều khiển lưu lượng FV8101 vào cửa hút Lượng oxi thêm vào chiếm 0,25% thể tích của lượng CO2 nạp liệu

Máy nén ly tâm bao gồm có 4 cấp trung gian và được chia làm 2 vùng nén thấp áp và cao áp Sau mỗi cấp đều được trang bị một thiết bị làm mát và một thiết

bị tách với mục đích là để làm nguội và tách lỏng trong dòng khí Nhiệt độ tại cửa hút của cấp nén thứ 4 được khống chế để tránh hiện tượng hóa rắn của CO2 Phần nước ngưng trong các bình tách trung gian được đưa về hệ thống thải lỏng Lưu lượng thải lỏng được khống chế bằng các van điều khiển mức

Dòng khí CO2 sau khi đi qua thiết bị tách lỏng S6119, vào đến cửa hút của máy nén có áp suất khoảng 0,12barg, được nén đến khoảng 4,6 barg trong cấp nén đầu tiên, đến khoảng 18,9 barg trong cấp nén thứ hai, đến 69,9 barg trong cấp nén thứ ba và sau cấp nén cuối cùng áp suất lên đến 157 barg

Hai van FV0201, FV0203 được sử dụng như là 2 đường tuần hoàn khi chạy máy, đồng thời chúng cũng được sử dụng để tránh cho máy nén không bị surging khi công nghệ giao động Trong trường hợp máy nén lọt vào vùng surge, 2 van này

sẽ tự động mở để tuần hoàn một phần CO2 từ cửa ra cửa cấp nén 2 về lại cửa hút cấp nén 1 và cửa ra của cấp nén 4 về lại cửa hút cấp nén 3 Ngoài ra tại đầu ra của mỗi vùng nén người ta còn trang bị các van xả FV0203 để xả khí khi máy nén dừng Turbin KT6101 chạy bằng hơi nước được sử dụng làm động cơ dẫn động cho máy nén CO2 Lượng hơi nước này được cung cấp bởi mạng hơi của nhà máy Dòng hơi trung áp quá nhiệt có áp suất 23,5 barg được rút ra từ turbine được sử dụng làm tác nhân cấp nhiệt cho thiết bị phân giải cao áp E06101 Lượng hơi còn lạị sau khi

đi qua các tầng cánh turbin sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ hơi nước E06140 sử dụng nước sông có nhiệt độ thấp làm môi chất tải nhiệt ngưng tụ Hệ thống ngưng tụ này

hoạt động ở áp suất chân không khoảng -0,85 barg Lượng nước ngưng tụ tại E06140 được bơm P06118A/B bơm về xưởng Phụ trợ để tái sử dụng

3.4.2 Tổng hợp urê và thu hồi NH 3 – CO 2 ở áp suất cao

Urê được sản xuất bằng cách tổng hợp từ amoniac lỏng và khí CO2 Trong tháp tổng hợp R06101 thì NH3 và CO2 phản ứng với nhau để tạo thành dạng

cacbamate, một phần sẽ bị khử nước để tạo ure và nước Các phản ứng như sau :

2NH3 + CO2 NH2COONH4

NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O

Ở điều kiện tổng hợp (T = 185÷190℃, P = 15,6 MPa, phản ứng thứ nhất xảy ra nhanh và gần như hoàn toàn, phản ứng thứ hai xảy ra chậm và quyết định vận tốc của phản ứng Phần cacbamat bị tách nước được xác định dựa vào tỷ lệ của các chất tham gia phản ứng, nhiệt độ và áp suất vận hành, thời gian lưu trong thiết bị phản ứng

Tỷ lệ mol NH3/CO2 khoảng 3,1~3,6

Tỷ lệ mol H2O/CO2 khoảng 0,5~0,7

Amoniac lỏng nạp liệu vào xưởng urê, từ xưởng amoniac ở 25oC, được lọc qua các thiết bị lọc amoniac S06127A/B, sau đó đi vào tháp thu hồi amoniac C06105 và được tập trung trong bồn chứa amoniac T-06105 Từ T-06105, amoniac được bơm lên áp suất 2,25 MPa bằng bơm tăng áp amoniac P06105 A/B Một phần amoniac này được đưa tới tháp hấp thụ trung áp C06101, phần còn lại đi vào cụm tổng hợp cao áp

Amoniac vào cụm tổng hợp được bơm bằng bơm amoniac cao áp P06101 A/B, lên áp suất khoảng 22,9 MPa Trước khi vào tháp tổng hợp, amoniac được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ amoniac E-06107, và được sử dụng làm lưu chất đẩy trong bơm phun cacbamate J-06101 Hỗn hợp lỏng của Amoniac và cacbamat từ J-

06101 vào đáy tháp tổng hợp, ở đây nó sẽ phản ứng với khí CO2 nạp liệu

CO2 từ xưởng Amonia ở áp suất 0,15 MPa và nhiệt độ 45oC đi vào máy nén

CO2 PK-06101 và được nén đến áp suất 157MPa

Một lượng nhỏ không khí được đưa vào dòng CO2 ở đầu vào máy nén K06101

để thụ động hóa các bề mặt thép không rỉ của các thiết bị cao áp, do đó bảo vệ chúng khỏi ăn mòn do các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng

Các sản phẩm phản ứng ra khỏi tháp tổng hợp chảy vào phần trên của thiết bị stripper E06101, hoạt động ở áp suất 14,6 MPa Đây là thiết bị phân hủy kiểu màng trong ống thẳng đứng, trong đó lỏng được phân phối trên bề mặt gia nhiệt dưới dạng màng và chảy xuống đáy nhờ trọng lực Thực tế, đây là thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống thẳng đứng, với môi trường gia nhiệt ở phía vỏ, và đầu ống được thiết kế đặc biệt cho phép sự phân phối đồng đều dung dịch urê Thực tế, mỗi ống có một đầu phân phối kiểu lồng (ferrule) được thiết kế để phân phối đều dòng lỏng xung quanh thành ống dưới dạng màng Các lỗ của đầu phân phối hoạt động như các đĩa; đường kính của các lỗ và đầu phân phối sẽ điều khiển lưu lượng Khi màng lỏng chảy, nó được gia nhiệt và sự phân hủy cacbamat và bay hơi bề mặt xảy ra Hàm lượng CO2 trong dung dịch giảm do stripping NH3 khi NH3 sôi Hơi tạo thành (thực chất là amoniac

và CO2) bay lên đỉnh ống Nhiệt phân hủy cacbamat được cung cấp nhờ sự ngưng tụ hơi bão hòa 2,17 MPa

Dung dịch thu hồi từ đáy tháp hấp thụ trung áp C06101 sau khi được gia nhiệt

sơ bộ sẽ được trộn với dòng khí ra khỏi stripper, đi vào các thiết bị ngưng tụ cacbamate E06105 A/B Sự ngưng tụ trong hai thiết bị trao đổi nhiệt cho phép sản xuất hơi ở các áp suất khác nhau:

- Thiết bị ngưng tụ cacbamate thứ nhất E06105A sản xuất hơi trung thấp áp 0,55 MPa bão hòa

- Thiết bị ngưng tụ cacbamate thứ nhất E06105B sản xuất hơi thấp áp 0,34 MPa bão hòa

Trong thiết bị ngưng tụ cacbamat đầu tiên E06105A hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị stripper và dung dịch thu hồi từ đáy tháp hấp thụ trung áp C06101 sẽ bị ngưng tụ một phần sau đó nó đi vào thiết bị ngưng tụ cacbamat thứ hai E06105B, tại đây dòng khí sẽ bị ngưng tụ gần như hoàn toàn (trừ một phần khí trơ) và được tuần hoàn về tháp tổng hợp R-1001 thông qua bơm phun cácbamát J-06101

Từ đỉnh của bình tách cácbamát S06101, khí không ngưng bao gồm khí trơ (không khí thụ động, khí trơ trong dòng CO2) chứa một lượng nhỏ NH3 và CO2được đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phân hủy trung áp T06122

3.4.3 Phân hủy Cacbamat và thu hồi NH 3 – CO 2 trung và thấp áp

Làm sạch urê và thu hồi khí xảy ra trong 2 giai đoạn ở áp suất giảm dần như sau:

- Giai đoạn 1 ở áp suất 1,95 MPa

- Giai đoạn 2 ở áp suất 0,4 MPa

Các thiết bị trao đổi nhiệt trong đó xảy ra quá trình làm sạch urê được gọi là các thiết bị phân hủy bởi vì trong các thiết bị này xảy ra sự phân hủy cacbamat

a Giai đoạn làm sạch và thu hồi thứ nhất ở áp suất 1,95 MPa

Dung dịch, với hàm lượng CO2 thấp, từ đáy thiết bị stripper E06101, được giãn nở tới áp suất 1,95 MPa và đi vào phần trên thiết bị phân hủy trung áp Thiết bị này được chia thành 3 phần chính:

- Bình tách đỉnh S06102, ở đây khí nhẹ được tách ra trước khi dung dịch đi vào bó ống

Thiết bị phân hủy kiểu màng trong ống E06102 A/B, ở đây cacbonat được phân hủy và nhiệt được cung cấp nhờ ngưng tụ hơi 0,55 MPa (ở phía vỏ của phần trên E06102 A) và làm lạnh trực tiếp nước ngưng hơi từ bình tách nước ngưng hơi cho stripper S06109, ở áp suất khoảng 22 barg (ở phía vỏ của phần dưới E06102 B)

Bình chứa dung dịch urê T06122, bình này tập trung dung dịch urê đã làm sạch giai đoạn 1 có nồng độ 60-63%kl

Các khí không ngưng chứa không khí thụ động từ cụm cao áp sẽ được đưa vào đáy T06122 để thụ động hóa bề mặt đồng thời là tác nhân cho stripping

Khí giàu NH3 và CO2 ra khỏi đỉnh bình tách (S06102) được đưa vào phía vỏ của thiết bị cô đặc chân không sơ bộ (E06104), ở đó khí được hấp thụ riêng phần trong dung dịch cacbonat đến từ cụm thu hồi thấp áp

Tổng nhiệt tạo thành từ phía vỏ, do ngưng tụ/hấp thụ/phản ứng của các chất, được dùng để bốc hơi dung dịch urê đến từ giai đoạn làm sạch thứ hai đến nồng độ 80-85%kl, do đó cho phép tiết kiệm đáng kể hơi thấp áp ở giai đoạn cô đặc chân không thứ nhất

Từ phía vỏ của thiết bị cô đặc chân không sơ bộ E06104, pha hỗn hợp được đưa vào thiết bị ngưng tụ trung áp E06106, tại đây CO2 được hấp thụ gần như hoàn toàn và nhiệt ngưng tụ/phản ứng được lấy đi nhờ nước làm mát

Từ E06106, hỗn hợp pha chảy vào tháp hấp thụ trung áp C06101, ở đây pha khí tách ra sẽ đi vào bộ phận tinh chế Đây là tháp hấp thụ kiểu đĩa mũ chóp và xảy

Dòng không ngưng bão hòa amôniắc rời T06105 bay dọc trong tháp thu hồi amoniac C06105, ở đây một lượng amôniắc được ngưng tụ nhờ dòng amoniac lỏng đến từ giao diện của xưởng urê

Dòng khí rời đỉnh C06105 bay dọc trong tháp hấp thụ amoniac trung áp E06111, ở đây hàm lượng amoniac được giảm triệt để nhờ dòng dung dịch amoniac loãng ngược chiều hấp thụ khí amoniac Khi amoniac trong pha khí được hấp thụ, nhiệt tạo thành sẽ làm tăng nhiệt độ của dòng lỏng đi xuống, do đó làm cản trở sự hấp thụ tiếp tục amoniac Để duy trì nhiệt độ thích hợp, một dòng nước làm mát được cung cấp ở phía vỏ của E06111

Tháp rửa khí trơ trung áp C06103, được nối vào phần trên của E06111, gồm 3 đĩa van, ở đây khí trơ được rửa lần cuối bằng nước sạch Hàm lượng amoniac trong dòng khí bay lên nhỏ do đó nhiệt độ ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt hấp thụ Cuối cùng khí trơ được thu gom vào ống khói

Từ đáy của E06111, dung dịch NH3-H2O được tuần hoàn lại tháp hấp thụ trung

áp C06101 bằng bơm P06107 A/B Bơm này còn có dòng tuần hoàn dung dịch Amoniac loãng tới phần trên của E06111

Dòng ra khỏi đáy C06101 được tuần hoàn bằng bơm dung dịch cacbonat cao

áp P06102A/B về cụm thu hồi tổng hợp

b Giai đoạn làm sạch và thu hồi thứ hai ở áp suất 0,4MPa

Dung dịch với hàm lượng CO2 rất thấp ra khỏi đáy thiết bị phân hủy trung áp được giãn nở đến áp suất 0,4MPa và đi vào phần trên của thiết bị phân hủy thấp áp Thiết bị này được chia thành 3 phần chính:

Bình tách đỉnh S06103, ở đây khí nhẹ được tách ra trước khi dung dịch đi vào

bó ống

Thiết bị phân hủy kiểu màng ống E-06103, ở đây cacbonat được phân hủy và nhiệt được cung cấp nhờ ngưng tụ hơi thấp áp bão hòa 0,55 MPa

Bình chứa dung dịch urê T06103, bình này thu gom dung dịch urê đã làm sạch giai đoạn 2 có nồng độ 69-71%kl

Khí ra khỏi S06103 trước tiên được trộn với hơi từ cụm xử lý nước ngưng công nghệ, và sau đó được đưa vào phía vỏ của thiết bị gia nhiệt sơ bộ amoniac cao

áp E-06107, ở đây chúng được ngưng tụ riêng phần Nhiệt ngưng tụ được thu hồi ở phía ống để gia nhiệt sơ bộ amoniac lỏng cao áp (nạp liệu vào tháp tổng hợp urê) Dòng phía vỏ của E06107 được đưa vào thiết bị ngưng tụ thấp áp E-06108, ở đây hơi NH3 và CO2 còn lại được ngưng tụ hoàn toàn Nhiệt ngưng tụ được lấy đi nhờ nước làm mát ở phía ống

Dung dịch cacbonat khỏi E-06108 được thu hồi vào bồn chứa dung dịch cacbonat T06106 Từ đây dung dịch cacbonat được tuần hoàn về đáy tháp hấp thụ trung áp C-06101 bằng bơm P-06103A/B qua phía vỏ của thiết bị cô đặc sơ bộ E-

06104 và sau đó qua thiết bị ngưng tụ trung áp E-06106

Một phần nhỏ dung dịch cacbonat thấp áp cũng được dùng làm dòng hồi lưu vào phần tinh chế của tháp chưng T06106

Khí ra khỏi đỉnh của T06106 sẽ đi vào phần dưới của tháp rửa khí trơ thấp áp C-06104 để giúp điều khiển áp suất của giai đoạn thu hồi thứ hai C-06104 được nối với phần trên của E-06112, nơi mà nước làm mát được cung cấp để lấy nhiệt hấp thụ

3.4.4 Cô đặc

Để có thể tạo hạt ure cần cô đặc dịch ure tới khoảng 96%kl Bước này được

thực hiện bởi giai đoạn cô đặc chân không

Dung dịch urê ra khỏi đáy thiết bị phân hủy thấp áp với nồng độ 69-71%kl trước tiên đi vào phần ống của thiết bị cô đặc chân không sơ bộ E06104 Sau đó được bơm P-06106 đưa tới thiết bị cô đặc chân không E06114 Cả hai thiết bị trên đều hoạt động ở áp suất 0,033 MPa

Trước khi đi vào E06114 dịch ure từ bơm P-06106 A/B được trộn với dịch urê tuần hoàn từ cụm tạo hạt

Dung dịch urê ra khỏi đáy thiết bị phân hủy thấp áp được giãn nở tới áp suất 0,033 MPa và đi vào phần trên của thiết bị cô đặc chân không sơ bộ Thiết bị này được chia thành 3 phần chính:

- Bình tách đỉnh S06104, ở đây khí nhẹ được tách ra trước khi dung dịch đi vào bó ống Hơi được tách ra nhờ hệ thống chân không Z06105

- Thiết bị cô đặc kiểu màng E-06104, ở đây lượng cacbonat còn lại được phân hủy và nước được bốc hơi Nhiệt được cung cấp nhờ ngưng tụ riêng phần (phía vỏ) khí đến từ thiết bị phân hủy trung áp

- Bình chứa lỏng ở đáy T06124, ở đây tập trung dung dịch urê có nồng độ khoảng 80-85%kl

Dung dịch urê ra khỏi bình chứa T06124 nhờ bơm dung dịch urê P-06106A/B bơm vào đáy thiết bị cô đặc chân không thứ nhất E-06114 Thiết bị này hoạt động ở cùng áp suất như phía ống E-06104 (tức là 0,033 MPa)

Hơi bão hòa áp suất 0,34 MPa được cung cấp vào phía vỏ E-06114 để cô đặc dung dịch urê chảy trong ống

Hỗn hợp sau khi đi ra khỏi E-06114 sẽ đi vào thiết bị tách chân không khí/lỏng S06114, tại đây hơi một lần nữa được tách ra bởi hệ thống chân không Z06105 Ra khỏi hệ thống chân không dịch ure có nồng độ khoảng 96%kl được đưa sang cụm tạo hạt bằng bơm P-06108 A/B

3.4.5 Tạo hạt

Dịch urê sau khi cô đặc đến hàm lượng khoảng 96% khối lượng từ xưởng urê được đưa sang thiết bị tạo hạt (G07601) MMU, mono methyrol urê, chất phụ gia tăng độ cứng được đưa vào dịch urê ở xưởng urê trước khi được bơm đi tạo hạt

Dịch urê phun lên bề mặt mầm urê tuần hoàn được thổi lơ lửng trong các khoang tạo hạt của thiết bị tạo hạt Các hạt mầm này lớn dần trong những khoang tạo hạt nhiều cấp trong khi được lưu chuyển giữa các khoang tầng sôi nằm xung quanh Dịch urê phun vào bề mặt các hạt mầm được làm nguội và hóa rắn, đồng thời lượng ẩm trong dịch urê cũng được bốc hơi Nhờ đó, hạt urê được làm khô để đạt được độ ẩm dưới 0,3% khối lượng (wt%) khi ra khỏi thiết bị tạo hạt

Quạt thổi khí vòi phun (spouting air) (B07601) cung cấp dòng khí cho thiết bị tạo hạt thông qua thiết bị gia nhiệt khí vòi phun (E07601) để hình thành các khoang tạo hạt Quạt thổi khí tầng sôi (B0762) cung cấp dòng khí tầng sôi đến thiết bị tạo hạt thông qua thiết bị tiền gia nhiệt khí tầng sôi 1 và 2 (E07602 và E07603) để hình thành khoang tầng sôi

Nhiệt độ của khí vòi phun và tầng sôi được điều khiển bởi các thiết bị trao đổi nhiệt khác nhau để duy trì nhiệt độ khoang tạo hạt trong khoảng 110 – 120oC nhằm sấy khô và làm nguội hạt urê một cách hiệu quả Thiết bị tạo hạt được vận hành ở

áp suất âm nhẹ

Sau đó, hạt urê được làm nguội đến 90o

C ở khoang tầng sôi cuối cùng rồi được đưa qua các sang urê (S07601A/B/C/D) thông qua sang rung nạp liệu cửa ra thiết bị tạo hạt (V07603A/B), cân cửa ra tạo hạt (V07602A/B) và gàu nâng (V07611A/B) Điều khiển mức thiết bị tạo hạt bằng cách thay đổi chiều cao tấm chắn để điều chỉnh mức cửa ra của thiết bị tạo hạt

Bên cạnh dòng chảy tràn, thiết bị tạo hạt có dòng chảy đáy được điều khiển bằng sang rung cấp liệu cửa ra tạo hạt (V07603A,B), nhằm loại bỏ các tảng urê đóng cục quá lớn để có thể duy trì trạng thái tầng sôi Điều khiển công suất của sàng rung cấp liệu cửa ra tạo hạt bằng cách thay đổi độ rung động Một phần mức có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi công suất của thiết bị này đồng thời với việc duy trì dòng chảy tràn từ thiết bị tạo hạt

3.4.6 Cụm xử lý nước ngưng

Cụm này cung cấp những điều kiện để xử lý nước nhiễm NH3-CO2 và urê từ

hệ thống chân không, để thu được nước ngưng quá trình hầu như không chứa NH3

-CO2-urê để có thể đưa tới giao diện

Nước ngưng công nghệ chứa NH3, CO2 và urê từ các hệ thống chân không, được tập trung trong bồn chứa nước ngưng công nghệ T06102 Từ đây nước ngưng công nghệ được bơm bằng bơm P-06114A/B vào phần trên của tháp chưng C06102 Trước khi vào cột, nước ngưng công nghệ được gia nhiệt bởi chính dòng nước ngưng đã làm sạch ra khỏi đáy cột qua thiết bị trao đổi nhiệt E06116

Cột chưng C06102 gồm 55 đĩa và được chia thành 2 phần chính bằng một đĩa ngăn được đặt giữa đĩa thứ 35 và 36 (tính từ đáy)

Điều kiện công nghệ của cột:

- Áp suất đỉnh : 0,42MPa

- Nhiệt đỉnh: 130 oC

Nước ngưng từ đĩa ngăn được bơm bằng bơm ly tâm P06115A/B vào thiết bị thủy phân urê R06102, ở đây có các điều kiện công nghệ thích hợp cho phân hủy urê thành CO2 và NH3 Thiết bị R-1002 hoạt động giống như một thiết bị phản ứng

và dòng hơi được đưa vào để cung cấp đủ nhiệt phân hủy urê

Điều kiện công nghệ của quá trình thủy phân:

- Áp suất: 3,43MPa

- Nhiệt độ: 235oC

- Hơi ở hàng rào: nhiệt độ 370oC, áp suất 3,82 MPa

Hơi từ thiết bị thủy phân cũng như hơi từ đỉnh của tháp chưng T-1002 được đưa vào phí vỏ ống của thiết bị ngưng tụ amonia E06107 ở cụm thấp áp

Nước ngưng đã được thủy phân ra khỏi đáy R-1002, sau khi giảm nhiệt độ khi

đi qua thiết bị gia nhiệt sơ bộ cho thủy phân E06118, đi vào tháp chưng ngay dưới đĩa ngăn, ở đây xảy ra quá trình stripping lần cuối NH3 và CO2 Hơi LMP (0,55 MPa) được phun trực tiếp vào đáy cột để cung cấp năng lượng cần thiết cho stripping

Nước ngưng quá trình đã làm sạch rời đáy cột ở 157oC được làm lạnh tới 45oC nhờ:

- Gia nhiệt sơ bộ cácbônát cao áp trong E06113

- Gia nhiệt sơ bộ dòng nạp liệu tháp chưng cất trong E06116

- Làm lạnh lần cuối tại E06123

Các chất ô nhiễm (NH3-CO2-urê) trong nước sau xử lý được giảm xuống còn vài ppm và đễ dàng được tận dụng lại

Trong quá trình khởi động và khi gặp sự cố, nước ngưng đã xử lý được tuần hoàn về bồn nước ngưng quá trình T06125,cho tới khi nó chỉ còn chứa vài ppm

NH3 và urê [6]