Nghiên cứu quy trình công nghệ, thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị đồng bộ sản xuất phân bón NPK bằng phương pháp hóa học

h n oại Phân bón NPK có thể phân loại thành 2 loại chính: - Phân tổng hợp: phần tổng hợp là các loại phân được sản xuất thông qua các phản ứng hóa học để tạo thành một thể phân bón gồm

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN NPK 5

1.1 Vai trò và nhu cầu phân bón cho cây trồng 5

1.2 Giới thiệu chung về phân bón NPK 8

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ trên thế giới và tại Việt Nam 12

1.4 Các phương pháp sản xuất phân bón NPK 18

CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN NPK BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 32

2.1 Tổng quan phương pháp 32

2.2 Công suất, quy cách sản phẩm và yêu cầu nguyên liệu 34

2.3 Công nghệ sản xuất 36

2.4 Mô tả quy trình công nghệ 38

2.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu 38

2.4.2 Các công đoạn chính 38

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN BÓN NPK BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC 47

3.1 Tính toán định mức tiêu hao nguyên liệu 47

3.1.1 Đầu bài 47

3.1.2 Số liệu đầu vào 47

3.1.3 Phần tính toán 48

3.1.4 Áp dụng tính toán cho dây chuyền công suất 200000 tấn/năm 51

3.2 Tính toán một số thiết bị chính trong dầy chuyền sản xuất 52

3.2.1 Máy sấy thùng quay 52

3.2.2 Lò đốt dầu 56

3.2.3 Thiết bị bọc áo 63

3.2.4 Cyclone tách bị sau sấy 64

3.2.5 Gầu tải 66

3.2.6 Sàng hai lưới 67

CHƯƠNG 4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRIỂN KHAI THIẾT KẾ 70

4.1 Phương pháp thiết kế công nghệ 70

4.1.1 Phương pháp lựa chọn công nghệ trong nghiên cứu cơ sở để thiết kế nhà máy sản xuất 70

4.1.2 Quy trình triển khai thiết kế công nghệ 70

4.2 Phương pháp thiết kế lắp đặt thiết bị 73

4.2.1 Những nguyên tắc trong thiết kế lắp đặt thiết bị 73

4.2.2 Quy trình triển khai thiết kế bố trí lắp đặt thiết bị 74

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC 84

LỜI MỞ ĐẦU

Theo báo cáo tổng kết năm của bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, thì trong năm 2014, tổng diện tích gieo trồng lúa đạt hơn 7,8 triệu ha, giảm 96,8 ngàn ha so với năm 2013, nhưng do năng suất đạt 57,4 tạ/ha, tăng 1,7 tạ/ha, nên sản lượng lúa cả nước đạt 44,84 triệu tấn, tăng 80,4 vạn tấn so với năm 2013 Tuy có được những thành tựu như vậy nhưng hiện nay Nông nghiệp Việt Nam vẫn còn phải đối mặt với nhiều thử thách do sản lượng nông sản vẫn còn chưa đáp ứng được nhu cầu của thị trường, chất lượng thấp và giá thành sản phẩm cao Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng trên có liên quan đến lượng và chất của các loại phân bón

Trong năm 2014, Việt Nam tiêu thụ khoảng 10,8 triệu tấn phân bón, tăng khoảng 4% trong đó nhu cầu tiêu thụ phân NPK là lớn nhất chiếm đến 37% tổng nhu cầu, với giá trị khoảng 110 nghìn tỷ đồng/năm Theo số liệu Tài Chính Hải Quan, nhập khẩu phân bón của Việt Nam năm 2014 đạt 3,79 triệu tấn, trị giá 1,237 tỷ USD giảm 17,85% về lượng và 26,38% về trị giá so với cùng kỳ năm 2013

Qua những số liệu trên ta có thể nhận ra rằng muốn phát triển ngành nông nghiệp trồng trọt thì việc chủ động trong sản xuất phân bón, đặc biệt là các loại phân bón đa thành phần dinh dưỡng như phân bón NPK là rất quan trọng Có nhiều phương pháp để sản xuất phân bón NPK Trong đó phương pháp hóa học cho sản phẩm NPK có chất lượng tốt nhất với các tính chất vật lý tối ưu Vì vậy

tôi đã lựa chon đề tài: “Nghiên cứu quy trình công nghệ, thiết kế kỹ thuật hệ thống thiết bị đồng bộ sản xuất phân bón NPK bằng phương pháp hóa học” để

trình bày trong luận văn này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN BÓN NPK

1.1 Vai trò và nhu cầu phân bón cho cây trồng

Chất dinh dưỡng là các điều kiện không thể thiếu đối với sự phát triển của cây trồng Chất dinh dưỡng thường có sẵn trong đất trồng, nhưng để cho cây trồng

có thể phát triển khỏe mạnh, đạt năng suất thì cần phải bổ sung các chất dinh dưỡng bằng cách bón thêm các loại phân bón Như vậy có thể nói, phân bón chính là nguồn cung cấp chất dinh dưỡng thiết yếu để cây trồng có thể sinh trưởng và cho phẩm chất cao Phân bón có vai trò rất quan trọng trong việc thâm canh tăng năng suất, bảo vệ cây trồng và nâng cao độ phì nhiêu của đất Phân bón không chỉ có vai trò quan trọng đối với an toàn lương thực mà còn có ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe con người Việc trao giải hòa bình năm 1970 cho tiến sĩ Norman Borlaug cho thấy thế giới đã ghi nhận mối liên kết khoa học nông nghiệp với sức khỏe cộng đồng Tăng cường sử dụng phân bón cho cây trồng đã đẩy mạnh sản xuất trên một đơn vị diện tích, tăng nguồn cung cấp lượng thực cũng như góp phần vào cải thiện chất lượng thực phẩm như bổ sung các vi lượng thiết yếu (Tom W Bruulsema et al., 2012) Tuy nhiên cho mãi đến giữa thế kỷ 18 thế giới mới quan tâm đến các yếu tố hóa học và dinh dưỡng cây trồng

Ngành công nghiệp sản xuất phân bón được ra đời vào cuối thế kỷ 18 và nữa đầu thế kỷ 19, bắt đầu từ vùng tây bắc của châu Âu (IFA, 1998), song chỉ thật

sự phát triển mạnh vào những năm 60 của thế kỷ 20 khi mà cuộc cách mạng xanh ra đời Việc ứng dụng các giống cây trồng có năng suất cao và kỹ thuật canh tác mới vào thời điểm đó đã đưa sản lượng lương thực tăng từ 830 triệu tấn lên 1.820 triệu tấn từ 1960 đến 1990, trong khi đó diện tích đất sử dụng chỉ tăng từ 1,4 tỷ ha lên 1,48 tỷ ha Cũng trong khoảng thời gian đó thì lượng phân bón của thế giới cũng gia tăng từ 30 triệu tấn lên 138 triệu tấn (IFA, 1998) Như vậy, với diện tích đất chỉ tăng 3,5% trong khi sản lượng lương thực tăng đến 120% trong vòng 30 đã năm nói lên vai trò của thâm canh trong đó phân bón

giữ vai trò quyết định Theo FAO (1980), phân bón làm gia tăng năng suất đến 55% ở những nước đang phát triển trong giai đoạn 1965 đến 1975 và đầu tư 1

kg N:P2O5:K2O sẽ thu được 10 kg hạt ngũ cốc Vì vậy trong giai đoạn này các nước đang phát triển sử dụng phân bón rất nhiều từ 4 triệu tấn năm 1960 lên đến 65 triệu tấn năm 1990 để gia tăng năng suất

Tại Pháp, năng suất lúa mì và lượng phân bón sử dụng có quan hệ rất chặt chẽ Nếu năm 1850, phân bón chưa sử dụng nhiều thì năng suất chỉ đạt 1 tấn/ha, đến năm 1960, khi sử dụng 1,1 triệu tấn N:P2O5:K2O đã đưa năng suất lên đến 1,6 tấn/ha và năm 1973, tiêu thụ 5,8 triệu tấn N:P2O5:K2O thì năng suất tăng lên đến 4,5 tấn/ha (IFA, 1998) Tại Ấn Độ, năm 1960 chỉ tiêu thụ có 1 triệu tấn dinh dưỡng thì năm 1990 con số này lên đến 10 triệu tấn và năm 2002 là 17 triệu tấn Bruinsma (2003) cho biết trong thập niên 1970-1980 sản lượng cây có hạt tại Ấn Độ gia tăng chủ yếu là do phân bón Còn theo Viyas (1983, dẫn theo Heisey và Mwangi, 1996) thì từ giữa những năm 1960 phân bón đóng góp vào việc gia tăng năng suất ở các nước đang phát triển tại châu Á từ 50-75% Sự phát triển dân số đòi hỏi sự tăng cường sản xuất nông nghiệp để đảm bảo an toàn lương thực trên quỹ đất ngày càng hạn chế về số lượng

Bảng 1-1 Dân số, sản lượng ngũ cốc và tiêu thụ phân bón thế giới

184 triệu tấn Qua đó, cho thấy rằng ba yếu tố dân số, sản lượng ngũ cốc và tiêu thụ phân bón tỷ lệ thuận với nhau, sự gia tăng giữa dân số và sản lượng ngũ cốc

là tương đương nhau trong khi sản lượng tiêu thụ phân bón có tỷ lệ tăng gấp đôi

Bảng 1-2 Nhu cầu dinh dưỡng của một số loại cây trồng niên vụ 2010-2011

10 triệu tấn các loại cho các loại cây trồng (năm 2013) Căn cứ vào tình hình phát triển về diện tích và sản lượng các loại cây trồng so với liều lượng phân

bón cần thiết, Vinachem đã có các dự báo về nhu cầu phân bón hóa học phục vụ sản xuất nông nghiệp

Bảng 1-3 Lượng phân bón cần thiết cho một tấn sản phẩm nông nghiệp

- (1) Lượng phân bón cần bón cho cây mía để thu được 1kg đường

- (2) Lượng phân bón cần bón cho cây dâu tằm để thu được 1kg tơ tằm

1.2 Giới thiệu chung về phân bón NPK

1.2.1. L ch ph i n củ ph n n N

Lịch sử phát triển của phân bón gắn liền lịch sử phát triển của ngành trồng trọt khi con người mới biết đến các loại cây trồng Người ta tin rằng con người biết trồng các loại cây trong khoảng thời gian từ 6,000 đến 10,000 năm trước Ví dụ như có những ghi chép về việc cắt xén cây trồng có niên đại hơn 7,000 năm tại Trung Quốc và Na Uy Tuy nhiên mãi đến những năm 1840, phân bón thương mại mới được sản xuất và được đưa vào sử dụng tại các nước phương Tây Mặc

dù vậy rất nhiều nơi vẫn duy trì việc sử dụng các khoáng chất, các chất hữu cơ

có hàm lượng dinh dưỡng thấp như đá bùn, tro đốt của thực vật và chất thải

động vật Nhà hóa học người Đức, Justus von Liebig được xem là cha đẻ đầu tiên của ngành hóa học nông nghiệp và ngành phân bón công nghiệp vào đầu những năm 1840 Từ những năm 1850-1900, chất thải động vật, phế liệu và chất thải các lò mổ cá là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất phân bón chứa nguyên tố nitơ Những năm 1920 sản phẩm phụ amoni sunfat từ khí lò than cốc trở thành nguồn nguyên liệu để sản xuất phân đạm cho đến những năm 1944 được thay thế thành amoni nitorat Các ngành công nghiệp amoniac được mở rộng nhanh chóng từ đầu những năm 1940 Việc tiêu thụ amoni nitorat tăng lên nhanh chong đến năm 1955, nó chiếm một phần ba sản lượng sản phảm nito áp dụng trực tiếp cho trồng trọt

Công nghiệp sản xuất NPK ra đời muộn hơn so với công nghiệp sản xuất các loại phân bón khác như: đạm, lân, kali xuất phát từ nhu cầu cung cấp nguồn dinh dưỡng đầy đủ nhất với chi phí tiết kiệm nhất Đến sau năm 1953, việc tạo hạt một cách đồng nhất phân bón NPK từ việc thay đổi quy trình tạo hạt diễn ra trong quá trình amoni hóa phân supephophat mới được áp dụng

Tóm lại, ngành công nghiệp phân bón trên thế giới đã có sự phát triển vượt bậc qua 4 giai đoạn: giai đoạn khởi đầu với Super lân (năm 1842 ở Anh), kali (năm 1861), urê (năm 1922 ở Đức) và sau đó là phân NPK vào năm 1930 Tới năm

1936, các nhà máy phân bón ở Tây u đã hợp tác để tạo nên ngành sản xuất phân bón NPK

Giai đoạn mở rộng diễn ra giữa những năm 1950, giai đoạn trưởng thành bắt đầu từ 1970 bằng việc ra đời hàng loạt các nhà máy phân bón NPK với công nghệ hiện đại hơn Giai đoạn đổi mới diễn ra từ giữa những năm 1990 tới nay bằng việc ứng dụng các kỹ thuật mới và công nghệ tiên tiến để sản xuất ra những sản phẩm theo nhu cầu của từng cây trồng và giảm thiểu thất thoát gây ô nhiễm môi trường

Tại Việt Nam trước những năm 1960, Nông nghiệp Việt Nam chỉ sử dụng phân hữu cơ và phân chuồng để bón cho cây trồng Sau năm 60 mới có sự chuyển hưởng kết hợp dùng phân hóa học với phân hữu cơ trong sản xuất nông nghiệp

Trong thập kỷ 60, Nhà nước Việt Nam bắt đầu đầu tư xây dựng một số nhà máy sản xuất phân bón hóa học: Nhà máy Phân lân nung chảy Văn Điển Hà Nội với công suất thiết kế ban đầu là 20.000 tấn/năm; Xí nghiệp Liên hợp Supe Phốt phát Lâm Thao - Vĩnh Phúc có công suất thiết kế ban đầu 100.000 tấn supephot

- phát đơn/năm; Xí nghiệp Liên hợp Phân bón và Hóa chất Hà Bắc với công suất 100.000 tấn urê/năm Sau này, hai nhà máy phân lân chế biến khác đã được xây dựng thêm: Nhà máy Phân lân nung chảy Ninh Bình đi vào vận hành từ năm 1975 có công suất thiết kế là 100.000 tấn/năm và Nhà máy Supe Phốt phát Long Thành đi vào sản xuất từ tháng 12/1992 có công suất thiết kế 100.000 tấn/năm

Từ những năm 1979 - 1980 ngành sản xuất phân hỗn hợp NPK bắt đầu được phát triển, đến những năm 1990 - 1991 đã có năng lực sản xuất đạt trên 100.000 tấn/năm và từ đó đến nay ngành này đã phát triển không ngừng về số lượng, chất lượng cũng như về chủng loại các sản phẩm

1.2.2. h i niệm ph n n N

NPK nhằm chỉ 3 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng, tức 3 nguyên tố dinh dưỡng chính yếu cần bổ sung trước tiên cho cây trồng, nhằm nâng cao khả năng sinh trưởng và cho năng xuất cây trồng

Vai trò cụ thể của các nguyên tố thành phần trong phân bón NPK như sau: Đạm (N): Là chất cần thiết để giúp cây sinh trưởng, phát triển các mô sống, tạo diệp lục tố, nguyên sinh chất, axit nucleic và protein Làm tăng chất lượng của rau ăn lát, hạt ngũ cốc Khi thiếu đạm: cành lá sinh trưởng kém, còi cọc, ít nhánh, ít chồi, lá non nhỏ, lá già có màu xanh nhạt đến vàn từ chóp lá và dễ bị rụng, rễ ít phát triển Khi thiếu đạm trầm trọng năng suất thu hoạch thấp và hàm lượng protein thấp Vàn từ lá già lên Khi thừa đạm: cây sinh trưởng rất mạnh,

lá to, mềm yếu, dễ đổ ngã, dễ nhiễm sâu bệnh

Lân (P): Là chất cần thiết của quá trình trao đổi năng lượng, protein và phân chia tế bào của cây, là thành phần của axit nuclein, amino axit, protetin photpho – lipid, coenzim, nhiễm sắc thể Lân kích thích rễ và ra hoa Khi thiếu lân: cây còi học, thân yếu, lá mỏng, trưởng thành có màu xanh sẫm đến tím đỏ, rễ kém

phát triển, khó ra hoa, ít trái, chín chậm, năng suất, chất lượng thấp, trái thường

có vỏ dày, xốp Khi thừa lân: khó phát hiện hiện tượng thừa lân Thừa lân thường kèm theo hiện trượng thiếu kẽm và đồng

Kali (K): Giúp tăng khả năng hoạt động của khí khổng, hoạt hóa enzim quang hợp và tổng hợp hydrat carbon Giúp vận chuyển hydrat carbon, tổng hợp protein Tăng cường khả năng sử dụng ánh sáng khi thời tiết lạnh và mây mù

Có tác dụng nâng cao khả năng chống rét cho cây Làm tăng độ lớn của hạt và cải thiện chất lượng rau quả Thiếu kali: chóp lá già chuyển màu vàng nâu, sau

đó lan dần vào trong theo chiều từ chóp lá trở xuống, từ mép lá trở vào Thiếu nặng, phần lớn lá bị cháy và rụng Cây phát triển chậm và còi cọc, thân yếu dễ

bị đổ ngã Thừa kali: khó nhận biết, tuy nhiên khi bón nhiều kali trái cam bị sần sùi

Phân bón NPK là loại phân bón hóa học đa dinh dưỡng chứa đầy đủ các thành phần Đạm (N), lân (P), Kali (K) Ngoài ra phân bón NPK còn cung cấp các nguyên tố cần thiết khác như Mg, Ca, S, B, Zn, Fe, Cu, Mn, Co, Mo, Cl

1.2.3. h n oại

Phân bón NPK có thể phân loại thành 2 loại chính:

- Phân tổng hợp: phần tổng hợp là các loại phân được sản xuất thông qua các phản ứng hóa học để tạo thành một thể phân bón gồm nhiều nguyên tố dinh dưỡng Phân này còn được gọi là phân phức hợp

- Phân hỗn hợp: phân hỗn hợp là các loại phân tạo được do quá trình trộn lẫn 2 hoặc nhiều loại phân đơn với nhau một cách cơ học

1.2.4. Nguyên liệu sản xuất

Phân bón NPK được sản xuất từ nguồn nguyên liệu chứa 3 thành phần dinh dưỡng chính N, P, K và chất độn, đồng thời có thể bổ sung thành phần trung vi lượng tùy thuộc vào nhà sản xuất và nhu cầu của thị trường Nguồn cung cấp N,

P, K rất đa dạng, có thể lựa chọn tùy chủng loại sản phẩm phân bón cần sản xuất Một số nguồn nguyên liệu chính để sản xuất NPK bao gồm:

- Nhóm cung cấp Nitơ: SA, Urê, Amoniac, Amoni Nitrate (NH4NO3)

- Nhóm cung cấp Phốt pho: SSP (Single Super Phosphate); DAP (Diammonium Phosphate); MAP (Monoamonium Phosphate); FMP (Fused Magnesium Phosphate); Axit Photphoric

- Nhóm cung cấp Kali: KCl (MOP (Muriate of Potash));

- Phụ gia: phù sa, đôlômit, cao lanh, thạch cao, các chất phụ gia có tác dụng đảm bảo cho tỷ lệ thành phần N:P:K đúng theo tiêu chuẩn, cải tạo đất trồng và chống thoái hóa đất

1.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ trên thế giới và tại Việt Nam

Trên thế giới, tỷ lệ sản xuất các loại phân NPK ngày càng tăng do tính hợp lí và tiện dụng của loại phân này Tiêu thụ phân bón có liên quan chặt chẽ đến sản xuất nông nghiệp Nếu như sản xuất thuận lợi, kinh tế và thị trường phát triển thì nhu cầu tiêu thụ phân bón tăng cao Chính vì vậy, trong một số giai đoạn tình hình kinh tế thế giới bất ổn, sản xuất khủng hoảng sẽ kéo sản xuất và tiêu thụ phân bón giảm xuống

Theo số liệu của FAO, sản lượng tiêu thụ NPK trên thế giới liên tục tăng qua các năm Đến năm 2007, ngành sản xuất phân bón NPK thế giới sản xuất từ đã sản xuất ra trên 173 triệu tấn/năm Công suất của các nhà máy năm 2007 lên tới 97% tổng hiệu suất Tuy vậy thị trường phân bón NPK trên thế giới đã trải qua những dao động mạnh trong năm 2008, lượng tiêu thụ phân bón trong năm giảm mạnh so với năm 2007 (từ 173 triệu tấn xuống còn 155,3 triệu tấn) Nguyên nhân cho sự sụt giảm này là do khủng khoảng kinh tế trên toàn thế giới

Sự sụt giảm này tiếp diễn đến nửa đầu của năm 2009 Đến cuối năm 2009, tình hình sản xuất và tiêu thụ NPK mới có dấu hiệu phục hồi trở lại Tổng sản lượng tiêu thụ NPK trên toàn thế giới năm 2009 đạt 163,5 triệu tấn Từ năm 2010 ÷

2013, tiêu thụ NPK đã tăng trưởng trở lại, trung bình mỗi năm tăng khoảng 4,3

% Dự báo trong năm tiếp theo sản lượng tiêu thụ NPK sẽ vượt mốc 200 triệu tấn

Nguồn IFA

Hình 1- 1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ NPK từ 2007-2013

Mặc dù NPK được sản xuất hầu hết các nơi trên thế giới nhưng sản lượng lại tập trung tại 1 số nước lớn như: Trung Quốc, Ấn Độ, Nga, Pháp, Thổ Nhỹ Kỳ Theo số liệu thống kê của IFDC trong năm 2009, tổng sản lượng NPK sản xuất của 5 nước này chiếm trên 50% sản lượng sản xuất của toàn thế giới trong đó: Trung Quốc 27,43 triệu tấn; Ấn Độ 7,68 triệu tấn; Nga 5,62 triệu tấn; Pháp 3,74 triệu tấn, Thổ Nhĩ Kỳ 2,82 triệu tấn (Nguồn: IFDC 2009)

Trung Quốc 29%

Ấn Độ 8%

Nga 6%

Pháp 4%

Thổ Nhĩ Kỳ 3%

Ở các nước phát triển, lượng phân NPK tiêu thụ hàng năm chiếm khoảng 50% tổng lượng phân sử dụng Các nước tiêu thụ NPK nhiều nhất trên thế giới có thể

kể đến: Trung Quốc, Ấn Độ, Braxin, Nga, Mỹ Trong đó, Mỹ là nước sử dụng phân NPK hàng đầu thế giới, tiếp theo là Brazil và Trung Quốc

Xu thế sử dụng phân bón hiện nay ở nước ta cũng như các nước trên thế giới là

sử dụng loại phân bón có chứa nhiều thành phần dinh dưỡng, với tỷ lệ thích hợp, phù hợp với từng loại cây trồng và từng vùng đất Mặt khác, trong sản phẩm phân bón NPK, hàm lượng của 3 thành phần cơ bản có thể điều chỉnh cho phù hợp với từng loại cây trồng, từng loại đất cũng như từng giai đoạn phát triển của cây trồng Việc sử dụng phân hỗn hợp NPK ở Việt Nam đã được khẳng định và dần thay thế tập quán sử dụng phân đơn của nông dân

Ở Việt Nam, đầu những năm 90 của thế kỉ trước, lượng phân NPK tiêu thụ còn thấp khoảng 250.000 ÷ 350.000 tấn/năm và chủ yếu nguồn sung cấp là nhập từ nước ngoài Đến những năm 1996÷1997 lượng tiêu thụ phân NPK đã tăng lên mau chóng, đặc biệt là tại khu vực phía Nam với sự ra đời của hàng loạt nhà máy sản xuất phân bón NPK phục vụ cho nhu cầu sản xuất lúa đang phát triển tại đây Tới năm 2002, lượng phân NPK tiêu thụ ở Việt Nam đã vượt mốc 1 triệu tấn/năm Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn năm 2013 các đơn

vị sản xuất phân bón NPK trong nước cung cấp ra thị trường 3,7 triệu tấn NPK

Các công ty sản xuất phân NPK trong nước đã đặc biệt chú trọng việc đa dạng hóa sản phẩm, đã sản xuất được hơn 50 chủng loại phân NPK phù hợp với thổ nhưỡng ở từng vùng, từng loại cây trồng Năng lực sản xuất của các công ty được nâng cao nhờ đầu tư chiều sâu, đổi mới thiết bị, từng bước cơ giới hóa và

tự động hóa quá trình sản xuất

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Nhu cầu Sản Xuất Nhập khẩu

Bảng 1-4 Một số công ty sản xuất NPK tại Việ N m ính đến năm 2013

Bảng 1-5 ản ượng nh p hẩu N o iệ N m ừ 200 đến 2013

Sản lƣợng nhập

Nguồn: Bộ Nông nghiệp và PTNT

Nhu cầu phân bón năm 2013 tại Việt Nam cần trên 10,3 triệu tấn các loại, tăng 5% so với năm 2012 Trong số đó, lƣợng phân urê là 2 triệu tấn, phân kali 950.000 tấn, phân NPK 3,8 triệu tấn, phân SA 850.000 tấn, phân DAP 900.000

tấn, và phân lân 1,83 triệu tấn Các nhà máy trong nước sản xuất được khoảng trên 8 triệu tấn phân bón, trong đó có 3,7 triệu tấn phân NPK, 1,8 triệu tấn phân lân, 2,2 triệu tấn phân urê, 330.000 tấn phân DAP

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn vừa cho biết, nhu cầu phân bón hóa học cho sản xuất nông nghiệp nước ta năm 2014 cần gần 11 triệu tấn phân bón các loại, tăng cao hơn so với mức 10,3 triệu tấn năm 2013 Trong đó, nhu cầu phân Urê 2,2 triệu tấn, phân SA 900.000 tấn, phân Kali 960.000 tấn, phân DAP 900.000 tấn, phân NPK 4 triệu tấn NPK và phân lân 1,8 triệu tấn Hiện nay, sản xuất công nghiệp phân bón trong nước đã đáp ứng hoàn toàn phân Urê Phân lân, phân NPK vẫn phải nhập khẩu, riêng phân Kali phải nhập khẩu 100%,

vì trong nước không tự chủ nguồn nguyên liệu để sản xuất; phân DAP mới đáp ứng được khoảng 30% nhu cầu từ nguồn sản xuất, còn lại phải nhập khẩu

Bảng 1-6 Tỷ lệ NPK trong phân bón s dụng ở Việt Nam và thế giới

Nguồn: GS.PTS Bùi Đình Dinh

Từ bảng so sánh trên có thể thấy sản phẩm NPK sử dụng tại Việt Nam có hàm lượng dinh dưỡng thấp hơn so với các nước phát triển trên thế giới Vì vậy đổi mới công nghệ để nâng cao chất lượng sản phẩm NPK, đặc biệt phải nâng cao hàm lượng các chất dinh dưỡng trong phân, tiến tới các loại phân hỗn hợp đều được sản xuất dưới dạng phân phức hợp trên quy trình đồng nhất nâng cao hàm

lượng chất dinh dưỡng là nhiệm vụ bắt buộc của ngành sản xuất phân bón tại Việt Nam Chỉ có trên cơ sở này mới giảm được đáng kể chi phí đóng gói, vận chuyển, tàng trữ và sử dụng

1.4 Các phương pháp sản xuất phân bón NPK

1.4.1. Các phương ph p cơ học

1.4.1.1 Phương pháp phối trộn

Đây là phương pháp tạo hạt đơn giản nhất, việc phối trộn chỉ là thực hiện quá trình kết hợp các nguyên liệu dạng hạt đã được sản xuất bằng một trong các quy trình nêu trên Tuy quy trình phối trộn này tương đối đơn giản, nhưng nếu không được chú trọng thích hợp thì có thể tạo thành các sản phẩm chất lượng kém, góp phần làm tăng quang niệm chung là các sản phẩm phối trộn thường là bậc thấp

Nguyên liệu chính của phương pháp này là các sản phẩm phân bón đã hoàn thiện Urê, DAP, MAP, KCl, K2SO4 Sản phẩm thu được là hỗn hợp các loại phân bón này Thường sản phẩm còn gọi là phân NPK 3 màu do màu sắc của 3 loại phân chứa các dưỡng chất chính

Hình 1- 4 ản phẩm N phối ộn i

Quá trình trộn cũng đòi hỏi một số yêu cầu như sử dụng các nguyên liệu thích hợp, tỷ lệ thích hợp để đảm bảo các yêu cầu về hàm lượng dinh dưỡng có trong

sản phẩm Sản phẩm phải có các đặc điểm sau: không vón cục, tỷ lệ thành phần theo yêu cầu, các thành phần không bị tách rời, không bị hút ẩm quá nhiều Các tiêu chí trên chỉ đạt được khi các quy trình kỹ thuật phối trộn phải được tuân thủ đúng cách Phương pháp cân đong phải đáng tin cậy và phù hợp, ưu tiên các hệ thống cân đong có thể được vận hành và kiểm soát tự động mà không cần sự can thiệp của con người

Sau khi cân, các thành phần phải được phối trộn trong máy trộn có hiệu quả, chất lượng sản phẩm cuối cùng phụ thuộc nhiều vào quá trình phối trộn này Cỡ hạt đồng đều là yếu tố quan trọng nhất để ngăn ngừa sự tách rời các thành phần Sau khi phối trộn thì phương pháp thao tác tiếp theo là rất quan trọng để ngăn ngừa sự tách rời các thành phần, nhìn chung nên thao tác càng ít càng tốt Sản phẩm đã phối trộn cần được đóng bao ngay bằng hệ thống đóng bao thích hợp

để tránh sự thâm nhập của hơi ẩm trong quá trình lưu kho hoặc vận chuyển Thường người ta phải sử dụng phễu đóng bao với vách ngăn bên trong để ngăn

sự tách rời các thành phần

 Ưu điểm:

- Vốn đầu tư thấp, Vốn hoạt động và chi phí sản xuất thấp

- Khả năng linh hoạt trong việc thay đổi công thức và chủng loại sản phẩm phân bón với các thành phần dinh dưỡng khác nhau Do phương pháp phối trộng chỉ bao gồm các công đoạn cân và trộng nguyên liệu khô, nên có thể nhanh chóng thay đổi công thức, chuyển từ dạng sản phẩm này sang dạng khác Đây là ưu điểm lớn nhất của phương pháp tạo hạt này, từ một số ít nguyên liệu có thể cho phép nhanh chóng sản xuất ra nhiều chủng loại sản phẩm với các thành phần dinh dưỡng khác nhau

- Thiết bị và quy trình tương đối đơn giản, có thể dễ dàng ngừng và bắt đầu sản xuất tùy theo nhu cầu

- Sản phẩm phối trộng có thể có chất lượng cao, nhưng điều này phụ thuộc vào chất lượng và tính tương thích của nguyên liệu được sử dụng, điều quan trọng là nguyên liệu phải tương thích về hóa học, có cỡ hạt tương thích và đủ bền để không bị biến dạng trong quá trình thao tác

để tạo ra sự gắn kết Công nghệ nén ép đã được áp dụng trong nhiều năm để sản xuất phân kali dạng viên Trên thực tế, phần lớn phân kali trền thế gới đều được sản xuất bằng phương pháp này

Đây là phương pháp tạo hạt theo phương pháp khô không cần sự có mặt của chất lỏng hoặc phản ứng hóa học để liên kết các hạt với nhau Quá trình này sử dụng lực cơ học để ép chặt các hạt rời hoặc bột vào nhau Khi đó bề mặt các hạt tiến sát vào nhau đến mức xuất hiện các lực liên kết phân tử và các lực tĩnh điện tạo ra sự liên kết vật liệu giữa các phần tử của hạt phân bón Trên thực tế, phần lớn phân kali trên thế giới đều được sản xuất bằng phương pháp này

Hình 1- 5 ản phẩm N n n p

Quá trình nén ép bắt đầu với việc cân và phối trộn các nguyên liệu mịn theo những tỉ lệ cần thiết Sau khi được phối trộn thích hợp, hỗn hợp này được đưa vào máy nghiền để nghiền đến phạm vi cỡ hạt thích hợp Tiếp theo, cùng với nguyên liệu tuần hoàn từ công đoạn nghiền và sàng cuối cùng, bột nguyên liệu

có cỡ hạt phù hợp được đưa vào máy trộn liên tục với công suất cao Thông thường, tỉ lệ giữa nguyên liệu tuần hoàn và nguyên liệu mới là từ 1:1 đến 2:1 Sau đó, hỗn hợp đồng nhất này được nạp vào máy nén ép Máy nén ép này gồm các trục ép làm việc theo nguyên lý kết tụ bằng áp lực Các tiêu chí như cấu hình bề mặt trục quay, đường kính trục quay, tốc độ quay, áp lực, v.v có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất, chất lượng sản phẩm và các yêu cầu vận hành của nhà máy Sản phẩm được tạo ra thường là dạng tấm dẹt, dày 5-20 mm Các tấm dẹt này sẽ được nghiền và phân loại theo các cỡ hạt mong muốn Có thể áp dụng một số kiểu thiết bị nghiền khác nhau, ví dụ máy nghiền thông thường (máy nghiền lồng sóc, máy cán dây) hoặc máy nghiền được thiết kế đặc biệt để làm việc với tốc độ chậm Hệ thống sàng nói chung hoạt động theo chu trình khép kín và tuần hoàn các phần hạt quá cỡ, còn phần dưới sàng được đưa trở lại quá trình nén ép Hiệu quả nghiền và sàng ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả hoạt động của xưởng tạo hạt

Tùy theo loại nguyên liệu và yêu cầu về sản phẩm, có thể cần phải thực hiện một số bước hoàn thiện Những hạt có hình dạng không đồng đều có thể được đưa vào trống mài để mài tròn các cạnh sắc Những phần hạt khó ép có thể phải

xử lý bằng cách sử dụng kết hợp hơi nước, nước và trống sấy Nếu cần cũng phải bổ sung các tác nhân bọc phủ để giảm nguy cơ đóng vón

Quy trình nén ép để tạo hạt cũng không đòi hỏi phải tiến hành các phản ứng hóa học, nhưng các tính chất của nguyên liệu (tính tương thích hóa học, các đặc trưng nhiệt và tính dẻo) có ảnh hưởng quan trọng đối với hiệu quả của quá trình nén ép

Hình 1- 6 Sản xuấ N heo phương ph p n n p

- Mức ô nhiễm giảm do chỉ sử dụng nguyên liệu khô

- Các hạt được sản xuất có kích thước không đồng đều so với các phương pháp tạo hạt khác, tạo cảm quan không có lợi về sản phẩm

 Ưu điểm:

Phương pháp tạo hạt bằng nước sử dụng máy vê viên đĩa được sử dụng khá nhiều ở các nước ta do có nhiều ưu điểm như:

- Dây truyền thiết bị đơn giản, chi phí cho đầu tư tương đối thấp

- Tận dụng được các nguồn nguyên liệu sẵn có để sản xuất NPK như lân nung chảy

 Nhược điểm:

- Sự giới hạn của các chủng loại sản phẩm có thể được sản xuất cũng như nguyên liệu có thể được sử dụng

- Thành phần của sản phẩm phân bón NPK phải được định trước, sao cho nhiệt

và nước sẽ tạo ra những tác động kết tụ mong muốn

- Hàm lượng một số chất dinh dưỡng nhất là thành phần chứa đạm, bị hạn chế trong một phạm vi nhất định do những yêu cầu về quá trình và tính chất vật lý (thông thường hàm lượng ure phải được giữ ở mức tối thiểu)

- Sản phẩm NPK sản xuất thường có hàm lượng dinh dưỡng thấp

- Chất lượng sản phẩm còn thấp, độ liên kết giữa các thành phần còn chưa cao do

sử dụng nước làm chất kết dính

Hình 1- 7 Sản xuấ N heo phương ph p ạo hạt bằng nước

1.4.2.2 Phương pháp tạo hạt bằng hơi nước

Phương pháp này giống như phương pháp tạo hạt bằng nước, chỉ khác là công đoạn tạo hạt sẽ thực hiện trong thùng tạo hạt có sự có mặt của hơi nước Nhiệt

độ và độ ẩm thích hợp sẽ làm cho các nguyên liệu liên kết với nhau tạo thành các viên

Trong thời gian gần đây, phương pháp tạo hạt bằng hơi nước (hoặc nước) đang trở nên phổ biến hơn Những nhà máy tạo hạt theo phương pháp này hoạt động rất tốt trong thị trường đặc biệt với những yêu cầu về nhiều công thức phân bón khác nhau mà hàm lượng đạm không bắt buộc phải cao

Hình 1- 8 Sản xuấ N heo phương ph p ạo hạt bằng hơi nước

 Ưu điểm:

Phương pháp tạo hạt bằng hơi nước có thể thích hợp cho các nhà máy địa phương và có những ứng dụng trong những trường hợp đặc biệt Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng nguyên liệu bột kết hợp với hơi nước để sản xuất phân NPK dạng hạt

 Nhược điểm:

- Nhược điểm của phương pháp này là sự giới hạn của các chủng loại sản phẩm

có thể được sản xuất cũng như nguyên liệu có thể được sử dụng

- Thành phần của sản phẩm NPK phải được định trước, sao cho nhiệt và nước của hơi nước sẽ tạo ra những tác động kết tụ mong muốn Hàm lượng một số

chất dinh dưỡng, nhất là thành phần chứa đạm, bị hạn chế trong một phạm vi nhất định do những yêu cầu về quá trình và tính chất vật lý

1.4.2.3 Tạo hạt theo phương pháp Urê nóng chảy

Phương pháp Urê nấu chảy là một trong những phương pháp vật lý để sản xuất phân bón NPK Đây là phương pháp có liên quan đến sự gia nhiệt Urê tới nóng chảy, rồi được phun lên lớp bột mịn tuần hoàn đang quay tròn trong thiết bị tạo hạt Phương pháp này tạo ra sản phẩm có chất lượng tốt về tính chất vật lý và hàm lượng chất dinh dưỡng trong các hạt

Dây truyền công nghệ sản xuất NPK bằng phương pháp Urê nóng chảy gần giống với phương pháp tạo hạt bằng hơi nước Trong dây truyền sản xuất, ngoài Urê dạng bột được cấp vào trong quá trình trộn còn sử dụng Urê dạng dung dịch nóng chảy cấp trực tiếp vào trong thùng tạo hạt

Hình 1- 9 Sản xuấ N heo phương ph p U n ng chảy

 Ưu điểm:

- Sản phẩm NPK thu được có hàm lượng dinh dưỡng cao (chỉ đứng sau sản phẩm tạo hạt bằng phương pháp hóa học), tính chất vật lý của sản phẩm cũng được cải thiện so với các phương pháp tạo hạt bằng các phương pháp vật lý khác

- Dây truyền tương đối đơn giản, chi phí thấp, linh hoạt để sản xuất các sản phẩm NPK với các hàm lượng dinh dưỡng khác nhau

sẽ tiếp tục được kết hợp qua các kênh phân phối để tạo thành các loại sản phẩm NPK

Đây là quy trình phức tạp nhất và cũng được áp dụng phổ biến nhất để sản xuất các loại phân bón đa dinh dưỡng dạng hạt ngày nay Phương pháp này cho sản phẩm có độ đồng đều, độ cứng cao và chất lượng tốt nhất trong các phương pháp tạo hạt Tuy nhiên phương pháp này yêu cầu cần phải có vốn đầu tư cao và trên quy mô lớn thì mới mang lại hiệu quả kinh tế

Nguyên liệu chính: NH3 (dạng lỏng hoặc khí), Axit Photphoric, Axit Nitoric, Urê (dạng bột hoặc lỏng), Muối Kali

Phương pháp tạo hạt bằng phương pháp hóa học được thực hiện bằng cách kết hợp các chất rắn, chất lỏng, chất khí để tạo ra các phản ứng hóa học nhằm đạt đến trạng thái kết dính tương đối ổn định và tăng kích thước hạt trên cơ sở kiểm soát Hàm lượng, tính chất của các loại chất rắn, chất lỏng và chất khí cũng như phạm vi của các phản ứng hóa học khác nhau tùy theo quy trình, nguyên liệu được sử dụng và yêu cầu của sản phẩm đầu ra Mục đích cuối cùng là tạo ra sản phẩm phân bón có sự ổn định, đồng đều về kích thước cũng như hàm lượng chất dinh dưỡng

Ngày nay, hơn 80% phân bón dạng rắn được vận chuyển ở dạng hàng rời Công nghệ tạo hạt bằng phương pháp hóa học đảm bảo cho sản phẩm không bị kết dính để có thể bốc xếp dễ dàng, giảm xuống tối thiểu tỉ lệ vón cục trong quá trình vận chuyển và lưu kho, các hạt phân bón đủ chắc để có thể chịu được thao tác cơ học mà không bị vỡ

Khi tạo hạt, nói chung các chất rắn, chất lỏng và chất khí thường cùng được đưa vào máy tạo hạt Trong máy tạo hạt xảy ra các tác động kết tụ và hình thành các hạt Sự bay hơi nước làm tăng cường liên kết trong các hạt phân bón Sau đó sản phẩm được sàng, làm nguội và đưa vào kho

Hình 1- 10 Sản xuấ N heo phương ph p h học

Mô tả quá trình công nghệ

Cấp liệu rắn: Các nguyên liệu rắn: ure, muối KCl được định lượng bằng hai hệ định lượng khác nhau và đưa vào gầu nâng sau đó được đưa vào băng rải và đưa vào thùng tạo hạt

Cấp liệu lỏng: Amoniac lỏng, axit photphoric và axit sunfuric được bơm định lượng từ các kho và đưa vào thiết bị phản ứng ống đặt bên trong máy tạo hạt thùng quay

Các phản ứng hóa học chính là sự trung hòa giữa amoniac với axit phophoric và một lượng nhỏ axit sunfuric:

- Các hạt phân bón có chất lượng rất cao, với các tính chất vật lý rất tốt (bao gồm: kích cỡ hạt, độ cứng chịu nghiên, khả năng chảy tự do ) Những tính chất này có thể được kiểm soát bằng cách lựa chọn cẩn thận nguyên liệu đầu vào cà các thao tác trong quá trình tạo hạt

 Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư cho dây truyền sản xuất lớn hơn so với các phương pháp khác, chỉ có hiệu quả khi quy mô sản xuất lớn và phải gần với các nguồn nguyên liệu

- Sản xuất được ít chủng loại sản phẩm (hàm lượng dinh dưỡng khác nhau)

- Công nghệ này đòi hỏi các xưởng tạo hạt phải nằm trong những tổ hợp hóa chất lớn với chi phí đầu tư xây dựng cao Các tổ hợp này cũng phải nằm cạnh nguồn nguyên liệu để tăng hiệu quả và giảm chi phí

Nhìn chung, các nhà máy tạo hạt phân bón hoạt động thành công thường có những đặc điểm sau:

- Là các nhà máy kết hợp, quy mô lớn, sản xuất axit và ammonia cần thiết, nằm gần các nguồn nguyên liệu

- Sản xuất ít chủng loại sản phẩm nhưng với lượng lớn

- Tiếp thị sản phẩm trong một thị trường lớn, không bị giới hạn ở thị trường địa phương, hoặc có những thị trường riêng (ví dụ thị trường các loại phân bón với quy cách đặc biệt hoặc phân bón vi dinh dưỡng, sử dụng nguồn nguyên liệu địa phương)

1.4.4. nh gi phương ph p ản uấ N cho h ư ng iệ N m

Nhìn từ góc độ kỹ thuật, phương pháp tạo hạt bằng phương pháp hóa học tạo ra các sản phẩm phân bón hạt đa thành phần với chất lượng tốt nhất Tạo hạt bằng phương pháp hóa học xảy ra phản ứng giữa axit photphoric (H3PO4) và axit nitoric (HNO3) với amoniac (NH3) và với một số muối có chứa nguyên tố K ở dạng rắn Tạo hạt bằng phương pháp hóa học dựa theo phản ứng hóa học giữa axit và bazơ đồng thời kèm theo sự hòa tan của các muối vi lượng vì vậy hạt được hình thành theo từng lớp nối tiếp nhau Vì vậy các lớp và các mao quản khá đồng đều Chất lượng các hạt phân bón là đồng đều như nhau

Tạo hạt bằng phương pháp sử dụng hơi nước (hay phương pháp vật lý) dựa theo nguyên tắc tích tụ, các lớp được gắn với nhau dựa theo sự dính ướt trên bề mặt Sau khi được sấy, nước sẽ bay hơi để lại một khối liên kết rắn chắc Vì vậy các lớp và các mao quản không được đồng đều do sự bay hơi không đông đều của hơi nước giữa các lớp vật liệu

Do quá trình tạo hạt bằng phương pháp hóa học cần phải có mặt của thiết bị phản ứng dạng ống đặt trong thùng tạo hạt nên dây chuyền thiết bị tương đối phức tạp, chi phí đầu tư là tương đối lớn Tạo hạt bằng phương pháp vật lý do không sử dụng axit và amoniac nên hệ thống máy móc, thiết bị, bể chứa và đường ống có phần đơn giản hơn Hơn nữa việc xử lý vấn đề môi trường cũng đơn giản vì thế giá thành của toàn bộ hệ thống là rẻ hơn

Hình 1- 11 So sánh giữ h i phương ph p ạo hạt v t lý và tạo hạt hóa học

Ngày nay với những ưu điểm nổi trội, phân bón NPK theo phương pháp hóa học đang là xu thế chung của ngành sản xuất phân bón trên thế giới và cả ở Việt Nam Để tạo ra NPK theo phương pháp hóa học có thể sử dụng công nghệ hóa lỏng nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư cao và tiêu hao năng lượng lớn nên tuy chất lượng tốt, song giá thành lại cao Phương pháp vật lý có chất lượng không ổn định bằng phương pháp hóa học song mức đầu tư thấp hơn nên nhiều doanh nghiệp ở nước ta đang áp dụng Chính vì vậy trên thực tế cho thấy hàm lượng dinh dưỡng phân bón NPK tại Việt Nam thương thấp hơn so với các nước phát trên trên thế giới, chính vì vậy xu hướng phát triển các sản phẩm phân bón của Việt Nam trong những năm tới, ưu tiên phát triển các sản phẩm phân bón chất lượng cao, ít ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Phương pháp sản xuất phân bón NPK bằng con đường hóa học hoàn toàn đáp ứng được xu hướng trên

CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHÂN

BÓN NPK BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC

2.1 Tổng quan phương pháp

Phương pháp tạo hạt bằng hóa học có thể được áp dụng để sản xuất trực tiếp các loại phân bón phức hợp, các bậc sản phẩm phân NPK (thường được áp dụng ở Châu Âu), hoặc sản xuất các hợp chất trung gian mà sau đó sẽ tiếp tục được kết hợp qua các kênh phân phối để tạo thành các loại sản phẩm NPK (thường áp dụng ở Mỹ)

Phương pháp tạo hạt bằng con đường hóa học đã được bắt đầu áp dụng từ thập niên 1930 và đã được phát triển như một phương pháp kết hợp hai hoặc nhiều chất dinh dưỡng vào một sản phẩm dể thao tác, vận chuyển, với chất lượng và hàm lượng các chất dinh dưỡng ổn định Mực đích ban đầu của phương pháp này là ngăn ngừa sự đóng bánh của phân bón trong bao khi lưu trữ trong kho hoặc vận chuyển, sao cho sản phẩm ở dạng thích hợp cho việc bón phân trên đồng ruộng khí đến tay nông dân

Tạo hạt bằng phương pháp hóa học được thực hiện bằng cách kết hợp các chất rắn, chất lỏng và chất khí để tạo ra các phản ứng hóa học nhằm đạt đến trạng thái kết tụ tương đối ổn định và tăng cỡ hạt trên cơ sở có kiểm soát Lượng và kiểu của các loại chất rắn, chất lỏng và chất khí cũng như phạm vi của các phản ứng hóa học khác nhau tùy theo quy trình, nguyên liệu được sử dụng và yêu cầu

về sản phẩm Nhưng mục đích cuối cùng là tạo ra các hạt phân bón ổn định với kích cỡ hạt và hàm lượng dinh dưỡng đồng đều

Khi tạo hạt, nói chung các chất rắn, chất lỏng và chất khí thường cùng được đưa vào máy sấy quay Ngoài tác động sấy, trong máy sấy còn xảy ra các tác động kết tụ và hình thành các hạt Sự bay hơi hơi nước làm tăng cường liên kết trong các hạt phân bón Sau đó sản phẩm được sàng, làm nguội và đưa vào kho Phần lớn các phương pháp tạo hạt NPK tại Mỹ đều dựa trên hàm lượng chất rắn cao với một phần nguyên liệu dạng lỏng (thường là ammonia, dung dịch muối,

axit và với nước) Các cơ sở, thiết bị lưu kho, thao tác về thiết bị và kỹ thuật không quá cao Trình độ công nghệ thích hợp với những nhà máy có công suất

100 đến 100 nghìn tấn/năm

Các cơ sở tạo hạt tại châu Âu nhìn chung phát triển thành các nhà máy tổ hợp (kết hợp với sản xuất ammonia và axit phophoric) công suất lớn Các nhà máy này thương xuất khẩu phân bón NPK chất lượng cao Trên toàn thế giới, các quá trình tạo hạt bằng phương pháp hóa học được áp dụng để sản xuất phần lớn các loại phân bón một thành phần hoặc hỗn hợp đa thành phần, như ure, supephotphat, DAP, NPK

Phương pháp tổng hợp sản phẩm phân bón NPK có sự kết hợp một số quá trình hóa học Các phản ứng hóa học sử dụng nguyên liệu trung gian và tổng hợp sản phẩm rắn có sự đồng nhất cao hơn (chất lượng sản phẩm cao hơn) nhưng cũng yêu cầu đầu tư thêm một số thiết bị phức tạp dẫn đến sự gia tăng chi phí đầu tư Các công đoạn sản xuất chính trong quá trình sản suất:

- Tổng hợp axit phophoric từ nguyên liệu photpho thô (tùy công nghệ)

- Phản ứng trung hòa axit photphoric bằng amoniac, kết hợp quá trình phối trộn các thành phần khác (phân bón Kali )

- Công đoạn tạo hạt, làm khô và sàng lọc

Có rất nhiều công nghệ được phát triển trong chu trình nhưng nhìn chung có thể chia ra hai nhóm phương pháp chính:

 Phương pháp tổng hợp thông qua quá trình sơ chế quặng photpho thô: Bản chất của công nghệ này là bổ sung bộ phận sơ chế photphat thô thành axit photphoric Sự khác nhau của các bản quyền công nghệ đối với phân nhóm này

là giải pháp tách sản phẩm phụ của quá trình sơ chế photphat thô (và cách thức phối trộn các thành phần nguyên liệu)

Mô tả sơ lược quá trình: Photpho nguyên liệu thô (Ca5(PO4)3F) được phân rã bằng HNO3 Sau đó hỗn hợp sản phẩm được xử lý (tách tạp chất) để nhận được hỗn hợp axít HNO3 và H3PO4 Hỗn hợp axít này được cho phản ứng với NH3(và các phân bón đơn khác) và phân bón Kali rồi đưa vào máy tạo hạt (vê viên)

Sau đó sản phẩm được làm khô, sàng lọc (theo kích thước yêu cầu), làm nguội rồi chuyển đến kho lưu trữ

 Phương pháp tổng hợp dựa trên axit photphoric:

Đây là công nghệ sử dụng trực tiếp H3PO4 mà không qua giai đoạn chế biến photpho thô Sự khác nhau chủ yếu của các công nghệ trong phân nhóm này là cách thức phối trộn các thành phần nguyên liệu và chuẩn bị sản phẩm trước khi đưa vào máy tạo hạt (hỗn hợp đặc sệt, dung dịch nóng chảy ) Trong phân nhóm này công nghệ phối trộn bằng bình phản ứng ống là công nghệ có nhiều cải tiến nhất

Mô tả sơ lược quá trình: Hỗn hợp axít được phản ứng với NH3 (và phân bón đơn khác) và phân bón Kali rồi đưa vào máy tạo hạt (vê viên) Sau đó sản phẩm được làm khô, sàng lọc (theo kích thước yêu cầu), làm nguội rồi chuyển đến kho lưu trữ

Dưới đây là mô tả chi tiết quy trình công nghệ và phương pháp tính toán định mức tiêu hao nguyên liệu của phương pháp tổng hợp dựa trên axit photphoric

2.2 Công suất, quy cách sản phẩm và yêu cầu nguyên liệu

Công suất thiết kế của xưởng sản xuất NPK: Chọn 200.000 Tấn/năm

Màu sản phẩm

Sản phẩm có màu Vàng Tuy nhiên, tùy theo thị hiếu của thị trường mà có thể sản xuất sản phẩm có màu khác (đỏ hoặc xanh, )

Quy cách bao gói: đóng bao hai lớp, lớp trong Polyetylen, lớp ngoài Polypropylen, khối lượng: 50kg/bao

Yêu cầu nguyên liệu: Sản xuất Nitrophoska NPK chủ yếu với ba nguyên liệu đầu vào chính là:

Và một số các phụ gia khác (Chất bọc áo, chất chống tạo bọt)

2.3 Công nghệ sản xuất

Thời gian sản xuất: ~330 ngày (~7260 giờ)

Phản ứng hóa học chính là sự trung hòa giữa amoniac với axit photphoric và một lượng nhỏ axit photphoric:

1 H2SO4 + 2NH3(l) → (NH4)2SO4 (AMS) + 1500 kcal/kg NH3(l)

2 H2SO4 + 2NH3(g) → (NH4)2SO4 (AMS) + 1800 kcal/kg NH3(g)

3 H3PO4 + NH3(l) → NH4H2PO4 (MAP) + 1200 kcal/kg NH3(l)

4 H3PO4 + NH3(g) → NH4H2PO4 (MAP) + 1500 kcal/kg NH3(g)

5 NH4H2PO4 + NH3(l) → (NH4)2HPO4(DAP) + 900 kcal/kg NH3(l)

6 NH4H2PO4 + NH3(g) → (NH4)2HPO4(DAP) + 1200 kcal/kg NH3(g) Phản ứng đầu tiên có thể xảy ra trong máy tạo hạt và trong thiết bị phản ứng ống, phản ứng thứ hai chủ yếu xảy ra trong thùng phản ứng trung hòa và hệ thống rửa khí

Phản ứng thứ ba thường xảy ra trong thiết bị phản ứng ống, nhưng khi Amoniac

ở thể hơi thì phản ứng thứ tư xảy ra trong hệ thống rửa và thùng phản ứng trung hòa

Phản ứng thứ năm xuất hiện trong thiết bị phản ứng ống và máy tạo hạt thùng quay, cuối cùng là phản ứng thứ sáu chỉ xảy ra trong thùng phản ứng trung hòa Phản ứng thứ nhất và thứ hai là mạnh hơn các phản ứng khác, vì vậy Amoniac

sẽ có khuynh hướng phản ứng với axit sunphuríc trước sau đó sẽ xuất hiện phản ứng tiếp theo

Bên cạnh những phản ứng chính đã được nêu trên còn có những phản ứng khác xảy ra, chủ yếu là các phản ứng giữa Amoniac với acid photphoric và một số tạp chất của nó

005 006

036

039 040A/B 041

042A/B 043 044A/B

027A 027B

D D

D

D

D

D D

D D

D D

D

023A

025a 026a 024A 023b 024b 025b 045

047 048

2.4 Mô tả quy trình công nghệ

2.4.1 Chuẩn bị nguyên liệu

 Nguồn cung cấp nguyên liệu lỏng:

Axit photphoric P2O5 50 ~ 52% được bơm từ bồn chứa dự trữ tới các điểm cần thiết trong xưởng sản xuất NPK bao gồm, thùng chứa trung gian (043), thùng trung hòa phản ứng (041), thùng chứa thùng chứa trung gian (035) và (039) Amoniac lỏng -33oC được bơm từ kho tới thiết bị phản ứng ống (001) đặt trong máy tạo hạt thùng quay (002)

Axit Sunfuric được bơm tới thùng trung hòa phản ứng (041) và tháp rửa khí (032), được sử dụng cho mục đích điều khiển tạo thành cấp độ sản phẩm DAP

 Nguồn cung cấp nguyên liệu rắn:

SA và KCl được đưa vào bunke (023A, 023B), xuống vít tải vận chuyển nguyên liệu (024A, 024B) qua cân định lượng (025A, 025B) và sau đó được đưa vào máy nghiền sơ bộ nguyên liệu (026A, 026B) Nguyên liệu ra khỏi máy nghiền được đưa xuống băng tải nạp liêu vào gầu nâng (020)

Gầu nâng (019) nhận hỗn hợp nguyên liệu từ băng tải nạp liệu (020) đưa vào máy tạo hạt (002)

Axit cấp tới thiết bị phản ứng ống được tạo thành bởi sự hòa trộn giữa axit phôtphoríc lạnh cấp từ thùng chứa cùng với một lượng hỗn hợp axit sunphuríc

và axit phốtphoric từ thùng trung hòa phản ứng

Thiết bị phản ứng ống được trang bị các bộ điều khiển lưu lượng Amoniac và axit, axit được cấp bởi bơm thùng chứa trung gian vị số (044) Lượng Amoniac lỏng trong thiết bị phản ứng ống được điều khiển bởi nhiệt độ trong máy tạo hạt

thùng quay, điều này rất quan trọng trong sản xuất NPK để tạo đủ tỉ lệ N/P cho sản phẩm

Thời gian lưu tại phản ứng ống chỉ trong vài giây, do đó tránh tạo thành P2O5không hòa tan hoặc tạo thành hỗn hợp phản ứng với nước trong kết cấu sản phẩm lưu kho

Một hệ thống làm sạch có sự liên động và điều khiển tự động được lắp đặt cho thiết bị phản ứng ống để cấp hơi trung áp trong trường hợp bất ngờ dừng sự cố hay sửa chữa trong trường hợp thời gian nhiều hơn một phút

b) Tạo hạt

Quá trình tạo hạt được tạo ra trong máy tạo hạt thùng quay vị số (001) như sau: Bùn phốtphat được phun trực tiếp từ ống phân phối của thiết bị phản ứng ống vào máy tạo hạt thùng quay và tại đây bùn phốtphat được trộn với Ure và KCl (được gầu nâng liệu vị số 019 đưa vào máy tạo hạt) Khi đó, bùn sẽ bám vào bề mặt của KCl (để tạo mầm) rồi từ từ tạo thành hạt

Máy tạo hạt thùng quay có độ nghiêng nhất định về phía đầu tháo liệu để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo liệu trong máy Có van cửa tại đầu ra của máy tạo hạt và có hệ thống để điều khiển các van này, cho phép tháo hết nguyên liệu trong máy tạo hạt để làm sạch, bảo dưỡng hoặc sửa chữa

Hạt rắn ra khỏi máy tạo hạt thường có độ ẩm khoảng 2,5-3%, nhằm đạt được các yêu cầu về độ ẩm là 1,7-2% sau sấy

c) Sấy

Trong máy sấy thùng quay vị số (003), các hạt rắn được nâng lên và chảy xuống xuyên qua một dòng khí nóng từ lò đốt dầu FO vị số (004) Máy sấy được thiết kế đạt hiệu suất tối đa và giảm nhiên liệu đến mức tối thiểu

Lò đốt dùng hỗn hợp dầu FO và không khí Không khí đốt cháy được cung cấp bởi quạt cấp khí đốt, quạt hòa khí được dùng để giảm bớt nhiệt độ của khí đốt tới nhiệt độ cần thiết mà vật liệu chịu lửa trong buồng đốt làm việc ổn định, không bị phá hủy Việc làm giảm nhiệt độ hơn nữa được thực hiện bằng cách

bổ sung không khí để có được nhiệt độ yêu cầu cho việc sấy sản phẩm Nhiệt độ

cao quá mức phải được tránh để ngăn ngừa sự phân hủy sản phẩm Nhiệt độ khí nóng đi vào máy sấy là khoảng 250-350℃

Điều khiển quá trình sấy dựa vào nhiệt độ khí sấy ra, nhiệt độ khí sấy ra được điều khiển vào khoảng 90-105℃, tùy thuộc vào hàm lượng ẩm của sản phẩm và nhiệt độ tạo hạt

Khí thoát ra từ máy sấy có chứa bụi sẽ được loại bỏ trong xyclon lắng bụi sau sấy vị số (028) và sau đó đưa tới thiết bị rửa khí 1 và 2 vị số (036, 037) rồi tuần hoàn trở lại để tái sử dụng tạo mầm Cyclon được trang bị thiết bị làm sạch và

số (027A,B) Sản phẩm ra khỏi máy đập búa được chuyển trở lại cho băng tải hồi lưu vị số (020) Hạt có kích thước từ 2-4mm được đổ xuống băng tải sau sàng vị số (009), từ băng tải này sản phẩm được đưa qua thiết bị đánh bóng hạt dạng lưới vị số (010) và sau đó được chuyển tới thiết bị làm lạnh tầng sôi (011A, B) Khí thoát ra từ thiết bị làm lạnh tầng sôi có chứa bụi sẽ được loại bỏ trong xyclon lắng bụi sau làm nguội vị số (029) và sau đó đưa tới thiết bị rửa khí 1 và 2 vị số (036, 037) rồi tuần hoàn trở lại để tái sử dụng tạo mầm Cyclon được trang bị thiết bị làm sạch và bộ rung

Bình thường băng tải hồi lưu (020) sẽ thu liệu từ các thiết bị sau:

Việc bọc áo là hết sức cần thiết khi chứa sản phẩm trong xilo một thời gian dài

vì nếu không bọc áo thì sản phẩm sẽ bị kết dính rất nhanh khi hút ẩm, việc bọc

áo là rất cần thiết ở những nơi có điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm có sự thay đổi lớn

Chất bọc áo thông thường là Amine chứa dầu có độ nhớt cao hoặc bằng Parafin Chất bọc áo sẽ được giữ ở nhiệt độ 60-800C trong bồn chứa dầu (dầu và Amine) vị số (018)

Sản phẩm thu được với nhiệt độ thích hợp, độ ẩm thấp và một lượng nhỏ hạt mịn giống như là chất chống kết khối trong kho chứa

Sau khi được bọc áo, sản phẩm được tháo xuống băng tải sau bọc áo vị số (014)

và được đưa đến kho chứa thành phẩm bằng băng tải sản phẩm vị số (016) Băng tải (014) được trang bị 01 thiết bị lấy mẫu tự động vị số (015), các mẫu sản phẩm được định kỳ lấy ra để phân tích Các kết quả phân tích này sẽ được chuyển đến phòng thí nghiệm trung tâm

2.4.2.2 Công đoạn rửa khí

Dòng lỏng ra khỏi tháp rửa khí thông qua hệ thống đường ống đưa tới thùng trung hòa phản ứng (041) để tận dụng triệt để lượng Amoniac có trong khí thải Không khí chứa amoniac, bụi từ thiết bị sấy được đưa tới xyclon lắng bụi sau sấy vị số (028), tại đây phần lớn bụi được tách ra và được tuần hoàn trở lại Không khí ra khỏi xyclon được đưa tới thiết bị rửa khí 1 và 2 vi số (036, 037)

để thu hồi triệt để amoniac và bụi trong khí thải