Tìm hiểu phân xưởng Ure Nhà máy Đạm Cà Mau

Tổng quan về phân xưởng Ure của nhà máy Đạm Cà Mau. Tìm hiểu về quy trình vận hành, các phân xưởng cụ thể trong sản xuất ure nhà máy đạm Cà Mau.Các yếu tố về đọc bản pfd, tháp ứng, áp suất cụ thể được trình bày trong tài liệu.Đây là tài liệu đáng để bạn chi khoản phí để có được nó. Mua chó Poodle:https://yeupoodle.com/

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT CÔNG TY CỔ PHẦN PHÂN BÓN DẦU KHÍ CÀ MAU

Kim Thanh Hà Trịnh Ngọc Thái Thiều Đình Huỳnh Dương Văn Chung Nguyễn Hoàn Kiếm

Cà Mau, 2017

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự phát triển không ngừng nghỉ của các nghành công nghiệp trên toàn thế giới, ngày càng tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người cũng như kết nối các nghành công nghiệp lại với nhau Công nghệ hóa học, có thể nói là một nghành công nghiếp lớn bởi chúng ta tạo ra hầu hết các sản phẩm trong đời sống của chúng ta Các sảnphẩm của công nghệ hóa học vô cùng đa dạng từ đồ dùng gia dụng, các chi tiết cho thiết

bị điện tử, đến các chất hóa học như thuốc, các hợp chất hóa học rắn, lỏng khí khác nhau Nhưng trong đó phải kể đến một sản phẩm có ứng dụng rất lớn cho nghành nông nghiệp rộng lớn của thế giới và nhất là nước ta; nông nghiệp còn chiếm tỷ phần rất lớn

Phân bón Ure- một sản phẩm của nghành công nghiệp hóa học có ứng dụng vô cùng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, nhằm giúp nâng cao năng suất cho các sản phẩm nông nghiệp Phân bón Ure hiện nay có rất nhiều loại như: Đạm Ure Hà Bắc, đạm ure Phú Mỹ và đạm Ure Cà Mau Mỗi loại đạm đều có đặc điểm khác nhau, do có sự khác nhau về công nghệ sản xuất

Đạm ure Cà Mau với loại hạt đạm đục với nhiều tính năng ưu việt như: Hạt đạm cứng hơn, lâu tan trong nước giúp cây hấp thụ được tốt hơn nhờ sử dụng công nghệ sản xuất tạo hạt ure đặc biệt Chính vì lý do đó nhóm sinh viên chúng em thực tập tại nhà máy đạm Cà Mau quyết định tìm hiểu về công nghệ sản xuất ure tại nhà máy Chúng em hy vọng phần tìm hiểu này sẽ có ích, bổ sung thêm kiến thức cho các bạn sinh viên về công nghệ sản xuất ure

Trong quá trình tìm hiểu còn nhiều thiếu xót và hạn chế, mong rằng các thầy cô và các bạn góp ý

Nhóm sinh viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU

1.1 Giới thiệu chung về nhà máy

Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 7 năm 2008 và hoàn thành vào thàng 02 năm 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 Urê/năm

• 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 sảnxuất hoàn toàn nhập khẩu từ các nước tiên tiến của EU

• Chất lượng sản phẩm đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc Tế.Vào ngày 09/03/2011 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 để quản lý và vận hành Nhà máy 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, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và xuất nhập khẩu phân phối, hóa chất dầu khí

Nhà máy Đạm Cà Mau

Tầm nhìn chiến lược và sứ mệnh phát triển:

• Tầm nhìn: Trở thành doanh nghiệp hàng đầu tại Việt Nam và khu vực trong lĩnh vực sản xuất, kinh doanh phân bón và chất phục vụ cho nông nghiệp và công nghiệp dầu khí

• Sứ mệnh: Là nhà sản xuất, kinh doanh phân bón trên nền tảng công nghiệp hóa dầu phục vụ nông nghiệp, cung cấp các giải pháp về dinh dưỡng cây trồng, góp phần thay đổi nông nghiệp theo hướng phát triển bền vững, thân thiện môi trường, bảo đảm lợi ích hài hòa cho chủ sở hữu, khác hàng, người lao động và doanh nghiệp

Giá trị cốt lõi: “Ân cần – thân thiện, chuyên nghiệp – sáng tạo, trách nhiệm – hài

hòa” Đáp ứng mục tiêu phát truyển bền vững, hài hòa lợi ích là kim chỉ nam, là chuẩn mực trong hoạt động của công ty

• Duy trì và phát triển sản xuất kinh doanh bền vững, đầu tư có hiệu quả

 Phân xưởng tổng hợp Ammonia

Có chức năng tổng hợp Ammonia và sản xuất CO2 từ khí thiên nhiên và hơi nước Sau khi tổng hợp, Amonia và CO2 sẽ được chuyển sang phân xưởng Urê

Công nghệ sản xuất Ammonia mua của hãng Haldor Topsoe, Đan Mạch

 Phân xưởng tổng hợp Urê.

Có chức năng tổng hợp Ammonia và CO2 thành dung dịch Urê Dung dịch Urê saukhi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt Quá trình tạo hạt được thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105 m Phân xưởng Urê có thể đạt công suất tối đa 2.350 tấn/ngày

 Phân xưởng phụ trợ

Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn nhà máy, cấp Ammonia cho phân xưởng Urê khi công đoạn tổng hợp của xưởng Ammonia ngừng máy và nó gồm các cụm sau:

• 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 Ammonia

• Cụm máy nén khí và sản xuất nitơ

 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 630x1020 mm, vỏ bao được làm bằng nhựa polymer trắng, khối lượng đóng bao 50kg/bao Trong điều 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 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 Công suất bán tối đa lên tới 240 tấn/h

Kho Urê rời 85.000 tấn đảm bảo tồn chứa trong 35 ngày mà máy hoạt động liên tục Kho đóng bao 10.000 tấn 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 Đồng Bằng Sông Cửu Long

1.3 Tổ chức nhân sự nhà máy

Hình 1.2: Tổ chức nhân sự nhà máy Đạm Cà Mau

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ URE

2.1 Tổng quan về phân xưởng ure

Có chức năng tổng hợp amoniac và CO2 thành dung dịch urê Dung dịch urê sau khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt Quá trình tạo hạt được thực hiện bằng công nghệ tạo hạt tầng sôi Phân xưởng urê sản xuất 2385 tấn urê hạt đục trong 1 ngày.Xưởng urê có khả năng vận hành liên tục 24h một ngày, và 340 ngàytrong năm, với công suất 2385 MTPD, trong vòng 8000h vận hành/năm Có thể thay đổi tải của phân xưởng (turn down ratio) từ 50 tới 100% công suất thiết kế phụ thuộc vào điều kiện đặc biệt của quá trình vận hành phân xưởng

2.2 Tổng quan về Ure

2.2.1 Khái niệm

Urê là một hợp chất hữu cơ của cacbon, nitơ, oxy và hydro, với công thức phân tử CON2H4 hay (NH2)2CO, và công thức cấu tạo:

Tên quốc tế : Diaminomethanal

Tên khác: carbamide, carbonyl diamide

Urê còn được biết đến như là cacbamua

Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773 Nó là hợp chất hữu cơ được tổng hơp nhân tạo đầu tiền từ các chất vô cơ vào năm 1828 bởi Frieldrich Woehler, bằng cách cho xyanat kali phản ứng với sulfat amoniac

2.2.2 Tính chất của Urê

2.2.2.1 Tính chất vật lý

 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 có mùi khai

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

73% (30°C)Nhiệt riêng, J/Kg.K

00C50100150

1,4391,6611,8872,109

Tỷ trọng(g/cm3)

Độ nhớtMpas(cP)

Áp suất hơinước(kPa)0

1,1201,1471,1671,1841,198,1,2101,2211,226

2,631,961,721,721,932,352,933,25

0,531,735,3312,0021,3329,3318,000,93

 Tính chất hút ẩm, kết tảng của Urê

Urê là chất dễ hút ẩm từ môi trường xung quanh tại một nhiệt độ nhất định, ứng với áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường lớn hơn áp suất hơi nước trên

bề mặt urê

Urê sẽ hút ẩm khi độ ẩm môi trường xung quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 10 – 40 0C

Bảng 2.3 Hàm ẩm không khí theo nhiệt độ

Nhiệt độ

0C

Hàm ẩm không khí(g/kg KKK)

2.2.2.2 Tính chất hoá học

 Giống như những loại phân đạm khác, phân urê axit hóa đất:

(NH2)CO + 4O2 - 2HNO3 + CO2 + H2O

 Phân urê dễ bị phân hủy :

HNCO + (NH2)2CO - NH2CONHCONH2 (biuret)

NH2CONHCONH2 - NH3+HNCO

Biuret có khả năng đốt cháy lá.

Ở nhiệt đô <130°C :

(NH2)2CO + H2O - NH2CONH4 (cacbamat amôni)

NH2CONH4 + H2O - (NH4)2CO3( NH4)2CO3 - NH3 + CO2 + H2O

• Trộn lẫn với các chất phụ gia khác urê sẽ được dùng trong nhiều loại phân bón rắn có các dạng công thức khác nhau như photphat urê amôn (UAP); sunphat amôn urê (UAS) và urê photphat (urê + acid

photyphoric), các dung dịch urê nồng độ thuộc nitrat amôn urê (UAN) (80-85%) có hàm lượng nitơ cao nhưng điểm kết tinh lại thấp phù hợp cho việc vận chuyển lưu thông phân phối bằng hệ thống ống dẫn hay phun bón trực tiếp

• 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 (xem Amino acids: Pet and Livestock Feeds)

• 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 (xem Texttiles finishing)

• 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 (xem thêm phần Cyanamides)

• 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

• Thành phần hoạt hóa để xử lý khói thải từ động cơ diesel

• 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

2.2.4 Ưu điểm của Urê

• Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới gốc hoặc sử dụng như phân phun qua lá đối với một sô loại cây trồng

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

• Với hàm lượng đạm cao, đạt khoảng 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 độc hại cho môi trường

• Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản tươngđương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác

2.3 Phương trình tổng hợp urê

Phương trình phản ứng tổng hợp urê:

2NH3 + CO2  - NH2COONH4 + Q (1)

T = 188OC, P =157atmNH2COONH4  - NH2CONH2 + H2O – Q (2)

T = 188OC, P =157atmPhương trình phản ứng phân hủy Cacbamat:

NH2COONH4  - 2NH3 + CO2 - Q

T = 160 OC , P = 19 5 atmPhản ứng hình thành Biuret:

2NH2CONH2  - NH2CONHCONH2 + NH3

Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp ure

- Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa NH3/ CO2

- Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/ CO2

- Ảnh hưởng của áp suất

- Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Ảnh hưởng của thời gian lưu

2.3.1 Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa NH 3 / CO 2.

Ảnh hưởng của tỷ lệ NH 3 / CO 2 đến độ chuyển hóa CO 2

Dựa vào đồ thị ra rút ra được các kết luận sau:

- Khi tăng NH3 hoặc CO2 sẽ tăng độ chuyển hóa của phản ứng

- Tỷ lệ NH3/CO2 theo lý thuyết là 2, nhưng độ chuyển hóa chỉ đạt 43.5% ở điềukiện áp suất và nhiệt độ là 170atm/155°C

- Khi tỷ lệ NH3/CO2 thay đổi từ 2 đến 9 thì độ chuyển hóa thay đổi từ 43.5% đến 85.2%

- Khi tỷ lệ NH3/CO2 thay đổi từ 2 đến 0.5 thì độ chuyển hóa thay đổi từ 43.5% đến 46%, CO2 dư thừa ít ảnh hưởng đến độ chuyển hóa so với dư thừa NH3

- Như vậy rõ rãng là ảnh hưởng của CO2 nhỏ hơn khi so sánh ảnh hưởng của dư NH3 Hơn nữa, ở diều kiện dư CO2 dung dịch sẽ có tính ăn mòn và gây ra nhiều vấn để để vận hành liên quan đến kết tinh

- Tỷ lệ mol NH3/CO2 thông thường được duy trì trong khoảng là 3.1 – 3.6

2.3.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ H 2 O/ CO 2.

Từ phản ứng tạo cacbamat trong quá trình tạo ure ta thấy khi tỷ lệ H2O/ CO2 tăng lên

sẻ ảnh hưởng xấu đến quá trình tạo hạt ure từ cacbamate Ngoài ra lượng nước dư sẽ làm tăng tiêu hao năng lượng để tách chúng khỏi dịch ure ở các công đoạn ở phía sau

Mặt khác, nếu hàm lượng nước quá thấp, nồng độ cacbamat trở lên đậm đặc sẽ gây tắc nghẽn đường ống và thiết bị

Vì vậy ta thường giữ tỷ lệ mol H2O/ CO2 khoảng 0.5-0.7

Ảnh hưởng của tỷ lệ H 2 O/ CO 2.

2.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ

Đặc điểm của phản ứng.

- Phản ứng (1) thích hợp ở nhiệt độ thấp, xảy ra nhanh và hoàn toàn

- Phản ứng (2) thích hợp ở nhiệt độ cao, xảy ra chậm và không hoàn toàn, được khống chế để đạt độ chuyển hóa tối ưu

Quan hệ giữa độ chuyến hóa ure và nhiệt độ vận hành:

- Độ chuyển hóa tăng tỷ lệ thuận với nhiệt (Frajacques)

- Độ chuyển hóa cân bằng đạt tối đa ở 196-200°C (Otsuka)

- Nhiệt độ càng cao thì khả năng ăn mòn càng lớn

Trong công nghệ Saipem tại nhà máy Đạm Cà Mau thì nhiệt độ đầu ra tháp tổng hợp được duy trì trong khoảng 188-190o C.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chuyển hóaCO 2 ở 190 o C bởi Otsuka

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chuyển hóaCO 2 ở 190 o C bởi Frejacques.

2.3.4 Ảnh hưởng của áp suất.

- Áp suất càng cao càng thuận lợi cho sự tạo thành Urea

- Áp suất cân bằng trong tháp phản ứng phụ thuộc vào thành phần và nhiệt độ của dung dịch

- Áp suất phải cao hơn áp suất phân hủy Carbamat tại nhiệt độ tương ứng

Ảnh hưởng của áp suất đến phản ứng tổng hợp.

2.3.5 Ảnh hưởng của thời gian lưu.

Độ chuyển hóa tạo ure tăng khi thời gian lưu trong thiết bị phản ứng dài Tuy nhiên để thời gian lưu dài thì thiết bị phải lớn dẫn đến tốn chi phí đầu tư Từ đó người ta sẽ chọn thời gian lưu tối ưu cho phản ứng

2.4 Công nghệ sản xuất ure trên thế giới.

Căn cứ vào khả năng thu hồi NH3 và CO2 đã phát triển thành ba công nghệ chính :

• Công nghệ xuyên suốt (Once – through process): CO2 và NH3 ra khỏi khu vực tổng hợp (quá trình stripping cacbamat được xem là một phần khu vực tổng hợp) được mang đến các phân xưởng khác NH3 sẽ được trung hòa với các axit (như axit nitric) để sản xuất các loại phân bón như là ammonium sulphat và ammonium nitrat.

• Công nghệ thu hồi một phần (Partial recycle process): NH3 và CO2 đượctách một phần khỏi lưu chất phản ứng trong công đoạn phân hủy, sau đóđược thu hồi trong một thiết bị hấp thụ, phần còn lại được mang đến cácphân xưởng khác giống như công nghệ xuyên suốt

• Công nghệ thu hồi hoàn toàn (Total recycle process): NH3 và CO2 được tách hoàn toàn trong các thiết bị phân hủy nhiều giai đoạn và được thu hồi đến thiết bị phản ứng

Ngày nay, chỉ có công nghệ thu hồi hoàn toàn được áp dụng Tổng chuyển hóa NH3 khoảng 99% Tuy nhiên, công nghệ này cũng đắt nhất về chi phí đầu tư và vận hành Việc phân hủy cacbarmat được thực hiện bằng việc kết hợp gia nhiệt, giảm áp

và quá trình stripping (quá trình này làm giảm áp suất riêng của một hoặc nhiều thành phần) Các công nghệ xuyên suốt hoặc thu hồi một phần thường đòi hỏi chi phí đầu tưthấp hơn, cũng như chi phí vận hành thấp hơn nhưng độ tin cậy và độ linh hoạt giảm (do sự phụ thuộc lẫn nhau của phân xưởng ure và các phân xưởng khác) Dịch ure thu được sau công đoạn phân hủy thường đạt nồng dộ 65-77% Dịch này có thể thu được

sử dụng để sản xuất các loại phân bón chứa Nito hoặc chúng được cô đặc để sản xuất ure hạt

2.4.1 Công nghệ ure xuyên suốt

Dịch ure ra khỏi thiết bị phản ứng chứa ure Cacbarmat, NH3 dư và nước được đưađến các công đoạn sau để tinh chế ure Cacbarmate chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và CO2 bắng cách gia nhiệt hỗn hợp ở điều kiện áp suất thấp Khí CO2 và NH3 thoát khỏi dịch ure và được sử dụng để sản xuất các muối amoni bằng cách hấp thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric Một nhà máy lớn như thế này sẽ có chi phí đầu tư tương đối thấp, nhưng có lượng khí thải tương đối lớn

Do nhu cầu về phân bón ure ngày càng tăng, nên các nhà máy đi theo công nghệ xuyên suốt có ít tính hấp dẫn, bởi vì nó sản xuất ra quá nhiều muối amoni với mức tuần hoàn nhỏ

2.4.2 Công nghệ tuần hoàn một phần

Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng thải hỗn hợp của tháp tổng hợp trong các công đoạn phân giải ở áp suất khác nhau được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trởlại cho tháp tổng hợp dưới dạng dung dịch carbamate có chứa Amoniac Hầu như toàn

bộ gần một nửa công suất ure của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này

2.4.3 Công nghệ cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu

• Tháp tổng hợp vận hành ở điều kiện áp suất khoảng 25MPa và khoảng

195oC với tỉ lệ mol toàn phần NH3:CO2 khoảng 4:1 (nạp nguyên cộng