đồ án hóa dầu CÔNG NGHỆ sản XUẤT đạm URÊ từ THAN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ - CƠ SỞ THANH HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẠM URÊ TỪ THAN


GIẢNG VIÊN HD: TH.S NGUYỄN HỮU TOÀN
SINH VIÊN TH : NGUYỄN VĂN VÕ
MSSV : 10003023
LỚP : CDHD12TH
THANH HÓA - NĂM 2015
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Thanh Hóa, ngày … tháng … năm 2015
Giảng viên
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN



















Thanh Hóa, ngày … tháng … năm 2015

Giảng viên
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
MỤC LỤC
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
MỞ ĐẦU
Nước ta là một nước nông nghiệp, trên 70% dân số sống bằng nghề
nông.Vì vậy nông nghiệp là một nghành quan trọng cần được đầu tư phát triển
để đảm bảo vấn đề an ninh lương thực, và trở thành một cường quốc xuất khẩu
lương thực, do đó phân bón phục vụ nông nghiệp là rất quan trọng và cần thiết.
Nhu cầu phân bón ở nước ta hiện nay ước tính khoảng 5500000 tấn/năm.(Theo
thống kê năm 2012).
Để đạt được mục tiêu đó thì việc nghiên cứu tìm ra các loại phân bón mới
có tác dụng nâng cao nâng suất chất lượng sản phẩm cây trồng và giá thành rẻ là
điều rất cần thiết. Đồng thời cũng phải nghiên cứu các biện pháp cải tiến công
nghệ, thiết bị cũng như việc đầu tư thay thế các dây chuyền sản xuất hiện đại để
nâng cao năng suất chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.
Hiện nay ở nước ta năng lực sản xuất phân bón phục vụ nông nghiệp của
nhà máy vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu sản xuất nông nghiệp trong nước.Do
đó hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu một lượng khá lớn phân bón nông
nghiệp của nước ngoài.
Dân số nước ta hiện nay đang ngày một tăng nhanh kéo theo mọc lên các

khu đô thị, khu công nghiệp làm cho môi trường ngày càng ôi nhiễm trầm trọng.
Rác thải, khói bụi từ các nhà máy, xí nghiệp thải ra, các khí này làm nóng bầu
khí quyển và gây hiệu ưng nhà kính là CO
2
, H
2
S, NO, NH
3
việc thu hồi các chất
khí này đua đến các nhà máy xử lý tạo ra sản phẩm có lợi cho chúng
Phân đạm không chỉ được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp mà nó còn
được ứng dụng trong nhiều nghành công nghiệp khác như: Công nghiệp sản
xuất nhựa, tổng hợp keo, , Ngoài ra Urê có cũng được sử dụng rộng rãi trong
nghành công nghiệp dược phẩm và sản xuất sợi.
Nguyên liệu để sản xuất Urê là từ NH
3
và CO
2
. Hiện nay ở nước ta có hai
nhà máy sản xuất Urê là nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc ở Bắc Giang và
nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 1
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
Nhà máy Đạm Phú Mỹ ở Bà Rịa – Vũng Tàu sử dụng dây chuyền công
nghệ của hãng Haldor Topsoe ( Đan Mạch) và của hãng Snamprogetti (Ý) đi từ
nguồn nguyên liệu ban đầu là khí đồng hành, tạo ra NH
3
lỏng và khí CO
2

đưa và
tổng hợp Urê.
Nhà máy Phân đạm và Hóa chất Hà Bắc đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu là
than đá tạo ra NH
3
lỏng và khí CO
2
, sử dụng dây chuyền công nghệ tuần hoàn
lỏng toàn bộ cho quá trình tổng hợp Urê.
Vì những lý do trên em quyết định chọn đề tài: “Quy trình sản xuất đạm
urê từ than” để làm đề tài của mình
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 2
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẠM URE
1.1: Sản phẩm Ure:
Urê được Hilaire Rouelle phát hiện từ nước tiểu vào năm 1773 và được
Friedrich Woehler tổng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate (NH
4
)
2
SO
4
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.
1.2. Tính chất của Urê
1.2.1. Tính chất vật lý
Urê có công thức phân tử là CON
2
H
4
hoặc (NH
2
)
2
CO.
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 có mùi khai.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 3
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
Bảng 1.1: Thành phần đặc tính của urê
Tên thành phần Giá trị
Tỉ trọng d, g/ cm
3

13,230
Dạng tinh thể và dạng bề ngoài
Dạng kim, lăng trụ, tứ
giác
Điểm nóng chảy,
0
C 132,7
Chỉ số khúc xạ 1,484; 1,602
Năng lượng hình thành tự do ở 25
0
C,
J/mol
-197,15
Nhiệt nóng chảy, J/g 251
Nhiệt hòa tan trong nước, J/g 243
Nhiệt kết tinh, dịch ure nước 70%, J/g 460
Độ ẩm tương đối 81% (20
0
C)
73% (30
0
C)
Nhiệt riêng, J/Kg.K
ở 0
0
C
50
0
C
100

0
C
150
0
C
Hàm lượng Nito 46,6% N
Tính chất hút ẩm, kết tảng của Urê
Urê là chất dể 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
0
C.
Urê thường bị hút ẩm do hàm ẩm trong không khí cao, đặc biệt vào ngày
hè, tiết trời ẩm thấp. Để hạn chế việc hút ẩm, urê thường được đóng trong các
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 4
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
bao PP, PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp.
Qua nghiên cứu và thực tế, người ta đã xác định các nguyên nhân chủ yếu
gây kết tảng urê sản phẩm:
- Hàm ẩm trong dung dịch Urê đi tạo hạt còn cao.
- Hạt urê xốp, rỗng, dễ vỡ, cường độ cơ giới thấp.
- Bảo quản urê ở nơi có độ ẩm không khí cao, urê bị hút ẩm.
- Sản phẩm urê có kích cỡ không đồng đều, nhiều bụi và mảnh vỡ tạo
cho các hạt urê có mối liên kết hàn bền vững do bụi và mảnh vỡ điền
vào không gian giữa các hạt urê.
Để chống kết tảng hạt urê, ngày nay người ta áp dụng một số biện pháp
sau:
- Bọc urê bởi một lớp paraffin mỏng ngăn chặn hút ẩm.

- Sử dụng bột trợ dung đưa vào dung dịch urê trước khi tạo hạt, tăng
cường lực cơ giới của hạt và hạn chế hút ẩm.
- Tiêm fomanđêhyt hoặc urê fomanđêhyt vào dòng dung dịch urê
trước hoặc sau hệ thống cô đặc.
- Tạo urê hạt to trên một hệ thống tạo hạt tầng sôi thùng quay, làm
giảm bề mặt riêng tiếp xúc không khí của hạt urê, độ bền vững cơ
giới cao.
1.2.2. Tính chất hóa học
Hòa tan trong nước, nó thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amôn (1)
cuối cùng phân hủy thành amoniac và điôxit cacbon. Phản ứng này là cơ sở để
sử dụng urê làm phân bón.
Trong môi trường đất ẩm :
(NH
2
)
2
CO + 3H
2
O CO
2
+ 2NH
4
OH
Trong không khí ẩm:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 5
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
2NO + (NH
2
)

2
CO + ½O
2
= 2N
2
+ H
2
O + CO
2
Về mặt thương mại, urê được sản xuất ra bằng cách loại nước trực tiếp
cacbamat amôn NH
2
COONH
4
ở mức áp suất và nhiệt độ nâng. Người ta thu
được cacbamat amôn bằng cách cho phản ứng trực tiếp NH
3
với CO
2
. Hai phản
ứng được tiến hành liên tục trong tháp tổng hợp cao áp.
Ở điều kiện áp suất thường và tại điểm nóng chảy của nó, urê phân hủy
thành amoniac, biuret(1), acid cyanuric (qv) (2), ammelide (3) và triuret (4).
Biuret là sản phẩm phụ bất đắc dĩ chủ yếu có trong urê. Nếu trong sản phẩm
đạm Urê cấp phân bón mà hàm lượng biuret vượt quá 2% trọng lượng sẽ gây
độc hại đối với cây trồng.
Urê đóng vai trò như một chất cơ sở đơn và tạo ra các muối có các acid.
Cùng với acid nitric nó tạo ra nitrat urê CO(NH
2
)

2
.HNO
3
và phân hủy nổ khi bị
đốt nóng. Urê cứng ổn định ở nhiệt độ phòng và ở điều kiện thường áp. Đốt
nóng ở điều kiện chân không và tại điểm nóng chảy thì nó sẽ thăng hoa mà
không hề thay đổi. Trong môi trường chân không ở nhiệt độ 180-190
0
C, urê sẽ
thăng hoa và chuyển hóa thành xianua amôn NH
4
OCN (5). Khi urê cứng được
đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac ở mức nhiệt độ nâng 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 NH
3
lỏng và hình
thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định CO(NH
2
)
2
NH
3
phân hủy ở
45
0
C. Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chất kim loại kiềm như
NH
2
COHNM hoặc CO(NHM)

2
. Việc chuyển hóa urê thành biuret được
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 6
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
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 NH
3
biuret sẽ tạo
thành urê.
Urê phản ứng với nitrat bạc AgNO
3
với sự có mặt của hydroxid natri
NaOH, sẽ tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt. Hydroxid natri xúc tiến
làm thay đổi urê sang dạng imit (6).
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 (8):
Phản ứng urê với các loại rượu sinh ra các chất este acidcacbamic thường
được gọi là urêthan:
Urê phản ứng với foocmandêhyd và tạo thành các hợp chất như
monomethylolurê công thức: NH
2
CONHCH
2
OH, dimethylolurê
HOCH
2
NHCONHCH
2

OH và các hợp chất khác phụ thuộc vào tỷ lệ mol của
fomanđehyt đối với urê và dựa vào độ pH của dung dịch. Peroxyd hydro và urê
là loại sản phẩm dạng bột tinh thể màu trắng. Peroxyd urê CO(NH)
2
.H
2
O
2
được
người ta biết đến với tên gọi thương phẩm là Hypersol đây là chất tác nhân oxi
hóa. Urê và acid malonic phản ứng cho ra đời chất acid barbituric (7), một hợp
chất chủ yếu trong ngành hóa dược
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 7
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
1.3. Ứng dụng
1.3.1. 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.
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 phophat (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.
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
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 8
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
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.
1.3.2. Sử dụng trong phòng thí nghiệm
Urê là một chất biến tính prôtêin mạnh. Thuộc tính này có thể khai thác để
làm tăng độ hòa tan của một số prôtêin. Vì tính chất này, nó được sử dụng trong
các dung dịch đặc tới 10M.
1.3.3. Sử dụng y học
1.3.3.1 Thuốc:
Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình

tái hiđrat hóa của da.
*Chẩn đoán sinh lý học
Do urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gần như không
đổi, nồng độ urê cao trong máu chỉ ra vấn đề với sự bài tiết nó hoặc trong một số
trường hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiều urê trong cơ thể.
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 chẩn đoán khác
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 9
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
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 urêse 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 v.v).
* Cathrat (Hợp chất mắt lưới)
Urê có đặc tính tuyệt vời trong việc hình thành các chất phức hợp kết tinh
hay các sản phẩm cộng với các hợp chất hữu cơ dãy thẳng.
Các chất phức hợp kết tinh này gồm có một máng rỗng được hình thành bởi
các phân tử urê đã được kết tinh trong đó hydrôcacbon được bịt kín hoàn toàn.
Các chất như vậy được gọi là Cathrat. Loại hydrocacbon được bịt kín, trên cơ sở
chiều dài dãy của nó được quyết định bằng nhiệt độ khi hình thành Cathrat.
Đặc tính này của cathrat urê được áp dụng thông thường trong ngành lọc

dầu để sản xuất nhiên liệu dùng trong ngành hàng không (xem Aviation and
other gas-turbin Fuels)và dùng để khử xáp các loại dầu bôi trơn (xem Petroleum
Refinery Processes). Các chất cathrat dễ vỡ khi ta đem hòa tan urê trong nước
hay trong rượu.
1.4. Những nét nổi bật về phân urê
Trong số các sản phẩm hoá học được sử dụng phổ biến làm nguồn cung cấp
phân đạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), Nitrat Ammonium
(NH
4
NO
3
), urê… thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặc tính vượt trội
của nó về mọi phương diện.
1.4.1 Ưu điểm của Urê
Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới gốc
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 10
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
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 độc hại cho môi trường.
Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản tương
đương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác.
1.4.2 Cách sử dụng phân urê hiệu quả nhất
Nitrogen có thể bị mất đến 65% vào bầu khí quyển dưới dạng NH
3

hoặc rửa
trôi và ngấm xuống đất dưới dạng NO
3
nếu phân urê được bón bằng cách trải
trên mặt đất và để yên đó đến 24 giờ trong điều kiện không khí nóng và ẩm.
Những cách làm gia tăng hiệu qủa của việc 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
nước ngay sau khi bón với lượng nước tương đương một trận mưa khoảng
6,5mm nước đủ để hòa tan urê và đưa chúng ngấm xuống đến vùng không xảy
ra hiện tượng mất đạm do bốc hơi ammonia.
Sự thất thoát đạm liên quan tới nhiệt độ và độ pH của đất. Sự thất thoát
Nitrogen trong urê tùy thuộc rất lớn vào nhiệt độ và độ pH của đất. Bảng I.1 và
I.2 dưới đây nói lên sự thất thoát đạm dưới dạng khí ammonia khi bón urê bằng
cách trải lên bề mặt đất:
Bảng 1.2 : Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi khí ammonia theo nhiệt độ
đất
Thời gian (Ngày)
Nhiệt độ đất
7
o
C 15
o
C 25
o
C 32
o
C
0 0 0 0 0
2 0 0 1 2
4 2 2 4 5

6 5 6 7 10
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 11
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
8 5 7 12 19
10 6 10 14 20
Bảng 1.3 : Tỷ lệ % lượng urê mất đi do sự bay hơi ammonia theo độ pH của
đất
Độ pH của đất
Thời gian (Ngày) 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5
0 0 0 0 0 0 0
2 0 0 0 0 1 5
4 1 2 5 10 18 20
6 4 5 7 11 23 30
8 8 9 12 18 30 33
10 8 10 13 22 40 44
Ngày nay khoa học đang nghiên cứu sử dụng phân đạm dạng nhũ tương,
tức là không tưới phân trên mặt như hiện nay nữa mà sẽ đưa xuống dưới phần
gốc cây sau đó cây 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.
1.4.3 Sự cần thiết của đạm urê đối với 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 cần thiết cho cây trồng được chia thành 3 nhóm
chính :
- Nhóm dinh dưỡng chính (dinh dưỡng 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 phát triển tốt, nhiều cành,
thân chắc khoẻ…Urê chứa hàm lượng đạm cao nhất (46-48%) và lẫn ít tạp chất
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 12
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
nên được lựa chọn và sử dụng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 13
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
CHƯƠNG 2:
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐẠM URÊ TỪ THAN
2. 1. Sơ đồ công nghệ sản xuất đạm urê từ than
Dây chuyền sản xuất đạm urê từ than gồm 3 xưởng chính: xưởng Tạo khí,
xưởng Amoniac và xưởng Urê được thể hiện như Hình 1.
Hình 1. Dây chuyền sản xuất đạm urê từ than
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 14
Hoi nước
Sản phẩm phụ
Than cục
antraxit
Điện
Hóa chất khác
Chất thải
U
r
ê
Xưởng Urea:
Tổng hợp urea

Không khí
Xưởng Tạo khí:
Tạo khí than ẩm: H
2
: N
2
= 3: 1, và các
tạp chất (bụi, H
2
S, CO,…)
Xưởng Amoniac:
- Tinh chế khí: tách tạp chất trong khí
than ẩm (H
2
S, CO,…)
- Sản xuất nguyên liệu tổng hợp urea:
NH
3
lỏng, CO
2
khí
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
Hình 2. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ sản xuất đạm urê từ than
Sơ đồ khối lưu trình công nghệ sản xuất đạm urê từ than như Hình 2.
Đạm urê từ than được sản xuất từ nguyên liệu gồm than antraxit cục, hơi
nước và không khí.
Quá trình khí hóa than gián đoạn theo phương pháp tầng ngọn lửa cố định.
Sản phẩm của quá trình khí hóa gồm CO
2

, CO, H
2
, N
2
, H
2
S, CH
4
, Ar,…được gọi
là khí than ẩm. Khí than ẩm được tách bụi, làm nguội và chứa trong két khí. Khí
than ẩm được đưa ra khỏi két khí, qua lọc bụi tĩnh điện tách nốt lượng bụi còn
lại rồi qua quạt tăng áp. Khí than ẩm được quạt tăng áp đưa vào tháp khử H
2
S
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 10
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
thấp áp, sau đó đi vào các đoạn 1, 2 và 3 của máy nén 6 cấp. Ra khỏi đoạn 3 của
máy nén 6 cấp khí than ẩm tiếp tục đi vào tháp biến đổi CO thành CO
2
và khi ra
khỏi đây được gọi là khí biến đổi. Khí biến đổi đi vào tháp khử H
2
S trung áp rồi
đi sang tháp hấp thụ CO
2
và sau hệ thống này được gọi là khí tinh chế. Khí tinh
chế đi vào các đoạn 4 và 5 của máy nén 6 cấp. Ra khỏi đoạn 5 của máy nén 6
cấp khí tinh luyện được đưa vào tháp khử vi lượng bằng dung dịch đồng kiềm và
trở thành khí nguyên liệu tổng hợp NH

3
.
Khí nguyên liệu qua đoạn 6 của máy nén 6 cấp, qua thiết bị phân ly dầu và
đi vào tháp tổng hợp NH
3
. Khí đi ra khỏi tháp tổng hợp NH
3
có nồng độ NH
3
cao được làm lạnh , phân ly tách NH
3
lỏng đưa vào kho chứa. CO
2
thu được từ
công đoạn hấp thụ CO
2
được nén cao áp và đưa sang tổng hợp urê.
Nguyên liệu tổng hợp urê gồm NH
3
lỏng và CO
2
khí. NH
3
lỏng đưa vào đáy
tháp tổng hợp urê nhờ bơm tăng áp. CO
2
cũng đưa vào đáy tháp tổng hợp nhờ
máy nén khí. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất thích hợp phản ứng tổng hợp urê
xảy ra rất nhanh theo 2 giai đoạn: tạo cacbamat và cacbamat tách nước thành urê
Ở đây quá trình tổng hợp urê mang tính tuần hoàn toàn bộ, tức là tất cả NH

3
và CO
2
dư được đưa trở lại đầu hệ thống.
Dịch urê ra khỏi đỉnh tháp tổng hợp urê qua các công đoạn phân giải và cô
đặc để tách NH
3
chưa phản ứng, đồng thời nâng cao nồng độ urê, sau đó đi vào
tháp tạo hạt.
Hạt urê đạt tiêu chuẩn kích thước, làm nguội, đóng bao và chuyển vào kho
thành phẩm.
2.2. Các xưởng chính trong dây chuyền sản xuất đạm urê từ than
2.2.1. Xưởng Tạo khí
2.2.1.1. Nhiệm vụ
Chế tạo hỗn hợp khí H
2
, N
2
với tỷ lệ H
2
:N
2
= 3:1 làm nguyên liệu cho quá
trình tổng hợp NH
3
.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 11
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
2.2.1.2. Lưu trình công nghệ

Hình 3. Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng Tạo khí
Sơ đồ khối lưu trình công nghệ xưởng Tạo khí như trong Hình 3.Quá trình
khí hóa làm việc gián đoạn ở khâu tạo khí sử dụng nguyên liệu chính là than
cục, hơi nước và không khí. Than cục đang dùng là loại antraxit nhập
về từ các vùng mỏ ở Quảng Ninh. Than cục từ kho than được băng tải nghiêng
đưa lên 10 bunke dung tích 50 tấn và đưa gián đoạn vào lò khí hóa. Hiện tại
xưởng có 10 lò tạo khí (tương ứng với 10 bunke) trong đó 8 lò tạo khí có bộ
phận thu hồi khí thổi gió và 2 lò tạo khí còn lại không có bộ phận thu hồi khí
thổi gió để dự phòng.Than cục được chia làm 3 loại theo cấp hạt gồm 12 –
25mm, 20 – 40mm và > 40mm sẽ được cấp cho từng lò tạo khí khác nhau.
Trung bình mỗi ngày chạy máy tiêu tốn hết 400 – 450 tấn than cục.
Hơi nước 0,49 Mpa nhiệt độ 250
o
C được cấp từ xưởng Nhiệt điện tới,
không khí được cấp từ quạt không khí tới. Hỗn hợp phản ứng trong lò khí hóa ở
khoảng 1100
o
C tạo thành khí than ẩm có thành phần gồm CO, CO
2
, H
2
S, H
2
, N
2
,
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 12
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
CH

4
và bụi.
Khí than ẩm được đi qua lò đốt để trữ nhiệt nhằm gia nhiệt cho hỗn hợp hơi
nước và không khí ở giai đoạn thổi xuống, đồng thời cũng lắng bụi.
Khí than ẩm sau đó đi qua nồi hơi nhiệt thừa để tận dụng nhiệt sản xuất hơi
nước từ nước tuần hoàn 100
o
C, làm nguội và tách bụi.
Tiếp tục, khí than ẩm qua van ba ngả đi vào thủy phong túi rửa để làm lạnh
và rửa sơ bộ khí than trước khi đi qua 2 tháp rửa. Sau khi qua 2 tháp rửa thì khí
than ẩm đi vào két khí. Két khí còn có tác dụng trộn và cân bằng áp suất khí than
ẩm của các lò tạo khí.
Cuối cùng, khí than ẩm còn phải qua thiết lọc bụi tĩnh điện trước khi được
quạt khí than ẩm đưa sang xưởng Amoniac.
2.2.1.3. Các cương vị chính
Một số cương vị chính của xưởng Tạo khí gồm:
- Cương vị Lò tạo khí;
- Cương vị Lọc bụi tĩnh điện;
- Cương vị Nước tuần hoàn;
- Cương vị Thu hồi khí thổi gió.
a. Cương vị Lò tạo khí
Nhiệm vụ:
Cương vị Lò tạo khí đóng vai trò chủ chốt trong xưởng Tạo khí, có nhiệm
vụ chế tạo khí than ẩm bằng phương pháp khí hóa than bằng lò tạo khí tầng lửa
cố định làm việc gián đoạn.
Nguyên lý quá trình khí hóa than ẩm:
Nguyên lý quá trình khí hóa than ẩm ở đây gồm 2 giai đoạn chính: thổi gió
để tăng nhiệt và chế tạo khí than ẩm. Ban đầu dùng không khí thổi vào đáy lò
tạo khí để tăng nhiệt. Khi nhiệt độ trong lò tạo khí tăng đến mức độ nhất định thì
ngừng thổi gió bắt đầu đưa hỗn hợp khí và hơi nước vào để chế tạo khí than ẩm.

Như vậy mỗi tuần hoan làm việc từ gia đoạn thổi gió lần trước đến giai đoạn
thổi gió lần sau.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 13
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
a) Thổi gió để tăng nhiệt
Không khí đưa vào lò tạo khí ở nhiệt độ than > 700
o
C sẽ xảy ra các phản
ứng sau:
= Q
= + Q
= - Q
Khí thổi gió ở nhiệt độ > 550
o
C đem đốt sẽ xảy ra phản ứng:
= + Q
b) Chế tạo khí than ẩm
Sau khi nâng cao nhiệt độ lò tạo khí, tiến hành đưa hỗn hợp hơi nước và
không khí vào. Hỗn hợp phản ứng ở nhiệt độ 1100
o
C có các phản ứng sau:
= - Q
= - Q
= - Q
= + Q
= + Q
= - Q
= + Q
Ngoài ra ở nhiệt độ thấp còn có phản ứng:

= + Q
Thành phần % khí than ẩm như sau:
H
2
CO CO
2
N
2
CH
4
O
2
37,0 33,3 6,6 22,4 0,3 0,3
Thực tế để đảm bảo an toànvà nâng cao chất lượng khí than ẩmmỗi tuần
hoàn làm việc bao gồm 5 giai đoạn:
+ Giai đoạn thổi gió:
Không khí đưa vào đáy lò để đốt cháy than cục, nhiệt sinh ra để cấp cho
phản ứng giữa C và hơi H
2
O.
+ Giai đoạn thổi lên lần 1:
Sau giai đoạn thổi gió nhiệt độ tầng than cục rất cao, đưa hỗn hợp không
khí và hơi nước vào đáy lò để sinh khí than ẩm. Mục đích của việc đưa không
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 14
Đồ án chuyên ngành
GVHD: Nguyễn Hữu Toàn
khí vào lò để đảm bảo tỷ lệ (H
2
+ CO)/ N
2

= 3,1 – 3,2, đồng thời cấp thêm nhiệt
cho phản ứng giữa C và hơi H
2
O.
+ Giai đoạn thổi xuống:
Trong giai đoạn thổi lên lần 1, do phản ứng giữa C và hơi H
2
O thu nhiệt
khá lớn làm cho nhiệt độ tầng lửa phía dưới giảm, và khí than ẩm không ngừng
gia nhiệt làm cho nhiệt độ tâng lửa phía trên tăng. Hiện tượng dịch chuyển tầng
lửa gây vỡ vụn than cục và gia tăng tổn thất nhiệt theo khí than ẩm. Để khắc
phục hiện tượng này cần có giai đoạn thổi xuống, dùng dòng hơi nước đi từ đỉnh
xuống đáy lò tạo khí.
+ Giai đoạn thổi lên lần 2:
Cần thiết phải dùng không khí và hơi nước thổi vào đáy lò tạo khí để đuổi
hết khí than ẩm ở đó, tránh nổ do phản ứng giữa CO và O
2
không khí.
+ Giai đoạn thổi sạch:
Giai đoạn thổi sạch để tận dụng hết khí than ẩm còn lưu lại ở đỉnh lò tạo
khí và đường ống.
Mỗi tuần hoàn làm việc kéo dài khoảng 3 phút và thông thường theo phân
phối thời gian như sau:
Giai đoạn Thổi gió Thổi lên lần 1 Thổi xuống Thổi lên lần 2 Thổi sạch
% 22 – 26 24 – 28 38 – 42 6 – 9 3 – 4
Lưu trình công nghệ:
− Vận chuyển và cung cấp nguyên liệu:
Than cục theo các cấp hạt khác nhau được băng tải vận chuyển lên các
bunke.
− Giai đoạn thổi gió:

Không khí được quạt gió đưa vào đường ống chung với áp suất 2800 –
3200 mmH
2
O, đưa qua tầng than nóng đỏ ở đáy lò tạo khí sẽ xảy ra phản ứng
đốt cháy C. Nhiệt sinh ra được tầng gạch chịu lửa tích trữ lại. Khí thổi gió ra
khỏi lò tạo khí, đi vào lò hơi nhiệt thừa theo hướng từ trên xuống, rồi tới cương
vị Thu hồi khí thổi gió.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Võ - 10003023 Trang 15