Nghiên cứu, mô phỏng chế độ làm việc của tháp tạo hạt UREA

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và
chưa được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham
khảo đã được nêu rõ trong Luận văn.

Tác giả

guy n g c ư ng

1


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đồ án này, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ h trợ
của thầy cô, bạn bè và gia đình. Luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại Bộ
môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất, Trường Đại h c Bách Khoa Hà Nội.
Trư c hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Vũ Đình Tiến
người đã định hư ng, trực tiếp hư ng dẫn, chỉ bảo, khuyến khích, giúp đỡ tạo m i
điều kiện thuận lợi giúp tác giả hoàn thành luận văn này. Thầy không chỉ là một
người thầy, mà là c n một nhà khoa h c, một đồng nghiệp mà tác giả suốt đời biết
ơn và ngưỡng mộ.
Đồng thời cũng xin chân thành cảm ơn kỹ sư guy n Yến a, đồng nghiệp
đã chia s tài liệu và kiến th c cho tôi trong thời gian làm luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn Máy và Thiết bị
Công nghiệp Hóa chất – ầu khí, cùng toàn thể bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ,
ủng hộ trong suốt thời gian làm luận văn.
à ội, ngày

tháng

năm 2015

H c viên

guy n g c ư ng

2


AN

M C

N
v

STT

Đ
u

Trang

1

ình 1.1

Tốc độ hút m của Urea so v i các loại phân b n khác

7

2

ình 1.2

Thị trường phân b n theo khu vực

17

3

ình 1.3

4

ình 1.4

Sản lượng Đạm cung cấp cho thị trường nội địa

18

5

ình 1.5

T lệ đ ng g p của các nư c sản xuất phân b n tr n thế
gi i năm 2011

20

6

ình 1.6

ự đoán giá phân đạm thế gi i

22

7

ình 2.1

ây chuyền tạo hạt và ra sản ph m

28

8

ình 3.1

T ng quan về k thuật kết tinh tạo hạt Urea

33

9

ình 3.2

Sự hình thành hạt theo phương pháp n n p

34

10

ình 3.3

Sự hình thành hạt theo phương pháp phủ lấp

34

11

ình 3.4

Urea hạt trong

37

12

ình 3.5

Urea hạt đ c

38

13

ình 3.6

Thiết bị tạo hạt tầng phun tia

44

14

ình 3.7

Thiết bị tạo hạt dạng lỏng phun tia

45

15

ình 3.8

ấu tạo máy vo vi n một tầng chảo

46

16

ình 3.9

áy vo vi n kiểu th ng quay

47

17

ình 4.1

ô hình hạt Urea lỏng

49

18

ình 4.2

ác giai đoạn kết tinh và trao đ i nhiệt

52

19

ình 4.3

uá trình trao đ i nhiệt đối lưu

53

20

ình 4.4

Đồ thị tại tâm

56

21

ình 4.5

Đồ thị tại bề m t

56

22

ình 4.6

Đồ thị biểu di n quan hệ gi a

23

ình 4.7

Sự rơi của hạt

hu cầu phân b n nội địa

18

và

57
57

3

AN

M C ẢN
v

STT

I
u

Trang

1

ảng 1.1

Tính tan của Urea trong một số dung môi khác nhau

3

2

ảng 1.2

Tính hút m của Urea tại các nhiệt độ khác nhau

4

3

ảng 1.3

4

ảng 1.4

5

ảng 4.1

ảng khảo sát tại giá trị hạt

74

6

ảng 4.2

ảng khảo sát tại giá trị hạt

75

7

ảng 4.3

ảng khảo sát tại giá trị hạt

76

h m 5 nư c sản xuất Urea, ali,
và
các loại năm 2009
hu cầu Đạm, lân, ali gia tăng ở các khu vực từ năm
2011 – 2015

4

20
20


ở đầu
iện nay Việt am là đất nư c nông nghiệp đang từng bư c đi l n hiện đại h a
nh m m c đích nâng cao năng suất và sản lượng cây trồng. Để đạt được điều đ
thì nhiều đề xuất quan tr ng đã được đưa ra trong đ phân b n là yếu tố cơ bản
hàng đầu.
Việt

am dựa tr n nền tảng c nhiều khoáng sản như

nhi n,

patit, than, khí thi n

ất thích hợp để phát triển các nhà máy phân b n.

ột phần cung cấp

cho nhu cầu nông nghiệp trong nư c, một m t vươn tầm ra thế gi i bởi l nhu cầu
s d ng phân b n tr n thế gi i cũng ngày càng tăng.
3 thành phần chính trong phân b n là , , . Theo thống k cho thấy lượng
phân b n ch a

đang c s c ti u th l n hơn nhiều lần so v i các loại phân b n

khác. Vì vậy, hư ng nghiên c u của luận văn s tập trung tìm hiểu về phân Đạm.
Trong quá trình sản xuất phân Đạm xảy ra nhiều quá trình truyền nhiệt và
truyền chất ph c tạp. Đ c biệt trong giai đoạn tạo hạt Urea làm ảnh hưởng trực tiếp
đến năng suất, hiệu quả s d ng cũng như th m mỹ của sản ph m.
dẫn của TS.Vũ Đình Tiến, em đã nhận đề tài

ư i sự hư ng
ỏng chế độ làm

việc của tháp tạo hạt Urea v i nh ng nội dung chính như sau:
- T ng quan về phân b n.
-

ông nghệ sản xuất Urea.

-

ỹ thuật kết tinh tạo hạt Urea.

-

ơ chế tính toán tháp tạo hạt.

Trong quá trình thực hiện luận văn. m chân thành cảm ơn sự hư ng dẫn giúp
đỡ tận tình của TS.Vũ Đình Tiến – Trưởng bộ môn
khí.

5

áy và Thiết bị

a chất

ầu


M cl c
ở đầu ..........................................................................................................................
c l c..........................................................................................................................
1T
1.1.

U

V U

.....................................................................8

hái niệm phân b n .......................................................................................8

1.2. Sơ lược về Urea và ng d ng của n .............................................................8
1.2.1.

ịch s phát triển .................................................................................8

1.2.2.

i i thiệu về Urea ...............................................................................8

1.2.3.

Tính chất vật l của Urea ....................................................................9

1.2.4.

Tính chất hút m, kết tảng của Urea ..................................................10

1.2.5.

Tính chất h a h c của Urea ...............................................................11

1.2.6.

ng d ng của Urea............................................................................14

1.2.7.

Tình hình thị trường hân b n ..........................................................19

1.3.

ết luận........................................................................................................27
2

S

XU T U

.....................................................29

2.1.

ở đầu .........................................................................................................29

2.2.

ông nghệ t ng hợp Urea đi từ than ...........................................................30

2.2.1.

ưu trình công nghệ ..........................................................................30

2.2.2.

ông đoạn tạo hạt và ra sản ph m.....................................................34

2.2.3.

Công nghệ khí hoá than Shell (SCGP) ..............................................35

2.3. Kết luận........................................................................................................38
3T
3.1.

U

V

T U T

TT

T

TU

..........39

ở đầu .........................................................................................................39

3.2. Sự kết tinh và kết khối .................................................................................39
3.2.1.

Các kiểu cấu trúc hạt..........................................................................39

3.2.2.

Sự kết tinh..........................................................................................40

3.2.3.

Sự kết khối và biện pháp hạn chế ......................................................42

3.3. Công nghệ tạo hạt ........................................................................................43
3.3.1.

ông nghệ Urea hạt trong .................................................................43

3.3.2.

ông nghệ Urea hạt đ c ....................................................................44

6


3.3.3.

So sánh Urea hạt đ c và hạt trong .....................................................45

3.3.4.

Công nghệ tạo hạt của UTI ................................................................45

3.3.5.

Công nghệ của G – TEC....................................................................49

3.3.6.

Máy vo viên kiểu đ a nghi ng ...........................................................52

3.3.7.

Máy vo viên kiểu thùng quay ............................................................53

4
Đ V T
U
U T
T
T
UREA ........................................................................................................................55
ở đầu .........................................................................................................55

4.1.
4.1.1.

ơ chế 1 .............................................................................................55

4.1.2.

ơ chế 2 .............................................................................................57

4.2.

ô hình toán ................................................................................................59

4.3.

p d ng .......................................................................................................65

4.3.1.

uá trình Urea thải nhiệt

4.3.2.

uá trình thải nhiệt

......................................................................66

4.3.3.

uá trình thải nhiệt

......................................................................66

4.3.4.

ưu lượng khí cần đi qua tháp...........................................................67

4.4.

.............................................................65

ài toán thủy động lực h c ..........................................................................67

4.4.1.

Vận tốc chuyển động của d ng khí trong tháp ..................................67

4.4.2.

Tốc độ thăng b ng của hạt .................................................................68

4.4.3.

Tính tốc độ t i hạn của hạt ................................................................69

4.4.4.

Tìm vận tốc rơi thực của hạt..............................................................69

4.5. Thời gian truyền nhiệt cần thiết của hạt ......................................................70
4.5.1.

Thời gian

.....................................................................................71

4.5.2.

Thời gian

......................................................................................74

4.5.3.

Thời gian

......................................................................................76

4.6. T ng thời gian truyền nhiệt, chiều cao tháp tạo hạt ....................................77

4.6.1.
4.7.

Tính chiều cao tháp

.......................................................................77

nh hưởng của đường kính hạt đến quá trình tạo hạt .................................78

4.8. kết luận ........................................................................................................83
T U

...............................................................................................................84

Tài liệu tham khảo .....................................................................................................85

7


hương 1: T ng quan về Urea

hương 1 T ng quan về Urea
1.1.
- Phân bón là nh ng chất ho c hợp chất có ch a một hay nhiều chất dinh dưỡng
thiết yếu đối v i cây trồng, giúp cây trồng sinh trưởng, phát triển tốt cho năng
suất, chất lượng cao ho c làm tăng độ phì nhiêu của đất. hân b n là dinh dưỡng
do con người b sung cho cây trồng.
1.2. S

v Urea v

1.2.1.
- Urea được Hilaire Rouelle phát hiện từ nư c tiểu vào năm 1773 và được
Friedrich Woehler t ng hợp lần đầu tiên từ ammonium sulfate
potassium cyanate

và

vào năm 1828. Đây là quá trình t ng hợp lần đầu một

hợp chất h u cơ từ các chất vô cơ và n đã giải quyết được một vấn đề quan
tr ng của một h c thuyết s c sống.
-

ăm 1870, Urea đã được sản xuất b ng cách đốt nóng cácbamat amon trong một
ống bịt kín. Điều này là nền tảng cho công nghệ sản xuất Urea công nghiệp sau
này. Cho t i nh ng năm đầu thế k 20 thì Urea m i được sản xuất trên quy mô
công nghiệp nhưng ở m c sản lượng rất nhỏ. Sau đại chiến thế gi i th II, nhiều
nư c và hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất Urea. Nh ng
hãng đ ng đầu về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất Urea trên thế gi i
như: Stamicarbon ( à an), Snamprogetti ( talia), T

( hật Bản)

ác hãng

này đưa ra công nghệ sản xuất Urea tiên tiến, m c ti u phí năng lượng cho một
tấn Urea sản ph m rất thấp.
1.2.2.

ệ

Urea

- Urea có tên g i hóa h c là carbonyldiamine, công th c phân t
t lượng 60,06 v i hàm lượng

phân

itơ 46,65% là loại phân đạm rắn c hàm lượng

itơ cao nhất. Urea đ ng vai tr quan tr ng trong nhiều quá trình sinh h c, một
trong nh ng sản ph m phân hủy protein, bình quân một ngày cơ thể một người
sản xuất ra khoảng 20-30g.

8


hương 1: T ng quan về Urea
- Urea nguyên chất là loại tinh thể không màu, không mùi, không vị, dạng hình
kim ho c hình thoi. Urea bán trên thị trường có dạng màu trắng. Urea dạng hạt có
ưu điểm khó kết tảng, c tính lưu động và d s d ng. Thành phần của phân Urea
bao gồm:

àm lượng Urea nguyên chất 99,2%; hàm lượng Fe 0,005% ; hàm

lượng

tự do < 0,015%. T tr ng của Urea ở 200C khoảng 1335

Khối lượng đánh đống tự nhiên của Urea 1m3 = 0,7- 0,75 tấn. hi đ đống Urea
hạt, góc nghiêng của đống tạo v i m t phẳng nền khoảng 250- 270, góc này
được g i là g c đánh đống.
- Urea d h a tan trong nư c, khi h a tan trong nư c, hút nhiệt làm hạ nhiệt độ
xung quanh. Urea nóng chảy ở 132,60 khi tiếp t c gia nhiệt Urea đã h a lỏng này
thì một phần Urea bị khí h a đồng thời Urea nóng chảy s xuất hiện buiret và các
hợp chất khách như tribuiret, melamine...khi tăng áp suất và nhiệt độ cao ho c
khi có m t chất xúc tác thì Urea có thể chuyển hóa thành malamine. Nguyên liệu
quan tr ng chế tạo malamine formandesin ho c chất d o melamine Urea cũng c
thể kết hợp trực tiếp v i formal để chế tạo thành carbamine ho c plastic ( chất
d o).
- Urea có nhiều ng d ng trong nông nghiệp và chăn nuôi.

itơ ch a trong Urea

được hấp th trực tiếp trong dạ dày động vật nhai lại (Trâu, Bò, Ngựa, Lạc đà..)
n n người ta trộn thêm Urea vào th c ăn gia súc làm chất b sung protein.
1.2.3.

ủ Urea

- Urea là hợp chất h u cơ c công th c phân t là

ho c

.

- Tên quốc tế là Diaminomethanal. Ngoài ra Urea c n được biết v i tên g i là
carbamide, carbonyl diamide. Urea có màu trắng, d h a tan trong nư c, ở trạng
thái tinh khiết nhất Urea không mùi m c dù hầu hết các mẫu Urea c độ tinh

khiết cao đều có mùi khai.
- Urea nguyên chất dạng màu trắng, không mùi, dài, tinh thể mảnh, có thể xuất
hiện dạng lăng tr thoi. Mạng tinh thể dạng t giác đều. Tinh thể Urea không

9


hương 1: T ng quan về Urea
đẳng hư ng n n c tính lưỡng chiết. Ở 20
Urea rắn khi bị gia nhiệt t i 132,6

chỉ số khúc xạ là 1,484 và 1,602.

(ở 1atm khí quyển) thì bắt đầu nóng chảy,

nhiệt cần cung cấp cho quá trình nóng chảy g i là nhiệt nóng chảy, nhiệt nóng
chảy của Urea là 13,61 kJ/ mol.
- Độ hút m :

p suát hơi của dung dịch Urea bão h a trong nư c

khoảng 10 – 80

trong

được cho bởi quan hệ sau :
(1.1)

- Bắt đầu b ng áp suất hơi của nư c nguy n chất
tư ng đối (

, thì giá trị độ m t i hạn

) được tính như sau :
(

)

(1.2)

là một ngưỡng giá trị t i hạn mà tr n đ Urea bắt đầu hút m từ không khí
xung quanh.
- Ở 25

trong v ng 0 – 20 mol Urea kg nư c.

nư c

hiệt h a tan tinh thể Urea trong

là hàm của nồng độ phần mol m. được cho như sau :

(1.3)
- tính h a tan của Urea trong một số dung môi là hàm của nhiệt độ, được cho trong
bảng sau :
ả

Tính tan của Urea trong một số dung môi khác nhau
N

Dung môi

t

0

20

40

60

80

100

ư c

39,5

51,8

62,3

71,7

80,2

88,1

Amonia

34,9

48,6

67,2

78,7

84,5

90,4

Methanol

13,0

18,0

26,1

38,6

Ethanol

2,5

5,1

8,5

13,1

1.2.4.

ế

ủ Urea

- Urea là chất dể hút m từ môi trường xung quanh tại một nhiệt độ nhất định ng
v i áp suất riêng phần của hơi nư c trong môi trường l n hơn áp suất hơi nư c

10


hương 1: T ng quan về Urea
trên bề m t Urea. Urea s hút m khi độ m môi trường xung quanh l n hơn
70%, nhiệt độ 10-400C.
ả
hiệt độ,
àm m của không
khí (g kg
)

Tính hút m của Urea tại các nhiệt độ khác nhau
10

20

25

30

40

50

71,8

80

75,8

72,5

68

62,5

- Theo số liệu bảng trên thì Urea thường bị hút m do hàm m trong không khí
cao, đ c biệt vào ngày hè, tiết trời m thấp. Để hạn chế việc hút m, Urea thường
được đ ng trong các bao

,

ho c trong bao giấy nhiều l p.

- Qua nghiên c u và thực tế, người ta đã xác định các nguyên nhân chủ yếu gây
kết tảng Urea sản ph m:

 Hàm m trong dung dịch Urea đi tạo hạt còn cao.
 Hạt Urea xốp, r ng, d vỡ, cường độ cơ gi i thấp.
 Bảo quản Urea ở nơi c độ m không khí cao, Urea bị hút m.
- Sản ph m Urea có kích cỡ không đồng đều, nhiều b i và mảnh vỡ tạo cho các hạt
Urea có mối liên kết hàn bền v ng do b i và mảnh vỡ điền vào không gian gi a
các hạt Urea.
- Để chống kết tảng hạt Urea, ngày nay người ta áp d ng một số biện pháp sau:
 B c Urea bởi một l p paraffin mỏng ngăn ch n hút m.
 S d ng bột trợ dung đưa vào dung dịch Urea trư c khi tạo hạt, tăng cường
lực cơ gi i của hạt và hạn chế hút m.
 Tiêm fomandehyt ho c Urea fomanđ hyt vào d ng dung dịch Urea trư c ho c
sau hệ thống cô đ c.
 Tạo Urea hạt to trên một hệ thống tạo hạt tầng sôi thùng quay, làm giảm bề
m t riêng tiếp xúc không khí của hạt Urea, độ bền v ng cơ gi i cao.
1.2.5.
-

ủ Urea
a tan trong nư c, nó thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amon (1) cuối

cùng phân hủy thành amoniac và điôxit cacbon. hản ng này là cơ sở để s
d ng Urea làm phân bón.

11


hương 1: T ng quan về Urea
- Về m t thương mại, Urea được sản xuất ra b ng cách loại nư c trực tiếp
ở m c áp suất và nhiệt độ nâng.

cacbamat amon

được cacbamat amon b ng cách cho phản ng trực tiếp

gười ta thu

v i

. Hai phản

ng được tiến hành liên t c trong tháp t ng hợp cao áp.
- Ở điều kiện áp suất thường và tại điểm nóng chảy của nó, Urea phân hủy thành
amoniac, biuret(1), acid cyanuric (qv) (2), ammelide (3) và triuret (4). Biuret là
sản ph m ph bất đắc d chủ yếu có trong Urea. Nếu trong sản ph m đạm Urea
cấp phân b n mà hàm lượng biuret vượt quá 2% tr ng lượng s gây độc hại đối
v i cây trồng.
O

O

N

H2N

H

H
N

O

NH2

HN

O

H
N

O

NH

HN

N

H2N

O

O

O
N
H

N
H

NH2

NH2

O

(1)
Biuret

O

(2)
Cyanuric acid

(3)
Ammelide

(4)
Triuret

- Urea đ ng vai tr như một chất cơ sở đơn và tạo ra các muối có các acid. Cùng
và phân hủy n khi bị đốt

v i acid nitric nó tạo ra nitrat Urea
nóng.

- Urea c ng n 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 s thăng hoa mà không hề thay đ i.
Trong môi trường chân không ở nhiệt độ 180-1900C, Urea s thăng hoa và
(5). Khi Urea c ng được đốt nóng

chuyển hóa thành xianua amon

nhanh trong dòng khí amoniac ở m c nhiệt độ nâng và tăng khoảng vài trăm k a
thì nó s thăng hoa hoàn toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và
xianua amon. Urea c ng hòa tan trong
amoniac h n hợp không

lỏng và hình thành hợp chất Ureaphân hủy ở 450C. Urea-

n định

Amoniac tạo ra các muối v i các chất kim loại kiềm như

ho c

. Việc chuyển hóa Urea 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 v i

biuret s tạo thành Urea.

12


hương 1: T ng quan về Urea
- Urea phản ng v i nitrat bạc

v i sự có m t của hydroxid natri NaOH, s

tạo thành chất dẫn xuất (5) màu vàng nhạt. Hydroxid natri xúc tiến làm thay đ i
Urea sang dạng imit (6).
OAg
HN

Ag

OH

NH

NH

H2N

(5)

(6)

- Sau đ phản ng v i nitrat bạc. Các tác nhân oxi hóa v i sự có m t của natri
hydroxid s chuyển hóa Urea thành nitơ và dioxid cacbon. hất sau t c là
phản ng v i hydroxid natri để tạo thành cacbonat natri (8):
- Phản ng Urea v i các loại rượu sinh ra các chất este acidcacbamic thường được
g i là Ureathan:
O

NH2

H2N

+

O

ROH

H2N

OR

+

NH3

- Urea và acid malonic phản ng cho ra đời chất acid barbituric (7), một hợp chất
chủ yếu trong ngành h a dược.
O

O

H2N

O
NH2

+

HOC

O

H2O

HN

COH
O

OH
NH
O

(7)
malonyl ure
hay acid barbituric

13

N
HO

N
OH


hương 1: T ng quan về Urea
1.2.6.

ủ Urea

1.2.6.1. Trong nông nghiệp
- Urea là phân b n c hàm lượng nitơ không dư i 46%. Tuy nhiên , chất lượng
phân bón không chỉ xác định b ng hàm lượng các chất h u hiệu trong n . Để
đánh giá toàn diện hiệu quả của phân bón cần tính t i các tính chất lý h c của nó
(chẳng hạn, tính hút m, độ tơi, vón c c), chất lượng hóa nông (sự chuyển hóa
trong đất và nh ng mất mát liên quan t i việc chuyển hóa các chất h u cơ, thay
đ i hóa h c các chất đất do bón phân...) và tính chất sinh nông (độ độc, khả năng
hấp th của cây trồng đối v i các chất h u hiệu, ảnh hưởng của phân b n đối v i
các loài vi thực vật của đất...). Chúng ta s khảo sát một số tính chất quan tr ng
nhất của Urea, đối chiếu nó v i các loại phân bón ch a nitơ khác.

Tốc độ hút m của Urea so v i các loại phân b n khác
- Vậy Urea là một trong nh ng phân bón hút m kém nhất. Thực vậy, khi độ m
của không khí 95% nó hút m khoảng 5 lần chậm hơn nitrat amon và 10 lần
chậm hơn phân nitơ phốt pho nhiều độ vón c c của nitrat amon. Vì vậy sau một
thời gian dài bảo quản Urea d dàng hơn cả.
- Urea được đất hấp th rất nhanh và sau đ trong đất n được biến hóa thành
nhiều dạng khác nhau, trong đ chủ yếu là quá trình amon và nitrat hóa. Urea sau
khi được đất hấp th , thực tế không bị r a trôi và khi mưa v i lưu lượng dư i
50mm/h, nếu mưa to hơn cũng bị r a trôi nhưng m c độ thấp hơn so v i sunlphat
14


hương 1: T ng quan về Urea
và nitrat amon.

goài ra dư i ảnh hưởng của mưa, phần l n lượng Urea trong

đất lắng xuống độ sâu 5-25mm, ngh a là t i r cây. Quá trình amon hóa Urea
trong đất di n ra dư i tác động của men Ureaza và tạo thành cacbamat amon theo

phản ng:
- khi đ các amoni tạo thành, d dàng bị đất hấp th , trong đ li n kết của nó trong
đất triệt để hơn so v i ion amoni đưa vào đất dư i dạng sulphat amon. Điều này
được giải thích bởi lượng mất mát nhỏ nitơ khi b n Urea vào đất. gười ta đã chỉ
ra r ng thậm trí khi bón Urea trên bề m t đát và khi độ c ng cao amoniac ko bị
mất quá 3,7%. Theo một số nghiên c u thì khi bón Urea ở độ sâu 3cm lượng nitơ
bị mất mát do amoniac bốc hơi thực tế không có. Tiếp theo dư i tác động của kí
sinh tr ng trao đ i nitơ dạng amoniac dần dần bị nitrat h a theo các phương
trình sau:
- Ở giai đoạn đầu của quá trình nitrat h a nitơ c thể bị mất đi do quá trình kh
hóa sinh ion

đến các khí

quá trình nitrat h a đến

. Để giảm mất mát nitơ tốt hơn cả để

di n ra nhanh nhất. gười ta đã xác định được r ng

sau khi bón Urea vào đất 3-4 tuần, một khối lượng l n Urea bị nitrat hóa, trong
đ ni tơ của Urea bị nitrat h a nhanh hơn vài lần so v i nitơ của sulphatamon.
- Đối vời một số loại cây trồng Urea là loại phân hiệu quả hơn nhiều so v i nitrat
amon chẳng hạn đối v i: khoai tây, ngô, củ cải cho gia súc, lúa. Tuy nhiên hàm
lượng Biuret trong Urea lại gây tác hại l n đến cây trồng, gây t n thương đối v i
hạt giống và kìm hãm sự nảy mầm của hạt, sau khi cây trồng hấp th phải Buiret,
làm vàng ch p lá, lá xoăn khô, cây trở nên còi c c, sản lượng giảm đi trông thấy.
hưng khi vãi xuống ruộng, Buiret s chuyển h a thành nitơ dạng hợp chất nitrat
và được cây trồng hấp th hết, không tích lại trong đất. Nếu khống chế lượng
Buiret trong Urea vãi bón một lần n m trong phạm vi quy định thì tránh được tác

hại đối v i cây trồng. Về hàm lượng Buiret trong Urea phân bón ở m c cho phép
l n nhất cũng không phải là con số cố định mà nó nhiều ít tùy thuộc theo từng
loại cây trồng và từng cách tư i b n.

hi hàm lượng Buiret không quá 2,5% có

thể dùng cho bất kì cây trồng nào.
15


hương 1: T ng quan về Urea
- C n t đ c trưng là nhả nitơ cho cây trồng chậm chạp, do đ cây cối có thể hấp
th nitơ từ loại phân này suốt thời kỳ sinh trưởng. Điều này cho phép tiết kiệm
chi phí lao động rất nhiều trong việc bón phân so v i các loại phân nitơ thông
thường. Ngoài ra, do phân Urea-fomaldehid h a tan k m n n lượng nitơ bị mất
mát s thấp hơn một chút so v i phân khác. Kinh nghiệm hóa-nông đã chỉ ra r ng
phân này có triển v ng hơn cả khi t lệ phân t gam Urea: formaldehid >1, ta
càng tăng tỉ lệ này lên thì tốc độ hòa tan và khoáng hóa của
tăng l n.

Y trong đất cũng

ết quả nghiên c u hiệu quả bón phân MY cho thấy khi b n vào đất

một lượng l n MY có tác d ng trong thời gian một vài năm không k m hơn so
v i các loại phân nitơ d hòa tan khác khi bón liên t c nhiều lần.
- Hợp chất Urea-formaldehid v i tỉ lệ phân t gam Urea: formaldehid < 1 mang
tính chất sát trùng diệt nấm, liên kết có tỉ lệ phân t gam
.
- Urea-formaldehid được điều chế b ng cách ngưng t Urea v i formaldehid trong

môi trường axit. iai đoạn đầu của quá trình ngưng t là phản ng tạo thành dẫn
suất metilol của Urea.

- Trong môi trường axit dẫn suất metilol tác d ng v i Urea tạo dẫn suất metilen:
- Theo quan điểm hiện đại, sản ph m cuối cùng của quá trình ngưng t là h n hợp
các dẫn suất khác nhau. Đối v i một số loài cây trồng có thời kì sinh trưởng
không dài (lúa, cây h hòa thỏa) loại phân tốt nhất có tác d ng lâu dài không phải
là các dẫn suất metilol- metilen của Urea, mà là metilolure và c thể là
monometilolure.
-

ng d ng Urea t ng hợp axitxianic, tr n cơ sở axit này người ta thu được ph c
chất đồng-amoniac là loại thuốc chống nấm d ng để diệt các bệnh nấm của lá
nho, khoai tây và cà chua. Chất này rất quan tr ng và không độc đối v i động vật
máu nóng.

16


hương 1: T ng quan về Urea
1.2.6.2. Trong chăn nuôi
- Urea v i tư cách là gia vị protit được bỏ thêm vào th c ăn của của các loại gia
súc l n có sừng và cừu. Biết r ng để các động vật phát triển bình thường đ i hỏi
th c ăn ch a 90-100g protit hấp th được (tính theo một đơn vị th c ăn) khi
lượng protit không đủ s phải tăng lượng th c ăn, giảm chất lượng và sản lượng
sản ph m chăn nuôi và tăng giá thành của nó. Trong khi đ thưc ăn thô và tươi
(ngoài cây h đậu ra) thường ch a khoảng 40-60g protit hấp th được. Protit tiêu
dùng như thường lệ được quy ư c chia làm hai loại: Protit thiên nhiên ch a
polipeptit liên kết axit amin và các hợp chất ch a nitơ khác nhau, chẳng hạn
amid loại amid này gồm tưng axit amin ri ng biệt, dipeptit và threpeptit,

glicozid ch a nitơ, muối amon và Urea protit tự nhiên rất quý và vì vậy cần thiết
dù chỉ thay thế một phần protit tự nhiên b ng các amid-nhưng chất điều chế từ
nguyên liệu khoáng và đ c trưng bởi giá trị tương đối thấp.
- Về tính kinh tế của việc s d ng Urea khi chăn nuôi c thể ví d xét theo các số
liệu sau: 1kg Urea có thể thay thế 5kg đậu lành tinh (43% ptotein tươi); 5,7kg bã
dầu lanh (38% protein tươi); 1,4kg tinh dầu lạc (52% protein tươi). Thực tế
hư ng dẫn cho động vật Urea và công th c pha chế th c ăn được mô tả trong các
tài liệu chuyên môn.
1.2.6.3. Trong công nghiệp
 Điều chế thuốc diệt cỏ
- Một số dẫn xuất của Urea có tính diệt cỏ như: diuron, fenuron, neburon...các chất
này được t ng hợp từ arilizôxianat và amin mạch thẳng tương ng. Nguyên liệu
để điều chế izô-xianat là fotgen. Tuy nhi n tính độc hại của chất này làm cho
phương pháp điều chế kém thuận lợi
 gưng t v i formaldehid.
- Được s d ng trong công nghiệp để sản xuất sơn, keo dán, chất phủ m t,chất
d o. Để sản xuất nh ng chất này ta dùng hợp chất ch a < (1mol Urea/1mol
formaldehid). Nhựa Urea-formaldehid d ng để phủ bề m t g , đồ gốm, kim loại,
vải...loại nhựa này được sản xuất ở quy mô công nghiệp theo hai phương pháp:


hương pháp một cấp: ngưng t Urea v i lượng dư formaldehid trong môi
trương axit khi c m t butonol.
17


hương 1: T ng quan về Urea


hương pháp hai cấp: ngưng t Urea v i khối lượng gần b ng tỉ lệ hợp th c

của formaldehid khi có m t butanol lúc đầu ở trong môt trường kiềm yếu, sau
đ trong môi trường axit.

 T ng hợp Melamin từ Urea
-

ách đây không xa người ta còn dùng nguyên liệu chính để sản xuất malamin là
xianamid calxi. Tuy nhiên ngày nay sản ph m tr n đã được điều chế từ nguồn
nguyên liêu r tiền hơn là Urea.

- Melamin có công th c hòa h c là

là sản ph m có giá trị cao trong sản

xuất chất d o, sơn, keo dán, mang độ bền cơ h c cao, độ bền trong nư c nóng và
trong các dung môi h u cơ, tính dẫn điện yếu và độ bền nhiệt cao:
 Trong k thuật điện: Dùng làm vật liệu cách điện, nhựa trao đ i ion.
 Trong công nghiệp dệt: Tạo vải không co ngót, không nhàu, có màu óng ánh.
 Trong công nghiệp giấy: Sản xuất giấy không thấm nư c.
 Trong công nghiệp thuộc da: làm vật liệu da giả.
 Trong công nghiệp đồ g : làm sơn, keo dán , thành phần không cháy.
 Trong y tế s c khỏe: làm thuốc sát khu n, y ph m.
 T ng hợp axitxianic từ Urea
- Các dẫn xuất của axitxianic được s d ng trong công nghiệp dệt (tạo thuốc
nhuộm có giá trị) và sản xuất chất d o, keo dán, chất kìm hãm ăn m n, pha th m
vào dầu bôi trơn, chất làm sóng kính quang h c thiết bị kh khí độc...Ví d như:
 Threclor xianic axit thu được từ axitxianic là chất t y trắng và r a đối v i các
loại vải t ng hợp.
 Tr n cơ sở threglisidilizoxianat thu được nhựa epoxid mác E5010 không bị lão
hóa trong không khí ở các nhiệt độ cao và thấp, được s d ng làm vật liệu

cách điện, che phủ săm lốp ôtô, điều chế keo dán đ c biệt, chất d o...
- Tất cả các phương pháp công nghiệp sản xuất axitxianic dựa trên phản ng nhiệt
phân Urea theo phương trình t ng quát sau:

-

ơ chế phản ng tr n là đi qua nhiều chất trung gian (biuret, tribuiret). M t khác
cùng v i phản ng chính còn di n ra nhiều phản ng ph tạo ammelid và
ammelin.
18


hương 1: T ng quan về Urea
 S d ng Urea để tách h n hợp các chất h u cơ
- Urea có khả năng tạo ph c chất rắn v i một số chất h u cơ n n n được s d ng
để phân tách h n hợp các chât h u cơ ấy. Trong công nghiệp dầu mỏ, Urea được
d ng để tách cacbuahydro mạch thẳng ra khỏi các nhóm nguyên liệu dầu mỏ.
gười ta thực hiện b ng cách đưa Urea vào h n hợp lỏng của cacbuahydro, khi
đ các ph c chất rắn tạo thành, kết tủa và bị tách ra khỏi h n hợp. hương pháp
này s d ng khi điều chế dầu bôi trơn đậm đ c, không qua làm lạnh. H n hợp
các chất mạch thẳng thu được trong quá trình này s d ng điều chế sáp và nâng
cao độ xetan của nhiên liệu diesel.
-

gười ta cũng d ng Urea để phân tách axit béo. Khả năng s d ng Urea đối v i
m c đích này được quy định bởi tính d liên kết của các axit béo tự do v i nó.
hương pháp tr n thường được d ng để tách các axit này ra khỏi các loại mỡ của
dãy béo, axit béo trùng hợp và một số chất khó tạo thành ph c chất, ngoài ra nó
c n d ng để phân tách h n hợp axit béo v i este, rượu và các dung môi khác.

-

hương pháp tách tương tự được s d ng đối v i các h n hợp ch a các loại
rượu, nitril, este khác nhau và cả các chất đồng phân quang h c, các ph c chất
của Urea c n được s d ng để bảo quản các hợp chất h u cơ.

1.2.6.4. Trong công nghiệp dược ph m và y tế
-

gười ta cho r ng Urea thể hiện tác động tích cực đối v i biểu mô thận và vì vậy
n được s d ng v i m c đích nội khoa. Urea không độc đối v i các mô thần
kinh và cơ bắp nên thể hiện mình như là một amid ch không giống như dẫn xuất
của axitcianat.

- Ngoài ra Urea rất hiệu quả khi ch a các vết nhi m trùng (ch lở lo t) và được
dùng dể t m vải ho c rắc trực tiếp vào vết thương. Đ c biệt Urea được s d ng
rộng rãi trong sản xuất thuốc ngủ và giảm đau (ureid) khối lượng của chúng đến
hàng trăm loại nhưng chỉ một phần trong đ được s d ng. Trong y h c các hợp
chất của Urea v i các axit xalixil ho c axetilxalixil và các muối của các kim loại
kiềm th (bromid, iodid calxi, bromid stronti...) được d ng để sản xuất thuốc.
1.2.7.
1.2.7.1. Tình hình Urea trong nư c hiện nay

19


hương 1: T ng quan về Urea
-

Hiện nay, năng lực sản xuất phân b n trong nư c đáp ng khoảng trên 80% nhu

cầu s d ng phân vô cơ của Việt Nam. M c dù, nguồn cung dồi dào, song trên
thực tế, các doanh nghiệp Việt

am đang phải đối m t v i nhiều thách th c l n

trong việc điều tiết thị trường. Bên cạnh đ , các yếu tố khác như giá cả, chất
lượng phân bón cũng đang là nh ng tồn đ ng l n của ngành công nghiệp này.
 Doanh nghiệp nội làm chủ thị trường
- V i khoảng 500 cơ sở sản xuất, t ng sản lượng sản xuất hàng năm đạt tr n 8 triệu
tấn các loại, phân b n của các doanh nghiệp Việt am được đánh giá là đáp ng
gần đủ nhu cầu của thị trường.
-

ăng lực sản xuất một số loại phân b n chính (Urea,

, lân) đã đáp ng đủ

nhu cầu ti u d ng trong nư c. Đ c biệt v i phân Urea, sản lượng nhiều khiến các
doanh nghiệp đang tính đến khả năng xuất kh u. Tính đến thời điểm hiện tại,
năng lực sản xuất phân Urea trong nư c là 2,34 triệu tấn năm, bao gồm: Đạm
hú

ỹ 800.000 tấn, Đạm à

inh ình 560.000 tấn.

au 800.000 tấn, Đạm

à ắc 180.000 tấn, Đạm

ự kiến cuối năm 2014, Đạm

à ắc nâng công suất từ

180.000 tấn l n 500.000 tấn năm, cả nư c s c 2,660 triệu tấn năm.

hư vậy,

cuối năm 2014, theo dự báo, sản lượng Urea sản xuất trong nư c s dư thừa ít
nhất 400.000 tấn.

o vậy, việc hư ng đến xuất kh u phân đạm là điều tất yếu.

gay trong tháng 1 2014,

ông ty c phần Supe phốt phát và

a chất

âm

Thao đã xuất kh u được 8.000 tấn phân b n sang thị trường hật ản.
- Theo số liệu từ

ộ

ông nghiệp và hát triển nông thôn, năm 2014, nhu cầu

phân b n các loại của cả nư c khoảng 11 triệu tấn, tăng hơn m c 10,3 triệu tấn
năm 2013. Trong đ , nhu cầu phân Urea khoảng 2,2 triệu tấn, phân

900.000 tấn, phân

khoảng

khoảng 4 triệu tấn... V i sản lượng 8 triệu tấn phân b n

các loại, doanh nghiệp trong nư c đã chủ động được gần 80% nhu cầu.

thể

n i, các doanh nghiệp nội sản xuất phân b n hiện đang làm chủ thị trường trong
nư c khi tạo ra được một nguồn cung dồi dào, thậm chí c n dư thừa để xuất
kh u. Đây được coi là một lợi thế của các doanh nghiệp nội trong cuộc cạnh
tranh v i doanh nghiệp ngoại đang tìm cách xâm nhập vào thị trường Việt am.
 h khăn về giá

20


hương 1: T ng quan về Urea
- Giá phân b n trong nư c đang c xu hư ng giảm do giá phân b n thế gi i giảm.
ượng phân b n nhập kh u tăng do Trung

uốc giảm thuế xuất kh u xuống c n

2%. Trong khi nhu cầu ti u th phân b n đạt m c thấp do ảnh hưởng của thời tiết
xấu tại nhiều địa phương.
- Từ năm 2013, giá phân b n trong nư c đã giảm mạnh, trung bình từ 17 - 20%,
thậm chí c loại phân b n giảm t i 30%.

ăm 2014, tình trạng này chưa c dấu

hiệu được cải thiện khi giá nông sản trong nư c vẫn ở m c thấp và nguồn cung
phân b n tiếp t c xu hư ng tăng.
- Theo dự báo của

iệp hội hân b n Việt

am (

V), năm 2014, các doanh

nghiệp phân b n trong nư c g p kh khăn hơn rất nhiều vì
máy Urea m i tại

ỹ đã xây dựng nhà

akota và mở rộng nhà máy sản xuất Urea Solagan v i t ng

công suất hai nhà máy l n 1,6 triệu tấn năm. ác nhà máy phân b n Urea hợp tác
gi a Sonartach

và Sorfert

lgeria c sản ph m 1,3 triệu tấn năm.

n cạnh

đ , nhiều nhà máy ở ắc hi và Trung Đông thay thế một loạt công nghệ m i và
mở rộng năng suất th m 2 triệu tấn. o hiệu quả của công nghệ m i n n giá Urea

ở hai khu vực này dự kiến s r hơn từ 70 - 120 US

tấn so v i các loại Urea sản

xuất b ng công nghệ cũ. Trong khi đ , năng lực sản xuất phân kali đang phát
triển mạnh ở anada,

ga, elarus,

rgentina, Trung

uốc, Jordan, ào v i sản

lượng tăng th m khoảng 14 triệu tấn năm trong năm 2014.
-

ự báo từ nay đến cuối năm, giá phân b n các loại đều không tăng, thậm chí c
xu hư ng giảm dần vào năm 2015 do tr n thị trường hiện rất đa dạng các loại
phân b n vô cơ, phân b n h u cơ,

chất lượng cao. Th m vào đ , xu hư ng

thế gi i đang c xu thế tăng cường s d ng phân b n

khoáng thi n nhi n và

phân h u cơ chất lượng cao thay thế dần phân h a h c đang phát triển mạnh như
công nghệ hitech, công nghệ nano, công nghệ tháp cao, công nghệ emzyme, công
nghệ sinh h c, công nghệ phân t n n giá thành sản ph m các loại phân b n này
rất r , s k o theo các loại phân h a h c khác giảm giá mạnh.

o đ , các sản

ph m phân b n h a h c độc hại, gây ảnh hưởng l n t i s c khỏe và môi trường
tại Việt

am, về lâu dài, nếu không cải tiến và đ i m i công nghệ s bị mất thị

phần, thậm chí c nguy cơ phải đ ng c a.


ột số kết quả thống k tình hình phân b n trong nư c
21


hương 1: T ng quan về Urea
-

ắm gi di n tích canh tác l n nhất, đ c biệt là canh tác lúa nên không bất ngờ
khi khu vực miền

am là thị truờng l n nhất cho ngành phân b n.

n cạnh nhu

cầu trong nu c,việc xuất kh u các sản ph m nông nghiệp cũng khiến nguời bán
chú ý hơn dến chất lượng phân b n nh m cải thiện năng suất cũng như chất
lượng sản ph m. hiều cảng xuất kh u đều tập trung ở v ng này, đ c biệt là ở tại
à ịa Vung Tàu và Tp ồ hí

inh, n n nhu cầu phân b n xuất kh u cũng cao

hơn.
- Trong giai đoạn mà suy thoái kinh tế đã làm giảm nhu cầu của hầu hết các ngành
sản xuất kinh doanh thì ngành phân b n Việt

am vẫn c được sự tăng trưởng

trong doanh thu. Xu hư ng này là do nhu cầu phân b n nội địa n định và sự
tăng l n của diện tích canh tác.
- Trong thời kỳ cả thể gi i bị ảnh hưởng bởi suy thoái kinh tế, khi người ti u dung
ở nh ng cấp độ thu nhập khác nhau đều cắt giảm chi ti u vào nh ng sản ph m
không cần thiết và khi các t ch c kinh tế cũng thu hẹp lại hoạt động kinh doanh
của h thì m c ti u th phân b n của các nhà bán buôn, bán l hay cá nhân đều
duy trì ở m c cũ do phân b n là yếu tố tối quan tr ng cho sự sinh trưởng và phát
triển của cây trồng, điều mà rất quan tr ng đối v i việc sản xuất lương thực. Tuy
nhi n, do xu hư ng giám giá phân b n tr n toàn cầu cũng như xu hư ng tăng giá
nguy n liệu sản xuất đầu vào n n tăng trưởng doanh thu của ngành đã c phần
ch ng lại, song vẫn được duy trì khá tích cực.Tăng trưởng doanh thu trung bình
trong 4 năm qua là 17.79% năm và dự kiến s giảm xuống c n 13.8% năm trong
năm năm tiếp theo.
-

ột trong nh ng điểm đáng chú
xuất phân b n Việt

ở đây là, năm 2013 là năm đầu ti n ngành sản

am đã đáp

ng được đủ nhu cầu phân đạm trong

nư c.Thậm chí, các doanh nghiệp trong ngành c n đang tìm kiếm cơ hội để xuất
kh u ph n b n ra nư c ngoài.

22


hương 1: T ng quan về Urea

Thị trường phân b n theo khu vực
Điều này được thể hiện rõ n t qua sự gia tăng lượng phần b n xuất kh u từ 0.4
triệu tân vào năm 2009 l n 1.35 triệu tấn vào năm 2012.

h ng tín hiệu này cho

thấy nhập kh u phân b n đang c xu hư ng giảm xuống.
- Từ năm nay đến năm 2018 h a hẹn nh ng tín hiệu tích cực trong tình hình hoạt
động cũng như phát triển của ngành phân b n. Tuy nhi n, lợi nhuận của ngành
nhìn chung s tăng trưởng v i tốc độ chậm hơn do ngành hiện đang ở thời kỳ đầu
giai đoạn hậu tăng trưởng.

c d xu thế m i trong bảo về môi trưởng đã làm
23


hương 1: T ng quan về Urea
tăng nhu cầu phân b n chất lượng cao và xuất kh u phân b n s đ ng g p nhiều
hơn vào t ng doanh thu, song việc thừa cung trong sản xuất phân đạm và phốt
pho s làm giảm giá của các m t hàng này. Điều này s khiến cho tăng trưởng lợi

nhuận bị giảm.

o vậy, ngành dự kiến s đạt m c tăng trưởng lợi nhuận

15.8% năm, thấp hơn nhiều so v i m c tăng trưởng trung bình 30% năm trong
bốn năm qua.

3 hu cầu phân b n nội địa

Hinh 1.4 Sản lượng đạm cung cấp cho thị trường nội địa
1.2.7.2. Tình hình phân đạm thế gi i
- Theo Maria Blanco (2011), sản xuất phân bón của thế gi i từ năm 2002 đến 2007
tăng trung bình 3,7% năm, nhưng do năm 2008-2009 tăng trưởng âm nên kéo cả

24


hương 1: T ng quan về Urea
giai đoạn 2002-2009 sản xuất phân bón thế gi i chỉ tăng trung bình 1,7% năm.
Trong giai đoạn này, trong 3 yếu tố dinh dưỡng chính là đạm chiếm 58%, lân
24% và kali 18%. Cuối năm 2009, thị trường phân b n đã hồi ph c nhưng m i
chỉ c đạm tăng trưởng nhẹ, lân và Kali giảm. Sự s t giảm chủ yếu ở châu Âu,
Mỹ và Nga trong khi

n Độ và Trung Quốc tăng (

, 2010).

Á chiếm t tr ng l n về phân đạm và lân, trong khi đo

ăm 2009, châu

ắc Mỹ và châu Âu

chiếm t tr ng l n về kali, tuy nhi n châu Âu đang c xu hư ng giảm, châu Á
đang đầu tư n n s tăng trong thời gian t i. Trong các nư c sản xuất phân bón
chủ lực, Trung Quốc dẫn đầu chiếm 33% t ng sản lượng của thế gi i, kế đến là
Mỹ 10%,

n Độ 9% và Nga 9% (Hình 1.5). Theo IFA (2012) thì sản xuất phân

bón của thế gi i đang hồi ph c. ăm 2010 các nhà máy tr n toàn thế gi i chỉ sản
xuất 85% công suất cũng đã đủ đáp ng nhu cầu phân bón toàn cầu và tỉ lê này là
chỉ còn 82% (227 triệu tấn dinh dưỡng) trong năm 2011 (

, 11 2012).

ác

nư c đ ng g p nhiều vào t ng cung phân bón vẫn là Trung Quốc, Mỹ, Canada,
Nga và Tây Á (IFA, 2012).

5 T lệ đ ng g p của các nư c sản xuất phân bón trên thế gi i năm
2010/2011 (FAOSTAT)

25