XÁC ĐỊNH SUẤT TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG và PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH của NGÀNH sản XUẤT PHÂN bón nước TA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Vũ Thị Minh Thư

XÁC ĐỊNH SUẤT TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG VÀ PHÁT THẢI
KHÍ NHÀ KÍNH CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NƯỚC TA

Chuyên ngành :

Quản lý môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
TS. Nguyễn Thị Ánh Tuyết

Hà Nội – Năm 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------VŨ THỊ MINH THƯ

VŨ THỊ MINH THƯ

QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

XÁC ĐỊNH SUẤT TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG VÀ PHÁT THẢI

KHÍ NHÀ KÍNH CỦA NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN NƯỚC TA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

KHOÁ 2009

Hà Nội - 2012


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và chưa được công bố
trên bất kỳ tài liệu, tạp chí cũng như hội nghị nào. Những kết quả của luận văn là
hoàn toàn trung thực.

Hà Nội, ngày

tháng

Người thực hiện

Vũ Thị Minh Thư

năm 2012


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau Đại học, Viện Khoa học và Công nghệ
Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nơi tôi đã được học tập trong thời gian

qua. Tại đây, tôi đã được các thầy cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường,
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình chỉ dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu,
những kinh nghiệm học tập và nghiên cứu. Nhờ những kiến thức và kinh nghiệm tích lũy
được trong quá trình học tập tôi đã hoàn thành bản luận văn tốt nghiệp này.
Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô giáo TS.Nguyễn Thị Ánh Tuyết,
người đã định hướng và tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ công nhân viên Công ty TNHH MTV phân
đạm và hóa chất Hà Bắc, Công ty TNHH MTV DAP – Vinachem đã nhiệt tình giúp đỡ
tôi trong thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình cũng như toàn thể bạn bè đã tận
tình giúp đỡ, ủng hộ và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận
văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, Ngày tháng năm 2012

Vũ Thị Minh Thư


TỪ VIẾT TẮT...............................................................................................3
CÔNG THỨC HÓA HỌC ............................................................................3
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................4
DANH MỤC HÌNH.......................................................................................4
MỞ ĐẦU........................................................................................................6
Chương 1. TỔNG QUAN NGÀNH PHÂN BÓN VIỆT NAM ...................7
1.1. Tình hình sản xuất và hướng phát triển của ngành phân bón trong nước .......7
1.2. Công nghệ sản xuất phân bón tại Việt Nam ................................................ 11
1.2.1. Công nghệ sản xuất phân Đạm............................................................ 11
1.2.2. Công nghệ sản xuất phân Diamonphosphat ( DAP)............................ 16
1.2.3. Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy............................................. 19
1.3. Tình hình sản xuất phân bón trên thế giới và phát thải KNK của ngành ...... 22

1.3.1. Tình hình cung cầu, công nghệ sản xuất và tiêu thụ năng lượng ngành
sản xuất phân bón ......................................................................................... 22
1.3.2. Phát thải KNK ngành sản xuất phân bón............................................ 25
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP LUẬN KIỂM KÊ KHÍ NHÀ KÍNH TỪ HOẠT
ĐỘNG SẢN XUẤT PHÂN BÓN ................................................................29
2.1.

Phương pháp luận và nguồn số liệu kiểm kê phát thải KNK của lĩnh

vực sản xuất phân đạm ................................................................................... 30
2.1.1.

Phương pháp luận .......................................................................... 30

2.1.2.

Nguồn số liệu và các hệ số.............................................................. 34

2.2

Phương pháp luận và nguồn số liệu kiểm kê phát thải KNK của lĩnh vực

sản xuất phân DAP............................................................................................ 37
2.2.1.

Phương pháp luận .......................................................................... 37

2.2.2.

Nguồn số liệu và các hệ số.............................................................. 39

CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG TÍNH VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHÁT THẢI KHÍ NHÀ
KÍNH NGÀNH SẢN XUẤT PHÂN BÓN VIỆT NAM..............................41
3.1. Áp dụng tính............................................................................................... 41
3.2.

Kết quả kiểm kê KNK ngành phân bón và bàn luận .............................. 47

1


CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ
KÍNH ...........................................................................................................51
4.1. Xu hướng công nghệ giảm thiểu khí nhà kính............................................. 51
4.1.1. Áp dụng kỹ thuật thu giữ CO2 - CCS.................................................... 51
4.1.2. Thay đổi cơ cấu sử dụng nguyên liệu................................................... 52
4.1.3. Cải tiến công nghệ, sử dụng năng lượng hiệu quả ............................... 53
4.1.4. Quy mô sản xuất.................................................................................. 53
4.2. Đề xuất các biện pháp giảm phát thải khí CO2 ........................................... 53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................59
PHỤ LỤC ....................................................................................................61

2


TỪ VIẾT TẮT
BAT

Công nghệ sản xuất tốt nhất

BĐKH

Biến đổi khí hậu

CCS

Thu gom và cất giữ Cacbon

CRU

Cơ quan nghiên cứu hàng hóa

CP

Cổ phần

EEA

Cơ quan Môi trường châu Âu

EMEP

Chương trình đánh giá và giám sát Châu Âu

EFMA

Hiệp hội Phân bón châu âu

FERTECON

Tư vấn và Phân tích thị trường phân bón

IPCC

Ủy ban liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu

IFA

Hiệp hội phân bón quốc tế

GERIAP

Giảm phát khí thải nhà kính trong công nghiệp khu vực
châu Á - Thái Bình Dương

KNK

Khí nhà kính

NN&PTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn

NPK

Phân Nitơ, phốt pho, kali

TNHH MTV

Trách nhiệm hữu hạn một thành viên

Vinachem

Tập đoàn hóa chất Việt Nam

CÔNG THỨC HÓA HỌC
DAP

(NH4)2HPO4

MAP

(NH4)H2PO4

SA

(NH4)2SO4

3


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1

Công suất thiết kế các nhà máy phân bón chính tại Việt Nam ............ 10

Bảng 1.2

Tổng nguồn cung phân bón tự sản xuất trong nước và dự kiến xuất

khẩu của một số loại phân của Việt Nam từ năm 2012........................................... 11
Bảng 1.3

Mức phát thải của nhiên liệu hóa thạch .............................................. 26

Bảng 1.4.

So sánh các công nghệ BAT tổng hợp amoniac.................................. 27

Bảng 1.5 So sánh công nghệ BAT tổng hợp amoniac với một số quốc gia ........... 27
Bảng 2.1. Bảng lựa chọn kiểm kê phát thải CO2 từ sản xuất amoniac .................... 34
Bảng 2.2.

Tổng tiêu thụ nhiên liệu mặc định (nhiên liệu + nguyên liệu) và các hệ

số phát thải của sản xuất amoniac .......................................................................... 35
Bảng 2.3

Thành phần hóa học của quặng photphat apatit I Lào Cai .................. 39

(% khối lượng) ...................................................................................................... 39
Bảng 3.1 . Thống kê số liệu sản xuất phân đạm và phân DAP............................... 42
Bảng 3.2

Kiểm kê phát thải CO2 của lĩnh vực sản xuất amoniac theo Tier 2 . 44

Bảng 3.3

Kiểm kê phát thải CO2 của lĩnh vực sản xuất amoniac theo Tier 1 . 46

Bảng 3.4.

Kiểm kê phát thải CO2 của lĩnh vực sản xuất axit phốtphoric............. 47

Bảng 3.5.

Kết quả tổng phát thải KNK của ngành sản xuất phân bón (gồm nhà

máy đạm và DAP) ................................................................................................. 47
Bảng 3.6. Mức phát thải cơ sở từ sản xuất phân đạm và phân DAP Việt Nam ....... 49
Bảng 4.1. Các phương pháp tiết kiệm năng lượng tại công đoạn tổng hợp amoniac
.............................................................................................................................. 56

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1.

Sản lượng một số loại phân bón chính sản xuất tại Việt Nam...............7

Hình 1.2.

Nhu cầu phân bón của Việt Nam năm 2012 .........................................9

4


Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ than ........................... 13
Hình 1.4.

Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên ........ 13

Hình 1.5.

Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân DAP .................................. 18

Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân lân nung chảy ........................ 20
Hình 1.7. Tiêu thụ phân bón tại một số quốc gia chính trên thế giới..................... 22
năm 2010 -2012 (IFA, 2010) ................................................................................. 22
Hình 1.8. Ứng dụng của axit phốtphoric trong sản xuất phân bón (Nguồn: Fertecon,
CRU) ..................................................................................................................... 24
Hình 1.9. Sản lượng amoniac toàn cầu theo nguyên liệu, 2007 (Nguồn: IFA 2008)
.............................................................................................................................. 24

5


MỞ ĐẦU
Phát thải KNK đang là mối đe dọa môi trường toàn cầu và gây tác động tiêu
cực tại một số quốc gia trong đó có Việt Nam. Chính vì vậy, tuy không đóng góp
nhiều vào lượng phát thải KNK thế giới, nhưng chính phủ Việt Nam đã có những
hành động triển khai ứng phó đối với biến đổi khí hậu toàn cầu, bao gồm cả việc
thực hiện kiểm kê KNK theo các giai đoạn yêu cầu đối với các lĩnh vực sản xuất
trong nước. Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, phân bón đang là một trong
những ngành trọng điểm của Việt Nam, điều này có nghĩa phát thải từ hoạt động
sản xuất phân bón trong nước sẽ gia tăng, đóng góp vào tổng phát thải KNK quốc
gia.
Chiếm tỷ trọng lớn về sản lượng và tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trong số các
loại phân bón, sản xuất phân đạm và phân DAP tại Việt Nam được xem là hai lĩnh
vực chính làm phát sinh nhiều KNK, đặc biệt là CO2. Luận văn kiểm kê phát thải
KNK ngành phân bón và mức phát thải cơ sở của ngành trên cơ sở kiểm kê phát

thải KNK của hai lĩnh vực sản xuất phân đạm (liên quan tới sản xuất NH3) và phân
DAP (liên quan tới axit H3PO4). Các nội dung chính luận văn đã thực hiện gồm:
-

Tìm hiểu phương pháp luận phù hợp và nguồn số liệu tính phát

thải KNK của các lĩnh vực sản xuất phân bón trọng điểm
-

Áp dụng tính phát thải KNK cho các nhà máy sản xuất phân

đạm và phân DAP trong nước, từ đó xây dựng mức phát thải cơ sở ngành
-

Đề xuất xu hướng công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng

năng lượng và giảm phát thải KNK trong ngành sản xuất phân bón Việt Nam
Kết quả có thể được sử dụng trực tiếp cho kiểm kê KNK quốc gia và gián tiếp
ảnh hưởng tới xu hướng phát triển mục tiêu giảm thiểu các tác động của biến đổi
khí hậu và hướng tới một nền kinh tế cacbon thấp phục vụ phát triển bền vững.

6


Chương 1.
TỔNG QUAN NGÀNH PHÂN BÓN VIỆT NAM
1.1. Tình hình sản xuất và hướng phát triển của ngành phân bón trong nước
Phân bón tuy là một trong những ngành công nghiệp hóa chất trọng điểm, tính
đến hết năm 2011, sản xuất phân bón Việt Nam vẫn được đánh giá là ngành có quy
mô nhỏ về cả số lượng doanh nghiệp (chiếm 76% là doanh nghiệp quy mô nhỏ) và

tổng tài sản (chưa đến 50 tỷ đồng). Các doanh nghiệp Phân bón Việt Nam hiện tại
mới chỉ sản xuất được bốn loại chính là Đạm (ure - (NH2)2CO), NPK, Lân và DAP
trong khi Kali và SA phải nhập khẩu hoàn toàn. Theo số liệu năm 2010 của Bộ
NN&PTNT, sản xuất phân bón trong nước đạt khoảng 6,6 triệu tấn các loại, trong
đó các loại phân chính là phân đạm 1 triệu tấn, phân lân 1,7 triệu tấn, NPK khoảng
3,7 triệu tấn và DAP khoảng 0,3 triệu tấn. Ngoài ra, chiếm một tỷ lệ nhỏ là các loại
phân supe lân, phân vi sinh…

vC g Nguồn: Báo cáo tháng 2 năm 2011 – Bộ NN & PTNT

Hình 1.1.Sản lượng một số loại phân bón chính sản xuất tại Việt Nam

7


Sản xuất phân bón tại Việt Nam được đánh giá có mức độ tập trung cao,
phân bố chủ yếu ở một số ít doanh nghiệp lớn. Hai trong số các doanh nghiệp chiếm
phần lớn thị phần của ngành nổi bật là Tổng Công ty (c/ty) Phân bón - Hóa chất
Dầu khí và Tập đoàn hóa chất Việt Nam (Vinachem) [Error! Reference source not
found.]. Các loại phân bón chính được sản xuất ở trong nước tập trung vào bốn loại
phân bón chính bao gồm phân đạm, phân DAP, phân lân nung chảy và NPK.
Với lĩnh vực sản xuất phân đạm, tính đến năm 2011, cả nước có duy nhất 2
doanh nghiệp sản xuất phâm đạm là nhà máy Đạm Phú Mỹ (Đạm Phú Mỹ) công
suất 800.000 tấn đạm/năm, chiếm 80% sản lượng đạm sản xuất trong nước. Và một
doanh nghiệp lâu năm khác là c/ty TNHH MTV Phân Đạm và Hóa chất Hà Bắc
(Đạm Hà Bắc) công suất 170.000 tấn đạm/năm, chiếm 20%. Hiện cả hai nhà máy
này có khả năng đáp ứng được 50% nhu cầu đạm trong nước
Với lĩnh vực sản xuất phân DAP, của Việt Nam hiện có duy nhất C/ty TNHH
MTV DAP Vinachem ở Hải Phòng sản xuất phân bón DAP có công suất 330.000
tấn/năm. Và trong thời gian tới nhà máy sản xuất phân bón cao cấp DAP số 2 Tằng

Lỏng-Lào Cai có công suất 330.000 tấn/năm mới đưa vào hoạt động bảo đảm đáp
ứng đủ nhu cầu phân bón DAP trong nước (mỗi năm khoảng 700.000 tấn), không
phải nhập khẩu từ bên ngoài.
Bên cạnh đó, lĩnh vực sản xuất phân lân nung chảy, khi so với hai loại phân
bón trên, phân lân nung chảy ít phổ biến trên thế giới bởi đặc trưng công nghệ sản
xuất và nguyên liệu sử dụng. Tại Việt Nam, có 3 đơn vị sản xuất bao gồm C/ty CP
Phân lân nung chảy Văn Điển, C/ty CP Phân lân Ninh Bình và C/ty Supe Phốt phát
và Hóa chất Lâm thao mỗi đơn vị có công suất 300.000 tấn/năm. Năng lực sản xuất
phân lân của Việt Nam đã đáp ứng được phần lớn nhu cầu tiêu dùng trong nước.
Riêng với với lĩnh vực sản xuất phân NPK phối trộn, cả nước hiện có 10 đơn
vị thành viên của Vinachem có năng lực sản xuất khoảng trên 2 triệu tấn NPK, trên
1 triệu tấn còn lại được sản xuất bởi gần 40 doanh nghiệp khác.

8


Dự kiến trong gian đoạn hiện tại và sắp tới, dự báo của Bộ NN & PTNT cho
biết nhu cầu phân bón các loại của cả nước trong năm 2012 vào khoảng 9,8 triệu tấn

(
Hình 1.2). Trong đó phân đạm 2 triệu tấn, DAP 950.000 tấn, phân NPK 3,5
triệu tấn, phân lân các loại 1,8 triệu tấn. Trong khi đó, khả năng sản xuất trong nước
là 7,25 triệu tấn phân bón các loại và chỉ còn phải nhập thêm phân SA, kali, DAP.

Hình 1.2. Nhu cầu phân bón của Việt Nam năm 2012
Trong thời gian gần đây và sắp tới, thị trường phân bón có nhiều thay đổi quan
trọng: Nhà máy Đạm Cà Mau công suất 800.000 tấn/năm thuộc Tập đoàn dầu khí
Việt Nam đã hoàn thành vào cuối năm 2011. Tiếp đó, tháng 7 năm 2012, sản phẩm
phân đạm của Nhà máy Đạm Ninh Bình công suất 560.000 tấn/năm thuộc
Vinachem sẽ có mặt trên thị trường. Và một số dự án triển khai trong tương lai

trong đó có Nhà máy Đạm Công Thanh (Thanh Hóa) công suất 560.000 tấn/năm dự
kiến sẽ động thổ vào cuối năm nay; và chương trình nâng công suất của C/ty TNHH
MTV Phân Đạm và Hóa chất Hà Bắc lên 500.000 tấn/năm dự kiến sẽ hoàn thành
vào năm 2014.

9


Bảng 1.1

Công suất thiết kế các nhà máy phân bón chính tại Việt Nam

Dự án

Sản phẩm

Công suất

Tình trạng

(tấn/năm)
Nhà máy đạm Phú Mỹ

Phân đạm

800.000

Đang hoạt động

C/ty TNHH MTV Phân Đạm

Phân đạm

170.000

Đang hoạt động

và Hóa chất Hà Bắc

Phân đạm

500.000

Dự kiến 2014

Nhà máy đạm Cà Mau

Phân đạm

800.000

Tháng 11/2011

Nhà máy đạm Ninh Bình

Phân đạm

560.000

Tháng 7/2012

Nhà máy Đạm Công Thanh

Phân đạm

560.000

Đang triển khai

Phân DAP

330.000

Tháng 11/2008

Phân DAP

330.000

Đang triển khai

(nâng công suất)

(Thanh Hóa)
C/ty TNHH MTV DAP –
Vinachem (Hải Phòng)
Nhà máy DAP số 2 (Lào Cai)

Nguồn: Hiệp hội Phân bón Việt Nam, website: congthanhgroup.com
Qua đánh giá và thống kê về tình hình sản xuất, như vậy ngành phân bón Việt

Nam về cơ bản từ năm 2012 đã có thể chủ động nguồn cung ứng trong nước các
nguồn phân đạm, phân lân nung chảy, DAP và bắt đầu xuất khẩu. Trong giai đoạn
2012 - 2014 sản lượng phân đạm sẽ tiếp tục tăng mạnh, từ năm 2015 có thể đạt 3,2
triệu tấn đạm/năm, gấp gần 3,3 lần so với hiện nay.

10


Bảng 1.2

Tổng nguồn cung phân bón tự sản xuất trong nước và dự

kiến xuất khẩu của một số loại phân của Việt Nam từ năm 2012
Loại phân

Tổng cung

Đáp ứng nhu cầu

Xuất khẩu

(nghìn tấn)

trong nước

(nghìn tấn)

Phân đạm

2.660

100%

1.000 – 1.500

Phân lân nung chảy

1.000

100%

150 – 250

700 - 800

100%

100 - 200

Phân DAP

Nguồn: Hiệp hội Phân bón Việt Nam, 2011
Trong thời gian tới, để phù hợp với định hướng phát triển, tận dụng tài nguyên
và đáp ứng nhu cầu trong nước, các dự án đầu tư và nâng công suất nhà máy sản
xuất phân bón tại Việt Nam đang gia tăng, đặc biệt trong đó có các nhà máy sản
xuất phân đạm, nhà máy DAP.
1.2. Công nghệ sản xuất phân bón tại Việt Nam
Dựa trên tình hình và năng lực sản xuất phân bón trong nước, phần trình bày
dưới đây tập trung chủ yếu vào công nghệ sản xuất ba loại phân chiếm tỷ trọng lớn
tại Việt Nam. Trong đó, riêng với sản xuất phân NPK chỉ là phương pháp phối trộn

các phân N, K, P tạo hỗn hợp do đó công nghệ sản xuất đơn giản không trình bày
đưới đây.
1.2.1. Công nghệ sản xuất phân Đạm
Tại Việt Nam, các nhà máy phân đạm mới (Đạm Phú Mỹ, Đạm Cà Mau) và
đang được xây dựng đều áp dụng quy trình công nghệ tổng hợp amoniac của hãng
Haldor Topsoe - là công nghệ sản xuất amoniac có mức tiêu hao năng lượng thấp,
có thể đi từ các loại nguyên liệu hyđrocacbon khác nhau: khí thiên nhiên, naphta
nặng, than đá. Trong khi đó công nghệ sản xuất phân đạm từ than cám theo công
nghệ của Trung Quốc đã áp dụng từ năm 1960 (tại Đạm Hà Bắc) và phản ứng tổng
hợp vẫn phải sử dụng nhiệt độ và áp suất cao.

11


Quá trình sản xuất phân đạm/tổng hợp amoniac từ các nguyên liệu thô ban đầu
(khí thiên nhiên, than, naptha…) quy mô công nghiệp về cơ bản giống nhau, chỉ
khác nhau quá trình tạo khí nguyên liệu (khí tổng hợp - syngas) ban đầu.
Có 3 phương pháp để sản xuất khí tổng hợp từ khí tự nhiên, các sản phẩm
dầu hay than đá đó là :
-

Reforming khí tự nhiên và các hydrocacbon bằng hơi nước:
Là quá trình có sử dụng xúc tác và tận dụng hơi nước làm môi chất.

-

Oxy hóa phân đoạn hydrocacbon nặng:
Là quá trình trong đó chất phản ứng là oxy hay không khí mà không sử dụng

xúc tác.

-

Oxy hóa phân đoạn (khí hóa) than đá
Đặc điểm cơ bản của các công nghệ hiện đại là sử dụng áp suất khí hóa cao.

Việc sử dụng công nghệ nào là thích hợp phụ thuộc vào nguyên liệu thô.
Dưới đây là công nghệ tổng quát tổng hợp amoniac từ hai nguồn nguyên liệu
chính là than và khí thiên nhiên hiện đang được áp dụng tại Việt Nam và trên thế
giới:

12


Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ than

Hình 1.4.

Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân đạm từ khí thiên nhiên

Các bước trong quy trình sản xuất phân đạm/tổng hợp amoniac quy mô công
nghiệp gồm một số bước chính như sau:
1. Ðiều chế hỗn hợp khí nguyên liệu
Trong trường hợp nguyên liệu là khí thiên nhiên: Có 2 quá trình reforming
chính:
1 . Quá trình reforming sơ cấp:
Chuyển hóa CH4 thành CO2, CO, và H2 có mặt chất xúc tác.
Quá trình chỉ có 30 ÷ 40% CH4 nguyên liệu chuyển hóa
2 . Quá trình reforming thứ cấp:

13

Chuyển hóa CH4 nguyên liệu còn lại thành CO2, CO.
Để thực hiện điều này, một lượng không khí hay oxy được đưa vào hỗn hợp
khí- hơi nước. Công nghệ này gọi là quá trình reforming tự nhiệt (autothermalreforming).
Khí thiên nhiên (chủ yếu chứa metan CH4) được chuyển hóa bằng hơi nước
hoặc oxi theo các phản ứng:
CH4 + H2O

CO + 3H2

CH4 + 1/2 O2

CO + 2H2

Khí CO tạo thành được chuyển hóa tiếp thành hydro và CO2:
CO + H2O

CO2 + H2

Tùy theo chất oxi hóa sử dụng mà trong công nghiệp có 3 loại công nghệ
chuyển hóa:
- Chuyển hóa bằng hơi nước có xúc tác.
- Chuyển hóa bằng hơi nước và oxi có xúc tác.
- Chuyển hóa không có xúc tác bằng oxi hay không khí giàu oxi.
Trong trường hợp nguyên liệu là than đá: Về nguyên tắc, khí hóa than để điều
chế syngas cũng tương tự. Nếu coi trong than chỉ chủ yếu chứa cacbon và không
tính đến các thành phần tạp chất khác thì quá trình khí hóa được coi như gồm các
phản ứng chính sau:
C + O2

CO2

C + CO2

2CO

C + H2 O

CO + H2

C + 2H2

CH4

CO + 3H2

CH4 + H2O

CO + H2O

CO2 + H2

Kết thúc quá trình chuyển hóa, thu được hỗn hợp khí N2 + H2 có lẫn khí CO2
và một ít CO, CH4.
2. Làm sạch khí

14

Trước khi tổng hợp NH3, hỗn hợp khí N2 + H2 điều chế được phải được cho qua
hệ thống làm sạch khí để loại các tạp chất (H2S, CO2, CO...) có hại đến hệ xúc tác.
Quá trình tách khí CO2 và H2S được thực hiện bằng cách rửa bằng nước ở áp suất
cao.
Hiện các nhà máy sản xuất phân đạm đều áp dụng công nghệ thu hồi CO2.
Phương pháp hiện đang áp dụng tại Việt Nam là phương pháp hấp thụ hóa học –
công nghệ sử dụng dung dịch MEA (mono ethanol amin: OH – CH2 – CH2 – NH2
viết tắt là RNH2) hấp thụ CO2.
Cơ chế phản ứng như sau:
R-NH2 + CO2 + H2O

R-NH3-HCO3 + Q

Khi gia nhiệt tái sinh, CO2 thoát khỏi dung dịch theo phản ứng sau:
R-NH3-HCO3

R-NH2 + CO2

3. Nén khí
Dùng các máy nén công suất lớn để tạo đủ áp suất cần thiết cho hỗn hợp khí
trong hệ thống tổng hợp amoniac
4. Tổng hợp amoniac
Tổng hợp NH3 theo phản ứng:
3 H2 + N2

2 NH3

Dựa vào áp suất sử dụng, người ta chia làm 3 loại hệ thống tổng hợp amoniac:
- Hệ thống làm việc ở áp suất thấp 100- 160 atm.
- Hệ thống làm việc ở áp suất trung bình 250 - 360 atm.

- Hệ thống làm việc ở áp suất cao 450 -1000 atm.
Tháp tổng hợp amoniac sử dụng hệ thống áp suất trung bình là thông dụng
nhất. Dưới đây sẽ trình bày sơ lược công nghệ tổng hợp amoniac điển hình nhất là
Công nghệ Haldor Topsoe.
Mô tả quy trình Haldor Topsoe:
Nguyên liệu khí (hoặc hyđrocacbon nói chung) được tách lưu huỳnh, sau đó
được phối trộn với hơi nước và được chuyển hóa thành khí tổng hợp trong thiết bị
cracking bằng hơi nước. Thiết bị reforming bao gồm một thiết bị reforming sơ bộ

15


(đây là thiết bị tùy chọn, nhưng đặc biệt có ích khi sử dụng nguyên liệu hyđrocacbon
cao hoặc naphta), một thiết bị reforming ống đốt và một thiết bị reforming thứ cấp.
Khí công nghệ được nạp vào thiết bị reforming thứ cấp này. Thiết bị reforming bằng
hơi nước, với thiết kế kiểu ống, là thiết bị theo thiết kế đốt thành bên đã được Công ty
Topsoe đăng ký sáng chế. Sau công đoạn reforming, khí tổng hợp sẽ đi qua các công
đoạn chuyển hóa shift nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp, công đoạn tách CO2 và metan
hóa.
Khí tổng hợp được nén đến áp suất cần thiết, sau đó được chuyển hóa thành
amoniac trong công đoạn tổng hợp với các thiết bị tổng hợp. Các thiết bị tổng hợp
này có các tầng đệm xúc tác (S - 200, S – 250 hoặc S- 300). Sản phẩm amoniac
được ngưng tụ (hóa lỏng) và tách bằng cách làm lạnh. Tất cả các chất xúc tác sử
dụng trong các bước phản ứng xúc tác của quy trình đều do Topsoe cung cấp.
5. Tổng hợp đạm
Đây là công đoạn cuối cùng để sản xuất phân đạm. Khí CO2 thu hồi được ở
công đoạn tinh chế được nén bằng máy nén khí 5 cấp đạt áp suất 200 atm và NH3 ở
công đoạn tổng hợp NH3 được bơm cao áp đưa lên áp suất 200 atm đưa vào tháp
tổng hợp đạm.
2NH3 + CO2

NH2CONH2 + H2O + Q

Sau phản ứng tạo đạm NH2CONH2 = (NH2)2CO đưa sang cô đặc để đạt nồng
độ đạm 99,5% thì đưa đi tạo hạt.
1.2.2. Công nghệ sản xuất phân Diamonphosphat ( DAP)
Sản xuất DAP (áp dụng tại C/ty TNHH MTV DAP - Vinachem) đi từ
nguyên liệu quặng apatit dựa trên công nghệ của các nước tiên tiến, sản phẩm đạt
chất lượng cao, ít tiêu hao năng lượng, ít chất thải. Quy trình sản xuất DAP được
hình thành từ 3 dây chuyền sản xuất thành phần với các công nghệ sau:
-

Công nghệ sản xuất axít sunfuríc, Mecs – Mỹ

-

Công nghệ sản xuất axít phốtphoric, Prayon – Bỉ

- Công nghệ sản xuất DAP, Incro - Tây Ban Nha
Phân bón DAP có công thức hoá học: (NH4)2HPO4

16


Nguồn nguyên liệu chính để sản xuất DAP là: Quặng Apatit (quặng photphat),
axit phốtphoric, amoniac
Trong quá trình sản xuất axít phốtphoric bằng phương pháp ướt (wet process),
axít phốtphoric được tạo ra từ phản ứng giữa axit sunfuric với quặng apatit. Quặng
apatit được sử dụng là quặng tuyển. Phản ứng xảy ra giữa canxi trong quặng apatit
với a xít sunfuric để tạo ra canxi sunfat (CaSO4) gọi là gyps . Phương trình phản ứng

được thể hiện dưới đây:
3 Ca3(PO4)2.CaF2 + 10 H2SO4 + n H2O  6 H3PO4 + 10 CaSO4. nH2O + 2HF
Gyps được tách ra khỏi hỗn hợp bằng lọc và thu được axit phốtphoric loãng.
Canxi sunfat (gyps) tùy thuộc vào lượng nước kết hợp, có 3 dạng: khan nước, ngậm
1/2 nước và ngậm 2 nước. Dạng CaSO4 và nồng độ H3PO4 thay đổi theo điều kiện
phân hủy quặng phốt phát bằng axit H2SO4. Vì vậy quá trình sản xuất axit H3PO4
chia làm 5 loại:
-

Quá trình khan nước

-

Quá trình ngậm 1/2 phân tử nước (Hemi hydrat)

-

Quá trình ngậm 2 phân tử nước (Dihydrat)

-

Quá trình Hemi- Dihydrat

-

Quá trình Di - Hemi hydrat
Phương pháp sản xuất axit phốtphoric hiện Việt Nam đang áp dụng là công

nghệ DPP - Dihydrat Prayon Process phù hợp với chất lượng quặng apatit của Việt
Nam, đảm bảo chất lượng và khả năng cạnh tranh, toàn bộ công nghệ và thiết bị là

của nước ngoài, kể cả hệ thống xử lý khí HF, vận hành bãi thải gyps.
Các sản phẩm phụ khi sử dụng phương pháp này là Thạch cao (gip) và
NatriFlo Silicicat (Na2SiF6)

17


Bồn
chứa
NH3 lỏng

Trung hòa và
tạo hạt DAP

DAP

Hình 1.5.

Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân DAP

Quá trình sản xuất phân DAP gồm 5 công đoạn như sau:
1. Phân huỷ và kết tinh bùn quặng
Bùn quặng photphat đựơc cấp vào thiết bị trộn sơ bộ và bị phân huỷ một phần
bằng axit sunfuric
Bùn nóng được đưa ra khỏi thiết bị kết tinh liên tục qua máng chảy tràn trong
thiết bị kết tinh được làm nguội
2. Lọc
Ra khỏi thiết bị kết tinh, bùn được bơm đi lọc gồm 3 bậc lọc để tách bùn ra
khỏi axit phốtphoric lẫn gip. Axit sản phẩm là nước lọc 1 của bậc lọc thứ 1 được
chứa trong thùng và chuyển tới công đoạn cô đặc.

Bã gip ướt được chuyển tới bãi đốt đống gip ở bên ngoài băng tải.
3. Cô đặc axit
Axit được gia nhiệt qua các ống của bộ phận gia nhiệt và nước trong axit được

18


bay hơi trong buồng bốc hơi.
4. Tổng hợp DAP
Phản ứng tổng hợp DAP được dựa vào phản ứng chính sau:
H3PO4 + 2 NH3

(NH4)2HPO4

Công nghệ sản xuất DAP lựa chọn công nghệ tiền trung hoà kết hợp phản ứng
ống của INCRO.
Sau quá trình sản phẩm được tạo hạt, đóng bao và xử lý khí.
1.2.3. Công nghệ sản xuất phân lân nung chảy
Cơ sở của phương pháp là dùng nhiệt nung nóng biến lân từ dạng vô định hình
(cây không hấp thụ được, khó tiêu, khó tan) thành dạng vô định hình mà cây có thể
hấp thụ được.
Căn cứ vào nguyên lý trên: đem phối trộn quặng apatit với các chất phụ gia
theo một tỉ lệ nhất định sau đó nung trong lò cao ở nhiệt độ từ 1.400 –
1.5000C…làm cho hỗn hợp quặng và phụ gia hóa lỏng. Liệu lỏng được lấy ra và
được làm lạnh đột ngột bằng nước có áp lực cao (lưu lượng nước gấp 15 - 20 lần
sản phẩm ) nhằm phá vỡ tinh thể trong quặng chuyển P2O5 trong quặng thành dạng
dễ tan trong axit yếu (có thể tan 98% trong axit citric 2% chứa trong dịch mà cây
tiết ra) thu được bán thành phẩm phân lân
Quá trình này chủ yếu là kết quả hình thành trạng thái thủy tinh vô định
hình. Ở nhiệt độ 1.400 – 1.5000C hỗn hợp quặng ở trong lò ở dạng kết tinh bị hóa

mềm chảy lỏng linh động, mạng tinh thể bị phá vỡ , sau đó liệu lỏng được làm lạnh
đột ngột để chất lỏng không trở về trạng thái ban đầu (tinh thể bền vững ). Ta thu
được sản phẩm ở dạng thủy tinh .
Quá trình tạo phân nung chảy thực chất là quá trình chuyển hóa -Ca3(PO4)2 từ
dạng kết tinh thành dạng “ thủy tinh “ .

19


Nguyên liệu

Kẹp hàm đập

Sàng khô

Rửa

Lọc bụi

Lò cao
1450÷15000C

Khí CO,
CO2, HF

Tôi nước
3 ÷ 5atm
Rửa bụi
Bãi rửa
Khí HF

Ca(OH)2

Khí thải

Xử lý

Sấy

thái

Nghiền

Lọc bụi

sàng

Sản phẩm

Hình 1.6. Sơ đồ công nghệ tổng quát sản xuất phân lân nung chảy
Các quá trình hóa lý xảy ra trong lò cao từ đỉnh lò đến đáy lò có thể chia làm 4
khu vực như sau:
1). Khu vực sấy phối liệu-Khu vực đỉnh lò:
Nhiệt độ khống chế trong khoảng nhiệt độ 150 - 7000C.

20


Ở nhiệt độ lớn hơn 650oC thì nước kết tinh bay hết theo khí lò; Secpentin bắt
đầu bị phân hủy theo phản ứng:

3MgO.2SiO2

2MgO.SiO2 + MgSiO2 + 2H2O

2(3MgO.2SiO2)

3Mg2SiO4 + 2MgSiO3

2). Khu vực phân giải muối cacbonat
Nhiệt độ khoảng 730 - 9200C, xảy ra các phản ứng phân giải muối cacbonat
và phán ứng hoàn nguyên kim loại Fe, Ni
MgCO3
CaCO3

0

MgO + CO2

C
730


0

C
900



Fe2O3 + C

0

CaO + CO2

C
800



Fe2O3 + 3CO

2Fe + 3CO
2Fe + 3CO

NiO + CO

Ni + CO2

3) Khu vực hóa mềm và chảy lỏng
Khi nhiệt độ bắt đầu đạt 8000C quặng bắt đầu mềm và tiếp tục mềm dần cho
tới nhiệt độ 12000C thì nó bắt đầu chảy. Nhưng ở nhiệt độ này quặng vẫn chưa đủ
linh động nếu lấy ra ngay sẽ rất khó khăn và rất chậm.
Tại đây oxy không khí và than cháy mạnh hơn. Trong lò xảy ra các phản ứng
cháy của than:
2C + O2

2CO + Q

C + H2 O

CO + 2H2 - Q

2CO + O2

2CO2 + Q

Và các phản ứng khử F, hoàn nguyên Ni và P
4) Khu vực quá nhiệt
Nằm từ vùng tâm mắt gió trở xuống (nồi lò)
Nguyên nhiên liệu sau khi được chảy lỏng nhò quá trình cháy tiếp tục được
nâng lên nhiệt độ từ 1300 - 15000C. Tại nhiệt độ này chất lân sẽ ở trạng thái lỏng và
rất linh động (vô định hình), hiệu suất chuyển hóa cao. Chất lân ở trạng thái này
được tháo ra bởi 2 cửa ra liệu, làm lạnh đột ngột rồi tôi nhanh bằng nước có áp lực
cao (lưu lượng nước gấp 15 - 20 lần lượng sản phẩm), ta thu được bán thành phẩm

21