Tìm hiểu phân xưởng Ure Nhà máy Đạm Cà Mau

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT
CÔNG TY CỔ PHẦN PHÂN BÓN DẦU KHÍ CÀ MAU
---------K H O A

D Ầ U

K H Í

BÁO CÁO THỰC TẬP
ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU PHÂN XƯỞNG URE NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU

Cán bộ hướng dẫn:

Nhóm sinh viên:

Ks. Đinh Hoàng Long

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

Cà Mau, 2017


LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng nghỉ của các nghành công nghiệp trên toàn thế giới,
ngày càng tạo ra nhiều sản phẩm phục vụ cho đời sống của con người cũng như kết nối

các nghành công nghiệp lại với nhau. Công nghệ hóa học, có thể nói là một nghành công
nghiếp lớn bởi chúng ta tạo ra hầu hết các sản phẩm trong đời sống của chúng ta. Các sản
phẩm của công nghệ hóa học vô cùng đa dạng từ đồ dùng gia dụng, các chi tiết cho thiết
bị điện tử, đến các chất hóa học như thuốc, các hợp chất hóa học rắn, lỏng khí khác nhau.
Nhưng trong đó phải kể đến một sản phẩm có ứng dụng rất lớn cho nghành nông nghiệp
rộng lớn của thế giới và nhất là nước ta; nông nghiệp còn chiếm tỷ phần rất lớn.
Phân bón Ure- một sản phẩm của nghành công nghiệp hóa học có ứng dụng vô cùng
rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp, nhằm giúp nâng cao năng suất cho các sản phẩm
nông nghiệp. Phân bón Ure hiện nay có rất nhiều loại như: Đạm Ure Hà Bắc, đạm ure
Phú Mỹ và đạm Ure Cà Mau. Mỗi loại đạm đều có đặc điểm khác nhau, do có sự khác
nhau về công nghệ sản xuất.
Đạm ure Cà Mau với loại hạt đạm đục với nhiều tính năng ưu việt như: Hạt đạm cứng
hơn, lâu tan trong nước giúp cây hấp thụ được tốt hơn nhờ sử dụng công nghệ sản xuất
tạo hạt ure đặc biệt. Chính vì lý do đó nhóm sinh viên chúng em thực tập tại nhà máy
đạm Cà Mau quyết định tìm hiểu về công nghệ sản xuất ure tại nhà máy. Chúng em hy
vọng phần tìm hiểu này sẽ có ích, bổ sung thêm kiến thức cho các bạn sinh viên về công
nghệ sản xuất ure.
Trong quá trình tìm hiểu còn nhiều thiếu xót và hạn chế, mong rằng các thầy cô và các
bạn góp ý.
Nhóm sinh viên

2|Page


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU
1.1. Giới thiệu chung về nhà máy
Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 7 năm 2008 và hoàn
thành vào thàng 02 năm 2012, cơ bản đáp ứng đủ nhu cầu phân đạm khu vực 13 tỉnh
đồng bằng Sông Cửu Long.
Tổng mức đầu tư: 900 triệu USD

• Công suất: 800.000 tấn Urê/năm
• Sản xuất phân đạm hạt đục có chất lượng cao theo công nghệ hiện đại
nhất từ các nước Đan Mạch, Ý, Nhật Bản và các thiết bị dây chuyền sản
xuất hoàn toàn nhập khẩu từ các nước tiên tiến của EU.
• Chất lượng sản phẩm đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc Tế.
Vào ngày 09/03/2011 Công ty TNHH MTV Phân bón Dầu khí Cà Mau trực thuộc
Tập đoàn Dầu khí Việt Nam sở hữu 100% vốn được thành lập để quản lý và vận hành
Nhà máy Đạm Cà Mau, thuộc xã Khánh An, huyện U Minh, tỉnh Cà Mau.
Ngành nghề kinh doanh chủ yếu là sản xuất phân bón và hợp chất nitơ bao gồm:
sản xuất, kinh doanh, lưu trữ, vận chuyển, phân phối và xuất nhập khẩu phân phối,
hóa chất dầu khí.
3|Page


Nhà máy Đạm Cà Mau
Tầm nhìn chiến lược và sứ mệnh phát triển:
Tầm nhìn: Trở thành doanh nghiệp hàng đầu tại Việt Nam và khu vực
trong lĩnh vực sản xuất, kinh doanh phân bón và chất phục vụ cho nông
nghiệp và công nghiệp dầu khí.
• Sứ mệnh: Là nhà sản xuất, kinh doanh phân bón trên nền tảng công
nghiệp hóa dầu phục vụ nông nghiệp, cung cấp các giải pháp về dinh
dưỡng cây trồng, góp phần thay đổi nông nghiệp theo hướng phát triển
bền vững, thân thiện môi trường, bảo đảm lợi ích hài hòa cho chủ sở
hữu, khác hàng, người lao động và doanh nghiệp.
Giá trị cốt lõi: “Ân cần – thân thiện, chuyên nghiệp – sáng tạo, trách nhiệm – hài
hòa”. Đáp ứng mục tiêu phát truyển bền vững, hài hòa lợi ích là kim chỉ nam, là
chuẩn mực trong hoạt động của công ty.
• Duy trì và phát triển sản xuất kinh doanh bền vững, đầu tư có hiệu quả
và có chọn lọc.
• Đảm bảo môi trường làm việc chuyên nghiệp sáng tạo, đáp ứng đời

sống cho người lao động.
• Tích cực hưởng ứng và tham gia vào công tác xã hội, luôn gắn bó mật
thiết với nông dân.
•

1.2. Các phân xưởng chính
 Phân xưởng tổng hợp Ammonia

Có chức năng tổng hợp Ammonia và sản xuất CO2 từ khí thiên nhiên và hơi nước.
Sau khi tổng hợp, Amonia và CO2 sẽ được chuyển sang phân xưởng Urê.
Công nghệ sản xuất Ammonia mua của hãng Haldor Topsoe, Đan Mạch.
4|Page


 Phân xưởng tổng hợp Urê.

Có chức năng tổng hợp Ammonia và CO2 thành dung dịch Urê. Dung dịch Urê sau
khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt. Quá trình tạo hạt được
thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105 m. Phân
xưởng Urê có thể đạt công suất tối đa 2.350 tấn/ngày.
 Phân xưởng phụ trợ
Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung
cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn nhà máy, cấp Ammonia cho phân
xưởng Urê khi công đoạn tổng hợp của xưởng Ammonia ngừng máy và nó gồm các
cụm sau:
• Cụm khí tự nhiên đầu vào.
• Cụm xử lý nước thô đầu vào.
• Cụm nước làm mát.
• Nồi hơi phụ trợ.
• Cụm xử lý nước thải sinh hoạt và nước nhiễm dầu.

• Cụm xử lý nước thải nhiễm Ammonia.
• Cụm máy nén khí và sản xuất nitơ.
 Xưởng sản phẩm
Urê hạt được đưa đi đóng bao trực tiếp bằng hệ thống băng chuyền tự động. Về
kích thước vỏ đóng bao 630x1020 mm, vỏ bao được làm bằng nhựa polymer trắng,
khối lượng đóng bao 50kg/bao. Trong điều sử dụng bình thường bao Urê được bảo
quản trong thời gian 3 năm.
Tại khu vực đóng bao được trang bị hệ thống các máy đóng bao bán tự động công
suất lên tới 60 tấn/h/line đóng bao. Urê sau khi đóng bao được bốc xếp bằng các robot
tự động. Urê đưa đi xuất bán bằng hệ thống băng chuyền hoàn toàn tự động. Tại cuối
mỗi băng chuyền được trang bị các ship loader có hệ thống đếm bao tự động mà
không cần tốn nhân công kiểm tra. Công suất bán tối đa lên tới 240 tấn/h.
Kho Urê rời 85.000 tấn đảm bảo tồn chứa trong 35 ngày mà máy hoạt động liên
tục. Kho đóng bao 10.000 tấn đảm bảo chứa toàn bộ sản phẩm Urê đóng bao của nhà
máy trong hơn 4 ngày.
Cảng xuất đạm có thể tiếp nhận xà lan công suất 500 tấn. Dự kiến sẽ xuất đạm
bằng xà lan với công suất 350 tấn (8 xà lan trong 1 ngày). Từ ngã ba sông Cái Tàu có
thể vận chuyển lan tỏa đến hầu hết các khu vực của Đồng Bằng Sông Cửu Long.
1.3. Tổ chức nhân sự nhà máy

5|Page


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

6|Page


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ URE
2.1. Tổng quan về phân xưởng ure

Có chức năng tổng hợp amoniac và CO2 thành dung dịch urê. Dung dịch urê sau
khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt. Quá trình tạo hạt được
thực hiện bằng công nghệ tạo hạt tầng sôi . Phân xưởng urê sản xuất 2385 tấn urê hạt
đục trong 1 ngày.Xưởng urê có khả năng vận hành liên tục 24h một ngày, và 340 ngày
trong năm, với công suất 2385 MTPD, trong vòng 8000h vận hành/năm. Có thể thay
đổi tải của phân xưởng (turn down ratio) từ 50 tới 100% công suất thiết kế phụ thuộc
vào điều kiện đặc biệt của quá trình vận hành phân xưởng.
2.2. Tổng quan về Ure
2.2.1. Khái niệm
Urê là một hợp chất hữu cơ của cacbon, nitơ, oxy và hydro, với công thức phân tử
CON2H4 hay (NH2)2CO, và công thức cấu tạo:

Tên quốc tế : Diaminomethanal.
Tên khác: carbamide, carbonyl diamide.
Urê còn được biết đến như là cacbamua.
Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773. Nó là hợp chất hữu cơ được tổng
hơp nhân tạo đầu tiền từ các chất vô cơ vào năm 1828 bởi Frieldrich Woehler, bằng
cách cho xyanat kali phản ứng với sulfat amoniac.
2.2.2. Tính chất của Urê
2.2.2.1. Tính chất vật lý
 Urê có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái tinh khiết nhất urê

không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có độ tinh khiết cao đều có mùi khai.
Bảng 2.1. Thành phần đặc tính của Urê [1]
Tên thành phần

Giá trị

Tỷ trọng d20, g/cm3

1,3230

Dạng tinh thể và dạng bề ngoài

Dạng kim, lăng trụ, tứ giác

Điểm nóng chảy,°C

132,7

Chỉ số khúc xạ, n20

1,484; 1,602

Năng lượng hình thành tự do ở 250C,

-197,150

7|Page


J/mol
Nhiệt nóng chảy, J/g

251

Nhiệt hòa tan trong nước, J/g

243

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

460
81% (20°C)

Độ ẩm tương đối

73% (30°C)

Nhiệt riêng, J/Kg.K
00C

1,439

50

1,661

100

1,887

150

2,109

Hàm lượng Nitơ

46,6 %N

Bảng 2.2. Thành phần đặc tính của các loại dịch Urê chứa nước bão hòa
Nhiệt độ

Tính hòa tan
trong nước
(g/100g dịch)

Tỷ trọng

Độ nhớt

(g/cm3)

Mpas(cP)

0

41,0

1,120

2,63

0,53

20

51,6

1,147

1,96

1,73

40

62,2

1,167

1,72

5,33

60

72,2

1,184

1,72

12,00

80

80,6

1,198

1,93

21,33

100

88,3

,1,210

2,35

29,33

120

95,5

1,221

2,93

18,00

130

99,2

1,226

3,25

0,93

(0C)

8|Page

Áp suất hơi
nước
(kPa)


 Tính chất hút ẩm, kết tảng của Urê

Urê là chất dễ hút ẩm từ môi trường xung quanh tại một nhiệt độ nhất định, ứng
với áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường lớn hơn áp suất hơi nước trên
bề mặt urê.
Urê sẽ hút ẩm khi độ ẩm môi trường xung quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 10 – 40 0C
Bảng 2.3. Hàm ẩm không khí theo nhiệt độ
Nhiệt độ
0

Hàm ẩm không khí

C

(g/kg KKK)

5

71,8

10

79

15

80

20

75,8

25

72,5

30

68

40

62,5

Theo số liệu bảng trên thì 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 bao PP, PE hoặc trong bao giấy nhiều lớp.
2.2.2.2. Tính chất hoá học
 Giống như những loại phân đạm khác, phân urê axit hóa đất:

(NH2)CO + 4O2

-------------

2HNO3 + CO2 + H2O

 Phân urê dễ bị phân hủy :

+ Trong không khí ẩm:
2NO + (NH2)2CO + 1/22 O2 ------------- 2N2+ H2O + CO2
+ Trong môi trường đất ẩm :
(NH2)2CO + 3H2O

-------------

CO2 + 2NH2OH

+ Phân hủy bởi nhiệt:
Ở 80°C :
(NH2)C2O ------------- NH3 + HNCO
HNCO tương tác lại với urê:
HNCO + (NH2)2CO ------------- NH2CONHCONH2 (biuret)
9|Page


NH2CONHCONH2 ------------- NH3+HNCO

Biuret có khả năng đốt cháy lá.
Ở nhiệt đô <130°C :
(NH2)2CO + H2O ------------- NH2CONH4 (cacbamat amôni)
NH2CONH4 + H2O ------------- (NH4)2CO3
( NH4)2CO3 ------------- NH3 + CO2 + H2O
Ở nhiệt độ > 130°C:
(NH2)2CO +H2O ------------- 2NH3+ CO2
2.2.3. Ứng dụng của urê
2.2.3.1. Trong công nông nghiệp
Urê được sử dụng để:

10 | P a g e

•

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

•

Là chất bổ sung vào thức ăn cho động vật, nó cung cấp một nguồn đạm
cố định tương đối rẻ tiền để giúp cho sự tăng trưởng.

•

Urê được dùng để sản xuất lisin, một acid amino được dùng thông dụng
trong ngành chăn nuôi gia cầm (xem Amino acids: Pet and Livestock
Feeds).

•

Các loại nhựa urê được polyme hóa từng phần để dùng cho ngành công
nghiệp dệt có tác dụng làm phân bố đều các thành phần ép của các chất
sợi (xem Texttiles finishing).

•

Nguyên liệu cho sản xuất chất dẻo, đặc biệt là nhựa urê-fomanđêhyt.
Urê (cùng với Amoniac) phân hủy ở nhiệt độ và áp suất cao để sản xuất
các loại nhựa melamin (xem thêm phần Cyanamides).

•

Là chất thay thế cho muối (NaCl) trong việc loại bỏ băng hay sương
muối của lòng đường hay đường băng sân bay. Nó không gây ra hiện

tượng ăn mòn kim loại như muối.
•

Là một thành phần bổ sung trong thuốc lá, nó được thêm vào để tăng
hương vị.

•

Đôi khi được sử dụng như là chất tạo màu nâu vàng trong các xí nghiệp
sản xuất bánh quy.

•

Được dùng trong một số ngành sản xuất thuốc trừ sâu.

•

Là một thành phần của một số dầu dưỡng tóc, sữa rửa mặt, dầu tắm và
nước thơm.

•

Nó cũng được sử dụng như là chất phản ứng trong một số gạc lạnh sử
dụng để sơ cứu, do phản ứng thu nhiệt tạo ra khi trộn nó với nước.

•

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

2.2.3.2. Trong y học

Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình tái
hiđrat hóa của da.
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 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.
•

2.2.4. Ưu điểm của Urê
• Urê có thể được dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới
gốc hoặc sử dụng như phân phun qua lá đối với một sô loại cây trồng.
• Khi sử dụng urê không gây hiện tượng cháy nổ nguy hiểm cho người sử
dụng và môi trường chung quanh (Nitrat Ammonium rất dễ gây cháy
nổ).
• Với hàm lượng đạm cao, đạt khoảng 46%, sử dụng urê giảm bớt được
chi phí vận chuyển, công lao động và kho bãi tồn trữ so với các sản
phẩm cung cấp đạm khác.
• Việc sản xuất urê thải ra ít chất độc hại cho môi trường.
• Khi được sử dụng đúng cách, urê làm gia tăng năng suất nông sản tương
đương với các loại sản phẩm cung cấp đạm khác.

11 | P a g e


2.3. Phương trình tổng hợp urê

Phương trình phản ứng tổng hợp urê:
2NH3 + CO2 -------- NH2COONH4 + Q (1)
T = 188OC, P =157atm
NH2COONH4 -------- NH2CONH2 + H2O – Q

(2)

T = 188OC, P =157atm
Phương trình phản ứng phân hủy Cacbamat:
NH2COONH4

--------

2NH3 + CO2 - Q

T = 160 OC , P = 19 5 atm
Phản ứng hình thành Biuret:
2NH2CONH2 -------- NH2CONHCONH2 + NH3
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp ure
-

Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa NH3/ CO2.

-

Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/ CO2.

-

Ảnh hưởng của áp suất.

-

Ảnh hưởng của nhiệt độ.

-

Ảnh hưởng của thời gian lưu.

2.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ giữa NH3/ CO2.

Ảnh hưởng của tỷ lệ NH3/ CO2 đến độ chuyển hóa CO2
12 | P a g e


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

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

-

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

-

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

-

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

-

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

-

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

2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/ CO2.
Từ phản ứng tạo cacbamat trong quá trình tạo ure ta thấy khi tỷ lệ H 2O/ CO2 tăng lên
sẻ ảnh hưởng xấu đến quá trình tạo hạt ure từ cacbamate. Ngoài ra lượng nước dư sẽ làm
tăng tiêu hao năng lượng để tách chúng khỏi dịch ure ở các công đoạn ở phía sau.
Mặt khác, nếu hàm lượng nước quá thấp, nồng độ cacbamat trở lên đậm đặc sẽ gây tắc
nghẽn đường ống và thiết bị.
Vì vậy ta thường giữ tỷ lệ mol H2O/ CO2 khoảng 0.5-0.7.

13 | P a g e


Ảnh hưởng của tỷ lệ H2O/ CO2.
2.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Đặc điểm của phản ứng.
-

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

-

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

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

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

-

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

-

Nhiệt độ càng cao thì khả năng ăn mòn càng lớn

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

14 | P a g e


Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chuyển hóaCO2 ở 190oC bởi Otsuka

15 | P a g e

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chuyển hóaCO2 ở 190oC bởi Frejacques.
2.3.4. Ảnh hưởng của áp suất.
-

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

-

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

-

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

16 | P a g e


Ảnh hưởng của áp suất đến phản ứng tổng hợp.
2.3.5. Ảnh hưởng của thời gian lưu.

Độ chuyển hóa tạo ure tăng khi thời gian lưu trong thiết bị phản ứng dài. Tuy nhiên để
thời gian lưu dài thì thiết bị phải lớn dẫn đến tốn chi phí đầu tư. Từ đó người ta sẽ chọn
thời gian lưu tối ưu cho phản ứng.
2.4. Công nghệ sản xuất ure trên thế giới.
Căn cứ vào khả năng thu hồi NH3 và CO2 đã phát triển thành ba công nghệ chính :
17 | P a g e

Công nghệ xuyên suốt (Once – through process): CO2 và NH3 ra khỏi
khu vực tổng hợp (quá trình stripping cacbamat được xem là một phần
khu vực tổng hợp) được mang đến các phân xưởng khác. NH3 sẽ được
trung hòa với các axit (như axit nitric) để sản xuất các loại phân bón
như là ammonium sulphat và ammonium nitrat.
• Công nghệ thu hồi một phần (Partial recycle process): NH 3 và CO2 được
tách một phần khỏi lưu chất phản ứng trong công đoạn phân hủy, sau đó
được thu hồi trong một thiết bị hấp thụ, phần còn lại được mang đến các
phân xưởng khác giống như công nghệ xuyên suốt.
• Công nghệ thu hồi hoàn toàn (Total recycle process): NH3 và CO2 được
tách hoàn toàn trong các thiết bị phân hủy nhiều giai đoạn và được thu
hồi đến thiết bị phản ứng.
•

Ngày nay, chỉ có công nghệ thu hồi hoàn toàn được áp dụng. Tổng chuyển hóa
NH3 khoảng 99%. Tuy nhiên, công nghệ này cũng đắt nhất về chi phí đầu tư và vận
hành. Việc phân hủy cacbarmat được thực hiện bằng việc kết hợp gia nhiệt, giảm áp
và quá trình stripping (quá trình này làm giảm áp suất riêng của một hoặc nhiều thành
phần). Các công nghệ xuyên suốt hoặc thu hồi một phần thường đòi hỏi chi phí đầu tư
thấp hơn, cũng như chi phí vận hành thấp hơn nhưng độ tin cậy và độ linh hoạt giảm
(do sự phụ thuộc lẫn nhau của phân xưởng ure và các phân xưởng khác). Dịch ure thu
được sau công đoạn phân hủy thường đạt nồng dộ 65-77%. Dịch này có thể thu được
sử dụng để sản xuất các loại phân bón chứa Nito hoặc chúng được cô đặc để sản xuất
ure hạt.
2.4.1. Công nghệ ure xuyên suốt
Dịch ure ra khỏi thiết bị phản ứng chứa ure. Cacbarmat, NH3 dư và nước được đưa
đến các công đoạn sau để tinh chế ure. Cacbarmate chưa chuyển hóa được phân hủy
thành NH3 và CO2 bắng cách gia nhiệt hỗn hợp ở điều kiện áp suất thấp. Khí CO2 và
NH3 thoát khỏi dịch ure và được sử dụng để sản xuất các muối amoni bằng cách hấp

thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric. Một nhà máy lớn như thế này sẽ có
chi phí đầu tư tương đối thấp, nhưng có lượng khí thải tương đối lớn.
Do nhu cầu về phân bón ure ngày càng tăng, nên các nhà máy đi theo công nghệ
xuyên suốt có ít tính hấp dẫn, bởi vì nó sản xuất ra quá nhiều muối amoni với mức
tuần hoàn nhỏ.
2.4.2. Công nghệ tuần hoàn một phần
Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng thải hỗn hợp của tháp tổng hợp trong các công
đoạn phân giải ở áp suất khác nhau được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trở
lại cho tháp tổng hợp dưới dạng dung dịch carbamate có chứa Amoniac. Hầu như toàn
bộ gần một nửa công suất ure của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này.
2.4.3. Công nghệ cải tiến tuần hoàn toàn bộ Misui-Toatsu
• Tháp tổng hợp vận hành ở điều kiện áp suất khoảng 25MPa và khoảng
195oC với tỉ lệ mol toàn phần NH3:CO2 khoảng 4:1 (nạp nguyên cộng
18 | P a g e


•

•

•

•
•

với tuần hoàn). Tại điều kiện này, người ta đã thu được hiệu suất chuyển
hóa carbamate thành urea tương đối cao.
Carbamate chưa chuyển hóa và NH3 dư được thu hồi lại tháp tổng hợp.
Đầu tiên carbamate sẽ được phân giải ở áp suất cao (sử dụng hơi nước
áp suất khoảng 17MPa để gia nhiệt lên khoảng 155oC), sau đó chuyển

sang tháp phân hủy thấp áp (gia nhiệt bằng hơi có P=0,3 MPa để đạt
nhiệt độ 130oC).
Khí thấp áp được ngưng tụ trong tháp ấp thụ thấp áp và dịch lỏng được
bơm lên cho tháp hấp thụ cao áp để hấp thụ khí đi ra khỏi thiết bị phân
hủy cao áp. Amoniac dư chưa hấp thụ tại tháp hấp thụ cao áp sẽ được
ngưng tụ trong tháp ngưng tụ NH3.
Tháp tổng hợp được lót một lớp titan để chống ăn mòn. Các chi tiết
khác của thiết bị được chế tạo bởi thép không rỉ 316L, 316, 304L và 303
tùy thuộc vào áp suất và nhiệt độ làm việc. Nếu nồng độ carbamate và
nhiệt độ vận hành cao hơn thì cần phải có thiết bị bằng thép không rỉ
316L và 316SS. Những điểm có nồng độ carbamate lỏng thấp hơn và
nhiêt độ làm việc thấp thì dung thiết bị có vật liệu 304L và 304SS.
Không khí thụ động hóa được đưa vào trong thiết bị phân hủy cao áp để
chống ăn mòn cho bề mặt trong của thiết bị.
Hiện nay có nhiều nhà máy ure công suất bé hơn 1800 tấn/ngày đang sử
dụng công nghệ này (đã thực hiện một số cải tiến).

2.4.4. Công nghệ Montedision
•

•

•

•

•

19 | P a g e

Tháp tổng hợp làm việc ở mức áp suất từ 20-22 MPa tỷ lệ mol NH3/CO2
khoảng 3,5:1 (bao gồm cả dòng tuần hoàn). Độ chuyển hóa carbamate
thành urea đạt 62-63%. Áp suất dòng đi ra khỏi tháp tổng hợp được
giảm xuống 7,35MPa và hơi nước được dùng để gia nhiệt dung dịch
này. Các thiết bị phân giải tiếp theo làm việc ở áp suất 1,2 MPa và
0,2MPa.
Dịch urea nồng độ khoảng 75% khối lượng của tháp phân hủy
carbamate thứ ba được cô đặc thành urea nóng chảy 99,5% trọng lượng
trong hệ thống cô đặc chân không hai cấp vận hành ở mức áp suất
khoảng 29kPa và 3,4kPa.
Khí đi ra khỏi đỉnh thiết bị phân giải carbamate thấp áp được ngưng tụ
trong tháp hấp thụ (làm lạnh bằng nước làm mát) thấp áp. Sau đó dịch
này được bơm vào tháp hấp thụ trung áp để hấp thụ khí đi ra khỏi thiết
bị phân giải carbamate trung áp.
Dịch carbamate loãng đi ra khỏi tháp hấp thụ trung áp được bơm vào
tháp hấp thụ cao áp để hấp thụ khí ra khỏi thiết bị phân giải cao áp.
Nhiệt tỏa ra của quá trình ngưng tụ carbamate được sử dụng để sản xuất
hơi thấp áp với áp suất khoảng 300kPa.
Gần đây người ta đã cải tiến công nghệ này dựa trên công nghệ tuần
hoàn kép đẳng áp. Dòng dịch urea sau khi đi ra khỏi tháp tổng hợp đầu


tiên được đi đến thiết bị stripper, tất cả đều được vận hành theo áp suất
của tháp tổng hợp khoảng 18-21MPa. Theo cách này người ta đã giảm
được đáng kể mức tiêu hao hơi nước.
2.4.5. Công nghệ tuần hoàn nhiệt UTI
Vào những năm thập niên 70, một công nghệ tuần hoàn carbamate lỏng mới được
ngành công nghiệp đưa vào áp dụng. Công nghệ này có đặc tính như sau:
•

•

•

•

•

•

•
•

•
•
•
20 | P a g e

Tháp tổng hợp đẳng nhiệt có ống xoắn bên trong dùng để truyền nhiệt
ngược dòng từ quá trình tạo carbamate tỏa nhiệt mạnh sang quá trình tạo
urea thu nhiệt. Theo báo cáo thì độ chuyển hóa mỗi chu trình trong tháp
tổng hợp đã được tăng lên.
Khoảng 40-50% CO2 được phun vào công đoạn phân giải carbamate
trung áp với áp suất khoảng 2,4MPa để thu hồi nhiệt và tuần hoàn. Duy
trì mức tiết kiệm năng lượng trong quá trình nén khí CO2.
Trên 70% nhiệt tỏa ra của việc hình thành carbamate trong công đoạn
hấp thụ trung áp được trao đổi với các dòng khí lạnh hơn bên trong quá
trình để thu hồi nhiệt nội bộ và giảm mức tiêu hao hơi. Hơi nước chỉ
dùng cho thiết bị phân hủy thứ nhất.
Tháp tổng hợp vận hành ở áp suất 20MPa và tỉ lệ mol NH3/CO2 khoảng

4,1:1. Theo số liệu báo cáo tỉ lệ chuyển hóa carbamate thành urea trên
mỗi chu trình thường đạt 72-74%.
Amoniac dư được tách khỏi dòng dịch ra khỏi tháp tổng hợp ở mức áp
suất giảm khoảng 2,2MPa. Sản phẩm đã qua khử khí được gia nhiệt sơ
bộ trong tháp phân giải thứ nhất, sau đó được gia nhiệt bằng hơi nước
trước khi đi vào tháp phân li thứ nhất. Quá trình ngưng tụ này sẽ cung
cấp khoảng 30% tổng năng lượng để phân giải carbamate.
Dịch urea ra khỏi tháp phân ly thứ nhất được giảm áp xuống vào khoảng
200kPa và được ra nhiệt trong tháp phân hủy thứ hai để thu hồi NH3 và
CO2 dư. Nhiệt cần cho tháp phân hủy thứ hai và cho thiết bị cô đặc urea
được cung cấp nhờ quá trình ngưng tụ dòng hai pha sau khi qua thiết bị
phân hủy thứ nhất. Tháp cô đặc urea vận hành trong điều kiện chân
không để sản xuất ra sản phẩm có 86-88% trọng lượng.
Khí đi ra khỏi thấp phân ly thứ hai được ngưng tụ và tuần hoàn.
Quá trình tuần hoàn nhiệt sử dụng một thiết bị phân tích nồng độ
carbamate liên tục để khống chế cân bằng nước tự động tại tháp hấp thụ
thứ nhất, bởi vậy hạn chế được vấn đề hóa rắn carbamate trong các ống
trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ làm lạnh bằng nước fresh.
Tháp tổng hợp được lót một lớp bằng thép trắng 316L. Không khí thụ
động hóa được phun vào tháp tổng hợp để chống ăn mòn.
Do công nghệ này sử dụng một lượng dư NH3 khá cao nên sẽ hạn chế
được vấn đề ăn mòn bên trong thiết bị.
Công nghệ này được sử dụng ở một số nhà máy công suất từ 300-1200
tấn/ngày.


•

Theo số liệu báo cáo mức tiêu thụ hơi nước công nghệ là 0,5/1 tấn dịch
urea 86-88%.

2.4.6. Công nghệ stripping khí cao áp
Công nghệ này được phát triển và đưa vào áp dụng thương mại hóa từ
những năm 1960. Công nghệ dựa vào nguyên lí stripping khí CO2 cao
áp theo áp suất của tháp tổng hợp và ở nhiệt độ cũng tương đối cao.
Carbamate chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và CO2 để thu
hồi lại.
• Ngược lại với quá trình tuần hoàn nhiệt UTI, công nghệ stripping thì các
thiết bị phải được đặt ở độ cao hợp lí để đảm bảo dòng carbamate tuần
hoàn bằng trọng lực. Song gần đây người ta đã cải tiến công nghệ sử
dụng một thiết bị phun trộn (ejector) để tuần hoàn carbamate. Điều này
đã giảm được đáng kể các cấu trúc cao, cồng kềnh.
• Vì tính hiệu quả về mặt năng lượng của nó nên sản phẩm đi theo công
nghệ stripping chiếm khoảng một nửa sản phẩm urea trên thế giới.
•

2.4.7. Công nghệ stripping CO2 Stamircacbon
• Tháp tổng hợp, tháp phân hủy cacbamat (stipper) và thiết bị ngưng tụ
cacbonat đều hoạt động ở áp suất 14 Mpa, tỷ lệ mol NH3/CO2 là 2,8:1.
• Áp suất tháp tổng hợp được hiển thị thông qua tháp stripper trong đó
nhu cầu về tỷ lệ mol và áp suất thấp để tạo điều kiện thuận lợi trong quá
trình phân hủy. Lượng cacbonat chưa chuyển hóa được phân hủy và
tuần hoàn đẳng áp tới cho tháp tổng hợp, do vậy công suất bơm tuần
hoàn cũng được giảm đi.
• Tháp tổng hợp có các đĩa lễ nhằm mục địch phối trộn NH3 và carbamate
tuần hoàn. Trên đỉnh của tháp tổng hợp có 1 túi khí nhằm phân ly các
chất không ngưng tụ trong dịch Ure.
• Các chất không ngưng tụ chủ yếu là các khí thụ động hóa được rửa bởi
dịch Carbamate (từ tháp hấp thụ thấp áp) sau đó thải ra ngoài qua hệ
thống thải khí trơ trên cao. Dịch lỏng đi ra khỏi thiết bị phóng này

không được đưa đến thiết bị ngưng tụ Carbamate nhờ Ejector sử dụng
dòng động lực NH3 cao áp. Dịch sản phẩm ure chảy tràn vào đường ống
xuống bên trong và được nạp vào cho đỉnh tháp stripping cao áp.
• Hơi cao áp cung cấp nhiệt phân hủy carbamate và duy trì mức nhiệt độ
cao khoảng 190oC. CO2 cao áp đi qua ống thiết bị stripper ngược dòng
với dòng sản phẩm urea đi xuống. Carbamate được phân giải thành khí
NH3 và CO2 sau đó được tách khỏi dung dịch.
• Dịch Ure được cô đặc lên tới nồng độ 99.7% khối lượng.
• Sau khi bổ sung NH3, đi ra khỏi đỉnh của tháo stripper được ngưng tụ
thành từng phần để sản xuất hơi thấp áp bão hòa. Hỗn hợp sau quá trình
ngưng tụ sẽ được đi vào tháo tổng hợp dưới tác động của trọng lực.
Nhiệt trong thiết bị ngưng tụ cao áp được lấy đi bằng cách sản xuất hơi
nước và đảm bảo còn 1 lượng nhiệt nhất định trong dòng khí tuần hoàn
21 | P a g e


trở lại cho tháp tổng hợp nhằm duy trì cân bằng nhiệt chi tháp thông qua
việc ngưng tụ khí bổ sung.
• Tháp tổng hợp được bọc một lớp lót bằng thép trắng 316L. Các ống của
tháp stripper chế tạo bằng thép Ure grade có chứa khoảng 26% Crom.
• Tiêu thụ hơi /1 tấn Urea khoảng 0.9 (tấn/tấn ). Hiện có nhiều nhà máy
có sông suất khoảng 1200 tấn/ngày đang vận hành công nghệ này.
2.4.8. Công nghệ stripping NH3 Snamprogetti
• Công nghệ này được phát triển từ cuối những năm 1960. Chu trình tổng
hợp vận hành ở mức áp suất 15Mpa và tỷ lệ toàn phần NH3/CO2 là
3,8:1. Chuyển hóa carbamate thành Ure của mỗi chu trình theo báo cáo
đạt được khoảng 65-75%.
• Sản phẩm ra khỏi tháp tổng hợp được đưa đến thiết bị stripper cao áp để
phân hủy carbamate chưa chuyển hóa theo áp suất của tháp tổng hợp.
Khí đi ra khỏi đỉnh stripper cao áp được ngưng tụ và tuần hoàn lại tháp

tổng hợp bằng một thiết bị phun trộn với khí vận hành theo áp suất dòng
amoniac lỏng cao áp. Hơp thấp áp được sản xuất trong thiết bị ngưng tụ
cao áp.
• Amoniac dư trong dịch ure sản phẩm của tháp stripper cao áp tương đối
cao và cần có hai cấp phân hủy và tuần hoàn tiếp sau chu trình tổng hợp.
• Không khí thụ động hóa bề mặt thiết bị cao áp được thêm vào dòng CO 2
đầu vào. Khí đi ta khỏi bình tách cao áp được đưa vào đáy thiết bị hấp
thụ trung áp để thu hồi NH3 và CO2 dư, áp suất khoảng 1,5 đến 1,8Mpa.
• Dịch ure được cô đặc trong điều kiện chân không cao để đạt sản phẩm
ure nóng chảy có nồng đồ khoảng 99.7%. Có rất nhiều nhà máy hiện
nay trên thế giới có công suất lớn hơn 1800 tấn/ngày đang sử dụng công
nghệ mô tả ở trên.
Hiện nay, nhà máy đạm Cà Mau đang sử dụng công nghệ này để sản xuất phân đạm ure.
Công nghệ này là công nghệ tiên tiến nhất cho việc sản xuất ure với nhiều đặc điểm như:
-

Đây là một công nghệ khép kín, tuần hoàn, giúp tiết kiệm năng lượng trong quá
trình sản xuất đặc biệt là dòng hơi được sử dụng cách triệt để nhất.
Công nghệ sử dụng thiết bị được chế tạo từ thép trắng giúp chống ăn mòn cách tốt
nhất.

22 | P a g e


CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT UREA NHÀ MÁY
ĐẠM CÀ MAU
Tổng quan
Nhìn chung công nghệ sản xuất urea được chia thành 4 công đoạn chính.
- Công đoạn nén CO2.
- Công đoạn tổng hợp và thu hồi: Bao gồm 3 giai đoạn:

+ Tổng hợp ure và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất cao.
+ Giai đoạn tinh chế ure và và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất trung bình.
+ Giai đoạn tinh chế ure và và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất thấp.
- Công đoạn cô đặc ure.
- Công đoạn tạo hạt.
- Công đoạn xử lý nước thải

3.1. Công đoạn nén CO2
3.1.1 Sơ đồ công nghệ

23 | P a g e


3.1.2. Thuyết minh sơ đồ
Dòng khí nhiên liệu CO2 được lấy từ phân xưởng amoni có nhiệt độ 45oC, áp suất
0,15 MPa, với lưu lượng là 72723 kg/h. Dòng CO2 được bão hòa hơi nước với độ tinh
khiết tối thiểu là 99% thể tích được đưa qua bình tách S06119 để tách H2O và một
phần nhỏ dung dịch MDBA còn lẫn trong quá trình nhả hấp thụ trong phân xưởng
amoni. Phần đáy của thiết bị bình tách lấy ra nước và dung dịch MDBA; phần đỉnh là
dòng CO2 được đưa vào cấp 1 của máy nén CO2 - K06101.
Dòng khí CO2 đi ra từ cấp 1 với áp suất khoảng 0,37 MPaG được qua thiết bị trao
đổi nhiệt E06119 với lượng nhiệt trao đổi 11,58 GJ/h. Dòng không khí (khí thụ động
hóa) được đưa vào cùng với dòng CO2 được làm mát sau đó đưa vào bình tách
S06120. Tại đây, phần lỏng sẽ được đưa ra ngoài ở đáy bình, phần khí đi ra ở đỉnh
bình chủ yếu CO2.
Hỗn hợp khí trên được đưa vào cấp 2 của máy nén. Dòng hỗn hợp khí sau khi nén
đến áp suất 2,05MPaG được chia làm 2 dòng. Một dòng được đưa ra Losses với lưu
lượng CO2 là 346 kg/h. Dòng còn lại được chia thành 2 nhánh: 1 nhánh được xả ra
ngoài trong trường hợp có sự cố, nhánh còn lại được làm mát ở thiết bị trao đổi nhiệt
E06120 với lượng nhiệt trao đổi là 13,21 GJ/h, rồi cho vào bình tách S06121; phần

lỏng tại đấy được đưa ra ngoài, phần khí đi ra ở đỉnh được đưa vào cấp 3 của máy
nén.
Dòng khí nén CO2 ra khỏi cấp 3 với áp suất là 7,85 MPaG được đi vào thiết bị làm
lạnh với lượng nhiêt trao đổi là 10,19GJ/h rồi qua bình tách S06122. Tại đây phần
lỏng ngưng tụ được lấy ra ở đấy thiết bị, phần khí đi ra ở đỉnh được kiểm soát nhiệt độ
để tránh bị đóng rắn trước khí được đưa vào cấp 4 của máy nén.
Dòng đi ra từ cấp 4 được chia làm 2 dòng. Một dòng được kết hợp cùng dòng đi
ra ở máy nén 2(2STG) để đi ra Losses; dòng còn lại được chia thành 2 nhánh, một
nhánh được kiểm soát bằng thiết bị điều tiết lưu lượng để đưa về nhập cùng dòng
nguyên liệu CO2 với lưu lượng CO2 là 72376 kg/h, 15,8 MPa, 120oC để đi sang phần
24 | P a g e


tổng hợp, 1 nhánh được đưa ra để xả khí trong trường hợp sự cố xảy ra.
Các máy nén được truyền động bằng turbine hơi KT0601 sử dụng năng lượng của
dòng hơi nước quá nhiệt cao áp có lưu lượng 99200 kg/h, nhiệt độ 370oC và áp suất
thấp 3,92 MPa. Máy nén sử dụng phần hơi cao áp và thấp áp để hoạt động, sau đó
được chuyển xuống thiết bị ngưng tụ, sử dụng dòng CW để làm mát và chuyển sang
condensat), một phần hơi trung áp có lưu lượng 57950 kg/h, nhiệt độ 320oC, áp suất
2,47 MPa được trích ra và sử dụng trong phân xưởng ure.
Dòng hơi sau khi đi qua turbine sẽ đi vào hệ thống ngưng tụ hơi nước (sử dụng
nước sông làm mát). Hệ thống ngưng tụ hơi nước bao gồm condenser, hệ thống kéo
chân không và bơm condensate. Dòng nước ngưng ra khỏi condenser được bơm ra
bên ngoài phân xưởng.
3.2. Công đoạn tổng hợp và thu hồi cao áp
3.2.1. Sơ đồ công nghệ

3.2.2. Thuyết minh sơ đồ
Dòng NH3 đi từ thiết bị trao đổi nhiệt E06107 có lưu lượng 82199 kg/h, nhiệt độ
94oC, áp suất 22MPa được trộn với dòng đi ra từ đáy thiết bị tách S06101 để đi vào

thiết bị phản ứng R06101 với lưu lượng 224254 kg/h, nhiệt độ 135oC, áp suất 15,7
MPa.
Dòng CO2 đi từ hệ thống máy nén K06101 có lưu lượng 72378 kg/h, nhiệt độ
120oC, áp suất 15,7 MPa cũng được đưa vào thiết bị phản ứng. Tỉ lệ NH3/CO2=3,33,6; tỉ lệ H2O/CO2=0,5-0,7. Sản phẩn đầu ra bao gồm NH3, CO2, Ure và nước có tổng
lưu lượng là 296634 kg/h, nhiệt độ 188oC, áp suất 15,5 MPa, trong đó ure chiếm
33.37% về khối lương. Dòng này đi vào tháp stripper E06101. Tháp stripper này hoạt
động ở áp suất 14,7 MPaG, như một thiết bị trao đổi nhiệt ống trùm, phân giải dạng
màng lỏng bên trong ống thẳng đứng, tại đó chất lỏng phân bố dạng màng lỏng trên
bề mặt gia nhiệt và chảy xuống nhờ trọng lực, dòng chính đi trong ống được trao đổi
25 | P a g e