Tiểu luận Về phân bón: Phân đạm

Học sinh: NGUYỄN KHÁNH THUẬN Lớp: 11CT2 TIỂU LUẬN VỀ PHÂN BÓN PHÂN ĐẠM TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 10 năm 2013 Mục lục Phần 1 tổng quan 1.1 Khái niệm Phân bón là "thức ăn" do con người bổ sung cho cây trồng. Trong phân bón chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Các chất dinh dưỡng chính trong phân là : đạm(N), lân(P), và kali(K). Ngoài các chất trên, còn có các nhóm nguyên tố vi lượng ... 1.2 Các loại phân bón Phân bón được chia làm 3 nhóm chính : phân hữu cơ, phân hóa học và phân vi sinh, với sự khác biệt lớn giữa chúng là nguồn gốc, chứ không phải là những sự khác biệt trong thành phần dinh dưỡng. 1.2.1 Phân hữu cơ Phân hữu cơ là hợp chất hữu cơ dùng làm trong nông nghiệp, hình thành từ phân người, phân động vật, lá và cành cây, than bùn, hay các chất hữu cơ khác thải loại từ nhà bếp. Phân bón giúp tăng thêm độ màu mỡ cho đất bằng cách cung cấp thêm các chất hữu cơ và bổ dưỡng. Phân để lâu ngày trong tự nhiên có thể thành phân bón cho cây, cho cá. Người ta có thể chế biến phân hữu cơ hoặc ủ hoai mục phân, cây xanh để thành phân hoặc sản xuất phân ủ. Phân hữu cơ 1.2.2 Phân vô cơ Phân vô cơ là các loại muối khoáng có chứa các chất dinh dưỡng của cây. Có 13 chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu đối với sinh trưởng và phát triển của cây. Trong đó có 3 nguyên tố đa lượng là: N, P, K; 3 nguyên tố trung lượng là: Ca, Mg, S và 7 nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, Cl. Ngoài ra, còn một số nguyên tố khác cần thiết cho từng loại cây như: Na, Si, Co, Al… Phân NPK 1.2.3 Phân vi lượng Phân vi lượng cung cấp những hợp chất chứa các nguyên tố như Bo(B), kẽm(Zn), mangan(Mn), đồng(Cu), molipđen(Mo),... mà cây trồng chỉ cần chúng với lượng rất nhỏ.phân vi lượng được đưa vào đất cùng với phân bón vô cơ hoặc hữu cơ và chỉ có hiệu quả cho từng loại cây và từng loại đất, dùng quá liều sẽ có hại cho cây trồng. Phân vi lượng PHẦN 2 Nguyên liệu sản XUẤT 2.1 Nguyên liệu của xưởng Ammonia _Khí nguyên liệu cho phân xưởng ammonia là khí tự nhiên có thành phần như sau: Thành phần, mole % Thiết Kế Dự phòng C1 77.66 73.13 C2 7.38 2.91 C3 3.53 1.52 i4 0.79 0.44 nC4 0.72 0.35 iC5 0.23 0.17 nC5 0.12 0.1 C6 0.15 0.24 CO2 8.00 18.41 N2 1.42 2.73 Nước, mg/Nm3 80 Thủy Ngân, mg/Nm3, tối đa 0.01 Lưu huỳnh, mg/Nm3 H2S, tối đa 10 79 Mercaptans, tối đa 11 2.2 Nguyên liệu của xưởng Urea 2.2.1 Amonia lỏng (được cung cấp từ xưởng amonia và xưởng utility) Áp suất 2.4 MPa (G) tại B.L xưởng urea Nhiệt độ tối đa là 250C Độ tinh khiết NH3 tối thiểu 99.8% (wt) Nước + tạp chất tối đa 0.2% (wt) Nồng độ dầu tối đa 5 ppm (wt) 2.2.2 Ammonia lỏng cung cấp từ bồn chứa Áp suất 2.4 MPa (G) tại B.L xưởng urea Nhiệt độ -32.60C Thành phần các khí trơ hòa tan trong dung dịch amonia: Nồng độ hydrogen tối đa 35.35% theo thể tích Nồng độ nitơ tối đa 15.15% theo thể tích Nồng độ methane tối đa 44.19% theo thể tích Nồng độ argon tối đa 5.31% theo thể tích Độ hòa tan: 2.6 Nm3/tấn NH3 Ammonia nóng được đưa sang xưởng urea ở hoạt động bình thường, khi không có sản phẩm ammonia nóng từ xưởng NH3, ammonia lạnh sẽ được lấy từ bồn chứa ammonia lỏng và được gia nhiệt nhẹ trước khi sử dụng 2.2.3 Carbon dioxide (Đầu vào máy nén CO2) Áp suất bình thường 0.15 MPa (A) Nhiệt độ bình thường 450C Thành phần: Carbon Dioxide tối thiểu 99.00% thể tích Hydrogen tối đa 0.92% thể tích Nitơ tối đa 0.08% thể tích Nước bão hòa Hướng dẫn sử dụng khởi động tuabin KT06101 máy nén khí CO2 được chỉ rõ trong bản dữ liệu (Out Seller scope of work). 2.2.4 Carbon dioxide (CO2 ở đầu đẩy máy nén) Áp suất tối thiểu 15.8 MPa (A) Nhiệt độ 1200C Thành phần: Hydrogen 0.91% thể tích Oxygen 0.25% thể tích Nitrogen 1.01% thể tích Argon 0.01% thể tích Nước bão hòa PHẦN 3 Quy trình công nghệ 3.1 Các công đoạn chính và sơ đồ khối QTCN Nguyên liệu Quá trình sản xuất urea trải qua 4 bước chính: Sản xuất amoniac (Xưởng ammoniac) Sản xuất urea ( Xưởng urea) Tạo hạt (Xưởng tạo hạt) Đóng gói sản phẩm (Xưởng thành phẩm) 3.2 Xưởng phụ trợ Nhiệm vụ: cung cấp nguồn lực phụ trợ cho toàn nhà máy Xưởng này gồm các cụm: Cụm xử lý nước thô đầu vào Cụm khí tự nhiên đầu vào Cụm nước làm mát Nồi hơi phụ trợ Cụm xử lý nước thải sinh hoạt và nước nhiễm dầu Bồn chứa Ammonia Cụm máy nén và sản xuất Nitơ 3.3 Xưởng ammoniac Các công đoạn cần thiết để sản xuất ammonia từ các nguồn nguyên liệu đã được đề cập: Nguồn khí tự nhiên nguyên liệu được khử lưu huỳnh trong cụm khử lưu huỳnh tới hàm lượng phần triệu. Khí nguyên liệu đã được khử lưu huỳnh thực hiện phản ứng Reforming với hơi nước và không khí tạo thành khí công nghệ. Thành phần khí công nghệ chủ yếu các khí như: H2, N2, CO, CO2 và hơi nước. Trong công đoạn làm sạch khí, CO được chuyển hóa thành CO2. Sau đó CO2được tách ra khỏi khí công nghệ tại cụm tách CO2. CO và CO2 còn lại trong khí đầu ra cụm tách CO2 được chuyển hóa thành CH4 trong thiết bị methan hóa bằng phản ứng với H2 trước khi khí tổng hợp đi vào cụm tổng hợp ammonia. Khí tổng hợp được nén sau đó được đưa vào tháp tổng hợp ammonia, tại đây xảy ra phản ứng tổng hợp ammonia. Để giới hạn Sự tích tụ Ar và CH4 trong vòng tổng hợp, một dòng khí nhỏ được trích ra. Sản phẩm Ammonia lỏng được giảm áp giải phóng khí trơ, và các khí hòa tan. 3.4 Xưởng Urea 3.4.1 Công suất của xưởng Urea _Phân xưởng urea sản xuất không ít hơn 2385 tấn hạt urea trong 1 ngày. Xưởng urea 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 giảm tỷ lệ (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. 3.4.2 Quy trình công nghệ Quá trình này được đặc trưng bởi việc vận hành cụm tổng hợp ở áp suất khoảng 15.6 MPa (G), với tỷ lệ NH3/CO2 trong thiết bị phản ứng khoảng 3.1 ~ 3.6. Điều này cho phép độ chuyển hóa của CO2 trong tháp phản ứng đạt 60 ~ 63%, cũng nhờ vào các đĩa lỗ ngăn chặn dòng chảy ngược và thúc đẩy hấp thụ khí vào lỏng. Có hai loại phản ứng xảy ra đồng thời trong thiết bị tổng hợp urea: 2NH3 + CO2 ↔ NH2COONH4 + 32560 kcal/kmol cacbamat (0.1013 MPa; 250C) (1) NH2COONH4 ↔ NH2CONH2 + H2O – 4200 kcal/kmol urea (0.1013 MPa; 250C) (2) Phản ứng (1) tỏa nhiệt mạnh, phản ứng (2) thu nhiệt nhẹ và xảy ra trong pha lỏng ở tốc độ thấp. Tiếp sau quá trình tổng hợp là quá trình phân hủy (và thu hồi) những chất chưa được chuyển hóa được tiến hành theo ba công đoạn: Phân hủy cao áp trong thiết bị Stripper, phân hủy trung áp trong thiết bị phân hủy trung áp, phân hủy thấp áp trong thiết bị phân hủy thấp áp. Các phản ứng phân hủy là phản ứng ngược lại của phản ứng (1): NH2COONH4 ↔ 2NH3 + CO2 (- Q) Từ phương trình phản ứng có thể thấy phản ứng được thúc đẩy nhờ sự giảm áp suất và gia nhiệt. Dịch urea ra khỏi thiết bị tổng hợp đi vào thiết bị stripper dưới áp suất tương đương. Tại đây phần cacbarmat không chuyển hóa thành urea sẽ được phân hủy, nhờ tác dụng stripping của NH3 mà hiệu suất tổng thể của cụm tổng hợp cao áp đối với CO2 đạt khoảng 80 – 85%. Sau khi ra khỏi thiết bị stripper, lượng cacbamat còn lại và ammonia sẽ được thu hồi ở hai giai đoạn ở áp suất 1.95 MPa (G) (MP) và 0.4 MPa (G) (LP) tương ứng. Khí NH3, CO2 đi ra từ đỉnh của stripper sẽ được trộn với dịch cacbamate tuần hoàn từ cụm MP và được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ cacbamate thứ nhất và thứ hai dưới áp suất tương đương áp suất trong Stripper. Ở đây hơi MLP và LP cũng được sinh ra. Hơi nước sản xuất ra sẽ được sử dụng ở các phần phía sau. Khí trơ sau khi tách ra sẽ được đưa qua cụm MP, dịch cacbamat cuối cùng được tuần hoàn tại đáy thiết bị tổng hợp qua một bơm phun tia lỏng/lỏng lợi dụng dòng ammonia cao áp nạp vào tháp tổng hợp như một dòng động lực. Ejector này và các thiết bị ngưng tụ cacbamat nói trên cho phép bố trí nằm ngang, đó là một trong những tính năng chính của công nghệ Snamprogheti. Một lượng nhiệt được thu hồi do đó cho phép tiết kiệm đáng kể tổng lượng hơi nước và lượng nước sạch tiêu thụ: Tiền gia nhiệt cho dòng ammonia trước khi vào thiết bị tổng hợp bằng nhiệt tỏa ra từ quá trình hấp thụ dòng khí ra khỏi giai đoạn phân hủy thấp áp. Gia nhiệt cho thiết bị tiền cô đặc chân không bằng nhiệt tỏa ra từ quá trình hấp thụ dòng khí ra khỏi giai đoạn phân hủy trung áp. Thu hồi toàn bộ lượng nước ngưng công nghệ giống như nước cấp nồi hơi. Dòng cacbamat cao áp tuần hoàn lại vòng tổng hợp cao áp được gia nhiệt sơ bộ bằng dòng nước ngưng công nghệ. Quá trình tổng hợp urea bao gồm: + Tổng hợp urea và thu hồi NH3, CO2 ở áp suất cao. + Tinh chế urea và thu hồi NH3, CO2 trung và thấp áp. + Cô đặc urea. + Xử lý nước. Công đoạn này cung cấp các điều kiện để xử lý nước nhiễm NH3 – CO2 và urea từ hệ thống chân không, để thu được nước ngưng quá trình hầu như không chứa NH3 – CO2 – urea có thể đưa đưa sang xưởng phụ trợ và xưởng tạo hạt Nước ngưng công nghệ chứa NH3, CO2 và urea từ các hệ thống chân không, được tập trung trong bồn chứa nước ngưng công nghệ T06102.Từ đây nước ngưng công nghệ nược bơm bằng bơm P06114A/B vào phần trên của tháp chưng C06102. Trước khi vào cột, nước ngưng công nghệ được gia nhiệt bởi chính dòng nước ngưng đã được làm sạch ra khỏi đáy tháp chưng và qua thiết bị trao đổi nhiệt E06116. Tháp chưng C06102 gồm 55 đĩa và được chia thành 2 phần chính bằng một đĩa ngăn được đặt giữa đĩa thứ 35 và 36 (tính từ đáy). Điều kiện công nghệ của cột: Áp suất đỉnh: 0.42 MPa (G) Nhiệt độ đỉnh: 1300C Nước ngưng từ đĩa ngăn được bơm bằng bơm ly tâm P06115A/B vào thiết bị thủy phân urea R06102, ở đây có các điều kiện công nghệ thích hợp cho phân hủy urea thành CO2 và NH3. Thiết bị R06102 hoạt động giống như một thiết bị phản ứng và dòng hơi được đưa vào để cung cấp đủ nhiệt phân hủy urea. Điều kiện công nghệ của quá trình thủy phân: Áp suất: 3.43MPa (G) Nhiệt độ: 2350C Hơi ở hàng rào: nhiệt độ 3700C, áp suất 3.82 MPa (G) Hơi từ thiết bị thủy phân cũng như hơi từ đỉnh của tháp chưng C06102 được đưa vào phía vỏ ống của thiết bị tiền gia nhiệt ammonia E06107 ở cụm thấp áp. Nước ngưng đã được thủy phân ra khỏi đáy R06102, sau khi giảm nhiệt độ khi đi qua thiết bị gia nhiệt sơ bộ cho thủy phân E06118, đi vào tháp chưng ngay dưới đĩa ngăn, ở đây xảy ra quá trình stripping lần cuối NH3 và CO2. Hơi LMP (0.55 MPa (G)) được phun trực tiếp vào đáy cột để cung cấp năng lượng cần thiết cho stripping. Nước ngưng quá trình đã làm sạch rời đáy cột ở 1570C được làm lạnh tới 450C nhờ: Gia nhiệt sơ bộ cacbonat cao áp trong E06113. Gia nhiệt sơ bộ dòng nạp liệu tháp chưng cất trong E06116. Làm lạnh lần cuối tại E06123. Các chất ô nhiễm (NH3 – CO2 – urea) trong nước sau xử lý được giảm xuống còn vài ppm và dễ dàng được tận dụng lại. Trong quá trình khởi động và khi gặp sự cố, nước ngưng đã xử lý được tuần hoàn về bồn nước ngưng quá trình T06125, cho tới khi nó chỉ còn chứa vài ppm NH3 và urea. 3.5 Xưởng tạo hạt _Phần xưởng tạo hạt được thiết kế để sản xuất 2385 tấn urea hạt có chất lượng nhất định mỗi ngày dựa trên dịch urea và các nguồn phụ trợ khác được cung cấp. Trong thiết bị tạo hạt, dịch urea phun lên bề mặt mầm urea tuần hoàn được thổi lơ lửng trong những khoang tạo hạt. các hạt mầm này lớn dần trong những khoang tạo hạt nhiều cấp trong khi được lưu chuyển giữa các khoang tầng sôi nằm xung quanh. Dịch urea phun vào bề mặt các hạt mầm được làm nguội và hóa rắn, đồng thời lượng ẩm trong dung dịch urea cũng được bốc hơi. Nhờ đó, hạt urea được làm khô để đạt được độ ẩm dưới 0,3% khối lượng khi ra khỏi thiết bị tạo hạt. Sau khi ra khỏi thiết bị tạo hạt, thông qua các hệ thống băng tải, gàu nâng và sàng rung, hạt urea sẽ được phân loại kích cỡ, loại bỏ bụi và làm nguội. Sau đó sản phẩm sẽ được qua khu vực đóng bao. Nhờ công nghệ tạo hạt của ToYo, sản phẩm urea hạt đục thể hiện những ưu điểm nổi bật như sau: Độ cứng của hạt cao hơn so với các sản phẩm hiện nay trên thị trường. Khi hạt vỡ không bị dính, vón với nhau. Thời gian tan trong đất dài hơn giúp tăng khả năng hấp thụ của cây trồng và giảm độ rửa trôi trong điều kiện khí hậu Việt Nam. 3.6 Xưởng sản phẩm _Urea 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 50kg/bao. Trong điều kiện sử dụng bình thường bao urea được bảo quản trong thời gian 3 năm. Nhà máy sản xuất phân bón _Tại khu vực đóng bao được trang bị hệ thống các máy đóng bao bán tự động công suất lên đến 60 tấn/h/line đóng bao. Ure khi đóng bao sẽ được bốc xếp bằng các robot tự động. urea đưa đi xuất bán bằng hệ thống băng chuyền hoàn toàn tự động mà không cần tới nhân công kiểm tra về số lượng trong quá trình xuất bán. Công suất xuất bán tối đa lên đến 240 tấn/h _Kho urea 85000 tấn đảm bảo tồn chứa trong 35 ngày nhà máy hoạt động liên tục.Kho đóng bao 10000 đảm bảo chứa toàn bộ sản phẩm urea đóng bao của nhà máy trong hơn 4 ngày _Cảng xuất đạm có thể tiếp cận 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 song Cái Tàu có thể vận chuyển đến hầu hết các khu vực của Đồng bằng sông Cửu long. PHẦN 4 SẢN PHẨM 4.1 Các sản phẩm chính phụ và phế phẩm UREA hạt đục Hàm lượng Nitơ: lớn hơn 46,3 % khối lượng Hàm lượng Biureat: nhỏ hơn 0,99 % khối lượng Hàm lượng nước: nhỏ hơn 0,5 % khối lượng Hàm lương formaldehyde (HCHO): nhỏ hơn 0,45% Kích thước hạt: 2 – 4 mm (lớn hơn 90%), nhỏ hơn 1 mm (nhỏ hơn 1%). Do đó rất ít bụi Độ cứng: 3kg (đối với hạt kích thước 3.15mm) Ammonia lỏng cung cấp từ bồn chứa Áp suất 2.4 MPa (G) tại B.L xưởng urea Nhiệt độ -32.60C Thành phần các khí trơ hòa tan trong dung dịch amonia: Nồng độ hydrogen tối đa 35.35% theo thể tích Nồng độ nitơ tối đa 15.15% theo thể tích Nồng độ methane tối đa 44.19% theo thể tích Nồng độ argon tối đa 5.31% theo thể tích Độ hòa tan: 2.6 Nm3/tấn NH3 4.2 Tồn trữ và bảo quản _Urea được tồn trữ ở dạng đổ đống _Hai thông số chính ảnh hưởng đến chất lượng bảo quản urea Độ ẩm: là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ ổn định của sản phẩm Urea hạt. Đây là nguyên nhân chính gây ảnh hưởng đến quá trình kết tảng của Urea. Độ ẩm tương đối của kho chứa phải thấp hơn độ ẩm tương đối tới hạn (CRH) của Urea tại điều kiện vận chuyển và lưu trữ. Khi độ ẩm tương đối của kho tại điều kiện lưu trữ cao hơn CRH của urea hạt, quá trình hút ẩm sẽ xảy ra. Nhiệt độ lưu kho: nhiệt độ lưu trữ càng gần với nhiệt độ sản phẩm đưa vào kho càng tốt, không quá cao cũng không quá thấp so với nhiệt độ sản phẩm mới vào kho, chênh lệch nhiệt độ với sản phẩm vào kho là một trong những nguyên nhân gây đóng bánh, ngoài ra nhiệt độ cao làm giảm độ cứng hạt, khi lưu trữ với điều kiện đổ đống sẽ tăng khả năng biến dạng hạt dẫn đến tăng khả năng tiếp xúc giữa các hạt và tăng khả năng đóng bánh, nhiệt độ lưu trữ cao cũng làm giảm CRH của urea làm tăng khả năng hút ẩm nếu độ ẩm của môi trường lưu trữ không được kiểm soát tốt. Đóng tất cả các cửa trong kho, cửa sổ trên đường băng tải, hạn chế không khí ở nhiệt độ thấp, độ ẩm cao bên ngoài xâm nhập vào làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Theo dõi tỉ lệ khí mới lấy vào kho, theo thiết kế tỉ lệ khí mới luân chuyển là 10% tổng lượng khí (khoảng 5500m3/h), điều chỉnh lượng khí mới vào kho thấp hơn nếu có thể. Kiểm soát chặt chẽ các điều kiện lưu trữ như độ ẩm tương đối, nhiệt độ, chiều cao đống, thời gian lưu. Chiều cao tối đa đối với đống urea là 13,3 m. Nhiệt độ kho là 36-40oC khi đó CRH của ure khoảng 65 - 67,6%. Do đó độ ẩm của urea rời kho phải được kiểm soát < 70%.