Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 1 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐẠM CÀ MAU
1.1. Lịch sử hình thành và phát triển
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 ngày 09/03/2011 để quản lý và vận
hành nhà máy Đạm Cà Mau nằm trong khu công nghiệp cụm Khí-Điện-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, tàng trữ,
vận chuyển, phân phối và xuất nhập khẩu phân bón, hóa chất dầu khí.
Nhà máy Đạm Cà Mau được khởi công xây dựng vào tháng 7 năm 2008 và đã
hoàn thành vào tháng 02/2012, 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 Urea/năm;
- Nguồn khí nguyên liệu được mua từ lô PM3 – CAA, mỏ cái nước thuộc
vùng biển Tây Nam Việt Nam. Giá khí năm 2012 là 6,43
USD/MMBTU;
- 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 và G7;
- Chất lượng sản phẩm đáp ứng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Quốc tế.
1.2. Các phân xƣởng chính của nhà máy
1.2.1. Xưởng tổng hợp amoniac
Trong phân xưởng amoniac, amoniac được sản xuất từ khí tổng hợp chứa
hydro và nitơ với tỉ lệ xấp xỉ 3/1. Bên cạnh các hợp chất trên, khí tổng hợp còn chứa
một lượng khí trơ như Ar và CH
4

2
. Sau đó CO
2
được tách ra khỏi khí công nghệ tại cụm tách CO
2
.
- CO và CO
2
còn lại trong khí đầu ra cụm tách CO
2
được chuyển hóa thành
CH
4
trong thiết bị methan hóa bằng phản ứng với H
2
trước khi khí tổng hợp đi vào
cụm tổng hợp ammonia.
- Khí tổng hợp được nén và đưa vào tháp tổng hợp ammonia, tại đây xảy ra
phản ứng tổng hợp ammonia. Để giới hạn sự tích tụ Ar và CH
4
trong vòng tổng hợp,
một dòng khí nhỏ được trích ra khỏi vòng tổng hợp. Sản phẩm amoniac lỏng được
giảm áp giải phóng khí trơ, và các khí hòa tan trước khi được đưa qua xưởng Urea
và bồn chứa [8].

Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất xưởng Amoniac
1.2.2. Xưởng tổng hợp urê

Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT


2
+ H
2
O (1.2)
-4200 kcal/kmol ure (at 0.1013 MPa; 25℃).
Phản ứng (1.1) tỏa nhiệt mạnh, phản ứng (1.2) 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 (1.1):
NH
2
-COO-NH
4
2NH
3
+ CO
2
(- Q)
Từ phương trình phản ứng có thể thấy phản ứng được thúc đẩy nhờ sự giảm áp
suất và gia nhiệt.
Dịch urê ra khỏi thiết bị tổng hợp đi vào thiết bị stripper dưới áp suất tương
đương. Tại đây phần cacbamat không chuyển hóa thành urê sẽ được phân hủy. Nhờ
tác dụng stripping của NH
3
mà hiệu suất tổng thể của cụm tổng hợp cao áp đối với
CO
2

Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 5 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Hình 1.3. Công đoạn tạo hạt
1.2.3. Xưởng phụ trợ
Xưởng phụ trợ là nơi cung cấp các nguồn phụ trợ cho toàn bộ Nhà máy, bao
gồm các cụm:
- 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 amoniac;
- Cụm máy nén khí và sản xuất nitơ [8].
1.2.4. 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 630x1020mm, vỏ bao được làm bằng nhựa Polymer

Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 6 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

trắng, khối lượng đóng 50kg/bao. Trong điều kiện 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 sẽ 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

Đây là vấn đề quan trọng, ảnh hưởng tới sự hoạt động liên tục của nhà máy.
Phân xưởng urê sản xuất sản phẩm do vậy phải bảo đảm đường bộ vận chuyển

Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 8 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

thuận lợi phù với mạng lưới giao thông chung của nhà máy. Như vậy sẽ hạn chế tối
đa các chi phí cho vận chuyển, hạ giá thành sản phẩm.
1.3.4. Đảm bảo điều kiện hợp tác với các phân xưởng liên quan
Đây là vấn đề quan trọng trong xây dựng và sản xuất của phân xưởng và sản
xuất của phân xưởng urê vì phân xưởng là một mắt xích trong hệ thống sản xuất kín
và liên tục của nhà máy. Sự liên kết giữa các phân xưởng tạo ổn định trong sản xuất
của nhà máy.
1.3.5. Đảm bảo yêu cầu vệ sinh công nghiệp
Dây chuyền urê cũng như các phân xưởng khác của nhà máy, luôn có khí thải
độc hại ảnh hưởng tới môi trường. Để hạn chế tối đa ảnh hưởng xấu, việc quy hoạch
xây dựng phải phù hợp hệ thống xử lý làm sạch phế thải trong sản xuất. Đặc biệt là
bầu không khí của toàn phân xưởng, nhà máy và các môi trường xung quanh.
1.3.6. Các yêu cầu về kỹ thuật
Về địa hình
Thoả mãn về diện tích hình dáng phù hợp có độ dốc thích hợp tốt nhất là 1%
để thoát nước tự nhiên dễ dàng đồng thời phải cao ráo, tránh ngập lụt trong mùa
mưa.
Địa điểm xây dựng phải có kích thước và hình dạng phù hợp cho việc xây
dựng trước mắt cũng như mở rộng tương lai.
Khu này được lựa chọn phải tương đối bằng phẳng tốt nhất là có độ rộng tự
nhiên từ i = 0,5 ÷ 1,5 % để hạn chế tối đa chi phí san lấp mặt bằng.
- Khu đất được lựa chọn phải ở nơi cao ráo tránh ngập lụt;
- Phù hợp với các điều kiện vệ sinh công nghiệp;

dẫn an toàn và phải có thẻ ra vào tạm thời, ai không có thẻ thì không được vào nhà
máy. Không được hút thuốc, mang diêm quẹt hay vật dụng dễ cháy hoặc gây ra tia
lửa vào nhà máy.

Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 10 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Khi vào nhà máy hoặc khu công nghệ phải mang đầy đủ trang thiết bị bảo vệ
cá nhân cần thiết và phải tuân thủ theo yêu cầu của người hướng dẫn không được tự
ý đi lại trong khu vực sản xuất hoặc các khu vực cấm. Khi xảy ra sự cố phải tuân
thủ theo sự hướng dẫn thoát hiểm ra điểm tập trung.
Không được đi lại hoặc đứng gần những nơi đang kích cẩu, nơi xảy ra sự cố,
không được vượt qua những khu vực đã căng dây, rào chắn cấm người qua lại.
Người lao động trong nhà máy phải đảm bảo sức khỏe, không được đến nhà
máy khi trong người có rượu bia, hay những chất kích thích khác.
1.5. Vệ sinh công nghiệp
Dây chuyền sản xuất urê cũng như các phân xưởng khác của nhà máy, luôn có
khí thải độc hại ảnh hưởng tới môi trường. Mỗi sự cố gắng được thực hiện trong
việc thiết kế của công đoạn urê để giải quyết các vấn đề ô nhiễm.
Các cụm dịch urê thường có các nguồn ô nhiễm sau:
- Amoniac từ điểm xả khí trơ;
- Amoniac và urê từ chất thải lỏng.
Amoniac thải ra cùng khí trơ, theo công nghệ Snamprogetti, được tối thiểu hóa
do yêu cầu khí thụ động hóa ít hơn nhiều so với công nghệ khác. Ngoài ra, tại các
điểm xả còn dùng nước để thu hồi NH
3
có trong dòng khí trơ.
Hệ thống xử lí chất thải lỏng cho phép thu hồi NH
3

hãng đã đi sâu cải tiến quy trình công nghệ để sản xuất urê. Những hãng đứng đầu
về cung cấp chuyển giao công nghệ sản xuất urê trên thế giới như: Stamicarbon (Hà
Lan), Snamprogetti (Italia), TEC (Nhật Bản)…Các hãng này đưa ra công nghệ sản
xuất urê tiên tiến, mức tiêu phí năng lượng cho một tấn sản phẩm urê rất thấp [11].
2.2. Những nét nổi bật về urê
Trong số các sản phẩm hóa học được sử dụng phổ biến làm nguồn cung cấp
phân đạm cho cây trồng như: Sulphur Ammonium (SA), Nitrat Amonium
(NH
4
NO
3
), urê thì urê được sử dụng nhiều hơn cả vì những đặc tính vượt trội của
nó về mọi phương diện [12].
Bảng 2.1. Sản lượng tiêu thụ (urê trên toàn thế giới)
Năm
1973
1997
2003
2007
Tiêu thụ
(triệu tấn)
8,3
37,6
50,0
116,7
2.2.1. Ưu điểm của urê
- Urê có thể dùng bón cho cây trồng dưới dạng rắn, dạng lỏng tưới gốc hoặc
sử dụng như phân phun qua lá đối với một số loại cây trồng.
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT


7
o
C
15
o
C
25
o
C
32
o
C
0
0
0
0
0
2
0
0
1
2
4
2
2
4
5
6
5
6

0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
1
5
4
1
2
5
10
18
20
6
4
5
7
11
23
30
8
8
9
12

2.3.1. Tính chất vật lý
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 14 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Urê có công thức phân tử là CON
2
H
4
hoặc (NH
2
)
2
CO.
Tên quốc tế là Diaminomethanal. Ngoài ra urê còn được biết với tên gọi là
carbamide, carbonyl diamide. Urê có màu trắng, dễ hòa tan trong nước, ở trạng thái
tinh khiết nhất urê không mùi mặc dù hầu hết các mẫu urê có độ tinh khiết cao đều
có mùi khai [11].
Bảng 2.4. Thành phần đặc tính của urê
Tên thành phần
Giá trị
Tỉ trọng d, g/ cm
3

13,230
Dạng tinh thể và dạng bề ngoài
Dạng kim, lăng trụ, tứ
giác
Điểm nóng chảy,
0

C
100
0
C
150
0
C
Hàm lượng Nitơ
46,6% N

2.3.2. Tính chất hóa học
Khi hòa tan trong nước, urê thủy phân rất chậm để tạo thành cacbamat amôn
cuối cùng phân hủy thành amoniac và điôxit cacbon. Phản ứng này là cơ sở để sử
dụng urê làm phân bón.
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 15 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Trong môi trường đất ẩm :
(NH
2
)
2
CO + 3H
2
O → CO
2
+ 2NH
4
OH

C, urê sẽ thăng hoa và chuyển hóa thành
xianua amôn NH
4
OCN. Khi urê cứng được đốt nóng nhanh trong dòng khí amoniac
ở mức nhiệt độ cao và tăng khoảng vài trăm kPa (vài at) thì nó sẽ thăng hoa hoàn
toàn và phân hủy từng phần thành acid cyanic HNCO và xianua amôn. Urê cứng
hòa tan trong NH
3
lỏng và hình thành hợp chất urê-amoniac hỗn hợp không ổn định
CO(NH
2
)
2
NH
3
phân hủy ở 45
0
C. Urê-Amoniac tạo ra các muối với các chất kim
loại kiềm như NH
2
COHNM hoặc CO(NHM)
2
. Việc chuyển hóa urê thành biuret
được xúc tiến ở điều kiện nhiệt độ thấp, áp suất cao và gia nhiệt kéo dài. Ở điều
kiện áp suất thấp 10-20 MPa (100-200 atm), khi đốt nóng cùng với NH
3
biuret sẽ
tạo thành urê.
Urê phản ứng với nitrat bạc AgNO
3

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.
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 17 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

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.
2.4.2. Trong phòng thí nghiệm
Urê là một chất biến tính prôtêin mạnh. Thuộc tính này có thể khai thác để làm
tăng độ hòa tan của một số prôtêin. Vì tính chất này, nó được sử dụng trong các
dung dịch đặc tới 10M.
2.4.3. Sử dụng trong y học
Thuốc
Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá trình tái
hiđrat hóa của da.
Chẩn đoán sinh lý học
Do urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gần như không đổi,
nồng độ urê cao trong máu chỉ ra vấn đề với sự bài tiết nó hoặc trong một số trường
hợp nào đó là sự sản xuất quá nhiều urê trong cơ thể.
Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn máu ác tính (ví dụ bệnh
bạch cầu và bệnh Kahler).

được đầu tư mở rộng công suất và thay đổi công nghệ mới nên năng lực sản xuất
tăng thêm khoảng 1,5 – 2 triệu tấn sản phẩm/năm.
Riêng tại Canada, Nga, Trung Quốc, Argentina…, năng lực sản xuất phân kali
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 19 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

cũng được nâng lên đáng kể trong những năm gần đây. Dự báo của IFA, cho biết
đến năm 2014-2015, lượng phân kali tồn kho trên toàn cầu vào khoảng trên 15 triệu
tấn.
Hiện ngành phân bón thế giới đang trong tình trạng cung vượt cầu. Trung
Quốc là quốc gia tiêu thụ và sản xuất phân bón lớn nhất thế giới.
Bảng 2.5. Khả năng cung/cầu urê trên thế giới năm 2013 ĐVT: Triệu mét tấn
urê


Bảng 3.1. Các thông số hóa lý cơ bản của Cacbon đioxit
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Khối lượng phân tử
kg/kmol
44,01
Áp suất tới hạn
psia
1070,6
Áp suất hơi
ở 20
o
C (bar)
58,5
Độ nhớt
ở -78,5
oC
C (cP)
0,07
Điểm nóng chảy
o
F
-69,9
Hằng số k = CP/CV

1,3
Khối lượng riêng
0
o

cháy tiếp.
4Al + 3CO
2
→ Al
2
O
3
+ 3C
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 21 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm

Khí CO
2
tan nhiều trong nước, khi tan trong nước phần lớn CO
2
ở dưới dạng
được hydrat hóa và một phần nhỏ tương tác với nước tạo thành axit cacbonic:
CO
2
+ H
2
O → CO
2
+H
2
CO
3

3.1.2. Amoniac

0
C, 1at) : 0,492 kcal/kg. độ.
- Nhiệt độ tới hạn : 132,4
0
C.
- Áp suất tới hạn : 111,5 at.
Ammonia rất dễ tan trong nước: Ở nhiệt độ phòng (20
0
C) thì 1 thể tích nước
hòa tan khoảng 700 thể tích amoniac theo phản ứng:
NH
3
+ H
2
O HN
4
OH + Q (3.1)
Khi tăng nhiệt độ, độ tan của amoniac giảm xuống, do nó thoát ra khỏi dung
dịch đậm đặc khi đun nóng, và đôi khi người ta dùng phương pháp này để điều chế
một lượng nhỏ amoniac trong phòng thí nghiệm.
Ở nhiệt độ thấp, từ dung dịch amoniac có thể tách ra Hydrate tinh thể
HN
3
.H
2
O. Tinh thể này nóng chảy ở -79
0
C. Trong các hydrate này, các phân tử
nước và Ammonia kết hợp với nhau bằng liên kết hydro.
b. Tính chất hóa học

+ 5O
2
4NO + 6H
2
O + 907 Kj (3.3)
NH
3
có tính bazơ và phản ứng với các acid tạo thành các muối:
- Phản ứng với acid clohydric:
NH
3
+ HCl NH
4
Cl
- Phản ứng với acid nitric:
NH
3
+ HNO
3
NH
4
NO
3

- Phản ứng với acid sulfuric:
2NH
3
+ H
2
SO

H
2
PO
4

- Phản ứng với acid carbonic:
NH
3
+ H
2
CO
3
NH
4
HCO
3

2NH
3
+ H
2
CO
3
(NH
4
)
2
CO
3


85%. Trên những điều kiện khác, khi tỷ lệ mol NH
3
/CO
2
thay đổi từ 2 đến 0,5, sản
phẩm urê sẽ thay đổi chỉ từ khoảng 40% đến khoảng 45%.
Vì vậy ảnh hưởng của CO
2
là rất nhỏ so với NH
3
. Hơn thế nữa, dưới điều kiện
giàu CO
2
, dung dịch sẽ trở nên ăn mòn nhiều hơn và vận hành có vấn đề liên quan
đến kết tinh là quá quan trọng.
Nói chung, hầu hết tất cả các nhà máy urê được vận hành dưới tỷ lệ NH
3
/CO
2

trong khoảng giữa 2,5 và 5,0.

Hình 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ NH
3
/CO
2

3.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ H
2
O/CO

NH
2
-COO-NH
4
2 NH
3
+ CO
2
(- Q)
Phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp và/hoặc tăng nhiệt.
Từ phản ứng này có thể thấy rằng sự phân hủy được xúc tiến bằng cách giảm
áp suất và/hoặc cung cấp nhiệt [6].
Đồ án tốt nghiệp-Khóa 2010-2014 Trường ĐHBRVT

Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 25 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm Hình 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất
3.2.4. Sự hình thành biuret
Biuret là phản ứng không mong muốn được hình thành khi hai mol urê kết
hợp thành một mol biuret và một mole amôniắc bằng gia nhiệt.
2(NH
2
-CO-NH
2
) NH
2
-CO-NH-CO-NH
2
+ NH