MỞ ĐẦU
Urê là một hợp chất được tổng hợp trong các quá trình biến đổi hóa học. Là loại
phân bón quan trọng kích thích sinh trưởng, giúp cây phát triển nhanh được sử dụng
phổ biến trong nông nghiệp, đặc biệt là ở nước ta một nước có nền nông nghiệp rất
phát triển.
Hiện nay nước ta đã có nhiều nhà máy sản xuất phân urê. Nhà máy Đạm Phú Mỹ sử
dụng nguồn nguyên liệu là khí tự nhiên hiện nay đang đứng đầu nước ta về sản xuất
phân đạm urê với công suất 80.0000 tấn/năm và đã hoạt động được hơn 10 năm cung
cấp nguồn phân bón quan trọng cho đất nước.
Tính cấp thiết của đề tài:
Đối với đồ án nghiên cứu và mô phỏng này, quá trình mô phỏng công nghệ được
xem là rất quan trọng đối với một quy trình sản xuất đang hoạt động, đặc biệt là nhà
máy Đạm Phú Mỹ. Mô phỏng quy trình công nghệ giúp ta có được một sơ đồ tổng thể
về công nghệ của nhà máy với các thông số tương ứng với quá trình hoạt động của
một nhà máy thật sự, để từ đó ta có thể thử nghiệm các thông số mới và tối ưu hóa để
nâng cao sản lượng sản phẩm cũng như có thể tiết kiệm các chi phí về nguyên liệu,
năng lượng, thiết bị… đem lại lợi nhuận rất lớn cho nhà máy.
Mục tiêu của đề tài:
- Nghiên cứu công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ.
- Mô phỏng lại quy trình công nghệ sản suất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ với
các cụm công nghệ sau: Cụm cao áp, cụm trung áp, cụm thấp áp, cụm cô đặc
chân không
- So sánh và đánh giá kết quả mô phỏng với số liệu từ Đạm Phú Mỹ
- Khảo sát và tối ưu hóa công nghệ sản xuất Urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ
- Tính toán thiết kế thiết bị tổng hợp Urê.
Phương pháp:
Nghiên cứu lý thuyết:
- Thu tập các tài liệu về: Sản xuất urê, thông tin về nhà máy Đạm Phú Mỹ, hướng
dẫn mô phỏng và tính toán công nghệ, thiết bị.
- Sử dụng các thông tin trên mạng Internet và sách báo về các vấn đề liên quan
đến thiết kế, mô phỏng quy trình sản xuất urê.

rịa – Vũng Tàu, khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện tốt nhất cho
tôi trong suốt thời gian học 4 năm Đại học có được môi trường học tập và làm việc tốt
nhất. Cám ơn bố mẹ đã dành tình cảm cùng những điều kiện tốt nhất cho tôi trên con
đường Đại Học này, và cũng gửi lời cảm ơn đến những người bạn, những người luôn
bên cạnh sẵn sàng giúp đỡ và hỗ trợ tôi mỗi khi tôi gặp khó khăn.
Trong suốt thời gian bốn tháng thực hiện đồ án này, tôi luôn nhận được sự giúp
đỡ tận tình của quí thầy cô trong Khoa Hóa và Công nghệ thực phẩm; đặc biệt là
CBHD - Th.S Tống Thị Minh Thu cùng sự hỗ trợ của các cán bộ kỹ thuật Tổng Công
ty Phân bón và Hóa chất Dầu khí. Để giờ đây, với tất cả sự giúp nhận được từ các thầy,
cô ; các anh, chị - tôi đã hoàn thành được Đồ Án Tốt Nghiệp với đề tài :
“ Nghiên cứu và mô phỏng quy trình sản suất urê của nhà máy Đạm Phú Mỹ
bằng phần mềm Pro/II ”.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến CBHD - Th.S Tống Thị Minh Thu cùng quí thầy cô
trong Khoa Hóa và Công Nghệ Thực Phẩm và các cán bộ kỹ thuật của Tổng Công ty
Phân bón và Hóa chất Dầu khí lời cảm ơn chân thành. Xin chân thành cảm ơn! Kính
chúc quí thầy cô sức khỏe!
Tuy nhiên, trong giới hạn thời gian cho phép, Đồ án được hoàn thành chắc chắn
vẫn còn những thiếu xót nhất định. Rất mong nhận được sự trao đổi và đóng góp ý
kiến của quý thầy cô và độc giả để tôi có có điều kiện hoàn thiện hơn.
Vũng Tàu, Ngày 12 tháng 07 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Hồ Tiến Nam
iv
MỤC LỤC
1.1.2.Tổng quan về các xưởng sản xuất của nhà máy 2
Bảng 1.1. Thông tin về nguồn khí nguyên liệu 3
Bảng 1.2. Tính chất vật lý của NH3 4
Bảng 1.3. Bảng tính chất vật lý của CO2 5
1.2.1.Các phương pháp tổng hợp Ure 8
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT URE CỦA NHÀ MÁY

76
Bảng 4.2. So sánh kết quả mô phỏng thiết bị R-01 sau khi chuyển đổi cacbamat
với số liệu nhà máy 76
Bảng 4.3. So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị E-01 với số liệu từ
nhà máy 77
Bảng 4.4. So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị V-02 với số liệu từ
nhà máy 78
Bảng 4.5. So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị V-03 với số liệu từ
nhà máy 78
Bảng 4.6. So Sánh kết quả lượng nguyên liệu CO2 đầu vào trong mô phỏng và
số liệu từ nhà máy 79
Bảng 4.7. Kết quả lượng nguyên liệu NH3 đầu vào được sử dụng 79
Bảng 4.8. So sánh kết quả dòng sản phẩm mô phỏng thiết bị V-04 với số liệu từ
nhà máy 80
Bảng 4.9. Kết quả dòng sản phẩm mô phỏng của thiết bị V-14 81
Bảng 4.10. Kết quả dòng sản phẩm mô phỏng của thiết bị V-15 81
Bảng 4.11. Ảnh hưởng của công suất reboiler thiết bị V-02 đến lượng nguyên
liệu NH3 được sử dụng 82
Bảng 4.12. Ảnh hưởng của công suất reboiler vào lượng NH3 trong sản phẩm
đáy thiết bị V-03 84
Bảng 4.13. Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc của thiết bị F-2 đến lượng nguyên
liệu NH3 sử dụng 85
Bảng 4.14. So sánh kết quả trước và sau khi tối ưu quy trình với số liệu từ nhà
máy 86
Bảng 5.1.Cân bằng phân tử 90
Bảng 5.2. Tỷ lệ lưu lượng khối và một phần khối lượng cho các chất phản ứng
và sản phẩm 91
Bảng 5.4.Thống kê và so sánh các thông số cơ bản của thiết bị tổng hợp Ure 94
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96
vi

cũng là một trong những nhà máy hóa chất có dây chuyền công nghệ và tự động hóa
tân tiến nhất ở nước ta hiện nay. Cung cấp 40% nhu cầu urê trong nước, Đạm Phú Mỹ
có vai trò rất lớn trong việc tự chủ nguồn phân bón trong một nước nông nghiệp như
Viêt Nam. Trước đây, số ngoại tệ phải bỏ ra để nhập phân bón từ nước ngoài về là rất
lớn trong khi nguyên liệu để sản xuất phân Urê là nguồn khí đồng hành (Associated
Gas) đang phải đốt bỏ ở các giàn khoan và nguồn khí thiên nhiên (Natural Gas) được
phát hiện rất nhiều ở phía Nam. Sản phẩm của nhà máy Đạm Phú Mỹ hiện đang được
tiêu thụ rộng trên khắp thị trường trong nước, đặc biêt vụ lúa đồng bằng sông Cửu
Long.
Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp đồng (Chìa khóa trao tay) giữa Tổng
công ty Dầu Khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đồng chuyển
giao công nghệ sản xuất Amoniac với Haldoe Topsoe ( công suất 1.350 tấn/ngày ) và
công nghệ sản xuất Urê Snamprogeti (công suất 2.200 tấn/ngày).
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 1 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013
Trường ĐHBRVT
Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức nhân sự của nhà máy Đạm Phú Mỹ
1.1.2. Tổng quan về các xưởng sản xuất của nhà máy
1.1.2.1. Phân xưởng tổng hợp Amoniac
a. Nguyên liệu
Có chức năng tổng hợp Amoniac và CO
2
từ khí thiên nhiên từ mỏ Bạch Hổ và
không khí.
- Các thông tin về nguồn khí:
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 2 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
Hội đồng thành viên
Tổng Giám Đốc
Phó TGĐ
kỹ thuật

ĐTXD
Phòng
xuất
nhập
khẩu
Phòng
thương
mại
vật
liệu
Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013
Trường ĐHBRVT
Bảng 1.1. Thông tin về nguồn khí nguyên liệu
Chỉ tiêu kỹ thuật AMF GPP
Nhiệt độ (
o
C)
18÷36 18÷36
Ap suất (barg)
25.0 (tối đa 40)
24.5 (tối đa 39.2)
25.0 (tối đa 40)
24.5 (tối đa 39.2)
Điểm sương (
o
C) ở 25 barg -1 -42
Khối lượng phân tử (g/mol) 20.65 18.68
Giá trị nhiệt tổng (MJ/Nm
3
) 46.92 42.85

0.0149 0.0141
11 H
2
O - -
Nguồn khí này thực chất đã được xử lí và làm sạch tại nhà máy chế biên khí Dinh
Cố, nên khi được xử dụng tại Đạm Phú Mỹ, dòng nguyên liệu chỉ cần các bước xử lí
đơn giản là có thể xử dụng được.
b. Các công đoạn của xưởng
Sau khi tổng hợp, Amoniac và CO
2
sẽ được chuyển sang phân xưởng urê.
Phân xưởng tổng hợp Amoniac bao gồm các công đoạn:
- Khử hợp chất lưu huỳnh bằng phương pháp khô
- Giai đoạn Reforming
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 3 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013
Trường ĐHBRVT
- Chuyển hoá khí CO trong khí nguyên liệu thành CO
2
- Giai đoạn hấp thụ CO
2
bằng dùng dung dịch MDEA:
- Giai đoạn metan hoá
- Giai đoạn tổng hợp NH
3
- Thu hồi NH
3
c. Sản phẩm
Tổng quan về Amoniac (NH
3

- Tính chất hóa học
Tính bazơ yếu: Trên nguyên tử nitơ của amoniac có cặp electron tự do nên amoniac có
tính bazơ và có thể xảy ra phản ứng hóa học:
Tác dụng với nước: khi tan trong nước, một phần nhỏ các phân tử amoniac kết hợp
với ion H
+
của nước, tạo thành ion amoni (NH
4
+
) và ion hidroxit (OH
-
).
NH
3
+ H
+
↔ NH
4
+
Tác dụng với axit: amoniac dễ dàng kết hợp với axit tạo thành muối amoni.
NH
3
+ HCl ↔ NH
4
Cl
Tác dụng với dung dịch muối:
AL
3+
+ NH
3

AgCl + 2NH
3
→ [Ag(NH
3
)
2
]
+
+ Cl
-
Tính khử
Tác dụng với oxi:
NH
3
+ 3O
2

 →←
C
0
900
2N
2
+ 6H
2
O.
Nếu có xúc tác phân huỷ ngay ở 300
0
C:
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 4 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm

2
NH
4
2NH
3
+ CO
2
→ NH
2
CO
2
NH
4
Sau đó phân giải thành urê và nước:
NH
2
CO
2
NH
4
→ NH
2
CONH
2
+H
2
O
Tổng quan về CO
2
:

2
O
Nước sẽ hấp thụ một lượng nhất định điôxít cacbon
CO
2
+ H
2
O H
2
CO
3
Tác dụng với oxit bazo và bazo
CO
2
tác dụng với bazo hay oxit bazo sẽ tạo thành muối
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 5 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013
Trường ĐHBRVT
CO
2
+ NaOH NaHCO
3
CO
2
+ 2NaOH Na
2
CO
3
+ H
2

O
1.1.2.2. Phân xưởng tổng hợp Urê.
a. Nguyên liệu
Quá trình tổng hợp urê sử dụng 2 nguyên liệu chính là NH
3
và CO
2
. Cả 2 nguyên
liệu trên là sản phẩm của xưởng tổng hợp ammoniac, NH
3
và CO
2
nhận được có độ
tinh khiết các nên sẽ được đưa trực tiếp vào quy trình tổng hợp urê.
b. Các công đoạn trong xưởng
Có chức năng tổng hợp Amoniac và CO
2
thành dung dịch urê. Dung dịch urê sau
khi đã được cô đặc trong chân không sẽ đươc đưa đi tạo hạt. Quá trình tạo hạt được
thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m. Phân xưởng
urê có thể đạt công suất tối đa 2.385 tấn/ngày.
Phân xưởng bao gồm các công đoạn sau:
- Công đoạn nén CO
2
- Tổng hợp urê và thu hồi CO
2
ở áp suất cao
- Công đoạn tinh chế urê và thu hồi NH
3
ở áp suất trung bình và áp suất thấp

o
C : 22.26 cal/mol.
o
C
Khối lượng riêng Urea lỏng ở 132.7
o
C : 1.227 kg/l
Nhiệt hoà tan trong: Nước là 57.8 cal/g, Rượu methanol :50.2 cal/g
- Tính chất hóa học
Khi hòa tan trong nước, dung dịch Urea có tính kiềm yếu.
Khi tác dụng với một số acid nó tạo thành các muối liên kết.
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 6 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013
Trường ĐHBRVT
Ví dụ: (NH
2
)
2
CO + H
2
SO
4
= (NH
2
)
2
CO.H
2
SO
4

2
-CO-NH-CO-NH
2
Dung dịch Urea trong nước ở nhiệt độ <80
o
C khá bền vững. Nhưng ở Nhiệt độ
>90
o
C có thể xảy ra các phản ứng phân giải:
(NH
2
)
2
CO + H
2
O  NH
4
COONH
2
NH
4
COONH
2
= 2NH
3
+ CO
2
Nói chung quá trình thủy phân Urea phụ thuộc vào thời gian và nhiệt độ dung
dịch. Hằng số tốc độ phản ứng thủy phân Urea rất nhỏ ở nhiệt độ thấp.
Lưu ý: Khi Urea bị phân hủy nhiệt có thể tạo ra Biuret hoặc Acid Cianic. Hai chất

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 như bệnh
bạch cầu và 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 sang màu xám.
1.1.2.3. 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, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi hơi
phụ trợ và một tubin khí phát điện công suất 21Mwh, có bồn chứa Amoniac 35.000 m
3
tương đương 20.000 tấn, dùng để chứa Amoniac dư và cấp Amoniac cho phân xưởng
urê khi công đoạn tổng hợp của xưởng Amoniac ngừng máy.
1.2. Các phương pháp và công nghệ sản xuất Ure trong công nghiệp [6]
1.2.1. Các phương pháp tổng hợp Ure
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 8 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
Tổng
hợp Ure
Phân giải
Carbamate
Cô đặc
Tạo hạt
NH
3
Hoặc
Hồi lưu
Tổng hợp
khác
Đồ án tốt nghiệp Đại học-khóa 2009 – 2013

4. Tháp tổng hợp
5. Nồi phản ứng
6. Máy nén tuần hoàn khí nóng
7. Phân ly
8. Thùng cao vị
9. Thiết bị bay hơi
10. Thiết bị sấy kiểu mù
11. Lọc
12. Thùng trung gian
Hình 1.3. Phương pháp không tuần hoàn
Ngành Công nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Trang 10 Khoa Hóa Học và Công Nghệ Thực Phẩm
5 5 5 5 5
12
5
8 8
10
9 9
11
4
3
2
1
6
7
c. Thuyết minh quy trình
Khí CO
2
qua máy nén (2) được nén đến áp suất 150 at và được gia nhiệt đến 200
o
C,

, 45-
50% CO
2
).
1.2.1.2. Phương pháp tuần hoàn một phần (Partial Process)
a. Cơ sở phương pháp
Quá trình tuần hoàn một phần NH
3
theo đề xuất của nhà bác học Miller đã 1 thời
được nhiều nước ứng dụng. Phương pháp này đã làm cơ sở cho dây chuyền tiến bộ
nhất là tuần hoàn toàn bộ. Phương pháp tuần hoàn một phần khác với phương pháp
không tuần hoàn là tiết lưu giảm áp hai cấp. Dung dịch tiết lưu cấp độ một ở áp suất
18-35 at, NH
3
khí được làm lạnh ngưng tụ bằng nước. Áp suất ở đoạn 2 gần bằng với
áp suất khí quyển.
b. Sơ đồ công nghệ
1. Tháp tổng hợp
2. Bộ gia nhiệt
3. Phân giải đoạn 1
4. Làm lạnh
5. Ejector
6. Tháp rửa
7. Bơm dung dịch
muối amon
8. Gia nhiệt phân giải 2
9. Phân giải 2
Hình 1.4. Phương pháp bán tuần hoàn
c. Thuyết minh quy trình
Quá trình sản xuất Urea bằng phương pháp tuần hoàn một phần NH

2
1
4
NH
3
+ CO
2
NH
3
CO
2
Urê
5
3
Một ví dụ cho phương pháp bán tuần hoàn được trình bày trong hình 1.3
1.2.1.3. Phương pháp tuần hoàn hoàn toàn (Total Process)
Theo phương pháp này NH
3
và CO
2
chưa phản ứng tạo thành Urea được thu hồi và
được tận dụng hoàn toàn để tuần hoàn trở lại tháp tổng hợp Urea. Những nhà máy sử
dụng phương pháp này thì có hiệu quả rất cao vì không có sản phẩm phụ (by-product).
a) Tuần hoàn dưới dạng hỗn hợp khí
1. Thiết bị làm lạnh
2. Tháp tổng hợp
3. Van tiết lưu
4. Thiết bị chưng
5. Máy nén
Hình 1.5. Tuần hoàn dưới dạng khí nóng

Ưu điểm:
Phương pháp này hầu như tuần hoàn được toàn bộ, tận dụng được hầu hết nguyên
liệu vào. Nhưng nó không được dung rộng rãi trong công nghiệp do những khuyết
điểm sau:
Khuyết điểm:
- Nén hỗn hợp khí ở nhiệt độ cao, mà khi nén khí NH
3
và CO
2
có nhiệt độ cao
gây cho thiết bị ăn mòn ghê gớm.
- Áp suất cao dẫn đến NH
3
và CO
2
kết hợp lại tạo thành Ammonium Carbamate ở
dạng rắn gâp tắc đường ống, thiết bị dẫn đến hỏng máy nén.
Vì vậy muốn tránh những hiện tượng trên phải đặc biệt chú ý đến nhiệt độ và áp
suất.
b) Phương pháp tuần hoàn dung dịch Carbamate
Hỗn hợp Off-Gas được ngưng tụ và dung dịch Carbamate được tuần hoàn. Tuần
hoàn dưới dạng dung dịch Carbamate cũng có nhiều phương pháp khác nhau. Nó khác
nhau ở các thông số công nghệ như: áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ NH
3
/CO
2
và H
2
O/CO
2

NH
3
. Phần lớn NH
3
được tuần hoàn lại sau khi phân giải lần thứ nhất, phần NH
3
và
CO
2
được hấp thụ bằng nước. Còn từ phân giải đoạn hai vào chu trình ở dạng muối
Amon.
Trong trường hợp này tỉ lệ các tác chất: L = 7,5; W = 0,7; lượng dư NH
3
lớn và
thực hiện trong các điều áp suất lớn P= 400 at và nhiệt độ 200
o
C sẽ có hiệu suất
chuyển hóa Ammonium Carbamate thành Urea đạt tới 70%.
1.2.2. Các công nghệ sản xuất Urea điển hình [6]
1.2.2.1. Quy trình sản xuất Urea của hãng Montekachin
1- Máy nén
2- Bơm NH
3
lỏng
3- Ngưng tụ NH
3
4- Tháp tổng hợp
5,6- Phân giải I
7- Hấp thụ khí trơ I
8- Phân giải đoạn II

3
được thoát ra khi tiết lưu từ 3-6 at xuống áp
suất thường đi vào tháp hấp thụ 10, tuần hoàn làm lạnh bằng nước (16), một phần
được trích đi quay về thấp hấp thụ (8).
4
1
2
3
5
6
8
7
8
9
10
14
5
6
11
12
13
18
19
17
16
Ưu điểm của phương pháp Montekachin so với phương pháp Miller là:
o NH
3
chỉ ngưng tụ cùng với sự tạo thành Ammonium Carbamate, như vậy cho
phép giảm lượng thiết bị và tạo điều kiện tuần hoàn tối đa ở công đoạn và phân giải

zirconium
- Nhiệt độ phản ứng cao từ 380 – 450
o
F so sánh với các quy trình khác có nhiệt
độ giới hạn trên là 375
o
F. Tại nhiệt độ cao hơn, tốc độ chuyển hóa của CO
2
thành Urea
đạt từ 80-85% so với phương pháp tuần hoàn Carbamate là 65-70%.
- Tập đoàn Allied Chemical sử dụng quy trình của T.O. Wentworth, là 1 quy
trình có thể sử dụng 3 phương pháp không tuần hoàn, bán tuần hoàn hoặc tuần hoàn
hoàn toàn.
b) Sơ đồ quy trình