Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
------------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI TẠI NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

Ths.Vũ Bá Minh

Vũ Văn Tâm
MSSV: 2082236
Ngành: Công nghệ hóa học - K34

Tháng 5/2012

-i-


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

LỜI CẢM ƠN!


............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
Cần thơ, ngày…… tháng……. Năm 2012
Cán bộ phản biện

- iii -


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN


 ..........................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................
............................................................................................................

Chương 2: Tổng quan về urê và công nghệ tổng hợp urê tại nhà máy đạm
Phú Mỹ .................................................................................. 10
2.1 Sơ lược về urê..................................................................................... 10
2.1.1 Khái niệm ........................................................................................ 10
2.1.2 Tính chất của urê ............................................................................. 11
2.1.2.1 Tính chất vật lý ............................................................................. 11
2.1.2.2 Tính chất hóa học.......................................................................... 12
2.1.3 Ứng dụng của urê ............................................................................ 14
2.1.3.1 Trong nông nghiệp........................................................................ 14
2.1.3.2 Trong công nghiệp........................................................................ 14
2.1.3.3 Trong phòng thí nghiệm................................................................ 15
2.1.3.4 Trong y học .................................................................................. 15
2.2 Công nghệ sản xuất urê tại nhà máy đạm Phú Mỹ............................... 15
2.2.1 Nguyên liệu .................................................................................... 15

-v-


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

2.2.2 Công nghệ tổng hợp urê................................................................... 16
2.2.2.1 Công đoạn nén khí CO2 ................................................................ 16
2.2.2.2 Tổng hợp urê ................................................................................ 18
2.2.2.3 Cụm cô đặc chân không và tạo hạt................................................ 25
2.2.2.4 Hình thành biuret .......................................................................... 26
2.3 Vấn đề môi trường của nhà máy đạm Phú Mỹ trong quá trình
sản xuất ............................................................................................ 27
2.3.1 Môi trường không khí...................................................................... 27
2.3.2 Chất thải rắn .................................................................................... 28
2.3.2 Môi trường nước.............................................................................. 28

4.2.1 Bể lắng ............................................................................................ 42
4.2.2 Thiết bị tách dầu bản mỏng.............................................................. 44
4.2.3 Bể tuyển nổi .................................................................................... 46
4.2.4 Bồn lọc áp lực.................................................................................. 48
Chương 5: Kết luận và kiến nghị .............................................................. 52
5.1 Kết luận .............................................................................................. 52
5.2 Kiến nghị............................................................................................ 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO

- vii -


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Độ tan trong nước của urê theo nhiệt độ........................... 11
Bảng 2.2: Hàm ẩm không khí theo nhiệt độ...................................... 12
Bảng 3.1: Nước sinh hoạt đầu vào.................................................... 31
Bảng 3.2: Nước sinh hoạt sau xử lý.................................................. 32
Bảng 3.3: Chỉ tiêu kỹ thuật của nước nhiễm NH3 ............................ 33
Bảng 3.4: Nước NH3 sau xử lý ......................................................... 33
Bảng 3.5: Chỉ tiêu nước thải nhiễm dầu ........................................... 35
Bảng 3.6: Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ
các chất ô nhiễm ............................................................. 35
Bảng 4.1: Các thông số tính toán bể lắng ......................................... 42
Bảng 4.2: Thông số thiết kế bể lắng ................................................. 42
Bảng 4.3: Giá trị hằng số thực nghiệm a, b ở to ≥ 20oC ..................... 44
Bảng 4.4: Tổng hợp thiết kế bể lắng................................................. 44
Bảng 4.5: Tổng hợp thiết kế thiết bị tách dầu bản mỏng................... 46
Bảng 4.6: Thông số tính toán bể tuyển nổi ....................................... 46


MỞ ĐẦU

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của nền công nghiệp
nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động. Do đặc
thù của nền công nghiệp mới phát triển, chưa có sự quy hoạch tổng thể và nhiều
nguyên nhan khác nhau như: điều kiện kinh tế của nhiều xí nghiệp còn khó khăn,
hoặc do chi phí ảnh hưởng đến lợi nhuận nên hầu như chất thải công nghiệp của
nhiều nhà máy chưa được xử lý mà thải thẳng ra môi trường. Điều đó dẫn tới sự
ô nhiễm trầm trọng của môi trường sống, ảnh hưởng tới sự phát triển toàn diện
của đất nước, sức khỏe, đời sống của nhân dân cũng như vẻ mỹ quan của khu
vực.
Hòa cùng xu thế phát triển của đất nước, ngành công nghiệp sản xuất phân
Đạm cũng ngày càng mở rộng vì nước ta là một nước nông nghiệp nên nhu cầu
sử dụng phân bón là rất lớn. Hiện nay , nhà máy đạm Phú Mỹ đang cung cấp cho
thị trường trong nước khoảng 40% nhu cầu phân đạm urê. Tuy nhiên, hàng năm
nhà máy cũng thải ra một lượng lớn chất thải độc hại như nước thải nhiễm dầu
hay các loại khí độc hại: NOx, SOx…
Trong đó ô nhiễm nguồn nước là một trong những thực trạng đáng ngại
nhất của sự hủ hoại môi trường tư nhiên. Ngày nay vấn đề xử lý nước và cung
cấp nước sạch đang là một mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức
xã hội và chính bản thân mỗi cộng đồng dân cư. Đứng trước nhu cầu thiết thực
đó, chúng tôi thực hiên đề tài “ Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy
đạm Phú Mỹ” với trọng tâm của đề tài là xử lý nước thải nhiễm dầu, nhằm đóng
góp một phần vào việc bảo vệ môi trường .

-1-




Phương pháp điều tra khảo sát.



Phương pháp tổng hợp thông tin.



Phương pháp tìm hiểu lý thuyết về xử lý nước thải.

-2-


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY
ĐẠM PHÚ MỸ
1.1 Quá trình hình thành và phát triển

Hình 1.1: Nhà máy đạm Phú Mỹ

Nhà máy Đạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần Phân Đạm và Hóa chất
Dầu khí Việt Nam đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà
Rịa Vũng Tàu. Nhà máy có vốn đầu tư 370 triệu USD và có diện tích 63 ha, là
nhà máy phân đạm đầu tiên trong nước được sử dụng công nghệ tiên tiến, đồng
thời cũng là một trong những nhà máy hóa chất có công nghệ tự động hóa và tiên
tiến nhất ở nước ta hiện nay.
Nhà máy Đạm Phú Mỹ được khởi công xây dựng theo hợp đồng giữa Tổng



Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

1.2 Sơ đồ bố trí nhà máy

Hình 1.2: Sơ đồ bố trí nhà máy

Khu công nghệ của nhà máy Đạm Phú Mỹ bao gồm: xưởng Urê, xưởng
amoniac, xưởng phụ trợ và xưởng sản phẩm. Sản phẩm chính của nhà máy là
amoniac hóa lỏng và phân đạm Urê. Ngoài ra nhà máy còn sản xuất điện vừa
cung cấp cho quá trình hoạt động sản xuất của nhà máy vừa hòa vào lưới điện
quốc gia.
1.2.1 Phân xưởng amoniac

Hình 1.3: Phân xưởng amoniac

-5-


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

Có chức năng tổng hợp amoniac và sản xuất CO2 từ khí thiên nhiên và hơi
nước. Sau khi được tổng hợp, amoniac và CO2 được chuyển sang xưởng Urê.
1.2.2 Phân xưởng Urê

Hình 1.4: Phân xưởng Urê
Phân xưởng Urê có chức năng tổng hợp amoniac và CO2 thành dung dịch
Urê. Dung dịch Urê sau khi 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


Nước chữa cháy.

-

Khí Nito.

-

Khí nhiên liệu.

-

Điện và hơi.

-

Hệ thống đuốc.

-

Hệ thống xử lý nước thải nhiễm dầu.

-

Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt.

-

Bồn chứa amonia.

Urê là hợp chất hữu cơ của cacbon, nitơ, oxy và hydro, với công thức phân
tử CON2H4 hay (NH2)2CO, và công thức cấu tạo:

Hình 2.1: Hình 3D của Urê
Tên quốc tế: Diaminomethanal.
Tên khác: carbamide, carbonyl diamide.
Urê được biết đến như là cacbamua.
Urê được Hilaire Rouelle phát hiện năm 1773, nó là hợp chất hữu cơ được
tổng hợp nhân tạo đầu tiên từ các chất vô cơ vào năm 1828 bởi Frieldrich
Woehler, bằng cách cho xyanat kali phản ứng với sulfat amoniac.
2.1.2 Tính chất của Urê
2.1.2.1 Tính chất vật lý
 Dạng tinh thể và dạng bề ngoài: dạng kim, lăng trụ, tứ giác.

-9-


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

 Urê dạng tinh thể không màu, nhiệt độ nóng chảy 132,4oC, dễ hòa
tan trong nước, dễ bị nhiệt phân tạo nhiều sản phẩm khác nhau.
 Nhẹ, dễ chảy nước hơn tất cả những loại phân đạm khác.
 Khi đốt có mùi khai, nhưng khi cho vào kiềm thì không có mùi khai.
 Phân tử lượng: 60,07 g/mol.
 Khối lượng riêng: 750 kg/m3.
 Độ tan:
Bảng 2.1: Độ tan trong nước của Urê theo nhiệt độ
Nhiệt độ
(oC)


nhất định, ứng với áp suất riêng phần của hơi nước trong môi trường
lớn hơn áp suất hơi nước trên bề mặt urê.

- 10 -


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

 Urê sẽ hút ẩm môi trường xung quanh lớn hơn 70%, nhiệt độ 1040 oC.
Bảng 2.2: Hàm ẩm không khí theo nhiệt độ
Nhiệt độ (oC)

Hơi ẩm không khí (g/kg kk)

10

71,8

15

79

20

80

25

75,8


- 11 -


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

NH2CONHCONH2 → NH3 + HNCO
(biurêt có khả năng gây cháy lá)
Ở nhiệt độ < 130oC:
(NH2)2CO + H2O → NH2COONH4
NH2COONH4 + H2O → (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 → NH3 + H2O + CO2
Ở nhiệt độ > 130oC:
(NH4)2CO3 + H2O → 2NH3 + CO2
 Urê tác dụng với các axit tạo thành các muối khác nhau:
+ Hợp chất muối Nitrat: (NH2)2CO.HNO3 ít tan trong nước, khi bị
đốt nóng sẽ phân hủy và nổ.
+ Hợp chất muối phosphate: (NH2)2CO.H3PO4 hòa tan tốt trong
nước và phân ly hoàn toàn.
 Urê có phản ứng với một số muối tạo thành các phức, thường có
chứa tới 2 cấu tử phân bón như Ca(NH3)2.4CO(NH2)2
Ca(H2PO4)2.H2O + (NH2)2CO

CO(NH2)2.H3PO4 + CaHPO4.H2O

2.1.3 Ứng dụng của Urê
2.1.3.1 Trong nông nghiệp
 Phân urê có khả năng thích nghi rộng và có khả năng phát huy tác dụng
trên nhiều loại đất khác nhau và đối với các loại cây trồng khác nhau. Phân này
bón thích hợp trên đất chua phèn.
 Phân urê được dùng để bón thúc có thể pha loãng theo nồng độ 0.5–

2.1.3.4 Trong y học
 Urê được sử dụng trong các sản phẩm da liễu cục bộ để giúp cho quá
trình tái hydrat hóa của da.
 Nồng độ urê cũng có thể tăng trong một số rối loạn ác tính: bệnh bạch
cầu, bệnh Kahler.

- 13 -


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

 Do nồng độ urê được sản xuất và bài tiết khỏi cơ thể với một tốc độ gần
như không đổi, nồng độ urê 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 cao có thể sinh ra các rối loạn thần kinh. Thời gian bị urê
dài có thể làm đổi màu da sang màu xám.

2.2 Công nghệ sản xuất urê tại nhà may Đạm Phú Mỹ
2.2.1 Nguyên liệu
Công nghệ của nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu là khí chủ yếu là khí
đồng hành từ mỏ Bạch Hổ và khí thiên nhiên từ bồn trũng Nam Côn Sơn. Với
tổng lượng khí tiêu thụ khoảng 450*106 m 3/năm. Nhà máy sử dụng 2 công nghệ
chính là Haldor Topsoe của Đan Mạch và SnamProgetti của Italia.
Công nghệ sản xuất urê gồm có 4 giai đoạn chính:
 Công đoạn nén khí CO2.
 Công đoạn tổng hợp và thu hồi:
 Tổng hợp urê và thu hồi CO2 và NH3 ở áp suất cao.
 Giai đoạn tinh chế urê và thu hồi thu hồi CO2 và NH3 ở áp suất
trung bình và áp suất thấp.
 Giai đoạn cô đặc urê.


Thiết kế hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy đạm Phú Mỹ

nén cuối áp suất lên đến 158barg. Lưu lượng nén được điều khiển bằng tốc độ
của tuabin hơi nước.
Nếu máy nén đạt đến điểm surging, thì hệ thống chống surging sẽ tự động
mở van tuần hoàn để đưa CO2 từ cửa ra của cấp nén cuối vào lại của vào của cấp
nén thứ nhất.
Máy nén được truyền động bằng tuabin hơi sử dụng hệ hơi nước cao áp kết
hợp với quá trình phun hơi nước thấp áp. Khi dòng hơi nước thấp áp bị dư ra nó
được đưa sang bình ngưng tụ hơi. Một phần hơi nước cao áp được giảm áp đến
23,5 barg và sử dụng trong phân xưởng urê. Dòng hơi nước sau khi qua tuabin sẽ
đi vào hệ thống ngưng tụ hơi nước. hệ thong ngưn tụ hơi nước sử dụng nước
song làm mát, hệ thong ngưng tụ hơi nước bao gồm thiết bị hơi nước, thiết bị tạo
chân không và bơm. Thiết bị tạo chân không được trang bị để duy trì chân không
trong thiết bị ngưng tụ của tuabin. Dòng nước ngưng được bơm ra ngoài phân
xưởng.
2.2.2.2 Tổng hợp Urê
 Tổng hợp
Urê là sản phẩm được tạo thành qua phản ứng tổng hợp amonia lỏng và khí
CO2. Trong tháp tổng hợp urê, CO2 và NH3 phản ứng với nhau tạo thành
amonium carbamate:
CO2 + 2NH3 ↔ NH2COONH4 + 32.560 kcal/kmol (1)
Sau đó amonium carbamate phân hủy tạo urê:
NH2COONH4 ↔ NH2COONH2 + H2O - 4200 kcal/kmol (2)
Ở điều kiện phản ứng: 188-190oC và áp suất 152-175 bar thì phản ứng thứ
nhất xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn còn phản ứng thứ hai xảy ra chậm. Phản
ứng thứ hai quyết định tốc độ phản ứng.
Phần amonium carbamate tách nước được xác định bằng tỉ lệ các chất phản
ứng khác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tổng hợp.