Bài giảng Công nghệ sản xuất phân bón vô cơ - Chương 2: Sản xuất phân đạm - Nguyễn Văn Hòa

Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 1
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
Đạm amoni: (NH4)2SO4, NH4Cl, 
NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 
Đạm nitrat: Ca(NO3)2, NH4NO3 ...
Đạm amin: Ure, NH3
Phân loại đạm
Nguyên liệu: NH3, HNO3, H2SO4, H3PO4, CO2, 
HCl, NaCl, Ca(OH)2, đá vôi 
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 2
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Quá trình chuyển hoá các hợp chất của nitơ trong đất
NH3 HO-NH2 ½(HO-N=N-OH)
HO-N=O HO-N HO-N
cây hấp thu
OH
OH
O
O
½O2 -2H ½O2
H2O -2H
Amoniac
N-3
Hydroxylamin
N-1
Hyponitrit 
N+1
Nitrit 
N+3
Nitrat 
N+5
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 3
I. AMONI SUNFAT (SA)
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Công thức phân tử (NH4)2SO4
Khối lượng phân tử 132,14
Hàm lượng N 21,2%
Màu Trắng
Tỷ trọng SA rắn, 200C 1,769
Tỷ trọng của các dung dịch bão hoà 1,2414 ở 200C
1,2502 ở 930C
Nhiệt dung riêng của SA rắn 0,345 cal/g0C ở 910C
Nhiệt dung riêng của dung dịch bão hoà 0,67 cal/g0C ở 20°C
0,63 cal/g0C ở 100°C
Nhiệt kết tinh 11,6 Kcal/kg trong dung dịch 42%
Nhiệt pha loãng 6,35 Kcal/kg dung dịch từ 42% đến 1,8%
Nhiệt độ nóng chảy 512,20C
Độ bền nhiệt Phân huỷ trên 2800C
pH 5.0
Khối lượng riêng đổ đống 962 kg/m3
Góc nghỉ 280
Độ ẩm tương đối tới hạn 81% ở 200C và 81,1% ở 300C
Độ tan, g/100g nước 70,6 ở 00C và 103,8 ở 1000C
Tính chất của SA tinh khiết
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 4
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Đặc điểm kỹ thuật của phân SA ở các nước CIS
Loại chất lượng cao Loại 1
Diện mạo Hạt màu trắng hoặc 
tinh thể trong suốt
Không quy định
Hàm lượng trong sản phẩm, %
N, không ít hơn 21 21
Nước, không nhiều hơn
- Hạt kết tụ
- Tinh thể
0,6
0,2
-
0,3
H2SO4, không nhiều hơn
- Hạt kết tụ
- Tinh thể
0,5
0,03
-
0,05
Cỡ hạt:
Hạt kết tụ, 1-4mm không ít hơn 90 -
Tinh thể, +0,5mm không ít hơn
Giữ lại trên sàng 6mm
80
Không có
Không quy định
Không quy định
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 5
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
1. Cơ sở hoá lý của quá trình sản xuất
2NH3 khí + H2SO4 lỏng → (NH4)2SO4 -67,71 Kcal/mol
Giản đồ độ tan đẳng nhiệt của hệ (NH4)2SO4-H2SO4-H2O
100C
300C
500C
700C
900C
19,77
11,08
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 6
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2. Công nghệ sản xuất SA
2.1. Phản ứng trực tiếp từ NH3 và H2SO4
2.1.1 Phương pháp ướt 1-thùng bão hòa; 2-
thùng cao vị chứa
H2SO4; 3-lưu lượng
kế; 4-vòi phun; 5-
thùng lắng; 6-ống
dẫn; 7-máy ly tâm; 8-
ống nước lọc; 9-ống
dẫn tinh thể; 10-băng
tải; 11-tháp thu hồi;
12-ống khói; 13-ống
dẫn khí nén; 14-máy
nén.
Thiết bị bão hòa làm việc áp suất thường. 3,5-4,5% H2SO4 tự do, 100-110
0C.
H2SO4
75-78%
99%
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 7
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2.1.2. Phương pháp khô
1-thùng chứa H2SO4
68-71% ; 2-thùng trung
gian; 3-bơm; 4-thùng
cao vị; 5-tháp thu hồi
NH3; 6-tháp hấp thu; 7-
bộ phận sinh bọt; 8-
thùng đo lưu lượng; 9-
thiết bị điều chỉnh lưu
lượng; 10-phòng trung
hòa; 11-vòi phun axit;
12-vòi dẫn NH3; 13-
cào; 14-hệ truyền động;
15-tháo sản phẩm; 16-
vít chuyển sản phẩm;
17-băng tải; 18-thu bụi;
19-quạt hút; 20-khí
NH3; 21-vách ngăn.
H2SO4
68-71%
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 8
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2.2. Sản phẩm phụ từ khí lò coke hoặc từ tháp rửa khí
Nguyên liệu: NH3(khí lò coke) 7-10g/m
3; H2SO4 78%
2.2.1. Phương pháp trực tiếp
1-thiết bị gia nhiệt; 
2-thùng tách bọt; 3-
thùng chứa dung 
dịch tuần hoàn; 4-
thùng bão hòa; 5-ống 
dẫn NH3-ống sục 
khí; 6-thùng trung 
gian chứa nước ót; 7-
máy ly tâm; 8-thùng 
kết tinh; 9-thùng 
chứa nước ót
(25-300C)
60 -
800C
Thùng bão hòa 6-8% H2SO4 tự do, 140-170gNH4
+/L
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 9
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2.2.2. Phương pháp bán trực tiếp
E1 thiết bị làm nguội; S2 lọc bitum tĩnh điện; E3 thiết bị hâm nóng khí; B4 Quạt khí chính; S5 
thiết bị phân tách bitum; T6 thùng chứa dung dịch amoniac thô; P7 bơm cấp vào tháp chưng 
cất; V8 cột sữa vôi; C9 thiết bị chưng cất amoniac; E10 bộ làm mát ngưng tụ; CR11 thiết bị 
bão hoà – kết tinh sunfat; S12 thiết bị bốc hơi bùn; P13 bơm cấp bùn; S14 máy ly tâm liên tục 
hoặc gián đoạn; BC15 băng tải làm khô; D16 thiết bị sấy thùng quay; BC 17 băng tải sản phẩm
700C
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 10
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2.3. Phương pháp amoni carbonat-thạch cao
BC1 băng tải thạch cao; T2 thùng rửa thạch cao; F3 thiết bị lọc tách nước thạch cao; R4 thiết 
bị phản ứng sơ cấp; R5 thiết bị phản ứng thứ cấp; F6 thiết bị lọc CaCO3; T7 thùng chứa amoni 
carbonat; S8 bể lắng gạn dung dịch sunfat; P9a, P9b bơm cấp vào thiết bị bay hơi; CR10a, 
CR10b thiết bị bay hơi – kết tinh chân không; S11 thiết bị bốc hơi bùn; S12 máy ly tâm gián 
đoạn hoặc liên tục; SC13 vít tải sấy khô; D14 sấy thùng quay; SC15 vít tải sản phẩm; C16, 
C17 các tháp amoni carbonat hoá; E18, E19 thiết bị trao đổi nhiệt; P21a, P21b bơm
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 11
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Ưu điểm của SA
- Độ hút ẩm thấp, tính chất vật lý tốt, ổn định hoá 
học, và hiệu quả nông học cao
- Là nguồn phân bón chứa N và lưu huỳnh
- Trong đất tạo thành axit mạnh, đó là 1 ưu điểm 
khi bón trên đất kiềm
Nhược điểm của SA
- Không thích hợp trên đất chua
- Hàm lượng đạm thấp (21%N), làm tăng chi phí 
đóng gói, lưu trữ và vận chuyển
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 12
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
II. AMONI NITRAT (AN)
1. Tính chất của  - thoi AN tinh khiết
Màu Trắng
Hàm lượng N, % 35,0
Tỷ trọng, 200/40C 1,725
Nhiệt độ bắt đầu phân huỷ, 0C 170
Nhiệt độ nóng chảy phụ thuộc vào hàm lượng nước:
Hàm lượng nước, % Nhiệt độ nóng chảy, 0C
0 169,6
0,1 167,8
0,2 166,6
0,5 163,2
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 13
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Nhiệt độ, 0C Độ tan, g/100g H2O Nồng độ, %
0 119 54,3
20 190 65,5
40 286 74,1
60 421 80,0
80 630 86,3
100 1024 91,1
150 5782 98,3
169,6 Tinh khiết 100
Độ tan trong nước
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 14
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Độ ẩm tương đối tới hạn
Nhiệt độ, 0C Áp suất hơi, mmHg Độ ẩm tương đối 
tới hạn
0 3,8 78,0
20 11,0 65,0
30 18,0 58,5
40 29,0 52,5
50 44,0 46,5
60 62,0 41,0
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 15
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Trạng thái kết tinh
Hệ Nhiệt độ, 0C Dạng tinh 
thể
Thể tích 
thay đổi, 
%
- > 169,6 Lỏng -
I 169,6-125,2 Lập phương +2,1
II 125,2-84,2 Tứ diện -1,3
III 84,2-32,3 - thoi +3,6
IV 32,3-(-16,8)  - thoi -2,9
V < (-16,8) Tứ diện -
I
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 16
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Sự phân huỷ nhiệt
• 1700C → 2500C: 
NH4NO3 → NO2 + 2H2O +37 kJ/mol
• Trên 2500C:
NH4NO3 → HNO3 + NH3 -174 kJ/mol
• Nếu có NO2 tích tụ:
NH4NO3 + 2NO2 → N2 + 2HNO3 + H2O +232 kJ/mol
• Phương trình tổng quát biểu diễn phản ứng nổ:
2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O +118 kJ/mol
70-900C 1600C
89-92%
99,7-99,8%
2-3 mm
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 17
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2. Công nghệ sx AN của GIAP
E1, E2 thiết bị hâm nóng NH3 và HNO3; R3a, R3b thiết bị trung hoà; X5, X6, X9 thiết bị điều 
chỉnh pH; E6 thiết bị bay hơi lần cuối; C7 tháp rửa hỗn hợp không khí-hơi nước; S8, S18ab 
thiết bị rửa khí; F10 thiết bị lọc; T11, T15 thùng chứa dung dịch nóng lỏng; P12, P13 bơm; 
T14 thùng chứa dung dịch AN; X16 đầu phun; PT17 tháp tạo hạt; B19a, B19b, B22abc quạt; 
BC20 băng tải; E21 thiết bị làm nguội tầng sôi; E23abc, E24 thiết bị đốt nóng không khí
4-5atm
175-1800C 1450C
50-60%
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 18
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
III. URÊ
1. Tính chất của urê tinh khiết
Tên thương mại Urê
Tên hóa học Carbamit hoặc Carbonyl diamit
Công thức phân tử (NH2)2CO
Hình dạng Tinh thể trắng
pH dung dịch 10% 9 - 10
Nhiệt độ nóng chảy 132,70C
Tỷ trọng 1,335
Hàm lượng N 46,6%
Độ ẩm tương đối tới hạn 81% ở 200C và 73% ở 300C
Nhiệt dung riêng ở 200C 0,320 cal/g 0C
Nhiệt hoà tan -57,8 cal/g (thu nhiệt)
Nhiệt độ, 0C 0 20 40 60 80 100
Độ tan, g/100g H2O 66,7 108,0 167,0 251,0 400,0 733,0
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 19
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Đặc điểm kỹ thuật của phân urê
Hàm lượng đạm Min 46,0%
Hàm lượng biure Max 0,6%
Max 1,5% (theo TCVN)
Độ ẩm 0,5%
Khối lượng riêng đổ đống 700 – 780 kg/m3
Cỡ hạt:
0,5 – 3,5 mm
Dưới 0,5 mm
Trên 10 mm
Min 90%
Max 3%
0%
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 20
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Sự phân huỷ nhiệt urê: 
1600C đến 1900C trong chân không hoặc 1500C ở áp 
suất thường:
(NH2)2CO → NH4OCN
NH4OCN → HOCN + NH3
HOCN + (NH2)2CO → NH2CONHCONH2
2(NH2)2CO → NH2CONHCONH2 + NH3
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 21
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Sự thuỷ phân của urê (trên 800C):
(NH2)2CO + H2O ⇌ NH2COONH4
NH2COONH4 + H2O ⇌ (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 ⇌ 2NH3 + CO2 + H2O
Phản ứng với các muối:
(NH2)2CO + Ca(H2PO4)2.H2O → (NH2)2CO.H3PO4 + 
CaHPO4 + H2O
(NH2)2CO + NH4Cl → NH4Cl.(NH2)2CO
4(NH2)2CO + Ca(NO3)2 → Ca(NO3)2.4 (NH2)2CO
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 22
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
2. Cơ sở hóa lý của quá trình tổng hợp urê
Nguyên liệu: NH3  99,5% ; CO2  98%
Quá trình tạo urê
Theo Goloabar và Altsuler phản ứng tạo carbamit
tiến hành theo 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: tạo thành carbamat:
2NH3 + CO2 NH2COONH4 +37,7 kcal/mol
Giai đoạn 2: dehydrat:
NH2COONH4 ⇌ CO(NH2)2 + H2O -7,7 kcal/mol
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 23
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng 
tổng hợp ure
a. Ảnh hưởng của áp suất (2NH3 + CO2 ⇌ NH2COONH4)
1520C; 83,3atm
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 24
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ 
NH2COONH4 ⇌ CO(NH2)2 + H2O -7,7 kcal/mol
Với tỷ lệ NH3/CO2 = 2
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 25
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
c. Ảnh hưởng của H2O đưa vào trong quá trình 
tổng hợp (NH2COONH4 ⇌ CO(NH2)2 + H2O)
( út)ph
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 26
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
d. Ảnh hưởng của tỷ lệ nồng độ NH3 : CO2
2NH3 + CO2 ⇌ NH2COONH4
NH2COONH4 ⇌ CO(NH2)2 + H2O 
NH3 + nH2O NH3.nH2O 
NH3 dư làm giảm sự thủy phân của cacbamat amoni thành các
sản phẩm phụ, giảm sự ăn mòn thiết bị
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 27
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
e. Ảnh hưởng của độ tinh khiết của CO2
Nếu hàm lượng CO2 từ 98 – 99% giảm xuống 85 –
86% thì mức độ chuyển hóa giảm từ 65 xuống 45%
⇒ CO2 cho tổng hợp ure ≥ 98,6%
f. Sự hiện diện của 1 lượng nhỏ oxi (không khí) làm
giảm sự ăn mòn; nhiều quy trình sử dụng phương
pháp này để giảm thiểu sự ăn mòn.
Điều kiện hoạt động tiêu biểu: 180 – 2100C; 140 –
250 atm; NH3:CO2 = 3-4:1; 20-30 phút.
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 28
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3. Công nghệ sản xuất urê
3.1. Quy trình một lần (không tuần hoàn)
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 29
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3.2. Quy trình tuần hoàn một phần (Mitsui Toatsu)
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 30
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3.3. Quy trình tuần hoàn toàn bộ
 Tuần hoàn khí nóng: Farbenindustrie (Oppau –
Đức) và Chemical (Mỹ)
 Tuần hoàn khí phân ly: Inventa (Thuỵ Sĩ) và 
CPI-Allied (Mỹ)
 Tuần hoàn bùn carbamat: Pechiney (Pháp)
 Tuần hoàn dung dịch carbamat: Stamicarbon 
(Hà Lan), Mitsui Toatsu (Nhật), Montedison (Ý), 
Snamprogetti (Ý)
 Stripping: Stamicarbon, Snamprogetti, Toyo 
Engineering Corp (Nhật).
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 31
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3.3.1. Quy trình stripping của Stamicarbon
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 32
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3.3.2. Quy trình striping của Snamprogetti
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 33
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3.3.2. Quy trình striping của TEC
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 34
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Điều kiện hoạt động và các yêu cầu
Stripping nhiệt 
Snamprogetti
CO2 stripping 
Stamicarbon
Quy trình TEC 
ACES
Áp suất thiết bị phản ứng, atm 156 140 175
Nhiệt độ thiết bị phản ứng, 0C 188 183 190
Tỷ lệ mol NH3/CO2 3,3 – 3,6 2,95 4,0
Tỷ lệ mol H2O/CO2 0,5 – 0,6 0,39 0,6
Độ chuyển hoá CO2 trong thiết bị phản ứng, % 64 60 68
Độ chuyển hoá NH3 trong thiết bị phản ứng, % 41 36 34
Độ chuyển hoá CO2 trong tổng hợp, % 84 79 -
Độ chuyển hoá NH3 trong tổng hợp, % 47 79 -
Số bình tổng hợp ở áp suất cao 5 4 5
Các bước tuần hoàn 2 1 2
Tiêu thụ NH3, tấn/tấn 0,566 0,566 0,568
Tiêu thụ CO2, tấn/tấn 0,735 0,733 0,735/0,740
Hơi nước đưa vào, tấn/tấn 0,95 0,92 0,80
Nước làm nguội, tấn/tấn 75 70 80
Điện năng, kWh/tấn 21-23 15 15
Dòng lỏng:
NH3 tự do, ppmw
Ure, ppmw
2 1 5
2 1 5
Áp suất hơi nước thuỷ phân, bar 38 25 25
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 35
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
3.4. Quá trình tạo hạt urê của TEC
Chương 2 nvhoa102@yahoo.com 36
CHƯƠNG II: SẢN XUẤT PHÂN ĐẠM
Thiết bị tạo hạt TEC Thiết bị rửa khí TEC