Cơ sở lý thuyết tổng hợp Urê

Phản ứng tổng hợp Urea được tiến hành theo hai giai đoạn xen kẽ rất nhanh. Đầu tiên NH3 và CO2 theo tỷ lệ NH3/CO2 = 4/1 với sự có mặt của hơi nước 16 at phản ứng tạo thành dung dịch Cacbamat amôn (NH4COONH2):

4NH3 + 2CO2 + H2O = 2NH4COONH2 + 38.000 Kcal/Kmol

Sau đó, dung dịch Cacbamat tách nước tạo thành Urea:

NH4COONH2 = (NH2)2CO + H2O + 6.800 Kcal/Kmol

Rút gọn hai phản ứng trên ta có phản ứng tổng hợp:

2NH3 + CO2 = (NH2)2CO + H2O + Q

Hiệu suất của phản ứng tổng hợp đạt 65  68 %.

III.2. Lưu trình công nghệ

NH3 lỏng có áp suất 1,95 - 2MPa, nhiệt độ từ 20 - 30oC từ kho cầu của xưởng tổng hợp NH3 được cấp đến công đoạn, được đưa qua đồng hồ đo lưu lượng FI721 vào bộ lọc 704 để lọc những tạp chất rồi vào thùng chứa NH3 - 705 (luôn ở mức 2/3 dịch diện), từ đây NH3 được dẫn tới bơm, nhờ bơm NH3 piston cao áp 706 nâng áp suất lên 20MPa đi qua thiết bị gia nhiệt NH3 lên nhiệt độ khoảng 150oC rồi đưa vào tháp tổng hợp 708.

Khí CO2 từ phân xưởng Tinh chế (Xưởng tổng hợp NH3) cấp sang có các chất lượng như sau: CO2 ≥ 98%, H2S ≤ 20mg/Nm3, P: 300 - 600mmH2O, T:30-40oC. Khí CO2 trước khi vào máy nén được bổ sung một lượng không khí nén để khống chế nồng độ O2/CO2 = 0,5% thể tích, được nén qua các đoạn 1,2 và 3 lên áp suất P=3,36MPa, được đưa sang tháp khử H2S, ra tháp khử bảo đảm hàm lượng H2S ≤ 5mg/Nm3 tiếp tục đưa vào nén đoạn 4 và đoạn 5 nâng áp suất khí lên 20MPa và nhiệt độ ≈ 110oC đưa sang tháp tổng hợp 608. Tại tháp tổng hợp Urê (708) xảy ra phản ứng tổng hợp. Hiệu suất chuyển hóa là 65-68%, thời gian lưu của nguyên vật liệu từ 45-60 phút tùy theo phụ tải, dung dịch ra khỏi 708 gồm có Urê, cacbamat, NH3 tự do và nước, qua van tiết lưu (PIC 727) áp suất giảm xuống còn 16,5 - 17at, nhiệt độ ≈ 120oC đưa vào thiết bị dự phân ly (710A), phần khí được tách ra qua bộ làm lạnh 731B cùng với khí phân giải ở 710 qua 731 để vào hấp thụ 715, phần dịch tiếp tục đi vào phân giải đoạn I (710), tại đây pha khí được tách ra, bay lên phần trên, còn lại dung dịch đưa sang thiết bị gia nhiệt (711), tại đây dung dịch được đun nóng lên đến nhiệt độ 155-160oC (bằng hơi nước 1,27MPa) đưa sang phân ly 712 lượng khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa trở lại thiết bị 710 trợ nhiệt cho dung dịch từ 710A xuống rồi cùng với lượng khí ở 710 bay lên. Dịch ở 712 qua van tiết lưu lần thứ hai LIC722 áp suất giảm xuống còn 0,25 - 0,35 MPa, nhiệt độ từ 110- 120oC đưa sang phân giải đoạn II (713) ở phần trên khí được tách ra, bay lên đỉnh thiết bị, còn dung dịch được qua thiết bị 714 dùng hơi nước 1,27MPa tăng nhiệt lên 145-150oC đưa vào phần dưới của 713, khí ở đây ra tập trung ở đỉnh, còn dịch urê ra ở phần đáy qua tiết lưu lần nữa ở LIC724 về áp suất thường vào thiết bị bốc hơi nhanh (730) rồi vào cô đặc đoạn I (731), phần dưới được gia nhiệt bằng khí hỗn hợp từ 710, đoạn trên dùng hơi nước 1,27MPa tăng nhiệt độ dung dịch Urê lên 120-130oC. Qua phân ly dịch Urê tiếp tục qua gia nhiệt ở thiết bị 733 để nâng nhiệt độ lên 135-140oC, lại vào thiết bị phân ly 734 phần khí bốc lên ở đỉnh, còn dung dịch Urê lúc này có nồng độ 99,8% xuống bơm Urê đậm đặc (735) bơm lên đỉnh tháp, nhờ vòi phun tạo hạt, hạt Urê rơi từ đỉnh tháp xuống, ở đỉnh tháp có lắp 2 quạt gió, hút gió ngược từ dưới lên để làm lạnh hạt Urê, rơi xuống đáy tháp, nhờ hệ thống sang phân loại để loại bỏ những hạt không hợp cách, hạt Urê hợp cách được dẫn vào băng tải số 1, đến bộ làm lạnh và phun chất trợ gia chống đóng cục, qua hệ thống băng tải, sản phẩm Urê được chuyển sang bộ phận đóng bao, xếp dỡ rồi xếp vào kho.

Phần khí không ngưng từ các thiết bị 730, 731, 734 được các bơm tuye 742, 744, 746 hút qua các bộ làm lạnh, ngưng tụ 739, 740, 741 dịch ngưng được tập trung về thùng chứa 747. Dung dịch ở 747 nhờ bơm 748 bơm lên để hấp thụ ở tháp hấp thụ 720, 721, với khí phân giải ở 713 đưa sang, dung dịch ở 720 do bơm trao đổi nhiệt với dung dịch Urê ở 731 trở về 715. Khí từ hấp thụ được đi tiếp sang thiết bị hấp thụ 721. Dịch của 721 do bơm 722 nâng áp lên 1,7MPa đưa vào hấp thụ khí trơ 719, hấp thụ khí không ngưng tụ ở 717 - 718. Dung dịch hấp thụ của 719 được đưa về phần đỉnh của tháp hấp thụ đoạn I(715) để rửa lượng cacbamat tích tụ ở trên các tầng đĩa. Khí NH3 từ đáy tháp 715 bay lên phần đỉnh và được rửa bằng NH3 lỏng để khử triệt để lượng CO2, để lượng khí NH3 từ 715 lên 717 được làm lạnh ngưng tụ về thùng chứa 705 cùng với NH3 từ kho cầu đưa vào. Khí không hấp thụ hết ở 719 và 721 tập trung đưa vào hấp thụ ở tầng khí cuối 723, dịch đưa về thùng chứa 725, khí còn lại ở hấp thụ 723 thải ra ngoài trời.