Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng 1 như chỉ ở trên: NH2-COO-NH4 ↔ 2 NH3 + CO2 - 4200 Kcal/kmol
Và 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. Trong các nhà máy Snamprogetti, sự phân hủy được tiến hành trong 3 giai đoạn:
Phân hủy cao áp trong thiết bị Stripper cao áp:
Sự phân hủy được xúc tiến bằng cách gia nhiệt và tách CO2 bằng cách cho bay hơi lượng dư NH3, ở mức áp suất thấp hơn một chút so với áp suất phản ứng urê. Thiết bị stripper là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu màng. Do đó, các dòng lỏng và khí được phân hủy và bay hơi khi tiếp xúc ngược dòng và nồng độ CO2 trong dòng lỏng giảm dần từ đỉnh xuống đáy của ống stripper. Sự phân hủy ở áp suất cao yêu cầu nhiệt độ cao hơn kéo theo vấn đề ăn mòn mà trong công nghệ Snamprogetti ăn mòn được ngăn ngừa bằng lượng NH3 dư và sử dụng ống lưỡng kim trong stripper.
Hình 2.4 Thiết bị Stripper cao áp Phân hủy trung áp trong thiết bị phân hủy trung áp:
Để tăng cường quá trình phân hủy, cần thiết phải gia nhiệt tới nhiệt độ cao hơn hoặc giảm áp suất tới mức thấp hơn.
Thiết bị phân hủy trung áp hoạt động ở áp suất 19,5 bar và nhiệt độ 144- 165oC. Nhiệt phân hủy được cung cấp nhờ hơi 4,9 bar, 158oC trong phần vỏ trên và nhờ nước ngưng hơi 219oC từ stripper trong phần vỏ dưới của thiết bị.
Hình 2.5 Quá trình phân hủy trung áp Phân hủy thấp áp trong thiết bị phân hủy thấp áp
Hình 2.6 Quá trình phân hủy thấp áp
Áp suất càng thấp, sự mất mát NH3 và CO2 khỏi hệ thống càng thấp, nhưng dung dịch thu hồi loãng hơn, có nghĩa là nước dư được tuần hoàn về cụm tổng hợp.
Để duy trì cân bằng trong cụm tổng hợp, điều kiện hoạt động của thiết bị phân hủy thấp áp được lựa chọn ở áp suất 4 bar và nhiệt độ 151oC. Nhiệt được cung cấp nhờ hơi áp suất 4,9 bar.
Thu hồi
Khí phân hủy từ mỗi mức áp suất được thu hồi từng bước và cuối cùng được tuần hoàn về cụm tổng hợp.
Khí từ thiết bị phân hủy thấp áp được trộn với khí từ cụm xử lý nước ngưng quá trình và được ngưng tụ hoàn toàn trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ amoniac và thiết bị ngưng tụ thấp áp, sau đó được thu hồi dưới dạng dung dịch carbamate loãng trong bình chứa dung dịch carbamate.
Khí phân hủy từ thiết bị phân hủy trung áp được trộn với dung dịch carbamate loãng từ bình chứa của cụm thấp áp, sau đó được làm lạnh và được hấp thụ dưới dạng dung dịch cacbonat ở phía vỏ thiết bị cô đặc chân không sơ bộ và trong thiết bị ngưng tụ trung áp.
Amoniac dư được làm sạch trong thiết bị hấp thụ trung áp và được thu hồi dưới dạng amoniac lỏng trong bình chứa amoniac, từ đó nó được tuần hoàn về tháp tổng hợp thông qua bơm phun tia carbamate cùng với amoniac sạch từ hàng rào.
Amoniac lỏng từ bình chứa amoniac được đưa vào đỉnh tháp hấp thụ dưới dạng dòng hồi lưu. Theo cách này, nhiệt tỏa ra do hình thành cacbonat ở đáy tháp hấp thụ có thể được thu hồi bằng cách bay hơi NH3 ngưng tụ trước khi đi vào bình chứa amoniac. Dòng hồi lưu NH3 cũng đảm bảo rằng CO2 trong dòng ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ được tối thiểu tới vài ppm.
Khí phân hủy từ stripper được trộn với dung dịch cacbonat từ đáy tháp hấp thụ của cụm trung áp trước khi được ngưng tụ và làm lạnh trong các thiết bị ngưng tụ carbamate và được tuần hoàn về tháp tổng hợp dưới dạng carbamate đặc. Nhiệt phản ứng hình thành carbamate trong ống các thiết bị ngưng tụcarbamate được thu hồi ở phía vỏ thiết bị ngưng tụ để tạo hơi.
Việc sử dụng sự phân hủy kiểu màng tối thiểu hóa thời gian lưu của dung dịch urê, cùng với lượng NH3 dư đảm bảo tối thiểu sự hình thành biuret trong các giai đoạn phân hủy.
Biuret là sản phẩm phụ không mong muốn được hình thành do phản ứng của 2 mole urê với sự tạo thành NH3, theo phản ứng sau:
Phản ứng cân bằng này được xúc tiến do thời gian lưu và nhiệt độ cao. Vì các xưởng urê Snamprogetti vận hành với lượng dư NH3 trong cụm cao áp nên cần thiết có 2 giai đoạn phân hủy và hấp thụ ở áp suất trung và thấp áp.
Các công nghệ khác vận hành với tỉ lệ NH3/CO2 thấp hơn có thể tiến hành trực tiếp từ cao áp tới cụm phân hủy thấp áp. Việc bổ sung cụm trung áp không làm tăng chi phí cũng như tiêu hao. Mặt khác, vận hành với lượng NH3 dư có được những thuận lợi như bổ sung thêm một số thiết bị.
Thuận lợi của lượng NH3 dư là độ chuyển hóa cần thiết trong tháp tổng hợp cao hơn và tính ăn mòn thấp hơn; hàm lượng O2 trong dòng CO2 cho thụ động hóa thấp hơn có thể được chấp nhận, và do đó tối thiểu hóa các vấn đề cháy nổ khi xả khí vào khí quyển.