III. cương vị tổng hợp amoniac:
A. Nguyên lý quá trình tổng hợp Urea:
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 %.
B. Lưu trình công nghệ:
NH3 lỏng có áp suất 20÷22 kg/cm2, nhiệt độ từ 20÷30OC từ kho cầu (cương vị 671) của xưởng NH3 đưa vào qua lưu lượng G721 vào bộ lọc 704, lọc những tạp chất rồi vào thùng chứa NH3 (thiết bị 705) luôn ở mức 1/2÷2/3 dịch diện, từ thùng chứa này qua bơm cao áp 706 kiểu piston nâng áp suất lên 200 kg/cm2 vào thiết bị gia nhiệt NH3 (707) lên khoảng 40÷50OC (chạy máy ban đầu 100÷110OC)rồi đưa vào tháp tổng hợp 708.
Khí CO2 từ phân xưởng Tạo khí đưa sang có các thành phần sau : CO2≥
98,5 % thể tích, H2S ≤ 500 mg/m3, bổ sung thêm O2 từ 0,5÷0,55% (hạy máy ban đầu 0,8%V) theo thể tích O2, áp suất: 250÷400 mmH2O, nhiệt độ: 30÷40OC. Khí CO2 được máy nén khí nén lên áp suất đoạn 3 là 33,6 kg/cm2 sang bộ phận khử H2S bằng phương pháp khô, bảo đảm hàm lượng H2S ≤ 5 mg/m3. Khí CO2 tiếp tục đưa vào nén cấp 4 cấp 5 nâng áp suất khí lên 200 kg/cm2 và nhiệt độ 110÷120OC đưa sang tháp tổng hợp 708. Dung dịch Cácbamát tuần hoàn quan bơm 716 cũng được đưa vào tháp tổng hợp Urê.
Tại tháp tổng hợp xảy ra phản ứng tổng hợp. Hiệu suất chuyển hoá đạt từ 65÷68 % (tính theo CO2), thời gian lưu lại của nguyên vật liệu trong tháp 708 từ 45÷55 phút tuỳ theo phụ tải, dung dịch ra khỏi 708 gồm có Urê, Cacbamat, NH3 tự do, CO2 và nước, qua van tiết lưu (P727) áp suất giảm xuống còn 17÷17,5 kg/cm2, nhiệt độ ∼120÷130OC đưa vào thiết bị 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) ở đây dung dịch được đun nóng lên đến nhiệt độ 155÷160÷C (bằng hơi nước bão hoà 13 kg/cm2), rồi đưa sang phân ly 712 lượng khí ở đây có nhiệt độ cao được đưa vào thiết bị 710 trợ nhiệt cho dung dịch từ 708 sang rồi cùng với lượng khí ở 710 bay lên. Dịch ở 712 qua van tiết lưu lần thứ hai P722 áp suất giảm xuống 2,5÷3,5 kg/cm2, 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 13 kg/cm2 tăng nhiệt lên 145÷150OC đưa vào phần dưới của 713 khí ở đây ra tập chung ở đỉnh, còn dung dịch Urê ra ở phần đáy qua tiết lưu lần nữa ở P724 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 13 kg/cm2 tăng nhiệt độ dung dịch Urê lên 120÷130OC. Lại phân ly tiếp tục ở thiết bị 733 nâng nhiệt độ lên 135÷140OC lại vào thiết bị phân ly 735 phần khí bốc lên ở đỉnh, còn dung dịch Urê lúc này có
nồng độ 99,8% về bơm 735 bơm lên tạo hạt, qua sàng về băng tải chuyển sang bộ phận đóng bao rồi xếp vào kho.
- Hơi thứ của trong quá trình sản xuất từ 730, 731, 734 do bơm Tuye và các thiết bị làm lạnh, ngưng tụ 742, 743, 744, 746, 739, 740, 741 tập chung về thùng chứa 747. Dung dịch ở 747 do 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 722 AB tăng áp lên 17at đưa vào tháp hấp thụ 715 với khí ở 710, 712 qua 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 17at đưa vào hấp thụ khí trơ 719, hấp thụ khí không ngưng tụ ở 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 chưa 705 cùng với NH3 từ kho cầu đưa vào. Khí không hấp thụ hết ở 719 và 721 tập chung đưa vào hấp thụ ở tầng khí cuối 723 rồi đưa về thùng chứa 725, khí còn lại ở hấp thụ 723 thải ra ngoài trời.