3.3.1. Công nghệ không thu hồi
Cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy thành NH3 và khí CO2 bằng cách gia nhiệt hỗn hợp dòng công nghê ở điều kiện thấp áp. Khí NH3 và CO2 thoát khỏi dịch urê và được sử dụng để sản xuất các muối amôn bằng cách hấp thụ NH3 trong acid sunfuaric và acid photphoric.
Ưu điểm: Chi phí đầu tư tương đối thấp, công nghệ đơn giản
Nhược điểm: Hiệu suất urê không cao, lượng khí thải tương đối lớn.
3.3.2. Công nghệ tuần hoàn chung
Khí NH3 và CO2 thu hồi từ dòng công nghệ của tháp tổng hợp trong các công đoạn phân hủy ở các áp suất khác nhau (cao áp, trung áp và thấp áp) được hấp thụ trong nước và được tái tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợp dung dịch cacbamat amôn lỏng có chứa Amoniac. Hầu như toàn bộ gần một nửa công suất urê của thế giới sản xuất ra đi theo công nghệ này.
3.3.3. Công nghệ stripping CO2 Stamircarbon
Tháp tổng hợp, tháp phân hủy cacbamat cao áp (stripper) và thiết bị ngưng tụ cacbamat mỗi cái đều hoạt động ở áp suất khoảng 14 MPa (khoảng 140 at), tỷ lệ mol NH3/CO2 là 2,8/1.
Áp suất tháp tổng hợp được hiển thị thông qua tháp stripper trong đó nhu cầu về tỷ lệ mol và áp suất thấp để tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình phân hủy. Lượng cacbamat chưa chuyển hóa được phân hủy và tuần hoàn đẳng áp tới cho tháp tổng hợp, do vậy kích thước bơm tuần hoàn cũng được giảm đi.
Tháp tổng hợp có các đĩa lỗ có tác dụng làm cho việc pha trộn NH3 và cacbamat lỏng tuần hoàn từ thiết bị hấp thụ thấp áp và hỗn hợp khí của thiết bị ngưng tụ cao áp được thuận lợi hơn. Trên đỉnh của tháp tổng hợp có một túi khí dùng cho việc phân ly các chất không ngưng tụ của dịch sản phẩm urê.
Các chất không ngưng tụ chủ yếu là không khí thụ động hóa được rửa bởi dịch cacabamat từ tháp hấp thụ thấp áp tới và thải ra ngoài qua hệ thống thải khí trơ trên cao. Dịch lỏng đi ra từ hệ phóng không này được cấp vào cho thiết bị ngưng tụ
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 27 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm
cacbamat thông qua một vòi phun được hoạt động theo mức nạp của tháp tổng hợp NH3 cao áp. Dịch sản phẩm urê chảy tràn vào đường ống xuống bên trong và được nạp vào cho đỉnh tháp stripping cao áp.
Hơi cao áp cung cấp nhiệt phân hủy cacbamat và duy trì mức nhiệt độ cao khoảng 1900C. CO2 cao áp đi qua ống của thiết bị stripper ngược dòng với dòng sản phẩm urê đi xuống.
Với sự có mặt của khí CO2 dư, cacbamat được phân hủy thành khí NH3 và CO2 sau đó được tách khỏi dung dịch. Áp suất trong dịch urê đã khử khí có chứa một số cacbamat và NH3 chưa chuyển hóa được giảm xuống thu hồi NH3 và urê, kết quả sản phẩm được cô đặc urê nóng chảy hàm lượng đạt 99,7% trọng lượng trong điều kiện chân không cao áp.
Sau khi bổ sung NH3, khí từ trên cao của thiết bị stripper đi xuống được ngưng tụ từng phần để sản xuất hơi thấp áp xuất ra ngoài nhà máy. Hỗn hợp qua ngưng tụ từng phần này chảy ngược trở lại dưới tác dụng của trọng lực từ thiết bị ngưng tụ cao áp về cho tháp tổng hợp. Nhiệt trong thiết bị ngưng tụ cao áp được khử hết theo cách như thế nào đó để đảm bảo còn một lượng nhiệt nhất định trong khí CO2 và NH3 trong dòng khí tuần hoàn trở lại cho tháp tổng hợp nhằm duy trì cân bằng nhiệt cho tháp thông qua việc ngưng tụ khí bổ sung.
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 28 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm
3.3.4. Công nghệ stripping NH3 Snamprogetti
Công nghệ này được phát triển từ cuối những năm 1960. Chu trình tổng hợp vận hành ở mức áp suất 15 Mpa (khoảng 150at) và tỷ lệ toàn phần NH3/CO2 là 3,8:1. Chuyển hóa cacbamat thành urê của mỗi chu trình theo báo cáo đạt được khoảng 65-75%.
Sản phẩm ra khỏi tháp tổng hợp được nạp vào cho tháp stripper cao áp để phân hủy cacbamat chưa chuyển hóa theo áp suất của tháp tổng hợp. Khí từ tháp stripper cao áp ở trên đi xuống được ngưng tụ và tuần hoàn cho tháp tổng hợp bằng một thiết bị phun trộn khí vận hành theo áp suất nạp của tháp Amoniac lỏng cao áp. Hơi thấp áp được sản xuất trong thiết bị ngưng tụ cao áp.
Amoniac dư trong dịch urê sản phẩm của tháp stripper cao áp tương đối cao và cần thiết phải có hai cấp phân hủy và tuần hoàn tiếp sau chu trình tổng hợp.
Không khí thụ động hóa được đưa vào cho tháp tổng hợp và được thải từ thiết bị ngưng tụ cao áp tới cho tháp hấp thụ trung áp để thu hồi NH3 và CO2 dư, áp suất khoảng 1,5 đến 1,8 MPa (khoảng 15-18 at). Amoniac dư chưa ngưng tụ của tháp hấp thụ trung áp được trộn với dòng NH3 lỏng mới chế và đưa đến cho tháp tổng hợp thông qua vòi phun cacbamat bằng bơm Amoniac lỏng cao áp.
Dịch sản phẩm urê được cô đặc trong điều kiện chân không cao để đạt sản phẩm urê nóng chảy khoảng 99,7% trọng lượng và tiếp tục được đưa đến tháp tạo hạt. Mức sử dụng hơi công nghệ khoảng 0,9 tấn/tấn urê. Có rất nhiều nhà máy hiện nay trên thế giới có công suất đến 2200 tấn/ngày đang sử dụng công nghệ như mô tả ở trên.
Tất cả các qui trình công nghệ sản xuất urê được nêu ở trên điều có được những ưu nhược điểm khác nhau. Có qui trình đơn giản, dễ thực hiện song bị hạn chế ở khâu thu hồi và xử lý chất thải. Bên cạnh đó có qui trình tiết kiệm được năng lượng thì khi sản xuất không thu hồi triệt để nguyên vật liệu…Nổi bật hơn hết là công nghệ sản xuất NH3 của Topsoe-Đan Mạch và qui trình sản xuất urê Snamprogetti của Italia. Hai công nghệ này là những công nghệ sản xuất có thu hồi toàn bộ và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Hiện nay, đây là công nghệ
Ngành công nghệ kỹ thuật hóa học 29 Khoa hóa học và công nghệ thực phẩm
hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất phân bón, vừa tiết kiệm được chi phí nguyên vật liệu, vừa hạn chế được vấn đề ô nhiễm môi trường.
Hình 3.5. Công nghệ stripping NH3 Snamprogetti 3.3.5. Đánh giá lựa chọn quy trình sản xuất urê
Tất cả các quy trình công nghệ sản xuất urê đều có những ưu nhược điểm khác nhau. Có quy trình đơn giản, dễ thực hiện song bị hạn chế khâu thu hồi và xử lí chất thải. Bên cạnh đó có quy trình tiết kiệm được năng lượng thì sản xuất không thu hồi triệt để nguyên liệu… Nổi bật hơn hết là công nghệ sản xuất NH3 của Topsoe- Đan Mạch và quy trình Snamprogetti của Italia. Do đó ngày nay công nghệ thu hồi hoàn toàn (công nghệ stripping NH3 snamprogetti) được áp dụng, tổng chuyển hóa NH3 khoảng 99%, không có sản phẩm phụ chứa nitơ tạo thành và việc sản xuất urê chỉ phụ thuộc vào việc cung cấp CO2 và NH3 từ xưởng NH3. Hiện nay, đây là công nghệ hàng đầu trong lĩnh vực trong sản xuất phân bón, vừa tiết kiệm chi phí nguyên vật liệu, vừa hạn chế được vấn đề ô nhiễm môi trường.