CO2 được lấy từ phân xưởng Ammonia ở 45 0C và 0,12 barg. CO2 bão hòa hơi nước với độ tinh khiết tối thiểu là 98,5% thể tích. CO2 được nén đến 159 barg qua máy nén bốn cấp. Mỗi cấp trung gian đều được trang bị một thiết bị làm mát và một thiết bị tách nhằm tách lỏng tránh làm hỏng máy nén. Máy nén CO2 được truyền động bằng tuabin hơi STK- 1001 sử dụng hệ hơi nước cao.
3.2 Tổng hợp urea:
Urea là sản phẩm được tạo thành qua phản ứng tổng hợp giữa NH3 lỏng và khí CO2. Trong tháp tổng hợp urea 20-R-1001, NH3 lỏng và CO2 phản ứng tạo thành ammonium carbamate, một phần ammonium carbamate tách nước tạo urea.
Các phản ứng xảy ra như sau:
2NH3 + CO2 ↔ NH2COONH4 + 32560 kcal/kmol.
NH2-COO-NH4 ↔ NH2-CO-NH2 + H2O – 42000 kcal/kmol.
Ở điều kiện phản ứng ( T=188 – 190 0C, P=152 – 157 barg), phản ứng thứ nhất xảy ra nhanh chóng và hoàn toàn, phản ứng thứ hai xảy ra chậm và quyết định tốc độ phản ứng tổng hợp. Phản ứng thứ nhất tỏa nhiệt mạnh trong khi đó phản ứng thứ hai thu nhiệt yếu xảy ra trong pha lỏng với tốc độ chậm.
Các yếu tố ảnh hướng đến quá trình tổng hợp urea:
- Tỷ lệ NH3/CO2: Như mô tả trong phản ứng đầu, tỷ lệ mol lý thuyết của NH3/CO2 là 2, khi tỷ lệ này thay đổi từ 2 đến 9, sản phẩm urea thay đổi 40 – 85%, khi tỷ lệ này từ 2 đến 5, sản phẩm urea thay đổi từ 40 – 45%. Nên trong thực tế, tại các nhà máy sản xuất urea, tỷ lệ NH3/CO2 nằm trong khoảng từ 2,5 đến 5. Theo giản đồ dưới
Hình 3- : Liên hệ giữa tỷ lệ NH3/CO2 với hiệu suất chuyển hóa
- Tỷ lệ H2O/CO2: Theo phản ứng thứ hai, lượng nước dư trong dung dịch làm cản trở sự hình thành urea từ ammonium carbamate, nhưng nếu lượng nước quá thấp thì nồng độ ammonium carbamate trở nên cao cùng với vấn đề tắt nghẽn đường ống. Do đó, thông thường tỷ lệ mol H2O/CO2 là 0,4 đến 1.
- Nhiệt độ và áp suất: Rõ ràng, tại điều kiện phản ứng tốc độ phản ứng phụ thuộc vào phản ứng thứ hai, đây là phản ứng thu nhiệt yếu, tăng số mol và xảy ra trong pha lỏng. Nên độ chuyển hóa của phản ứng tăng khi tăng nhiệt độ và giảm áp, trong thực tế phản ứng tiến hành ở 188 0C và áp suất là 152,8 barg.