Urê được tạo thành qua phản ứng tổng hợp từ NH3 (lỏng) và CO2 (khí) trong tháp tổng hợp urê R-1001. NH3 và CO2 phản ứng tạo thành ammonicacbamat, một phần ammonicacbamat tách nước tạo thành urê
Các phản ứng xảy ra như sau:
2 NH3 + CO2 ⇔ NH2COONH4
+32560 kcal/kmol cácbamát (ở 1.033 kg/cm2, 250c) NH2COONH4 ⇔ (NH2)2CO + H2O
-4200 kcal/kmol urê ( ở 1.033 kg/cm2, 250c)
Trong 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 nên quyết định vận tốc phản ứng.
Phần ammonicacbamat tách nước được xác định bằng tỉ lệ các chất phản ứng khác nhau, nhiệt độ phản ứng và thời gian lưu trong tháp tổng hợp.
Tỉ lệ mol NH3/CO2 trong khoảng 3,3 đến 3,6 Tỉ lệ mol H2O/CO2 trong khoảng 0,5 đến 0,7
Ammonia lỏng nạp liệu vào xưởng urê được cho qua bộ lọc FL- 1002A/B. Sau đó đi vào tháp thu hồi ammonia T-1005 và được tập trung trong bồn chứa V-1005. Từ bồn chứa V-1005, ammonia được bơm lên áp suất 22 barg bằng bơm tăng áp P-1005A/B. một phần ammonia này được đưa đến tháp hấp thu trung áp T-1001, phần còn lại đi vào cụm tổng hợp cao áp.
Ammonia vào cụm tổng hợp được bơm bằng bơm ammonia cao áp P-1001A/B lên áp suất 220 barg. Trước khi vào tháp tổng hợp, ammonia được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ ammonia E-1007 và được sử dụng làm lưu chất đẩy trong bơm phun cacbamat J-1001, tại đây cacbamat từ bình tách cacbamat V- 1001 được đẩy lên áp suất tháp tổng hợp. Hỗn hợp lỏng ammonia và cacbamat đi vào tháp tổng hợp urea, tại đây hỗn hợp này sẽ phản ứng với dòng CO2 nạp liệu.
CO2 từ xưởng ammonia ở áp suất 0,18 barg và nhiệt độ 45 0C đi vào máy nén K-1001 và đi ra với áp suất 157 barg.
Một lượng nhỏ không khí được đưa vào dòng CO2 ở đầu vào máy nén K-1001 để thụ động hoá các bề mặt thép không rĩ của các thiết bị cao áp, do đó bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn do các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng.
Hỗn hợp sản phẩm phản ứng ra khỏi tháp tổng hợp R-1001 được cho vào phần trên của thiết bị stripper E-1001 hoạt động ở áp suất 147 barg. Đây là thiết bị phân huỷ kiểu màng trong ống thẳng đứng, trong đó lỏng được phân phối trên bề mặt gia nhiệt dưới dạng màng và chảy xuống đáy nhờ trọng lực. Thực tế đây là thiết bị trao đổi nhiệt vỏ ống thẳng đứng với môi trường gia nhiệt ở phía vỏ và đầu ống được thiết kế đặc biệt cho phép phân phối đồng đều hỗn hợp dịch sau phản ứng. Thực tế mỗi một ống có một đầu phân phối kiểu lồng (ferrule) được
thiết kế để phân phối đều dòng lỏng xung quanh thành ống dưới dạng màng. Đường kính các lỗ của đầu phân phối có tác dụng phân phối và điều khiển lưu lượng chảy qua lỗ. Khi màng lỏng chảy nó được gia nhiệt và sự phân huỷ cacbamat xảy ra. Hàm lượng CO2 trong dung dịch giảm do Stripping NH3 khi NH3 sôi, hơi tạo thành thực chất là NH3 và CO2 bay lên đỉnh ống trao đổi nhiệt. Nhiệt phân huỷ cacbamat được cung cấp nhờ sự ngưng tụ hơi bão hòa 21,8 barg.
Dòng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị E-1001 và dung dịch thu hồi từ đáy tháp hấp thụ trung áp T-1001 đi vào các thiết bị ngưng tụ cacbamat E- 1005A/B. Ở đây chúng ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp R-1001 thông qua bơm phun cacbamat J-1001.
Ngưng tụ khí quá trình ở áp suất cao khoảng 146 barg cho phép tạo ra hơi bão hòa 4,9 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cacbamat E-1005A. Và hơi 3,4 barg ở phía vỏ của thiết bị E-1005B.
Từ đỉnh của bình tách V-1001 khí không ngưng bao gồm khí trơ (không khí thụ động) chứa một lượng nhỏ NH3 và CO2 được đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phân huỷ trung áp E-1002.
Hình 3.7 Sơ đồ quy trình tổng hợp và thu hồi cao áp