CÔNG NGHỆ PHẢN ỨNG TỔNG HỢP URE

Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý thầy cô khoa Hóa Học và
Công Nghệ Thực Phẩm đã truyền đạt cho em kiến thức và những lời khuyên bổ ích
trong thời gian thực tập. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến KS. Dương Quốc
Khanh, người đã hướng dẫn em thực hiện bài báo cáo thực tập này.
Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ban lãnh đạo và các
anh chị trong xưởng ure đã tạo điều kiên và giúp đỡ em trong một tháng thực tập qua.
Em đã đươc tiếp xúc thực tế, giải đáp những thắc mắc giúp em hiểu rõ hơn về quá
trình sản xuất ure.
Với vốn kiến thức hạn hẹp và thời gian thực tập tại công ty có hạn nên em không
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý
thầy cô và anh chị ở nhà máy Đạm Phú Mỹ . Đó sẽ là hành trang quý giá giúp em hoàn
thiện kiến thức của mình sau này.
Lớp DH10H1 Trang 1
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình thực tập tại nhà máy Đạm Phú Mỹ, em đã học hỏi thêm rất nhiều
kiến thức mới mẽ, được tiếp cận trực tiếp với các thiết bị, hệ thống công nghệ hiện đại
mà trước đây chỉ được học qua sách vở.Trong đó đặc biệt tạo ấn tượng với em là Hệ
thống cụm tổng hợp ure . Do vậy, dựa vào những kiến thức thực tế và tài liệu do nhà
máy cung cấp, em đã hoàn chỉnh bài báo cáo này với các nội dung chính:
1- Giới thiệu về nhà máy đạm Phú Mỹ
2- Tổng quan về quy trình sản xuất phân xưởng ure nhà máy đạm Phú Mỹ
3- Tìm hiểu hệ thống cụm tổng hợp ure tại xưởng ure nhà máy Đạm Phú Mỹ.
4- Các sự cố có thể xảy ra và cách xử lý.
Một lần nữa em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến tập thể cán bộ công nhân viên
nhà máy Đạm Phú Mỹ đã giúp đỡ tận tình cho em hoàn thành bài báo cáo thực tập
đúng hạn và đạt hiệu quả.
MỤC LỤC
Lớp DH10H1 Trang 2

Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Lớp DH10H1 Trang 3
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
LỜI MỞ ĐẦU
Trong quá trình thực tập tại nhà máy Đạm Phú Mỹ, em đã học hỏi thêm rất nhiều
kiến thức mới mẽ, được tiếp cận trực tiếp với các thiết bị, hệ thống công nghệ hiện đại
mà trước đây chỉ được học qua sách vở.Trong đó đặc biệt tạo ấn tượng với em là Hệ
thống cụm tổng hợp ure . Do vậy, dựa vào những kiến thức thực tế và tài liệu do nhà
máy cung cấp, em đã hoàn chỉnh bài báo cáo này với các nội dung chính:
5- Giới thiệu về nhà máy đạm Phú Mỹ
6- Tổng quan về quy trình sản xuất phân xưởng ure nhà máy đạm Phú Mỹ
7- Tìm hiểu hệ thống cụm tổng hợp ure tại xưởng ure nhà máy Đạm Phú Mỹ.
8- Các sự cố có thể xảy ra và cách xử lý.
Một lần nữa em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến tập thể cán bộ công nhân viên
nhà máy Đạm Phú Mỹ đã giúp đỡ tận tình cho em hoàn thành bài báo cáo thực tập
đúng hạn và đạt hiệu quả.
Lớp DH10H1 Trang 4
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ MỸ
1.1. Vị trí địa lý
Nhà máy Ðạm Phú Mỹ trực thuộc Công ty Cổ phần Phân Ðạm và Hoá chất Dầu khí,
được đặt tại khu công nghiệp Phú Mỹ I, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu.
1.2. Lịch sử phát triển
Nhà máy có vốn đầu tư 450 triệu USD, có diện tích 63ha, là nhà máy đạm đầu tiên
trong nước được xây dựng theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, đồng thời cũng là một
trong những nhà máy hoá chất có dây chuyền công nghệ và tự động hoá tân tiến nhất
ở nước ta hiện nay.
Nhà máy được khởi công xây dựng theo hợp dồng EPCC (Chìa khóa trao tay) giữa
Tổng công ty Dầu khí Việt Nam và tổ hợp nhà thầu Technip/Samsung, hợp đồng

chuyển giao công nghệ sản xuất Amôniắc với Haldoe Topsoe (công suất 1.350
tấn/ngày) và công nghệ sản xuất Urê với Snamprogetti (Công suất 2.200 tấn/ngày).
• Khởi công xây dựng nhà máy:03/2001.
• Ngày nhận khí vào nhà máy: 24/12/2003
• Ngày ra sản phẩm amonia đầu tiên: 04/2004.
• Ngày ra sản phẩm urê đầu tiên: 04/06/04.
• Ngày bàn giao sản xuất cho chủ đầu tư: 21/09/2004.
• Ngày khánh thành nhà máy: 15/12/2004
1.3. Cơ cấu tổ chức
Lớp DH10H1 Trang 5
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Hình 1.1: Sơ đồ tổ chức nhà máy Đạm Phú Mỹ
Hình 1.2: Sơ đồ chức năng khối vận hành bảo dưỡng
1.4. Nguyên liệu, sản phẩm:
Lớp DH10H1 Trang 6
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
1.4.1. Nguyên liệu:
Nguồn nguyên liệu chủ yếu là khí thương phẩm từ nhà máy chế biến khí Dinh cố
Thành phần khí nguyên liệu ngoài Methane (CH
4
) là chủ yếu (~ 84% mol) ngoài ra còn
có Etane (C
2
H
6
), Propane (C
3
H
8
) và Butane (C

4
H
10
).
 Nguồn phụ trợ khác:
a. Nguồn N
2
:
Khí Nitơ lấy từ không khí là chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm
khoảng 78% thể tích trong khí quyển, có T
s
= -195,8
0
C, T
nc
= -219,86
0
C, ít tan trong nước
và các dung môi hữu cơ, không duy trì sự sống và sự cháy. Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ,
nitơ là nguyên liệu để tổng hợp NH
3
.
b. Nguồn H
2
:
Hydro là một chất khí không màu, không mùi ở điều kiện thường, T
nc
= –259,1
0
C,T

s
= –252,6
0
C. Khí Hydro nhẹ có độ linh động lớn dễ khuyếch tán qua các thành kim loại
như Ni, Pt, Pd …Trong nhà máy Đạm Phú Mỹ, Hydro được tạo ra nhờ phản ứng
Reforming khí thiên nhiên bằng hơi nước, hydro là nguyên liệu để tổng hợp NH
3
.
c. Nguồn CO
2
:
Khí CO
2
là chất khí không màu, nặng hơn không khí, không duy trì sự sống động
vật nhưng là chất duy trì sự sống thực vật trong quá trình quang hóa. Trong nhà máy
Đạm Phú Mỹ, CO
2
là nguyên liệu để tổng hợp ure, được điều chế từ công đoạn
Reforming khí thiên nhiên.
1.4.2. Sản phẩm
 Sản phẩm chính – ure.
Ure là hợp chất hóa học có công thức phân tử CO(NH
2
)
2
, ở nhiệt độ thường ure
không màu, mùi vị, hòa tan trong nước, nhiệt độ nóng chảy khoảng 135
0
C. Ure phân
hủy chậm thành Cacbamat Amon sau đó phân hủy thành NH

3
và CO
2
, đây là cơ sở để sử
Lớp DH10H1 Trang 7
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
dụng ure làm phân bón.Trong công nghiệp ure được tổng hợp từ NH
3
lỏng và CO
2
khí ở
điều kiện nhiệt độ và áp suất cao.
 Sản phẩm phụ - Ammoniac.
Ammoniac chủ yếu để sản xuất ure.Lượng còn dư được đưa về bồn
chứa.Ammoniac là chất khí có công thức phân tử NH
3
, hóa lỏng ở điều kiện áp suất
thường và nhiệt độ thấp (-32
0
C) hoặc ở điều kiện nhiệt độ thường và áp suất cao
(khoảng 15 bar), có mùi khai đặc trưng.
Ngoài 2 sản phẩm trên, nhà máy còn hòa vào mạng lưới điện quốc gia khoảng
2,1MW.
1.5. Các phân xưởng chính của nhà máy:
Bao gồm 3 phân xưởng công nghệ: Phân xưởng Ammoniac, phân xưởng Urê và
phân xưởng Phụ Trợ.
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ của nhà máy.
Lớp DH10H1 Trang 8
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
1.5.1 Phân xưởng tổng hợp Amôniắc

Có chức năng tổng hợp Amôniắc và sản xuất CO
2
từ khí thiên nhiên và hơi nước.
Sau khi tổng hợp, Amôniắc và CO
2
sẽ được chuyển sang phân xưởng ure.
Hình 1.4: Phân xưởng tổng hợp Amôniắc
Lớp DH10H1 Trang 9
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
1.5.2 Phân xưởng tổng hợp ure
Có chức năng tổng hợp Amôniắc và CO
2
thành dung dịch ure. Dung dịch ure sau
khi đã được cô đặc trong chân không sẽ được đưa đi tạo hạt.Quá trình tạo hạt được
thực hiện bằng phương pháp đối lưu tự nhiên trong tháp tạo hạt cao 105m.Phân
xưởng ure có thể đạt công suất tối đa 2.385tấn/ngày.
Hình 1.5: Phân xưởng tổng hợp ure
Lớp DH10H1 Trang 10
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
1.5.3 Phân xưởng phụ trợ
Có chức năng cung cấp nước làm lạnh, nước khử khoáng, nước sinh hoạt, cung
cấp khí điều khiển, nitơ và xử lý nước thải cho toàn nhà máy, có nồi hơi nhiệt thừa, nồi
hơi phụ trợ và 1 tuabin khí phát điện công suất 21 MWh, có bồn chứa Amôniắc 35.000
m
3
tương đương 20.000 tấn, dùng để chứa Amôniắc dư và cấp Amôniắc cho phân
xưởng urê khi công đoạn tổng hợp của xưởng Amôniắc ngừng máy.
Hình 1.6: Phân xưởng phụ trợ
Lớp DH10H1 Trang 11
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp

1.5.4 Xưởng sản phẩm
Sau khi được tổng hợp, hạt urê được lưu trữ trong kho chứa urê rời.Kho urê rời
có diện tích 36.000m
2
, có thể chứa tối đa 150.000 tấn.Trong kho có hệ thống điều hoà
không khí luôn giữ cho độ ẩm không vượt quá 70%, đảm bảo urê không bị đóng bánh.
Ngoài ra, còn có kho đóng bao urê, sức chứa 10.000 tấn, có 6 chuyền đóng bao, công
suất 40 tấn/giờ/chuyền.
Hình 1.7: Xưởng sản phẩm
SVTT. Lê Hùng Cường Trang12
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG URE NHÀ MÁY ĐẠM PHÚ
MỸ
2.1 Giới thiệu
Xưởng ure là một trong 3 xưởng công nghệ chính của nhà máy đạm phú mỹ. Tại
đây tiếp nhận ammoniac từ xưởng amon, tổng hợp thành ure , tinh chế và tạo hạt ure
mang vào kho chứa.
Xưởng ure gồm nhiều hệ thống(cụm) sản xuất, có công nghệ hiện đại.Mỗi hệ thống
sản xuất lại có đặc trưng riêng về công nghệ, về thiết bị.
2.2 Một số cụm công nghệ chính của xưởng ure:
2.2.1. Công đoạn nén CO
2
CO
2
bão hoà hơi nước có độ tinh khiết tối thiểu 98,5% thể tích(tt), có nhiệt độ
45
0
C và áp suất 0.18 barg lấy từ xưởng Amonia đựơc đưa vào bình tách. Tại đây lỏng
cuốn theo được tách ra và được đưa về hệ thống thải lỏng, lượng khí CO

2
được đưa tới
cửa hút cấp 1 của máy nén.
Để bảo vệ thiết bị cao áp không bị ăn mòn, một lượng không khí được đưa thêm
vào ‚mmon qua bộ điều khiển lưu lượng vào cửa hút. Lượng O
2
thêm vào chiếm 0.25%
(tt) của lượng CO
2
nạp liệu.
Dòng khí CO
2
sau khi qua thiết bị tách lỏng,vào đến cửa hút của máy nén có áp
suất khoảng 0.12 barg, được nén đến khoảng 4.6 barg trong cấp nén đầu tiên, đến
khoảng 18.9 barg trong cấp nén thứ hai, 69.9 trong cấp nén thứ 3 và sau cấp nén cuối
cùng lên đến 157 barg.
2.2.2. Cụm tổng hợp urê
Amôniắc vào cụm tổng hợp được bơm bằng bơm amôniắc cao áp, lên áp suất
khoảng 220 barg. Trước khi vào tháp tổng hợp, amôniắc được gia nhiệt trong thiết bị
gia nhiệt sơ bộ amôniắc E-1007, và được sử dụng làm lưu chất đẩy trong bơm phun
SVTT. Lê Hùng Cường Trang13
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
cácbamát J-1001, tại đây cácbamát từ bình tách cácbamát V-1001 được đẩy lên áp
suất tổng hợp.
CO
2
từ xưởng amôniắc ở áp suất 0.18 barg và nhiệt độ 45
o
C đi vào máy nén CO
2

K-
1001 và được nén đến áp suất 157 barg.
Hỗn hợp lỏng amôniắc và cácbamát đi vào đáy tháp tổng hợp urê, ở đây hỗn hợp
này sẽ phản ứng với dòng CO
2
nạp liệu.
Urê là sản phẩm được tạo thành qua phản ứng tổng hợp amôniắc lỏng và khí
CO
2
.Trong tháp tổng hợp urê R-1001, amôniắc và CO
2
phản ứng tạo thành amôni
cácbamát, một phần ‚mmonium cácbamát tách nước tạo thành urê.
Các phản ứng xảy ra như sau:
2NH
3
+ CO
2
↔ NH
2
COONH
4
+ 32560 kcal/kmol cácbamát (Ở 1.033 kg/cm
2
, 25
O
C)
NH
2
-COO-NH

4
↔ NH
2
-CO-NH
2
+ H
2
O
- 4200 kcal/kmol urê (Ở 1.033 kg/cm
2
, 25
O
C)
Ở điều kiện phản ứng (T=188-190
o
C, 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 vận tốc phản
ứng.
Phần ‚mmonium cácbamát 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 mole CO
2
/urê trong khoảng 0.5-0.7.
Phản ứng thứ nhất tỏa nhiệt mạnh liệt trong khi đó phản ứng thứ hai thu nhiệt
yếu và xảy ra trong pha lỏng ở tốc độ chậm.
2.2.3. Cụm phân hủy
Sau hệ thống tổng hợp ure, quá trình phân huỷ (và thu hồi có liên quan) không
thay đổi thành phần phản ứng được thực hiện ba bước sau:
1. Phân huỷ cao áp tại urê Stripper E-1001
2. Phân huỷ trung áp tại cụm phân huỷ trung áp E-1002A/B

SVTT. Lê Hùng Cường Trang14
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
3. Phân huỷ thấp áp tại cụm phân huỷ thấp áp E-1003
- Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng 1 như chỉ ở trên
NH
2
-COO-NH
4
↔ 2 NH
3
+ CO
2
(- nhiệt)
* Và phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp và/hoặc tăng nhiệt.
2.2.4 . 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 phân hủy từ thiết bị phân hủy trung áp được trộn với dung dịch cácbônát
loãng từ bình chứa của cụm thấp áp, sau đó được làm lạnh và được hấp thụ dưới dạng
dung dịch cácbônát ở phía vỏ thiết bị cô đặc chân không sơ bộ và trong thiết bị ngưng
tụ trung áp.
Amôniắc dư được làm sạch trong thiết bị hấp thụ trung áp và được thu hồi dưới
dạng amôniắc lỏng trong bình chứa amôniắc, từ đó nó được tuần hoàn về tháp tổng
hợp thông qua bơm phun tia cácbamát cùng với amôniắc sạch từ hàng rào.
2.2.5. Cụm cô đặc chân không:
Dung dịch urê ra khỏi giai đoạn phân hủy thấp áp có nồng độ 69÷72%kl, cần
được cô đặc tới 99.75% kl để thu được dung dịch thích hợp cho tạo hạt.
Phương pháp đơn giản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất là cô đặc trực tiếp,
thực chất là gia nhiệt dung dịch dưới áp suất chân không để tách nước.
Cô đặc trực tiếp được vận hành trên cơ sở áp suất hơi cân bằng của dung dịch

urê.
Theo lý thuyết, để cô đặc dung dịch từ 71% đến gần 100% kl mà không đóng rắn,
áp suất vận hành phải duy trì khoảng 0.3 bara.
Trong thực tế, có thể vận hành ở áp suất thấp hơn trong các bình tách chân
không do độ giảm áp thực tế trong các thiết bị bay hơi.
Urê nóng chảy được phun trong tháp tạo hạt bằng gàu tạo hạt (kiểu tuttle).
2.2.6 . Tạo hạt urê
SVTT. Lê Hùng Cường Trang15
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Urê sau khi được cô đặc đến 99,8% thì được đưa đến tháp tạo hạt.
Urê nóng chảy ra khỏi bình chứa được đưa đến gàu tạo hạt bằng bơm ly tâm .
Hạt urê nóng chảy từ gàu tạo hạt rơi dọc theo tháp tạo hạt bằng gió tự nhiên,
đóng rắn và làm lạnh khi tiếp xúc với dòng không khí ngược chiều.
Amôniắc tự do (vài ppm) có trong urê nóng chảy từ có thể được thải ra khí quyển
do lôi cuốn theo dòng khí làm lạnh thổi qua tháp tạo hạt.
Để giảm sự thoát khí, dung dịch acid sulphuric 98%, từ bồn chứa, được phun vào
dòng urê nóng chảy, bằng bơm định lượng, ở đầu vào bơm của. Bằng cách này H
2
SO
4
phản ứng với NH
3
tạo thành amôni sulphat, muối này sẽ trộn lẫn và đóng rắn cùng với
sản phẩm urê.
Cuối cùng sản phẩm urê được đưa tới giao diện bằng băng tải sản phẩm .
2.2.7. Cụm xử lý nước
Nước quá trình chứa NH
3
, CO
2

và urê từ các hệ thống chân không, được tập trung
trong bồn chứa nước ngưng quá trình cùng với nước xả được tập trung trong bồn
chứa cácbônát kín và được đưa vào bằng bơm. Từ TK-1002 nước ngưng quá trình
được bơm bằng bơm P-1014A/B vào phần trên của tháp chưng T-1002.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang16
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Chương 3
CÔNG NGHỆ PHẢN ỨNG TỔNG HỢP URE
3.1: Thuyết minh sơ đồ
Amôniắc vào cụm tổng hợp được bơm bằng bơm amôniắc cao áp, lên áp suất
khoảng 220 barg. Trước khi vào tháp tổng hợp, amôniắc được gia nhiệt sơ bộ, và được sử
dụng làm lưu chất đẩy trong bơm phun cácbamát J-1001, tại đây cácbamát từ bình tách
cácbamát V-1001 được đẩy lên áp suất tổng hợp.
Hỗn hợp lỏng amôniắc và cácbamát đi vào đáy tháp tổng hợp urê, ở đây hỗn hợp
này sẽ phản ứng với dòng CO
2
nạp liệu.
CO
2
từ xưởng amôniắc ở áp suất 0.18 barg và nhiệt độ 45
o
C đi vào máy nén CO
2
PK-1001 và được nén đến áp suất 157 barg.
Một lượng nhỏ không khí được đưa vào dòng CO
2
ở đầu vào máy nén PK-1001 để
thụ động hóa các bề mặt thép không rỉ của các thiết bị cao áp, do đó bảo vệ chúng khỏi ăn
mòn do các chất phản ứng và sản phẩm phản ứng.
Các sản phẩm phản ứng ra khỏi tháp tổng hợp chảy vào phần trên của thiết bị

stripper E-1001, hoạt động ở áp suất 147 barg. Đây là thiết bị phân hủy 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 sự phân
phối đồng đều dung dịch urê. Thực tế, mỗi 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. Các lỗ
của đầu phân phối hoạt động như các đĩa; đường kính của các lỗ và đầu phân phối sẽ điều
khiển lưu lượng. Khi màng lỏng chảy, nó được gia nhiệt và sự phân hủy cácbamát và bay
hơi bề mặt xảy ra. Hàm lượng CO
2
trong dung dịch giảm do stripping NH
3
khi NH
3
sôi.
Hơi tạo thành (thực chất là amôniắc và CO
2
) bay lên đỉnh ống. Nhiệt phân hủy cácbamát
được cung cấp nhờ sự ngưng tụ hơi bão hòa 21.8 barg.
Dòng hỗn hợp giữa khí từ đỉnh thiết bị stripper, và dung dịch thu hồi từ đáy tháp hấp
thụ trung áp T-1001, đi vào các thiết bị ngưng tụ cácbamát E-1005A/B, ở đây chúng được
ngưng tụ và được tuần hoàn về tháp tổng hợp R-1001 thông qua bơm phun cácbamát J-
1001.
Ngưng tụ khí quá trình ở áp suất cao (khoảng 144 barg) cho phép tạo ra hơi bão hòa
4.9 barg ở phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cácbamát thứ nhất E-1005A và hơi 3.4 barg ở
phía vỏ của thiết bị ngưng tụ cácbamát thứ hai E-1005B.
Từ đỉnh của bình tách cácbamát V-1001, khí không ngưng bao gồm khí trơ (không
khí thụ động, khí trơ trong dòng CO
2
từ giao diện) chứa một lượng nhỏ NH

3
và CO
2
được
đưa trực tiếp vào đáy thiết bị phân hủy trung áp E-1002.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang17
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
3.2. Lý Thuyết
Ure là sản phẩm được tạo thành qua phản ứng tổng hợp amôniắc lỏng và khí
CO
2
.Trong tháp tổng hợp urê R-1001, amôniắc và CO
2
phản ứng tạo thành amôni
cácbamát, một phần amônium cácbamát tách nước tạo thành ure.
Các phản ứng xảy ra như sau:
2NH
3
+ CO
2
↔ NH
2
COONH
4
+ 32560 kcal/kmol cácbamát (Ở 1.033 kg/cm
2
, 25
O
C) ( Phản ứng 1)
NH

2
-COO-NH
4
↔ NH
2
-CO-NH
2
+ H
2
O
- 4200 kcal/kmol urê (Ở 1.033 kg/cm
2
, 25
O
C) ( phản ứng
2 )
Ở điều kiện phản ứng (T=188-190
o
C, 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 vận tốc
phản ứng.
Phần amônium cácbamát 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 mole CO
2
/ure trong khoảng 0.5-0.7.
Phản ứng thứ nhất tỏa nhiệt mạnh liệt trong khi đó phản ứng thứ hai thu nhiệt
yếu và xảy ra trong pha lỏng ở tốc độ chậm.
Sau hệ thống tổng hợp urê, qúa trình phân huỷ (và thu hồi có liên quan) không
thay đổi thành phần phản ứng được thực hiện ba bước sau:

1. Phân huỷ cao áp tại urê Stripper E-1001
2. Phân huỷ trung áp tại cụm phân huỷ trung áp E-1002A/B
3. Phân huỷ thấp áp tại cụm phân huỷ thấp áp E-1003
Phản ứng phân huỷ là phản ứng ngược chiều với phản ứng 1 như chỉ ở trên…
NH
2
-COO-NH
4
↔ 2 NH
3
+ CO
2
(- nhiệt)
Và phản ứng xảy ra mãnh liệt khi giảm áp và/hoặc tăng nhiệt.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang18
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng.
3.3.1. Ảnh hưởng tỷ lệ NH
3
/CO
2
Như mô tả tại phản ứng 1, tỷ lệ mol lý thuyết của NH
3
/CO
2
là 2, nhưng dưới các
điều kiện khác sản phẩm urê ổn định chậm ở 168 bar và 155
O
C.
Khi tỷ lệ mol NH

3
/CO
2
thay đổi từ 2 đến 9, sản phẩm urê thay đổi từ khoảng 40%
đến 85%. Trên những điều kiện khác, khi tỷ lệ mol NH
3
/CO
2
thay đổi từ 2 đến 0.5, sản
phẩm urê sẽ thay đổi chỉ từ khoảng 40% đến khoảng 45%.
Nó được làm rõ rằng ảnh hưởng của CO
2
là rất nhỏ so với NH
3
. Hơn thế nữa, dưới
điều kiện giàu CO
2
, dung dịch sẽ trở nên ăn mòn nhiều hơn và vận hành có vấn đề liên
quan đến kết tinh là quá quan trọng.
Nói chung, hầu hết tất cả các nhà máy urê được vận hành dưới tỷ lệ NH
3
/CO
2
trong khoảng giữa 2.5 và 5.0.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang19
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Hình 2.1: Ảnh hưởng ti lệ NH
3
/CO
2

3.3.2. Ảnh hưởng tỷ lệ H
2
O/CO
2
Từ phản ứng thứ hai, rõ ràng rằng lượng nước dư trong dung dịch phản ứng làm
cản trở sự hình thành urê từ cácbamát. Nhưng nếu hàm lượng nước quá thấp thì nồng
độ cácbamát trở nên cao gây tắc nghẽn đường ống.
Ngoài ra, vì phản ứng diễn ra trong pha lỏng nên cần một lượng nước vừa đủ
cũng làm tăng hiệu suất urê.
Do đó, thông thường thì tỉ lệ mole H
2
O/CO
2
là 0.4-1 trong các nhà máy công
nghiệp.
3.3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất
Mối liên hệ giữa độ chuyển hóa cân bằng và nhiệt độ vận hành được đưa ra bởi
Fréjacques và những người cộng sự như sau: độ chuyển hóa tăng tỉ lệ với sự tăng nhiệt
độ, nhưng Otsuka và những người cộng sự đã báo cáo rằng độ chuyển hóa cân bằng tối
đa tồn tại xung quanh 196-200
o
C.
Áp suất cân bằng ngày càng cao khi nhiệt độ tăng .
Áp suất cân bằng đạt tới giá trị cực tiểu bằng cách thay đổi tỉ lệ NH
3
/CO
2
và điểm
cực tiểu hướng tới giá trị NH
3

/CO
2
cao hơn phụ thuộc vào sự tăng nhiệt độ vận hành.
Lưu ý: áp suất cân bằng tăng nhanh theo hướng tỉ lệ NH
3
/CO
2
thấp.
3.3.4. Hình thành biuret
Biurêt là sản phẩm phụ không mong muốn được hình thành do phản ứng của 2
mole urê với sự tạo thành NH
3
, theo phản ứng sau:
2(NH
2
-CO-NH
2
) ↔ NH
2
-CO-NH-CO-NH
2
+ NH
3
Phản ứng cân bằng này được xúc tiến do thời gian lưu và nhiệt độ cao.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang20
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Như đã giải thích trước đó, hai mole urê chuyển hóa thành một mole biurêt và
một mole amôniắc bằng gia nhiệt.
Vì biurêt có hại tới sự đâm chồi của hạt, và làm héo cây dứa và cam, quýt khi
đạm được phun lên lá, hàm lượng biurêt trong phân đạm trên thị trường thế

giới được yêu cầu dưới 1.5%. Biurêt tạo thành gần như trong tất cả các giai
đoạn sản xuất urê và chủ yếu được tạo thành ở hệ thống phân hủy thấp áp và
nhiệt độ cao.
Nhìn chung, sự tạo thành biurêt tăng lên nhanh chóng khi nhiệt độ vượt quá
110
o
C do đó cần phải giữ nhiệt độ/áp suất và thời gian lưu của mức urê lỏng ở giá trị
bình thường trong các bình chứa ở mỗi giai đoạn phân hủy đặc biệt là trong bình chứa
của thiết bị tách chân không.
3.4. Các Thiết Bị Chính.
3.4.1. Thiết bị phản ứng urê .
 Các số liệu thiết kế
+ Nhiệt độ thiết kế: 213
0
C
+ Nhiệt độ hoạt động: 188
0
C
+ Áp suất thiết kế: 167 barg
+ Áp suất hoạt động: 156 barg
 Cấu tạo và các chi tiết bên trong thiết bị R-1001.
Thiết bị phản ứng R-1001 được thiết kế dưới dạng các đĩa lỗ bên trong, tổng cộng
gồm 17 đĩa, khoảng cách giữa các đĩa được bố trí đồng đều nhau và khoảng cách giữa
các đĩa là 2500 mm, các đĩa được bắt chặt bằng bu lông và gắn cố định trên giá đỡ. Độ
dày các đĩa được tính toán với một tải trọng tập trung 150 kg và có một tỉ lệ so với
đường kính đĩa là 1/900.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang21
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Ống chảy tràn bên trong tháp phản ứng được lắp từ trên xuống xuyên qua các đĩa
và được lấy ra khỏi tháp từ đĩa thứ 15. Bên trong có 3 vị trí để giữ đoạn ống chảy tràn

và được lắp cố định tại 3 vị trí phía trên đỉnh, trên đĩa thứ 7 và trên đĩa thứ 13.
+ Tổng chiều cao làm việc của tháp phản ứng : 45000 mm.
+ Đường kính làm việc bên trong tháp: 2360 mm.
+ Khoảng cách từ đĩa trên cùng đến ống chảy tràn: 1500 mm.
+ Khoảng cách từ đáy tháp đến điểm đo nhiệt độ TI-1013A: 3000mm
+ Khoảng cách từ đáy tháp đến điểm đo nhiệt độ TI-1013B: 10000mm.
- Phía trên đỉnh tháp có lỗ người chui, dòng công nghệ được nạp liệu vào đáy tháp, dòng
dịch urê được lấy ra tại đĩa thứ 15.
Chú thích: Cấu tạo thiết bị phản ứng R-1001
- N1: Dung dịch Urê ra khỏi tháp phản ứng đường kính 8”
- N2: Dòng CO
2
đi vào đáy tháp phản ứng đường kính 8”
- N3: Dòng NH
3
và carbamate đi vào đáy tháp phản ứng đường kính 10”
- M1: Lỗ người chui, đường kính 500 mm.
- CN1, CN2, CN3: Cặp nhiệt điện.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang22
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Hình 3.1: Cấu tạo chi tiết thiết bị phản ứng R-1001
 Các điểm cần lưu ý
Trên suốt chiều dài tháp phản ứng nhà sản xuất cung cấp một hệ thống các
weep-holes để kiểm tra sự rò rỉ các mối hàn không chụp X-ray của lớp lót bên trong.
Các weep-holes được chế tạo như một cách để tránh bất cứ sự tiếp xúc giữa
dòng công nghệ và thép cácbon trong trường hợp có sự rò rỉ của mối hàn.
Tất cả các weep-holes phải được kiểm tra một cách cẩn thận.Nhà sản xuất sẽ
cung cấp vị trí bản vẽ hiển thị các WH.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang23
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp

Cần phải kiểm tra sự rò rỉ của các weep-holes một cách thường xuyên để có
những phát hiện kịp thời, tránh mọi sự cố nghiêm trọng nào có thể xảy ra.
3.4.2 Cấu tạo thiết bị stripper.
3.4.2.1. Các số liệu thiết kế
Nhiệt độ thiết kế: - phía vỏ ngoài 244
0
C - phía trong ống 244
0
C
Nhiệt độ hoạt động : - phía vỏ ngoài 219
0
C - phía trong ống 188/204
0
C
Áp suất thiết kế: - phía vỏ ngoài 28 barg - phía trong ống 162 barg.
Áp suất hoạt động: - phía vỏ ngoài 21.7 barg - phía trong ống 147 barg.
Cho phép ăn mòn phía vỏ thiết bị : 3 mm.
3.4.2.2. Cấu tạo và các chi tiết bên trong thiết bị stripper E-1001
Được cấu tạo gồm 3 phần chính: Phần phân phối lỏng phía trên nhận dung dịch
urê và phân phối chất lỏng trên các ống trao đổi nhiệt nhờ vòng phân phối lỏng, dòng
lỏng sẽ được phân phối đồng đều trên hai hệ thống đĩa lỗ trước khi chảy xuống các ống
trao đổi nhiệt theo dạng màng nhờ các ferrule, năm ống phân phối khí phía trên được
thiết kế để nhận hỗn hợp khí sau quá trình phân giải bay lên và đưa sang Z-1005. Phần
dưới gồm có các ống trao đổi nhiệt có dịch urê chảy trong ống dưới dạng màng mỏng,
phía ngoài vỏ là dòng hơi bảo hoà trung áp đi gia nhiệt bên ngoài, đường hơi đi vào
phía trên và ngưng tụ lỏng ra phía dưới. Phần phía dưới nhận dung dịch Ure có nồng
độ cao hơn và đi vào khu vực trung áp.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang24
Báo Cáo Thực Tập Tốt Nghiệp
Hình 3.2 :Cấu tạo thiết bị Stripper E-1001

 Chú thích: Cấu tạo chi tiết thiết bị E-1001
+ N1: Dung dịch urê vào thiết bị, đường kính 8”.
+ N2: Hơi bảo hoà trung áp vào phía vỏ thiết bị, đường kính 12”.
+ N3: Điểm kết nối van an toàn.
+ N5: Dòng khí thu hồi ra phía đỉnh, đường kính 8”.
+ N7A: Điểm ven khí trơ phía ngoài vỏ, đường kính ¾”.
+ N7B: Điểm thải nước ngưng phía ngoài vở, đường kính ¾”.
+ N8: Dung dịch Urê ra khỏi thiết bị, đường kính 8”.
+ N9: Hơi ngưng tụ đi ra phía vỏ, đường kính 8”.
SVTT. Lê Hùng Cường Trang25