LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URE

LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT URE
1. Sơ đồ khối lưu trình sản xuất Ure:
Không khí Hơi nước Hơi nước Tananh K
2
CO
3
0.49 Mpa 2,45MPa
Than cục

Tananh
CO
2
99%

Hơi nước
1.27 MPa
2. Thuyết minh lưu trình:
Với đặc điểm công nghệ sản xuất ure ở công ty phân đậm và hóa chất Hà
Bắc đi từ khí hóa than nguyên liệu rắn, quá trình khí hóa ở khâu tạo khí sử dụng
nguyên liệu chính là than cục, hơi nước và không khí. Theo thiết kế công nghệ
dùng than cục kích thước 50-100 mm để chế tạo khí than, sua này dùng than có
kích thước: 25-100 mm, để tiết kiệm và hạ giá thành hiện nay đã dùng than cục
cỡ 12-25 mm. Bình quân mỗi ngày chạy máy bình thường tiêu tốn hế 400-550
tấn than cục.
Quá trình khí than hóa than nguyên liêu như sau: hơi nước 0,49 Mpa nhiệt độ
250
0
C được cấp từ nhà máy nhiệt điện tới, không khí được cấp từ quạt không
Lò khí hóa chế
tạo KTA
Khử

CO
2
Khử
H
2
S
Biến
ĐổI CO
Tạo
hạt
Kho
NH
3
Tổng hợp NH
3
Tổng hợp Urê
1 2 3 4 5 6
Khử vi lượng
CO, CO
2
, H
2
S
Khử H
2
S thấp áp
Đóng bao
Kho chứa sản phẩm
khí tới, đi qua tầng than nóng đỏ (trong lò khí hóa) lò tạo khí ở nhiệt độ:
T~1100

o
C thực hiện các phản ứng tạo thành hỗn hợp các khí CO, CO
2
, H
2
S,
H
2
,N
2
, CH
4
gọi là hỗn hợp khí than ẩm. Các phản ứng hóa học chủ yếu xẩy ra
là:
2 C + O
2
= 2 CO + Q C + O
2
= CO
2
+ Q
CO + O
2
= CO
2
+ Q C + H
2
O = CO + H
2
– Q

C + CO
2
= 2 CO – Q C + 2 H
2
O = CO
2
+ 2 H
2
– Q
N
2
là khí trơ vào hỗn hợp khí theo không khí.
Mục đích của quá trình khí than chỉ nhằm thu được H
2
và N
2
theo tỷ lệ 3:1
làm nguyên liệu cho quá trình tổng hợp NH
3
. Vì thế hỗn hợp khí than ẩm cần
được làm sạch bụi (nhờ công đoạn rửa khí than và lọc bụi bằng điện), khí than
sau khi qua lọc điện được đưa qua công đoạn khử H
2
S thấp áp. Công đoạn khử
H
2
S theo thiết kế ban đầu sử dụng dung dịch ADA – Antraquinon Disunfic acid
(hiện nay đã dùng dung dịch keo Tananh) tính oxy hóa khử mạnh, hiệu suất
khử H
2

S cao. Khí than được qua hệ thống quạt để nâng áp suất để vào tháp khử
H
2
S, sau tháp khử hàm lượng H
2
S giảm xuống còn <150 mg/Nm
3
được đưa vào
đoạn I của máy nén khí nguyên liệu H
2
-N
2
6 cấp.
Dịch Tananh sau khi hấp thụ được đưa đi tái sinh và đưa trở lại quá trình hấp
thụ, bọt lưu huỳnh được thu lại chế thành sản phẩm phụ là lưu huỳnh răn.
Hỗn hợp khí than sau khử H
2
S thấp áp vào đoạn I máy nén 6 cấp để thực
hiện quá trình nén nâng áp suất, khí than ẩm ra đoạn III có áp suất P=2,1 MPa,
nhiệt độ < 40
0
C được đưa tới công đoạn biến đổi CO. Đầu tiên qua bộ phân ly
dầu, nước, sau đó qua 2 bộ lọc bằng than cốc để khử hết dầu, bụi, các tạp chất
khác rồi đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí biến đổi, sau đó hỗn hợp với hơi nước
quá nhiệt đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, ra khỏi bộ trao đổi nhiệt khí
than được hỗn hợp với khí than lạnh thành hỗn hợp khí có nhiệt độ 180
0
C-
210
0

C, tỷ lệ hơi nước khoảng 0,3; Đi vào đỉnh tháp lò biến đổi số I, lần lượt qua
tầng chất bảo vệ, tầng chống độc – chống oxy và tầng xúc tác biến đổi chịu lưu
huỳnh. Một phần khí CO bị chuyển hóa, nhiệt độ hỗn hợp khí 350-380
0
C đi ra
khỏi đáy lò biến đổi số I, đi vào thiết bị trao đổi nhiệt khí than, rồi đi vào bộ
làm lạnh nhanh I bằng nước ngưng. Hỗn hợp khí có nhiệt độ 180-210
0
C đi vào
đoạn trên lò biến đổi số II, tiếp tục tiến hành phản ứng chuyển hóa CO, nhiệt độ
đạt 300-320
0
C rồi đi ra và đi vào thiết bị làm lạnh nhanh II bằng nước ngưng tu,
hỗn hợp khí có nhiệt độ 180-210
0
C tiếp tục đi vào đoạn dưới của lò biến đổi
CO số II, phần CO còn lại tiếp tục được chuyển hóa. Khí biến đổi có nhiệt độ <
250
0
C và [CO] <1,5 %. Ra khỏi lò biến đổi số II, đi vào thiết bị trao đổi khí
biến đổi nhiệt khí biến đổi, qua thiết bị đun sôi khí biến đổi của hệ thống tái
sinh tăng áp dung dịch khử CO
2
để thu hồi một lần nữa, sau đó đưa tới cương vị
khử H
2
S trong khí biến đổi.
Khí biến đổi tới đi vào dưới tháp hấp thụ, qua các tầng đệm H
2
S được hấp

thụ bởi dung dịch Tananh từ dội đỉnh tháp xuống.
Khí được phân ly bọt ở bộ khử bọt trên đỉnh tháp sau đó đi ra khỏi tháp hấp
thụ vào tháp phân ly, ở đây mù dịch Tananh cuốn theo khí được tách ra, khí
tiếp tục được đưa sang cương vị khử CO
2
bằng dung dịch kiểm nóng.
Khí biến đổi sau khi khử lưu huỳnh qua thiết bị trao đổi nhiệt, được gia nhiệt
bởi khí biến đổi đến, nhiệt độ tăng từ 40
0
C lên 90
0
C và đi vào phía dưới tháp
hấp thụ, khí sau khi khử CO
2
ra khỏi đỉnh tháp hấp thụ, qua thiết bị làm lạnh
bằng hơi nước, thiết bị phân ly rồi đi về đoạn IV máy nén khí nguyên liệu 6
cấp.
Khí tinh chế vào đoạn IV máy nén khí nguyên liệu được nén lên áp suất 12,5
Mpa đưa sang cương vị tinh chế vi lượng bằng dung dịch Amoniac Acetat đồng
và dung dịch kiềm. Quá trình tổng hợp NH
3
đòi hỏi hàm lượng các chất gây
ngộ độc xúc tác như CO, CO
2
, H
2
S và O
2
là nhỏ nhất. Công đoạn rửa đồng và
rửa kiềm nhằm khử tối đa các chất đó. Ra khỏi công đoạn này khí tinh chế còn

lượng rất nhỏ H
2
S và (CO +CO
2
) < 20 ppm được gọi là khí tinh luyện.
Khí tinh luyện với thành phần chủ yếu N
2
và H
2
theo tỷ lệ 3:1 vào đoạn VI
của máy nén để tăng áp suất cho quá trình tổng hợp NH
3
. Khí tinh luyện ra máy
nén đoạn VI có áp suất P=31,5 Mpa được đưa qua bộ phân ly dầu, nước, sau đó
vào thiết bị 3 kết hợp, tại đây nó được kết hợp với khí tuần hoàn, được làm lạnh
khí lạnh và bằng NH
3
, giảm nhiệt độ xuống -2
0
C, các cấu tử lỏng như dầu,
nước, NH
3
bị ngưng tụ và phân ly, khí ra khỏi thiết bị 3 kết hợp được dẫn vào
tháp tổng hợp NH
3
lần 1, vừa để làm lạnh thành tháp đồng thời cũng nhận nhiệt
của phản ứng tổng hợp, ra khỏi tháp lần 1 trao đổi nhiệt với khí ra lần 2, nâng
nhiệt độ lên ~ 180
0
C, rồi vào tháp tổng hợp lần 2, cùng với sự có mặt của xúc

tác sắt Fe để tiến hành phản ứng tổng hợp. Phản ứng tổng quát của quá trình có
thể biểu diễn như sau:
N
2
+ 3H
2
↔ 2NH
3
+ Q.
NH
3
tạo thành ở trạng thái khí, ra khỏi tháp được làm lạnh gián tiếp bằng
nước và ngưng tụ thành NH
3
lỏng qua phân ly 1 để tách NH
3
ngưng tụ ra khỏi
hỗn hợp khí, sau đó hỗn hợp khí này được đưa qua máy nén tuần hoàn turbine
nâng áp suất lên để bù phần áp suất bị giảm do phản ứng tổng hợp NH
3
là phản
ứng giảm thể tích và lượng khí NH
3
bị ngựng tụ sau bộ làm lạnh bằng nước. Ra
máy nén tuần hoàn hỗn hợp khí đi vào thiết bị 3 kết hợp, trọn lẫn với nguồn khí
mới từ máy nén khí nguyên liệu tới, tiếp tục đi từ trên xuống thực hiện quá
trình làm lạnh, ngưng tụ và phân ly, phần khí không ngưng tụ còn lại tiếp tục
quay trở lại tháp tổng hợp thực hiện chu trình tuần hoàn liên tục. NH
3
lỏng có

nồng độ 99,8% được phân tách khỏi hệ thống bằng các thiệt bị phân ly, được
giảm áp xuống thấp 2,4 Mpa, qua thùng chứa trung gian được đưa ra kho chứa
NH
3
lỏng (kho cầu) là sản phẩm cuối cùng của quá trình tổng hợp NH
3
.
Từ kho cầu NH
3
lỏng được cấp đến hệ thống bơm NH
3
cao áp, nâng áp suất
lên 20MPa, được đưa vào tháp tổng hợp ure.
Khí CO
2
được nhả ra từ tháp tái sinh CO
2
khu vực tinh chế khí, xưởng tổng
hợp NH
3
được đưa đến công đoạn nén khí CO
2
5 cấp – 836, khí CO
2
ra đoạn 3
có áp suất 3,3 MPa, được đi qua hệ thống khử H
2
S trong khí CO
2
, qua tháp khử

hàm lượng H
2
S giảm xuống còn <5ppm, được giảm áp xuống 2,4MPa, được
đưa đến tháp tổng hợp ure. Tại tháp tổng hợp, với nhiệt độ 190
0
C và áp suất
20MPa, phản ứng tổng hợp ure xảy ra, tiến hành theo 2 giai đoạn rất nhanh.
4NH
3
+ 2CO
2
+ H
2
O = 2NH
4
COONH
2
+ 38.000 Kcal/Kmol;
Sau đó, dung dịch CACbamat tách nước tạo thành ure:
NH
4
COONH
2
= (NH
2
)
2
CO + H
2
O + 6.800 Kcal/Kmol.

Rút gọn phản ứng trên ta có phản ứng tổng hợp:
2NH
3
+ CO
2
= (NH
2
)
2
CO + H
2
O + Q.
Hiệu suất của phản ứng đạt 65-68%.
Quá trình tổng hợp ure mang tính tuần hoàn toàn bộ: Toàn bộ NH
3
và CO
2
dư
được đưa trở lại đầu hệ thống. Dịch phản ứng (cacsbamat amon) có nồng độ
thấp 30%, qua các công đoạn phân giải và cô đặc để tách NH
3
chưa phản ứng
đưa trở lại tháp tổng hợp, đồng thời nồng độ ure cũng được tăng lên (99,8%) và
được đưa vào tháp tạo hạt. Quạt gió, (N=108.000 m
3
/h) đặt trên đỉnh tháp hút
gió làm nguội hạt ure trong quá trình rơi. Hạt ure rơi xuống phễu ở đáy tháp
qua hệ thống băng tải được tiếp tục làm nguội rồi đến công đoạn đóng bao,
đóng thành bao ure qui cách 50 kg/bao, rồi chuyển vào kho chứa sản phẩm.
Nhận xét: quá trình sản xuất ure là quá trình làm việc liên tục tuần hoàn,

khép kín.