CH632240A5

CH632240A5 - Urea production process

Info

Publication number: CH632240A5
Application number: CH335878A
Authority: CH
Inventors: Giorgio Pagani; Andrea Bonetti
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1982-09-30
Also published as: BR7802007A; IE780636L; AU3429178A; PL205651A1; JPS53149929A; GB1586629A; CS204026B2; LU79340A1; AU519725B2; SE7803685L; CA1101884A; IE46700B1; DD134223A5; IT1075371B; DE2813528B2; NL7803338A; FR2385690A1; ES469090A1; PL108056B1; AR214002A1

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di urea a partire da anidride carbonica ed ammoniaca pure. The present invention relates to a process for the production of urea from carbon dioxide and pure ammonia.

In alcuni dei procedimenti noti fino ad oggi l'anidride carbonica veniva fatta reagire con l'ammoniaca gassosa contenuta nei gas prodotti dalla dissociazione del carbammato, l'ammoniaca gassosa essendo stata utilizzata precedentemente come agente strippante della soluzione di urea. In some of the processes known to date, carbon dioxide was reacted with the gaseous ammonia contained in the gases produced by the dissociation of the carbamate, the gaseous ammonia having previously been used as a stripping agent of the urea solution.

La miscela gassosa così ottenuta, formata dai gas dissociati, dall'inidride carbonica e dall'ammoniaca, veniva raffreddata mediante circolazione d'acqua in modo da formare carbammato da inviare al reattore di sintesi per la disidratazione ad urea. Dal reattore la miscela di sintesi era inviata allo strippaggio dell'anidride carbonica ed ammoniaca (che si formano per dissociazione termica del carbammato), strippaggio che veniva eseguito in un apparecchio di dissociazione dal fondo del quale veniva alimentata l'ammoniaca gassosa mentre la miscela di sintesi veniva alimentata dall'alto. The gaseous mixture thus obtained, made up of dissociated gases, carbon dioxide and ammonia, was cooled by circulating water to form carbamate to be sent to the synthesis reactor for urea dehydration. From the reactor the synthesis mixture was sent to the stripping of carbon dioxide and ammonia (which are formed by thermal dissociation of the carbamate), stripping which was carried out in a dissociation apparatus from the bottom of which the gaseous ammonia was fed while the mixture of synthesis was fed from above.

Dall'apparechio di dissociazione uscivano due correnti: una costituita dalla soluzione di urea, contenente ancora una certa quantità di carbammato, l'altra dai gas dissociati e dall'ammoniaca che, come già detto, venivano inviati al condensatore. Two streams emerged from the dissociation apparatus: one consisting of the urea solution, still containing a certain quantity of carbamate, the other of the dissociated gases and ammonia which, as already mentioned, were sent to the condenser.

Lo svantaggio più apparente rivelato da questi tipi di procedimenti era dato dall'alta concentrazione di carbammato di ammonio presente nella soluzione prodotta con conseguente diminuzione in resa di urea, svantaggio dovuto al fatto che si doveva operare con rapporti NH3/C02 costanti sia per il condensatore che per il reattore. The most apparent disadvantage revealed by these types of processes was given by the high concentration of ammonium carbamate present in the produced solution with consequent decrease in urea yield, disadvantage due to the fact that it was necessary to operate with constant NH3 / C02 ratios both for the condenser than for the reactor.

Si è sorprendentemente trovato, con la presente invenzione, che si può produrre urea da ammoniaca e da anidride carbonica in più alta resa utilizzando al posto del serpentino condensatore un assorbitore a film, il cui funzionamento sarà descritto successivamente, ed inviando, oltre all'ammoniaca gassosa in fondo allo stripper, ammoniaca liquida in parte all'assorbitore ed in parte al reattore di sintesi. It has surprisingly been found, with the present invention, that urea can be produced from ammonia and carbon dioxide in higher yield by using a film absorber instead of the condenser coil, the operation of which will be described later, and sending, in addition to ammonia gaseous at the bottom of the stripper, liquid ammonia partly to the absorber and partly to the synthesis reactor.

Il procedimento secondo l'invenzione per la produzione di urea a partire da anidride carbonica ed ammoniaca pura è caratterizzato nella rivendicazione 1 precedente. The process according to the invention for the production of urea from carbon dioxide and pure ammonia is characterized in claim 1 above.

Data una pressione P totale ed un rapporto H20/C02 e fissato il rapporto NH3/C02 che deve essere alto nel reattore e nell'installazione di prelevazione mediante vettore (detto «stripper») e basso nell'assorbitore si può passare a descrivere il nuovo processo utilizzando lo schema di fig. 1. Given a total pressure P and an H20 / C02 ratio and fixed the NH3 / C02 ratio which must be high in the reactor and in the installation for drawing by means of a vector (called «stripper») and low in the absorber, it is possible to describe the new process using the diagram in fig. 1.

Tutta l'anidride carbonica viene inviata nel fondo dell'assorbitore 1, insieme ad una parte di ammoniaca liquida mediante la linea 4 mentre in testa viene inviata, tramite la linea 5, la soluzione assorbente di riciclo costituita da una soluzione ammoniacale acquosa di carbonato d'ammonio. All the carbon dioxide is sent to the bottom of the absorber 1, together with a part of liquid ammonia through the line 4 while the recycling absorbent solution consisting of an aqueous ammonia carbonate solution is sent through the line 5 'ammonium.

Il rapporto totale NH3/C02 viene regolato sulla portata di ammoniaca liquida al fondo. The total NH3 / C02 ratio is regulated on the flow of liquid ammonia at the bottom.

Nella parte bassa dell'assorbitore 1 l'anidride carbonica reagisce adiabaticamente con l'ammoniaca producendo carbammato. Il calore sviluppato innalza la temperatura della miscela a valori più o meno elevati a seconda della pressione P totale, del contenuto d'acqua e del rapporto NHS/C02. In the lower part of absorber 1, carbon dioxide reacts adiabatically with ammonia producing carbamate. The heat developed raises the temperature of the mixture to more or less high values depending on the total pressure P, the water content and the NHS / C02 ratio.

I gas, che si sviluppano dal bagno adiabatico e che sono in equilibrio chimico con esso a quella temperatura, vengono assorbiti in parte dalla soluzione di riciclo che scende a film dalla parte superiore, la parte di gas non assorbita esce dall'assorbitore 1 e tramite la linea 6 si unisce alla linea 7 che porta l'ammoniaca gassosa allo stripper. The gases, which develop from the adiabatic bath and which are in chemical equilibrium with it at that temperature, are absorbed in part by the recycling solution which descends to the film from the top, the part of the unabsorbed gas exits the absorber 1 and through line 6 joins line 7 which brings gaseous ammonia to the stripper.

II calore di assorbimento viene ceduto ad acqua circolante nel mantello dell'assorbitore e poiché le composizioni del gas e del liquido assorbente in equilibrio lungo l'assorbitore hanno un rapporto NH3/C02 tale per cui lo sviluppo di calore avviene a temperatura elevata, si può produrre dall'acqua di raffreddamento vapore ad un livello termico sufficientemente alto per poter essere utilizzato per successive necessità dell'impianto. The absorption heat is released to circulating water in the absorber shell and since the gas and absorbent compositions in equilibrium along the absorber have an NH3 / C02 ratio such that heat development occurs at high temperature, it is possible produce steam from the cooling water at a thermal level high enough to be used for subsequent system needs.

Il carbammato passa quindi, mediante la linea 8, al reattore 2 dove avviene la disidratazione ad urea. Il rapporto NH3/C02 e la temperatura del reattore vengono regolate alimentando ammoniaca liquida, in piccola parte, dal fondo con la linea 9 ed ammoniaca gassoa, in maggior parte, con i gas provenienti dallo stripper 3 attraverso la linea 10. Il rapporto NHj/ C02 nel reattore 2 viene tenuto molto più alto che nell'assorbitore 1, aumentando così le rese di conversione della C02 ad urea. The carbamate then passes, through line 8, to reactor 2 where urea dehydration takes place. The NH3 / C02 ratio and the reactor temperature are regulated by feeding liquid ammonia, in small part, from the bottom with the line 9 and ammonia gassoa, for the most part, with the gases coming from the stripper 3 through the line 10. The ratio NHj / C02 in reactor 2 is kept much higher than in absorber 1, thus increasing the conversion yields of C02 to urea.

I rapporti NH3/C02, la temperatura e le rese sono scelte in modo che il calore di assorbimento/condensazione del gas dallo stripper 3 permetta di mantenere costante il bilancio termico dal reattore 2 alla pressione totale fissata. In questo modo è possibile aumentare le rese nel reattore e diminuire i consumi di vapore nello stripper ed elevare il livello termico del vapore prodotto nell'assorbitore. The NH3 / C02 ratios, the temperature and the yields are chosen so that the absorption / condensation heat of the gas from the stripper 3 allows the thermal balance from the reactor 2 to be kept constant at the set total pressure. In this way it is possible to increase the yields in the reactor and decrease the consumption of steam in the stripper and increase the thermal level of the steam produced in the absorber.

La pressione del sistema reattore-stripper, essendo praticamente la stessa, è regolata scaricando dalla testa del reattore i gas inerti provenienti dal fondo stripper e dall'assorbitore C02. Tale pressione può essere inferiore o superiore alla pressione vigente nell'assorbitore, a seconda che il trasferimento del carbammato avvenga o per spinta barometrica o per mezzo di pompa. The pressure of the reactor-stripper system, being practically the same, is regulated by discharging from the reactor head the inert gases coming from the stripper bottom and from the C02 absorber. This pressure can be lower or higher than the pressure in force in the absorber, depending on whether the transfer of the carbamate takes place either by barometric pressure or by means of a pump.

Poiché le rese di conversione del reattore sono particolarmente elevate e tenuto conto delle caratteristiche chimico-fisiche della soluzione uscente dal reattore con la linea 11, l'anidride carbonica e l'acqua separata nello stripper sono in piccola quantità rispetto all'ammoniaca; oltre che per questa ragione il calore da fornire al sistema è basso essendo la soluzione urea molto prossima alle sue condizioni critiche, per cui l'ammoniaca viene facilmente distillata. Since the conversion yields of the reactor are particularly high and taking into account the chemical-physical characteristics of the solution leaving the reactor with line 11, the carbon dioxide and the water separated in the stripper are in small quantities with respect to ammonia; as well as for this reason the heat to be supplied to the system is low as the urea solution is very close to its critical conditions, so that ammonia is easily distilled.

La temperatura critica diminuisce all'aumentare del rapporto NH3/C02 ed al diminuire del tenore d'acqua; questo richiede superfici di scambio dello stripper inferiori a quelle degli stripper degli impianti tradizionali e temperature di scambio termico non elevate che permettono l'utilizzo di vapore a livello termico più basso e quindi meno costoso. The critical temperature decreases with increasing NH3 / C02 ratio and decreasing water content; this requires exchange surfaces of the stripper lower than those of the strippers of traditional systems and not high heat exchange temperatures which allow the use of steam at a lower and therefore less expensive thermal level.

Verrà ora riportato un esempio avente lo scopo di meglio illustrare l'invenzione senza tuttavia limitarla in alcun modo. An example will now be reported with the aim of better illustrating the invention without however limiting it in any way.

5 5

io I

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

632240 632240

Esempio Example

Volendo produrre 72.500 Kg/h di urea vengono alimentati all'assorbitore 1 Wanting to produce 72.500 Kg / h of urea they are fed to absorber 1

53.167 Kg/h di C02 (T. 150°C) 53.167 Kg / h of C02 (T. 150 ° C)

32.853 Kg/h di NH3 (T. 50°C) 32.853 Kg / h of NH3 (T. 50 ° C)

oltre al carbonato di riciclo che viene inviato in testa all'assorbitore 1 ad una temperatura di 76aC e con la seguente composizione: in addition to the recycled carbonate which is sent to the absorber 1 at the head at a temperature of 76aC and with the following composition:

NH3 27.323 Kg/h 47,62% (in peso) NH3 27.323 Kg / h 47.62% (by weight)

C02 10.127 Kg/h 17,65% » C02 10.127 Kg / h 17.65% »

HjO 19.926 Kg/h HjO 19.926 Kg / h

34,73% » 34.73% »

C02 12.500 Kg/h 54,09% (in peso) C02 12.500 Kg / h 54.09% (by weight)

H20 1.227 Kg/h 5,31% » H20 1.227 Kg / h 5.31% »

e vengono inviati al fondo dello stripper 3. and are sent to the bottom of stripper 3.

s Al reattore 2, oltre alla soluzione di carbammato, vengono alimentati anche 47.840 Kg/h di ammoniaca a 100°C ed i vapori uscenti dallo stripper 3 aventi una temperatura di 190°C e la seguente composizione: s In addition to the carbamate solution, reactor 2 is fed 47,840 kg / h of ammonia at 100 ° C and the vapors leaving the stripper 3 having a temperature of 190 ° C and the following composition:

NH3 50.218 Kg/h 59,10% (in peso) NH3 50.218 Kg / h 59.10% (by weight)

io C02 H20 i C02 H20

26.259 8.497 26,259 8,497

Kg/h Kg/h Kg / h Kg / h

30,90% 10,00% 30.90% 10.00%

L'assorbitore opera alla presione di tutto il loop di sintesi urea che (a meno delle perdite di carico) è di 180 Kg/cm2. La C02 e la NH3 reagiscono nell'assorbitore ed il calore di reazione viene asportato producendo vapore. The absorber operates at the pressure of the entire urea synthesis loop which (except for pressure drops) is 180 Kg / cm2. The C02 and NH3 react in the absorber and the reaction heat is removed producing steam.

Dal fondo dell'assorbitore esce la soluzione di carbammato, ad una temperatura di 180°C, avente la seguente composizione: The carbamate solution comes out from the bottom of the absorber, at a temperature of 180 ° C, having the following composition:

NH3 50.794 Kg/h 42,23% (in peso) NH3 50.794 Kg / h 42.23% (by weight)

CO. CO.

50.794 Kg/h 18.699 Kg/h e che viene inviata al reattore 2. 50.794 Kg / h 18.699 Kg / h and which is sent to reactor 2.

H20 H20

42,23% 15,54% 42.23% 15.54%

NH3 9.382 Kg/h NH3 9.382 Kg / h

40,60% (in peso) 40.60% (by weight)

La soluzione uscente dal per 3 ad una temperatura di 15 posizione: The solution leaving the for 3 at a temperature of 15 position:

Urea 72.500 Kg/h 107.768 Kg/h 23.886 Kg/h 48.946 Kg/h Urea 72.500 Kg / h 107.768 Kg / h 23.886 Kg / h 48.946 Kg / h

NH3 NH3

co2 h2o co2 h2o

20 20

I vapori non condensati escono dalla testa dell'assorbitore alla temperatura di 180°C e con la seguente composizione: The non-condensed vapors leave the absorber head at a temperature of 180 ° C and with the following composition:

Dal fondo dello stripper te la seguente composizione trazione tradizionale: From the bottom of the stripper the following traditional traction composition:

Urea 72.500 Kg/h 66.932 Kg/h 10.127 Kg/h 41.676 Kg/h reattore viene inviata allo strip-185°C e con la seguente com- Urea 72.500 Kg / h 66.932 Kg / h 10.127 Kg / h 41.676 Kg / h reactor is sent to the strip-185 ° C and with the following com-

28,64% (in peso) 42,58% » 28.64% (by weight) 42.58% »

9,44% » 9.44% »

19,34% » 19.34% »

esce una corrente a 210°C aven-e che viene inviata alla concen- a current at 210 ° C comes out aven-e which is sent to the concen-

NH, NH,

25 25

co, H2o co, H2o

37,91% 35,00% 5,30% 21,79% 37.91% 35.00% 5.30% 21.79%

(in peso) (by weight)

v v

1 foglio disegni 1 sheet of drawings

Claims

632240

1. A process for the production of urea from carbon dioxide and pure ammonia, comprising reacting both reactants, decomposing the ammonium carbamate contained in the urea solution upon leaving the synthesis reactor, taking the products of decomposition from the solution by means of gaseous ammonia, the condensation of the decomposition products and the carrier ammonia, characterized in that the liquid ammonia is sent in part to the condenser together with all the carbon dioxide and in part to the synthesis reactor, the ratio molar NH3 / C02 in the condenser being from 2: 1 to 4: 1 and in the reactor from 2.5: 1 to 7: 1.

2. Process according to claim 1, characterized in that the condenser is a film absorber, in the upper part of which a recycling solution consisting of an aqueous ammonia solution of ammonium carbonate is sent, while in the lower part the carbon dioxide and part of the liquid ammonia, COa and NH3 reacting adiabatically.

2

3. Process according to claim 1, wherein the gaseous ammonia used as the withdrawal agent is partly obtained as the top product of the carbon dioxide absorber.