CS220318B2 - Method of producing urea - Google Patents

Description

(54) Způsob výroby močoviny

Vynález se týká zlepšeného způsobu výroby močoviny z amoniaku a kysličníku uhličitého s isobarickým dvojím vracením za vzniku karbamátu amonného, jakožto meziproduktu podle rovnice

NHyl· CO& N H^COONH^^z NH^CONM^ H^O přičemž první reakce je excthermní a druhá mírně endothermní. Jak známo, není přeměna karbamátu v močovinu kvantitativní a zbytkový karbamát se obvykle rozkládá ve výchozí sloučeniny, tj. čpavek a kysličník uhličitý, různými postupy, které jsou charakteristické pro jednotlivé způsoby, jimiž se virací do syntézy.

Podle patentového spisu USA 3 356 723 se používá malého nadbytku čpavku (molární poměr NH3: CO2 v reaktorech v rozmezí 2,5:1 až 3:1); rozklad karbamátu a převedení nadbytku čpavku z kapalného produktu do plynné fáze se provádějí tak, že se získaný produkt za tlaku, panujícího při syntéze, zpracuje ve výměníku tepla, pracujícím s tenkou vrstvou (vypuzovací zařízení se stékající tenkou vrstvou], přiváděným teplem a proudem CO2, jakožto vypuzovacím prostředím. V tomto patentovém spisu se rovněž popisuje okamžité vracení plynné fáze do syntézy; poněvadž v syntéze a ve vypuzovacích zónách je navrhován stejný tlak, je tento způsob definován jako „isobarický způsob s celkovou recirkulací“. Pres svou pokrokovost ve srovnání se známými způsoby se tento způsob vyznačuje několika nevýhodami. Množství vypuzovacího plynu je omezeno na stechiometricky potřebné množství kysličníku uhličitého, čímž je omezeno i množství látky, která se převádí z kapalné do plynné fáze, nezahřívá-li se příliš silně, což však má zase za následek nadměrnou spotřebu vysokotlaké vodní páry. Proto se musí nadbytek čpavku v syntézní zóně udržovat pod určitou hodnotou a nemůže tedy zcela vykonávat svůj příznivý vliv na průběh syntézy. Výtěžky nejsou příliš vysoké (55 až 60 %), čímž množství zbytkového karbamátu v roztoku, odcházejícím z reaktoru, dosahuje značné výše. Existují Jiné postupy, na základě vypuzování

2 0 318 čpavku [srov. například patentový spis USA 3 049 563 a italský patentový spis 684 929), ^které mohou ^pracovat ^pri vyššmh molármch poměrech NHs : CO2 (3,5 až 3,8), a proto skýtaj v^yšší vý^těžky [⁶² a^{ž 64} %).

Výhoda vyššího výtěžku je však znehodnocena vyšším · množstvím čpavku, přítomného v roztoku moěovrn^y, který o^pou^šti v^ypuzovací tolonu (²² a^{ž 25} % NH3 a a^ž 5 hmotnostrnch % tak^že je za^pot^řebí ^příhš ve^lkého úse^u ^kolon^{y k} z^pětn^ému získávání čpavku za nízkých tlaků, obvykle 1,76 až 1,96 MPa. Tyto vypuzovací postupy skýtají sice některé výhody, vyznačují se však vzhledem k rozkladu velké části zbytkového karbamátu při tlaku panujícím piti syntéze, určitými nedostatky, pokud jde o volbu vypuzovacího činidla a poměrně nízký výtěžek konverze v reaktoru.

Účelem vyn^álezu je tyto nedostaly co nejvíce odstranit.

Způsob podle vynálezu k výrobě močovin^y s Mobaritoým •dvojtiým vracernm za vzniku karbamátu amonného, jakožto meziproduktu, při němž se amoniak a kysličník uhličitý nechají při teplotě 170 až 205 °C za tlaku 9,8 až 24,5 MPa reagovat za molárního poměru NHs: CO2 v rozmezí 2,5 až 10, syntózní“ prtoukt:' · · sě ·' z^pracuje ^pri tomtež Haku v pMtomnosti vypuzovactoo ^plynu a z^bytkov^é látky a nadbytečné látky, uvolněné ze syntézního· produktu, se vrací za isobarických podmínek, spočívá v tom, že se

a) syntézní produkt zpracuje ve dvou po sobě následující vztoedem ^k syntéze Motorických stupmcí přičemž v prvním stopni. se produkt zahrivá ^k rozkladu ve^šker^ého zb^ytkov^ého ^kartom^átu a prodtoty rozMadu se odstraní spolu s částí nadbytečného amonia^ku^, zatimco ve druh^ém stuprn se odstraní zbývají podíl nad^bytku amoniaku daím přiváděným teplem a proudem přiváděného kýslmmku uh^ličitého^, přičemž proud ^kysUč níku uhtičitého tvori ales^poň ¹⁰ % množství potřebného v syntéze, ^b) ptynná f^áze^, v^ypuzen^á v prvním stupni, se ihned vrací do syntézy a plynná fáze, v^ypuzen^á ve drutom stupni se podroM kon de-nzaci a odstraněrn z^bytkov^ého plynu dřu ve, než se rovněž vrací v kapalném stavu do· syntézy.

Teplota při syntéze má být v rozmezí 170 až ²⁰⁵ °C, s vý^ho^dou v rozmezí ¹⁸⁰ až ²⁰⁰° Celsia. Cím je teploto vys^ tím snatoějm je násle^dn^é v^ypuzov^ám ptynů. pomocí proudu kysličrnku nlilítého a Um mmie tepla je k vypuzení třeba. Tlak při syntéze má být v rozmez^{í 9,806} až ^{24,52 Mp}a^, s výhodou v rozmez^{í 17,65} a^{ž 22,06 M}^ přitomž vy^šší ttok^y jsou рИ v^yššíc^h teplotoch výtodnější. Pri výtodném povetorn se _^priv^áděný čpavek předehřívá a proud kysličníku uhličitého, vedený do druhého stupně zpracovány o^dpov^{ídá 10} až ¹⁰⁰ % množstvy ^pozadovaného v syntéze. Tento rozsah by měl být s výtotou v rozmez^{í 50} až ⁹⁰ p^ři^čem^ž zbývající podíl se vede přímo do syntézy nebo do prvního vypuzovacího stupně.

Samozřejmě je možno způsob podle vynálezu obměňovat, popřípadě zlepšovat. Syntézu močovin^y je možno ^prová^dět na^pří^kla^d ve dvou odlišných, po · sobě následujících a nad sebou umístěných reakčních zónách, přičemž se do první zóny, která leží nad druhou zónou, -přivádějí oba isobarické vracené proudy, čímž dochází k dehydrataci největšího· podílu karbamátu v močovinu, zatímco ve druhé zóně, · pracující při stejných neto vy^šších ^poměrech №3: ^CO2 než v pře^dctozejí zóně^, se (téh^ratoce do^kon^čí prakticky až k dosažení rovnovážných hodnot. Rovněž lze rozklad karbamátu v prvém stupni isobarického zpracování zlepšit za určitých ^pracovn^ích ^mfoek zavá^rnm určitého množství vypuzovacího čpavku.

Motorrn ^poměr NHs: ^CO2 ^by m^ěl pri syntéze účelně být v rozmezí 2,5 až 10, s výhodou v rozmezí 4 až 7.

^prov^ádí-ll se syntéza ve ^dvou rfcnýcí na^d sebou ležících zónách, měl by uvedený po^měr v prvný horrn zóně být výtodto v rozm^ez^{í 4} až ⁷ a ve druto ztoě v rozmez^{í 5} ' a^ž 8. V tomto případě je doba setrvání syntézní sm^ěsi ve druhé tolrn zóně v rozmezí . _3 až ^15, s vý^ho^dou ⁵ až · 8 minut.

^Zp^ůsob ^podté · v^ynátezu umožiňuje výroto roztoku močoviny, téměř zbaveného zbytkového čpavku a kysličníku uhličitého, což až dosud ^bylo možné jen na vrub na^dměrn^é spotřeby tepla, když poměry NHs: CO2 v reak^čm zóně ^byly ptoš nfoké z d^ůvodu rnz^kých výtéžků. a v^yso^kého množsí torbamd tu, určeného k rozkladu. I když se teplo v chladiči částečně získalo zpět, probíhalo jeho zpětné získání za nižší teploty, což vedlo ke vzrůstu entropie.

Pri použiti vysoltyto ^pom^rů NH3 ^: CO2· b^yly výtéž^ky tep^ presto v^ša^{k byl}o v rozto^ku mocovmy obsaženo větmⁱ značné množství z^by^tk°v^ého ^čpav^ku^, což vedlo k ⁿežádoucí^{mu z}v^ýšern po^čtu a olojemu zarizeny naléza^jích se ve směru poutní · v isoharickém okruhu.

^Způso^b po^dle vyndezu sdružuje ^dva až dosud protikla^dné ^poža^dav^ky: na ^je^dné straně nutoos^t z^ís^káva^t roztolk^ panicky zba^vené z^byt^ků reaktofchi stožeí na druhé straně nutnos^{t p}ouž^íva^t v^ysokých poměrů NHs: : CO2, aby se dosáhlo vyšších výtěžků a niž^ší sp^otř^eby tepla. Dalm výhotou z^půso^bu ^po^dle vyndezu je velto snatoo-st zvládnutí častych tepelných ^porucí · které mají ^dočasný a střídavý charakter a jsou popsány v hoMndském zveřejňovamm s^pisu 68/8472. pravou d^áv^kov^ám ^prou^díy ·pucházejích z ^prvrnho a ^dru^hého vypuzovacdo stu^pně^, lze ^dos^notti optimdrnho tepto^o potili ^který vyrovnává občasné výkyvy.

Provádí-li se syntéza ve dvou různých (nad setou težíc^h) zónácí ^pa^k pectehMty toaveí vedený ^do dolm s^yntézrn ztoy, zvyšuje ^pom^ěr NH: C^O2 v této dolní realkční

220316 zóně na vyšší hodnotu, než je v předchozí, tj. horní zóně. Zvýšení poměru NHj: CO.? zvyšuje stupeň dehydratace karbamátu vzhledem к dehydratačnímu účinku čpavku, který se slučuje s reakční vodou a vytváří málo disociovaný hydroxid amonný (NH4OH], což podporuje dokončení syntézy. Obvykle má zvýšení poměru NH5: CO2 i několik záporných aspektů, například nutnost pracovat za vyšších tlaků a nižších teplot (což souvisí s větším nadbytkem čpavku), a větší spotřebu tepla к odstraňování a vracení tohoto většího nadbytku čpavku. К odstranění těchto nedostatků by se neměla překročit optimální hodnota molárního poměru NHj : CO2 5 : 1. Jak bylo zjištěno, je však možno tento poměr ještě zvýšit až na 7: 1 za předpokladu, že ke zvýšení dojde v druhé, dolní z obou syntézních zón. Parciální tlak čpavku nad kapalnou fází v dolní syntézní zóně může ve srovnání к horní zóně být větší o hodnotu, která odpovídá přibližně parciálnímu tlaku inertních plynů 4-b tlak nad tím stojícího sloupce kapaliny. Tím je možno molární poměr NH3: CO2 zvýšit až na hodnotu 7 :1 nebo i více, čímž může přeměna karbamátu dosáhnout až 80 % i více. Samozřejmě je nutno uvedený vyšší nadbytek čpavku, rozpuštěný v kapalné fázi, získat zpět v prvním z obou vypuzovacích stupňů a přivádět pak do horní syntézní zóny. Střední hodnota pro molární poměr NH3 : CO2 v rozmezí asi 5 : 1 až 8 : 1 se získá, když se část předehřátého čpavku vede do horní zóny a část do dolní zóny.

Způsob podle vynálezu je znázorněn na čtyřech přiložených výkresech:

Na obr. 1 je uvedeno schéma způsobu podle vynálezu, popřípadě zařízení к jeho provádění, obr. 2 je obměnou schématu z obr. 1, při níž je syntézní zóna rozdělena ve dvě nad sebou ležící zóny, obr. 3 ukazuje často účelné napojení přívodu čpavku do první vypuzování zóny, a obr. 4 představuje obměnu ke způsobu z obr. 2 s napojením přívodu čpavku do první vypuzovací zóny.

Podle obr. 1 sc močovina vyrábí ve stojatém válcovém reaktoru opatřeném sítovými dny, aby se axiální tok udržoval homogenní a tím se zamezilo zpětnému míšení reakční kapaliny.

Kapalný meziprodukt stéká samovolně potrubím 4 do svislého výměníku tepla, tvořeného soustavou trubek, kam vstupuje spodem, a který je vytápěn vodní parou přiváděnou potrubím 10, v tomto výměníku dochází к rozkladu téměř veškerého zbytkového karbamátu; plyny vzniklé rozkladem a část nadbytku čpavku proudí potrubím 3 zpět do reaktoru. Roztok vytékající potrubím 6 z dělicí nádoby 17 pro oddělování plynné fáze od kapalné, kterážto nádoba je napojena na hlavu výměníku tepla, se vede do dalšího výměníku v podobě vypuzovacího zařízení, pracujícího se stékající tenkou vrstvou, který je vytápěn vodní parou přiváděnou potrubím 11. V tomto druhém výměníku odstraní například 75 °/o potřebného předehřátého kysličníku uhličitého téměř veškerý zbytkový čpavek; roztok, vytékající ze dna výměníku, se vede potrubím 7 к obvyklému dalšímu zpracování.

Plynný proud, opouštějící potrubím 9 hlavu druhého vypuzovacího zařízení, se společně s plyny, odváděnými potrubím 13 z hlavy reaktoru, a s roztokem, přiváděným z dalších pracovních stupňů potrubím 8, vede do chladiče; teplo, uvolněné kondenzací, umožňuje tvorbu vodní páry, odváděné potrubím 12.

Zbývající plyny se z chladiče odvádějí potrubím 14, přičemž roztok, který se vrací do reaktoru, odtéká z chladiče samovolně potrubím 5.

Potrubím 1 se do reaktoru přivádí předehřátý čpavek jakožto surovina. Potrubím 15, odvětvujícím se z potrubí 16 (ze sběrače), se do reaktoru přivádí zbývajících potřebných 25 °/o kysličníku uhličitého přímo bez předehřátí.

Samozřejmě může prvním vypuzovacím zařízením být i zařízení se stékající tenkou vrstvou, jak je znázorněno například na obr. 3 a 4. Zbývající výkresy (obr. 2, 3 a 4) jsou jasně srozumitelné a jsou podrobněji popsány v příkladech 3, 8 a 10.

Kromě způsobu se vynález týká i zařízení к jeho provádění. S přihlédnutím к obr.

toto zařízení sestává ze

a) válcového, stojatého reaktoru, který je opatřen vpouštěcím zařízením pro přívod proudu suroviny potrubím 1, další případnou vpouštěcí tryskou, spojenou s potrubím 15 u dna reaktoru, dále tryskou pro zpětné vedení kapaliny, spojenou u dna reaktoru s potrubím 5, tryskou pro zpětné vedení plynného proudu, spojenou u dna reaktoru s potrubím 3, výstupní tryskou v hlavě reaktoru, spojenou s potrubím 13, a přetokovým zařízením, odvádějícím reakční směs dolů, které spojuje hlavu reaktoru s následným vypuzovacím zařízením, zmíněným v odst. b);

b) prvního vypuzovacího zařízení, tvořeného stojatým výměníkem tepla se svazkem trubek, se vpustí ve dně, který je spojen s dělicí nádobou 17, v níž dochází к oddělení plynné fáze od kapalné;

c) druhého vypuzovacího zařízení, sestávajícího z druhého výměníku tepla, výhodně výměníku tepla tvořeného svazkem trubek se stékající tenkou vrstvou, který je v dolní časti opatřen vpouštěcí tryskou pro vypuzovací prostředek, přiváděný potrubím spojeným s vpouštěcí tryskou, a

d) kondenzátoru pro plyny, přiváděné ze druhého vypuzovacího zařízení.

Provádí-li se syntéza ve dvou oddělených zónách, mel by reaktor, popsaný v odstavci a), být podle obr. 2 rozdělen ve dva nad sebou upravené úseky a opatřen vhodnými prostředky ke střídavému nebo současnému přivádění proudu suroviny do obou úseků potrubhmi 1 atoeto 19, odvětvenými z ^po^trub^í (storač ^{20, p}řičemž je ^dále o^patřen další vpouštěcí tryskou u dna horního úseku, s^pojenou s ^potrubím I^5, dáte tryskou pro zpětné přivádění kapaliny u dna horního úseku, spojenou s potrubím 5, tryskou pro zpětné přivádění plynného proudu u dna horního úseku, spojenou s potrubím 3, výpustní tryskou v hlavě horního' úseku, spojenou s potrubím 13, v hlavě dolní části je upravena výpustní tryska pro produkt, spojená s potrubím 4, a přetokové zařízení 18 spojuje hlavu horního úseku přímo se dnem dolníto ťiseku.

Samozřejmě je možno toto zařízení různě modifikovat, jako například výměníky tepla, pracující s tenkou vrstvou, použít pro kondenzátor a první vypuzovací zařízení, nebo stojatý výměrnk tepla se svaztom tíubek (vpustí u dna) použít pro druhé vypuzovací zařízení. Dále mohou oba úseky reaktoru popřípadě sestávat ze dvou oddělených reaktorů, za předpokladu, že jsou upraveny na^d setou. Použití reaktoru se ^dvěma na^d sebou u^pravenýmⁱ úse^ky ^po^dle vynteezu o^dstraňuje obtížné montážní práce, které jsou jinak · zapotřebí pro výstavbu zařízení, potřebiteto pro z^pracovám reatom sm^ěsi privá'^děn^é ze syntezy.

^poeítá-li se u ^prvmho v^ypuzovac^ího z^arí zení s přiváděním čpavku, pak musí toto zařízení samozřejmě vykazoval: po^dle obr. 3 a _ 4 další trysku v dolním úseku, spojenou s potrubím 21.

Vynález je Míže o^bjasněn dáte uve^denými příklady, které však jeho rozsah nijak neomezují.

Příklad 1

Dále uvedené údaje se vztahují na zářízem s denm výrobm topacitou 350 t močoviny.

Podle obr. 1 se močovina syntetizuje za tlaku 19,6 MPa a při teplotě 190 °C ve stojatém válcovém reaktoru, majícím sítová dna ^k udrtorn tomogenmho axiátoho to^ ^čím^ž se zabrárá z^pštn^ému irnšem reatoní kapaliny. ' Moláirní poměr NH3.: CO2 v reaktoru je přibližně 5 a molární poměr H2O : : CO2 přibližně 0,5. Dosáhne se celkového výtěžto ⁷⁵ %. Kajpalný meziprodukt v^ytéká samovolně potrubím 4 do stojatého výměn^íku tepte,· tvotototo svaztom toutoů se vpustí ve dně, který se vyhřívá vodní parou, přiváděnou potrubím 10, na teplotu 210 °C, a v němž se téměř veškerý zbytkový karbam^át roztek. ^pl^yn^y vzniWé rozMadem a ^část nadbytku čpavku se ' vedou potrubím 3 zpět do reaktoru. Z děhrn n^ádob^{y 17 k dě}lení ^kapalné ' fáze od plynné, která je spojena s hlavou výměníku tepla, se roztok odvádí potrubím 6 do druhého výměníku v podobě vypuzovacího zařízení, pracujícího se sté^kaj^íc^í tenkou vrstvo^ ^který je v^ytápěn vod ní parou přiváděnou potrubím 11; v tomto drutom vým^ění^ku se ^pomod ⁷⁵ °/o potřeného, na teploto ²⁰⁰ °C ^předehř^átého k^ysličníku uhličitého · odstraní téměř veškerý zb^ytkový čpavek; roztok vytékající ze dna se ve^de pohubnu ^{7 d}o otoyldých ^da^lších stiipiiů. z^pracov^ánL ^Ve ^druhém v^ypuzovacím zařízení je v hlavě teplota přibližně 210 °C a tlak 19,61 MPa. Páry, odcházející z hlavy druhého vypuzovacího zařízení potrubím 9, jdou spolu s ptyn^ o^dvád^nými z ^hlav^y reaktoru potrubím 13, a s roztokem, přiváděným potrubím 8 z dalších pracovních stupňů do kondenzátoru; teplo uvolněné kondenzací umožňuje tvorbu vodní páry odváděné potrubím 12.

Zbývající plyny, obsahující inertní látky, jato je ^dusí'^k, se z ton^denzátoru o^á^p potrubím 14, zatímco roztok o teplotě 170° Celsia, který se vrací do reaktoru, odtéká z tondenzátoru samovolně potrubím 5.

Předehřátá surovina, tj. čpavek, se přivádí do reaktkoru potrubím 1. Potrubím 15, odvětveným z potrubí 16, se do reaktoru přímo bez přetehMtí přivá^dí zbývajfcích ^{25 p}roč ^po^tře^bn^ého ^kysličn^íku uhhčitého. Do reaktoru se přivádí tyto látky:

7878 kg čpavku předehřátého na teplotu 140 °C, potrubím 1,

2^{2 093 kg} roztoto ^karbam^átu o teptotě 170 °C, potrubím 5, o· složení (ve hmotnostmto °/o)

NHs46,31

CO243,28

H2O10,41

607 kg par o teplotě 200 °C, potrubím

3, majících složení (ve hmotnostních %)

NH378,69

CO216,24

H2O4,64 inertní složky0,43 ^{2570 kg ky}sl^ičn^íku uhhčitého o te^plotě 100 °C, potrubím 15.

Potrubím 4 odchází z reaktoru 43 609 ' kg roztoto mo^čovin^y o teptete ^{190 C}C^; složení roztoto je toto: (ve ^hmonostníc^h %)

NH3	42,98
CO2	8,00
H2O	16,29
močovina	32,69
inertní složky	0,04
Potrubím 6 odtéká z prvního vypuzovací-
ho zanzern 32 035 kg roztoku	močoviny o
teplotě 210 °C, kterýžto roztok	má toto slo-
žení (ve hmotnostních %):
NH3 -	30,00
CO2	5,00
H2O	20,50
močovina	44,50

Kromě roztoku močoviny se do druhého vypuzovacího zařízení přivádí potrubím 2 7888 kg kyshčnflku uMičitéřio, a ^potrubím 7 se z něho odvádí 23 042 kg roztoku ny o teplota ²1⁰ °C, majícího toto složení (ve ^hmo^tnostníc^h ' %):

NHs	5,97
CO2	4,9?
HsO	27,20
močovina	61,86.
Potrubím 9 se odvádí 16 879 kg par 0 tep-
lotě 200 °C s tímto složení	(ve hmotnost-
ních %):
NHs	48,79
CO2	49,10
H2O	1,78
inertní látky	0,33

Teploty, potřebné ve vypuzovacích zařízeních, se dodává tím, že se potrubím 10 přivádí 5700 kg a potrubím 11 2800 kg syté vodní páry o tlaku 1,98 MPa. V kondensátoru (v chladiči karbamátu) vzniká 11800 ^kilo^gramů vodrn ^pár^y o tlaku ^{0,59 Mp}a.

Příklad 2

Postupuje se jako v příkladu 1, přičemž se jako prvního vypuzovacího zařízení použije stojatého výměníku, tvořeného svazkem trubek a pracujícího se stékající tenkou vrstvou. Dosáhne se výsledků, obdobnýc^h výsled^kům v příktedu 1.

Příklad 3

Uvedené údaje se vztahují na zařízení s denní výrobní kapacitou 240 t močoviny.

Podle obr. 2 se močovina syntetizuje ’ za tlaku ^19,6 M^pa ^při teptata ¹⁹⁰ °C ve stojatém válcovém reaktoru, rozděleném ve dva nad sebou uspořádané úseky, který je opatřen sítovými dny , k udržení homogenity axiálního toku, aby se zabránilo zpětnému míšení reakční kapaliny. Molární poměr NHs: CO2 v horním úseku reaktoru je přibližně 5, zatímco molární poměr H2O : CO2 se udrteje pnbližně na ho^dnota ОД Oklikový výtě^žek činí ⁷⁸ %.

Kapalný meziprodukt proudí ’ samovolně potrubím 18 do dolního úseku reaktoru a z toho potrubím 4 vpustí ve dně do výmění^ku te^pla^, udr^žovan^ém vodrn parou přⁱv^áděnou potrubím 10, na teplotě 210 °C, čímž se téměř veškerý zbytkový karbamát rozloží; ^yn^ vzniMé roz^klaclem^, a část nadlbyteu čpavku proudí potrubím 3 zpět do reaktoru. Roztok, odcházejfcí ze ^dna delirn nád^oby 17 potrubím 6, přichází do druhého výměníku tepla, pracujícího s tenkou vrstvou, který je zahříván parou přiváděnou potrubím 11. V tomto druhém výměníku odstraní 80 % potřebn^ého ^kysličn^íku uhl^tého ^předehřátého na teplotu ²⁰⁰ °C, tam^ěr veškerý zbyty (čpavek zatímco roztok odváděn^{ý z}e dna výměníku potrubím 7, se odvádí do obvyktych ^dal^šíc^h stu^pň^ů zpracování Ve dru^hém vým^ěn^íku tepte je teptata v hlavě přibližně 210 °C a tlak přibližně 19,61 MPa.

Plynný proud odchází z _ hlavy druhého výměníku a jde společně s plyny, odcházejícími potrubím 13 z hlavy reaktorů, a s roztokem, přiváděným z dalších stupňů zpracování potrubím 8, do kondenzátoru; kondenzační teplo umožňuje tvorbu vodní páry, odváděné potrubím 12. Zatímco zbývající plyny opouštějí kondenzátor potrubím 14, odtéká roztok o teplotě 170 °C, jenž se přivádí zpět do reaktoru, z kondenzátoru samovoln^{ě p}otru^bím ⁵. ^Potře^bný čpavek se předehřívá a přivádí pak do reaktoru potrubím 1, odvětveným z potrubí (sběrače) 20. Zbývajících 20 % potřebného kysličníku uhličitého se vede do reaktoru přímo bez p^ředehřív^ám potrutnm I^{5, kt}erá v^ych^áz^í z potrubí 16. Do reaktoru se přivádějí tyto látky:

56⁷0 kg předehřátého čpavku o teplotě 140 °C, potrubím 1, ^{15 330 kg} rozteku karteamátu o teptata l⁷0°C, potrubím 5, kterýžto roztok má toto stetern (ve ^hmot. %):

NHs	44,1
CO2	45,3
H2O	10,6
7110 kg par o teplotě 200 °C, potrubím 3,
s tímto složernm (hmotnostte %):
NHs	80,5
CO?	13,3
HsO	6,2
1500 kg kysličníku uhhčtíého	o teplotě
100 °C potrubím 15.
Z reaktoru odchází potrubím 4	29 610 kg
roztoku močoviny o tepote I90 °C.	, který má
toto slotem (hmotnostní %):
NHs	42,4
CO?	6,9
H2O	17,1
motevrna	33,8

Z prvního vypuzovacího zařízení odchází potrubím 6 22 500 kg roztoku močoviny o teplotě 210 °C, jenž má toto složení (hmotnostrn %):

NH3

CO25

H2O20,5 moěvina

Do druh^ého v^ypuzovac^ího za^říz^{ení p}nc^hází krom^ě roztoku mo^čovin^{y 5830 kg} kysltamku uhhčitéto potruMm 2, zatímco potrubím 7 se odvádí 16 080 kg roztoku močoviny o teplotě 200 °C, jenž má toto složení (hmotnostrn %):

NHj	6,0
CO2	5,0
H2O	26,8
močovina	62,2
Potrubím 9 se	odvádí 12 250 kg par 0 tep
lote 200 °C, které mají toto složení (v hmot
nostních % ]:
NHj	47,2
CO2	50,1
H2O	2,7

Teplo, potřebné ve vypuzovacích zařízeních, se dodává tím, že se potrubím 10 přivádí 3400 kg a potrubím 11 1900 kg syté vodní páry o tlaku 1,96 MPa. V kondenzátoru (chladiči) karbamátu vzniká 9000 kg vodní páry o tlaku 0,59 MPa.

Příklad 4

Postupuje se jako v příkladu 3, přičemž ’ však se jako prvního vypuzovacího zařízení použije výměníku tepla, pracujícího s tenkou vrstvou, stejného jako se používá ve druhém vypuzovacím stupni; tím se dosáhne podobných, celkem uspokojivých výsledků jako v příkladu 3.

Příklad 5

Postupuje se jako v příkladu 3, přičemž však se veškerý, na teplotu 170 °C předehřátý čpavek, přicházející z potrubí 20, vede potrubím 19 spodem do dolního úseku reaktoru; tím se dosáhne v dolním úseku reaktoru molárního poměru NH3: CO2 7 : 1 a 80% přeměny.

Příklad 6

Postupuje se jako v příkladu 5, jen se jako prvního vypuzovacího zařízení použije stojatého výměníku tepla, tvořeného svazkem trubek, se stékající tenkou vrstvou; v hlavě výměníku tepla je upravena tryska к zavádění reakční směsi, přicházející z reaktoru, jakož i tryska к odvádění produktu, spojená s potrubím 6 v dolní části výměníku tepla. Dosáhne se obdobných výsledků jako v příkladu 5.

Příklad 7

Postupuje se jako v příkladu 4, přičemž však se 45 % předehřátého čpavku o teplotě 170 °C přivádí jako surovina ke dnu dolního úseku reaktoru, zatímco zbývající část o teplotě 140 °C se vede ke dnu horního úseku reaktoru. Dosáhne se výsledků, které jsou mezi výsledky z příkladu 4 a z příkladu 6.

Příklad 8

Dále uvedené údaje se vztahují na zaříze12 ní s denní výrobní kapacitou 350 t močoviny.

Podle obr. 3 se močovina syntetizuje za tlaku 19,6 MPa při teplotě 190 °C ve stojatém válcovém reaktoru, který je opatřen sítovými dny к udržení homogenního axiálního toku, aby se zabránilo zpětnému míšení reakční kapaliny. Molární poměr NH3 : : CO2 v reaktoru má hodnotu přibližně 5 a molární poměr H2O : CO2 přibližně 0,5.

Kapalný meziprodukt proudí samovolně potrubím 4 do výměníku tepla, pracujícího s tenkou vrstvou, který se zahřívá vodní parou, přiváděnou potrubím 10, na teplotu 210 °C, čímž se rozloží téměř veškerý zbytkový karbamát pomocí potrubí 21, přiváděného proudu čpavku, předehřátého na teplotu 200 ^CC, kterýžto proud odpovídá 50 % stechiometricky potřebného množství. Plyny, vzniklé rozkladem, a část nadbytku čpavku, se vrací potrubím 3 do reaktoru. Roztok, odcházející potrubím 6, jde do druhého výměníku v podobě vypuzovacího zařízení se stékající tenkou vrstvou, který je zahříván vodní parou, přiváděnou potrubím

11. V tomto druhém výměníku odstraní 75 proč, potřebného, na teplotu 200 °C předehřátého kysličníku uhličitého téměř veškerý zbytkový čpavek, a roztok, odváděný ze dna potrubím 7, se vede do obvyklých dalších stupňů opracování. Ve druhém vypuzovacím zařízení je v hlavě teplota přibližně 210 °C a tlak přibližně 19,6 MPa. Plynný proud, odváděný potrubím 9 z hlavy druhého vypuzovacího zařízení, jde spolu s plyny, přiváděnými potrubím 13 z hlavy reaktoru, a s roztokem, přiváděným potrubím 8 z dalších pracovních stupňů, do kondenzátoru (chladiče). Zde uvolněné kondenzační teplo umožňuje tvorbu vodní páry, odváděné potrubím 12. Zbývající plyny se z kondenzátoru (chladiče) odvádějí potrubím 14, přičemž roztok o teplotě 170 °C, jež se má přivést do reaktoru odtéká z kondenzátoru (chladiče) samovolně potrubím 5. Zbývající podíl 50 % čpavku, předehřátého na teplotu 140 °C, se přivádí do reaktoru potrubím 1; potrubím 15, odvětvujícím se z potrubí 16, se zbývajících 25 % potřebného kysličníku uhličitého přivádí do reaktoru přímo bez předehřátí. Do reaktoru se přivádějí tyto látky:

3939 kg čpavku předehřátého na teplotu 140 °C, potrubím 1,

778 kg roztoku karbamátu o teplotě 170 °C, potrubím 5; roztok má toto složení (v hmotnostních %):

NHs	51,7
CO2	39,0
H2O	9,3

008 kg par o teplotě 210 °C, potrubím

3, o tomto složení (ve hmotnostních %):

NH3	81,3
CO2	14,5
H2O	4,2
2537 kg kysličníku uhličitého	0 teplotě
100 °C, potrubím 15.
Potrubím 4 odchází z reaktoru	43 593 kg
roztoku močoviny o teplotě 190 °	C 0 tomto
složení ( ve hmotnostních % ) :
NH3	43,0
CO2	8,0
H2O	16,3
močovina	32,7

Potrubím 21 se přivádí do prvního vypuzovacího zařízení proud 3939 kg na teplotu 200 °C předehřátého čpavku; z tohoto zařízení se potrubím 6 odvádí 34 523 kg roztoku močoviny o tomto složení (ve hmotnostních proč.):

NH3	35,0
CO2	4,6
H2O	19,0
močovina	41,4

Kromě roztoku močoviny se do druhého vypuzovacího zařízení přivádí potrubím 2 7847 kg kysličníku uhličitého, a potrubím 7 se odvádí 23 043 kg roztoku močoviny o teplotě 210 °C s tímto složení (ve hmotnostních %):

NHs	6,0
CO2	5,0
H2O	27,1
močovina	61,9
Potrubím 9	se pak odvádí 19 328 kg par
0 teplotě 210	°C s tímto složením (ve hmot-
nostních % ]:
NH3	55,7
CO2	42,7
H2O	1,6

Teplo, potřebné ve vypuzovacích zařízeních, se dodává tím, že se potrubím 10 přivádí 6300 kg a potrubím 11 2600 kg syté vodní páry o tlaku 1,96 MPa. V kondenzátoru (chladiči) karbamátu vzniká 12 000 kg vodní páry o tlaku 0,59 MPa. Celková konverze je podobná jako v příkladu 1.

Příklad 9

Pracuje se jako v příkladu 8, jen se do druhého vypuzovacího zařízení vede 100 % potřebného kysličníku uhličitého; dosáhne se výsledků, obdobných výsledků z příkladu 8.

Příklad 10

Dále uvedené údaje se vztahují na zaří14 zení s denní výrobní kapacitou 240 t močoviny.

Podle obr. 4 se močovina syntetizuje při tlaku 19,6 MPa a teplotě 190 °C ve stojatém válcovém reaktoru, který je rozdělen ve dva nad sebou ležící úseky, opatřené sítovými dny к udržení homogenního axiálního toku, aby se zabránilo zpětnému míšení reakční kapaliny. Molární poměr NH3 : CO2 v horním úseku reaktoru je přibližně 5, molární poměr H2O : CO2 přibližně 0,5.

Kapalný meziprodukt stéká samovolně potrubím 18 do dolního úseku a odtud je po době setrvání asi 6 minut veden potrubím 4 do stojatého výměníku tepla, tvořeného svazkem trubek a pracujícího se stékající tenkou vrstvou, který je vytápěn parou, přiváděnou potrubím 10, na teplotu 210 °C, a v němž se téměř veškerý zbytkový karbamát rozloží proudem čpavku v přibližně 50 proč, stechiometricky potřebného množství, který je předehřát na teplotu 180 °C a přiváděn potrubím 21. Plyny, vzniklé rozkladem, a část nadbytku čpavku se potrubím 3 vrací do reaktoru. Roztok, vytékající spodem z výměníku tepla, je veden potrubím 6 do druhého výměníku tepla, rovněž typu pracujícího s tenkou vrstvou, který je vytápěn vodní parou, přiváděnou potrubím 11. V tomto druhém výměníku tepla odstraní přibližně 80 % potřebného, na teplotu 200° Celsia předehřátého kysličníku uhličitého téměř veškerý zbytkový čpavek. Roztok, vytékající ze dna, je veden potrubím 7 do dalších obvyklých stupňů zpracování. V hlavě druhého výměníku tepla je teplota přibližně 210 °C a tlak přibližně 19,6 MPa. Plynný proud, odcházející z hlavy druhého výměníku tepla potrubím 9, je spolu s plyny, odcházejícími z hlavy reaktoru potrubím 13, a s roztokem, přiváděným potrubím 8 z dalších stupňů zpracování, veden do kondenzátoru (chladiče). Kondenzační teplota, umožňuje tvorbu páry, odcházející potrubím

12. Zbylé plyny se odvádějí potrubím 14, zatímco roztok o teplotě 170 °C, jenž se má vést zpět do reaktoru, vytéká z kondenzátoru (chladiče) samovolně potrubím 5. Veškerý zbývající pódii čpavku, předehřátý na teplotu 140 °C, se přivádí jako surovina do reaktoru potrubím 1; zbývajících 20 % potřebného kysličníku uhličitého se přivádí do reaktoru přímo bez předehřívání potrubím 15, odvětveným z potrubí 15. Do reaktoru se přivádějí tyto látky:

3000 kg čpavku, předehřátého na teplotu 140 °C, potrubím 1,

210 kg roztoku karbamátu o teplotě 170 °C, potrubím 5, kterýžto roztok má toto složení (v hmotnostních %):

NH3

CO2

H20

47,8

42.1

10.1

8900 kg par o teplotě 200 °C, potrubím 3, o tomto složení (ve hmotnostních %):

NHj

CO2

H2O

83,2

11,9

4,9

1500 kg kysličníku 0 teplotě 100 °C, potrubím 15.

Z reaktoru odchází potrubím 41 29 610 kg roztoku močoviny 0 teplotě 190 °C s tímto slo^žernm (ve ^hmotnosttoch %]:

NH3	42,2
CO2	6,9
H2O	17,1
močovina	33,8

Proud, sestávající z 2670 kg čpavku předehřátého na teplotu 180 °C, se přivádí do prvního vypuzovacího zařízení potrubím 21, přičemž potrubím 6 odchází 23 380 kg roztoku močoviny o tomto složení (ve hmotnostmi %):

NH3	32,1
CO2	4,3
H2O	20,8
močovina	42,8

Kromě roztoku močovin^y se ^do ^dru^hého vypuzovacího zařízení přivádí potrubím 2 5830 kg kysličníku uhličitého, a potrubím 7 se o^dv^{ádí 16 080} k^g roztoku močoviny o teplotě 200 °C s tímto složením (ve hmotnostmi % ]:

NHj	6,0
CO2	5,0
H2O	26,8
močovina	62,2

řízení potrubím 9 13 130 kg par o teplotě ²00 tohoto stožení (ve ^hmotnostmch %):

NHs51,7

CO245,6

H2O2,3

Teplo, potřebné ve vypuzovacích zařízeních, se dodává tím, že se potrubím 10 přivádí 3600 kg a potrubím 11 2000 kg syté vo^dm ^pár^y o tlaku ^1,96 M^pa. V kon^denzátoru (chladiči) karbamátu vzniká 9200 kg vodní ^pár^y o tiaku 0,^{59 Mp}a. Celková ^konverze v reaktoru čito přibližně ⁷8 %.

Příklad 11

Postupuje se jako v příkladu 10, jen se do druhého vypuzovacího zařízení vede 100 proč, kysličníku uhličitého. Tím se dosáhne téměř stejných výsledků jako v příkladu 10. příklad 12 ^pracuje se jako v pnkladu 10, jen se 50 % čpavkové suroviny, předehřáté na teplotě 170 °C, přivádí potrubím 19 na dno dolního úseku reaktoru; tím se v dolním úseku dosáhne moltotoho ^pom^ěru N^H3: ^CO2 ⁷ : L Výtěžek rnto p^ři^bli^žně 8⁰ %.

příklad 13

Pracuje se jako v příkladu 10, přičemž vsak se ²⁵ % ^čpavkov^é suroviny^{, př}edehřáté na teplotu 170 °C, přivádí na dno dolního úseku reaktoru; totéž množství čpavkové suroviny, předehřáté na teplotu 140 °C se přivádí na ^dno irního ťiseku. ^Tím se ^dosáhne výsledků, které jsou mezi výsledky z příkladu 10 a 12.

Dále odchází z druhého vypuzovacího za-

Claims (6)

1. PREDMET VYNALEZU

   L Způsob výro^by močovin^y s isobariiým dvojitým vracením za vzniku karbamátu amonného jakožto meziproduktu, při ' němž se amoniak a kysličník uhličitý nechají při teplotě 170 až 205 °C a za tlaku 9,8 až 24,5 MPa reagooaa'za molárního poměru amoniaku ke kysličníku uhličitému v rozmezí ^2,5 až ^10, s^ynt^ézto ^produkt se zpracuje pri tomtéž tlaku v přítomnosti vypuzovacího plynu a zbytkové látky a nadbytečné . látky, uvolněné ze syntézního produktu, se vrací za isobarických podmínek, vyznačující se tím, že se syntézní produkt zpracuje ve dvou po sobě následujících, vzhledem k syntéze, isobarických stupních, přičemž v prvním stupni se produkt zahřívá k rozkladu veškerého zbytkového karbamátu a produkty rozkladu se odstraní spolu s částí nadbytečného amoniaku, zatímco ve druhém stupni se odstraní zbývá jící podíl nadbytku amomaku datéím při^váděným teptom a ^prou dem přiváděného kysličníku uhličitého, přičemž proud kysličníku uhličitého tvoří ' alespoň ¹⁰ % množsM ^pot^ře^bnio v s^yntéze^, plynná fáze, vypuzená v prvním stupni, se ihned vrací do syntézy a plynná fáze, vypuzená ve druhém stupni, se podrobí kondenzaci a zbytkový plyn se odstraní, dříve než se zkondenzovan^{á f}áze v ^kapaln^ém stavu rovnčž vrarn do s^yntéz^y.
2. 2. Způsob podle bodu 1 vyznačující se tím, že proud kysličníku uhličitého, vedený do druhého stupně zpracování, tj. druhého v^uzovi^ tvon 50 až ⁹⁰ % mno^to potroiio v syn^téze^, zatimco zbývající ^po^dn se přivád^í jmmo do s^yntozy.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2 vyznačující se tím, že se syntéza močoviny provádí ve ^dvou iznýcto na sebe navazujítoi a na^d sebou uspořádaných zónách, přičemž se do ^první z^óny^, ležím nad ^dru^hou z^ónou^{, p}hv^á220318 dějí oba isobarické vracené proudy, takže dochází к dehydrataci převážné části karbamátu v močovinu, zatímco ve druhé zóně, která pracuje při stejném nebo vyšším poměru N№: CO2 než předchozí zóna, se dehydratace dokončí až do dosažení rovnovážných hodnot.
4. 4. Způsob podle bodu 3 vyznačující se tím, že se syntéza provádí ve dvou různých, nad sebou ležících zónách, přičemž uvedený poměr v první, horní zóně je v rozmezí 4 až 7 a ve druhé zóně v rozmezí 5 až 8.
5. 5. Způsob podle bodu 4 vyznačující se tím, že nadbytečný amoniak, rozpuštěný v kapalné fázi, se v prvním z obou vypuzovacích stupňů získá zpět a pak se vede do horní zóny syntézy, přičemž se zavedením části předehřátého amoniaku do horní zóny a části do dolní zóny dosáhne středního molárního poměru amoniaku ke kysličníku uhličitému mezi 5 : 1 a 8 : 1.
6. 6. Způsob podle bodu 5 vyznačující se tím, že teplota amoniaku, přiváděného do dolní zóny, je vyšší než v horní zóně.