CS245777B2

CS245777B2 - Production method of urea

Info

Publication number: CS245777B2
Application number: CS826145A
Authority: CS
Inventors: Andreas J Biermans; Kees Jonckers
Original assignee: Stamicarbon; Unie Van Kunstmestfab Bv
Priority date: 1976-11-03
Filing date: 1982-08-23
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS614582A2

Abstract

Způsob výroby močoviny reakcí amoniaku s oxidem uhličitým při zvýšené teplotě a za zvýšeného tlaku, při kterém močovina vzniká v syntézní zóně jako syntézní roztok močoviny, který se vede do první rozkladné zóny, pro oddělení plynné směsi amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry, zbylý roztok močoviny se vede do druhé rozkladné zóny pro rozložení zbylého karbamátu amonného a oddělení další plynné směsi amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry, z této další plynné směsi se oddělí oxid uhličitý a amoniak ve formě vodného roztoku amoniaku a oxidu uhličitého, z něhož se po desorpci získá druhý plynný proud obsahující amoniak, zbytek oxidu uhličitého a vodní páru, který se vede do amoniakové separační zóny, kde oxid uhličitý a voda přecházejí do vodného proudu a amoniak se oddělí jako samostatný plynný proud odváděný z amoniakové separační zóny, kterýžto způsob se vyznačuje tím, že se tento samostatný plynný proud z uvedené amoniakové separační zóny přímo nebo nepřímo recykluje do syntézní zóny močoviny, přičemž se v separační zóně pro oddělování oxidu uhličitého, v desorpční zóně a v separační zóně pro oddělování amoniaku udržuje tlak 0,1 až 2,5 MPa, zejména pak se ve všech těchto zónách udržuje stejný tlak.Process for producing urea by reaction of ammonia with carbon dioxide at elevated temperature and at elevated pressure at which urea it is produced in the synthesis zone as a synthesis solution urea, which is fed to the first decomposition zone, to separate the gaseous mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor the remaining urea solution is fed to the other a decomposition zone for decomposing the remaining carbamate ammonium and other gaseous mixtures of ammonia, carbon dioxide and water vapors are separated from this additional gas mixture carbon dioxide and ammonia in aqueous form ammonia and carbon dioxide solution a second gas is obtained after desorption stream containing ammonia, the rest of carbon dioxide and water vapor which is fed to the ammonia separation zone where carbon dioxide and the water flows into the water stream and the ammonia is separated as a separate gas stream discharged from ammonia separation zone, which is characterized in that with this separate gas stream from said ammonia separation zones directly or indirectly recycled to the urea synthesis zone wherein in the separation zone for separation carbon dioxide, in the desorption zone a in the ammonia separation zone maintains a pressure of 0.1 to 2.5 MPa, in particular in all these zones it maintains the same pressure.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy močoviny reakcí amoniaku a oxidu uhličitého při zvýšené teplotě a za zvýšeného tlaku, přičemž se močovina vytváří v syntézní zóně ve formě močovinového syntézního roztoku, jestliže se amoniak a oxid uhličitý nechávají reagovat za tlaku a za teploty vhodné pro vytváření močoviny. Nejdříve se vytváří karbamát amonný a ten se pak částečně převádí na močovinu a na vodu. Tak se z močovinové syntézní zóny získá vodný močovinový syntézní roztok, obsahující nekonvertovaný karbamát a zpravidla nadbytek amoniaku. Nekonvertovaný karbamát a nadbytek amoniaku se odstraňují z močovinového syntézního roztoku a zpravidla se recyklují do syntézní zóny. K dosažení takového rozdělení močovinového syntézního roztoku se roztok může expandovat a zahřívat ve dvou nebo několika stupních, takže se karbamát převádí na amoniak a na oxid uhličitý. Nebo se močovinový syntézní roztok, popřípadě po parciální expanzi, podrobuje stripování za použití amoniaku a/nebo oxidu uhličitého za dodávání tepla a po expanzi se znovu zahřívá.The invention relates to a process for preparing urea by reacting ammonia and carbon dioxide at elevated temperature and elevated pressure, wherein urea is formed in the synthesis zone in the form of a urea synthesis solution when ammonia and carbon dioxide are reacted under pressure and at a temperature suitable for urea formation. First, ammonium carbamate is formed and is then partially converted into urea and water. Thus, an aqueous urea synthesis solution containing unconverted carbamate and generally an excess of ammonia is obtained from the urea synthesis zone. Unconverted carbamate and excess ammonia are removed from the urea synthesis solution and are generally recycled to the synthesis zone. To achieve such a distribution of the urea synthesis solution, the solution may be expanded and heated in two or more stages so that the carbamate is converted to ammonia and carbon dioxide. Alternatively, the urea synthesis solution, optionally after partial expansion, is stripped using ammonia and / or carbon dioxide to provide heat and reheated after expansion.

Při většině známých způsobů se směs amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry, rozdělená v postupných stupních, absorbuje, kondenzuje se a vrací se do močovinové syntézní zóny ve formě vodného roztoku. Nevýhodou vracení nezreagovaného amoniaku a oxidu uhličitého ve formě vodného roztoku je však skutečnost, že voda nepříznivě ovlivňuje konverzi karbamátu na močovinu, takže se musí rozkládat více karbamátu a je zapotřebí více páry pro dodání potřebného rozkladného tepla. Bylo již navrženo, např. podle německého patentu č. 669 314, oddělovat amoniak a oxid uhličitý ve vypuzované plynné směsi selektivní absorpcí oxidu uhličitého například v monoethanolamínovém roztoku. Je rovněž známo ze zveřejněné nizozemské patentové přihlášky č. 6 706 135 absorbování plynné směsi amoniaku a oxidu uhličitého ve vodě nebo ve vodném roztoku a odstraňování volného amoniaku z tohoto roztoku při atmosférickém tlaku destilací a pak oddělování oxidu uhličitého v separační koloně za tlaku 0,5 až 2 MPa.In most known processes, the mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor, separated in successive steps, is absorbed, condensed and returned to the urea synthesis zone as an aqueous solution. However, the drawback of returning unreacted ammonia and carbon dioxide in the form of an aqueous solution is that water adversely affects the conversion of carbamate to urea, so more carbamate must be decomposed and more steam needed to provide the necessary decomposition heat. It has already been proposed, for example, according to German Patent No. 669 314, to separate ammonia and carbon dioxide in the expelled gas mixture by selective absorption of carbon dioxide in, for example, a monoethanolamine solution. It is also known from Dutch Patent Application No. 6,706,135 to absorb a gaseous mixture of ammonia and carbon dioxide in water or an aqueous solution and remove free ammonia from the solution at atmospheric pressure by distillation and then separating the carbon dioxide in a separation column at a pressure of 0.5 up to 2 MPa.

Jakkoliv podle takových způsobů dochází k přijatelnému oddělení amoniaku a oxidu uhličitého, takže je možné jejich recyklování bez vody a za pomoci kompresoru, má první popsaný způsob tu nevýhodu, že se absorbovaný oxid uhličitý musí z absoročního prostředí opět odstraňovat zahříváním, přičemž při druhém popsaném způsobu je zapotřebí nejdříve expandovat plynnou směs na atmosferický tlak a pak po oddestilování amoniaku zbylý roztok upravovat na tlak 0,5 až 2 MPa.Although such methods allow for an acceptable separation of ammonia and carbon dioxide so that it is possible to recycle them without water and with the aid of a compressor, the first method described has the disadvantage that the absorbed carbon dioxide must be removed by heating again from the abs. it is necessary to first expand the gaseous mixture to atmospheric pressure and then, after distilling off the ammonia, adjust the remaining solution to a pressure of 0.5 to 2 MPa.

Jestliže se roztoku po destilaci oxidu uhličitého znova používá k absorpci čerstvé směsi plynů, musí se opět expandovat na atmosferický tlak. Kromě toho se amoniak při atmosférickém tlaku uvolňuje, takže vracení do močovinové syntézý vyžaduje další energii.If, after distillation of carbon dioxide, the solution is reused to absorb a fresh gas mixture, it must be expanded again to atmospheric pressure. In addition, ammonia is released at atmospheric pressure, so that returning to the urea synthesis requires additional energy.

Způsob podle vynálezu umožňuje rozklad karbamátu a recyklování amoniaku a oxidu uhličitého bez zbytečných požadavků na energii, za úspory investičních nákladů a zahrnuje kombinaci zpracovatelských stupňů směsi amoniaku, oxidu uhličitého a vody, získané rozkladem karbamátu amonného, přičemž se oddělují oxid uhličitý a amoniak a který zejména zahrnuje oddělování oxidu uhličitého za dále popsaných podmínek.The process according to the invention allows the decomposition of carbamate and the recycling of ammonia and carbon dioxide without unnecessary energy requirements, saving on investment costs and comprises a combination of the process steps of a mixture of ammonia, carbon dioxide and water obtained by decomposition of ammonium carbamate, separating carbon dioxide and ammonia. includes separating carbon dioxide under the conditions described below.

Vynález se tedy týká způsobu výroby močoviny reakcí amoniaku s oxidem uhličitým při zvýšené teplotě a za zvýšeného tlaku, při němž močovina vzniká v syntézní zóně v podobě syntézního roztoku močoviny, tento syntézní roztok močoviny se vede do první rozkladné zóny, udržované na zvýšené teplotě, kde se od syntézního roztoku oddělí plynná směs amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry, zbylý roztok močoviny, obsahující zbytky amoniaku a oxidu uhličitého a karbamát amonný, se vede do druhé rozkladné zóny, udržované na zvýšené teplotě a na tlaku nižším, než je tlak v první rozkladné zóně, kde se rozloží karbamát amonný a oddělí se další plynná směs amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry a získá se prakticky karbamátu prostý roztok vyráběné močoviny, z této další plynné směsi se oddělí oxid uhličitý a amoniak vedením této směsi do separační zóny k oddělování oxidu uhličitého, tvořené kolonou s teplotním gradientem ode dna vzhůru, přičemž se alespoň v jednom místě této separační zóny přivádí voda nebo vodný roztok v množství zajišťujícím vytvoření vodného roztoku amoniaku a oxidu uhličitého obsahujícího vodu v množství 65 až 96 % hmot., který se odvádí že dna separační zóny, a plynného proudu oxidu uhličitého prakticky prostého amoniaku a vody, odváděného z hlavy separační zóny, vzniklý vodný roztok amoniaku a oxidu uhličitého se vede do desorpční zóny, kde se amoniak a oxid uhličitý z roztoku uvolní za vzniku vodného proudu, který je prakticky prost amoniaku a oxidu uhličitého, a druhého plynného proudu obsahujícího amoníak, zbytek oxidu uhličitého a vodní páru, který se vede do amoniakové separační zóny, kde oxid uhličitý a voda přecházejí do vodného proudu a amoniak se oddělí jako samostatný plynný proud odváděný z amoniakové separační zóny, který se provádí tak, že se tento samostatný plynný proud z uvedené amoniakové separační zóny přímo nebo nepřímo recykluje do syntézní zóny močoviny, přičemž se v separační zóně pro oddělování oxidu uhličitého, v desorpční zóně a v separační zóně pro oddělování amoniaku udržuje tlak 0,1 až 2,5 MPa, zejména tlak 0,1 až 0,6 MPa.The invention therefore relates to a process for producing urea by reacting ammonia with carbon dioxide at elevated temperature and elevated pressure, wherein urea is formed in the synthesis zone as a urea synthesis solution, the urea synthesis solution being passed to a first degradation zone maintained at elevated temperature. the gaseous mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor is separated from the synthesis solution, the remaining urea solution containing ammonia and carbon dioxide residues and ammonium carbamate is passed to a second decomposition zone maintained at an elevated temperature and at a pressure lower than the first a decomposition zone where ammonium carbamate is decomposed and another gaseous mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor is separated and a practically carbamate-free urea solution is obtained, from this further gaseous mixture carbon dioxide and ammonia are separated by passing this mixture into a separation zone for separation carbon dioxide, formed by a column with a temperature gradient from bottom to bottom, water or aqueous solution being fed at least at one point of the separation zone to provide an aqueous solution of ammonia and carbon dioxide containing water in an amount of 65 to 96% by weight, and the gaseous stream of carbon dioxide practically free of ammonia and water removed from the head of the separation zone, the resulting aqueous ammonia and carbon dioxide solution is passed to a desorption zone where ammonia and carbon dioxide are released from the solution to form an aqueous stream which is virtually free ammonia and carbon dioxide, and a second gaseous stream containing ammonia, the remainder of the carbon dioxide and water vapor that is fed to the ammonia separation zone, where carbon dioxide and water are transferred to the aqueous stream and the ammonia is separated as a separate gaseous stream removed from the ammonia separation zone; that is done such that the separate gaseous stream from said ammonia separation zone is directly or indirectly recycled to the urea synthesis zone, maintaining a pressure of 0.1 to 2 in the carbon dioxide separation zone, in the desorption zone and in the ammonia separation zone, 5 MPa, in particular a pressure of 0.1 to 0.6 MPa.

Pří výhodném provedení způsobu podle vynálezu se v separační zóně pro oddělování oxidu uhličitého, v desorpční zóně a v separační zóně pro oddělování amoniaku udržuje stejný tlak.In a preferred embodiment of the process according to the invention, the same pressure is maintained in the carbon dioxide separation zone, in the desorption zone and in the ammonia separation zone.

Výhodně se do separační zóny pro oddělování oxidu uhličitého přidává voda v takovém množství, aby se vytvořil vodný roztok amoniaku a oxidu uhličitého obsahující vodu v koncentrací 80 až OS % hmot.Preferably, water is added to the carbon dioxide separation zone in an amount to form an aqueous solution of ammonia and carbon dioxide containing water at a concentration of 80 to 80% by weight.

Vynález je v dalším podrobně popsán a objasněn s přihlédnutím k přiloženému výkresu, který schematický znázorňuje způsob podle vynálezu.The invention will now be described and explained in more detail with reference to the accompanying drawing, which schematically illustrates the method of the invention.

V syntézní zóně se vytváří syntézní roztok močoviny v reaktoru í pro syntézu močoviny, který pracuje za tlaku 11 až 25 MPa a při teplotě 165 až 220 ³ϋ. Tento roztok se vede potrubím 2 do prvního rozkladného zařízení 3, které může pracovat při syntézním tlaku nebo při nižším tlaku, kde je veden protíproudně za zahřívání s čerstvým oxidem uhličitým přiváděným potrubím 4. Plynná směs, obsahující amoniak, oxid uhličitý a vodní páru, vypuzená v prvním rozkladném zařízení 3, se vede potrubím 5 do kondenzátoru 6, v němž se výhodně udržuje syntézní tlak.In the synthesis zone, a urea synthesis solution is formed in the urea synthesis reactor 1, which operates at a pressure of 11 to 25 MPa and at a temperature of 165 to 220 ³ ϋ. This solution is fed via line 2 to a first decomposition apparatus 3 which can operate at synthesis pressure or at a lower pressure, where it is fed countercurrently with heating with fresh carbon dioxide supplied via line 4. Gas mixture containing ammonia, carbon dioxide and water vapor expelled in the first decomposition device 3, it is passed through a conduit 5 to a condenser 6, in which the synthesis pressure is preferably maintained.

Do kondenzátoru Θ se přivádí potrubím 7, 8 a pomocí ejektoru 9 též určité množství roztoku ze spodní části reaktoru 1 pro výrobu močoviny ke zvýšení kondenzační teploty, takže kondenzační teplo dosahuje maximální možné hodnoty. Tímto teplem se vyvíjí pára o tlaku 0,1 až 0,6 MPa, které se může použít kdekoliv v provozu.Condenser 7 is fed via piping 7, 8 and, via the ejector 9, with a certain amount of solution from the bottom of the urea reactor 1 to increase the condensation temperature so that the condensation heat reaches the maximum possible value. This heat generates steam at a pressure of 0.1 to 0.6 MPa, which can be used anywhere in the plant.

Ejektor 9 pracuje pomocí amoniaku, který se dodává ze zásobníku 11 čerpadlem 10. Čerstvý amoniak se přivádí potrubím 12. V kondenzátoru S probíhá úplná nebo částečná kondenzace a absorpce plynné směsi přiváděné potrubím 5. Roztok karbamátu, zbylý po oddělení plynné směsi, a obsahující popřípadě zbytek plynné směsi, se vrací potrubím 13 do reaktoru 1 pro výrobu močoviny zároveň s roztokem karbamátu, který se získá kondenzací amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry z plynné směsi odváděné potrubím 14 z horní Části reaktoru 1 pro výrobu močoviny, kterážto směs obsahuje inertní složky zavedené čerstvým, oxidem uhličitým, amoniakem a popřípadě vzduchem nebo kyslíkem, použitými pro pasivaei zařízení a potrubí.The ejector 9 operates by means of ammonia, which is supplied from the reservoir 11 by a pump 10. Fresh ammonia is supplied via line 12. The condenser S undergoes total or partial condensation and absorption of the gaseous mixture via line 5. The carbamate solution remaining after gas separation has the remainder of the gas mixture is returned via line 13 to the urea reactor 1 along with the carbamate solution obtained by condensing ammonia, carbon dioxide and water vapor from the gas mixture discharged via line 14 from the top of the urea reactor 1, which mixture contains inert components introduced by fresh, carbon dioxide, ammonia and, optionally, air or oxygen, used for passivation of equipment and piping.

K této kondenzaci dochází v kondenzátoru 15 čisticího plynu, který je potrubím 18 spojen s potrubí® 13 nebo s dolní částí reaktoru 1 pro výrobu močoviny. Píýnňá směs, nezkondenzované v kondenzátoru 15 čisticího plynu, se popřípadě vede potrubím 17 do neznázorněného absorbéru, v němž se udržuj© nižší tlak, aby Sé získal v ní ještě obsažený amoniak. Je však rovněž možno zavádět roztok, získaný v kondenzátoru 15 čisticího plynu, do kondenzátoru 8 ejektorem 9.This condensation occurs in a purge gas condenser 15, which is connected via line 18 to line 13 or to the bottom of the urea reactor 1. The foam mixture not condensed in the purge gas condenser 15 is optionally fed via line 17 to an absorber (not shown) in which a lower pressure is maintained to recover the ammonia contained therein. However, it is also possible to introduce the solution obtained in the purge gas condenser 15 into the condenser 8 via the ejector 9.

Roztok pro syntézu močoviny, zbavený plynné směsí amoniaku,, oxidu uhličitého a vodní páry v prvním rozkladném Zařízení 3, se odvádí z prvního rozkladného zařízení 3 a po expanzi na tlak 0,2 až 0,5 MPa v redukčním ventilu 18 se vede potrubím 19 do druhého rozkladného zařízení 20 k rozkladu karbamátu, v němž Se stále ještě obsažený karbamát amonný zahříváním prakticky úplně rozlož! a v odlučovači 21 sé od roztoku oddělí plynná směs amoniaku, oxidu uhličitého a vodní páry, která se pak vede do separačního zařízení k oddělení amoniaku, oxidu uhličitého a vody, jak bude níže podrobně vysvětleno.The urea synthesis solution, free of gaseous ammonia, carbon dioxide and water vapor in the first decomposition device 3, is discharged from the first decomposition device 3 and, after expansion to a pressure of 0.2 to 0.5 MPa in the pressure reducing valve 18, is passed through line 19 to a second carbamate decomposition apparatus 20 in which the ammonium carbamate still present is virtually completely decomposed by heating. and in the separator 21 separates the gaseous mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor from the solution, which is then fed to a separation device for separating ammonia, carbon dioxide and water, as explained in detail below.

Vodný roztok močoviny prakticky prostý karbamátu, který se získá v odlučovači 21, kam se přivádí z druhého rozkladného zařízení 20, expanduje v expanzní nádobě 22 na atmosférický tlak, přičemž Uniká další rozpuštěný amoniak a vodní pára, které se odvádějí potrubím 23.The carbamate-free aqueous urea solution obtained in the separator 21, which is fed from the second decomposition apparatus 20, expands in the expansion vessel 22 to atmospheric pressure, further dissolved ammonia and water vapor escaping via line 23.

Vodný roztok močoviny se odvádí potrubím 24 do zóny 23, kde sě známým způsobem zahušťuj© odpařováním nebo krystalizací nebo se může zpracovat jiným způsobem. Výsledný produkt se vypouští potrubím 28.The aqueous urea solution is discharged via line 24 to zone 23, where it is thickened in a known manner by evaporation or crystallization, or it can be treated in another manner. The resulting product is discharged through line 28.

Plynftá směs oddělená od roztoku močoviny v odlučovači 21, se vede potrubím 27 do separačního zařízení k oddělení amoniaku, oxidu uhličitého a vody, které sestává ze separační kolony 28 p'r^:o oddělení oxidu uhličité®©, desorpční kolony 29 a amoniakové separační kolony 39. V těchto kolonách s-o udržuj© prakticky stejný tlak 0,1 až 2,5 MPa. Zvláště výhodné je, udržtijedi se v separační soustavě tlak 0,1 až 0,6 MPa, protože v tomto případě je možno roztok, přiváděný do desorpční kolosy 29, zpracovat párou, vytvořenou v kondenzátoru 8.The gas mixture separated from the urea solution in the separator 21 is passed through line 27 to a separation apparatus for separating ammonia, carbon dioxide and water, consisting of a separation column 28 for carbon dioxide (R ⁾ separation, desorption column 29 and an ammonia separation column. 39. In these columns virtually the same pressure of 0.1 to 2.5 MPa is maintained. It is particularly advantageous to maintain a pressure of 0.1 to 0.6 MPa in the separation system, since in this case the solution supplied to the desorption colossus 29 can be treated with the steam formed in the condenser 8.

Nejvýhodněji pracuje separační soustava při stejném tlaku, jaký je' ve druhém rozkladném zařízení 28 pro rozklad karbaiaátu a v odlučovači 21. Do dolní Části Separační kolony 28- pro oddělování oxidu uhličitého se alespoň v jednom místě přivádí voda nebo vodný roztok v množství zajištujícím vytvoření vědného roztoku amoniaku a oxidu uhličitého Obsahujícího' vodu v množství 65 až 96 % hmot., který se odvádí ze dna separační kolosy, a plynného proudu oxidu uhličitého, obsahujícího pouze velmi malé množství amoniaku a vody, který stoupá do horní části kolony.Most preferably, the separation system operates at the same pressure as in the second carbonicate decomposition apparatus 28 and in the separator 21. At the bottom of the carbon dioxide separation column 28 water or aqueous solution is fed in at least one location to provide a scientific a solution of ammonia and carbon dioxide containing 65 to 96% by weight of water which is discharged from the bottom of the separating colossus; and a carbon dioxide gas stream containing only a very small amount of ammonia and water that rises to the top of the column.

K tomuto účelu sě do séparUční kolony 28 dodává voda neb© vodný roztok, například kondenzát z© zóny 29# potrubím 31 a dále Vodné roztoky ž následných šepáračních stupňů, které se recyklují potrubím 32 a 33. V horní části Sép.ffiracftí kolony 28 pro oddělování Oxidu ehtóčKéh© s© vzhůru stoupající plynná směs promýva vodou přiváděnou potrubím 34, aby sé odstranilo stále ještě obsažené' malé množství amoniaku, Tato voda s absorbovaným amoniakem rovněž vstupuje do dna separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého.For this purpose, water or an aqueous solution such as condensate from zone 29 # is supplied to the separation column 28 via line 31 and further aqueous solutions from the subsequent brewing stages which are recycled via lines 32 and 33. At the top of the Separation Column 28 for separating the upward gas mixture with the upwardly rising gas mixture is washed with water supplied through line 34 to remove the still small amount of ammonia present. This ammonia-absorbed water also enters the bottom of the carbon dioxide separation column 28.

Celkové hmotnostní množství vody, dodané do dolní části separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého potrubím 31, 32, 33 a 34, je tak velké, že roztok odváděný z dolní části kolony 28 obsahuje 65 až 96 °/o hmot. vody, tj. 5- až 20násobek hmotnostního množství plynné směsi přiváděné potrubím 27. Zpravidla je optimální obsah vody 80 až 95 % hmot. a hmotnostní množství přidávané vody je tedy s výhodou 8- až 15násobkem hmotnostního množství přiváděné plynné směsi.The total amount of water supplied to the bottom of the carbon dioxide separation column 28 through lines 31, 32, 33 and 34 is so large that the solution discharged from the bottom of the column 28 contains 65-96% by weight. As a rule, the optimum water content is 80 to 95 wt. and the weight amount of water added is therefore preferably 8 to 15 times the weight of the gas mixture fed.

Pracuje-li kolona tímto způsobem, odděluje se oxid uhličitý a amoniak z plynné směsi přiváděné z odlučovače 21 za neobyčejně nízké spotřeby energie v separačním úseku. Teplota v dolní části kolony je 70 až 190 °C, přičemž v horní části kolony se udržuje v rozmezí 30 až 70 °C.When the column is operated in this manner, carbon dioxide and ammonia are separated from the gas mixture supplied from the separator 21 at an extremely low energy consumption in the separation section. The temperature at the bottom of the column is 70 to 190 ° C, while the top of the column is maintained at 30 to 70 ° C.

Plynný proud oxidu uhličitého prakticky prostý amoniaku a vody se odvádí z horní části separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého potrubím 35 a obsahuje pouze několik procent vody a zpravidla toliko stopy amoniaku. Tento plyn se čistí. Vodný roztok amoniaku a oxidu uhličitého, odváděný ze dna separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého, obsahuje prakticky všechen amoniak, který je obsažen v plynné směsi přiváděné potrubím 27, dále neoddělený oxid uhličitý a vodu.A gaseous stream of carbon dioxide practically free of ammonia and water is discharged from the top of the carbon dioxide separation column 28 via line 35 and contains only a few percent of water and generally only traces of ammonia. This gas is purified. The aqueous ammonia and carbon dioxide solution discharged from the bottom of the carbon dioxide separation column 28 contains virtually all of the ammonia contained in the gas mixture fed via line 27, further unseparated carbon dioxide and water.

Tento roztok se vede potrubím 36 do desorpční kolony 29, v níž se prakticky všechen amoniak a oxid uhličitý z roztoku uvolní ostrou párou, přiváděnou potrubím 37, za vzniku vodného proudu, který je prakticky prost amoniaku a oxidu uhličitého. Množství těchto plynů nepřesahuje limitní množství se zřetelem k hygieně prostředí; zmíněný vodný proud se vypouští z desorpční kolony 29 potrubím 38, na něž jje napojeno potrubí 32 ústící do separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého. 'Část tohoto vodného proudu se může vést ^ldo separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého potrubím 34 jako promývací 'voda. Zbývající část se vypouští potrubím 39 a může se zcela nebo zčásti vracet do 'zóny 25.This solution is passed through line 36 to a desorption column 29 in which virtually all of the ammonia and carbon dioxide is released from the solution by sharp steam supplied through line 37 to form an aqueous stream that is substantially free of ammonia and carbon dioxide. The quantity of these gases does not exceed the limit for the hygiene of the environment; said aqueous stream being discharged from the desorption column 29 via a line 38 to which a line 32 leading to a carbon dioxide separation column 28 is connected. A portion of this aqueous stream can be fed ¹ to the carbon dioxide separation column 28 via line 34 as wash water. The remainder is discharged via line 39 and can be wholly or partially returned to zone 25.

Lehká frakce z desorpční kolony 29, která má teplotu xd5 až 175 °C a obsahuje 'kromě zbytku oxidu uhličitého a vodní páry prakticky veškerý amoniak oddělený v Odlučovači 21 a rovněž určité množství 'cirkulujícího amoniaku, se vede do amoniakové separační kolony 30 potrubím 40 'přes chladič 41 a potrubím 42. V této koloně přecházejí pomocí vody, přiváděné potrubím 43, a kapalného amoniaku, přiváděného potrubím 44, oxid uhličitý a voda do vodného proudu.The light fraction from desorption column 29 having a temperature of xd5 to 175 ° C and containing, in addition to the remainder of carbon dioxide and water vapor, virtually all the ammonia separated in the separator 21 as well as some circulating ammonia is fed to the ammonia separation column 30 via line 40 '. through the condenser 41 and via line 42. In this column, carbon dioxide and water pass through the water stream through the water supplied through line 43 and the liquid ammonia supplied through line 44.

Prakticky čistý amoniak se oddělí jako 'samostatný plynný proud, který se vede potrubím 45 do chladicího zařízení 46, v němž 'kondenzuje. Pak jde kapalný amoniak potrubím 47 do zásobníku 11 amoniaku. Roztok, vytvořený na dně amoniakové separační kolony 30 a sestávající z amoniaku, oxidu uhličitého a vody, se vrací potrubím 33 do separační kolony 28 pro oddělování oxidu uhličitého.Practically pure ammonia is separated as a separate gaseous stream, which is passed through line 45 to a cooling device 46 in which it condenses. Then liquid ammonia goes through line 47 to the ammonia container 11. The solution formed at the bottom of the ammonia separation column 30 and consisting of ammonia, carbon dioxide and water is returned via line 33 to the separation column 28 for carbon dioxide separation.

Při výše popsaném postupu se do procesu syntézy močoviny nevrací z nízkotlakého stupně, tj. z části za redukčním ventilem 18, žádná voda. Tím se dosáhne podstatně vyššího stupně konverze v reaktoru 1 pro výrobu močoviny, takže se získá syntézní roztok obsahující méně karbamátu amonného. Vzhledem k tomu, že v rozkladném zařízení je třeba rozložit méně karbamátu a rozklad probíhá lépe vzhledem k nižšímu obsahu vody v syntézním roztoku, je v rozkladném zařízení zapotřebí menšího množství páry.In the process described above, no water is returned to the urea synthesis process from the low pressure stage, i.e., partially downstream of the pressure reducer 18. This results in a substantially higher degree of conversion in the urea reactor 1, so that a synthesis solution containing less ammonium carbamate is obtained. Since less carbamate needs to be decomposed in the digester and degradation is better due to the lower water content of the synthesis solution, less steam is needed in the digester.

Spotřeba páry pro oddělování amoniaku, oxidu uhličitého a vody je kompenzována snížením množství páry při zpracování roztoku močoviny, protože množství vody, které se odpařuje, je menší. Vzhledem k tomu, že z nízkotlakého stupně se nevrací žádný roztok, nýbrž pouze plynný amoniak, je provoz jednodušší. Provozní spolehlivost zařízení je vyšší, protože není zapotřebí čerpadel na karbamát, která jsou často poruchová.Steam consumption for the separation of ammonia, carbon dioxide and water is compensated by reducing the amount of steam in the urea solution treatment, since the amount of water that evaporates is less. Since no solution is returned from the low pressure stage, but only ammonia gas, operation is easier. The operational reliability of the equipment is higher, since carbamate pumps, which are often faulty, are not required.

PříkladExample

V tomto příkladu jsou množství uváděna v kmolech za hodinu.In this example, the amounts are given in kmol per hour.

317 kmolů amoniaku se vede potrubím 12 a 1143 kmolů oxidu uhličitého potrubím 4 do zařízení popsaného na výkresu pro výrobu 1 019 kmolů močoviny ve vodném roztoku. Tlak v reaktoru 1 pro výrobu močoviny, v prvním rozkladném zařízení 3, v kondenzátoru 6 a v kondenzátoru 15 čisticího plynu je přibližně 14 MPa.317 km of ammonia are passed through line 12 and 1143 km of carbon dioxide through line 4 to the apparatus described in the drawing for producing 1,019 km of urea in aqueous solution. The pressure in the urea production reactor 1, the first decomposition device 3, the condenser 6 and the purge gas condenser 15 is approximately 14 MPa.

V prvním rozkladném zařízení 3 se 2 542 kmolů amoniaku, 551 kmolů oxidu uhličitého a 132 kmolů vody vypudí ze syntézního roztoku z reaktoru 1 pro výrobu močoviny pomocí čerstvého oxidu uhličitého za zahřívání párou 215 °C. V kondenzátoru 6 směs vypouštěná potrubím 5 částečně kondenzuje pomocí směsi čerstvého amoniaku dodaného potrubím 8 a roztoku nasávaného z reaktoru 1 pro výrobu močoviny.In the first decomposition plant 3, 2 542 km of ammonia, 551 km of carbon dioxide and 132 km of water are expelled from the synthesis solution of the urea production reactor using fresh carbon dioxide while heating with 215 ° C. In the condenser 6, the mixture discharged through line 5 is partially condensed using a mixture of fresh ammonia supplied through line 8 and a solution drawn from the urea production reactor 1.

Ze směsi plynu a kapaliny takto vytvořené a z roztoku karbamátu, vytvořeného v kondenzátoru 15, sestávajícího ze 497 kmolů amoniaku, 169 kmolů oxidu uhličitého a 33 kmolů vody vzniká v reaktoru 1 pro výrobu močoviny syntézní roztok při střední teplotě 183 °C, který při 1 061 kmolech močoviny obsahuje 2 683 kmolů amoniaku, 627 kmolů oxidu uhličitého a 1191 kmolů vody. Konverze oxidu uhličitého je tedy 62,8 %.The gas-liquid mixture thus formed and the carbamate solution formed in the condenser 15, consisting of 497 km of ammonia, 169 km of carbon dioxide and 33 km of water, give a synthesis solution at a mean temperature of 183 ° C at urea production at 1 061. urea km contains 2,683 km of ammonia, 627 km of carbon dioxide and 1191 km of water. Thus, the conversion of carbon dioxide is 62.8%.

Roztok, obsahující 1019 kmolů močoviny, 225 kmolů amoniaku, 118 kmolů oxidu uhličitého a 1 019 kmolů vody, se vypouští z prvního rozkladného zařízení 3 a zahřívá se na 124 °C v druhém rozkladném zařízení 20 k rozkladu karbamátu po expanzi na 0,25 MPa. Plynná směs, sestávající ze 151 kmolů amoniaku, 98 kmolů oxidu uhličitého a 159 kmolů vody, která se oddělí v odlučovači 21 ze zbylého roztoku močoviny, který kromě 1 019 kmolů močoviny a 860 kmolů vody obsahuje ještě 74 kmolů amoniaku a 20 kmolů oxidu uhličitého, se zavádí do spodní části separační kolony 28 pro oxid uhličitý.A solution containing 1019 km of urea, 225 km of ammonia, 118 km of carbon dioxide and 1 019 km of water is discharged from the first decomposition apparatus 3 and heated to 124 ° C in the second decomposition apparatus 20 to decompose the carbamate after expansion to 0.25 MPa. . A gaseous mixture consisting of 151 km of ammonia, 98 km of carbon dioxide and 159 km of water, separated in a separator 21 from the remaining urea solution, which, in addition to 1 019 km of urea and 860 km of water, contains 74 km of ammonia and 20 km of carbon dioxide, is introduced into the bottom of the carbon dioxide separation column 28.

V expanzní nádobě 22 se do značné míry odstraní amoniak a oxid uhličitý, takže se zíslká vodný roztok močoviny. Plynná směs, oddělená v odlučovači 21, se vede do spodní části separační kolony 28 pro oxid uhličitý, kde se udržuje tlak 0,25 MPa a zpracovává se kondenzátem o teplotě 90 °C z konečného provozního úseku, který obsahuje 1117 kmolů vody, 5,5 kmolů amoniaku a 2,25 kmolů oxidu uhličitého.In the expansion vessel 22, ammonia and carbon dioxide are largely removed so as to obtain an aqueous urea solution. The gaseous mixture separated in the separator 21 is passed to the bottom of the carbon dioxide separation column 28, where a pressure of 0.25 MPa is maintained and treated with 90 ° C condensate from a final process section containing 1117 km of water, 5 kmols of ammonia and 2.25 kmols of carbon dioxide.

Do separační kolony 28 pro oxid uhličitý se dodává potrubím 32 3 700 kmolů vody, která obsahuje stopy amoniaku, potrubím 33 739 kmolů vody, 298 kmolů amoniaku a 134 kmolů oxidu uhličitého a potrubím 34 157 kmolů vody. Teplota roztoků, dodaných potrubím 32 a 33 je 88 a 85 °C, teplota promývací vody dodané potrubím 34 je 40 °C. Plynná směs, odváděná z horní části separační kolony 28 pro oxid uhličitý, sestává ze 143 kmolů oxidu uhličitého a 3 kmolů vody.The carbon dioxide separation column 28 is supplied via line 32 of 3,700 km of water containing traces of ammonia, through line 33,739 km of water, 298 km of ammonia and 134 kmol of carbon dioxide, and through line 34,157 kmol of water. The temperature of the solutions supplied through line 32 and 33 is 88 and 85 ° C, the temperature of the wash water delivered through line 34 is 40 ° C. The gaseous mixture discharged from the top of the carbon dioxide separation column 28 consists of 143 kmols of carbon dioxide and 3 kmols of water.

Roztok ze spodní části separační kolony 28 pro oxid uhličitý, o teplotě 106 °C, sestává ze 5 939 kmolů vody, 461 kmolů amoniaku a 92 kmolů oxidu uhličitého a vede se do desorpční kolony 29. Do této kolony se rovněž zavádí plynná směs, opětovně získaná z přední frakce kondenzátoru 15, obsahující 156,5 kmolů amoniaku, 39,2 kmolů oxidu uhličitého a 371 kmolů vody a do spodní části desorpční kolony 29 se přivádí pára o teplotě 138 °C.The solution from the bottom of the 106 ° C carbon dioxide separation column 28 consists of 5,939 km of water, 461 km of ammonia and 92 km of carbon dioxide, and is fed to the desorption column 29. The gaseous mixture is also fed to this column. obtained from the front fraction of condenser 15, containing 156.5 km of ammonia, 39.2 km of carbon dioxide and 371 km of water, and steam at 138 ° C is fed to the bottom of the desorption column 29.

Část zbytkového produktu ze dna této kolony, která obsahuje 6 972 kmolů vody se stopami amoniaku a oxidu uhličitého, se dodává potrubím 32 a 34 do separační kolony 28 pro oxid uhličitý a zbylá část se částečně vede jako promývací voda do amoniakové separační kolony 30 potrubím 43 a zbytek se použije v procesu nebo se vypouští do stoky.A portion of the bottom product residue, which contains 6,972 kmols of traces of ammonia and carbon dioxide, is fed via lines 32 and 34 to the carbon dioxide separation column 28 and the remainder is partially fed as wash water to the ammonia separation column 30 via line 43 and the residue is used in the process or discharged into the sewer.

Plynná směs, která se vypouští z horní části desorpční kolony 29 při teplotě 110 stupňů C a obsahuje 618 kmolů amoniaku, 134 kmolů oxidu uhličitého a 709 kmolů vody, se po vychlazení v chladiči 41 na teplotu 87 °C odděluje v amoniakové koloně 30 promytím 29 kmoly vody o teplotě 40 °C a 170 kmoly amoniaku při teplotě —15 °C a získá se 490 kmolů čistého amoniaku.The gaseous mixture, which is discharged from the top of the desorption column 29 at 110 degrees C and contains 618 km of ammonia, 134 km of carbon dioxide and 709 km of water, is separated in the ammonia column 30 by washing in the ammonia column 30 after cooling. kmols of water at 40 ° C and 170 kmons of ammonia at -15 ° C to give 490 kmols of pure ammonia.

Claims

A process for producing urea by reacting ammonia with carbon dioxide at elevated temperature and elevated pressure, wherein urea is formed in a synthesis zone in the form of a urea synthesis solution leading to a first decomposition zone maintained at elevated temperature where it is separated from the synthesis solution. the gaseous mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor, the remaining urea solution containing ammonia and carbon dioxide residues and ammonium carbamate, is passed to a second degradation zone maintained at an elevated temperature and pressure lower than the pressure in the first degradation zone, where decompose the ammonium carbamate and separate another gaseous mixture of ammonia, carbon dioxide and water vapor to obtain a practically carbamate-free solution of urea produced, from this further gaseous mixture carbon dioxide and ammonia are separated by passing this mixture into a separation zone for the carbon dioxide formed by the column with a temperature gradient from the bottom in The water or aqueous solution is fed in at least one point of the separation zone to provide an aqueous solution of ammonia and carbon dioxide containing 65-96% by weight of water to be discharged from the bottom of the separation zone and a carbon dioxide gas stream. practically free of ammonia and carbon dioxide from the head of the separation zone, the inventive aqueous ammonia and carbon dioxide solution is fed to a desorption zone where ammonia and carbon dioxide are released from the solution to form an aqueous stream substantially free of ammonia and carbon dioxide, and a second gaseous stream containing ammonia, the remainder of the carbon dioxide and water vapor being fed to the ammonia separation zone, wherein the carbon dioxide and water are transferred to the aqueous stream and the ammonia is separated as a separate gaseous stream discharged from the ammonia separation zone; this separate gaseous stream from said ammonia separation zone directly or indirectly to the urea synthesis zone, maintaining a pressure of 0.1 to 2.5 MPa in the carbon dioxide separation zone, desorption zone and ammonia separation zone.

2. A process according to claim 1, wherein a pressure of 0.1 to 0.6 MPa is maintained in the carbon dioxide separation zone, the desorption zone and the ammonia separation zone.

3. A process according to claim 1, wherein the same pressure is maintained in the carbon dioxide separation zone, in the desorption zone and in the ammonia separation zone.