DD156596A5 - METHOD FOR COMPENSATING EXPLOSION TILT IN UREA SYNTHESIS INSTALLATIONS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Explosionsgefahr bei Harnstoffsynthese-Anlagen. Ziel der Erfindung ist, die Explosionsneigung durch Verduennen der Abgase zu vermindern ohne dabei deren Heizwert herabzusetzen. Erfindungsgemaess werden die Abgase aus der Harnstoffsynthese mit einer oder mehreren Gasstroemung(en) gemischt, welche in der Ammoniaksynthese verfuegbar sind und deren Gehalt an H tief 2 0,1 bis 77 Vol. -%, von N tief 2 0,1 bis 29 Vol.-%, von CO, CO tief 2, Ar und/oder He 0,1 bis 50 Vol.-%, Rest Methan, betraegt. Dabei werden erfindungsgemaess als in der Ammoniaksynthese verfuegbare Gase eines oder mehrere folgender Gase verwendet: Erdgas, bestehend im wesentlichen aus Methan; Gas aus der Dampfreformierung von Methan, bestehend im wesentlichen aus H tief 2, N tief 2, CO und CO tief 2; von CO tief 2 befreites Gas aus b); mit Ammoniak gesaettigter Gasstrom aus Stickstoff und Wasserstoff, gegebenenfalls mit Wasser gesaettigt, enthaltend Argon, Helium und Methan.The invention relates to a method for reducing the risk of explosion in urea synthesis plants. The aim of the invention is to reduce the tendency to explode by verduennen the exhaust gases without reducing their calorific value. According to the invention, the waste gases from the urea synthesis are mixed with one or more gas streams which are available in the ammonia synthesis and whose content of H 2 from 0.1 to 77% by volume, from N 2 to 0.1 to 29 vol .-%, of CO, CO deep 2, Ar and / or He 0.1 to 50 vol .-%, balance methane, entrained. According to the invention, one or more of the following gases are used as gases available in the ammonia synthesis: Natural gas, consisting essentially of methane; Gas from the steam reforming of methane, consisting essentially of H deep 2, N deep 2, CO and CO deep 2; gas released from CO 2 from b); Ammonia-saturated gas stream of nitrogen and hydrogen, optionally saturated with water, containing argon, helium and methane.
Description
3 6 19 -/-3 6 19 - / -
Berlin, den 23.1.1981 AP C 01 C/223 619 58 017/11Berlin, January 23, 1981 AP C 01 C / 223 619 58 017/11
Verfahren zur Verringerung der Explosionsgefahr bei Harnstoff synthese-AnlagenProcess for reducing the risk of explosion in urea synthesis plants
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um die Explosionsneigung der aus der Harnstoffsynthese ausgetragenen Gase herabzusetzen, indem diesen ein oder mehrere Ströme zugesetzt werden, die in der Anlage zur Ammoniaksynthese verfügbar sind und die 0,1 bis 77 Vol.-% H2, 0,1 bis 29 Vol.-% Ii2, 0,1 bis· 50 Vol.-% GO und/oder CO2 und/oder Ar und/oder He, Rest Methan, enthalten»The invention relates to a method for reducing the tendency of the gases discharged from the urea synthesis to explode by adding one or more streams which are available in the plant for ammonia synthesis and containing 0.1 to 77% by volume H 2 , 0, 1 to 29% by volume of II 2 , 0.1 to 50% by volume of GO and / or CO 2 and / or Ar and / or He, the remainder being methane, »
Charakteristikjier^ bekannten technischen LösungenC harak teristikjier ^ known technical solutions
• Harnstoff wird bekanntlich aus Ammoniak und Kohlendioxid unter erhöhtem Druck (50 bis 450 atm) und erhöhter Temperatur (170 bis 220 0G) synthetisiert· Das erhaltene Reaktionsprodukt besteht aus Harnstoff, Ammo ni urne ar barnat und Wasser und verläßt den Reaktor zusammen mit Ammoniak, der im Überschuß angewandt v/orden ist. Das Ganze wird einem Zersetzer zugeführt, der im wesentlichen unter dem gleichen Druck wie in der .Harnstoffsynthese arbeitet und worin das in der Harnstoff Io sung enthaltene Carbamat zu Ammoniak und Kohlendioxid zersetzt wird«• urea is known to consist of ammonia and carbon dioxide at elevated pressure (50 to 450 atm) and elevated temperature (170 to 220 0 G) synthesized · The resultant reaction product consists of urea, ammonium ni urn ar Barnat and water and leaves the reactor along with ammonia which is applied in excess. The whole is supplied to a decomposer, which operates essentially under the same pressure as in the urea synthesis, and in which the carbamate contained in the urea solution is decomposed to ammonia and carbon dioxide. "
Aus dem Zersetzer kommendes Ammoniak und Kohlendioxid gelangen dann in einen Hochdruck-Kodensator, der im v/esentliehen unter dem Arbeitsdruck der Synthese arbeitet« In diesem Kondensator bildet sich aus Ammoniak und Kohlendioxid wieder Ammoniumcarbamat, welches in die Harnstoffsynthese rückgeleitet wird.Ammonia and carbon dioxide coming from the decomposer then pass into a high-pressure condenser, which operates under pressure at the pressure of the synthesis. In this condenser ammonium ammonia and carbon dioxide form again ammonium carbamate, which is recycled into the urea synthesis.
B 19B 19
"" -2- 23.1.1981"" -2- 23.1.1981
AP C 01 Ό/223 619 58 017/11AP C 01 Ό / 223 619 58 017/11
Die von überschüssigem, d. h. nicht umgesetztem Car"bamat befreite "Harnstofflö"sung gelangt aus dein Hochdruck-Zersetzer in einen Mitteldruck-Zersetzer, indem ein weiterer Teil des nicht umgesetzten Carbamate in Ammoniak und Kohlendioxid zersetzt wird. Letztere gelangen in einen Kondensator, indem der Druck entsprechend dein im Mitteldruck-Zersetzer gehalten v/ird, d. h, etwa 25 bis 10 atm, vorzugsweise etwa 18 atm. In diesem Kondensator wird der Hauptteil der kondensiebaren Produkte kondensiert»Those of excess, d. H. Unreacted "bamat-liberated" urea solution passes from the high-pressure decomposer to a medium-pressure decomposer, decomposing another portion of the unreacted carbamate into ammonia and carbon dioxide, the latter entering a condenser, equaling the pressure in medium pressure Decomposers are maintained, i.e., about 25 to 10 atm, preferably about 18 atm. In this condenser, the majority of the condensable products are condensed. "
Aus dem Mitteldruck-Kondensator gelangen die Kondensate und die nicht kondensierten Produkte in eine Rektifizierkolonne. Aus dem Kopf der Kolonne erhält man reinen Ammoniak und nicht kondensierbare Produkte, während man aus dem Boden der Kolonne Ammoniumcarbonat austrägt und.diesen Strom in den Hochdruck-Carbamatkondensator rückführt* Der aus der Rektifizierkolonne gewonnene Ammoniak v/ird in die Synthese rückgeleitet.From the medium-pressure condenser, the condensates and the non-condensed products reach a rectification column. Pure ammonia and non-condensable products are obtained from the top of the column while ammonium carbonate is discharged from the bottom of the column and this stream is recycled to the high pressure carbamate condenser. The ammonia recovered from the rectification column is returned to the synthesis.
Die in den Reaktor zurückgeführten Reaktionspartner enthalten einen gewissen Teil gelöster Gas;e; diese stammen aus der Ammoniaksynthese und aus der COg-Quelle und sind im allgemeinen H2J Hg» CO, CH., Ar und He*The reactants recycled to the reactor contain some of the dissolved gas ; e; these originate from the ammonia synthesis and of the COG source and H 2 are generally J Hg "CO, CH., Ar and He *
In die Harnstoffanlage, in den Reaktor und in den Zersetzer werden bestimmte Volumina von Luft oder Sauerstoff einge- . speist, um den Zersetzer, den Kondensator und den Reaktor gegen den korrosiven Angriff von Ammoniumcarbamat zu schützen.Into the urea plant, into the reactor and into the decomposer, certain volumes of air or oxygen are introduced. to protect the decomposer, condenser and reactor against corrosive attack by ammonium carbamate.
Alle obigen nicht kondensierbaren Gase, und zwar sowohl die, die ursprünglich in frischem Kohlendioxid und Ammoniak enthalten waren} als auch solche, die für den passiven Schutz der Anlage gegen den korrosiven Angriff eingeführt v/erden,All of the above non-condensable gases, both those that were originally contained in fresh carbon dioxide and ammonia} and those introduced for the passive protection of the system against the corrosive attack / v earth,
Q C 1 Q O O β & QC 1 Q O O β &
; : ;k -3- 23.1.1981; :; k -3- 23.1.1981
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werden aus der Harnstoff-Synthese abgeleitet, nachdem sie von dem Sattigungs-Ammoniak abgestreift worden waren, bilden ein explosives Gemisch aufgrund der Anwesenheit von Sauerstoff, der für den passiven Korrosionsschutz zugesetzt worden ist»are derived from urea synthesis after being stripped of the saturation ammonia, forming an explosive mixture due to the presence of oxygen added for passive corrosion protection »
All diese Gase werden im allgemeinen ausgetragen, zum Seil aus dem Hochdruck-Carbamat-Kondens.ator, aus dem sie vorzugsweise in die Mitteldruck-Rektifizierkolonne zur Wiedergev/innung von Ammoniak geführt werden und wo sie dann mit einem Strom, der aus dem Mitteldruck-Garbamat-Kondensator kommt, gemischt werden·All these gases are generally discharged to the rope from the high pressure carbamate Kondens.ator, from which they are preferably fed into the medium pressure rectification column for Wiedergev / tion of ammonia and where they then with a stream of medium pressure Garbamate condenser comes to be mixed ·
In der Kolonne zur Wiedergewinnung von Ammoniak erhält man diesen am Kopf zusammen mit diesen Gasen, welche nach Kondensation des Ammoniak ausgetragen werden und den oben erwähnten explosionsgefährdeten Gasstrom darstellen.In the column for the recovery of ammonia, this is obtained at the top together with these gases, which are discharged after condensation of the ammonia and constitute the above-mentioned explosive gas stream.
Es ist offensichtlich, daß ein Strom von explosiven, nicht kondensierbaren Gasen auch an anderen Stellen der Anlage anfallen kann, ohne daß dies eine Änderung des Problems darstellt·It is obvious that a stream of explosive, non-condensable gases may also be produced elsewhere in the plant without this being a change in the problem.
Bisher hat man zur Verhinderung der Explosion derartiger Gasgemische diesem Gasstrom ein solches Volumen unbrennbarer Gase zugesetzt, daß das erhaltene Gasgemisch außerhalb der Explosionsgrenzen gebracht wurde·Heretofore, in order to prevent the explosion of such gas mixtures, such a volume of incombustible gases has been added to this gas stream that the resulting gas mixture has been brought outside the explosion limits.
Z je1 der ErfindungZ je1 the invention
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Verminderung der Explosionsgefahr bei Harnstoff synthese-Anlagen·The aim of the invention is to provide an improved method for reducing the risk of explosion in urea synthesis plants ·
2236 1 92236 1 9
-4- 23*1.1981-4- 23 * 1.1981
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Darlegung des 'Wesens,.,der ErfindungPresentation of the 'essence, the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ezplosionsneigung der ausgetragenen Gase aus der Harnstoffsynthese-·Anlage auch ohne Verdünnung dieser mit unbrennbaren Gasen und damit Verringerung deren Heizwerts herabgesetzt werden kann. Dies gelingt erfindungsgemäß durch nutzbarmachung der Gasströine aus der Ammoniaksynthese-Anlage, die in Harnstoff- , synthese-Anlagen im allgemeinen verfügbar sind.The invention is based on the object, the Ezplosionsneigung the discharged gases from the urea synthesis · plant can be reduced without dilution of these with non-combustible gases and thus reducing the calorific value. This is achieved according to the invention by harnessing the gas streams from the ammonia synthesis plant, which are generally available in urea synthesis plants.
Bei der Ammoniaksynthese sind folgende Gasströ'me verfügbar:In ammonia synthesis, the following gas streams are available:
a) Erdgas enthaltend im wesentlichen Methan;a) natural gas containing essentially methane;
dieses wird im allgemeinen durch Dampfreformierung zur Herstellung des Synthesegases für Ammoniak verwendet;this is generally used by steam reforming to produce the synthesis gas for ammonia;
b) Reformierungsgas aus a) bestehend im wesentlichen ausb) reforming gas from a) consisting essentially of
H2, CO und CO2;H 2 , CO and CO 2 ;
c) von COp befreites Reformierungsgas;c) reforming gas freed from COp;
d) Bo un& H2 gesättigt mit Ammoniak und gegebenenfalls mit Wasser enthaltend Argon, Helium und Methan aus der . Ammoniaksynthese zur Verhinderung der Anreicherung des in die Ammoniaksynthese rückgeführten Gasstroms an Argon, Helium und Methan»d) Bo un & H 2 saturated with ammonia and optionally with water containing argon, helium and methane from the. Ammonia synthesis to prevent the accumulation of argon, helium and methane gas streams recycled to ammonia synthesis »
Derartige Gasströme enthalten beispielsweise 0,1 bis 77 Vol,-% H2, 0,1 bis 29 Vo1·-% H2, 0,1 bis 50 Vol,-% inerte Gase, nämlich CO, CO2, Argon und Helium, Rest Methan*Such gas streams contain, for example, 0.1 to 77% by volume H 2 , 0.1 to 29% by volume H 2 , 0.1 to 50% by volume inert gases, namely CO, CO 2 , argon and helium, Residual methane *
Bei den unter b bis d aufgeführten Gasströmen liegt das Molverhältnis H2 : N2 zwischen 2,5 und 3,3«For the gas streams listed under b to d, the molar ratio H 2 : N 2 is between 2.5 and 3.3 «
22 3 6 1922 3 6 19
-5- 23.1.1931-5- 23.1.1931
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Erfindungsgemäß wird die Explosionsgefahr von aus der Harnstoffsynthese ausgetragenen Gasen dadurch verringert, indem diesen Gasen ein Strom ein/oder mehrere Ströme zugesetzt wird, welche in der Ammoniaksynthese verfügbar sind, und zwar mit einer Zusammensetzung entsprechend 0,1 bis 77 Vol.-% H2, 0,1 bis 29 Vol.~% N2, 0,1 bis 50 Vol.~% 00 und/ oder CO2 und/oder Ar und/oder He, Rest Methan*According to the invention, the risk of explosion of gases discharged from the urea synthesis is reduced by adding to these gases one or more streams which are available in the ammonia synthesis and having a composition corresponding to 0.1 to 77% by volume of H 2 , 0.1 to 29 vol.% N 2 , 0.1 to 50 vol.% O 2 and / or CO 2 and / or Ar and / or He, balance methane
Es ist tatsächlich überraschend, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Explosionsneigung nicht nur durch die Veränderung der Zusammensetzung des Gasgemischs erreicht v/erden kann, sondern daß in nicht vorhersehbarer Weise der Explosionsbereich derartiger Gase eingeengt wird.It is indeed surprising that in the method according to the invention the tendency to explode can not only be achieved by changing the composition of the gas mixture, but that the explosion range of such gases is restricted in an unforeseeable manner.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es nicht nur möglich, den Strom unkondensierbarer Gase aus der Harnstoff synthese-Anlage nichtexplosiv zu machen sondern es gelingt auch, das Gasgemisch als gasförmigen Brennstoff in der Anlage zu verwerten«The inventive method is not only possible to make the flow of uncondensable gases from the urea synthesis plant nichtexplosiv but it also succeeds in the gas mixture as gaseous fuel in the system to use «
Die Erfindung wird an folgendem Beispiel weiter erläutert* In der beiliegenden Zeichnung zeigen:The invention will be further elucidated by the following example. In the attached drawing:
Pig. 1: ein Fließschema einer Anlage zur Harnstoffsynthese in vereinfachter Form;Pig. 1: a flow chart of a plant for urea synthesis in a simplified form;
Pig. 2: Diagramm für Explosionsgrenzen; Fig. 3: Diagramm für Explosionsgrenzen;Pig. 2: diagram for explosion limits; Fig. 3: diagram for explosion limits;
;; . 2 2 3 6 19;; , 2 2 3 6 19
•6- 23.1.1981• 6- 23.1.1981
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Unter Bezugnahme auf das Fließschema der Fig. .1, in der in vereinfachter Form eine Anlage zur Harnstoffsynthese gezeigt ist, soll im Mittel eine Harnstoffleistung von 1500 dato .angenommen v/erden« Das Volumen der in den Reaktionspartnern gelösten Gase beträgt - bezogen auf das Normalzustand ~ 410 m/h; sie wiesen folgende Zusammensetzung auf:With reference to the flow chart of Fig. 1, which shows in simplified form a plant for urea synthesis, on average a urea capacity of 1500 is assumed to be present. The volume of gases dissolved in the reactants is Normal condition ~ 410 m / h; they had the following composition:
51,47 Vol.-f* H2, ,;;;. w 51.47 vol.-f * H 2 ,, ;;; w
40,73 Vol.-?S H2,40.73 vol .-? SH 2 ,
7,56 Vole~% O2,7.56 vol. E ~% O 2 ,
0,12 Vol.-% CO und0.12 vol.% CO and
0,12 lol."% CH4.0.12 lol.% CH 4 .
Dem Hochdruck-Zersetzer wurden·zur Passivierung 333 m /h Luft (liormalbedingungen) zugeführt.333 m / h of air (standard conditions) were fed to the high-pressure decomposer for passivation.
All diese Gase entweichen aus der Reaktionslösung und v/erden am Kopf der Aramoniak-Rektifizierkolonne abgezogen« In dieser wird unter einem Druck von etwa 18"-atm gearbeitet. Diese den Kopf der Kolonne über Leitung 12 verlassenden Gase werden nach Abscheidung des Hauptteils an Ammoniak in dem Kondensator 8 von diesem in dem Trenngefäß 1 befreit, aus welchem der Ammoniak über die Leitung 9 ausgetragen und seiner weiteren Bestimmung zugeführt wird· Die mit Ammoniak gesättigten Gase bei der Temperatur des Trenngefässes 1 (35 C) enthalten (unter ilormalbedingungen) All of these gases escape from the reaction solution and are withdrawn at the top of the aromatic rectifying column. "This works under a pressure of about 18" .sup.-1 This gas, which leaves the top of the column via line 12, becomes ammonia after the main part has been separated off in the condenser 8 freed from this in the separation vessel 1, from which the ammonia is discharged via the line 9 and supplied to its further determination · the ammonia-saturated gases at the temperature of the separation vessel 1 (35 C) contain (under ilormalbedingungen)
210,0 m3/h H2, 0,5 m3/h· CH4, 0,5 -nrVh CO,210.0 m 3 / h H 2 , 0.5 m 3 / h · CH 4 , 0.5 -nrVh CO,
430,0 m3/h N2 .+ Ar,430.0 m 3 / h N 2. + Ar,
101,0 m3/h O2 und 2 977,0 m3/h101.0 m 3 / h O 2 and 2 977.0 m 3 / h
2236 192236 19
-7- 23*1.1981-7- 23 * 1.1981
AP G 01.C/223 619 58 017/11AP G 01.C / 223 619 58 017/11
• Sie werden über die Leitung 2 dem Absorber 6 zugeführt, indem der Ammoniak mit dem über Leitung 7 ankommenden Wasser ausgewaschen und über Leitung 10 abgezogen wird. Man erhält als Kopfprodukt ein zündfähiges Gas in einer Menge von• They are fed via the line 2 to the absorber 6 by the ammonia is washed out with the incoming water via line 7 and withdrawn via line 10. The top product obtained is an ignitable gas in an amount of
28,54 Vol.-%, bestehend aus 28,40 % H2,28.54% by volume, consisting of 28.40 % H 2 ,
0,07 % CH. und0.07 % CH. and
0,07 % CO sowie 57,87 % H2 + Ar und 13,59 % O2. 0.07 % CO and 57.87 % H 2 + Ar and 13.59 % O 2 .
Es wird über Leitung 5 abgeführt. In dem Diagramm der Fig. 2 sind die Esplosionsgrenzen dieses Gases angegeben, wobei in dem Dreiecksdiagramm A= 100 % O2, B = 100 % Inertgas und C = 100 % entflammbare Gase bedeutet. Der Punkt D bezieht sich auf ein derartiges repräsentatives Gas und liegt innerhalb des Explosionsbereiches«It is discharged via line 5. In the diagram of Fig. 2, the Esplosionsgrenzen this gas are indicated, wherein in the triangular diagram A = 100% O 2 , B = 100 % inert gas and C = 100 % flammable gases. Point D refers to such a representative gas and lies within the explosion range «
ETach der Erfindung werden nun dem Gas in der.-Leitung 2 an der Gaszuführung 11 die Abgase aus der Ammoniaksynthese über Leitung 3 zugeführt, wobei eine Ammoniakproduktion von 865 dato angenommen werden kann· Dieses Abgas aus der Ammoniaksynthese kommt mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 7 6 33 m /h (Itformalbedingungen) an und enthältAccording to the invention, the exhaust gases from the ammonia synthesis via line 3 are now fed to the gas in the line 2 at the gas feed 11, whereby an ammonia production of 865 can be assumed · This exhaust gas from the ammonia synthesis comes at a flow rate of 7 6 33 m / h (itformal conditions) and contains
54,86. Vol.-% H2,54.86. Vol. -% H 2 ,
10,92 VoI.-^ CH4, 21,94 Vol.-# IT2 und 12.28 Vol10.92 vol.% CH 4 , 21.94 vol. # IT 2 and 12.28 vol
3 β 1 Q3 β 1 Q
3 y ι j3 y ι j
-8- 23.1.1981-8- 23.1.1981
AP C 01 C/223 58 017/11APC 01 C / 223 58 017/11
Das Gasgemisch aus den Teilströmen der Leitungen 2 und 3s welches nun über Leitung 4 in den Absorber 6 geführt wird, kommt mit einer Geschwindigkeit von 11 352 m /h (Normalbedingungen) an und enthältThe gas mixture from the partial streams of lines 2 and 3s, which is now conducted via line 4 into the absorber 6, arrives at a speed of 11,352 m / h (normal conditions) and contains
4 398,0 m3/h H2, 833,5 m3/h CH.,4 398.0 m 3 / h H 2 , 833.5 m 3 / h CH.,
0,5 m3/h CO, 2 105,0 m3/h N0 +Ar,0.5 m 3 / h CO, 2 105.0 m 3 / h N 0 + Ar,
3 914,0 m3/h IJH-·3 914.0 m 3 / h IJH ·
Nach, dem Abstreifen des Ammoniaks erhält man einen Gasstrom vonAfter, the stripping of the ammonia is obtained a gas stream of
. ' 59,14 Vol«-% H2,, '59.14 Vol% -% H 2 ,
11,21 Vol.-% CH4, 28,30 YoI.-% N2 + Ar und 1,35 Vol.~% O2,11.21% by volume of CH 4 , 28.30% by mole of N 2 + Ar and 1.35% by volume of O 2 ,
insgesamt 70,35 Vol,-% entzündbares Gas*a total of 70.35% by volume of flammable gas *
In dem Dreiecksdiagramm der Fig. 3» ähnlich dem der Fig. 2, sind die Explosionsgrenzen obigen Gasgemischs angedeutet, wobei der repräsentative Punkt für dieses Gas D weit abseits dieser.Linien liest«In the triangular diagram of FIG. 3, similar to that of FIG. 2, the explosion limits of the above gas mixture are indicated, with the representative point for this gas D reading far away from these lines.
Claims (2)
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