DE1257769B - Verfahren und Vorrichtung zum Komprimieren des bei der Harnstoffsynthese anfallendenAbgases - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C07c

C07b

Deutsche Kl.: 12 ο-17/03

Nummer: 1257769

Aktenzeichen: C23659IVb/12o

Anmeldetag: 15. März 1961

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Komprimieren des bei der Harnstoffsynthese anfallenden Abgases aus Ammoniak, Kohlendioxyd und Wasserdampf, wobei dieses Abgas in einen Flüssigkeitsstrom eingesaugt wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Synthese von Harnstoff wird im allgemeinen so durchgeführt, daß Ammoniak mit Kohlendioxyd in Abwesenheit eines Katalysators bei hohem Druck und etwas erhöhter Temperatur umgesetzt wird. Die Reaktion läuft über Ammoniumcarbamat als Zwischenstufe, das anschließend teilweise zu Harnstoff dehydratisiert wird. So enthält der Abstrom aus dem Hochdruckreaktionsgefäß üblicherweise nichtumgesetztes, überschüssiges Ammoniak, Ammoniumcarbamat und Wasser sowie Harnstoff als Endprodukt. Es wurden bereits zahlreiche Verfahren zur Abtrennung oder Rückleitung der nicht umgewandelten Komponenten entwickelt. In den meisten Fällen wird Ammoniumcarbamat in Ammoniak und Kohlendioxyd zersetzt, und es wird anschließend ein Abgas abgeführt, das Ammoniak, Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält. Ein weiteres Abgas mit ähnlicher Zusammensetzung wird auch von der Harnstofflösung abgezogen.

Diese Abgase enthalten beachtliche Mengen Ammoniak und Kohlendioxyd, und es ist daher wesentlich, daß sie in das Verfahren zurückgeleitet werden oder daß das Abgas in anderer Weise verwertet wird. Die Behandlung dieses Mischgasstromes bereitet jedoch zahlreiche Schwierigkeiten. Eine größere Schwierigkeit liegt in der Kompression dieses Gasstromes. Bereits bei mäßiger Druckerhöhung vereinigen sich die Komponenten des Gases wieder unter Bildung von Ammoniumcarbamat in fester Form. Daher können die üblichen Gaskompressoren bei diesem Gas nicht verwendet werden, da die Bildung von festem Carbamat innerhalb der Einrichtung Betriebsstörungen und Verstopfungen verursacht. Die Verwendung von Spezialkompressoren, die bei höherer Temperatur arbeiten konnten, damit das Ammoniumcarbamat in der Gasphase gehalten wurde, war nicht zufriedenstellend, da die Apparatur hohe Unterhaltungskosten erforderte. Das Gas ist stark korrodierend, insbesondere bei höherer Temperatur. Dies machte häufige Reparaturen und Überholungen der Kompressoren erforderlich, und es ist allgemein anerkannt, daß die industrielle Anwendung von Gaskompressoren für diesen Zweck nicht möglich ist.

Bei anderen Anlagen wird das Abgas mit den entsprechenden Säuren zu Ammoniumnitrat oder Ammoniumsulfat für Düngemittel umgesetzt. In diesen Verfahren und Vorrichtung zum Komprimieren
des bei der Harnstoff synthese anfallenden
Abgases

Anmelder:

Chemical Construction Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. F. Zumstein,

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann

und Dipl.-Chem. Dr. R. Koenigsberger,

Patentanwälte, 8000 München, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:

Ivo Mavrovic, New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. März 1960 (16 076)

Fällen ist der spezielle Druck des Abgases von geringerer Bedeutung, und ein Komprimieren ist nicht erforderlich.

Schließlich sind noch Verfahren bekannt, bei denen das Abgas in einer Flüssigkeit absorbiert und als verdünnte Lösung zurückgeführt wird oder bei denen Ammoniumcarbonat als Feststoff kondensiert und in einer Aufschlämmung zurückgeleitet wird. Bei diesen Verfahren wird die Schwierigkeit einer neuerlichen Komprimierung des Gases vermieden, jedoch sind die Gesamtwirkungsgrade der Verfahren durch die Einleitung von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in den Synthesekreislauf niedrig.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Komprimieren des bei der Harnstoffsynthese anfallenden Abgases aus Ammoniak, Kohlendioxyd und Wasserdampf wird dieses Abgas in einen Flüssigkeitsstrom eingesaugt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man dieses Abgas in eine unter Druck stehende wässerige Lösung von Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Natriumcarbonat oder vorzugsweise von Ammoniak und Kohlendioxyd oder von Ammoniumcarbamat einsaugt, das erhaltene Gemisch bei einem etwas niedrigeren Druck als dem Druck der vorstehend genannten wässerigen Lösung und unterhalb etwa 14,1 atü in eine Gasphase und eine

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flüssige Phase trennt und die Gasphase als kompri- erhöhten Druck abgezogen, während die Flüssigkeit miertes Abgas abführt. im Behälter 8 gesammelt und anschließend über 10

Dieses Verfahren hat verschiedene Vorteile im zurückgeleitet wird. Zur Erleichterung der Abtren-Vergleich zu der übrigen Gaskomprimierung. Da sich nung des Gases von der Flüssigkeit können Heizkein festes Ammoniumcarbamat bilden kann, tritt 5 schlangen 11 im Behälter 8 vorgesehen sein. Es ist bei dem Verfahren keine Verstopfung auf, und die offensichtlich, daß im Gleichgewicht das über 9 abAnlage kann über lange Zeiträume kontinuierlich in gezogene Gas in seiner Zusammensetzung identisch Betrieb sein. Außerdem bereitet die Korrosion keine mit dem Gas in Leitung 4 ist, so daß die gewünschte Schwierigkeiten, da bei verhältnismäßig geringen Komprimierung erreicht ist. In manchen Fällen verTemperaturen gearbeitet wird. Das System ist einfach io bleibt jedoch je nach der Zusammensetzung des Gases aufzubauen und zu betreiben, und es können durch- in Leitung 4 ein kleiner Teil dieses Gases in flüssiger weg genormte, übliche Einheiten verwendet werden. Phase im Behälter 8. Die überschüssige Flüssigkeit Schließlich ist das System anpassungsfähig, und es kann über 12 abgezogen und getrennt behandelt oder kann für verschiedene Drücke und Gasströmungen in das Harnstoff-Synthese-Verfahren zurückgeleitet eingerichtet werden, wie sie an verschiedenen Stellen 15 werden.

in den Harnstoffverfahren auftreten. Der über Leitung 10 zurückgeleitete Flüssigkeits-

Vorzugsweise trennt man Gas und Flüssigkeit von- strom wird in einer Pumpe 13 komprimiert und über

einander durch Absetzenlassen der Flüssigkeit und 14 zum Kühler 15 geführt, wo er erforderlichenfalls

unter Erwärmen der flüssigen Phase, wodurch die gekühlt wird, wobei Kühlwasser bei 16 eingeleitet

Abtrennung erleichtert wird. 20 und bei 17 abgezogen wird. In manchen Fällen kann

Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen der Kühler 15 weggelassen werden. Der kompri-

Verfahren die nach der Abtrennung des Abgases ver- mierte Flüssigkeitsstrom gelangt nun über 6 zum

bleibende Flüssigkeit komprimiert und in die Ansaug- Strahlexhaustor 3.

stufe zurückgeleitet. Weiterhin wird vorzugsweise die Die zur Rückleitung bestimmte flüssige Lösung beflüssige Phase nach Abtrennung vom komprimierten 25 steht vorzugsweise aus einer wässerigen Lösung, die Abgas vor der Rückleitung in die Ansaugstufe ge- gelöstes Ammoniak und Kohlendioxyd im Gleichkühlt, gewicht mit dem speziellen, behandelten Abgas ent-Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrich- hält. In manchen Fällen kann es jedoch wünschenstung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- werter sein, eine andere wässerige Lösung zu Verfahrens umfaßt einen Exhaustor, einen diesem nach- 30 wenden, z. B. Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat geschalteten Trennbehälter mit einem oberen Auslaß oder Natriumcarbonat, um die Gleichgewichtsfür das komprimierte Abgas und einem unteren Aus- zusammensetzung des über 9 abgezogenen Gases zu laß für die abgetrennte Flüssigkeit sowie eine den modifizieren, insbesondere wenn überschüssige Flüs-Auslaß mit dem Exhaustor verbindende Rückführ- sigkeit über 12 abgezogen wird, leitung mit einer Pumpe. 35 Die primäre Funktion des Strahlexhaustors 3 Bei der in der Figur dargestellten Anlage wird ein besteht darin, daß eine Ansaugwirkung relativ zu der bei der Harnstoffsynthese erhaltenes Gemisch 1 in im Behälter 2 herrschenden Druckhöhe erzeugt wird, den Überlauf- oder Entspannungsbehälter 2 geführt. so daß die Einheit 3 vorzugsweise irgendeine der Bei dem Gemisch 1 kann es sich entweder um ein verschiedenen, bekannten Vorrichtungen sein kann, aus der Ammoniumcarbamatzersetzung stammendes, 40 die nach dem Prinzip des Strahlexhaustors oder nach Gase enthaltendes Gemisch oder um eine noch einem gleichwertigen Prinzip arbeiten. In manchen unumgesetzte Ausgangsstoffe enthaltende Harnstoff- Fällen kann eine Venturieinrichtung oder eine Einlösung handeln. In dem Behälter 2 wird das Ge- richtung mit einer Öffnung für diesen Zweck vermisch 1 der Saugwirkung des Flüssigkeitsstrahl- wendet werden, jedoch ist die Wirksamkeit der Vorexhaustors 3 unterworfen, die über die Leitung 4 auf 45 richtung in diesem Fall üblicherweise etwas niedriger das Gemisch im Behälter 2 einwirkt. Ein Abgas, das als bei einem vergleichbaren Strahlexhaustor. In Ammoniak und Kohlendioxyd enthält, wird durch die jedem Fall kann der Gasdruck in Leitung 4 etwas Leitung 4 aus dem Behälter 2 abgezogen, während höher oder etwas niedriger als der Atmosphärendie flüssige Lösung über 5 austritt. druck sein, was auf der Ansaugwirkung beruht. Als Der Strahlexhaustor 3 arbeitet nach dem bekannten 50 klares Ergebnis des Verfahrens wird in allen Fällen Ansaugprinzip, wobei ein Hochdruckflüssigkeits- ein Gasgemisch 9 produziert, das Ammoniak- und strom 6 verwendet wird, der die treibende Kraft Kohlendioxydverbindungen enthält und das unter bildet. Die Strömung 6 gelangt durch den verengten höherem Druck steht als das ursprüngliche Gas in 4. Querschnitt der Einheit 3, und infolge der erhöhten . Geschwindigkeit entsteht ein Sog, der das Abgas 55 Beispiel aus Leitung 4 in den Flüssigkeitsstrom zieht, der Im folgenden wird ein Beispiel für die industrielle durch die Einheit 3 geführt wird. Der gebildete, ge- Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bemischte Gas-Flüssigkeits-Strom tritt aus der Ein- schrieben. Eine Harnstoffproduktlösung, die bei heit 3 über die Leitung 7 bei einem Druck aus, der 1,41 atü und 93° C gewonnen wurde, wurde in den etwas niedriger ist als der Druck in Leitung 6. Der 60 Behälter 2 eingeleitet und daraus durch Versprühen Druck des Stromes in Leitung 7 wird durch prak- bei einem unteratmosphärischen Druck von etwa tische Erwägungen der erforderlichen Leistung und 0,84 Atmosphären die gasförmigen Bestandteile abdes erforderlichen Druckes für die Rückführung des getrennt. Das Abgas enthielt 35 Gewichtsprozent Abgases auf etwa 14,1 atü begrenzt. Der Strom aus Ammoniak, 35 Gewichtsprozent Wasserdampf und Leitung 7 tritt in den Trennbehälter 8 ein, in dem 65 30 Gewichtsprozent Kohlendioxyd und wurde mit das Gemisch in seine gasförmigen und flüssigen Be- einer Geschwindigkeit von 96,7 kg/Std. gewonnen, standteile getrennt wird. Die Gasphase wird über 9 Das Abgas gelangte in den Strahlexhaustor, wo es bei dem gewünschten, gegenüber dem Druck in 2 komprimiert und mit einer wässerigen Lösung ge-

mischt wurde, die etwa 13 Gewichtsprozent Kohlendioxyd und 15 Gewichtsprozent Ammoniak enthielt. Diese Lösung war im wesentlichen eine wässerige Ammoniumcarbamatlösung im Gleichgewicht mit dem Abgas und wurde mit einer Geschwindigkeit von 2271 l/Min, durch den Strahlexhaustor geführt. Der Einlaßdruck der Lösung betrug 9,49 Atmosphären, und der Auslaßdruck des gebildeten, gemischten Gas-Flüssigkeits-Stromes betrug 2,46 Atmosphären. Das Gemisch wurde in einen Gas-Flüssigkeits-Trennbehälter geführt und darin durch Beheizung über Dampfschlangen auf 88° C gehalten. Das komprimierte Abgas wurde bei 2,46 Atmosphären und 88° C abgezogen und zu einem Rückführungssystem geleitet, das bei dieser Druckhöhe arbeitete, damit das Gas gegebenenfalls in das Harnstoff-Synthese-Verfahren zurückgeleitet werden konnte. Flüssige Lösung wurde von dem Trennbehälter mit der erforderlichen Geschwindigkeit von 2271 l/Min, abgezogen, auf 9,49 Atmosphären kornprimiert, gekühlt und zum Strahlexhaustor zurückgeleitet. In dem System wurden so etwa 31,8 kg/Std. Ammoniak und 27,2 kg/Std. Kohlendioxyd als Mischgas bei 2,46 Atmosphären gewonnen und zurückgeleitet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Komprimieren des bei der Harnstoffsynthese anfallenden Abgases aus Ammoniak, Kohlendioxyd und Wasserdampf, wobei dieses Abgas in einen Flüssigkeitsstrom eingesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man dieses Abgas in eine unter Druck stehende wässerige Lösung von Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Natriumcarbonat oder vorzugsweise von Ammoniak und Kohlendioxyd oder von Ammoniumcarbamat einsaugt, das erhaltene Gemisch bei einem etwas niedrigeren Druck als dem Druck der vorstehend genannten wässerigen Lösung und unterhalb etwa 14,1 atü in eine Gasphase und eine flüssige Phase trennt und die Gasphase als komprimiertes Abgas abführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Gas und Flüssigkeit voneinander durch Absetzenlassen der Flüssigkeit und unter Erwärmen der flüssigen Phase trennt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die nach der Abtrennung des Abgases verbleibende Flüssigkeit komprimiert und in die Ansaugstufe zurückleitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Phase nach Abtrennung vom komprimierten Abgas vor der Rückleitung in die Ansaugstufe kühlt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Exhaustor (3), durch einen diesem nachgeschalteten Trennbehälter (8) mit einem oberen Auslaß (9) für das komprimierte Abgas und einem unteren Auslaß (10) für die abgetrennte Flüssigkeit sowie durch eine den Auslaß (10) mit dem Exhaustor (3) verbindende Rückführleitung (14, 6) mit einer Pumpe (13).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1200 634.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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