DE1468245A1

DE1468245A1 - Verfahren zur Rueckfuehrung von nicht umgesetztem Carbamat bei der Harnstoffsynthese aus Ammoniak und Kohlendioxyd

Info

Publication number: DE1468245A1
Application number: DE19631468245
Authority: DE
Inventors: Umberto Zardi
Original assignee: Montedison SpA
Current assignee: Montedison SpA
Priority date: 1962-02-28
Filing date: 1963-02-23
Publication date: 1968-12-19
Also published as: AT245577B; ES285555A1

Description

Varfahren zur Rückführung von nicht umgesetztem Carbamat

bei der Harnstoffsyntiiese aus Amuloniak und Kohlendioxyd.

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Her-

stellung von Harnstoff.

Bekanntlich wird Harnstoff technisch aus Ammoniak und Kohlen-

dioxyd hergestellt. Im Reaktor wird lediglich ein Teil der

Reaktionskomponenten in Harnstoff umgesetzt; dieser wird in

einer Lösung erhalten, die ausser dem Carbamat freien

Lrjnoniak und Wasser enthält.

Diese Harnstofflösunb wird dann g;: reinigt, wobei Carbamat

und Ammoniak durch Destillation entfernt werden; die dabei

erhaltenen Gase, die Ammoniak enthalten, können weiterer Ver-

wendüng (etwa zur Produktion von Ammoniumnitrat oder -sulfat)

zuJ@:fürirt oder in den Reaktor zurückgeleitet werden.

Bei den meistens verwendeten Verfahren werden die nicht umge-

setzten Reaktionskomponenten zur Gänze in den Reaktor zurück-

geleitet, um so deren vollständige Ver@:randlung in Harnstoff

zu erreichen. Bei diesen Verfahren ist daher zur Wiedere-

wintiung und Rücl"-fii'rrunb der nicht umgesetzten Roa11ctionsl--or=i.o-

nenten in den Reaktor vorgesehen, dass diese i_.omponenten aus

der liarnstofflösung in zwei Stufen unter mittlerem. und niedri-

gem Druck erbdestilliert und dem Reaktor als :Fiässri,e Carbamat-

lösung zugeführt werden.

Bei Verfahren, die mit einem beträclitliclien Amu:oniaki.iberschuss

im Reaktor durchgeführt werden (Pdolverhä.ltiiis NH3 : C02 = j95

- 6) ist auch eine unabhängige Rüc',-führuiig des Ami:ionialii.iöer-

schusses in den Reaktor vorgesehen.

Die bei den beiden Destillationsstufen aus der llaristofflösung

erhaltenen Ammoniak-Kohlendioxyd-'#lasser-DZlnpfe ;ierden gewöhn-

lich in Boden- oder hüllkörpersäulen absorbiert; die betr'*.cht-

liehen bei der Absorption en-twickelten WÜrmeren@;en:ra';le@i in

Wärmeaustauschern durch Kühlgass-#r der Carbamatlösung ent:o"en.

Bei einigen Verfahren kann eine teil.,-iei3e der

bei der Absorption der Aminonialc-Kohlenclioxid-P;'asser-Dci-LrlilDe ent-

wickelten Wärme erzielt werden, der grösste Teil wird jedoch

immer in den Aboorptionskolonnen zugeordnetei1

abgeführt.

Dieser Teil der Anlagä.(Wiedergewinnung von Carbamat im allge-

meinen) ist daher in Aufbau und Betrieb sehr kostspielig und

sein Betrieb ist schwierig; ausserdem ist es sehr schwierig,

die bei der Absorption der Ammoniak-Kohlendioxyd-Wasser-Dämpfe

entwicLelte beträchtliche Wärmemenge wiederzugewinnen, die im

all,;emeinen -verloren geht.

rfindurigsg#sii:äss wird nun dieser Teil einfacher un billiger ge-

staltet; das Problem der Wärmerückgewinnung wird erleichtert

durch die Verwendung von sogenannten "Filmabsorbern" ("falling

film absorbers"), wobei. beide Verfahrensschritte, nämlich Ab-

sorption und Austausch der abzuführenden Wärme vereinigt werden.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die Absorption der

Am;.:oniak-Kohlendioxyd-@J'asser-Dämpfe in der Carbamatlösung mit

:3o."r .#iohen Stoffüberbangszahlen und mit bemerkenswerter Wärme-

e:_tvicklung stattfindet, sodass es die Kontaktoberfläche zwischen

71-Ussigkeitsfilm und wärmeabführender Wand ist, die den ProzeB

bast1*mt.

')i e Austauschfläche, die zur Abfuhr der Wärme benötigt wird, wird

juck für die Absorption benutzt, da darauf ein Film der absorbie-

randen Flüsslrieit gebildet wird. Die aus Absorptionskolonnen

ulid ertspricheiide n Kühlern bestehenden komplizierten Bauteile

werde: so durch einfache Wärmeaustauscher, nämlich Filmabsorber,

ersetzt. 1:: @@ase_:derer#aar die Feststellung überraschend, dass

lie oöery.rG@tzt:@__ Stoffübcröangsza_,l.3n öend hoch sind, so

auch 7ieder:Ia:uc_teil, d.;=. nahe bei Atr:.os-

.. .-hehe--: 'gönne-_.

Das vorgeschlagene System ermöglicht durch Verwendung dieser-Absorber die Kosten von Installation und Betrieb zu senken. Durch die Filmabsorper kann leicht ein Großteil der während der Absorption entwickelten Wärme wiedergewonnen werden, wodurch der Dampfverbrauch dieses Teils der Anlage merklich gesenkt wird.

Der Filmabsorber, bei welchem die hontaktflriche zwischen Gas und Flüssigkeit auf die Wärmeaustauschfläche gebracht wird, ermöglicht weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit der Absorptionsflüssigkeit' auf ein Minimum zu reduzieren, welche Absorptionsflüssigkeit auf einen flüssigen Film an der Aussenseite des Austauuchrohres redzert wird, in welchen die Harnstofflösung, die destilliert werden soll, nach oben strömt, wodurch eine Temperaturkurve der abgegebenen Wärme erhalten wird, die für die Wiedergewinnung dieser Wärme wesentlich günstiger ist. Mit dem erfindungsgemässen System kann die bei der Absorption der in der ersten Verdampfungsstufe entwickelten Ammoniak-Kohlendioxyd-Wasser-Dämpfe entwickelte Wärme bei sehr-hohem thermischen Niveau (140 - 150°C) wiedergewonnen werden, so dass sie unmittelbar zur Konzentration der Harnstofflösung bis zu 80 - 90 %, d.h. bis zu einer wesentlich höheren Konzentration als bei den üblichen Verfahren verwendet werden kann. Die in der zweiten Verdampfungsstufe entwickelten Dämpfe, bei weicher die Wärme der ersten Absorptionsstufe wiedergewonnen wird, werden'ebenfalls in einer Apparatur ähnlich der der ersten Stufe absorbiert, was gegenüber der Verwendung einer Abkrption:skolonne mit einem Kühler eine wesentliche Verbesserung dtrstellt, nämlich geringere Installationskosten und grössere Einfachheit der Konsttuktion.
Die Erfindung soll nun beispielsweise unter Bezugnahme auf das Strömungsdiagramm der Zeichnung beschrieben werden.
Die den Reaktor verlassende Harüstofflösung A wird über das Expansionsventil l auf den Arbeitsdruck der ersten Carbamatdestillationsstufe (15 - 45 kg/en! 2) entspannt. Die notwendige Wärme wird mittels Dampf der Destillationskolonne 2 zugeführt. In dieser ersten Stufe werden 60 -@90 % des in der Harnstofflösung enthaltenen Carbamats und der grösste Teil des freien Ammoniaks abdestilliert. Die so erhaltenen Ammoniak-Kohlendioxyd-Wasser-Dämpfe werden im Separator 3 von der das restliche Garbamat enthaltenden Harnstofflösung abgetrennt, die dann unter etwa Atmosphärendruck in der zweiten Destillationsstufe destilliert wird. Die notwendige Wärime wird in einem Filmabsorber 4 wiedergewonnen, in welchem die aus-dem Separator 3 kommenden Ammoniak-Kohlendioxyd-Wasser-Dämpfe absorbiert werden.
Wenn die aus dem Reaktor kommende Harnstofflösung einen grossen Ammoniakübereohuss_enthält, und das Molverhä,ltnis NE3 : 002 in den aus dem Separator 3 'kommenden Dämpfen über 6 liegt, wird der AmmoniaküberschuB nicht im Filmabsorber 4 absorbiert, sondern im Kondensgtor 7 durch Kühlen mit Kühlwasser kondensiert. Der so erhaltene kohlendioxydfreie flüssige Ammoniak Z kann nach Rektifizierung in Kolonne 6 in den Reaktor rüC'kgeführt werden.
In der Zeichnung sind die schliesslich erhaltene Harnstofflösung und die rückzuführende Carbamatlösung bei X bzw. Y angegeben.
Im Filmabsorber 4 werden die Dämpfe von der über die Hampe 5 rückgeführten Carbamatlösung absorbiert, die an die Aussen-Fläche des Austauschers gebracht wird. Die entwickelte Wärme wird durch die Harnstofflösung abgeführt, aus welcher die restliche Carbamatmenge abdestilliert wird.
Die im Filmabsorber 4 entwickelte Wärme wird vollständig wiedergewonnen. Die im Separator 8 aus der Harnstofflösung abgetrennten Ammoniak-Kohlendioxyd-Wasser-Dämpfe werden unter ungefähr Atmosphärendruck in einem Filmabsorber 9 absorbiert, der von der gleichen Art wie der Filmabsorber 4 ist: Die im Filmabsorber 9 entwickelte Wärme wird mittels Kühlwasser abgeführt.
*Die von den Filmabsorbern 4 und 9 kommende wässrige Carbamat-1,ösung kann in den Synthesereaktor zurückgeführt werden. Die Filmabsorber 4 und 9 wirken als Ersatz für die komplizierten und teuren Absorptionskolonnen, die bei den üblichen Verfahzen verwendet werden. Das oben beschriebene Schema kann auch bei Verfahren angewendet werden, bei welchen eine teilweise Rückführung von nicht umgesetztem Cärbamat in den Synthesereaktor durchgeführt wird. In diesem Fall fehlt eine zweite Absorptionsstufe für die Ammoniak-Kohlendioxyd-Wasser-Dämpfe, die einem anderen Verwendungszweck zugeführt werden.

In der folgenden Tabelle sind beispielsweise ohne Einschränkung einige Zahlen angegeben; aus welchen ersichtlichax ist, wie eine carbamatfreie Harn.stofflösung erhalten werden kann, wenn lediglich im Destillationsapparat 2 Dampf eingesetzt wird. Bei den Beispielen 1 und 2 werden nur ¢5 - 50 % der Dampfmenge verbraucht, die normalerweise im entsprechenden Teil anderer Verfahren verwendet wird.

T a b e 1 1 e - Beispiele

-----------------------------

Harnstofflösun A aus Beis iel 1 Beis iel 2

dem-Reaktor -kommend: kg/h % kg/h f

Harnstoff 337 33,7 265 26,5

Carbamat 236 23,6 280 28.90-

NH3 281 28,1 235 2395

H 0 146 -1416_ 220 22 0

. 1000 100 1000 100

Druck 220 kg/cm 2 (eff.) 220 kg/cm2 (eff.)

Temperatur 190°c 19000

Der Destillations-

apparatur 2 zu eführter

Dampf (1.Stufe 150 kg/h 110 kg/h

Destillationsa aratur 2

(1.Stufe)

Druck- 30 kg/cm2 (eff.) 25 kg/cm2 (eff.)

Temperatur 150°C 145°c

Se arator 3

Druck 30 kg/cm2 (eff.) 25 kg/cm2 (eff.)

Temperatur . 15000 145 °Q

- Fortsetzen Tabelle

Beis iel 1 Beis iel 2

Deetillatonsagparatur 4

(2.Stufe) -

Druck 0,3 kg/am 2 (eff.) 0,3 kg/cm2 (effj

Temperatur 12000 - 12000

Absorber 4 i

'Wasserzufuhr - 47 kg/h

Se arator 8

Druck ,0,3 kg/em2 (eff.) 0,3 kg/cm2 (eff.)

Temperatur 12000 12000

Ab §e aua dem

. s

Se arator 8 kg/h kg/h

'M3 - _ 137 5794

002 _ - 82 34p2

rH20 __?0 _

8i4_

.@._

239 10090

Harnstofflcisunß'_ä ..- ` ,

-erhalten:

Harnstoff 265 77 337 73,4 -i

H20 .. --80- _23_ 123_ -26L6-

345 100 . 460 100,0 .@

Fortaetz Tabelle

' - Beispiel 1 Beis ieb. 2

kg/h 9& _ kglh

wiedergewonnener

Ammoniak _Z125 - 143 -

Carbamatlösung- Y

Carbamat 280 52,8 90 43,8

N"3 110 20,8 65 31,8

H20 140_ _?6i4_ _50_ _24t4_

530 100,0 205 100,0

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Rückführung von nicht umgesetztem Carbamat bei der Harnstaffsynthese aus Ammoniak und Kohlendioxyd mit zwei Destillationsstufen, dadurch gekennzeichnet' dass zur Absorption der entwickelten Dämpfe sowie als Wärmeaustauscher Filmabsorber verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Destillationsstufe mit der Absorption von in der ersten Destillationsstufe abgetrennten Carbamat-- und Ammoniakdämpfen in einer wässrigen Carbamatlösung in einem einzigen Yerfahrensachritt kombiniert ist, wobei die bei der Absorption entwickelte Wärme für diese zweite Destillation benutzt wird.