DE1468245C - Process for the production of urea from ammonia and carbon dioxide with two distillation stages - Google Patents

Process for the production of urea from ammonia and carbon dioxide with two distillation stages

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DE1468245C
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German (de)
Inventor
Umberto Mailand Zardi (Italien)
Original Assignee
Montecatini Societa Generale per llndustria Minerana e Chimica, Mai land (Italien)
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Description

1 21 2

Bekanntlich wird Harnstoff technisch aus Am- Rieselabsorber auch im Niederdruckteil, d. h. nahe beiAs is well known, urea is technically made from Am- trickle absorber also in the low-pressure part, d. H. close to

moniak und Kohlendioxid hergestellt. Im Reaktions- Atmosphärendruck, angewandt werden können,monia and carbon dioxide. In the reaction atmospheric pressure, can be used

gefäß wird lediglich ein Teil der Reaktionskompo- Die Verwendung dieser Absorber erlaubt die In-The use of this absorber allows the in-

nenten in Harnstoff umgesetzt; dieser wird in einer stallations- und Betriebskosten zu senken. Durch diecomponents converted into urea; this will result in lower installation and operating costs. Through the

Lösung erhalten, die außer dem Ammoniumcarbamat 5 Dünnschicht-Rieselabsorber kann leicht ein GroßteilSolution obtained that apart from the ammonium carbamate 5 thin-layer trickle absorber can easily be a large part

freies Ammoniak und Wasser enthält. der während der Absorption entwickelten WärmeContains free ammonia and water. the heat developed during absorption

Diese Harnstofflösung wird dann gereinigt, wobei wiedergewonnen werden, wodurch der Dampfver-Ammoniumcarbamat und Ammoniak durch Destil- brauch dieses Teils der Anlage merklich gesenkt wird, lation abgetrennt werden; die dabei erhaltenen Gase, Der Dünnschicht-Rieselabsorber, bei dem die die Ammoniak enthalten, können weiterer Verwendung io Kontaktfläche zwischen Gas und Flüssigkeit auf die (etwa zur Produktion von Ammoniumnitrat oder Wärmeaustauschfläche gebracht wird, ermöglicht -sulfat) zugeführt oder in das Reaktionsgefäß zurück- weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit der Abgeleitet werden. Sorptionsflüssigkeit auf ein Minimum zu reduzieren,This urea solution is then purified, being recovered, thereby producing the steam ammonium carbamate and ammonia is noticeably reduced by the distillation of this part of the plant, lation to be separated; the gases thus obtained, the thin-film trickle absorber, in which the which contain ammonia can further use io contact surface between gas and liquid on the (brought about for the production of ammonium nitrate or heat exchange surface, enables -sulphate) fed in or back into the reaction vessel, the flow rate of the discharged continues will. Reduce sorption liquid to a minimum,

Bei den meisten der bekannten Verfahren werden welche Absorptionsflüssigkeit auf einen flüssigen FilmIn most of the known methods which absorbent liquid is applied to a liquid film

die nicht umgesetzten Reaktionskomponenten zur 15 an der Außenseite des Austauschrohres reduziert wird,the unreacted reaction components are reduced to 15 on the outside of the exchange tube,

Gänze in das Reaktionsgefäß zurückgeleitet. Bei diesen in welchen die Harnstofflösung, die destilliert werdenEntirely returned to the reaction vessel. In these in which the urea solution is distilled

Verfahren ist daher zur Wiedergewinnung und Rück- soll, nach oben strömt, wodurch eine TemperaturkurveThe process is therefore aimed at recovery and recovery, flowing upwards, creating a temperature curve

führung der nicht umgesetzten Reaktionskomponenten der abgegebenen Wärme erhalten wird, die für diemanagement of the unreacted reaction components of the dissipated heat is obtained for the

in das Reaktionsgefäß vorgesehen, daß diese Kompo- Wiedergewinnung dieser Wärme wesentlich günstigerProvided in the reaction vessel that this compo- recovery of this heat is much cheaper

nenten aus der Harnstofflösung in zwei Stufen unter 20 ist.nents from the urea solution is below 20 in two stages.

mittlerem und niedrigem Druck abdestilliert und dem Weiterhin kann die bei der Absorption der in der Reaktionsgefäß als wäßrige Carbamatlösung zugeführt ersten Verdampfungsstufe entwickelten Ammoniakwerden. Kohlendioxid-Wasser-Dämpfe entwickelte Wärme bei j v distilled off at medium and low pressure and the ammonia developed during the absorption of the first evaporation stage fed into the reaction vessel as an aqueous carbamate solution. Carbon dioxide-water vapors evolved heat at j v

Bei Verfahren, die mit einem beträchtlichen Am- sehr hohem thermischem Niveau (140 bis 15O0C)For processes that involve a considerable Am- very high thermal level (140 to 150 0 C)

moniaküberschuß im Reaktionsgefäß durchgeführt 25 wiedergewonnen werden, so daß sie unmittelbar zurExcess monia carried out in the reaction vessel can be recovered so that they can be used immediately

werden (Molverhältnis NH3: CO2 = 3,5 bis 6) ist Konzentration der Harnstofflösung bis zu 80 bis 90 %>(molar ratio NH 3 : CO 2 = 3.5 to 6), the concentration of the urea solution is up to 80 to 90%>

auch eine unabhängige Rückführung des Ammoniak- d. h. bis zu einer wesentlich höheren Konzentrationalso an independent recycling of the ammonia d. H. up to a much higher concentration

Überschusses in das Reaktionsgefäß vorgesehen. als bei den üblichen Verfahren, verwendet werdenExcess provided in the reaction vessel. than the usual method

Die bei den beiden Destillationsstufen aus der kann. Die in der zweiten Verdampfungsstufe entHarnstoff lösung erhaltenen Ammoniak-Kohlendioxyd- 30 wickelten Dämpfe, bei welcher die Wärme der ersten Wasser-Dämpfe werden gewöhnlich in Boden- oder Absorptionsstufe wiedergewonnen wird, werden eben-Füllkörpersäulen absorbiert; die beträchtlichen bei der falls in einer Vorrichtung ähnlich der der ersten Stufe Absorption entwickelten Wärmemengen werden in absorbiert, was gegenüber der Verwendung einer Wärmeaustauschern durch Kühlwasser der Ammoni- Absorptionskolonne mit einem Kühler eine wesentliche umcarbamatlösung entzogen. 35 Verbesserung darstellt, nämlich geringere Installations-The can from the two distillation stages. The enturea in the second evaporation stage solution obtained ammonia-carbon dioxide- 30 wrapped vapors at which the warmth of the first Water vapors are usually recovered in the floor or absorption stage, become flat-packed columns absorbed; the considerable in the case of a device similar to that of the first stage Amounts of heat developed by absorption are absorbed in what is compared to the use of a Heat exchangers by cooling water of the ammonia absorption column with a cooler are essential Umcarbamatlösung withdrawn. 35 represents an improvement, namely lower installation

Bei einigen Verfahren kann eine teilweise Wieder- kosten und größere Einfachheit der Konstruktion,
gewinnung der bei der Absorption der Ammoniak- Die Erfindung wird nun beispielsweise unter Bezug-Kohlendioxid-Wasser-Dämpfe entwickelten Wärme nähme auf das Strömungsdiagramm der Zeichnung erzielt werden, der größte Teil wird jedoch immer in beschrieben.
In some processes, a partial reduc- tion and greater simplicity of construction,
recovery of the heat generated during the absorption of the ammonia The invention will now be achieved, for example, with reference to carbon dioxide-water vapors taking the flow diagram of the drawing, but the greater part is always described in FIG.

den Absorptionskolonnen zugeordneten Wasserkühlern 40 Die die Reaktionsvorrichtung verlassende Harnabgeführt. Stofflösung A wird über das Expansionsventil 1 aufthe water coolers 40 assigned to the absorption columns. The urine leaving the reaction device is discharged. Substance solution A is raised via the expansion valve 1

Dieser Teil der Anlage (Wiedergewinnung von den Arbeitsdruck der ersten Ammoniumcarbamat-This part of the plant (recovery of the working pressure of the first ammonium carbamate

Ammoniumcarbamat im allgemeinen) ist daher in destillationsstufe (15 bis 45 kg/cm2) entspannt. DieAmmonium carbamate in general) is therefore relaxed in the distillation stage (15 to 45 kg / cm 2 ). the

Aufbau und Betrieb sehr kostspielig und im Betrieb notwendige Wärme wird mit Hilfe von Dampf aus der (Construction and operation are very costly and the heat required for operation is obtained with the help of steam from the (

schwierig; außerdem ist es sehr schwierig, die bei der 45 Destillationskolonne 2 zugeführt.difficult; in addition, it is very difficult to feed that at the 45 distillation column 2.

Absorption der Ammoniak-Kohlendioxid-Wasser- In dieser ersten Stufe werden 60 bis 80% des in derAbsorption of ammonia-carbon dioxide-water- In this first stage 60 to 80% of the in the

Dämpfe entwickelte beträchtliche Wärmemenge wieder- Harnstoff lösung enthaltenen AmmoniumcarbamatsVapors generated considerable amount of heat again- ammonium carbamate contained in urea solution

zugewinnen. und der größte Teil des freien Ammoniaks abdestilliert. *to win. and most of the free ammonia is distilled off. *

Es wurde nun gefunden, daß man zur Herstellung Die so erhaltenen Ammoniak-Kohlendioxid-Wasservon Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid mit 50 Dämpfe werden im Absitzgerät 3 von der das restliche zwei Destillationsstufen unter Absorption der nicht Ammoniumcarbamat enthaltenden Harnstofflösung umgesetzten Reaktionspartner und Rückführung von abgetrennt, die dann unter etwa Atmosphärendruck nicht umgesetztem Ammoniumcarbamat dadurch mit in der zweiten Destillationsstufe destilliert wird. Die Vorteil arbeitet, daß man diese Absorption an Dünn- notwendige Wärme wird in einem Dünnschichtschicht-Rieselabsorbern durchführt. 55 Rieselabsorber 4 wiedergewonnen, in welchem die ausIt has now been found that the ammonia-carbon dioxide-water thus obtained from Urea from ammonia and carbon dioxide with 50 vapors are in the settling device 3 of the remaining two distillation stages with absorption of the urea solution not containing ammonium carbamate converted reactants and recycling of separated, which then under about atmospheric pressure unreacted ammonium carbamate is thereby also distilled in the second distillation stage. the The advantage is that this absorption of thin heat is necessary in a thin-layer trickle absorber performs. 55 trickle absorber 4 recovered, in which the from

Die Austauschfläche, die zur Abfuhr der Wärme dem Absitzgerät 3 kommenden Ammoniak-Kohlenbenötigt wird, wird auch für die Absorption benutzt, dioxid-Wasser-Dämpfe absorbiert werden,
da darauf ein Film der absorbierenden Flüssigkeit Wenn die aus dem Reaktionsgefäß kommende gebildet wird. Die aus Absorptionskolonnen und Harnstofflösung einen großen Ammoniaküberschuß entsprechenden Kühlern bestehenden komplizierten 60 enthält, und das Molverhältnis NH3: CO2 in den aus Bauteile werden so durch einfache Wärmeaustauscher, dem Absitzgefäß 3 kommenden Dämpfen über 6 liegt, nämlich Dünnschicht-Rieselabsorbern (wie sie im wird der Ammoniaküberschuß nicht im Dünnschicht-Prinzip z. B. bei der Temperaturkontrolle schwacher Rieselabsorber 4 absorbiert, sondern im Kühler 7 Salzsäure verwendet worden sind (vgl. Chemisches durch Kühlen mit Kühlwasser kondensiert. Das so Zentralblatt, 1951, II., S. 121, W. M. G a y 1 ο r d), 65 erhaltene kohlendioxidfreie flüssige Ammoniak Z ersetzt. Im besonderen war die Feststellung über- kann nach Rektifizierung in Kolonne 6 in das Reakraschend, daß die obenerwähnten Stoffübergangs- tionsgefäß rückgeführt werden,
zahlen genügend hoch sind, so daß Dünnschicht- In der Zeichnung sind die schließlich erhaltene
The exchange surface, which is required to dissipate the heat from the ammonia-carbon coming from the settling device 3, is also used for the absorption, dioxide-water vapors are absorbed,
thereon a film of the absorbent liquid when the liquid coming out of the reaction vessel is formed. The complex 60, consisting of absorption columns and urea solution, contains a large excess of ammonia, corresponding to coolers, and the molar ratio of NH 3 : CO 2 in the vapors coming from the components is thus above 6 by simple heat exchangers, the settling vessel 3, namely thin-layer trickle absorbers (as they are in If the ammonia excess is not absorbed in the thin-layer principle, e.g. when controlling the temperature of weak trickle absorbers 4, but hydrochloric acid has been used in the cooler 7 (cf. Chemicals condensed by cooling with cooling water. Das so Zentralblatt, 1951, II., p. 121 , WM G ay 1 ο rd), 65 replaced carbon dioxide-free liquid ammonia Z. In particular, it was surprisingly after rectification in column 6 in the reactor that the abovementioned mass transfer vessels are recycled,
numbers are high enough so that thin-film In the drawing are those finally obtained

Harnstofflösung und die rückzuführende Ammoniumcarbamatlösung bei X bzw. Y angegeben.Urea solution and the ammonium carbamate solution to be recycled are indicated at X and Y, respectively.

Im Dünnschicht-Rieselabsorber 4 werden die Dämpfe von der über die Pumpe 5 rückgeführten Ammoniumcarbamatlösung absorbiert, die an die Außenfläche des Austauschers gebracht wird. Die entwickelte Wärme wird durch die Harnstofflösung abgeführt, aus welcher die restliche Ammoniumcarbamatmenge abdestilliert wird.In the thin-layer trickle absorber 4, the vapors from the ammonium carbamate solution returned via the pump 5 absorbed, which is brought to the outer surface of the exchanger. The developed Heat is dissipated by the urea solution, from which the remaining amount of ammonium carbamate is distilled off will.

Die im Dünnschicht-Rieselabsorber 4 entwickelte Wärme wird vollständig wiedergewonnen. Die im Absitzgefäß 8 aus der Harnstoff lösung abgetrennten Ammoniak- Kohlendioxid - Wasser - Dämpfe werden unter ungefähr Atmosphärendruck in einem Dünnschicht-Rieselabsorber 9 absorbiert, der von der gleichen Art wie der Dünnschicht-Rieselabsorber 4 ist.The heat developed in the thin-film trickle absorber 4 is completely recovered. The in Settling vessel 8 ammonia - carbon dioxide - water - vapors separated from the urea solution absorbed under approximately atmospheric pressure in a thin-film trickle absorber 9, which is of the the same type as the thin-film trickle absorber 4 is.

IO Die im Dünnschicht-Rieselabsorber 9 entwickelte Wärme wird mit Hilfe von Kühlwasser abgeführt. IO The heat developed in the thin-film trickle absorber 9 is dissipated with the aid of cooling water.

Die von den Dünnschicht-Rieselabsorbern 4 und kommende wäßrige Ammoniumcarbamatlösung kann in das Reaktionsgefäß zurückgeführt werden. Die Dünnschicht-Rieselabsorber 4 und 9 wirken als Ersatz für die komplizierten und kostspieligen Absorptionskolonnen, die bei den üblichen Verfahren verwendet werden.The aqueous ammonium carbamate solution coming from the thin-layer trickle absorbers 4 and 4 can be returned to the reaction vessel. The thin-film trickle absorbers 4 and 9 act as a substitute for the complicated and expensive absorption columns used in the usual procedures will.

Das oben beschriebene Schema kann auch bei Verfahren angewendet werden, bei denen eine teilweise Rückführung von nicht umgesetztem Ammoniumcarbamat in das Reaktionsgefäß durchgeführt wird.The scheme described above can also be applied to procedures in which a partial Recirculation of unreacted ammonium carbamate is carried out in the reaction vessel.

In diesem Fall fehlt eine zweite Absorptionsstufe für die Ammoniak-Kohlendioxid-Wasser-Dämpfe, die einem anderen Verwendungszweck zugeführt werden.In this case there is no second absorption stage for the ammonia-carbon dioxide-water vapors that are sent to another use.

BeispieleExamples

Harnstofflösung A aus dem Reaktionsgefäß kommend kg/hUrea solution A coming out of the reaction vessel kg / h

Beispiel 1example 1 Beispiel 2Example 2

kg/hkg / h

Harnstoff urea

Ammoniumcarbamat Ammonium carbamate

NH3 NH 3

H2O H 2 O

Druck pressure

Temperatur temperature

Der Destillationsvorrichtung 2 zugeführter Dampf (1. Stufe)Steam supplied to the distillation device 2 (1st stage)

Destillationsvorrichtung 2
(1. Stufe)
Distillation device 2
(1st stage)

Druck pressure

Temperatur temperature

Absitzgefäß 3Settling vessel 3

Druck pressure

Temperatur temperature

Destillationsvorrichtung 4
(2. Stufe)
Distillation device 4
(2nd stage)

Druck pressure

Temperatur temperature

Dünnschicht-Rieselabsorber 4
Wasserzufuhr
Thin-film trickle absorber 4
Water supply

Absitzgefäß 8Settling vessel 8

Druck pressure

Temperatur temperature

Abgas aus dem Absitzgefäß 8Exhaust gas from the sedimentation vessel 8

NH3 NH 3

CO2 CO 2

H2O H 2 O

Harnstofflösung X erhaltenUrea solution X obtained

Harnstoff % Urea%

H2O H 2 O

Wiedergewonnenes Ammoniak Z Recovered ammonia Z

Ammoniumcarbamatlösung Y Ammonium carbamate solution Y

Ammoniumcarbamat Ammonium carbamate

NH3 NH 3

H5O H 5 O

337
236
281
146
337
236
281
146

33,7
23,6
28,1
14,6
33.7
23.6
28.1
14.6

265 280 235 220265 280 235 220

26,5 28,0 23,5 22,026.5 28.0 23.5 22.0

100100

10001000

100100

kg/cm2 (eff.)
190° C
kg/h
kg / cm 2 (eff.)
190 ° C
kg / h

kg/cm8 (eff.)
15O0C
kg / cm 8 (eff.)
150 0 C

kg/cma (eff.)
1500C
kg / cm a (eff.)
150 0 C

0,3 kg/cm2 (eff.)
1200C
0.3 kg / cm 2 (eff.)
120 0 C

0,3 kg/cm2 (eff.)
120° C
0.3 kg / cm 2 (eff.)
120 ° C

kg/cm2 (eff.) 190° C kg/hkg / cm 2 (eff.) 190 ° C kg / h

kg/cm2 (eff.) 145° Ckg / cm 2 (eff.) 145 ° C

kg/cm2 (eff.) 145° Ckg / cm 2 (eff.) 145 ° C

0,3 kg/cm2 (eff.) 12O0C0.3 kg / cm 2 (eff.) 12O 0 C

kg/hkg / h

0,3 kg/cm2 (eff.) 1200C0.3 kg / cm 2 (eff.) 120 ° C

265
80
265
80

345
125
345
125

280
110
140
280
110
140

kg/hkg / h

137 82 20137 82 20

77
23
77
23

239239

337 123337 123

100100

52,8
20,8
26,4
52.8
20.8
26.4

100,0100.0

460 143460 143

90 65 50 90 65 50

205205

57,457.4

34,234.2

8,48.4

100,0100.0

73,4 26,673.4 26.6

100,0100.0

43,8 31,8 24,4 43.8 31.8 24.4

100,0100.0

In der vorstehenden Tabelle sind beispielsweise einige Zahlen angegeben, aus denen ersichtlich ist, wie eine ammoniumcarbamatfreie Harnstofflösung erhalten werden kann, wenn lediglich in der Destillationsvorrichtung 2 Dampf eingesetzt wird. In den Beispielen 1 und 2 wird nur 45 bis 50 % der Dampfmenge Verbraucht, die normalerweise im entsprechenden Teil anderer Verfahren verwendet wird.For example, in the table above there are some numbers that show how a Ammonium carbamate-free urea solution can be obtained if only steam is used in the distillation device 2. In the examples 1 and 2, only 45 to 50% of the amount of steam is consumed that is normally used in the corresponding Part of other procedures is used.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid mit zwei Destillationsstufen unter Absorption der nicht umgesetzten Reaktionspartner und Rückführung von nicht umgesetztem Ammoniumcarbamat, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Absorption an Dünnschicht-Rieselabsorbern durchführt.Process for the production of urea from ammonia and carbon dioxide with two distillation stages with absorption of the unreacted reactants and recycling of unreacted Ammonium carbamate, characterized in that this absorption on Performs thin-layer trickle absorbers. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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