DE1493268A1 - Verfahren zur Behandlung von Abstroemen der Harnstoffsynthese - Google Patents

Description

TOYO KOATSU INDUSTRIES« INCORPORATED, Tokyo, Japan Verfahren zur Behandlung von Abströmen der Harnstoff-

synthese

Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Harnstoffsynthese-Abströmen, die durch Umsetzung von Kohlendioxyd und Ammoniak bei erhöhten Temperaturen und Druoken erhalten werden« und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Behandlung der gasförmigen Mischung aus nlchtumgesetztem Kohlendioxyd und Ammoniak« die von dem Harnstoffsynthese-Abstrom durch Destillation unter niederem Druck erhalten wurden.

Das herkömmliche Verfahren sur Abtrennung von nlohtumgesetztem Kohlendioxyd und Ammoniak aus dem Harnatoffsyntheee-Abstroa eines Harnatoffsytheseverfahrens, welch·· auf der

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Lösungsreoyclisierung beruht, besteht in einem Zweistufen-Destillationsverfahren, und zwar einrtal unt.er hohem Druok und einaal unter niederen Druck. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Hoohdruokdestillation bei einen uruck von 10 - yo kg/cm und die Niederdruckdestillation hei einem

Druok von 0-5 kg/cm durchgeführt. Die gasförmigen Mischungen aus nlchtutngesetztem Kohlendloxyd und Ammoniak, die bei der Hoch« und Niederdruckdestillation von dem Harnstoffsynthese-Abstrom getrennt wurden, werden mittels eines geeigneten Absorptionsmittels, wie beispielsweise Wasser oder einer wässrigen Lösung von Harnstoff, unter den entsprechenden Destillationsdrucken absorbiert und der Harnstoff synthese erneut zugeleitet.

Da jedoch bei der herkömmlichen Abtrennung der Druck bei der Niederdruckabsorption der gasförmigen Mischung aus nicht· umgesetztem Kohlendioxyd und Ammoniak, die bei der Niederdruckdestillation abgetrennt wurde, im wesentlichen gleich dem Druok der Niederdruckdestillation ist, ist die Konzentration an Kohlendioxyd und Ammoniak in dem erhaltenen Absorbat gering. Wird ein derartiges Absorbat der Harr ;"offsynthese zugeführt, dann sinkt die Umsetzungsgeschwindigkeit der Harnstoff synthese. Daher strebt man für eine Harnstoffsynthese, bei der eine läsung recyclisiert wird, zur Steigerung der tmisetzungsgeschwindigkelt eine Erhöhung der Konzentration an Kohlendioxyd und Ammoniak in dem Absorbat an/ dies kann dadurch verwirklicht werden, daß die gasförmi-

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ge Mischung aus der Niederdruckdestillation vor der Absorption komprimiert wird. Zur Komprimierung der gasförmigen Mischung aus der Niederdruckdestillation wird die gasförmige Mischung in bekannter Weise unter Verwendung eines Oaskompressors komprimiert/ es ist ferner bekannt, ein Verfahren zu verwenden, bei dem der Druck einer wässrigen Lösung aus Ammoniumcarbonat, die eine derartige Konzentration besitzt, daß sie im Oleichgewicht mit der gasförmigen Mischung steht, mittels einer Pumpe erhöht wird, worauf die Lösung einer Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) (jet exhauster) zugeführt wird, wobei dieser Saugatrahlpumpe ebenfalls die gasförmige Mischung zugeleitet wird, so daß diese von der Flüssigkeit angesaugt wird. Wird jedoch ein Kompressor verwendet, dann gestaltet sich die VerfahrensdurchfUhrung schwierig und kompliziert/ außerdem fallen größere Wartungsprobleme sowie ein erhöhter Bedarf an elektrischer Energie ereohwerdend ins Gewicht. Wird eine Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) verwendet, dann ist die Energie, die zum Umlaufenlassen einer großen Menge der wässrigen Lösung, die einen erhöhten Druck besitzt, so groß, daß einem derartigen Verfahren bei einer bestimmten Druokhöhe praktische Grenzen gesetzt sind.

Bin Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Komprimierung der gas» förmigen Mischung aus nichtumgesetzten) Kohlendioxyd und

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Ammoniak» die bei der Niederdruckdestillation von einem Harnstoffsynthese-Abstrom abgetrennt wurde.

Erfindungsgeroäß wird der Harnstoffsynthese-Abetroni, der bei der Umsetzung von Kohlendioxyd mit Ammoniak bei erhöhter Temperatur und Druck (beispielsweise 150 - 220°C, 150 - 400 atu) in einer Harnstoffsynthesezone anfällt» einer Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) zugeführt, durch welche der Druok des Abströme8 auf den Druck vermindert wird, der für die Hochdruckdestillation geeignet ist. Nach dieser Druckverminderung wird der Abetrom einer Hochdruckdestillation zur Abtrennung einer gasförmigen Mischung aus dem grüßten Teil des in dem Abstrom vorhandenen nichtumgesetzton Kohlendloxyds und Ammoniaks unterzogen. Der Harnstoffsynthese-Abstrom, der bei der Hochdruckdestillation abgetrennt wird,und dessen Druck anschließend weiter vermindert wird, wird dann zur Abtrennung elneir gasförmigen Mischung aus dem restlichen Teil des nichtumgesetzten Kohlendioxyds und Ammoniaks einer Niederdruckdestillation unterworfen. Die gasförmige Mischung, die bei der Niederdruckdestillation abgetrennt wird, wird dann der ansaugenden Wirkung der Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) unterzogen, wobei der Druck dieser gasförmigen Mischung auf den Druck der Hochdruckdestillation erhöht wird.

Brflndungagemäß wird die Abtrennung von nichtumgesetztem Kohlendioxid und Ammoniak aus dem Harnstoffsynthese-Abstrom

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In zwei Destillationestufen durchgeführt* und zwar bei hohem und niedrigen Druck; dabei wird jedoch eine einfache gasförmige Mischung erhalten» deren Druck dem Druck der fioohdruokdestillation gleicht. Dies bedeutet, daß In praktischer Weise das ganze nlchtumgesetste Kohlendioxyd und Ammoniak aus dem Harnstoffsynthese-Abstrora bei der Hoohdruokdestillatlon abgetrennt wird. Die derart erhaltene gasförmige Mischung wird dann unter dem Druck der Hoch« druckdestillation in einem geeigneten Absorptionsmittel, wie beispielsweise Wasser, einer wässrigen Lösung von Ammoniak oder einer wässrigen Lösung von Harnstoff, in einer AbBorptionaeäule absorbiert und erneut dem Reaktor zugeführt.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezug» nähme auf die beigefügte Zeichnung, die das erfindungsgeraäfle Verfahren in schema ti scher Darstellung zeigt, näher erläutert. In einen Harnstoffsynthese-Autoklaven 4 werden durch die Leitung 1 Kohlendioxyd· durch die Leitung 2 Ammoniak und durch die Leitung 3 ein Absorbat eingeleitet, wobei letzteres durch Absorption einer gasförmigen Mischung aus nichtumgesetztem Kohlendioxyd und Ammoniak, die aus einem Harnstoffsynthese-Abstrom abgetrennt wurde, eingeleitet. Der Harnstoff wird aus diesen Bestandteilen bei einer Temperatur von ungefähr 170 - 195°C unter einem Druck von

ungefähr l80 - J)OO kg/cm synthetisiert. Der erhaltene Harnstoffsynthese-Abstrom wird durch ein Druckausgleichsventil 5 auf einen gewünschten Druck eingestellt und an-

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schließend über eine Leitung 6 einer Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) 7 zugeführt. Der Druck des in die Saugstrahlpump« eintretenden Abströme liegt um ungefähr 50 - 280 kg/cm unter den Druck, der in dem Autoklaven 4 herrscht j der Druck dee Ab8trom3 nach Austritt aus der Saugstrahlpumpe gleicht ungefähr Jenem Druck, der in der Hoohdruokkolonne 9 vorliegt. Der Harnstoffsynthese-Abstrom, dessen Druck einreguliert wurde» wird durch die Düse der Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) 7 in Form eines DUsenstromes herausgeblasen, und zwar unter vermindertem Druck, wobei eine gasförmige Mischung aus niohtumgesetztem Kohlendioxyd und Ammoniak, die der Saugstrahlpumpe durch eine Leitung 19 zugeführt wird, angesaugt wirdj anschließend wird der Abstrom durch die Leitung 8 einer Hochdruckdestillationskolonne 9 zugefUhrt. Der Druck der gasförmigen Mischung, die der Saugstrahlpumpe 7 durch die Leitung 19 zugefUhrt wird, ist ungefähr so groß **iö bar Druck, der in der Niederdruckkolonne 15 vorherrscht; der Druck der gasförmigen Mischung, welohe die SaugstrahX-pumpe 7 verläßt, gleicht ungefähr dem Druck, der in der Hoohdruckkolonne 9 vorliegt. Die Hochdruckdestillations» kolonne 1st Im Inneren mit einer gepackten Zone 10 und einer Erhitzungseinrichtung 11 versehen. Die gepackte Zone 10 kann weggelassen werden, sie kann aber auch in Form mehrerer Schichten vorgesehen sein. Die Hochdruokdestillationskolonne wird bei einer Blaeentemperatur von ungefähr lj5O-i6O°C unter einem Druck von ungefähr 10-30 kg/cm betrieben; dabei werden ■ehr als ungefähr 70Ji des nichtsumgesetzten Kohlendioxyds

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und Ammoniaks, dl· In dem Harnstoffsynthese-Abstrom enthal-

ten sind« abgetrennt.

Der Druok dea HarastoffsyntheBe-Abstrome, der den größten Viii des in der Hoohdruokdestillationskolonne abgetrennten nlohtumgeset&tien Kohlendloxyde und Atmnonlake enthält, wird duroh ein Ventil 13 vermindert/ der Abetrom wird dann duroh eine Leitung 14 in eine Niederdruekdestlllatlons« koloone 15 eingeftthrt. Die Nlederdruokdestlllationskolonns beeltst den gleichen Aufbau wie die Hoohdruokdestlllationskolonne 9· sie 1st mit einer gepackten Zone 16 und einer ■rhltsungselnrlchtung 17 versehen. Auch in diesem Falle kann die gepaakte Zone 16 weggelassen werden oder duroh •in· Reih· von flohlehten ersetst werden. Die Niederdruokd«stlllatlon«kolonne 15 wird bei einer Blasenteaperatur von ungeflhr 100 · 14O*C unter eine« Druok von ungefUhr 0*5 Kg/on betrieben! dabei wird das in de» Harnatoffeynthese-Abstrom enthaltene niohtiuetsetste Kohlendloxyd und Annoniak als eaefOralg· Mlsohung abgetrennt· Dl··· gasförmige Mischung wird duroh eine Leitung 19 abgesogen und von der Saugatrahlptsv· (Sauggebllse) 7 angesaugt» in der Sie auf den hohen Druok der Hoohdruelcdestlllatlon komprimiert wird« snsehll··· send wird die Nisohuog zusammen alt dem in der Hoondruokdestillationskolonne 9 abgetrennten nlohtumgesetsten Kohlendiooqrd und AmmonHk duroh «ine Leitung 12 abgesogen. Die gasförmige Misohung aus der Leitung 12 wird in einem Absorptionsmittel» wie beispielsweise Wasser, einer wässrigen

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Ammoniaklösung» oder einer wässrigen Harnstofflöeung, bei ungefähr dem gleichen Druck absorbiert» wie er in der Hoohdruokdestillationekolonne 9 vorherrscht. Die wässrige Harnstofflösungj die, sofern überhaupt« nur wenig nichtumgesetjstes Kohlendioxyd und Ammoniak enthält, wird durch eine Leitung 18 abgeführt und nach bekannten Verfahren zur Wiedergewinnung von Harnstoff weiterverarbeitet.

Durch Verwendung der bei der Druckverminderung des Harn-

erflndungsgemäß stoffeynthese-Abstromes, der aus dem Autoklaven)ÄDgezogeh wird, freigesetzten Energie wird die gasförmige Mischung aus nlohtumgesetztem Kohlendloxyd und Ammoniak, die bei der Niederdruckdestillationsstufe abgetrennt wurde, auf den Druck der Hochdruckdestillation komprimiert und zusammen mit der gasförmigen Mischung aus nichtumgesetztem Kohlendioxyd und Ammoniak, die bei der Hochdruckdestillation abgetrennt wurde, abgeführt. Daher 1st die für die Absorption der gasförmigen Mischung aus nichtumgesetztem Kohlendloxyd und Ammoniak verwendete Absorptionsmittelmenge gering* außerdem wird ein konzentrierteres Absoxbat erhalten. In Hinblick auf die verwendete Anlage ist festzustellen, dafi keine Niederdruckabsorptionskolonne erfindungsgemäß notwendig ist, so wie dies bei dem herkömmlichen Lösungsreoyolleierungsverfahren der Fall ist, bei dem ein Harnstoffeynthese-Abstrom unter hohem und niedrigem Druck de« StilHert wird und die erhaltenen gasförmigen Mischungen aus nlohtumgesetztem Kohlendloxyd und Ammoniak in einem

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Absorptionsmittel bei den Drucken absorbiert wurden, die den Drucken der Hochdruck- bsi«. Miederdruckdestillation entsprechen. Aufgrund der vorstehend geschilderten Tatsachen weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bisherigen Verfahren erhebliche Vorteile auf« und zwar vor allen int Hinblick auf die niederen Anlage- und Verfahrenskosten.

Beispiel

Bin Harnstoffsynthese-Abstrom, der aus 240 kg/Stunde Harnstoff, 310 kg/Stunde NH₅, 112 kg/Stunde CO₂ und löQ Kg/Stunde Wasser bestand» eine Temperatur von 190⁰C aufwies und unter

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einem Druck von 230 kg/cm stand« wurde aus einem Harnstoffsynthese-Autoklaven einer Harnstoffsynthese-Anlage abgeführt und einer Saugstrahlpumpe (Sauggebläse) zugeleitet. Dieser Abstrom wurde durch die DUse der Saugetrahlpumpe (Sauggebläse) zur Verminderung seines Druckes hindurchge« führt· aieiohzeitig wurde eine gasförmige Mischung« die in der Niederdrucksdestillationskolonne abgetrennt wurde und aus 28 kg/Stunde ME.« 11 kg/Stunde CO₂ und 30 kg/Stunde H₂O bestand, der Saugstrahlpumpe zugeführt und durch die saugende Wirkung der Saugstrahlpumpe angesaugt. Der Harnstoffaynthese-Abstrom und die mit ihm in der Saugstrahlpumpe venalsohte gasförmige Nisohung wurden dem oberen Ende einer Hoohdruokdestlllatlonskolonne zugeführt. Die Lösung, dl· durch eine gepackte Schicht herabfloß, wurde mittels •Ines Dampferhltsers in der Kblonnenblase auf eine Tempe-

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ratur von 155°C erhitzt. Der Druok wurde bei 17 kg/cm ge halten. Sine gasförmige Mischung aus 3)10 kg/Stunde NH-, 112 kg/Stunde CO₂ und 30 kg/Stunde H₂O wurde am Kopf der Hoohdruokkolonne abgezogen.

Bin« Lösung aus 237 kg/Stunde Harnstoff» 30 kg/Stunde y 11 kg/Stunde CO₂ und 159 kg/Stunde HgO wurde vom Boden der Hochdruckdestillationskolonne bei vermindertem Druck abgezogen und der Niederdruckdestillationskolonne zugeführt. Der Druok in der Niederdruckdestillationskolonne betrug 1*5 kg/o«, die Blasentemperatur lag bei 135⁰C. Hier wurde eine gasförmige Mischung aus 28 kg/Stunde NE,, 11 kg/Stunde CO₂ und 30 kg/Stunde H₂O abgetrennt und der Saugstrahlpumpe zugeführt, von der sie, wie vorstehend beschrieben, angesaugt wurde. Eine wässrige Harnstofflösung aus 234 kg/ Stunde Harnstoff, 3 kg/Stunde NH,, 4 kg/Stunde CO₂ und 128 kg/Stunde H₂O wurde aus der Blase der Niederdruckdestillationekolonne abgezogen, worauf aus dieser Lösung der Harnstoff wiedergewonnen wurde.

Die verwendeten Saugstrahlpumpen (Sauggebläse) sind bekannt, M kann jede geeignete Art verwendet werden. Derartige Saugstrahlpumpen sind beispielsweise in "Chemical Engineers' Handbook» 3rd Edition, John H. Perry, Editor, published by MoOraw-Hlll Book Company, Inc., New York, 1950, Seite 1453 beschrieben; in dieser Literaturstelle wird eine Dampfßaug-Strahlpumpe erläutert, die, ohne das gezeigte

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Venturl-Rohr natürlich auoh dann verwendet werden kann» wenn an die Stelle des Dampfes der Abstrom tritt. Ee kann jedooh auch jede weitere geeignete Saugetrahlpumpe verwendet werden.

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Claims (1)

1. Pat entanapruoh

   3Miatuf«na«ttlllatiansverfahra& tor Abtrennung von nleht- !■HiMtet— Kohlendloxyd und A—nniiir au· aiNft Harnatoff-•pnthaa«~Abatro«, dar dlaaa batdan torbtaduottn aowia mrrmtott enthält, wob«i diaaar Abatrai alnar eoohdruekdaatlUatloosson« und anachlUfand «lnar MlaOardruokd·- atlllfttiOMBon· Bueaftihrt wird und gMfBaal«· »achiui—η, dia nlohtu*eee«tit·· Koiblaedioxrd und hmnnnimk anth«ltan» ana dar Boohdruok- te»· Ni*d«rdru6lcd««tlll«tioaason· aatfarnt wardan» dadurah g«tcanoi*lohnat_# dal dar Abatro· «or V«ndndarung aaiiiaa Oruoic·· vor dar SufUhrung su dar j BooMniokd>«tllUtlanaion» duroh alna 8au«atraiaputtp· etlaltat wird und in dar iaugatrahlpuapa aina maehune aua dar WLadar^ruakdaatiltationaiona *ur Brntttmng daa DruoJcte dar faafsnamn Miiohun« und aar Baaotiiitining daraaltoin ait dta Abetroe in aina Hoobdniatodaatlllatloneaona tor Entfarnung dar eiiafttxwietn Niaohun« ana dar tktohdruokdaatlllatlooBSOo· ant«aaugt wird·

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