DE1768600C3

DE1768600C3 - Verfahren zur Rückführung nicht umgesetzter Ausgangsprodukte bei der Harnstoffsynthese

Info

Publication number: DE1768600C3
Application number: DE1768600A
Authority: DE
Inventors: Andrea Dr.-Ing. S. Donato Milanese Bonetti
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1967-12-14
Filing date: 1968-06-01
Publication date: 1984-02-02
Also published as: IE32163L; LU56302A1; GB1181039A; DK122074B; DE1768600A1; FR1572656A; CS177010B2; AT284860B; CH490344A; ES359052A1; NL144927B; YU113068A; IE32163B1; DE1768600B2; NL6806787A; YU34282B; NL144927C; BE717020A; NO127498B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückführung nicht umgesetzter Ausgangsprodukte bei der Harnstoffsynthese vom Kopf des Zersetzers zur Synthesezone, wobei in die Synthesevorrichtung frisches Ammoniak, eine Ammoniumcarbamatlösung, Kohlendioxid und die Rückführprodukte in einer gasförmigen und Wasser enthaltenden Phase eingeleitet werden, der Synthesezone Harnstoff, nicht in Harnstoff umgesetztes Ammoniumcarbamat, ein Überschuß an Ammoniak und Wasser in flüssiger Phase entnommen und durch ein Expansionsventil einem Carbamatzersetzer zugeleitet werden, in den gasförmiges Ammoniak im Gegenstrom zur eintretenden, aus der Synthesevorrichtung kommenden Lösung eingeführt wird, wobei einerseits eine Lösung aus Harnstoff und Wasser mit einem kleinen Restgehalt an Ammoniak und Kohlendioxid abgetrennt und andererseits die Carbamatzersetzungsprodukte sowie Wasser in gasförmiger Phase zur bei Drücken zwischen 130 bis 220 kg/cm² und Temperaturen zwischen 160 und 210⁰C arbeitenden Synthesezone rückgeführt werden.

Es wäre von Vorteil, die Zersetzung des Ammoniumcarbamats im wesentlichen bei Synthesedruck durchzuführen. Bei solchen isobaren Verfahren können dadurch erhebliche Einsparungen bei der Rückführung der Carbamatabstreifprodukte zum Harnstoffsynthesereaktor möglich werden.

Jedoch sind die Kosten einer solchen Rückführung besonders hoch und hängen unter anderem vom Druckanstieg, dem die Abstreifgase ausgesetzt werden müssen, um sie auf Synthesebedingungen zu bringen, ab.

Bisher erfolgte die Rückführung der Abstreifgase durch Kondensation der Gase und Kreislaufrückführung mit Hilfe einer Pumpe oder durch Kompression

mit Hilfe eines Kompressors.

Bekannt ist auch (DE-PS 10 81 447) Ammoniumcarbamat bei abnehmenden Drücken abzustreifen. Auch ist es bereits bekannt, einen Ejektor zur Erzeugung eines Unterdrucks in einem Carbamatabstreifsystem zu verwenden.

Überraschend wird nun die nachgesuchte Vereinfachung und Verbesserung der Synthesereaktion dadurch erfindungsgemäß erreicht, daß man die einen Wassergehalt von 1 bis 3% aufweisenden Carbamatzersetzungsprodukte von einem Druck zwischen 110 und 160 kg/ cm² und einer Temperatur zwischen 160 und 21O⁰C mit Hilfe eines mit frischem flüssigen Ammoniak betriebenen Ejektors bekannter Bauart in die Synthesezone einführt

Nach der US-Patentschrift 30 53 891 wird zwar auch ein Ejektor benutzt, um einen Unterdruck in einem Ammoniumcarbamatabstreifsystem zu schaffen, welches bei abnehmenden Drücken arbeitet und die Druckenergie des im Überschuß vorhandenen aus einem Separator erhaltenen Ammoniaks durch einen Ejektor auszunutzen. Hieraus läßt sich aber keine Lösung des technischen Problems der Kreislaufrückführung der Carbamatabstreifgase in einem isobaren System herleiten.

Nach der US-Patentschrift 30 53 891 wird die Druckenergie der Reaktionsteilnehmer in keiner Weise zur Rückführung der Spaltungs- oder Abstreifgase ausgenutzt Wie bei dem beanspruchten Verfahren wird dort allerdings ein ähnliches Gemisch aus CO2 und NH3 angesaugt Allerdings werden die Gase dort komprimiert, um sie zum Synthesereaktor rückführen zu können, wogegen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Gase bereits komprimiert sind und ohne jede weitere Behandlung im Kreislauf rückgeführt werden können.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden nicht nur Pumpe oder Kompressor der bekannten Vorrichtung durch einen Ejektor ersetzt, es ergibt sich auch eine beachtliche Vereinfachung und Kostenersparung, weil die Druckenergie der frischen, der Synthesezone zugeleiteten Komponenten durch den Ejektor ausgenutzt wird.

Einen der zur Synthesezone geführten Reaktionsteilnehmer als Antriebsmittel zu benutzen, macht es erst möglich, den Ejektor immer unter den günstigsten Arbeitsbedingungen arbeiten zu lassen, da dieses Antriebsmittel in großer Menge vorhanden ist und der Einfluß der Arbeitszustände in einer vorherigen Stufe ausgeschaltet wird.
Da die bei hohem Druck im Kreislauf rückgeführten Carbamatabstreifgase in gasförmiger Form vorliegen, wenn sie in die Reaktionsvorrichtung eintreten, wird eine große Wärmemenge auf hohem thermischem Niveau erzeugt, welches in brauchbarer Weise zur Erzeugung von Verfahrensdampf ausgenutzt werden kann. In dem Fall dagegen, wo die Gase bei niedrigem Druck zur Kondensation gebracht wurden, reichte die während der Kondensation erzeugte Wärme nicht aus, um Dampf unter Druck zu erzeugen.

Es kann ein Verfahren durchgeführt werden, bei dem die Zersetzung des im Abfluß aus der Synthesezone vorhandenen Carbamats in einer einzigen Stufe bei hohem Druck, zwischen 110 und 160 kg/cm², und bei hohen Temperaturen, z. B. zwischen 160 und 210° C, durchgeführt wird und bei dem die Rückführung im Kreislauf der Zersetzungsprodukte erreicht wird, indem der Druck des Ammoniaks, das der Vorrichtung zugeführt wurde, ausgenutzt wird.

In der Reaktionsvorrichtung brauchen keine wasser-

absorbierenden Lösungen vorhanden sein, nachdem die Vermischung mit dem einströmenden, zur Reaktionsvorrichtung geführten Ammoniak oder Kohlendioxid erfolgt ist Es ist so möglich, eine hohe Umsetzung für das angewandte CO2, gewöhnlich zwischen 60 und 70%, zu erhalten und somit sehr niedrige Rückführungsströme und einen niedrigen Verbrauch thermischer Energie zum Zersetzen des nicht in Harnstoff umgesetzten Carbamats in Einsatz zu bringen.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Kondensation der im Kreislauf rückgeführten Gase in der Reaktionsvorrichtung bei hoher Temperatur die Rückgewinnung erheblicher Wärmemengen auf hohem thermischem Niveau (z. B. 160 bis 220° C), üblicherweise zwischen 170 und 21O⁰C, ermöglicht, die für die Erzeugung von Dampf bei einem mittleren Druck zwischen 10 und 20 kg/cm² verwendet werden kann.

Zürn besseren Verständnis der Erfindung soll nun diese an Hand der beiliegenden Zeichnung nähci erläutert werden, die schematisch eine Vorrichtung zeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist

In den Zeichnungen ist mit 1 eine Rohrleitung bezeichnet, die irisches flüssiges Ammoniak einer Rohrleitung 2 und somit der Reaktionsvorrichtung 10 zuführt.

Eine flüssige Lösung aus Ammoniumcarbamat wird in die Reaktionsvorrichtung 10 durch ein Rohr 5 eingeführt; Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser werden in gasförmigem Zustand durch eine Rohrleitung 7 der Reaktionsvorrichtung zugeführt, in der die Harnstoffsynthese durchgeführt wird. Die flüssigen Reaktionsprodukte aus Harnstoff, noch nicht in Harnstoff umgesetztes Carbamat, im Überschuß vorhandenes Ammoniak und Wasser treten aus der Reaktionsvorrichtung 10 durch ein Entspannungsventil 11 und durch eine Leitung 6 in einen Carbamatzersetzer 12. Gasförmiges Ammoniak wird in den Zersetzer 12 über eine Leitung 3 im Gegenstrom zu der durch die Leitung 6 eintretenden Lösung geführt.

Aus dem Boden des Zersetzers 12 fließt über eine Leitung 4 eine wäßrige Lösung, bestehend aus Harnstoff mit einem kleinen Restgehalt an Ammoniak und Kohlendioxid. Harnstoff wird aus dieser Lösung durch Abdestillieren des Ammoniaks und des Kohlendioxids gewonnen und nach Kondensation von Ammoniak und Kohlendioxid (wird in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Abschnitt vorgenommen) werden diese, bzw. das dann daraus gebildete Carbamat, im Kreislauf zur Reaktionsvorrichtung 10 durch das Rohr 5 rückgeführt

Die Zersetzungsgase, die oben am Zersetzer 12 abgezogen werden, werden durch eine Leitung 7 zu einer im Rohr 2—8 angeordneten Kompressionseinheit 15 in Form eines Ejektors geführt

Das Arbeitsmittel (frisches flüssiges Ammoniak) wird in den Ejektor 15 durch die Leitung 2 eingeführt Beide Mittef, nämlich das frische flüssige Ammoniak und die aus dem Zersetzer 12 kommenden Produkte werden durch das Rohr 8 in einem einzigen Strom der Reaktionsvorrichtung 10 zugeführt CO2 wird der Reaktionsvorrichtung über die Leitung 9 zugeführt

Ist die Carbamatzersetzung im Zersetzer 12 vollständig, so treten offensichtlich nur noch Harnstoff, Wasser und Ammoniak durch die Leitung 4 aus, und in einem derartigen Fall wird es notwendig, nur das wiedergewonnene Ammoniak im Kreislauf rückzuführen, was erreicht werden kann, wenn man das Ammoniak durch die Rohrleitung 1 führt.

Der untere Teil der Reaktionsvorrichtung 10 kann aus einem System zur Ausnutzung der durch die Carbamatkondensation enthaltenen Wärmemengen zur Dampfherstellung bestehen.

Im oberen Teil der Reaktionsvorrichtung 10 regelt ein Ventil 14 den dort herrschenden Druck. Die üblichen Arbeitsbedingungen in der Reaktionsvorrichtung 10 entsprechen einem Druck zwischen 130 und insbesondere 180 kg/cm² und einer Temperatur zwischen 160 und 210⁰C.

Im Zersetzer 12 liegt der Druck gewöhnlich zwischen 110 und 160 kg/cm² und die Temperatur zwischen 160 und 210°C.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

Verfahren zur Rückführung nicht umgesetzter Ausgangsprodukte bei der Harnstoffsynthese vom Kopf des Zersetzers zur Synthesezone, wobei in die Synthesevorrichtung frisches Ammoniak, eine Ammoniumcarbamatlösung. Kohlendioxid und die Rückführprodukte in einer gasförmigen und Wasser enthaltenden Phase eingeleitet werdeii, der Synthesezone Harnstoff, nicht in Harnstoff umgesetztes Ammoniumcarbamat, ein Oberschuß an Ammoniak und Wcsser in flüssiger Phase entnommen und durch ein Expansionsventil einem Carbamatzersetzer zugeleitet wurden, in den gasförmiges Ammoniak im Gegenstrom zur eintretenden, aus der Synthesevorrichtung kommenden Lösung eingeführt wird, wobei einerseits eine Lösung aus Harnstoff und Wasser mit einem kleinen Restgehalt an Ammoniak und Kohlendioxid abgetrennt und andererseits die Carbamatzersetzungsprodukte sowie Wasser in gasförmiger Phase zur bei Drücken zwischen 130 bis 220 kg/cm² und Temperaturen zwischen 160 und 210⁰C arbeitenden Synthesezone rückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die einen Wassergehalt von 1 bis 3% aufweisenden Carbamatzersetzungsprodukte von einem Druck zwischen 110 und 160 kg/cm² und einer Temperatur zwischen 160 und 21O⁰C mit Hilfe eines mit frischem flüssigen Ammoniak betriebenen Ejektors bekannter Bauart in die Synthesezone einführt.