DE1768776B2 - Verfahren zur herstellung einer waessrigen harnstoffloesung - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer waessrigen harnstoffloesung

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Snam Progetü SpA, Mailand (Italien)
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Harnstoff!"sung aus der Umsetzung von Ammoniak un:l Kohlendioxid bei einem Molverhältnis von 2.3:1 bis 5 5:1 bei 150 bis 350 C und 100 bis 300 at.
Es ist bekannt, daß bei der Herstellung von Harnstoff aus Kohlendioxid und Ammoniak relativ große Mengen von Ammoniumcarbamat gebildet werden. Das Vorhandensein des Ammoniumcarbamats bedingt kostspielige Kreislaufverfahren, um das Carbamat in Harnstoff umzuwandeln; auch kann der verunreinigte Harnstoff für bestimmte Zwecke, z. B. in der Landwirtschaft, nicht verwendet werden.
Nach bekannten Verfahren kann das Verunreinigungscarbamat, das sich gebildet hat, entweder zur Synthesevorrichtung zur Um.ormung in Harnstoff im Kreislauf rückgeführt werden (eine solche Rückführung bringt jedoch technische Probleme mit sich) oder es kann in Ammoniak und Kohlendioxid durch thermischen Zerfall in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Überschusses eines der beiden Reaktionsteilnehmer (d. h. entweder Ammoniak oder Kohlendioxid) zersetzt werden, die dann zur Synthesevorrichtung rückgeführt werden.
Die niederländische Patentanmeldung 65 01 SSO beschreibt das Zersetzen von Ammoniumcarbamat und das Abstreifen der Zersetzungsgase sowie des im Überschuß vorhandenen Ammoniaks.
Die die Synthesevorrichtung verlassende flüssige HarnstofTlösung tritt hierbei in den ersten Teil der Vorrichtung ein und wird dort durch indirekten Wärmeaustausch mit einem heißen Fluid, insbesondere Dampf, erwärmt. Ammoniumcarbamat wird in diesem ersten Teil völlig zersetzt. Die von der Flüssigkeit abgestreiften Gase, nämlich Ammoniak und Kohlendioxid, fließen dann im Gleichstrom mit der Flüssigkeit nach unten.
Das Flüssigkeits-Gasgemisch tritt dann in eine Trennzone, in der die Gase von der Flüssigkeit getrennt werden. Die Flüssigkeit tritt dann in einen i'ilmwärmcaustauschcr, in welchem die verbleibenden, in der Flüssigkeit gelöster. Gase abgestreift werden. Die bekannte Vorrichtung wird bei Drücken, die wesentlich niedriger als die der Harnstoffsynthese sind, betrieben, was eine hohe Temperatur für das Zersetzen des Ammoniumcarbamats und das Abstreifen der Zersetzungsgase erforderlich macht. Hei dieser Temperatur wäre der Anteil des Bi-iret in dudie Abstreifvorrichtung verlassenden Harnstoffschmelze 1 "o und dieser Anteil wäre im Endprodukt
ίο viel zu hoch für ein kommerzielles Produkt. Die Biuretbildung bei steigenden Temperaturen ist bekannt (»Biuret formauon«-Redemann-Industrial Engineering Chemistry — 50 — 633; 195S).
Nach" den Maßnahmen der niederländischen Patentanmeldung 65 01 SSO ist ein Selbstabstreifcreffekt praktisch" nicht vorhanden oder wenigstens vernachlässigbar im Filmwärmeaustauscher, da die Gase fast völlig im ersten Teil, der aus einem üblichen Wärmeaustauscher besteht, abgestreift wurden.
Die Herstellung einer wäßrigen HarnstofTlösung mit wesentlich niedrigerem Biuretgehalt als nach der genannten holländischen Patentanmeldung wird dadurch erreicht, daß man das Umsetzungsprodukt unmittelbar einem Dünnschichtverdampfer zuführt und das dabei freigesetzte Gasgemisch im Gegenstrom zur flüssigen Phase führt.
Man läßt alsn die Ammoniumcarbamat und überschüssiges Ammoniak enthaltende HarnstofTlösung auf die" erwärmten Oberflächen eines Dünnschicht-Verdampfers strömen. Die von der flüssigen Lösung abgestreiften Gase strömen im Gegenstrom zum Flüssigkeitssirom nach oben.
Da der Abztreifvorgang in wirksamerer Weise durchgeführt wird, ist nicht zu erwarten, daß wie nach der niederländischen Patentanmeldung 65 01 S80 im ersten Teil die von der Flüssigkeit abgestreiften Gase (die im Gleichstrom zur Flüssigkeit geführt werden) sich, weil ihre Konzentration einen hohen Weil erreicht hat. wieder in der Flüssigkeit lösen, so daß zur Vornahme der Trennung die Temperatur auf sehr hohen Wert gehalten werden muß (Ansteigen der Biuretbildung).
Vielmehr strömen die Gase im Gegenstrom zur Flüssigkeit; in jedem Abschnitt hat darum das gasförmige, in Kontakt mit der Flüssigkeit in diesem Abschnitt stehende Gemisch eine Konzentration an flüchtigen Komponenten wie NH3 und CO2, die wesentlich geringer als die Glachgewichtskonzentration ist. Die gelösten Case verlassen also leicht die Flüssigkeit.
Ein Selbstabstreifeffekt auf Grund der Tatsache ist gegeben, daß — das Gas bei hoher Konzentration ist in der Flüssigkeit gelöst — jedes Gasmolekül versucht, die benachbarten Moleküle mitzureißen.
wodurch auf diese Weise das Abstreifen infolge Warme vergrößert wird.
Auf Grund dieser günstigen Bedingungen kann das Abstreifen bei Temperaturen durchgeführt werden, die wesentlich niedriger als die bisher crforderliehen sind.
Es ist nun möglich, ohne teuere Zersetzer oder teuere Rückführanlagen Harnstoff mit einem niedrigen Carbamatgchalt entsprechend 10 bis 300O des nach üblichen Verfahren erhaltenen herzustellen.
Das Restcarbamal bietet dann keine Schwierigkeiten mehr; es kann in Arrmoniak und Kohlendioxid in einfacher Weise zersetzt werden, indem beispielsweise der Druck vermindert wird. Die aus
der Synthcsevorrichuing kommende Harnstofflösung läßt man also nur noch in Form eines dünnen Flüssigkeitslilms nach unten fallen, während gleichzeitig tier für den Carbamatzcrfall notwendige Wärmeübergang stattfindet.
Der Dünnschiehtfilm kann bei Temperaturen und Drücken kleiner als die der Synthese zerfallen, beispielsweise bei 150 bis 200 C, d. h. weniger als die Synthesetemperatur und zwischen 30 bis SO Atmosphären, d. h. tiefer als der Synthesedruck oder vorzugsweise unter den gleichen Bedingungen wie die, die bei der Harnstcffsynthese auftreten, so daß die Zersetzungsprodukte ohne weiteren Energieverbrauch im Kreislauf rückgefühn werden können. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich auf jedes beliebige Verfahren zur Herstellung von Harnstofflosungen anwenden, insbesondere auf Synlhese- \erfahren, die bei einer Temperatur zwischen 150 und 350 C und einem Druck zwischen 100 und 330 Atmosphären durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird man den Dünnschichtverdampfer bei Temperatur und Druck der Harnstoffsynihesebedingungen betreiben.
Der Platzbedarf ist besonders gering, wenn man den Dünnschichtverdampfer innerhalb der Synthesevorrichtung anordnet.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, die eine schematische Darstellung eimr zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung wiedergibt.
In der Zeichnung ist eine Synthesevorrichtung mit einem flüssigen Ammoniakeinlaßrohr 1 und einem Kohlendioxideinlaßrohr 2 dargestellt. Die Syntheseprodukte werden als Lösung einem Zerset-/er 4 zugeführt, der aus einem Röhrenwärmeaustauscher besteht, indem man die Lösung über die Heizflächen bei gleichen Temperatur- und Druckbedingungen wie im Reaktor 3 fließen läßt. Um die Oberflächen auf dem gewünschten Wert zuhalten wird Wärme an die Oberflächen übertragen ubcr^a
SÄ SS. Ä^^m Dampf
matiichalt wird vom Boden des■ -—^-j Expa gewonnen und die Losung,wird durch c.n P^
sionsventil 6 gele.tet. ™^^£ weileren BeForm benutzt werden kann oder emei handlung ausgesetzt wird Kohlendioxid
Die Zersetzungsprodukte, namUtn und Ammoniak, treten oben am,Zcrs uer werden im Kondensator 7 kondenser ^ und / . ,lesevorrichtung 3 im Krc.slauf ruckfcjuhr
Die Erfindung soll nun an Hand des . Beispiels weiter erläutert werden.
, Ammoniak und ^^^.^m'c
Man ließ das Reaktionsprodukt da 1· a%s »ehalt von 8 »/0 bezogen auf die Gesam.meno Harnstofflösung führte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer wüßrig::n Harnstofl lösung aus der Umsetzung von Ammoniak und Kohlendioxid bei einem Molverhältnis von 2,3: 1 bis 5,5: 1 bei 150 bis 350 C und 100 bis 300 at, dadurch gekennzeichnet, daß man das Umsetzungsprodukt unmittelbar einem Dünnschichtverdampfer zuführt und das .—jei freigesetzte Gasgemisch im Gegenstrom zur flüssigen Phase führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dünnschichtverdampfer bei Temperatur und Druck der HarnstotYsynthesebedingungen betreibt.
3. Verfah-:n nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dünnschichtverdampfer innerhalb der Harnstoffsynthesevorrichtung anordnet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dünnschichtverdampfer bei einer Temperatür und einem Druck von 150 bis 200 C bzw. 30 bis SO at beireibt.
DE19681768776 1967-09-29 1968-06-28 Verfahren zur herstellung einer waessrigen harnstoffloesung Ceased DE1768776B2 (de)

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