DE1814480A1 - Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxyd - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxyd

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DE1814480A1
DE1814480A1 DE19681814480 DE1814480A DE1814480A1 DE 1814480 A1 DE1814480 A1 DE 1814480A1 DE 19681814480 DE19681814480 DE 19681814480 DE 1814480 A DE1814480 A DE 1814480A DE 1814480 A1 DE1814480 A1 DE 1814480A1
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
    • C07C273/04Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von harnstoff aus ammoniak und Kohleudioxyd.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von @arnstoff aus NH3 und aus CO2 in einem Keaktor bei einem Uruck von 200 bis 350 atm, vorzugsweise 300 atin, und einer Temperatur von 160 bis 23G0G, wobei die nicht in @arnstoff umgesetzten ReaktionsteiInehmer in wässriger Lösung im Kreislauf in den Reaktor gerührt werden, was d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ist, daß man die Reaktor verlassen rohe wässerige Lösung von harnstoff, Ammoniumkarbamat und gegebenenfalls NH3 mit einem R2, N2 und Null bis 14 Volum-% CO2 enthaltenden Gasgemisch in Berührung bringt, die die @mmoniumkarbamatzersetzungsprodukte und gegebenenfalls NH3 enthaltende lösung abstreift, die abgestreiften Produkte in wässeriger Lösung absorbiert und im Kreislauf in den Reaktor führt, wobei die Zersetzung, das Abstreifen und die Absorption im wesentlichen bei gleichem Druck durchgeführt werden, der im Reaktor herrscht, abzüglich der üblichen Druckverluste.
  • Die Rück- bzw. Kreislaufführung der nicht umgesetzten Reaktionsteilnehmer ist das hauptproblem der technischen @arnstoffsynthese und es ist bekannt, daß zahlreiche Wege versucht wurden, um diese Au@gabe gunstig zu losen.
  • Es ist bekannt, daß harnstoff technisch dadurch hergestellt wird, daß man NH3 mit CO2 miteinander umsetzt, wobei Ammoniumkarbamat als Zwischenprodukt gebildet wird. Es ist auberdem bekannt, daß die @msetzung von Ammoniumkarbamat in @arnstoff desto @öner ist, je hoher der Übersc@uß an NH3 über die stöchlometrische menge, je hoher die @msetzungstemperatur und je geringer die in den Reaktor mit eingefuhrte menge @asser ist. Bekannt ist auch, daß der Gleichgewichtsdruck des systems im gleichen sinn durch dieselben Parameter beeinflußt wird, und daß es daher, um hohe @mwanulungen zu erzielen, notwendig ist, bei umso höheren Druck zu arbeiten, je höher die Temperatur und der NH3-@berschuß sind und je geringer die Menga an @2O ist, das heißt also, je günstiger die genannten Parameter für nohe Umwandlungen sind.
  • Schließlich ist bekannt, daß, auch wenn im Reaktor unter den an sich günstigsten Bedingungen gearbeitet wird, das den Reaktor verlassende Gemisch aus einer wässrigen Lösung von Harnstoff, Ammoniumkarbamat und gegebenenfalls NH3 besteht.
  • Wie bereits erwähnt, sind verscniedene Verfahren vorgeschlagen worden, um das Ammoniumkarbamat sind das ammoniak von den lösungen abzutrennen und in den Reaktor zurückzuführen. Bei allen diesen Verfahren wird das smmoniumkarbamat durch Wärme zersetzt und die Zersetzungsprodukte werden zusammen mit dem NH3-Überschuß abgetrennt. Die aus dem Reaktor fließende Lösung muß daher Bedingungen unterworfen werden, die die Wärmezersetzung des Ammoniumkarbamats und das Abdestillieren des NH3-Überschußes begünstigen. Bekanntlich sind diese Bedingungen hohe Temperatur und niedriger Druck. ebenso bekannt ist bedoch, daß die hohe Temperatur die Hydratisierung des @arnstoffs zu Ammoniumkarbamat und die Biuretbil@ung Begunstigt, wahrend der niedrige Druck das zurückfuhren des Ammoniumkarbamats und des Ammoniaks in den Reaktor erschwert. welches auch immer das angewendete @reislaufverfahren ist, so steigt doch immer, mit der Verringerung des Drucks, bei dem die Trennung der nicht umgesetzten Reaktionsteilnehmer erfolgt, der Energieverbrauch für deren Zurückkomprimieren in den Reaktor. wenn denier, wie dies bei der Mehrzahl der bekannten \Ierfaliren der Fall ist, das Ammoniumkarbamat und das überschüssige Ammoniak in wässeriger Lösung rückgeführt werden, so eriiolit sie mit der Verringerung des Trenndrucks der Verdunnungsgrad der rückgeführten Lösungen, wodurch sich die Umwandlung im Reaktor verringert. weshalb also die von einem allgemein wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus guns-tigstell Bedingungen für die Tennung bei diesem Verfahren niedrige temperatur und hoher Druck wären, nämlich das Gegenteil des vorhin genannten kriteriums.
  • Es sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um diesen Bedingungen naliezukommen. bo is-t beispielsweise vorgeschlagen worden, die Trennungen in zwei oder mehreren Stufen bei verschiedenen Drücken durchzuführen derart, daß die bei niedrigem Druck getrennten produkte eine geringere menge ausmachen und gleichzeitig die Arbeitstemperatur in der Stufe ues höchsten Druckes niedriger wird. In dieser Stufe liegt Jedoch der höchste bislang vorgeschlagene Druck nicht über 120 atm, während im Reaktor unter den günstigsten Bedingungen der Druck höher liegt als 200 atm. kerner ist die teilmenge an Ammoniumkarbamt und ammoniak, die es in den Stufen bei niedrigerem Druck zu trennen gilt, immer noch beträchtlich.
  • In Anwendung des bekannten Prinzips, daß bei gleichbleibendem Gesamtdruck die Temperatur der Wärmezersetzung einer Verbindung geringer wird, wenn man den Teildruck eines ihrer Zersetzungsprodukte verringert und zugleich die Teildrücke der anleren erhöht, wurde andererseits vorgeschlagen, die den Reaktor verlassende Lösung mit einem NH3-Strom in Berührung zu bringen, wobei Lösung und Nii3 im Gegenstrom in einer erhitzten Apparatur geführt werden. Da jedoch die Löslichkeit des NH3 in der wässerigen Harnstofflösung sehr hoch ist, so bleiben große Anteile NH3 in Lösung und das Problem der Rückführung aus Niederdruckstufen ist daher nicht gelost.
  • Wiederum in Anwendung desselben Prinzips wurde vorgeschlagen, die den Reaktor verlassende Lösung mit einem CO2-Strom in Berührung zu bringen und dadurch den NH3 Teildruck zu verringern. Da es jedoch wegen der oben angeführten Bründe zweckmäßig ist, im Reaktor mit grobem NH3-Überschuß über dem stöchiometrischen Wert zu arbeiten, während die mit der den reaktor verlassenden Lösung in Berührung zu bringende CO2-Menge sehr gering ist (hochstens 1 Mol CO2 je Mol Harnstoff), so wird die Teildruckerniedrigung des NH3 geringfügig, wenn im Reaktor bedingungen eingehalten werden, ie eine hohe Ausbeute begünstigen ;in weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Verringerung des Teildrucks eines der Zersetzungsprodukte durch Erhöhung des Teildrucks des anderen Produkts erreicht wird und daher die iirkung, die der Zusatz des einen derselben auf die Zersetzungsspannung des Earbamats hat, stark eingedämmt wird und der Gesamtdruck, bei dem es möglich wird, zu arbeiten, stets verhältnismäßig niedrig ist. Wollte man infolgedessen zwecks Ausschaltung von kreislaufpumpen zwischen der Zersetzungsstufe des Karbamats und dem Reaktor die beiden Arbeitsgänge beim gleichen Druck durchführen, so hätte der niedrige Druck stark negative Folgen in bezug auf die Umwandlung, wegen des oben Gesagten.
  • Alle diese @chwierigkeiten lassen sich mit Hilfe der vorliegenden Erfindung, aurcel die ein Verfahren mit einer besseren Kreislaufführung der nicht ZLt harnstoff umgesetzten Reaktionsteilnehmer bereitgestellt wird, über winden. Sie hat eine Arbeitsweise zum Gegenstand, welche es gestattet, die Wärmezersetzung des Ammoniumkarbamats und die Abtrennung der Zersetzungsprodukte und des NH3-@berschußes in einer einzigen Druckstufe bei sehr @ohem Druck, vorzugsweise bei 300 atm, druchzuführen. Es wird da@er möglich, die Arbeitsgänge beim selben Druck durchzuführen, der im harnstoffsythesereaktor herrscht, und dabei in le-tz-serem einen Druck anzuwenuen, der eine hohe Ümwandlung besonders begünstigt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich ganz wesentlich von allen bisher vorgeschlagenen Verfahrensweisen insofern, als die @erabsetzung der Zersetzungstemperatur des Ammoniumkarbamats und der @rennungstemperatur der betreffenden Zersetzungsprodukte und des NH3 nicht durch Erhöhung des Teildrucks eines der Zersrtzungsprodukte und demzufolge Verringerung des Teildrucks des anderen Zersetzungsproduktes erreicht wird, sondern dadurch Verringerung der Teildrücke beider Zersetzungsprodukte.
  • Diese gleichzeitige Verringerung der beiden Teildrücke wird uadurch erzielt, daß das Zersetzen und das Trennen in Gegenwart eines Inertgases durchgeführt werden. Der ausdruck "inert" bezieht sich hier auf die ersetzung des Karbamats. So ist als in diesem Sinne "inertes" Gas ein h2 enthaltendes Gasgemisch zu verwenden, wie es als Ausgangsstoff in Anlagen für die Synthese von NH3 und Harnstoff dient, und beispielsweise in Anlagen zum Reformieren oder zur teilweisen Verbrennung von kohlenwasserstoffen mit nachfolgender Ümwandlung des CO mit H2C in H2 und CO2 erhalten wird. Vor seinem Einsatz als "Inertgas" bei den vorgenannten Arbeitsgängen wird das betreffende Gas einer Kohlensäureentziehung unterworfen, die jedoch nicht gründlich zu sein braucht, weil restmengen von CO2 aus uem Gasgemisch zusammen mit den Produkten der Zersetzung des Ammoniumkarbamats und dem NH3-Überschu@ abetrennt werden können.
  • Die Kombination von endgültiger Rohlensäureentziehung des zum Teil von CO2 befreiten Gasgemisches, mit Rückgewinnung der Zersetzungsprodukte des Ammoniumkarbamats und der NH3-Überschußes in einem Arbeitsgang, bildet ein weiteres Charakteristikum der Erfindung.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in einer Arbeitsweise, die es gessa-ttet, diese rfombination von Arbeitsgängen auf einem solchen thermischen Niveau durchzuführen, daß die dabei entwickelten wesentlichen Wärmemengen eine wirtschaftliche iutzung in der @arnstoffsyntheseanlage und in einer Absorptionskälteanlage finden können, die den Kältebedarf der NH3-Syntheseanlage und der Anlage zur Vor-Kohlensäureentziehung des genannten Gasgemisches deckt.
  • Die Zeichnung stellt ein erläuterndes Fließschema es Verfahrens dar Durch die Rohrleitung 1 wird in die Anlage A ein Gasgemisch, welches aus H2 und N2, in dem zur NH3-Synthese erforderlichen Verhältnis, besteht; CO2 in einer im allgemeinen den Bedarf der @arnstoffsyntheseanlage übersteigenden Menge und geringe Anteile von CO, C@4 und Ar eingeführt. Die Anlage A ist eine Kohlensäureentziehungsanlage, vorzugsweise der in der italienischen Patentschrift Nr. 624 117 beschriebenen Art. In diesem Fall ist das druch 1 in A eintretende Gasgemisch bereits auf den Druck komprimiert, bei dem die Ammoniaksynthese erfolgt, und das durch Verflüssigen mittels Tiefkühlung abgetrennte CO2 liegt ebenfalls unter dem gleichen Druck vor. Wenn zur Kohlensäureentziehung eine Arbeitsweise gewäHlt wird, die von der in der italienischen Patentschrift Nr. 624 117 beschriebenen abweich#t, dann umfaßt die Anlage auch einen Kompressor für das vor CO2 befreite Gemisch und einen Kompressor für das in den Harnstoffsynthesereaktor über 2 einzuspeisende CO2. Falls in dem über 1 in die Anlage A eingeführten Gasgemisch ein Überschuß an CO2 über den Bedarf der Harnstoffsyntheseanlage enthalten ist, wird dieser Überschuß über 3 abgelassen.
  • bs ist nicht erforderlich, daß das Gas gemisch vollstandig voii CO2 befreit ist, doch ist vorzuziehen, daß die im Gasgemisch, das die halage A über 4 verlässt, vorliegende CO2 Menge nach der Kohlensäureentziehung 70 bis 75 % des Bedarfs der Harnstoffsyntheseanlage nicht übersteigt; jedenfalls soll der CO2-Gehalt nicht höher sein als etwa 14 Volum-(Mol-)ß. In dem Harnstoffsynthesereaktor 5, der bei einem Druck von 200-350 atm, vorzugsweise etwa 300 atm, und einer Temperatur von 160 bis 230°C betrieben wird, werden außer dem CO2 über 2, auch das NH3 über @ und die Kreislaufprodukte (Ammoniumkarbamat und NH3) in wässriger Läsung über 7 eingeführt. Das NH3 wird in der Anlage C aus h2 und N2 hergestellt, die in dem über 1 in A eintretenden Gasgemisch entnalten sind0 Da der in diesem Gemisch enthaltende H2 in der Harnstoffsyntheseanlage zurückgewonnen wird, braucht das Gemisch nicht entspannt zu werden, um uen gelösten H2 zurückzugewinnen und kann in den Harnstoffsynthesereaktor über t: durch eine Zentrifugenpumpe 8 geringer Förderleistung eingeleitet werden. ES ist dies ein weiterer vorteil der vorliegenden Erfindung.
  • Die aus dem Reaktor austretende wässerige Lösung von Harnstoff, Ammoniumkarbamat und NH3 wird unter gleichem druck über 9 in die geheizte Apparatur 10 geschickt und nachher über 11 in die geheizte Apparatur 12, wo sie mit dem über 4 aus der Anlage A kommenden Gasgemisch in berührung gebracht wird0 In der Zeichn ung werden die erhitzten Apparaturen 10 und 12,in denen das Gasgemisch mit der Harnstoff enthaltenden lösung in Berührung gebracht wird, und die gekühlten Apparaturen 14, 17, 19, deren Arbeitsweise nachstehend erläutert wird, schematisch als Rohr dargestellt, über welches ein flüssiger Film im Gegenstrom zum Gasgemisch geführt wird. Es lassen sich zum Massenaustausch zwischen Flüssigkeit und Gasgemisch und zum Zuführen oder Abführen der in diesen Arbeitsgängen aufgenommen oder entwickelten Wärme auch andere Arbeitsweisen anwenden. Man kann Füllkörper- oder Bodensäulen verwenden, die mit einer geeigneten Wärmeaustauschfläche versehen sind, oder beliebige sonstige Apparaturen, wie sie zum austausch von Stoff und Wärme gebräuchlich sind. In den erhitzten Apparaturen 10 und 12 erzielt man die fast vollständige Zersetzung des Ammoniumkarbamats und das fast vollstänuige Abstreifen seiner Zersetzungs produkte und des ggf. in der Lösung vorhandenen H3-Überschußes. Die Durchsatzmenge an Gasgemisch ist derart, aaß eine ganz bedeutende Herabsetzung der Teildrücke des Ammoniaks und des Kohlendioxyds die Folge ist, auch wenn bei sehr hohen Drücken gearbeitet wird.
  • As wurde ferner gefunden, daß aie Abstreifwirkung eines einen Rohen Prozentanteil Wasserstoff enthaltenden Gemisches stärker ist, als von einem beliebigen Inertgas zu erwarten wäre. Selbstverständlich lässt sich ein beliebiges wasserstoff enthaltendes Gasgemisch verwenden, das im geschlossenen Kreislauf zwischen der Abstreifapparatur und der Absorptionsapparatur umläuft; doch wird man im allgemein als Abstreifmittel die werwendunjo des Gasgemisches vorziehen, das den iiiasserstoff und den Stickstoff zur Ammoniaksynthese enthält, da ja dieses Gemisch bereits komprimiert ist und daher für den Umlauf in der Abstreifapparatur keines besonderen Verdichters mehr bedarf. Ferner gestattet der Einsatz dieses Gasgemisches, den Vorgang der Rückgewinnung der dort abgestreIften Produkte mit dem Vorgang der susorption des darin gegebenenfalls vorliegenden CO2 zu kombinieren.
  • !)ie Anlage zur Kohlensäureentziehung des Gas gemisches gestal-se- sic daher sehr wirtschaftlich und einfach, und es ist möglich, beispielsweise ein @ohlensäureentziehungsverfahren wie die des bereits erwännten italienischen Patents anzuwenden. Dieser Arbeitsgang ist wirksamer, wenn er in zwei oder mehr stufen bei gleichem Druck durchgeführt wird, mit zwischenabsorption der abgestreiften Produkte, da durch diese Absorption der Teildruck des NH3 und des CO2 in dem als Abstreifmittel verwendeten Gas in den aufeinanderfolgenden Stufen geringer wird. Das die Apparatur 12 über 13 verlassende Gasgemisch wird daher in den unteren bereich einer gekühlten Apparatur 14 eingeleitet, worin die Absorption eliles großen Seils der in 12 abgestreiften Produkte und des gegebenenfalls in dem über 4 in 12 eintretenden Gasgemisch vorliegenden s°2 erfolgt. In dieser Apparatur wird bei einem thermischen Niveau nicht unter 150°C gearbeitet. Die Absorptionswärme kann man daher für die Herstellung von Dampf oder für die sonstigen nachstehend erwähnten Verwendungszwecke benutzen. @ach der Absorption wird das Gasgemisch über 15 in die erhitzte Apparatur l@ geleitet, wo es im Gegenstrom zu der in dieselbe Apparatur über 9 eintretenden Läsung geführt wird und die Zersetzung eines Teils des @arbamats und das Abstreifen dessen @ersetzungsprodukte sowie eines großen Teils des @@3-@berschußes bewirkt.
  • Die Verwendung eines solchen Abstreifverfahrens in mehreren Stufen bei gleichem Druck, das die Wirksamkeit der Trennung stark erhöht, ist hingegen bei den Verfahren, bei denen als Abstreifmittel NH3 und CO2 Anwendung finden, nicht möglich.
  • Das über 10 aus iG austretende Gasgemisch wird in die cekühlte Apparatur 17 geführt, wo die Absorption bei einem thermischen @iveau erfolgt, das nicht unter 125°C liegt.
  • Auch die in dieser Apparatur entwickelte @itze kann wie weiter unten ausgeführt Verwendung finden. Das aus der gekühlten Apparatur 17 austretende Gasgemisch enthält noch NH3 und kleine Anteile CO2. Es wird daher über 16 in die gekühlte Apparatur 19 geführt, in der bei einer Temperatur von nicht über 50°C gearbeitet wird. ei dieser Temperatur ist die Absorption des im Gasgemisch vorhandenen GG so gut wie vollständig. Die geringen Restanteile an NH3 werden hingengen in dem oberen Bereich 20 absorbiert, in dem das Gasgemisch mit einem über 21 eintretenden H2O-Strom in Berührung gebracht wird. In diesam oberen Bereich 20 bildet sich eine wässerige NH3-Lösung7 die sich in der gekühlten Apparatur 19 weiter hin an NH3 anreichert und als Ammoniumkarbonat oder -bikarbonat oder -karbamat das in dem über 18 8 in 19 eintretenden Gasgemisch vorliegende CO2 bindet. Die so erhaltene Lösung wird über 22 in die gekühlte Apparatur 17 geführt, wo sie in Berührung mit dem über 16 eintretenden Gasgemisch, einen Großteil des in demselben enthaltenden NH3 und CO2 absorbiert. Die erhaltene Lösung wird über 23 in die geküiflte Apparatur 14 gelietet, wo die Absorption eines großen Teils der in 12 gestrippten Produkte und des gegebenenfalls in dem über 4 in 12 eintretenden Gasgemisch vorliegenden GO2 erfolgt Die aus der Apparatur 14 austretende wässerige Lösung enthält das im Reaktor 5 nicht in Harnstoff umgesetzte Ammoniumkargbamat und ammoniak und, das an NH3 gebundene, gegebenenfalls in dem über 4 in 14 eintretenden Gasgemisch vorliegende CO2. Diese Lösung wird in den Reaktor 5 zurückgeleitet. Die Arbeitsgänge des Sersetzens, Abstreifens und Absorbierens werden beim gleichen Druck durchgeführt, der im Reaktor herrscht.
  • Zum Rückführen der aus 14 austretenden wässerigen Lösung in den Reaktor kann daher eine Zentrifugalpumpe 24 geringer Förderleistung genügen. Wenn man die Apparatur 14 auf einem Niveau anordnet, das entsprechend höher liegt als der Reaktor , ist keine Pumpe nötig. Die über 25 aus 12 austretende wässerige harnstofflösung ist so gut wie frei von Ammoniumkarbamat und Ammoniak, enthält aber noch, außer dem im Reaktor 5 durch Dehydratisierung des Ammoniumkarbamats gebildeten Wasser, auch das als Absorptionsmittel zum Absorbieren der in 10 und 12 abgestreiften Produkte, die dann in wässeriger Lösung in den Reaktor zurückgeführt werden, verwendete Wasser. Die wässerige Harnstofflösung wird daher auf 1 bis 3 atm mit Hilfe des Ventils 26 entspannt und in der erhitzten Apparatur 27 konzentriert.
  • Im Trennapparat 28 erfolgt die abtrennung einer Lösung, die 1 T.lol l120 je Mol harnstoff enthält und über 29 in die nachfolgenden Konzentrier- und Granul er- bzw.
  • Kristallisier-Anlagen geführt wird. Die in 28 abgeschiedenen Dämpfe bestehen vorwiegend aus H2ü, können aber auch kleine Anteile NH3 und CO2 enthalten. Sie werden über 30 in die gekühlte Apparatur 31 geführt und kondensiert. Die erhaltenen Kondensate werden mittels der Pumpe 32 über 21 in die absorptionsapparatur 20 geführt.
  • Das aus der Apparatur 20 austretende Gasgemisch, das so gut wie frei von Gu2 und NR3 ist, wird über 33 in die Anlage B geführt, die eine der üblichen Anlagen zum Abtreiben der sauerstoffhaltigen Verbindungen ist und weiter in die Anlage C zur NH3-Synthese.
  • J Die in den wpparaturen 14 und 17 entwickelte Wärme kann in der Harnstoffsyntheseanlage und in den Anlagen A und C genutzt werden. In der Harnstoffsyntheseanlage kann sie im Wärmeaustauscher 27 und im Endkonzentrator (nicht in der Zeichnung dargestellt) für die über 29 aus der Anlage austretende harnstofflösung Verwandung finden.
  • die kann auch zum Vorwärmen der über 2 und 6 in den Reaktor eingespeisten Reaktionskomponenten verwendet werden. Eine andere mögliche Verwendung ist folgende: Es ist bekannt, daß das in den Ammoniak-dyntheseanlagen hergestellte NH3 teilweise bei tiefer Temperatur (etwa -20°C) abgetrennt werden muß. Zum Abtrennen des für die Herstellung von 1 Tonne Harnstoff verwendeten NH3 werden etwa 50 kwh (Kilowatt-Stunden) in einer Kompressionskühlanlage verbraucht. Dieser Energieverbrauch reduziert sich auf 2 kWh, wenn eine Absorptionskühlanlage benutzt wird. Auch zur Kohlensäureentziehung in der Anlage A wird, wenn nach der in der italienischen Patentschrift Nr. 624 117 beschriebenen Arbeitsweise verfahren wird, die Kondensationswärme bei niedriger Temperatur entzogen, und einer Kompressions-Kühlanlage würde sich ein erheblicher Enerieverbrauch ergeben. Die in den Apparaturen 14 und 17 wiedergewonnene Wärme kann daher zum Teil in einer Absorptionskühlanlage benutzt werden, die sämtliche in den Anlagen A und C verbrauchten Frigorien (Kälteeinheiten bzw. negative Kalorien) liefert, BEISPIEL: In der Anlage A treten über 1 bei 300 atm Druck 5,85 KMol eines Gasgemisches ein, das folgende Zusammensetzung hat : H2 = 59 %; N2 = 19,6 %; CO2 = 20,5 %; CO + CH4 + Ar = 0,9 %.
  • Aus der Anlage A treten aus: 0,2 KMol C02 über 3, 0,5 KMol CO2 über 2 und ein aus 4,5 KMol H2 + N2 + CO + CH4 + Ar und 0,5 KMol C02 bestehendes Gasgemisch über 40 Der Reaktor 5 arbeitet bei 1900 C bei 300 atm. Die den Reaktor über 9 verlassende Lösung hat folgende Zusammensetzung: Harnstoff = 1 KMol; Carbamat = 0,45 KMol; NR3 = 3,6 KMol; n;10 = 1,73 KMol. In der erhitzten Apparatur 10 wird bei 300 atm und bei 150 bis 1800C gearbeitet, wobei die Temperatur von der Zusammensetzung des über 15 eintretenden Gasgemisches und mithin von derjenigen Temperatur abhängt, bei der in der Apparatur 14 gearbeitet wird.
  • Das Gasgemisch 15 enthält: H2 + N2 + CO + CH4 + Ar = 4,65 Kiviol, 002 = 0,1 - 0,4 KMol und NH3 = 0,5 - 2 KLiol.
  • In der erhitzten Apparatur 12 wird ebenfalls bei 300 atm und bei 150 - 1800C gearbeite-t, wobei diese Temperatur im wesentlichen von der Zusammensetzung der über 11 eintretenden Lösung abhängt, sowie vom C02-Gehalt in dem über 4 eintretenden Gas. Die über 25 austretende Lösung besteht aus 1 KMol Harnstoff, 1,68 - 1,72 KMol H20 und vernachlässigbaren Anteilen, normalerweise weniger als 0,02 KMol Ammoniumkarbamat. In den gekühlten Apparaturen 14 und 17 werden 25 000 bis 35 000 Kcal je KMol harnstoff bei einer Temperatur zurückgewonnen, die nicht unter 125°C liegt, Von dieser Wärme können mindestens 15 000 Kcal je KMol Harnstoff bei einer Temperatur nicht unter 150°C wiedergewonnen werden. Das aus der Absorptions-Apparatur über 33 austretende Gas enthält 4,65 KMol @2 + + N2 + CO + CM + Ar und ist so gut wie frei von NR3 und 0020 Die über 29 aus 28 austretende Harnstofflösung enthält 1 KMol Harnstoff und 1 KMol H2O Im Kühler 31 werden bei 20 - 5000 0,68 bis 0,72 KMol H2O kondensiert, worin die geringen Mengen Ammoniumkarbamat absorbiert werden, die nicht in 12 abgetrennt wurden.
  • Diese Kondensate werden durch die Pumpe 32 silber 21 in den Konf der Absorptionsapparatur gcfüiirt0 In der Anlage C werden bei 30C atm 2 KMol NH3 erzeugt, zu dessen Abtrennung etwa 7 000 Frigorien bei -20°C verbraucht werden. Palls das Kohlensäureentziehungsverfahren des italienischen Patents Nr. 624 117 Anwendung findet, ergibt sich in der Anlage A ein Verbraucn von ungefähr 2 000 Frigorien bei -15°C. Die Kälteanlage hat also insgesamt etwa 9 GC)G Frigorien je KMol Harnstoff zu liefern, die in einer Absorptions-Kälteanlage unter Verbrauch von ungefähr 22 000 cal bei einer isiindest-Temperatur von 12500 erzeugt werden können. Der Rest der der Apparatur 35 entzogenen Wärme. kann in der Apparatur 27 und im End-Konzentrator (nicht in er Zeichnung dargestellt) der über 22 aus der Anlage austretenden Harnstofflösung genutzt werden0

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus NH3 und aus C02 in einem Reaktor bei einem Druck von 200 bis 350 atm, vorzugsweise 300 atm, und einer Temperatur von 160 bis 2300C, wobei die nicht in Harnstoff umgesetzten Reaktionsteilnehmer in wässeriger Lösung im kreislauf in den Reaktor geführt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man die den Reaktor verlassende rohe wässerige Lösung von Harnstoff, Ammoniumkarbamat und gegebenenfalls NE3 mit einem H2, N2 und Null bis 14 Volum-% CG2 enthaltenden Gasgemisch in BerQ1rung bringt, die die Ammoniumkarbamatzersetzungsprodukte und gegebenenfalls NH3 enthaltende Lösung abstreift, die abgestreiften Produkte in wässeriger Lösung absorbiert und im Kreislauf in den Reaktor führt, wobei die Zersetzung, das Abstreifen und die Absorption im wesentlichen bei gleichem Druck durchgeführt werden, der im Reaktor herrscht,%abzüglich der üblichen Druckverluste.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zersetzung des Ammoniumkarbamats und das Abstreifen der Zersetzungsprodukte und des gegebenenfalls in der rohen wässerigen Lösung vorliegenden NR3 bei einer Temperatur von 150 bis 1800C durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Absorption zu einem Teil bei einer Temperatur über 125 c durchführt, so daß ein solches thermisches Niveau herrscht, daß von der entwickelten Wärme mindestens 25 000 Kcal je KMol Harnstoff bei einer Temperatur zwischen 125 und 150°C zurückgewonnen werden können
  4. 4 Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da man als Mittel zum Absorbieren der abgestreiften Produkte entweder nur Wasser oder vorzugsweise ein wässeriges Kondensat verwendet, welches durch Kühlen der mittels ritzen bei einem Druck von 1 bis 3 atm von der wässerigen Harnstofflösung abgetrennten Dämpfe erhalten wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das man die den Reaktor verlassende Lösung mit einem Gasgemisch in Berührung bringt, das den Wasserstoff enthält, der benötigt wird, um das in der Harnstoffanlage benutzte N113 zu erzeugen.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Arbeitsgang des Zersetzens und Abstreifens in zwei oaer mehreren otuSen, die beim gleichen Druck arbeiten, durchführt, wobei zwischen die einzelnen Stufen eine teilweise oder gesamte Absorption der abgestreiften Produkte geschaltet wird0
DE19681814480 1967-12-15 1968-12-13 Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxyd Pending DE1814480A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4334096A (en) * 1978-07-24 1982-06-08 Toyo Engineering Corporation Process for synthesizing urea

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ES361420A1 (es) 1970-11-01

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