DE2015781A1 - Verfahren zur Entfernung der Syntheserückstände aus einer Harnstofflösung - Google Patents

Description

DIPL. DfO. DIKTHICH LBWALD · UtSWmMM

»Β«

Case 284 - Comm₀ 707,023

SHAM PPOGETTI S.p*A< Mailand. Italien

Verfahren zur Entfernung der Syntheserückstände aus einer

Harnstoff löjsung ο

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung der Syntheserückstände aus einer Harnstofflösung durch Film-Wärmeaustauscher, die in allen Deetillationsstufen anstelle der bisher zur ßüekgewinnung der nicht-umgesetzten Produkte verwendeten üblichen Sestillatoren verwendet werden können«.

Es ist bekannt, daß Harnstoff in industriellem Maßstabe durch Synthese aus Kohlendioxyd und Ammoniak hergestellt wird und daß dies nach verschiedenen Verfahren erfolgen kann, die sich sowohl hinsichtlich der Verfahrensweise in der Synthese zone und in der Abtrennungszone des Harnstoffe als auoh hinsichtlich der aus dem Reaktor austretenden Produkte, wi· Zo Β» Carbamat, Aimoniak, Carbonat usw., unterscheiden. Dia vorstehend genannten Produkte müssen zur Erzielung einer vollständigen umwandlung der in das System eingeführten AusgangsBaterialien und zur Erzielung einer wäßrigen Lösung von praktisch reinem Harnstoff als Endprodukt in den Reaktor

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ΜΟΚΟΚΧΚ 1·ΜΜ · UITOBAaK KOHCMMt. ΚΤΟ.'ΧΧ.

cyclisiert werden.

Es ist bekanntt daß die Abtrennung des Harnstoffe von den aus dem Reaktor austretenden Produkten normalerweise in mehreren Stufen bei verschiedenen Drucken erfolgt. In den ersten Stufen arbeitet man mit Drucken innerhalb eines Be-

reiches von I5 bis zu 40 kg/cn , während nan in den Endstufen bei viel niedrigeren Drucken in der Nähe von Atmosphärendruck arbeitet. In der (Fat kann nur beim Arbeiten bei sehr niedrigen Drucken der Prosentgehalt an restlichem Ammoniak und Kohlendioxyd in der Harnstofflösung auf vernachlässigbar kleine Werte herabgesetzt werden, und dies ist der Fall, weil die Destillation der restlichen Verbindungen der HarnetofflÖBung nicht bei su hohen Temperaturen durchgeführt werden kann, weil dabei die Oefnhr bestünde, daß sich der Harnstoff 1ersetzt unter Bildung unerwünschter Hebenprodukte, beispielsweise Biuret, Triuret usw.

Die bei der Destillation erhaltenen, Ammoniak und Kohlendioxyd enthaltenden Dämpfe müssen zur Erzielung einer vollständigen Umwandlung der Auegangsmaterialien in Harnstoff normalerweise surückgewonnen werden (Verfahren mit einem geschlossenen Kreislauf). Die Destillationsstufen werden im allgemeinen in den bekannten Verfahren entweder mit Destillationstürmen oder mit Mantel- und Rohrwärmeaustauschern und sich daran anschließenden Abscheidern sur Entfernung der gasförmigen Phase durchgeführt»

Die Verwendung von Destillationetürmen ist vom verfahrenstechnischen Standpunkt aus gesehen am zweckmäßigsten, da sie die größte Abscheidung der flüchtigeren Komponenten (HH, und CO^) bewirkt und die Hegulierung der Destillation der weniger flüchtigen Komponenten (HgO) ermöglicht, welche die niedrigsten sein sollten. Tatsächlich ist es erforderlich, daß die aus den Destillationestufen erhaltenen gasförmigen Mischungen nur in den Niederdruckstufen reich an Wasser sind, wo seine

Anwesenheit su ihrer vollständigen Kondensation ohne Zugtb·

von Verfahrenewaeser unerläßlich ist.

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Es ist bekannt, daß die Einführung von Verfahrenswasser außerordentlich nachteilig ist, da sie die Kosten im Verhältnis zu dem Energieaufwand sehr stark erhöht.

Die Verwendung von Destillationstürmen ist daher außergewöhnlich teuer und sie haben außerdem Verfahrensnachteile, da ihr Betrieb kritisch ist wepen der Bildung fester Phasen (Carbamat, Carbonat usw.). Die Verfahren, welche das vorstehend beschriebene System liefern, erfordern aus diesem Grunde hohe Investitionskosten und sind vom verfahrenstechnischen Standpunkt aus betrachtet kritisch zu beurteilen. Die Durchführung der Destillationsstufen unter Verwendung von Mantel- und RohrwarmeauBtauschern mit sich daran anschließenden Abscheidern beseitigt die oben bezeichneten _Λ Nachteile, diese sind Jedoch vom verfahrenstechnischen Standpunkt aus gesehen nicht zufriedenstallende Der Grund ist der, daß das erhaltene Endgleichgewicht, wenn die gasförmige Phase bei ihrer Bildung in der Destillationsapparatur selbst im Gegenatrpm und in Gegenwart der flüssigen Phase entlang des gesamten Wärmeaustauschers geführt wird, wenn nicht die Abtrennung der gasförmigen Phase in einem geeigneten Abscheider erfolgt, bestimmt negativ ist gegenüber denjenigen, die bei Verwendung eines Destillationsturmes erhalten werden. Infolgedessen ist die Destillation für die flüchtigeren Komponenten viel weniger wirksam und eine schwierig zu kontrollierende größere Destillation der weniger flüchtigen Komponenten (HpO) tritt auf.

Dies tritt auf, weil zwischen der nach unten strömenden. Flüssigkeit und den von den Boden heraufkommenden Gasen kein Gegenstromeffekt auftritt, wie er in Destillationetürmen erzielt wird.

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß es nur bei den Stufen mit niedrigem Druck möglich ist, eine nahezu vollständige Abtrennung der flüchtigeren Komponenten durchzuführen, wobei die erhaltenen gasförmigen Mischungen nicht mehr die zu ihrer vollständigen Kondensation ausreichende Menge an Wasser ent-

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halten, da dl· Harnstofflösung in den vorauegehenden Destillationsstufen unter hohen Druck an Wasser beträchtlich verarmt ist.

Ziel der Erfindung war es daher, die aus der Synthesezone kommende Harnstofflösung von den in der Synthesezone nichtumgesetzten Produkten zu reinigen. Ein weiteres Ziel der Erfindung bestand darin, die in der Harnstofflösung am Auslaß des Synthesereaktors enthaltenen, nicht-umgesetzten Produkte zurückzugewinnen»

Diese Zurückgewinnung kann unter Vermeidung der Nachteile der vorstehend beschriebenen Systeme und unter Ausnutzung der Vorteile, die dieses System bietet, e.rfindunßsgemäß durch Destillationen erzielt werden, die in allen Destillationsstufen unter Verwendung von Film-Wärmeaustauschern durchgeführt werden, unter einem Film-Wärmeaustauscher ist ein Austauscher beliebiger Form einschließlich solcher unter Verwendung von Rohren zu verstehen, in dem die zu behandelnde Flüssigkeit in Form eines Filmes verteilt ist, der von oben nach unten auf eine Heizoberfläche fällt und die erforderliche Wärme liefert* Das Heizmedium kann entweder Dampf (Wasserdampf) oder irgendein anderes Medium sein, Die mit Hilfe von Filmaustauschern durchgeführten Destillationsstufen können aufgrund des Selbststrippingeffektes ohne Einführung irgendeines Strippingmediume durchgeführt werden, falls erwünscht, ist es aber möglich, am Boden ein Strippingmedium einzuführen?

In diesem zweiten Falle kann das Medium aus einer oder mehreren Komponenten bestehen. Der Inertgasstrom der Anlage, der normalerweise bei verschiedenen Drucken in die Luft abgelassen wird, kann je nach den angewendeten Verfahren in geeigneter Weise diesem Zwecke nutzbar gemacht werden.

Die Anwendung dieser Destillatoren vom Film-Typ löst auf einfache und wirtschaftliche Art und Weise die bei der Verwendung von Destillationetürmen oder der oben beschriebenen Mantel- und Rohrverdampfer auftretenden Probleme, Mit Hilfe des er-

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findungsgemäß verwendeten Filmjsereetzere können die folgenden Ergebnisse erhalten werden:

1.) Eine sofortige Abtrennung eines großen Teiles der gasförmigen, an flüchtigen Komponenten reichen Phase in dem oberen Abscheider des Austauschers selbst. Diese Abtrennung ist eine Folge des sogenannten "Flash"-Phänomens, das beim übergang der Harnstofflösung von dem höheren Druck der vorhergehenden Stufe auf einen niedrigeren Druck auftritt.

2.) Ein Selbststripping-Effekt, da der Flüssigkeitsfilm, der in dem Austauscher von oben naoh unten läuft, auf einen gasförmigen Strom trifft, der an leichteren Komponenten »ehr und mehr verarmt,

'■ i

In dem Endpunkt des Austauschers liegen infolgedessen in erster Linie die weniger flüchtigen KompQnenten in der gae- · förraigen Phase vor, diese Tatsache beschränkt die Destillation dieser Komponente aus der flüssigen Phase.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken. ,

Beispiel 1

Aus einer bei einem Druck von 16 atm und 155⁰C betriebenen Destillationsstufe, bei der kein Strippingaittel von außen eingeführt wurde, wurden die in der folgenden Tabelle I an- I gegebenen experimentellen Daten erhalten, die mit denjenigen verglichen wurden, die mit normalen Mantel- und Rohrdestillatoren erhalten wurden.

Aus diesen Daten geht hervor, daß der unter erfindungegemäfler Verwendung von Film-Destillaboren erhalten· Gehalt an restlichen NH, und CO₂ in-der Harnstofflösung beträchtlich niedriger lag als der normalerweise mit Hilfe von Mantel-, und Rohrwärmeaustauschern erhaltene Gehalt, die unter den gleichen Temperatur- und Driickbedinguneeii betrieben wurden, während

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der Gehalt an restlichem Wasser höher lag„ Außerdem sei darauf hingewiesen, daß diese Werte mit den unter Verwendung von Destillationstürraen erhältlichen Werten absolut vergleichbar waren.

Tabelle I

Zusammensetzung der Zusammensetzung der Zusammensetzung Bodenfraktion des Bodenfraktion bei in den Abechei-Destillationsturmes der Film-Destillation der des Mantelin Gew.% in Gew_o% und Rohrdeetil-

latore in Gew.%

_} 6,2

CO₂ . 1,3

H₂O 27,5

Harnstoff 65,0

6	8,5
1,1 ·	2^
27,9	22,3
65,0	67,0

Im einseinen traten bei den aus den Pilmdestillatoren austretenden Komponenten im Vergleich zu den Werten, die bei den normalerweise verwendeten Hantel- und Rohrwärmeaustauschern beobachtet wurden, die folgenden Änderungen in Gew.% auf:

NH,-Gehalt CO₂-Gehalt

verringert auf 29 % verringert auf 5° # erhöht auf 20 %

Beispiel 2

In einer bei einem Druck von 4 atm und 132⁰C betriebenen Destillationsstufe, bei der kein Stripnineniittel von außen zugeführt wurde, wurden die in der folgenden Tabelle II auge· gebenen experimentellen Daten erhalten, die.mit den entsprechenden Daten verglichen wurden, die mit normalen Mantel- und Rohrdestillatoren erhalten wurden. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß diese Werte mit den bei Destillationstürmen erhaltenen entsprechenden Werten absolut vergleichbar waren,

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Tabelle II

Zusammensetzung der Zusammensetzung der Zusammensetzung Bodenfraktion des Bodenfraktion bei in den Abscheider Destillationsturmes der Filmdestillation des Mantel- und in Gew.% in Gew.% Rohrdestillators

in Grew.>e

2,5 3,5 .

0,7 1,5

26,8 22,0

70,0 73,0

Im einzelnen wurden folgende Änderungen der Komponenten in Gew.% in den aus den Filndestillatoren austretenden Lösungen im Vergleich zu den Werten, die mit den normalerweise verwendeten Hantel- und Rohrwärmeaustauschern erhalten wurden, erzielt.

NH,-Gehalt verringert auf 28,5 %

C0₂-Gehalt verringert auf 53,5 %

H₂0-Gehalt erhöht auf 18 %.

ΜΗ,	2,4
Co2	0,5
H2O	27,2
Harnstoff	69,9

009841/1953 Patentansprüche:

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   My Verfahren zur Reinigung einer Harnstofflösung von in den Abströmen des Synthesereaktore enthaltenen, nicht-uBgesetzten Komponenten und zur Rückgewinnung dieser nicht-umgeeetzten Komponenten, das mehrere, "bei verschiedenen Drucken und Temperaturen durchgeführte Destillationsstufen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß für die Destillationsstufen Film-Wärmeaustauscher verwendet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Film-Destillatoren angewendeten Temperatur- und Druckbereiche zwischen 50 und 250⁰C bzw„ zwischen 0,1 und 250 at« liegen.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Destillationsstufen ein Inertgase, vorzugsweise den in der Harnatoffanlage selbst verfügbaren Inertgaestrom enthaltendes Btrippingmittel eingeführt wird bevor der Inertgasstrom in die Atmosphäre abgelassen wird. «
4. 4 ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes beliebige Heizmedium verwendet werden kann.

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