DE2327195A1

DE2327195A1 - Pulsationsdaempfer fuer eine hochdruckcarbamat-umwaelzpumpe und verfahren zum betrieb desselben

Info

Publication number: DE2327195A1
Application number: DE2327195A
Authority: DE
Inventors: Ivo Mavrovic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-05
Filing date: 1973-05-28
Publication date: 1974-01-03
Also published as: BE800145A; EG10927A; FR2187768B1; TR17610A; NL7307161A; JPS4961123A; IT988921B; FR2187768A1; IN140454B; GB1403839A; AR201486A1; US3804555A; ES422206A1; CA980655A; ES415450A1; BR7304191D0

Description

Land; United States of America

Aktenzeichen: Serial ITo. 259?619

Anmelderι

Xvo Mavrovic .

'530 East 72nd Street„

City₉ County and State of New York«, U₀S.A₈

Pulsationsdämpfer für eine Hochdruck= Carbamate Umwälzpumpe und Verfahren zum Betrieb desselben.

Die Erfindung betrifft einen Pulsationsdämpfer für eine Carbamatpumpe, die bei relativ hohem Druck arbeitet, und ein verbessertes Verfahren zum. Umpumpen einer ammoniakalisehen wässrigen Lösung von Ammoniumcarbamat„

Harnstoff wird im technischen Masstab aus NH₃ und CO₃ in einem Harnstoffsynthesereaktor bei erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur hergestellt. Das in einen Harnstoffsynthesereaktor eingeführte NHq und COr, reagiert zuerst und erzeugt Ammoniumcarbamat j und das Ammoniumcarbamat wird in dem Reaktor zu Harnstoff dehydratisiert. Die erste Reaktion erfolgt sofort und praktisch vollständige die zweite Reaktion verläuft relativ langsamer und unvollständig, so dass der aus dem Reaktor ausfliessende

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Strom nach Abschluss der Reaktion Harnstoff, Wasser und nicht umgesetztes Ammoniuirrcarbamat enthält. Zum Zwecke der Abtrennung des Harnstoffproduktes von dem nicht umgesetzten Carbamat wird der aus dem Reaktor ausfliessende Strom unter verringerten Druck gesetzt und indirekt mit Dampf erhitzt, um das nicht umgesetzte Carbamat in NHo- und CQ^-Gas umzuwandeln. Das NHo- uhlcJ CO^-Gas wird von der restlichen wässrigen Harnstofflösung abgetrennt, in einem geeigneten Carbamat-kondensator in Anwesenheit von überschüssigem Ammoniak abgekühlt, zur Keaktion gebracht, um Ammoniumcarbamat zu bilden,.und in einer wässrigen Lösung von Ammoniak gelöst. Die entstehende ammoniakalische wässrige Lösung aus Ammoniumcarbamat wird mittels einer Hochdruck- Carbamat- Umwälzpumpe, die entweder eine Plungerpumpe, eine Zentrifugalpumpe oder eine Kreiselpumpe sein kann, unter erhöhten Druck gesetzt und dann dem Harnstoffsyafhesereaktor sur Rückgewinnung wieder zugeführt.

Es ist üblich, die Saugseite der Carbaraat-Umwälzpumpe, die die wieder aufbereitete Lösung in den Reaktor einspritzt, mit einer

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IJberdruckptunpe/liosimg zu versehen, die la Reihe zwischen dem Carbamatkondensator und der Carbamat-Umwälzpumpe angeordnet ist. Eine derartige Überdruckpumpe dient dem Zweck, den Druck in der Carbamatrückführungslösung, die in dem Carbamatkondensator gebildet wird, um 0„70 bis 3,50 kg/cm (10 bis 50 psi) über den Betriebsdruck des Carbamatkondensators zu erhöhen und so die Carbamat-Umwälspumpe an einer Blasenbildung auf Grund unzureichend hohen Flüssigkeitsdruckes an der Saugseite der Pumpe zu hindern.

Ein allgemeines Problem, das bei technischen Anlagen für die Herstellung von Harnstoff auf der Basis des oben beschriebenen Verfahrens auftritt, umfasst die häufigen Stillsetzungen der Anlage auf Grund von Fehlern oder Versagen der Hochdruck-Carba= mat-Umwälzpumpe und besitzt einen dementsprechend nachteiligen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und Rentabilität der AnIa-= ge. Derartiges Pumpenversagen ist üblicherweise auf Brechen der Ansaugöffnung und des Leitungssystems der Entladungspumpe_?

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auf Brechen der Stopfbüchsen, die die Hochdruckkolben abdichten, und auf Korrosion und Angreifen der Metallteile der Pumpe, die mit der umgewälzten Carbamatlösung in direktem Kontakt¹ stehen, zurückzuführen.

Es ist gefunden worden, dass durch Einbau eines Pulsationsdämpfers, der direkt mit Luft gefüllt ist, an der saugseitigen Leitung der Hochdruck-Carbamat-Umwälzpumpe und zwischen der Pumpe selbst und der oben erwähnten Überdruckpumpe für die Lösung das oben beschriebene Pumpenversagen praktisch eliminiert wird.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Pulsationsdämpfer an der Ansaugseite der Carbamat-Umwälzpumpe angebracht, und Luft oder ein anderes inertes Gas wird diesem Pulsationsdämpfer zum Zwecke des Erhöhens der mechanischen Zuverlässigkeit der Pumpe zugeführt. Die Lebensdauer der Pumpenteile, die mit der Verfahrensflüssigkeit in direktem Kontakt stehen, wird verlängert. Mechanisches Versagen des Metalles auf Grund von Beanspruchung und auf Grund von Korrosion werden ausgeschaltet«,

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung,die in dem sehematiscneia Flussdiagramm in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, werden !WL₅= CO_Q=Gas und Wasserdampf mit eini»

2 gen inerten Gasen bei etwa 21,0 kg/cm (300 psig) Druck und

angenähert 150°C (300°F), die in einem (nicht dargestellten) Carbamatzersetzer erzeugt worden sind, durch Leitung 1 einem

2 partiellen Kondensator 2 zugeführt, der bei angenähert 21 kg/cm (300 psig) arbeitet und mit einer Schlange 3 zur indirekten Kühlung mit Kühlwasser versehen ist. Das Fluid im partiellen Kondensator 2 wird auf angenähert IQQ⁰C (212°F) abgekühlt, und die auf diese Weise gebildete Carbamatlösung wird durch Lei-

2 tung 4 zurückgeführt, wobei ihr Druck auf angenähert 24,5 kg/cm (350 psig) mittels der Überdruckpumpe 5 (z.B. einer relativ flachköpfigen Zentrifugalpumpe (relatively low head centrifugal pump) ) erhöht worden ist, und durch die Leitungen 6 und 7 zu dem Carbamatkondensator 2 zurückgeführt. Das Ventil 8 an der Rückkehrleitung 7 dient zum Drosseln des Flüssigkeits-

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Stromes durch Leitung 7 und auf diese Weise zum Aufrechterhal-

ten eines konstanten Überdruckes von angenähert 3,5 kg/cm (50 psi) an der Entladungsseite derüberdruckpuinpe 5 für die Lösung in Bezug auf den partiellen Carbamatkondensator 2.

Nicht kondensiertes überschüssiges Ammoniak, das geringe Mengen COp, Wasserdampf, inerte Gase und Luft enthält, wird von dem partiellen Kondensator 2 über die Überlaufleitung 9 zur weiteren Verarbeitung in einer anderen in der Zeichnung nicht dargestellten Einheit entladen.

Der vertikale zylindrische Ansaugpulsationsdämpfer 10 ist ein geschlossenes Gefäss oder Tank, wie z.B. ein Gefäss mit einem Durchmesser von 30 bis 60 cm (1 bis 2 Fuss) und einer Höhe vonca. 1,50 m ( 5 Fuss), das zwischen die Leitungen 6 und 7 eingeschaltet ist, so dass der Anschluss 11 für die Einlassleitung 6 und der Anschluss 12 für die Auslassleitung 7 etwa in mittlerer Höhe derselben angeordnet sind, und die aus der Überdruckpumpe 5 abgegebene Lösung fliesst frei durch dieses

2 Gefäss hindurch. Luft von angenähert 24,5 kg/cm (350 psig) (einem Druck, der im wesentlichen gleich dem Druck in Leitung 6 ist) wird dem oberen Abschnitt des Pulsationsdämpfers 10 durch Leitung 13 zugeführt, und zwar in einer derartigen Menge, dass sie völlig die flüssige Phase aus einem oberen Abschnitt des Pulsationsdämpfers 10 bis herab zu den Anschlüssen

11 und 12 verdrängt. Eine kontinuierliche Versorgung mit Luft mit geringem Überschuss über die Menge, die erforderlich ist, um als Ergebnis die flüssige Phase wie oben beschrieben zu verdrängen, wird durch Leitung 13 aufrechterhalten, so dass dieser leichte Überschuss an Luft leicht durch den Anschluss

12 und die Leitung 7 zu dem partiellen Kondensator 2 entladen werden kann und dass so verhindert wird, dass Luft die flüssige Phase im Pulsationsdämpfer 10 weit unterhalb des Anschlusses 12 der Leitung 7 verdrängt. Wie es gezeigt ist, steht Luft mit der Lösung im Gefäss oder Tank 10 in direktem Kontakt.

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Das Flüssigkeitsniveau im partiellen Kondensator 2 wird durch Abziehen von Carbamatlösung von dem Pulsationsdämpfer 10 durch Leitung 14 konstant gehalten, wobei der Druck über der Lösung

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auf angenähert 231 kg/cm (3300 psig) mittels der. Hochdruck-Carbamat-Umwälz-Plungerpumpe 15 erhöht wird, die vorzugsweise auf der gleichen Höhe wie der Pulsationsdämpfer 10 angeordnet ist, und die abgezogene Carbamatlösung wird durch die Entladungsleitung 16 an einen (nicht dargestellten) Harnstoffsynthesereaktor abgegeben. Die Pumpe 15 besitzt die Kapazität, um bei Drücken in dem angenäherten Bereich von 105 bis 420

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kg/cm (1500 bis 6000 psig) zu arbeiten.

Leitung 14 ist mit dem Pulsationsdämpfer 10 am Punkt 17 verbunden, der unterhalb des Anschlusses 12 in einer derartigen Weise angeordnet ist, dass verhindert wird, dass Luft in die Leitung 14 eintritt und Blasenbildung in der Hochdruck-Carbamat-Umwälzpumpe 15 erzeugt«

Ein zusätzlicher (nicht dargestellter) Strom kann wahlweise dem partiellen Kondensator 2 zugeführt v/erden, wobei ein derartiger Strom eine Lösung aus einem oder mehreren der Stoffe, einschliesslich: H₂O, NH^, Ammoniumcarbonat oder -carbamat, Harnstoff und Biuret, zum Zwecke der Verbesserung der Absorption des gasförmigen Stromes, der dem partiellen Kondensator 2 durch die Leitung 1 zugeführt wird, enthält. In diesem Fall wird die Carbamatrückführungslösung in den Leitungen 6, 7, 14 und 16 Harnstoff und Biuret zusätzlich zu den in der Zeichnung dargestellten Stoffen enthalten.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Überdruckpumpe 5 weggelassen werden. In diesem Falle wird es bevorzugt, den partiellen Kondensator 2 gut über dem PuIsationsdämpfer 10 und der Carfoamat-Umwälzpumpe 15 zu erhöhen, um einen höheren Druck in dem Fulsationsdämpfer 10 als in dem partiellen Kondensator 2 zn erhalten.

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Es versteht sich, dass jedes beliebige Gas, das sich in dem beschriebenen System inert verhält, in dem Dämpfer 10 an Stelle von Luft verwendet werden kann. Zum Beispiel können NHo, N₂ oder O₂ oder Mischungen verwendet werden, um Pulsationen in dem System zu verringern oder im wesentlichen auszuschalten. Luft, O₂ und andere 0₂-haltige Mischungen, die in dem beschriebenen System inert sind, dienen ebenfalls dazu, Metallteile der Anlage, insbesondere der Carbamat-Umwälzpumpe, zu passivieren, weil Sauerstoff leicht in Carbamatlösungen lösbar ist.

Als eine weitere alternative Ausführungsform kann die Rückkehrleitung 7 weggelassen werden. Unter diesen Umständen ist ein (nicht dargestellter) Flüssigkeitsniveaudetektor am Gefäss 10 angebracht. Die Menge des inerten Gases, das durch Leitung 13 dem Gefäss 10 zugeführt wird, wird, sorgfältig gesteuert, um das Flüssigkeitsniveau der Lösung innerhalb des Gefässes.über der Leitung 14 aufrecht zu erhalten, um Blasenbildung, der Pumpe 15 zu verhindern.

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Claims

Patentansprüche

1. System zum Überführen einer ammoniakalischen wässrigen Lösung aus Ammoniumcarbaminat von einem Carbamatkondensator zu einem HarnstoffSynthesereaktor, in dem der Druck dieser Lösung erhöht wird, gekenn zeichnet durch

ein Pulsationsdämpfergefäss (10), das eine Einlassleitung (6) zum Beschicken der Lösung in dieses Gefäss, eine Pumpansaugleitung (14), die mit ihm verbunden ist, und eine Lösungsrückkehrleitung oder Auslassleitung (7) aufweist, die mit ihm an einem Anschlusspunkt (12) verbunden ist, der über dem Anschluss der Pumpansaugleitung (14) liegt,

eine Pumpe.(5), die den Druck der Lösung auf einen höheren Wert erhöht und mit der die Ansaugleitung (6) verbunden ist und die eine Entladungsleitung aufweist,

und Mittel zum Einführen eines inerten Gases in einen oberen Teil des Gefässes (10) unter einem Druck, der hinreichend ist, um die Lösung in diesem Gefäss (10) etwa auf der Höhe des Anschlusses (12) der Rückkehrleitung (7) an diesem Gefäss (10) zu halten,,

2. System nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , dass das Gefäss (10) einen unverstopften inneren Raum enthält und dass das inerte dem Gefäss (10) zugeführte Gas in direktem Kontakt mit der darin enthaltenen Lösung steht.

3. System nach einem,der Ansprüche 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die Pumpe (5) eine Plungerpumpe ist, die in der Lage ist, bei Drücken von

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etwa 105 kg/cm (1500 psig) bis etwa 420 kg/cm (6000 psig) zu arbeiten.

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4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass das inerte Gas Sauerstoff enthält.

5. System zum Überführen einer ammoniakalischen wässrigen Lösung aus Ammoniumcarbamat von einem Carbamatkondensator zu einem Harnstoffsynthesereaktor, in dem der Druck dieser Lösung erhöht wird, gekennzeichnet durch

ein Pulsationsdämpfergefäss (10), das eine Einlassleitung (6) zum Einführen der Lösung in dieses Gefäss und eine Pumpansaugleitung (14), die mit ihm verbunden ist, enthält,

eine Pumpe (5), die den Druck der Lösung auf einen höheren Wert erhöht und eine Ansaugleitung (4), die mit ihr verbunden ist, und eine Entladungsleitung (6) enthält,

und eine Vorrichtung zum Einführen eines inerten Gases in einen oberen Teil dieses Gefässes (10) unter einem Druck, der hinreichend ist, um das Niveau dieser Lösung in diesem Gefäss (10) über der Pumpenansaugleitung (14) zu halten.

6. Verfahren zum Überführen einer ammoniakalischen wässrigen Lösung aus Ammoniumcarbamat von einem niedrigen Druck zu einem höheren Druck unter Verwendung einer Pumpe, die eine Ansaugeinlassleitung und eine Entladungsleitung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass' es die folgenden Verfahrensschritte enthält

Einführen der Lösung in ein geschlossenes Gefäss;

teilweises Füllen dieses geschlossenen Gefässes mit dieser Lösung;

Einführen eines inerten Gases in den verbleibenden Raum innerhalb des Gefässes und Aufrechterhalten des Flüssigkeitsniveaus der Lösung in diesem Gefäss über dem An-

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- 9 Schluss der Pumpenansaugleitung an dem Gefäss;

Leiten dieser Lösung zu einem Ansaugeinlass der Pumpe und durch die Pumpe,

wobei die Druckimpulse, die auf den Pumpbetrieb zurückzuführen sind, durch elastische Kompression und Expansion dieses inerten Gases, das mit der Lösung in dem Gefäss im Kontakt steht, ausgeglichen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das inerte Gas mit der Lösung in dem Gefäss in direktem Kontakt steht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass das inerte Gas Sauerstoff enthält.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass das

Gefäss eine Lösungsriickkehrleitung enthält, die mit ihm oberes
halb des Anschluss/der Pumpenansaugleitung verbunden ist, und dass hinreichend viel inertes Gas dem Gefäss zugeführt wird, um das Flüssigkeitsniveau der Lösung darin aufrecht zu erhalten.

ORIGINAL IMSPHCTED

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