DE2708617C2

DE2708617C2 - Verfahren zur Gewinnung von nicht umgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid und Wärme aus einem Harnstoffsyntheseabstrom

Info

Publication number: DE2708617C2
Application number: DE2708617A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Kamakura Kanagawa Inoue
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1976-03-02
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1984-11-29
Also published as: PT66245B; BR7701245A; PH13083A; MX144971A; NO770672L; IT1071312B; JPS5532703B2; SU810078A3; CA1072980A; PT66245A; AU506697B2; NL7701883A; JPS52105125A; FR2342961A1; GB1508119A; NO150276B; DE2708617A1; EG12471A; IN145548B; FR2342961B1

Description

dadurchgekennzeichnct, daß man

a) den Harnstoffsyntheseabstrom aus der Abtrennzone dieser Hochdruckstufc auf 105 bis 17O⁰C durch indirekten Wärmeaustausch in einer Wärmeaustauschzone mit dem Harnstoffsyntheseabstrom, der sich am Boden der Rektifikationszone, die bei einem Überdruck von 0 bis 0,490 χ 10* Pa (0 bis 5 kg/cm²) betrieben wird,der Niedrigdruckstufe befindet, kühlt,

b) den Druck dieses gekühlten Harnstoffsyntheseabstroms auf denjenigen der Niedrigdruckstufe reduziert,

c) den Abstrom mit dem so erniedrigten Druck in den oberen Bereich der Rektifikationszone einleitet und

d) gleichzeitig den Bodenbereich dieser Rektifikationszone durch indirekten Wärmeaustausch in der Wärmeaustauschzone und in einer zusätzlichen Erhitzungszone erhitzt, wodurch man die Temperatur des oberen Bereichs der Rektifikationszone bei 60 bis 120° C und die Temperatur der Boden/.one der Rektifikationszone bei 100 bis 140⁰C hält.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den von der Rektifikationszone entnommenen Harnstoffsyntheseabstrom einer Abstreifzone zuführt und mit einem Abstreifgas zum Abstreifen verbliebener nicht umgesetzter Materia

lien abstreift

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abstreifgas 0,01 bis 0,2 Mol Kohlendioxid je Mol Harnstoff einsetzt, der in dem .Harnstoffsyntheseabstrom, der in der Abstreifzone behandelt wird, enthalten ist

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Rcklifikationszone und die Abstreifzone integrierend b/.w. in Reihe anordnet, wobei die Rektifikationszone die obere Hälfte der Abirennzone und die Abstreifzone die untere Hälfte der Abtrennzone bildet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Harnstoffsyntheseabstrom aus dem Boden der Rektifikationszone entnimmt und durch die Wärmeaustauschzone und die zusätzliche Erwärmungszone, die bei der parallelen Anordnung vorgesehen ist, zirkuliert

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Harnstoffsyntheseabstrom vom Boden der Rektifikationszone entnimmt und durch die Wärmeaustauschzone und die zusätzliche Erwärmungszonc, die bei der Anordnung in Reihe vorgesehen ist, zirkuliert

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man als Rektifikationszope eine Glokkenbodenkolonne, eine Siebbodenkolonne oder eine Fülikörperkolonne einsetzt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Abstreifzone eine Füllkörperkolonne einsetzt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als zusätzliche Erwärmungszone einen Wärmeaustauscher vom Typ mit einem einmaligen Durchgang, vom Siedertyp oder vom Typ eines fallenden Films einsetzt.

40 Für die Herstellung von Harnstoff ist ein Rezyklisierungsvcrfahrcn in vollständiger Lösung, das die folgenden Stufen umfaßt, gut bekannt: die Umsetzung von Kohlendioxid mit Ammoniak unter Bedingungen hoher Temperatur und hohen Drucks, die dem Fachmann als Bedingungen für die Harnstofisynthese allgemein bekannt sind, das Unterwerfen des erhaltenen Harnstoffsynthcseabstroms einer Vielzahl von Abstrcif- oder Destillationsstufen untsr jeweils stufenweise reduzierten Drücken, um nicht umgesetzte Materialien in Form einer gasförmigen Mischung von Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf in jeder der jeweiligen Stufen abzutrennen, die Absorption der Gasmischung der nicht umgesetzten Materialien, die aus der Niedrigdruckde stillalionsstufe stammen, in einem Absorptionsmittel, die stufenweise Erhöhung des Drucks des erhaltenen Absorbats für die Verwendung als Absorptionsmittel für das Gasgemisch, das bei einer Zerseizungssiufe mit einem höheren Druck abgetrennt worden ist, und die

bo Rezyklisierung des Absorbats, das aus der lezten Zerset/.ungsstufe mit dem höchsten Druck stammt, zu der llarnstoffsynthcse/.onc. Die Hurnstoffsynthcscrcaktion. d. h. die Umsetzung von Ammoniak mit Kohlendioxid unter Bildung von Harnstoff und Wasser, ist eine rever-

h^r> sible Reaktion derart, daß die Ausbeute an Harnstoff mit einer Zunahme des Wassergehalts in dem Harn-Moffsynthescrcaktionssystcm abnimmt. Um die Ausbeute an Harnstoff zu erhöhen, ist es erforderlich, den

Wassergehalt in dem zu der Harnstoffsynthesezone re-7yklisierten Absorbat so weit als möglich herabzusetzen. Zu diesem Zweck sollte die Absorption unter hohem Druck in den jeweiligen Absorptionsiitufen und unter Verwendung einer minimalen Absoiptionsmittelmenge durchgeführt werden. Weiterhin sollte die Wasssrmenge, die verdampft und in der Gasmischung der in den jeweiligen Absorptionsstufen abgetrennten nicht umgesetzten Materialien mitgeführt wird, vorzugsweise minimal gehalten werden, um zu verhindern, daß das Absorbat verdünnt wird. Die in den Abtrennzonen unter verschiedenen Druckbedingungen abgetrennten Gasgemische besitzen verschiedene Wassergehalte. Unter diesem besitzt die Gasmischung, die in der Niedrigdruckabtrennzone, die bei einem Überdruck von 0 bis 0,490 χ 10⁶ Pa (0 bis 5 kg/cm²) betrieben wird, den höchsten Wassergehalt Insbesondere erhöht sich der Wasser- oder Feuchtigkeitsgehalt in der abgetrennten Gasmischung nachteilig durch eine Meng«.' an verdampftem und in dem Kohlendioxid mitgerissenem Wasserdampf, wenn nicht umgesetzte Materialien in der Niedrigdruckstufe mit der Kohlendioxidbeschikkung in den Boden der Abtrennzone der Niedrigdruckzcrsetzungsstufe zur vollständigen Abtrennung der nicht umgesetzten Materialien aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abgestreift werden. Demgemäß sind zusätzliche Mittel erforderlich, um die Erhöhung des Wassergehalts zu unterdrücken.

Um die vorstehenden Nachteile zu beheben, wurde in der US-PS 37 25 210 ein Verfahren empfohlen, bei dein die Temperatur am Kopf der Niedrigdruckrcktifikations/one, die einen Überdruck von 0 bis 0, 490 χ 10* Pa (0 bis 5 kg/cm?) besitzt, bei 60 bis 120⁰C und die Temperatur am Boden derselben bei 100 bis 140⁰C gehalten wird. Die vorliegende Erfindung sieht eine Verbesserung des vorstehenden Verfahrens vor. In dem bekannten Verfahren wird die Temperatur am Kopf der Rektifikationszone im Bereich von 60 bis 120⁰C derart gehalten, daß es möglich ist, den Dampfdruck zu erniedrigen und den Wassergehalt in der Gasmischung zu reduzieren. Um den Kopf der Rektifikationszone bei einer derart niedrigen Temperatur zu halten, muß jedoch die am Kopf der Rektifikationszone abströmende Gasmischung einem Rückflußkondensor zugeführt werden, in dem die Gasmischung auf eine Temperatur von 50 bis 100⁰C gekühlt wird, um den darin enthaltenen Wasserdampf zu kondensieren, wobei das kondensierte Wasser zum Kopf der Rektifikationszone rezyklisiert wird. Somit führt die bei der Rückflußkondensation entzogene Wärmeenergie zu einem Verlust, wobei sich die für das Erhitzen der Abtrennzone erforderliche Wärmemenge um eine dem Wärmeverlust entsprechende Menge erhöht.

Es ist daher Ziel der Erfindung, ein wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur Gewinnung von nicht umgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid aus einem Harnstoffsyntheseabstrom vorzusehen, bei dem eine Mischung nicht umgesetzter Gase mit einem herabgesetztem Wassergehalt aus dem Harnstoffsynthescabstrom gewonnen wird. Hierbei soll auch auf wirksame Weise Wärme aus dem Harnsloffsyntheseabstrom für die Verwendung bei der Abtrennung und Gewinnung der nicht umgesetzten Materialien gewonnen werden.

Um die vorstehenden Ziele /.u erreichen, wurden umfangreiche Untersuchungen bezüglich der angesprochenen Probleme vorgenommen und es wurde gefunden, daß der Wassergehalt in der gasförmigen Mischung der nicht umgesetzten Materialien, die bei der Nicdrig druckabtrennstufe abgetrennt werden, wirksam reduziert werden kann, indem man die Wärme, die in dem Harnstoffsyntheseabstrom enthalten ist, wie nachstehend beschrieben, verwertet Die Erfindung ist somit auf

s eine Verbesserung bei der Recyclisierung in vollständiger Lösung innerhalb eines Harnstoffsyntheseverfahrens gerichtet

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Gewinnung von nicht umgesetztem Ammoniak und

ίο Kohlendioxid und Wärme aus einem Harnstoffsyntheseabstrom, das die folgenden Stufen umfaßt:

A. Umsetzung von Kohlendioxid mit Ammoniak unter Harnstoffsynthesetemperatur- und -druckbedin giingen in einer Harnstoffsynthesezone,

B. Unterziehen des nach A erhaltenen Harnstoffsynthescabstroms, der Harnstoff, überschüssiges Ammoniak, nicht umgesetztes Ammoniumcarbamat und Wasser enthält, zumindest zwei Ammonium carbamat-Zersetzungsstufen einschließlich zumin dest einer Hochdruckstufe bei mehr als 0,981 χ 10* Pa (10 kg/cm²) und einer Niedrigdruckstufe unterhalb 0,490 χ 10⁶Pa (5 kg/cm²),

C. Abtrennung in den jeweiligen Abtrennzonen der Hochdruck- und Niedrtgdruckzersetzungsstufen

von Gasgemischen, jeweils bestehend aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf, wobei zumindest ein Teil der Abtrennzone der Niedrigdruckstufe eine Retifikationszone mit einer Kopfjo und einer Bodenzone ist,

D. in Kontaktbringen eines jeden dieser Gasgemische mit einem Absorptionsmittel in Absorptionszonen, von denen jede im wesentlichen den gleichen Druck besitzt wie derjenigen der entsprechenden

j5 Abtrennzonen,

E. sukzessive Absorption dieser Gasgemische in diesem Absorptionsmittel, und

F. Rezyklisierung des so erhaltenen Absorbats zu der Harnstoffsynthesezone,

dadurch gekennzeichnet, daß man

a) den Harnstoffsyntheseabstrom aus der Abtrennzone dieser Hochdruckstufe auf 105 bis 17O⁰C durch indirekten Wärmeaustausch in einer Wärmeauslauschzone mit dem Harnstoffsyntheseabstrom, der sich am Boden der Rektifikationszone, die bei einem Überdruck von 0 bis 0,490 χ 10⁶ Pa (0 bis 5 kg/cm²) betrieben wird, der Niedrigdruckstufe befindet, kühlt,

c) den Abstrom mit dem so erniedrigten Druck in den oberen Bereich der Rektifikationszone einleitet und

d) gleichzeitig den Bodenbereich dieser Rektifikationszone durch indirekten Wärmeaustausch in der Wärmeaustauschzone und in einer zusätzlichen Er hitzungszone erhitzt, wodurch man die Temperatur des oberen Bereichs der Rektifikationszone bei 60 bis 120⁰C und die Temperatur der Bodenzone der Rektifikationszone bei 100 bis 140°C hält.

b^r> Die bei Stufe A. genannten Harnstoffsynthesetemperatur- und -druckbedingungen umfassen eine Temperatur von ca. 180 bis 210⁰C und einen Überdruck von ca. 19,614 χ 10" bis 25,498 χ 10"Pa (ca. 200 bis

260 kg/cm*).

Vorzugsweise wird die Rektifikationszone bei einem Überdruck von 0,147 χ 10* bis 0,294 χ 10" Pa (1,5 bis 3,0 kg/cm²) betrieben.

Wird der Harnstoffsyntheseabstrom aus zumindest einer Hochdruckzersetzungsstufe, die unter einem Überdruck von 0,981 χ 10" bis 16,672 χ 10* Pa (10 bis 170 kg/cm²) und bei einer Temperatur von 140 bis 200⁰C betrieben wird, hinsichtlich seines Druck auf einen Überdruck von 0 bis 0,490 χ 10* Pa (0 bis 5 kg/cm²) für die Blitzverdampfung reduziert, so erniedrigt sich die Temperatur desselben auf 90 bis 150⁰C. Wird jedoch der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Hochdruckabtrennstufe zuerst einem indirekten Wärmeaustausch mit dem Karnsioffsyntheseabsirom, der sich am Boden der Rektifikationszone der Niedrigdruckabtrennstufe befindet, unterzogen, um diesen Harnstoffsyntheseabstrom aus der Hochdruckstufe auf 105 bis 170⁰C zu kühlen und wird dieser dann auf einen Überdruck von 0 bis 0,490 χ 10° Pa (0 bis 5 kg/cm²) für die Blitzverdampfung entspannt, so erniedrigt sich dessen Temperatur auf 60 bis 120⁰C. Die Zufuhr einer Lösung mit einer derart niedrigen Temperatur zum Kopf der Niedrigdruckrektifikationszone erniedrigt die Temperatur des Kopfes dieser Zone ohne Wärmeverlust, wobei die Reduktion des Wassergehalts in der abgetrennten Gasmischung von nicht umgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid sichergestellt ist.

Der in dem heißen aus der Hochdruckabtrennstufe stammenden Harnstoffsyntheseabstrom enthaltene Wärmeüberschuß wird zum Erwärmen des Bodens der Niedrigdruckretifikationszone durch indirekten Wärmeaustausch verwendet, was zu einer Herabsetzung der zum Beheizen des Bodens der Niedrigdruckrektifikationszone erforderlichen Wasserdampfmenge führt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das indirekte Wärmeaustauschverfahren es möglich macht, den Wasserdampf- oder Feuchtigkeitsgehalt in der in der Niedrigdruckabtrennstufe abgetrennten Gasmischung erheblich stärker zu reduzieren als es der Fall wäre, wenn der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Hochdruckabtrennstufe direkt in die Niedrigdruckabtrennstufe blitzverdampft würde. Somit wird die Menge an latenter Verdampfungswärme, die für diesen reduzierten Feuchtigkeitsgehalt erforderlich ist, entsprechend reduziert, was zu einer Herabsetzung der für die Erwärmung des Bodens der Niedrigdruckrektifikationszone auf eine vorherbestimmte Temperatur erforderlichen Wasscrdampfmenge führt.

Um nicht umgesetztes Ammoniak und Kohlendioxid aus dem Harnstoffsyntheseabstrom in der Niedrigdruckabtrennzone vollständig abzutrennen, ist es bevorzugt, daß die Abtrennzone der Niedrigdruckstufe in zwei Zonen aufgeteilt wird, d. h. in eine Rektifikationszone und in eine Abstreifzone derart, daß der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Rektifikationszone weiter der Abstreifzone zugeführt wird, in der ein Abstreifgas, ζ. Β. Kohlendioxid, in deren Kopf eingeführt wird, um aus dem Harnstoffsyntheseabstrom die verbliebenen nicht umgesetzten Materialien für die Beschickung zum Boden der Rektifikationszone abzustreifen. In diesem Fall erhöht sich die absolute Feuchtigkeitsmenge in der in dem Kopf der Rektifikationszone erhaltenen Gasmischung durch die Menge, die mit dem Abstreifgas mitgeschleppt wurde. Um die Menge der mitgeschleppten Feuchtigkeit herabzusetzen, sollte die Temperatur am Kopf der Rektifikationszone so niedrig wie möglich gehalten werden. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird die Temperatur am Kopf der Rektifikationszone im Bereich von 60 bis 120⁰C gehalten, wobei die Temperatur innerhalb dieses Bereiches in Abhängigkeit vom Druck geändert wird, mit dem Ergebnis, daß der Fcuchligkcils- oder Wassergehalt in der Gasmischung selbst dann unterdrückt und niedrig gehalten werden kann, wenn nicht umgesetztes Ammoniak und Kohlendioxid durch die Verwendung eines Abstreifgases wie Kohlendioxid abgestreift werden. Somit erhöht

ίο sich die Gesamtmenge an verdampftem und in dieser Gasmischung mitgeführten Wasserdampf trotz der erhöhten Menge der Gasmischung nicht in beträchtlichem Ausmaß. Das zur Beschickung in den Boden der Austreib- oder Abstreifzone zur Abtrennung von nicht umgesetztem Ammoniak oder Kohlendioxid aus dem Harnstoffsynihescabstrom verwendbare Abstreifgas ist vorzugsweise Kohlendioxid aufgrund seiner hohen Abstreifwirkung. Das heißt. Kohlendioxid ist auch dann ausrei- chend, wenn es lediglich in einer geringen Menge verwendet wird, wobei gleichzeitig die Gesamtmenge des mitgerissenen Wasserdampfes herabgesetzt wird. Das der Abstreifzone zugeführte Kohlendioxid wird in der Niedrigdruckabsorptionszone durch Absorption in ei nem Absorptionsmittel zusammen mit nicht umgesetz tem Ammoniak und Kohlendioxid, die in der Rektifikationszone und in der Abstreifzone abgetrennt werden, absorbiert. Bei dieser Absorption dient das zugegebene oder zugeführte Kohlendioxid zur Reduktion des Gleichgewichtsdrucks der Niedrigdruckabsorptionszone und dies wiederum macht es möglich, die Menge an Absorptionsmittel, die in der Niedrigdruckabsorptionszone verwendet wird, zu reduzieren.

Obgleich Kohlendioxid das bevorzugte Abstreifgas ist, können andere Gase verwendet werden einschließlich Wasserstoff und Inertgasen wie Stickstoff.

Wird das bevorzugte Kohlendioxid als Abstreifgas verwendet, so wird im allgemeinen ein Anteil des anfänglichen Kohlendioxids als Abstreifkohlendioxid verwendet, das in die Abstreifzone eingeführt wird. Das Kohlendioxid wird im allgemeinen zum Abstreifen in einer Menge von 0,01 bis 0,2 Mol, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 Mol je Mol Harnstoff, der in dem der Abstreifzone zugeführten Harnstoffsyntheseabstrom enthalten ist, verwendet. Liegt die Menge εη Kohlendioxid oberhalb 0,2 Mol, so erhöht sich die Menge an destilliertem Wasser. Andererseits neigen die nicht umgesetzten Materialien, wenn die Menge unterhalb 0,01 MoI liegt, dazu, nicht vollständig abgestreift zu werden.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung besieht die Abircnnzone der Niedrigdrucksiufe wie vorstehend beschrieben aus einer Rektifikationszone, einer Wärmeaustauschzone, einer zusätzlichen Erwärmungszone und gewünschtenfalls einer Abstreifzone. Diese Zonen können entweder integrierend oder getrennt angeordnet sein. Wird die Abstreifzone verwendet, so sind die Rektifikationszone und die Abstreifzone vorzugsweise integrierend angeordnet, d. h. die Rektifikationszone ist in der oberen Hälfte der Abtrennzone und die Austreib- oder Abstreifzone ist in der unteren Hälfte derselben angeordnet

Die Rektifikationszone kann aus einer Glockenbodenkolonne oder anderen Bodenkolonnen mit entsprechenden Wirkungsweisen konstruiert sein wie Siebbo-

bs denkolonnen oder sie kann aus einer Füllkörperkolonne mit einer Wirkungsweise analog derjenigen der vorstehenden Bodenkolcnnen bestehen. Die Abstreifzone besteht im allgemeinen aus einem

Füllkörperbett und die zusätzliche Wärme/.one besteht aus einem mehrröhrigen Wärmeaustauscher, d. h. einem Erhitzer von Typ eines solchen mit einem einmaligen Durchgang, vom Typ eines Sieders oder vom Typ eines fallenden Films, der mit Wasserdampf oder mil einem anderen heißen Medium beheizt wird.

Fig. 1 und Fig.2 zeigen Fließschemata für erfindungsgemäße Ausführungsfonnen, wobei in F i g. 2 eine Abstreifbehandlung mit Kohlendioxid veranschaulicht wird.

In Fig. 1 wird ein Harnstoffsyntheseabsirom, aus dem der überwiegende Anteil an nicht umgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid in einer Hochdruckabtrennstufe (nicht gezeigt) abgetrennt worden sind, und der vom Boden der Hochdruckabtrennstufe oder von einem Hochdruckdestillationsturm (nicht gezeigt) stammt, und einen Überdruck von 0,981 χ 10* bis 16,672 χ 10* Pa (10 bis 170 kg/cm²) sowie eine Temperatur von 140 bis 200°C besitzt, über die Leitung 10 zum Wärmeaustauscher 12 geführt. In dem Wärmeaustauscher 12 wird der Harnstoffsyntheseabstrom zusammen mit einem Harnstoffsyntheseabstrom aus dem Boden der Rcktifikaiionszone 22 einem Wärmeaustauschverfahren unterzogen und auf 105 bis 170⁰C, vorzugsweise 120 bis 150⁰C gekühlt. Der so gekühlte Harnstoffsyntheseabstrom wird über die Leitung 14 durch das Reduzierventil 16 geleitet, in dem der Überdruck auf 0 bis 0,490 χ 10* Pa (0 bis 5 kg/cm²), vorzugsweise 0,147 χ 10* bis 0,294 χ 10* Pa (1,5 bis 3,0 kg/cm²) reduziert wird und weiter über die Leitung 18 dem Kopf des Niedrigdruckdestillationsturms 20 zur Blitzverdampfung bzw. Flashdestillation zugeführt. Durch adiabatische Expansion wird der Harnstoffsyntheseabstrom, der dem Kopf der Rektifikationszone 22 zugeführt wurde, auf 60 bis 120°C abgekühlt. Der Harnstoffsyntheseabstrom, aus dem eine Gasmischung aus nicht umgesetztem Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf am Kopf der Rektifikationszone 22 abgetrennt worden ist, strömt nach unten durch die Rektifikationszone zu deren Boden. F£in Teil des Harnstoffsyntheseabstroms wird von dem Boden der Rektifikationszone 22 über die Leitung 24 abgezogen und dem Wärmeaustauscher 12 für die Erhitzung durch Wärmeaustausch mit dem Harnstoffsyntheseabstrom aus der Hochdruckabtrennzone zugeführt. Als Ergebnis hiervon erreicht der Harnstoffsyntheseabstrom eine Temperatur von 100 bis 140°C, vorzugsweise 115 bis 135° C und wird dem Boden der Rektifikationszone 22 über die Leitung 26 zugeführt. Weiterhin wird ein Teil des Harnstoffsyntheseabstroms über die Leitung 24 abgezogen und über die Leitung 28 einem Siedcr 30 zugeführt, in dem dieser gleichfalls auf 100 bis 140°C, vorzugsweise 115 bis 135°C mit Hilfe von über die Leitung 32 zugeführtem Wasserdampf erhitzt wird. Der so erhitzte Harnstoffsyntheseabstrom wird ebenfalls zu dem Boden der Rektifikationszone 22 über die Leitung 34 und die Leitung 26 rezyklisiert Der aus dem Boden der Rektifikationszone 22 durch den Wärmeaustauscher 12 und den Sieder 30 rezyklisierte Harnstoffsyntheseabstrom kann durch den Wärmeaustauscher und Sieder, die wie in F i g. 1 gezeigt parallel angeordnet sind, geleitet werden. Alternativ können der Wärmeaustauscher und der Sieder in Reihe angeordnet sein. Wird der Harnstoffsyntheseabstrom aus dem Boden der Rektifikationszone 22 im Wärmeaustauscher 12 und Sieder 30 erhitzt, so wird der überwiegende Teil des in dem Harnstoffsyntheseabstrom verbleibenden nicht umgesetzten Ammoniaks und Kohlendioxids in Form einer Gasmischung abgetrennt und in den Boden der Rektifikationszone 22 zusammen mit dem Harnstoffsyntheseabstrom rezyklisiert. Die Gasmischung wird dort von dem Harnstoffsyntheseabstrom abgetrennt und steigt durch die Rekti-

^r> fikationszone 22 auf, während ein Teil des in der Gasmischung enthaltenen Wasserdampfs kondensiert wird. Die Gasmischung mit dem reduzierten Wassergehalt wird am Kopf der Rektifikationszone 22 über die Leitung 36 zusammen mit der aus der Blitzverdampfung

ίο abgetrennten Gasmischung des Harnstoffsynthsseabstroms abgeführt und der Niedrigdruckabsorptionszone, die nicht gezeigt ist, zugeführt. Der so von der Gasmischung abgetrennte Harnstoffsyntheseabstrom wird am Boden des Destillationsturms 20 über Leitung 42

is entnommen.

Möchte man den Harnstoffsyntheseabstrom am Boden der Rektifikationszone 22 mit Hilfe von Kohlendioxid abstreifen, so wird der Harnstoffsyntheseabstrom der Abstreifzone 38, die aus einer Füllkörperkolonne besteht, die ihrerseits in dem niedrigeren Teil des Destillationsturms 20 wie in F i g. 2 gezeigt angeordnet ist, weiter zugeführt. Der Harnstoffsyntheseabstrom gelangt durch die Abstreifzone 38 im Gegenstrom zum Kohlendioxid, das über das Beschickungsrohr 40, welches seinerseits am Boden der Abstreifzone angeordnet ist, zugeführt wird, nach unten, um hierdurch im wesentlichen sämtliches verbliebenes nicht umgesetztes Ammoniak und Kohlendioxid aus dem Harnstoffsyntheseabstrom abzutrennen. Der so abgetrennte Harnstoff-ίο syntheseabstrom wird am Boden des Destillationsturms 20 über die Leitung 42 einer sich anschließenden nicht gezeigten Konzentrierungsstufe zugeführt. Die aus Kohlendioxid, das der Abstreifzone 38 zugeführt wird, und Ammoniak und Kohlendioxid, die dort abgetrennt werden, bestehende Gasmischung wird von der Abstreifzone 38 dem Boden der Rektifikationszone 22 zum Mischen derselben mit der in dem Sieder 30 und dem Wärmeaustauscher 12 abgetrennten Gasmischung zugeführt. Die erhaltene Gasmischung gelangt durch die Rektifikationszone 22 nach oben und wird am Kopf derselben über Leitung 36 abgeführt.

Erfindungsgemäß wird somit der Harnstoffsyntheseabstrom aus der Hochdruckabtrennstufe zuerst einem Wärmeaustausch mit einem Harnstoffsyntheseabstrom unterzogen, der sich am Boden der Rektifikationszone der Niedrigdruckabtrennzone befindet, um diesen Abstrom auf eine vorbestimmte Temperatur zu kühlen und dessen Druck wird dann derart reduziert, daß die Temperatur des Harnstoffsyntheseabstroms ihrerseits aufgrund der adiabatischen Expansion in einem größeren Ausmaß herabgesetzt wird als es durch eine alleinige adiabatische Expansionstechnik möglich wäre, so daß auf diese Weise die Temperatur am Kopf der Rektifikationszone innerhalb eines geeigneten Temperaturbe-

ss reichs gehalten werden kann. Zusätzlich kann die durch den Wärmeaustausch entfernte Wärme als Bestandteil der Wärmequelle zum Erhitzen des Bodens der Rektifikationszone verwendet werden. Dies bedeutet, daß die Wärme des Harnstoffsyntheseabstroms aus der Hoch-

M) druckabtrennzone aus dem Kopf der Niedrigtemperatur-Rektifikationszone zum Boden der Rektifikationszone mit einer höheren Temperatur unter Verwendung der Expansion des Hochdruckharnstoffsyntheseabstroms überführt wird. Somit kann die Wärme des hei- Ben Harnstoffsyntheseabstroms in wirksamer Weise als Wärmequelle für die Rektifikation verwendet werden. Dies führt zu einer Herabsetzung der für die Rektifikation des Harnstoffsyntheseabstroms in der Niedrig-

druckzersetzungsstufe erforderlichen Wasserdampfmenge. Weiterhin sind weder ein Kondensor zur Kondensierung des Wasserdampfs in der Gasmischung vom Kopf des Rektifikationsturms noch Kühlwasser zur Kondensation erforderlich. Zusätzlich wird die Temperatur am Kopf der Rektifikationszone derart niedrig gehalten, daß der Feuchtigkeitsgehalt in der Gasmischung der nicht umgesetzten Materialien, die aus der Rektifikationszone abgetrennt wurden, reduziert wird und die Menge des der Harnstoffsynthesezone rezyklisierten Wassers ebenfalls herabgesetzt wird, was zu einer hohen Ausbeute an Harnstoff in der Harnstoffsynthesezone führt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Rrfindung.

Beispiel j

In einem Kontrollversuch wurde ein Harnstoffsyntheseabstrom, der dem Boden eines Hochdruckdestillationsturms, der unter einem Überdruck von 1,863 χ 10⁶Pa (19 kg/cm²) bei einer Bodenteinperatur von 180° C arbeitete, entnommen worden ist und aus 1130kg/Std. Harnstoff, 107 kg/Std. Ammoniak, 28 kg/ Std. Kohlendioxid und 447 kg/Std. Wasser bestand, als solcher unter adiabatischen Bedingungen in den Kopf eines Niedrigdruckdestillationsturms, der bei einem Überdruck von 0,265 χ 10⁶ Pa (2,7 kg/cm²) gemäß einem bekannten Verfahren arbeitete, blitzverdampft. Als Ergebnis hiervon wurde eine Gasmischung bestehend aus 73,8 kg/Std. Ammoniak, 25,7 kg/Std. Kohlendioxid und 53,7 kg/Std. Wasser aus dem Harnstoffsynthescabstrom abgetrennt und die Temperatur des Abstroms auf 120°C erniedrigt. Der nach dieser Blitzverdampfung erhaltene Harnstoffsyntheseabstrom besaß eine Zusammensetzung bestehend aus 1130 kg/Std. Harnstoff, 33,2 kg/Std. Ammoniak, 2,6 kg/Std. Kohlendioxid und 393,3 kg/Std. Wasser. Hiernach wurde der Harnstoffsyntheseabstrom weiter in einem sechs Böden enthaltenden Destillationsturm destilliert. Die am Boden des Turms enthaltene Lösung wurde mit Hilfe eines Sieders auf 130°C erhitzt. Der am Boden des Destillationsturms anfallende Harnstoffsyntheseabstrom enthielt 2,0 kg/ Std. verbliebenes Ammoniak und 1,5 kg/Std. verbliebenes Kohlendioxid. Die am Kopf des Destillationsturms anfallende Gasmischung, d. h. eine Kombination von dem blitzverdampften Gas und dem Gas, das durch Destillation abgetrennt worden ist, besaß eine Zusammensetzung entsprechend 105 kg/Std. Ammoniak, 26,5 kg/ Std. Kohlendioxid und 26,4 kg/Std. Wasser. In dem Sieder wurden 88 kg/Std. Wasserdampf mit einem Überdruck von 0,490 χ ΙΟ⁶ Pa(5 kg/cm²) verbraucht.

Um die mit der vorliegenden Erfindung erzielbarcn Vorteile zu zeigen, wurde dann ein Harnstoffsyntheseabstrom, der dem Boden eines Hochdruckdestillationsturms entstammte, ohne Reduzierung seines Drucks nach dem Verfahren der Erfindung behandelt Dies be deutet, daß der Harnstoffsyntheseabstrom über die Rohre eines mehrröhrigen Wärmeaustauschers für den Wärmeaustausch mit einem Harnstoffsyntheseabstrom aus dem Boden des Niedrigdruckdestillationsturms, der durch den Mantel dieses Wärmeaustauschers geleitet wurde, geschickt wurde. Als Ergebnis hiervon wurde die Temperatur des Hochdruckharnstoffsyntheseabstroms, der vom Wärmeaustauscher zugeführt worden war, auf 150⁰C herabgesetzt. Der Harnstoffsyntheseabstrom wurde am Kopf eines Niedrigdruckdestillationsturms, der bei einem Überdruck von 0,265 χ 10⁶ Pa (2,7 kg/ cm²) arbeitete, blitzverdampft, wobei eine Gasmischung bestehend aus 56,3 kg/Std. Ammoniak, 16,5 kg/Std. Kohlendioxid und 28,3 kg/Std. Wasser abgetrennt und die Abstromtempcraiur auf 110⁰C erniedrigt wurde. Der nach der Blitzverdampfung erhaltene Harnstoff-

^r> synthescabstrom enthielt 1130 kg/Std. Harnstoff, 50,7 kg/Std Ammoniak, 11,5 kg/Std. Kohlendioxid und 418,7 kg/Std. Wasser. Die beim Blitzverdampfen verdampfte Wassermenge wurde auf fast die Hälfte derjenigen reduziert, die durch das bekannte Verfahren er-

I« i eicht wurde, indem man die Temperatur des Harnstoffsyntheseabstroms um 30"C vor der Druckerniedrigung durch Wärmeaustausch herabsetze. Die n;ich dem Blitzverdampfen erhaltene Lösung wurde in einem Dcstillationsturm destilliert und die am Moden des Turms crhal-

i"> tene Lösung wurde mit Hilfe des vorgennnnten Sieders und des Wärmeaustauschers erhitzt und bei 130'"'C gehalten. Als Ergebnis hiervon verblieben lediglich 2,3 kg/ Std. Ammoniak und 1,7 kg/Std. Kohlendioxid in dem Harnstoffsyntheseabstrom, der am Boden des Destillationsturms abgeführt wurde, während das am Kopf des Deslillationsturms abgeführte Gasgemisch 104,7 kg/ Std. Ammoniak, 26,3 kg/Std. Kohlendioxid und 52,8 kg/ Std. Wasser enthielt. Somit wurde, obgleich die Mengen an in dem Harnstoffsyntheseabstrom, der aus dem Boden des Destillationsturms stammte, verbliebenem Ammoniak und Kohlendioxid im wesentlichen die gleichen waren wie diejenigen im Fall des bekannten Verfahrens, die Gesamtmenge an verdampftem Wasser auf ca. 70% derjenigen des bekannten Verfahrens reduziert. Beim

jo erfindungsgemäßen Verfahren wurden lediglich 64 kg/ Std. an Wasserdampf mit einem Überdruck von 0,490 χ 10"Pa (5 kg/cm¹) in dem Sieder verbraucht, wobei der Wasserdampf im Vergleich zum bekannten Verfahren um 24 kg/Std. reduziert wurde. In anderen

J5 Worten wurde die im Sicdcr erforderliche Wärmemenge durch eine Menge entsprechend dem Unterschied in der Menge des verdampften Wassers reduziert. Zusätzlich war der Wassergehalt in dem Absorbat, das die abgetrennte Gusmischung absorbierte, reduziert und wurde in die Harnstoffsynthesekolonne derart rezyklisicrt.daßdie Harnstoffausbeule erhöht wurde.

Beispiel 2

Ein aus dem Destillationsturm in Beispiel 1 erhaltener Harnstoffsyntheseabstrom wurde weiter in einer Abstreifzonc behandelt, die unterhalb des Destillationsturms in direkter Verbindung mit demselben vorgesehen war und aus einem 5 m hohen Füllkörperbett bestand. In den Boden der Abstreifzone wurden 33 kg/Std. Kohlendioxid zum Abstreifen eingeblasen. Die erhaltene Gasmischung gelangte durch die Abstreifzone und ebenfalls durch die Rektifikationszone nach oben und wurde am Kopf des Destillaiionsturms zusammen mit dem blitzverdampften Gas und dem durch die Destillation abgetrennten Gas abgezogen.

Wurde das in Beispiel t beschriebene bekannte Verfahren ohne Verwendung des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung mit dem Abstreifverfahren kombi- niert, so besaß das am Kopf des Destillationsturms abgezogene Gas cine Zusammensetzung von 106,0 kg/Std. Ammoniak, 60.0 kg/Std. Kohlendioxid und 86.4 kg/Std. Wasser und der am Beden der Füllkörpcrkoionnc abgezogene Harnsloffsynthcseabstrom enthielt Ammoniak

μ und Kohlendioxid jeweils in einer Menge von 1,0 kg/ Std.

Andererseits bestand, wenn der Harnstoffsyntheseabstrom nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Korn-

bination mil dem Abstreifverfahren behandelt wurde,
die Zusammensetzung des Gases am Kopf des Destillalionsturms aus 105,8 kg/Std. Ammoniak, 59,8 kg/Std.
Kohlendioxid und 59,3 kg/Std. Wasser. Die Temperatur
am Boden der Füllkörperkolonne betrug 125° C und der 5 am Boden der Füllkörperkolonne abgezogene Harnstoffsyntheseabstrom enthielt Ammoniak und Kohlendioxid jeweils in einer Menge von 1,2 kg/Std. Ähnlich
wie in Beispiel I wurde die Menge an verdampftem
Wasi.2r auf ca. 70% derjenigen im Fall des bekannten io Verfahrens reduziert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von nicht umgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid und Wärme aus s einem Harnstoffsyntheseabstrom, das die folgenden Stufen umfaßt:

A. Umsetzung von Kohlendioxid mit Ammoniak unter Harnstoffsynthesetemperatur- und -druckbedingungen in einer Harnstoffsynthesezone,

B. Unterziehen des nach A. erhaltenen Harnstoffsyntheseabstroms, der Harnstoff, überschüssiges Ammoniak, nicht umgesetztes Ammonium- carbamat und Wasser enthält, zumindest zwei Ammoniumcarbamat-Zcrsetzungsstufeft einschließlich zumindest einer Hochdruckstufe bei der mehr als 0,981 χ 10* Pa (10 kg/cm*) und einer Niedrigdruckstufe unterhalb 0,490 χ 10* Pa (5 kg/cm²),

C. Abtrennung in den jeweiligen Abtrennzonen der Hochdruck- und Niedrigdruckzersctzungsstufen von Gasgemischen, jeweils bestehend aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf, wobei zumindest ein Teil der Abtrennzone der Niedrigdruckstufe eine Rektifikationszone mit einer Kopf- und einer Bodenzone ist,

D. in Kontaktbringen eines jeden dieser Gasgemische mit einem Absorptionsmittel in Absorp- jo tionszonen, von denen jede im wesentlichen den gleichen Druck besitzt wie derjenige der entsprechenden Abtrennzonen,

E. sukzessive Absorption dieser Gasgemische in diesem Absorptionsmittel, und »

F. Rezyklisierung des so erhaltenen Absorbats zu der Harnstoffsynthesezone,