DE2733887A1 - Verfahren zur harnstoffsynthese mit rueckfuehrung eines produktnebenstroms - Google Patents

Verfahren zur harnstoffsynthese mit rueckfuehrung eines produktnebenstroms

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DE2733887A1
DE2733887A1 DE19772733887 DE2733887A DE2733887A1 DE 2733887 A1 DE2733887 A1 DE 2733887A1 DE 19772733887 DE19772733887 DE 19772733887 DE 2733887 A DE2733887 A DE 2733887A DE 2733887 A1 DE2733887 A1 DE 2733887A1
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    • C07C273/04—Preparation 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

TELEX 82.4487 PATOP
M-21-P-3/1533 4 München, 27. Juli 1977
FF 4330.13 Dr.M/hs
IVO MAVROVIC in New York, N.Y. / USA
Verfahren zur Harnstoffsynthese mit Rückführung eines Produktnebenstroms
Die Erfindung betrifft die Harnstoffsynthese aus Ammoniak und Kohlendioxid.
Harnstoff wird technisch durch Umsetzung von NH3 und CO« in einem Reaktor bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck erhalten. Bei Harnstoffsynthesebedxngungen reagieren NH3 und C0„ sofort und vollständig stöchiometrisch unter Bildung von Ammoniumcarbamat. Letzteres wird im Reaktor innerhalb 20 bis 30 Minuten Verweilzeit teilweise in Harnstoff und Wasser umgewandelt. Im Reaktor wird eine das stöchiometrische Verhältnis übersteigende Menge NH3, gewöhnlich ein Gesamtmolverhältnis NH3 zu CO2 von 3:1-6:1 eingesetzt, um die Umwandlung von Carbamat zu Harnstoff zu erhöhen. Der Harnstoffsynthesereaktor-Produktstrom, der Harnstoff, Wasser, überschüssiges freies NH3 und nicht umgewandeltes Ammoniumcarbamat enthält, wird gewöhnlich in einem Carbamatzersetzer auf einen geringeren Druck gebracht und bei einem Manometerdruck von etwa 14 bis 21 kp/cm2 erhitzt, um das nicht umgewandelte Ammoniumcarbamat zu NH3 und CO.-Gasen zu zersetzen und überschüssiges Ammoniak abzudestillieren. Das so erhaltene, NH3, CO2 und wasserdampf enthaltende Zersetzerabgas wird dann in wasser absorbiert, um eine wäßrigammoniakalische Lösung von Ammoniumcarbamat zu bilden, und wird zur völligen Rückgewinnung in den Harnstoffreaktor zurückgeführt.
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Gemäß einem bereits früher beschriebenen Verfahren des Anmelders wird eine erste väßrige Lösung» die Ammoniumcarbamat, Ammoniak» Harnstoff und wasser enthält» wie sie in einem Harnstoff reaktor gebildet wird, in einen kleineren Nebenstrom (a) und einen Hauptstrom (B) aufgeteilt. Der Hauptteil (B) wird in einem Ammoniumcarbamatzersetzer erhitzt. Im Zersetzer wird das Ammoniumcarbamat zu NH3- und COp-Gasen zersetzt, und wenigstens ein Teil des überschüssigen NH3 und des Wassers werden verdampft. Eine erhaltene Gasphase (C) wird aus der erhaltenen flüssigen Phase (D) ausgetrieben. Die Phase (D) enthält restliches Ammoniumcarbamat und NH3, die in einer zweiten wäßrigen Harnstofflösung gelöst sind. Die Gasphase (C) wird dann im Gegenstrom mit dem gekühlten Nebenstrom (A) in Berührung gebracht, um den Wasserdampfgehalt der Gasphase (C) zu verringern. Die Gasphase (C) mit so verringertem Wasserdampfgehalt wird dann mit frisch zugeführtem CO2 und anderem Harnstoff als dem im Reaktorproduktstrom vorhandenen in Berührung gebracht, wobei Reaktionswärme frei wird. Zur Wärmerückgewinnung wird diese Reaktionswärme indirekt entweder an Kühlwasser oder ein verhältnismäßig kälteres Verfahrensfluid abgegeben.
Erfindungsgemäß wurde nun gefunden, daß wesentliche Einsparungen an Wärmeaustauschanlagen und Betriebsmitteln, wie Kühlwasser und Dampf» erreicht werden können. Bei dieser neuen Verfahrensfolge wird ein Hauptteil des Harnstoffsynthesereaktor-Produktstroms nach Druckverringerung und vorzugsweise Abtrennung des Hauptteils des überschüssigen Ammoniaks» wie an sich bekannt» weiter erhitzt· um eine erhebliche Carbamatzersetzung und Erzeugung eines Stroms von Zersetzerabgas zu erreichen, der CO2, NH3 und H3O enthält. Ein Nebenstrom des Harnstoffsynthesereaktor-Produktstroms wird nach Druckverringerung und vorzugsweise Abtrennung des Hauptteils des darin enthaltenen überschüssigen Ammoniaks mit CO2-NH3-ZeT-setzerabgas und frisch zugeführtem CO2 bei indirektem wärmeaustausch mit einem verhältnismäßig kälteren Fluid in Berührung gebracht, und die erhaltene flüssige Mischung, welche Ammoniumcarbamat und Harnstoff enthält, wird in den Harnstoffsynthesereaktor zurückgeführt.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung kaim'der Reaktorprodukthauptstrom unter Druckverringerung direkt erhitzt werden, um eine erhebliche Carbamatzersetzung ohne vorherige Abtrennung von überschüssigem Ammoniak zu erreichen, und/oder der Reaktorproduktnebenstrom kann unter Druckverringerung und ohne vorherige Abtrennung von überschüssigem Ammoniak direkt mit Zersetzerabgas und frisch zugeführtem CO2 in Berührung gebracht werden, worauf die erhaltene Lösung in den Reaktor zurückgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das mit dem Reaktorproduktnebenstrom und dem frisch zugeführten CO2 in Berührung gebrachte Zersetzerabgas von einem anderen Zersetzer oder einer anderen, außerhalb der HarnstoffSyntheseabteilung liegenden Quelle zugeführt werden.
Die Figur zeigt ein schematisches Fließbild zur Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung.
In dieser Figur enthält die Leitung 1 einen Harnstoffreaktor— Produktstrom, der von einem (nicht gezeigten) Harnstoffsynthesereaktor abgezogen wurde, der bei einer Temperatur von etwa 149 bis 204°C und einem Manometerdruck von etwa 105 bis etwa
281 kp/cm mit einem Gesamtmolverhältnis von NH„ zu CO2 von etwa 3:1 bis etwa 6:1 betrieben wird. Der Produktstrom in Leitung 1 wird in den unten angegebenen Mengenverhältnissen in einen durch die mit einem Ventil versehene Leitung 2 fließenden Hauptstrom und einen durch die mit einem Ventil versehene Leitung 3 fließenden Nebenstrom aufgeteilt. Der in Leitung 2 fließende Hauptstrom erfährt durch das Ventil 4 eine Druckverringerung und gelangt in das Trenngefäß 5 zur Abtrennung eines Teils des überschüssigen Ammoniaks durch die Kopfleitung Die restliche flüssige Phase, welche Harnstoff, Ammoniumcarbamat, überschüssiges Ammoniak und Wasser enthält, wird durch die Leitung 7 in den Carbamatzersetzer 8 geführt, der durch einen Heizmantel 9 erhitzt wird. Die erhitzte Mischung gelangt vom Zersetzer 8 durch die Leitung 10 in das Trenngefäß 11, wo die Gasphase von der flüssigen Phase abgetrennt und durch die Leitung 12 über Kopf abgeführt wird.
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Diese in der Leitung 12 strömende Gasphase ist durch Zersetzung von Carbamat zu NH3 und CO« und Verdampfen von überschüssigem Ammoniak und Wasser infolge des Erhitzens im Zersetzer 8 gebildet und wird hiernach als "ein Zersetzerabgasstrom" bezeichnet.
Die im Zersetzer 8 gebildete flüssige Phase wird aus dem Trenngefäß 11 durch die Leitung 13 abgegeben. Diese Phase enthält Harnstoff» restliches Ammoniumcarbamat, etwas Ammoniak und wasser. Der Druck dieser flüssigen Phase wird durch das Ventil 14 herabgesetzt» und sie wird gewöhnlich in einen anderen (nicht gezeigten) Niederdruckzersetzer eingeleitet» der dem Zersetzer ähnlich ist, um das Harnstoffprodukt weiter zu entgasen. Ein solches Niederdruckzersetzerabgas (nicht gezeigt) kann entweder einer benachbarten Anlage zur Rückgewinnung von Ammoniak durch Neutralisierung zugeführt oder zu einer flüssigen Phase kondensiert und in die HarnstoffSyntheseabteilung zurückgeführt werden, wie weiter unten beschrieben.
Der in der Leitung 3 strömende kleinere Teil oder Nebenstrom des Harnstoffreaktorproduktstroms wird durch das Ventil 15 auf einen geringeren Druck entspannt und gelangt in das Trenngefäß zur Abtrennung eines Teils des überschüssigen Ammoniakgases durch die Kopfleitung 17. Die restliche flüssige Phase, welche Harnstoff, Ammoniumcarbamat, Ammoniak und Wasser enthält, wird durch die Leitung 18 in eine Seite (z.B. die Mantelseite) des Wärmeaustauschers 19 geleitet, zusammen mit dem durch die Leitung zugeführten Zersetzerabgas. Ein Strom von frisch zugeführtem CO2 in der Leitung 20, der normalerweise in anderen Verfahren direkt dem Harnstoffsynthesereaktor zugeführt würde» wird mit den Strömen der Leitungen 18 und 12 in einer Menge äquivalent zum etwa 0,016-bis etwa 0,7-fachen Gewicht des in Leitung 13 enthaltenen Harnstoffs gemischt. Durch die Leitung 21 kann ein Strom von Wasser dem erwähnten Gemisch der Ströme 12, 18 und zugesetzt werden» oder ein Strom einer durch Kondensation von zuvor erwähntem und in der Zeichnung nicht gezeigtem Niederdruckzersetzerabgas gebildeten flüssigen Phase kann durch die Leitung zugeführt werden. Gegebenenfalls kann ein Teil des Stroms 6 oder Stroms 17» oder ein Teil einer Kombination der Ströme 6
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und 17 in der Leitung 22 der Mischung der Leitungen 12, 18, 20 und 21 im Wärmeaustauscher 19 durch die Leitung 23 zugeführt werden.
Infolge der Freisetzung von Reaktionswärme steigt die Temperatur der Mischung im Wärmeaustauscher 19 von etwa 1100C auf etwa 165°C. Ein verhältnismäßig kälteres Fluid, das z.B. eine Temperatur von -18°C bis 1040C hat, wird durch die Leitung 24 durch die andere Seite des Wärmeaustauschers 19, z.B. die Röhrenseite, geleitet und dort auf etwa 16tbis etwa 16O0C erhitzt. Zu solchen verhältnismäßig kälteren Fluids gehören beispielsweise Dampfkondensat, Kühlwasser, ein Reaktorzuführungsstrom und ein Strom einer wäßrigen Harnstofflösung, die einer Wasserverdampfung und/oder Zersetzung von Carbamat zu NH~ und COg-Gas unterworfen wird. Der Wärmeaustauscher 19 kann mit mehr als einer einzigen getrennten Schlange (Innenrohr) versehen sein, durch welche zwei oder mehr getrennte kältere Fluidströme gleichzeitig im indirekten Wärmeaustausch mit der Mischung im Mantel geleitet werden können.
Wenn die Mischung im Mantel 19 vollständig kondensiert wird, kann die erhaltene kondensierte Flüssigkeit durch die mit einem Ventil versehene Leitung 25 abgezogen und durch eine (nicht gezeigte) Pumpe direkt durch die mit Ventil versehene Leitung 26 dem Harnst off Synthesereaktor zugeführt werden, wenn das Fluid in der Leitung 25 noch nicht umgesetzte Gase enthält, kann auf den Wärmeaustauscher 19 ein zusätzlicher Wärmeaustauscher 27 folgen, der dem wärmeaustauscher 19 in Betrieb und Funktion sehr ähnlich ist. Im Wärmeaustauscher 27 kann mantelseitig durch die Leitung zusätzliches CO2 zugeführt werden, und in diesem Fall wird die durch die Leitung 20 zugeführte C02-Menge um einen entsprechenden Betrag verringert. Ein kälteres Fluid strömt durch die Leitung 29 und die Rohrseite des Wärmeaustauschers 26 und kann ein Strom oder mehrere der Ströme sein, die oben mit Bezug auf den Betrieb des Wärmeaustauschers 19 erwähnt wurden. Falls gewünscht, kann ein Teil des Stroms 6 oder Stroms 17, oder ein Teil der in Leitung 22 vereinigten Ströme 6 und 17 durch die Leitung 30 der Mantelseite des Wärmeaustauschers 27 zugeführt werden.
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Einer oder mehrere Wärmeaustauscher ähnlich den Wärmeaustauschern 19 und 27 können folgen» bis der Hauptteil der Reaktionswärme der Mischung in der Mantelseite solcher Wärmeaustauscher wirtschaftlich zurückgewonnen und erschöpft ist.
Als andere Ausführungsform können die Wärmeaustauscher 19 und 27 und/oder einer oder mehrere andere (nicht gezeigt) parallel bezüglich der Seite der Mischung der Ströme 18» 20. 21 und 12 oder Teilen davon verbunden sein» falls das wirtschaftlich vorteilhaft ist.
Wenn die vom Wärmeaustauscher 27 durch die mit Ventil versehene Leitung 31 abgegebene Mischung noch nicht umgesetztes Gas enthält» wird sie in den Bndkondensator 32 geleitet» der mit einer Kühlwasserschlange 33 zur Abführung der Reaktionswärme versehen ist. Der restliche Teil des abgetrennten Ammoniaks in Leitung 22 wird durch die Leitung 39 in den Kondensator 32 geleitet. Inerte Stoffe werden über Kopf abgeblasen und durch die mit Ventil versehene Leitung 34 in die Atmosphäre abgegeben. Die erhaltene flüssige Phase im Kondensator 32 wird durch die Leitung 35 daraus abgenommen und unter Niveauregelung durch das Ventil 36 mittels der Pumpe 37 durch die Leitung 38 zum nicht gezeigten Harnstoffsynthesereaktor abgegeben.
Im Rahmen weiterer Ausführungsformen kann der Hauptstrom 2 'direkt durch das Ventil 4a und die Leitung 39 in die Mantelseite des Carbamatzersetzers 8 eingeführt werden, ohne daß das Ammoniaktrenngefäß 5 verwendet wird. Die Niederdruckflüssigkeit in Leitung 13 kann durch die mit einem Ventil versehene Leitung 40 der Leitung 24 zugeführt werden» durch die sie in die Rohrseite des Wärmeaustauschers 19 gelangt. Der Nebenstrom 3 kann durch das Ventil 15a und die Leitung 41 direkt in den Wärmeaustauscher geführt werden» und in diesem Fall wird das Trenngefäß 16 nicht benutzt. Auch kann der Wärmeaustauscher 27 umgangen werden, indem man die Mischung in der Leitung 25 durch die mit einem Ventil versehene Leitung 26 und die Leitungen 42 und 31 zum Kondensator führt.
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- V-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die unten beschriebenen Trenngefäße 5 und 16 zu einem einzigen Gefäß kombiniert sein, in das der Harnstoffsyntheseproduktstrom der Leitung 1 eingeleitet wird, nachdem sein Druck zur Ammoniakabtrennung nach einer der bekannten Methoden verringert wurde. In diesem Fall wird die aus einem solchen kombinierten Trenngefäß durch die Bodenleitung abgegebene restliche Flüssigkeit im gleichen Verhältnis wie der Strom in Leitung 1 in den Hauptstrom 2 und Nebenstrom 3 aufgeteiltes ist wichtig, daß der durch die Leitung 18 oder die Leitung 41 zum wärmeaustauscher zurückgeführte Strom von Harnstofflösung, der vom Harnstoffsynthesereaktor produkt strom entweder direkt oder indirekt nach Druckverringerung und Ammoniakabtrennung, wie oben beschrieben, abgetrennt wurde, von etwa 1 % bis etwa 49 % der Harnstoffmenge enthält, die im Harnstoffsynthesereaktor-Produktstrom in Leitung vorhanden ist.
Die Gefäße 5, 16, 8, 11, 19, 27 und 32 werden bei einem Manometerdruck von etwa 4,2 bis etwa 49,0, vorzugsweise etwa 21,0 kp/cm gehalten. Die Gefäße 5 und 16 werden bei einer Temperatur von etwa 93°C bis etwa 138°C, vorzugsweise bei etwa 115°C betrieben. Der Carbamatzersetzer 8 und das erhitzte Produkt in Leitung 10 werden bei einer Temperatur von etwa 115°C bis etwa 177°C gehalten.
Die Mantelseiten der Gefäße (wärmeaustauscher) 19 und 27 werden bei etwa 11O0C bis etwa 165°C betrieben, wenn ein Verfahrensfluid durch die entsprechenden Rohrseiten 24 und 29 strömt. Dagegen wird die Mantelseite des Kondensators 32 bei etwa 65°C bis etwa 127°C betrieben, während Kühlwasser durch seine Kühlschlange 33 strömt, um eine vollständige oder teilweise Kondensation der Mischung in der Mantelseite zu erhalten.
Die Erfindung wird weiter erläutert durch das folgende
Beispiel.
Ein Harnstoffreaktor-Produktstrom in Leitung 1, der 34.500 Teile Harnstoff, 10.300 Teile CO2, 32.900 Teile Ammoniak und 19.000
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Teile Wasser enthält und sich bei 217 kp/cm2 Manometerdruck und 190°C befindet, wird in einen Hauptstrom 2 und Nebenstrom 3 geteilt. Der Hauptstrom 2 enthält 30.000 Teile Harnstoff, 8.956 Teile CO2, 28.610 Teile Ammoniak und 16.522 Teile Wasser. Der Nebenstrom 3 enthält 4.500 Teile Harnstoff, 1.344 Teile CO2, 4.290 Teile Ammoniak und 2.478 Teile Wasser.
Der Hauptstrom 2 wird nach Druckverringerung durch das Ventil 4a auf einen Manometerdruck von 21,0 kp/cm durch die Leitung 39 direkt in die Mantelseite des Carbamatzersetzers 8 geleitet; das Ammoniakabtrenngefäß 5 vird nicht benutzt. In den Mantel (Dampfkasten) 9 des Zersetzers 8 vird Dampf eingeleitet, und die so auf 160°C erhitzte Mischung wird durch die Leitung 10 in das Trenngefäß 11 geleitet. Das aus diesem durch die Kopfleitung abgegebene Zersetzerabgas enthält 7.6ΐ6 Teile CO2, 23.610 Teile Ammoniak und 3.850 Teile Wasserdampf. Die aus dem Trenngefäß durch die Bodenleitung 13 abgegebene restliche flüssige Phase enthält 30.000 Teile Harnstoff, 1.340 Teile CO2, 5.000 Teile Ammoniak und 12.672 Teile Wasser. Der Druck des Stroms in der Leitung 13 vird durch das Ventil 14 auf etwa 1,05 kp/cm2 Manometerdruck verringert, und der Strom gelangt dann durch die mit Ventil versehene Leitung 40 und die Leitung 24 in die Rohrseite des Wärmeaustauschers 19 zur veiteren Erhitzung und Carbamatzersetzung.In diesem Fall virkt der Wärmeaustauscher 19 rohrseitig als ein Niederdruckcarbamatzersetzer. Nachdem das Carbamat in der durch die Leitung 24 zugeführten Mischung ähnlich vie im Trenngefäß 11 zersetzt vurde, vird die Niederdrucksersetzermischung der Leitung 24 des als Zersetzer virkenden Wärmeaustauschers 19 in ein nicht gezeigtes Niederdrucktrenngefäß ■ eingeleitet, um Flüssigkeit und Gas zu trennen. Der von diesem nicht gezeigten Niederdrucktrenngefäß kommende Strom von Niederdruckzersetzerabgas kann teilveise oder vollständig kondensiert und als eine väßrige Lösung von Ammoniumcarbamat und Ammoniak durch die Leitung 21 zur Mantelseite des Wärmeaustauschers 19 zurückgeführt werden.
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Der Nebenstrom in Leitung 3 wird nach Verringerung seines Drucks auf etwa 21,0 kp/cm2 mittels des Ventils 15a durch die Leitung 41 direkt in die Mantelseite des Wärmeaustauschers 19 geleitet. Das Trenngefäß 16 wird nicht verwendet. 8.800 Teile frisch zugeführtes COp, die von der zur Herstellung von Harnstoff erforderlichen Gesamtmenge von 22.000 Teilen frisch zugeführtem CO2 genommen sind, werden durch die Leitung 20 in die Mantelseite des Wärmeaustauschers 19 eingeführt. Der restliche Teil des frisch zugeführten CO2 (22.000 - 8.800 = 13.200 Teile) wird direkt in den (nicht gezeigten) Harnstoffsynthesereaktor geleitet. 3.672 Teile Wasser werden durch die Leitung 21 zugeführt, um die Konzentration des Carbamate in Leitung 38 über seinem Kristallisationspunkt zu halten. Der durch die Leitung 12 gehende Strom, der Zersetzerabgas vom Trenngefäß 11 enthält, wird auch der Mantelseite des Wärmeaustauschers 19 zugeführt. Die Mischung der Ströme 12, 41, 20 und 21 wird im Wärmeaustauscher 19 durch ihre Reaktionswärme adiabatisch auf etwa 143°C erhitzt, und der Strom von Niederdruckprodukt von den Leitungen 13 und 40, der durch die Leitung 24 strömt, wie oben beschrieben, wird schnell unter Dampfentwicklung auf etwa 11O0C und weiter auf etwa 132°C erhitzt, um Carbamat zu zersetzen und die Harnstoffproduktlösung zu entgasen. Eine Mischung von Gas und Flüssigkeit wird durch die Leitung 25 und die mit Ventil versehene Leitung 26 und die Leitungen 42 und 31 direkt in den Kondensator 32 geleitet, wo sie vollständig kondensiert wird. Der Wärmeaustauscher 27 wird nicht benutzt. Durch die Kühlschlange 33 wird Kühlwasser geleitet, um die Reaktionswärme von der Mantelseite des Wärmeaustauschers 32 abzuführen. Inerte Gase werden durch die mit Ventil versehene Leitung 34 zur Atmosphäre abgelassen. Stattdessen kann durch Regulierung des Kühlwasserstroms durch die Kühlschlange 33 im Kondensator 32 nur einen Teil kondensieren, so daß im wesentlichen der gesamte Wasserdampf und das CO2-GaS in der Leitung 25 zu Flüssigkeit kondensiert und mit NH3 unter Bildung von Ammoniumcarbamat umgesetzt werden, während der Hauptteil des Ammoniaks in der Gasphase bleibt, die dann durch die Leitung 34 zur nicht gezeigten weiteren Verarbeitung und Rückgewinnung abgelassen wird.
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Bei einer vollständigen Kondensation der Mischung im Kondensator bei etwa 21 f0 kp/cm Manometerdruck wird die erhaltene Flüssigkeit vom Kondensator 32 durch die Bodenleitung 35 mit etwa 93°C abgegeben. Ihr Druck wird durch die Pumpe 37 erhöht, und sie wird unter Niveauregelung vom Kondensator 32 durch das Ventil 36 und die Leitung 38 zum nicht gezeigten Harnstoffsynthesereaktor abgegeben. Die Lösung in Leitung 38 enthält 17.760 Teile CO2, 27.900 Teile Ammoniak, 10.000 Teile Wasser und 4.500 Teile Harnstoff. Die im Reaktor gebildete Nettomenge Harnstoff beträgt 30.000 Teile, wofür eine stöchiometrische Gesamtmenge von frisch zugeführtem CO2 von 22.000 Teilen im Reaktor erforderlich ist. Wie oben erläutert, wird ein Teil dieser stöchiometrischen CO2-Menge durch die Leitung 20 der Mantelseite des Wärmeaustauschers zugeführt, und die restlichen 13.200 Teile werden direkt dem nicht gezeigten Harnstoffsynthesereaktor zugeleitet.
Der Vorteil der Zuführung eines Nebenstroms (Strom 3) des Reaktorprodukts troms (Strom 1) direkt (oder indirekt nach Ammoniakabtrennung bei verringertem Druck im Trenngefäß 16) durch die Leitung 41 in die Mantelseite des Wärmeaustauschers 19, statt von Harnstoffschmelze oder einer anderen wäßrigen Harnstofflösung als der vom Reaktorproduktstrom abgetrennten zeigt sich in der Tatsache, daß die Wärmelast des Carbamatzersetzers 8, und entsprechend dessen Dampfverbrauch, um die äquivalente Wärmemenge verringert ist, die zum Zersetzen der in Leitung 41 enthaltenen Carbamatmenge erforderlich wäre, wobei dieses Carbamat durch die Wärmeaustauscher 19 und 32 unzersetzt zum Harnstoffsynthesereaktor zurückgeführt wird. Die entsprechende Menge Kühlwasser kann im Kondensator 32 eingespart werden.
Einer der Vorteile der Erfindung liegt darin, daß durch Zusatz von Harnstoffsynthesereaktor-Produktstrom und frisch zugeführtem CO2 zum NH3, CO2 und H2O enthaltenden Zersetzerabgasstrom der Siedepunkt der erhaltenen Mischung nach der Kondensation erheblich erhöht ist. Infolgedessen ist deren Reaktionswärme bei einer viel höheren Temperaturstufeaur Rückgewinnung verfügbar, verglichen mit einer kondensierenden Mischung von nur NH3- CO3-HgO-Zersetzerabgas, ohne Zusatz von Harnstoff und frisch zuge-
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führtem CO2* Als unmittelbare Folge kann eine große Menge der Reaktionswärme mit Vorteil auf ein verhältnismäßig kälteres Fluid und bei einer viel höheren Temperaturstufe übertragen werden, beispielsweise bei 143 bis 149°C, statt bei 93 bis 1100C. So wird nicht nur mehr Wärme aus dem kondensierenden
zurück
Zersetzerabgas/gewonnen, sondern die Größe der den Wärmeaustausch zwischen dem kondensierenden Zersetzerabgas und dem verhältnismäßig kälteren Verfahrensfluid besorgenden Wärmeaustauscher kann wegen der höheren Temperaturdifferenz zwischen den beiden Fluids wesentlich verringert werden. Einen weiteren Vorteil erreicht man durch die Einführung eines Teils der Harnstoffreaktor-Produktlösung entweder direkt oder nach Abscheidung von überschüssigem Ammoniak daraus, in den kondensierenden Strom von Zersetzerabgas, statt in diesen frischen Harnstoff einzuleiten, indem so im Carbamatzersetzer eine erhebliche Verringerung des DampfVerbrauchs erreicht wird. Das beruht darauf, daß ein Teil des Ammoniaks und Carbamats, die in dem in den Zersetzerabgasstrom eingeführten Harnstoffreaktor-Produktstrom enthalten sind, nicht zersetzt und wieder absorbiert werden muß, um sie in den Harnstoffsynthesereaktor zurückzuführen.
Noch ein weiterer Vorteil wird dadurch erhalten, daß in dem kondensierenden Strom von Zersetzerabgas ein Teil des im Harnstoffsynthesereaktor für die Harnstoffsynthese benötigten frisch zugeführten CO2 eingeführt wird» indem so eine erhebliche Energieersparnis für die Kompression von CO2-GaS erreicht wird, da der in das Abgas eingeführte Teil des frisch zugeführten CO2 dem Harnstoffsynthesereaktor als flüssiges Ammoniumcarbamat für die Umsetzung zu Harnstoff statt in Form von unter Energieaufwand komprimiertem gasförmigem CO2 zugeführt wird.
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Claims (2)

  1. P AT E N" T A N VVA LT
    DR. HANS ULRICH MAY
    D Β MÜNCHEN 22, THIERSCHSTRASSE 27 TELEGRAMMEtMAYPATENTMONCHEN
    TELEX 52 4487 PATOP 273388/
    TELEFON (Ό8OJ 22 5OS1
    M-21-P-3/1 533 München, 27. Juli 1977
    FF 4330.13 Dr.M/hs
    IVO MAVROVIC in New York, N.Y. / USA
    Verfahren zur Harnstoffsynthese mit Rückführung eines Produktnebenstroms
    Patentansprii he
    .\ Verfahren zur Harnstoff synthese, wobei Ammoniak und Kohlendioxid in einem Reaktor bei erhöhtem Harnstoffsynthesedruck zu einer Ammoniumcarbamat, Ammoniak und Wasser enthaltenden wäßrigen Harnstofflösung umgesetzt werden und diese in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß derHauptstrom in einem Ammoniumcarbamatzersetzer auf eine Temperatur über der Zersetzungstemperatur des Ammoniumcarbamats erhitzt wird, um einen wesentlichen Teil des darin enthaltenen Ammoniumcarbamats zu Ammoniak und Kohlendioxid zu zersetzen, einen Teil des überschüssigen Ammoniaks und einen Teil des darin enthaltenen Wassers zu verdampfen und den erhaltenen Zersetzerabgasstrom, der verdampftes überschüssiges Ammoniak und einen Teil des Wassers enthält, aus der restlichen flüssigen Phase des Hauptstroms auszutreiben,
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    ORIGINAL INSPECT»
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    und der Nebenstrom mit dem erhaltenen Zersetzerabgas und mit frischem Kohlendioxid in indirektem wärmeaustausch mit einem verhältnismäßig kälteren Fluid in Berührung gebracht wird, wodurch in dem Zersetzerabgas enthaltenes Kohlendioxid und das frische Kohlendioxid mit Ammoniak zu Ammoniumcarbamat reagieren und ein Ammoniumcarbamat, Wasser, Harnstoff und Ammoniak enthaltendes Produkt erhalten wird,und die Bildungswärme des Ammoniumcarbamats auf das verhältnismäßig kühlere Fluid übertragen wird, wobei der Druck der vom Harnstoff-Synthesereaktor kommenden wäßrigen Harnstofflösung vor ihrer Aufteilung auf im wesentlichen etwa 4120 bis 49,0 kp/cm herabgesetzt wird oder der Druck des Hauptstroms, bevor er im Ammoniumcarbamatzersetzer erhitzt wird, und der Druck des Nebenstroms, bevor er mit dem Zersetzerabgas und frischem Kohlendioxid in Berührung gebracht wird, auf einen Wert in diesem Bereich herabgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Nebenstrom erhaltene Produkt in den Harnstoffsynthesereaktor zurückgeführt wird.
    709886/0746
DE19772733887 1976-07-30 1977-07-27 Verfahren zur harnstoffsynthese mit rueckfuehrung eines produktnebenstroms Pending DE2733887A1 (de)

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