DE3109744C2 - Verfahren zum Abstreifen von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstreifen (Strippen) von nicht-umgesetzten Materialien aus einem Harnstoffsyntheseabstrom, der als Zwischenprodukt in einem Harnstoffsyntheseverfahren aus Ammoniak und Kohlendioxid erhalten wurde. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Abstreifen (Strippen) von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren, bei dem zuerst ein Harnstoffsyntheseabstrom, der als Zwischenprodukt aus Ammoniak und Kohlendioxid erhalten wurde, mit einem Gas, das Kohlendioxid enthält, unter adiabatischen Bedingungen, oder einem geringen Kühlen in Kontakt gebracht wird, worauf das übliche Kohlendioxidabstreif- (bzw. -stripp)- verfahren folgt.

Die Harnstoffsynthesereaktion aus Ammoniak und Kohlendioxid wird normalerweise unter Temperaturbedingungen von 170 bis 210°C und Druckbedingungen von 127 bis 294 bar (Überdruck usw.) und bei einem Ammoniak-zu-Kohlendioxid- Molverhältnis von 2,5 bis 6,0 durchgeführt, wodurch 40 bis 80% des Kohlendioxids zu Harnstoff umgesetzt werden und der Rest in der Form von Ammoniumcarbamat verbleibt. Überschüssiges Ammoniak und Ammoniumcarbamat, das in einer erhaltenen Harnstoffsynthese-Zusammensetzung enthalten ist, die aus Harnstoff, Wasser, überschüssigem Ammoniak und Ammoniumcarbamat besteht (im folgenden als Harnstoffsyntheseabstrom bezeichnet), werden zuerst als Ammoniakgas und Kohlendioxidgas abgetrennt, und eine geringe Menge an verbleibendem Ammoniak und Ammoniumcarbamat, die in der wäßrigen Harnstofflösung enthalten sind, werden ebenfalls in der folgenden Stufe abgetrennt.

So abgetrenntes Ammoniak und Kohlendioxid werden in gasförmigem Zustand oder in der Form eines Kondensats oder einer Lösung davon absorbiert in Wasser, einer verdünnten wäßrigen Ammoniumcarbonatlösung, einer wäßrigen Harnstofflösung zur Recyclisierung zur Harnstoffsynthese, gewonnen.

Einige Verfahren zur Abtrennung von überschüssigem Ammoniak und Ammoniumcarbamat aus dem Harnstoffsyntheseabstrom, als Ammoniakgas und Kohlendioxidgas, wurden zum Zwecke der Wiedergewinnung beschrieben. Das sogenannte Kohlendioxidabstreifverfahren oder Kohlendioxidstrippverfahren, bei dem der Harnstoffsyntheseabstrom in Gegenstromkontakt mit Kohlendioxidgas unter Erwärmen gebracht wird, wird als ein typisches Beispiel für die üblichen Verfahren beschrieben.

Beim Kohlendioxidabstreifverfahren können überschüssiges Ammoniak und Ammoniumcarbamat in einem gasförmigen Zustand bei einer Temperatur, die nicht extrem hoch ist, selbst unter relativ hohem Druck, beispielsweise dem Harnstoffsynthesedruck, abgetrennt werden, so daß das gewonnene Ammoniak und Kohlendioxid direkt zur Harnstoffsynthese im gasförmigen Zustand zurückgeführt werden können.

Zusätzlich zu der leichten Recyclisierungsverfahrensweise des abgetrennten Gases kann eine Wärmegewinnung unter dem Harnstoffsynthesedruck vollzogen werden, die den Temperaturgehalt vorteilhaft macht. Andererseits kann das abgetrennte Gas auch zur Harnstoffsynthese zurückgeführt werden entweder nach seiner Kondensation oder nach seinem Absorbieren in einem Lösungsmittel, wie Wasser, einer verdünnten wäßrigen Ammoniumcarbonatlösung oder einer wäßrigen Harnstofflösung. Die Absorption unter relativ hohem Druck, wie dem vorstehenden, erfordert eine geringere Menge an Lösungsmittel, wenn die Absorption bei gleicher Temperatur durchgeführt wird, oder erfordert etwa die gleiche Menge an Lösungsmittel, selbst wenn die Absorption bei einer gering höheren Temperatur im Vergleich mit der Absorption bei der Abtrennverfahrensweise unter relativ geringerem Druck durchgeführt wird, so daß sowohl die Recyclisierungsverfahrensweise, als auch die Wärmewirtschaftlichkeit vorteilhaft sind, selbst wenn, wie vorstehend erwähnt, jegliche Absorptionstemperatur gewählt werden kann.

Jedoch kann bei dem Kohlendioxidabstreifverfahren eine innige Beziehung zwischen der Abstreifstufe und der Zusammensetzung des abzustreifenden Harnstoffsyntheseabstroms dieses Verfahrens unwirksam machen, je nach der Zusammensetzung des Harnstoffsyntheseabstroms.

Ist beispielsweise die Ammoniakkonzentration in dem abzustreifenden Harnstoffsyntheseabstrom zu hoch, führt der Kontakt des Harnstoffsyntheseabstroms mit Kohlendioxid unter Erwärmen zuerst zur Absorption von Kohlendioxid in dem Harnstoffsyntheseabstrom anstelle der Zersetzung von Ammoniumcarbamat. Selbstverständlich wird das Abstreifen durch Gegenstromkontakt des Harnstoffsyntheseabstroms mit Kohlendioxid bewirkt, und beim fortschreitenden Abstreifverfahren wird die Menge an in dem Harnstoffsyntheseabstrom absorbiertem Kohlendioxid allmählich auf ein derartiges Ausmaß verringert, daß die Zersetzung von Ammoniumcarbamat schließlich erfolgt. Jedoch erfordert die Zersetzungsstufe einen wesentlich längeren in Betracht zu ziehenden Zeitraum, was zur Notwendigkeit führt, das Abstreifgefäß bzw. den Stripper zu vergrößern, wodurch sich Verfahrensnachteile und wirtschaftliche Nachteile ergeben.

Um dieses Problem auszuschalten, ist es notwendig, einen Harnstoffsyntheseabstrom mit einer geringen Ammoniakkonzentration zu verwenden, d. h. einen Harnstoffsyntheseabstrom, der durch Harnstoffsynthese unter den Bedingungen eines geringen Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnisses erhalten wurde.

Jedoch wird bei der Harnstoffsynthesereaktion, die durch folgende Gleichung dargestellt wird:

2 NH₃ + CO₂ ⇄ NH₂ CONH₂ + H₂O

bei Erhöhen des Ammoniaküberschusses die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff verstärkt, und umgekehrt wird bei Verringerung des Ammoniaküberschusses die Umwandlung von Kohlendioxid in Harnstoff verringert. Dementsprechend führt die Verringerung des Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnisses zur Verringerung der Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff und zur Erhöhung der Menge an Ammoniumcarbamat- Nebenprodukt, basierend auf der erhaltenen Harnstoffmenge, was zu einer verstärkten Belastung des Strippers zur Zersetzung von Ammoniumcarbamat und zur Vergrößerung der dafür erforderlichen Wärmemenge führt. Zwar ist die zur Zersetzung von Ammoniumcarbamat erforderliche Wärme meist als Niederdruck- Dampf wiedergewinnbar, jedoch führt die Tatsache, daß der wertvollere Hochdruck-Dampf, der im Stripper verwendet wird, nur als weniger wertvoller Niederdruck-Dampf zurückgewonnen wird, zu wirtschaftlichen Nachteilen.

Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verfahrenstechnisch und wirtschaftlich vorteilhaften Verfahrens zum Abstreifen bzw. Strippen von nicht umgesetzten Materialien aus einem Harnstoffsyntheseabstrom unter Verwendung einer Abstreifvorrichtung bzw. eines Strippers, die bzw. der so klein wie möglich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines wärmewirtschaftlich vorteilhaften Verfahrens zum Abstreifen bzw. Strippen von nicht umgesetzten Materialien aus einem Harnstoffsyntheseabstrom, ohne das Ammoniak-zu-Kohlendioxid- Molverhältnis in der Harnstoffsynthesereaktion zu verringern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abstreifen von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren, bei dem man einen Harnstoffsyntheseabstrom, erhalten durch Reaktion von Ammoniak mit Kohlendioxid, in dem Harnstoffsyntheseverfahren einer Abstreifstufe unterzieht, in der der Harnstoffsyntheseabstrom im Gegenstrom-Kontakt mit Kohlendioxid unter Erwärmen gebracht wird, unter Erzielung einer wäßrigen Harnstofflösung, die eine geringe Menge Ammoniak und Ammoniumcarbamat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Harnstoffsyntheseabstrom in Kontakt mit einem Kohlendioxid enthaltenden, abgetrennten Gas, das in der Abstreifstufe entwickelt wurde, unter adiabatischen Bedingungen oder unter Kühlen, vor der Abstreifstufe, gebracht wird, wobei der Harnstoffsyntheseabstrom bei einem Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis von 3,0 bis 6,0 und unter einem Überdruck von 137 bis 245 bar gebildet wurde, und das Harnstoffsyntheseverfahren, die Abstreifstufe und die Kontaktstufe des Harnstoffsyntheseabstroms mit dem abgetrennten Gas unter Drücken durchgeführt werden, die im wesentlichen gleich sind.

Zwar waren Verfahren der vorliegenden Art bereits aus den DE- Offenlegungsschriften 23 29 732 und 21 32 081 bekannt. Diese Verfahren bedienen sich jedoch spezieller Maßnahmen einer Zersetzung des Ammoniumcarbamats in dem Syntheseabstrom vor der Abstreifstufe. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere, einen Harnstoffsyntheseabstrom abzustreifen, der bei einem Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis von 3,0 bis 6,0 erhalten wurde, indem man als Abstreifmedium ein Kohlendioxid enthaltendes Medium unter den genannten Bedingungen bei dem gleichen Druck wie dem Harnstoffsynthesedruck einsetzt.

Im folgenden werden die Zeichnungen erläutert:

Die Fig. 1 zeigt eine Abstreif- bzw. Stripperkolonne (bzw. -säule), enthaltend ein oberes Kontaktteil, das aus einem Plattenturm besteht und ein unteres Fallfilm-Abstreif- bzw. -Stripperteil.

Die Fig. 2 zeigt eine Abstreif- bzw. Stripperkolonne (bzw. -säule), enthaltend ein oberes Kontaktteil, bestehend aus einem gepackten bzw. gefüllten Bett und ein unteres Fallfilm-Abstreif- bzw. -Stripperteil.

Die Fig. 3 zeigt eine Abstreifkolonne bzw. eine Stripperkolonne, die ein oberes Kontaktteil, bestehend aus einer Kolonne bzw. Säule mit benetzter Wandung und ein unteres Fallfilm- Abstreif- bzw. -Stripperteil enthält.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Wird ein Harnstoffsyntheseabstrom, der erhalten wurde durch Harnstoffsynthesereaktion bei einem hohen Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis und dementsprechend einen hohen Anteil an Ammoniak aufweist, direkt dem Abstreifen mit Kohlendioxid unterzogen, so treten Probeme auf, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Es wurde jedoch gefunden, daß der Kontakt des Harnstoffsyntheseabstroms mit einem Kohlendioxid enthaltenden Gas zu einer teilweisen Absorption von Kohlendioxid in dem Harnstoffsyntheseabstrom und zu einem gleichzeitigen Verdampfen von Ammoniak in einer Menge, entsprechend etwa der Menge der Absorptionswärme davon, führt, und anschließend kann der Harnstoffsyntheseabstrom direkt dem Abstreifen mit Kohlendioxid unterzogen werden, mit dem gleichen Ergebnis wie im Falle eines Harnstoffsyntheseabstroms mit einem geringen Ammoniakgehalt. Die Absorptionsrate von Kohlendioxid und die der gleichzeitigen Verdampfung von Ammoniak sind so groß bei geringer oder keiner Temperaturänderung, daß nur ein geringer oder kein Unterschied zwischen der Menge der zur Abtrennung von überschüssigem Ammoniak und zur Zersetzung von Ammoniumcarbamat erforderlichen Wärmemenge und der für den Fall besteht, daß der Harnstoffsyntheseabstrom durch Erwärmen abgetrennt wird, anstelle ihn dem Abstreifverfahren zu unterziehen. So kann ein Harnstoffsyntheseabstrom, der erhalten wurde, bei einem hohen Ammoniak- zu-Kohlendioxid-Molverhältnis und dementsprechend einen großen Überschuß an Ammoniak enthält, auch dem Kohlendioxid-Abstreifen unterzogen werden, ohne jegliche Nachteile der Wärmewirtschaftlichkeit.

Auf diese Weise wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Abstreifen von nicht umgesetzten Materialien bereitgestellt, das darin besteht, zuerst einen Harnstoffsyntheseabstrom in Gegenstromkontakt mit einem abgetrennten Gas, das in einer Abstreifstufe erhalten wird, unter adiabatischen Bedingungen oder einem geringen Kühlen, vor der Abstreifstufe zu bringen, in der der Harnstoffsyntheseabstrom, der durch Reaktion von Ammoniak mit Kohlendioxid erhalten wurde, unter vorbestimmten Bedingungen in Gegenstromkontakt mit Kohlendioxid unter Erwärmen gebracht wird, um den Hauptanteil des überschüssigen Ammoniaks und von Ammoniumcarbamat abzustreifen und die wäßrige Harnstofflösung, die eine geringe Menge an Ammoniak und Ammoniumcarbamat enthält und das abgetrennte Gas zu erhalten, das aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser besteht.

Im folgenden werden die Bedingungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die Harnstoffsynthesetemperatur ist nicht von besonderer Bedeutung, sie liegt normalerweise bei 170 bis 210°C als dem üblichen Harnstoffsynthese- Temperaturbereich, vorzugsweise bei 180 bis 200°C. Liegt die Harnstoffsynthesetemperatur unter 170°C, so wird die Reaktionsgeschwindigkeit beträchtlich verringert, und man benötigt einen Harnstoffsyntheseautoklaven mit einem großen Fassungsvermögen. Liegt andererseits die Temperatur über 210°C, so wird der Gleichgewichtsdruck des Harnstoffsyntheseabstroms derart erhöht, daß ein Harnstoffsyntheseautoklav mit einer größeren Druckbeständigkeit benötigt wird. Das Molverhältnis von Wasser zu Kohlendioxid ist nicht speziell begrenzt, jedoch liegt es normalerweise im Bereich von 0,2 bis 1,5, vorzugsweise von 0,3 bis 1,0. Das Molverhältnis unter 0,2 erschwert das Recyclisierungsverfahren der wiedergewonnenen nicht umgesetzten Materialien zur Harnstoffsynthese. Andererseits verringert das Molverhältnis über 1,5 die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff bei der Harnstoffsynthesereaktion sehr.

Das Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis als eine Harnstoffsynthesebedingung liegt im Bereich von 3,0 bis 6,0, bevorzugt von 3,5 bis 4,5, und im vorstehenden Molverhältnisbereich wird die Menge des Harnstoffsyntheseabstroms, basierend auf der so erhaltenen Harnstoffmenge, auf ein Minimum herabgesetzt. Wenn das Molverhältnis unter 3,0 liegt, so wird die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff verringert, und die Menge an zum Abstreifen von nicht umgesetztem Kohlendioxid erforderlichem Dampf wird vergrößert. Wenn das Molverhältnis über 6,0 liegt, so wird der Gehalt an Ammoniak in dem Harnstoffsyntheseabstrom übermäßig vergrößert, und die Menge an Dampf, die zum Abstreifen erforderlich ist, wird ebenfalls vergrößert.

Bei der Durchführung der Erfindung sind der Harnstoffsynthesedruck, der Druck unter dem das Abstreifen durchgeführt wird und Druck unter dem das abgetrennte Gas in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom in der Abstreif- bzw. Strippzone gebracht wird, besonders wichtig. Der Harnstoffsynthesedruck wird in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Ammoniak-zu- Kohlendioxid-Molverhältnis und anderen Bedingungen bestimmt, jedoch entspricht er im wesentlichen dem gleichen Druck, wie dem, den die Harnstoffsynthese-Zusammensetzung bei deren Gleichgewicht ausübt oder wenig höher. Der erfindungsgemäße Harnstoffsynthesedruck liegt im Bereich von 137 bis 245 bar oder bevorzugt von 147 bis 196 bar.

Der Druck, unter dem das Strippen bewirkt wird, sollte ein derartiger Druck sein, daß es möglich wird, die Gesamtmenge des durch Abstreifen abgetrennten Gases zur Harnstoffsynthese zurückzuführen, ohne eine große Absorbensmenge, wie Wasser, eine verdünnte wäßrige Ammoniumcarbonatlösung oder eine wäßrige Harnstofflösung, zu verwenden. Der vorstehende Druck kann normalerweise im Bereich von 14,7 bis 245 bar liegen; jedoch ist es in der Praxis besonders bevorzugt, wenn es der gleiche Druck ist, wie der Harnstoffsynthesedruck, wegen der Vorteile des Recyclisierungsverfahrens des durch Abstreifen abgetrennten Gases in die Harnstoffsynthese und zur Gewinnung der Wärme, die bei der Kondensation des abgetrennten Gases oder bei dessen Absorption in Wasser, einer verdünnten wäßrigen Ammoniumcarbonatlösung oder einer wäßrigen Harnstofflösung, erzeugt wird.

Der Druck, unter dem das abgetrennte Gas in Kontakt gebracht wird mit dem Harnstoffsyntheseabstrom, kann gewählt werden zwischen dem Harnstoffsynthesedruck und dem Druck, unter dem das Abstreifen bewirkt wird, jedoch ist es vorzugsweise der gleiche Druck, wie der Druck, unter dem das Abstreifen bewirkt wird, um ein Aufdrücken des durch Strippen abgetrennten Gases auszuschalten. Wenn der Harnstoffsynthesedruck und der Druck, unter dem das Abstreifen bewirkt wird, gleich sind, wird der Druck, unter dem das abgetrennte Gas in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom gebracht wird, so eingestellt, daß er damit identisch ist.

Der Kontakt des abgetrennten Gases mit dem Harnstoffsyntheseabstrom kann unter Anwendung jeglicher üblichen Gas-Flüssigkeits- Kontakteinrichtungen, wie ein Blasenturm, ein Plattenturm, eingepacktes bzw. gefülltes Bett, eine Säule mit benetzter Wandung, einem Sprühturm, einer Einrichtung zur Führung von sowohl Gas als auch Flüssigkeit durch die gleiche Rohrleitung, oder einer Einrichtung zum Leiten von Gas und Flüssigkeit durch die gleiche Rohrleitung, ausgerüstet mit Prallplatten, zur Förderung der Vermischung von Gas mit Flüssigkeit darin, durchgeführt werden. Jedoch werden der Plattenturm, die Kolonne mit gepacktem bzw. gefülltem Bett und benetzter Wandung gewöhnlich verwendet, um die Wirksamkeit durch Gegenstromkontakt zwischen dem abgetrennten Gas und dem Harnstoffsyntheseabstrom groß zu machen. Darüber hinaus ist es betriebstechnisch und wirtschaftlich vorteilhaft, diese Säulen bzw. Kolonnen so auszurüsten, daß das abgetrennte Gas in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom vor der Abstreifstufe in einer einzigen Einheit zusammen mit dem Stripper bzw. Abstreifen kommt, so daß beide Stufen darin durchgeführt werden können.

Eine weitere wichtige Bedingung der Stufe des Inkontaktbringens des abgetrennten Gases mit dem Harnstoffsyntheseabstrom liegt darin, diese Stufe unter adiabatischen Bedingungen oder einem geringen Kühlen durchzuführen, um die Absorptionsrate an Kohlendioxid in den Harnstoffsyntheseabstrom und gleichzeitig die Verdampfungsrate von Ammoniak zu erhöhen, wodurch die Auflösungsrate von Kohlendioxid erhöht wird, um die erforderliche Kontaktzeit des abgetrennten Gases mit dem Harnstoffsyntheseabstrom zu verkürzen und die Hydrolyse von Harnstoff zu Ammoniumcarbamat und die Bildung von Biuret als Nebenprodukt können unterdrückt werden.

Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Abstreifen bzw. Strippen der nicht umgesetzten Materialien in dem Harnstoffsyntheseabstrom bereitgestellt, das darin besteht, zuerst das Kohlendioxid enthaltende Gas, abgetrennt in einer Abstreifstufe, in Kontakt zu bringen mit dem überschüssiges Ammoniak enthaltenden Harnstoffsyntheseabstrom, der unter der Bedingung eines hohen Ammoniak-zu- Kohlendioxid-Molverhältnisses erhalten wurde und unter adiabatischen Bedingungen oder einem geringen Kühlen, bevor der Harnstoffsyntheseabstrom der Kohlendioxidstrippstufe unterzogen wird, die im Gegenstrom unter Erwärmen betrieben wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Harnstoffsynthese unter einem hohen Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis durchgeführt, und daher wird die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff vergrößert, und die Menge an Nebenprodukt- Ammoniumcarbamat, basierend auf der so gebildeten Harnstoffmenge, wird verringert, was dazu führt, daß die Belastung zu deren Zersetzung in der Abstreifstufe verringert wird und somit Einsparungen beim Wärmeverbrauch hierfür erzielt werden können. Darüber hinaus ist die Stufe bei der Kohlendioxid enthaltendes Gas, abgetrennt in der Abstreifstufe, in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom gebracht wird, eines der Merkmale der Erfindung, und da die Absorption von Kohlendioxid und die Verdampfung von Ammoniak gleichzeitig und rasch darin durchgeführt werden, kann der resultierende Harnstoffsyntheseabstrom leicht einem Abstreifen mit Kohlendioxid unter Erwärmen unterzogen werden, was zu einer Verkürzung der Zeit führt, die in der Abstreifstufe benötigt wird, sowie zu einer Verringerung der Größe der Vorrichtung und zu einer Einsparung der erforderlichen Wärme.

So weist das erfindungsgemäße Verfahren beträchtliche günstige Auswirkungen im Vergleich mit dem üblichen Kohlendioxid-Abstreifverfahren auf, wie die Eignung zur Erzielung einer Verringerung der Größe der Vorrichtung, die Einsparung von benötigter Wärme und Verbesserungen der Vefahrensstabilität; sie ist auch dazu geeignet, die sekundär erzeugte Wärme leicht wiederzugewinnen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2 und 3 werden spezielle Ausführungsformen der Erfindung genauer erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Abstreifkolonne, die ein oberes Kontaktteil 11 enthält, das aus einem Plattenturm besteht und ein unteres Fallfilm-Abstreifteil 10. Der Harnstoffsyntheseabstrom wird in das Kontaktteil 11 aus einer Leitung 1 eingeführt und fließt abwärts durch den Plattenturm zum Eintritt in das Abstreifteil 10, während das darin enthaltene Ammoniak mit dem abgetrennten Gas abgestreift wird und nach oben aufsteigt. Anschließend erreicht der Harnstoffsyntheseabstrom den Boden der Abstreifkolonne, während ein Hauptanteil des Ammoniumcarbamats, das in dem Harnstoffsyntheseabstrom enthalten ist, unter Entwicklung von Ammoniak und Kohlendioxid zersetzt wird, die über die Leitung 2 zur folgenden Stufe geführt werden. Einerseits wird Kohlendioxid in den Stripperanteil 10 durch die Leitung 3 eingeführt, und gleichzeitig wird ein Hochddruckdampf zur Erwärmung aus der Leitung 21 eingeführt, und das resultierende Kondensat wird durch Leitung 22 abgezogen. Andererseits steigen Ammoniak und Kohlendioxid, die in dem Stripperteil 10 abgetrennt werden, durch das Kontaktteil 11 auf und gelangen durch die Leitung 4 zur folgenden Stufe.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einem Kontaktteil 11′, aus einem gepackten Bett bzw. gefüllten Bett anstelle des Kontaktteils 11, bestehend aus dem Plattenturm der Fig. 1, und das Kontaktteil 11′ und das Abstreif- bzw. Strippteil 10 sind getrennt voneinander angeordnet, so daß sie unabhängige Säulen bzw. Kolonnen bilden. Der Harnstoffsyntheseabstrom wird in das Kontaktteil 11′ durch die Leitung 1 eingeführt, fließt abwärts durch das gepackte Bett zur Erreichung des Bodens der Kolonne, während darin enthaltenes Ammoniak beim Kontakt mit dem abgetrennten Gas, das über die Leitung 6 aus dem Abstreifteil 10 aufsteigt, entwickelt wird, und tritt in das Abstreifteil 10 über die Leitung 5 ein. Anschließend wird die gleiche Verfahrensweise, wie für Fig. 1 beschrieben, wiederholt.

Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, in der das Kontaktteil 11 aus dem Plattenturm der Fig. 1 ersetzt ist durch ein Kontaktteil 11′′, bestehend aus einer Kolonne mit benetzter Wandung. Es werden die gleichen Verfahrensweisen wie in der Vorrichtung, die in der Fig. 1 gezeigt wird, wiederholt, wobei jedoch das Kontaktteil 11′′ gekühlt wird durch Leiten eines Kühlmittels von der Leitung 23 zur Leitung 24.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel

Eine Harnstoffsynthesereaktion wird unter den Bedingungen eines Drucks von 171,5 bar, einer Temperatur von 195°C, einem NH₃ zu CO₂-Molverhältnis von 3,9 und einem H₂O zu CO₂-Molverhältnis von 0,51 betrieben, unter Erzielung von 171,4 t/Tag Harnstoffsyntheseabstrom, bestehend aus 60 t/Tag Harnstoff, 61,0 t/Tag NH₃, 19,2 t/Tag CO₂ und 31,2 t/Tag H₂O.

Der Harnstoffsyntheseabstrom wird zu einem Abstreifer geleitet, der ein Kontaktteil, bestehend aus einem Plattenturm und ein Fallfilm-Abstreifteil, enthält, wie in der Fig. 1 gezeigt, und unter einem Druck betrieben wird, der im wesentlichen gleich dem Harnstoffsynthesedruck ist und andererseits werden 44 t/Tag CO₂ von unten in das Abstreifteil eingeführt. Als Ergebnis wird der Harnstoffsyntheseabstrom in adiabatischen Gegenstromkontakt mit 97,0 t/Tag des abgetrennten Gases gebracht, das aus dem Abstreifteil resultiert und besteht aus 28,4 t/Tag NH₃, 62,3 t/Tag CO₂ und 6,3 t/Tag H₂O, unter Bildung von Ammoniak, während Kohlendioxid absorbiert wird, und es wird in 156 t/Tag einer Flüssigkeit umgewandelt, die aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 39,9 t/Tag NH₃, 25,8 t/Tag CO₂ und 30,0 t/Tag H₂O besteht und in das Abstreifteil fließen soll. So werden 103,0 t/Tag Harnstofflösung bei 190°C, bestehend aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 11,5 t/Tag NH₃, 7,5 t/Tag CO₂ und 24,0 t/Tag H₂O vom Boden des Abstreifteils erhalten, und andererseits werden 112,4 t/Tag Gas, bestehend aus 49,5 t/Tag NH₃, 55,7 t/Tag CO₂ und 7,2 t/Tag H₂O vom oberen Teil bzw. Kopf des Kontaktteils abgezogen.

Das vorstehende gewonnene Gas wird in einer wiedergewonnenen Lösung absorbiert, die aus der Absorption in Wasser von Ammoniak und Kohlendioxid resultiert, erhalten durch Vakuumdestillation der Harnstofflösung, die aus dem Boden des Abstreifteils abgezogen wird und aus 46,0% NH₃, 30% CO₂ und 24% H₂O besteht und anschließend zur Harnstoffsynthese zusammen mit 34 t/Tag frischem bzw. aufbereitetem flüssigem Ammoniak zurückgeführt wird. Entsprechend dem vorstehenden Materialgleichgewicht wird ein kontinuierlicher Betrieb des Harnstoffsyntheseverfahrens durchgeführt.

Der Verbrauch an Dampf von 24,5 bar in dem Abstreifteil dieses Beispiels beträgt 0,72 t pro 1 t des erhaltenen Harnstoffs.

Das Materialgleichgewicht dieses Beispiels wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

Vergleichsversuch

Eine Harnstoffsynthesereaktion wird unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel durchgeführt, wobei jedoch ein NH₃ zu CO₂-Molverhältnis von 2,8 und ein H₂O zu CO₂-Molverhältnis von 0,50 angewendet werden, unter Erzielung von 170,6 t/Tag Harnstoffsyntheseabstrom, bestehend aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 46,7 t/Tag NH₃, 30,6 t/Tag CO₂ und 33,3 t/Tag Wasser.

Der Harnstoffsyntheseabstrom wird durch das Fallfilm-Abstreifteil unter Ausschluß des Kontaktteils der Vorrichtung der Fig. 1 geführt, unter den gleichen Bedingungen, wie im Beispiel, unter Erzielung von 105,7 t/Tag Harnstofflösung bei 190°C, bestehend aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 11,3 t/Tag NH₃, 7,6 t/Tag CO₂ und 26,8 t/Tag H₂O, vom Boden des Abstreifteils und andererseits 108,9 t/Tag Gas, bestehend aus 35,4 t/Tag NH₃, 67,0 t/Tag CO₂ und 6,5 t/Tag H₂O, abgezogen vom oberen Teil bzw. Kopf des Abstreifteils.

Der Verbrauch von Dampf von 24,5 bar im Abstreifteil des Versuchs beträgt 0,90 t pro 1 t des erhaltenen Harnstoffs. Der Vergleich der Dampfeinheit, wie vorstehend mit der Dampfeinheit von 0,72 t des Beispiels zeigt, daß der Dampfverbrauch beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich mit dem üblichen Verfahren 20% geringer liegt.

Das Materialgleichgewicht für den Vergleichsversuch ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Abstreifen von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren, bei dem man einen Harnstoffsyntheseabstrom, erhalten durch Reaktion von Ammoniak mit Kohlendioxid, in dem Harnstoffsyntheseverfahren einer Abstreifstufe unterzieht, in der der Harnstoffsyntheseabstrom im Gegenstrom-Kontakt mit Kohlendioxid unter Erwärmen gebracht wird, unter Erzielung einer wäßrigen Harnstofflösung, die eine geringe Menge Ammoniak und Ammoniumcarbamat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Harnstoffsyntheseabstrom in Kontakt mit einem Kohlendioxid enthaltenden, abgetrennten Gas, das in der Abstreifstufe entwickelt wurde, unter adiabatischen Bedingungen oder unter Kühlen, vor der Abstreifstufe, gebracht wird, wobei der Harnstoffsyntheseabstrom bei einem Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis von 3,0 bis 6,0 und unter einem Überdruck von 137 bis 245 bar gebildet wurde, und das Harnstoffsyntheseverfahren, die Abstreifstufe und die Kontaktstufe des Harnstoffsyntheseabstroms mit dem abgetrennten Gas unter Drücken durchgeführt werden, die im wesentlichen gleich sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kontaktstufe des Harnstoffsyntheseabstroms mit dem abgetrennten Gas im Gegenstrom in einem Kontaktteil durchführt, das aus einem Plattenturm, einem gepackten Bett oder einer Säule mit benetzter Wandung besteht.