DE60201384T3

DE60201384T3 - Verfahren zur Harnstoffsynthese

Info

Publication number: DE60201384T3
Application number: DE60201384T
Authority: DE
Inventors: Eiji Sakata; Yasuhiko Kojima
Original assignee: Toyo Engineering Corp
Current assignee: Toyo Engineering Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: BR0202786B1; EP1279663B1; DE60201384T2; EP1279663A1; BR0202786A; DE60201384D1; US6518457B1; EP1279663B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Harnstoffsynthese und insbesondere ein Verfahren zur Harnstoffsynthese, bei dem Wärme wiedergewonnen und verwendet wird, um nichtumgesetztes Ammoniumcarbamat, das in einer Harnstofflösung enthalten ist, abzubauen.
Im Hinblick auf ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme bei einem Verfahren zur Harnstoffsynthese, hat die genannte Anmelderin bereits einige Verfahren vorgeschlagen, wie z. B. in der geprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-15070 , der Japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 61-109760 und 10-182587 .
Bei dem Verfahren, das in den oben aufgeführten geprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-15070 , der Japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. 61-109760 und 10-182587 , wie in 3 gezeigt, offenbart ist, wird ein Mischgas, das von der Harnstoffsyntheselösung in einem Abscheider 2 getrennt wurde, aufgeteilt und separat jeder Rohrwandung zwei Ummantelungs- und Rohrausführungen der vertikalen Kondensatoren 9a und 9b, die parallel angeordnet sind, durch die Leitungen 18 und 32 und 33 zugeführt, so daß das Mischgas kondensiert. In dem vertikalen Kondensator 9a wird Wasser zu dessen Seite der Ummantelung durch die Leitung 36 zugegeben und ein Niederdruckdampf wird durch eine Leitung 37 durch die Wärme, die durch die Kondensation des Mischgases entwickelt wurde, erzeugt. In dem vertikalen Kondensator 9b wird eine Harnstofflösung, die nicht getrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetzten Kohlendioxid umfaßt, die aus dem Abscheider 2 zugeführt wurde, an dessen Seite der Ummantelung durch Wärme, die durch die Kondensation des Mischgases erzeugt wurde, erwärmt, so daß die Wärme als eine Wärmequelle bei einem Schritt der Trennung von nichtumgesetztem Ammoniak und nichtumgesetztem Kohlendioxid bei einem Verfahren zur Harnstoffsynthese verwendet wird.
Gemäß diesem Verfahren ist die Kondensationstemperatur des Mischgases, das Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser enthält, das aus dem Abscheider 2 geführt wurde, 170°C bis 180°C. Weil diese Temperatur höher als die Temperatur Niederdruckdampf ist, welche 150°C bis 155°C beträgt, kann die Temperatur der erhitzten Seite höher gehalten werden und dabei kann die Wiedergewinnung von Wärme effizient durchgeführt werden. Zusätzlich ist es auch möglich einen Mitteldruckzersetzer, eine Aufkocher oder einen Rieselfilmerwärmer (nicht gezeigt) an Stelle des vertikalen Kondensator 9b zu installieren, um Wärme in gleicher Weise wiederzugewinnen.
In dem Fall der oben beschriebenen Wiedergewinnung von Wärme kann jedoch infolge der zunehmenden Anzahl von Vorrichtungen, die für die Harnstoffherstellung verwendet werden, die Notwendigkeit der Verteilung des Mischgases auf zwei vertikale Kondensatoren usw. am System zur Harnstoffsynthese kompliziert machen. Darüber hinaus wird, wenn die Kondensation des Mischgases an der Rohrwandung des vertikalen Kondensators durchgeführt wird, infolge der Kondensation eines dünnen Films, die auf der Rohroberfläche vorkommt, die Wärmeübertragungsausführung geringer werden und der Fläche der Wärmeübertragung wird größer, wenn sie mit dem vertikalen Kondensationsreaktor vom Blasensäulentyp, der in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-182587 beschrieben wird, verglichen wird. Dies führt zu einer Vergrößerung eines vertikalen Kondensators, hohen Produktionskosten der Vorrichtungen und durch die Ausdehnung teuren Konstruktionskosten. Außerdem wird bei diesem Verfahren das Mischgas der Rohrwandung jedes vertikalen Kondensators 9a und 9b zugeführt, wohingegen ein Kühlmittel der Ummantelungsseite zugeführt wird und deshalb ist dieses Verfahren baulich nicht geeignet, die Seite der Ummantelung zu teilen, eine Vielzahl von Kühlmittel zuzuführen und mit jedem einen Wärmeaustausch durchzuführen.
In der oben genannten Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 10-182587 , wie in 4 gezeigt, wird das Mischgas, das aus dem Abscheider 2 durch die Leitung 18 abgelassen wird, einem vertikalen Kondensationsreaktor 4 mit einer darin befindlichen Kühlröhre 23 zugeführt und wird dann kondensiert und die erhaltene Wärme der Kondensation wird durch Erzeugung eines Niederdruckdampfes in dem Kühlrohr 23 wiedergewonnen. Der erzeugte Niederdruckdampf wird in einem Schritt für die Trennung von nichtumgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid unter Unterdruck oder in einem Schritt zur Konzentrierung einer Harnstofflösung bei einem Verfahren zur Harnstoffsynthese verwendet.
Wenn jedoch der wiedergewonnene Niederdruckdampf, der eine niedrige Temperatur aufweist, verwendet wird, wird es schwierig, die Temperaturdifferenz zum Erhitzen in einem Schritt der Trennung von nichtumgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid, der eine hohe Temperatur benötigt, aufrechtzuerhalten und deshalb ist es erforderlich, die Fläche der Wärmeübertragung eines Heizelements in einem Separators zu vergrößern.
Wie oben beschrieben, weist der Stand der Technik hinsichtlich der Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme in einem Verfahren zur Harnstoffsynthese verschiedene Probleme auf, die gelöst werden müssen.
Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur effektiven Wiedergewinnung von Wärme bei einem Verfahren zur Harnstoffsynthese bereitzustellen, ebenso wie die Fläche der Wärmeübertragung deutlich zu reduzieren, die bei einem Verfahren zur Harnstoffsynthese als Ganzes benötigt wird.
Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Harnstoffsynthese nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Ein Ergebnis von verstärkten Untersuchungen, um die oben genannten Probleme im Stand der Technik zu lösen, haben die genannten Erfinder gefunden, daß, wenn die Wärme der Kondensation eines Mischgases aus Ammoniak und Kohlendioxid mit einer hohen Temperatur, das heißt, einer hohen Temperatur von 170°C bis 180°C, direkt als eine Wärmequelle bei einem Schritt der Trennung von nichtumgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid verwendet wird, ohne einen Niederdruckdampf zu erzeugen, mit anderen Worten ohne die Temperatur auf 150°C bis 155°C zu reduzieren, das ist die Temperatur des Niederdruckdampfes, ist die Effizienz der Wärmeübertragung im wesentlichen verbessert und die Fläche der Wärmeübertragung, die bei einem Verfahren zur Harnstoffsynthese als Ganzes benötigt wird, wird stark reduziert, womit die vorliegende Erfindung vervollständigt wird.
Es wird bevorzugt, daß die Lösung zur Harnstoffsynthese, die nicht getrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, die aus dem Abscheider abgelassen wurde, auf einen Druck dekomprimiert wird, der niedriger ist als der Druck zur Harnstoffsynthese ist, und dann zu dem Kühlrohr des vertikalen Kondensationsreakors geführt wird.
Es wird bevorzugt, daß die Lösung zur Harnstoffsynthese, die nicht getrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, die aus dem Abscheider abgelassen wurde, dekomprimiert und einem Mitteldruckseparator zugeführt wird, wobei ein Teil des nichtumgesetzten Ammoniaks und nichtumgesetzten Kohlendioxids, das in der Lösung zur Harnstoffsynthese enthalten ist, getrennt wird und dann die erhaltene Lösung zu dem Kühlrohr des vertikalen Kondensationsreakors geführt.
Die Harnstoffsyntheselösung, die zu der Kühlrohrwandung des vertikalen Kondensationsreaktors geführt wird, wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 150°C bis 170°C durch die Wärme der Kondensation des Mischgases, das dem vertikalen Kondensationsreaktor zugeführt wird, erhitzt.
Das Kühlrohr des vertikalen Kondensationsreaktors ist vorzugsweise ein U-förmiges Rohr, das viele Kanäle aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen:
ist 1 ein Verfahrensstammbaum, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 2 ein Verfahrensstammbaum, der eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
ist 3 ein Verfahrensstammbaum, der eine Technik des Standes der Technik zeigt; und
ist 4 ein Verfahrensstammbaum, der eine andere Technik des Standes der Technik zeigt.
Nach der Zeichnung wird eine Harnstoffsyntheselösung (im weiteren einfach als Harnstofflösung bezeichnet), die verbliebenes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid enthält, das aus dem unteren Teil des Abscheider abgelassen wurde, vorzugsweise dem Kühlrohr eine vertikalen Kondensators zugeführt, nachdem es durch ein Reduzierventil dekomprimiert wurde. Dies deshalb, weil eine Temperaturdifferenz zwischen der Harnstofflösung, die dem Kühlrohr des vertikalen Kondensators zugeführt wurde, und einem Kondensat, das an dessen Seite der Ummantelung enthalten ist, lange durch eine Abnahme der Temperatur der Harnstofflösung durch die Dekomprimierung gehalten werden kann. Zu dieser Zeit wird der Druck auf einen mittleren Druck innerhalb eines Bereichs von vorzugsweise 0,01 bis 3,0 MPa, noch bevorzugter von etwa 1,0 bis 2,5 MPa und insbesondere bevorzugt von etwa 1,5 bis 2,0 MPa reduziert. Es ist bevorzugt, daß die Harnstofflösung, deren Druck auf einen mittleren Druck reduziert ist, ein Mischgas, daß Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser umfaßt, die aus der Lösung durch Dekomprimierung getrennt wurden, durch einem Mitteldruckseparator verläßt, bevor es in das Kühlrohr eingelassen wird. Durch die Entfernung des getrennten Mischgases und durch Zuführen nur der Harnstofflösung in die Kühlrohre kann die Harnstofflösung in jedem Rohr gleich verteilt werden und die Effizienz des Wärmeaustauschs ist verbessert.
Ein vertikaler Kondensationsreaktor ist vorzugsweise ein vertikaler Wärmeaustauscher, der ein U-förmiges Kühlrohr mit vielen Kanälen umfaßt. Unter Verwendung dieses vertikalen Kondensationsreaktors kann nicht nur die Erwärmung der Harnstofflösung aus dem Abscheider, sondern auch die Erzeugung eines Niederdruckdampfes und die Erwärmung anderer Kühlmedien, wie als ein Ausgangsmaterial flüssiges Ammoniak einfach ausgeführt werden, ohne die Anzahl der Vorrichtungen und/oder Verteilung des Gases zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wird nun detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
1 ist ein Verfahrensstammbaum, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Ausgangsmaterial Ammoniak wird, nachdem der Druck auf etwa 25 MPa erhöht wurde, einem Wärmeaustauscher 7 durch eine Leitung 11 zugeführt und auf etwa 175°C mit einem wiedergewonnenen Niederdruckdampf und einem Kondensat mit einem Hochdruckdampf erhitzt. Nachfolgend wird das Ammoniak durch einen Ejektor 10 durch eine Leitung 12 geführt und dann auf den Druck der Harnstoffsynthese expandiert. Ein Kondensat, das aus dem Rohr 22 zugeführt wurde, wird durch den Ejektor angesaugt und wird dann in die Harnstoffsynthesesäule 1 zusammen mit dem Ammoniak durch eine Leitung 13 zugeführt.
Das Ausgangsmaterial Kohlendioxid und antikorrodierende Luft werden dem unteren Teil des Abscheiders 2 durch eine Leitung 14 zugeführt, aber ein Teil von ihnen wird der Harnstoffsynthesesäule 1 durch die Leitung 15 zugeführt.
Während Ammoniak, Kohlendioxid und antikorrodierende Luft in der Harnstoffsynthesesäule 1 aufsteigen, die unter einem Druck von 13 bis 25 MPa bei einer Temperatur von 180°C bis 200°C arbeitet, schreitet die Reaktion zur Harnstoffsynthese voran. Nach Vervollständigung der Reaktion wird die Harnstoffsyntheselösung aus einem oberen Teil der Harnstoffsynthesesäule 1 durch eine Leitung 16 abgelassen und wird dann zu einem oberen Teil des Abscheiders 2 geführt.
In dem Abscheider 2, der unter einem Druck von 13 bis 25 MPa bei einer Temperatur von 160°C bis 200°C arbeitet, werden nichtumgesetztes Ammoniumcarbamat (nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid), die in der Harnstoffsyntheselösung enthalten sind, thermisch zersetzt und als ein Mischgas, das Ammoniak, Kohlendioxid, Wasser und Inertgas umfaßt, abgetrennt.
Das obige Mischgas wird von dem oberen Teil des Abscheiders 2 zu der Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors 4 durch die Leitung 18 geführt, während die Harnstoffsyntheselösung, die nicht getrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, aus dem unteren Teil des Abscheiders 2 durch eine Leitung 17 abgelassen wird und dann zu der Seite des Kühlrohrs des vertikalen Kondensationsreaktors 4, nachdem sie durch ein Reduzierventil 8 auf einen Druck von 1,0 bis 2,5 MPa dekomprimiert worden ist, geführt.
In dem vertikalen Kondensationsreaktor 4, wird der Druck der wiedergewonnenen Lösung (eine Lösung, die erhalten wird durch Trennung des nichtumgesetzten Ammoniumcarbamats, das in der Harnstoffsyntheselösung enthalten ist, die von dem Abscheider 2 als ein Mischgas, das Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser mit einem mittleren und/oder geringem Druck umfaßt, geführt wurde und das Mischgas in Wasser, verdünntem Ammoniak oder dergleichen absorbiert wird), die als ein Absorptionsmedium durch eine Leitung 20 geführt wird, auf etwa 13,5 bis 25,5 MPa bei einer Temperatur von etwa 110°C erhöht und dann einem Füllkörperteilstück 5, das auf dem oberen Teil des vertikalen Kondensationsreaktors 4 installiert ist. Das Füllkörperteilstück 5 arbeitet unter einem Druck von 13 bis 25 MPa bei einer Temperatur von 160°C bis 180°C. Eine Absorptionslösung, die aus einem unteren Teil des Füllkörperteilstück 5 abgelassen wurde, fließt durch ein Rohr 21 zu einem unteren Teil des vertikalen Kondensationsreaktors 4 herab, und wird dann mit dem Mischgas in Kontakt gebracht, welches durch die Leitung 18 unter Kühlen zugeführt wurde, um so das Mischgas zu absorbieren und zu kondensieren. Die Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors 4, die ist mit dem obigen Absorptionsmittel und Kondensat gefüllt (im weiteren werden beide Lösungen gemeinsam als ein Kondensat bezeichnet) wird aus dem Füllkörperteilstück 5 geführt und die Kondensationswärme (Absorptionswärme) wird durch ein Kühlmedium entfernt, das durch ein Kühlrohr 19 und, wenn gewünscht, durch ein Kühlrohr 23 geführt wurde.
Wie oben beschrieben, ist der vertikale Kondensationsreaktor 4 ein vertikaler Wärmeaustauscher, der ein U-förmiges Kühlrohr mit vielen Kanälen umfaßt, die nicht nur eine Harnstofflösung, die aus einem Abscheider zugeführt wurde, kühlt, sondern führt vorzugsweise auch Wasser zu anderen Kanälen führt, um einen Niederdruckdampf zu erzeugen. Außerdem kann dieser vertikale Kondensationsreaktor 4 einfach andere Kühlmedien erwärmen, wie beispielsweise als ein Ausgangsmaterial flüssiges Ammoniak.
Die Temperatur der Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors wird auf 170°C bis 190°C kontrolliert und diese Kontrolle der Temperatur kann durch die Entfernung der Kondensationswärme des Mischgases durchgeführt werden, vorzugsweise durch Erwärmen der zwei Kühlmedien, zum Beispiel durch Erwärmen der Harnstoffsyntheselösung und des erzeugten Dampfes.
Das Kondensat in der Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors 4 wird zu einer Absaugseite des Ejektors 10 durch das Ablaßrohr 22, das eine Öffnung auf dem oberen Teil der Seite der Ummantelung aufweist, geführt.
Die Harnstoffsyntheselösung, die zu der Seite des Kühlrohrs des vertikalen Kondensationsreaktors 4 durch die Leitung 19 geführt wurde, wird auf eine Temperatur von 150°C bis 170°C erhitzt, die wünschenswerter Weise nichtumgesetztes Ammoniumcarbamat unter einem mittleren Druck zersetzt. Die Wärme, die für den Mitteldruck der Zersetzung benötigt wird, wird aus der Wärme der Kondensation, die in dem vertikalen Kondensationsreaktor 4 erzeugt wurde, bereit gestellt und demgemäß besteht kein Bedarf zur Erwärmung des Mitteldruckzersetzers 6.
Die erwärmte Harnstoffsyntheselösung wird zu dem Mitteldruckzersetzer 6 geführt, der vorzugsweise unter einem Druck von 1,0 bis 2,5, noch bevorzugter unter einem Druck von 1,5 bis 2,0 MPa bei einer Temperatur von 150°C bis 170°c arbeitet, um nicht getrenntes nichtumgesetztes Ammoniumcarbamat abzutrennen. Die Harnstofflösung, die beinahe kein nichtumgesetztes Ammoniumcarbamat enthält wird, durch eine Leitung 25 zu einem Zersetzer mit Unterdruck (nicht gezeigt) für den nächsten Schritt geführt. Auf der anderen Seite wird das Mischgas, das von der Harnstoffsyntheselösung abgetrennt wurde, einem Wiedergewinnungsschritt durch eine Leitung 26 unterworfen.
Das Kondensat, das durch Absorption des Mischgases erzeugt wurde, das durch die Leitung 18 zugeführt wurde, fließt durch das Ablaßrohr 22 mittels Gravitation nach unten und nachdem der Druck durch einen Ejektor 10 erhöht wurde, wird das Kondensat zu der Harnstoffsynthesesäule 1 geführt. Auf der anderen Seite, wird das Mischgas, das nicht absorbiert wurde, dem nächsten Schritt durch eine Leitung 24 unterworfen.
2 ist ein Verfahrensstammbaum, der eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Harnstofflösung, die von einem Mischgas in dem Abscheider 2 abgetrennt wurde, wird dem Mitteldruckseparator 3 zugeführt und nachdem das Mischgas, das in der Harnstofflösung enthalten ist, weiterhin abgetrennt wurde, wird die erhaltene Lösung dem Kühlrohr des vertikalen Kondensationsreaktor 4 zugeführt.
Der Abscheider 2 arbeitet unter einem Druck von 13 bis 25 MPa bei einer Temperatur von 160°C bis 200°C und darin wird nichtumgesetztes Ammoniumcarbamat, das in der Harnstoffsyntheselösung enthalten ist, in Ammoniak und Kohlendioxid durch Abtrennen mit einem Ausgangsmaterial Kohlendioxid zersetzt und dann als ein Mischgas, das Ammoniak, Kohlendioxid, Wasser und Inertgas umfaßt, abgetrennt. Das Mischgas wird von dem oberen Teil des Abscheiders 2 zu der Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors 4 durch die Leitung 18 geführt, während die Harnstofflösung, die nicht getrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, aus dem unteren Teil des Abscheiders 2 zu der Leitung 17 abgelassen wird, durch ein Reduzierventil 8 dekomprimiert und dann zu dem Mitteldruckseparator 3 geführt wird.
Der Mitteldruckseparator 3 arbeitet unter einem Druck von 1,5 bis 2,5 MPa bei einer Temperatur von 120°C bis 150°C. Demgemäß fällt die Harnstoffsyntheselösung von dem Arbeitsdruck und -temperatur des Abscheiders 2 zu dem Arbeitsdruck und -temperatur des Mitteldruckseparators 3 durch adiabatische Ausdehnung und es entstehen zwei Phasen aus Gas und Flüssigkeit, wobei das Gas, das in der Harnstoffsyntheselösung enthalten ist, abgetrennt wird. Die Harnstofflösung, die durch Abtrennung des Gases aus der Harnstoffsyntheselösung erhalten wurde, wird aus dem unteren Teil des vertikalen Kondensationsreaktors 4 zu der Seite des Kühlrohrs durch die Leitung 19 gebracht, während das Mischgas, das von der Harnstofflösung abgetrennt wurde, einem Wiedergewinnungsschritt durch eine Leitung 27 zugeführt wird.
In dem vertikalen Kondensationsreaktor 4 wird der Druck der wiedergewonnenen Lösung, die als ein Absorptionsmedium aus der Leitung 20 zugeführt wurde, auf etwa 13,5 bis 25,5 MPa bei einer Temperatur von 110°C erhöht und dann zu dem Füllkörperteilstück 5, das am oberen Teil des vertikalen Kondensationsreakors 4 installiert, ist, gebracht. Das Füllkörperteilstück 5 arbeitet unter einem Druck von 13 bis 25 MPa bei einer Temperatur von 160°C bis 190°C und die Lösung, die in dem unteren Teil des Füllkörperteilstück 5 akkumuliert wurde, wird zu dem oberen Teil des vertikalen Kondensationsreaktors 4 durch das Ablaßrohr 21 gebracht.
Die Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors 4 ist mit der Absorptionslösung und dem Kondensat, das aus dem Füllkörperteilstück 5 freigesetzt wurden, gefüllt und das Mischgas wird absorbiert und kondensiert und die Wärme der Kondensation wird durch die Kühlrohre 19 und 23 entfernt.
Weil in dem Mitteldruckseparator die Harnstofflösung einen Druck hat, der niedriger ist als der Druck der Synthesesäule und diese in die zwei Phasen Gas und Flüssigkeit getrennt ist, neigt die Verteilung der Harnstofflösung, wenn sie direkt zu den Kühlrohren geführt wird, dazu nicht gleichmäßig zu sein. Wenn jedoch die Harnstofflösung zu dem vertikalen Kondensationsreaktor 4 zugeführt wird, wenn das Mischgas, das in der Harnstofflösung enthalten ist, in dem Mitteldruckseparator 3 abgetrennt wird, ist die Lösung gleichmäßig in den Kühlrohren verteilt und Wirksamkeit des Wärmeaustauschs ist verbessert.
Hinsichtlich der Harnstoffsyntheselösung, die der Rohrwandung zugeführt wurde, unter Berücksichtigung der Verbesserung in der Ausführung der Wärmeübertragung durch gleichmäßige Verteilung der Lösung in den Kühlrohren ist es bevorzugt, daß das Gas, das in der Harnstoffsyntheselösung vorhanden ist, in dem Mitteldruckseparator 3 abgetrennt wird und die Seite des Kühlrohr nur mit der flüssigen Phase beschickt wird.
Die vorliegende Erfindung, deren Ausführungsformen in der 1 und der 2 gezeigt sind, kann ausgewählt als in geeigneter Weise in Abhängigkeit von den Kosten des Kühlrohre und des Mitteldruckseparators 3 verwendet werden. Jedoch können, wenn ein vertikaler Kondensationsreaktor 4 in einer großen Ausführung verwendet wird, die Kosten der Ansage durch die Installation des Mitteldruckseparators 3 etwas gesenkt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen weiter in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben.
Beispiel 1
Gemäß dem in 1 gezeigten Verfahren, werden 1725 Tonnen/Tag an Harnstoff synthetisiert.
Für die Fläche der Wärmeübertragung, die benötigt wird, um eine Harnstofflösung in einem Abscheider auf 155°C zu erwärmen, wurde gefunden, daß sie 285 m² betragen muß. Dies ist etwa 2/10 bis 3/10 der Fläche der Wärmeübertragung, die im Stand der Technik benötigt wird. Die Materialbilanz ist in Tabelle 1 gezeigt. In der Tabelle stellt die senkrechte Spalte die Nummer jeder in 1 gezeigten Leitungen und die waagerechte Spalte stellt den Druck, die Temperatur, die Flußrate und die Zusammensetzung einer Substanz, die durch jede Leitung fließt, dar. Die Temperatur der Seite der Ummantelung, die Temperatur der Rohrwandung, die Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung und die benötigte Fläche für die Wärmeübertragung des vertikalen Kondensationsreaktors 4, sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wird die Fläche der Wärmeübertragung signifikant im Vergleich mit dem Stand der Technik reduziert, weil es möglich ist, die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Seite der Ummantelung und der Temperatur der Austrittsseite der Rohrwandung in dem vertikalen Kondensationsreaktor groß zu machen und den Koeffizienten der gesamten Wärmeübertragung zu verbessern.
Beispiel 2
Gemäß dem in 2 gezeigten Verfahren, werden 1725 Tonnen/Tag an Harnstoff synthetisiert.
Für die Fläche der Wärmeübertragung, die benötigt wird, um eine Harnstofflösung in einem Abscheider auf 155°C zu erwärmen, wurde gefunden, daß sie 252 m² betragen muß. Dies ist etwa 2/10 bis 3/10 der Fläche der Wärmeübertragung, die im Stand der Technik benötigt wird.
Die Materialbilanz ist in Tabelle 1 gezeigt. In der Tabelle stellt die senkrechte Spalte die Nummer jeder in 2 gezeigten Leitungen und die waagerechte Spalte stellt den Druck, die Temperatur, die Flußrate und die Zusammensetzung einer Substanz, die durch jede Leitung fließt, dar. Die Temperatur der Seite der Ummantelung, die Temperatur der Seite der Rohrwandung, die Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung und die benötigte Fläche für die Wärmeübertragung des vertikalen Kondensationsreaktors, sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, im Unterschied zu Beispiel 1, ist es nicht nötig, die Temperatur des Mischgases zu erhöhen, weil nur die Harnstoffsyntheselösung zu der Rohrwandung geführt wird, nachdem ein Mischgas und Harnstofflösung getrennt wurden. Zusätzlich ist der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung weiter verbessert und die Fläche der Wärmeübertragung weiterhin reduziert, weil die Harnstoffsyntheselösung gleichmäßig verteilt ist.
Vergleichsbeispiel 1
Gemäß dem in 3 gezeigten Verfahrensablauf, werden 1725 Tonnen/Tag an Harnstoff synthetisiert.
Die Materialbilanz ist in Tabelle 2 gezeigt. In der Tabelle stellt die senkrechte Spalte die Nummer jeder in 3 gezeigten Leitungen und die waagerechte Spalte stellt den Druck, die Temperatur, die Flußrate und die Zusammensetzung einer Substanz, die durch jede Leitung fließt, dar. Die Temperatur der Seite der Ummantelung, die Temperatur der Seite der Rohrwandung, der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung und die benötigte Fläche für die Wärmeübertragung des vertikalen Kondensationsreaktors, sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurde, obwohl die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Seite der Ummantelung und der Temperatur der Austrittsseite der Rohrwandung in dem vertikalen Kondensationsreaktor aufrechterhalten werden kann, die Fläche für den Wärmetransfer, die benötigt wird, um eine Harnstofflösung aus einem Abscheider auf 155°C nach der Dekomprimierung zu erwärmen, gefunden, daß sie 1028 m² betragen muß, weil der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung infolge der Kondensation vom Typ fallender Film gering ist.
Vergleichsbeispiel 2
Gemäß dem in 4 gezeigten Verfahrensablauf, werden 1725 Tonnen/Tag an Harnstoff synthetisiert.
Die Materialbilanz ist in Tabelle 2 gezeigt. In der Tabelle stellt die senkrechte Spalte die Nummer jeder in 4 gezeigten Leitungen und die waagerechte Spalte stellt den Druck, die Temperatur, die Flußrate und die Zusammensetzung einer Substanz, die durch jede Leitung fließt, dar. Die Temperatur der Seite der Ummantelung, die Temperatur der Seite der Rohrwandung, der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung und die benötigte Fläche für die Wärmeübertragung des vertikalen Kondensationsreaktors, sind in Tabelle 3 gezeigt.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, ist der Koeffizient der gesamten Wärmeübertragung größer als in Vergleichsbeispiel 1. Weil jedoch die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Seite der Ummantelung und der Temperatur der Austrittsseite der Rohrwandung in dem vertikalen Kondensationsreaktor nicht genügend durch die Verwendung des wiedergewonnenen Niederdruckdampfes beibehalten werden kann, wurde für die Fläche für die Wärmeübertragung, die benötigt wird, um eine Harnstofflösung aus einem Abscheider auf 155°C nach der Dekomprimierung zu erwärmen, gefunden, daß sie 842 m² betragen muß.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, weit die Temperatur der Kondensation eine Mischgases unter einem Synthesedruck hoch ist, indirekt eine Wärmeübertragung zwischen eine Harnstofflösung, die aus einem Abscheider zugeführt wurde (vorzugsweise nach der Dekomprimierung) und einem Kondensat unter Verwendung der Wärme der Kondensation direkt ausgeführt, die im Stand der Technik für die Erzeugung eine Niederdruckdampfes verwendet wurde, wobei es möglich ist, effizient die Wärme wiederzugewinnen, die für die Zersetzung unter mittlerem Druck benötigt wird.
Obwohl die Kondensationswärme eines Mischgases unter einem Druck für die Harnstoffsynthese als eine Wärmequelle für die Zersetzung unter mittlerem Druck in den Verfahren des Standes der Technik verwendet wird, wird das Verfahren dadurch kompliziert, daß die Zahl der Vorrichtungen ansteigt und die Teilung des Mischgases notwendig ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird es möglich, weil ein vertikaler Kondensationsreaktor, der ein vertikaler Wärmeaustauscher mit einem U-förmigen Kühlrohr ist, verwendet wird, gleichzeitig sowohl die Erzeugung eines Niederdruckdampfes als auch die Erwärmung der Harnstoffsyntheselösung durch Teilung der Heizraumwand durchzuführen, ohne die Anzahl der Vorrichtungen zu erhöhen oder ohne das Gas zu teilen. Gemäß der Konfiguration des Wärmeaustauschers können, zum Beispiel andere Kühlmedien, wie flüssiges Ammoniak und wiedergewonnene Lösung einfach durch Teilung der Heizraumwand eingebracht werden.
Tabelle 1
Tabelle 2
Fortsetzung Tabelle 2
Tabelle 3

Claims

Verfahren zur Harnstoffsynthese, das die Schritte Reaktion der Ausgangsmaterialien Ammoniak und Kohlendioxid in einer Saufe zur Harnstoffsynthese bei einer Temperatur und einem Druck zur Harnstoffsynthese; Herstellen des Kontaktes der erhaltenen Harnstoffsyntheselösung, die Harnstoff, nichtumgesetzten Ammoniak, nichtumgesetztes Kohlendioxid und Wasser umfaßt, mit wenigstens einem Teil des Ausgangsmaterials Kohlendioxid unter Erwärmen in einem Abscheider unter einem Druck, der ungefähr gleich dem Druck zur Harnstoffsynthese ist, wobei nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid als ein Mischgas von Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser abgetrennt werden; Zuführen des Mischgases zu einer Seite der Ummantelung eines vertikalen Kondensationsreaktors mit einem darin befindlichen Kühlrohr, um das Mischgas mit einem Adsorptionsmedium unter Kühlung in Kontakt zu bringen, wobei das Mischgas kondensiert; und Wiederzuführen des erhaltenen Kondensats zu der Säule zur Harnstoffsynthese, um so eine Harnstoffsyntheselösung zu erhalten, die nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, die nicht abgetrennt wurden, umfaßt, die Schritte umfassen das Zuführen der Harnstoffsyntheselösung, die von dem Mischgas in dem Abscheider abgetrennt wurde, zu der Seite des Kühlrohrs des vertikalen Kondensationsreaktors, während das Mischgas aus der Harnstoffsyntheselösung in dem Abscheider der Seite der Ummantelung des vertikalen Kondensationsreaktors zugeführt wird, um so das Mischgas durch indirekten Wärmeaustausch mit der Harnstoffsyntheselösung auf der Seite des Kühlrohrs zu kondensieren; und Erhitzen der Harnstoffsyntheselösung auf der Seite des Kühlrohrs durch die Wärme der Kondensation, die zu der Zeit der Kondensation des Mischgases erzeugt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Harnstoffsyntheselösung, die nicht abgetrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, die aus dem Abscheider abgelassen wird, auf einen Druck dekomprimiert wird, der niedriger ist als der Druck zur Harnstoffsynthese und dann zu der Seite des Kühlrohr des vertikalen Kondensationsreaktors geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Harnstoffsyntheselösung, die nicht abgetrenntes nichtumgesetztes Ammoniak und nichtumgesetztes Kohlendioxid umfaßt, die aus dem Abscheider abgelassen wird, dekomprimiert wird und dann zu einem Mitteldruckseparator geführt wird, um einen Teil des nichtumgesetzten Ammoniaks und nichtumgesetzten Kohlendioxids, die in der Harnstoffsyntheselösung enthalten sind, abzutrennen, die sich ergebende Lösung wird dann zu der Seite des Kühlrohr des vertikalen Kondensationsreaktors geführt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Harnstoffsyntheselösung auf einen Druck von 1,0 bis 2,5 MPa dekomprimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Harnstoffsyntheselösung, die zu der Seite des Kühlrohrs des vertikalen Kondensationsreaktors geführt wird, auf eine Temperatur von 150°C bis 170°C durch die Wärme des Mischgases, das dem vertikalen Kondensationsreaktor zugeführt wurde, erhitzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Seite des Kühlrohrs des vertikalen Kondensationsreaktors einem U-förmige Röhre mit vielen Kanälen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der vertikale Kondensationsreaktor verwendet wird, um einen Niederdruckdampf zu erzeugen und/oder um andere Kühlmedien, wie flüssigen Ammoniak als ein Ausgangsmaterial, zu erhitzen.