DE69711531T2

DE69711531T2 - Verbessertes Verfahren zur Herstellung von Ureum und Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE69711531T2
Application number: DE69711531T
Authority: DE
Inventors: Ing. Fujii; Ing. Kojima
Original assignee: Toyo Engineering Corp
Current assignee: Toyo Engineering Corp
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1997-10-02
Publication date: 2003-01-16
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: DE69720294D1; CA2217425C; CN1131206C; DE69719388D1; DE69711531D1; JP3987607B2; KR19980032505A; JPH10182587A; BR9704986A; CN1066437C; ID20134A; EP0834501A3; EP0834501A2; CN1290693A; US6200540B1; DE69719388T2; EP1035112A1; EP1035112B1; SA97180486B1; US5936122A

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Harnstoffsyntheseverfahren, das das Trennen von unumgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid unter einem Druck, der fast gleich dem Harnstoffsynthesedruck ist, durch Strippen mit Kohlendioxid umfaßt, bei dem die Synthesekolonne und ähnliches am Boden angeordnet sein kann.
Es ist gut bekannt, Harnstoff durch Verfahren herzustellen, die die Umsetzung von Ammoniak mit Kohlendioxid in einer Harnstoffsynthesezone unter einem Druck und Temperatur der Harnstoffsynthese, Abtrennen des unumgesetzten Ammoniumcarbamats als Mischgas aus Ammoniak und Kohlendioxid aus der resultierenden Harnstoffsyntheselösung, Absorbieren des Mischgases durch ein Absorptionsmedium, um das erhaltene Absorbat zur Harnstoffsynthesezone zurückzuführen und Bereitstellen einer Harnstofflösung aus der Harnstoffsyntheselösung, aus der das Ammoniumcarbamat abgetrennt wurde, umfassen. Eine Reihe von Vorschlägen wurde im Hinblick auf das Harnstoffsyntheseverfahren dieses Typs gemacht.
In Abhängigkeit von dem Verfahren, das verwendet wird, und dessen Produktionsmaßstab umfaßt die Harnstoffanlage eine Synthesekolonne, einen Carbamatkondensatorkühler und einen Stripper, von denen die Synthesekolonne und der Carbamatkondensatorkühler manchmal in einer Höhe von 20-30 m von der Bodenhöhe auf ihrer Bodenplatte angeordnet sind. In dem Fall, in dem diese Anlagen in einer Höhe von 20-30 m von der Bodenhöhe angeordnet sind, wurden Anordnungen, die diese Anlagen nur durch Bauelemente, wie beispielsweise Stahlrahmen tragen, nie verwendet, und Beton und ähnliches, das als Fundament eingesetzt wird, wurde bis zu dieser Höhe hochgezogen, oder es wurde eine Kombination davon mit Bauelementen aus Stahlrahmen verwendet. Vor diesem Hintergrund wurden Harnstoffsyntheseverfahren entwickelt, bei denen die Harnstoffsynthesekolonne und ähnliches auf dem Boden angeordnet sind, weil viel Zeit und Arbeit erforderlich sind, um diese Anlagen in der Höhe zu installieren und zu erhalten, oder aus ähnlichen Gründen.
Als Beispiel für dieses Verfahren, das die Anordnung auf dem Boden vorschlägt, wird ein verbessertes Harnstoffsyntheseverfahren im offengelegten japanischen Patent Nr. 149930/1978 (entspricht US-AA 208 347) erwähnt. Nach diesem Verfahren, einem Doppelstrom-Umlaufverfahren bei gleichem Druck zur Synthese von Harnstoff mit intermediärem Ammoniumcarbamat, welches das Umsetzen von Ammoniak mit Kohlendioxid bei einem hohen molaren Ammoniak/Kohlendioxidverhältnis (nachstehend einfach als N/C-Verhältnis bezeichnet), Wärmebehandeln des Syntheseprodukts in Gegenwart eines Strippmittels unter praktisch dem gleichen Druck wie bei der Synthese und Rückführen der restlichen Materialien und des überschüssigen Materials, das aus dem Syntheseprodukt abgetrennt wurde, in zwei separaten Strömen unter dem gleichen Druck umfaßt, wird
(1) das Harnstoffsyntheseprodukt in zwei kontinuierlichen Schritten unter dem gleichen Druck wie dem der Harnstoffsynthese behandelt, und im ersten Schritt wird das oben genannte Produkt erwärmt, um praktisch alles Ammoniumcarbamat zu zersetzen, und das Zersetzungsprodukt wird zusammen mit einem Teil des überschüssigen Ammoniaks entfernt; während im zweiten Schritt der restliche Teil des überschüssigen Ammoniaks durch Zufuhr von zusätzlicher Wärme und Einleiten eines Kohlendioxidstroms entfernt, und
(2) die Gasphase, die im ersten Schritt ausgetrieben wurde, direkt der Synthese wieder zugeführt, und die Gasphase, die im zweiten Schritt ausgetrieben wurde, wird einer Kondensation und einer Restgasspülbehandlung unterzogen und dann im flüssigen Zustand wieder der Synthese zugeführt.
Der hier verwendete Synthesedruck beträgt 100-250 kg/cm², vorzugsweise 180 -225 kg/cm², und die Synthesetemperatur beträgt 170-205ºC, vorzugsweise 180- 200ºC.
Der Syntheseteil umfaßt zwei separate Syntheseautoklaven, die kontinuierlich in zwei Stufen angeordnet sind, oder er ist in zwei Stufen eingeteilt, indem ein Syntheseautoklav mit Hilfe einer Trennwand, die in den unteren Teil des Autoklaven eingelassen wird, vollständig in einen oberen und unteren Teil getrennt wird. Als Synthesebedingungen im Syntheseautoklaven, der oben angeordnet ist, (nachstehend als erste Zone bezeichnet) und im Syntheseautoklaven, der unten angeordnet ist (nachstehend als zweite Zone bezeichnet), sollte das N/C-Verhältnis in der zweiten Zone immer größer sein als das N/C-Verhältnis in der ersten Zone. Das N/C-Verhältnis beträgt 4-7 in der ersten Zone, während es 6-8 in der zweiten Zone beträgt. Getrennt voneinander werden zwei Stripper zur Verfügung gestellt, und die überschüssige Menge Ammoniak, die in der flüssigen Phase gelöst ist, wird im ersten Schritt der zwei Strippschritte zurückgewonnen und in die erste Zone eingeleitet, während die Gasphase, die im zweiten Schritt der Strippschritte ausgetrieben wurde, einer Kondensation und einer Restgasspülbehandlung unterworfen wird, und danach wird das Kondensat in die erste Zone zurückgeführt.
Als ein Nebeneffekt dieses Verfahrens wird unten in der linken Spalte auf Seite 6 der oben erwähnten Veröffentlichung beschrieben, daß es durch Verwendung eines Reaktors mit sowohl den oberen als auch den unteren Sektionen möglich ist, die Installation eines riesigen und nicht handhabbaren Aufbaus zu vermeiden, der im allgemeinen für die Installation eines hohen Reaktors erforderlich ist. Dies legt nahe, daß der Autoklav vom selbsttragenden Typ ist.
Unter anderen Beispielen für ein Verfahren, das die Bodenanordnung vorschlägt, ist EP-0 329 215 A1. Diese Patentveröffentlichung beschreibt ein Verfahren, bei dem ein Carbamatkondensatorkühler auf erhöhtem Boden installiert wird und ein Teil des Strippgases durch einen Ejektor in die Synthesesektion eingeleitet wird, was nahelegt, daß die Synthesekolonne, der Stripper und ähnliches direkt auf dem Boden installiert werden können.
Obgleich die oben genannten zwei herkömmlichen Techniken die Installation der Synthesekolonne, des Strippers und ähnlichem direkt auf dem Boden vorschlagen, machen sie es erforderlich, daß der Carbamatkondensatorkühler in der Höhe angeordnet ist, und manchmal ein Ejektor verwendet wird.
Anschließend wird das Harnstoffherstellungsverfahren, das in der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. 209555/1985 (entspricht EP-A-0 155 735) offenbart wurde, veranschaulicht. Im Gegensatz zu den oben genannten zwei herkömmlichen Techniken ermöglicht dieses Verfahren das Erzielen einer hohen Harnstoffsyntheserate und die Rückgewinnung der Kondensationswärme eines Gasgemisches aus der Strippbehandlung mit Hilfe einer kleinen Wärmeaustauschfläche. In diesem Verfahren wird bei der Herstellung von Harnstoff, die die Bildung einer Harnstoffsyntheselösung, welche Ammoniumcarbamat und freies Ammoniak (Überschußammoniak) aus Kohlendioxid und Ammoniak im Überschuß in einer Synthesezone unter einem Druck von 125-350 bar umfaßt, das Zersetzen mindestens eines Teils des Ammoniumcarbamats, das in der Harnstoffsyntheselösung vorliegt, durch Zufuhr von Wärme und einem Gegenstromkontakt mit dem Strippgas in einer Strippzone unter einem Druck, der nicht höher ist als der Druck in der Synthesezone, das Abtrennen des Zersetzungsprodukts von Ammoniumcarbamat aus der Strippzone als Gasgemisch, zusammen mit einem Teil des überschüssigen Ammoniaks und des Strippgases, Kondensieren von mindestens einem Teil des erhaltenen Gasgemisches in einer Kondensationszone und Behandeln der Harnstoffsyntheselösung nach dem Strippen, um eine Harnstofflösung oder festen Harnstoff zu erhalten, umfaßt, mindestens 30% der Gleichgewichtsmenge an Harnstoff, der unter den Reaktionsbedingungen erhältlich ist, sogar in der Kondensationszone gebildet, und das Gemisch, das Ammoniumcarbamat und Harnstoff enthält, wird der Synthesezone zugeführt. Die Kondensation in der Kondensationszone wird unter Synthesedruck oder dem Druck der Strippbehandlung, der niedriger ist als der Synthesedruck, durchgeführt. Weiterhin wird die Kondensation in einem Tauchkondensator, insbesondere in der Ummantelung eines Gehäuse- und Röhrenwärmeaustauschers, der horizontal angeordnet ist, durchgeführt. Die Kondensation kann auch in einer Kondensationszone durchgeführt werden, die in die Reaktionszone integriert ist.
In der oberen linken Spalte auf Seite 4 der Veröffentlichung wird jedoch erwähnt, daß der Kondensatorkühler vom Eintauchtyp horizontal oder vertikal angeordnet sein kann, und daß es insbesondere bevorzugt ist, die Kondensation in einem vertikalen Tauchkondensatorkühler durchzuführen. Es wird auch beschrieben, daß in dem Fall, in dem eine horizontale Kondensationszone verwendet wird, eine Synthesezone und die Kondensationszone zusammen in einer Anlage untergebracht werden können, so daß eine kompakte Struktur erhalten wird. Es wird jedoch nur ein Bespiel für die Anwendung einer vertikalen Kondensationszone vorgeschlagen, d. h. die Anordnung der Synthesezone und der Kondensationszone in einer Anlage.
Weiterhin wird auch beschrieben, daß in dem Fall, in dem ein horizontal angeordneter Tauchkondensatorkühler verwendet wird, dieser direkt auf der Arbeitsebene aufgestellt werden kann, wodurch die Höhe der Anlage verringert wird, die Kosten der Anlage reduziert werden und das Aufbauen und die Demontage erleichtert werden. Diese Beschreibung lehrt jedoch nicht den Aufbau der Anlage(n) auf dem Boden.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, in einem Harnstoffsyntheseverfahren die Anlagen auf dem Boden anzuordnen, wobei das Verfahren einen Schritt des Strippens von unumgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid durch das zugeführte Kohlendioxid unter einem Druck, der praktisch dem Harnstoffsynthesedruck entspricht, und einen Schritt der Kondensation des Mischgases aus dem Strippvorgang umfaßt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Harnstoffsyntheseverfahren wie unten beschrieben und eine Anlage dafür zur Verfügung.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Harnstoffsyntheseverfahren, das die Umsetzung von Ammoniak mit Kohlendioxid bei Temperatur und Druck einer Harnstoffsynthese in einer vertikalen Harnstoffsynthesezone, das in Kontakt bringen der erhaltenenen Harnstoffsyntheselösung, die Harnstoff, unumgesetztes Ammoniak, unumgesetztes Kohlendioxid und Wasser enthält, mit mindestens einem Teil des zugeführten Kohlendioxids unter Erwärmen und unter einem Druck, der fast dem Harnstoffsynthesedruck entspricht, in einer Strippzone, um unumgesetztes Ammoniak und das unumgesetzte Kohlendioxid als Mischgas aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser zu entfernen, nachfolgendes Behandeln der Harnstoffsyntheselösung, die unabgetrenntes, unumgesetztes Ammoniak und unumgesetztes Kohlendioxid enthält, um Harnstoff zu erhalten, Einleiten des abgetrennten Mischgases in die Strippzone im unteren Teil einer vertikalen Kondensationszone, um es mit einem Absorptionsmedium unter Kühlung in Kontakt zu bringen, um dadurch das Mischgas zu kondensieren, und Rückführen des so enthaltenen Kondensats zur Harnstoffsynthesezone umfaßt, worin das Verfahren das Installieren der vertikalen Harnstoffsynthesezone im unteren Teil und der vertikalen Kondensationszone darauf oder darüber, das Bereitstellen eines ersten Ablaufrohres, das eine Öffnung sowohl am oberen Teil der vertikalen Kondensationszone als auch am unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat, und dazu dient, um die vertikale Kondensationszone mit der vertikalen Harnstoffsynthesezone zu verbinden, Abfließenlassen des Kondensats durch die Schwerkraft zum unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone durch das Ablaufrohr vom oberen Teil der vertikalen Kondensationszone, Zuführen des abgeflossenen Kondensats in die Harnstoffsynthesereaktion, während es durch die vertikale Harnstoffsynthesezone aufwärts läuft, und Abfließenlassen der so gebildeten Harnstoffsyntheselösung zum oberen Teil der Strippzone durch Schwerkraft durch ein zweites Ablaufrohr mit einer Öffnung im oberen Teil der vertikalen Synthesezone, umfaßt.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Harnstoffsyntheseanlage, welche (a) eine vertikale Harnstoffsynthesekolonne, (b) einen vertikalen Kondensatorkühler mit einem Kühler, der auf oder über der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne installiert ist, (c) einen Stripper zum Strippn von unumgesetztem Ammoniak und unumgesetztem Kohlendioxid, die in der Harnstoffsyntheselösung aus der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne enthalten sind, mittels eingesetztem Kohlendioxid, um diese aus der Lösung als Mischgas aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser abzutrennen, (d) ein erstes Ablaufrohr, das sowohl eine Öffnung im oberen Teil des vertikalen Kondensatorkühlers als auch im unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne hat, und dafür vorgesehen ist, den vertikalen Kondensatorkühler mit der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne zu verbinden, um dem Kondensat das Abfließen vom oberen Teil des vertikalen Kondensatorkühlers zum unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne durch Schwerkraft zu ermöglichen, (e) eine Rohrleitung für das Einleiten von eingesetztem Ammoniak oder eingesetztem Kohlendioxid in den unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne, (f) ein zweites Ablaufrohr, das eine Öffnung im oberen Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne hat und für das Einleiten der Harnstoffsyntheselösung in den oberen Teil des Strippers durch Schwerkraft vorgesehen ist, (g) eine Rohrleitung zum Einleiten des Mischgases aus dem Stripper in den unteren Teil des vertikalen Kondensatorkühlers, (h) eine Rohrleitung für das Einleiten eines Absorptionsmediums oder eines Absorptionsmediums und eingesetztem Ammoniak in den unteren Teil des vertikalen Kondesatorkühlers, (i) eine Rohrleitung für die Entnahme von Inertgas, die mit dem oberen Teil des vertikalen Kondensatorkühlers verbunden ist, (j) eine Rohrleitung für das Einleiten mindestens eines Teils des eingesetzten Kohlendioxids, die mit dem unteren Teil des Strippers verbunden ist, und (k) eine Rohrleitung für die Entnahme der wässrigen Harnstofflösung, die unabgetrenntes, unumgesetztes Ammoniak und unumgesetztes Kohlendioxid enthält, aus dem unteren Teil des Strippers zur weiteren Behandlung, umfaßt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Harnstoffsyntheseverfahren ein Verfahren, worin die vertikale Harnstoffsynthesezone und die vertikale Kondensationszone so integriert sind, daß die vertikale Harnstoffsynthesezone im unteren Teil und die vertikale Kondensationszone im oberen Teil angeordnet ist, und daß diese beiden Zonen innen eine Trennwand haben, um sie zu unterteilen, und ein erstes Ablaufrohr haben, das eine Öffnung sowohl im oberen Teil der vertikalen Kondensationszone als auch im unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat und dazu dient, die vertikale Kondensationszone mit der vertikalen Harnstoffsynthesezone zu verbinden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Harnstoffsyntheseverfahren ein Verfahren, worin die vertikale Harnstoffsynthesezone und die vertikale Kondensationszone eine vertikale Harnstoffsynthesezone, eine vertikale Kondensationszone, die separat darauf oder darüber installiert ist, aber mit der vertikalen Harnstoffsynthesezone verbunden ist, und ein erstes Ablaufrohr, das diese beiden Zonen miteinander verbindet und eine Öffnung sowohl im oberen Teil der vertikalen Kondensationszone als auch unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat, umfassen.
Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Harnstoffsyntheseverfahren ein Verfahren, worin die Temperatur des Kondensats in der vertikalen Kondensationszone auf 165-190ºC, das N/C-Verhältnis (das Molverhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid) auf 2,5-4,5, das H/C-Verhältnis (das Molverhältnis von Wasser zu Kohlendioxid) auf 1,0 oder weniger, und die Verweilzeit auf 10-30 Minuten eingestellt wird.
Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform ist das Harnstoffsyntheseverfahren ein Verfahren, worin die Harnstoffsynthesereaktion durchgeführt wird bei einer Syntheserate von 20-60%, bezogen auf das Kohlendioxid im Kondensat in der vertikalen Kondensationszone.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform ist ein Harnstoffsyntheseverfahren, worin in der vertikalen Harnstoffsynthesezone ein Teil des zugeführten Kohlendioxids oder des zugeführten Ammoniaks zum Kondensat zugegeben wird, das aus der vertikalen Kondensationszone durch das erste Ablaufrohr abgeflossen ist, so daß die Temperatur des Kondensats auf 170-200ºC, das N/C-Verhältnis auf 3,5-4,5, das H/C-Verhältnis auf 1,0 oder weniger, und die Verweilzeit auf 10-40 Minuten eingestellt wird.
Eine noch andere bevorzugte Ausführungsform ist ein Harnstoffsyntheseverfahren, worin eine Gesamt-Harnstoffsyntheserate von 60-75%, bezogen auf das Kohlendioxid in der vertikalen Synthesezone, erzielt wird.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Harnstoffsyntheseanlage, worin die vertikale Harnstoffsynthesekolonne und der vertikale Kondensationskühler in eine Synthesereaktionsanlage mit vertikaler Kondensation integriert sind, in der eine Trennwand zwischen der unteren Harnstoffsynthesezone, welche als vertikale Harnstoffsynthesekolonne wirkt, und der oberen Kondensationszone, welche als vertikaler Kondensationskühler wirkt, vorgesehen ist, um beide voneinander zu trennen.
Noch eine andere bevorzugte Ausführungsform der Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Harnstoffsyntheseanlage, worin der vertikale Kondensationskühler getrennt auf oder über der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne installiert ist und die Harnstoffsynthesekolonne und der Kondensationskühler integriert sind.
Gemäß noch anderen bevorzugten Ausführungsformen ist die erfindungsgemäße Anlage eine Harnstoffsyntheseanlage, worin der vertikale Kondensatorkühler und/oder die vertikale Harnstoffsynthesekolonne eine Umlenkplatte im Inneren haben, um den Gas-Flüssigkeitskontakt zu verbessern.

KURZE BESCHEIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Fließschema, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei die Höhe jeder Anlage von der Bodenhöhe angezeigt wird;
Fig. 2 ist ein Fließschema, das eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform veranschaulicht;
In der vorliegenden Erfindung ist die Harnstoffsyntheserate, bezogen auf Kohlendioxid, der Prozentsatz der molaren Menge an Kohlendioxid, das zu Harnstoff umgewandelt wird, bezogen auf die molare Menge des gesamten Kohlendioxids, was nachstehend einfach als Harnstoffsyntheserate bezeichnet wird. Weiterhin ist Inertgas eine allgemeine Bezeichnung für die Luft, die in die Harnstoffsynthesekolonne, den Stripper und den Kondensatorkühler und ähnliche eingeleitet wird, um Korrosion und Verunreinigungen, die ursprünglich im eingesetzten Kohlendioxid enthalten sind, zu verhindern.
Der vertikale Kondensatorkühler ist ein Wärmeaustauscher, in dem man ein Ammoniumcarbamatkondensat durch den Mantelraum fließen läßt, beispielsweise einen Gehäuse- und Röhrenwärmeaustauscher, welcher vertikal installiert ist.
Die Fig. 1 und 2 sind Fließschemata, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, und die Positionen (Höhen von der Bodenfläche), in denen der Kondensatorkühler, die Harnstoffsynthesekolonne, der Stripper und ähnliche installiert sind, zeigen. Obgleich jede dieser Anlagen später genau beschrieben wird, wird im folgenden erklärt, warum jede Anlage in diesen Ausführungsformen auf dem Boden angeordnet sein kann.
In dem Fall, in dem eine Harnstoffsyntheselösung von der Harnstoffsynthesekolonne A zum Stripper C nur durch Schwerkraft fließen kann, fließt die Lösung nicht ohne eine Druckhöhendifferenz. Wenn die Lösung vorher vom unteren Teil einer Synthesekolonne zum oberen Teil eines Strippers fließen konnte, bildete die Standortdifferenz zwischen der Synthesekolonne, insbesondere dem unteren Teil der Synthesekolonne und dem oberen Teil des Strippers, insbesondere dem Zulaufteil des Strippers, die oben genannte Druckhöhendifferenz. Herkömmlicherweise wurden in einem Verfahren zur Herstellung von 1000-1700 Tonnen Harnstoff pro Tag 10-15 m als Druckhöhendifferenz verwendet. Die Druckhöhendifferenz variiert jedoch nicht signifikant mit der Veränderung des Produktionsmaßstabs. Um die oben genannte Druckhöhendifferenz zu erhalten, werden ein Kondensatorkühler B und eine Synthesekolonne A integriert, um eine Synthesereaktionsanlage mit vertikaler Kondensation vom integrierten Typ zur Verfügung zu stellen, welche ein erstes Ablaufrohr 3 hat, um beide Anlagen direkt miteinander zu verbinden. Die Synthesekolonne verwendet einen solchen Aufbau, bei dem ein zweites Ablaufrohr 40 unterhalb der Umgebung einer inneren Trennwand 30 (hergestellt aus dem gleichen Material wie das Auskleidungsmaterial der Synthesekolonne, beispielsweise verbessertes 316LSS) eingetaucht ist in die Synthesekolonne bis hinunter zu einer Position unterhalb eines Einlaßes im oberen Teil des Strippers C und verbunden ist von dieser Position mit dem Einlaß im oberen Teil des Strippers. Bei diesem Aufbau kann das zweite Ablaufrohr als Sperrvorrichtung dienen und eine Druckhöhendifferenz von 10-15 m gewährleisten, so daß es möglich wird, die Anlage auf dem Boden anzuordnen.
In der Synthesereaktionsanlage mit vertikaler Kondensation wird die Position der inneren Trennwand so ausgewählt, daß sie 10-30 m über der Bodenfläche angeordnet ist, obgleich es mehr oder weniger vom Maßstab der Harnstoffproduktion abhängt. Beispielsweise wird die Wand in einer Fabrik, die 1700 Tonnen Harnstoff pro Tag produziert, etwa 27 m vom Boden installiert
In der vorliegenden Erfindung wird ein vertikaler Kondensatorkühler verwendet. Der Grund dafür ist folgendermaßen. Bei einem Harnstoffsyntheseverfahren, bei dem das Strippen mit Kohlendioxid angewendet wird, besteht der Zulauf zum Kondensator aus einer Ammoniumcarbamatlösung als Absorptionsmedium und einem Mischgas, das Kohlendioxid, welches das Strippgas ist, das aus dem Stripper kommt, überschüssiges Ammoniak, Kohlendioxid und Ammoniak, das durch Zersetzung von Ammoniumcarbamat gebildet wird, Wasser und Inertgas umfaßt. In dem Kondensatorkühler wird der Harnstoff nicht mit einer hohen Harnstoffsyntheserate gebildet, es sei denn, das N/C-Verhältnis wird erhöht, indem man erreicht, daß die oben genannte Ammoniumcarbamatlösung und das Kondensat, das im Kondensatorkühler gebildet wird, das oben erwähnte Mischgas, das dem Kondensatorkühler zugeführt wird, absorbieren, obgleich dies auch von den Bedingungen, einschließlich Betriebstemperatur und -druck, abhängt. Für die Harnstoffsynthese ist weiterhin eine lange Verweilzeit erforderlich.
Ausgehend vom obigen Gesichtspunkt kann der vertikale Kondensatorkühler, in dem die oben genannte Lösung durch den Mantelraum fließen kann, eine Flüssigkeitstiefe gewährleisten, die für die Gasabsorption erforderlich ist und kann die Zeit des Gas-Flüssigkeitskontaktes verlängern, indem Umlenkplatten, etc. vorhanden sind, da das vorher erwähnte Mischgas zum Boden des vertikalen Kondensatorkühlers geleitet wird, um einen aufwärts fließenden Gas/Flüssigkeits-Parallelstrom in dessen Mantelraum zu bilden; darüberhinaus benötigt er nur eine kleine Fläche für seine Installation. Infolgedessen kann die Verweilzeit verlängert werden, so daß eine größere Harnstoffmenge produziert werden kann.
Weiterhin wird der Anteil des Gases in der unten beschriebenen Synthesekolonne A erheblich reduziert, indem das Inertgas im oberen Teil des Kondensatorkühlers abgetrennt wird, und infolgedessen schreitet die Harnstoffsynthesereaktion, die im wesentlichen in der flüssigen Phase stattfindet, leichter voran. Da die Luft, die die Korrosion verhindern soll, die oben erwähnte Ammoniumcarbamatlösung, und die Flüssigkeit, die im Kondensatorkühler kondensiert, vollständig im Kondensatorkühler vermischt sind, ist gelöster Sauerstoff, der für den Korrosionsschutz in der Synthesekolonne notwendig ist, in der Mischflüssigkeit vorhanden, so daß die Synthesekolonne vor Korrosion geschützt werden kann, auch wenn das Inertgas abgetrennt wurde.
Die Ablaufrohre werden veranschaulicht. Eine Syntheselösung, die den Harnstoff, der im Kondensatorkühler B mit einer Harnstoffsyntheserate von 20-60% gebildet wurde, unumgesetztes Kohlendioxid und ähnliches enthält, fließt durch das erste Ablaufrohr 3 und fließt mittels Schwerkraft durch dieses Rohr in die Synthesekolonne A ab.
Da weiterhin das erste Ablaufrohr den tiefsten Teil im unteren Bereich der Synthesekolonne erreichen kann, wird eine Flüssigkeitssperre gebildet, um so den Rückfluß von Flüssigkeit und Gas zu verhindern. Als Material für das erste Ablaufrohr wird üblicherweise verbessertes 316LSS ausgewählt, welches das gleiche Material ist, das als Auskleidung der Synthesekolonne verwendet wird.
Das Ablaufrohr kann auch ein Rohr sein, das außerhalb der Anlage verläuft. Ein Hochdruckrohr aus rostfreiem Stahl wird in diesem Fall ausreichen.
Ein zweites Ablaufrohr 40, welches eine Öffnung unterhalb der Trennwand 30 hat, wird in die Synthesekolonne A eingelassen, um eine Flüssigkeitsabsperrwirkung zur Verfügung zu stellen. Die Harnstoffsyntheselösung fließt durch das zweite Ablaufrohr durch Schwerkraft in den Stripper.
Eingesetztes Ammoniak oder Kohlendioxid können in die Synthesekolonne geleitet werden, um eine Temperatur von 180-200ºC in der Kolonne zu erhalten. Wenn das Einsatzmaterial zu der Synthesekolonne rückgeführt wird, tritt ein Dichteunterschied (nachstehend als Strömungskraft bezeichnet) zwischen der Flüssigkeit, die vom Kondensatorkühler zur Synthesekolonne herunterfließt, und der Flüssigkeit aus Gas-/Flüssigkeitsgemisch, die durch die Synthesekolonne nach oben strömt, auf. Die Strömungskraft läßt sich am Beispiel der Zufuhr von eingesetztem Ammoniak durch Leitung 1 zur Synthesekolonne in Fig. 1 erklären. Das eingesetzte flüssige Ammoniak wird in einem Wärmeaustauscher D vorgewärmt und dann zur Synthesekolonne geleitet. In diesem Moment bleibt das N/C-Verhältnis (3,5-4,5) in der Synthesekolonne höher als das N/C-Verhältnis (2,5 bis 4,5) im Kondensatorkühler, und die Flüssigkeitsdichte in der Synthesekolonne beträgt etwa 870 kg/m³. Die Flüssigkeitsdichte im Kondensatorkühler beträgt etwa 1000 kg/m³, und diese Differenz der Dichten bildet die Strömungskraft. Die Strömungskraft kann weiterhin den Fluß durch Schwerkraft beschleunigen und die Höhendifferenz zwischen dem Kondensatorkühler und dem Stripper minimieren.
In den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 wird das Volumenverhältnis des Kondensatorkühlers zur Synthesekolonne so gewählt, daß es in etwa 3 : 7 - 5 : 5 beträgt, was nachstehend noch genauer beschrieben wird. Wenn das Volumen des Kondensators weniger als 30% der Summe der Volumina der Synthesekolonne und des Kondensatorkühlers beträgt, ist die Verweilzeit im Kondensatorkühler manchmal nicht ausreichend, wohingegen, wenn es 50% überschreitet, die Verweilzeit in der Synthesekolonne manchmal nicht ausreichend ist, obgleich dies von der Produktionsrate des Harnstoffs abhängt.
Die relativen positionellen Verhältnisse des Kondensatorkühlers, der Harnstoffsynthesekolonne und des Strippers in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 werden im allgemeinen so dargestellt, daß die bodenbezogene Höhe des Bodens des Kondensatorkühlers 50-80, die bodenbezogene Höhe des oberen Teils des Strippers 20-50, die bodenbezogene Höhe des Bodens der Harnstoffsynthesekolonne 5-30, die bodenbezogene Höhe des Bodens des Strippers 3-10 und die Differenz der Höhe zwischen dem Boden des Kondensators und dem oberen Teil des Strippers 10-60 beträgt, wenn die bodenbezogene Höhe des oberen Teils des Kondensators gleich 100 gesetzt wird. Mit diesen relativen positionellen Beziehungen können die Zufuhr des Kondensats, das im Kondensator B gebildet wird, in die Harnstoffsynthesekolonne A, die Zufuhr der Harnstoffsyntheselösung aus der Harnstoffsynthesekolonne A in den Stripper C und die Zufuhr des Mischgases aus dem Stripper C in den Kondensatorkühler B leicht durch Schwerkraft erzielt werden. Infolgedessen ist es nicht erforderlich, einen Ejektor zu verwenden oder die Harnstoffsynthesekolonne auf einer höheren Ebene zu installieren.
Wenn wir das Volumen der Synthesekolonne aus dem herkömmlichen Verfahren, in dem die Reaktion ausschließlich in der Kolonne durchgeführt wird, gleich 1 setzen, ist die Summe der Volumina des Kondensatorkühlers und der Synthesekolonne gemäß der vorliegenden Erfindung kleiner als 1 unter den gleichen Harnstoffsynthesebedingungen (bei der gleichen Harnstoff-Produktionsrate), was die Verringerung des Gesamtvolumens anzeigt, wie in Beispiel 1 gezeigt ist und in Vergleichsbeispiel 1 nachstehend beschrieben wird.
Da, wie oben erwähnt, die Synthesekolonne und der Kondensatorkühler integriert sind, und der Kondensatorkühler in den Ausführungsformen der Fig. 1 und 2 auch eine Harnstoffsynthesefunktion hat, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung deutlich vereinfacht, und gleichzeitig wird die integrierte Anlage dadurch kleiner im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, bei welchen der Harnstoff ausschließlich in der Synthesekolonne synthetisiert wird. In Bezug auf die Fig. 1 und 2 wird die vorliegende Erfindung im Fall des Zurückführens der Flüssigkeit und des Gases zum Kondensator B, der Synthesekolonne A und dem Stripper C ausschließlich durch Höhenunterschiede dargestellt. In diesen Zeichnungen und den später gezeigten Fig. 3 und 4 werden einheitliche Buchstaben und Nummerierungen verwendet.
In den Fig. 1 und 2 wird der Kondensator B auf eine Synthesekolonne A installiert, und sie werden durch eine Trennwand 30 voneinander getrennt, wobei ein erstes Ablaufrohr 3 so angeordnet ist, daß es den oberen Teil des Kondensators B mit dem unteren Teil der Synthesekolonne A verbindet. Weiterhin wird in der Synthesekolonne A ein unabhängiges zweites Ablaufrohr 40 mit einer Öffnung unterhalb der Trennplatte 30 zur Verfügung gestellt, um einen Flüssigkeitssperreffekt bereitzustellen.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Anlage, bei der ein Kondensator B und eine Harnstoffsynthesekolonne A durch eine Trennwand, die beide Anlagen voneinander trennt, integriert sind. Der Kondensatorkühler kann jedoch getrennt über der Harnstoffsynthesekolonne installiert werden, oder der Kondensatorkühler und die Harnstoffsynthesekolonne, die unabhängig voneinander zur Verfügung gestellt werden können, werden integriert, indem sie beispielsweise mit Hilfe eines zylindrischen Gehäuses miteinander verbunden werden (welches nicht druckbeständig sein muß).
Das Verfahren aus Fig. 1 wird veranschaulicht. Ein Teil der rückgewonnenen Lösung, welche durch Rückgewinnung von unumgesetztem Ammoniak und Kohlendioxid als wässrige Ammoniumcarbamatlösung in einem Schritt, der nicht in der Zeichnung gezeigt ist, gebildet wird, wird in einen Kondensatorkühler B durch die Leitungen 7, 8 und 11 zugeführt, während der Rest zum Gaswäscher F durch die Leitung 9 geleitet wird. Die rückgewonnene Lösung, die in den vertikalen Kondensatorkühler B eingeleitet wird, wird mit einem Mischgas in Kontakt gebracht und vermischt, welches Kohlendioxid, Ammoniak, Inertgas etc. umfaßt, das dem Kondensator B durch Leitung 5 aus dem Stripper C, der nachstehend beschrieben wird, zugeführt wird, wobei das Kohlendioxid und Ammoniak absorbiert werden.
Im Kondensatorkühler B ist der Betriebsdruck der gleiche wie der Betriebsdruck der Synthesekolonne, wie nachstehend erwähnt, wobei das N/C-Verhältnis 2,5-4,5, das H/C-Verhältnis 0,0-1,0 und die Verweilzeit 10-30 Minuten beträgt. Die Betriebstemperatur wird auf 170-190ºC eingestellt, und unter diesen Bedingungen kann eine Harnstoffsyntheserate von 20-60% erreicht werden.
Wenn das N/C-Verhältnis kleiner als 2,5 ist, nimmt die Kondensationsrate aufgrund der Erhöhung des Partialdrucks des Kohlendioxids über der Ammoniumcarbamatlösung ab, und die Verfestigungstemperatur von Ammoniumcarbamat wird erhöht, während, wenn das N/C-Verhältnis 4,5 überschreitet, die Kondensationsrate auch aufgrund des Anstiegs des Dampfdruckes von Ammoniak verringert wird. Somit ist es am besten, diese N/C-Verhältnisse zu vermeiden. Jedes H/C-Verhältnis, das über 1,0 liegt, reduziert die Gleichgewichtssyntheserate von Harnstoff und wird somit am besten vermieden. Wenn die Verweilzeit weniger als 10 Minuten beträgt, werden die Dampfdrücke erhöht, und die Kondensationsrate nimmt aufgrund der Verringerung der Harnstoffsyntheserate ab. Wenn sie darüberhinaus 30 Minuten übersteigt, wird die Harnstoffsyntheserate im Verhältnis zur Zeitdauer nicht wesentlich verbessert, und das Volumen des Kondensatorkühlers wird übermäßig und sinnloserweise erhöht. Infolgedessen wird jede Verweilzeit außerhalb des oben genannten Bereiches vorzugsweise vermieden. Eine Betriebstemperatur unterhalb von 170ºC führt zu einer Verringerung der Harnstoffsyntheserate, während eine Betriebstemperatur oberhalb von 190ºC wegen des Anstiegs der Dampfdrücke und der Korrosion des Materials der Anlage zu einer Verringerung der Kondensationsrate führt. Demgemäß werden diese Betriebstemperaturen am besten vermieden.
Die vorstehend genannte rückgewonnene Lösung, die dem Gaswäscher F zugeführt wird, absorbiert Ammoniak und Kohlendioxid im Inertgas, das kleine Mengen an Ammoniak und Kohlendioxid enthält, und in den Gaswäscher F durch die Leitung 6 eingeleitet wurde. Die Rückgewinnungslösung, die dem Mehrertrag, der durch Absorbieren des Ammoniaks und des Kohlendioxids erhalten wird, entspricht, wird durch Leitung 10 einem Ejektor E zugeführt, wo sie unter Druck gesetzt und in den Kondensatorkühler B durch Leitung 11 eingeleitet wird. Getrennt davon wird das Inertgas aus dem oberen Teil des Gaswäschers F in die Luft abgelassen.
In der Zeichnung wird ein Beispiel unter Verwendung eines Ejektors E dargestellt. Es muß nicht weiter erwähnt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. In dem Fall, in dem der Ejektor E verwendet wird, wird die Rückgewinnungslösung zwischen dem Gaswäscher F und dem Ejektor E in zwei Teile geteilt, wobei einer verwendet wird zum Waschen des Inertgases im Festbett des Gaswäschers F, während der andere Teil verwendet wird, um den Druck durch den Ejektor E am Auslaß des Gaswäschers F zu erhöhen. Wenn jedoch der Gaswäscher F in einer Position über dem Kondensator B installiert wird, ist der Injektor E selbstverständlich nicht erforderlich.
Ein Teil des zugeführten Kohlendioxids wird durch Leitung 2 zum Stripper C geführt. Obgleich in der Zeichnung nicht beschrieben, wird auch Luft für den Korrosionsschutz zum Stripper C geleitet. Eine Syntheselösung, die Harnstoff, Ammoniumcarbamat, Ammoniak, etc. umfaßt, wird durch ein zweites Ablaufrohr 40 in der Synthesekolonne A zum Stripper C zugeführt, wo sie unter Erwärmen mittels Kohlendioxid gestrippt wird. Die Betriebsbedingungen beinhalten im allgemeinen einen Druck von 140-200 bar und eine Temperatur von 160-200ºC. Der Rest des zugeführten Kohlendioxids wird beispielsweise einer Niederdruck-Zersetzungskolonne zugeführt, welche in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Eine Harnstoffsyntheselösung, die Harnstoff und unumgesetztes Ammoniak und Kohlendioxid umfaßt, wird aus dem unteren Teil des Strippers entnommen und der Zersetzungsstufe, die mit niedrigem Druck arbeitet, über Leitung 12 zugeführt.
Eingesetztes flüssiges Ammoniak wird vorerwärmt, beispielsweise auf 70-90ºC, durch Leitung 1 eingeleitet, weiter vorerwärmt durch den Gaswäscher F und den Wärmeaustauscher D, und dem unteren Teil der Synthesekolonne A zugeführt. In der Synthesekolonne A wird das flüssige Ammoniak mit einer Syntheselösung, welche durch das erste Ablaufrohr 3 aus dem Kondensatorkühler B abgeflossen ist, vereinigt. Die erhaltene Lösung strömt hoch zum oberen Teil der Synthesekolonne und wird zum Stripper C durch ein zweites Ablaufrohr 40, das sich in der Synthesekolonne befindet, und durch Leitung 4 zugeführt.
Der Betriebsdruck der Synthesekolonne wird zwischen 130-250 bar wie in herkömmlichen Verfahren ausgewählt. Das N/C-Verhältnis, das H/C-Verhältnis und die Verweilzeit werden so ausgewählt, daß sie 3,5-5,0, 1,0 oder weniger bzw. 10-40 Minuten betragen. Die Betriebstemperatur wird auf 180-200ºC eingestellt, und unter den oben genannten Bedingungen wird die Harnstoffsyntheserate von 60-75% erhalten.
Wenn das N/C-Verhältnis weniger als 3,5 beträgt, ist die Gleichgewichts-Syntheserate niedrig, wohingegen, wenn es 5,0 überschreitet, der Dampfdruck von Ammoniak aufgrund seiner Verdampfung ansteigt. Somit wird ein N/C-Verhältnis außerhalb des oben genannten Bereiches am besten vermieden. Jedes H/C-Verhältnis, das über 1,0 liegt, führt zur Verringerung der Syntheserate und wird somit am besten vermieden. Wenn die Verweilzeit weniger als 10 Minuten beträgt, reicht sie nicht aus, damit die Harnstoffsyntheserate ungefähr ihren Gleichgewichtswert erreicht, während die Harnstoffsyntheserate bereits annähernd ihren Gleichgewichtswert erreicht hat, wenn die Zeit 40 Minuten überschreitet. Infolgedessen ist jede Verweilzeit außerhalb des oben genannten Bereiches zu vermeiden.
Das Verfahren aus Fig. 2 wird nun beschrieben. In folgender Weise ist es ein Ersatz für das Verfahren, das in Fig. 1 gezeigt ist. In Fig. 1 wird das eingesetzte flüssige Ammoniak der Synthesekolonne zugeführt, während das eingesetzte Kohlendioxid über den Stripper dem Kondensatorkühler zugeführt wird. Das Verfahren aus Fig. 2 unterscheidet sich jedoch darin, daß das eingesetzte flüssige Ammoniak dem Kondensatorkühler zugeführt wird, und ein Teil des zugeführten Kohlendioxids über den Stripper dem Kondensatorkühler zugeführt wird, wobei der Rest zur Synthesesektion geführt wird. In diesen Zeichnungen sind grundlegende große Unterschiede bei den Betriebsbedingungen, insbesondere den N/C-Verhältnissen im Kondensatorkühler und in der Synthesekolonne vorhanden.
Beim Verfahren aus Fig. 2 umfassen die Betriebsbedingungen des Kondensatorkühlers ein N/C-Verhältnis von 3,0-4,5, ein H/C-Verhältnis von 1,0 oder weniger, eine Temperatur von 160-180ºC und einen Druck, der dem der Synthesekolonne entspricht. Die Betriebsbedingungen der Synthesekolonne sind derart, daß das N/C- Verhältnis 3,0 bis 4,0, das H/C-Verhältnis 1,0 oder weniger, die Temperatur 180- 200ºC und der Druck 130-250 bar beträgt.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin in Bezug auf die Beispiele genau beschrieben. Es ist jedoch nicht erforderlich zu erwähnen, daß die vorliegende Erfindung nicht nur auf die nachstehend beschriebenen Beispiele beschränkt ist.

Beispiel 1:

Die Harnstoffsynthese wurde nach einem verbesserten Harnstoffsyntheseverfahren durchgeführt, bei dem eine Anlage mit einer täglichen Produktion von 1400 t Harnstoff, die auf dem Boden angeordnet war, wie in Fig. 1 gezeigt, verwendet wurde.
791 t/Tag eingesetztes Ammoniak und 1025 t/Tag eingesetztes Kohlendioxid wurden durch Leitung 1 bzw. Leitung 2 zugeführt. Das eingesetzte Ammoniak, das mit einem Dampfkondensat in einem Wärmeaustauscher D auf 175ºC erwärmt wurde, wurde dem unteren Teil der Synthesekolonne A durch Leitung 1 zugeführt, während 969 t/Tag des eingesetzten Kohlendioxids und etwa 17 t/Tag Luft als Korrosionsschutz dem unteren Teil des Strippers C durch Leitung 2 zugeführt wurden, und der Rest des eingesetzten Kohlendioxids einer Niedrigddruck- Zersetzungskolonne, die nicht in der Zeichnung dargestellt ist, zugeführt wurde. Separat wurden durch Leitung 7 1314 t/Tag einer Rückgewinnungslösung als Absorptionsmedium, die die nachstehend beschriebene Zusammensetzung und eine Temperatur von 108ºC hatte, unter einen Druck von 190 bar gesetzt und in zwei Teile zwischen dem Gaswäscher F und dem Ejektor E aufgeteilt.
Harnstoff 0,4%
Ammoniak 34,8%
Kohlendioxid 40,0%
Wasser 24,4%
Die Rückgewinnungslösung, die dem Gaswäscher F zugeführt wurde, wurde verwendet, um das Inertgas im Festbett zu waschen, wohingegen die Lösung, die dem Ejektor E zugeführt wurde, verwendet wurde, um eine Ablauflösung aus dem Gaswäscher F (Leitung 10) mit Hilfe des Ejektors E unter Druck zu setzen. Der Gaswäscher F wurde bei 175 bar und 175ºC betrieben. Die Abflauflösung (Leitung 10) aus dem Gaswäscher und die den Ejektor antreibende Rückgewinnungslösung (Leitung 8) wurden mit Hilfe des Ejektors E vermischt und zum unteren Teil eines Kondensators B durch Leitung 11 geführt.
Ein Mischgas, das Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser umfaßte und in einem Stripper C abgetrennt wurde, wurde dem unteren Teil des Kondensatorkühlers B durch Leitung 5 zugeführt. Der Mantelraum des Kondensatorkühlers B wurde mit der oben genannten Rückgewinnungslösung, und Ammoniumcarbamat gefüllt, das durch Kondensation gebildet war, und von denen das vorgenannte Mischgas absorbiert wurde. Die Absorptionswärme wurde durch einen Kühler abgeführt, der durch die Leitungen 13 und 14 dargestellt ist. Das Kondensat mit dem absorbierten Mischgas blieb 15 Minuten lang im Kondensatorkühler und floß dann durch ein erstes Ablaufrohr 3 mittels Schwerkraft herab, um dann zur Synthesekolonne A geleitet zu werden. Im oberen Teil des Kondensatorkühlers wurde Inertgas über Leitung 6 abgezogen.
Das Kondensat aus dem Kondensatorkühler B, welches zum unteren Teil der Synthesekolonne A geleitet wurde, wurde mit dem oben genannten auf 175ºC erhitzen flüssigen Ammoniak aus Leitung 1 vermischt, und während das Gemisch langsam durch die Synthesekolonne aufstieg, schritt die Harnstoffsynthesereaktion weiter voran. Die Verweilzeit für die Reaktion betrug 25 Minuten. Im Inneren der Harnstoffsynthesekolonne A wurden Umlenkplatten angeordnet, um die Dispersion des Gases zu beschleunigen und eine Rückmischung der Flüssigkeit zu verhindern.
Die Syntheselösung, die durch das zweite Ablaufrohr 40 und die Leitung 4 aus der Synthesekolonne A in den Stripper C geführt wurde, wurde dort erhitzt, so daß das Ammoniumcarbamat zersetzt wurde und als Mischgas aus Ammoniak und Kohlendioxid abgetrennt wurde. Der Stripper wurde bei einer Temperatur des oberen Teils von 191ºC, einer Temperatur des unteren Teils von 179ºC und einem Druck von 175 bar betrieben.
Wie oben beschrieben, arbeitete die Anlage durch Zirkulieren des Gases und der Flüssigkeiten durch den Kondensator B, die Harnstoffsynthesekolonne A und den Stripper C. Die Betriebsbedingungen und die Zusammensetzung im Kondensator B, der Synthesekolonne A und dem Stripper C sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Vergleichsbeispiel 1 (entspricht dem Verfahren in Fig. 1):

In einem herkömmlichen Harnstoffsyntheseverfahren (der Kondensatorkühler ist nicht auf der Synthesekolonne angeordnet, aber der Kondensatorkühler und die Synthesekolonne sind 30 m bzw. 28 m über dem Boden positioniert) wurde der Betrieb unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 durchgeführt. Das Volumen der Synthesekolonne wurde in diesem Fall gleich 1 gesetzt, und wurde mit dem Gesamtvolumen des Kondensatorkühlers und der Synthesekolonne in Beispiel 1 verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2:

Ein Harnstoffsyntheseverfahren, dargestellt in Fig. 2, wurde unter den Betriebsbedingungen des Kondensatorkühlers B, der Synthesekolonne A und des Strippers C wie in Tabelle 1 beschrieben, durchgeführt. Tabelle 1

Wirkungen der Erfindung:

Gemäß dem verbesserten Harnstoffsyntheseverfahren der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen erreicht werden
(1) Da ein Verfahren, bei dem eine Synthesekolonne und ein Stripper auf dem Boden angeordnet sind, entwickelt werden konnte, sind Aufbauten mit Beton- und Stahlgerüsten, die bisher erforderlich waren, nicht mehr nötig.
(2) In dem Fall, in dem ein vertikaler Kondensatorkühler mit der Synthesekolonne integriert ist, wird die Vereinfachung des Verfahrens gefördert.
(3) Da der Kondensatorkühler ein vertikaler Kondensatorkühler ist, bei dem die eingesetzten Gase und ähnliche vollständig absorbiert werden, um leicht Ammoniumcarbamat zu bilden, und einen Aufbau verwendet, bei dem die Flüssigkeit durch den Mantelraum fließen kann, wird Harnstoff im Kondensatorkühler durch Regulieren des Volumens des Kondensatorkühlers gebildet.
(4) In dem Fall, in dem die Synthesekolonne und der Kondensatorkühler integriert sind, kann der Harnstoff sowohl im Kondensator als auch in der Synthesekolonne synthetisiert werden, und infolgedessen kann das Gesamtvolumen dieser Anlagen kleiner sein als das Gesamtvolumen der herkömmlichen Synthesekolonne und des Kondensatorkühlers.

Claims

1. Harnstoffsyntheseverfahren, umfassend die Reaktion von Ammoniak mit Kohlendioxid bei einer Temperatur und einem Druck einer Harnstoffsynthese in einer vertikalen Harnstoffsynthesezone, Inkontaktbringen der erhaltenen Harnstoffsyntheselösung, die Harnstoff, unumgesetztes Ammoniak, unumgesetztes Kohlendioxid und Wasser enthält, mit mindestens einem Teil des eingesetzten Kohlendioxids in einer Strippzone unter Erwärmen bei einem Druck, der fast gleich dem Harnstoffsynthesedruck ist, um das unumgesetzte Ammoniak und das unumgesetzte Kohlendioxid als Mischgas aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser abzutrennen, weiteres Behandeln der Harnstoffsyntheselösung, die unabgetrenntes, unumgesetztes Ammoniak und unumgesetztes Kohlendioxid enthält, um Harnstoff zu erhalten, Einführen des Mischgases, das in der Strippzone abgetrennt wurde, in den unteren Teil einer vertikalen Kondensationszone, um es mit einem Absorptionsmedium unter Kühlung in Kontakt zu bringen, wobei das Mischgas kondensiert wird, und Zurückführen des so erhaltenen Kondensats zur Harnstoffsynthesezone, worin das Verfahren das Installieren der vertikalen Harnstoffsynthesezone auf dem Boden und der vertikalen Kondensationszone darüber oder darauf, das Bereitstellen eines ersten Ablaufrohres, das sowohl eine Öffnung am oberen Teil der vertikalen Kondensationszone als auch am unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat, und dazu dient, die vertikale Kondensationszone mit der vertikalen Harnstoffsynthesezone zu verbinden, das Abfließenlassen des Kondensats zum unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone durch Schwerkraft durch das Ablaufrohr vom oberen Teil der vertikalen Kondensationszone, Unterziehen des abgeflossenen Kondensats der Harnstoffsynthesereaktion, während es durch die vertikale Harnstoffsynthese hochläuft, und Abfließenlassen der so gebildeten Harnstoffsyntheselösung zum oberen Teil der Strippzone durch Schwerkraft durch ein zweites Ablaufrohr, das eine Öffnung im oberen Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die vertikale Harnstoffsynthesezone und die vertikale Kondensationszone so integriert sind, daß die vertikale Harnstoffsynthesezone im unteren Teil und die vertikale Kondensationszone im oberen Teil angeordnet sind, und daß diese beiden Zonen innen eine Trennwand haben, um sie zu teilen, und ein erstes Ablaufrohr haben, das sowohl eine Öffnung im oberen Teil der vertikalen Kondensationszone als auch im unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat und dazu dient, die vertikale Kondensationszone mit der vertikalen Harnstoffsynthesezone zu verbinden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die vertikale Harnstoffsynthesezone und die vertikale Kondensationszone eine vertikale Harnstoffsynthesezone, eine vertikale Kondensationszone, die abgetrennt davon darauf oder darüber installiert ist, aber mit der vertikalen Harnstoffsynthesezone integriert ist, und ein erstes Ablaufrohr, das diese beiden Zonen miteinander verbindet und sowohl eine Öffnung im oberen Teil der vertikalen Kondensationszone als auch im unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesezone hat, umfassen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin die Temperatur des Kondensats in der vertikalen Kondensationszone auf 165-190ºC, das N/C-Verhältnis (das Molverhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid) auf 2,5-4,5, das H/C- Verhältnis (das Molverhältnis von Wasser zu Kohlendioxid) auf 1,0 oder weniger und die Verweilzeit auf 10-30 Minuten eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Harnstoffsynthesereaktion durchgeführt wird bei einer Syntheserate von 20-60%, bezogen auf das Kohlendioxid im Kondensat in der vertikalen Kondensationszone.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin in der vertikalen Harnstoffsynthesezone ein Teil des eingesetzten Kohlendioxids oder des eingesetzten Ammoniaks zum Kondensat zugegeben wird, welches durch das erste Ablaufrohr aus der vertikalen Kondensationszone abgeflossen ist, so daß die Temperatur des Kondensats auf 170-200ºC, das N/C-Verhältnis auf 3,5-4,5, das H/C-Verhältnis auf 1,0 oder weniger und die Verweilzeit auf 10- 40 Minuten eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin eine Gesamtharnstoffsyntheserate von 60-75%, bezogen auf das Kohlendioxid, in der vertikalen Harnstoffsynthesezone erreicht wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, worin die relativen positionellen Beziehungen der vertikalen Harnstoffsynthesezone, der vertikalen Kondensationszone und der Strippzone so sind, daß wenn die Höhe bis zm oberen Teil der Kondensationszone vom Boden gleich 100% gesetzt wird, die Höhe bis zum unteren Teil der vertikalen Kondensationszone 50-80% ist, die Höhe bis zum oberen Teil der Strippzone 20-50% ist, die Höhe bis zum unteren Teil der vertikalen Synthesezone 5-30% ist, die Höhe bis zum unteren Teil der Strippzone 3-10% ist, und die Höhendifferenz zwischen dem unteren Teil der vertikalen Kondensationszone und dem oberen Teil der Strippzone 10-60% ist.

9. Harnstoffsyntheseanlage, umfassend (a) eine vertikale Harnstoffsynthesekolonne, die auf dem Boden angeordnet ist, (b) einen vertikalen Kondensatorkühler mit einem Kühler, installiert auf oder über der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne, (c) einen Stripper zum Strippen von unumgesetztem Ammoniak und unumgesetztem Kohlendioxid, die in einer Harnstoffsyntheselösung aus der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne enthalten sind, mit Hilfe von eingesetztem Kohlendioxid, um diese aus der Lösung als Mischgas aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser abzutrennen, (d) ein erstes Ablaufrohr, das sowohl eine Öffnung im oberen Teil des vertikalen Kondensatorkühlers als auch im unteren Teil der vertikalen Synthesekolonne hat und dazu dient, den vertikalen Kondensatorkühler mit der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne zu verbinden, damit das Kondensat aus dem oberen Teil des vertikalen Kondensators zum unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne durch Schwerkraft abfließen kann, (e) ein Rohr zum Einleiten des eingesetzten Ammoniaks oder des eingesetzten Kohlendioxids in den unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne, (f) ein zweites Ablaufrohr, das eine Öffnung im oberen Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne hat und zum Einleiten der Harnstoffsyntheselösung in den oberen Teil des Strippers durch Schwerkraft dient, (g) ein Rohr zum Einleiten des Mischgases aus dem Stripper in den unteren Teil des vertikalen Kondensatorkühlers, (h) ein Rohr zur Einleiten eines Absorptionsmediums oder eines Absorptionsmediums und eingesetztem Ammoniak in den unteren Teil des vertikalen Kondensatorkühlers, (i) ein Rohr zur Entnahme von Inertgas, das mit dem oberen Teil des vertikalen Kondensatorkühlers verbunden ist, (j) ein Rohr zum Einleiten von mindestens einem Teil des eingesetzten Kohlendioxids, das am unteren Teil des Strippers angeordnet ist, und (k) ein Rohr zur Entnahme einer wässrigen Harnstofflösung, die unabgetrenntes, unumgesetztes Ammoniak und unumgesetztes Kohlendioxid enthält, aus dem unteren Teil des Strippers zur weiteren Behandlung.

10. Harnstoffsyntheseanlage nach Anspruch 9, worin die vertikale Harnstoffsynthesekolonne und der vertikale Kondensatorkühler zu einer Synthesereaktionsanlage integriert sind, bei der eine Trennwand zwischen der unteren Harnstoffsynthesezone, die als vertikale Harnstoffsynthesekolonne wirkt, und der oberen Kondensationszone, die als vertikaler Kondensatorkühler wirkt, zur Verfügung gestellt wird, um beide voneinander zu trennen.

11. Harnstoffsyntheseanlage nach Anspruch 9, worin der vertikale Kondensatorkühler getrennt auf oder über der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne installiert wird, und die Harnstoffsynthesekolonne und der Kondensatorkühler integriert sind.

12. Harnstoffsyntheseanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, worin der vertikale Kondensatorkühler Umlenkplatten im Inneren hat, um den Gas- Flüssigkeitskontakt zu verbessern.

13. Harnstoffsyntheseanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, worin die vertikale Harnstoffsynthesekolonne Umlenkplatten im Inneren hat, um den Gas- Flüssigkeitskontakt zu verbessern.

14. Harnstoffsyntheseanlage nach Anspruch 9, worin die relativen positionellen Beziehungen der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne, des vertikalen Kondensatorkühlers und des Strippers so sind, daß wenn die Höhe bis zum oberen Teil des vertikalen Kondensatorkühlers vom Boden gleich 100% gesetzt wird, die Höhe bis zum unteren Teil des vertikalen Kondensatorkühlers 50-80% ist, die Höhe bis zum oberen Teil des Strippers 20-50% ist, die Höhe bis zum unteren Teil der vertikalen Harnstoffsynthesekolonne 5-30% ist, die Höhe bis zum unteren Teil des Strippers 3-10% ist, und die Höhendifferenz zwischen dem unteren Teil des vertikalen Kondensatorkühlers und dem oberen Teil des Strippers 10-60% ist.