DE69908545T2

DE69908545T2 - Verfahren zur Modernisierung einer Harnstoffanlage

Info

Publication number: DE69908545T2
Application number: DE69908545T
Authority: DE
Inventors: Giorgio Pagani; Federico Zardi
Original assignee: Urea Casale SA
Current assignee: Casale SA
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: CA2300518A1; EP1036787B1; KR20000062909A; HU0001005D0; CN1189451C; US20010031893A1; HUP0001005A2; BR0001331B1; RU2233836C2; DE69908545D1; EG22752A; UA66805C2; EP1036787A1; CN1267668A; HUP0001005A3; US6702992B2; CA2300518C; US6284922B1; BR0001331A

Description

Technisches Gebiet der Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Modernisieren (Nachrüsten) einer Anlage zur Harnstoffproduktion nach dem Verfahren des Kohlendioxidstrippens.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Modernisieren von einer Anlage für die Harnstoffproduktion von der Bauart, die umfasst:

– einen Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– Mittel zum Zuführen von Ammoniak und Kohlendioxid zu dem Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– eine Trenneinheit mit Kohlendioxid zum Unterwerfen eines Reaktionsgemischs umfassend Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung, das den Reaktor verlässt, einer Behandlung zur teilweisen Zersetzung von Carbamat und teilweisen Abtrennung von freiem Ammoniak, um so einen Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Strom bzw. einen Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom zu erhalten;
– eine Rückgewinnungszone für den Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom, der die Trenneinheit verlässt, zum Abtrennen des Harnstoffs von dem Restcarbamat in wässriger Lösung;
– mindestens eine vertikale Kondensationseinheit vom Dünnschichttyp, die ein Rohrbündel umfasst, zum Unterwerfen des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, einer teilweisen Kondensation, um so einen flüssigen, Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom und einen gasförmigen, Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Strom zu erhalten;
– Mittel zum jeweiligen Zuführen des Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms und des gasförmigen, Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zu dem Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– Mittel zum Zuführen eines gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, die bezüglich der Synthesereaktion von Harnstoff inert sind, zur Trenneinheit und von der Trenneinheit zum Reaktor für die Harnstoffsynthese durch die mindestens eine Kondensationseinheit; In der nachfolgenden Beschreibung und den angeschlossenen Ansprüchen ist mit dem Begriff „Modernisierung" die Modifikation einer vorhandenen Anlage mit dem Zweck gemeint, ihre Leistung zu verbessern und, zum Beispiel, einen Anstieg der Produktionskapazität und/oder des Umsetzungsertrags, wie auch eine Reduktion des Energieverbrauchs zu erhalten. Insbesondere, sieht die Modernisierung einer Harnstoffanlage entsprechend der Erfindung vor, die Kapazität bei Beibehaltung der Hauptausrüstung des Hochdrucksynthesesektors (Syntheseschleife) zu erhöhen.

In der nachfolgenden Beschreibung und den angeschlossenen Ansprüchen ist mit dem Begriff „Kondensationseinheit vom Dünnschichttyp" eine Vorrichtung gemeint, worin die Kondensation der Gasphase im Flüssigfilm eintritt, der innerhalb einer Vielzahl von Rohren in Gegenstrom zur Gasphase abwärts fließt. Der Flüssigfilm fließt in Kontakt mit der Rohrwand, wohingegen die Gasphase innerhalb der Rohre strömt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt hiervon, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Harnstoffproduktion wie auch eine Anlage zum Ausführen eines solchen Verfahrens.
Wie hinsichtlich der Harnstoffproduktion bekannt ist, besteht einerseits mehr und mehr der Bedarf nach Anlagen mit immer größeren Kapazitäten und möglichen Betriebseffizienz, andererseits nach Anlagen mit niedrigeren und niedrigeren Investitions- und Betriebskosten wie auch geringeren Energieverbrauch.
Stand der Technik
Verfahren zur Modernisierung von bestehenden Anlagen zur Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid sind kürzlich dargelegt worden, im Wesentlichen basierend auf der Modifikation des Synthesereaktors, auf den Austausch von Vorrichtungen, die dem Synthesereaktor nachgeschaltet sind durch Vorrichtungen mit größerer Kapazität und/oder Zuschalten von neuen Vorrichtungen parallel zu den bestehenden Vorrichtungen.
Zum Beispiel wird in der EP-A-0 796 244 ein Verfahren zum Modernisieren einer Anlage zur Harnstoffproduktion offenbart, das das Hinzufügen einen teilweisen Zersetzungsschritt des Carbamats in wässriger Lösung und zurückgeführt in den Synthesereaktor vorsieht. Mit diesem Modernisierungsverfahren ist es möglich, deutlich die in den Synthesereaktor zurückgeführte Wassermenge zu reduzieren, wodurch ermöglicht wird, einen Anstieg des Umsetzungsertrags und dadurch der Produktionskapazität der Anlage zu erhalten.
Als eines der Hauptprobleme, dem man beim Erhöhen der Produktionskapazität in bestehenden Anlagen zur Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid gegenübersteht, wird die Erhöhung der Kapazität der Hochdruchkondensationssektion, die ein oder mehrere Kondensationseinheiten umfassen kann, angesehen.
Die bis heute vorgeschlagenen Verfahren zum Modernisieren zur Erhöhung der Kapazität der Kondensationssektion sehen immer den parallelen Einsatz von zusätzlichen Kondensationseinheiten des Schichttyps oder einer Einheit mit einem hohen Austauschkoeffizienten, zum Beispiel eine horizontale Kondensationseinheit der Kettle-Art (Beckenkondenser), vor.
In einigen Fällen muss der Austausch bestehender Einheiten durch neue Einheiten mit größerer Kapazität beachtet werden.
Solche Voraussetzungen haben einen sehr negativen Einfluss sowohl auf die Investitionskosten als auch auf den Konstruktionsaufwand hinsichtlich der Modernisierung der Kondensationssektion nach den oben genannten Verfahren nach dem Stand der Technik.
Wegen dieser Nachteile hat die Modernisierung von Anlagen zur Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid bis heute relativ geringe Anwendung gefunden, ungeachtet dem immer steigenden Interesse der Industrie, bestehende Anlagen zu modifizieren – anstelle sie durch neue Anlagen zu ersetzen – mit dem Zweck die Produktionskapazität zu erhöhen und die Energiekosten zu senken.
Zusammenfassung der Erfindung
Deshalb ist das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem ein Verfahren zum Modernisieren einer Anlage zur Harnstoffproduktion bereitzustellen, das eine Erhöhung der Produktionskapazität der Anlage erlaubt, geringere Ener gieverbrauchs- und Investitionskosten auslöst und technisch einfach implementiert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren der vorgenannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte umfasst:

– Bereitstellen von Mitteln zum direkten Zuführen eines kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zusammen mit einem kleinen Teil des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, zu dem Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– Bereitstellen von Mitteln zum Zuführen eines Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zusammen mit einem Hauptteil des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, zu der mindestens einen Kondensationseinheit;
– Bereitstellen von Mitteln in der mindestens einen Kondensationseinheit zum Unterwerfen des Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, wobei ein Strom erhalten wird, der Harnstoff und Carbamat in flüssiger Lösung umfasst.

So fern der Begriff Hauptteil betroffen ist, bezeichnet dieser einen Teil der größer als 50% des Gesamtstroms des Ammoniaks und Kohlendioxids in der aus der Trenneinheit herauskommenden Dampfphase ist. Abhängig von den Betriebsbedingungen im Synthesereaktor kann der Hauptteil in einem Bereich zwischen 65 und 85% eines solchen Stroms, zum Beispiel zwischen 70 und 75 %, liegen.
Vorteilhaft erlaubt die vorliegende Erfindung einen bemerkenswerten Anstieg des Austauschkoeffizienten und daher der Effizienz der Kondensationssektion, erlaubend eine Engpassauflösung der bestehenden Anlage zum vollen Vorteil der Gesamtproduktionskapazität, die dadurch optimal erhöht wird.
All das wird auf eine einfache und effektive Weise erreicht, mit minimalen und ziemlich unbedeutenden Eingriffen in die Hochdrucksynthesesektion, die deshalb im Wesentlichen unverändert beibehalten wird, und mit einem geringen Energiegverbrauch.
Demgemäß sind die Investitions-, Implementations-, und Betriebskosten beträchtlich geringer als die Kosten, die durch die Verfahren der Modernisierung nach dem Stand der Technik auftreten.
Tatsächlich, Dank des vorliegenden Verfahrens, wird die vorhandene Kondensationssektion weder aufgerüstet noch durch neue Vorrichtungen ersetzt, aber vorteilhaft erhalten, wobei nur kleine interne Modifikationen der Kondensationseinheit nötig sind, um eine im Wesentlichen vollständige Kondensation der zugeführten Gasphase darin zu erhalten.
Aufgrund der Tatsache, dass Mittel zum Teilen in einen kleinen bzw. Hauptteil des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst (kommend von der Trenneinheit), bereitgestellt werden, muss der für die Kontrolle der Reaktionstemperatur innerhalb des Synthesereaktors notwendige Teil von Reaktanten in Gasphase nicht mehr länger die Kondensationseinheit zusammen mit der Flüssigphase passieren, wie im Stand der Technik. Dadurch kann die Kondensationseinheit auf eine Weise intern modifiziert werden, die eine beträchtliche Kondensation aller gasförmiger Reaktanten, die vom Hauptteil umfasst sind, erlaubt und daher mit der maximal erhältlichen Effizienz gefahren werden kann.
In dieser Hinsicht umfasst das Verfahren zum Modernisieren entsprechend der vorliegenden Erfindung den Schritt, der Mittel zum Umwandeln der vertikalen Kondensationseinheit der Dünnschicht-Art in eine vertikale Kondensationseinheit der Submersions-Art aufweist.
In der nachfolgenden Beschreibung und den angeschlossenen Ansprüchen wird der Ausdruck „Kondensationseinheit der Submersions-Art" verstanden als eine Vorrichtung worin die Flüssigphase das Rohrbündel füllt (Submersion) und wodurch die Kondensation der Gasphase beim Durchströmen der Flüssigphase eintritt. In anderen Worten, in diesem Fall arbeitet die Kondensationseinheit mit den mit Flüssigkeit gefüllten Rohren des Rohrbündels unterschiedlich von der Kondensationseinheit der Dünnschicht-Art, worin die Rohre im Wesentlichen leer sind.
Im speziellen wird die bestehende Kondensationseinheit vorteilhaft modifiziert durch Bereitstellen von Mitteln zum Zuführen des Hauptteils des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, an einem unteren Ende des Rohrbündels von mindestens einer solchen Einheit und Mitteln zum Zirkulieren eines Stroms der Kondensationsflüssigkeit, die Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak innerhalb der Kondensationseinheit umfasst, mit einer thermosiphonartigen Bewegung.
Aufgrund der vorliegenden Erfindung wird die vertikale Position und die Abmessung der bestehenden Kondensationseinheit ausgenützt, das – einmal transformiert – einen hohen Flüssigkeitsspiegel (Höhe) und dadurch natürliche Zirkulation der Flüssigkeit innerhalb des Tubenbündels garantiert (thermosiphonartige Bewegung).
Die Zirkulation entsprechend der thermosiphonartigen Bewegung der Flüssigphase entsteht aufgrund des Unterschieds im spezifischen Gewicht zwischen dem in der Vorrichtung aufwärts strömenden Strom, der Flüssigkeit und Dampf umfasst, und dem nur abwärts gerichteten Flüssigstroms durch die entsprechenden Teile des Rohrbündels.
In dieser Hinsicht wurden besonders befriedigende Ergebnisse erhalten durch Bereitstellen eines Gasverteilers in der Nähe zum unteren Ende des Rohrbündels in Flüssigverbindung mit den Mitteln zum Zuführen des Hauptteils des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, so dass das Ammoniak und das Kohlendioxid in einem vorbestimmten, bevorzugt zentralen, Teil des Rohrbündels verteilt werden.
Auf diese Weise tritt die Kondensation von Ammoniak und Kohlendioxid vorteilhaft nur in einem gut definierten Teil des Rohrbündels ein, dadurch eine optimale Zirkulation in einer thermosiphonartigen Bewegung der Flüssigphase innerhalb der Kondensationseinheit zwischen den Teil des Rohrbündels durch den der Strom mit geringem spezifischen Gewicht fließt (Gasphase gemischt mit Flüssigphase) und dem Teil des Rohrbündels (vorzugsweise in einer peripheren Position) durch den der Strom mit hohem spezifischen Gewicht fließt (nur Flüssigphase) fördernd.
Hinsichtlich der Kondensationseinheit vom Dünnschicht-Typ wird durch das vorliegende Verfahren zum Modernisieren eine Kondensationseinheit bereitgestellt, die ein effektives Mischen der Gasphase in der Flüssigphase erlaubt und auf diese Weise ein bemerkenswerter Anstieg des Austauschkoeffizienten innerhalb der Rohre erhalten wird, wodurch der Gesamtaustauschkoeffizient und die Effizienz der vorhandenen Kondensationssektion erhöht wird.
Das erlaubt die Kapazität der bestehenden Kondensationssektion zu erhöhen.
Testergebnisse haben gezeigt, dass es sogar möglich ist, den Gesamtaustauschkoeffizienten der bestehenden Kondensationseinheit zu verdoppeln.
Ferner, aufgrund des Schritts der Modifizierung der vertikalen Kondensationseinheit(en) vom Dünnschicht-Typ zum „Submersions"-Typ mit einer thermosiphonartigen Zirkulation der Flüssigphase, ist es – auf eine einfache und effektive Weise – möglich, die Verbleibdauer des in diesen Einheiten bereitgestellten Carbamats zu erhöhen, welches daher reagieren kann und teilweise in Harnstoff umgeformt wird.
Wenn so vorgegangen wird, ist es möglich, einen Anstieg von sogar 10–20% des Gesamtreaktionsvolumens zu erhalten, das ergibt sich aus der Verbleibzeit des Carbamats in der Kondensationseinheit und im Reaktionsraum. Dieser Faktor fördert vorteilhaft einen korrespondierenden Anstieg des Umsetzungsertrags des Kohlendioxids in Harnstoff.
Um den Strom, der Carbamat in wässriger Lösung und den so erhaltenen Harnstoff umfasst, aus der Kondensationssektion abzuziehen, ohne deutliche Modifikationen in der Originalkonstruktion zu veranlassen, umfasst das Verfahren zum Modernisieren entsprechend der vorliegenden Erfindung vorteilhaft in den Kondensationseinheiten bereitgestellte Mittel zum Sammeln und Zuführen des zuvor genannten Stroms von einem Bereich oberhalb des Rohrbündels zu einem unteren Ende der Kondensationseinheit in Flüssigverbindung mit den Mitteln zum Zuführen der Flüssigphase zum Reaktor für die Harnstoffsynthese.
Es ist wichtig zu bemerken, dass das Verfahren zum Modernisieren entsprechend der vorliegenden Erfindung erlaubt, die glei chen (wenn nicht größere) Kapazitätsanstiege mit den bestehenden Kondensationseinheiten zu erzielen, die vom Konstruktionsstandpunkt vorteilhaft nur gering modifiziert aber hinsichtlich des Betriebs dramatisch verändert sind, konträr zur herrschende Lehre des Standes der Technik, die anregt, die Kondensationssektion durch Hinzufügen neuer Kondensationseinheiten oder durch Ersetzen der Bestehenden durch neue Einheiten mit einem größeren Austauschkoeffizienten aufzurüsten.
Dieses Ergebnis ist völlig überraschend, wenn man bedenkt, dass entsprechend der Verfahren zum Modernisieren aus dem Stand der Technik es nicht vorstellbar war, eine wesentliche Kapazitätserhöhung in der Kondensationssektion allein mit den bestehenden Vorrichtungen zu erhalten.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das vorliegende Verfahren zum Modernisieren ferner den Schritt:

– Bereitstellen von Mitteln zum Abziehen und Zuführen des Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase von der mindestens einen Kondensationseinheit zu einer Wascheinheit, die dem Reaktor für die Harnstoffsynthese nachgeschaltet ist.

In anderen Worten, durch die Einführung von geeigneten Mitteln, wird der Hauptteil des gasförmigen Stroms, der die von der Trenneinheit zur Kondensationseinheit zugeführten Passivierungsmittel umfasst, vorteilhaft zu einer der Wascheinheiten, die in der Anlage dem Reaktionsraum nachgeschaltet angeordnet sind, abgezweigt, anstatt den Reaktionsraum zu passieren.
Deshalb erlaubt das Verfahren zum Modernisieren entsprechend der vorliegenden Erfindung vorteilhaft dem Reaktor für die Harnstoffsynthese nur einen kleinen Teil des gasförmigen Stroms, der die Passivierungsmittel umfasst, zuzuführen, wodurch die Gegenwart von für die Umwandlungsreaktion fremden Substanzen auf ein Minimum reduziert wird – zum vollen Vorteil des Gesamtumsetzungsertrags, der um 1 bis 3 Prozentpunkte erhöht wird – und gleichzeitig ein geeigneter Schutz gegen Korrosion für den Reaktionsraum garantiert wird.
Auf die selbe Weise wie für den Strom, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, wird auch in diesem Fall mit der Bezeichnung „Hauptteil" ein Teil gemeint, der größer als 50% des gesamten Stroms der aus der Trenneinheit kommenden Passivierungsmittel ist.
Zum Beispiel, im Fall eines Hauptteils, der zwischen 65–85% des inerten Gasstroms umfasst, wird nur 15–35% eines solchen inerten Gases zum Synthesereaktor geleitet, verglichen mit 100% im Stand der Technik, wobei deutliche Vorteile hinsichtlich großer Umsetzungserträge sichergestellt werden.
Diesbezüglich soll bemerkt werden wie die Praxis in diesem Gebiet zum Zuführen einer vorbestimmten Menge Passivierungsmittel (zum Beispiel Luft oder Sauerstoff) zusammen mit dem Kohlendioxidstrom ist, um die Vorrichtung der Synthesesektion der Harnstoffanlagen – und in besonderen der Trenneinheit – vor der schnellen Zerstörung durch die Korrosivität der an einer solchen Reaktion beteiligten Substanzen zu schützen. Deshalb passieren die Passivierungsmittel und andere mögliche inerte Substanzen, die im Kohlendioxidstrom enthalten sein können, durch die Kondensationseinheit en) und werden dann zum Reaktor für die Harnstoffsynthese geleitet.
Da die Betriebsbedingungen weniger kritisch sind als für die Trenneinheit, ist die theoretisch benötigte Menge an Passivierungsmittel zum Schutz der Kondensationssektion und des Reaktionsraumes wesentlich geringer als die tatsächlich in der Syntheseschleife Zirkulierende.
Folglich werden beide, das Verfahren für die Harnstoffproduktion mit Strippen in Kohlendioxid und die Verfahren zum Modernisieren der Anlage für die Harnstoffproduktion entsprechend dem Stand der Technik, beeinflusst von einer Abnahme des Umsetzungsertrags im Reaktionsraum und, deshalb, von einer fehlenden Produktionskapazität wegen des Überschusses an inerten Substanzen in einem solchen Reaktionsraum.
Aufgrund der vorliegenden Erfindung, erlaubt der Anstieg der Umsetzung wegen einer geringeren im Reaktionsraum gegenwärtigen Menge inerter Substanzen zusammen mit dem Umsetzungsanstieg aufgrund des Anstiegs des zuvor beschriebenen Gesamtreaktionsvolumen den Anstieg des Umsetzungsertrags im Reaktionsraum, und, deshalb, die Produktionskapazität der bestehenden Anlage und, insbesondere, Überladungen der bestehenden Kondensationseinheit zu maximieren, ohne auf diese Weise dem Reaktionsraum nachgeschaltet, Ungleichgewichte oder Störungen zu erzeugen.
Ferner ist es wert zu erwähnen, dass es durch den zuvor genannten Anstieg des Umsetzungsertrags vorteilhaft möglich ist, den Energieverbrauch gering zu halten und, in einigen Fällen, sogar den Dampfverbrauch hinsichtlich der zu modernisierenden, bestehenden Anlage zu reduzieren.
Der Hauptteil und die kleinen Teile des Stromes, der Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase, bzw. des gasförmigen Stroms, der ein oder mehr Passivierungsmittel umfasst, wird entsprechend diesem Verfahren zum Modernisieren bevorzugt dem Schritt angepasst, der geeignete Steuermittel in den Mitteln zum Abziehen und Zuführen des Hauptteils des gasförmigen Stroms bereitstellt, der ein oder mehrere Passivierungsmittel zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst und von der Kondensationseinheit zu einer solchen Wascheinheit fließt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Harnstoffproduktion nach der Art, die die Schritte umfasst:

– Reagieren von Ammoniak und Kohlendioxid in einem Reaktionsraum, Gewinnen eines Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung umfassenden Reaktionsgemischs;
– Zuführen des Reaktionsgemischs zu einer Trenneinheit mit Kohlendioxid und Unterwerfen des Gemischs einer Behandlung zur teilweisen Zersetzung von Carbamat und teilweisen Abtrennung von freiem Ammoniak, Gewinnen eines Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms und eines Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms;
– Zuführen des Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms zu einer Harnstoff-Rückgewinnungszone; und das dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiter die Schritte umfasst:
– direktes Zuführen eines kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zu dem Reaktionsraum;
– Zuführen eines Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zu der mindestens einen Kondensationseinheit und Unterwerfen dieses Hauptteils einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, um so einen Strom zu erhalten, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst;
– Zuführen des Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms zu dem Reaktionsraum.

Diese Erfindung betrifft ferner eine Anlage, die zum Ausführen des zuvor genannten Verfahrens für die Harnstoffproduktion bestimmt ist, umfassend:

– einen Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– Mittel zum Zuführen von Ammoniak und Kohlendioxid zum Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– eine Trenneinheit mit Kohlendioxid zum Unterwerfen eines Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung umfassenden Reaktionsgemischs, das den Reaktor verlässt, einer Behandlung zur teilweisen Zersetzung von Carbamat und teilweisen Abtrennung von freiem Ammoniak, um so einen Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Strom und einen Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom zu erhalten;
– eine Rückgewinnungszone des Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, zum Abtrennen von Harnstoff aus dem Restcarbmat in wässriger Lösung; und welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiters umfasst:
– mindestens eine Kondensationseinheit vom "Submersions"-Typ zum Unterwerfen von mindestens einem Teil des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, um so einen Strom zu erhalten, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst;
– Mittel zum Zuführen eines kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, direkt zu dem Reaktor für die Harnstoffsynthese;
– Mittel zum Zuführen eines Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit verlässt, zu der mindestens einen Kondensationseinheit;
– Mittel zum Zuführen des Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms, der die mindestens eine Kondensationseinheit verlässt, zu dem Reaktor für die Harnstoffsynthese.

Entsprechend der Erfindung können die Anlagen, die zum Ausführen des Verfahrens für die Harnstoffproduktion bestimmt sind, sowohl als Neuanlagen als auch durch Modifizierung bestehender Anlagen realisiert werden, um einen Anstieg in der Produktionskapazität und in einigen Fällen eine verbesserte Leistung hinsichtlich des Energieverbrauchs zu erhalten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich aus der nachfolgenden, nicht einschränkenden Beschreibung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Modernisieren und eines Harnstoffsyntheseverfahrens entsprechend der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen zeigen:
1 stellt schematisch und partiell eine Anlage für die Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid gemäß dem Stand der Technik dar;
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine vertikale Kondensationseinheit der Dünnschicht-Art der Anlage von 1 gemäß dem Stand der Technik;
3 stellt schematisch und partiell eine Anlage für die Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid dar, die durch die Modernisierung der Anlage von 1 entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Modernisieren entsprechend der Erfindung realisiert wurde;
4 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die vertikale Kondensationseinheit der „Submersions"-Art der Anlage von 3, erhalten durch Modifizieren der Kondensationseinheit der 2 entsprechend der vorliegenden Erfindung;
5 stellt schematisch und partiell eine Anlage für die Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid dar, die als Neuanlage zum Ausführen des Verfahrens entsprechend der Erfindung realisiert wurde;
6 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die vertikale Kondensationseinheit der „Submersions"-Art der Anlage von 5 entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Um die Offenbarung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, wird nur ein Teil einer Anlage zur Harnstoffproduktion in 1 schematisch dargestellt und zwar genauer die Hochdrucksynthesesektion (Syntheseschleife), da die übrigen Sektionen nicht bedeutsam für das Verständnis der vorliegenden Erfindung ist.
Ferner werden spezielle Verweise zu den an sich konventionellen Verbindungsrohren der verschiedenen Teile der nachfolgend beschriebenen und in 1 dargestellten Anlage nur gemacht, sofern sie unbedingt notwendig sind.
Mit Bezug auf 1 wird eine bestehende Anlage für die Harnstoffproduktion nach dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid, die die Rückführung der Reaktanten in den Reaktionsraum aufweist, generell mit der Bezugnummer 1 bezeichnet.
Anlage 1, und spezieller die Hochdrucksynthesesektion, umfassen einen Reaktor 2 (oder Reaktionsraum) für die Harnstoffsynthese, eine Trenneinheit 3 mit Kohlendioxid, eine Kondensationssektion, umfassend eine vertikale Kondensationseinheit 4 von der Dünnschicht-Art, die mehr detailliert im Zusammenhang mit 2 beschrieben wird, und eine Wascheinheit 5 für das Passivierungsmittel und anderer möglicher für die Reaktion inerte Substanzen.
Darüberhinaus umfasst die Anlage 1 eine Rückgewinnungszone für den produzierten Harnstoff, nicht dargestellt in 1, und eine Vorrichtung 6 für die Trennung des produzierten Dampfs durch die Kühlflüssigkeit, die der Kondensationseinheit 4 zugeführt wird.
Der Reaktor 2 wird üblicherweise bei einer Temperatur von 180 bis 185°C mit einem molaren NH₃/CO₂-Verhältnis von 2,8 bis 3,0, einem molaren H₂O/CO₂-Verhältnis von 0,4 bis 0,5 und einem Umsetzungsertrag von 58 bis 60% betrieben.
Der (isobare) Verfahrensdruck in der Synthesesektion der 1 ist normalerweise von 140 bis 145 bar. So ein Druck wird üblicherweise in den Harnstoffsyntheseverfahren als „Hoch"-Druck bezeichnet, verglichen mit der Bezeichnung „Mittel"-Druck (etwa 18 bar) bzw. „Nieder"-Druck (3–4 bar), in diesem Bereich verwendet für die Bezeichnung des Drucks in den der Syntheseschleife nachgeschalteten Abschnitten.
In 1 werden mit den Nummern 7–21 generell entsprechende Mittel für das Zuführen verschiedener Ströme zu den Vorrichtungen der Anlage 1 für die Harnstoffproduktion bezeichnet.
Solche Zuführmittel umfassen Rohrleitungen, Verbindungsrohre, Pumpen, Kompressoren, Düsen und andere Vorrichtungen bekannter Art, die generell in Anlagen solcher Art eingesetzt werden und, daher, in der folgenden Beschreibung nicht weiter beschrieben werden.
Generell werden in der vorliegenden Beschreibung, den eingeschlossenen Ansprüchen und dort wo es nicht anders angezeigt wird mit den Ausdrücken: "Zufuhr-, Verbindungs- oder Extraktionsmittel" beabsichtigt, Rohrleitungen, Verbindungsleitungen oder Rohre, Pumpen, Kompressoren, Düsen oder andere Vorrichtungen bekannter Art, die zum Transportieren eines flüssigen oder gasförmigen Stroms von einem Ort zu einem anderen in der Anlage verwendet werden, zu bezeichnen.
Insbesondere werden mit 7 und 8 entsprechende Mittel zum Zuführen eines gasförmigen Stroms, der Kohlendioxid umfasst, zu der Trenneinheit 3, und eines Stroms, der Ammoniak (in Flüssigphase) umfasst, zu der Kondensationseinheit 4 bezeichnet.
Das durch die Mittel 7 zu der Trenneinheit 3 geschickte Kohlendioxid wird als Strippingmittel der Reaktionsmischung eingesetzt die Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung den Reaktor 2 verlassend umfasst, und durch die Mittel 9 der Einheit 3 zugeführt wird.
Die Trenneinheit 3 ist von der Dünnschicht-Art mit einem externen Dampfheizer. Mittel zum Zuführen und Abziehen des Dampfs zum Heizen der Trenneinheit 3 an der Außenhülle werden generell mit 22 bezeichnet.
Die in der Einheit 3 abwärts fließende Reaktionsmischung in Gegenstrom mit dem gasförmigen Strom, der Kohlendioxid umfasst, wird einer Behandlung der partiellen Zersetzung von Carbamat und einer partiellen Trennung des freien Ammoniaks unterworfen, wobei ein Strom, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, sowie ein Strom, der Harnstoff und Rest-Carbamat in wässriger Lösung umfasst, erhalten werden.
Der Strom, der Harnstoff und Rest-Carbamat in wässriger Lösung umfassen, wird vom Boden der Trenneinheit 3 abgezogen und zur Harnstoff-Rückgewinnungszone (nicht dargestellt) durch die Zuführmittel 10 geschickt.
Der gasförmige Strom, der in der Trenneinheit 3 erhalten wird und auch Wasser zusätzlich zu Ammoniak und Kohlendioxid umfasst, fließt von einem oberen Ende einer solchen Einheit 3 aus und wird einem oberen Ende der Kondensationseinheit 4 durch die Zuführmittel 11 zugeführt.
Die Kondensationseinheit 4 ist von der vertikalen Dünnschicht-Art zum Unterwerfen des gesamten Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst und aus der Einheit 3 durch die Mittel 11 kommt, einer partiellen Kondensation.
Ferner wird der Strom, der den zugeführten Ammoniak umfasst, am oberen Ende der Kondensationseinheit 4 durch die Mittel 8 zusammen mit einem rezyklierten Strom, der Ammoniak und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, zugeführt.
Wie in 2 gezeigt, findet die partielle Kondensation der Gasphase als ein Ergebnis des Kontakts dieser Phase mit der Flüssigphase statt, die im Gleichstrom innerhalb der Vielzahl von Rohren des Rohrbündels 23, eingeschlossen in der Hülle 24 der Kondensationseinheit 4, abwärts fließt.
In dieser Figur werden die Details der Anlage 1, die strukturell und operativ äquivalent sind mit jenen der 1 mit den gleichen Bezugsnummern bezeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
Das Rohrbündel 23 wird an seinem Ober- und Unterteil durch Rohrplatten 25 bzw. 26 begrenzt, zu denen die oberen und unteren Köpfe 27, 28 der Kondensationseinheit entsprechend fixiert werden.
Insbesondere, wird die Flüssigphase, die den zugeführten Ammoniak und das zurückgeführte Carbamat in wässriger Lösung umfasst, durch die Einlassdüse 30 in den Raum 29, der durch das obere Kopfende 27 definiert wird, eingeleitet, über die obere Rohrplatte 25 verteilt und durch Schwerkraft entlang der Rohre des Rohrbündels 23 unter Filmbildung hinunter fließen gelassen. Auch die gasförmige Phase, die Ammoniak und Kohlendioxid umfasst und der oberen Platte 25 durch die Einlassdüse 31 zugeführt wird, fließt innerhalb solcher Rohre (die im Wesentlichen leer sind).
Als Folge der teilweisen Kondensation wird ein Flüssigstrom, der Carbamat in wässriger Lösung umfasst, und einen gasförmiger Strom, der dampfförmiges Ammoniak und Kohlendioxid umfasst, an den Rohrausgängen des Rohrbündels 23 erhalten. Solche Ströme passieren den Raum 32, der innerhalb des unteren Kopfendes 28 definiert ist, und strömen aus der Kondensationseinheit 4 durch die Auslassdüsen 33, 34 für die flüssige bzw. gasförmige Phase.
Deshalb werden die Phase, die Ammoniak und Kohlendioxid in gasförmiger Phase umfasst, wie auch die Phase, die Carbamat in wässriger Lösung umfasst, getrennt vom Boden der Kondensati onseinheit 4 zum Reaktor 2 für die Harnstoffsynthese durch entsprechende Leitungsmittel 14, 15 geschickt.
In 2 werden die Ströme der gasförmigen Phase und der Flüssigphase innerhalb der Kondensationseinheit generell mit Fg bzw Fl bezeichnet.
Es ist klar, dass in der Kondensationseinheit 4 entsprechend dem Stand der Technik die Verbleibzeiten der Phasen innerhalb der Rohre des Rohrbündels 23 sehr kurz sind, wie auch eine gleichförmige Verteilung der Flüssigphase auf der oberen Rohrplatte 26 nur sehr schwer erreicht werden kann. All das ist nachteilig für eine effektive Kondensation der Reaktanten in der gasförmigen Phase.
Die Wärme, die während der teilweisen Kondensation des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, innerhalb der Einheit 4 entsteht, wird durch Strömenlassen einer Kühlflüssigkeit, d. h. Wasser, durch das Rohrbündel 23 – an der Außenhülle – entfernt, wobei Dampf zurückgewonnen wird (generell bei 4.5 bar).
Der Wasserstrom wird an der Außenhülle der Kondensationseinheit 4 durch die Mittel 16 zugeführt und aus dieser Einheit durch die Mittel 17 abgezogen.
Der aus der Einheit 4 herauskommende Wasserstrom, der auch den durch indirekten Wärmeaustausch mit den innerhalb der Kondensationseinheit 4 auf der Röhrenseite fließenden Prozessflüssigkeit erzeugten Dampf umfasst, wird durch die Mittel 17 der Vorrichtung 6 zur Trennung des erzeugten Dampfes vom Wasser zugeführt. Dieses Wasser wird deshalb durch die Mittel 16 der Kondensationseinheit 4 an der Außenhülle zurückgeführt, wobei der Dampf von der Trennungsvorrichtung 6 durch die Mittel 18 abgezogen wird.
In der technischen Fachsprache wird die Trennungsvorrichtung 6 auch mit dem Begriff „Dampftrommel" bezeichnet.
Um die Vorrichtungen der Hochdrucksynthesesektion vor Korrosion zu schützen, umfasst die Anlage 1 ferner die Möglichkeit, ein oder mehrere Passivierungsmittel, zum Beispiel Sauerstoff oder Luft, die inert gegenüber der Harnstoffsynthesereaktion sind, durch diese Vorrichtungen fließen zu lassen.
Zu diesem Zweck werden generell Mittel bereitgestellt zum Zuführen eines gasförmigen Stroms, der Passivierungsmittel umfasst, zur Trenneinheit 3 und von dieser Trenneinheit, die Kondensationseinheit 4 passierend, zum Harnstoffsynthesereaktor 2.
Im Beispiel der 1 werden die Passivierungsmittel direkt mit dem gasförmigen Strom, der das zuzuführende Kohlendioxid umfasst, gemischt, wodurch die zuvor erwähnten Mittel zum Zuführen des gasförmigen Stroms, der Passivierungsmittel umfasst, den Zuführmittel 7 entsprechen.
Da die Betriebsbedingungen der Trenneinheit 3 aus der Sicht bezüglich der Korrosion am kritischsten sind, benötigt diese Einheit eine Menge an Passivierungsmittel, die wesentlich größer ist als die die in der Praxis für die Passivierung der anderen Vorrichtungen benötigt wird. Demzufolge werden neben der Trenneinheit 3 den anderen Vorrichtungen der Synthesesektion ein Überschuss an Passivierungsmittel zugeführt.
Darüberhinaus enthält der gasförmige Strom, der das der Trenneinheit 3 durch die Mittel 7 zugeführte Kohlendioxid umfasst, eine bestimmte Menge der anderen inerten Substanzen, zum Beispiel 1–3 Volums-%, die – zusammen mit den Passivierungsmittel – die verschiedenen Vorrichtungen der Hochdrucksynthesesektion passieren.
Besonders wird die Menge an Passivierungs- und inerten Mittel normalerweise dem Harnstoffsynthesereaktor 2 so zugeführt, dass der Umsetzungsertrag des Kohlendioxid in Harnstoff um einige Prozentpunkte in bezug auf den erreichbaren Ertrag mit einem geringeren Gehalt an gegenüber der Synthesereaktion inerten Stoffen reduziert wird.
Der Strom der inerten Stoffe passiert durch den Harnstoffreaktor 2 einen Teil des unreagierten Ammoniaks und Kohlendioxids in Dampfphase ladend, und wird deshalb durch die Mittel 19 von einem oberen Ende des Reaktors 2 der Wascheinheit 5 zugeführt.
In der Wascheinheit 5 werden Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase mittels eines Waschstroms kondensiert, der – im Beispiel der 1 – Carbamat in wässriger Lösung umfasst und vom Harnstoffrückgewinnungssektor (nicht dargestellt) kommend der Einheit 5 durch die Mittel 20 zugeführt wird.
Von der Wascheinheit 5 findet die Extraktion der Passivierungsmittel und der inerten Stoffe im allgemeinen von der Hochdrucksynthesesektion durch Mittel 21 statt, wobei der Waschstrom entsprechend angereichert mit Ammoniak und Kohlendioxid zu der Kondensationseinheit 4 durch die Mittel 13 geschickt wird.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die Anlage zur Harnstoffproduktion der 1, vorteilhaft geeignet modifiziert, entsprechend einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zur Modernisierung der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Besonderheiten, betreffend der in die bestehende Kondensationseinheit eingebrachten Modifikation, werden in bezug auf 4 besser hervorgehoben.
In 3 und 4 sind die Details der Anlage 1 und der Kondensationseinheit äquivalent hinsichtlich Struktur und Betrieb jenen, die in den 1 und 2 dargestellt sind, und werden mit den selben Bezugsnummern bezeichnet und nicht erneut beschrieben.
Aufgrund des vorliegenden Verfahrens zur Modernisierung sind die Zuführmittel zu der Kondensationseinheit 4 des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfasst und aus der Trenneinheit 3 kommt, geeignet auf eine Weise so modifiziert, dass nur ein Hauptteil eines solchen Stroms einer Kondensation mit der Flüssigphase unterzogen wird.
Ferner ist die Kondensationseinheit 4 in ihrem Inneren vorteilhaft so modifiziert, dass eine im Wesentlichen vollständige Kondensation eines solchen Hauptteils erlaubt wird.
Zu diesem Zweck sind entsprechend der Ausführungsform der 3 die Mittel 11 der bestehenden Anlage der 1 modifiziert und die Mittel 35 und 36 werden bereitgestellt, um einen kleinen Teil des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, von der Trenneinheit 3 direkt dem Harnstoffsynthesereaktor 2, bzw. um einen Hauptteil eines solchen Stroms der Kondensationseinheit zuzuführen. Mittel 35 und 6 umfassen zum Beispiel entsprechende Verbindungsleitungen.
Es wird deutlich, dass durch Strömenlassen des gasförmigen Stroms, der ein oder mehrere Passivierungsmittel umfasst, innerhalb der Zuführmittel 11 zusammen mit dem Strom, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, die Vorkehrung der Mittel 36 und 35 unabdingbar eine entsprechende Trennung in einen kleinen und einen Hauptteil der dem Reaktor 2 bzw. der Kondensationseinheit 4 zugeführten Passivierungsmittel bedingt.
Innerhalb der Kondensationseinheit sind Mittel vorgesehen, die detailliert in 4 beschrieben sind, um die Kondensation von im Wesentlichen allen Reaktanten der darin zugeführten gasförmigen Phase auf eine einfache und effektive Weise zu erlauben.
In anderen Worten, die vorhandene vertikale Kondensationseinheit der Dünnschichtart wird vorteilhaft in eine vertikale Kondensationseinheit der „Submersions"-Art, d.h. mit einer Kondensationsflüssigkeit gefülltem Rohrbündel, transformiert, wobei die Effizienz einer solchen Einheit und damit ihre Kapazität beträchtlich verbessert wird. Darüberhinaus erlaubt diese Veränderung einen Anstieg der Verbleibzeit des gebildeten Carbamats in der Kondensationseinheit 4, das teilweise in Harnstoff reagiert.
Besonders wird die Kondensationsflüssigkeit, die Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfasst, vorteilhaft zum Zirkulieren innerhalb des Rohrbündels 23 in einer thermosiphonartigen Bewegung gebracht. Der Hauptteil des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, wird stattdessen durch die Mittel 36 in den unteren Raum 32 in der Nähe des unteren Endes des Rohrbündels 23, genauer in der unmittelbaren Nähe zur unteren Rohrplatte 26, zugeführt.
Dadurch durchquert Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase die Kondensationseinheit 4 aufwärts – innerhalb der voll mit Flüssigkeit gefüllten Rohre des Rohrbündels 23 gluckernd und daher mit einem erheblichen Austauschkoeffizienten auf der Rohrseite.
Um eine korrekte Zirkulation in einer thermosiphonartigen Bewegung der Kondensationsflüssigkeit innerhalb der Kondensationseinheit 4 zu erlauben, umfasst das vorliegende Verfahren zur Modernisierung die Vorkehrung eines Gasverteilers 37, der eine perforierte Wand 37a in der unmittelbaren Nähe zur unteren Rohrplatte 26 in Flüssigverbindung mit den Zuführmitteln 36 des Hauptteils des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, aufweist.
Der Verteiler 37 ist auf eine solche Weise dimensioniert, dass das Ammoniak und das Kohlendioxid in Dampfphase vorteilhaft nur in einem bestimmten Teil des Rohrbündels 23 verteilt werden.
Auf diese Weise wird das Rohrbündel 23 inhärent unterteilt in einen ersten Teil 38 (ein Zentralteil in 4) durch den flüssiger/gasförmiger Strom von geringem spezifischen Gewicht aufwärts fließt, und in einen zweiten Teil 39 (ein äußerer Teil in 4) durch den nur der Flüssigstrom mit hohem spezifischen Gewicht abwärts fließt, der deshalb in einer thermosiphonartigen Bewegung innerhalb der Kondensationseinheit 4 zirkuliert.
Wie in 4 dargestellt, wird ein weiterer äußerer Teil 40 des Rohrbündels 23 für die Querung von dem oberen Raum 29 zu den Zuführmitteln 15 des Stroms, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung zum Schicken an den Synthesereaktor 2 umfasst.
Diesbezüglich weist das Verfahren zur Modernisierung entsprechend der Erfindung jene geeigneten Mittel auf, die in 4 mit 41 und 42 bezeichnet sind und innerhalb der Kondensationseinheit 4 vorgesehen sind zum Sammeln und Zuführen eines solchen Stroms, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, vom Raum 29 zu den Mitteln 15 durch den dritten Teil 40 des Rohrbündels 23.
Solche Sammel- und Zuführmittel umfassen eine Wand 41, die nicht perforiert ist und sich vertikal von der oberen Rohrplatte 25 zu einem Teil des oberen Raums 29 erstreckt, und Verbindungsmittel 42 zwischen dem Teil der unteren Rohrplatte 26, die den Strom, der die zum Reaktor 2 geschickten und Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, und die Zuführmittel 15 aufnimmt.
Die Wand 41 definiert einen Flüssigkopf im oberen Raum 29 der Flüssigphase, die entsprechend einer thermosiphonartigen Bewegung zirkuliert, und trennt als Wehr den Strom, der das zu den Mittel 42 durch den Teil 40 des Rohrbündels 23 zu schickende Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst.
Es soll darauf hingewiesen werden, wie es möglich ist, durch Erhöhen der Höhe der Wand 41 und damit des Niveaus der Flüssigphase im Raum 29, die Verbleibdauer einer solchen Phase in der Kondensationseinheit 4 zum vollen Vorteil einer höheren Produktionsrate des Harnstoffs in einer solchen Einheit zu steigern.
Der Reihe nach, Mittel 42 können zum Beispiel eine Vorrichtung in Gehäuseform umfassen, die an die untere Rohrplatte montiert ist, um die aus dem Teil 40 des Rohrbündels 23 kommende Flüssigphase zu sammeln, und mit Mittel 15 durch ein Rohr, das die Düse 33 quert, verbunden ist.
Der Strom der Kondensationsflüssigkeit, die Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfasst und der Kondensationseinheit 4 durch Mittel 8 zugeführt wird, führt in den oberen Raum 29 durch die Einlassdüse 30 und wird durch einen toroidalen Ver teiler 43 in unmittelbarer Nähe zu der oberen Rohrplatte 25 in den Teil 39 des Rohrbündels 23 verteilt.
Die Passivierungsmittel und andere für die Harnstoffsynthesereaktion inerte Substanzen, die der Kondensationseinheit 4 durch die Mittel 34 zugeführt werden, passieren das Rohrbündel 23 aufwärts und getrennt von der Flüssigphase in den oberen Raum 29 der Einheit 4 zusammen mit möglichen nicht kondensierten Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase.
Vorteilhaft wird die gasförmige Phase, die sich von der Flüssigphase im oberen Raum 29 abtrennt, abgezogen von der Kondensationseinheit 4 und der dem Reaktor 2 nachgeschalteten Wascheinheit 5 zugeführt aufgrund der Vorkehrung – entsprechend des vorliegenden Verfahrens zur Modernisierung – von geeigneten Mittel 44.
Solche Mittel 44 , zum Beispiel, bestehen aus einem Rohr in Flüssigverbindung mit einem oberen Raum 29 der Kondensationseinheit 4 durch die Düse 31.
Wie man unter Bezugnahme auf die Zusammenfassung der Erfindung sieht, ist es aufgrund dieses Merkmals möglich den Umsetzungsertrag im Harnstoffsynthesereaktor 2 um einige Prozentpunkte (1–3%) mit erheblichen Vorteilen, soweit ein Anstieg der Produktionskapazität der bestehenden Anlage betroffen ist, zu erhöhen.
Dadurch wird nicht nur der Umsetzungsertrag erhöht, sondern kann der Reaktor 2 auch unter vorteilhafteren Bedingungen betrieben werden und der Anlagenenergieverbrauch ist geringer als vor der Modernisierung.
Ein weiterer Vorteil, der von dieser Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens der Erfindung resultiert, besteht darin, dass das Zuführen ausschließlich eines kleinen Teils der inerten Substanzen in den Synthesereaktor 2 die Menge an Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase, die den Reaktor 2 verlässt, bedeutend niedriger sein wird, als wenn die gesamten inerten Substanzen dem Reaktor 2 zugeführt werden.
Dementsprechend, da der Hauptteil der aus der Kondensationseinheit 4 kommenden inerten Substanzen nur Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid enthält, wird ferner eine Abnahme der Beladung der Wascheinheit 5 erreicht; daher wird diese Einheit geringere Mengen von Reaktanten in gasförmiger Phase (zum Trennen von dem Strom der inerten Substanzen geringerer Mengen an Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase) zurückgewinnen müssen, wobei bessere Betriebsbedingungen der Einheit 5 und dadurch ein Anstieg der Kapazität einer solchen Einheit erlaubt werden.
Entsprechend weiteren Ausführungsformen (nicht dargestellt) ist es vorgesehen, Mittel zum Zuführen des aus der Kondensationssektion 4 kommenden Stroms der inerten Substanzen in die dem Reaktor 2 nachgeschalteten Wascheinheiten 5 bereitzustellen, die in der bestehenden Anlage zur Harnstoffproduktion vorhanden sind. Alternativ ist es möglich, wann immer der Gehalt an Ammoniak und Kohlendioxid im Strom der aus der Einheit 4 kommenden inerten Substanzen Null oder im Wesentlichen Null ist, den Schritt vorzusehen, Mittel (nicht dargestellt) zum Entleeren eines solchen Stroms unmittelbar in die Umgebung bereitzustellen, zum Beispiel ein mit der Gasauslassdüse 31 verbundenes Auslassventil.
Bevorzugt ist vorgesehen, entsprechend des vorliegenden Verfahrens zur Modernisierung, in Mittel 44, geeignete Mittel 45, dargestellt in 3 durch ein Steuerventil, zur Steuerung des Haupt- und des kleinen Teils des gasförmigen Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, bzw. des gas förmigen Stroms, der ein oder mehrere Passivierungsmittel umfasst, bereitzustellen.
Wenn die Mittel 44 die Flüssigverbindung des Oberteils der Kondensationseinheit 4 mit dem Oberteil des Reaktors 2 herstellen, erlaubt das Steuerventil 45 die Menge von Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase, die zur Kondensationseinheit 4 bzw. zum Harnstoffsynthesereaktor 2 geleitet wird, zu steuern.
Abhängig von der Größe und der spezifischen Geometrie des Rohrbündels 23, weist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Modernisierung auf, dass ein weiteres Erhöhen des Gesamtaustauschkoeffizienten der Kondensationseinheit 4 erlaubt, wobei der Wärmeaustauschkoeffizient außerhalb des Rohrbündels 23 (Hüllenseite), wo das Kühlwasser zum Fließen gebracht wird, zusätzlich zum Anstieg innerhalb der Rohre (Rohrseite), wo die Prozessströme fließen, zum vollen Vorteil der Kondensationseinheitskapazität dadurch verbessert wird.
Es wurde überraschend gefunden, dass es bevorzugt ist, um die Entfernung der während der Kondensation des Ammoniaks und Kohlendioxids in Dampfphase gebildeten Wärme zu verbessern und dadurch den Wärmeaustauschkoeffizienten zu erhöhen, keinen Dampf beim Kreuzen der Hüllenseite des Rohrbündels 23 durch das Kühlwasser zu erzeugen.
Tatsächlich scheint in dem speziellen Fall, worin das Rohrbündel 23 der Kondensationseinheit 4 eine sehr hohe, eng beieinander liegende Rohrzahl aufweist und der verfügbare Raum für die Passage des Wassers an der Hüllenseite klein ist, das Vorhandensein von in an der Hüllenseite in der Kondensationseinheit 4 fließenden Wasser gebildeten Dampf abträglich der Zirkulation der Flüssigkeit zu sein. Das würde eine Abnahme des Wärmeaustauschs und eine entsprechend reduzierte Entfernung der Kondensationswärme zwischen den Strömen, die an der Rohrseite fließen, und dem Kühlwasser bedeuten.
Es ist bemerkenswert, dass dieses Merkmal stark im Kontrast zu der Lehre des Standes der Technik steht, worin die Verdampfung der Kühlflüssigkeit zur Entfernung der Kondensationswärme während des Kreuzens auf der Hüllenseite des Rohrbündels mit dem Zweck ausgeführt wird, die Wärmeentfernung zu fördern und eine guten Austauschkoeffizienten an der Hüllenseite zu haben.
Deshalb weist die vorliegende Erfindung, in dem speziellen Fall der Kondensationseinheiten mit einer hohen Zahl an Rohren, die eng aneinander angeordnet sind, vorteilhaft die Anordnung von geeigneten Mitteln zum Erhöhen der Flussrate der Kühlflüssigkeit auf eine solche Weise auf, die die Bildung von Dampf innerhalb der Kondensationseinheit 4 und, ferner, den Anstieg des Gesamtwärmeaustauschkoeffizienten verhindert.
Der Anstieg der Flussrate und daher der Zirkulation des Wassers innerhalb des Kühlkreislaufs wird erhalten, zum Beispiel, durch die Anordnung einer Rezirkulierungspumpe (nicht dargestellt) in den Mitteln 16 oder, alternativ, durch Erhöhen der Höhe der Vorrichtung 6, d. h. Vergrößern des Höhenunterschieds zwischen der Vorrichtung 6 und der Einheit 4, so dass der Flüssigkeitsstand erhöht wird.
Dadurch wird der Eingangsdruck an der Hüllenseite der Einheit 4 erhöht und der Temperaturanstieg wird geringer, so dass Dampf nur am Ausgang einer solchen Einheit 4 gebildet wird.
Aufgrund dieser Modifikationen des Kühlkreislaufs, können hohe Austauschkoeffizienten an der Hüllenseite erreicht werden, selbst in den speziellen Fällen, wenn die Kondensationseinheit ein Rohrbündel mit den oben erwähnten Eigenschaften hat.
Allgemein erlaubt das Verfahren zur Modernisierung entsprechend der vorliegenden Erfindung nicht nur die Kapazität der Kondensationseinheit 4 zu erhöhen, sondern auch einen Druckanstieg des produzierten Dampfs zu erhalten, und deshalb eine Wärmerückgewinnung auf einem höheren thermischen Niveau.
Der so erhaltene Dampf mit höherem Druck kann vorteilhaft in anderen Teilen der Anlage 1 zur Harnstoffproduktion verwendet werden, zum Beispiel in den der Synthesesektion nachgeschalteten Wärmetauschern oder in der CO₂-Kompressorturbine, wobei die Beladung und der Energieverbrauch solcher Vorrichtungen reduziert wird.
Unter Bezugnahme auf 5 wird eine Anlage 46 zur Harnstoffproduktion entsprechend dem Strippingverfahren mit Kohlendioxid vorteilhaft dargestellt, die als Neuanlage verwirklicht wurde, um ein Verfahren entsprechend der Erfindung auszuführen.
Die Einzelheiten bezüglich der Kondensationseinheit 4 der neuen Anlage sind besser in 6 dargestellt.
In 5 und 6 werden die Details der Anlage 46 und der Kondensationseinheit 4, die strukturell und funktionell äquivalent zu jenen sind, die in den vorangegangenen Figuren dargestellt sind, mit den selben Bezugsnummern bezeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
In anderen Worten, sofern die Beschreibung der verschiedenen Mittel und Vorrichtungen der Anlage 46 so wie auch die Beschreibung ihres Betriebs betroffen sind, wird die Bezugnahme im Wesentlichen auf die 3 und 4 gemacht.
Der einzige relevante Unterschied besteht im anderen Einlass in die Einheit 4 des Stroms, der Ammoniak und Carbamat in flüssiger Lösung umfasst, (Mittel 8) und im anderen Auslass aus einer solchen Einheit des Stroms, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst und zum Reaktor 2 geleitet wird, (Mittel 15).
Diese Unterschiede sind durch die Tatsache bedingt, dass die Anordnung der Einlass- und Auslassdüsen für die verschiedenen Ströme optimiert wurde, da die Konstruktion einer neuen Kondensationseinheit möglich war.
Auf diese Weise werden Sammel- und Zuführmittel 41, 42 in den oberen bzw. unteren Räumen 29 und 30 vermieden. Ferner wird die Verwendung eines Teils des Rohrbündels 23 für das Abziehen des Stroms, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, von der Kondensationseinheit 4 vermieden. Deshalb wird ein Maximum des Innenvolumens der Einheit 4 für die Kondensation des Ammoniaks und Kohlendioxids in Dampfphase ausgenützt.
Besonders wird nun die Phase, die Ammoniak und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, – durch die Mittel 8 – zur Einheit 4 durch die Düse 34, die am Boden einer solchen Einheit angeordnet ist, zugeführt. Darüberhinaus verlässt der Strom, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst und dem Reaktor 2 durch die Mittel 15 zugeführt wird, die Einheit 4 durch eine Düse 48, die in unmittelbarer Nähe zum oberen Ende der Einheit 4 angeordnet ist.
Um einen konstanten Fluss der die Düse 48 verlassenden Flüssigkeit sicherzustellen, weist die obere Sammelkammer 29 ferner einen Sammelbehälter 47 auf, der als Sammler der Flüssigphase, die an den Reaktor 2 geliefert wird, betrieben wird.
Das Schema der 5 repräsentiert nur eine bevorzugte Ausführungsform einer neuen Anlage zur Harnstoffproduktion entsprechend der vorliegenden Erfindung. Tatsächlich gibt es nichts, dass gegen eine Realisierung von neuen Anlagen auf eine vorteilhafte Weise entsprechend dem Schema der 3 spricht.
Die im Zusammenhang mit der Modernisierung bestehender Anlagen beschriebenen Vorteile treten wieder bei der von Neuem realisierten Anlage der 5 auf, mit der Ausnahme, dass die Investitionskosten natürlich für die neue Anlage viel höher sind.
Aufgrund der Anlage nach 3, die nach der Modernisierung einer bestehenden Anlage erhalten wird und der neuen Anlage nach 5 ist es vorteilhaft möglich, das beschriebene und in den angeschlossenen Ansprüchen 9–13 beanspruchte Verfahren zur Harnstoffproduktion auszuführen.
Besonders ist ein solches Verfahren dadurch charakterisiert, dass es umfasst die Schritte des Zuführens (Mittel 35) eines kleinen Teils des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, direkt zum Reaktionsraum 2, des Zuführens (Mittel 36) eines Hauptteils des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, zu zumindest einer Kondensationseinheit 4 und Unterwerfen dieses Hauptteils einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, wobei ein Strom, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, erhalten wird, des Zuführens (Mittel 15) des Stroms, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst, zum Reaktionsraum 2.
Bevorzugt umfasst das Verfahren entsprechend der Erfindung den Schritt des Strömens eines solchen Hauptteils in die Kondensationseinheit 4 durch einen Strom oder Flüssigkeit, die Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfasst und innerhalb einer solchen Einheit in einer thermosiphonartigen Bewegung zirkuliert, um die oben erwähnte im Wesentlichen vollständige Kondensation des Hauptteils der der Kondensationseinheit 4 zugeführten gasförmigen Phase zu fördern.
Noch genauer umfasst das Verfahren den Schritt des Strömens eines Hauptteils des Stroms, der Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, zusammen mit dem Flüssigkeitsstrom, der Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfasst, aufwärts innerhalb einer bevorzugt zentralen, vorbestimmten Teil 38 eines vertikalen Rohrbündels 23 der Kondensationseinheit 4.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren vorteilhaft die Schritte des Abziehens und Zuführens (Mittel 44) des Hauptteils des gasförmigen Stroms, der ein oder mehrere Passivierungsmittel zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in Dampfphase umfasst, von der Kondensationseinheit 4 zu einer dem Reaktionsraum 2 nachgeschalteten Wascheinheit 5, um die Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid mit einem Waschstrom zurückzugewinnen, bevorzugt einen Strom, der Carbamat in wässriger Lösung von der Rückgewinnungssektion für Harnstoff kommend.
Ferner kann es in einigen speziellen Fällen vorteilhaft sein, den Strom, der Kühlwasser umfasst, (Mittel 16) der Kondensationseinheit 4 (an der Hüllenseite) mit einer solchen Flussrate zuzuführen, dass die Dampfbildung innerhalb der Einheit zumindest teilweise eingeschränkt ist.
Die Vorteile, die mit dem Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung erhalten werden, sind vielfältig. Besonders soll betont werden, dass ein solches Verfahren – einfach und effektiv – erlaubt, einen hohen Austauschkoeffizienten in der Kondensationseinheit 4 sowie hohe Umsetzungserträge und daher hohe Produktionskapazitäten zu erhalten. Ferner ist die Reali sierung technisch einfach mit geringen Energieverbrauch und Investitionskosten.
Schließlich soll der durch das Verfahren der Modernisierung entsprechend der vorliegenden Erfindung definiert Schutzumfang – neben der Modifikation bestehender Strukturen – auch auf den speziellen Fall des Austauschs erweitert – aufgrund von Abnutzung- der bestehenden Kondensationseinheit gegen eine neue Einheit, die eine Konfiguration nach der in den 4 und 6 dargestellten Art hat, berücksichtigt werden. Dieser spezielle Fall tritt auf, wann immer die bestehende Einheit das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und nicht mehr einen zuverlässigen verbleibenden Betrieb garantiert.

Claims

Verfahren zum Modernisieren einer Anlage für die Harnstoffproduktion von der Bauart, die folgendes umfasst: – einen Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – Mittel (7, 8) zum Zuführen von Ammoniak und Kohlendioxid zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – eine Trenneinheit (3) mit Kohlendioxid zum Unterwerfen eines Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung umfassenden Reaktionsgemischs, das den Reaktor (2) verlässt, einer Behandlung zur teilweisen Zersetzung von Carbamat und teilweisen Abtrennung von freiem Ammoniak, um so einen Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Strom bzw. einen Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom zu erhalten; – eine Rückgewinnungszone für den Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom, der die Trenneinheit (3) verlässt, zum Abtrennen des Harnstoffs von dem Restcarbamat in wässriger Lösung; – mindestens eine vertikale Kondensationseinheit vom Dünnschichttyp, die ein Rohrbündel (23) umfasst, zum Unterwerfen des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, einer teilweisen Kondensation, um so einen flüssigen, Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom und einen gasförmigen, Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Strom zu erhalten; – Mittel (15, 14) zum jeweiligen Zuführen des Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms und des gasförmigen, Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – Mittel (7, 11, 14) zum Zuführen eines gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, die bezüglich der Synthesereaktion von Harnstoff inert sind, zur Trenneinheit (3) und von der Trenneinheit (3) zum Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese durch die mindestens eine Kondensationseinheit (4); wobei das Modernisierungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen von Mitteln (35) zum direkten Zuführen eines kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zusammen mit einem kleinen Teil des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – Bereitstellen von Mitteln (36) zum Zuführen eines Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zusammen mit einem Hauptteil des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, zu der mindestens einen Kondensationseinheit (4); – Bereitstellen von Mitteln (37) in der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zum Unterwerfen des Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, wobei ein Strom erhalten wird, der Harnstoff und Carbamat in flüssiger Lösung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (17) zum Umwandeln der mindestens einen vertikalen Kondensationseinheit (4) vom Dünnschichttyp in eine vertikale Kondensationseinheit vom "Tauch"-Typ zur Verfügung stellt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel (36, 37) zum Zuführen des Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms an einem unteren Ende (26) des Rohrbündels (23) der mindestens einen Kondensationseinheit (4) und Mittel (37a) zum Zirkulieren eines flüssigen, Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfassenden Kondensationsstroms in der Kondensationseinheit mit einer thermosiphonartigen Bewegung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es unmittelbar anschließend an das untere Ende (26) des Rohrbündels (23) einen Gasverteiler (37, 37a) in Fluidverbindung mit den Mitteln (36) zum Zuführen des Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zur Verfügung stellt, um Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase in einen vorzugsweise zentralen, vorbestimmten Teil (38) des Rohrbündels (23) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es in der mindestens einen Kondensationseinheit (4) Mittel (41, 42) zum Sammeln und Zuführen des Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms von einem Bereich (29), der sich über dem Rohrbündel (23) befindet, zu einem unteren Ende der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zur Verfügung stellt, die mit den Mitteln (15) zum Zuführen der Flüssigphase zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese in Fluidverbindung stehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter den folgenden Schritt umfasst: – Bereitstellen von Mitteln (44) zum Extrahieren und Zuführen eines Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase von der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zu einer Wascheinheit (5), die dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese nachgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter den folgenden Schritt umfasst: – Bereitstellen von geeigneten Mitteln (45) zum Steuern des Hauptteils und kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms bzw. des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms in den Mitteln (44) zum Extrahieren und Zuführen des Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase von der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zur Wascheinheit (5).
Verfahren zum Modernisieren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter den folgenden Schritt umfasst: – Bereitstellen von Mitteln zum Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlwasser umfassenden Stroms, der der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zugeführt wird.
Verfahren zum Herstellen von Harnstoff von der Art, die die folgenden Schritte umfasst: – Reagieren von Ammoniak und Kohlendioxid in einem Reaktionsraum (2), Gewinnen eines Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung umfassenden Reaktionsgemischs; – Zuführen des Reaktionsgemischs zu einer Trenneinheit (3) mit Kohlendioxid und Unterwerfen des Gemischs einer Behandlung zur teilweisen Zersetzung von Carbamat und teilweisen Abtrennung von freiem Ammoniak, Gewinnen eines Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms und eines Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms; – Zuführen des Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms zu einer Harnstoff-Rückgewinnungszone; dadurch gekennzeichnet, dass es weiter die folgenden Schritte umfasst: – direktes Zuführen eines kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zu dem Reaktionsraum (2) über die Mittel (35); – Zuführen eines Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms zu der mindestens einen Kondensationseinheit (4) über die Mittel (36) und Unterwerfen dieses Hauptteils einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, um so einen Strom zu erhalten, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst; – Zuführen des Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms zu dem Reaktionsraum (2).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptteil des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms in der mindestens einen Kondensationseinheit (4) durch einen flüssigen, Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfassenden Strom, der in der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zirkuliert, mit einer thermosiphonartigen Bewegung strömen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptteil des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms nach oben in einen vorzugsweise zentralen, vorbestimmten Teil (38) eines vertikalen Rohrbündels (23) der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zusammen mit dem flüssigen, Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfassenden Strom strömen gelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter die folgenden Schritte umfasst: – Zuführen eines gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, die für die Synthesereaktion für Harnstoff inert sind, zum Trennabschnitt (3); – Zuführen eines kleinen Teils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms vom Trennabschnitt (3) direkt zu dem Reaktionsraum (2); – Zuführen eines Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms von dem Trennabschnitt (3) zu der mindestens einen Kondensationseinheit (4); – Extrahieren und Zuführen des Hauptteil des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase von der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zu einer Wascheinheit (5), die dem Reaktionsraum (2) nachgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter den folgenden Schritt umfasst: – Zuführen eines Kühlwasser umfassenden Stroms zu der mindestens einen Kondensationseinheit (4) mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit, dass die Bildung von Dampf in der Kondensationseinheit (4) zumindest teilweise begrenzt wird.
Anlage zur Harnstoffproduktion, umfassend: – einen Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – Mittel (7, 8) zum Zuführen von Ammoniak und Kohlendioxid zum Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – eine Trenneinheit (3) mit Kohlendioxid zum Unterwerfen eines Harnstoff, Carbamat und freies Ammoniak in wässriger Lösung umfassenden Reaktionsgemischs, das den Reaktor (2) verlässt, einer Behandlung zur teilweisen Zersetzung von Carbamat und teilweisen Abtrennung von freiem Ammoniak, um so einen Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Strom und einen Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom zu erhalten; – eine Rückgewinnungszone des Harnstoff und Restcarbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, zum Abtrennen von Harnstoff aus dem Restcarbmat in wässriger Lösung; dadurch gekennzeichnet, dass es weiter folgendes umfasst: – mindestens eine Kondensationseinheit (4) vom "Tauch"-Typ zum Unterwerfen von mindestens einem Teil des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, einer im Wesentlichen vollständigen Kondensation, um so einen Strom zu erhalten, der Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfasst; – Mittel (35) zum Zuführen eines kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, direkt zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – Mittel (36) zum Zuführen eines Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms, der die Trenneinheit (3) verlässt, zu der mindestens einen Kondensationseinheit (4); – Mittel (15) zum Zuführen des Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Stroms, der die mindestens eine Kondensationseinheit (4) verlässt, zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet dass die mindestens eine Kondensationseinheit (4) vertikal ist und Einlassdüsen (33, 34) zum Zuführen des Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms bzw. zum Zuführen eines flüssigen, Carbamat in wässriger Lösung und Ammoniak umfassenden Kondensationsstroms, die an einem unteren Ende derselben angeordnet sind, und eine Auslassdüse (48) für den Harnstoff und Carbamat in wässriger Lösung umfassenden Strom umfasst, die unmittelbar anschließend an ein oberes Ende davon angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kondensationseinheit (4) ein Rohrbündel (23) und einen Gasverteiler (37, 37a) unmittelbar anschließend an ein unteres Ende (26) des Rohrbündels (23) in Fluidverbindung mit den Mitteln (33) zum Zuführen des Hauptteils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms umfasst, um das Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase in einen vorzugsweise zentralen, vorbestimmten Teil (38) des Rohrbündels (23) zu leiten.
Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter folgendes umfasst: – Mittel (7) zum Zuführen eines gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, die bezüglich der Harnstoffsynthesereaktion inert sind, zur Trenneinheit (3); – Mittel (35) zum Zuführen eines kleinen Teils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms von der Trenneinheit (3) direkt zu dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese; – Mittel (36) zum Zuführen eines Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms von der Trenneinheit (3) zu der mindestens einen Kondensationseinheit (4); – Mittel (44) zum Extrahieren und Zuführen des Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfhase von der mindestens einen Kondensationseinheit (4) zu einer Wascheinheit (5), die dem Reaktor (2) für die Harnstoffsynthese nachgeschaltet ist.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter geeignete Mittel (45) zum Regulieren des Hauptteils und kleinen Teils des Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfassenden Stroms bzw. des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms, die in den Mitteln (44) angeordnet sind, umfassen, um die gasförmigen, auf diese Weise extrahierten Ströme der Wascheinheit (5) zuzuführen.
Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kondensationseinheit (4) eine Düse (31) zum Extrahieren des Hauptteils des gasförmigen, ein oder mehr Passivierungsmittel umfassenden Stroms zusammen mit möglichen Spuren von Ammoniak und Kohlendioxid in der Dampfphase umfasst, die an deren oberen Ende angeordnet ist.