FI61305C - Foerfarande foer framstaellning av urea av ammoniak och koldioxid - Google Patents

Description

ESFH [ft] (11)KUULUTUSjULKAISU

l J 1; UTLÄGGNINGSSKRIFT O l O U O

C (45) Patentti mynnn^tty 12 07 1902 Patent sneddelat V v y (51) Kv.ik.3/i«.ci.3 C 07 C 126/02 SUOM I—FI N LAN D (21) p*tw>ttih«kiwi»—pmwtwwakmm 1521/7^ (22) Hak«ml*piivl — Ancöknlnpdaf 16.0 5 · 7 ^ (23) Alkupllvi — Glfelghtttdtg I6.O5.7I+ (41) Tullut luikituksi — Bllvlt offmtlig 22.11.71*

Pttantti. ja rekisterihallitus NtotivUuip^on |. kuuL|ulktitun

Patent- och registerstyrelsen ' ' AntMun utl*|d och utl.tknft«n pubUcund 31.03.82 (32)(33)(31) Pyydetty utuolkuut—Baglrd prtorlttt 21.05.73 Alankomaat-Nederländerna(NL) 7307036 (71) Unie van Kunstmestfabrieken B.V., Maliebaan 8l, Utrecht, Alankomaat-Nederländerna(NL) (72) Johannes Dieudonne Maria Verstegen, Sittard, Petrus Johannes Cornells Kaasenbrood, Sittard, Alankomaat-Nederländema(NL) (7^) Berggren Oy Ab (51*) Menetelmä urean valmistamiseksi ammoniakista ja hiilidioksidista -Förfarande för framställning av urea av aramoniak ock koldioxid Tämä keksintö koskee menetelmää urean valmistamiseksi,jossa menetelmässä ammoniakin ja hiilidioksidin annetaan reagoida paineessa, joka on vähintään 225 atm pystysuoran putkilämmönvaihtimen vaippavyöhyk-keessä ja annetaan tämän jälkeen ureasynteesiliuoksen virrata alaspäin lämmönvaihtimen putkissa vastavirtaan kaasumaiseen hiilidioksidiin, ammoniakkiin, inerttikaasun tai vähintään kahden näiden seokseen nähden yli 205°C lämpötilassa, jolloin synteesivyöhykkeestä siirretään lämpöä putkenseinämien kautta alaspäin virtaavaan ureasyntee-siliuokseen ja jossa putkien yläosasta virtaava kaasuseos johdetaan pois ja ainakin osaksi palautetaan alapuolella olevaan reaktiovyö-hykkeeseen.

Tämänlaatuista menetelmää on jo aikaisemmin ehdotettu (ks. US-patentti n:o 3 406 201). Tässä tunnetussa menetelmässä tähdätään todella strippauskäsittelyn tapahtumiseen samalla, kun käytetään hyväksi ammoniumkarbarnaatin muodostumisen aikana vapautunutta lämpöä, jossa mielessä reaktiovyöhyke sijaitsee niiden lämmönvaihto-putkien ulkopuolella, joissa strippaus tapahtuu, mutta ei ole selvgg millä tavoin karbamaatti muodostuu tässä reaktiovyöhykkeessä käytännöllisessä määrin. Sillä, ammoniakki syötetään tässä reaktiovyö-hykkeen pohjaosaan ja se joutuu kosketukseen karbamaatin ja 2 61305 urean muodostukseen tarvittavan kaasumaisen hiilidioksidin kanssa ensimmäisen kerran putkien yläpuolella olevassa kaasukammiossa, koska hiilidioksidia käytetään ensin strippauskaasuna putkissa ja tämän jälkeen sekoitettuna poisvirtaavaan hiilidioksidiin, ammoniakkiin ja veteen se virtaa ulos ylhäällä olevista putkista. Edelleen tässä menetelmässä esitetyissä lämpötiloissa ja paineissa on katsottava, että vaikkakin saavutettaisiin hyväksyttävä konversioaste reaktiovyöhykkeessä, ei syn-teesiliuoksessa läsnä olevaa karbamaattia voida hajottaa riittävässä määrin strippausvyöhykkeessä syöttämättä lämpöä ulkopuolisesta lähteestä. Täten tässä menetelmässä käytetyissä olosuhteissa on vaadittava lämmönvaihtopinta-ala niin suuri, etteivät synteesiliuoksen käsittelyyn tarvittavat putket mahdu kohtuullisen kokoiseen laitteistoon.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa 1887/73 esitetään menetelmä, jossa synteesiliuos, joka on valmistettu paineessa vähintään 225 atm, strip-pauskäsitellään lämpötilassa, joka on vähintään 205°C adiabaattisissa olosuhteissa. On kuitenkin tullut ilmi, että tällöin synteesiliuoksen sisältämä lämpömäärä ei riitä karbamaatin riittävään hajoamiseen, joten tässä menetelmässä joudutaan joko tuomaan lämpöä prosessiin tai jatkokäsittelemään stripattu liuos.

Keksinnön tarkoituksena on tarjota käytettäväksi menetelmä, jolla yllä mainitut haitat vältetään. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että vaippavyöhykkeessä pidetään lämpötila välillä 210-245°C, ylläpidetään painetta välillä 250-600 atm ja NH^/C02~ bruttomoolisuhde nestefaasissa asetetaan välille 2,5-8, jolloin ammoniakin ja hiilidioksidin annetaan vaippavyöhykkeessä reagoida keskenään vain osittain, ja tämän vyöhykkeen yläosasta poistetaan reagoimattomasta ammoniakista ja hiilidioksidista sekä inerteistä kaasuista koostuva kaasuseos ja se määrä tästä seoksesta, joka vastaa 10-50 paino-? strippausvyöhykkeestä poistetun kaasuseoksen määrästä, palautetaan alemmalle korkeudelle vaippavyöhykkeeseen, jolloin vaip-pavyöhykkeeseen palautettavan kaasuseoksen kokonaismäärä säädetään stripattavan synteesiliuoksen lämpötilan tai koostumuksen mukaan.

On suositeltavaa, että reaktiovyöhykkeessä ylläpidetään lämpötilaa välillä 215-230°C.

Jos, kuten tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä on asian laita, ammoniakin ja hiilidioksidin annetaan reagoida oleellisesti korkeammassa lämpötilassa ja paineessa kuin tähän saakka tavallisesti 61305 käytetyissä menetelmissä, pienempi osa niistä todella konvertoituu ammoniumkarbamaatiksi, mutta suurempi osa tästä välituotteesta konvertoituu ureaksi. Edelleen näissä olosuhteissa urean synteesiliuc.··:-seen sisältyvän ammoniakin ja hiilidioksidin haihtumislämpöarvot ovat pienemmät. Tämän vuoksi strippausvyöhykkeessä riittää pienempi lämpömäärä, koska joudutaan hajottamaan vähemmän ammoniurrikarbu-maattia ja koska lämpömäärä, joka tarvitaan liuenneen ammoniakin ja hiilidioksidin karkottamiseen synteesi liuoksesta, on pienempi.

Keksinnön mukaisen menetelmän mukaan hajotetaan reaktiovyöhykkeestä poistetun ureansynteesiliuoksen sisältämä karbamaatti mahdollisimman täydellisesti ammoniakiksi ja hiilidioksidiksi ilman ulkoa päin tuodun lisälämmön tarvetta. Tämä saavutetaan siten, että ylläpidetään strippausvyöhykkeen kanssa lämmnönvaihtoyhteydessä olevassa reak-tiovyöhykkeessä yllä voimakasta kaksifaasivirtausta, minkä seurauksena voimakkaampaa lämmönsiirtoa tapahtuu reaktiovyöhykkeestä strip-pausvyöhykkeeseen. Tällä tavoin on mahdollista, että se lämpömäärä, joka vaaditaan strippauskäsittelyyn - joka lämpömäärä johtuen karba-maatin pienemmästä määrästä ja ammoniakin ja hiilidioksidin alemmista haihtumislämpöarvoista, on pienempi kuin mitä on asian laita tähän saakka tavallisissa lämpötila- ja paineolosuhteissa - siirretään stripattavan synteesiliuoksen suhteellisen pienen lämmönvaihtopin-ta-alan kautta.

Strippausvyöhykkeestä poistettu kaasu riittää vain osaksi varmistamaan optimaalisen lämmönsiirtymisen ja tähän tarvittavan kaksifaa-sivirtauksen. Keksinnön mukaan annetaan tämän takia reaktiovyöhyk-keeseen johdettujen reagenssien reagoida karbamaatiksi ja ureaksi vain niin pitkälle, että osa tästä yhdessä inerttien kaasujen kanssa jättää reaktiovyöhykkeen kaasun muodossa ja tämä kaasuseos johdetaan kuten myös osa strippauskaasusta osaksi takaisin reaktio-vyöhykkeeseen. Tällä tavalla saadaan reaktiovyöhykkeeseen tuotu kokonaiskaasumäärä tarpeeksi isoksi. Poistetun kaasuseoksen määrä, joka palautetaan reaktiovyöhykkeeseen, säädetään siten, että vallitsevassa paineessa karbamaatti hajoaa maksimaalisesti strippausvyöhykkeessä, joka säätö suoritetaan helpommin stripattavan synteesiliuoksen kokoomuksen mukaan tai strippausliuoksen lämpötilan mukaan. Yllä mainitusta käy ilmi, että keksinnön mukaisessa menetelmässä on oleellista, että strippausvyöhykkeestä poistetun käytettävissä olevan kaasuseoksen ohella annetaan määrätyllä tavalla 4 61305 ylimääräisen kaasumäärän virrata reaktiovyöhykkeen läpi. Tämän takia ei ole oleellista mikä osa reaktiovyöhykkeestä poistetuista kaasuseoksista viedään sinne takaisin, vaan tärkeää on palautettujen kaasujen kokonaismäärä. Tämän keksinnön mukaisessa menetelmässä mitään lämpöä ei siis tarvitse tuoda ulkopuolisesta lähteestä stripattavaan synteesiliuokseen. Toinen etu on se, että prosessi voidaan suorittaa tiiviisti rakennetussa asennuksessa, jossa lämmön-vaibtopinnan molemmin puolin vallitsee sama paine.

Optimilämmönsiirron saavuttamiseksi palautetaan keksinnön mukaan aikayksikössä kaasuseosta reaktiovyöhykkeeseen määrä, joka on suurempi kuin reaktiokomponenttien mukana reaktiovyöhykkeeseen aikayksikössä syötettyjen inerttien kaasujen määrän ja strippausvyöhykkeestä aikayksikössä poistetun kaasuseoksen määrän summa. Reaktio-vyöhykkeen huipulta poistetaan kaasuseos, joka koostuu konvertoimattomasta ammoniakista ja hiilidioksidista, ja inerteistä kaasuista, ja kaasuseosta syötetään uudelleen reaktiovyöhykkeen alemmalle tasolle sellainen määrä, joka vastaa 10-50 paino-# strippausvyöhyk-keestä poistetusta kaasuseoksesta.

Tässä ei ole tarpeen, että strippausvyöhykkeestä tuleva kaasuseos ja reaktiovyöhykkeestä tuleva kierrätettävä kaasuseos syötetään erikseen uudelleen reaktiovyöhykkeen pohjaosaan. On suositeltavaa, että nämä kaksi kaasuseosta johdetaan yhdessä ja tarvittaessa eri korkeuksilta reaktiovyöhykkeeseen esimerkiksi yhteisestä keräilykammiosta, joka on reaktio- ja strippausvyöhykkeiden yläpuolella. Tässä yhteydessä voidaan käyttää hyödyksi ejektoria, joka toimii ammoniakin, hiilidioksidin tai ammoniumkarbamaattia sisältävän liuoksen avulla.

Keksintöä selvitellään nyt kuvioon piirretyn kaavion avulla.

Yhdistetty reaktori-stripperiyksikkö, jota on merkitty kirjaimella A, koostuu pystysuoraan sijoitetusta sylinterimäisestä säiliöstä 1, johon on asennettu joukko putkia 2, jotka myös ovat pystysuorassa asennossa. Putkien 2 alapäät on kiinnitetty päätylevyyn 3. Vaippakammio joka ympäröi putkia 2, on ylhäältä avoimessa yhteydessä putkien sisätilaan, sillä mitään sulkevaa yläpäätylevyä ei ole olemassa. Tarvittaessa voidaan porrastettuja vaakasuoria välilevyjä asentaa vaippa-kammioon 4. Vaippakammioon 4 on liitetty putki 6 kaasumaisen reaktio-seoksen syöttämistä varten ja putki 7 kierrätysliuoksen syöttämiseksi.

5 61 305 Päätylevyn 3 alla oleva tila on yhdistetty putken 8 avulla hiili-dioksidikompressoriin 9, johon syötetään tuoretta hiilidioksidia putkea 10 pitkin, ja putken 11 avulla, johon on asennettu alennusvent-tiili 12, matalapainevaiheeseen B. Matalapainevaihe B käsittää väke-vöimistislauskolonnin 13, kuumentimen 14 ja kaasu-neste-erottimen 15» jotka on liitetty toisiinsa putkien 16, 17 ja 18 avulla. Kaasu-neste-erotin 15 on yhdistetty nesteen poistoputkeen 19, väkevöimistislaus-kolonnin 13 ollessa yhdistetty kaasun poistoputken 20 avulla jäähdyt-timeen 21, joka on varustettu jäähdytyselementeillä 22 ja putkella 23 prosessinesteen syöttöä varten.

Reaktori-stripperiyksikössä A olevien putkien 2 yläpuolinen tila on yhdistetty kaasun poistoputkeen 2M, joka haarautuu putkiksi 25 ja 26. Putki 25 johtaa ejektoriin 27, joka on yhdistetty ammoniakkiputkeen 28, johon on tarvittaessa asennettu NHykuumennin 29· Putki 26 johtaa pesukolonniin 30, joka on putken 7 avulla yhdistetty reaktori-strippausyksikön A vaippakammioon 4 ja edelleen putken 31 ja pumpun 32 avulla jäähdyttäjään 21. Pesukolonni sisältää jäähdytyselementit 33, ja on varustettu kaasunpoisto putkella 3^ alennusventtiileineen 35 ja tarvittaessa putkella 36 ammoniakin syöttöä varten.

Yllä kuvatun järjestelyn avulla tämän keksinnön mukainen prosessi voidaan suorittaa seuraavalla tavalla. Reaktori-stripperiyksikön A vaip-pakammion ^ pohjaosaan, joka kammio toimii reaktiovyöhykkeenä, syötetään putken 6 kautta kaasuseosta, joka koostuu pääasiassa NH^rsta ja CC^ista, mutta sisältää myös vesihöyryä ja inerttejä komponentteja, ja karbamaattiliuos syötetään putkea 7 pitkin. Reaktiovyöhykkeen lämpötila pidetään arvoissa välillä 210-220°C. Vaippakammiossa 4 olevan kaasu-nesteseoksen bruttomoolisuhde NH^/CC^ (so. sekä vapaan että sidotun NH-j:n suhde CC^iin) asetetaan esimerkiksi arvoon 3,5· Reaktori-stripperiyksikön paine on esimerkiksi välillä 300-320 atm. Vaippakammiossa osa NH^rstaja C02:sta kondensoituu karbamaatiksi tietyn lärrpömäärän vapautuessa. Dehydratoimalla muodostunut karbamaatti konvertoidaan osittain ureaksi käyttäen hyväksi osaa karbamaatin muodostuksessa vapautuneesta lämmöstä. Tässä käytetyissä korkeissa lämpötiloissa ja paineissa reaktionopeus on oleellisesti suurempi kuin niissä reaktio-olosuhteissa, joita tähän saakka on käytetty.Reaktiovyöhykkeen, so. vaippakammion 4 tilavuus voi olla vastaavasti pienempi. Samalla kun karbamaatin ja urean muodostusta tapahtuu kaasu-nesteseoksessa, sanottu seos nousee, mikäli välilevyjä 5 on läsnä, useita kertoja käy- 6 61305 tännöllisesti katsoen vaakasuorana virtauksena pitkin putkia 2 aina putkien huipulle saakka, minkä jälkeen putkien yläpuolisessa tilassa suurin osa yhä läsnä olevista kaasumaisista komponenteista erottuu synteesiliuoksesta. Synteesiliuos virtaa uudelleen putkien 2 ei-piir-rettyjen jakoelementtien kautta saaden liuoksen virtaamaan alaspäin ohuena kerroksena pitkin putkien sisäseinämää. Synteesiliuos virtaa tässä vastavirtaan kaasumaiseen C02:en nähden, joka toimii strippaus-kaasuna ja joka on syötetty putken 8 kautta sen jälkeen, kun se on saatettu vaadittuun paineeseen kompressorilla 9· Tämän strippauskäsit-telyn aikana se suurempi osa karbamaatista, joka ei ole konvertoitunut ureaksi, hajoaa NH^rksi ja C02:ksi. Tähän tarkoitukseen vaadittavan lämmön tuo mukanaan yksinomaan vaippakammiossa 4 oleva kaasu-nes-te-seos. Tähän tarkoitukseen on käytettävissä se osa karbamaatin muo-dostumislämmöstä, jota ei käytetä karbamaatin konvertoimiseen ureaksi. Kuten jo mainittiin reaktiovyöhykkeen tilavuus voidaan pitää suhteellisen pienenä, mutta tämän seurauksena myös lämmönvaihtopinnan asentamiseen käytettävissä oleva tila on pieni. Sitäpaitsi mitään lämpöä ei tuoda ulkoapäin, paitsi putkien 6 ja 7 kautta syötettyjen virtojen avulla ja vain vaippakammiossa 4 käytettävissä oleva ylijää-mälämpö käytetään hyväksi. Näistä syistä on välttämätöntä saada aikaan osittain lämmönsiirto putkien 2 seinämien kautta. Tämä saavutetaan johtamalla osa siitä kaasuseoksesta, joka erotettiin pois stripperiputkien 2 yläpuolisessa tilassa ja joka kaasuseos koostuu konvertoimattomasta NH^rsta, C02:sta, H20:sta ja inerteistä komponenteista, vaippakammiossa 4 olevan reaktiovyöhykkeen pohjaosaan putkien 24 ja 25, ejektorin 27 ja putken 6 kautta. Tämän kaasuseoksen avulla saavutetaan voimakas lämmönsiirto kaasu-nesteseoksesta putkien 2 seinämiin. Jotta riittävä määrä kaasuseosta olisi käytettävissä optimilämmönsiirtoa silmällä pitäen, reaktioseoksen viipymisaika vaippakammiossa 4 valitaan siten, ettei kaikki putken 6 kautta syötetty C02 konvertoidu karbamaatiksi, vaan se osa siitä samoin kuin NH^:sta-kin, joka ei konvertoidu, saavuttaa putkien 2 yläpuolisen tilan kaasuna. Myös tämä CC>2 ja NH^ palautetaan sitten osittain vaippakammiossa 4 olevaan reaktiovyöhykkeeseen.

Ejektoria 27 voidaan vaadittaessa käyttää C02:lla tai kierrätettävällä karbamaattiliuoksella. Ejektorin sijasta voidaan luonnollisesti myös rinnakkaiskompressoria käyttää kaasuseoksen uudelleenkierrätykseen. Kierrätetyn kaasun määrä vaikuttaa lämmön kuljetukseen ja näin ollen yhdistetyn reaktori-stripperiyksikön A lämpötasapainoon ja sen kautta 7 61305 konversioasteeseen reaktio-vyöhykkeessä ja strippauskäsittelyn tehoon. Tältä kannalta katsoen on toivottavaa, että reaktiovyöhykkeeseen putken 25 kautta kierrätetyn kaasuseoksen määrä säädetään riippuen putken 11 kautta poistetun stripatun synteesiliuoksen lämpötilasta ja koostumuksesta. Se osa kaasuseoksesta, joka poistetaan reaktori-strip-periyksikön yläosassa olevasta tilasta, jota osaa ei palauteta reak-tori-stripperiyksikön A vaippakammioon , johdetaan pesukolonniin 30 putken 26 kautta inerttien kaasumaisten komponenttien poistamiseksi synteesistä. Täällä kaasuseoksessa läsnä oleva NH^ ja CC>2 otetaan talteen absorboimalla laimeaan karbamaattiliuokseen, jolloin muodostuu väkevyydeltään suurempi karbamaattiliuos, joka johdetaan reaktori-stripperiyksikön vaippatilan 4 pohjaosaan putken 7 kautta. Pesukolon-ni 30 voidaan järjestää sellaiselle tasolle, että muodostunut liuos virtaa vaippakammioon *1 hydrostaattisen paineen vaikutuksesta. Karba-maattipumpun käyttö, joka vaatii paljon kunnossapitoa eroosion ja syö-pymisen tuloksena, ei ole tarpeen tässä tapauksessa. Se osa kaasuseoksesta, joka ei absorboidu ja tiivistyy pesukolonnissa 30 ja joka koostuu pääasiassa inerteistä komponenteista, poistetaan putken 3^ ja alennusventtiilin 35 kautta.

Ainakin osa pesukolonnista 30 vapautuneesta absorptiolämmöstä poistetaan jäähdytyselementtien 33 avulla, joiden läpi virtaa jäähdytysvettä tai kuumennettavaa ja lisäkäsittelyyn joutuvaa prosessinestettä. Sanottua lämpöä voidaan kuitenkin käyttää myös matalapainehöyryn tuottamiseen, jota voidaan sitten käyttää muualla prosessissa. Jotta pesu-kolonnissa 30 saavutettaisiin mahdollisimman korkea lämpötila, osa ureasynteesiin tarvittavasta NH^ista voidaan syöttää kolonnin neste-faasissa putkea 30 pitkin.

Poistetun lämmön määrää voidaan hallita säätämällä jäähdytyseleiiient-tien 33 läpi johdetun jäähdytysaineen määrää. Tällä tavoin voidaan vaikuttaa vaippakammiossa 4 olevaan lämpötilaan, sillä se osa absorptiolämmöstä, jota ei poisteta jäähdytyselementtien 33 kautta, joutuu putken 7 läpi virtaavan karbamaattiliuoksen mukana vaippakammioon 4. Tämä tarjoaa toisen mahdollisuuden hallita lämpösysteemiä reaktori-stripperiyksikössä, mikä voidaan sitten jälleen tehdä riippuen stripatun synteesiliuoksen lämpötilasta ja koostumuksesta. On myös mahdollista hallita vaippakammiossa 4 olevaa lämpötilaa säätämällä putken 6 kautta syötetyn tuoreen NH^:n lämpötilaa. Tässä tapauksessa säätöalue on kuitenkin rajoitettu, sillä suuret muutokset NH^tn lämpö-

8 61?0S

tilassa vaikuttaisivat ejektorin 27 suorituskykyyn. Tämä voidaan tarvittaessa korjata johtamalla säädettävissä oleva osa NH^ista ejektorin 27 ympäri kulkevan rinnakkaisputken kautta suoraan reaktiovyö-hykkeeseen. Stripattu synteesiliuos, joka yhä sisältää pienehköjä määriä karbamaattia ja liuennutta NH^ia, poistetaan reaktori-stripperi-yksiköstä A putken 11 kautta ja sen annetaan laajentua alennusventtii-lissä 12, kunnes paineen määrä on 2-5 atm. Laajenemaan päästetty liuos johdetaan väkevöimistislauskolonnin 13 yläosaan matalapainevaiheessa B. Laajenemisen aikana vapautunut kaasuseos, joka koostuu NHjista, C02:sta ja H20:sta, poistetaan putken 20 kautta yhdessä matalapainevaiheessa edelleen pois erotetun kaasun kanssa. Jäljelle jäävä urea-iiuos johdetaan kuumentimeen 14 putken 16 kautta yhä läsnä olevan karbamaatin hajottamiseksi. Tällöin vapautunut kaasuseos erotetaan nesteestä kaasu-neste-erottimessa 15 ja johdetaan putken 18 kautta väkevöimistislauskolonnin 13 pohjaosaan, josta se nousee ylöspäin vastavirtaan väkevöitävän liuoksen kanssa. Kaasu-neste-erottimesta 15 poistetaan urean vesiliuosta, joka ei enää sisällä käytännöllisesti katsoen lainkaan karbamaattia. Tämä liuos johdetaan putken 19 läpi loppukäsittelyvaiheeseen, jossa siitä valmistetaan väkevää tai vedetöntä urealiuosta, ureakiteitä tai ureapalasia.

Matalapainevaiheessa B pois erotettu kaasumaisen NH-^rn, C02:n ja H20:n seos johdetaan putken 20 kautta matalapaineiseen karbamaatti-jäähdyttimeen 21, jossa muodostuu laimeaa karbamaattiliuosta, samalla kun putken 23 kautta syötetään loppuvalmistusvaiheesta kierrätettävää vesiliuosta. Jäähtymislämpö poistetaan jäähdytysaineen avulla, joka virtaa jäähdytyselementtien 22 läpi. Saatu liuos saatetaan syn-teesipaineeseen pumpun 32 avulla ja johdetaan putkea 31 pitkin pesu-kolonniin 30 käytettäväksi absorptionesteenä.

Keksintö ei ole rajoitettu yllä kuvattuun toteutusmuotoon. On esimerkiksi mahdollista erikseen kerätä talteen ja kierrättää kaasuja, jotka eivät konvertoidu reaktiovyöhykkeessä, ja strippausvyöhykkeestä poistettua kaasuseosta.

Esimerkki

Liitteenä olevaan kaavioon perustuen kuvatun prosessin avulla 23 610 kg NH^:a syötetään putkea 28 pitkin 370 kg:n/cm2:n paineessa ja ^0° 9 61 305 C:n lämpötilassa ennen sen joutumista ejektoriin 27, 1000 tonnin ureamäärän valmistamiseksi päivässä. Vaadittu hiilidioksidimäärä, 30 555 kg/h puristetaan kompressorin 9 avulla paineeseen, jossa karbamaatin ja urean synteesi tapahtuu, nimittäin 320 kg/cm2:in, ja johdetaan strippausvyöhykkeeseen. Lämpötila reaktori-stripperiyk-sikön A yläosassa kohoaa 220°C:en. Konvertoitumatonta kaasua poistetaan reaktorivyöhykkeestä määrä, joka nousee 26 paino-$:in strippaus-vyöhykkeestä poistetun kaasun määrästä. Reaktiovyöhykkeessä vapautuu käytettäväksi 7,5 x 10^ keal/h:n nettolämpömäärä, joka siirretään putkien 2 seinämien läpi synteesiliuokseen, joka virtaa alaspäin näissä putkissa ja lämpöä käytetään karbamaatin hajottamiseen ja NHj:n ja C02:n haihduttamiseen. Ylimääräistä lämpöä ei syötetä systeemiin. Reaktori-stripperiyksiköstä A putken 11 kautta poistettua, stripattua ureasynteesiliuosta laajennetaan alennusventtiilissä 12, kunnes paine on 3 kg/cm2.

Eri materiaalivirtojen koostumukset esitetään liitteenä olevassa taulukossa yhdessä vallitsevien lämpötilojen ja paineiden kanssa. Yksinkertaisuuden vuoksi matalapainevaihe on katsottu yhdeksi yksiköksi ja merkinnät on rajoitettu syöttövirtauksen 11 ja poistovirtausten 19 ja 20 tietoihin.

Mitään NH^:a ei syötetä pesukolonniin 30. Jäähdytyselementtien 33 kautta poistettu lämpömäärä on 3,0 x 106 kcal/h.

10 61305 •fj p p in in cm p m c ® SP Ή o- oj (—i I—i Cm vo I—1 in

O O O O C— Q

(H c-ι σ\ n ai rn o -=r -=r co rn *t A *1 *t co σν o\ vo ru o o o o CO rH rH -ZT 0— oj vo vo rn ft Λ m m

OJ OJ

in o o in o o o

VO 0-0 OJ VO VQ CM OI

oj mo in oj rn cm rn ft ft ft o-oo vo I-1 o in in o q o o in on rH oo rn oj oi oj vovo inojrHojm >t «» n n

VO oo OJ rH ON

in m o- in in m in o o o ^=r rH on m =* on w oj oj οίνο o in cm rn »s λ r, ft r -=r vo m rH in -=r σν o in o in o m rn in oo rH oj o- c\j on -=r vo o n ft in o- o in o in in rn

O rH in Q VQ rH

OJ rH ON oo CO rH

Ί Λ n ft o-oo rn on

rH

o in in o o m m on vo q vo ή rn

rH 0- In VO rH OO rH

ft ft ft

rH OO O

^ rH VO

o o in o in o o

rH C VO VO rH OCOOJ

rH OO OJ VO ON C— rH m * Λ ft Λ Λ

f— ON I rH Q

-=r oi oo in in o m o oo in vo oj t— oj in oj co rn * ft in o o in oj o e-- vo in rn f- oi •=r oj on vo rH rn « n ft in t- on oo rH rH j- ä öin inooc—o 'v. vo in on i-hoo^j-onoj w oj vo in oj o- H rn ^ Λ *\ n ^

^ O CO OJ rH OJ

O / vo rn o tö C / Η fc rt / Έ! t /h , ^ 3 ’£ /S o° 4? rt / c st bb .2/¾ ·υ a 45 ^ S / a «e u $ § a

o/ ET tnojmoaj 4J>g.H

.rt / O SO&ojCoisart

Claims (5)

11 61305

1. Menetelmä urean valmistamiseksi, jossa ammoniakin ja hiilidioksidin annetaan reagoida paineessa, joka on vähintään 225 atm pystysuoran putkilämmönvaihtimen vaippavyöhykkeessä ja annetaan tämän jälkeen ureasynteesiliuoksen virrata alaspäin lämmönvaihtimen putkissa vastavirtaan kaasumaiseen hiilidioksidiin, ammoniakkiin, inerttikaasuun tai vähintään kahden näiden seokseen nähden yli 205°C lämpötilassa, jolloin synteesivyöhykkeestä siirretään lämpöä putkenseinämien kautta alaspäin virtaavaan ureasynteecilluokseen ja jossa putkien yläosasta virtaava kaasuseos johdetaan pois ja ainakin osaksi palautetaan alapuolella olevaan reaktiovyöhyk-keeseen, tunnettu siitä, että vaippavyöhykkeessä pidetään lämpötila välillä 210-245°C, ylläpidetään painetta välillä 250-600 atm ja NH^/CO^-bruttomoolisuhde nestefaasissa asetetaan välille 2,5*8, jolloin ammoniakin ja hiilidioksidin annetaan vaippavyöhykkeessä reagoida keskenään vain osittain, ja tämän vyöhykkeen yläosasta poistetaan reagoimattomasta ammoniakista ja hiilidioksidista sekä inerteistä kaasuista koostuva kaasuseos ja se määrä tästä seoksesta, joka vastaa 10-50 paino-# strippausvyöhykkeestä poistetun kaasuseoksen määrästä, palautetaan alemmalle korkeudelle vaippavyöhykkeeseen, jolloin vaippavyöhykkeeseen palautettavan kaasuseoksen kokonaismäärä säädetään stripattavan synteesiliuoksen lämpötilan tai koostumuksen mukaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin se osa reaktiovyöhykkeestä poistetusta kaasu-seoksesta, joka on määrä palauttaa takaisin, sekoitetaan strippausvyöhykkeestä poistettuun kaasuseokseen ennen kuin se palautetaan reaktiovyöhykkeeseen.

3. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että palautettava kaasu johdetaan reaktiovyöhykkeeseen ejek-torin avulla, joka toimii ammoniakilla, hiilidioksidilla tai ammo-niumkarbamaattia sisältävällä liuoksella.

1. Förfarande för framställning av urea, varvid ammoniak och kol-dioxid bringas att reagera i en vertikal rörvärmeväxlares mantel-zon vid ett tryck som är minst 225 atm, varefter ureasynteslösningen f&r strömma nedät i värmeväxelrören i motström tili gasformig koi-