JP3394559B2 - アンモニア及び尿素凝縮物の処理方法 - Google Patents
アンモニア及び尿素凝縮物の処理方法Info
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Description
方を製造する設備中で生成し、そこから回収された個々
の副生成物凝縮物流を同時に処理する方法に関する。特
に本発明は、単一の処理容器中でそのような副生成物工
程凝縮物流を同時に加水分解及びストリッピングし、ア
ンモニア、メタノール及び二酸化炭素成分に富む単一の
蒸気状生成物流及びそのような成分に乏しい単一の液体
生成物流を生成させる方法に関する。
生成物工程凝縮物が生ずることは知られている。例え
ば、尿素の製造では、1モルの副生成物水が、生成する
尿素1モル当たり形成される。この副生成物水を、使用
される他の水及び(又は)尿素法で生成する水と一緒に
考えると、工程凝縮物及びそのような他の水を一緒にし
た全量は、生成する尿素の全重量の40〜60重量%の
範囲になる。同様に、アンモニアの製造では、生成する
工程副生成物凝縮物の量は、生成するアンモニアの全重
量の100〜135重量%の範囲になるのが典型的であ
る。
素製造設備で生成し、そこから回収される副生成物工程
凝縮物は、典型的にはそれらが製造工程へ簡単には再循
環又は再使用することができないか、或は環境へ廃棄す
ることができないような性質の汚染物質を含んでいる。
一般に尿素の製造で生成し、そこから回収される工程凝
縮物中に見出される汚染物質は、1.0〜1.5重量%
の尿素を含むのみならず、4〜8重量%のアンモニア及
び2.0〜5.5重量%の二酸化炭素を含有することが
ある。アンモニアの製造で生成し、そこから回収される
工程凝縮物は、0.05〜0.1重量%のアンモニア、
0.2〜0.3重量%の二酸化炭素、0.05〜0.2
重量%のメタノール、その外、微量の高級アルコール、
アミン、及び他の炭化水素成分を含んでいるのが典型的
である。
循環するのに有用なもの、或は環境に簡単に廃棄するこ
とができるものにするために、これらの工程凝縮物を或
る形の処理にかけて上記汚染物質をできるだけ多く除去
することが一般的なやり方になっている。例えば、米国
特許第4,552,979号明細書には、尿素分を含有
する尿素プラント工程凝縮物を水蒸気及び炭化水素燃料
ガスの両方を用いて処理し、その尿素分を加水分解し、
アンモニア及び二酸化炭素を加水分解凝縮物から追い出
す連続的方法が記載されている。凝縮物中に存在する水
は、その工程中で用いられる水蒸気に転化される。その
方法の最終生成物として、水蒸気、炭化水素燃料ガス、
アンモニア及び二酸化炭素からなるガス状流が回収さ
れ、もし尿素プラントがその一体的部分としてアンモニ
アプラント改質器を有するならば、その流れはそのよう
な改質器への供給原料として用いることができる。米国
特許第4,341,640号明細書には、少なくとも一
つの処理室を有する容器を使用することを必要とする、
尿素プラント工程凝縮物を処理するための改良法が記載
されており、その処理室は、前記容器内に位置する内側
及び外側表面を有する内部円筒、及び前記内側表面に接
続された一つ以上のストリッピング皿、及び前記円筒の
外側表面と前記容器との間に位置する液体保持領域を有
する。この領域は容器を通過する蒸気流から実質的に分
離して維持されている。
縮物を処理するための方法は、米国特許第3,970,
739号明細書に例示されている。この特許には、アン
モニア合成法プラントからの工程廃水及び煙道ガスを同
時に処理する方法が記載されている。その方法は、工程
廃水からアンモニア及び有機物質をガスとして追い出
し、追い出したガス中に含まれるメタノールを、メタノ
ール分解に適した第一触媒上で分解し、二酸化炭素及び
水又は二酸化炭素、水及び水素を含むガスを生成させる
ことを含んでいる。得られたガスは、更に未分解アンモ
ニアを含み、アンモニアプラントからの煙道ガスと混合
し、そのガス混合物をその中に含有される窒素酸化物を
還元することができる第二触媒と接触させて窒素及び水
にする。最後に得られたガス混合物を、酸化により未反
応アンモニアを分解することができる第三及び最終的触
媒と接触させて窒素と水にする。
モニア・尿素併合合成法から誘導された工程凝縮物から
除去する方法の例は、米国特許第4,410,503号
である。この特許には次のような改良方法が記載されて
いる。尿素合成から得られた工程凝縮物を先ず脱着又は
ストリッピングカラムで処理してその中に含まれている
アンモニア及び二酸化炭素をできるだけ多く除去し、前
記凝縮物をアンモニアに関して乏しいものにする。然る
後、アンモニアに乏しくなった工程凝縮物を、アンモニ
ア合成から得られた工程凝縮物と共に別の反応カラム中
に導入し、その一緒にした凝縮物を水蒸気で処理する。
アンモニア、二酸化炭素及び水蒸気に富むガス混合物を
反応カラムの頂部から取り出し、尿素、アンモニア及び
二酸化炭素が乏しくなった水性液体を反応カラムの底か
ら取り出す。この方法の欠点は、尿素合成からの工程凝
縮物を、既にアンモニアに関して乏しくなった前記凝縮
物と一緒にする前に、先ずアンモニア合成からの工程凝
縮物で別の反応カラム内で処理する必要があることであ
る。この別の第一処理工程が必要であることは、この第
一処理工程を行うのに必要な装置のために資本コストを
著しく増大する結果になる。
モニアと尿素の両方が製造される設備で生成し、そこか
ら回収された副生成物工程凝縮物を処理する改良された
方法を与えることである。更に別の目的は、そのような
副生成物工程凝縮物を単一の処理容器中で同時に処理
し、それによって米国特許第4,410,503号明細
書に記載された方法で必要な付加的装置に伴われる付加
的資本コストを減少させる改良方法を与えることであ
る。
第二副生成物工程凝縮物が生成するアンモニア及び尿素
の両方を合成するための設備中で、前記工程凝縮物を、
上方加水分解領域及び下方ストリッピング領域を有する
単一の垂直に配置した処理容器中で同時に処理するため
の連続的方法を与える。本発明の方法は次の工程を含
む。アンモニア合成法で生じた第一工程凝縮物で、本質
的に水、アンモニア、二酸化炭素、メタノール、及び微
量の高級アルコール、アミン、及び他の炭化水素成分か
らなる希薄水性流からなる凝縮物を予熱し、その予熱し
た第一工程凝縮物をストリッピング領域の上端中に導入
する。ストリッピング領域の上端内で、その予熱された
第一工程凝縮物を、下方ストリッピング領域の上端と流
体流通している上方加水分解領域の下端で収集され、そ
こから取り出された尿素分に乏しい第一液体流と混合す
る。得られた混合流を、次にストリッピング領域の下端
から導入された水蒸気と向流状に接触させる。この接触
は、混合流中に含まれているアンモニア、二酸化炭素及
びメタノール分の実質的部分を追い出し、アンモニア、
二酸化炭素及びメタノール分に富み、更に微量の高級ア
ルコール、アミン及び他の炭化水素成分を含む蒸気状
流、及び前記アンモニア、二酸化炭素及びメタノール分
が乏しくなった第二液体流を生成するのに有効な温度及
び圧力で行われる。蒸気状流をストリッピング領域の上
端から取り出し、それと流体流通している処理容器の加
水分解領域の下端に導入する。
本質的になる希薄水性流からなる第二工程凝縮物流も予
熱し、処理容器の加水分解領域の上端に導入する。加水
分解領域内では、この第二工程凝縮物を、ストリッピン
グ領域の上端から取り出され、加水分解領域の下端中に
導入された蒸気状流と向流状に接触させることにより更
に加熱し、任意に新しい工程流を加水分解領域の下端に
導入する。予熱した第二工程凝縮物流と蒸気状流、及び
任意に加水分解領域の下端に導入された新しい工程流と
の間の接触は、第二工程凝縮物中に存在する尿素をアン
モニア及び二酸化炭素に実質的に加水分解し、尿素分に
乏しく、アンモニア及び二酸化炭素分に富む第一液体流
を生成させるのに有効な温度及び圧力条件で行われる。
加水分解領域の下端で収集された第一液体流は、そこか
らストリッピング領域の上端中に送る。
上端を通って取り出し、一方アンモニア、二酸化炭素及
びメタノール分が実質的になくなった第二液体流を処理
容器のストリッピング領域からその下端を通って取り出
す。
域から取り出した蒸気状流を、アンモニア及び尿素製造
設備のアンモニア合成領域の改質段階へ送り、その中で
用いる。本発明の更に別の態様として、第二液体流を用
いてアンモニア合成及び尿素合成工程凝縮物の両方を、
夫々の工程流を前記流出物流と熱交換状態にして送るこ
とにより予熱することができる。
方を製造するための設備で生成したアンモニア合成工程
凝縮物を、約3.8MPa〜約7.5MPaの範囲の上
昇させた圧力で導管2により熱交換器4を通って送り、
その交換器内で約220℃〜約285℃の範囲の温度に
予熱し、処理容器20中へ送る。処理容器20には、上
端8及び下端14を有する下方ストリッピング領域6、
上端28及び下端30を有する上方加水分解領域26が
配備されている。一つの図面中で下方ストリッピング領
域6には、更に複数の液体/蒸気接触領域9、10、及
び12が配備されており、それらは、例えば既知の「投
下(dumped)」又は「配列(arrange
d)」充填材料のいずれかを用いて充填した領域からな
っていてもよい。投下充填材料の代表的な例には、バー
ルサドル(Berl saddle)、インタロックス
(Intalox)サドル、パール(Pall)リング
等が含まれるが、それらに限定されるものではない。一
方配列充填材料の代表的例には、フレクシパック(Fl
exipak)、ハイパーフィル(Hyperfi
l)、クロス(Kloss)充填材料等が含まれるがそ
れらに限定されるものではない。両方の型の充填材料に
ついての記載及び(又は)例示は、ペリーズ・ケミカル
・エンジニアーズ・ハンドブック(Perry’s C
hemical Engineers Handboo
k)第6版(1984)、第18節、第19頁〜第26
頁中に見出すことができる。
成工程凝縮物は、処理容器20のストリッピング領域6
の上端8からその中に導入する。ストリッピング領域6
の上端8に入った工程凝縮物流は、上方加水分解領域2
6の下端30中で収集され、そこから取り出された尿素
分に乏しく、アンモニア及び二酸化炭素分に富む第一液
体流と混合する。次に得られた混合流はストリッピング
領域6を通って下方へ流れ、その中に配備された接触領
域9、10、及び12を通り、そこでストリッピング領
域6、接触領域9、10、及び12を通って上方へ流れ
る工程流と緊密に接触する。その工程流は、アンモニア
合成工程凝縮物について上で述べた範囲の圧力、即ち約
3.8MPa〜約7.5MPaの範囲の圧力で水蒸気導
管16及びバルブ18を通って下端14からストリッピ
ング領域6中に導入されたものである。この工程流は、
約0.4〜約0.6の範囲の、処理容器20中に導入さ
れる全工程凝縮物流に対する工程流の重量比を与えるの
に充分な速度で下端14からストリッピング領域6中に
導入される。
グ領域6を通って上方へ流れ、接触領域9、10、及び
12を通り、それにより前記混合流中に含有されていた
アンモニア、二酸化炭素、メタノール、及び他の炭化水
素成分はそこから追い出され、工程流中に取り込まれ、
アンモニア、二酸化炭素及びメタノール分に富み、更に
微量の高級アルコール、アミン、及び他の炭化水素成分
を含有する蒸気状流を形成する。ストリップされた混合
流又は第二液体流は、実質的に減少した水準のアンモニ
ア及びメタノールを含有し、実質的に二酸化炭素は含ま
ない。第二液体流はストリッピング領域6の下端14に
収集される。この第二液体流はストリッピング領域6の
下端14から導管42を通って取り出す。このストリッ
プされた混合流又は第二液体流中に含まれる熱エネルギ
ーは、処理容器20のストリッピング領域6に供給され
るアンモニア合成工程凝縮物を予熱するのに用いられ、
従って、熱交換器4内で後者の凝縮物と熱交換状態にし
て送ることができる。
の混合流を処理容器20のストリッピング領域6内で処
理すると同時に、尿素合成工程凝縮物を処理容器20中
に配備された加水分解領域26中で加水分解にかける。
一つの図面に戻り、尿素合成工程凝縮物流を、約3.8
MPa〜約7.5MPaの範囲内の上昇された圧力で導
管22により熱交換器24を通って運び、加水分解領域
26中へその上端28から導入する。導管22中の尿素
合成工程凝縮物中に含まれているアンモニア及び二酸化
炭素の濃度により、この工程凝縮物を分留工程(図示さ
れていない)にかけ、この工程凝縮物を加水分解領域2
6に導入する前にそこからアンモニア及び二酸化炭素の
少なくとも一部分を除去するのが望ましいことがある。
このようにして除去されたアンモニア及び二酸化炭素
は、アンモニア及び尿素製造設備の尿素合成領域へ送る
ことができる。熱交換器24内で約130℃〜約195
℃の範囲の温度に予熱された尿素合成工程凝縮物は、上
端28から、複数の液体・蒸気接触皿27が配備された
加水分解領域26を通って下方へ流れる。複数の液体・
蒸気接触皿27上で、下方に流れる予熱された尿素合成
工程凝縮物は、ストリッピング領域6中で生成し、そこ
からその上端8を経て取り出された上方へ流れる蒸気状
流と緊密に接触する。
は、新しい工程流と一緒にしてもよく、得られた混合物
を前記尿素合成工程凝縮物と向流状に接触させることが
できる。この態様では、新しい工程流を加水分解領域2
6中へ、そこに与えられた下端30から導管16、3
2、及び34及びバルブ36を経て、尿素合成工程凝縮
物について上で述べた範囲内の圧力、即ち、約3.8M
Pa〜約7.5MPaの圧力で導入する。用いる場合、
この新しい工程流は、加水分解領域26中に下端30か
ら、26〜約0.2までの、加水分解領域に供給される
尿素合成工程凝縮物に対する新しい工程流の重量比を与
えるのに充分な速度で導入する。
工程流は加水分解領域26及びそこに与えられた複数の
接触皿27を通って上方へ流れ、それによって尿素合成
工程凝縮物中に含まれた尿素は蒸気状流及び任意に新し
い工程流と緊密に接触し、アンモニア及び二酸化炭素に
実質的に転化される。加水分解領域26を通って向流状
に流れる尿素合成工程凝縮物と蒸気状流の流速は、約1
〜5分の凝縮物流と第一蒸気状流との接触時間を与える
ように調節されるのが典型的である。尿素合成工程凝縮
物の加水分解により生成するアンモニアと二酸化炭素
は、この凝縮物流の加水分解中に生成する液体流、即ち
第一液体流中に本質的に含有される。液体流は加水分解
領域26の下端30中に収集する。この液体流中に含ま
れるアンモニア及び二酸化炭素は、後でストリッピング
領域6中でそこから追い出される。
工程凝縮物に対し向流状に加水分解領域26を通って送
られた蒸気状流を、加水分解領域26の上端28を経て
導管38及び40を通り処理容器20から除去する。こ
の蒸気状流は、アンモニア及び尿素製造設備のアンモニ
ア合成領域で用いるための合成ガスを更に製造するのに
用いるのに適しており、従って、導管40を通り、その
ような設備のアンモニア合成領域の水蒸気改質領域(図
示されていない)に直接送ることができる。
を構成する方法の実施を更に例示するため、アンモニア
と尿素の両方を製造するための設備から得られた工程凝
縮物を、下に記述するやり方で処理する。別に特に指示
しない限り、全ての量は部又は部/時で表されている。
設備のアンモニア合成領域から回収された工程凝縮物
を、導管2を通って57,297部/時の速度で連続的
に流す。この凝縮物は172部の二酸化炭素、57部の
アンモニア、57部のメタノール及び57,011部の
水を含有し、約4.2MPaの圧力で、約93℃の温度
で設備から回収されたものである。この工程凝縮物を熱
交換器4中で約241℃の温度に加熱し、処理容器20
のストリッピング領域6中に上端8から導入する。その
中でそれは尿素分に乏しく、アンモニア及び二酸化炭素
分に富む第一液体流と混合する。その第一液体流は処理
容器20の加水分解領域26中で生成したものである。
得られた混合流は液体/蒸気接触領域9、10、及び1
2を有するストリッピング領域6を通って下方へ流れ、
そこで導管16及びバルブ18を通って下端14からス
トリッピング領域6中へ導入された36,056部の工
程流と向流状に接触する。この工程流を約374℃の温
度及び約4.2MPaの圧力でストリッピング領域6中
へ連続的に導入し、設備のアンモニア合成領域からの工
程凝縮物中に存在するアンモニア、二酸化炭素、メタノ
ール及び第一液体流中に含まれるアンモニア及び二酸化
炭素の実質的に全てを含む蒸気状流を生ずる。
物と、第一液体流との混合流のストリッピングと同時
に、アンモニア及び尿素製造設備の尿素合成領域からの
工程凝縮物を導管22を通って29,189部/時の速
度で連続的流す。この凝縮物は282部の尿素、553
部の二酸化炭素、1,278部のアンモニア、及び2
7,076部の水を含み、約4.2MPaの圧力で設備
から回収されたものである。この工程凝縮物を熱交換器
24中で約56℃の最初の温度から約152℃の温度へ
予熱する。次にその予熱した工程凝縮物を処理容器20
の加水分解領域26中へ上端28から導入する。上端2
8からの予熱された工程凝縮物は加水分解領域26を通
って下方へ流れ、そこで好ましい態様として、任意の新
しい工程流及び処理容器20のストリッピング領域6中
で生じた蒸気状流からなる蒸気状混合物と向流状に緊密
に接触する。この蒸気状混合物は、約374℃の温度及
び約4.2MPaの圧力の任意的な新しい工程流及びス
トリッピング領域6中で生じた第一蒸気状流を下端30
中へ導入して、その中で一緒にすることにより形成さ
れ、加水分解領域26を通って上方へ流れる。任意的な
新しい工程流は、導管16、32及び34及びバルブ3
6を経て下端30中に導入し、一方蒸気状流はストリッ
ピング領域6の上端8から直接加水分解領域26の下端
30へ送り、その下端は皿29中に位置する通路又はラ
イザー(riser)31を通り直接流体流通してい
る。
の工程凝縮物中に存在する尿素は、実質的にアンモニア
及び二酸化炭素に加水分解される。尿素含有工程凝縮物
の加水分解から得られた第一液体流中に含まれるアンモ
ニア及び二酸化炭素は、後で処理容器20のストリッピ
ング領域6中でそこから追い出される。加水分解領域2
6の上端28から導管38を経て36,410部/時の
速度で連続的に取り出される第一蒸気状流は、1492
部のアンモニア、932部の二酸化炭素、53部のメタ
ノールを含有する。一つの図面に例示した本発明の好ま
しい態様として、この蒸気状流は、導管32を通って流
れる工程流の残りと一緒にし、得られた混合物流をアン
モニア及び尿素生成設備のアンモニア合成領域の水蒸気
改質領域(両方共図示されていない)へ送る。
れるものに関して記述してきたが、上述の如き本発明の
本質的及び範囲及び特許請求の範囲に規定した範囲から
離れることなく、種々の修正及び変化をそれに対し行え
ることは分かるであろう。
で生じた工程凝縮物を同時に処理する方法として本発明
を実施した簡単な工程図を例示した図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 第一及び第二工程凝縮物が生成するアン
モニア及び尿素の両方を製造する装置で、前記工程凝縮
物を、上方加水分解領域及び下方ストリッピング領域等
を有する単一の垂直に配置された処理容器中で向流的に
処理する連続的方法において、 (a) アンモニア、二酸化炭素及びメタノールから本
質的になる希薄水性流からなる第一工程凝縮物を予熱
し、前記予熱第一凝縮物を前記下方ストリッピング領域
の上端に導入し、 (b) 前記予熱した第一凝縮物を前記ストリッピング
領域の上端内で、上方加水分解領域中で生成し、そこか
ら回収された第一液体流と混合し、 (c) 前記混合した流れを、前記ストリッピング領域
内で、前記ストリッピング領域の下端から導入した水蒸
気と向流状に接触させ、然も、前記接触を前記混合流か
らのアンモニア、二酸化炭素及びメタノールの実質的部
分を除去するのに有効な温度及び圧力で行い、それによ
って前記アンモニア、二酸化炭素及びメタノールの水性
蒸気状流と、前記アンモニア、二酸化炭素及びメタノー
ルを実質的に含まない第二液体流を生成させ、 (d) 前記ストリッピング領域の上端からの蒸気状流
を取り出して、その蒸気状流を前記上方加水分解領域の
下端中に導入し、 (e) 尿素、アンモニア及び二酸化炭素から本質的に
なる希薄水性流からなる第二工程凝縮物を予熱し、前記
予熱した第二凝縮物を前記加水分解領域の上端に導入
し、 (f) 前記予熱した第二凝縮物を前記加水分解領域中
で、下方ストリッピング領域で生成した前記蒸気状流と
向流状に接触させ、然も、前記接触を前記予熱した第二
凝縮物中に含まれた尿素をアンモニア及び二酸化炭素に
加水分解するのに効果的な温度及び圧力で行い、それに
よって前記アンモニア及び二酸化炭素に富む第一液体流
を生成させ、 (g) 前記蒸気状流を前記加水分解領域から取り出
し、前記第二液体流を前記ストリッピング領域から取り
出す、 諸工程からなる連続的処理方法。 - 【請求項2】 アンモニア、二酸化炭素及びメタノール
に富む蒸気状流を水蒸気改質段階へ再循環し、アンモニ
ア製造で用いられるアンモニア合成ガスを生成させる工
程を更に含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 第一工程凝縮物を3.8MPa〜7.5
MPaの範囲の圧力で与え、前記第一凝縮物を220℃
〜285℃の範囲の温度に予熱する請求項1に記載の方
法。 - 【請求項4】 第二工程凝縮物を3.8MPa〜7.5
MPaの範囲の圧力で与え、130℃〜195℃の範囲
の温度に予熱する請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 ストリッピング領域中での混合流と水蒸
気との接触を、処理容器中で処理される全工程凝縮物に
対する水蒸気の重量比が0.4〜0.6の範囲になる比
率で行う請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 加水分解領域中での予熱第二凝縮物と蒸
気状流との接触が、1〜5分の範囲の時間維持される請
求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 接触が更に添加水蒸気の存在下で行われ
る請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 第一及び第二工程凝縮物を、ストリッピ
ング領域の下端から取り出された第二液体流との間接的
熱交換により予熱する請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 ストリッピング領域の下端から取り出さ
れた第二液体流が、夫々5ppm以下の濃度の尿素及び
アンモニア、及び25ppm以下の濃度のメタノールを
含む請求項1に記載の方法。
Priority Applications (6)
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