JP4112056B2 - 改良された尿素の合成方法および装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は尿素合成液に含有される未反応アンモニアおよび二酸化炭素を尿素合成圧力とほぼ等しい圧力においてアンモニア、二酸化炭素および水の混合ガスとして分離し、この混合ガスを多管式冷却器を有する凝縮器において冷却下に凝縮させ、得られた凝縮液を尿素合成に循環する尿素合成法における改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成圧力および尿素合成温度下の尿素合成管で反応させ、得られた尿素合成液から尿素合成圧力にほぼ等しい圧力でアンモニウムカーバメートをアンモニアおよび二酸化炭素の混合ガスとして分離し、該混合ガスを吸収媒体に吸収して該尿素合成管に循環し、一方、該アンモニウムカーバメートを分離した尿素合成液から尿素溶液を得る尿素合成方法は、良く知られているところであり、種々の提案がなされている。この方法では、ヘッド差で液を凝縮器から尿素合成管へ、また尿素合成管からストリッパーに流すため凝縮器および尿素合成管を高所に置く必要がある。
【０００３】
また、上記の尿素合成プロセスにおいて腐食対策の１つとして尿素合成管、凝縮器、ストリッパー等に防食用の酸素が供給されていることは、良く知られているところである。この酸素は、前記尿素合成液等に溶存しており、装置内部の防食被膜上に供給されるので、装置内部の防食が可能であった。
【０００４】
以上のように、腐食性の強い回収液あるいは尿素合成液に浸漬されていても、その運転圧力、温度、液組成等によっても異なるが、防食用酸素が供給されている限り防食が可能であった。
【０００５】
さて、機器の設置および補修に手間がかかる等の理由で、尿素合成管等を地上置きにする尿素合成プロセスが開発されるようになってきた。
【０００６】
先に、出願人は、合成管等を地上置きにすることの可能な尿素合成方法を特願平９−２３４３６４号により提案した。
【０００７】
この提案は、下方に尿素合成管が、その上方に縦型凝縮器が設置され、この凝縮器とこの尿素合成域とを連通するための第１のダウンパイプが設置され、凝縮液は凝縮器の頂部からこのダウンパイプを通って尿素合成域の底部に重力により流下し、流下した凝縮液は尿素合成管の頂部に開口を有する第２のダウンパイプを通してストリッパーの頂部に重力で流下する尿素合成方法およびそのための装置、あるいは、加熱された原料液体アンモニアを駆動流体とするエジェクターにより縦型凝縮器からの凝縮液を吸引し、尿素合成管の底部に導入して尿素合成に付する方法およびそのための装置に関するものである。
【０００８】
上記の方法においては、凝縮器では胴側に回収液が供給される。凝縮器での運転条件は、前者においては、圧力は尿素合成圧力と同一であり、アンモニアと二酸化炭素のモル比（以下、Ｎ／Ｃと称す）は２．５〜４．５、水と二酸化炭素のモル比（以下、Ｈ／Ｃと称す）は、０．０〜１．０、滞留時間は１０分〜３０分、運転温度は、１７０℃〜１９０℃に調整され尿素合成率が２０％〜６０％を達成できる。
【０００９】
後者においては、圧力は１４０バール〜２５０バールから選ばれ、Ｎ／Ｃは２．５〜３．５、Ｈ／Ｃは０．０〜１．０、滞留時間は１０分〜３０分とされ、運転温度は、１３０℃〜２５０℃、好ましくは１７０℃〜１９０℃に調整され２０％〜６０％の尿素合成率を達成できる。
【００１０】
地上置きを示唆する別の一例として、特開昭６０−２０９５５５号公報に開示される尿素の製法が挙げられる。この公報は、凝縮ゾーンの凝縮は、浸漬凝縮器、特に、水平に配置した管熱交換器の胴側で行うこと、さらに、凝縮を反応ゾ−ンと一体の凝縮ゾーンで実施できることをも開示している。この公報によると、凝縮ゾーンでは、圧力は合成圧力と同一の１２５バール〜３５０バールから選ばれ、達成しうる尿素の平衡生成量の少なくとも３０％が形成されている。これらの記載とその実施例から運転温度は、１３０℃〜２５０℃であることが分かる。
【００１１】
前記の先行技術は、凝縮器の胴側で尿素の合成が可能である。いずれにしても、前記の先行技術において、縦置きあるいは横置きに設置される凝縮器のいずれであるかを問わず、凝縮ゾーンの管板および冷却管はアンモニア、アンモニウムカーバメート、尿素および水からなる腐食性の強い液に浸漬されている。この凝縮器は、前記尿素の合成が可能な圧力および温度条件下にあり、後述する隙間腐食および管板と冷却管の溶接部等の接合部の腐食が起こりやすい環境下にあった。
【００１２】
周知のように、その生産量によっても異なるが、凝縮器には数百本〜千本以上の冷却管が設置されることがあり、後述する不具合が生じた時、その不具合場所の発見に手間取ることがあった。さらに、定期修理時に該不具合箇所を修理するにしても、人間が該機器内に入って補修する空間がないため、実際上胴側からの補修は不可能であった。
【００１３】
前記のように凝縮器には冷却管が管板に設置されているが、この設置方法の一つとして拡管による方法あるいは拡管と管板とのシール溶接を組み合わせた方法が挙げられる。これらの方法では、管板と冷却用の管の間に製作上の微小な隙間が発生することはよく知られているところである。前記回収液あるいは尿素合成液がこの隙間に入り込むと、液は隙間で留まることになる。このような状態下では、前記防食用皮膜への防食用酸素の供給が不足する。そのため、管板と管との間に隙間腐食と呼ばれる腐食が発生し易い環境となり、一部の冷却管が破れるかあるいは管板が腐食することにより損傷するという不具合が生じていた。
【００１４】
一部の冷却管が破れた場合には、その管にプラグを詰め、管の冷却機能を停止する以外特に有効な対策はなかった。特に、管板が腐食により損傷した場合には、補修方法はなかった。
【００１５】
前記事情に鑑み、隙間腐食を避ける方法の一つとしてインターナルボア溶接あるいはインターナルボア突き合わせ溶接（以下、インターナルボア溶接と称する。）による管板と冷却管とを直接溶接する方法が行われるようになった。しかし、圧力、１５０バール〜３００バール、温度、１５０℃〜２００℃という凝縮器の運転条件下において、その溶接部は、腐食性の強い回収液および凝縮液との合流した液に常に浸っており、かつ、熱履歴を受けている。したがって、これらの要因が複雑に絡み合うため、熱履歴による溶接部の割れ、腐食性の強い回収液による腐食、熱履歴および前記回収液による割れ・腐食が複合的に生じる等の不具合を完全に防止することができなかった。
【００１６】
このような不具合が発生すると、一時的に運転を停止して冷却管にプラグを詰め、その管の機能を停止する以外特に有効な対策はなかった。
【００１７】
また、プラグを打った場合、溶接部の濡れは止まる訳ではなく、プラグを打った管内は、合成液が置換されることがなく滞留することになり、溶存酸素不足による管の腐食が加速度的に増し、ついには、プラグそのものまで腐食されてしまう恐れもある。
【００１８】
さらに、定期修理時に該当する箇所を再溶接するにしても準備に非常に多くの時間と費用がかかり、あまり得策とはいえなかった。
【００１９】
以上、説明したように、合成管あるいは凝縮器にかかわらず、管板と冷却管の接合部および管板と冷却管のインターナルボア溶接部の割れ、腐食等の不具合を防止する手段およびこの手段を用いる尿素の合成方法の提案が待たれていた。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、管板と冷却管の接合部および管板と冷却管のインターナルボア溶接部の割れ、腐食等の不具合を防止する手段を有する尿素の合成方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、腐食性の極めて弱いアンモニアに富む環境下であると、尿素合成圧力、１５０〜３００バール、合成温度、１５０℃〜２００℃において上記隙間腐食および熱履歴を受ける溶接部の割れ・腐食等は極めて起こりにくい、という知見を得、鋭意検討の結果、本発明に至った。
【００２２】
本発明は、上記事情と上記知見に基づきなされたもので、本発明の上記目的は、以下の尿素合成方法および装置により達成できる。
【００２３】
尿素合成管においてアンモニアと二酸化炭素とを尿素合成温度および尿素合成圧力において反応させ、得られた尿素、未反応アンモニア、未反応二酸化炭素および水からなる尿素合成液をストリッパーにおいて原料二酸化炭素または原料アンモニアの少なくとも一部と接触させて、または接触させることなく、該尿素合成圧力にほぼ等しい圧力において加熱して該未反応アンモニアおよび該未反応二酸化炭素をアンモニア、二酸化炭素および水の混合ガスとして分離し、未分離の未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を含有する尿素合成液をさらに処理して尿素を得、一方、該ストリッピング域において分離された混合ガスを多管式冷却器を有する凝縮器に導入して吸収媒体と冷却下に接触させ、それによって該混合ガスを凝縮させ、こうして得られた凝縮液を尿素合成管に循環する尿素合成方法において、該凝縮器の管板と冷却管との接合部の、該凝縮液と接する部位を液体アンモニアまたはアンモニアに富む液体で覆って該部位の該凝縮液による腐食を防止することを特徴とする改良された尿素の合成方法。
【００２４】
アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成圧力および尿素合成温度において反応させるための尿素合成管、該尿素合成管からの尿素合成液を尿素合成圧力にほぼ等しい圧力において加熱して未反応アンモニアおよび二酸化炭素を分離するためのストリッパー、該ストリッパーからの未反応アンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体と接触させて凝縮させるため多管式冷却器を有する凝縮器、および該凝縮器で得られた凝縮液を尿素合成管の底部へ導入するための配管からなる尿素合成装置において、該多管式冷却器が、それの管板と冷却管との接合部の、腐食を防止すべき部位を覆い、かつ該冷却管がそれと微小な間隙を有して貫通するバッフルプレートを有し、該管板と該バッフルプレートとの間の空間部に液体アンモニアを供給するための導入口を有することを特徴とする尿素合成装置。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明において多管式冷却器を有する凝縮器とは、当該技術分野において広く用いられるものであり、縦型または横型として用いられる。
【００２６】
また、管板と冷却管との接合部を覆うアンモニアに富む液体および管板とバッフルプレートとの間の空間部を占めるアンモニアに富む液としては、遊離アンモニア含量が８０モル％以上であるアンモニアおよびアンモニウムカーバメート含有溶液を用いるのが好ましい。
【００２７】
管板と冷却管との接合部の、凝縮液と接する部位を液体アンモニアまたはアンモニアに富む液で覆うためには、どのような方法を用いてもよい。例えば、管板と冷却管との接合部の、凝縮液と接する部位を、冷却管が微小の間隙をもって貫通するバッフルプレートで覆い、このバッフルプレートと管板との間の空間部に液体アンモニアを供給し、その空間部が液体アンモニアまたはアンモニアに富む液で占められるようにしてもよい。なお、供給された液体アンモニアは管板と冷却管との微小間隙を通って凝縮器中へ入り、吸収媒体とともにストリッパーからの未反応二酸化炭素およびアンモニアを凝縮・吸収する。また、別の例は、バッフルプレートを設けることなしに管板と管の接合部の、凝縮液と接する部位が液体アンモニアまたはアンモニアに富む液で覆われるような流入速度で液体アンモニアを供給して、液体アンモニアまたはアンモニアに富む液のカーテンを形成して上記部位を腐食性の凝縮液との接触を断つことにより腐食から守ることである。液体アンモニアの供給箇所は複数とすることが好ましい。その他、管板と冷却管との接合部の、凝縮液に接する部位を液体アンモニアまたはアンモニアに富む液で覆うことのできる方法であれば、どのような方法をも用いることができる。
【００２８】
さらに、凝縮器に供給される吸収媒体としては、ストリッパーにおいて未反応アンモニアおよび二酸化炭素の大部分が分離された尿素合成液を中圧および／または低圧で処理して残りの未反応アンモニアおよび二酸化炭素の実質的に全てを分離し、分離された未反応アンモニアおよび二酸化炭素を水、アンモニア水、尿素溶液等に吸収して得られる回収液を用いるのが好ましい。
【００２９】
以下に添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３０】
図１は、本発明における凝縮器Ｂの一部拡大模式図であり、管板と管板に溶接された、例えば、数百〜千本の中から選択された複数の冷却管と、バッフルプレートとからなる縦型に設置された後述の図２の凝縮器Ｂの一部を模式的に拡大した説明図である。ここでは、管板２と冷却管３は、インターナルボア突き合わせ溶接により溶接された例で説明するが、これに限定されないのはいうまでもないことである。
【００３１】
図２は縦型凝縮器を用いた本発明の一実施形態を示すプロセスフロー図で、凝縮器から尿素合成管へ凝縮液が重力流下する尿素合成プロセスフローの一例であり、管板と冷却用の管の腐食あるいは割れが防止された凝縮器が縦型に設置されたものである。以下、これらの図を参照して本発明を説明する。
【００３２】
図２に記載されていない工程において未反応アンモニア、二酸化炭素をアンモニウムカーバメート水溶液として回収した回収液の一部はライン１０からライン１１、ライン１３を通り凝縮器Ｂに供給され、一方、残部はライン１２を通りスクラバーＦに供給される。スクラバーＦに供給された前記回収液は、ライン２２を経てスクラバーＦに導入される少量のアンモニア、二酸化炭素を含むイナートガス中のアンモニア、二酸化炭素を吸収し、再びスクラバーＦに循環される。アンモニア、二酸化炭素を吸収して増量した分に相当する回収液は、ライン２０を経てエジェクターＥで昇圧され、ライン１３を経て凝縮器Ｂに導入される。一方、イナートガスは、スクラバーＦの塔頂から大気に放出される。
【００３３】
原料二酸化炭素の一部は、ライン１６を通りストリッパーに供給される。なお、この図には記載されていないが、防食用の空気もストリッパーＣに供給される。ストリッパーＣには、尿素合成管Ａの第２の第二のダウンパイプ４０から尿素、アンモニウムカーバメート、アンモニア等からなる尿素合成液が供給され、加熱下に二酸化炭素でストリッピングされる。運転条件は、通常、圧力１４０バール〜２００バール、温度１６０℃〜２００℃である。
【００３４】
原料液体アンモニアは、例えば、７０℃〜９０℃に予熱され、ライン１５から導入されスクラバーＦ、熱交換器Ｄを通りさらに予熱され、その一部は合成管Ａの下部に供給され、残部は分岐されたライン５から凝縮器Ｂに供給される。
【００３５】
縦型凝縮器Ｂに供給された前記回収液は、後述のストリッパーＣからライン１９を通り凝縮器Ｂに供給された二酸化炭素、アンモニア、イナートガス等の混合ガスと接触、混合され、二酸化炭素およびアンモニアを吸収する。また、原料液体アンモニアの一部は、導入管５を通り、バッフルプレート４と管板２との空間部７に導入される。該空間部７には前記液体アンモニア６が充満され、バッフルプレート４と冷却管３との間隙８およびバッフルプレート４と凝縮器の胴部１との間隙９を通り、凝縮器中の合流液１００と混合される。ここに、前記間隙８は、製作の精度上０．１ｍｍから０．５ｍｍである。
【００３６】
凝縮器Ｂにおいて、運転圧力は尿素合成管の運転圧力と同一圧力であり、Ｎ／Ｃは２．５〜４．５、Ｈ／Ｃは０．０〜１．０、滞留時間は１０分〜３０分であり、運転温度は１５０℃〜２００℃、好ましくは１６０℃〜２００℃、更に好ましくは１６０℃〜１９０℃に調整されて運転され、従来と同じ尿素合成率、２０％〜６０％が達成できる。その上、後述の実施例１〜４に示すように冷却管３と管板２との溶接部の割れ、腐食等の不具合は発生しないという効果がある。
【００３７】
ここで、凝縮器Ｂは、凝縮器Ｂのガスを分離するための気液分離器Ｈと連結され、気液分離器Ｈにおいてガスが分離され、凝縮器Ｂの液面は、満液状態となっている。
【００３８】
尿素合成管Ａでは、前記原料液体アンモニアが、凝縮器Ｂから第一のダウンパイプ３１を通り重力流下した前記凝縮液と合流する。この合流した液は、尿素合成管Ａの塔頂へと移動し、その中に設けられた第二のダウンパイプ４０からライン１８を通りストリッパーＣへ供給される。
【００３９】
尿素合成管Ａの運転圧力は、通常のプロセスのように１３０バール〜２５０バールが選択される。Ｎ／Ｃは３．５〜５．０、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０分〜４０分が選択される。運転温度は、１８０℃〜２００℃に調整され、以上の条件下で６０％〜７５％の尿素合成率を達成する。
【００４０】
次に、本発明の縦型凝縮器を用いた別の実施形態のプロセスフローを示す図３を参照して、凝縮器Ｂの合流液１００を尿素合成管Ａへ導入するためにエジェクターＧを使用するプロセスについて説明する。図３において、原料液体アンモニアはライン１５から１５０バール〜３００バールの圧力で熱交換器Ｄに入り、ここで１００℃〜２００℃に予熱されて駆動流体としてエジェクターＧに導入される。エジェクターの吐出圧力と吸い込み圧力との差が２バール〜１０バールとなるように原料アンモニアはエジェクターＧを通って膨張され、これによって縦型凝縮器Ｂのダウンパイプ３１を通ってエジェクターの吸い込み側に供給され合流液１００が吸引されて昇圧され、駆動流体である原料アンモニアとの混合物として尿素合成管Ａの底部に導入される。原料二酸化炭素のうち、未反応アンモニアおよび二酸化炭素のストリッピングに必要とされる量はライン１６およびライン１６ｂを経てストリッパーＣの底部に供給され、残りはライン１６ａを経て尿素合成管Ａの底部に供給されるか、または図示されていない低圧分解工程に供給される。
【００４１】
縦型凝縮器Ｂの底部には、前記熱交換器ＤとエジェクターＧの間のラインから分岐されたライン１５ａから原料液体アンモニアの一部が導入管５を通り凝縮器の前記空間部７に導入される。この原料液体アンモニアは、スクラバーＦを通り、未反応のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した、ライン１０から供給される回収液と凝縮部の底部で合流し、縦型凝縮器Ｂを上昇しながら尿素を合成しダウンパイプ３１を通りエジェクターＧで合成塔Ａへ供給される。なお、ライン１５ａから導入管５を通り縦型凝縮器Ｂの底部に導入される原料液体アンモニアの一部は、この図には記載されていないが、別途用意されたラインから供給されてもよい。
【００４２】
ここで、前記空間部７に位置する凝縮器の管板２と冷却管３の拡管部、該拡管部と管板とのシール溶接部あるいは管板２と冷却管３のインナーボア溶接部は、液体アンモニアあるいはアンモニアに富む液で充満されており、アンモニアに富む環境下に常に保たれているため、後述の実施例３に示すように上記拡管部、溶接部等の腐食は起こらない。
【００４３】
なお、尿素合成管Ａの運転条件は、圧力は１３０バール〜２５０バール、Ｎ／Ｃは３．５〜５．０、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０分〜４０分、温度は１８０℃〜〜２００℃とするのが好ましい。
【００４４】
ストリッパーＣの運転条件は、圧力は１３０バール〜２５０バール、特に１４０バール〜２００バール、温度は１６０℃〜２００℃とするのが好ましい。
【００４５】
ストリッパーＣの底部からは、未分離の未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を含む尿素合成液がライン１７を経て抜き出され、低圧分解工程に送られて処理され尿素が得られる。
【００４６】
以上説明した以外の詳細は、特願平９−２３４３６４号明細書に開示した方法を参照して実施できる。
【００４７】
横置きにした凝縮器Ｂを用いた一例を、本発明の横型凝縮器を用いた実施形態を示すプロセスフロー図である図４を用いて説明する。図４は、基本的に図３の縦型に設置された凝縮器Ｂを横型に設置したこと、凝縮器Ｂに複数の邪魔板４００が縦に設けられ、液は邪魔板４００を越えて流れ方向５０に沿って流れること、邪魔板４００の高さは冷却管３を液で満たすように設定されること以外は図３と同様である。
【００４８】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。本発明は、しかしながら、これらの実施例にのみ限定されるものと解されるべきではない。
【００４９】
以下の実施例１〜３および比較例１〜３において、冷却管の材料はいずれもオーステナイト系の２５Ｃｒ−２２Ｎｉ−２Ｍｏのステンレス鋼を用いた。
実施例１
図１に示す凝縮器Ｂを縦置きにした例である図２に示す日産１４００トンの地上置きの装置を用いて尿素を合成した。なお、管板２と冷却管３とは、インターナルボア突き合わせ溶接されており、バッフルプレート４と冷却管３との隙間８は、０．３ｍｍであった。
【００５０】
ライン１５から原料アンモニア７９１ｔ／ｄが、また、ライン１７から原料二酸化炭素１０２５ｔ／ｄが供給された。熱交換器Ｄにおいてスチーム凝縮水で１７５℃に加熱された原料アンモニアは、ライン１５から合成管Ａの底部に、また、その一部は分岐されライン１５ａ、導入管５を通り、図１に示す凝縮器Ｂの空間部７に導入された。ライン１５ａを通る量は、４０ｔ／ｄであった。
【００５１】
原料二酸化炭素９６９ｔ／ｄと防食用空気薬１７ｔ／ｄがライン１７からストリッパーＣの底部に、また、残りの原料二酸化炭素は、この図には記載されていない低圧分解塔に供給された。一方、ライン１０からの吸収媒体としての回収液１３１４ｔ／ｄは、下記組成で、１０８℃、１９０バールに昇圧され、ライン１２およびライン１１を経て、それぞれスクラバーＦとエジェクターＥに半分ずつ分配された。
【００５２】
尿素 ０．４％
アンモニア ３４．８％
二酸化炭素 ４０．０％
水 ２４．４％
スクラバーＦに供給された回収液は充填層においてイナートガスの洗浄に用いられ、エジェクターに供給された回収液はスクラバー出口液（ライン２０）のエジェクターＥによる昇圧に用いた。スクラバーＦは、１７５バール、１７５℃で運転された。スクラバー出口液（ライン２０）とエジェクター駆動回収液（ライン１１）とは、エジェクターＥで混合され、ライン１３から凝縮器Ｂの底部に供給された。
【００５３】
ストリッパーＣで分離されたアンモニア、二酸化炭素および水からなる混合ガスは、ライン１９を経て凝縮器Ｂに送られた。凝縮器Ｂの胴側は前記回収液、凝縮によって生じたアンモニウムカーバメートおよび空間部７から間隙８を経て排出される前記原料アンモニアの混合液で満たされており、この液により上記混合ガスが吸収される。なお、吸収熱は、冷却管３で除熱される。混合ガスを吸収して生成した凝縮液は、１５分の滞留時間後、第一のダウンパイプ３１を重力で流下して尿素合成管Ａの底部に供給され、凝縮器Ｂの塔頂ではライン２１を通りイナートガスが抜き出される。イナートガスは気液分離器Ｈで気液分離され、ライン２２を通ってスクラバーＦに供給され、含有するアンモニアおよび二酸化炭素が吸収されて後、ライン１４から排出される。
【００５４】
尿素合成管Ａの底部近傍に供給された尿素合成液は、ライン１５からの前記１７５℃に加熱された液体アンモニアと混合され、ゆっくりと合成管を上昇しながらさらに尿素合成反応がすすんだ。その際の滞留時間は２５分であった。
【００５５】
合成管Ａから第二のダウンパイプ４０およびライン１８を通り、ストリッパーＣに供給された合成液は、含有するアンモニウムカーバメートのアンモニアおよび二酸化炭素ガスへの加熱分解がなされた。ストリッパーＣは、塔頂温度１９１℃、下部温度１７９℃、圧力１７５バールで運転された。以上の各機器における運転条件および組成を表１に示し、一年間運転後、超音波探傷、渦流探傷法により冷却管および管板の接合部の腐食、減肉状況を検査した。その結果を表５に記載した。
【００５６】
【表１】
Figure 0004112056
比較例１
実施例１のバッフルプレート４を外し、ライン１５ａに分岐される量を４０ｔ／ｄから０ｔ／ｄに変えた以外は実施例１と同様に実施した。運転条件および組成を表１に併記し、１年間運転後の凝縮器の管板と冷却管との接合部の腐食状況を表５に記載した。
実施例２
図１に示す凝縮器Ｂを縦置きにした例である図３に示す日産１４００トンの地上置きの装置を用いて尿素を合成した。なお、管板２と冷却管３とは、拡管と管端シール溶接されており、バッフルプレート４と冷却管３との隙間８は、それぞれ０．３ｍｍであった。
【００５７】
各機器における運転条件および液組成を表２に示し、１年運転後の凝縮器の管板と冷却管との接合部の腐食状況を表５に記載した。
【００５８】
【表２】
Figure 0004112056
比較例２
実施例２のバッフルプレート４を外し、分岐される量を４０ｔ／ｄから０ｔ／ｄに変えた以外は実施例１と同様に実施した。結果を表１に併記する。なお、各運転条件および液組成等を表２に併記し、１年間運転後の凝縮器の管板と冷却管との接合部の腐食状況を表５に記載した。
実施例３
図１に示す凝縮器Ｂを横置きにした例である図４に示す日産１４００トンの地上置きの装置を用いて尿素を合成し実施した。なお、管板２と冷却用の管３とは、拡管とシール溶接されており、バッフルプレート４と冷却管３との隙間８は、それぞれ０．３ｍｍであった。
【００５９】
各機器における運転条件および液組成を表３に示し、１年運転後の凝縮器の管板と冷却管との接合部の腐食状況を表５に記載した。
【００６０】
【表３】
Figure 0004112056
比較例３
実施例２のバッフルプレート４を外し、分岐される量を４０ｔ／ｄから０ｔ／ｄに変えた以外は実施例１と同様に実施した。各機器における運転条件および液組成を表３に併記し、１年間運転後の凝縮器の管板と冷却管との接合部の腐食状況を表５に記載した。
実施例４
日産１０ｔ／ｄの試験装置にて実施した。試験装置のプロセスフローは図３によった。
【００６１】
凝縮器には１０本のＵチューブがあり、このうち６本はインターナルボア溶接で、残りの４本は拡管および管端溶接にて管板に接合されていた。使用した管材料は、（Ａ）オーステナイト系（２５Ｃｒ−２２Ｎｉ−２Ｍｏ）と（Ｂ）二相系（２５Ｃｒ−７Ｎｉ−３Ｍｏ）のものが、それぞれ半分づつであった。
【００６２】
運転条件および物質収支を表４に示す。底部管板へのアンモニア供給量は１２ｋｇ／ｈであった。約１年の運転後、チューブバンドルを抜き出し、シェル側から接合部の状況を検査した。また、ボア溶接の管、拡管および管端溶接の管それぞれ一本づつを接合部にてカットし、欠陥の有無、腐食の状態をさらに詳細に検査した。その結果は、管Ａ，Ｂともに測定可能なほどの腐食、減肉は認められなかった。また管端溶接および拡管の管についても、管と管板の間の隙間腐食は認められなかった。結果を表５に示した。
【００６３】
【表４】
Figure 0004112056
比較例４
実施例４と同一の装置、運転条件にて実施した。ただし、底部管板へのアンモニア供給量は０ｋｇ／ｈであった。結果を表５に示す。運転条件および物質収支を表４に記載した。約１年の運転後の結果は、管Ａ，Ｂとも０．０３−０．０７ｍｍの減肉が認められた。また管端溶接および拡管の管についてはシェル側からの管と管板の隙間部に隙間腐食が認められた。結果を表５に示した。
【００６４】
比較例４の場合、測定された最大腐食速度の場合、２０年の寿命を達成するためには、溶接部の管肉厚を少なくとも必要計算肉厚プラス１．４ｍｍにする必要がある。また、管端溶接プラス拡管の場合は、隙間腐食は補修不可能なので、底部管板付近でのアンモニアによるカーバメート液の希釈が不可欠である。
【００６５】
【表５】
Figure 0004112056
【００６６】
【発明の効果】
本発明の改良された尿素の合成方法および装置は、以下に記載の効果を奏する。
（１）縦型あるいは横型に設置された凝縮器の管板と冷却管の接合部の腐食を防止しながら凝縮器の胴側でストリッパーからのアンモニアと二酸化炭素とを凝縮するとともに得られた凝縮液から尿素を合成し、この液を凝縮器から尿素合成管に供給してさらに尿素を合成するので、冷却管に不具合が生じない。
（２）凝縮器の管板と冷却管の接合部の腐食を防止しながら凝縮および尿素合成を行うため、冷却管に不具合が生じない。
（３）冷却管等に不具合は生じないため、従来、これに対処するために要していた再溶接等の修理に要する極めて多くの時間の消費ならびに費用とエネルギーの削減ができる。
（４）冷却管等に不具合は生じないため、それに伴って発生する運転の中断等がなくなり、かつ、安定した連続運転が可能となった。その結果、安定した生産量を容易に維持できる。
（５）冷却管等に不具合が生じないため、定期修理検査の手間が極めて削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す凝縮器Ｂの一部拡大模式図である。
【図２】縦型凝縮器を用いた本発明の一実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図３】縦型凝縮器を用いた本発明の別の実施形態を示すプロセスフロー図である。
【図４】横型凝縮器を用いた本発明のさらに別の実施形態を示すプロセスフロー図である。
【符号の説明】
Ａ 合成塔
Ｂ 凝縮器
Ｃ ストリッパー
Ｄ 熱交換器
Ｅ、Ｇ エジェクター
Ｆ スクラバー
Ｈ 気液分離器
１ 胴部
２ 管板
３ 冷却管
４ バッフルプレート
５ 導入管
６ 冷却水
７ 空間部
８、９ 間隙
３０ 仕切り板
３１ 第一のダウンパイプ
４０ 第二のダウンパイプ
５０ 凝縮液の流れ方向
４００ 邪魔板
１０〜２２ ライン

Claims (8)

  1. 尿素合成管においてアンモニアと二酸化炭素とを尿素合成温度および尿素合成圧力において反応させ、得られた尿素、未反応アンモニア、未反応二酸化炭素および水からなる尿素合成液をストリッパーにおいて原料二酸化炭素または原料アンモニアの少なくとも一部と接触させて、または接触させることなく、該尿素合成圧力にほぼ等しい圧力において加熱して該未反応アンモニアおよび該未反応二酸化炭素をアンモニア、二酸化炭素および水の混合ガスとして分離し、未分離の未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を含有する尿素合成液をさらに処理して尿素を得、一方、該ストリッパーにおいて分離された混合ガスを多管式冷却器を有する凝縮器に導入して吸収媒体と冷却下に接触させ、それによって該混合ガスを凝縮させ、こうして得られた凝縮液を尿素合成管に循環する尿素合成方法において、該凝縮器の冷却管と管板との接合部の、該凝縮液と接する部位を液体アンモニアまたはアンモニアに富む液体で覆って該部位の該凝縮液による腐食を防止することを特徴とする改良された尿素の合成方法。
  2. 管板と冷却管との接合部の該部位を、該管が微小の間隙を有して貫通するバッフルプレートをもって覆い、該管板と該バッフルプレートとの間の空間部に原料液体アンモニアの少なくとも一部を供給して該空間部で液体アンモニアまたはアンモニアに富む液体で占められるようにする請求項１に記載の方法。
  3. 該凝縮器を該尿素合成管の上方に設け、該凝縮液を、該凝縮器頂部と該尿素合成管の底部とを連結する配管を通して重力で流下させる請求項１または２に記載の方法。
  4. 該凝縮液を、原料液体アンモニアで駆動されるエジェクターにより昇圧して尿素合成管に循環する請求項１または２に記載の方法。
  5. アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成圧力および尿素合成温度において反応させるための尿素合成管、該尿素合成管からの尿素合成液を尿素合成圧力にほぼ等しい圧力において加熱して未反応アンモニアおよび二酸化炭素を分離するためのストリッパー、該ストリッパーからの未反応アンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体と接触させて凝縮させるため多管式冷却器を有する凝縮器、および該凝縮器で得られた凝縮液を尿素合成管の底部へ導入するための配管からなる尿素合成装置において、該多管式冷却器が、それの管板と冷却管との接合部の、腐食を防止すべき部位を覆い、かつ該冷却管がそれと微小な間隙を有して貫通するバッフルプレートを有し、該管板と該バッフルプレートとの間の空間部に液体アンモニアを供給するための導入口を有することを特徴とする尿素合成装置。
  6. 該ストリッパーが原料アンモニアまたは二酸化炭素の少くとも一部をストリッピン剤として供給するための導入口を底部に有する請求項５に記載の装置。
  7. 該凝縮器を該尿素合成管の上方に設け、該凝縮器から該尿素合成管への該配管が、該凝縮器から凝縮液を重力で該尿素合成管底部へ重力で流下させるためのものである請求項５または６に記載の装置。
  8. 該凝縮器から該尿素合成管へ該凝縮液を導入するための配管が、該凝縮液を昇圧するための、原料液体アンモニアで駆動されエジェクターを有する請求項５に記載の装置。
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