JP5753170B2 - 水溶液からアンモニア及び二酸化炭素を分離する方法 - Google Patents
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Description
2NH3+CO2⇔CO(NH2)2+H2O (A)
に従った直接合成に基づく。
NH3+CO2⇔(NH2)COONH4 (A’)
(NH2)COONH4⇔CO(NH2)2+H2O (A”)
で起きる。
アンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液を疎水性微孔質膜上での蒸留に供することで、残留水溶液と、アンモニア、二酸化炭素及び水を含むガス状透過流とを生成するためのユニットと、
アンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液の加熱手段と、を含む。
・希釈溶液においても高いアンモニア及び二酸化炭素分離効率。これは、界面が膜の細孔から成ることから、分離効率がキャリア流及び供給流のフロー条件の変動に伴って変化しないからである。
・流体間での分散現象がないことから、エマルションが生成されない。
・膜及びMC装置のケーシングに使用する特定のタイプの材料のおかげで、膜上蒸留に使用する装置の腐食現象が起きない。
・膜に接触する流体が異なる密度を有することを必要としない。
・膜蒸留工程のスケールアップ手順が簡略化される。これは処理対象である供給流の体積の増加が、モジュールの数(MC装置)における線形増加に対応しているからである。
・処理対象である又は処理済みの溶液の一部の、場合により尿素プラントに供給されたアンモニア及び二酸化炭素を含有するガス流における蒸発による移動がない。これによって、尿素プラントが、この工程に関係のない物質で汚染されない。
・摩耗又は考えられる破損を起こす可動性の機械部品がない。
・蒸留に必要な設備の嵩張りの減少。
図2は、最新技術による尿素製造のための工程の概略図である。図式化された工程の完全な理解にとって重要ではない、ポンプ、バルブ及びその他の装備品等の特定の機能は、上の図2に示していない。
尿素の合成工程を実施例1に記載のものと同じプラントで行い、アンモニア及び二酸化炭素を合成反応器を後にした流出液から回収するために、本発明の目的である工程を適用した。特に記載がない場合、工程の動作条件は、実施例1に記載のものと同じである。
尿素の合成工程を実施例1に記載のものと同じプラントで行い、アンモニア及び二酸化炭素を中圧凝縮器を後にした再循環流から回収するために、本発明の目的である方法を適用した。特に記載がない場合、工程の動作条件は、実施例1に記載のものと同じである。
本発明の態様として、例えば、以下のものがある。
1.尿素合成工程において、アンモニア及び二酸化炭素を、場合によりこれらの凝縮物を含むこれらの水溶液から同時に回収する方法であって、
疎水性微孔質膜上での、アンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液の蒸留フェーズを含み、前記蒸留を、温度50〜250℃及び圧力50KPa〜20MPa(絶対)で行い、場合により尿素を含む残留水溶液と、アンモニア、二酸化炭素及び水を含む透過ガス流とを生成することを特徴とする、方法。
2.蒸留に供される前記水溶液が、尿素製造工程に由来する再循環溶液、又は尿素合成反応器から由来する流出液である、上記1に記載の方法。
3.蒸留に供される前記水溶液が、20〜70質量%のアンモニア、10〜60質量%の二酸化炭素及び10〜70質量%の水を含む、上記1又は2に記載の方法。
4.蒸留に供される前記水溶液が、0〜60質量%の尿素もまた含む、上記1〜3のいずれか1項に記載の方法。
5.前記蒸留が、温度80〜220℃、より好ましくは110〜190℃、好ましくは圧力が0.15〜18MPa(絶対)、より好ましくは0.5〜16MPa(絶対)で行われる、上記1〜4のいずれか1項に記載の方法。
6.前記溶液が、5〜40質量%のアンモニア、2.5〜20質量%の二酸化炭素及び10〜60質量%の尿素を含む場合、前記蒸留は、温度100〜220℃及び圧力10〜18MPaで行われる、上記1〜5のいずれか1項に記載の方法。
7.前記溶液が尿素を含有せず且つ5〜70質量%のアンモニア及び2.5〜30質量%の二酸化炭素を含む場合、前記蒸留は、温度60〜200℃及び圧力1〜10MPaで行われる、上記1〜5のいずれか1項に記載の方法。
8.蒸留に供される前記水溶液が、マイクロ波の照射によって加熱される、上記1〜7のいずれか1項に記載の方法。
9.水溶液への前記照射は、前記水溶液の温度が前記水溶液の流れの方向に沿って上昇するように行われる、上記8に記載の方法。
10.前記水溶液が、膜材料と90°以上、好ましくは120°より大きい接触角を形成する、上記1〜9のいずれか1項に記載の方法。
11.前記透過ガス流が、同尿素製造工程内で再循環させられる、上記1〜10のいずれか1項に記載の方法。
12.前記蒸留が、追加のキャリア流、好ましくはCO 2 及び/又はNH 3 の流れの存在下で行われる、上記1〜11のいずれか1項に記載の方法。
13.上記1〜12のいずれか1項に記載の方法を実施するための装置であって、
アンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液を疎水性微孔質膜上での蒸留に供することで、残留水溶液と、アンモニア、二酸化炭素及び水を含む透過ガス流とを生成するためのユニットと、
アンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液の加熱手段とを含むことを特徴とする装置。
14.疎水性微孔質膜上での蒸留に供される水溶液の前記加熱手段が、マイクロ波を発生させるための1種以上の装置を含む、上記13に記載の装置。
15.前記蒸留ユニットが、異なる温度及び圧力条件下で動作し得る2種以上のセクションを含むことを特徴とする、上記13又は14に記載の装置。
16.尿素製造プロセスであって、
アンモニア及び二酸化炭素を、場合によりこれらの凝縮物を含むこれらの水溶液から、疎水性微孔質膜上でのアンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液の蒸留によって同時に回収する工程を含み、残留水溶液と、アンモニア、二酸化炭素及び水を含む透過ガス流とが生成されることを特徴とする、尿素製造プロセス。
Claims (7)
- 尿素合成工程において、アンモニア及び二酸化炭素を、場合によりこれらの凝縮物を含むアンモニア及び二酸化炭素の水溶液から同時に回収する方法であって、
疎水性微孔質膜上での、アンモニア、二酸化炭素及びこれらの塩類化合物又は凝縮物を含む水溶液の蒸留フェーズを含み、蒸留に供される前記水溶液が、尿素製造工程に由来する再循環溶液、又は尿素合成反応器から由来する流出液であり、かつ20〜70質量%のアンモニア、10〜60質量%の二酸化炭素及び10〜70質量%の水を含み、
前記蒸留を、温度80〜220℃及び圧力0.5〜20MPa(絶対)で行い、場合により尿素を含む残留水溶液と、アンモニア、二酸化炭素及び水を含む透過ガス流とを生成することを特徴とする、方法。 - 前記蒸留が、温度110〜190℃、圧力が0.5〜16MPa(絶対)で行われる、請求項1に記載の方法。
- 蒸留に供される前記水溶液が、マイクロ波の照射によって加熱される、請求項1又は2に記載の方法。
- 水溶液への前記照射は、前記水溶液の温度が前記水溶液の流れの方向に沿って上昇するように行われる、請求項3に記載の方法。
- 前記透過ガス流が、同尿素製造工程内で再循環させられる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記蒸留フェーズが、アンモニア、二酸化炭素及び水蒸気を含有する第1ガス流(6)と、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含有する尿素の水溶液(7)とを生成し、前記第1ガス流は、高圧凝縮器/分離器(C1)に送られ、かつ前記尿素の水溶液は、後続の、分解器(D2)におけるカルバメートの分解ステップに送られ、アンモニア、二酸化炭素及び水蒸気を含有する第2ガス流(9)が分離され、前記第2ガス流は、中圧凝縮器/吸収器(C2)に送られる、請求項1に記載の方法。
- 前記高圧凝縮器/分離器(C1)において前記第1ガス流の非凝縮画分(8)が分離され、前記分解器(D2)に送られ、前記非凝縮画分はアンモニア及び二酸化炭素からなり、実質的に水を含有しない、請求項6に記載の方法。
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