JPS58203956A - 尿素合成法の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアンモニアと二酸化炭素からの尿素合成におけ
る改良に関する。

アンモニアと二酸化炭素からの尿素合成の過程をバッチ
式の反応方式により調べてみると、例えば全アンモニア
と全二酸化炭素とのモル比が４、温度が２００℃におけ
る、反応時間と反応平衡圧との関係は次表のとおりに変
ってゆ＜、。

反応時間（分）　　　反応平衡圧（ａｔｍ）０　　　　
　　　　　　　　　　　　３１８１０　　　　　　　　
　　　　　　　　　　２７５２０　　　　　　　　　　
　　　　　　　２４５３０　　　　　　　　　　　　　
　　　　２２０４０　　　　　　　　　　　　　　　　
　１９８５０　　　　　　　　　　　　　　　　　１８
８６０　　　　　　　　　　　　　　　　　１８０尿素
合成反応は時間とともに進むのであるから、反応の初期
には、尿素はもちろん少なく、また尿素と同時に生成す
る水の量も少ない、一方、反応が充分に進むと尿素の量
も、水の量も増加するが、逆に圧力を生り合せる未反応
のアンモニウムカーバメートの量が減少する。上記のデ
ータから、反応の充分に進んだ段階で得られる尿素合成
液はアンモニアおよび二酸化炭素を吸収する余力がある
ことは明らかである。

（・わゆる溶液循環尿素合成法′おいては、分離された
未反応アンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収す
る際に、なるべく高℃・温度において吸収を行なうこと
が望ましい。吸収温度が高いほど、吸収熱を圧力の商い
スチームとして回収して有効に利用できるからである。

吸収工程において生成する高温の吸収液と被加熱プロセ
ス流体との間接熱交換により熱交換を行なう場合も同様
である。高温下の吸収は ｌ）吸収圧力を高くする ２）吸収媒体を多量に使用する ことことにより可能である。吸収圧力を高くする点につ
いては、プロセス内の最高圧力である尿素合成圧力にお
いて吸収を行なうことが一般的になりつ〜ある。一方、
吸収媒体を多量に用（・ることについては、吸収媒体と
して一般に用いられるのは低圧の回収系からの未反応ア
ンモニアおよび二酸化炭素を含む水溶液であるが、この
中で吸収能力をもつのは水である。吸収媒体の量を′増
加させることは水の量を増加させることになり、吸収温
度を筒くすることはできるが、尿素合成域の水の量が増
す結果、尿素合成率が低下することとなる。したがって
、尿素合成率への影響なしに吸収媒体を多量に用いるこ
とができれば、高温下の吸収工程が可能となり、より高
い温度レベルの熱を回収することができる。

本発明の目的は分離された未反応アンモニアおよび二酸
化炭素の吸収を高温下において行なうことができる尿素
合成法を提供することにある。

本発明の目的は次の尿素合成法により達成される。

アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成域において尿素合
成圧力および尿素合成温度におし・てて１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
び水を含有する尿素合成液を少くとも１段の分離工程に
付して未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素をガス
状混合物として分離し、分離されたガス状混合物の少な
くとも一部を吸収媒体に吸収して該尿素合成域に循環す
ることからなる尿素合成法にお（・て、該尿素合成液の
一部を、その中に含まれる尿素、未反応アンモニア、未
反応二酸化炭素または／および水の分離工程に付するこ
となく該吸収媒体として用いてのち該尿素合成域に循環
することを特徴とする尿素合成法の改良。

尿素合成反応の充分進行した段階で得られる尿素合成液
は、前述したようにアンモニアおよび二酸化炭素を吸収
することができるから、この尿素合成液の一部は、なん
らの処理を施こすことなく尿素合成液からガス状混合物
として分離された未反応アンモニアおよび二酸化炭素の
吸収媒体として用いることができる。吸収媒体とし、て
用いられ、ガス状混合物として分離された未反応アンモ
ニアおよび二酸化炭素を吸収した尿素合成液は尿素合成
域に循環される。この［」的に用（・られる尿素合成液
の量は生成尿素合成数の１０〜７０重量％が好ましい。

尿素合成域から抜き出される尿素合成液は尿素合成域出
口からのものを用いるのが最適である。しかし、かなら
ずしもこのようなものに限らず、予定尿素合成率の７０
％以上の合成率をもって生成された尿素合成液であれば
同様に使用し得る。このような尿素合成液は尿素合成域
の適当な箇所から抜き出すことができる、尿素合成域か
らの尿素合成液の中で、吸収媒体として用いられるもの
以外は公知の未反応分離工程において処理される。例え
ば、尿素合成圧と実質的に等しい圧力下での二酸化炭素
またはアンモニアによるストリッピングと、これに続く
１０〜３０ｋｇ／ｃＷＬ２Ｇの高圧分解および１〜５　
ｋｇ　／　ｃａ２Ｇの低圧分解である。あるいは尿素合
成液を３０〜１００ｋｇ／ｃｍ２Ｇ１１０〜３０ｋｇ／
ｃＩｎ２Ｇおよび１〜５ゆ／α２Ｇ　Ｋおける段階の分
解、または１０〜５０　ｋｇ　／　ｃｔｎ２Ｇの高圧分
解および１〜５　ｋｇ　／　ｃｒｎ２Ｇの低圧分解の２
段階分解に付するなと種々の未反応アンモニアおよび二
酸化炭素分離工程が用いられている。

このように分離された未反応アンモニアおよび二酸化炭
素からなるガス状混合物は、分離された際の圧力におい
て吸収媒体に吸収される。

尿素合成域を出た尿素合成液を尿素合成の初期段階に循
環するに先立って吸収媒体として用いられるのは、吸収
圧力が、好ましくは３０ｋｇ／ｃＩｎ２Ｇ以上の圧力で
行なわれる吸収工程においてで、１；）る。

従来の方法におけると同条件において吸収を行う場合、
吸収圧力が比較的高圧ないし尿素合成圧に等しい圧力で
あると吸収温度は５〜２゜“°Ｃ上昇する。この結果、
吸収熱は従来よりも１〜４ｋｇＺα２Ｇ高い圧力のスチ
ームとして回収される。すなわち、従来方法において２
〜６ゆ／ｃＩＲ２Ｇのスチームが回収されていたとすれ
ば３〜ｌｏ　ｋｇ／　ｃｍ２Ｇの圧力のスチームが本発
明方法により回収され、プロセスの他の部分で利用度が
大きくなる。さらに未反応アンモニアおよび二酸化炭素
を吸収媒体に吸引して得られた回収液の温度が高温とな
るから、この回収液が循環された尿素合成域では反応温
度が上昇し、反応速度が上昇する。吸収圧力は３０　ｋ
ｇ／　Ｃｌ１１２Ｇ以上であればいかなる圧力でもよい
が、最も好ましく・尿素合成圧の上下１０　ｋｇ　／　
ｃｍ２Ｇの範囲である。

はぼ尿素合成圧の吸収工程に尿素合成液を吸収媒体とし
て導入するための方法として好ましいのは、この吸収工
程に導入される他の吸収媒体、例えばより低圧の吸収工
程において得らＩＩだ吸収液を駆動流体とするエジェク
ターに尿素合成液を吸引させる方法である。

次に、本発明の一実施態様を添付図面を参照して説明す
る。以下に説明するのは尿素合成液中・の未反応アンモ
・ニアおよび二酸化炭素を分離する第１段階として、い
わゆるストリッピングを採用するプロセスであるが、本
発明はこれにのみ限定されるものではない。

圧力１３０〜２５０ｋＩＩ／ｃＩＩＬ２Ｇ、出口ｉ度１
７（１〜２１０℃で操作される尿素合成管ＩＫ、ライン
２１から予熱器６を経て６０〜ｌ　５０　’Ｃに予熱さ
れた液体アンモニアが、またライン３２がら未吸収のガ
スを含む回収液が温度１７０〜２２１１“′Ｃにおいて
導入される。尿素合成管内には気液接触を良好にするた
めのバッフルプレート７゜７′等が、数枚〜数十枚装置
されるのが好ましい。

この良好な気液接触と高温の回収液のために、尿素合成
反応は速かに起り、尿素生成反応に基づく吸熱は未吸収
アンモニアおよび二酸化炭素からのカーバメート生成に
よる発熱で補なわれて尿素合成管出口においては上記の
温度に達する１、尿素合成管の頂部では不活性ガス（メ
タン、−ｍ化炭素、水素、空気など）の分離が行なわれ
、分離された不活性ガスはライン２３を柱て、減圧弁１
２によって１５〜２５に９／ぼ２Ｇに減圧され、中圧吸
収塔５に導入される。生成した尿素、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の３０
〜９０ｇ量％はライン２２を触て尿素合成管と実質的に
同じ圧力のストリッパー２の頂部に導入される。ストリ
ッパーはその上部に、場合によっては２段または数段の
シープトレイが装着され、こ匁で尿素合成液中の遊離ア
ンモニアと二酸化炭素との比率が調整される。いずれの
場合も、尿素合成液はス）　ＩＪツバ−２内の薄膜式加
熱管を流下する際に、ライン３４より供給される１５〜
２５ｋｇ／ｃｍ２Ｇの高圧スチームにより加熱され、ラ
イン２４よりの１２０〜１６０℃の原料二酸化炭素によ
るストリッピング作用によって未反応アンモニアおよび
未反応二酸化炭素の４０〜９（〕車量％が原料二酸化炭
素との混合ガスとして分離される。

ストリッパー２の底部からはアンモニアおよび二酸化炭
素が５〜１５％になった尿素合成液が温度１５０〜１９
０℃において、ライン２６を経て排出され、減圧弁１１
によって１５〜２５ｋｇ／ｃｒｎ２Ｇに減圧されて中圧
分解塔４の頂部に導入される。中圧分解塔４においては
、ライン３５より供給される７〜１２ｋｇ／ｃｍ２Ｇの
スチーム加熱によって尿素合成液中のデンモニアおよび
二酸化炭素の大部分が混合ガスとして分離される。

中圧蒸留塔の底部からはアンモニアおよび二酸化炭素が
それぞれ数％以下となった１５０〜１８０゛Ｃの尿素浴
液がライン２８を経て減圧弁１５によって１〜５ｋｇ／
Ｃｍ２Ｇに減圧されて排出される。

この尿素溶液から慣用の低圧分解工程および仕」―げ工
程を柱て製品尿素が得られる。なお、尿素合成管におけ
る全アンモニアと全二酸化炭素とのモル比が約３．２以
下の場合には、中圧分解、Ｊ−程を省略することができ
る。

低比分解工程および仕上げ工程で分離されたアンモニア
と二酸化炭素との混合ガスは水、アンモニア水、尿素水
溶液など慣用の吸収媒体に吸収されて回収される。得ら
れた吸収液は昇圧され、ライン２９を経て、中圧蒸留塔
と実質的に同圧で操作される中圧吸収塔５に導入され、
ライン２７からのアンモニアと二酸化炭素との混合ガス
およびライン２３からの不活性ガス中のアンモニアおよ
び二酸化炭素を吸収する。この隙の吸収温度は８５〜１
２５°Ｃである。この吸収に際して発生する吸収熱は、
例えば仕上げ工程において濃縮さるべき尿素水溶液をラ
イン３６から冷却器中に導入し、昇温した尿素水溶液を
ライン３６ａから取り出すことによって除去される。吸
収されなかった不活性ガスは塔頂から排出され、減圧弁
１６を通って減圧されてノチ、ライン３７から放出され
る。

中圧吸収塔において得られた吸収液はポンプ１４により
尿素合成圧力より２０〜７０ｋｇ／ｃ−ｍ２商い圧力ま
で昇圧され、ライン３ｏを経てエジェクター１３の駆動
側に導入される。一方、エジェクターの吸引側には尿素
合成管の頂部からライン３１を経て尿素合成液が吸引さ
れる。吸引された尿素合成液は駆動流体であるライン３
゜からの吸収液と充分混合されてカーパン−＋１縮器３
の頂部に入り、−凝縮器内の凝縮管内面に沿って下降す
る間に、ライン２５がらのアンモニアと二酸化炭素との
混合ガスを吸収する。尿素合成管頂部からカーバメート
凝縮器へ循環される尿素合成液の菫は生成尿素合成液の
１０〜６０重量％が好ましい。混合ガスの吸収および凝
縮により発生する熱はライン３３から液体として導入さ
れ、４〜１０　ｋｇ／’ｃｒｎ２ａのスチームとして３
３ａから排出される水によって除去される。この際の除
熱量、すなわち発生スチーム量は尿素合成管頂部の温度
が予定値になるように調節される。したがって、カーバ
メート凝縮器３の流出物中には１０〜４０重量％の未吸
収ガスが存在する。吸収温度は従来の凝縮温度よりも５
〜２０℃高い１７５〜２２０℃に達する。

このようにして生成した尿素を含むアンモニウムカーバ
メート濃厚溶液（回収液）は凝縮器底部の出口から未吸
収のガスとともにライン３２から尿素合成管の底部に循
環される。なお、尿素合成液の一部をカーバメート凝縮
器３へ送る手段は、エジェクターによる以外にポンプに
よってもよ（・。しかし、尿素合成液の温度、腐食性な
どを考慮すると中圧吸収塔からの吸収液を駆動流体とす
るエジェクターによるのが好ましく・。

本発明によれば次の効果がもたらされる。

＋１１　　従来と同じ合成条件であるならば、尿素合成
率は上昇する。この結果、未反応アンモニアおよび二酸
化炭素の分離のためのスチーム消費社が減少する。

（２）予定合成率を従来と同じとするならば、尿素合成
管の容量を減少させることができる。

その結果、建設費の削減ないし原料送入のための動力が
節減される。

（３）混合ガスとして分離された未反応アンモニアおよ
び二酸化炭素の吸収をより高温で行なうことができる。

したがって、吸収熱をより高い温度レベルの熱として回
収し得る。

以下に実施例を示して本発明をさらに説明する。

実施例　１ 圧力１８０ｋｇ　７’ｃ＋１１’　Ｇ　、出口温度１９
２°Ｃで操作される尿素合成管の頂部において不活性ガ
ス（アンモニアおよび二酸化炭素ガスを随伴す心を分離
した尿素１．５１３　ｋｇ　／ｈｒ　％アンモニアｌ、
　６７９ｔｔｇ／ｈｒ％二酸化炭素５２８　ｋｇ　／ｈ
ｒおよび水８７１ｋｙ　／ｈｒからなる尿素合成液が二
つに分流され、その一方（尿素１＊　０５９　ｋｇ　／
ｈｒ　％アンモニアＬ　１７５ｋｙ　／ｈｒ　Ｘ二酸化
炭素３７０　、ｋｇ　／ｈｒおよび水６１０ｋｙ／ｈｒ
（が合成管内の下降管を通って実質的に尿素合成圧に等
しい圧力で操作されるストリッパーの頂部に導かれた。

まべ他方（尿素４５４ｋｇ　／ｈｒ　、アンモニア５０
４　ｋｇ／ｈｒ、二酸化炭素１５８　ｋｇ／ｈｒおよび
水２６１　ｋｇ／ｈ　ｒ　）は後述する中圧吸収塔にお
いて得られた吸収液を駆動流体として用いるエジヘクタ
ーに吸引される。

ストリッパーにおいて、尿素合成液はその上部に設けら
れた数段の棚段な下降する間にアンモニアと二酸化炭素
とのモル比が調製され、薄膜式の加熱管を流下しながら
ストリッパー底部から新たに導入される二酸化炭素６７
５に９／ｈｒによるストリッピング作用と２５ｋｇ／ｃ
ｌｎ２Ｇの温圧スチームによる加熱とによって未反応ア
ンモニアおよび二酸化炭素の一部が分離され、ストリッ
パー頂部からアンモニア９２５　ｋｇ／ｈ　ｒ、二酸化
炭素７８５　ｋｙ／ｈ　ｒおよび水９６に９／ｈｒの混
合ガスとして取り出され、カーバメート凝縮器の頂部に
導かれた。一方、底部からは尿素１．０５９ｋｇ／ｈｒ
、アンモニア２５０　ｋｇ／ｈ　ｒ、二酸化炭素２６０
ｋｇ／ｈｒおよび水５１４ｋｇ／ｈｒなる組成の、温度
１７８℃の尿素液が得られた。この尿素液は次に２０　
ｋｇ　／　ｃｍ２Ｇに減圧されて中圧蒸留塔にお℃・て
１７ｋｇ／α２Ｇのスチームによって加熱され、残留未
反応部が分離され、塔底から温度１５５℃の、尿素１．
０５９　ｋｇ／　ｈ　ｒ、アンモニア＋　６１　ｋｇ／
ｈ　ｒ、二酸化炭素ｓ　ｓ　ｋｇ／　ｈ　ｒおよび水４
９４に９／ｈ　ｒからなる尿素液が排出された。この尿
素合成液はさらに減圧されて新規の二酸化炭素１０２に
９／ｈ　ｒ　Ｋよる低圧分解工程、および仕上げ工程を
経て尿素１，０５９ｋｇ／ｈｒが得られた。

低圧分解工程および仕上げ工程において分離された未反
応アンモニアおよび二酸化炭素からなる混合ガスは水に
より吸収されてアンモニア１６１ｋｇ／ｈ　ｒ、二酸化
炭素１８７ｋｇ／ｈｒおよび水１６９ｋｐ／ｈｒからな
る温度５０℃の低圧吸収液が得られた。この低圧吸収液
は昇圧されて中圧蒸留塔と実質的に同じ圧力で操作され
る中圧吸収塔の底部に供給され、中圧蒸留塔からのアン
モニア８９Ｊ／ｈ　ｒ　、二酸化炭素１７４ｋｇ／ｈ　
ｒおよび水ｚｏｋｇ／ｈｒからなる混合ガス並びに尿素
合成管の頂部において尿素合成液から分離された不活性
ガスに随伴するアンモニア１０３　ｋｌｉ／ｈ　ｒおよ
び二酸化炭素２８ｋｇ／ｈｒおよび水８．１　ｋｇ／ｈ
ｒを吸収した。吸収温度は１０８℃であり、発生する吸
収熱は仕上げ工程における尿素水溶液の濃縮に利用され
た。不活性ガスは塔頂から排出された。

中圧吸収塔において生成した、アンモニア３５３　ｋｇ
／ｈ　ｒ、二酸化炭素４００ｋｇ／ｈ　ｒおよび水１９
７ｋｇ／ｈｒからなる吸収液は２４０　ｋｌｉｌ／ｃｒ
ｎ２Ｇに昇圧されてエジェクターの駆動側に導入され、
前述の尿素合成液の一部、すなわち尿素４５４ｋｇ　／
　ｈ　ｒ、アンモニア５０４ｋｌ？／ｈ　ｒ、二酸化炭
素１５９ｋｇ／ｈ　ｒおよび水２６１ｋｇ／ｈｒを吸引
する。

エジェクターから出た上記吸収液と尿素合成液との混合
物はカーバメート凝縮器の頂部に導入され、同時にスト
リッパーからの混合ガスの一部を吸収した。この際の発
熱はチューブ外面かう７ｋｇ／ｃｒｎ２Ｇのスチームの
発生により除去された。カーバメート凝縮器からのガス
相を合む回収液の温度は１８３℃であり、この温度は従
来の場合より高いので発生スチームの圧力も従来より２
　ｋｙ／ｃｍ２Ａ　＜出来た。カーバメート凝縮器底部
からの回収液は尿素４　ｓ　４ｋｇ／ｂ　ｒ、アンモニ
ア］、　７８１　ｋｇ／ｈ　ｒ、二酸化炭素１．３４３
１に９／ｈｒおよび水５６２ｋｇ／ｈｒがガス液混相で
尿素合成管底部へ循環された。

尿素合成管の底部には新規の液体アンモニア６００ｋｇ
／ｈ　ｒが７０°Ｃに予熱されて供給された。

カーバメート凝縮器からの循環流の温度が高くなったの
で、尿素合成管底部が従来より高温となるので、尿素合
成管底部から尿素合成反応が始まりこれら流体は多孔板
で仕切られた合成管内を上昇する間にアンモニア予熱器
（メートおよび尿素が生成し、出口温度は所定値の１９
２℃に達し、尿素合成反応はほぼ平衡値近（まで進行し
た。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施態様を示すフローシートである。 ｌ・・・尿素合成管 ２・・・ストリッパー ３・・・カーバメート凝縮器 ４・・・中圧蒸留塔 ５・・・中圧吸収塔 ６・・・アンモニア予熱器 １３・・・エジェクター 特許出願人 三井東圧化学株式会７− 東洋エンジニアリング株式金材 し

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成域において尿
   素合成圧力および尿素合成温度において％％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
   よび水を含有する尿素合成液を少くとも１段の分離工程
   に付して未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素をガ
   ス状混合物として分離し、分離されたガス状混合物の少
   なくとも一部を吸収媒体に吸収して該尿素合成域に循環
   することからなる尿素合成法において、該尿素合成液の
   一部を、その中に富まれる尿素、未反応アンモニア、未
   反応二酸化炭素または／および水の分離工程に付するこ
   となく該吸収媒体として用いることを特徴とする尿素合
   成法の改良。 ２　該分離工程が尿素合成圧と実質的に同じ圧力下に行
   なわれ、分離されたガス状混合物の吸収工程が該尿素合
   成液の１０〜７０重量％を吸収媒体として、尿素合成圧
   力と実質的に同じ圧力において行なわれる特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ３４　　該吸収媒体として用いられる該尿素合成液の一
   部が、該吸収工程に導入される他の吸収媒体を駆動媒体
   とするエジェクターに吸引されて供給される特許請求の
   範囲第１項に記載の方法。 Ｉ　該分離工程が二酸化炭素またはアンモニアによるス
   トリッピングにより行われる特許請求の範囲第１項記載
   の方法。 ５　該尿素合成液が予定尿素合成率の７０〜１００％に
   達したものである特許請求の範囲第１項記載の方法。