JPS5849537B2

JPS5849537B2 - 尿素の製造方法

Info

Publication number: JPS5849537B2
Application number: JP55034359A
Authority: JP
Inventors: 馨米原; 忠男井口
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1983-11-05
Also published as: JPS56131558A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は尿素合成における熱の回収利用法に関するもの
である。

詳し《は、装置防蝕用の少量の酸素の存在下、アンモニ
アと二酸化炭素を原料として尿素を合成する際の、反応
器から抜出された気相から熱を回収し利用する方法に関
するものである。

尿素合戒反応において、クロム・ニッケル鋼のようなス
テンレス鋼製の反応器を用い、装置の防蝕のために系内
に少量の酸素を存在させることが知られている。

酸素は、系内に均一に存在させることが望ましいので、
通常例えば空気のような不活性ガスとの混合ガスとして
系内に連続的に導入し、残ガスは、水蒸気、アンモニア
および二酸化炭素と混合した状態で、反応器から連続的
に抜出す。

この抜出した気相は、通常凝縮器により冷却し、アンモ
ニアおよび二酸化炭素を分離回収して反応系に戻し、酸
素を含む非凝縮性の残ガスはパージする。

アンモニアと二酸化炭素とは、水が在在すれば定量的に
反応してカルバミン酸アンモニウムを生成し、大きな反
応熱が発生することが知られており、上記気相を冷却す
るときは、水蒸気が凝縮し、凝縮水の存在下アンモニア
と二酸化炭素が反応してカルバミン酸アンモニウムが生
或するので、多量の反応熱が発生する。

本発明者らは、上記した気相から水蒸気、アンモニアお
よび二酸化炭素を分離する際の熱を有利に回収し、有効
に利用するべく鋭意検討を重ねた結果、反応器から抜出
した前記ガスを実質的に降圧することなく間接冷却する
ことによって降温させるときは、カルバミン酸アンモニ
ウムの生成熱および凝縮熱を、高い温度で回収すること
ができ、この回収した熱は、その温度および熱量から、
尿素合戒液から分離取得した尿素水溶液を濃縮するため
の熱源として好適であることを見出して本発明を完成し
た。

すなわち、本発明は尿素合成の際の熱を有効に利用し、
熱源費を節約することを目的とするものであり、この目
的は、装置防蝕用の酸素の存在下、アンモニアと二酸化
炭素を原料として尿素合成反応を行う尿素の製造法にお
いて、尿素合成反応器中に生或した尿素を含む液相な連
続的に抜出し、この液和から尿素水溶液を得るとともに
、該反応器の気相を、液体とは別個に連続的に反応器か
ら抜出し、抜出された気相を、実質的に降圧することな
《間接冷却に付して、気相中に含まれる水蒸気、アンモ
ニア、二酸化炭素の大部分を凝縮させて酸素を含む残ガ
スと分離し、且つこの間接冷却の受熱側に与えられる熱
を、前記の、液相から得られる尿素水溶液を濃縮するた
めの熱源として使用することによって達威される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明方法を実施するための反応器としては、反応中、
頂部に気相部を形成させることができるものであれば使
用できるが、通常、オーバーフロ一式の尿素合成液抜出
管、底部に原料導入管を有するものがあげられる。

このような反応器は、抜出シた尿素合成液中のカルバミ
ン酸アンモニウムをアンモ＝アおよび二酸化炭素に分解
して分離するストリツピング塔、およびストリッピング
塔で分離したアンモニアおよび二酸化炭素を吸収凝縮さ
せてカルバミン酸アンモニウムとして反応器に循環する
吸収凝縮器を付属していてもよい。

具体的には、例えば特公昭５１−１６９１号公報に記載
されているような反応器、または反応器とストリツピン
グ塔および吸収凝縮器の組合せなどがあげられる。

反応器の頂部には、凝縮器を接続する。

凝縮器としては、熱交換が可能なものであれば特に制限
はないが、通常、多管式またはコイル式の熱交換器が好
適である。

尿素合成の反応は、高温高圧下、例えば１７５〜２５０
℃、１２５〜３５０ｋｇ／ｃｄ程度で行い、ストリツピ
ング塔および吸収凝縮器が付属している場合は、それら
も同程度の圧力下で操作を行うのがよい。

反応器から抜出した尿素合成液は、尿素合成圧力より低
い圧力の低圧分離器に導いて、含有するカルバミン酸ア
ンモニウムをアンモニアおよび二酸化炭素に分解して分
離し、尿素水溶液を取得する。

また、上記ストリッピング塔を用いる場合は、尿素合成
液をストリツピング塔に導いてカルバミン酸アンモニウ
ムを分解分離後、低圧分離器に導いて残余のカルバミン
酸アンモニウムを分解分離して尿素水溶液を取得する。

装置防蝕用の酸素としては、酸素、空気または窒素のよ
うな不活性ガスで希釈した酸素などがあげられるが、通
常、空気で十分である。

これら酸素または酸素含有ガスは、単独でまたは原料二
酸化炭素と混合して反応装置に導入するが、反応器、吸
収凝縮器およびストリッピング塔を組合せて使用する場
合は、これらすべての容器内に酸素を存在させることが
望ましいことから、二酸化炭素と混合してストリッピン
グ塔に導入することが好ましい。

反応器に導入する酸素の量は、原料二酸化炭素に対して
０．０１〜３容量％、好ましくは０．１〜２容量％程度
である。

かくして尿素合成反応を行うときは、酸素は非凝縮性ガ
スであるために反応器頂部に集まるので、これを抜出す
が、該頂部には、水蒸気、アンモニアおよび二酸化炭素
も存在するので、抜出される気相はこれらの混合物であ
る。

本発明においては、上記抜出された気相を凝縮器におい
て、実質的に降圧させることなく間接冷却によって降温
させ、水蒸気、アンモニアおよび二酸化炭素をカルバミ
ン酸アンモニウム水溶液として反応器に戻し、酸素を含
む非凝縮性の残ガスをパージする。

凝縮器におげる降温の程度は、尿素合成反応温度に対し
て２０〜５０℃、好ましくは２５〜４５℃程度降温させ
るのがよい。

また凝縮器内の圧力は、凝縮器を反応器気相部と直続し
て、反応器の圧力と同等程度に保つのがよい。

本発明においては、上記凝縮器で間接冷却を行うことに
よって得た熱を、尿素水溶液の濃縮の熱源として使用す
る。

間接冷却の方式としては、熱媒を用いて凝縮器の熱を尿
素水溶液に伝える方式、あるいは、濃縮に供する尿素水
溶液を凝縮器の受熱側流体として直接導いて熱交換を行
う方式などを採用することができる。

か《して間接冷却を行うときは、通常、上記凝縮器から
尿素１トン当り５Ｘ１０４〜２×１０５Ｋｃａｌ
程度の熱を、１２０〜１４０℃程度の温度で取り出すこ
とができ、この熱は尿素１トン当り０．１〜０．４１−
ンの水を蒸発させる熱量に相当する。

以下、図によって本発明方法を説明する。

第１図および第２図は、それぞれ本発明を実施する装置
の一例を示す略図である。

第１図において、１は反応器、２はアンモニアホンプ、
３はアンモニア供給管、４はアンモニア導入管、５は二
酸化炭素圧縮機、６は二酸化炭素供給管、７は空気供給
管、８は空気含有二酸化炭素導入管、９は気相導出管、
１０は凝縮器、１１は残ガス導出管、１２は凝縮液導管
、１３は熱交換用チューブ、１４は尿素合或液オーバー
フロー管、１５は尿素合成溶液導管、１６は低圧分離器
、１７は尿素水溶液導管、１８は未反応アンモニア、水
蒸気および二酸化炭素導出管、１９は蒸発器、２０は熱
交換用チューブ、２１は濃厚尿素液導出管、２２は水導
出管を示す。

原料アンモニアは、供給管３からポンプ２に供給し昇圧
して導入管４を通して反応器１の底部へ導入する。

また、原料二酸化炭素は、供給管６から圧縮機５に供給
し昇圧して導入管８を通して反応器１の底部へ導入する
。

装置防蝕用の空気は、供給管７から圧縮機５に供給し、
二酸化炭素と混合して反応器１へ導入する。

反応器１においては、原料のアンモニアと二酸化炭素と
を反応させて、尿素とカルバミン酸アンモニウムを含有
する尿素合戒液を生威させ、尿素合戒液はオーバーフロ
ー管１４がらオーバーフローによって抜出す。

反応器１の頂部からは、水蒸気、空気、アンモニアおよ
び二酸化炭素からなる気相を、導出管９を通して凝縮器
１０に導く。

凝縮器１０は、反応器１内の圧力と同じ圧力に保ち、熱
交換用チューブ１３中を流れる熱媒によって冷却を行う
。

この冷却によって、気相中の水蒸気、アンモニアおよび
二酸化炭素は、凝縮しその大部分はカルバミン酸アンモ
ニウムとなる。

カルバミン酸アンモニウム、アンモニアおよび二酸化炭
素からなる凝縮液は、導管１２を通して反応器１の底部
に導入する。

上記冷却によって凝縮しなかった残ガスはバルブを通し
て導出管１１から抜出す。

反応器１０オーバーフロー管１４から抜き出した尿素合
戒液は、バルブを通して導管１５から、低圧分離器１６
に導入し、反応器１の圧力より低い圧力において、尿素
合戒液中のカルバミン酸アンモニウムをアンモニアおよ
び二酸化炭素に分解して導出管１８から導出し、尿素水
溶液を導管１７から抜出す。

尿素水溶液は、次いで濃縮器１９に導き、上記凝縮器１
０での熱交換によって昇温した熱媒を熱交換チューブ２
０に流すことによって加熱し、水を蒸発させて、濃厚尿
素液を導出管２１かも取り出す。

第２図において、３１は反応器、３２は、アンモニアポ
ンプ、３３はアンモニア供給管、３４はアンモニア導入
管、３５は二酸化炭素圧縮機、３６は二酸化炭素供給管
、３７は空気供給管、３８は空気含有二酸化炭素導入管
、３９は気相導出管、４０は凝縮器、４１は残ガス導出
管、４２は凝縮液導管、４３は熱交換用チューブ、４４
は尿素合成液オーバーフロー管、４５はストリッピング
塔、４６は尿素合威液導管、４１はアンモニアおよび二
酸化炭素導管、４８は吸収凝縮器、４９は吸収凝縮液導
管、５０は低圧分離器、５１は尿素水溶液導管、５２は
未反応アンモニアおよび二酸化炭素導管、５３は吸収器
、５４は回収液導管、５５は蒸発器、５６は熱交換用チ
ューブ、５７は濃厚尿素液導出管、５８は水導出管を示
す。

原料アンモニアは、供給管３３からポンプ３２に供給し
、昇圧して導入管３４を通して反応器３１の底部へ導入
する。

この原料アンモニアの導入は、上記反応器３１の底部と
、吸収凝縮器４８に分割して導入することもできる。

原料二酸化炭素は、供給管３６から圧縮機３５に供給し
昇圧して導入管３８からストリッピング塔４５の底部に
導入し、導管４７、吸収凝縮器４８および導管４９を経
て、反応器３１の底部へ導入する。

装置防蝕用空気は、供給管３７から圧縮機３５ニ供給し
、二酸化炭素と混合してストリッピング塔に導入し、二
酸化炭素と共に反応器３１に導入する。

反応器３１および凝縮器４０を運転する操作は、前記第
１図の説明における反応器１および凝縮器１０における
操作と同じである。

反応器３１から抜出した尿素合或溶液は、反応器３１内
の圧力と同じ圧力に保たれたストリッピング塔の上部に
導き、上記導入管３８から導入する二酸化炭素と向流接
触させ、尿素合或液中のカルバミン酸アンモニウムを、
アンモニアと二酸化炭素に分解し、導入した二酸化炭素
と共にガス状で導管４７を通して吸収凝縮器４８に導く
。

カルバミン酸アンモニウムを分離した尿素合或液は、バ
ルブを通して導管４６から抜出す。

吸収凝縮器４８には、上記導管４７からのアンモニアお
よび二酸化炭素と、導管５４からの低圧分離器５０およ
び吸収器５３で分離回収した回収液を導入し、アンモニ
アおよび二酸化炭素を回収液に吸収させながら凝縮させ
てカルバミン酸アンモニウムを生威させ、吸収凝縮液は
、導管４９を通して反応器３１の底部に導入する。

ストリツピング塔４５から抜き出された尿素合成液は、
導管４６から低圧分解器５０に導き、反応器３１におけ
る圧力より低い圧力において、尿素合成液中の残余のカ
ルバミン酸アンモニウムを分解し、アンモニアおよび二
酸化炭素として導出管５２から抜出し、尿素水溶液を導
管５１から抜出す。

導管５２から抜出されたアンモニアおよび二酸化炭素は
、回収器５３で水に吸収させ、回収液として導管５４を
通して吸収凝縮器４８に導く。

尿素水溶液の濃縮は、前記第１図の説明におけるそれと
同じである。

第１図および第２図においては、装置防蝕用の空気を原
料二酸化炭素と混合、昇圧して反応器１またはストリツ
ピング塔４５に導入する方法を示したが、空気の導入は
これに限られるものではなく、二酸化炭素と別に昇圧し
て導入することもできる。

また、凝縮器１０または４０からパージする非凝縮性ガ
スは、低圧分解器１６または５０に導入することによっ
て、該低圧分解器の防蝕に役立てることができる。

本発明方法によるときは、非凝縮性ガスをパージするた
めに、気相から水蒸気、アンモニアおよび二酸化炭素を
凝縮分離する際の熱を効率よく回収し、尿素水溶液の濃
縮の熱源として有効に利用することができ、尿素水溶液
の濃縮の熱源費を大巾に節約できるので、工業的に極め
て有利である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はその要旨をこえない限り以下の実施例に限定される
ものではない。

実施例１第２図に示した装置を用い、供給管３３，３６およ
び３７から、それぞれアンモニア１９２００ｋｇ／ｈ
ｒ、二酸化炭素２５０００ｋｇ／ｈｒおよ
び空気８００ｋｇ／ｈｒを供給しながら、反
応器３１の温度１８５℃、圧力１４０ｋ９／ｃｒ
ｉｉで尿素合成反応を行った。

凝縮器４０としては多管式の熱交換器を用い、反応器３
１の頂部から、アンモニア４０．８％、二酸化炭素３６
．６％、水１５．７％および空気７．０％からなる気相
１１４ｓｏｋｇ／ｈｒを導き、熱媒としてパ
イプ４３に１２０℃の水を導入して熱交換を行い、アン
モニアおよび二酸化炭素を凝縮させた。

凝縮液は、温度１５０℃でアンモニア５０．７％、二酸
化炭素４１、２％および水８．１％からなる濃厚力ルバ
ミン酸アンモニウム液であり、８０５０ｋｇ／ｈｒで
導管４２を通して反応器３１の底部に導入した。

導出管４１から抜出した残ガスは３４３０ｋｇ／ｈｒ
で、その組戒はアンモニア１７．５％、二酸化炭素２
５．７％、水３３．５％および空気２３．３％からなり
、アンモニアおよび二酸化炭素は、上記気相中のそれに
比べてそれぞれ約１／８および約１／５に減少していた
。

熱交換後の熱媒の水は１３５℃に昇温されていた。

反応器３１０オーバーフロー管４４から抜出した尿素お
よびカルバミン酸アンモニウムを含有する尿素合或溶液
は、ストリツピング塔４５に導き、導入管３８から導入
する空気含有二酸化炭素と向流接触させて、カルバミン
酸アンモニウムをアンモニアと二酸化炭素に分解して分
離し、次いで導管４６を通して低圧分離器に導いて、残
余のカルバミン酸アンモニウムを分解、分離し、７０％
尿素水溶液として導管５１を通して蒸発器５５に導入し
た。

蒸発器５５は多管式加熱器を有するものを用い、そのパ
イプ５６に前記凝縮器４０における熱交換によって１３
５゜Ｃに昇温された水を通して７０％尿素水溶液に熱を
与え、圧力０．５ｋｇ／ｃｍで濃縮を行った。

蒸発器５５へ導入した７０％尿素水溶液の量は４７
６００ｋｇ／ｈｒであり、得られた濃厚尿素
液の濃度は７６％で、回収利用した熱は約５６００ｋ
ｇ／ｈｒの蒸気に相当するものであった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明を実施する装置
の一例を示す略図である。１・・・・・・反応器、２・・・・・・アンモニアポン
プ、５・・・・・・二酸化炭素圧縮器、１０・・・・・
・凝縮器、１６・・・・・・低圧分離器、１９・・・・
・・蒸発器、３１・・・・・・反応器、３２・・・・・
・アンモニアポンプ、３５・・・・・・二酸化炭素圧縮
器、４０・・・・・・凝縮器、４５・・・・・・ストリ
ッピング塔、４８・・・・・・吸収凝縮器、５０・・・
・・・低圧分離器、５３・・・・・・吸収器、５５・・
・・・・濃縮器。

Claims

【特許請求の範囲】

１装置防蝕用の酸素の存在下、アンモニアと二酸化炭
素を原料として尿素合成反応を行う尿素の製造方法にお
いて、尿素合成反応器中に生成した尿素を含む液相を連
続的に抜出し、この液相から尿素水溶液を得るとともに
、該反応器の気相を、液相とは別個に連続的に反応器か
ら抜出し、抜出された気相を、実質的に降圧することな
《間接冷却に付して、気相中に含まれる水蒸気、アンモ
ニア、二酸化炭素の大部分を凝縮させて酸素を含む残ガ
スと分離し、且つこの間接冷却の受熱側に与えられる熱
を、前記の、液和から得られる尿素水溶液を濃縮するた
めの熱源として使用することを特徴とする尿素の製造方
法。