JPS5913892B2 - 平衡反応を利用する合成プラントの後処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 尿素プラント及び硝酸アンモニウム・プラントでは、合
成反応が完結するのではなく平衡状態に２５達し、製品
の蒸発性が原材料と比較して低く、粗製品を蒸発器及び
固化工程に送つて最終製品とする合成プラントのなかで
も重要な二つの実例である。

この種の従来法の後処理工程の目的は、比較的高純度の
製品を製造し、溶剤及び未反応の出発３０物質を回収し
、流出流の汚染を減少することである。尿素プラントの
場合には、単一又は複数の蒸発工程からの気体状のオー
バーヘッド流は、かなりの量の随伴尿素を含有し、この
随伴尿素は除去さ３５れな、・ときには最終的にはオー
バーヘッド流から凝縮物の形で蓄積される。

尿素は必ず加水分解される（ＮＨ３及びＣＯ２に転化さ
れる）から、尿素の存在は厄介である。加水分解生成物
は凝縮物中の水から分離され、凝縮物から分離された未
反応の出発物質とともに、反応器に戻されて尿素に再転
化される。上記の諸工程は、凝縮物を流出流として取り
出すために充分な純度にするとともに材料物質の有効利
用をはかるために必要な工程である。同様に、硝酸アン
モニウム・プラントにおいても、単一又は複数の蒸発器
工程からの気体状のオーバーヘツド流は随伴する硝酸ア
ンモニウムを含有し、この硝酸アンモニウムは排出に先
立つて除去しなければならない。

従来技術の尿素プラントにおいては、遠心型若しくは衝
突型の翼つき分離器又は同様の作用を行なう装置を使用
して、蒸発器のオーバーヘツド流中の随伴尿素レベルを
低下させているが、この種の装置でも凝縮物中に好まし
くない程度の高濃度の尿素が残る。

従つて、装備し作動させなければならない大規模の凝縮
物処理装置が必要となるので、プラントの投下コスト及
び操業コストが増大する。更に、既に形成された凝縮物
中の尿素が加水分解されて出発物質に戻り再び尿素に再
合成されるわけであるから、効率の低下を招きプラント
の能力を低下させる。このように合成区画の能力の一部
分は原材料の上記の還流に用いられ、有用な製品の製造
には利用されなぃ。本発明によれば、後処理プロセス並
びに製品蒸発器工程からの気体状オーバーヘツド流を非
凝縮物と抜き出し凝縮物とに分離する後処理方法及び装
置を導入することによつて、尿素，硝酸アンモニウム及
び同様の製造方法並びにプラントを改良することができ
る。

凝縮物は次いで気体状のオーバーヘツド流と接触して、
両者間で質量交換及び熱交換され、蒸発器からの濃縮物
とともに固化工程に送られてそこで処理される。これら
の工程は連続して行なう。製品蒸発器工程からの気体状
オーバーヘツド流は、随伴する比較的非蒸発性の製品と
、一種又はそれ以上の比較的蒸発性の高い出発物質と、
蒸発した溶剤と、通常はＨ２０とを含有する。

尿素製造プロセスの場合には、随伴する尿素と、ＮＨ３
と、Ｃ０２と、Ｈ２０とを含有する。硝酸アンモニウム
製造プロセスの場合には、随伴する硝酸アンモニウムと
、ＮＨ３とＨ２０とを含有する。気体状のオーバーヘツ
ド流から抜き出される凝縮物は、比較的非蒸発性の製品
と、一種又はそれ以上の比較的蒸発性の高い出発物質と
を含有する。

尿素製造プロセスの場合には、尿素と、ＣＯ２と、ＮＨ
３とを含有する。硝酸アンモニウム製造プロセスの場合
には、硝酸アンモニウムとＮＨ３とを含有する。オーバ
ーヘツド流と凝縮物流とが接触して、両者間で質量交換
及び熱交換が行なわれる条件は、実質的な量の溶剤がオ
ーバーヘツド流から凝縮物流に移行しなぃ条件である。

接触工程においては、以下の質量交換及び熱交換反応が
行なわれる、即ち（１）蒸発器オーバーヘツド流中に随
伴する製品（例えば尿素又は硝酸アンモニウム）の濃度
が低くなり、これに応じて凝縮物中の製品の濃度が高く
なる。

（ｉｉ）オーバーヘツド流の温度が低下し（ただし、実
質的量の溶剤がオーバーヘツド流から凝縮する温度には
ならない）、熱が凝縮流に与えられる。

０［１）出発物質（例えば尿素製造プロセスではＮＨ３
及びＣＯ２，硝酸アンモニウム製造プロセスの場合はＮ
Ｈ３）が凝縮物流からオーバーヘツド流に吸収され、オ
ーバーヘツド流から凝縮物流に与えられる熱がこの反応
を推進する。

即ち、凝縮物中に含まれる未反応物質は、オーバーヘツ
ド流からの熱により除去される。従つて、気体状のオー
バーヘツド流は、本発明を実施しない場合よりは、製品
が減少し出発物質に富むことになる。

この事実が、従来から実地に行なわれているものと比較
して好ましい幾つかの結果をもたらす。又、これは製品
中に含まれる最初に形成される抜き取り凝縮物が減少す
ることをも意味する。本発明に含まれる質量交換・熱交
換工程に凝縮物ができる限り還流されなければ、凝縮物
中の製品が減少するということは、プロセス全体の凝縮
物処理工程中でよりわずかの製品しか出発物質に再転化
され凝縮物から抜き取る必要がなく、或いは何らかの他
の理由で凝縮物からよりわずかしか製品を除去する必要
がなくなることを意味する。

更に、凝縮物処理区画から抜き取られて本発明に含まれ
る工程に凝縮物の一部分を分流させる結果、凝縮物処理
区画中で処理すべき凝縮物の容積が減少する。必要な凝
縮物処理容量が減少することは、製造プロセスの凝縮物
処理工程における設備及び操業費用の節約につながる。
凝縮物処理工程の蒸気消費量が減少する。更に、凝縮物
中の製品が凝縮物処理工程で出発物質に再転化され斯く
して生成した出発物質が合成工程に再循環されるプロセ
ス（例えば従来法による尿素プラントの場合）において
、本発明によつて達成される凝縮物中の製品濃度の減少
は、最終的には破壊されて再循環される製品の製造につ
かわれる合成区画の能力が少なくてすむことを意味する
。

上記の仕事から解放された製造能力は販売できる製品の
製造に利用することができ、これが本発明によつて得ら
れる最も重要な利点である。従つて、５％又はそれ以上
の製造能貨の増大が可能になる。最後に特記しておかね
ばならないことは、凝縮物処理工程に供給される凝縮物
中の製品濃度の減少によつて、凝縮物処理上の問題が極
めて簡単になり、従来技術による凝縮物処理法によつて
も補給ボイラーに供給する水としても充分に使用できる
品質の流出流を得ることができるようになる。

従つて、所望する場合には、処理済の凝縮物全体をプラ
ントからの流出流として放出してしまうこともできる。
上に述べたように、接触による質量交換・熱交換工程後
の凝縮物流は比較的製品に富み、出発物質が少ない。

従つて、この凝縮物流は全プロセスの固化工程へ供給す
るに適した供給原料を形成し、本発明によれば、供給工
程に送られる主要な供給物である単一又は複数の蒸発器
工程からの底部流とともに固化工程に供給されてそこで
処理される。本発明を実施した場合における凝縮物流の
流路は、カラムのオーバーヘツド流がカラムの頂部に再
導入されカラムの頂部付近で蒸気流と質量交換・熱交換
接触することが明らかである。一般に行なわれる還流装
置とは、きわだつて異なつている。しかしながら、上記
の如き還流装置の場合には、再導入された凝縮物は別個
に固定できる流れではなく、凝縮物を構成する構成成分
はそれらの性質上カラムの頂部流、底部流及び側部流（
若し存在する場合には）と合流する。これに対して、本
発明の場合には、凝縮物流は質量交換・熱交換反応の前
、反応中及び反応後において別個の流れの形で保持され
る。質量交換・熱交換工程後においては富化された凝縮
物流は連続的に抜き取られて固化工程に供給されるから
、蒸発器オーバーヘツド流に随伴しないよう除去され凝
縮物流中に入つた製品は、二度と再びオーバーヘツド流
に随伴される機会はなぃ。ある種のプラント、特に尿素
プラントの場合には、蒸発器工程が２工程に分割され、
合成工程の流出流は固化工程に送られる前に連続的に前
記の２工程に供給される。

このように配置されたプラントにおいては、本発明の質
量交換・熱交換反応に使用される凝縮物流は以下の２成
分から成ることが好ましい。即ち、（１）製品含有率が
極めて高い第２工程の蒸発器オーバーヘツドに用いる第
一凝縮器からの凝縮物と、（ｉｉ）それ自体が幾つかの
流出源を持つ凝縮物収集装置からの凝縮物との２成分か
ら成ることが好ましい。これらの２成分を合体させ、第
一蒸発器工程からの気体状オーバーヘツド流とともに熱
交換・質量交換関係におく。典型的な尿素プラントの場
合には、流れは重量基準で９５％にも達する極めて高い
随伴尿素レベルを有する。機械的なレイアウトとしては
、本発明の質量交換・熱交換工程を蒸発器の分離器区画
（上部）で行なうよう設備配置するのが好ましい。

種々の型の質量交換・熱交換装置を使用することができ
るけれども、圧力降下特性が低いので泡鍾トレー（ｂｕ
ｂｂｌｅ ｃａｐ ｔｒａｙ）を用いるのが好ましい。
又、随伴する製品の幾分かを落としてトレーにかかる負
荷を減ずるために、泡鍾トレーの下方に邪魔板を取りつ
けるのが好ましい。詰まりが最小限度になるように、邪
魔板の設計には注意を払う必要がある。本発明の質量交
換・熱交換工程に供給される蒸発器オーバーヘツド流は
、尿素プラントの場合、最初は約１２６．７℃（２６０
′Ｆ）に過熱する。

トレーその他の交換装置を通過するときに、オーバーヘ
ツド流は約５５．６℃（１００′Ｆ）の温度を失うが、
プラント全体について考えた場合の溶剤の不都合な分布
又は不均衡を防ぐためには、比較的少量の溶剤凝縮しか
許さないことが好ましい。オーバーヘツド流中の温度降
下によつて倹知できる熱は、凝縮物から出発物質を脱着
する推進力となる。上述の如く、凝縮物処理区画から最
終的に得られる処理済の凝縮物は、補給用のボイラー供
給水として役立つに充分な品質のものである。

又、米国特許第３９８５５２３号明細書に開示されその
特許請求の範囲に記載されている肥料プラントの汚染制
御工程に用いるに充分な品質のものでもある。上述した
ところからわかるように、投下費用及び操業費用の増大
を伴なわずに製造能力を大きく増大させることができる
尿素，硝酸アンモニウム及び同様の製品製造プラントで
用いる後処理方法を提供することが本発明の第一の目的
である。本発明のもうーつの目的は、前記の如きプラン
トで利用する後処埋方法であつて、プラント内部で使用
できる最終処理済凝縮物を得て、この凝縮物を流出流と
して放出できるような方法を提供することである。本発
明の更に別の目的は、従来技術によるプラントと比較し
た場合、処理しなければならない凝縮物の量を減少でき
る後処理方法を提供することである。

本発明の更にもうーつの目的は、従来技術によるプラン
トと比較した場合、凝縮物処理のために必要な流れの量
を減少できる後処理方法を提供することである。

関連する目的としては、従来技術によるプラントと比較
した場合、凝縮物処理中に出発物質に再転化されざるを
得ない製品の量を減少することである。

上述の目的及び目標並びに本発明によつて達成できるそ
の他の目的及び目標は、添附の図面を参照しつつ、以下
の詳細な説明を考慮することにより極めてよく理解する
ことができる。

第１図において、本発明による方法及び装置は、他の点
では公知の尿素製造プロセス及びプラントに応用されて
ぃる。

この尿素プラントの主要な構成要素は、尿素合成区画即
ち工程１０と、蒸発器区画１１と、尿素固化区画１２と
、凝縮物形成区画１３と、凝縮物収集区画１４と、凝縮
物処理区画１５とから成る。

勿論、尿素ブラントは図示した各区画以外の設備及び区
画を含むものであるけれども、本発明の理解を得るに利
益のあるのは図示した部分である。尿素合成区画１０に
おいては、アンモニア及び炭酸ガスが反応して尿素を生
成する。反応は完結するわけではなく或る平衡に達する
のであるから、流路１６を介して合成区画１０を離れる
製品流は未反応の出発物質（ＮＨ３及びＣＯ２）並びに
尿素及び溶剤（Ｈ２０）とを含有する。製品流は、流路
１６を介して蒸発器区画１１に送られる。

第１図に示すプラントの場合には、蒸発器区画１１は二
つの蒸発工程１８及び１９を有し、製品流は流路１６，
２０及び２１によつてこれらの工程に順次に供給される
。製品流が蒸発器区画１１を通過し製品流からＮＨ３，
ＣＯ２及びＨ２０が抜き取られるにつれて、尿素は次第
に濃縮される。濃縮された尿素は流路２１を介して蒸発
器区画１１から尿素固化区画１２に送られ、そこで何れ
も公知の小粒形成法（ｐｒｉｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）
又は顆粒化法（ｇｒａｎｕ１ａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ）
のどちらかによつて固体に変換される。

必要な場合には尿素を第一段蒸発器工程１８に戻入する
還流流路３６が設けられてぃる。第一段蒸発器工程１８
及び第二段蒸発器工程１９はどちらもオーバーヘツド流
を持ち、これらのオーバーヘツド流は夫々流路２２及び
２３を介して凝縮物形成区画１３に送られる。

第１図からわかるように、凝縮物形成区画１３は、その
ーつを符号２５で示す一列に並んだ水蒸気導入器と、幾
つかを符号２９及び３０で示す一列に並んだ凝縮器と、
設備を組織的に構成している接続配管部とから成り、凝
縮物形成区画１３に入つた各流入流は少なくとも２段階
の凝縮が行なわれる。

配管部は、凝縮物収集流路３３を有し、この収集流路に
各凝縮器からの凝縮物が集められて凝縮物収集区画１４
に送られる。凝縮物形成区画の正確な配置は、本発明の
実施上制約的なものではない。凝縮物は流路３４を介し
て凝縮物収集区画１４から凝縮物処理区画１５に供給さ
れる。

凝縮物処理区画１５におぃては、凝縮物から更にＮＨ３
及びＣ０２を奪い去り尿素を加水分解してＮＨ３とＣＯ
２にするために水蒸気が供給されている。ＮＨ３及びＣ
Ｏ２は合成区画１０に再循環される。処理された凝縮物
はボイラーへの供給水として使用するか、例えば米国特
許第３９８５５２３号明細書に開示されているような汚
染制御装置に送るか、流路３５を介して尿素固化区画に
再循環させるか、或いは二種又はそれ以上の前記の如き
使用のために分割される。処理された凝縮物の移動は、
プラントの条件及び要求に従つて変えることができる。
以上に述べた以外の点では、第１図に示した装置は従来
通りである。本発明によれば、ポンプ３７が凝縮物収集
区画内の凝縮物の少なくとも一部分を流路３８に送る。

同様に、ポンプ４０が凝縮器３０（第二段の蒸発器の第
一段凝縮器）の内部で形成された凝縮物を流路３９に送
る。これらの流れはどちらも尿素と、ＮＨ３と、Ｃ０２
とを含有している。流路３８及び３９は合流して流路４
１となり、流路４１が合流した流れを第一段蒸発器１８
の上部に送る。第一段蒸発器１８の上部即ち分離区画に
は邪魔板４２が取りつけられており、この邪魔板が蒸発
器を通つて上向きに流れる気体状のオーバーヘツド流を
さえぎる。この邪魔板４２は、オーバーヘツド流中の尿
素の一部分を落とす即ち随伴している状態から離す役割
りを果たす。この邪魔板は充分に開放された形であるか
ら、詰まることはない。邪魔板４２の上方位置で、同様
に蒸発器を通つて上向きに流れる気体状のオーバーへツ
ド流をさえぎる位置に泡鍾トレ−４３が取りつけられて
いる。泡鍾トレーの形は特に制限的なものではないが、
上向きのガス流に僅かだけの圧力降下をもたらす形状及
び配置のものでなければならない。流路４１が合流した
凝縮物を泡鍾トレ−４３に送る。凝縮物はトレーを横切
つて流れて、上述したようにして上述した効果が奏せら
れるように、泡鍾を通つて上向きに流れる気体状のオー
バーヘツド流と接触して、質量交換・熱交換を行う。尿
素に富みＮＨ３及びＣＯ２が貧化した凝縮物はトレ−４
３から流路４４を介して抜き取られ、一方尿素が減少し
ＮＨ３とＣＯ２に富んだオーバーヘツド流は蒸発器１８
を離れて、流路２２を通つて凝縮物形成区画１３に入る
。流路４４にあるポンプ４５が、尿素富化凝縮物を固化
区画１２に送る。

第２図は、他の点では従来技術による硝酸アンモニウム
製造プロセス及び装置に本発明を応用した場合を示す図
である。

第２図に示す硝酸アンモニウム・プラントの主要な構成
要素は、硝酸プラント５０と、中和区画５２と、第一蒸
発区画５５と、第二蒸発区画５７と、固化区画５９と、
凝縮物形成区画６２とである。

硝酸アンモニウム・プラントは他の設備及び区画を含む
ものであるが、幾分か単純化した概略図である第２図に
示す構成要素が、本発明の理解を得る上で利益のあるも
のである。アンモニア，空気及び水が硝酸プラント５０
で反応して硝酸を生成し、これが流路５１を通つて中和
区画５２に送られる。

そこで、硝酸がアンモニアと反応して硝酸アンモニウム
を生成する。流路５３を通つて中和区画即ち合成区画５
２を離れる製品流は、未反応のＮＨ３並びに硝酸アンモ
ニウムを含有している。製品流は流路５３を通つて第一
蒸発器区画５５に供給され、中和区画からのオーバーヘ
ツド流は流路５４を通つて凝縮物形成区画６２に送られ
る。

オーバーヘツド流は、未反応のＮＨ３と随伴する硝酸ア
ンモニヴムとを含有する。真空型の蒸発器区画５５にお
いては、Ｈ２０及び未反応のＮＨ３を除去することによ
つて硝酸アンモニウムが濃縮される。

流路７４を通つて蒸発器区画５５を離れるオーバーヘツ
ド流は、硝酸アンモニウムに富むとともに、ＮＨ３及び
Ｈ２０にも富むものになつている。流路７４がこのオー
バーヘツド流を凝縮物形成区画に送る。蒸発器区画５５
からの濃縮硝酸アンモニウムは、流路５６を通つて、空
気押流型の第二蒸発器区域５７に供給される。

そこで、更に濃縮されて流路５８を介して固化区画５９
に送られて、硝酸アンモニウムは顆粒又は小粒に形成さ
れ、この粒が流路６１を介して取り出される。空気押流
蒸発器５ｒ及び固化区画５９はどちらもオーバーヘツド
流を持ち、これらのオーバーヘツド流は流路６０を介し
て汚染制御設備に送られる。凝縮物形成区画６２は、一
連の凝縮器６３，６５，６６及び６７と、水蒸気導入器
６４と、これらを相互に接続して中和区画５２及び真空
蒸発器５５からのオーバーヘツド流から凝縮可能な成分
を分離する配管部とから成る。

凝縮物形成区画の細部の配置は、本発明の実施に際して
制限的なものではない。以上に述べた点以外の点では、
第２図の設備は従来通りである。

本発明によれば、凝縮物形成区画からの凝縮物は、合流
して流路７０となる流路６８及び６９を介して、第一蒸
発器区画５５に供給される。

これらの流路内の凝縮物は、硝酸アンモニウム及びＮＨ
３を含有する。蒸発器５５の内部の所定位置に邪魔板７
１が取りつけられ、蒸発器からの気体状のオーバーヘツ
ド流中に随伴する硝酸アンモニウムを払い落す。

邪魔板の上方には、泡鍾トレ−７２が取りつけられてぃ
て、流路７０からの凝縮物を受け取る。トレ−７２を横
切つて流れる凝縮物は、上述のように泡鍾トレーを通つ
て上向きに流れる気体状のオーバーヘツド流との質量交
換・熱交換反応に入る。硝酸アンモニウムに富みＮＨ３
を奪われた凝縮物は、流路７３を通つてトレ−７２から
抜き取られて、硝酸アンモニウム固化区画５９に供給さ
れる。本発明の変形例を第２図中に破線７５及び７６で
示す。変形された本発明によれば、更にもうーつの泡鍾
トレーが用いられている。

このトレーは、中和区画５２の反応器分離部形成部分に
位置している。ニ凝縮物形成区画６２からの凝縮物は、
流路７５を介して、中和区画の反応器分離部にある泡鍾
トレーに供給される。反応器分離部５４からの気体状オ
ーバーヘツド流中に随伴する硝酸アンモニウムは、泡鍾
トレー上に払い落とされる。斯くして、凝縮器６６によ
つて発生した凝縮物は、硝酸プラントに供給する水とし
てより適したものとなる。硝酸アンモニウムが富化した
凝縮物は、泡鍾トレーから抜き取られ、流路７６を通つ
て、流路７３内の流れと合流して、硝酸アンモニウム固
化区画５９に送られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を取り入れた尿素製造プロセス及び装
置の概略説明図である。 第２図は、本発明を取り入れた硝酸アンモニウム製造プ
ロセス及び装置の概略説明図である。第１図中、１０は
尿素合成区画、１１は蒸発器区画、１２は尿素固化区画
、１３は凝縮物形成区画、１４は凝縮物収集区画、１５
は凝縮物処理区画、１８は第一段蒸発器、１９は第二段
蒸発器である。 第２図中、５０は硝酸プラント、５２は中和区画、５５
は硝酸アンモニウム蒸発区画、５７は硝酸アンモニウム
蒸発区画、５９は硝酸固化区画、６２は凝縮物区画。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 比較的非蒸発性の製品と残留する未反応の比較的蒸
   発性の高い出発物質と溶剤とを少なくとも一つの蒸発器
   区画に通じて製品を濃縮させるとともに製品固化区画に
   送る前に出発物質及び溶剤の少なくとも一部分を除去し
   、前記蒸発器区画は随伴する製品と出発物質と溶剤とを
   含有する気体状のオーバーヘッド流を有し、更に前記蒸
   発器区画のオーバーヘッド流の少なくとも一部分を濃縮
   させて溶解した随伴製品と出発物質とを含有する抜き取
   り凝縮物流を生成させる方法において、（ａ）前記の気
   体状オーバーヘッド流から前記凝縮物流へ溶剤を実質的
   に移行させることなく、前記蒸発器区画からの気体状オ
   ーバーヘッド流を前記抜き取り凝縮物流の少なくとも一
   部分を構成している流れと接触させることにより、（イ
   ）前記オーバーヘッド流中に随伴する製品を減少させ且
   つ凝縮物中に製品を富化させ、（ロ）前記オーバーヘッ
   ド流の温度を低下させて前記凝縮物流に熱を与え、（ハ
   ）出発物質を前記凝縮物流から前記オーバーヘッド流に
   脱着させ、（ｂ）前記の接触工程から得られる製品に富
   み出発物質が減じた流れを前記固化区画に送つて、そこ
   で前記蒸発器区画からの濃縮された製品とともに処理す
   ることを特徴とする方法。 ２ 前記出発物質がＮＨ＿３とＣＯ＿２であり、前記溶
   剤が水であり、前記製品が尿素である特許請求の範囲第
   １項に記載の方法。 ３ 前記出発物質がアンモニアと硝酸であり、前記溶剤
   が水であり、前記製品が硝酸アンモニウムであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。