JPS60209555A - 尿素の製法 - 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】 産業上の利用分ｌｆ： 本発明はアンモニアおよび２酸化炭素から尿素を製造す
る方法に関する。

従来の技術： アンモニアおよび２酸化炭素を適当な圧力（たとえば１
２５〜６５０気圧）および適当な温度（たとえば１７０
〜２５０℃）の合成ソゞ−ンへ導入すれば、まずカルバ
ミン酸アンモニウムが次の反応： ２ＮＨ３＋ＣＯ２→　Ｈ２Ｎ−Ｃｏ−０ＮＨ４により形
成される。このように得たカルバミン酸アンモニウムか
ら次に可逆反応： Ｈ２’Ｎ−Ｃｏ−０ＮＨ，’　Ｈ２Ｎ、−Ｃｏ−ＮＨ２
＋Ｈ２０による脱水によって尿素が形成される。

尿素への変換率はとくに温度および使用するアンモニア
の過剰率に依存する。反応生成物として主として尿素、
水、カルバミン酸アンモニウムおよび遊離アンモニアか
らなる溶液が得られる。カルバミン酸アンモニウムおよ
びアンモニアは溶液から除去しなげればならず、多くは
合成ゾーンへ戻される。合成ゾーンはカルバミン酸塩お
よび尿素形成のための別個のゾーンからなるけれど、こ
れらのゾーンは１つの装置内に収容することもできる。

尿素製造のためしばしば適用さ上ｊる方法はＥｕｒｏｐ
ｅａｎ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｎｅｗｓ　、　Ｕｒｅａ　
Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ。

１９６９年１月１７日、１７〜２０ページに記載される
。この方法によれば合成ゾーン内の高・圧および高温で
形成された尿素合成溶液は合成圧力で熱乞供給しながら
がス状２ｅ化炭素乞有する８液に向流に接触することに
よってストリッピング処理され、溶液中に存在するカル
バミン酸塩の大部分はアンモニアと２酸化炭素に１分解
される。これらの分解生成物は溶液からガス状で駆出さ
れ、少量の水蒸気およびストリッピングに使用した２酸
化炭素とともに排出される。このようなストリッピング
処理はこの文献に記載される２酸化炭素によるたけでな
く、がス状アンモニア、不活性ガスまたばこＪｌらのガ
スの少なくとも２つの混合物により実が（１することが
できる。ストリッピング処理で得られるガス混合物は大
部分凝縮ゾーンで凝縮させ、尿素含有溶液の処理から生
ずる水溶液に吸収さぜ、続いてこのように形成されたカ
ルバミン酸塩水溶液および非凝縮ガス混合物の両方は尿
素形成のための合成ゾーンへ送られる。この填１合カル
バミン酸塩を尿素へ変換するためにカスる熱はガス混合
物の凝縮によって得られる。

米国特許第ろろ５６７２３号明細書には尿素合成欠比較
的低い圧力たとえば１１０〜１４０気圧で実施する利点
が記載される。というのはそれによって過剰アンモニア
および尿素に変換１なかりｔ・カル・ぐタン酸塩を合成
反応と同じ圧力でストリッピング処理することができる
からである。こねに反し合成反応を著しく高い圧力たと
えば約２００気圧で実施する場合、合成溶液の圧力欠溶
液のストリッピング処理前に低下するのが有利である。

しかし尿素合成溶液をストリップする圧力が低くなると
、ストリッピング処理で得られるガス混合物のストリッ
ピング処理の圧力で凝縮する間に形成されるカルバミン
酸塩乞溶液に保持するため多量の水が必要であり、この
水は合成ゾーンへ入る際カルバミン酸塩を同伴し、合成
効率に不利に影響する。さらに低圧の結果としてストリ
ッピングで得られろガス混合物は低温で凝縮するので、
放出される凝縮熱および溶解熱は比較的低温のレベルで
除去しなければならず、比較的大きい熱交換面を必要と
する。この低レベルの熱では２〜６バールの低圧蒸気を
製造しうるに過ぎず、この蒸気はプロセ２でも他の場所
でもほとんど使用されない。これに反しストリッピング
を比較的高圧およびそのために必要なＫ（ｍで実施する
場合、尿素加水分解の危険が生じ、かつビウレット形成
が許容外に行わＪ′＋る。この理由から前記米国特許第
３３５６７２３号明細甫にはストリッピングゾーンに５
０〜１４０気圧の圧力が推奨される。

発明が解決しようとする問題点： 本発明の目的は高い合成効率か達成され、ストリンピン
グ処理の間の尿素加水分解およびビウレット形成が許容
限界内に留まり、さらにストリッピング処理で得られる
ガス混合物の凝縮器、発生した熱乞たとえば３〜５バー
ルの低圧蒸気に変換するために著しく小さい熱交換面精
器使用することかで゛き、もしくは高庄たとえば５〜１
０バールの蒸気ン製造することができ、または発生した
熱を直接プロセフ、流の加熱に使用することかできるよ
うな温度レベルで実施し５．うる尿素の製法を得ること
である。

間頑点乞解決′１−るための手段： この目的は本発明により尿素を凝縮ゾーンでも、ストリ
ッピング処理で得られるガス混合物の凝縮の間に形成さ
せることによって解決される。ストリッピングの際得ら
れるがス混合物の凝縮時に形成されるカルバミン酸塩の
ための６剤として役立つ比較的多量の尿素および水の存
在のため、凝縮熱および溶解熱はこの溶剤の適用がない
場合より胃い温度レベルで利用可能になる。

それゆえ本発明はカルバミン酸塩および遊離アンモニア
７含む尿素合成溶液を２酸ｆヒ炭素オｄよび過剰アンモ
ニアから１２５〜６５０パールの合成ゾーンで形成し、
尿素合成溶液中に存在するカルバミニ／酸塩の少なくと
も一部を合成ゾーンの圧力以下の圧力のストリッピング
ゾーンで熱供給およびストリッピングがスとの向流接触
によって分解し、カルバミン酸塩分・解生成物を過剰ア
ンモニアの一部およびストリッピングガスとともにスト
リッピングゾーンからガス混合物として除去し、得られ
たガス混合物の少なくとも一部を凝縮ゾーンで凝縮させ
、ストリップした尿素合成溶液乞尿素溶液または固体尿
素Ｗ処理する尿素の製法に関する。この方法の特徴は凝
縮ゾーンにおいても反応条件下に達成しうろ尿素の平衡
量の少なくとも３０係が形成することを可能にし、カル
バミン酸塩および尿素な含む混合物を合成ゾーンに供給
することである。

尿素の達成しうる平衡用の少なくとも６０％が形成され
た場合、熱効果は丁でに明らかに認めることができる。

■オリに尿素形成Ｇよ・１′湧工計の５０〜８０％に達
するまで継続される。

ス）　Ｔ）ノピング処理と同様に、ストリッピング処理
で得られたガスの凝縮は合成月旦カ以下の圧力で実施す
ることができる。ストリッピングおよび凝縮ケ実施する
圧力は互し・に同しても異なってもよい。有利に合成ゾ
ーン、ストリッピングゾーンおよび凝縮ゾーンに同じ圧
力が適用されるので、凝縮ゾーンに形成したカルバミン
酸塩＠液はカルバミン酸塩ポンプなしに簡単に合成ゾー
ンへ戻すことができる。

凝、縮ゾーンにおけるカルバミン酸塩の尿素と水への変
換は反応混合物の凝縮ゾーンにおける滞留時間が十分に
長いことを保証することによって実施することができる
。ストリンピングの際得ら」またガス混合物のカルバミ
ン酸塩竹液乞得る凝縮および引続くカルバミン酸塩の尿
素およｚｆ水への変換はたとえば垂直の管熱交換器の胴
側て実施することができる。凝縮ゾーンで放出された熱
は次に−ｇを通過する低圧蒸気へ変換されろ水または加
勿（すべき７０ロセス流れによって運び出される。席１
度をさらに上昇するため凝縮ゾーンは強力混合（朶乞有
する反応器として設置することかでき、その頂部と底部
の瀞度差は最大５°Ｃとくに２°Ｃに制限される。案内
板、パンフル等の要素の設置により混合およびそれに伴
い熱伝達が促進されろ。反応混合物の十分に長い滞留を
可能にするような寸法を有する他の凝縮ゾーンを使用す
ることもできる。有利に凝縮ゾーンはいわゆる浸漬凝縮
器の形乞有し、凝縮させるがス混合物は管熱交換器の胴
内空ｔＨ１へ導かれ、この空間に稀薄カルバミン酸塩溶
液も゛導入され、放出される溶解熱および凝縮熱は管を
通って流れる媒体たとえば水により除去され、水はそれ
によって低圧蒸気へ変換される。浸漬凝縮器は水平また
は垂直に配置することができる。

凝縮を水平浸漬凝縮器で実施するのはとくに有利である
。液柱は一般に垂直Ｕ偵凝縮器より小さい高さを荷する
ので、沸点の上昇は少なく、その結果尿素含有カルバミ
ン酸塩溶液と冷却媒体の温度差が犬きく、シたがって熱
伝達が早くなる。水平配置の浸漬凝縮器をイリ・月１−
ツーる場合、直接作業床に配置できるので、装置σ）高
さが明らかに減少し、装置費用が低下する。さらにこの
場合組立および分解が比較的簡単である。

垂面凝縮ゾーンを適用する場合、合成ゾーンおよび凝縮
ゾーンを１つの装置内に収容することができるので、コ
ンパクトな構造が得られる本発明の方法によれば凝縮ゾ
ーンに適用する圧力、形成される尿素および水の量に応
じて凝縮ゾーンの温度を５〜１０℃上昇することができ
る。この方法によりたとえば５〜１０バールの低圧蒸気
を約１４０パールの凝縮ソゞ−ンの圧力て発生させるこ
とができる。もちろん普通の３〜５バールの圧力を何す
る低圧蒸気の発生も可能である。その際これは著しく小
さい熱交換面を使用して達成される。

実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。

図においてＡは合成ゾーン、Ｂはストリッピングゾーン
、Ｃは凝縮ソゞ−ン、Ｄは水蒸気貯蔵容器、Ｅはポ、ン
プ、Ｆはエービクタを表わす。

導管６から供給される圧縮液体アンモニアにより駆動さ
れるエゼクタＦ［より、プロセスの他の場所で製造した
尿素合成溶液乞さらに処理する際得られるカルバミン酸
塩溶液が導管７から吸込まれる。液体アンモニアおよび
カルバミン酸塩溶液の混合物は導管５乞介して凝縮ゾー
ンＣへ送られる。比を備える管３乞介してアンモニアお
よび２酸化炭素乞含むガス混合物が液体へ導入される。

このガス混合物は合成ゾーンＡで形成された尿素合成溶
液をストリッピング・ｊ−ンＢでストリンピング処理す
ることによって得ら」１．たものであり、ストリッピン
グ処理は熱を供給しながらストリッピングがスまたトエ
ば２酸化炭素に対し向流に行わ牙′ｌる。ここに示す実
施態様では合成ゾーンＡ、ストｌ）ソピングゾーンＢお
よび凝縮ゾーンＣの圧力は等しく、たとえば約１４０バ
ールである。しがしこ誹′１ものゾーンの圧力は互いに
異なることもてきる。

凝縮ゾーンＣの寸法は反応混合物のｆ’：’ｌｉ留時■
１が十分長く、理論的に可能な尿素形成の少／遼くとも
ろＯ乃が形成さ１主るように選択した。凝縮ゾーンＣで
放出される熱は導管１２かも供給されろ水、により除去
され、この水はポンプＥにより導管１０および凝縮ゾー
ンＣ内の冷却要素８を通過し、それによって低圧水蒸気
に変−換される。形成された水蒸気は導管９を介して水
蒸気貯蔵器りに入り、導管１１を介して低上水蒸気乞消
費イる図示されていないプラントへ排出される。水蒸気
発生による熱の取出の代りに加熱すべきプロセス流れた
とえば濃縮すべき尿素水溶液を冷却要素７介して導くこ
とができる。尿素およびカルバミン酸し！Ａ乞含む＠液
ならびに凝１”議ゾーンＣへ供給したガス混合物の未凝
縮部分は導管４乞介して合成ゾーンＡへ送ら」′シ、そ
こでさらに尿素形成が行われる。合成ゾーンＡから尿素
合成溶液は導管１を介してストリッピングゾーンＢへ入
り、不活性ガスを含むガス混合物は導管１４を介して除
去される。ストリツプした尿素合成溶液は導管１３を介
して排出さね、公知法で尿素水心液に処理され、濃縮さ
れ、続いて濃縮液は固体尿素に変えられる。

比較例： １９６９年１月１７日のＥｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌＮｅｗｓ　、Ｕｒｅａ　ｆＥｕｐｐｌｅｍｅｎｔ
に記載の方法により尿素を１５００）７７日の量で製造
する。量はｋｇ／ｈｒ　で示す。フ０ラントの高圧部に
液体ＮＨ３ろ３４１７＃およびガス状００２４５８ろ３
　／ｃｇ乞供総供給このがスは水蒸気２８６　ｋ４１お
よび不活性成分１５ろろｋｇをも含む。反応ゾーン、ス
トリッピング・ゾーンおよび凝縮ゾーンの圧力は１４１
．２バールである。凝縮ゾーンへＮＨ３４ろ７４２　ｋ
ｇ、ＣＯ２’６５７９５　ｋｇ、Ｈ２Ｏ２５７８７Ｃｇ
および不活性成分１５ろ３１ｃｇからフ、「ろガス混合
物を供給し、このガスは大部分ここて凝縮し、ＮＨ３５
０９６４ｋｇ、ＣＯ２１７９５７１ＣｇおよびＨ２Ｏ９
２ろ１１Ｃｇヶ含むカルバミン酸塩溶液に吸収される。

ＮＨ３７８１０８／Ｃｇ、ＣＯ２６７７Ｑ　６に、ｇお
よびＨ２Ｏ６０８２ｉからブ、〔るＹ都度１６８℃のカ
ルバミン酸塩層液が形成され、残りのガス混合物ばＮＨ
３１８５９３／ｃｇ、ＣＯ２１６０４６に９、Ｈ２Ｏ９
８０ｋｇおよび不活性がス１５ろろｋｇ　ｙｌ含む。カ
ルバミン酸塩溶液およびガス混合物を反応ゾーンに供給
する。

凝縮の除放出する熱は水により除去さＪｊｌ、その際４
．４パール、１４７Ｄの低圧蒸気６００００ｋｇが形成
される。熱交換面積は１６９４　ｍ２である。

例１： 図示のプラントで本発明の方法を比較例と同量の尿素製
造に使用する。プラントの高圧部の圧力は１４１．２バ
ールで・ある。ス）　ＩＪッピングの際得られるガス混
合物の凝縮は水平に配置した浸漬凝縮器内で行われ、そ
の際存在する条件下に理論的に可訃な尿素量の５０％が
形成される。形成された尿素乞食むカルバミン酸塩溶液
は尿素３０８３９　ｋｇ、ＮＨ３６０８７１ｋｇ、００
２５０５５６ｋｇおよびＨ２Ｏ２０５２’Ｉ　ｋｇから
なる。その温度は１７４°Ｃである。さらにＮＨ３１８
１７１ｋｇ、Ｃ○２１０７０６　＝、Ｈ２Ｏ６０６ｋｇ
および不活性成分’１５３３７Ｇｇからなるガス混合物
が残る。凝縮ゾーンで放出さ身上る熱により４．４バー
ルの低圧水蒸気６００１］　口に９が形成される。この
ために必要な熱交換面積は６６７ｍ２である。

例２： 例１記載の方法で同量の尿素が形成されるけれど、この
場合凝縮ゾーンに尿素の達成しうる平衡量の７５％が形
成される。凝縮ゾーンにＮＨ３５６１８８１Ｃｇおよび
ＣＯ２４０２０３ｋｇのほかに尿素４７９６０１ｃ９お
よびＨ２Ｏ２５６４９ｋｇケ含む溶液が彷らＪ（る。

さ　ら　に　ＮＨ３１４８２５１ｃｇ　、ＣＯ２８４口
　Ｑ　ｋｇ　、Ｈ２Ｏ６０５ｋｇおよび不活性成分１５
ろろ〜からなるがス晶合物が残る。凝縮ゾーンから団出
さｈる液体およびがス成分のＴｆＰ１度は１７８℃であ
る。放出した熱は６．８バールの低用水蒸父６０口口Ｑ
　Ｉｃｇの形成に利用さ」１．る。所鮫・）′Ｊ（交換
面債は１６９４　＋７１２である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法乞実施する装置の井統；ン１であ）
る。 八　合成ゾーン　Ｂ　ストリッピングゾーンＣ凝縮ゾー
ン　Ｄ　水蒸気貯蔵容器 Ｅ、ポンプ　Ｆ　エービクタ 不、芯１生〃゛ス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　カルバミン酸塩および遊１〜Ｗアンモニアヲ含む
   尿素合成溶液中１２５〜ろ５０バールの圧力の合成ソゝ
   〜ンで２酸化炭素および過剰のアンモニアから形成し、
   尿素合成溶液中に存在するカルバミン酸塩の少なくとも
   一部を合成ゾーンの圧力以下の圧力のストリッピングゾ
   ーンで熱の供給およびストリッピングがスとの向流接触
   如よって分別し、カルバミノ酸塩分納生成物を過剰アン
   モニアの一部およびストリッピングがスととも知ガス混
   合物としてヌトリソピングゾ〜ンから除去し、得られた
   ガス混合物の少なくとも一部を凝縮ゾーンで凝縮させ、
   ス）　１７ツフ０した尿素合成溶液を尿素溶液または固
   体尿素へ処理する尿素の製法において、凝へ宿ゾーンに
   おいても反応条件下に達成しうる尿素の平衡量の少なく
   とも６゜係を形成させ、カルバミン酸塩および尿素を含
   む混合物を合成ゾーンへ供給することを特１敗とする尿
   素の製法。 ２、存在する条件下に達成しつる尿素の平衡量の５０〜
   ８０係を形成させる特許請求の範囲第１項記載の製法。 ろ　凝縮ゾーンの凝縮を合成圧力てメＩｌ−る特許請求
   の範囲第１項または第２項記載の製法４　凝縮を合成圧
   力より低いス）　ＩＪッピング処理の圧力で実施する特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の製法。 ５　反応混合物７凝縮ゾーンで徹底混合する特許請求の
   範囲第１項から第４項までのいずわ。 か１項に記載の製法。 ６、　凝縮を浸漬凝縮器で実施する特許請求の範囲第１
   項から第５項までのいずＪ′シか１項に記載の製法。 ７　凝縮を水平に配置した管熱交換器の胴＋ＩＩ！Ｉで
   実施する特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれ
   か１項に記載の製法。 ８　凝縮を反応ゾーンと１体の凝縮ゾーンで実施する特
   許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記
   載の製法。