KR100407370B1 - 요소 진공증발기로부터의 증기내 응축성물의 회수방법 및 장치 - Google Patents

요소 진공증발기로부터의 증기내 응축성물의 회수방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 요소 회수법에 관한 것이다. 상기 방법에서는, 요소 진공 증발/농축시에 방출되는 수증기를 응축하기 위하여 종래 사용되어 왔던 다중 진공급의 표면 응축기를 직접 접촉 냉각기/흡수기로 대치하여 실질적인 자본 및 효용면의 비용을 절감하였다. 본 발명에 따른 열교환 효율의 향상은 표면 응축기에 비하여 냉각수 사용량을 감소시켰다.

Description

요소 진공증발기로부터의 증기내 응축성물의 회수방법 및 장치
본 발명은 요소회수 방법, 구체적으로 요소 진공 증발/응축기에서 상부로 제거된 증기의 스트림 (stream) 중 응축성물들을 접촉냉각기를 사용하여 응축시키는 요소회수방법에 관한 것이다.
일반적으로, 요소는 암모니아와 이산화탄소를 직접 결합시켜 암모늄 카르바메이트를 형성시킴으로써 제조된다. 다음에, 암모늄 카르바메이트는 탈수되어 수용액으로서의 요소를 형성한다. 수성 요소를 함유하는 스트림을 처리하여 반응하지 않은 성분을 분리하고 일련의 감압 및 진공증발단계를 통하여 요소 생성물을 농축한다. 다음에, 진공증발 단계에서 유출되며 주로 물, 암모니아, 이산화탄소 및 요소 담지물을 포함하는 증기를 냉각하여 다양한 공정상의 목적에 따라 재활용할 수 있는 수성 응축물을 제조한다. 동시에, 주로 질소와 산소를 함유하는 비응축 가스를 처리하여 배기전에 잔류 암모니아를 제거한다.
일반적으로, 유출된 증기는 대기압 이하에서 작동하도록 고안된 간접 표면교환기 (indirect surface exchanger) 에 의하여 냉각된다. 일반적으로 수회의 냉각단계가 사용된다. 각 단계에서 제조된 수성 농축물은 일반적으로 중앙의 저장 탱크로 전달된다. 냉각단계는 상부 스트림 증발단계 또는 하부 스트림 암모니아 처리단계에 비하여 고압에서 수행되기 때문에, 투입 및 배출가스 스트림의 압력을 증가시키기 위해서는 배출기가 필요할 수 있다.
증기 스트림에 포함된 요소와 고형의 카르바메이트가 튜브 표면에 쌓임으로써 증기 스트림을 응축하기 위하여 사용되는 쉘 (shell) 및 튜브 (tube) 냉각기가 오염될 수 있다. 냉각기가 효과적으로 작동되지 않을 경우에는, 진공 증발기가 원래의 압력보다 높은 압력을 가지게 됨으로써, 과량의 물 농도를 가지는 요소 생성물이 생성된다. 이것은 특히 단괴화 (prilled) 요소 생성물의 경우에, 설비중 요소조작 지역에 유해하다.
본 출원인은 요소 회수공정의 순간증발 (flash) 감압 및 진공 증발/농축 단계에서 수득되는 증기중의 농축물을 회수하는 데에 종래 사용되던 접촉냉각기에는 무관심하다.
본 발명에서는, 요소 생성물의 진공농축 및 방출된 증기의 응축에 종래 사용되던 복잡하며 고가인 쉘 및 튜브 냉각기를 효과적인 직접접촉 냉각기로 대체하였다.
첫번째 구현으로서, 본 발명은 진공증발기로부터의 증기 내의 응축성물을 회수하는 방법을 제공한다. 단계 (a) 로서, 요소 진공증발기로부터의 증기를 흡수장치의 흡수영역 하부로 도입한다. 단계 (b) 로서, 흡수영역으로부터 상부로 증기 스트림을 회수하여 흡수장치 내의 압력을 대기압 이하로 유지한다. 단계 (C) 에서는, 흡수영역 위의 흡수장치에 수성 스트림을 도입한다. 단계 (d) 로서, 흡수영역에서, 단계 (a) 에서 도입된 증기와 단계 (c) 에서 도입된 수성 스트림을 접촉시켜 물을 응축하고, 암모니아와 카르바메이트를 흡수하고 요소를 수성 스트림으로 세척한다. 단계 (e) 에서는, 단계 (d) 로부터의 수성 스트림을 수집한다. 단계 (f) 로서는, 단계 (e) 에서 수집한 물을 냉각시켜 도입단계 (c) 로 재순환시킨다.
본 발명의 한가지 변형으로서, 증발기는 제 1 및 제 2 단계 농축기를 일련으로 포함하며, 단계 (a) 에 도입되는 증기는 그로부터의 제 1 및 제 2 증기 스트림 각각을 포함한다. 제 1 및 제 2 증기 스트림은 흡수영역 아래의 공급영역에 도입하는 것이 바람직하다. 흡수영역은 상부 및 하부 단계를 포함할 수 있는데, 이러한 경우, 제 1 단계 농축기로부터의 제 1 증기 스트림을 하부 흡수단계 아래의 하부 공급영역에 도입하고, 제 2 단계 농축기로부터의 제 2 증기 스트림을 상부와 하부 흡수단계 사이의 상부 공급영역에 도입하는 단계를 포함하는 방법이 바람직하며, 여기서, 상부 공급영역은 상부와 하부 흡수단계사이에서 흐름상 교호함으로써, 그것을 통하여 각각의 증기 및 액체가 상향 및 하향 통과할 수 있게 된다. 제 2 증기 스트림은 스팀(steam)을 추진 유체로 사용하여 제 2 단계 농축기로부터 상부 공급영역으로 추출되는 것이 바람직하다.
바람직한 구현으로서, 흡수장치와 단계 (e) 에서 수집된 수성 스트림을 회수하는 탱크 사이에 진공봉인이 유지되는 것이 바람직하다. 진공봉인은 탱크의 액체 높이 아래로부터 위로는 흡수영역 아래의 높이까지 연장된 수-충전 레그 (leg) 를 포함한다. 회수단계 (b) 는 추진유체로서 스팀을 사용하여 흡수장치로부터 증기를 방출하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 단계 (e) 로부터 수집된 수성 스트림의 일부를 요소 가수분해 및 다른 공정에 사용하기 위하여 회수하는 것이 바람직하다.
다른 구현으로서, 본 발명은 요소 농축장치를 제공한다. 첫번째 요소로서, 제 1 및 제 2 단계 요소 진공증발기가 연속 제공된다. 두번째 요소로서, 흡수영역을 포함하는 흡수 컬럼이 제공된다. 진공증발기로부터 흡수영역 아래의 흡수 컬럼으로 증기 스트림을 도입하기 위한 라인 (line) 이 제공된다. 상기 흡수영역으로부터 증기를 회수하여 흡수 컬럼의 압력을 대기압 이하로 유지하기 위하여 흡수 컬럼으로부터 상향 라인이 제공된다. 흡수 컬럼으로부터의 암모니아, 카르바메이트 및 요소를 함유하는 수성액을 수집하기 위한 탱크가 제공된다. 탱크로부터 흡수영역 위의 흡수 컬럼으로의 물의 재순환을 위하여 펌프 및 라인이 제공된다. 재순환되는 물을 냉각시키기 위하여 재순환 라인상에 열교환기가 제공된다.
바람직한 구현으로서, 제 1 및 제 2 단계 진공증발로부터 각각의 증기 라인과 흐름이 교호하도록 흡수영역 아래에 공급영역을 제공한다. 흡수영역은 상부 및 하부 흡수단계를 가지는 것이 바람직하며, 제 1 단계 진공증발기로부터의 증기 라인과 흐름이 교호하도록 하부 흡수단계 아래에 하부 공급영역을 가지고, 제 2 단계 진공증발기로부터의 증기 라인과 흐름이 교호하도록 상부 및 하부 흡수단계 사이에상부 공급영역을 가지는 것이 바람직하다. 상부 공급영역은 상부 및 하부 흡수단계에서의 각각의 상향 또는 하향의 증기 또는 액의 흐름이 교호한다. 물 재순환 라인은 그의 상단부에 인접한 상부 흡수단계와 흐름이 교호한다. 증기 추출기 (steam eductor) 는 제 2 증기 진공증발기로부터의 증기를 압축하여 상부 공급영역의 압력과 맞추기 위하여 제 2 진공증발기로부터 상부 공급영역으로의 증기 라인에 제공되는 것이 바람직하다. 진공봉인은 탱크, 및 탱크 내의 액체높이 아래로부터 흡수영역의 하부높이까지 연장된 액체 레그를 포함하는 흡수영역사이에 제공되는 것이 바람직하다. 증기 추출기는 흡수장치로부터의 상향라인에 제공되는 것이 바람직하다. 열교환기는 냉각수를 함유하는 냉-측 (cold-side) 액을 가지는 판-핀 (plate-fin) 열교환기가 바람직하다.
요소공정의 요소 진공 증발/농축 단계에서 방출되는 증기를 냉각시키기 위하여 종래 사용되었던 다중 확대 표면 (예, 쉘 및 튜브) 응축기를 간단한 접촉 흡수탑으로 대체하여 상당한 비용 및 효용면의 절감을 가져왔다.
제 1 도 내지 제 4 도 (각 번호는 각 단계를 지칭한다) 에서, 요소는 본 발명의 방법 10, 10' 에 따라 암모니아를 고온 (180 - 195 ℃) 및 고압 (14 - 20 MPa) 에서 이산화탄소와 반응시킴으로써 제조된다. 라인 12 를 통하여 도입된 액상 암모니아 스트림 및 라인 14 를 통하여 도입된 이산화탄소 스트림은 반응단계 16 에서 직접 결합되어 암모늄 카르바메이트를 형성하고, 카르바메이트를 계속하여 탈수하여 요소 및 물로 전환시킨다. 이산화탄소에 대한 암모니아의 비는 사용되는 방법, 예컨대 Stamicarbon 또는 Snamprogetti 에 따라 약 2.8 내지 3.6 : 1 로 변화한다. 1 회 통과당 50 - 70 중량% 의 제한 반응물인 이산화탄소가 변환된다.
반응단계 16 에서 카르바메이트 탈수에 의하여 생성된 수성 요소 생성물 스트림은 라인 18 을 통하여 고압 스트리핑 (stripping) 단계 20 으로 이동되는데, 여기서 상기 생성 스트림을 라인 22 를 통하여 도입되는 CO2와 같은 유입 반응물 스트림을 사용하여 고압에서 스트립하여 잔류 CO2및 NH3의 제 1 부분을 분리한다. 다음에, 고압 스트리핑 단계 20 의 용출물을 라인 24 를 통하여 저압 스트리핑 단계 26 으로 이동시켜 나머지 잔류 CO2및 NH3의 대부분을 분리하여 약 70 - 80 중량% 의 요소로 농축된 요소 조 (raw) 수용액을 제조한다. 일반적으로, 저압 스트리핑 단계 26 은 축적된 요소 조생성물의 일부를 비등시킴으로써 발생하는 스트리핑 증기를 사용한다.
대부분 NH3, CO2및 H2O 로 구성되는 저압 스트리핑 단계 26 으로부터의 증기를 라인 28 을 통하여 제거하고, 카르바메이트 응축단계 30 에서 냉각시켜 카르바메이트의 수용액을 제조한다. 필요에 따라, 응축물을 라인 31 을 통하여 응축단계 30 에 공급할 수도 있다. 카르바메이트 응축물을 함유하는 2상 (two-phase) 스트림을 라인 32 를 통과시켜 분리드럼 34 로 이동시키고, 카르바메이트 응축물을 라인 36 을 통하여 요소 반응단계로 돌려보낸다. 공정상의 방법에 따라, 라인 38 을 통하여 제 1 - 2 도의 과립화 과정에 따른 물의 응축 및 암모니아 제거를 수행하거나, 라인 38' 를 통하여 제 3 - 4 도의 단괴화 (prilling) 과정에 따른 대기압 흡수기 (나타내지 않음) 에서의 응축 및 세척을 수행하기 위하여, 주로 암모니아,물, CO2및 불활성 비응축물을 포함하는 증기 스트림을 카르바메이트 농축기 드럼 34 로부터 제거한다.
저압 스트리핑 단계 26 에 의하여 제조된 요소 조수용액을 라인 40 을 통하여 대기압 또는 대기압 이하로 유지되는 순간증발 드럼 42 로 이동시켜 단열 순간증발시킨다. 순간증발된 요소용액은 일반적으로 약 74.2 중량% 의 요소, 0.5 중량% 의 CO2, 0.7 중량% 의 NH3및 24.6 중량% 의 물로 이루어진다. 공지된 바와 같이, 순간증발 드럼 42 의 압력 및 이어지는 요소 농축단계의 통과는 최종 요소 생성물의 원하는 농도에 따라 변화한다.
예를 들어, 약 96 중량% 의 농도를 가지는 요소 생성물을 과립화하고자 하는 경우에는 일반적으로 드럼 42 의 압력이 약 100 내지 120 kPa(a) 로 유지된다. 제 1 도와 같이, 순간증발 요소용액으로부터 발생된 증기는 주로 암모니아, 물 및 CO2를 함유하며, 상기 증기 스트림 38 에 대하여 언급된 것과 마찬가지로 라인 44 를 통과하여 응축 및 세척된다. 요소용액은 라인 46 을 통하여 예비농축단계 48 로 회수된다. 단계 48 에서 제조된 증기는 라인 50 을 통하여 통하여 제거되어 상기 증기 스트림 38 및 44 에 대하여 언급된 것과 마찬가지로 물 응축 및 세척된다. 요소용액 용출물은 라인 52 를 통하여 예비농축단계 48 로부터 저장탱크 54 로 회수된 후, 라인 56 을 통하여 부분적인 진공하에서 작동하는 주 농축단계 58 로 회수되어 생성물 용액으로부터 물을 증발시킨다. 암모니아, 물, CO2및 요소함유물 (예, 담지 또는 용해형태로) 을 함유하는 증기는 라인 59 를 통하여 위로 이동되어 증기 스트림 38, 44 및 50 과 유사하게 농축 및 세척된다. 이렇게 농축된 요소 생성물은 라인 60 을 통하여 농축단계 58 로부터 마무리단계 62 로 회수되어 조작 및 수송에 적합한 형태로 과립화된다. 요소 생성물은 라인 64 를 통하여 제거된다.
본 발명을 실행함에 있어서, 상기 언급한 다양한 정제 및 농축단계 26, 42, 48 및 58 의 요소용액으로부터 방출된 증기 스트림 38, 44, 50 및 59 는, 표면접촉이 아닌 부분적인 진공하에서 작동하는 중앙 흡수단계 100 에서의 직접접촉에 의하여 냉각되어 그로부터 물을 응축하는 동시에 암모니아, CO2, 불활성 물질 및 요소 담지물질을 흡수할 수 있다.
제 2 도와 같이, 요소 스트림 46 을 예비증발단계 48 에서 약 37 kPa(a) 및 85 ℃ 로 단열 순간증발시킨 후, 예비증발 가열기 102 를 사용하여 약 90 ℃ 로 가열함으로써 분리기 104 내에서 용액을 농축한다. 예비증발단계 48 의 부분적 진공은 라인 50 을 통하여 흡수탑 101 로 제거되는 방출 증기를 연속적으로 응축함으로써 유지된다.
가열기 102 는 예비증발기 분리기 104 에 완전히 부착된 쉘 및 튜브 교환기 형태인 것이 바람직하다. 예비증발단계 48의 증발열은 요소형성단계 16 에서 발생된 열을, 가열된 물을 이용하고 라인 106 을 통하여 가열기 104 의 쉘측으로 도입하고 라인 108 을 통하여 돌아가게 함으로써 공급하는 것이 바람직하다.
예비농축후, 약 90 중량% 요소로 농축된 분리기 104 의 요소용액을 상기 언급된 저장탱크 54 를 통하여 1 차 증발단계 58 로 펌핑한다. 1 차 증발단계 58 에서는, 요소 스트림 56 을 1 차 증발 가열기 110 을 사용하여 약 133 ℃ 로 가열함으로써 분리기 112 내에서 용액을 농축한다. 증발단계 58에서의 대기압 이하의 압력은 라인 59 를 통하여 흡수탑 101 로 제거된 방출 증기의 연속적인 응축에 의하여 유지된다.
가열기 110 은 제 1 증발 분리기 112 에 완전히 부착된 쉘 및 튜브 교환기 형태인 것이 바람직하다. 1 차 증발단계 54 의 증발열은 라인 114 를 통하여 가열기 110 의 쉘측에 도입된 저압 응축 스팀에 의하여 공급되는 것이 바람직하다. 스팀 농축물은 라인 116 을 통하여 제거된다. 농축 요소 생성물은 라인 60 을 통하여 분리기 112 로부터 제거되어 과립화된다.
본 발명의 한가지 구현으로서, 과립화 공정 10 의 요소 농축단계 26, 48 및 58 에서 제조된 증기 스트림 38, 44, 50 및 59 를 라인 118 을 통하여 도입되는 차가운 수성 흡수액을 사용하여 약 27.8 kPa(a) 의 압력에서 흡수탑 101 에서 처리한다. 증기 스트림 38, 44, 50 및 59 는 공급라인 119 를 통하여 적당한 증기-액 접촉장치를 포함하는 흡수 영역 122 아래의 공급영역 120 에서 흡수탑 101 로 도입된다. 흡수영역 122 에서, 공급 스트림 119 로부터의 물, 암모니아 및 CO2증기, 및 모든 요소 고형물 담지체의 대부분이 흡수되고, 흡수 스트림 118 에 의하여 냉각된다.
흡수액 스트림 118 은 흡수탑 101 과 탱크 66 사이의 진공 봉인을 유지하기 위하여 탱크 66 의 수성 흡수제의 높이 아래로 가라앉은 레그 124 를 통하여 흡수영역 122 로부터 저장탱크 66 으로 순환된다. 탑 101 의 대기압 이하의 압력은 라인 126 을 통하여 비응축 가스를 위로 끌어냄으로써 유지된다. 증기 스트림 126 은 약 24.5 kPa(a) 의 압력에서 흡수기 101 에서 방출되어 배출기 128 에 의하여 대기압으로 승압되는데, 추진유체로서 라인 130 을 통하여 도입된 저압 스팀을 사용하며, 라인 132 를 통하여 잔류하는 모든 암모니아를 처리하는 대기압 흡수기 (나타내지 않음) 로 이동된다.
주로 암모니아를 함유하는 물로 이루어진 흡수액 라인 134 를 통하여 탱크 66 으로부터 회수되어 펌프 136 에 의하여 라인 138 을 통하여 냉각기 140 으로 순환됨으로써 라인 118 을 통하여 탑 101 로 공급되었으며 라인 146 을 통하여 다른 용도로 방출되는 냉각수에 대한 응축열을 분산시킨다. 냉각기 140 은 판-축 (plate-frame) 교환기를 포함하는 것이 바람직하며, 흡수액을 약 35 ℃ 의 온도로 냉각한다. 흡수액의 작은 부분은 공정 10 상의 다른 용도, 예컨대 라인 31 을 통한 카르바메이트 응축단계 30 을 위하여 펌프 150 에 의해 라인 148 을 통하여 순환될 수 있다.
약 99.7 중량% 이하의 농도를 가지는 요소 생성물을 단괴화하기 위해서는, 예컨대, 드럼 42 를 약 45 내지 55 kPa(a) 의 대기압 이하압력으로 유지하고, 제 3 도와 같이 증기 스트림 44' 를 생성시키는 것이 바람직하다. 요소용액을 라인 68 을 통하여 직접 저장 탱크 54 로 이동시킨 후, 라인 70 을 통하여 부분적인 진공하에서 작동하며 일반적으로 이중 단계인 요소 농축장치 72 로 공급하여 상기와 같이 생성 용액으로부터 물을 증발시킨다. 고농축 요소 생성물을 라인 74 를 통하여 농축단계 72 로부터 마무리단계 62' 로 제거시켜 단괴화한다. 요소 생성물을 라인 64' 를 통하여 제거한다. 암모니아, 물 및 담지된 요소를 라인 76 및 78 을 통하여 위로 방출시켜 응축 및 세척한다.
제 4 도에서 쉽게 볼 수 있듯이, 드럼 42 로부터의 요소용액 스트림을 연속적으로 작동하는 이중 대기압이하 증발장치 202 및 204 를 가지는 요소 농축단계 72 로 이동시킨다.
요소용액 스트림 70 을 저장탱크 54 로부터 약 37 kPa(a) 의 대기압 이하의 압력에서 작동하는 1 단계 요소 농축장치 202 로 펌핑한 후, 1 단계 가열기 206 을 사용 약 120 ℃ 로 가열하여 분리기 208 내의 용액을 약 95 중량% 요소로 농축한다. 제 1 증발단계 202 의 대기압 이하의 압력은 라인 76 을 통하여 흡수탑 201 로 제거되는 방출증기의 연속적인 응축에 의하여 유지된다.
가열기 206 은 제 1 증발 분리기 208 에 완전히 부착된 쉘 및 튜브 교환기 형태인 것이 바람직하다. 제 1 증발단계 202 의 증발열은 라인 210 을 통하여 가열기 206 의 쉘측에 도입된 스팀을 응축함으로써 공급하는 것이 바람직하다.
제 1 응축단계 202 에 이어서, 분리기 208 내의 요소용액을 라인 214 를 통하여 약 3.33 kPa(a)의 대기압 이하의 압력에서 작동하는 제 2 단계 장치 204 로 단열 순간증발시킨다. 제 2 농축단계 204 에서는, 제 1 단계 202 로부터의 요소용액을 제 2 단계 가열기 216 으로 약 134 ℃ 로 가열하여 분리기 218 의 용액을 약 99.7 중량% 요소로 농축한다. 제 2 증발단계 204 의 대기압 이하의 압력은 라인 78 을 통하여 흡수탑 201 로 제거되는 방출 증기의 연속적인 농축에 의하여 유지된다.
다른 증발단계 가열기와 유사하게, 가열기 216 은 주 증발 분리기 218 에 완전히 부착된 쉘 및 튜브 교환기의 형태인 것이 바람직하다. 제 2 증발단계 204 의 증발열은 라인 220 을 통하여 가열기 216 의 쉘측으로 도입되는 저압 응축 스팀에 의하여 공급되는 것이 바람직하다. 스팀 응축물은 라인 222 를 통하여 제거된다. 정제 요소 생성물은 라인 74 를 통하여 분리기 218 로 부터 제거되어 조작단계 62'(제 3 도 참조) 에서 단괴화된다.
단괴화 공정의 요소 농축단계 26 및 72 에 의하여 제조된 증기 스트림 44', 76 및 78 은 라인 224 를 통하여 도입된 차가운 수성 흡수액을 사용하여 약 10.0 kPa(a) 의 압력으로 흡수탑 201 에서 처리된다. 상대적으로 고압인 증기 스트림 44' 및 76 은 합쳐져서 라인 226 을 통하여 흡수탑 201 의 하부 흡수단계 230 아래의 하부 공급영역 228 로 도입되는 것이 바람직하다. 증기 스트림 78 은 흡수기 201 보다 저압이며, 라인 233 을 통하여 도입되는 저압 스팀을 추진유체로 사용하여 배출기 232 에 의하여 승압되는 것이 바람직하다.
저압 분리기 218 로부터의 승압된 증기 스트림은 라인 234 를 통하여 상부 흡수단계 238 아래의 상부 흡수영역 236에 도입되는 것이 바람직하다.
하부 및 상부 흡수단계 230 및 238 은 일반적으로 적당한 증기-액 접촉장치를 포함한다. 흡수단계 230 및 238 에서는 흡수제 스트림 224 가 공급 스트림 226 및 234 로부터 대부분의 물, 암모니아 및 CO2증기, 및 담지된 요소를 냉각 및 흡수한다. 흡수액 스트림 224 는 흡수탑 201 과 탱크 66 사이의 진공봉인을 유지하기위하여 탱크 66 의 수성 흡수제의 높이 아래로 가라앉은 레그 240 을 통하여 흡수단계 230 및 238 로부터 저장탱크 66 으로 순환된다.
탑 201 의 대기압 이하의 압력은 라인 242 를 통하여 비응축 가스를 위로 회수함으로써 유지된다. 흡수탑 201 의 정상부로부터의 비흡수 스트림 242 은 라인 246 을 통하여 도입되는 저압 스트림을 추진 유체로 사용하여 배출기 244 에 의하여 대략 대기압으로 승압되며, 라인 248 을 통하여 대기압 흡수기 (나타내지 않음)로 이동되어 모든 잔류 암모니아를 처리한다.
주로 암모니를 함유하는 물로 구성되는 흡수액은 라인 250 을 통하여 탱크 66 으로부터 회수되어 펌프 252 를 사용하고 라인 254 를 통하여 냉각기 256 으로 순환되어 냉각수에 대한 응축열을 분산시키고, 라인 224 를 통하여 탑 201 에 공급된 후, 라인 258 및 152 를 통하여 탱크 66 으로 재순환된다. 냉각기 256 은 판-축 교환기를 포함하는 것이 바람직하며, 냉각된 흡수액을 약 30 ℃ 의 온도로 냉각시킨다. 흡수액의 작은 부분을 펌프 150 을 사용하고 라인 260 을 통하여 순환시킴으로써 공정 10' 의 다른 용도로 사용할 수 있다.
실시예
요소회수를 위하여 사용되어 왔던 진공 표면냉각기 및 보조장치를 본 발명의 접촉 냉각기로 대치함에 따른 효과를 컴퓨터 시뮬레이숀으로 분석한다. 일당 1500 미터론 (MTPD) 요소 단괴화 공정설비 및 2000 MTPD 요소 과릴화 공정설비를 계산상의 기초로 사용한다. 본 발명의 흡수탑 101 및 201 에 대한 물질조성을 표 1 에 나타낸다. 이용상 및 주요 장치상의 잠재적인 비용절감을 계산하기 위하여 표준 비용평가 프로그램을 사용한다.
요소 또는 이와 관련한 암모니아 제조장치의 작동에 있어서, 본 발명을 사용함에 따른 부작용은 없다. 다중의 장치가 단일 장치로 대체되었기 때문에, 용기의 제조 및 이와 관련한 스텐레스 파이프의 설치, 부속품의 설치, 밸브 보조물 등 제반 투자비용도 절감된다. 또한, 표면 응축기의 대치는 응축기 튜브의 오염 및 불량 단괴 생성물 제조의 가능성을 감소시킨다.
본 발명의 접촉 및 판-핀 (plate-fin) 냉각기의 향상된 냉각효과로 인하여 냉각수에 대하여 요구되는 순환율이 감소된다. 결과적으로, 요소 회수장치의 효용의 소비가 감소될 수 있다. 또한, 순환율의 감소로 인하여 입구 및 출구의 배관, 지상 및 지하의 파이프들, 순환펌프 등을 포함하는 설비 냉각수 시스템의 크기가 작아질 수 있다. 또한, 냉각탑 (나타내지 않음) 으로부터의 순환 및 배출의 감소로 인하여 냉각탑 충전수의 양이 감소할 수 있다.
또한, 공정 응축물 (탱크 76 으로부터의) 은 저압 (4 바아) 및 대기압 흡수기 (나타내지 않음) 에 저온 흡수제를 제공하여 암모니아 흡수를 증가시키고 설비 방출을 감소시키기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 통상의 냉각수를 저온에서 이용할 수 있게 됨으로써, 보통의 냉각수를 사용하는 다른 공정상의 넓은 냉각기 (나타내지 않음)의 표면적이 감소될 수 있다.
단괴화 공정에서, 표면 응축기로의 증기 스트림을 승압하기 위하여 필요할 수도 있는 배출기들이 제거됨으로써, 저압 스팀을 절감할 수 있다. 접촉 냉각기 재순환 펌프 136 을 첨가함으로써, 다른 절감효과에 의하여 보상되는 것에 비하여 전체적인 전력수요는 증가한다.
표 1
본 발명에 따른 단괴화 및 과립화 공정의 효용절감을 표 2 에 나타낸다.
표 2
비용절감은 단괴화 또는 과립화에 따라 요소설비 내부 배터리 한계의 3 내지 5 % 이다.
본 발명 요소회수법은 앞선 명세서 및 실시예로서 설명하였다. 앞의 명세서는 제한하고자 하는 것은 아니며, 당해 숙련가라면 다양한 변형이 있을 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러한 모든 변형은 하기 특허청구의 범위의 범주 및 의의에 포함되는 것이다.
제 1 도는 요소 생성물을 과립화하는 본 발명 요소회수법 구현의 공정도를 나타낸다.
제 2 도는 단일단계를 가지는 본 발명 중앙 흡수탑을 나타내는 제 1 도 공정의 상세한 개요도를 나타낸다.
제 3 도는 요소 생성물을 단괴화하는 본 발명 요소회수법 구현의 공정도를 나타낸다.
제 4 도는 이중단계를 가지는 본 발명 중앙 흡수탑을 나타내는 제 3 도 공정의 상세한 개요도를 나타낸다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
16: 반응 단계 20: 고압 스트리핑 단계 26: 저압 스트리핑 단계
30: 응축 단계 34: 분리 드럼 42: 순간증발 드럼
48: 예비농축 단계 54: 저장탱크 58: 주농축 단계
62: 마무리 단계 100: 중앙흡수 단계 66: 탱크
102: 예비 증발가열기 104, 208, 218: 분리기
101, 201: 흡수탑 110, 206, 216: 가열기
112, 208: 제 1 증발분리기 122: 흡수영역
120: 공급영역 124, 240: 레그
128, 232, 244: 배출기 140, 256: 냉각기
136, 150, 252: 펌프 72: 요소 농축장치
62': 마무리 단계 202: 제 1 증발 단계
204: 제 2 증발 단계 218: 주 증발분리기
230: 하부 흡수 단계 228: 하부 공급영역
238: 상부 흡수 단계 236: 상부 흡수영역

Claims (15)

  1. 하기의 단계 (a) ∼ (f) 로 이루어지는, 요소 진공증발기로부터의 증기에서 응축성물의 회수 방법;
    (a) 요소 진공증발기로부터 흡수기 장치의 흡수영역 아래로 증기를 도입하고;
    (b) 흡수영역으로부터 위로 증기 스트림을 회수하여 흡수기 장치내의 압력을 대기압 이하로 유지하고;
    (c) 수성 스트림을 흡수영역 위의 흡수기 장치로 도입하고;
    (d) 단계 (a) 에서 도입된 흡수영역 내의 증기를 단계 (c)에서 도입된 수성 스트림과 접촉시켜 물을 응축시키고, 암모니아 및 CO2를 흡수하고 수성 스트림으로 요소를 세척하고;
    (e) 단계 (d) 로부터의 수성 스트림을 수집하고;
    (f) 단계 (e) 에서 수집한 수용액을 냉각하고 단계 (c) 로 재순환하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 증발기가 제 1 및 제 2 단계 농축기를 일련으로 포함하며, 단계 (a) 에 도입되는 증기가 상기로부터의 제 1 및 제 2 스트림 각각을 포함하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 1 및 제 2 증기 스트림이 흡수영역 아래의 공급영역으로 도입되는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 흡수영역은 상부 및 하부단계를 포함하며, 제 1 단계 농축기로부터 하부 흡수단계 아래의 하부 공급영역으로 제 1 증기 스트림을 도입하고, 제 2 단계 농축기로부터 상부와 하부 흡수단계 사이의 상부 공급영역으로 제 2 증기 스트림을 도입하며, 여기서 상부 공급영역은 상부와 하부 흡수단계 사이를 흐름상 교호시켜, 각각의 증기 및 액체를 상류로 및 하류로 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 스팀을 추진 유체로서 사용하여 제 2 단계 농축기로부터 상부 공급영역으로 제 2 증기 스트림을 추출시키는 것을 포함하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 흡수장치와 단계 (e) 에서 수집한 수성 스트림 회수용 탱크 사이에 진공봉인을 유지하며, 이것은 탱크의 액체 높이 아래로부터 흡수영역 아래의 상부 높이까지 연장된 수충전 레그를 포함하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 회수단계 (b) 가 스팀을 추진 유체로서 사용하여 흡수장치로부터 증기를 배출시키는 것으로 이루어지는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 요소 가수분해용으로, 단계 (e) 로부터 수집된 수성 스트림의 일부를 회수하는 방법.
  9. 하기를 포함하는 요소 농축장치;
    일련의 제 1 및 제 2 단계 요소 진공증발기;
    흡수영역을 포함하는 흡수컬럼;
    진공증발기로부터 흡수영역 아래의 흡수컬럼으로 증기 스트림을 도입하기 위한 라인;
    흡수영역 상부로부터 위로 증기를 회수하여 흡수컬럼 내의 대기압 이하의 압력을 유지하기 위한, 흡수컬럼으로부터의 상향 라인;
    암모니아, 카르바메이트 및 요소로 이루어지는 흡수컬럼으로부터의 수용액을 회수하기 위한 탱크;
    탱크로부터 흡수영역 위의 흡수컬럼으로 물을 재순환시키기 위한 펌프 및 라인;
    재순환 수용액을 냉각시키기 위한 재순환 라인상의 열 교환기를 포함하는 요소 농축장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 흡수영역 아래의 공급영역이 제 1 및 제 2 단계 진공증발기로부터의 각각의 증기 라인과 흐름상 교호하는 요소 농축장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상부 및 하부 흡수단계를 포함하는 흡수영역, 제 1 단계 진공증발기로부터의 증기 라인과 흐름상 교호하는 하부 흡수단계 아래의 하부 공급영역, 및 제 2 단계 진공증발기로부터의 증기 라인과 흐름상 교호하는 상부와 하부 흡수단계 사이의 상부 공급영역을 포함하며 ; 여기서 상부 공급영역은 상부와 하부 흡수단계사이를 흐름상 교호시켜 각각의 증기 및 액체의 흐름을 상류로 및 하류로 통과시키며, 물의 재순환 라인은 그의 상단부에 인접한 상부 흡수단계와 흐름상 교호하는 요소 농축장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 2 진공증발기로부터의 증기를 압축시켜 상부 공급영역의 압력을 조절하기 위하여 제 2 진공증발기로부터 상부 공급영역으로의 증기 라인 내에 스팀 추출기를 포함하는 요소 농축장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 탱크의 액체 높이 아래로부터 흡수영역아래의 상부높이까지 연장된 액체 레그를 포함하는, 탱크와 흡수영역사이의 진공봉인을 포함하는 요소 농축장치.
  14. 제 9 항에 있어서, 흡수장치로부터의 상향라인에 스팀 추출기를 포함하는 요소 농축장치.
  15. 제 9 항에 있어서, 열 교환기가 냉각수를 포함하는 냉-측유체를 가지는 판및 축 열 교환기인 요소 농축장치.
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