KR20000062909A - 요소 생산 플랜트를 현대화하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
요소 합성을 위한 반응 장치(2), 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛(3)과 막 형태의 적어도 하나의 수직 응축 유닛(4)으로 이루어진 형태의 요소 생산을 위한 플랜트를 현대화하기 위한 방법은, 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 대부분의 흐름을 응축 유닛(4)으로 공급하기 위한 장치(36)를 제공하고 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 이루어진 대부분의 흐름을 응축하고, 수용액 내에 요소와 카르바메이트로 이루어진 흐름을 형성한 후, 요소 합성을 위해 반응기(2)로 공급하는 장치(37)의 응축 유닛(4)을 제공한다. 현대화한 본 발명에 의해, 응축 유닛(4)의 효율성은 크게 개선되어서, 그 용량은 증가된다.
Description
본 발명은 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 플랜트를 현대화한 방법에 관련된다.
특히, 본 발명은,
- 요소 합성을 위한 반응 장치;
- 요소 합성을 위한 반응 장치에 암모니아와 이산화탄소를 공급하기 위한 장치;
- 반응기에서 배출된 수용액 상태의 요소, 카르바메이트 및 유리 암모니아로 이루어진 반응 혼합물에서 카르바메이트를 일부 분해하고 유리 암모니아를 일부 분해하여서, 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아로 구성된 흐름 및 수용액 상태의 요소와 잔류 카르바메이트로 구성된 흐름을 얻기 위한 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛;
- 수용액 상태의 잔류 카르바메이트로부터 요소를 분해하기 위한 스트리핑 유닛에서 배출된 수용액 상태의 잔류 카르바메이트와 요소로 구성된 흐름을 위한 회수 부분;
- 스트리핑 유닛에서 배출된 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아로 구성된 흐름을 일부 응축하기 위한 관을 포함하고, 수용액 상태의 카르바메이트로 구성된 액체 흐름 및 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아로 구성된 가스 흐름을 얻기 위한, 막 형태인 적어도 하나의 수직 응축 유닛;
- 요소를 합성하기 위해 수용액 속에 카르바메이트를 포함하는 흐름과 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름을 공급하기 위한 장치;
- 요소의 합성 반응에 대해, 하나 또는 그 이상의 표면안정화 시약을 포함하는 기체 흐름을 스트리핑 유닛으로 공급하고 응축 유닛을 통하여 요소 합성을 위해 스트리핑 유닛으로부터 반응기로 공급하는 장치로 구성된 형태의 요소 생산을 위한 플랜트를 현대화하기 위한 방법에 관련된다.
하기 상세한 설명과 청구항에서, "현대화"라는 용어는, 그 성능을 향상시키고 에너지 소비를 줄일 뿐만 아니라 생산 용량 및 변환량을 높이기 위해 기존의 플랜트를 개선한 것을 의미한다. 특히, 본 발명에 따른 요소 플랜트의 현대화는 고압 합성 부분의 주요 장비를 유지하면, 용량을 증가시킨다.
하기 상세한 설명과 청구항에서, "막 형태의 응축 유닛"이라는 것은 기체 상태의 응축이 액체 막에서 발생하고, 가스 흐름과 일치하여 다수의 관 내에서 아래쪽으로 흐르는 장치를 의미한다. 액체 막은 관 벽과 접촉하여 흐르는 반면에 기체 상태는 관 안쪽에서 흐른다.
또 본 발명은 전술한 프로세스를 수행하기 위한 플랜트뿐만 아니라 요소 생산을 위한 공정에 관련된다.
요소 생산에 대해, 공지된 대로, 한편으로는 항상 더 큰 용량과 활용 가능한 작업 효율성을 가지면서, 다른 한편으로는 에너지 소비가 낮고 보다 낮은 투자 비용 및 조작 비용이 드는 하나 이상의 펠트를 필요로 한다.
선행 기술
이 목적으로, 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 기존의 플랜트를 현대화하기 위한 방법은, 합성 반응기의 현대화, 합성 반응기 하류 장치를 더 큰 용량을 가지는 장치로 교체하는 것과, 기존의 장치와 병행하여 새로운 장치를 추가하는 것을 기초로, 당해 기술 분야에 공지되어 있다.
예를 들어, EP-A- 0 796 244에서는 요소를 생산하기 위한 플랜트를 현대화하는 방법이 설명되는데, 이것은 합성 반응기로 재순환되는 수용액에서 카르바메이트의 일부 분해 과정이 추가되는 것을 보여준다. 이런 현대화 방법으로 합성 반응기로 재 순환된 물의 양을 크게 감소시킬 수 있으므로, 변환 량을 증가시키고 플랜트의 생산 용량을 높인다.
생산 용량을 높일 때 직면하게 되는 주요 문제점 중 하나는 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 기존의 플랜트에서 고려되고, 하나 또는 그 이상의 응축 유닛을 포함하는 고압 응축 부분의 용량을 높인다는 것이다.
지금까지 제안된 응축 부분의 용량을 높이기 위한 현대화 방법은, 예를 들어 Kettle 유형(푸울 콘덴서)의 수평 응축 유닛과 같은, 높은 교환 계수를 가지는 유닛 또는 막 형태의 추가 응축 유닛과 평행하게 삽입하는 것이다.
또 기존의 유닛을 보다 큰 용량을 가지는 새로운 유닛으로 교체하는 것도 고려되어야 한다.
전술한 선행 기술의 방법에 따른 응축 유닛의 현대화에 대해 구조의 복잡성과 투자 비용이라는 측면에서 아주 부정적 영향을 끼칠 수 있다.
비록 에너지 비용을 감소시키고 생산 용량을 증가시키기 위해 새로운 플랜트로 교체하는 대신에 기존의 플랜트를 개조하는 산업상의 흥미가 증가함에도 불구하고, 전술한 단점 때문에, 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 플랜트의 현대화는 비교적 용도가 줄어든다.
따라서 본 발명의 목적은, 생산 용량을 높일 수 있고 에너지 소비와 투자 비용을 낮추며 기술적으로 실시하기에 용이한 요소 생산을 위한 플랜트를 현대화하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전술한 문제점은 아래와 같은 과정으로 이루어진, 전술한 유형의 방법에 의해 해결된다:
- 스트리핑 유닛에서 배출된 하나 또는 그 이상의 표면안정화 시약을 포함하는 기체 흐름의 일부와 증기 상태의 암모니아 및 이산화탄소로 구성된 흐름의 일부를 요소 합성을 위한 반응기로 직접 공급하는 장치를 제공하는 과정;
- 스트리핑 유닛에서 배출된 하나 또는 그 이상의 표면안정화 시약을 포함하는 기체 흐름의 대부분과 증기 상태의 암모니아 및 이산화탄소로 구성된 흐름의 대부분을 적어도 하나의 응축 유닛으로 공급하기 위한 장치를 제공하는 과정;
- 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 대부분을 응축하여서, 수용액 상태의 요소와 카르바메이트로 구성된 흐름을 얻기 위한 장치를 적어도 하나의 응축 유닛에 제공하는 과정.
대부분이라는 용어에 관해, 이것은 스트리핑 유닛 밖으로 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소 전체 흐름의 50% 이상을 의미한다. 합성 반응기에서 작동 상태에 따라, 대부분이라는 개념은 흐름의 65-85%, 예를 들어 70-75% 범위로 될 수 있다.
유리하게도, 본 발명은 교환 계수와 응축 부분의 효율성을 현저하게 높여서, 기존 플랜트의 디보틀넥(debottlenecking)이 가장 유리한 전체 생산 용량을 허용하므로 최적으로 증가될 수 있다.
이 모든 것은, 불변 상태로 유지되는 고압 합성 부분에서 2차 간섭을 최소화하고, 에너지 소비를 줄여서, 간단하고 효율적으로 달성된다.
따라서 투자 비용, 실시 비용 및 조작 비용은 선행 기술에 따른 현대화 방법에 의해 요구되는 비용보다 훨씬 낮다.
실제로, 본원 방법에 따르면, 기존의 응축 부분은 개량되지도 않았고 새로운 장치로 교체되지도 않았지만, 공급되는 기체를 모두 응축하도록 응축 유닛 내부의 단지 일부만 개조하면 된다.
스트리핑 유닛에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름을 소부분과 대부분으로 나누기 위한 수단을 제공한다는 사실 때문에, 합성 반응기 내의 반응 온도를 제어하는데 필요한 기체 상태의 반응물은 선행 기술처럼, 액체 상태로 응축 유닛을 더 이상 통과하지 못한다. 이렇게 할 때, 대부분에 포함된 모든 기체 반응물의 응축을 허용하여 가능한 최대 효율성을 가지고 작동하도록 응축 유닛의 내부는 개조될 수 있다.
이 점에서, 본원에 따른 현대화 방법은 "잠수형"수직 응축 유닛에서 막 형태인 수직 응축 유닛을 변형하기 위한 수단을 제공하는 과정을 포함한다.
하기 상세한 설명과 청구항에서, "잠수형 응축 유닛"이라는 용어는, 액체가 관을 채우고 액체를 통과함으로써 기체의 응축이 발생하는 장치를 의미한다. 즉, 이 경우에 응축 유닛은 막 형태인 응축 유닛과는 달리, 액체로 채워진 관을 가지고 작동하는데 상기 관은 거의 비어 있다.
특히, 기존의 응축 유닛은 적어도 하나의 유닛 관 하측 단부에서 증기 상태인 암모니아, 이산화탄소를 포함하는 흐름의 대부분을 공급하기 위한 장치를 제공하고, 열사이펀을 가지는 응축 유닛 내부의 암모니아와 수용액에서 카르바메이트로 구성된 응축 용액의 흐름을 순환시키기 위한 장치를 제공함으로써 개선된다.
본 발명에 따라, 높은 액체 헤드와 관 내부에서 자연 순환을 보장하도록 기존 응축 유닛의 크기 및 수직 위치가 적용된다.
액체 상태의 열사이펀과 유사한 운동에 따른 순환은 관의 각 부분을 통하여 아래쪽으로만 흐르는 액체 흐름과 장치에서 위쪽으로 흐르는 액체와 증기로 구성된 흐름 사이의 비중 차이에 기인한 것이다.
이 점에서, 관의 중심, 기설정된 부분에서 기체 상태인 암모니아와 이산화탄소를 분배하도록, 기체 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 대부분을 공급하기 위한 장치와 통하는 액체 속의 관의 하측 단부와 인접해 가스 분배기를 제공할 때 만족스러운 결과를 얻을 수 있다.
이런 식으로, 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소의 응축은 관의 한정된 부분에서만 발생하므로, 저비중 흐름이 통과하는 관 부분과 고비중 흐름이 통과하는 관 부분 사이에서 응축 유닛 내부의 액체 상태인 열사이펀과 유사한 운동으로 최적 순환을 일으킨다.
막 형태인 응축 유닛에 대해, 현대화하기 위한 본원 방법에 의해 구비된 응축 유닛은 액체와 기체의 효과적인 혼합을 허용하여서 관 내부의 교환 계수를 크게 높이고 전체 교환 계수 및 기존의 응축 부분의 효율성을 증가시킨다.
이것은 기존 응축 부분의 용량을 높인다.
테스트 결과에 따르면 기존 응축 유닛의 전체 교환 계수를 두 배로 증가시킬 수도 있다.
또, 막 형태에서 "잠수형"'으로 수직 응축 유닛을 개조했으므로, 액체 상태의 열사이펀과 유사한 순환으로, 요소와 일부는 반응하고 일부는 변형되는, 카르바메이트 유닛에서 거주 시간을 증가시킬 수 있다.
이렇게 할 때, 전체 반응 체적, 즉 반응 공간과 응축 유닛에서 카르바메이트 거주 시간의 10-20%를 증가시킬 수 있다. 이것은 이산화탄소의 요소 변환량이 대응하여 증가하였음을 암시한다.
응축 부분으로부터 추출하도록 초기 구조를 크게 개조하지 않으면서 수용액 상태의 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름이 얻어지는데, 본 발명에 따른 현대화 방법은 관 위 부분에서 요소 합성을 위해 액체 상태를 반응기로 공급하기 위한 장치와 연결되어 액체가 흐르는 응축 유닛의 하측 단부까지 수집하고 공급하기 위한 장치의 응축 유닛을 제공하는 것을 포함한다.
새로운 응축 유닛을 추가하거나 기존의 유닛에 높은 교환 계수를 가지는 새로운 유닛으로 교체하여 응축 부분을 개선하는 선행 기술과는 달리, 본 발명에 따른 방법은, 구조적인 면에서 일부만 개조하고 작동면에서 크게 바뀌지 않으면서도, 어떻게 기존의 응축 유닛으로 동일한 기능의 증대를 가져올 수 있는지 주의해야 한다.
이 결과는, 만일 선행 기술의 현대화 방법에 따라 기존의 장치만으로 응축 부분에서 실제적 용량 증대를 얻을 수 없다면 아주 놀라운 것이다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 본원의 현대화 방법은 다음 과정을 포함한다:
- 하나 이상의 응축 유닛으로부터 요소 합성을 위해 반응기 하류에 구비된 세척 유닛까지 기체 상태의 이산화탄소와 암모니아와 함께 하나 또는 그 이상의 표면안정화 시약을 포함하는 기체 흐름의 대부분을 추출하고 공급하기 위한 장치를 제공한다.
즉, 알맞은 장치를 도입하여, 스트리핑 유닛에 의해 응축 유닛으로 공급된 표면 안정화 시약을 포함하는 가스 흐름의 대부분은 반응 부분을 통과하는 대신에 이 반응 부분 하류의 플랜트에 위치한 세척 유닛 중 하나로 빗나가게 된다.
유리하게도, 본 발명에 따른 현대화 방법은 표면 안정화 시약을 포함하는 기체 흐름의 일부분만 요소 합성을 위해 반응기로 공급할 수 있어서, 변환 반응과 관계없는 물질의 존재를 최소로 줄이고 전체 변환양은 1-3%로 증가시키고 동시에 부식에 반해 반응 공간을 알맞게 보호할 수 있다.
증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름에 대해 동일하게, 이 경우에 "대부분"이라는 용어는 스트리핑 유닛 밖으로 배출된 표면안정화제의 전체 흐름의 50% 이상을 나타내는 것을 의미한다.
예를 들어, 유입 가스 흐름의 65-85%로 이루어지는 경우에, 선행 기술의 100%와 비교해, 유입 가스의 단지 15-35%만 합성 반응기로 보내지고, 이것은 변환량이 많다는 점에서 유리하다.
여기에서, 반응에 포함된 물질의 부식 작용으로 인한 빠른 저하에 대해 요소 플랜트 합성 부분의 장치-특히 스트리핑 유닛-를 보호하도록, 이산화탄소의 흐름과 함께 정해진 양의 표면안정화제를 스트리핑 유닛으로 공급하는 방법에 대해 알아야 할 것이다. 따라서, 이산화탄소의 흐름에 포함된, 표면안정화제와 그 밖의 가능한 유입 물질은 응축 유닛을 통과하고 요소 합성을 위해 반응기로 보내진다.
조작 상태는 스트리핑 유닛보다 중요하지 않으므로, 응축 부분과 반응 공간을 보호하는데 필요한 표면안정화제의 양은 합성 루우프에서 순환하는 양보다 적다.
결과적으로, 이산화탄소에서 스트리핑을 가지고 요소를 생산하기 위한 공정 및, 선행 기술에 따라 요소를 생산하기 위한 플랜트의 현대화 방법은 반응 공간에서 변환량의 손실 및 상기 반응 공간에서 과다 유입 물질로 인한 생산 용량의 상실에 의해 영향을 받는다.
본원에 의해, 전술한 전체 반응량의 증가에 따른 변환량의 증가와 함께 반응 부분에 존재하는 소량의 유입 물질에 기인한 변환의 증가는, 반응 부분의 하류에서 불균형을 일으키지 않고 기존 응축 부분의 과부하를 일으키지 않으면서 기존 플랜트의 생산량과 반응 공간에서 변환량의 증가를 최대화한다.
또, 변환량이 증가할 때, 현대화된 기존 플랜트에 대해 증기 소비량을 줄이기 위해서 에너지 소비를 낮게 유지할 수 있어서 유리하다.
응축 유닛으로부터 세척 유닛까지 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 가지고 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 가스 흐름의 큰 부분을 추출하고 공급하기 위한 수단에 적절한 제어 수단을 제공하는 단계 때문에 하나 또는 그 이상의 표면안정화제로 구성된 가스 흐름 중 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 큰 부분과 작은 부분은 본원의 현대화 방법에 따라 조절된다.
또 본 발명은
- 반응 공간에서 암모니아와 이산화탄소를 반응시켜, 수용액 상태의 요소, 카르바메이트 및 유리 암모니아로 구성된 반응 혼합물을 얻고;
- 이산화탄소를 가지는 스트리핑 부분으로 반응 혼합물을 공급하고 혼합물 중 카르바메이트의 부분 분해 및 유리 암모니아의 부분 분리를 하며, 수용액 상태인 요소 및 잔류 카르바메이트로 구성된 흐름과 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소로 이루어진 흐름을 얻으며;
- 요소 회수 부분으로 수용액 상태인 요소와 잔류 카르바메이트로 이루어진 흐름을 공급하는 과정을 포함하는 형태의 요소 생산 프로세스에 관련되고,
본 발명의 특징에 따르면:
- 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 소부분을 반응 공간으로 직접 공급하고;
- 적어도 하나의 응축 유닛으로 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 큰 부분을 공급하며 이 큰 부분은 전체적으로 응축되고, 수용액 상태의 요소와 카르바메이트로 구성된 흐름을 얻으며;
- 반응 공간으로 액체 상태인 요소와 카르바메이트로 구성된 흐름을 공급한다.
본 발명은
- 요소 합성을 위한 반응기;
- 요소 합성을 위해 반응기로 암모니아와 이산화탄소를 공급하기 위한 장치;
- 반응기에서 배출된 수용액 속의 요소, 카르바메이트 및 유리 암모니아로 구성된 반응 혼합물 중 카르바메이트는 일부 분해하고 유리 암모니아는 부분 분리하며, 수용액 속에 요소와 잔류 카르바메이트로 구성된 흐름 및 기체 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름을 얻기 위한 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛;
- 수용액 속의 잔류 카르바메이트로부터 요소를 분리하기 위해 스트리핑 유닛에서 배출된 수용액 속의 잔류 카르바메이트와 요소로 구성된 흐름의 회수 부분으로 구성된, 요소 생산을 위한 전술한 과정을 실시하는 플랜트에 관련되고,
본 발명의 특징에 따르면:
- 스트리핑 유닛에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 일부를 전체적으로 응축하고, 수용액 속에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 얻기 위한 "잠수형"응축 유닛;
- 스트리핑 유닛에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 작은 부분을 요소 합성을 위해 반응기로 직접 공급하기 위한 장치;
- 스트리핑 유닛에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 큰 부분을 적어도 하나의 응축 유닛으로 공급하기 위한 장치;
- 적어도 하나의 응축 유닛에서 배출된 수용액 속의 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 요소 합성을 위한 반응기로 공급하기 위한 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 요소 생산을 위한 공정을 실시하는 플랜트는 생산량을 증대시키고 에너지 소비 면에서 개선된 효과를 거두기 위해서, 종래의 플랜트를 개조함으로써 또는 엑스-노보로 실현될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징과 장점은 첨부 도면을 참고로 하기 상세한 설명으로부터 보다 분명히 이해할 수 있는데 본 발명은 본원의 실시예에 따른 현대화 방법과 본 발명에 따른 요소 합성 공정에 제한되지 않는다.
도 1 은 종래 기술에 따른 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 의해 요소를 생산하기 위한 플랜트의 부분 개략도;
도 2 는 종래 기술에 따른 도 1의 플랜트의 막 형태인 수직 응축 유닛의 종단면도;
도 3 은 본 발명의 현대화 방법의 선호되는 실시예에 따라 도 1의 플랜트를 현대화함으로써 실현된 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 플랜트의 부분 개략도;
도 4 는 본 발명에 따라 도 2의 응축 유닛을 개조함으로써 얻어지는, 도 3에 도시한 플랜트의 "잠수형"수직 응축 유닛의 개략적인 종단면도;
도 5 는 본 발명에 따른 프로세스를 수행하기 위해 이산화탄소로 실현된 엑스-노보(ex-novo)를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 플랜트의 개략도;
도 6 은 본 발명에 따른 도 5에 나타낸 "잠수형"플랜트의 수직 응축 유닛의 종단면도.
본원을 간략하게 설명하기 위해서, 요소 생산을 위한 플랜트의 일부분만 도 1에 도시되어 있는데 본 발명의 이해를 돕기 위해 고압 합성 부분과 나머지 부분을 보다 정밀하게 나타낼 필요는 없다.
도 1에 도시되어 있고 아래에서 설명되는 종래 기술에 따른 여러 부분으로 이루어진 플랜트의 연결관은 필요할 때만 참고될 것이다.
도 1에서, 반응 공간으로 반응물이 재 순환되는 것을 특징으로 하고 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하기 위한 기존의 플랜트는, 부호 번호 1로 나타내었다.
플랜트(1)와 고압 합성 부분은 요소 합성을 위한 반응기(2), 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛(3), 도 2를 참고로 보다 자세히 설명되는, 막 형태의 수직 응축 유닛(4)을 포함하는 응축 부분 및, 표면활성화제와 그 밖의 다른 반응 유입 물질을 가지는 세척 유닛(5)으로 구성된다.
또, 플랜트(1)는 도 1에 도시되지 않았고 생산되는 요소를 위한 회수 부분과, 응축 유닛(4)으로 공급되는 냉각 액체에 의해 발생되는 증기를 분리하기 위한 장치(6)를 포함한다.
상기 반응기(2)는 2.8 내지 3.0의 몰 비율을 가지는 NH3/CO2,0.4 내지 0.5의 몰 비율을 가지는 H2O/CO2를 가지는 180 내지 185℃의 온도에서 작동하고, 변환량은 58-60%이다.
도 1의 합성 부분에서 프로세스 압력은 140 내지 145 바아이다. 이 압력은 요소 합성 공정에서 약 18바아인 "중간"압력과 3-4바아인 "낮은"압력과 비교해, "높은"압력으로서 각각 나타내고, 합성 루우프 하류 부분의 압력을 표시하는데 사용된다.
도 1에서, 요소를 생산하기 위한 플랜트(1)의 장치로 여러 흐름을 공급하기 위한 장치는 부호 번호 7-21로 나타낸다.
상기 공급 장치는 관로 또는 연결관, 펌프, 압축기, 배출기 및 이런 종류의 플랜트에서 일반적으로 적용되는 공지된 유형의 다른 장치를 포함하므로, 이것은 하기 상세한 설명에서 더 자세히 설명되지 않을 것이다.
일반적으로, 본원의 상세한 설명과 청구항에서 "공급, 연결 또는 추출 장치"라는 용어는 관로, 연결선 또는 관, 펌프, 압축기, 배출기 또는 공지된 유형의 다른 장치를 의미하고 이 장치는 플랜트에서 한 위치에서 다른 위치로 흐르는 가스 또는 액체를 수송하는데 사용된다.
특히, 7과 8은 공급 이산화탄소를 포함하는 가스 흐름을 스트리핑 유닛(3)으로 공급하고 공급 암모니아(액상)를 포함하는 흐름을 응축 유닛(4)으로 공급하기 위한 장치를 나타낸다.
장치(7)를 통하여 스트리핑 유닛(3)으로 보내어진 공급 이산화탄소는 반응기(2)에서 배출되고 장치(9)를 통하여 유닛(3)으로 공급되는 수용액 속에 요소, 카르바메이트 및 유리 암모니아로 구성된 반응물의 스트리핑제로서 적용된다.
스트리핑 유닛(3)은 증기로 외부 가열하는 막 형태로 구성된다. 셸에서 스트리핑 유닛(3)을 가열하기 위해 증기를 공급하고 추출하는 장치는 일반적으로 22로 나타낸다.
이산화탄소를 포함하는 가스 흐름과 역류하여 유닛(3)에서 하류로 흐르는 반응 혼합물 중 카르바메이트는 부분 분해되고 유리 암모니아는 부분 분리되어서 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름을 얻고 수용액 속에 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름을 얻는다.
수용액 속에 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름은 스트리핑 유닛(3)의 바닥에서 추출되고 공급 장치(10)를 통하여 요소 회수 부분으로 보내어진다.
스트리핑 유닛(3)에서 얻어지고 암모니아와 이산화탄소 이외에 물을 포함하는 가스 흐름은 상기 유닛(3)의 상측 단부로부터 밖으로 배출되고 공급 장치(11)를 통하여 응축 유닛(4)의 상측 단부로 공급된다.
상기 응축 유닛(4)은 장치(11)를 통하여 유닛(3)으로부터 배출된 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름을 일부 응축하기 위한 수직 막 형태로 구성된다.
또, 유리 암모니아를 포함하는 흐름은 수용액 속에 암모니아와 카르바메이트를 포함하는 재 순환된 흐름과 함께 장치(8)를 통하여 응축 유닛(4)의 상측 단부로 공급된다. 수용액에서 재 순환된 암모니아와 카르바메이트는 공급 장치(13)를 통하여 유리 암모니아를 포함하는 흐름으로 이송된다. 연결 장치(12)는 반응기(2)와 공급 장치(13) 사이에 구비된다.
도 2에 나타난 것처럼, 응축 유닛(4)의 셸(24)에 수용된 다수의 관(23) 내부에서 아래쪽으로 함께 흐르는, 액체 상태와 접촉하기 때문에 기체는 일부 응축된다.
도면에서, 도 1의 작동 및 구조와 동일한 플랜트(1)의 부품은 동일한 부호 번호로 나타내고 더 자세히 설명되지 않을 것이다.
관(23)은, 응축 유닛(4)의 상부 헤드 및 하부 헤드(27,28)가 각각 부착되는 관 플레이트(25,26)에 의해 상측부와 하측부에서 한정된다.
특히, 수용액 속에서 재 순환된 카르바메이트와 공급 암모니아를 포함하는 액체는 상부 헤드(27)에 의해 한정된 공간(29)에서 유입 노즐(30)을 통하여 유입되고 상부 관 플레이트(25)에 분사되며 관(23)을 따라 중력에 의해 떨어져서 하나의 막을 형성한다. 또 유입 노즐(31)을 통하여 상부 관 플레이트(25)로 공급되는 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 기체는 상기 관 내부로 흐른다.
일부 응축되기 때문에, 수용액 속에 카르바메이트를 포함하는 액체 흐름과 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 기체 흐름은 관(23)의 배출구에서 얻어진다. 이 흐름은 하부 헤드(28) 내부에 한정된 공간(32)을 통과하고 액체와 기체 각각에 대해 배출 노즐(33,34)을 통하여 응축 유닛(4) 밖으로 배출된다.
수용액 속에 카르바메이트를 포함하는 상태뿐만 아니라, 기체 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 물질은 각 공급 장치(14,15)의 요소 합성을 위해 응축유닛(4)의 바닥으로부터 반응기(2)로 보내어진다.
도 2에서, 기체 상태의 흐름과 응축 유닛(4) 내부의 액체 상태는 Fg와 FI로 각각 표시하였다.
선행 기술에 따른 응축 유닛(4)에서, 관(23) 내부의 상 정체 시간은 아주 짧고 상부 관 플레이트(26)에 액체를 균일하게 분배하는 것은 어렵다. 이 모든 것은 기체 상태의 반응물을 응축하는데 불리하다.
유닛(4) 내부에서 기체 상태인 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름을 부분 응축시키는 동안 발생되는 열은, 셸 부분에서 관(23)을 통과하여 흐르는 냉각수, 예를 들면 물에 의해 제거되고 회수된 증기를 생성한다(일반적으로 4.5 바아이다).
물 흐름은 장치(16)를 통하여 응축 유닛(4)으로 셸에서 공급되고 이 유닛으로부터 장치(17)를 통하여 추출된다.
유닛(4) 밖으로 배출되고, 관의 응축 유닛(4) 내부에서 흐르는 처리액과 간접 열 교환에 의해 발생되는 증기를 포함하는 물 흐름은 물에서 발생된 증기를 분리하기 위해 장치(17)를 통과하여 장치(6)로 공급된다. 따라서 물은 장치(16)를 통하여 셸에서 응축 유닛(4)까지 재 순환되는 반면에, 증기는 장치(18)를 통하여 분리 장치(6)로부터 추출된다.
본원의 기술적 용어에서, 분리 장치(6)는 "증기 드럼"으로 나타내기도 한다.
고압 합성 부분의 장치가 부식되는 것을 막기 위해서, 플랜트(1)는 장치를 통하여, 요소 합성에 불활성인, 하나 또는 그 이상의 표면안정화제, 예를 들어 산소나 공기가 흐를 수 있다.
이 목적으로, 표면안정화제를 포함하는 가스 흐름을 스트리핑 유닛(3)으로 공급하고 이 스트리핑 유닛으로부터 요소 합성 반응기(2)로 공급하며, 응축 유닛(4)을 통과하기 위한 장치가 제공된다.
도 1에서, 표면안정화제는 공급 이산화탄소를 포함하는 가스 흐름과 혼합되므로, 표면안정화제를 포함하는 가스 흐름을 공급하기 위한 장치는 공급 장치(7)와 일치한다.
스트리핑 유닛(3)에서 작동 상태는 부식이라는 관점에서 아주 중요하므로, 이 유닛은 다른 장치의 표면안정화에 실제로 필요한 것보다 많은 양의 표면안정화제가 요구된다. 따라서, 스트리핑 유닛(3)과 이웃한, 합성 부분의 다른 장치는 과다량의 표면안정화제를 공급받는다.
또, 장치(7)를 통하여 스트리핑 유닛(3)으로 공급되는 이산화탄소를 포함하는 가스 흐름은 일정량, 예를 들어 1-3% 체적의 다른 불활성 물질을 함유하고 이것은 표면안정화제와 함께, 고압 합성 부분의 여러 장치를 통과한다.
특히, 요소 합성 반응기(2)로 공급되는 표면안정화제와 불활성제의 양은 합성 반응에 불활성인 소량의 물질로 달성할 수 있는 양에 대해 요소 내 이산화탄소의 변환 양을 상당량 줄일 수 있다.
불활성 물질의 흐름은 증기 상태의 반응하지 않은 암모니아와 이산화탄소 일부를 비말동반하는 요소 합성 반응기(2)를 통과하여서, 반응기(2)의 상측 단부로부터 세척 유닛(5)까지 장치(19)를 통과하여 공급된다.
세척 유닛(5)에서, 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소는 도 1에 나타낸 것처럼 요소 회수 부분으로부터 유입되는 수용액 속에 카르바메이트를 포함하고 장치(20)를 통하여 유닛(5)으로 공급되는 세척류에 의해 응축된다.
세척 유닛(5)으로부터, 고압 합성 부분에서 불활성물질과 표면안정화제는 장치(21)를 통하여 추출되는 반면에, 암모니아와 이산화탄소에 풍부한 세척류는 장치(13)를 통하여 응축 유닛(4)으로 보내어진다.
도 3에서, 도 1의 요소 생산을 위한 플랜트는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 현대화 방법에 따라 적절히 개조된다.
기존의 응축 유닛을 개조하는 것과 관련된 설명은 도 4를 참고로 보다 자세히 기술된다.
도 3과 4에서, 도 1과 2에 도시된 바와 구조 및 작동이 동일한 플랜트(1) 및 응축 유닛(4)의 부품은 동일한 부호 번호로 나타내었고 다시 설명되지 않을 것이다.
본 발명에 따른 현대화 방법에 의해, 스트리핑 유닛(3) 밖으로 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 응축 유닛(4)으로 이송하는 장치는 흐름의 대부분이 액체 상태로 응축되도록 적절히 개조된다.
또, 응축 유닛(4)은 큰 부분을 전체적으로 응축하기 위해서 내부를 개조한다.
이 목적으로, 도 3에 나타낸 실시예에 따르면, 도 1에 나타낸 기존 플랜트의 장치(11)는 개조되고 장치(35,36)는 스트리핑 유닛(3)으로부터 요소 합성 반응기(2)까지 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 작은 부분을 공급하기 위해, 흐름의 큰 부분을 응축 유닛(4)으로 공급하기 위해 제공된다. 장치(35,36)는 각각 연결관을 포함한다.
기체 상태인 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름과 함께 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름을 공급 장치(11) 안으로 흐르게 함으로써, 장치(36,35)는 반응기(2)와 응축 유닛(4)으로 공급되는 표면안정화제를 작은 부분과 큰 부분으로 대응하여 분리한다.
간단히, 효과적으로 공급되는 기체 상태의 반응물 전체를 응축하기 위한 장치가 응축 유닛(4) 안쪽에 구비되고 이것은 도 4에서 자세히 나타나 있다.
즉, 막 형태인 기존의 수직 응축 유닛은, 관이 응축액으로 채워진, "잠수형"수직 응축 유닛에서 변형되고 유닛의 효율성 및 용량을 상당히 개선시킨다. 또, 이것은 요소에서 일부 반응하는, 응축 유닛(4)의 카르바메이트의 거주 시간을 증가시킬 수 있다.
특히, 수용액 속에 카르바메이트와 암모니아를 포함하는 응축액은 열사이펀과 비슷한 운동을 하는 관(23) 내부에서 순환한다. 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 큰 부분은 장치(36)를 통하여 관(23)의 하측 단부와 인접해, 특히 하부 관 플레이트(26)와 인접한 하부 공간(32) 안으로 공급된다.
이렇게 할 때, 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소는 응축액과 함께 흐르면서 응축 유닛(4)을 통하여 위로 통과하고 관(23)의 액체로 채워진 관 내부에서 오르내리며 관에서 높은 교환 계수를 가진다.
응축 유닛(4) 내부에서 응축액의 열사이펀 운동으로 정확히 순환시키기 위해서, 본원에 따른 현대화 방법은 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름 큰 부분을 가지는 공급 장치(36)와 유체가 이동하게 연결되어 하부 관 플레이트(26)와 인접해 구비된 다공 벽(37a)을 포함하는 가스 분배기(37)를 제공하는 과정을 포함한다.
이 분배기(37)는 관(23)의 정해진 부분에서만 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소를 분배하도록 크기가 설정된다.
이런 식으로, 관(23)은 저비중 액체/기체 흐름이 위로 통과하는 제 1 부분(38)(도 4에서 중심부)과, 고비중 액체 흐름이 아래로 통과하는 제 2 부분(39)(도 4에서 주변부)으로 세분되고, 이것은 응축 유닛(4) 안에서 열사이펀과 비슷한 운동으로 순환한다.
도 4에 도시된 것처럼, 관(23)의 주변부(40)는 상부 공간(29)으로부터, 합성 반응기(2)로 보내어지는 수용액 속의 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름의 공급 장치(15)로 통과하는데 사용된다.
여기에서, 본 발명에 따른 현대화 방법은 관(23)의 제 3 부분(40)을 통과하여 공간(29)으로부터 장치(15)까지 수용액 속에 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름을 수집하고 공급하기 위한 응축 유닛(4) 내부에 도 4에서 41과 42로 나타낸 알맞은 장치를 제공하는 것이다.
상기 수집 및 공급 장치는 상부 공간(29)의 일부분에 대해 상부 관 플레이트(25)로부터 수직으로 뻗어있고 뚫려있지 않은 벽(41)을 포함하고 반응기(2)로 공급되는 수용액 속에 카르바메이트와 요소로 구성된 흐름을 수용하는 하부 관 플레이트(26)의 한 부분과 공급 장치(15) 사이의 연결 장치(42)를 포함한다.
이 벽(41)은 열사이펀 운동에 따라 순환하는 액상의 상부면(29)에서 액체 헤드를 한정하고 관(23)의 부분(40)을 통과하여 장치(42)로 보내어지는 수용액 속에 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름을 위어(weir)로서 분리한다.
벽(41)의 높이와 공간(29)에서 액체의 높이를 증가시킬 때, 응축 유닛(4)내에서 거주 시간을 상기 유닛에서 보다 빠른 요소 생산 속도로 높일 수 있다는 것을 알아야 한다.
장치(42)는 노즐(33)을 통과하는 관을 통하여 장치(15)에 연결되고, 관(23)의 일부분(40)으로부터 배출되는 액체를 수집하기 위해 하부 관 플레이트(26)에 고정된 상자 모양의 장치를 포함한다.
장치(8)를 통하여 응축 유닛(4)으로 공급되는 암모니아와 수용액 속의 카르바메이트로 구성된 응축액의 흐름은 유입 노즐(30)을 통하여 상부 공간(29) 안으로 들어가고 관(23) 부분(39)에서 상부 관 플레이트(25)와 인접한 환상 분배기(43)를 통하여 분배된다.
장치(34)를 통하여 응축 유닛(4)으로 공급되는 요소 합성 반응을 위한 표면안정화제와 그 밖의 유입 물질은 관(23)을 통하여 위로 통과하고 응축되지 않은 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소와 함께 유닛(4)의 상부면(29)에서 액체와 분리된다.
유리하게도, 상부 공간(29)에서 액체와 분리되는 기체는 응축 유닛(4)으로부터 추출되고 본 발명의 현대화 방법에 따른 적절한 장치(44)를 구비했으므로 반응기(2)의 하류에서 세척 유닛(5)으로 공급된다.
상기 장치(44)는 노즐(31)을 통하여 응축 유닛(4)의 상부 공간(29)과 연결되어 액체가 이동하는 관으로 구성된다.
본 발명의 요약서에서 알 수 있듯이, 기존 플랜트의 생산량 증가에 관한 한 본원의 특징 때문에 요소 합성 반응기(2)에서 변환량을 1-3% 정도 증가시킬 수 있다.
이렇게 할 때, 변환량이 증가될 뿐만 아니라 반응기(2)는 보다 유리한 상태로 작동할 수 있고 현대화 이전보다 플랜트의 에너지 소비는 낮다.
본원의 현대화 방법에 따른 또다른 장점은, 불활성 물질의 작은 부분을 배제하고 합성 반응기(2)로 공급하면, 반응기(2)에서 배출되는 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아의 양은, 모든 불활성 물질이 반응기(2)로 공급될 때보다 현저하게 감소한다는 것이다.
따라서, 응축 유닛(4)으로부터 유입되는 물질의 큰 부분은 암모니아와 이산화탄소로 구성되므로 세척 유닛(5)의 부하는 감소된다; 증기 상태인 소량의 이산화탄소와 암모니아를 불활성 물질의 흐름으로부터 분리하기 위해서 상기 유닛은 기체 상태인 소량의 반응물을 회수해야 하고, 유닛(5)의 보다 우수한 조작 상태를 허용하고 유닛의 용량을 증가시킨다.
도시되지 않은 또다른 실시예에 따르면, 응축 부분(4)으로부터 요소 생산을 위해 기존의 플랜트에 존재하는, 반응기(2) 하류의 다른 세척 유닛까지 유입되는 불활성 물질의 흐름을 공급하기 위한 장치를 제공할 수 있다. 또, 유닛(4) 밖으로 배출되는 불활성 물질의 흐름에서 암모니아와 이산화탄소의 양이 제로(0)이거나 제로에 가까울 때, 가스 배출 노즐(31)에 연결된 배출 밸브와 같은, 밖으로 흐름을 배출하기 위한 장치를 제공하는 단계를 예상할 수 있다.
유리하게도 본원의 현대화 방법에 따르면, 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 가스 흐름의, 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소로 구성된 가스 흐름의 큰 부분과 작은 부분의 제어를 위해 제어 밸브에 의해 도 3에 나타낸 알맞은 장치(45)를 제공할 수 있다.
장치(44)는 반응기(2)의 상부와 응축 유닛(4)의 상단과 연결되어 유체가 통하게 배치되므로, 제어 밸브(45)는 응축 유닛(4)과, 요소 합성 반응기(2)로 보내어지는 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아 양을 제어할 수 있다.
관(23)의 크기 및 특정 구조에 따라서, 본 발명은 응축 유닛(4)의 전체 교화계수를 증가시키고 냉각수가 흐르는 관(23)의 바깥쪽에서 열 교환계수를 증가시키며, 개선된 응축 유닛 용량으로 프로세스 흐름이 통과하는 관 내부를 증가시키는 현대화 방법을 제공한다.
증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 농축하는 동안 발생되는 열을 제거하고 열 교환 계수를 증가시키도록, 냉각수에 의해 관(23)의 셸 부분에서 가로지르는 동안 증기를 생성하지 않는 것이 선호된다.
실제로 기존 응축 유닛(4)의 관(23)이 서로 가까이에 제공된 다수의 관을 포함하고 셸 부분에서 물이 통과하는데 이용할 수 있는 공간이 좁은 경우에, 응축 유닛(4)에서 셸 부분에 흐르는 냉각수의 증기는 액체를 순환시키는데 불리한 것으로 보인다. 이것은 열 교환을 감소시키고 관에서 흐르는 흐름과 냉각수 사이의 응축열 제거를 감소시킨다.
이 특징은 선행 기술과 현저히 다르고, 셸 부분에서 우수한 교환 계수를 가지고 열 제거를 촉진하기 위해, 관의 셸 부분을 가로지르는 동안 응축 열을 제거하기 위해 냉각수를 증발시킨다.
따라서, 서로 이웃하여 배치된 다수의 관을 가지는 응축 유닛인 경우에, 본 발명은 응축 유닛(4) 내부에 증기 생성을 방지하도록 냉각 흐름 속도를 높이기 위한 알맞은 장치를 제공하고 전체 열 교환 계수를 증가시킨다.
액체 헤드를 증가시키도록 유닛(4)과 장치(6) 사이의 높이 차를 증가시키거나 장치(6)의 높이를 증가시키거나, 장치(16)에 순환펌프를 배치함으로써 냉각 루우프 내에서 물의 순환 및 흐름 속도는 증가하게 된다.
이렇게 할 때, 유닛(4)의 셸 부분에서 유입 온도는 증가하고 증기가 유닛(4)의 배출구에서만 형성되도록 온도 증가는 적어진다.
냉각 루우프의 개조로 인해, 응축 유닛이 전술한 특징을 가지는 관을 포함하는 경우에도 셸 부분에서 높은 교환 계수가 달성된다.
일반적으로, 본 발명에 따른 현대화 방법은 응축 유닛(4)의 용량을 증가시킬 뿐만 아니라 생성되는 증기의 압력을 높여서, 열 회복 정도를 높인다.
이렇게 얻어진 고압 하에 증기는 요소 생산을 위한 플랜트(1)의 다른 부분, 예를 들어 합성 부분 하류의 열교환기 또는 CO2압축기 터빈에서 사용될 수 있고, 장치의 부하와 에너지 소비를 감소시킨다.
도 5에서, 이산화탄소를 가지는 스트리핑 공정에 따라 요소를 생산하는 플랜트(46)는 본 발명에 따른 공정을 실시하기 위해 실현된다.
새로운 플랜트의 응축 유닛(4)은 도 6에서 자세히 나타나 있다.
도 5와 6에서, 선행 도면에 도시한 것과 구조 및 기능면에서 동일한 응축 유닛(4)과 플랜트(46)의 부분은 동일한 부호 번호로 나타내고 더 자세히 설명되지 않을 것이다.
즉, 조작뿐만 아니라 플랜트(46)의 여러 가지 장치에 대한 상세한 설명에 관한 한 도 3과 4를 참고하면 된다.
유일한 차이점은, 수용액 속에 카르바메이트와 암모니아를 포함하는 흐름의 유닛(4) 안으로 상이하게 유입되는 것과 반응기(2)로 보내어지는 수용액 속에 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름의 유닛으로부터 상이하게 배출된다는 점이다.
이 차이점은, 새로운 응축 유닛의 구조가 가능하므로 다양한 흐름을 위한 유입 노즐 및 배출 노즐의 배치가 최적화될 수 있다는 사실에 기인한다.
이런 식으로, 상부 및 하부 공간(29,30)에 수집 및 공급 장치(41,42)를 제공할 필요가 없다. 또, 응축 유닛(4)으로부터 수용액 속에 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름을 추출하기 위한 관(23) 부분을 사용하지 않아도 된다. 따라서, 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아를 응축하는데 활용할 수 있는 유닛(4)의 내부 체적을 최대로 이용할 수 있다.
특히, 장치(8)를 통하여 수용액 속에 카르바메이트와 암모니아를 포함하는 물질이 유닛의 바닥에 배치된 노즐(34)을 통하여 유닛(4)으로 공급된다. 또, 장치(15)를 통하여 반응기(2)로 공급되는 수용액 속에 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름은 상측 단부와 인접하여 배치된 노즐(48)을 통하여 유닛(4) 밖으로 배출된다.
노즐(48)에서 배출된 액체의 일정한 흐름을 보장하기 위해서, 반응기(2)로 공급되는 액체의 수집기로서 작동하는 수집 용기(47)를 상부 수집 챔버(29)가 구비한다.
도 5는 본 발명에 따라 요소를 생산하기 위해 새로운 플랜트의 선호되는 실시예를 나타낸다. 실제로, 어떠한 것도 도 3에 따라 유리한 방법으로 새로운 플랜트를 실현하는 것을 막지 못한다.
새로운 플랜트에 대한 높은 투자 비용을 제외하고는, 기존 플랜트의 현대화에 대해 기술한 장점은 도 5의 플랜트에서 반복된다.
기존 플랜트의 현대화 이후에 얻어진 도 3의 플랜트와 도 5의 새로운 플랜트로 인해, 유리하게도 청구항 9항 내지 13항에서 설명한 요소 생산을 위한 공정을 실시할 수 있다.
특히 이 공정의 특징에 따르면, 반응 공간(2)으로 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 작은 부분을 공급하는 단계, 적어도 하나의 응축 유닛(4)으로 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 큰 부분을 공급하고 이 큰 부분을 전체적으로 응축시켜서 수용액 속에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 얻는 단계 및, 반응 공간(2)으로 수용액 속에 카르바메이트와 요소를 포함하는 흐름을 공급하는 단계로 구성된다는 것이다.
유리하게도, 응축 유닛(4)으로 공급되는 기체 상태의 큰 부분을 전체적으로 응축하는 것을 촉진하기 위해서, 본 발명에 따른 공정은 열사이펀과 비슷한 운동으로 상기 유닛 내에서 순환하는 암모니아와 수용액 속에 카르바메이트를 포함하는 액체 흐름을 통하여 응축 유닛(4)에서 큰 부분을 이동시키는 과정을 포함한다.
보다 정확하게, 이 프로세스는 응축 유닛(4)의 수직 관(23)의 중심, 설정된 부분(38) 안에서 위쪽으로 흐르는 암모니아와 수용액 속의 카르바메이트와 함께 기체 상태인 이산화탄소와 암모니아를 포함하는 흐름의 큰 부분을 이동시키는 과정을 포함한다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 이 프로세스는 세척류, 특히 요소를 위한 회수 부분으로부터 유입되는 수용액에 카르바메이트를 포함하는 흐름과 함께 이산화탄소와 암모니아를 회수하도록 응축 유닛(4)으로부터 반응 공간(2)의 하류에 있는 세척 유닛(5)까지 기체 상태의 이산화탄소와 암모니아 및 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 대부분을 추출하고 공급하는 과정을 포함한다.
또, 유닛(4) 내에서 증기 형성을 제한하도록 전술한 흐름 속도를 가지고 냉각수를 포함하는 흐름을 응축 유닛(4)으로 공급하는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 프로세스로 얻을 수 있는 장점은 많다. 특히 이 프로세스는 간단히, 효과적으로 응축 유닛(4)에서 높은 교환 계수를 얻도록 허용하고 높은 변환량과 높은 생산 용량을 얻도록 허용한다. 낮은 에너지 소비와 투자 비용으로 전술한 바를 실현하는 것은 기술적으로 용이하다.
끝으로, 본 발명에 따른 현대화 방법에 의해 한정된 보호 범위는 -기존의 구조 개조 이외에- 마모되었을 때 도 4와 6에 도시한 종류의 구조를 가지는 새로운 유닛으로 기존의 응축 유닛을 교체하는 것까지 확장된다. 이런 특별한 경우는, 기존의 유닛이 작동 수명을 다 했을 때 신뢰성 있고 지속적인 조작을 보장하지 못할 때 발생한다.
Claims (19)
- - 요소 합성을 위한 반응기(2)를 포함하고;- 요소 합성을 위한 반응기(2)로 암모니아와 이산화탄소를 공급하기 위한 장치(7,8)를 포함하며;- 반응기(2)에서 배출된 수용액에 요소, 카르바메이트와 유리 암모니아를 가지는 반응 혼합물 중 카르바메이트는 일부 분해하고 유리 암모니아는 일부 분리하여서, 수용액에 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름과 기체 상태의 암모니아와 이산화탄소를 가지는 흐름을 얻기 위해 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛(stripping unit)(3)을 포함하고;- 수용액에서 잔류 카르바메이트로부터 요소를 분리하기 위해 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 수용액에 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름을 위한 회수 부분을 포함하며;- 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아를 포함하는 흐름을 부분 응축하여서, 수용액에 카르바메이트를 포함하는 액체 흐름과 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 기체 흐름을 얻기 위한 관(23)으로 구성된, 막 형태인 하나 이상의 수직 응축 유닛(4)을 포함하고;- 요소 합성을 위해 반응기(2)로 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 기체 흐름과 수용액에 카르바메이트를 포함하는 흐름을 공급하기 위한 장치(15,14)를 포함하며;- 하나 이상의 응축 유닛(4)을 통하여 요소를 합성하도록 스트리핑 유닛(3)으로, 이 스트리핑 유닛(3)으로부터 반응기(2)까지 요소의 합성 반응에 대해 불활성인 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름을 공급하기 위한 장치(7,11,14)를 포함하는 형태의 요소 생산 플랜트를 현대화하기 위한 방법에 있어서,- 요소를 합성하기 위해 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 하나 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 소부분과 함께 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 소부분을 반응기(2)로 공급하기 위한 장치(35)를 제공하는 과정;- 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 대부분과 함께 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 대부분을 하나 이상의 응축 유닛으로 공급하기 위한 장치(36)를 제공하는 과정;- 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 대부분을 전체적으로 응축하여서, 수용액에 요소와 카르바메이트로 구성된 흐름을 얻기 위한 장치(37)를 하나 이상의 응축 유닛(4)에 제공하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플랜트를 현대화하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, "잠수형"수직 응축 유닛에서 막 형태인 하나 이상의 수직 응축 유닛(4)을 변형하기 위한 장치(17)를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 응축 유닛(4)의 관(23)의 하측 단부(26)에 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 대부분을 공급하기 위한 장치(36,37)와, 열사이펀과 비슷한 운동으로 응축 유닛 내부에 암모니아와 수용액에 카르바메이트를 포함하는 응축액 흐름을 순환시키기 위한 장치(37a)를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 3 항에 있어서, 관(23)의 중심, 설정 부분(38)에서 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 분배하도록, 증기 상태인 암모니아아 이산화탄소로 이루어진 흐름의 대부분을 공급하기 위한 장치(36)와 연결되어 유체가 이동하는 관(23)의 하측 단부(26)와 인접해 가스 분배기(37,37a)를 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 2 항에 있어서, 요소 합성을 위해 반응기(2)로 액체를 공급하기 위한 장치(15)와 연결되어 유체가 흐르게 관(23) 위쪽 영역(29)으로부터 하나 이상의 응축 유닛(4)의 하측 단부까지 수용액에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 수집하고 공급하기 위한 장치(41,42)를 하나 이상의 응축 유닛(4)에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,- 요소 합성을 위해 하나 이상의 응축 유닛(4)으로부터 반응기(2)의 하류에 제공된 세척 유닛(5)까지 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아와 함께 하나 이상의 표면안정화제를 포함하는 가스 흐름의 대부분을 추출하고 공급하기 위한 장치(44)를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서,- 하나 이상의 응축 유닛(4)으로부터 세척 유닛(5)까지 증기 상태의 이산화탄소 및 암모니아와 함께 하나 또는 그 이상의 표면안정화제로 이루어진 가스 흐름의 대부분을 추출하고 공급하기 위한 장치(44)에서, 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 가스 흐름과 증기 상태인 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 대부분 및 소부분을 제어하기 위한 적절한 장치(45)를 제공하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,- 하나 이상의 응축 유닛(4)으로 공급되는 냉각수로 이루어진 흐름의 흐름 속도를 높이기 위한 장치를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- - 반응 공간(2)에서 암모니아와 이산화탄소를 반응시켜, 수용액에 요소, 카르바메이트 및 유리 암모니아를 포함하는 반응 혼합물을 얻고;- 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛(3)에 반응 혼합물을 공급하고 이 혼합물 중 카르바메이트를 일부 분해하고 유리 암모니아를 일부 분리하여, 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름과 수용액에 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름을 얻으며;- 수용액에 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름을 요소 회수 부분으로 공급하는 과정으로 이루어진 형태의 요소 생산 플랜트에 있어서,- 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 이루어진 흐름의 소부분을 반응 공간(2)으로 공급하고;- 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 이루어진 흐름의 대부분을 하나 이상의 응축 유닛(4)으로 공급하고 이것을 모두 응축시켜서, 수용액에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 얻으며;- 수용액에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 반응 공간(2)으로 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 생산 공정.
- 제 9 항에 있어서, 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아로 구성된 흐름의 대부분은 열사이펀과 비슷한 운동으로 하나 이상의 응축 유닛(4) 내부에서 순환하는 암모니아와 수용액에 카르바메이트를 포함하는 액체 흐름을 통하여 하나 이상의 응축 유닛(4)에서 흐르는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 10 항에 있어서, 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아로 구성된 흐름의 대부분은, 암모니아와 수용액에 카르바메이트를 포함하는 액체 흐름과 함께 하나 이상의 응축 유닛(4)의 수직 관(23)의 중심 설정 부분(38) 내부에서 위로 흐르는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 9 항에 있어서,- 요소에 대한 합성 반응에 불활성인, 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름을 스트리핑 부분(3)으로 공급하고;- 스트리핑 부분(3)으로부터 반응 공간(2)까지 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 소부분을 공급하며;- 스트리핑 부분(3)으로부터 하나 이상의 응축 유닛(4)까지 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 대부분을 공급하고;- 하나 이상의 응축 유닛(4)으로부터 반응 공간(2) 하류에 배치된 세척 유닛(5)까지 증기 상태의 암모니아 및 이산화탄소와 함께 하나 또는 그 이상의 표면안정화제로 구성된 기체 흐름의 대부분을 추출하고 공급하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
- 제 9 항에 있어서,- 응축 유닛(4) 내부에서 증기가 형성되는 것을 부분적으로 제한하는 흐름 속도에서 하나 이상의 응축 유닛(4)으로 냉각수를 포함하는 흐름을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
- - 요소 합성을 위한 반응기(2);- 요소 합성을 위한 반응기(2)로 암모니아와 이산화탄소를 공급하는 장치(7,8);- 반응기(2)로부터 배출된 수용액에서 요소, 카르바메이트 및 유리 암모니아로 구성된 반응 혼합물 중 카르바메이트를 부분 분해하고 유리 암모니아를 부분 분리하여, 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 이루어진 흐름 및 수용액에 요소와 잔류 카르바메이트로 이루어진 흐름을 얻기 위한 이산화탄소를 가지는 스트리핑 유닛(3);- 수용액에서 잔류 카르바메이트로부터 요소를 분리하기 위해 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 수용액에서 요소와 잔류 카르바메이트를 포함하는 흐름을 회수하는 부분으로 구성된 요소 생산 플랜트에 있어서,- 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름 일부분을 응축하여, 수용액에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 얻기 위한 하나 이상의 "잠수형"응축 유닛(4);- 요소 합성을 위해 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 포함하는 흐름의 소부분을 반응기(2)로 공급하는 장치(35);- 스트리핑 유닛(3)에서 배출된 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 대부분을 하나 이상의 응축 유닛(4)으로 공급하는 장치(36);- 요소 합성을 위해 하나 이상의 응축 유닛(4)에서 배출된 수용액에 요소와 카르바메이트를 포함하는 흐름을 반응기(2)로 공급하기 위한 장치(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 14 항에 있어서, 하나 이상의 응축 유닛(4)은 수직으로 세워져 있고 증기 상태의 이산화탄소와 암모니아로 구성된 흐름의 대부분을 공급하고 하측 단부에 배치된 암모니아와 수용액에 카르바메이트를 포함하는 응축 액체를 공급하기 위한 유입 노즐(33,34), 상측 단부와 이웃하여 배치된 수용액에 카르바메이트와 요소로 구성된 흐름을 가지는 배출 노즐(48)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 15 항에 있어서, 관(23)의 중심, 설정된 부분(38)에 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소를 분배하도록, 증기 상태의 암모니아와 이산화탄소로 구성된 흐름의 대부분을 공급하기 위한 장치(33)와 연결되어 유체가 이동하는 관(23)의 하측 단부(26)와 인접해 가스 분배기(37,37a) 및 관(23)을 하나 이상의 응축 유닛(4)이 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 16 항에 있어서,- 요소 합성 반응에 불활성인, 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름을 스트리핑 유닛(3)으로 공급하기 위한 장치(7);- 요소 합성을 위해 스트리핑 유닛(3)으로부터 반응기(2)까지 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 소부분을 공급하기 위한 장치(35);- 스트리핑 유닛(3)으로부터 하나 이상의 응축 유닛(4)까지 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 대부분을 공급하기 위한 장치(36);- 요소 합성을 위해 하나 이상의 응축 유닛(4)으로부터 반응기(2)의 하류에 배치된 세척 유닛(5)까지 증기 상태의 암모니아 및 이산화탄소와 함께 하나 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름의 대부분을 추출하고 공급하기 위한 장치(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 17 항에 있어서, 세척 유닛(5)으로 추출된 기체 흐름을 공급하기 위한 장치(44)에 배치된, 하나 또는 그 이상의 표면안정화제를 포함하는 기체 흐름과 증기 상태의 암모니아 및 이산화탄소를 포함하는 흐름의 대부분과 소부분을 조절하기 위한 장치(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
- 제 17 항에 있어서, 하나 이상의 응축 유닛(4)은 상측 단부에 배치된 증기 상태의 이산화탄소 및 암모니아와 함께 하나 이상의 표면안정화제로 구성된 기체 흐름의 대부분을 추출하기 위한 노즐(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트.
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