KR870001236B1 - 우레아 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

우레아 제조방법

본 도면은 본 발명의 구현을 나타낸 공정 일람표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 오토 크라이브(Outeo clave).

2,5,7,8,9,10,11,12,13,15,16,17 : 도관.

3 : 가열기 6 : 응축기

4 : 열원 14 : 이젝터

본 발명은 개량된 우레아 제조법에 관한 것으로써 특히, 본 발명은 이산화탄소와 과잉량의 암모니아를 고온, 고압에서 반응시켜 수득된 우레아 합성유출액을 반응압력과 실질적으로 동등한 압력에서 가열시켜 우레아 합성 유출액내에 함유된 미반응의 암모니움 카바메이트와 과잉의 암모니아를 암모니아와 이산화탄소를 함유하는 가스상 혼합물로 분리시킨 다음 이 가스상 혼합물을 소량의 물 존재하에서 응축시켜 생성된 액체 응축액을 우레아 합성단계에 재순환시키는 것을 특징으로 하는 개량법에 관한 것이다.

암모니아와 이산화탄소를 고온, 고압하에서 반응시켜 우레아를 합성시킨 후 과잉량의 암모니아를 사용하여 우레아의 생성량을 증가시키는 방법은 공지되었다.

상기 형태의 우레아 제조방법에 있어서, 생성 우레아 합성액을 우레아 합성 압력보다 낮거나 또는 동등한 압력에서 간접 가열시켜 암모니움 카바메이트를 암모니아와 이산화탄소로 분해시킴과 동시에 이 암모니아와 이산화탄소를 과잉의 암모니아와 함께 가스성 혼합물로 분리(이 단계를 이후 1차 가열단계라 함)시켜 이 결과 분리된 소량의 물을 함유하는 암모니아와 이산화탄소를 회수하여 우레아 합성단계에 재순환시키는 것을 필요로 한다. 1차 가열로 암모니아 및 이산화탄소를 분리시킨 후의 잔존하는 우레아 합성액은 주성분으로 우레아 및 물 이외에 소량의 암모니움 카바메이트 및 암모니아를 함유한다. 이 잔존 우레아 합성액을 1차 가열보다 낮은 압력에서 2차 가열시켜 잔존암모니움 카바메이트 및 암모니아를 암모니아 및 이산화탄소의 가스상 혼합물로써 분리 회수시킨 다음 생성 우레아 수용액내의 수분을 증발 제거시켜 최종 생성물로써 우레아를 수득할 수 있다. 2차 가열 단계에서 분리된 혼합상 가스는 보통 암모니아 및 이산화탄소의 수용액으로 회수한다.

일본국 특허공보 제19937/1971호에는 1차 가열에 의해 가스상 혼합물로써 분리된 소량의 수분을 함유하는 암모니아 및 이산화탄소를 가스상 인체로 우레아 합성단계에 신규 공급되는 액상 또는 가스상 암모니아 또는 이산화탄소를 구동 유체(driving fluid)로 하여 이젝터(ejector)에 흡인시켜 이 흡인된 가스 혼합물을 승압시킨 다음 합성반응에 재순환시키는 방법이 서술되어 있다. 또한 1차 가열에 의해 수득된 가스상 혼합물을 2차 가열을 포함하는 단계 또는 연속 단계로부터 수득된 암모니움 카바메이트 용액과 접촉시켜 응축시킨 후 수득된 이 응축액을 신규의 우레아 합성에 공급된 가스상 암모니아 또는 이산화탄소를 구동유체(驅動流體)로써 이젝터에 의해 흡인시켜 승압하여 혼합가스/액상상태로 우레아 합성단계에 재순환시키는 방법이 공지되어 있다(참조 : 일본국 특허공보 제42805/1971호).

이젝터는 고압의 구동유체를 노즐을 사용하여 고유속으로 분출시켜 이 노즐 부근에 생성된 저압부에 다른 종류의 유체가 흡입되도록 하여 이의 흡입 유체와 구동유체가 혼합되게 한 후, 혼합유체의 유속을 낮게 하여 혼합유체의 속도 에너지를 압력 에너지로 변환시켜 흡입유체의 압력을 이젝터내의 흡입전의 압력에서 배출기출구의 혼합유체의 압력까지 승압시키는 장치이다. 이 때문에 노즐에 들어보내기 전에 구동유체의 압력을 이젝터 출구에서의 혼합유체의 압력보다 높이는 것이 필요하다. 노즐에 들어가기 전의 구동유체의 압력과 이젝터 출구에서의 혼합유체 압력사이의 압력차를 구동압력(驅動壓力)이라 부른다. 이젝터내에서 일정량이며 일정압력의 흡입유체를 승압시킬 경우, 구동유체량이 적으면 적을수록 필요로 하는 구동압력을 증가시켜 노즐로부터의 분출속도를 증가시킬 필요가 생기며, 또한 구동 유체량이 크면 클수록 필요로 하는 구동압력은 작아도 좋다.

상기 일본국 특허공보 제19937/1971호 및 제42805/1971호는 상기 언급된 바와 같은 특성을 갖는 이젝터가 사용되고 있지만, 일본국 특허공보 제42805/1971호에서 언급된 바와 같이 흡입유체는 일본국 특허공보 제19937/1971호 방법의 가스상이다. 이 결과 흡입유체는 비교적 중량은 적지만 용적은 크다. 구동유체로 작용하는 암모니아 또는 이산화탄소의 구동압력을 증가시켜 구동에너지를 더 증가시키도록 하는 것이 필요하다.

일본국 특허공보 제42805/1971호의 방법에서는, 가스상 혼합물과 물을 혼합시켜 생성된 혼합물을 용액으로 응축시켜 흡입유체를 수득한다.이 결과 흡입유체는 중량이 확실히 증가되지만 이 방법에서는 합성 반응을 연속시키기 위해 신규 공급되는 암모니아 또는 이산화탄소를 구동유체로써 가스상 또는 액체형태로 사용하는 경우 이의 구동압력으로써 60㎏/㎠ 이상의 압력을 필요로 한다. 이 결과 합성반응을 연속시키기 위해 새로이 공급되는 암모니아 또는 이산화탄소의 압력을 이젝터에 공급하기 전 합성반응 압력보다 적어도 60㎏/㎠ 이상 높게 유지시키는 것이 필요하다.

따라서 압축기 펌프 및 내압력성이 강한 도관을 사용할 필요가 있다. 예로써 신규공급 암모니아 340㎏/hr을 구동유체로써 사용하는 우레아 합성방법에 있어서 1차 가열에 의하여 회수된 640㎏/hr의 가스상 혼합물과 2차 가열시켜 수득된 회수 수용액 570kg/hr와의 혼합 응축액 1210㎏/hr을 흡입유체로써 이젝터에 들어가기 전의 압력보다 5㎏/㎠ 압력만이 높은 압력에서 우레아 합성단계에 재순환시키는 경우에는 구동 유체인 암모니아를 액상에서 사용하더라도 71㎏/㎠의 높은 구동압력의 사용을 필요로 한다. 만일 암모니아가 가스상일 경우, 배출기의 에너지 효율은 낮기 때문에 더 높은 구동압력을 필요로 한다. 이젝터내의 다른 결점을 갖는 이 선행기술의 방법은 구동유체를 분출시키는 노즐 근방에 부식이 되기 쉽다. 즉 상기 선행기술의 각 방법에서 구동유체는 흡입유체와 상호 용해되어 이용해 결과 생성되는 액체가 강한 부식성을 유발시킨다는 것은 잘 공지되었다.

더우기 상기와 같이 이젝터는 비교적 소량의 구동유체를 높은 구동압력을 사용하여 고속도로 노즐에 분출시킬 경우, 구동유체가 고속도로 노즐에서 분출되므로써 노즐 분출구 근방에 부식을 격렬히 일으켜서 이의 노즐 분출구 근방의 형상에 지배된 배출기의 작동효율에 악영향을 유발시키는 결과를 가져온다.

본 발명의 목적은 우레아 제조법을 제공하는 것으로써, 이젝터를 사용하여 회수된 수용성 암모니움 카바메이트 용액을 우레아 합성단계에 순환시킬 경우, 본 발명은 이젝터내에 흡입될 유체의 량을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 우레아 제조법을 제공하는 것으로써 이젝터를 사용하여 회수된 수용성 암모니움 카바메이트 용액을 우레아 합성단계에 순환시킬 경우 본 발명은 이젝터를 형성하는 물질의 부식을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 우레아 제조법을 제공하는 것으로써 이젝터를 사용하여 회수된 수용성 암모니움 카바메이트 용액을 우레아 합성단계에 순환시킬 경우 이젝터의 조작을 위해 저압력의 구동유체를 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 하기와 같은 우레아 제조법을 제공하는 것이다.

우레아, 물, 암모니아 및 암모니움 카바메이트를 포함하는 우레아 합성액을 제조할 수 있는 우레아 합성대역 및 우레아 합성압력과 온도하에서 이산화탄소와 양론적으로 과잉량의 암모니아를 반응시켜 우레아를 제조하는 방법에 있어서 암모니아와 이산화탄소를 주성분으로 하는 가스상 혼합물로써 대부분의 상기 암모니움 카바메이트와 상기 암모니아를 잔유 부분의 상기 암모니움 카바메이트와 상기 우레아를 함유하는 수용성 용액으로부터 분리시킨 후 상기 가스상 혼합물을 우레아 합성압력과 동일한 압력하에서 소량의 물 존재하에서 응축시켜 액체 용축액을 형성시킨 다음 상기 응축액을 이젝터내에 흡입시켜 이 흡입 응축액을 승압시킨 다음 이 승압된 응축액을 상기 우레아 합성 대역에 재순환시킬 때 상기 수용액으로부터 상기 우레아를 분리시키므로써 수득되는 회수 암모니움 카바메이트 수용액 전부 또는 대부분과 신규 공급되는 액체 암모니아 전부 또는 대부분과를 구동유체로써 상기 이젝터에 공급함을 특징으로 한다.

본 발명의 구현은 본 명세서에 부착된 도면을 참조하여 서술한다. 우레아 합성 오토크라이브(1)에서, 이산화탄소와 과잉량의 암모니아는 고온 고압에서 반응한다. 이 결과 형성된 우레아, 물, 미반응 암모니움 카바메이트 및 과잉의 암모니아를 함유하는 생성 우레아 합성액은 도관(2)을 경유하여 특히 감압시키지 않은 1차 가열기(3)에 도입되어 이 우레아 합성액을 소정온도로 유지시킨 열원(4) 예로써 고압스팀으로 가열시켜 대부분의 암모니움 카바메이트를 암모니아와 이산화탄소로 분해시켜 이 분해 생성된 암모니아, 이산화탄소 및 과잉의 암모니아와 가스상을 형성한다.

상기 형성된 가스상 혼합물은 이의 상 부분으로부터 1차 가열원(3)을 떠나 도관(5)를 경유하여 어떤 특별한 압력 감소없이 응축기(6)으로 유입된다. 또한, 이 결과 수득된 가스성 우레아 용액은 도관(7)을 통하여 2차 가열공정(도면에는 생략됨)으로 이송된다. 이 수용액 우레아 용액은 우레아 및 물 이외에도 소량의 암모니움 카바메이트와 암모니아를 포함한다. 2차 가열공정에서 수용성 우레아 용액은 1차 가열기와 동등한 압력 또는 2단계로 감압시킨 압력에서 다시 재가열되어 소량의 암모니움 카바메이트가 암모니아 및 이산화탄소로 분해되어 이때 형성된 암모니아와 이산화탄소가 잔존 암모니아와 함께 분리되도록 한다.

이 암모니아와 이산화탄소는 수용성 암모니움 카바메이트 용액으로 회수된다. 응축기(6)에서는 1차 가열기(3)으로부터 공급된 가스상 혼합물을 도관(8)을 경유하여 도입된 회수 수용성 암모니움 카바메이트의 일부에 용해시키면서 액체로 응축시킨다. 응축시 발생되는 응축 잠열과 암모니아와 이산화탄소와의 반응에서 발생되는 반응열은 도관(9)을 통해 도입된 합당한 냉각제로 직접 열교환기를 통해 응축기(6)에서 제거되지만, 통상 냉각제와 같은 가압된 물을 사용하여 도관(10)으로 가압 스팀을 회수하는 것이 바람직하다.

응축기(6)에 형성된 응축액은 관(11)을 경유하여 이젝터(14)에 흡입되는데 이 응축액은 도관(12)을 경유하여 이젝터에 승압도입된 암모니움 카바메이트의 잔존부분 및 관(13)을 통해 이젝터에 도입된 신규 공급액체 암모니아에 의해 구동되어 가압된 후 구동유체와 함께 우레아 합성 오토그라이브(1)에 재순환된다. 오토크라이브(1)에 공급된 다른 신규 원료인 이산화탄소를 도관(15)으로 도입시킨다. 일부분 또는 전부분의 신규 이산화탄소를 1차 가열기(3) 및 임의로는 2차 가열단계 내의 각 가열장치내에서 암모니아와 이산화탄소를 분리시키기 위하여 도관(16)을 통해 1차 가열관(3)의 저부에 공급시키는 것이 특히 바람직하다. 2차 가열단계에 대한 이산화 탄소가스의 모든 공급도관은 도면에 도시되어 있지 않다. 1차 가열관(3)의 저부 및 2차 가열기에 공급되는 이외에 신규 이산화탄소의 잔류 부분은 도관(17)을 통해 우레아 합성 오토크라이브(1)에 직접 공급된다.

본 발명의 상기 언급한 제조 방법에서 통상의 우레아 제조방법의 신규 액체 암모니아 톤당 1.0내지 2.5톤이 제조되는 적어도 60% 이상 및 바람직하게는 80 내지 98.5 중량 %의 수용성 암모니아 카바메이트 용액을 액상 암모니아와 함께 구동유체로써 사용할 수 있다. 즉, 2차 가열단계에서 회수된 암모니아와 이산화탄소를 우레아 합성 오토크라이브에 순환시킬 수 있도록 소망의 경로를 통해 회수된 수용성 암모니아 카바메이트 용액을 우레아 합성 오토크라이브에 반송시키는 것이 필요하다. 전 회수 수용성 암모니움 카바메이트 용액의 40% 이하, 바람직하게는 1.5 내지 20.0 중량 %을 응축기(6)에 도입시키는 것이 합당하다. 암모니움 카바이트 용액의 압력을 약간 상승시킨 후 이젝터의 구동유체로써 신규의 암모니아와 함게 잔유부분의 회수된 수용성 암모니움 카바메이트 용액을 사용하여 흡입유체의 체적을 감소시켜 구동유체의 량을 증가시키므로써 이젝터에 사용되는 부하를 감소시킬 수 있다. 따라서, 유일한 구동유체로써 암모니아 또는 이산화탄소를 사용하는 통상적인 방법은 60㎏/㎠ 또는 그 이상의 구동압력을 필요로 하지만 본 발명에 따른 방법에서는 30㎏/㎠ 이하의 압력이면 충분하다.

상기 언급한 본 발명의 구현에서, 회수된 암모니아 카바메이트 수용액의 1.5내지 20중량 %을 관(8)을 경유시켜 직접 응축기(6)에 도입시키는 대신에 응축기(6)의 불활성 가스의 세척에 이용하기 위해 응축기(6)에 도입시킨 후 회수된 암모니아 카바메이트 수용액 잔부를 완전히 이젝터(4)의 구동유체로써 사용하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 본 발명에서와 같이 응축기(6)의 조작을 우레아 합성 압력과 동등한 압력에서 수행시킬 경우 회수된 암모니아 카바이트 수용액을 응축기(6)으로 충전시킬 필요는 없다. 합성 반응의 열과 1차 가열기에 공급된 열을 가능한 많이 회수하며 발열반응인 우레아 합성반응의 온도를 제어하기 위해 응축온도를 145 내지 175℃로 유지시키는 것이 필요하다. 그러나, 회수된 암모니아 카바메이트 수용액과 첨가되지 않는 응축물은 조작조건의 약간의 변화에도 상기 온도에서 쉽게 고형화되는 위험이 뒤따르기 때문 응축물의 고형화를 피하기 위해 소량의 회수물을 응축기(6)에 공급시키는 것이 필요하다. 한편으로는 통상적인 우레아 제조방법에 있어서의 신규 공급원료로써 사용되는 이산화 탄소의 순도는 98내지 99%이며 1내지 2%의 불활성 가스가 이산화탄소내에 함유한다.

이러한 불활성 가스는 응축기(6)의 상부 가스공간에 축적된다. 연속적으로 조작되는 통상의 우레아 제조방법에 있어서 이런 불활성 가스를 연속적으로 배출시키는 것이 필요하다. 이 불활성가스를 배출함에 있어 고농도의 암모니아 및 이산화탄소가 이 불활성가스와 함께 동반되므로서 회수하지 않는 경우 이들은 손실된다. 특히 응축기를 우레아 합성압력과 동일한 압력에서 조작할 경우 다량의 암모니아와 이산화탄소는 이 불활성 가스에 동반된다. 이 결과 이들을 회수하지 않는 경우 손실은 증가된다.

이리하여 회수된 암모니아 카바메이트 수용액의 1.5내지 20%를 우회시킨 다음 상기와 같이 응축기(6)에 주입시킨다면 상기 응축물의 고형화 및 불활성 가스의 배출에 수반되는 암모니아 및 이산화 탄소의 손실을 방지하며 이젝터에 흡입되어 우레아 합성단계에 재순환되는 액체 응축액의 량을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 일차 가열기(3)에서 암모니움 카바메이트의 분해를 촉진시키기 위해서 신규 공급 암모니아의 일부를 가스상태로 이산화탄소와 함께 1차 가열기에 다른 경로를 통해 공급시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 이젝터로써 구동유체와 같은 액체를 사용하기 위하여 이젝터를 사용할 수 있다. 구동유체로 사용되는 액체 암모니아와 회수 암모니아 카바메이트 수용액을 예비 혼합시키기 위하여 구동유체를 위한 유일한 분출노즐을 사용하여 이 생성 혼합물을 노즐을 통해 분출시킬 수 있다.

또한 단일 주 몸체에 둘 이상의 분출노즐이 부착된 이젝터를 사용하여 이의 각 분출노즐로부터 액체 암모니아와 회수된 암모니아 카바메이트 수용액을 분출시킬 수 있다. 이때에 이젝터를 구동시키기 위한 에너지자원으로써 흡수액체 응축물과 구동유체등 사이의 반응열인 구동유체인 액체 암모니아와 회수된 암모니움 카바메이트 수용액을 배출기내의 혼합 영역에서 혼합시킬 때 발생되는 희석열을 사용한다. 필요하다면 두 이젝터를 사용할 수 있다. 이 경우에 있어서, 두 이젝터중 한 이젝터는 이의 구동유체로써 회수된 암모니움 카바메이트 수용액을 사용하여 조작되며, 다른 이젝터는 구동유체로써 신규 액체 암모니아를 사용하여 조작된다. 액체 응축액은 두 부분으로 분계되는데, 이 두 부분은 이에 상응하는 이젝터 속으로 각각 흡수되어 우레아 합성단계에 재순환된다.

본 발명의 첫잇점은 이젝터내에 흡수될 유체의 체적을 감소시킬 수 있다는데 있다. 상기 언급된 선행기술의 방법은 다소 결점이 존재한다.

일본국 특허공보 제19937/1971호에 언급된 방법에서, 흡수유체는 가스상태이며 이의 용적은 매우 크다. 또한 일본국 특허공보 제42085/1971호에 언급된 방법에서는 흡수유체는 응축액이지만 본 발명과 유사하게 일차 가열기(3)으로부터 도관(5)을 경유하여 응축기(6)에 주입되는 암모니아와 이산화탄소를 주성분으로 하는 가스 혼합물은 응축기 내에서와 같이 냉각될 때 고체물질을 생성한다. 이런 불리성을 피하기 위해 가스혼합물에 물을 첨가하여 액체형태로 응축시키는 것이 필요하다.

이러한 목적을 위해, 2차 가열단계에서 분리된 암모니아와 이산화탄소를 함유하는 회수 암모니아 카바메이트 수용액 전부를 배관의 간소화를 위해 사용하는 것이 보통이다. 그러나 회수 암모니아 카바메이트 수용액 전부를 응축기 속에 충진시킨다면 이젝터에 흡수시켜야 할 용액의 량을 증가한다.

일반적으로 말해서, 이젝터의 에너지 효율이 원래의 펌프 효율보다 크므로 흡수될 용액의 량이 증가하여 구동유체의 량을 일정하게 유지시킨다면 이의 구동압력을 증가시킬 필요가 있다. 이 결과 에너지 소비는 명백히 증가하여 상기 언급한 결점이 유발된다. 이미 언급한 바와 같이 본 발명에 있어서, 이젝터내에 흡수될 유체의 량은 응축기내에 충진될 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 량을 감소시키므로써 감소시킬 수 있다. 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 잔유 부분을 이젝터의 구동유체로써 사용하므로써 이젝터내에 흡수될 유체의 량을 감소시킬수 있으며 이와 동시에 구동유체의 량을 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 최종 생성물인 우레아 톤당 약 1내지 24kWH의 에너지 소비를 절약시킬 수 있다.

본 발명의 두번째 잇점은 구동유체의 분출노즐 근방에 이젝터의 구성물질의 부식을 감소시킨다. 응축기(6)에서 우레아 합성 오토크라이브(1)까지 순환되는 응축액은 강한 부식력이 있으므로 고온 고압으로 유지된 응축액을 재순환시키기 위해 일상적인 펌프를 사용하는 것은 어렵다. 이러한 이유 때문에 이젝터는 응축액을 재순환시키기 위해 사용된다. 금속의 부식은 일반적으로 부식성 유체와 금속면의 속도차가 클 경우 가속화된다. 이젝터를 우레아 제조에 사용할 경우에도 구동유체가 분출되어 흡입유체와 혼합되는 위치에서 이젝터의 구동유체와 흡입유체의 혼합으로 인한 부식성이 응축액의 부식성보다 클 때 이젝터는 부식된다.

이 부식은 노즐로부터의 구동유체의 분출속도가 느릴 경우 감소된다. 더우기 이젝터는 기구상 분출노즐 근방의 약간의 치수변화에 의해 에너지 효율이 크게 변화하는 성질을 갖는다. 따라서 구동유체를 암모니아 또는 이산화탄소로만 구성시켜 이의량을 적게 하여 분출 노즐로부터의 이의 분출속도를 선행기술 방법과 같이 빠르게 할 경우, 이젝터를 사용하더라도 부식문제를 극복하는데 효과적이 아니며,이의 분출노즐근방에 상당한 부식이 발생되어 이젝터의 효율이 저하된다. 이러한 부식은 구동유체로써 이산화탄소를 사용할 경우 특히 현저하다.

본 발명은 신규의 액체 암모니아와 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 일부를 구동유체로써 사용한다. 이때문에 구동유체량은 증가되며 흡수 유체량은 감소된다. 이것은 노즐로부터의 구동유체의 분출속도를 늦추어 노즐부근의 부식의 증가를 막는다. 또한 구동유체로 사용되는 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 온도를 낮추므로써 부식을 감소시킬 수 있기 때문에, 이젝터의 고효율 조작시간을 종래 방법의 1.5배 이상 연장시킬 수 있다.

본 발명의 세번째 잇점은 이젝터, 이젝터의 접촉된 배관 및 기기의 내압력을 저하시켜 사용하게 하는데 있다. 상기한 바와같이 구동유체의 량을 증가시켜 본 발명에서는 구동압력을 저하시킨다. 이로 인해 이젝터 구동유체로써 이젝터에 공급되는 액체 암모니아의 도입관, 액체 암모니아의 압력을 증가시키기 위한 펌프의 내압력을 낮출 수 있다.

이것은 암모니아와 같은 고독성의 물질을 고압력에서 취급할 때 아주 잇점이 있다. 선행방법 즉, 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 전량을 응축기를 경유하여 1차 가열기내의 가스화된 암모니아 및 이산화탄소와 함께 응축액으로써 우레아 합성에 재순환되는 방법과 비교할 때 구동유체로 사용되는 회수 암모니움 카바이트 수용액의 압력을 약간 증가시키는 것이 본 발명의 방법에 필요하다. 그러나 이런 압력 증가분은 적고, 배관, 펌프 등의 내압력의 원하는 증가는 매우 적게 유지시킨다. 더우기 회수 암모니움 카바메이트 수용액내의 암모니아 함량은 액체 암모니아 량보다 훨씬 적다. 이리하여 이외 취급은 간단하여 쉽게 승압시킬 수 있다.

본 발명의 네번째 잇점은 본 발명의 첫번째 잇점과 같은 에너지 절감 이외에 우레아를 제조함에 있어 더 많은 에너지를 절감할 수 있다는데 있다. 이러한 부가적인 에너지 절감은 두 방법으로 성취될 수 있다. 무엇보다도 이젝터의 분출 노즐로부터의 구동유체의 분출속도를 본 발명에서는 늦춘다. 분출노즐을 통한 구동유체의 유동으로 인한 에너지 손실은 이들 유동속도의 제곱에 비례하므로, 구동유체의 분출속도가 저하될수록 에너지 손실은 감소된다. 2차적으로, 구동유체로써 액체 암모니아의 압력은 구동압력과 동등한 압력까지 상승시키는데 사용되는 원심펌프의 효율은 구동압력이 저하됨에 따라 증가된다. 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 부식이 낮기 때문에 원심펌프를 사용하여 승압시키기에 아주 적합한 액체이며 고효율의 원심펌프를 사용할 수 있다. 이 때문에 원심펌프의 사용으로 인한 에너지 절약은 구동유체로써 사용되는 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 압력을 구동압력과 일치하는 압력으로 증가시키므로써 기인되는 에너지 소비의 증가보다 더 크다.

본 발명의 실시에는 하기에 서술되어 있다. 이 실시에는 본 발명을 제한한 것이 아니며 단지 설명적으로 서술한 것이다.

실시예

본 도면에 설명된 방법에 따라서, 신규 원료 물질로써 온도와 압력이 각각 상온 및 200㎏/㎠인 액체 암모니아 340㎏/hr와 온도가 140℃이며 압력이 180㎏/㎠인 이산화탄소 440㎏/hr을 사용하여 실험을 수행한다. 우레아 600㎏/hr, 암모니아 650㎏/hr, 이산화탄소 190㎏/hr 및 물 330㎏/hr로 된 우레아 합성액을 도관(2)을 경유하여 우레아 합성 오토그라이브(1)로부터 190℃의 온도 및 175㎏/㎠의 압력에서 1차 가열기(3) 속에 유입시킨다. 이 합성액은 감압조작을 수행함이 없이 1차 가열기(3)내의 고압스팀으로 간접 가열되어 암모니움 카바메이트가 암모니아와 이산화탄소로 분해되며, 모든 과잉 암모니아와 함께 암모니아와 이산화탄소가 분리된다. 분해 및 분리를 촉진시키기 위하여 신규 공급 이산화탄소의 반량 220㎏/hr을 1차 가열기(3)의 저부에 충진시킨다. 1차 가열기 저부의 온도를 195℃로 제어시키므로써 도관(5)를 경유하여 1차 가열기(3)의 상부로부터 암모니아 350㎏/hr, 이산화탄소 260㎏/hr, 스팀 30㎏/hr으로 된 가스상 혼합물 및 1차 가열기(3)의 저부로부터 우레아 600㎏/hr, 암모니아 300㎏/hr, 이산화탄소 150㎏/hr, 물 300㎏/hr로 된 우레아 용액을 우레아 합성액으로써 동압에서 수득할 수 있다. 도관(7)로부터의 우레아 용액을 감압시킨 다음 2차 가열단계로 전달시켜 암모니아 및 이산화탄소의 회수 및 우레아 농축과 결정화가 수행되도록 한다. 이 결과 100℃의 온도 및 20㎏/㎠의 압력을 갖는 암모니아 300㎏/hr, 이산화탄소 150㎏/hr 및 물 120㎏/hr로 구성된 회수 암모니움 카바메이트 용액 570㎏/hr이 수득된다. 회수 암모니움 카바메이트 수용액중 110㎏/hr을 펌프로 승압시킨 후 도관(8)을 경유하여 응축기(6)에 충진시켜 이 수용액과 도관(5)를 통해 유입시킨 상기 가스성 혼합물을 감압시키지 않고 혼합시키므로써 암모니아 410㎏/hr 및 이산화탄소 290㎏/hr을 함유하고 농축액을 수득할 수 있다. 이 농축액을 도관(13)으로 공급되는 신규 공급액체 암모니아 340㎏/hr 및 펌프로 200㎏/㎠까지 승압시켜 공급된 상기 회수물의 잔부 460㎏/hr와의 두 물질을 구동유체로 하여 이젝터(14)에서 승압시켜 우레아 합성 오토크라이브(1)에 재순환시킨다. 또한 이산화탄소의 잔부 220㎏/hr은 직접 우레아 합성 오토크라이브(1)에 공급된다.

상기 실험에서 최종 생성물인 우레아는 600㎏/hr의 속도로 2차 가열단계로부터 수득된다.

Claims (6)

1. 우레아, 물, 암모니아 및 암모니아 카바이트를 포함하는 우레아 합성액을 형성할 수 있는 우레아 합성대역 및 우레아 합성 압력과 온도에서 이산화탄소와 양론적으로 과잉량의 암모니아를 반응시켜 우레아를 제조하는 방법에 있어서, 잔존부분의 상기 암모니움 카바메이트와 상기 우레아를 함유하는 수용액으로부터 암모니아와 이산화탄소를 주성분으로 하는 가스상 혼합물로써 대부분의 상기 암모니움 카바메이트와 상기 암모니아를 분리한 후, 상기 가스상 혼합물을 우레아 합성압력과 동일한 압력하에서 소량의 물 존재하에 응축액을 형성한 다음, 이 응축액을 이젝터내에 흡인시켜 이 흡입 응축액의 압력을 승압시켜 이 승압된 응축액을 상기 우레아 합성대역에 재순환시킬 때 상기 수용액으로부터 상기 우레아를 분리시키므로써 수득되는 회수 암모니움 카바메이트 수용액 전부 또는 대부분과 신규 공급되는 액체 암모니아 전부 또는 대부분과를 구동유체로써 상기 이젝터에 공급함을 특징으로 하는 우레아 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 60% 이상을 상기 이젝터에 공급시키는 상기 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 회수 암모니움 카바메이트 수용액의 80 내지 98.5%를 상기 이젝터에 공급시키는 상기 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 이젝터의 구동압력이 30㎏/㎠ 이하인 상기 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 액체 암모니아와 상기 회수 암모니움 카바메이트 수용액을 예비 혼합시킨 다음 상기 구동유체로써 사용하는 상기 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 이젝터는 두 분리 분출노즐을 제공하여 상기 액체 암모니아와 회수 암모니움 카바메이트 수용액을 구동유체로써 상기 분출노즐에 각각 공급시키는 상기 방법.

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