NL1007713C2 - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

- 1 - WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde.

Ureum kan worden bereid door ammoniak en 10 kooldioxyde onder een geschikte druk (bijvoorbeeld 12-40 MPa) en bij geschikte temperatuur (bijvoorbeeld 160-250 °C) in een synthesezone te leiden, waarbij eerst ammoniumcarbamaat wordt gevormd volgens de reactie: 15 2 NH3 + C02 -* H2N-CO-ONH4

Uit het gevormde ammoniumcarbamaat ontstaat vervolgens door dehydratatie ureum volgens de evenwichtsreactie: 20 H2N-CO-ONH4 « h2n-co-nh2 + h2o

De mate waarin deze laatste omzetting verloopt, is onder meer afhankelijk van de temperatuur 25 en de overmaat ammoniak die wordt gebruikt. Als reactieprodukt wordt hierbij een oplossing verkregen in hoofdzaak bestaande uit ureum, water, ammoniumcarbamaat en niet gebonden ammoniak. Het ammoniumcarbamaat en de ammoniak dienen uit de oplossing te worden verwijderd 30 en worden bij voorkeur teruggevoerd naar de synthesezone. Naast bovengenoemde oplossing ontstaat in de synthesezone ook een gasmengsel van niet omgezet ammoniak en kooldioxide tezamen met inerte gassen. Uit dit gasmengsel wordt ammoniak en kooldioxide verwijderd 35 en bij voorkeur eveneens teruggevoerd naar de synthesezone. De synthesezone kan bestaan uit afzonderlijke zones voor de vorming van ammoniumcarbamaat en ureum. Deze zones kunnen echter ook in één apparaat verenigd zijn.

100/713 - 2 -

Er worden in de praktijk verschillende bereidingswijzen voor ureum toegepast. Aanvankelijk werd ureum bereid in zogenaamde conventionele hogedruk ureumfabrieken welke echter eind zestiger jaren werden 5 opgevolgd door processen welke uitgevoerd worden in zogenaamde ureumstripfabrieken.

Met een conventionele hogedruk ureumfabriek wordt bedoeld een ureumfabriek waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de 10 afdrijving van de gebruikelijke overmaat ammoniak bij een wezenlijk lagere druk geschied dan de druk in de synthesereactor zelf. De synthesereactor wordt in een conventionele hogedruk ureumfabriek doorgaans bedreven bij een temperatuur van 180-250 °C en een druk van 15-15 40 MPa. De niet in ureum omgezette reactanten worden in een conventionele hogedruk ureumfabriek na expansie, dissociatie en condensatie met een druk tussen 1,5 en 10 MPa als een carbamaatstroom teruggevoerd naar de ureumsynthese. Verder worden bij een conventionele 20 hogedruk ureumfabriek ammoniak en kooldioxyde direct aan de ureumreactor toegevoerd. De molaire NH3/C02 verhouding (= N/C verhouding) in de ureumsynthese ligt in een conventioneel hogedruk ureumproces tussen 3 en 5 .

25 Deze conventionele ureumfabrieken werden aanvankelijk uitgevoerd als zogenaamde 'Once-Through' processen. Hierbij werd de niet omgezette ammoniak geneutraliseerd met zuur (bijvoorbeeld salpeterzuur) en omgezet in ammoniumzouten (bijvoorbeeld 30 ammoniumnitraat). Het grote nadeel van dit proces was deze grote hoeveelheid ammoniumzout en de lage C02 omzettingsgraad. Al snel werden deze conventionele 'once-through' ureumprocessen vervangen door de zogenaamde Conventionele Recycle Processen waarbij alle 35 niet omgezette ammoniak en kooldioxide worden teruggevoerd naar de ureumreactor. Dit recirculeren wordt uitgevoerd in twee trappen. Een eerste 1s 5? 7 1 3 - 3 - recirculatietrap bij middendruk (1,8-2,5 MPa) en een tweede recirculatietrap bij lagedruk (0,2-0,5 MPa) . In de eerste recirculatietrap wordt in een verhitter de uit de reactor komende ureumsyntheseoplossing verhit 5 waarbij ammoniumcarbamaat ontleed in gasvormig ammoniak en kooldioxide en verder verdampt hier tevens de overmaat ammoniak. Dit gasmengsel wordt vervolgens in een rectificeerkolom omgezet in zuivere ammoniak en een waterhoudende ammoniumcarbamaatstroom. Beide stromen 10 worden teruggevoerd naar de ureumreactor. In de tweede recirculatietrap wordt de ureumoplossing uit de eerste recirculatietrap opnieuw verhit en vervolgens gescheiden. De hierbij verkregen gasstroom wordt gecondenseerd en vervolgens toegevoerd aan de 15 rectificeerkolom van de eerste trap. Uit de ureumoplossing die uit de tweede recirculatietrap komt, wordt vervolgens in de indamping bij verminderde druk, door het verdampen van water, ureum vrijgemaakt. De beide recirculatietrappen en de indamping vormen 2 0 tezamen het hoofdbestanddeel van de ureumopwerking.

Met een ureumstripfabriek wordt bedoeld een ureumfabriek waarbij de ontleding van de niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de gebruikelijke overmaat ammoniak voor het grootste deel 25 plaats vindt bij een druk welke in wezen nagenoeg gelijk is aan de druk in de synthesereactor. Deze ontleding/afdrijving gebeurt in een stripper al dan niet onder toevoeging van een stripmedium. Bij een stripproces kunnen kooldioxyde en/of ammoniak gebruikt 3 0 worden als stripgas alvorens deze componenten aan de reactor te doseren. Dit strippen gebeurt in een na de reactor geplaatste stripper waarbij de uit de ureumreactor komende oplossing, welke behalve ureum, ammoniumcarbamaat en water tevens ammoniak en 35 kooldioxyde bevat, wordt gestript met het stripgas onder toevoeging van warmte. Ook is het mogelijk hier thermisch strippen toe te passen. Thermisch strippen 1007713 - 4 - wil zeggen dat uitsluitend door middel van warmtetoevoer ammoniumcarbamaat wordt ontleed en de aanwezige ammoniak en kooldioxyde uit de ureumoplossing wordt verwijderd. De uit de stripper vrijkomende 5 ammoniak en kooldioxyde bevattende gasstroom wordt via een hogedruk carbamaatcondensor teruggevoerd naar de reactor.

Het gasmengsel dat in de ureumsynthese niet gereageerd heeft, wordt via een spuistroom uit de 10 synthesesektie verwijderd. Dit gasmengsel (synthese spuigas) bevat naast de condenseerbare ammoniak en kooldioxide tevens inerte gassen zoals bijvoorbeeld stikstof, zuurstof en eventueel waterstof. Deze inerte gassen zijn afkomstig van de grondstoffen en van de 15 luchtsuppletie in de kooldioxidevoeding naar de synthese ter bescherming van de materialen tegen corrosie. Het spuien van deze gasstroom uit de synthesesektie gebeurt, afhankelijk van de gekozen procesroute, bijvoorbeeld na de reactor of na de 20 hogedruk carbamaatcondensatie. Het verdient echter de voorkeur om de condenseerbare componenten (ammoniak en kooldioxide) in een hogedruk scrubber onder synthesedruk te absorberen alvorens de inerte gassen worden gespuid. In zo'n hogedruk scrubber worden de 25 condenseerbare componenten, ammoniak en kooldioxide, uit het synthese spuigas geabsorbeerd in de carbamaatstroom van lage druk die in de verdere opwerking ontstaat. Dit uitwasproces in de hogedruk scrubber kan gestimuleerd worden door het toepassen van 30 een warmtewisselaar die de warmte onttrekt aan het proces. De carbamaatstroom uit de hogedruk scrubber met de daarin uit het synthese spuigas geabsorbeerde ammoniak en kooldioxide wordt via de hogedruk carbamaatcondensor teruggevoerd naar de synthese.

35 Reactor, hogedruk scrubber, stripper en hogedruk carbamaatcondensor vormen de belangrijkste onderdelen van het hogedruk gedeelte van een ureumstripfabriek.

1007713 - 5 -

De synthesereactor wordt in een ureumstripfabriek bedreven bij een temperatuur van 160-240 °C en bij voorkeur bij een temperatuur van 170-220 °C. De druk in de synthesereactor bedraagt 12-21 MPA en 5 bij voorkeur 12,5-19 MPa. De N/C verhouding in de synthese bij een stripfabriek ligt tussen 2,5 en 4. Het is mogelijk de synthese uit te voeren in één of twee reactoren. Bij gebruik van twee reactoren kan men de eerste reactor bedrijven met nagenoeg verse 10 grondstoffen en de tweede met geheel of gedeeltelijk, bijvoorbeeld vanuit de ureumopwerking, gerecirculeerde grondstoffen.

Een veelvuldig toegepaste uitvoeringsvorm voor de bereiding van ureum volgens een stripproces is 15 het Stamicarbon® C02-stripproces zoals beschreven in

European Chemical News, Urea Supplement van 17 januari 1969, bladzijden 17-20. Hierbij wordt de in de synthesezone bij hoge druk en temperatuur gevormde ureumsyntheseoplossing bij synthesedruk onderworpen aan 20 een stripbehandeling door de oplossing onder toevoer van warmte in tegenstroom in contact te brengen met gasvormig kooldioxyde. Hierbij wordt het grootste deel van het in de oplossing aanwezige ammoniumcarbamaat ontleed in ammoniak en kooldioxyde. Deze 25 ontledingsprodukten worden gasvormig uit de oplossing verdreven en samen met een geringe hoeveelheid waterdamp en de voor het strippen gebruikte kooldioxyde afgevoerd. Behalve met kooldioxyde zoals in deze publikatie beschreven is, kan men een dergelijke 30 stripbehandeling ook thermisch uitvoeren of met gasvormig ammoniak als stripgas of met een mengsel van de genoemde gassen. Het bij de stripbehandeling verkregen gasmengsel wordt voor het grootste gedeelte gecondenseerd en geadsorbeerd in een hogedruk 35 carbamaatcondensor, waarna de hierbij gevormde ammoniumcarbamaat naar de synthesezone voor de ureumvorming wordt teruggevoerd. Het strippen van de 1 0 07 7 1 3 - 6 - ureumsyntheseoplossing met een stripmedium kan in meer dan één stripper geschieden.

De hogedruk carbamaatcondensor kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden als een zogenaamde 5 verdronken condensor zoals beschreven in NL-A-8400839. Hierbij wordt het te condenseren gasmengsel geleid in de mantelruimte van een pijpenwisselaar, in welke mantelruimte tevens een verdunde carbamaatoplossing wordt geleid afkomstig van de hogedruk scrubber. De 10 hierbij vrijkomende oplos- en condensatiewarmte wordt afgevoerd met behulp van een door pijpen stromend medium, bijvoorbeeld water, dat daarbij wordt omgezet in lagedruk stoom. De verdronken condensor kan horizontaal ofwel verticaal opgesteld worden. Het biedt 15 echter bijzondere voordelen de condensatie uit te voeren in een horizontaal opgestelde verdronken condensor (een zogenaamde poolcondensor; zie bijvoorbeeld Nitrogen No 222, Juli-Augustus 1996, blz 29-31}, aangezien in vergelijking met andere 20 uitvoeringen van deze condensor de vloeistof als regel een grotere verblijftijd heeft in de poolcondensor. Hierdoor treedt extra ureumvorming op hetgeen kookpuntsverhogend werkt, zodat het temperatuursverschil tussen de ureumbevattende 25 carbamaatoplossing en het koelmedium groter wordt, waardoor een betere warmteoverdracht wordt verkregen.

Na de stripbewerking wordt de gestripte ureumsyntheseoplossing in de ureumopwerking ontspannen tot een lage druk en ingedampt waarna ureum wordt 30 vrijgemaakt. Afhankelijk van de mate waarin men reeds in de stripper(s) carbamaat heeft afgedreven, wordt deze ureumopwerking in één of meerdere druktrappen uitgevoerd. Hierbij ontstaat in de opwerking een carbamaatstroom van lage druk. Deze carbamaatstroom van 35 lage druk wordt via de hogedruk scrubber teruggevoerd naar de onder synthesedruk werkende sektie. In de hogedruk scrubber wast deze carbamaatstroom van lage 1007713 - 7 - druk niet omgezet ammoniak en kooldioxide uit het gasmengsel dat uit de onder synthesedruk werkende sektie wordt gespuid ter verwijdering van de niet condenseerbare gassen uit de synthesesektie.

5 De theoretisch haalbare omzetting van ammoniak en kooldioxide tot ureum wordt bepaald door de thermodynamische ligging van het evenwicht en is afhankelijk van bijvoorbeeld de NH3/C02 verhouding, de H20/C02 verhouding en de temperatuur, en kan berekend 10 worden met de modellen zoals bijvoorbeeld beschreven in Bull, of the Chem. Soc. of Japan 1972, vol. 45, pp. 1339-1345 en J. Applied Chem. of the USSR (1981), vol. 54, pp. 1898-1901.

De omzetting van ammoniumcarbamaat in ureum 15 en water in de reactor kan worden bewerkstelligd door te zorgen voor een voldoende lange verblijftijd van het reactiemengsel in de reactor. De verblijftijd zal in het algemeen meer zijn dan 10 min, bij voorkeur meer dan 20 min. De verblijftijd zal in het algemeen korter .20 zijn dan 2 uur, bij voorkeur korter dan 1 uur. Bij voorkeur wordt de verblijftijd in de reactor van de ureumsyntheseoplossing dusdanig gekozen, dat tenminste 90% van de theoretische haalbare hoeveelheid ureum bereid wordt, in het bijzonder meer dan 95%. Bij een 2 5 hogere temperatuur en druk in de reactor is een kortere verblijftijd veelal voldoende om een hoge omzetting te verkrijgen.

De omzetting van ammoniumcarbamaat in ureum is een evenwichtsreactie waarvan de ligging nadelig 30 wordt beïnvloed door het in de reactor aanwezige water.

Een belangrijke waterbron vormt de carbamaatstroom van lage druk die ontstaat tijdens de verdere opwerking van de ureumsyntheseoplossing en die in een C02-stripfabriek zoals hierboven beschreven via 35 de hogedruk scrubber naar de synthesezone wordt gevoerd. In een conventionele ureumfabriek kan deze carbamaatstroom van lage druk direct aan de reactor 1007713 - a - worden toegevoerd. Deze carbamaatstroom is waterrijk en nadelig voor de omzetting van ammoniak en kooldioxide in ureum. Deze carbamaatstroom is echter een belangrijke bron aan grondstoffen waardoor in 5 ureumfabrieken toch gekozen wordt voor het terugvoeren van deze carbamaatstroom naar de synthesezone. Een verder nadeel van deze waterrijke carbamaatstroom is het corrosieve karakter bij hoge temperatuur. Dit stelt hoge eisen aan de kwaliteit van alle leidingwerk en 10 apparatuur welke onder synthesedruk werken.

Als maat voor de omzettingsgraad van ammoniak en kooldioxide in ureum wordt de C02-conversie gebruikt. Deze conversie ligt bij ureumstripfabrieken nomaliter tussen 58 en 62% en bij conventionele ureumfabrieken 15 tussen 64 en 68%.

Gevonden werd met de onderhavige uitvinding dat de C02-conversie aanmerkelijk kan worden verhoogd door de tijdens de verdere opwerking van de ureumsyntheseoplossing gevormde carbamaatstroom van 20 lage druk in een C02-carbamaatstrïpper in tegenstroom te strippen met C02 waarbij een gasmengsel onstaat in hoofdzaak bestaande uit ammoniak en kooldioxide.

Dit gasmengsel wordt bij voorkeur vervolgens gecondenseerd in een hogedruk carbamaatcondensor en 25 daarna teruggevoerd naar de synthesezone.

In een ureumstripfabriek kan de carbamaatcondensatie bij voorkeur plaats vinden in de reeds aanwezige hogedruk carbamaatcondensor. In een conventionele ureumfabriek wordt het ontstane 30 gasmengsel uit de C02-carbamaatstripper teruggevoerd naar de synthese doch bij voorkeur gecondenseerd in een extra te plaatsen hogedruk carbamaatcondensor en daarna teruggevoerd naar de synthese.

Het verdient tevens de voorkeur de 35 ammoniakvoeding aan deze hogedruk carbamaatcondensor toe te voeren en deze tezamen met de carbamaatstroom naar de synthese over te brengen. Zowel in de 1007713 - 9 - conventionele ureumfabrieken als de ureumstripfabrieken wordt in deze hogedruk carbamaatcondensor lagedruk stoom geproduceerd die in de downstream processing gebruikt kan worden. Het voordeel hiervan is dat het 5 stoomverbruik in een conventionele ureumfabriek aanzienlijk afneemt.

Naast het gasmengsel, in hoofdzaak bestaande uit ammoniak en kooldioxide, ontstaat er in de C02-carbamaatstripper een waterrijke vloeistoffase. Deze 10 waterrijke vloeistoffase kan bijvoorbeeld door ontspannen naar een lagere druk en verder reinigen door middel van stoomstrippen in bijvoorbeeld de ureumopwerking ontdaan worden van de reactanten ammoniak, ammoniumcarbamaat en kooldioxide.

15 Het scheiden van de ammoniumcabamaatstroom van lage druk in een gasfase en waterrijke vloeistoffase wordt ook beschreven in WO 96/23767 en EP-A-727414. In deze publicaties wordt de scheiding echter niet uitgevoerd in een extra geplaatste 20 carbamaatstripper waarin de ammoniumcarbamaatstroom van lage druk wordt gestript met kooldioxide maar door de toevoer van warmte. Het voordeel van strippen met C02 in een extra geplaatste C02-carbamaatstrïpper is dat door het strippen met C02, tijdens de scheiding van de 25 carbamaatstroom van lage druk in een gasfase en waterrijke vloeistoffase, veel mildere procescondities aanwezig zijn dan bij het scheiden door toevoer van warmte zoals in bovenstaande publicaties wordt toegepast. Deze veel mildere condities zijn van 30 voordeel bij de materiaalkeuze in verband met corrosie. Goedkopere staalsoorten zijn dan toepasbaar. Het toevoeren van de carbamaatstroom van lage druk aan de bestaande stripper in een ureumstripfabriek heeft het nadeel dat geen gebruik gemaakt wordt van de lagere 35 hoeveelheid ureumsyntheseoplossing die gestript moet worden en dus geen besparing aan hogedruk stoom oplevert.

1007713 - 10 -

Als C02-carbamaatstripper kan elk type stripper worden toegepast. Bij voorkeur past men een stripper toe welke werkt volgens het tegenstroomprincipe. In het bijzonder past men een 5 stripper toe van hetzelfde type als de C02-stripper in het bovengenoemde Stamicarbon C02-stripproces. De druk in de C02-carbamaatstripper is nagenoeg identiek aan de druk in de ureumsynthese. De druk in de C02-carbamaatstripper kan bij conventionele ureumfabrieken 10 bij voorkeur variëren tussen 15 en 40 MPa. Bij ureumstripfabrieken kan de druk bij voorkeur variëren tussen 12,5 en 19 MPa. De temperatuur in de top van de C02 -carbamaatstripper ligt zowel voor een conventionele ureumfabriek als een ureumstripfabriek doorgaans 15 beneden 270 °C en bij voorkeur beneden 240 °C. De temperatuur ligt doorgaans boven 120 °C en in het bijzonder boven 150 eC. De verblijftijd van de carbamaatstroom van lage druk in de C02-carbamaatstripper is kort en ligt beneden 10 minuten en 20 in het bijzonder beneden 5 minuten.

Door het toepassen van een extra C02-carbamaatstripper wordt gebruik gemaakt van de absorberende capaciteit die de carbamaatstroom van lage druk uit de ureumopwerking heeft in de hogedruk 25 scrubber van een ureumstripfabriek terwijl tegelijkertijd wordt bewerkstelligd dat geen overmaat water naar de synthesesektie wordt gevoerd. Hiermee wordt in de scrubber het uit de synthesesektie te spuien gasmengsel (met de niet-condenseerbare 30 componenten) ontdaan van ammoniak en kooldioxide. Het gebruik van de carbamaatstroom van lage druk heeft het voordeel dat de absorptie in de hogedruk scrubber optimaal is door de lage dampspanning van deze carbamaatstroom. Deze carbamaatstroom heeft een 35 dampspanning gelijk aan de dampspanning van de ureumopwerking en ligt tussen 0,2 en 2,5 MPa en dit is veel lager dan de synthesedruk die ligt tussen 12,5 en 1007713 - 11 - 19 MPa. Verder wordt door deze werkwijze een inertstroom verkregen uit de hogedruk scrubber welke minder sporen ammoniak en kooldioxide bevat waardoor de uit milieuaanwijzingen veelal noodzakelijke verdere 5 afgasreiniging minder kostbaar zal zijn.

Een tweede voordeel in een ureumstripfabriek is dat een betere absorptie optreedt in de hogedruk scrubber van een stripfabriek waardoor het gehalte aan inert in het reactorafgas kan worden verlaagd. Hierdoor 10 wordt in de synthesezone een hogere temperatuur bij dezelfde druk mogelijk waardoor de opbrengst hoger wordt en het energieverbruik lager is. Ook is het mogelijk de reactor bij dezelfde temperatuur maar bij een lagere druk te bedrijven en dit geeft ook een 15 energievoordeel bij het op druk brengen van het ammoniak en kooldioxide.

De uit de C02-carbamaatstripper komende waterstroom bevat nog slechts weinig ammoniak en kooldioxide. Deze waterstroom kan teruggevoerd worden 2 0 naar de ureumopwerking. Hierin worden via een desorptiestap deze componenten uit de waterstroom verwijderd en na condensatie in een condensor toegevoerd aan de carbamaatstroom van lage druk. De waterstroom uit de C02-carbamaatstrïpper kan nog enige 25 verblijftijd gegeven worden onder synthese condities alvorens deze naar de opwerking te retourneren. Het resultaat is dat bij heersende synthesedruk en de daarbij horende temperatuur nog enige ureumvorming plaatsvindt. Dit water wordt daarna overgebracht naar 30 de opwerking en hier wordt deze ureum weer teruggewonnen.

Gevonden werd dat met de werkwijze volgens de huidige uitvinding een C02-conversie van meer dan 70% wordt bereikt in ureumstripfabrieken hetgeen een forse 35 capaciteitsverhoging van de ureumfabriek betekent. Ook in conventionele ureumfabrieken wordt met de huidige uitvinding een C02-conversie gehaald die het evenwicht 1 0 07 7 1 3 - 12 - benaderd.

Tevens werd gevonden dat door te strippen met kooldioxide wordt voorkomen dat zeer hoge temperaturen in deze carbamaatstripper noodzakelijk zijn zoals het 5 geval zou zijn als slechts door toevoer van warmte de scheiding in een gasstroom en een waterrijke vloeistofstroom zou worden verkregen. Dit heeft als voordeel dat corrosieproblemen ten gevolge van de agressiviteit van ammoniumcarbamaat bij hoge 10 temperatuur voorkomen worden.

Verder werd gevonden dat deze werkwijze zeer geschikt is voor het verbeteren en optimaliseren van bestaande ureumfabrieken. In ureumstripfabrieken worden door deze uitvinding de bestaande stripper, de hogedruk 15 carbamaatcondensor en de navolgende opwerksektie(s) ontlast met circa 20%. In conventionele ureumfabrieken worden ook de opwerksekties aanzienlijk ontlast als gevolg van deze vinding. Zowel conventionele ureumfabrieken als ureumstripfabrieken kunnen tegen 20 slechts geringe kosten en met zeer goede resultaten worden gedebottleneckt door het extra plaatsen van een C02-carbamaatstripper.

De uitvinding heeft dan ook tevens betrekking op een methode voor het verbeteren en optimaliseren van 25 een bestaande ureumstripfabriek met hogedruk scrubber. Dit kan worden uitgevoerd door het plaatsen van een C02-carbamaatstripper tussen de hogedruk scrubber en de hogedruk carbamaatcondensor. Verder betreft de uitvinding een methode voor het verbeteren en 30 optimaliseren van een ureumfabriek zonder hogedruk scrubber. Dit kan worden uitgevoerd door het plaatsen van C02-carbamaatstripper direct na de ureumopwerking voor het strippen met C02 van de ammoniumcarbamaat stroom van lage druk. Het verdient echter de voorkeur in deze 35 processen additioneel een hogedruk scrubber te plaatsen op de plaats waar de inerthoudende synthese spuistroom de synthesesektie verlaat en hierin de carbamaatstroom 1007713 - 13 - van lage druk als wasvloeistof te gebruiken. Vervolgens kan de uit de hogedruk scrubber komende carbamaatstroom toegevoerd worden aan de C02-carbamaatstripper. In de C02-carbamaatstripper wordt deze carbamaatstroom 5 gestript waarna de nagenoeg watervrije carbamaatgassen direct of bij voorkeur via een hogedruk carbamaatcondensor naar de synthesesektie worden gevoerd.

Ook betreft de uitvinding een methode voor 10 het verbeteren en optimaliseren van conventionele ureumfabrieken. Dit kan worden uitgevoerd door het plaatsen van een C02-carbamaatstripper direct na de ureumopwerking waarna de gasstroom uit de C02-carbamaatstripper wordt gecondenseerd in een extra 15 geplaatste hogedruk carbamaatcondensor.

Verder heeft de uitvinding betrekking op een tweede methode voor het verbeteren en optimaliseren van een bestaande conventionele ureumfabriek. Dit kan worden uitgevoerd door het extra plaatsen van een 20 hogedruk scrubber, C02-carbamaatstripper en een hogedruk carbamaatcondensor.

De uitvinding is dan ook toepasbaar in alle bestaande ureumprocessen zowel conventionele ureumprocessen als ureumstripprocessen.

25 Voorbeelden van conventionele ureumprocessen, waarin de uitvinding onder andere kan worden toegepast, zijn:

Urea Technologies Inc. (UTI); Heat Recycle Process (HRP) 30 - Mitsui Toatsu Corporation; Conventional Process of

Toyo Engineering Corporation.

Vulcan; Once-through Urea Process

Voorbeelden van ureumstripprocessen waarin de 35 uitvinding onder andere kan worden toegepast zijn-.

Stamicarbon; C02-Stripping Process 1007713 - 14 -

Snamprogetti; Ammonia-Stripping Process Snamprogetti; Selfstripping Process Toyo Engineering Corporation; ACES Process (Advanced process for Cost and Energy Saving) 5 - Montedison; Isobaric-Double-Recycle (IDR) process

Urea Casale SA; HEC proces

Van bovengenoemde ureumprocessen bevatten de ureumstripprocessen van Stamicarbon, Toyo-ACES en IDR 10 een hogedruk scrubber. In deze hogedruk scrubber wordt het synthese spuigas uit de reactor opgenomen in de carbamaatstroom van lage druk die uit de ureumopwerking komt. In deze processen wordt de C02-carbamaatstripper bij voorkeur geplaatst direct na de hogedruk scrubber.

15 Bij ureumprocessen zonder hogedruk scrubber zoals de Snamprogetti, UTI en Urea Casale processen wordt de C02-carbamaatstripper geplaatst direct na de ureumopwerking. Het verdient echter de voorkeur, zoals hierboven reeds aangegeven, in deze processen 20 additioneel een hogedruk scrubber te plaatsen op de plaats waar de inerthoudende synthese spuistroom de synthesesektie verlaat en hierin de carbamaatstroom van lage druk als wasvloeistof te gebruiken. Vervolgens kan de uit de hogedruk scrubber komende carbamaatstroom 2 5 worden toegevoerd aan de C02-carbamaat stripper. In de C02-carbamaatstripper wordt vervolgens deze carbamaatstroom met C02 gestript waarna de nagenoeg watervrije carbamaatafgassen direct of bij voorkeur via de hogedruk carbamaatcondensor naar de synthesesectie 30 worden gevoerd. De waterstroom uit de C02- carbamaatstripper kan worden teruggevoerd naar de ureumopwerking.

De uitvinding wordt hierna bij wijze van voorbeeld nader toegelicht aan de hand van de volgende 35 figuren waarbij de Figuren 1 en 5 de stand der techniek weergeven en de figuren 2,3,4,6,7 en 8 uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zijn.

1007713 - 15 -

Figuur 1: Een gedeelte van een conventionele ureumfabriek zonder C02-carbamaatstripper Figuur 2: Een gedeelte van een conventionele ureumfabriek met C02-carbamaatstripper en 5 hogedruk carbamaatcondensor

Figuur 3: Een gedeelte van een conventionele ureumfabriek met C02-carbamaatstripper, hogedruk carbamaatcondensor en hogedruk scrubber 10 Figuur 4: Een gedeelte van een conventionele ureumfabriek volgens het UTI proces met C02-carbamaatstripper

Figuur 5: Een gedeelte van een ureumstripfabriek volgens het Stamicarbon C02-stripproces zonder 15 C02-carbamaatstripper

Figuur 6: Een gedeelte van een ureumstripfabriek volgens het Stamicarbon C02-stripproces met C02-carbamaatstripper

Figuur 7: Een gedeelte van een ureumstripfabriek 20 volgens het TEC-ACES proces met C02- carbamaatstripper

Figuur 8: Een gedeelte van een ureumfabriek volgens het Snamprogetti self-stripping proces met C02-carbamaatstripper en hogedruk scrubber.

25

In deze figuren worden voor gelijksoortige onderdelen en gelijksoortige stromen dezelfde symbolen gebruikt. De figuren 2,3,4,6,7 en 8 geven bij wijze van voorbeeld de diverse voorkeursuitvoeringsvormen weer.

30 Andere uitvoeringsvormen waarbij in een extra C02-carbamaatstripper de ammoniumcarbamaatstroom van verlaagde druk wordt gestript met kooldioxide zijn ook mogelijk.

In Figuur 1 stelt R een ureumreactor voor in 35 een conventionele ureumfabriek waaraan ammoniak en kooldioxide worden toegevoerd. Uit de reactor komt de ureumsyntheseoplossing (USS) welke wordt toegevoerd aan 1007713 - 16 - de ureumopwerking (UR). In de UR wordt ureum (U) vrijgemaakt en tevens ontstaat hier een waterstroom (w) en een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC).

Deze LPC wordt teruggevoerd naar de reactor.

5 Figuur 2 stelt een uitvoeringsvorm voor van de uitvinding toegepast in een conventionele ureumfabriek. R stelt de ureumreactor voor waaraan een deel van de kooldioxide wordt toegevoerd. De ureumsyntheseoplossing (USS) wordt overgebracht naar de ureumopwerking (UR) 10 waar ureum (U) wordt vrijgemaakt en water (W) wordt afgevoerd. De in de UR ontstane ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) wordt toegevoerd aan een C02-carbamaatstripper (CS) waarin de LPC wordt gestript met kooldioxide. De gestripte LPC wordt als een in 15 hoofdzaak uit ammoniak en kooldioxide bestaande gasmengsel (SC) tezamen met de ammoniakvoeding via een hogedruk carbamaatcondensor naar de reactor gevoerd. De in de CS ontstane verdunde waterige carbamaatoplossing (DC) wordt gerecirculeerd naar de ureumopwerking (UR) .

.20 In Figuur 3 is schematisch weergegeven de conventionele ureumfabriek van figuur 2 waarin additioneel een hogedruk scrubber (SCR) is geplaatst. Hierin wordt het synthese spuigas uit de reactiesectie (RG) opgenomen in de ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) uit de 25 ureumopwerking (UR). De verrijkte carbamaatstroom (EC) wordt vanuit de hogedruk scrubber gevoerd naar de C02-carbamaatstripper (CS) en daar gestript met C02.

In Figuur 4 is schematisch een mogelijkheid weergegeven om een C02-carbamaatstripper (CS) te plaatsen in een 30 conventionele ureumfabriek volgens het UTI proces. De CS is hierbij geplaatst tussen de ureumopwerking (UR) en de ureumreactor (R). Hierbij wordt de ureumsyntheseoplossing (USS) gevoerd naar de ureumopwerkung (UR) waarin ureum (U) wordt vrijgemaakt 35 en waarbij water (W), ammoniak en een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) ontstaan.

De LPC wordt met kooldioxide gestript in de CS waarna 1007713 - 17 - de hierbij ontstane gasstroom (SC), in hoofdzaak bestaande uit ammoniak en kooldioxide, naar de reactor wordt gevoerd. De waterige carbamaatstroom (DC) wordt gerecirculeerd naar de ureumopwerking (UR).

5 In Figuur 5 stelt R een reactor voor in een Stamicarbon C02-stripfabriek waarin kooldioxide en ammoniak worden omgezet in ureum. De uit de reactor komende ureumsyntheseoplossing (USS) wordt gevoerd naar een C02-stripper waarin de USS wordt omgezet in een gasstroom 10 (SG) en een vloeistof stroom (SUSS) . De gasstroom (SG) bestaat in hoofdzaak uit ammoniak en kooldioxide en de SUSS is de gestripte USS. De stroom bevattende de gestripte ureumsyntheseoplossing SUSS wordt overgebracht naar de ureumopwerking (UR) waar ureum (U) 15 wordt vrijgemaakt en water (W) wordt afgevoerd. In de UR wordt een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) verkregen welke wordt toegevoerd aan de hogedruk scrubber (SCR). In deze scrubber wordt de LPC in contact gebracht met de uit de reactor komende 2 0 gasstroom (RG) die in hoofdzaak bestaat uit ammoniak en kooldioxide maar die daarnaast de uit de kooldioxidevoeding en ammoniakvoeding aanwezige inerten (niet condenseerbare componenten) bevat. De uit de SCR komende verrijkte carbamaatstroom (EC) wordt 2 5 overgebracht naar de hogedruk carbamaat condensor (C) waarin de SG stroom wordt gecondenseerd met behulp van EC. De resulterende hogedruk carbamaatstroom (HPC) wordt teruggevoerd naar de reactor. De verse ammoniak wordt in dit voorbeeld toegevoerd aan de hogedruk 3 0 carbamaatcondensor (C) , maar kan natuurlijk ook op een andere plaats in de loop R -* S -* C -* R, of in de loop R -» SCR -* C -* R worden toegevoerd.

In Figuur 6 is schematisch een mogelijkheid weergegeven om een extra C02-carbamaatstripper (CS) op te nemen in 35 een Stamicarbon C02-stripfabriek. Hierin is een CS geplaatst tussen de hogedruk scrubber (SCR) en de hogedruk carbamaatcondensor (C) in figuur 5. In de CS

1 0 07 7 1 3 - 18 - wordt de ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) gestript met kooldioxide waarna de hierbij vrijkomende gassen (SC) worden overgebracht naar de hogedruk condensor (C). De waterrijke carbamaatstroom (DC) wordt 5 vanuit de CS gerecirculeerd naar de ureumopwerking.

In figuur 7 is schematisch weergegeven een ureumproces volgens het TEC-ACES proces waarin bij wijze van voorbeeld een C02-carbamaatstripper is geplaatst tussen de hogedruk scrubber (SCR) en de hogedruk 10 carbamaatcondensor (C). Bij dit proces wordt de vrijkomende warmte in de hogedruk carbamaatcondensor (C) gebruikt voor het direct verwarmen van de in de stripper (S) behandelde ureumsyntheseoplossing (USS).

In deze figuur stellen de symbolen fabrieksonderdelen 15 en stromen voor zoals in figuur 5.

In Figuur 8 is een ureumproces weergegeven volgens het Snamprogetti Self-Stripping proces waarin additioneel een hogedruk scrubber (SCR) en een C02-carbamaatstripper (SC) zijn opgenomen. De symbolen hebben ook hierin 20 dezelfde betekenis als in figuur 5.

De uitvinding wordt verder nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden: 1 1007713

Vergelijkend voorbeeld A

Voor een Stamicarbon C02-stripfabriek zoals weergegeven in figuur 5 is in onderstaande tabel l de samenstelling in gewichts procenten weergegeven van de verschillende stromen. Uit de samenstelling van de 3 0 stromen volgt voor de C02-conversie van 58,5%.

- 19 -

Tabel 1: Processtromen in een Stamicarbon C0,~ stripfabriek

Stroom Ureum NH3 C02 H20 Inert 5 USS 33,9 30,2 17,7 18,2 C02 - - 93,6 1,1 5,3 SUSS 55 7,8 10,2 27 SG - 61,9 32,0 4,9 1,2 NH3 - 99,5 - 0,5 10 HPC - 49,2 41,9 7,6 1,3 RG - 68,6 21,0 4,4 6,0 EC - 38,8 39,2 22,0 LPC - 29,6 37,3 33,1

Inert - 8,8 3,3 - 87,9 15

Voorbeeld I

Voor een Stamicarbon C02-stripfabriek waarin additioneel een C02-carbamaatstripper is geplaatst zoals 20 weergegeven in figuur 6 is in onderstaande tabel 2 de samenstelling in gewichts procenten weergegeven van de verschillende stromen. Uit de samenstelling van de stromen volgt voor de C02-conversie een waarde van 70,0%.

25 1007713 - 20 -

Tabel 2: Processtromen in een Stamicarbon CO,-stripfabriek met CO-,-carbamaatstripper 5 Stroom Ureum NH3 C02 H20 Inert USS 43,8 28,3 13,8 14,1 C02 - - 93,6 1,1 5,3 SUSS 62,4 8,8 11,5 17,3 SG - 60,0 31,5 7,0 1,5 10 NH3 - 99,5 - 0,5 HPC - 50,2 42,6 6,2 1,0 RG - 68,7 20,9 4,4 6,0 EC - 38,2 39,1 22,7 SC - 52,5 27,7 19,5 0,5 15 LPC - 29,6 37,3 33,1 DC - 7,9 10,2 81,9

Inert - 8,8 3,3 - 87,9 20 De C02 stroom naar S bedraagt 81% en de C02 stroom naar CS bedraagt 19% van de totale voeding.

De flow van de verschillende stromen is in voorbeeld I duidelijk verschillend van de flow van de 25 overeenkomstige stromen van het vergelijkend voorbeeld A. In onderstaande tabel 3 staat aangegeven de verhouding van de flow van voorbeeld I en de flow van vergelijkend voorbeeld A.

30 1007713 - 21 -

Tabel 3: Verhouding flow in voorbeeld I en voorbeeld A

Stroom Verhouding flow in voorbeeld

I en voorbeeld A

USS 0,78 5 SUSS 0,90 SG 0,70 HPC 0,83 EC 1,06 LPC 1,10 10 1007713

Claims (13)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat dit gasmengsel wordt gecondenseerd in een hogedruk carbamaatcondensor en daarna teruggevoerd naar de synthesezone.
2. 3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, 15 dat in een ureumstripfabriek de carbamaatcondensatie plaats vinden in de reeds aanwezige hogedruk carbamaatcondensor.
3. 4. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat in een conventionele ureumfabriek het ontstane 20 gasmengsel uit de C02carbamaatstripper gecondenseerd wordt in een extra te plaatsen hogedruk carbamaatcondensor en daarna teruggevoerd naar de synthese.
4. 5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, 25 dat als C02-carbamaatstripper een stripper wordt toegepast welke werkt volgens het tegenstroomprincipe.
5. 6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat een C02-carbamaatstripper toepast van hetzelfde 3. type als de C02-stripper in het bovengenoemde Stamicarbon C02-stripproces.
6. 7. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de druk in de C02-carbamaatstripper bij toepassing in een conventionele ureumfabriek ligt 35 tussen 15 en 40 MPa.
7. 8. Werkwijze vol;gens conclusie 5, met het kenmerk, dat de druk in de C02-carbamaatstripper bij 1 0 07 7 1 3 - 23 - toepassing in een ureumstripfabriek ligt tussen 12,5 en 19 MPa.
8. 9. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat additioneel een hogedruk scrubber geplaatst 5 wordt op de plaats waar de inerthoudende synthese spuistroom de synthese sektie verlaat en hierin de carbamaatstroom van lage druk als wasvloeistof te gebruiken waarna de uit de hogedruk scrubber komende carbamaatstroom toegevoerd wordt aan de 10 C02-carbamaatstripper.
9. 10. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van een bestaande ureumstripfabriek met hogedruk scrubber door het plaatsen van een C02-carbamaatstripper tussen de hogedruk scrubber en 15 de hogedruk carbamaatcondensor.
10. 11. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van een ureumfabriek zonder hogedruk scrubber door het plaatsen van een C02-carbamaatstripper direct na de ureumopwerking voor het strippen met C02 van de 20 ammoniumcarbamaatstroom van lage druk.
11. 12. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van een ureumfabriek zonder hogedruk scrubber door het plaatsen van een C02-carbamaatstripper direct na de ureumopwerking voor het strippen met C02 van de 2 5 ammoniumcarbamaatstroom van lage druk en waarbij additioneel een hogedruk scrubber is geplaatst op de plaats waar de inerthoudende synthese spuistroom de synthesesektie verlaat en hierin de carbamaatstroom van lage druk als wasvloeistof te 30 gebruiken waarna de uit de hogedruk scrubber komende carbamaatstroomtoegevoerd worden aan C02-carbamaatstripper waarna in deze C02-carbamaatstripper deze carbamaatstroom wordt gestript met C0a waarna de nagenoeg watervrije 35 carbamaatgassen direct of via een hogedruk carbamaatcondensor naar de synthesesektie worden gevoerd. 1007713 - 24 -
12. 13. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van conventionele ureumfabrieken door het plaatsen van een C02-carbamaatstripper direct na de ureumopwerking waarna de gasstroom uit de C02- 5 carbamaatstripper wordt gecondenseerd in een extra geplaatste hogedruk carbamaatcondensor.
13. 14. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van een bestaande conventionele ureumfabriek door het extra plaatsen van een hogedruk scrubber, C02- 10 carbamaatstripper en een hogedruk carbamaatcondensor. 1007713