NL1012575C2 - Werkwijze ter bereiding van ureum. - Google Patents
Werkwijze ter bereiding van ureum. Download PDFInfo
- Publication number
- NL1012575C2 NL1012575C2 NL1012575A NL1012575A NL1012575C2 NL 1012575 C2 NL1012575 C2 NL 1012575C2 NL 1012575 A NL1012575 A NL 1012575A NL 1012575 A NL1012575 A NL 1012575A NL 1012575 C2 NL1012575 C2 NL 1012575C2
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- reactor
- urea
- water
- membrane
- carbamate
- Prior art date
Links
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 64
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 title claims description 64
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 53
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 61
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 36
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M Carbamate Chemical compound NC([O-])=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 25
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 15
- 238000005373 pervaporation Methods 0.000 claims description 14
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 12
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims description 12
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 10
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 3
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 2
- BYHQTRFJOGIQAO-GOSISDBHSA-N 3-(4-bromophenyl)-8-[(2R)-2-hydroxypropyl]-1-[(3-methoxyphenyl)methyl]-1,3,8-triazaspiro[4.5]decan-2-one Chemical compound C[C@H](CN1CCC2(CC1)CN(C(=O)N2CC3=CC(=CC=C3)OC)C4=CC=C(C=C4)Br)O BYHQTRFJOGIQAO-GOSISDBHSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N ammonium carbamate Chemical compound [NH4+].NC([O-])=O BVCZEBOGSOYJJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 150000004657 carbamic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N carbonic acid monoamide Natural products NC(O)=O KXDHJXZQYSOELW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000020030 perry Nutrition 0.000 description 1
- 238000012958 reprocessing Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
- C07C273/02—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds
- C07C273/04—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of urea, its salts, complexes or addition compounds from carbon dioxide and ammonia
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
*
Werkwijze ter bereiding van ureum
De commerciële ureumprocessen bestaan globaal uit 3 processtappen, te weten de synthese; prillen, granulatie of kristallisatie; en afvalwaterzuivering en recyclecircuits voor carbamaat naar de reactor.
5 De synthesestap omvat doorgaans twee (half)reacties, te weten: 1) De reactie van ammoniak met kooldioxide, welke reactie snel en volledig verloopt tot carbamaat volgens de reactievergelijking: 2NH3 + C02 -> NH2C02NH4 2) De dehydratatiereactie van carbamaat naar ureum volgens de vergelijking 10 NH2C02NHa <-»{nh2\o + h2o
De laatste reactie is een evenwichtsreactie en bereikt in de gangbare ureumprocessen 'ongeveer 50 tot 60% omzetting. De carbamaatreactie is sterk exotherm en de ureumreactie endotherm.
In de moderne processen wordt het grootste gedeelte van de niet-omgezette 15 carbamaat in een stoomstripper ontleed en, via een condensatiestap, waarin stoom gewonnen wordt, teruggevoerd naar de reactor. De economie van deze bekende processen hangt erg samen met het rendement van de ureumsynthesereactie omdat deze in sterke mate bepaalt hoe groot de recirculatiestromen zijn.
In de jaren ’60 en ’70 werd werd grote vooruitgang geboekt in de economie 20 van de conventionele ureumprocessen door een hoge druk stripper in het ureumproces te installeren. Hierbij wordt in deze stripper, met de voeding (C02 of NH3) aan het ureumproces, een groot gedeelte van de niet-omgezette carbamaat in de reactorafvoer, via een hoge druk condensatiestap direct, met een beperkt gehalte water, naar de reactor teruggevoerd.
25 De belangrijkste ontwikkelingen ter verdere verbetering van het rendement in het ureumproces in de jaren ’80 en ’90 laten zich samenvatten in de volgende wijzigingen van de reactorsectie: - In de reactor meer propstroom bewerkstelligen - Een combinatie van de ureumreactor met andere processtappen 30 - De reaktie in temperatuurzones laten plaatsvinden 1012575 2 5 - Een tweede reactor installeren - Via condenseren van gas tussen de reactoren water verwijderen.
In het Nederlandse octrooi 1000416 is de condensatiestap waardoor normaliter de hoge druk recyclestroom naar de reactor teruggevoerd wordt, gecombineerd met de reactor. De reactor is daarbij horizontaal georiënteerd. De NH3 10 wordt in het gekoelde gedeelte van de reactor ingevoerd. Het gas van de stripper wordt dwars op de vloeistofstroom in de reactor verdeeld. Bedoeling is om al zo veel als mogelijk ureum in het gekoelde gedeelte van de reactor te vormen. Verder wordt het ureumevenwicht in de reactor beter benaderd door het plaatsen van schotten. Deze voorkomen terugmenging en geven een betere benadering van propstroom dan 15 de zeefplaten in een conventionele verticale reactor, waardoor de synthesereactie sneller verloopt.
In de EP 0751121A2 is een proces gegeven waarbij de ureumreactie in twee temperatuurzones verdeeld is. Een van de zones is bij lagere temperatuur waardoor het carbamaatevenwicht naar grotere waarden verschuift en de andere 20 temperatuurzone is bij hogere temperatuur, waardoor het ureumevenwicht naar hogere waarden verschuift. Tussen de zones wordt nog water afgescheiden door condensatie.
In EP 0727414 Al is een proces met een extra reactor onder hoge druk en temperatuur toegepast om een hogere conversie te bewerkstelligen.
25 In EP 0624571 Al is een ureumproces met hoge opbrengst beschreven met een extra reactor, waarbij het water via condenseren uit de voeding van de tweede reactor is verwijderd. Een aparte voedingsregeling aan deze reactor maakt het mogelijk om de temperatuur en NH3/C02 verhouding optimaal te houden.
De procesverbeteringen in het ureumproces, tot nog toe, zijn er op gericht 30 geweest om het evenwicht voor ureumomzetting zo gunstig mogelijk te laten liggen en zo dicht mogelijk te benaderen door binnen de beperkingen die voor dit hoge druk en temperatuur proces gelden, minimaal water naar de reactor(en) te sturen en eventueel een tussentijdse waterverwijdering tussen 2 reactoren uit te voeren, de procescondities druk, temperatuur en verblijftijd zo optimaal mogelijk te kiezen, de 101257: 3 5 NH3 concentratie hoog te kiezen en in de reactor zo veel als mogelijk een propstroom regime te benaderen.
Tijdens de ureumvormingsreaktie wordt echter simultaan, een aan de ontstane ureum equimolaire hoeveelheid water gevormd. Deze substantiële hoeveelheid gevormd water zorgt altijd nog dat het evenwicht voor ureumomzetting bij de reactie 20 tot 10 30% onder het maximale omzetting van 100% ligt.
De huidige vinding beoogt de bekende processen te verbeteren, en handelt in het bijzonder over de verwijdering van water uit de ureumreactor tijdens de synthese om het rendement te verbeteren. Door het verwijderen van het water wordt het evenwicht van de ureumvormingsreactie namelijk naar grotere omzetting van ureum 15 getrokken.
De afvoer van deze hoeveelheid gevormd water tijdens de reactie, om de omzetting van ureum in de reactor van het ureumproces substantieel te vergroten en de recyclestromen te verlagen, is tot nu toe in de praktijk nog niet mogelijk gebleken. Dit is een gevolg van de hoge moeilijkheidsgraad die zo’n waterafscheiding-stap met 20 zich meebrengt. Voor de zeer hoge druk- en temperatuurcondities in het ureumproces en het in corrosief opzicht zeer aggressieve reactormilieu, was een voldoende selectieve waterafscheiding-stap een nog niet voorhanden techniek.
Volgens de uitvinding wordt nu een voor water selectief membraan, in het bijzonder een pervaporatie membraan, gebruikt om bij de vorming van het ureum -25 d.w.z. tijdens de bovengenoemde reactiestap 2) - gevormde water uit de reactor te verwijderen, eventueel in combinatie met een drukval over dit membraan.
De uitvinding betreft derhalve in een eerste aspect een werkwijze voor de bereiding van ureum in een reactor, uitgaande van ammoniak en kooldioxide, welke werkwijze omvat 30 a) het in contact brengen in de reactor van het ammoniak en kooldioxide, onder omstandigheden voor de vorming van carbamaat; en b) het dehydrateren van het aldus gevormde carbamaat in ureum en water, met het kenmerk, dat het bij stap b) gevormde water aan het reactiemengsel wordt onttrokken door toepassing van een voor water selectief membraan.
1012575 4 5 Hiertoe wordt het reactiemengsel (althans ten minste het reactiemengsel van stap b)) in de reactor in contact gebracht met een zijde van het selectieve membraan, waarbij het bij stap b) gevormde water door dit membraan aan het reactiemengsel wordt onttrokken naar de andere zijde van het membraan, waar het wordt opgevangen/verzameld en vanwaar het uit de reactor wordt afgevoerd. Hierbij wordt 10 bij voorkeur een drukverschil over het membraan aangehouden of aangelegd.
De reactie wordt bij voorkeur uitgevoerd in de vloeistoffase, d.w.z. dat de reactanten ( met name bij stap a) het ammoniak, kooldioxide en bij stap b) het carbamaat) zich hoofdzakelijk, en bij voorkeur in wezen uitsluitend, in de vloeistoffase bevinden.
15 In de regel zal de reactie worden uitgevoerd als of in een kringloopproces. Dit kringloopproces kan hierbij een hoge druk-kringloop en een lage druk-kringloop omvatten, zoals hieronder nader omschreven. (Een mogelijk voordeel van de uitvinding zou kunnen zijn, dat de hoge druk kringloop eventueel kan worden weggelaten, zoals hieronder nader toegelicht).
20 De uitvinding kan - met geschikte aanpassingen van de gebruikte apparatuur (reactor) - bij vrijwel alle bekende ureumprocessen worden toegepast, waaronder de Stamicarbon-processen. Voor beschrijvingen van deze bekende ureumprocessen wordt verwezen naar de bekende handboeken, zoals de "Encyclopedia of Chemical Technology", Ed. Kirk-Othmer, Wiley Interscience, 3rd Ed (1983), vol.23, pagina's 25 551-561.
Volgens een uitvoeringsvorm (het kooldioxide-stripproces) wordt de kooldioxide via een stripper en carbamaatcondensator naar de reactor gevoerd. De ammoniak wordt tezamen met de lage drukrecycle via de condensator naar de reactor toegevoerd.
30 Volgens een andere uitvoeringsvorm (onder toepassing van een zogenaamde poolreactor) worden het ammoniak en het kooldioxide (via de stripper) bij het binnentreden van de reactor aan deze waterige vloeistofstroom toegevoerd, waarna het mengsel door de reactor wordt geleid, waarbij het ureum wordt gevormd.
Bij beide uitvoeringsvormen wordt de aldus verkregen produktstroom 35 vervolgens uit de reactor verwijderd en toegevoerd aan een stripper, waar de nog 1012575 5 5 aanwezige kooldioxide en ammoniak worden verwijderd. Deze worden vervolgens als een gasvormige stroom opnieuw aan de reactor toegevoerd (de "hoge druk kringloop"). Deze stroom kan eventueel ook nog resten carbamaat en/of water bevatten. (In de klassieke processen wordt in de hoge drukkringloop eventueel een carbamaatcondensator toegepast; bij een poolreactor zit deze carbamaatcondensator 10 ingebouwd in de reactor.)
Uit de stripper wordt tevens een vloeistofstroom verkregen, die water, het - nu geconcentreerde- ureum en eventueel nog aanwezige resten carbamaat bevat. Hieruit wordt door op zichzelf bekende opwerkingsstappen de ureum gewonnen, waarna de resterende stroom weer aan de reactor wordt teruggevoerd (de "lage druk 15 kringloop").
Het volgens de uitvinding toegepaste selectieve membraan is ten minste doorlatend voor water, en bij voorkeur in wezen niet voor andere bestanddelen van het reactiemengsel. Hiervoor worden met name membranen toegepast zoals worden gebruikt in zogenaamde "pervaporatie" processen, zoals bijvoorbeeld polymere 20 (organische) membranen of keramische membranen, die dicht of poreus kunnen zijn. Voor een nadere omschrijving van dergelijke "pervaporatie membranen" wordt verwezen naar de bekende handboeken, zoals Perry's Chemical Engineers Handbook, 7th Ed, McGraw-Hill, 1997, Section 22-67 t/m 22-69.
Bij voorkeur wordt een poreus keramisch membraan gebruikt, d.w.z. met een 25 geschikte poriegrootte en dikte, die aan deskundigen duidelijk zullen zijn. De voorkeur verdienen poriegrootten in het traject van 0,5 nanometer tot 1 micrometer, en een dikte van het membraan in het traject van 1 tot 5 mm.
Voorbeelden van geschikte membranen zijn bijvoorbeeld keramische membranen van bijvoorbeeld silica of silica/alumina; silicaliet (HZSM5); 30 silicaliet/ZSM 5 zeoliet; zeoliet A/X (e.g. A4/A5, XI3) en palladium-bevattende keramische materialen; als ook koolstofmembranen en membranen van gesinterd roestvrij staal. Dergelijke membraanmaterialen kunnen verder op een op zichzelf bekende wijze zijn gemodificeerd, bijvoorbeeld door ionenuitwisseling (bijv. natrium tegen koper etc), door oppervlaktebehandeling, en dergelijke. Voorbeelden 35 van deze en andere geschikte membranen zullen aan deskundigen duidelijk zijn, '01 25 7 5 6 5 waarvoor opnieuw wordt verwezen naar de beschrijving van pervaporatieprocessen uit de bekende handboeken.
De membranen zijn bij voorkeur geschikt voor toepassing bij de bedrijfstemperatuur van het proces en tegen de eventueel toegepaste drukval over het membraan, en verder tegen de bestanddelen van het reactiemengsel.
10 Door toepassing van deze membranen, op een adequate manier ingebouwd in de ureumreactor, blijkt een voldoende selectieve afvoer van water tijdens de ureumsynthese in de reactor te kunnen worden bereikt. Met deze werkwijze en procesuitvoering zijn de grote moeilijkheden opgelost die, voor het uitvoeren van een selectieve waterverwijdering in situ tijdens de ureumreactie, bestonden. Door 15 toepassing van deze werkwijze en procesuitvoering is het mogelijk om de ureumomzetting per reactorpass met 10 tot 20% te verhogen.
Het membraan kan ieder geschikte vorm en afmeting hebben, en kan bijvoorbeeld een vlak membraan, een spiraalsgewijsgewonden membraan, een “plate and frame” module zijn, of een holle vezelmembraan. Het membraan is hierbij bij 20 voorkeur zodanig uitgevoerd, dat het aan ten minste een zijde ervan een in wezen (van de reactieruimte afgesloten) afVoerruimte of afvoerkanaal definieert, d.w.z. op zichzelf, in samenhang met een of meer andere aanwezige membranen, en/of in samenhang met andere elementen van de reactor, zoals de wand(en) van de reactor of in de reactor aanwezige schotten, platen of schotels. Tijdens bedrijf van de reactor 25 staat het membraan aan een zijde ervan in contact met het reactiemengsel, terwijl de zijde van het membraan die het afvoerkanaal of de afVoerruimte vormt op werkzame wijze is verbonden met een afvoerleiding, waarmee het aan het reactiemengsel onttrokken water uit de reactor kan worden afgevoerd.
De reactor kan zijn voorzien van een enkele membraanmodule (d.w.z.
30 membraan en afVoerleiding/afVoerruimte), dan wel van meerdere modules, die eventueel onderling geschakeld of verbonden kunnen zijn. Het totale oppervlak van de membranen zal afhangen van de grootte van de reactor en de te bereiken omzetting. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de reactor door een of meer in de reactor voorziene schotten, platen of schotels verdeeld in twee of meer segmenten, 35 waarbij ieder segment kan zijn voorzien van een eigen membraanmodule, waarbij de 1012575 7 5 reactanten in wezen aan een uiteinde van de reactor worden toegevoerd, waarna het reactiemengsel de verschillende segmenten in de reactor doorloopt, en vervolgens aan het andere uiteinde uit de reactor wordt verwijderd. Dit verhindert terugmenging en bevordert de vorming van een propstroom. De reactor kan hierbij zowel in wezen horizontaal als in wezen verticaal zijn geplaatst; verder kan er over de segmenten van 10 de reactor een temperatuurgradiënt worden aangehouden of aangelegd.
Het ontwerp van de reactor, en met name de plaatsing van de membranen, schotten, schotels en wanden, is verder bij voorkeur dat het omhoogstijgende gas in de ureumreactor tijdens bedrijf een turbulente stroming in de reactor veroorzaakt, in het bijzonder bij het membraanoppervlak aan de reactorzijde wordt verkregen 15 Aangezien de reactie bij voorkeur wordt uitgevoerd bij verhoogde temperatuur - doorgaans in het traject van 150 tot 250 °C - en verhoogde druk -doorgaans in het.traject van 100 tot 200 bar - is de reactor bij voorkeur uitgevoerd als een in wezen afgesloten drukvat, voorzien van de een of meer membraaneenheden en geschikte aan- en afvoerleidingen. De reactor kan verder alle op zichzelf bekende 20 elementen van ureumreactoren bevatten, zoals verwarmingselementen, meng- en roereenheden, koelelementen, meet- en regelapparatuur en dergelijke.
Geschikte reactorontwerpen zullen aan deskundigen duidelijk zijn. In de praktijk zal het mogelijk zijn gebruik te maken van een op zichzelf bekende reactor voor de synthese van ureum, die overeenkomstig de uitvinding is voorzien van een of 25 meer membraanmodules.
Tijdens bedrijf wordt - totdat de gewenste omzetting is bereikt, en bij voorkeur in wezen continu - door de membranen water aan het reactiegebied onttrokken. Hiertoe wordt bij voorkeur een drukverschil aangelegd over het membraan - bijvoorbeeld met een drukval in het traject van 50-200 bar - met de 30 hoge(re) druk aan de zijde van het reactiemengsel. Hiertoe kan de afvoerzijde van het membraan op werkzame wijze zijn verbonden met een vacuumpomp, eventueel in combinatie met een koeler..
De hoeveelheid water die tijdens de reactie uit de reactor wordt verwijderd is bij voorkeur zodanig dat de carbamaatontledingsstap in de uitlaat van de 35 ureumreactor geen verdere voordelen meer biedt en, onder weglaten van deze
101257S
8 5 carbamaatontledingsstap, het C02 voedingsgas direct aan de reactor toegevoerd kan worden. Dit betekent dat de bovengenoemde reactiestappen a) en b) in wezen in een enkele reactor kunnen worden uitgevoerd.
De temperatuur van de reactor, en in het bijzonder de voor de pervaporatie noodzakelijke warmte, wordt bij voorkeur in wezen verkregen/in stand gehouden 10 door de carbamaatreactie van toevoercomponenten aan de reactor en/of door condensatie van het toegevoerde stripgas
De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de onderstaande beschrijving en de niet-beperkende Figuren 1 en 2, die voorkeursuitvoeringvormen van de ureumreactor volgens de uitvinding - met selectieve membranen voor de 15 verwijdering van water - laten zien. Meer in het bijzonder toont: - Figuur 1 een horizontale ureumreactor met warmtafVoer en geïnstalleerde pervaporatiemembranen; en - Figuur 2 een klassieke verticale ureumreactor met warmteafvoer en geïnstalleerde pervaporatiemembranen.
20 In Figuur 1 is een hoge druksectie van een ureumfabriek met liggende reactor weergegeven. Met (A) is in Figuur 1 een liggende reactor met ingebouwde pervaporatiemembranen, condensatiezone en warmtewisselaar, met (B) een stripzone, met (C) een stoomreservoir, met (H) een condensor en met (D), (E), (F), (G) en (I) (vacuum)pompen en compressoren weergegeven.
25 Door pomp (E) wordt vloeibare ammoniak aangevoerd via leiding (1) en via een van de openingen voorziene leiding (4) aan de condensatiezone van de reactor. Via leiding (2) wordt een carbamaatoplossing aangezogen welke elders in het proces is verkregen met name door het wassen van afgassen met een waterige oplossing die bij het indampen van de ureumoplossing is verkregen. De oplossing van 30 ammoniumcarbamaat wordt via leiding (3) aan de reactor (A) toegevoerd. Via een van de opening voorziene leiding (5) wordt een ammoniak en kooldioxide bevattend mengsel in de vloeistof geleid. Dit gasmengsel, aangevoerd via leiding (15), is verkregen door de in de reactor gevormde ureumsyntheseoplossing in de stripzone (B) onder toevoer van warmte en in tegenstroom met een stripgas via leiding (13), 35 bijvoorbeeld kooldioxide, aan een stripbehandeling te onderwerpen. De drukken in 1012575 9 5 reactor (A) en de stripzone (B) zijn in de weergegeven uitvoeringsvorm praktisch gelijk, bijvoorbeeld 140 bar. De drukken en temperaturen in genoemde zones kunnen echter onderling ook verschillen. De reactor is verder voorzien van schotten, die de reactor in compartimenten opdelen.
De afvoer van water uit de reactor vindt plaats via de (keramische) 10 pervaporatie membraanmodules (19) die in de compartimenten tussen de schotten geplaatst zijn (in Figuur 1 zijn er vijf van dergelijke modules weergegeven; dit kunnen er meer of minder zijn, afhankelijk van de grootte van de reactor), voor het voorlaatste compartiment waarin de aftap met het niveau van de reactor wordt geregeld. De plaatsing van deze modules is dusdanig boven de leiding (5), dat het 15 gas, de vloeistof die langs de membranen stroomt, danig beroert en voor goede menging zorgt. Het afgevoerde water via de (keramische) membranen wordt met een (vacuum)pomp (I) via een condensor (H) gevoerd. In deze condensor (H) wordt de damp, voornamelijk bestaande uit water gecondenseerd. De gecondenseerde stroom uit de condensor (21) en de dampstroom uit de vacuumpomp (22) worden 20 bijvoorbeeld naar een stripper van de afvalwaterzuivering gevoerd. De afvalwaterzuivering van het ureumproces is hier niet getekend
De in de reactor vrijkomende warmte wordt afgevoerd met behulp van water, aangevoerd via leiding (6), dat door middel van pomp (G) via (7) door de de reactor (A) aangebrachte warmtewisselaar (8) geleid wordt en dat hierbij omgezet wordt in 25 lage druk stoom. De gevormde stoom wordt via leiding (9) geleid in stoomreservoir (C) en via leiding (10) hieruit afgevoerd naar een niet weergegeven lage drukstoom verbruikende inrichting, bijvoorbeeld de recirculatie en/of indampsectie. De warmtetoevoer aan de waterontrekkende en warmteonttrekkende pervaporatiemembranen (19) vindt plaats door warmte die geleverd wordt door 30 carbamaatvorming in de toevoer van de reactor en een gerichte toevoer van condenserende stripgas via leiding (15) en een juiste dimensionering van verdeelinrichting (5) ten behoeve van de juiste verdeling.
Via leiding (14) worden de inerte gassen welke daarnaast ook nog ammoniak en C02 bevatten uit de reactor (A) afgevoerd. Op bekende wijze worden deze gassen 35 ontdaan van NH3 en C02. Vanuit de reactor (A) wordt via leiding (11) de 101 2575 10 5 ureumsyntheseoplossing geleid naar de stripzone (B). De gestripte ureumsynthese-oplossing wordt via leiding (12) afgevoerd, en verder bekende wijze verwerkt tot een waterige ureumoplossing en geconcentreerd waarna de geconcentreerde oplossing eventueel in vast ureum wordt omgezet.
Figuur 2 toont een klassieke verticale ureumreactor met warmteafvoer en 10 geïnstalleerde pervaporatiemembranen.
In figuur 2 is het hoge druk gedeelte van een klassiek ureumproces met verticale reactor (A) gegeven. De condensatiestap voor de gestripte carbamaatstroom (4) uit de stripper (B) is in (C) weergegeven. De partieel gecondenseerde stroom uit condensor (C) wordt onder in de verticale reactor (A) geleid 15 De overloop uit reactor A, welke ureum en niet omgezette carbamaat bevat wordt via (6) aan de stripbehandeling onderworpen resulterende in een gestripte stroom (4) en een ureumoplossing die op bekende wijze eventueel in vast ureum omgezet wordt.
De hierboven beschreven reactoren kunnen bijvoorbeeld worden uitgevoerd 20 voor de produktie van een 1500 mt ureum/dag.
In figuur 1 zijn hiervan de reactor (A) en stripper (B) en nog enkele andere apparaten gegeven. Via stroom 21 wordt met de (vacuum)pomp (I) en condensor (H) 20 ton /h water uit de reactor afgevoerd via de keramische pervaporatie elementen 19 die tussen de verschillende segmenten in de reactor zijn ingebouwd.
25 Bij de uitvinding worden onder meer de volgende voordelen behaald, vergeleken met bekende processen: - verschuiving van het evenwicht naar de vorming van ureum, waardoor een hogere opbrengst wordt verkregen; minder energieverbruik, onder meer door: 30 - 60% verlaging van import van dure middendruk stoom.
geen export productie meer van moeilijk afzetbare, bijna niets opleverende export lage druk stoom er hoeft in de ureumindamping 30% minder te worden ingedampt, de belasting naar de middendruk-recycle wordt 15% kleiner; 1012575 η 5 - reductie in de afmetingen van de te gebruiken apparatuur. Zo kunnen het reactorvolume en het warmtewisselingsoppervlak met 30% worden teruggebracht, kan het oppervlak van de stripper (B) met 35% worden teruggebracht, en kan het oppervlak van de carbamaatcondensor met 50% worden verminderd.
'01 2575
Claims (9)
1. Werkwijze voor de bereiding van ureum in een reactor, uitgaande van ammoniak en kooldioxide, welke werkwijze omvat 5 a) het in contact brengen in de reactor van het ammoniak en kooldioxide, onder omstandigheden voor de vorming van carbamaat; en b) het dehydrateren van het aldus gevormde carbamaat tot ureum en water, met het kenmerk, dat het bij stap b) gevormde water aan het reactiemengsel wordt onttrokken door toepassing van een voor water selectief membraan. 10
2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het voor water selectieve membraan een pervaporatie membraan is.
3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij het voor water selectieve membraan 15 een poreus keramisch membraan is.
4. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij over het selectieve membraan een drukverschil wordt aangehouden of aangelegd.
5. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij de vorming van het ureum wordt uitgevoerd in een kringloopproces.
6. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij een reactor wordt toegepast, die voorzien is van een of meer schotten, platen of schotels, die de reactor verdelen * 25 in twee of meer segmenten, waarbij ieder segment kan zijn voorzien van een voor water selectief membraan.
7. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij het ontwerp van de reactor, en met name de plaatsing van de membranen, schotten, schotels en wanden in de 30 reactor, zodanig is dat tijdens bedrijf het omhoogstijgende gas in de reactor een turbulente stroming in de reactor veroorzaakt, in het bijzonder aan het oppervlak van de een of meer keramische membranen. 1012575 12
8. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij de hoeveelheid water die tijdens bedrijf uit de reactor wordt verwijderd zodanig is dat de bovengenoemde reactiestappen a) en b) in wezen in een enkele reactor kunnen worden uitgevoerd, en het CO2 voedingsgas direct aan de reactor kan worden toegevoerd. 5
9. Werkwijze volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij de temperatuur van de reactor, en in het bijzonder de voor de pervaporatie noodzakelijke warmte, in wezen wordt verkregen/in stand gehouden door de carbamaatreactie van toevoercomponenten aan de reactor en/of door condensatie van het toegevoerde stripgas 10 1012575
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1012575A NL1012575C2 (nl) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Werkwijze ter bereiding van ureum. |
| AU60289/00A AU6028900A (en) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | Method for the preparation of urea |
| CA002379045A CA2379045A1 (en) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | Method for the preparation of urea |
| EP00946548A EP1196377A1 (en) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | Method for the preparation of urea |
| PCT/NL2000/000492 WO2001004085A1 (en) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | Method for the preparation of urea |
| US10/030,551 US6538157B1 (en) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | Method for the preparation of urea |
| HK02107546.2A HK1045989A1 (zh) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | 尿素製備方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1012575 | 1999-07-12 | ||
| NL1012575A NL1012575C2 (nl) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Werkwijze ter bereiding van ureum. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL1012575C2 true NL1012575C2 (nl) | 2001-01-15 |
Family
ID=19769551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL1012575A NL1012575C2 (nl) | 1999-07-12 | 1999-07-12 | Werkwijze ter bereiding van ureum. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6538157B1 (nl) |
| EP (1) | EP1196377A1 (nl) |
| AU (1) | AU6028900A (nl) |
| CA (1) | CA2379045A1 (nl) |
| HK (1) | HK1045989A1 (nl) |
| NL (1) | NL1012575C2 (nl) |
| WO (1) | WO2001004085A1 (nl) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1395383B1 (it) * | 2009-09-09 | 2012-09-14 | Saipem Spa | Metodo di separazione di ammoniaca e diossido di carbonio da soluzioni acquose |
| MY148874A (en) * | 2011-04-05 | 2013-06-14 | Universiti Teknologi Petronas | One-step urea synthesis system and method |
| EP2690090A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-01-29 | Urea Casale SA | Concentration of the urea solution in a process for the synthesis of urea |
| US10287241B2 (en) | 2016-05-13 | 2019-05-14 | Kellogg Brown & Root Llc | Methods and systems for producing urea |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989001468A1 (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-23 | Austral-Pacific Fertilizers Ltd. | Process for enhanced urea production |
-
1999
- 1999-07-12 NL NL1012575A patent/NL1012575C2/nl not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-07-12 HK HK02107546.2A patent/HK1045989A1/zh unknown
- 2000-07-12 CA CA002379045A patent/CA2379045A1/en not_active Abandoned
- 2000-07-12 WO PCT/NL2000/000492 patent/WO2001004085A1/en not_active Ceased
- 2000-07-12 US US10/030,551 patent/US6538157B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-07-12 EP EP00946548A patent/EP1196377A1/en not_active Withdrawn
- 2000-07-12 AU AU60289/00A patent/AU6028900A/en not_active Abandoned
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1989001468A1 (en) * | 1987-08-13 | 1989-02-23 | Austral-Pacific Fertilizers Ltd. | Process for enhanced urea production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HK1045989A1 (zh) | 2002-12-20 |
| AU6028900A (en) | 2001-01-30 |
| EP1196377A1 (en) | 2002-04-17 |
| US6538157B1 (en) | 2003-03-25 |
| WO2001004085A1 (en) | 2001-01-18 |
| CA2379045A1 (en) | 2001-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2933474C (en) | Integrated production of urea and melamine | |
| RU2603968C2 (ru) | Способ синтеза мочевины с большим выходом | |
| EP3233792B1 (en) | Process for urea production | |
| EA033625B1 (ru) | Производство карбамида с контролируемым содержанием биурета | |
| CA2770865C (en) | An apparatus for the decomposition of non-converted ammonium carbamate in urea solutions in a urea synthesis process | |
| CN105026365B (zh) | 尿素合成方法和设备 | |
| NL1012575C2 (nl) | Werkwijze ter bereiding van ureum. | |
| CN1158137C (zh) | 气/液接触设备 | |
| CA2896706C (en) | Urea plant revamping method | |
| CN116897076B (zh) | 具有并联mp单元的尿素生产方法和设施 | |
| WO2001096288A1 (en) | Process for decomposing a carbamate aqueous solution coming from the urea recovery section of a urea production plant | |
| NL8800259A (nl) | Werkwijze voor het concentreren van een ureumoplossing. | |
| RU2788626C1 (ru) | Способ и устройство для производства мочевины | |
| CA3132259A1 (en) | Process and apparatus for urea production | |
| WO2025216634A1 (en) | Urea production plant with stripper bypass | |
| WO2025181112A1 (en) | A stripping process and plant for urea production | |
| EA047090B1 (ru) | Способ производства мочевины и установка с параллельными блоками сд | |
| EA050492B1 (ru) | Способ производства мочевины и установка с параллельными блоками сд |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD2B | A search report has been drawn up | ||
| VD1 | Lapsed due to non-payment of the annual fee |
Effective date: 20040201 |