NL1014756C2 - Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum. Download PDF

Info

Publication number
NL1014756C2
NL1014756C2 NL1014756A NL1014756A NL1014756C2 NL 1014756 C2 NL1014756 C2 NL 1014756C2 NL 1014756 A NL1014756 A NL 1014756A NL 1014756 A NL1014756 A NL 1014756A NL 1014756 C2 NL1014756 C2 NL 1014756C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
reactor
urea
section
composite
ammonia
Prior art date
Application number
NL1014756A
Other languages
English (en)
Inventor
Johannes Henricus Mennen
Original Assignee
Dsm Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to NL1014756A priority Critical patent/NL1014756C2/nl
Application filed by Dsm Nv filed Critical Dsm Nv
Priority to PCT/NL2001/000062 priority patent/WO2001072700A1/en
Priority to AU2001234252A priority patent/AU2001234252B2/en
Priority to US10/239,744 priority patent/US6680407B2/en
Priority to BR0109632-0A priority patent/BR0109632A/pt
Priority to AU3425201A priority patent/AU3425201A/xx
Priority to CA2404151A priority patent/CA2404151C/en
Priority to CNB018100147A priority patent/CN1296351C/zh
Priority to MYPI20010812A priority patent/MY122721A/en
Priority to GCP20011637 priority patent/GC0000304A/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1014756C2 publication Critical patent/NL1014756C2/nl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/02Preparation 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
    • C07C273/04Preparation 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002Chemical plants
    • B01J2219/00027Process aspects
    • B01J2219/00033Continuous processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00054Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058Temperature measurement
    • B01J2219/00063Temperature measurement of the reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051Controlling the temperature
    • B01J2219/00074Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00182Controlling or regulating processes controlling the level of reactants in the reactor vessel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761Details of the reactor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/18Details relating to the spatial orientation of the reactor
    • B01J2219/185Details relating to the spatial orientation of the reactor vertical
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/19Details relating to the geometry of the reactor
    • B01J2219/194Details relating to the geometry of the reactor round
    • B01J2219/1941Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
    • B01J2219/1943Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped cylindrical

Description

- 1 - REACTOR EN WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM 5
De uitvinding heeft betrekking op een reactor voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het bereiden van ureum in deze 10 reactor.
Ureum kan worden bereid door ammoniak en kooldioxyde bij een druk gelegen tussen 12 en 40 MPa en bij een temperatuur gelegen tussen 150 en 250 °C in een synthesezone te leiden. De ureumvorming kan hierbij het 15 beste worden weergegeven door twee opeenvolgende reactiestappen waarbij in de eerste stap ammoniumcarbamaat wordt gevormd volgens de exotherme reactie: 20 nNH3 + C02 -» H2N-CO-ONH4 + (n-2)NH3 waarna uit het gevormde ammoniumcarbamaat in de tweede stap door dehydratatie ureum ontstaat volgens de endotherme evenwichtsreactie: 25 H2N-CO-ONH4 <-> H2N-CO-NH2 + H20
De mate waarin deze reacties verlopen, is onder meer afhankelijk van de temperatuur en de 30 overmaat ammoniak die wordt gebruikt. Als reactieprodukt wordt hierbij een ureumsynthese-oplossing verkregen in hoofdzaak bestaande uit ureum, water, niet gebonden ammoniak en ammoniumcarbamaat. Het ammoniumcarbamaat en de ammoniak worden uit de 1014756 - 2 - oplossing verwijderd en worden bij voorkeur teruggevoerd naar de synthesezone. Naast bovengenoemde oplossing ontstaat in de synthesezone ook een gasmengsel van niet omgezet ammoniak en kooldioxide 5 tezamen met inerte gassen. Uit dit gasmengsel wordt ammoniak en kooldioxide verwijderd en deze worden bij voorkeur eveneens teruggevoerd naar de synthesezone. De synthesezone kan bestaan uit afzonderlijke zones voor de vorming van ammoniumcarbamaat en ureum. Deze zones 10 kunnen echter ook in één apparaat verenigd zijn.
Er worden in de praktijk verschillende bereidingswijzen voor ureum toegepast. Aanvankelijk werd de ureumbereiding uitgevoerd in zogenaamde conventionele hogedruk ureumfabrieken. Deze 15 bereidingswijze werd echter eind zestiger jaren opgevolgd door processen welke uitgevoerd worden in zogenaamde ureumstripfabrieken.
Met de thans nog in bedrijf zijnde conventionele hogedruk ureumfabrieken worden 20 ureumfabrieken bedoeld waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de gebruikelijke overmaat ammoniak bij een wezenlijk lagere druk geschied dan de druk in de synthesereactor zelf. De synthesereactor wordt in een 25 conventionele hogedruk ureumfabriek doorgaans bedreven bij een temperatuur van 180-250 °C en een druk van 15-40 MPa. Verder worden bij een conventionele hogedruk ureumfabriek ammoniak en kooldioxyde direct aan de ureumreactor toegevoerd. De molaire NH3/C02 verhouding 30 (= N/C verhouding) in de ureumsynthese ligt in een conventioneel hogedruk ureumproces tussen 3 en 6. Al naar gelang de niet omgezette ammoniak en kooldioxyde [10147 56 - 3 - naar de synthesesectie worden teruggevoerd, spreekt men bij conventionele ureumfabrieken van Once Through (geen terugvoer), Partiële Recycle (alleen gedeeltelijke terugvoer van ammoniak en/of kooldioxyde) of Totale 5 Recycle fabrieken (zowel ammoniak als kooldioxyde terugvoer).
Met een ureumstripfabriek wordt bedoeld een ureumfabriek waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de 10 gebruikelijke overmaat ammoniak voor het grootste deel plaats vindt bij een druk welke in wezen nagenoeg gelijk is aan de druk in de synthesereactor. Deze ontleding en afdrijving gebeurt in een of meerdere na de synthesereactor geplaatste stripper(s), bij voorkeur 15 met behulp van een stripgas zoals bijvoorbeeld kooldioxyde en/of ammoniak, en onder toevoer van warmte. Ook is het mogelijk thermisch strippen toe te passen. Thermisch strippen betekent dat uitsluitend door middel van warmtetoevoer ammoniumcarbamaat wordt 20 ontleed en de aanwezige ammoniak en kooldioxyde uit de ureumsynthese-oplossing worden verwijderd. De uit de stripper vrijkomende ammoniak en kooldioxyde bevattende gasstroom wordt in een hogedruk carbamaatcondensor gecondenseerd en vervolgens teruggevoerd naar de 25 ureumsynthesezone.
Het gasmengsel dat in de ureumsynthese van een ureumstripfabriek niet gereageerd heeft, wordt uit de synthesezone verwijderd en bijvoorbeeld in een hogedruk scrubber onder synthesedruk geabsorbeerd. In 30 zo'n hogedruk scrubber worden bij voorkeur de condenseerbare componenten, ammoniak en kooldioxide, uit het reactor spuigas geabsorbeerd in een
rv10U7 5B
- 4 - carbamaatstroom van lage druk die in de verdere opwerking ontstaat. De carbamaatstroom uit de hogedruk scrubber met de daarin uit het reactor spuigas geabsorbeerde ammoniak en kooldioxide wordt eventueel 5 via de hogedruk carbamaatcondensor teruggevoerd naar de synthese. Reactor, hogedruk scrubber, stripper en hogedruk carbamaatcondensor vormen de belangrijkste onderdelen van het hogedruk gedeelte van een ureumstripfabriek.
10 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 bij voorkeur 12,5-19 MPa. De N/C verhouding in de 15 synthese bij een stripfabriek ligt tussen 2,5 en 5. Het is mogelijk de synthese uit te voeren in één reactor of in meerdere parallelle dan wel in serie geplaatste reactoren. Bij gebruik van bijvoorbeeld twee parallelle reactoren kan men de eerste reactor bedrijven met 20 nagenoeg verse 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 25 het Stamicarbon C02-stripproces zoals bijvoorbeeld beschreven in European Chemical News, Urea Supplement van 17 januari 1969, bladzijden 17-20. De hogedruk carbamaatcondensor in een Stamicarbon C02-stripproces wordt bij voorkeur uitgevoerd als een zogenaamde 30 verdronken condensor zoals beschreven in NL-A-8400839.
Na de stripbewerking wordt de gestripte ureumsynthese-oplossing in de ureumopwerking ontspannen ;i 0 14 7 5 6 - 5 - tot een lage druk en ingedampt waarna ureum wordt vrijgemaakt. Hierbij ontstaat in de opwerking een carbamaatstroom van lage druk. Deze carbamaatstroom van lage druk wordt bij voorkeur via de hogedruk scrubber 5 teruggevoerd naar de onder synthesedruk werkende sektie.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van een ureumstripproces worden de functies van reactor, poolcondensor en hogedruk scrubber gecombineerd in één 10 hogedruk vat, waarbij de functionaliteit van deze processtappen gescheiden wordt door, voor geringe drukverschillen ontworpen, scheidingswanden in dit hogedruk vat. Een dergelijke uitvoeringsvorm wordt beschreven in Nitrogen Nr 222, Juli-Augustus 1996, blz 15 29-31 waarin, evenals in US-A-5.767.313,. de zogenaamde poolreactor wordt beschreven. Deze poolreactor wordt hierbij horizontaal opgesteld.
Het nadeel van deze horizontale opstelling is dat deze horizontaal opgestelde poolreactor veel 20 plaats inneemt en tevens op grotere hoogte geplaatst moet worden om met behulp van de zwaartekracht de ureumsynthese-oplossing over te kunnen brengen naar de stripper. Dit heeft hoge investeringen tot gevolg.
Doel van de onderhavige uitvinding is nu te 25 voorzien in een verbeterde reactor voor de bereiding van ureum, waarvoor lagere investeringskosten nodig zijn. Tevens is het doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een verbeterde werkwij ze voor de bereiding van ureum in deze reactor.
30 Aanvrager heeft een verbeterde reactor voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde gevonden welke gekenmerkt wordt doordat de reactor een
D 147 CS
- 6 - verticaal opgestelde samengestelde reactor is bestaande uit twee reactorgedeelten welke gescheiden zijn door een condensorgedeelte.
In het bijzonder heeft aanvrager een 5 verbeterde reactor gevonden waarbij deze reactor een samengestelde reactor is bestaande uit een eerste reactorgedeelte waarin een scrubber aanwezig is, een condensorgedeelte en een tweede reactorgedeelte waarbij het condensorgedeelte zich bevindt beneden het eerste 10 reactorgedeelte waarin de scrubber is geplaatst en boven het tweede reactorgedeelte.
bereiding geheel of gedeeltelijk plaats vindt in een verticaal opgestelde samengestelde reactor bestaande uit twee reactorgedeelten welke gescheiden zijn door 15 een condensorgedeelte.
De werkwij ze voor het bereiden van ureum uit ammoniak en kooldioxyde wordt in het bijzonder gekenmerkt doordat de gasstroom welke uit de stripper komt, wordt gevoed aan het condensorgedeelte van een 20 verticaal opgestelde samengestelde reactor. Meer in het bijzonder wordt deze gasstroom geheel of gedeeltelijk gecondenseerd in de carbamaatstroom die via een valpijp vanuit het scrubbergedeelte naar het condensorgedeelte wordt overgebracht.
25 De samengestelde reactor wordt in het algemeen uitgevoerd als een brede pijp met een diameter tussen 1 en 5 meter, bij voorkeur tussen 2 en 4 m. De lengte van de samengestelde reactor is in het algemeen tussen 5 en 70 meter, bij voorkeur tussen 10 en 40 30 meter.
De drukcondities in reactor, scrubber en condensorgedeelte van de samengestelde reactor zijn - 7 - nagenoeg gelijk en zodanig dat de samengestelde reactor bij hogedruk wordt bedreven. Bij voorkeur ligt de druk tussen 12 en 22 Mpa, in het bijzonder tussen 13 en 21 Mpa. De temperatuur in de samengestelde reactor ligt 5 tussen 150 en 250 °C, bij voorkeur tussen 170 en 200 °C.
De samengestelde reactor wordt in het algemeen voorzien van middelen die er voor zorgen dat de syntheseoplossing bij voorkeur als propstroom door de reactorgedeelten stroomt. Hiertoe worden 10 bijvoorbeeld de reactorgedeelten voorzien van een gestruktureerde pakking (op een of meer plaatsen) of bijvoorbeeld met behulp van zeefplaten verdeeld in compartimenten van nagenoeg gelijke inhoud zodat er een cascade type reactor ontstaat en derhalve propstroming 15 wordt benaderd. De toegepaste zeefplaten kunnen van elk type zijn zoals beschreven in de literatuur voor de ureumbereiding. De compartimenten vormen als het ware achter elkaar geplaatste "continu geroerde tank reactoren" (CSTR's).
20 Het aantal compartimenten in de reactorgedeelten van de samengestelde reactor, als in serie geplaatste CSTR's, is bij voorkeur groter dan 2 en in het bijzonder groter dan 5. In het algemeen zal het aantal compartimenten, als CSTR's, kleiner zijn dan 25 40 en bij voorkeur kleiner dan 20.
De compartimenten in reactorgedeelten van de samengestelde reactor worden bij voorkeur gevormd door nagenoeg horizontaal geplaatste zeefplaten. Deze hebben bij voorkeur een oppervlak welke minimaal 50% 30 van het oppervlak van de horizontale doorsnede van de verticaal geplaatste reactor is en bij voorkeur minimaal 85%. Bij voorkeur hebben de zeefplaten een 1 0 14 7 5 & - 8 - oppervlak welke nagenoeg 100% van de horizontale doorsnede van de verticaal geplaatste reactor bedraagt.
De in de samengestelde reactor vrijkomende warmte kan worden afgevoerd door middel van water dat 5 door of om de pijpen van een warmtewisselaar wordt geleid en daarbij wordt omgezet in lagedrukstoom van bijvoorbeeld 3-10 bar. De warmte kan ook afgevoerd worden door middel van het doorleiden van een te verwarmen processtroom bijvoorbeeld een in te dampen 10 ureumoplossing. De warmtewisselaar wordt bij voorkeur aangebracht in het condensorgedeelte van de samengestelde reactor. Dit condensorgedeelte neemt 10-70% van de totale lengte van de reactor in en bij voorkeur 20-50%. Bij voorkeur wordt de warmtewisselaar 15 en condensatiezone van de samengestelde reactor uitgevoerd als een verdronken condensor.
De stripgassen worden bijvoorbeeld middels een verdeelklok verdeeld in de bodem van de condensor en geheel of gedeeltelijk gecondenseerd in de carbamaat 20 die via een valpijp vanuit het scrubber gedeelte afkomstig is. Hierbij wordt (een deel van) het te condenseren gasmengsel afkomstig uit de stripper bijvoorbeeld geleid in een pijpenbundel warmtewisselaar.
25 Het in het condensorgedeelte ontstane gas/vloeistof mengsel stroomt hierbij door de pijpen van de condensor waar een exotherme carbamaat reactie plaatsvindt. Door deze condensor uit te voeren als verdronken condensor wordt tevens gezorgd voor 30 verblijftijd van de vloeibare carbamaat in de condensor waardoor hier reeds een gedeelte van de ureumvorming optreedt.
1014756 - 9 -
De carbamaat vanuit de condensor tezamen met de inerten en niet omgezette ammoniak en kooldioxyde stroomt tezamen met het reeds gevormde ureum en water naar het eerste reactorgedeelte van de 5 samengestelde reactor. In dit reactorgedeelte vindt een deel van de endotherme ureum reactie plaats. De benodigde warmte wordt geleverd door de exotherme carbamaat reactie tussen de niet omgezette ammoniak en kooldioxyde die het condensorgedeelte heeft verlaten.
10 De ureumoplossing uit het eerse reactorgedeelte wordt afgevoerd naar het tweede reactorgedeelte. Dit geschiedt bij voorkeur door gebruik te maken van de zwaartekracht. Dit overbrengen kan ook worden uitgevoerd met een door de voor het 15 proces benodigde ammoniak aangedreven ejecteur.
In het tweede reactorgedeelte wordt de ureum reactie gecompleteerd. Aan het tweede reactorgedeelte wordt, indien nodig voor de procesvoering, een klein deel van de verse kooldioxyde 20 toegevoerd die nodig kan zijn om de exotherme carbamaat reactie in deze reactor te laten verlopen die de warmte levert voor de endotherme ureum reactie. Als alternatief voor de verse kooldioxyde die aan het tweede reactorgedeelte wordt toegevoegd, kan ook een 25 deel van de stripgassen worden gebruikt. Bij voorkeur kunnen zowel verse kooldioxyde als ook stripgassen van de stripper of een combinatie hiervan gebruikt worden om de exotherme carbamaatreactie in het tweede reactorgedeelte te laten verlopen die de warmte levert 30 voor de endotherme ureumreactie. Deze stripgassen worden bij voorkeur via een met ammoniak aangedreven ejecteur aan dit tweede reactorgedeelte worden '10U756 - 10 - toegevoerd. Deze ammoniak kan hierbij zowel in vloeibare vorm alsook in dampvorm voor dit doel worden aangewend.
De inerten met nog vrije ammoniak en kooldioxyde 5 worden in het scrubber gedeelte gewassen met de carbamaatstroom van lage druk die in de verdere opwerking ontstaat en/of de ammoniakvoeding. Bij voorkeur wordt de verse ammoniakvoeding geheel of gedeeltelijk gebruikt als absorbens in het scrubber 10 deel van de samengestelde ureumreactor. In deze scrubber kan zowel totale alsook een partiële uitwassing van deze niet omgezette ammoniak en kooldioxyde plaatsvinden. De inerten kunnen extern de samengestelde reactor indien nodig gezuiverd worden van 15 nog resterende ammoniak en kooldioxyde.
De omzetting van carbamaat in ureum en water in de samengestelde reactor kan worden bewerkstelligd door te zorgen voor een voldoende lange verblijftijd van het reactiemengsel in de samengestelde 20 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 zijn dan 2 uur, bij voorkeur korter dan 1 uur. Bij een hogere temperatuur en druk in de samengestelde· reactor is een 25 korte verblijftijd veelal voldoende om een hoge omzetting te verkrijgen.
De samengestelde reactor volgens de onderhavige uitvinding kan worden toegepast in zowel nieuw te bouwen fabrieken (grass root plants) alsook 30 voor het verbeteren en optimaliseren (revampen) van bestaande ureumfabrieken van elk ontwerp.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op 1014756 - 11 - een methode voor het verbeteren en optimaliseren (revampen) van bestaande ureumfabrieken door het plaatsen van een samengestelde reactor volgens de onderhavige uitvinding. In het bijzonder heeft de 5 uitvinding betrekking op een methode voor het verbeteren en optimaliseren van bestaande ureumfabrieken door het vervangen van de bestaande reactor en hogedruk carbamaatcondensor door een samengestelde reactor volgens de uitvinding. Dit 10 vervangen kan zowel in conventionele fabrieken als stripfabrieken van elk ontwerp worden toegepast.
Aangezien de samengestelde reactor een verticaal opgestelde reactor is, behoeft deze reactor slechts een beperkt vloeroppervlak met als 15 uitzonderlijk voordeel dat deze samengestelde reactor op grondniveau wordt opgesteld terwij1 de ureumoplossing onder zwaartekracht afgevoerd wordt naar de hogedruk stripper. Zeker in revamping projecten is het beschikbare vloeroppervlak vaak beperkt en derhalve 20 is de samengestelde reactor hier uitermate geschikt voor. Ook is de samengestelde reactor een aantrekkelijk alternatief voor bijvoorbeeld de poolreactor.
Het extra voordeel van de samengestelde reactor in revamping van conventionele fabrieken is het 25 feit dat het stoomverbruik vergelijkbaar is met het stoomverbruik in stripfabrieken, dat wil zeggen circa 925 kg stoom per ton ureum. Voor een conventionele ureumfabriek is dit een opmerkelijke verbetering.
Een groot voordeel van de samengestelde 30 reactor volgens de uitvinding is, dat deze kan worden uitgevoerd in een fabriek met substantieel lagere investeringskosten, omdat door de integratie van een 1014756 - 12 - warmtewisselaar/condensor en scrubber in een reactor minder apparaten en leidingen - die bestand moeten zijn tegen hogedruk in een zeer corrosieve omgeving - nodig zijn. Een verder voordeel wordt gevormd door de 5 opstelling op de grond, waardoor een minder hoge fabrieksopstelling mogelijk is. Dit biedt verdere investeringsvoordelen en bevordert ook de veiligheid.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een ureumfabriek waarbij de hogedruk sectie in 10 hoofdzaak bestaat uit een samengestelde reactor volgens de uitvinding en een hogedruk stripper, bij voorkeur een C02-stripper. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een ureumfabriek waarbij de hogedruk sektie op grondniveau kan worden geplaatst en waarbij 15 de ureumoplossing onder zwaartekracht aan de stripper wordt toegevoerd.
De uitvinding wordt hierna bij wijze van voorbeeld nader toegelicht aan de hand van de volgende figuren en voorbeelden.
20 Figuur 1: Een schematische weergave van een gedeelte van een ureumstripfabriek volgens het Stamicarbon C02-stripproces.
Figuur 2: Een schematische weergave van een gedeelte van een nieuwe ureumstripfabriek volgens het 25 samengestelde reactor principe.
Figuur 3: Een schematische weergave van een gedeelte van een nieuwe ureumstripfabriek volgens het samengestelde reactor principe met ammoniakejecteur.
Figuur 4: Een schematische weergave van een 30 gedeelte van een ureumstripfabriek volgens het samengestelde reactor principe met stripgasejecteur.
1014756 - 13 -
Figuur 5: Een schematische weergave van een gedeelte van een samengestelde reactor volgens de onderhavige uitvinding.
In Figuur 1 stelt R een reactor voor in een 5 Stamicarbon C02-stripfabriek waarin kooldioxide en ammoniak worden omgezet in ureum. De uit de reactor komende ureumsyntheseoplossing (USS) wordt gevoerd naar een C02-stripper (S) waarin de USS wordt omgezet in een gasstroom (SG) en een vloeistofstroom (SUSS) door de 10 USS te strippen met C02. De uit de C02-stripper komende 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 15 ureum (U) 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 20 komende gasstroom (RG) die in hoofdzaak bestaat uit ammoniak en kooldioxide maar die daarnaast de in de kooldioxidevoeding en ammoniakvoeding aanwezige inerten (niet condenseerbare componenten) bevat. In de hogedruk scrubber SCR vindt doorgaans tevens nog warmteafvoer 25 plaats.De uit de SCR komende verrijkte carbamaatstroom (EC) wordt in dit voorbeeld overgebracht naar de hogedruk carbamaatcondensor (C) waarin de SG stroom wordt gecondenseerd met behulp van EC. Eventueel kan deze condensatie ook worden uitgevoerd zonder EC toe te 30 voegen aan C; in dit geval is het logisch EC
rechtstreeks aan de reactor R toe te voegen. De resulterende hogedruk carbamaatstroom (HPC) wordt 1014756 - 14 - teruggevoerd naar de reactor. De verse ammoniak wordt in dit voorbeeld toegevoerd via de hogedruk carbamaatcondensor (C), maar kan natuurlijk ook op een andere plaats in de kring R —> S -» C -* R, of in de 5 kring R —> SCR —» C —» R worden toegevoerd
In figuur 2 stelt ECR een samengestelde reactor voor in .een C02-stripfabriek waarin kooldioxide en ammoniak worden omgezet in ureum. De uit het eerste deel van de reactor komende ureumoplossing (HPC) wordt 10 toegevoerd aan het tweede deel van de reactor waarin de ureumreaktie wordt gecompleteerd. De uit het tweede deel van de reactor komende ureumoplossing (USS) wordt naar een C02-stripper (S) overgebracht waarin de USS wordt omgezet in een gasstroom (SG) en een 15 vloeistofstroom (SUSS) door de USS te strippen met kooldioxide. De uit de stripper komende gasstroom (SG) bestaat in hoofdzaak uit ammoniak en kooldioxide en de SUSS is de gestripte USS. De stroom bevattende de gestripte ureumsyntheseoplossing SUSS wordt 20 overgebracht naar de ureumopwerking (UR) waar ureum (U) wordt vrijgemaakt en water (W) wordt afgevoerd. In de UR wordt een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) verkregen welke wordt toegevoerd naar een scrubberbed in de samengestelde reactor. In deze 25 scrubber wordt de LPC in contact gebracht met de uit het eerste deel van de samengestelde reactor komende gasstroom (CRG) die in hoofdzaak bestaat uit ammoniak en kooldioxide maar die daarnaast de in. de kooldioxidevoeding en ammoniakvoeding aanwezige inerten. 30 (niet condenseerbare componenten) bevat. Ook wordt in deze figuur bij wijze van voorbeeld als absorbens in deze scrubber de ammoniakvoeding gebruikt. De uit deze 1014756 - 15 - scrubber komende verrijkte carbamaatstroom (EC) wordt overgebracht naar het condensordeel van de samengestelde reactor. Deze carbamaatstroom (van hoge druk) wordt via een valpijp, die buiten de reactor 5 gelegen kan zijn maar bij voorkeur binnen de reactor gelegen is, in contact gebracht met de ammoniak en kooldioxide damp in het condensordeel van de samengestelde reactor die van het verdronken type met beperkte verblijftijd is. De carbamaat en de gevormde 10 ureum in dit condensordeel wordt naar het eerste reactiedeel van de samengestelde reactor gevoerd waarin de ureumreactie voor een substantieel deel plaatsvindt. De ureumoplossing die ook niet omgezette carbamaat bevat (HPC) wordt met behulp van de zwaartekracht naar 15 het tweede reactiedeel van de samengestelde reactor gevoerd. Voor de beroering van de compartimenten in dit reactordeel en voor de completering van de ureumreactie wordt verse C02 aan dit tweede reactordeel toegevoerd. De uit het tweede reactordeel komende gasstroom (RG), 20 die in hoofdzaak bestaat uit ammoniak en kooldioxide maar daarnaast de in de kooldioxidevoeding aanwezige inerten (niet condenseerbare componenten) bevat, wordt toegevoerd aan het condensordeel van de samengestelde reactor. De scheiding van de uit het tweede reactordeel 25 komende gasstroom met de uit dit reactordeel komende ureumsyntheseoplossing (USS) gebeurt bij voorkeur in de samengestelde reactor maar het kan ook gebeuren in een daarvoor opgestelde gas/vloeistofscheider die zich buiten de samengestelde reactor bevindt.
30 In figuur 3 wordt schematisch een gedeelte van een ureumfabriek weergegeven zoals in Figuur 2 waarbij de ureumoplossing (HPC),die ook niet omgezette 1014756 - 16 - carbamaat bevat, met een met de benodigde ammoniak aangedreven ejecteur wordt overgebracht naar het tweede reactiedeel van de samengestelde reactor.
In figuur 4 wordt schematisch een 5 ureumstripfabriek weergegeven zoals in Figuur 2 waarbij voor de beroering van de compartimenten in het tweede reactorgedeelte en voor de completering van de ureumreactie een deel van het gestript gas (SG) met een, met de benodigde ammoniak aangedreven ejecteur 10 wordt overgebracht naar dit tweede reactordeel.
In figuur 5 is schematisch een gedeelte van de in de figuren 2,3 en 4 toegepaste samengestelde reactor weergegeven. Hierin is: R1 eerste reactorgedeelte 15 R2 tweede reactorgedeelte C condensorgedeelte SCR scrubbergedeelte BI overloop van het eerste reactorgedeelte B2 overloop van het tweede reactorgedeelte 20 B3 ureumsyntheseoplossing toevoer aan tweede reactorgedeelte B4 strippergas toevoer aan condensorgedeelte B5 mangat B6 C02-toevoer aan tweede reactorgedeelte 25 B7 stoom/condensaat afvoer condensorgedeelte B8 condensaat toevoer condensorgedeelte B9 radioactieve niveaumeting B10 lagedruk carbamaat/ammoniak toevoer Bil inert afvoer 30 B12 afblaas/veiligheid
Cl thermokoppels C2 thermokoppels 1014756 - 17 -
De uitvinding wordt verder nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.
Vergelijkend voorbeeld A; 5 Voor een Stamicarbon C02-stripfabriek zoals weergegeven in figuur 1 is in onderstaande tabel 1 de samenstelling in gewichtsprocenten weergegeven van de verschillende stromen. Uit de samenstellingen volgt dat vrijwel de gehele ureumconversie heeft plaats gevonden 10 in de reactor (R) en de carbamaatcondensatie heeft plaatsgevonden in de hogedruk condensor (C).
1014756 - 18 - TABEL 1
Stroom Ureum NH3 C02 H20 Inert USS 33,0 30,5 18,0 18,5 : C02 = - 96,0 Ö7i 375 SUSS 55,0 T7Ï 10,5 26,7 - ~SG 1 41,0 54,5 3T5 Ï7Ö ___ _ __ _ _ _ HPC : 49,5 42,0 875 ÖTi ~RG : 50,0 39,5 JTs Ï7Ö _ : 39,0 39TÖ 22,0 ^ LPC - 30,0 37,0 33,0 :
Inert = sTs §70 571 89,0 5 Voorbeeld 1
Voor een Stamicarbon C02 - stripfabriek waarin een samengestelde reactor is geplaatst, zoals weergegeven in figuur 2, is in tabel 2 de samenstelling in gewichtsprocenten weergegeven van de verschillende 10 stromen. Een substantieel deel van de ureumreactie vindt plaats in het eerste deel van de samengestelde reactor en de ureumreaktie wordt gecompleteerd in het tweede reactordeel van de samengestelde reactor. 1 1 014756 - 19 - TABEL 2
Stroom Ureum NH3 C02 H20 Inert USS 35,5 29,5 16,5 18,5 - C02 1 1 96,0 075 571 SUSS 55,0 ÏTq 10,5 26,7 1 __ _ 40,0 54,0 571 571 __ _ _____ _ o,4 HPC 23,5 34,5 26,0 16,0 - CRG 1 56,0 37,0 571 57! ~RG 1 39,0 39,0 22,0 - LPC - 30,0 37,0 33,0 -
Inert - 571 570 Ö75 89,0 1014756

Claims (15)

1. Reactor voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde, met het kenmerk, dat de reactor een verticaal opgestelde samengestelde reactor is bestaande uit twee reactorgedeelten welke gescheiden zijn door een condensorgedeelte.
2. Reactor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de samengestelde reactor het condensorgedeelte zich bevindt beneden het eerste reactorgedeelte waarin de scrubber is geplaatst en boven het tweede reactorgedeelte.
3. Reactor volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat het reactorgedeelte van de samengestelde reactor van middelen is voorzien die ervoor zorgen dat de syntheseoplossing in hoofdzaak als propstroom door de reactorgedeelten 20 stroomt.
4. Reactor volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het aantal compartimenten in de reactorgedeelten van de samengestelde reactor, als in serie geplaatste CSTR's, groter is dan 2. 25
5. Reactor volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de condensatiezone en warmtewisselaar van de samengestelde reactor wordt uitgevoerd als een verdronken condensor.
6. Werkwij ze voor de bereiding van ureum uit 30 ammoniak en kooldioxyde met het kenmerkt dat de bereiding geheel of gedeeltelijk plaats vindt in een verticaal opgestelde samengestelde reactor 1014756 - 21 - bestaande uit twee reactorgedeelten welke gescheiden zijn door een condensorgedeelte.
7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de gasstroom welke uit de stripper komt wordt 5 gevoed aan het condensorgedeelte van een verticaal opgestelde samengestelde reactor.
8. Werkwijze volgens een der conclusies 6-7, met het kenmerk, dat de gasstroom welke uit de stripper komt geheel of gedeeltelijk gecondenseerd wordt 10 in de carbamaatstroom die via een valpijp vanuit het scrubber gedeelte naar het condensorgedeelte wordt overgebracht.
9. Werkwijze volgens een der conclusies 6-8, met het kenmerk, dat zowel verse kooldioxyde als ook 15 stripgassen van de stripper of een combinatie hiervan gebruikt worden om de exotherme carbamaatreactie in het tweede reactorgedeelte te laten verlopen die de warmte levert voor de endotherme ureumreactie.
10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat een deel van de stripgassen via een met ammoniak aangedreven ejecteur aan het tweede reactorgedeelte wordt toegevoerd.
11. Werkwijze volgens een der conclusies 6-10, met 25 het kenmerk, dat verse ammoniakvoeding geheel of gedeeltelijk gebruikt wordt als absorbens in het scrubber deel van de samengestelde ureumreactor.
12. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van een bestaande ureumfabriek, met het kenmerk, dat 30 een samengestelde reactor volgens conclusies 1-5 wordt geplaatst. 1014756 - 22 -
13. Methode volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de bestaande reactor en hogedruk carbamaatcondensor vervangen wordt door een samengestelde reactor volgens conclusies 1-5.
14. Ureumfabriek, met het kenmerk, dat de hogedruk sektie in hoofdzaak bestaat uit een samengestelde reactor en een hogedruk stripper.
15. Ureumfabriek volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de hogedruk sektie op grondniveau 10 kan worden geplaatst terwijl de ureumoplossing onder zwaartekracht aan de stripper wordt toegevoerd. 1014756
NL1014756A 2000-03-27 2000-03-27 Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum. NL1014756C2 (nl)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1014756A NL1014756C2 (nl) 2000-03-27 2000-03-27 Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum.
AU2001234252A AU2001234252B2 (en) 2000-03-27 2001-01-29 Installation and process for the preparation of urea
US10/239,744 US6680407B2 (en) 2000-03-27 2001-01-29 Installation and process for the preparation of urea
BR0109632-0A BR0109632A (pt) 2000-03-27 2001-01-29 Instalação e processo para a preparação de uréia
PCT/NL2001/000062 WO2001072700A1 (en) 2000-03-27 2001-01-29 Installation and process for the preparation of urea
AU3425201A AU3425201A (en) 2000-03-27 2001-01-29 Installation and process for the preparation of urea
CA2404151A CA2404151C (en) 2000-03-27 2001-01-29 Installation and process for the preparation of urea
CNB018100147A CN1296351C (zh) 2000-03-27 2001-01-29 制备脲的装置及方法
MYPI20010812A MY122721A (en) 2000-03-27 2001-02-23 Installation and process for the preparation of urea
GCP20011637 GC0000304A (en) 2000-03-27 2001-09-24 Installation and process for the preparation of urea

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1014756A NL1014756C2 (nl) 2000-03-27 2000-03-27 Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum.
NL1014756 2000-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1014756C2 true NL1014756C2 (nl) 2001-09-28

Family

ID=19771084

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1014756A NL1014756C2 (nl) 2000-03-27 2000-03-27 Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum.

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6680407B2 (nl)
CN (1) CN1296351C (nl)
AU (2) AU2001234252B2 (nl)
BR (1) BR0109632A (nl)
CA (1) CA2404151C (nl)
GC (1) GC0000304A (nl)
MY (1) MY122721A (nl)
NL (1) NL1014756C2 (nl)
WO (1) WO2001072700A1 (nl)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1449827A1 (en) * 2003-02-21 2004-08-25 Urea Casale S.A. Process and plant for the production of urea
CN101166715B (zh) 2005-04-27 2011-11-30 东洋工程株式会社 尿素合成装置及其改造方法
JP4994226B2 (ja) 2005-04-27 2012-08-08 東洋エンジニアリング株式会社 尿素合成装置
US7687041B2 (en) * 2008-02-27 2010-03-30 Kellogg Brown & Root Llc Apparatus and methods for urea production
EP2123634A1 (en) 2008-05-19 2009-11-25 DSM IP Assets B.V. Process for the production of urea from ammonia and carbon dioxide
EP3135665A1 (en) * 2015-08-25 2017-03-01 Casale SA A reactor-condenser for the synthesis of urea
EP3219703A1 (en) * 2016-03-17 2017-09-20 Casale SA Combined apparatus for the synthesis of urea
CN109589753A (zh) * 2018-11-25 2019-04-09 鲁西化工集团股份有限公司 一种来自尿素吸收系统中碳铵液的处理工艺
AU2019405414B2 (en) 2018-12-21 2022-06-30 Stamicarbon B.V. Urea production process and plant with heat integration in low pressure recovery section
EP3766865A1 (en) * 2019-07-18 2021-01-20 Casale Sa A process for the synthesis of urea
WO2021170391A1 (en) * 2020-02-25 2021-09-02 Casale Sa Process and plant for the synthesis of urea

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3406201A (en) * 1965-06-18 1968-10-15 Exxon Research Engineering Co Urea synthesis

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4191879B2 (ja) * 2000-07-04 2008-12-03 東洋エンジニアリング株式会社 尿素合成方法および装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3406201A (en) * 1965-06-18 1968-10-15 Exxon Research Engineering Co Urea synthesis

Also Published As

Publication number Publication date
CN1430601A (zh) 2003-07-16
BR0109632A (pt) 2003-04-22
US6680407B2 (en) 2004-01-20
CN1296351C (zh) 2007-01-24
GC0000304A (en) 2006-11-01
CA2404151C (en) 2010-05-18
CA2404151A1 (en) 2001-10-04
WO2001072700A1 (en) 2001-10-04
MY122721A (en) 2006-04-29
AU3425201A (en) 2001-10-08
AU2001234252B2 (en) 2005-07-14
US20030088126A1 (en) 2003-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1005118C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.
NL1014756C2 (nl) Reactor en werkwijze voor de bereiding van ureum.
NL1011123C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.
TWI255814B (en) Improved procedure for the production of high-purity melamine with high yields
AU2001234252A1 (en) Installation and process for the preparation of urea
NL1009516C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.
NL8203941A (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.
CN109761922B (zh) 通过脲的热解生产高纯度三聚氰胺的改进方法和相关装置
SU1085506A3 (ru) Способ переработки продуктов синтеза мочевины и устройство дл его осуществлени
EA034672B1 (ru) Контроль образования биурета при производстве карбамида
US3091637A (en) Dual cycle urea synthesis process
WO2003095516A1 (en) Process for the production of melamine from urea, and particularly to obtain melamine-free off-gas in the first separation step
NL1014281C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum.
EP1289943B1 (en) Process for decomposing a carbamate aqueous solution coming from the urea recovery section of a urea production plant
NL1019080C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.
NL8602769A (nl) Werkwijze voor het concentreren van een ureumoplossing en inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.
AU2001234239A1 (en) Process for preparing melamine from urea
CA1216594A (en) Process for the displacement, from the liquid to the gaseous phase, of the excess of nh.sub.3 contained in aqueous solutions of urea
EP0822181B1 (en) Process and plant for the production of urea with high conversion yield and low energy consumption
NL1004475C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.
NL1014280C2 (nl) Werkwijze voor de bereiding van melamine uit ureum.
WO2024074656A1 (en) Melamine process with a two-stage purification of melamine offgas
EP0136764A2 (en) Process for the preparation of urea
EA040927B1 (ru) Контроль образования биурета при производстве карбамида
NL8303425A (nl) Werkwijze voor de bereiding van ureum.

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
SD Assignments of patents

Owner name: DSM IP ASSETS B.V.

Effective date: 20050915

TD Modifications of names of proprietors of patents

Owner name: KONINKLIJKE DSM N.V.

Effective date: 20050915

SD Assignments of patents

Effective date: 20100831

MM Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20160401