NL1021176C2 - Werkwijze voor het vergroten van de capaciteit van een ureumfabriek. - Google Patents

Description

-1 - WERKWIJZE VOOR HET VERGROTEN VAN DE CAPACITEIT VAN EEN -

UREUMFABRIEK

5

De uitvinding betreft een werkwijze voor het vergroten van de capaciteit van een ureumfabriek, omvattende een compressiesectie, een hoge-druk synthesesectie, een ureum opwerksectie, waarin een ureumsmelt wordt gevormd, en een granulatiesectie.

De capaciteit van een ureumfabriek en van de secties ervan wordt hier 10 en hierna betrokken op de hoeveelheid ureum welke gesynthetiseerd is of kan worden. Voor het vergroten van de capaciteit van een ureumfabriek zijn diverse werkwijzen ontwikkeld.

Voorbeelden van een dergelijke werkwijzen zijn bijvoorbeeld beschreven in "Revamping urea plants”, Nitrogen No. 157,1985, p. 37-42.

15 Een nadeel van de tot nu toe bekende werkwijzen is dat het voor het verhogen van de capaciteit van een ureumfabriek noodzakelijk is alle secties waaruit een ureumfabriek bestaat in capaciteit te verhogen.

Er is nu een werkwijze ontwikkeld voor het vergroten van de capaciteit van een ureumfabriek die het mogelijk maakt enkel de hoge-druk synthesesectie en de 20 ureum opwerksectie in capaciteit te vergroten.

Dit wordt bereikt door het bijplaatsen van een melaminefabriek, waarbij de ureumsmelt uit de ureumopwerksectie van de ureumfabriek geheel of gedeeltelijk aan de melaminefabriek wordt toegevoerd en de restgassen uit de melaminefabriek geheel of gedeeltelijk worden teruggevoerd naar de hoge-druk synthesesectie of de 25 ureumopwerksectie van de ureumfabriek.

Doordat de restgassen uit de melaminefabriek naar de hoge-druk synthesesectie of de ureum opwerksectie van de ureumfabriek worden teruggevoerd, wordt de ureumproductie verhoogd zonder de capaciteit van de compressiesectie uit te breiden. De extra geproduceerde ureum wordt, in de vorm van een ureumsmelt, 30 gedoseerd aan de melaminefabriek, zodat het verhogen van de capaciteit van de granulatiesectie ook niet nodig is. Een voordeel van deze werkwijze is, dat extra geproduceerde ureum verkregen wordt terwijl slechts een deel van de fabriek in capaciteit is verhoogd, waardoor de capaciteitsuitbreiding lage investeringskosten vergt.

-2-

Een ureumfabriek in het kader van deze uitvinding kan bijvoorbeeld een conventionele ureumfabriek zijn, een ureumstripfabriek, of een combinatie van een conventionele ureumfabriek en een ureumstripfabriek.

De compressiesectie vormt voor beide typen ureumfabrieken de sectie 5 waarin kooldioxide en/of ammoniak op hoge druk, de druk in de hoge-druk synthesesectie, worden gebracht.

Met een conventionele ureumfabriek wordt bedoeld een ureumfabriek waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en cfe afdrijving van de niet omgezette ammoniak en kooldioxide bij een wezenlijk lagere druk 10 geschiedt dan de druk in de synthesereactor zelf. In een conventionele ureumfabriek bestaat de hoge-druk synthesesectie veelal enkel uit de synthesereactor waarin een ureumsyntheseoplossing wordt gevormd welke vervolgens wordt afgevoerd. De synthesereactor wordt in een conventionele ureumfabriek doorgaans bedreven bij een temperatuur van 180-250 °C en een druk van 15-40 MPa. De niet in ureum omgezette 15 grondstoffen worden in een conventionele ureumfabriek na expansie, dissociatie en condensatie in de ureumopwerksectie, met een druk tussen 1,5 en 10 MPa deels afgevoerd en als een ammoniumcarbamaatstroom teruggevoerd naar de ureumsynthese. Verder worden bij een conventionele ureumfabriek ammoniak en kooldioxide direct aan de synthesereactor toegevoerd. Vervolgens worden in de ureumopwerksectie bij een lagere 20 druk van veelal 0,1 - 0,8 MPa nagenoeg alle resterende niet omgezette ammoniak en kooldioxide uit de ureumsyntheseoplossing verwijderd, waarbij een oplossing van ureum in water ontstaat. Deze oplossing van ureum in water wordt vervolgens bij verminderde druk, door het verdampen van water, omgezet in een geconcentreerde ureumsmelt. Voor de scheiding van het ureum-water mengsel wordt soms ook kristallisatie toegepast, in het 25 algemeen als vervanging van het genoemde verdampen, waarna de kristallen gesmolten worden tot een ureumsmelt. De ureumsmelt kan verder verwerkt worden in een vormgeving/ granulatiesectie, waarbij korrels ureum worden verkregen met de gewenste deeltjesgrootte.

Met een ureumstripfabriek wordt bedoeld een ureumfabriek waarbij de 30 afdrijving van het niet in ureum omgezette ammoniak en kooldioxide voor het grootste deel plaats vindt bij een druk welke in wezen nagenoeg gelijk is aan de druk in de synthesereactor. In een ureumstripfabriek vormen veelal de synthesereactor, de stripper en de carbamaatcondensor tesamen de hoge-druk synthesesectie.

Het merendeel van de ontleding van niet-omgezet ammoniumcarbamaat -3- en de afdrijving van de overmaat ammoniak gebeurt in een stripper, al dan niet onder toevoeging van een stripgas. Bij een stripproces kunnen kooldioxide en/of ammoniak gebruikt worden als stripgas, voordat deze componenten aan de synthesereactor worden toegevoerd. Ook is het mogelijk hier "thermisch strippen" toe te passen, dat wil zeggen dat 5 ammoniumcarbamaat uitsluitend door middel van warmtetoevoer wordt ontleed en de aanwezige ammoniak en kooldioxide uit de ureumoplossing worden verwijderd. Het strippen kan in één of meer stappen worden uitgevoerd. Zo is er bijvoorbeeld een werkwijze bekend, waarin eerst uitsluitend thermisch wordt gestript, waarna een stripstap met C02 onder verdere toevoer van warmte plaatsvindt. De uit de stripper vrijkomende 10 gasstroom die ammoniak en kooldioxide bevat, wordt eventueel via een hoge druk carbamaatcondensor naar de reactor teruggevoerd.

De synthesereactor wordt in een ureumstripfabriek in het algemeen 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 12,5-19,5 15 MPa.

Ureumstripprocessen staan beschreven in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 27, fifth ed., biz. 344-350. Voorbeelden van ureumstripprocessen zijn het Stamicarbon® C02-stripproces, het ACES proces, het IDR proces en het Snamprogetti Self-Stripping Process.

20 Na de stripper wordt de gestripte ureumsynthese-oplossing in de ureumopwerksectie ontspannen tot een lage druk en ingedampt, waarbij een geconcentreerde ureumsmelt wordt verkregen en een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk naar de synthesesectie wordt teruggevoerd. Afhankelijk van het proces kan de opwerking van deze ammoniumcarbamaat in één enkele, dan wel in meerdere, bij 25 verschillende druk werkende, processtappen worden uitgevoerd.

De ureumsmelt wordt in de granulatiesectie verwerkt tot granulaat.

De melaminefabriek die wordt bijgeplaatst kan een fabriek zijn volgens een gasfaseproces, maar ook volgens een hoge-druk proces. Een gasfaseproces is een lage-druk proces, waarbij de melaminereactor bij een druk tussen 0,1 en 3 MPa wordt 30 bedreven. Melamine produktieprocessen worden bijvoorbeeld beschreven in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A16, fifth ed., blz. 174-179.

Het vergroten van de capaciteit in de hoge-druk synthesesectie en de ureumopwerksectie in een ureumfabriek kan op verschillende manieren gebeuren afhankelijk van de technologie van de oorspronkelijke ureumfabriek. Bij voorkeur is de -4- ureumfabriek een ureumstripfabriek.

De ureumsmelt uit de ureumopwerksectie wordt geheel of gedeeltelijk aan de melaminefabriek toegevoerd, waar het gesmolten ureum, meestal na enkele voorbewerkingen, wordt toegevoerd aan de reactor.

5 De restgassen uit het melamineproces, voornamelijk kooldioxide en ammoniakgas, kunnen als zodanig, maar ook als een carbamaathoudende stroom worden teruggevoerd naar de ureumfabriek. Een carbamaathoudende stroom is een vloeistofstroom, die kooldioxide en ammoniak bevat, waarbij de gassen geheel óf gedeeltelijk doorreageren tot ammoniumcarbamaat (hierin ook kortweg ‘carbamaat’ 10 genoemd) volgens onderstaande reactie.

2NH3 + C02 -> H2N-CO-ONH4

De carbamaatstroom bevat normaliter water. De kooldioxide, ammoniak 15 en carbamaat zijn opgelost in het water. Het water is veelal in de carbamaathoudende stroom aanwezig om kristallisatie van de carbamaat tegen te gaan.

De terug te voeren restgassen kunnen ook worden gesplitst in een kooldioxiderijke stroom en een ammoniakrijke stroom alvorens te worden teruggevoerd naar de ureumfabriek. Dit splitsen heeft ais voordeel dat de verschillende gasstromen op 20 verschillende plaatsen in de ureumfabriek kunnen worden teruggevoerd. De kooldioxiderijke stroom kan bijvoorbeeld worden toegevoerd aan een C02-stripper als stripgas, terwijl de ammoniakrijke stroom wordt teruggevoerd naar de carbamaatcondensor. Ook kan een deel van de ammoniakrijke stroom worden teruggevoerd naar de melaminefabriek, waar het kan worden ingezet bij de productie van 25 melamine.

De restgassen afkomstig uit een gasfase melaminefabriek worden meestal gecondenseerd tot een waterrijke carbamaathoudende stroom. Deze carbamaathoudende stroom moet op synthesedruk worden gebracht en tevens moet het watergehalte in deze carbamaathoudende stroom worden verminderd, voordat de 30 carbamaathoudende stroom kan worden teruggevoerd naar de ureumfabriek. Hieronder worden verschillende uitvoeringsvormen als voorbeeld gegeven voor het verwerken van de restgassen of van de waterrijke carbamaathoudende stroom uit een gasfase melaminefabriek, waarbij opgemerkt wordt, dat de uitvinding zich niet beperkt tot deze genoemde uitvoeringsvormen.

-5-

De waterrijke carbamaathoudende stroom kan bijvoorbeeld waterarm worden gemaakt door desorptie, waarna de gedesorbeerde gassen, bestaande uit voornamelijk kooldioxide en ammoniak, vervolgens worden gecondenseerd en middels 5 een pomp worden gedoseerd aan de hoge-druk synthesesectie van de ureumfabriek.

De waterrijke carbamaathoudende stroom kan ook eerst op synthesedruk worden gebracht en daarna in een aparte carbamaatstripper worden gestript. Dit strippen kan thermisch plaatsvinden, maar ook door kooldioxide en/öf ammoniak toe te voeren als stripgas. De gasstroom, bestaande uit voornamelijk 10 kooldioxide en ammoniak, die de carbamaatstripper verlaat, wordt teruggevoerd naar de hoge-druk synthesesectie van de ureumfabriek.

Een andere wijze om de restgassen op te werken is de volgende; de restgassen worden toegevoerd aan één of een aantal achtereenvolgende partiële condensatie- en compressiestappen, gecombineerd met scheidingsstappen om zo het 15 watergehalte in de carbamaathoudende stroom te verminderen. Daarnaast kan door trapsgewijs de druk van de gasstroom te verhogen (met eventueel tussentijdse partiele condensatie) tot een druk die iets hoger ligt dan de druk in de hoge-druk synthesesectie van een ureumfabriek, de resulterende gasstroom worden toegevoerd aan de hoge-druk synthesesectie van de ureumfabriek. Deze gasstroom kan bijvoorbeeld worden 20 toegevoerd aan een ureumreactor, aan een stripper, aan een carbamaatcondensor of aan hiertussen aanwezige leidingen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de uit het melamineproces komende gasstroom toegevoerd aan de carbamaatcondensor of aan een leiding die naar de carbamaatcondensor voert.

25 Ook kan de gasstroom worden toegevoerd aan de ureum opwerksectie, waarna deze tezamen met de carbamaathoudende stroom uit de ureum opwerksectie kan worden teruggevoerd aan de hoge-druk synthese sectie. Een voordeel van deze werkwijze is, dat de gasstroom niet op hoge druk gebracht hoeft te worden, omdat de ureum opwerksectie een veel lagere druk heeft dan de hogedruk synthesesectie.

30 Het verdient de voorkeur om de waterrijke carbamaathoudende stroom afkomstig uit de melaminefabriek en een carbamaathoudende stroom afkomstig uit de ureum opwerksectie van de ureumfabriek samen op te werken en de resulterende carbamaathoudende stroom terug te voeren naar de hoge-druk synthese sectie van de ureumfabriek.

-6-

Op deze wijze kan dan met één opwerksectie worden volstaan en zijn niet twee opwerksecties nodig; één voor de opwerking van de carbamaathoudende stroom uit de ureumfabriek en één voor de opwerking van de carbamaathoudende stroom uit de melaminefabriek. Om investeringstechnische redenen is dit van voordeel.

5 Bij voorkeur is de hoeveelheid water in de carbamaathoudende stroom afkomstig van een gasfasefabriek ,die naar de ureumfabriek gestuurd wordt lager dan 40 gew.%, en in het bijzonder lager dan 25 gew.%. De carbamaathoudende stroom die naar de ureumfabriek gestuurd wordt, bevat bij voorkeur niet minder dan 10 gew.% water, bij bijzondere voorkeur niet minder dan 15 gew.% water, om de vorming van vaste stoffen in 10 de carbamaathoudende stroom te voorkomen.

De gasstroom uit een hoge-druk melamineproces, in hoofdzaak bestaande uit ammoniak en kooldioxide, kan worden toegevoerd aan de hoge-druk synthesesectie of aan de ureumopwerksectie van een ureumstripfabriek en kan daar bijvoorbeeld toegevoerd worden aan een ureumreactor, aan een stripper, aan een 15 carbamaatcondensor of aan hiertussen aanwezige leidingen. Bij voorkeur wordt de uit het melamineproces komende gasstroom toegevoerd stroomopwaarts van de carbamaatcondensor in de hoge-druk synthesesectie van een ureumfabriek.

Het voordeel van het gebruik van de gasstroom uit een hoge-druk melaminefabriek is dat een nagenoeg watervrije gasstroom bestaande uit ammoniak en 20 kooldioxide voor de ureumstripfabriek kan worden verkregen die door het nagenoeg watervrije karakter zorgt voor een verbeterd rendement in de ureumfabriek ten opzichte van een ureumfabriek die een waterhoudende carbamaatstroom vanuit de melaminefabriek aangevoerd krijgt. Bovendien is volgens deze werkwijze geen waterverwijderingsstap van de uit de melaminefabriek komende gasstroom nodig omdat 25 de gasstroom al nagenoeg watervrij is en van voldoende hoge druk. Verder kan de extra warmte welke vrijkomt bij het condenseren van de gasstroom uit de hogedruk melaminefabriek aangewend worden voor extra stoomproduktie.

De druk van de uit de hogedruk melaminefabriek komende gasstroom, in hoofdzaak bestaande uit ammoniak en kooldioxide, ligt tussen 5 en 50 MPa, bij voorkeur 30 tussen 8 en 30 MPa. In het bijzonder ligt de druk van de uit de hogedruk melaminefabriek komende gasstroom 0-10 MPa en meer in het bijzonder 0-2 MPa hoger dan de druk in de ureumreactor. De druk van de gasstroom uit de melaminefabriek kan eerst verlaagd of verhoogd worden alvorens deze naar de ureumfabriek wordt gevoerd. De temperatuur van deze gasstroom ligt tussen 135 en 275 °C, bij voorkeur tussen 160 en 235 °C.

- 7- ln een andere uitvoeringsvorm wordt de gasstroom uit een hogedruk melaminefabriek eerst omgezet in een carbamaatstroom door condensatie en/of absorptie in een andere carbamaathoudende stroom, alvorens deze teruggevoerd wordt naar de ureumfabriek. De carbamaatstroom uit een hogedruk melaminefabriek die naar de 5 ureumfabriek teruggevoerd wordt, heeft bij voorkeur een watergehalte kleiner dan 25 gew.% en in het bijzonder kleiner dan 10 gew%. Omdat hier hogere temperaturen bereikt kunnen worden, kan het watergehalte lager liggen dan in een carbamaatstroom uit een gasfase melamineproces zonder gevaar voor ongewenste vaste stof vorming.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een ureumfabriek omvattende 10 een compressiesectie, een hoge-druk synthesesectie, een ureum opwerksectie en optioneel een granulatiesectie, waarvan de hoge-druk synthesesectie en de ureumopwerksectie een hogere capaciteit hebben dan de compressiesectie en/of de eventuele granulatiesectie. Bij voorkeur worden restgassen uit een melaminefabriek aan de hogedruk synthesesectie of de ureum opwerksectie van de ureumfabriek toegevoerd.

15 Bij voorkeur is in de ureumfabriek de capaciteit van de hoge-druk synthesesectie en de ureum opwerksectie 5-50 gew.% hoger dan de capaciteit van de compressiesectie en/of de eventuele granulatiesectie. Bij voorkeur bevat de hoge-druk synthesesectie een hogedruk stripper.

Het toevoeren van restgassen uit een melaminefabriek, welke C02 20 bevatten en waar daarnaast in de melaminefabriek ook C02 aan toegevoegd kan worden, heeft tot gevolg dat de restgassen in een deel van de C02 behoefte in de hoge-druk synthesesectie kunnen voorzien. De gewichtsfractie C02 afkomstig uit de melaminefabriek ten opzichte van de totale hoeveelheid C02 welke aan de ureumfabriek wordt toegevoerd is meer dan 5%, bij voorkeur meer dan 10%, met meer voorkeur meer dan 25%, en met 25 de meeste voorkeur meer dan 40%. Veelal zal de gewichtsfractie lager liggen dan 80%, met meer voorkeur lager dan 70%, met nog meer voorkeur lager dan 60%. In het geval dat de naar de ureumfabriek toegevoerde restgassen tevens NH3 bevatten, welke NH3 afkomstig kan zijn van de reactie van ureum naar melamine, van het gebruik van NH3 als hulpstroom in de bereiding van melamine of van het toevoegen van NH3 ten behoeve van 30 de bereiding van ureum, is de gewichtsfractie van C02 en NH3 gecombineerd, afkomstig van de melaminefabriek, ten opzichte van de totale hoeveelheid C02 en NH3 welke aan de ureumfabriek wordt toegevoerd is meer dan 5%, bij voorkeur meer dan 10%, met meer voorkeur meer dan 25%, en met de meeste voorkeur meer dan 50%. Veelal zal de -8- gewichtsfractie lager liggen dan 80%, met meer voorkeur lager dan 70%, met de meeste voorkeur lager dan 60%.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van figuur 1, zonder zich tot deze uitvoeringsvorm te beperken.

5 Figuur 1 geeft een ureumfabriek weer bestaande uit een compressie sectie (COM) waarin kooldioxide (C02) en ammoniak (NH3) op synthesedruk werden gebracht. Vanuit de COM werden C02en NH3 overgebracht naar de hoge-druk synthesesectie (HP) waar de ureum werd gevormd en vervolgens werd de gevormde ureum opgewerkt in de ureumopwerksectie (UOP). Hierna werd van de gevormde 10 ureumsmelt (UM) een deel toegevoerd aan de granulatiesectie (GRAN) en een ander deel aan de melaminefabriek (MELAF). De restgassen (RG) vanuit de MELAF werden toegevoerd aan een carbamaatopwerksectie (CAR) waar ze werden gecondenseerd met de lage-druk carbamaatstroom (LPC) vanuit de UOP. De LPC bevatte 30 gew.% water.

De carbamaatstroom (C) werd geconcentreerd en werd met een watergehalte van 20 15 gew.% teruggevoerd naar de carbamaatcondensor in de HP.

Claims (14)

1. Werkwijze voor het vergroten van de capaciteit van een ureumfabriek, omvattende een compressiesectie, een hoge-druk synthesesectie, een ureum 5 opwerksectie, waarin een ureumsmelt wordt gevormd, en een granulatiesectie, met het kenmerk, dat de capaciteit van de ureumfabriek wordt vergroot door het bijplaatsen van een melaminefabriek, waarbij de ureumsmelt uit de ureumopwerksectie van de ureumfabriek geheel of gedeeltelijk aan de melaminefabriek wordt toegevoerd en de restgassen uit de melaminefabriek 10 geheel of gedeeltelijk worden teruggevoerd naar de hoge-druk sectie of de ureumopwerksectie van de ureumfabriek.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ureumfabriek een ureumstripfabriek is.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de 15 melaminefabriek een gasfase melaminefabriek is.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de restgassen uit de melaminefabriek als een carbamaathoudende stroom worden teruggevoerd naar de ureumfabriek.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de 20 carbamaathoudende stroom wordt teruggevoerd naar de carbamaatcondensor in de hoge-druk sectie van de ureumfabriek.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 4-5, met het kenmerk, dat de carbamaathoudende stroom afkomstig uit de melaminefabriek en een carbamaathoudende stroom afkomstig uit de ureumfabriek samen worden 25 opgewerkt, voordat de carbamaathoudende stroom wordt teruggevoerd naar de ureumfabriek.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de carbamaathoudende stroom, die naar de ureumfabriek wordt teruggevoerd 10-40 gew.% water bevat.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 4-6, met het kenmerk, dat de carbamaathoudende stroom, die naar de ureumfabriek wordt teruggevoerd 15-25 gew.% water bevat.

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de melaminefabriek een hoge-druk melaminefabriek is. -ΙΟΙ 0. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2 en 9, met het kenmerk, dat de restgassen worden teruggevoerd naar de carbamaatcondensor of aan een leiding die naar de carbamaatcondensor voert in de hoge-druk sectie van de ureumfabriek.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2 en 9-10, met het kenmerk, dat de restgassen die teruggevoerd worden naar de ureumfabriek 10-35 vol% kooldioxide bevatten en 65-90 vol% ammoniak.

12. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de restgassen uit Öe melaminefabriek als een carbamaathoudende stroom worden teruggevoerd naar 10 de ureumfabriek en waarbij het watergehalte van deze carbamaatstroom minder dan 25 gew% bedraagt.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2 en 9-10, met het kenmerk, dat de terug te voeren restgassen worden gesplitst in een kooldioxiderijke stroom en een ammoniakrijke stroom, voordat ze geheel of deels teruggevoerd worden naar de 15 ureumfabriek.

14. Ureumfabriek omvattende een compressiesectie, een hoge-druk synthesesectie, en een ureum opwerksectie, met het kenmerk, dat de hoge-druk synthesesectie en de ureumopwerksectie een hogere capaciteit hebben dan de compressiesectie.

15. Ureumfabriek, volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de capaciteit van de hoge-druk synthesesectie en de ureum opwerksectie 5-50 gew.% hoger is dan de capaciteit van de compressiesectie en/of de granulatiesectie.