NL8303425A - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

l UNIE VAN KUNSTMESTFABRIEKEN B.V.

Uitvinder: Petrus J.M. VAN NASSAU te Sittard 1 PN 3503

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum.

Een veelvuldig toegepaste werkwijze voor de bereiding van ureum is beschreven in European Chemical News Urea Supplement van 17 5 januari 1969 bladzijden 17-20. Hierbij wordt de in een reactiezone bij hoge druk en temperatuur gevormde ureumsyntheseoplossing bij synthe-sedruk onderworpen aan een stripbehandeling door de oplossing onder toevoer van warmte in tegenstroom in contact te brengen met gasvormig CO2, waarbij het grootste deel van het in de oplossing aanwezige car-10 bamaat wordt ontleed in NH3 en CO2, en deze ontledingsprodukten gasvormig uit de oplossing worden afgedreven en samen met een geringe hoeveelheid waterdamp en de voor het strippen gebruikte CO2 worden afgevoerd. Het aldus afgevoerde gasmengsel wordt vervolgens in een condensatiezone voor het grootste gedeelte gecondenseerd, waarna zowel 15 de hierbij gevormde waterige carbamaatoplossing als het niet gecondenseerde gasmengsel naar de reactiezone voor de ureumvorming wordt gevoerd. Door verdere condensatie van het gasmengsel wordt hier de voor de omzetting van carbamaat in ureum benodigde warmte verkregen en behoeft geen warmte van buitenaf te worden toegevoerd. De voor de 20 stripbehandeling benodigde warmte wordt verkregen door condensatie van hogedrukstoom aan de buitenzijde van de pijpen van de verticale warmtewisselaar waarin de stripbehandeling plaatsvindt. Volgens genoemde publicatie is per ton ureum ongeveer 1000 kg stoom van ongeveer 26 bar nodig. In de praktijk is het verbruik aan hogedrukstoom (25 bar) 25 inmiddels teruggebracht tot circa 850 kg per ton ureum. De bij de stripbehandeling gebruikte warmte wordt weliswaar bij de condensatie van het door de stripbehandeling afgescheiden gasmengsel gedeeltelijk teruggewonnen, doch gezien het temperatuurniveau waarop deze conden- O T ' *7 : 0 Ά v v v v L~? , * * satie plaatsvindt kan hiermee . slechts stoom van 3-5 bar worden gevormd, waarvoor in het proces zelf en vaak ook daarbuiten niet voldoende toepassingsmogelijkheden aanwezig zijn. Om deze reden, maar vooral met het oog op de steeds stijgende energieprijzen is het nood-5 zakelijk het verbruik van hogedrukstoom zoveel mogelijk te verminderen en kan het, afhankelijk van locale situaties, gewenst zijn een overschot aan lagedrukstoom te vermijden of sterk te beperken.

Er zijn reeds verscheidene voorstellen gedaan om de bij de vorming van carbamaat uit ammoniak en kooldioxide vrijkomende warmte 10 te gebruiken om de warmtebehoefte bij de stripbehandeling te dekken.

Zo is het uit de Britse octrooiaanvrage 2.107.705 bekend carbamaat-en ureumvorming te laten plaats vinden in de mantelruimte van een verticale buizenwarmtewisselaar en de ureumvorming voort te zetten in een nareactiezone. Van de in de nareactiezone gevormde ureum-15 syntheseoplossing wordt tenminste een deel onderworpen aan een strip-bewerking in de pijpen van de verticale buizenwarmtewisselaar, waarbij de voor de stripbewerking benodigde warmte geleverd wordt door de vrijkomende carbamaatvormingswarmte in de mantelruimte. Door in de mantelruimte tevens een deel van de ureum te laten vormen en te zorgen 20 voor een intensieve doormenging van de inhoud van de mantelruimte, - stijgt de gemiddelde temperatuur aanmerkelijk, waardoor de reac- tiewarmte op een zodanig hoog temperatuureiveau beschikbaar komt, dat bij de stripbehandeling een aanvaardbaar afdrijfrendement wordt bereikt zonder dat hiervoor hogedrukstoom nodig is. Bij de condensatie 25 van de bij het strippen verkregen ammoniak en kooldioxide bevattende gasmengsels worden echter aanzienlijke hoeveelheden lagedrukstoom van 3-5 bar verkregen, waarvoor toepassing gezocht moet worden binnen en/of buiten het ureumprocess. Toepassingsmogelijkheden zijn evenwel vaak niet voor de totale hoeveelheid lagedrukstoom aanwezig.

30 Er is ook reeds voorgesteld (zie de Britse octrooiaanvrage 2.083.472) om de warmte die vrijkomt bij de condensatie van de bij het strippen verkregen ammoniak en kooldioxide bevattende gasmengsels gedeeltelijk te benutten voor het genereren van lagedrukstoom en gedeeltelijk te gebruiken als warmtebron voor een bij 12-25 bar 35 werkende hogedrukcarbamaatontleder, om verdere hoeveelheden carbamaat in de gestripte ureumsyntheseoplossing te ontleden. Bij deze werkwijze fl ' t W ^ v v *-/ kj ** ' * 3 is de hogedrukcarbamaatcondenser zodanig geconstrueerd dat twee afzon-derlijke, boven elkaar geplaatste en door pijpenplaten gescheiden, delen gevormd worden. In de mantelzijde van het bovendeel wordt de tot 12-25 bar ontspannen gestripte ureumsyntheseoplossing in warm-5 tewisseling geleid met in de pijpen, uit de bij het strippen verkregen gassen, condenserend carbamaat. De carbamaatcondensatie wordt vervolgens in de pijpen van het benedendeel voltooid, waarbij de vrijkomende condensatiewarmte wordt afgevoerd door warmtewisseling met water dat hierbij wordt omgezet in lagedrukstoom. Behalve de noodzaak 10 van een extra hogedruk-ontleedtrap welke hogedrukstoom vereist, heeft de beschreven werkwijze het bezwaar dat de constructie van de hogedrukcarbamaatcondensor gecompliceerd en daardoor kostbaar is. Deze bezwaren worden slechts gedeeltelijk opgeheven met de uitvoeringsvorm zoals weergegeven in de Britse octrooiaanvrage 2.109.372, waarbij in 15 plaats van een uit twee delen bestaande hogedrukcarbamaatcondensor gebruikt wordt gemaakt van twee afzonderlijke hogedrukcarbamaatcondensors. In deze bekende werkwijzen is hogedrukstoom vereist zowel bij het strippen alsook in de hogedrukcarbamaatontleedtrap en wordt lagedrukstoom gegenereerd bij het condenseren van de in de stripbehan-20 deling verkregen gasmengsels.

Doel van de uitvinding is nu te voorzien in een werkwijze voor de bereiding van ureum waarbij in het synthesegedee11e de toevoer van hogedrukstoom aanmerkelijk wordt verminderd of zelfs achterwege kan blijven en tevens de vorming van lagedrukstoom volledig vervalt.

25 Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door een combinatie van maatregelen waarbij de voor de stripbehandeling benodigde warmte, althans ten dele, verkregen wordt door warmtewisseling tussen tenminste een deel van de te strippen ureumsynthesoplossing en carbamaat dat men laat vormen In een reactiezone die warmte uitwisselt met een 30 stripzone en waarbij bovendien de bij de condensatie van de bij deze stripbehandeling verkregen gasmengsels vrijkomende warmte gebruikt wordt voor het ontleden van verdere hoeveelheden carbamaat die nog aanwezig zijn in de gestripte ureumsyntheseoplossing.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze voor 35 de bereiding van ureum, waarbij men bij hoge druk en temperatuur uit kooldioxide en een overmaat ammoniak een carbamaat en vrije ammoniak 83 S 3 425 * % 4 bevattende ureumsyntheseoplossing vormt, de reactie tussen ammoniak en kooldioxide althans gedeeltelijk laat plaats vinden in een reactiezone die warmte uitwisselt met een stripzone waarin ureumsyntheseoplossing aan een stripbehandeling wordt onderworpen en de voor deze stripbehan-5 deling benodigde warmte wordt verkregen door de carbamaatvorming in de reactiezone, de bij deze stripbehandeling verkregen gassen na althans gedeeltelijke condensatie en absorptie in een condensatiezone terugvoert naar de reactiezone en de gestripte ureumsyntheseoplossing verwerkt tot een ureumoplossing of vaste ureum. De werkwijze is hierdoor 10 gekenmerkt, dat men verdere hoeveelheden in de gestripte ureumsyntheseoplossing nog aanwezig carbamaat na drukverlaging ontleedt in een met de condensatiezone warmte uitwisselende ontledingszone.

Bij voorkeur wordt de druk van de gestripte ureumsyntheseoplossing zover verlaagd dat het drukverschil tussen de con-15 denserende gassen en de gestripte ureumsyntheseoplossing tenminste 100 bar bedraagt, omdat dan een aanmerkelijk deel van de in de gestripte ureumsyntheseoplossing nog aanwezige hoeveelheid carbamaat ontleed wordt. Meestal ontspant men de gestripte ureumsyntheseoplossing tot een druk van 15-25 bar.

20 De werkwijze volgens de uitvinding kan zeer geschikt worden toegepast indien de ureumsynthese wordt uitgevoerd op de wijze zoals beschreven in de nog niet ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage ......... Volgens de beschreven werkwijze laat men een deel van de ureumvorming plaats hebben in een reactiezone die 25 warmte uitwisselt met een stripzone en laat men verdere ureumvorming plaats hebben in een nareactiezone, waarna men een deel van de ureumsyntheseoplossing aan een stripbehandeling onderwerpt in de met de reactiezone warmte uitwisselende stripzone en het resterende deel in een tweede stripzone. De in de tweede striptrap verkregen gassen wor-30 den geleid in de reactiezone die warmte uitwisselt met de stripzone.

In deze reactiezone wordt door condensatie van deze gassen tot carbamaat en absorptie in een gerecirculeerde carbamaatoplossing de warmte ontwikkeld, en door warmtewisseling overgedragen aan de stripzone, die nodig is voor het uitvoeren van de stripbewerking. Het hier-35 bij in de met de reactiezone warmte uitwisselende stripzone verkregen gasmengsel wordt gecondenseerd in een condensatiezone en de gevormde 8303425 5 # * carbamaatoplossing wordt gerecirculeerd naar de reactiezone. De in beide striptrappen verkregen gestripte ureumsyntheseoplossingen worden vervolgens ontspannen tot een druk van 15-25 bar en toegevoerd aan de met de condensatiezone warmte uitwisselende ontledingszone. Door de 5 warmtewisseling met het condenserende gasmengsel wordt een groot deel van de in de ontspannen gestripte ureumsyntheseoplossingen nog aanwezige hoeveelheid carbamaat ontleed. De vrijkomende condensatiewarmte wordt hierbij afgevoerd. Er is geen aparte carbamaatcondensor met lagedrukstoomproduktie nodig. Bij deze uitvoeringsvorm is uitsluitend 10 hogedrukstoom nodig in de tweede stripzone.

Ook kan de werkwijze volgens de uitvinding zeer geschikt worden toegepast indien de ureumsynthese wordt uitgevoerd op de wijze zoals beschreven in de Britse octrooiaanvrage 1.447.914. Volgens de daarin beschreven werkwijze wordt ureum bereid bij een druk van 15 250-600 ata, een temperatuur van 210-245 °C bij een molaire N/C-verhouding van 2,5-8 in een reactiezone, welke warmte wisselt met een stripzone. Het uit de stripzone afgevoerde gasmengsel wordt althans gedeeltelijk gerecirculeerd naar de reactiezone waar, door carbamaatvorming uit het gerecirculeerde gasmengsel, de voor de strip-20 bewerking benodigde warmte geleverd wordt. Door de gestripte ureumr syntheseoplossing daarna te ontspannen tot een druk van 15-25 bar en in warmtewisseling te leiden met condenserend carbamaat in de pijpen van de hogedrukcarbamaatcondensor, kan de in de hogedrukcarbamaatcondensor vrijkomende condensatiewarmte afgevoerd worden, waarbij in de 25 gestripte ureumsyntheseoplossing verdere hoeveelheden carbamaat ontleed worden. Bij deze uitvoeringsvorm wordt in het synthesegedeelte geen hogedrukstoom vereist in de stripbehandeling en evenmin wordt lagedrukstoom geproduceerd bij de condensatie van de in de strip-bewerking verkregen gassen.

30 De werkwijze volgens de uitvinding vereist niet, zoals de bovengenoemde bekende werkwijze, dat een hogedrukcarbamaatontleder geplaatst moet worden, doch men kan volstaan met een gasvloeistof schelder en een carbamaatcondensor die uitgevoerd is als warmtewisselaar. De carbamaatcondensor met lagedrukstoomproduktie 35 blijft achterwege. Dit alles brengt minder investeringskosten met zich mee.

8303425

4 V

6

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening en de voorbeelden, zonder echter hiertoe beperkt te zijn.

In de tekening is in figuur 1 schematisch weergegeven een proces waarbij een deel van de geproduceerde ureumsyntheseoplossing gestript 5 wordt onder toepassing van hogedrukstoom als warmtebron en het resterende deel met behulp van de warmte die ontwikkeld wordt bij de condensatie van de bij deze stripbewerking verkregen gassen. In figuur 2 is uit uitvoeringsvorm weergegeven waarbij geen hogedrukstoom tijdens het strippen van de ureumsyntheseoplossing wordt toegevoerd.

10 In figuur 1 is met A aangeduid een reactor-stripper waarin de reactiezone zich in de mantelzijde en de stripzone zich in de pijpen van een verticale warmtewisselaar bevinden. Met B is een bij hoge druk werkende carbamaatcondensor, met C een nareactor, met D een stripper en met E een wasinrichting aangegeven. Met F en G zijn respectievelijk 15 aangeduid een kooldioxide-compressor en een carbamaatpomp. Met H is een gas-vloeistofscheider, met J een ammoniakpomp, met K een carbamaatpomp, met L een warmtewisselaar en met M een bijvoorbeeld bij 15-25 bar werkende middendruk-carbamaatcondensor weergegeven. In de reactiezone van reactor-stripper A, de nareactor C en de stripper D 20 wordt bij voorkeur dezelfde druk gehandhaafd. Ook in de stripzone van reactor-stripper A, de condensatiezone van carbamaatcondensor B en de wasinrichting E heerst bij voorkeur gelijke druk, welke bijvoorbeeld 20-60 bar lager is dan de eerstgenoemde druk.

De ureumsyntheseoplossing welke verkregen is in de nareactor 25 C bij een druk van bijvoorbeeld 175-210 bar en die naast ureum en water niet omgezet carbamaat en niet gebonden ammoniak bevat, wordt via 5 afgevoerd en in twee delen gesplitst. Het ene deel wordt via 6 geleid in de stripper D en hierin bij dezelfde druk als in de nareactor C heerst aan een stripbehandeling onderworpen onder toevoer van 30 warmte welke geleverd wordt door hogedrukstoom en in tegenstroom met gasvormig kooldioxide, aangevoerd via 1 en 3 en door compressor F onder de vereiste druk van 175-210 bar gebracht. Aan het kooldioxide wordt lucht of een ander zuurstofbevattend gasmengsel toegevoegd om de materialen die bij hoge temperaturen in aanraking komen met carbamaat 35 bevattende oplossingen in de passieve toestand te houden. De hoeveelheid kooldioxide die in deze stripbehandeling gebruikt wordt bedraagt bijvoorkeur 30-50% van de totaal in het proces benodigde hoeveelheid.

8-3 0 3 4 2 5 * « 7

Bij deze stripbewerking wordt een gestripte ureum-syntheseoplossing via 11 afgevoerd, en een gasmengsel bestaande uit de toegevoerde verse kooldioxide en de door de stripbehandeling uit de ureumsyntheseoplossing afgedreven ammoniak, kooldioxide en waterdamp 5 via 12. Dit gasmengsel wordt geleid naar de reactiezone van reactor-stripper A. In deze reactiezone wordt tevens geleid vloeibare ammoniak welke via 4, warmtewisselaar L en 21 toegevoerd wordt, alsmede de in de carbamaatcondensor B gevormde carbamaatoplossing die via 13 en pomp G in deze zone gepompt wordt. In de reactiezone van reactor stripper A 10 wordt een groot deel van de ammoniak en kooldioxide die via 12 en 4 worden aangevoerd omgezet in carbamaat en dit carbamaat en het car-bamaat in de via 13 aangevoerde carbamaatoplossing worden gedeeltelijk omgezet in ureum en water.

Bij de carbamaatvorming komt een hoeveelheid warmte vrij, 15 terwijl bij de omzetting van carbamaat in ureum en water warmte wordt verbruikt. Er is echter een warmteoverschot dat in de stripzone wordt gebruikt voor de ontleding van niet omgezet carbamaat. Daar het aan de reactiezone via 12 toegevoerde gasmengsel een aanzienlijk deel van de in het proces benodigde hoeveelheid kooldioxide bevat en de carbamaat-20 en ureumvorming plaatsvinden bij een hogere druk dan de stripbehandeling, komt voldoende warmte op een relatief hoog temperatuumiveau ter beschikking. Hierdoor is het mogelijk in de stripzone een zeer groot deel van het in de toegevoerde oplossing aanwezige carbamaat te ontleden zonder dat warmte uit een externe bron behoeft te worden 25 toegevoerd. Door in de reactiezone de omzetting van carbamaat in ureum en water voort te zetten tot een aanzienlijk deel, bijvoorbeeld meer dan de helft, van de bij de toegepaste reactieomstandigheden bereikbare evenwichtshoeveelheid is gevormd, bereikt men een verdere verhoging van de temperatuur en neemt de hoeveelheid warmte die naar 30 de stripzone wordt overgedragen toe. Dit effect wordt groter naarmate een groter gedeelte van de weg naar het evenwicht wordt afgelegd. In het algemeen zal men dit gedeelte daarom boven 70 X kiezen. Ureumvorming boven 90 % van de evenwichtshoeveelheid vereist wegens de sterk afnemende reactiesnelheid aanmerkelijk langere verblijftijden en 35 hierdoor een onaantrekkelijk groot volume van de reactiezone.

De reactiezone wordt bij voorkeur intensief doorgemengd, teneinde een zo gelijkmatig mogelijke temperatuurverdeling en zo goed mogelijke warmteoverdracht te bereiken. Dit wordt reeds in zekere mate 8303425 Λ * 8 verkregen door het gasmengsel en de carbamaatoplossing van beneden naar boven door de reactiezone te laten stromen. Door het aanbrengen van schotten, leidplaten of dergelijke elementen wordt de doormenging en hiermee de warmteoverdracht verder verbeterd.

5 In de reactiezone van reactor-stripper A wordt een oplossing van ureum, ammoniak en carbamaat in water gevormd welke met een hoeveelheid uit ammoniak, kooldioxide, waterdamp en inert bestaand gasmengsel via 14 wordt geleid naar nareactor C, waarin bij voorkeur dezelfde druk heerst als in de reactiezone van reactor-stripper A en 10 waarin de ureumvorming wordt voortgezet bijvoorbeeld tot tenminste 90 % van de bij de hierin toegepaste reactiecondities bereikbare even-wichtshoeveelheid ureum is gevormd. De hiervoor benodigde warmte wordt hier verkregen door een gedeelte van het via 12 aan de reactiezone van reactor-stripper A toegevoerde gasmengsel als zodanig via 14 naar de 15 nareactor te voeren en hierin te laten condenseren, waarbij zowel condensatiewarmte als carbamaatvormlngswarmte vrijkomt.

In de nareactor C blijft een uit inerte gassen, ammoniak, kooldioxide en waterdamp bestaand gasmengsel over, dat via 15 en expansieklep 16 naar de wasinrichting E wordt gevoerd waarin, bij 20 voorkeur bij dezelfde druk als in de stripzone van reactor-stripper A en de carbamaatcondensor B, door wassen met via 17 aangevoerd water of verdunde carbamaatoplossing onder afvoer van absorptiewarmte, ammoniak en kooldioxide worden teruggewonnen. Het overblijvende spuigasmengsel wordt via 19 afgevoerd, de verkregen oplossing wordt via 18, warm-25 tewisselaar L en 30 naar de carbamaatcondensor B geleid.

Het resterende deel van de in de nareactor C gevormde ureum-syntheseoplossing stroomt via 7 en expansieklep 8, waarin de druk wordt verlaagd tot de druk in de stripzone, bijvoorbeeld tot 140 bar, naar de ruimte boven de pijpen van reactor-stripper A, waarin het bij 30 de drukverlaging vrijgekomen uit ammoniak, kooldioxide en waterdamp bestaande gasmengsel wordt gescheiden van de overblijvende ureum-syntheseoplossing. De oplossing vloeit langs de binnenwanden van de pijpen omlaag in tegenstroom met bijvoorbeeld 50-70% van de in de synthese benodigde, via 1 en 2 aangevoerde en door compressor F 35 gecomprimeerde hoeveelheid kooldioxide, welke door middel van een expansieklep 31 op de voor het strippen vereiste druk is gebracht. De gestripte ureumsyntheseoplossing wordt via 10 afgevoerd.

8303425 9

Het in de pijpen tengevolge van de warmtewissseling met de reactiezone en de strippende werking van de kooldioxide uit de omlaagvloeiende oplossing gevormde gasmengsel stroomt met het toegevoerde stripgas naar de ruimte boven de pijpen en wordt samen met het 5 bij de drukverlaging vrijgekomen gasmengsel via 9 afgevoerd en geleid in de carbamaatcondensor B. In de carbamaatcondensor B, waarin bijvoorkeur dézelfde druk heerst als in de stripzone van reactor-stripper A en waaraan via 18 en 30 een carbamaatoplossing wordt toegevoerd, die verkregen is bij het uitwassen van ammoniak en kooldioxide uit het 10 ammoniak, kooldioxide em inerte gassen bevattende gasmengsel in de wasinrichting E, wordt het grootste deel van het gasmengsel gecondenseerd. De gevormde carbamaatoplossing wordt via 13 afgevoerd, door pomp G op de druk van de reactiezone van reactor-stripper A gebracht en in deze zone gepompt.

15 De bij de condensatie in carbamaatcondensor B vrijkomende warmte wordt gebruikt voor de ontleding van carbamaat in de tot een druk van bijvoorbeeld 15-25 bar in de expansieafsluiters 22 en 23 ontspannen gestripte ureumsyntheseoplossing die via 24 wordt geleid in de mantelruimte van de carbamatcondensor B en via 25 hieruit weer 20 wordt afgevoerd· Het in de carbamaatcondensor B niet gecondenseerde deel van het gasmengsel, in hoofdzaak bestaande uit met de kooldioxide ingevoerde inerte bestanddelen, dat nog ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevat, stroomt via 20 naar de wasinrichting E.

Het via 25 uit de mantelruimte van carbamaatcondensor B afge-25 voerde mengsel wordt geleid in de gas-vloeistofscheider H. De afgescheiden vloeistoffase, een ureumoplossing In water die nog opgeloste ammoniak en kooldioxide bevat, wordt via 29 geleid naar een niet-getekende installatie voor de terugwinning van deze ammoniak en kooldioxide en de verdere opwerking tot een ureumoplossing of vaste 30 ureum. De In gas-vloeistofscheider H verkregen gasfase, hoofdzakelijk bestaande uit een mengsel van ammoniak, kooldioxide en waterdamp, wordt via 26 geleid in de middendruk-carbamaatcondensor M, waaraan ook een bij de verdere opwerking van de gestripte ureumsyntheseoplossing tot een ureumoplossing of vast ureum verkregen carbamaatoplossing, 35 aangevoerd via 27, en desgewenst vloeibare ammoniak, aangevoerd via 28, wordt toegevoerd. De in de middendruk-carbamaatcondensor M verkre- 8305425 < * 10 gen carbamaatoplossing wordt door pomp K via 17 naar de wasinrichting E gepompt.

In figuur 2 is met P aangegeven een reactor-stripper bestaande uit een cylindrisch vat waarin pijpen aan de onderzijde in 5 een pijpenplaat zijn gemonteerd en waarvan de mantelruimte aan de bovenzijde in open verbinding staat met het inwendige van de pijpen. Met Q is aangegeven een carbamaatcondensor en met R een wasinrichting. Met S, T en U zijn aangeduid respectievelijk een ammoniakpomp, een ejecteur en een kooldioxide-compressor. V stelt een carbamaatpomp 10 voor, W een gas-vloeistofscheider, X een middendruk-carbamaatcondensor en Y een carbamaatpomp.

In het reactorgedeelte van de reactor-stripper P wordt bij hoge druk, bijvoorbeeld tussen 245 en 350 bar, carbamaat en ureum gevormd uit verse vloeibare ammoniak die door ammoniakpomp S, via 103, 15 ejecteur T, en via 104 toegevoerd wordt, een deel van het bij het strippen verkregen ammoniak en kooldioxide bevattend gasmengsel aangezogen door de ejecteur T en aangevoerd via 105 en 106, en door pomp V via 115 aangevoerde carbamaatoplossing uit carbamaatcondensor Q. De gevormde ureumsyntheseoplossing wordt in het strippergedeelte van 20 reactor-stripper P in contact gebracht met via 101, kooldioxide-compressor U, via 102 aangevoerde kooldioxide. Door de in de reac-tiezone bij de vorming van carbamaat vrijkomende warmte die via de pijpwanden naar de stripzone wordt overgedragen en door de strippende werking van de kooldioxide wordt een groot deel van de in de ureum-25 syntheseoplossing aanwezige carbamaat ontleed in ammoniak en kooldioxide en worden, samen met het als stripgas gebruikte kooldioxide, de ontledingsprodukten en een deel van de overmaat ammoniak via 105 afgevoerd. Een deel van het via 105 afgevoerde gasmengsel wordt via 106 aangezogen door ejecteur T en via 104 teruggevoerd in de 30 reactiezone. Het deel van de bij de carbamaatvorming uit dit gasmengsel in de reaktiezone vrijkomende warmte dat niet voor de ureumvorming wordt gebruikt geeft bij doelmatige warmteoverdracht, die onder meer kan worden bereikt door intensieve doormenging in de reaktiezone, in de stripzone een voldoend hoge temperatuur voor het 35 bereiken van een aanvaardbaar striprendement. Het resterende deel van het bij het strippen verkregen gasmengsel wordt via 107 en expan-sieklep 108, waarin de druk verlaagd wordt tot bij voorkeur 8303425.

11 • * 120-160 bar, bijvoorbeeld 140 bar, geleid in de carbamaatcondensor Q en wordt in de pijpen van deze condensor voor het grootste deel gecondenseerd en geabsorbeerd in een via 113 aangevoerde carbamaatoplossing, verkregen bij het uitwassen van de inerte gassen. De 5 in de carbamaatcondensor Q bij de condensatie van het via 107 aangevoerde gasmengsel vrijkomende warmte wordt gebruikt voor de ontleding van verdere hoeveelheden carbamaat die nog in de via 109 aangevoerde en in expansieklep 110 tot een druk van bij voorkeur 15-25 bar, bijvoorbeeld 18 bar, geexpandeerde gestripte ureumsyntheseoplossing aan-10 wezig zijn. Het tengevolge van de expansie en verhitting gevormde gas-vloeistofmengsel wordt via 111 geleid in de gas-vloeistofschelder W, van waaruit de verkregen vloeistoffase via 120 afgevoerd wordt ter verdere verwerking. De afgescheiden gasfase wordt via 116 naar de middendruk-carbaoaatcondensor X geleid, waarin bij voorkeur een druk 15 van 15-25 bar wordt gehandhaafd, en daar gecondenseerd met behulp van een via 117 aangevoerde verdunde carbamaatoplossing, die bij de verdere verwerking van de gestripte ureumsyntheseoplossing verkregen is. Desgewenst kan via 118 vloeibare ammoniak worden toegevoerd. De in de carbamaatcondensor Q niet gecondenseerde gassen, bestaande uit’ inerte 20 gassen, ammoniak, kooldioxide en waterdamp worden via 112 afgevoerd en uitgewassen in de wasinrichting R met in de middendruk-carbamaatcondensor X verkregen via 114 en pomp Y aangevoerde verdunde carbamaatoplossing, waarbij, onder afvoer van absorptie- en condensatiewarmte, ammoniak en kooldioxide worden teruggewonnen en als car-25 bamaatoplossing via 113 naar de carbamaatcondensor Q worden geleid.

Het resterende inerte gas wordt via 119 gespuid.

Voorbeeld I

Op de wijze zoals weergegeven in figuur 1 wordt ureum bereid in een hoeveelheid van 1500 ton per dag.

30 De hoeveelheden zijn aangegeven in kg per uur.

Via 4 en 21 wordt 34.617 kg vloeibare NH3 aan de reactiezone van reactor-stripper A en via 28 nog 800 kg vloeibare NH3 toegevoerd aan de middendruk-carbamaatcondensor M. Via C02-compressor F worden aan het systeem 45.833 kg CO2 en 1.761 kg inerte bestanddelen, voor-35 namelijk lucht, van 120 °C toegevoerd. De druk in de reactiezone van reactor-stripper A bedraagt 186,3 bar en in de stripzone 137,3 bar.

S7T ' '7 7, O λ v> 4/ yj ^ C. O

12

Aan de reactiezone worden voorts via 12 toegevoerd een gasmengsel afkomstig uit de stripper D bestaande uit 21.064 kg NH3, 25.605 kg CO2, 1.786 kg H2O en 731 kg inerte bestanddelen en door carbamaatpomp G een carbamaatoplossing bestaande uit 43.431 kg NH3, 47.329 kg CO2 en 5 10.486 kg H2O. De inhoud van de reactiezone, en hiermee de verblijf tijd, is zodanig gekozen dat uit de toegevoerde stromen bij de gekozen druk van 186,3 bar en de hiermee samenhangende temperatuur van ongeveer 187 eC een gas-vloeistofmensel wordt gevormd waarvan de vloeistoffase is samengesteld uit 51.874 kg ureum, 61.188 kg NH3, 10 29.373 kg CO2 en 27.471 kg H2O en de gasfase bestaat uit 8.529 kg NH3, 5.520 kg CO2, 363 kg H2O en 731 kg inerte bestanddelen.

Uit dit gas-vloeistofmengsel wordt in nareactor C, eveneens bij een druk van 186,3 bar, een uit 64.842 kg ureum, 58.478 kg NH3, 22.866 kg CO2 en 31.551 kg H2O bestaande ureumsyntheseoplossing 15 gevormd. Hiervan wordt een hoeveelheid van 71.094 kg behandeld in stripper D in tegenstroom met een gasmengsel bestaande uit 19.020 kg CO2 en 731 kg inert, terwijl het resterende deel, 106.643 kg, na verlaging van de druk tot 137,3 bar aan de stripzone van reactor-stripper A wordt· toegeleid en hier behandeld in tegenstroom 20 een gasmengsel bestaande uit met 26.813 kg CO2 en 1.030 kg inert. In de stripper D en in de stripzone van reactor-stripper A wordt het grootste deel van het in de toegevoerde oplossingen aanwezige car-bamaat ontleed en de vrijkomende NH3 en CO2 worden met de toegevoerde gasvormige CO2 afgedreven. De in stripper D benodigde warmte wordt 25 geleverd door hogedrukstoom van 22,6 bar. Uit de stripper D wordt een ureumoplossing afgevoerd die naast 24.770 kg ureum en 10.484 kg H2O nog 2.988 kg NH3 en 3.417 kg CO2 bevat.

Uit de stripzone van reactor-stripper A wordt een ureumoplossing afgevoerd die naast 38.710 kg ureum en 16.930 kg H2O 30 nog 10.313 kg NH3 en 12.608 kg CO2 bevat. De voor de stripbehandeling benodigde warmte wordt verkregen door carbamaatvorming in de reactiezone. Het in de stripzone gevormde gasmengsel, 55.925 kg, bestaande uit 24.885 kg NH3, 28.068 kg CO2, 1.942 kg H2O en 1.030 kg inerte gassen, wordt geleid in de carbamaatcondensor B en daar grotendeels 35 gecondenseerd met behulp van 78.044 kg van een carbamaatoplossing die verkregen is bij het uitwassen van de inerte gassen in de wasinrichting E en die bestaat uit 34.002 kg NH3, 35.260 kg CO2 en 8*7 Λ ^ . „-v <r* 0 W Ó 4 ά 3 η * -Γ ' 13 8.782 kg Η2Ο. De bij deze condensatie vrijkomende warmte wordt benut voor het ontleden van nog aanwezig carbamaat in de gestripte ureum-syntheseoplossingen uit stripper D en de stripzone van reactor-stripper A.. Deze oplossingen, aangevoerd via 10 en 11, worden na 5 ontspanning tot 17,7 bar, via 24 geleid in de mantelzijde van carbamaat condens or δ in warmtewisseling met de tot carbamaat condenserende gassen in de pijpen. In de gas-vloeistofscheider H worden de bij deze warmtewisseling gevormde 19.430 kg gasmengsel, bestaande uit 6.750 kg NH3( 10.280 kg CO2 en 2.400 kg H2O gescheiden van 100.790 kg 10 oplossing die naast 63.480 kg ureum en 25.014 kg H20 nog 6.551 kg NH3 βη 5.745 kg CO2 bevat. Het gasmengsel wordt in middendruk-carbamaatcondensor M gecondenseerd en de hierbij gevormde oplossing, 40.016 kg, die 14.788 kg NH3, 16.858 kg CO2 en 8.370 kg H2O bevat naar de wasinrichting E gepompt voor het uitwassen van de via 15 15 en 20 aangevoerde inert bevattende gasstromen. De in de gas- vloeistofscheider H verkregen ureumoplossing wordt via 29 gevoerd naar een installatie voor verdere opwerking. Bij deze uitvoeringsvorm is 18.809 kg hogedrukstoom van 22,6 bar nodig in stripper D hetgeen overeenkomt met 301 kg per ton geproduceerde ureum. Er wordt geen 20 lagedrukstoom gevormd in carbamaatcondensor B.

Voorbeeld II

Het behulp van de beschreven werkwijze wordt ureum bereid volgens de uitvoeringsvorm zoals weergegeven in figuur 2 in een installatie met een produktiecapaciteit van 1500 ton per dag.

25 De hoeveelheden zijn aangegeven in kg per uur. De toegepaste druk in de reactor-stripper P bedraagt 245 bar, in de pijpen van de carbamaatcondensor Q en in de wasinrichting R 137 bar, in de mantelzijde van de carbamaatcondensor Q, in de gasvloeistofschelder W en in de middendruk-carbamaatcondensor X 17,7 bar.

30 Aan de reactiezone van reactor-stripper P wordt via de ejec- teur T toegevoerd een gas-vloeistofmengsel dat 34.717 kg vloeibare NH3 en 142.949 kg van een bij de stripbehandeling gevormd gasmengsel, bestaande uit 55.524 kg NH3, 44.373 kg CO2, 3660 kg H2O en 1.668 kg inert, bevat. De in de reactiezone van de reactor-stripper P gevormde 35 ureumsyntheseoplossing wordt in de stripzone gestript in tegenstroom met 45.833 kg CO2 die door compressor ü tot synthesedruk gecomprimeerd & o u j 4 b. o r 14 is en met een temperatuur van 120 °C beneden in de stripzone geleid wordt. Aan de carbamaatcondensor Q wordt via 107, na expansie tot 137 bar, het resterende deel van het in de stripbehandeling verkregen gasmengsel, bestaande uit 19.906 kg NH3, 15.908 kg CO2, 1.312 kg H2O en 5 598 kg inert toegevoerd. Tevens wordt via 113 57.341 kg car- bamaatöplossing die 22.219 kg NH3, 25.021 kg CO2 en 10.101 kg H2O bevat, afkomstig uit de wasinrichting R, toegeleid.

Door middel van pomp V wordt een carbamaatoplossing bestaande uit 36.578 kg NH3, 35.186 kg CO2, 11.359 kg H2O met een temperatuur van 10 168 °C teruggepompt naar de reactiezone van reactor-stripper P en via 112 wordt het niet gecondenseerde deel van het gasmengsel dat 5.547 kg NH3, 5.743 kg CO2, 54 kg H2O en 598 kg inert bevat naar de wasinrichting R geleid.

Uit het benedendeel van reactor-stripper P wordt via 109 15 126.547 kg gestripte ureumsyntheseoplossing met een temperatuur van 175 °G afgevoerd, die naast 63.480 kg ureum en 29.091 kg H2O nog 15.417 kg NH3 en 18.559 kg CO2 bevat. De druk van deze oplossing wordt in expansieklep 110 verlaagd tot 17,7 bar en het verkregen mengsel wordt geleid in de mantelzijde van de carbamaatcondensor Q in 20 warmtewisseling met het tot carbamaat condenserende gasmengsel in de pijpen. Bij deze warmtewisseling wordt een deel van het carbamaat dat nog aanwezig is in de gestripte ureumsyntheseoplossing ontleed in NH3 en CO2· Het resterende gas-vloeistofmengsel met een temperatuur van 155 °C wordt vervolgens via 111 toegevoerd aan de 25 gasvloeistofscheider W. Hieruit wordt via 120 101.937 kg oplossing, die naast 63.480 kg ureum en 26.021 kg H2O nog 6.626 kg NH3 en 5.810 kg CO2 bevat, afgevoerd en geleid naar een niet-getekende installatie voor verdere opwerking. Het in de gas-vloeistofscheider W verkregen gasmengsel dat 8.791 kg NH3, 12.749 kg CO2 en 3.070 kg H2O bevat, 30 wordt gecondenseerd in de middendruk-carbamaatcondensor X, met behulp van 700 kg vloeibare NH3, aangevoerd via 118, en van 20.771 kg car-bamaatoplossing bestaande uit 7.226 kg NH3, 6.568 kg CO2 en 6.977 kg H2O, afkomstig van de verdere opwerking van de gestripte ureumsyntheseoplossing, aangevoerd via 117. De in de middendruk-35 carbamaatcondensor X gevormde carbamaatoplossing met een temperatuur van 115 °C, wordt via 114 en pomp Y naar de wasinrichting R gepompt 8305425 ·<*.

. 15 voor hec uitwassen van de via 112 aangevoerde inert bevattende gasstroom, bestaande uit 5.547 kg NH3, 5.743 kg CO2» 54 kg H2O en 598 kg inerte gassen. De inerte gassen worden via 119 gespuid. Bij deze uitvoeringsvorm is voor de stripbehandeling geen hogedrukstoom nodig 5 en wordt bij de condensatie van het bij het strippen verkregen gasmengsel geen lagedrukstoom gevormd.

S 3 ü 3 4 2 3

Claims (6)

1. Werkwijze voor de bereiding van ureum, waarbij men bij hoge druk en temperatuur uit kooldioxide en een overmaat ammoniak een car-bamaat en vrije ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing vormt, de reactie tussen ammoniak en kooldioxide althans gedeeltelijk 5 laat plaats vinden in een reactiezone die warmte uitwisselt met een stripzone waarin ureumsyntheseoplossing aan een stripbehan-deling wordt onderworpen en de voor het strippen benodigde warmte wordt verkregen door de carbamaatvorming in de reactiezone, de bij de stripbehandeling verkregen gassen na althans gedeeltelijke con-10 densatie en absorptie in een condensatiezone terugvoert naar de reactiezone, en de gestripte ureumsyntheseoplossing verwerkt tot een ureumoplossing of vaste ureum, met het kenmerk, dat men verdere hoeveelheden in de gestripte ureumsyntheseoplossing nog aanwezig carbamaat na drukverlaging ontleedt in een met de 15 condensatiezone warmte uitwisselende ontledingszone.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een deel van de ureumsyntheseoplossing in een afzonderlijke stripzone aan een stripbehandeling onderwerpt, het in deze stripzone gevormde gasmengsel aan de reactiezone toevoert en de hierbij verkregen 20 gestripte ureumsyntheseoplossing met de in de met de reactiezone warmte uitwisselende stripzone verkregen gestripte ureumsyntheseoplossing aan de met de condensatiezone warmte uitwisselende ontledingszone toevoert.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het druk- 25 verschil tussen de condenserende gassen in de condensatiezone en de in druk verlaagde gestripte ureumsyntheseoplossing tenminste 100 bar bedraagt.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men de druk van de gestripte ureumsyntheseoplossing verlaagt tot 15-25 30 bar.

5. Werkwijze voor de bereiding van ureum zoals beschreven en toegelicht aan de hand van de tekening en de voorbeelden.

6. Ureum en ureumoplossingen bereid onder toepassing van de werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies. a o ü .·: 4 JL/WR