NO150315B

NO150315B - PROCEDURE FOR CONDENSING CARBAMATE IN A UREA SYNTHESIS PLANT

Info

Publication number: NO150315B
Application number: NO762595A
Authority: NO
Inventors: Umberto Zardi; Vincenzo Lagana; Andrea Bonetti; Giorgio Schmid
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1976-07-23
Publication date: 1984-06-18
Also published as: NO762595L; NO150315C

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for kondensering av karbamat undér gjenvinning åv kondensasjonsvarmen, i et ureasynteseanlegg hvor det til én kondensasjonssone tilføres en blanding med et væskeinnhold større enn 20%, bestående av én oppløsning av ammoniumkarboriat, som kommer fra et lavtrykks trinn, og damper av NH3, CO^ og H20, som kommer fra et spaltnings trinn for karbamat med høyt trykk, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at kondensasjonen gjennomføres i en horisontal rørkondensasjonssone under en statisk trykkforskjell mellom 0,5 og 5 atmosfærer. The present invention relates to a method for the condensation of carbamate during the recovery of the condensation heat, in a urea synthesis plant where a mixture with a liquid content greater than 20% is supplied to one condensation zone, consisting of one solution of ammonium carborate, which comes from a low-pressure stage, and vapors of NH3, CO^ and H20, which come from a high-pressure carbamate cleavage stage, and the peculiarity of the method according to the invention is that the condensation is carried out in a horizontal pipe condensation zone under a static pressure difference of between 0.5 and 5 atmospheres.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patent-kravene. These and other features of the invention appear in the patent claims.

Ved de forskjellige fremgangsmåter for fremstilling av urea anvendes vanligvis varmevekslere for å kondensere dampene av NH^ + CC>2 + tt^ O fremstilt i de forskjellige trinn for spalting og resirkulering av karbamatet til urea-reaktoren. In the various methods for producing urea, heat exchangers are usually used to condense the vapors of NH^ + CC>2 + tt^ O produced in the various steps for splitting and recycling the carbamate to the urea reactor.

De forskjellige fremgangsmåter medfører forskjellige systemer for sirkulasjon av karbamatet til reaktoren i et eller flere arbeidstrinn ved forskjellige trykk og temperaturer. The different methods lead to different systems for circulating the carbamate to the reactor in one or more work steps at different pressures and temperatures.

Ved -strippe-fremgangsmåten resirkuleres nesten alt karbamat In the -stripping process, almost all carbamate is recycled

i et eneste arbeidstrinn ved et trykk som omtrent tilsvarer trykket i reaktoren og dampene av NH^ + CO^ + f^O som oppnås i destillasjonsanlegget (stripperen) som også arbeider ved et trykk omtrent tilsvarende trykket i reaktoren, kondenseres i karbamat-kondensatoren ved høy temperatur. in a single working step at a pressure approximately corresponding to the pressure in the reactor and the vapors of NH^ + CO^ + f^O obtained in the distillation plant (the stripper) which also operates at a pressure approximately corresponding to the pressure in the reactor, are condensed in the carbamate condenser at high temperature.

Den varme som utvikles ved denne kondensering fjernes ved et høyt temperaturnivå for fremstilling av damp. The heat developed by this condensation is removed at a high temperature level to produce steam.

Ved de konvensjonelle prosesser resirkuleres karbamatet i et antall trinn som drives ved synkende trykk, idet disse er vesensforskjellige fra trykket i syntesereaktoren. Bare en del av kondensasjonsvarmen for karbamatet gjenvinnes ved et temperaturnivå som er høyt nok til å frembringe damp i karbamatkondensatoren, idet denne drives ved et høyere trykk. In the conventional processes, the carbamate is recycled in a number of stages which are operated at decreasing pressure, as these are essentially different from the pressure in the synthesis reactor. Only part of the condensation heat for the carbamate is recovered at a temperature level that is high enough to produce steam in the carbamate condenser, as this is operated at a higher pressure.

I alle tilfeller er kondensasjonen av dampene av NH^ + In all cases the condensation of the vapors is of NH^ +

C0 ? + H^ O en kritisk operasjon, spesielt når det C0 ? + H^ O a critical operation, especially when it

dreier seg om en sammensetning av blandingen NH^ + CO^ + f^O med lave innhold av f^O som f.eks. de sammenset- concerns a composition of the mixture NH^ + CO^ + f^O with low contents of f^O such as e.g. the composite

ninger som opptrer i de trinn for karbamat-resirkulering som arbeider ved et høyere trykk. nings that occur in the carbamate recycling stages operating at a higher pressure.

For å gjøre denne kondensasjon mulig, spesielt når dampene av NH^ + CC>2 + H ?0 som skal kondenseres kommer fra et høytrykks-destillasjonsanlegg (og således har et lite innhold av t^O) tilføres karbamatkondensatoren sammen med dampene også en karbonatløsning som er rik på f^O og som vanligvis fremstilles i trinnene med kondensering og resirkulering av karbamatet som drives ved et lavere trykk. Høyt trykk er 100 til 300 atm., og lavt trykk er.2 - 50 atm. Den nevnte oppløsning er et absorpsjonsmiddel og det er meget viktig at det oppnås en jevn fordeling mellom dampene av NH^ +. CC>2 + H2O og den tilsatte løsning. In order to make this condensation possible, especially when the vapors of NH^ + CC>2 + H ?0 to be condensed come from a high-pressure distillation plant (and thus have a low content of t^O), the carbamate condenser is also supplied with the vapors with a carbonate solution which is rich in f^O and which is usually produced in the steps of condensation and recycling of the carbamate operated at a lower pressure. High pressure is 100 to 300 atm., and low pressure is.2 - 50 atm. The aforementioned solution is an absorbent and it is very important that an even distribution between the vapors of NH^ + is achieved. CC>2 + H2O and the added solution.

Dette resultat oppnås med den konvensjonelle teknikk med egnede systemer for blanding og fordeling av dampene og den tilførte karbonatløsning. This result is achieved with the conventional technique with suitable systems for mixing and distributing the vapors and the added carbonate solution.

Det er kjent at man for å oppnå en jevn fordeling av dampene pluss absorpsjonsvæsken vanligvis anordner karbamatkonden-satorene som drives ved de høyere trykk som den loddrette type med behandlingsfluidene i det indre av rørene. Kondensasjonen gjennomføres i henhold til den skjematiske fremstilling i fig. 1 i. den vedføyde tegning. Dampene av NH^ + C02 + H2 innføres gjennom ledningen 3 og blandes It is known that in order to achieve an even distribution of the vapors plus the absorption liquid, the carbamate condensers operated at the higher pressures are usually arranged as the vertical type with the treatment fluids in the interior of the tubes. The condensation is carried out according to the schematic representation in fig. 1 in. the attached drawing. The vapors of NH^ + CO 2 + H 2 are introduced through line 3 and mixed

i blandeinnretningen 4 med den ammoniumkarbonatløsning som in the mixing device 4 with the ammonium carbonate solution which

kommer fra lavtrykks trinnene og som innføres gjennom ledningen 2. Blandingen passerer som tilførsel gjennom led-, ningen 5 inn i den loddrette kondensator 1 hvor vann, innført gjennom ledningen 6, sirkuleres i kondensatorens kanne. De damper av vann som oppstår kommer fra kappen i kondensatoren i gjennom ledningen 9 og går til. dampsepara-toren 7 hvorfra vann 6 og derved frembragt damp 8 trekkes ut. comes from the low-pressure stages and which is introduced through line 2. The mixture passes as supply through line 5 into the vertical condenser 1 where water, introduced through line 6, is circulated in the condenser's jug. The water vapors that occur come from the jacket in the condenser through line 9 and go to the steam separator 7 from which water 6 and steam 8 produced thereby are extracted.

Den oppløsning av ammoniumkarbamat som frembringes tømmes ut gjennom ledningen 10. The solution of ammonium carbamate that is produced is discharged through line 10.

Når varme fjernes ved fremstilling av damp tilsvarende det som er forklart i det foregående, er det altså anordnet et apparat for separering av den derved frembragte damp, som på passende måte er forbundet med karbamatkondensatoren. When heat is removed by the production of steam corresponding to what has been explained in the foregoing, an apparatus is therefore provided for separating the steam thereby produced, which is suitably connected to the carbamate condenser.

I og med at en jevn fordeling av væsken og dampene er In that an even distribution of the liquid and vapors is

ytterst kritisk for å oppnå en korrekt drift av kondensatoren, og for å oppnå den varme som utvikles ved konden-seringen av dampene av NH^ + CO., + H20 ved det høyeste mulige temperaturnivå, anordnes det vanligvis dyre fordel-ingsanlegg ved varmeveksler-innløpet. extremely critical to achieve correct operation of the condenser, and to achieve the heat developed by the condensation of the vapors of NH^ + CO., + H20 at the highest possible temperature level, usually expensive distribution systems are arranged at heat exchangers the inlet.

Det kreves påpasselighet og arbeidsinnsats.for å sikre en korrekt drift av fordelingsanleggene og å.hindre prefererte strømningsbaner da det ofte opptrer, tilstopping som en følge av krystallisering av karbamatet. Care and effort are required to ensure correct operation of the distribution facilities and to prevent preferred flow paths as clogging as a result of crystallization of the carbamate often occurs.

I tillegg er det meget dyrt å anordne en loddrett varme-veksler p.g.a. de nødvendige bærende konstruksjoner, In addition, it is very expensive to arrange a vertical heat exchanger due to the necessary supporting structures,

spesielt i anlegg med en høy produksjonskapasitet og når det også anordnes en separator for den frembragte damp for fjernelse.av varme. Det er videre meget vanskelig å oppnå especially in plants with a high production capacity and when a separator is also provided for the produced steam to remove heat. Furthermore, it is very difficult to achieve

en jevn fordeling når apparatet blir av store dimensjoner som ved anlegg med stor produksjonskapasitet. an even distribution when the device becomes of large dimensions, such as in plants with a large production capacity.

Det er nå overraskende funnet at hvis den blanding som dannes av den (komprimerte) oppløsning av ammoniumkarbonat som kommer fra lavtrykks trinnet og av dampene av Ntt^, It has now surprisingly been found that if the mixture formed by the (compressed) solution of ammonium carbonate coming from the low-pressure stage and by the vapors of Ntt^,

CO- og H^ O som kommer fra spaltningen av karbamatet ved CO- and H^ O which come from the splitting of the carbamate by

et høyt trykk (trykket i en slik blanding er fra 50 til 300 atm.) innføres i en vannrett rørformet kondensasjonssone med et innløpstrykk på fra 50 til 300 atm. som opprettholdes under et statisk "overtrykk"^P overvinnes lett alle de nevnte ulemper. a high pressure (the pressure in such a mixture is from 50 to 300 atm.) is introduced into a horizontal tubular condensation zone with an inlet pressure of from 50 to 300 atm. which is maintained under a static "overpressure"^P, all the aforementioned disadvantages are easily overcome.

Verdien av A P er fra 0,5 til 5 atm. og kan oppnås med et hvilket som helst system fra kjent teknikk, foretrukket ved hjelp av et statisk "overtrykk" av væske ved utløpet (trykkhøyde AH). The value of A P is from 0.5 to 5 atm. and can be achieved with any system from the known art, preferably by means of a static "excess pressure" of liquid at the outlet (pressure height AH).

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan fordelaktig gjennomføres med en kondensator med en bunt vannrette rør og et statisk væske-overtrykk ved utløpet, hvori forholdet mellom den statiske trykkhøyde AH og diameteren D av den omkrets som omgir de ytterste rør i bunten av vannrette rør mellom 5 og 30, og spesielt omtrent 10. The method according to the invention can advantageously be carried out with a condenser with a bundle of horizontal tubes and a static liquid overpressure at the outlet, in which the ratio between the static pressure head AH and the diameter D of the circumference surrounding the outermost tubes in the bundle of horizontal tubes between 5 and 30, and especially about 10.

Oppløsningen med et væskeinnhold på over 20% kommer inn i rørene og kondenseres og løsningen tømmes ut fra kondensatoren mens kondensasjonsvarmen utnyttes for å frembringe damp i kondensatorkappen. The solution with a liquid content of over 20% enters the pipes and is condensed and the solution is discharged from the condenser while the condensation heat is used to produce steam in the condenser jacket.

Oppfinnelsen beskrives med henvisning til fig. 2 som viser en eksempelvis og foretrukket utførelsesform for et anlegg for gjennomføring av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. The invention is described with reference to fig. 2 which shows an exemplary and preferred embodiment of a plant for carrying out the method according to the invention.

Den vannrette rørkondensator (i) tilføres karbonatløsning (2) som kommer fra lavtrykks-spaltingstrinnene og den gass-formede blanding (3) som utgjøres av CO^ + NH^ + H,,0 The horizontal tube condenser (i) is supplied with carbonate solution (2) which comes from the low-pressure cracking stages and the gaseous mixture (3) which consists of CO^ + NH^ + H,,0

som kommer fra høytrykks-spaltingen av karbamatet. Den vannrette evaporator er utstyrt med et rør 5 for utløpet, which comes from the high-pressure cleavage of the carbamate. The horizontal evaporator is equipped with a pipe 5 for the outlet,

som tillater å overholde den ønskede AH (6) som overvinnes av blandingen av karbonat og de kondenserte damper av NH^, CC>2 og H2O. Den derved fremstilte damp kommer ut fra evaporatoren 1 gjennom røret 4. Fordelene ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er: 1. En reduksjon av investeringskapital (fordelingssystemet avskaffes, de bærende konstruksjoner blir mindre og damp-separatoren sløyfes, idet varmen enkelt fjernes av den fremstilte damp). 2. Det oppnås sikker drift under optimale betingelser, uten noen form for krystallisering eller opptreden av foretrukne strømningsbaner. 3. Varme fjernes ved maksimal temperatur (fremstilling av mer energirik damp) når kondensasjonen finner sted ved et høyt trykk. which allows to comply with the desired AH (6) which is overcome by the mixture of carbonate and the condensed vapors of NH^, CC>2 and H2O. The steam thus produced comes out of the evaporator 1 through the pipe 4. The advantages of the method according to the invention are: 1. A reduction of investment capital (the distribution system is abolished, the load-bearing structures become smaller and the steam separator is bypassed, as the heat is easily removed by the produced steam). 2. Safe operation is achieved under optimal conditions, without any form of crystallization or appearance of preferred flow paths. 3. Heat is removed at maximum temperature (production of more energy-rich steam) when condensation takes place at a high pressure.

Oppfinnelsen skal bedre illustreres ved hjelp av det etter-følgende eksempel. The invention shall be better illustrated by means of the following example.

EKSEMPEL EXAMPLE

Det anvendes en vannrett rørbunt-varmeveksler 1 (se fig. 2) av dampkjeltype. A horizontal tube bundle heat exchanger 1 (see fig. 2) of the steam boiler type is used.

Dampen trer ved et trykk på 150 ata (temperatur = 190°C, strømningstakt = 60 tonn) som kommer fra karbamatspaltings-seksjonen (ikke vist) og som er sammensatt av NH^ + CO2The steam enters at a pressure of 150 ata (temperature = 190°C, flow rate = 60 tonnes) which comes from the carbamate cracking section (not shown) and is composed of NH^ + CO2

H2O, kondenseres i det indre av rør 7 i rørbunten etter at de er blitt blandet med en vanlig løsning 2 av ammoniumkarbonat resirkulert ifra lavtrykksseksjonene og som på for-hånd er komprimert til 150 ata (temperatur av løsningen = 70°C, strømningstakt = 25 tonn). H2O, is condensed in the interior of tubes 7 in the tube bundle after they have been mixed with a normal solution 2 of ammonium carbonate recycled from the low-pressure sections and which has been previously compressed to 150 ata (temperature of the solution = 70°C, flow rate = 25 ton).

Varme fjernes ved koking av væskefasen på kappesiden idet Heat is removed by boiling the liquid phase on the jacket side

resultatet er fremstilling av damp 4. the result is the production of steam 4.

Det opprettholdes et forhold H/D på 10 og under disse betingelser er..rørene i den vannrette rørkondénsator full-stendig fylt med væske og kondensasjonen foregår uten hindringer. A ratio H/D of 10 is maintained and under these conditions the tubes in the horizontal tube condenser are completely filled with liquid and the condensation takes place without obstacles.

Den derved fremstilte damp har en temperatur på 147°C mens The steam thus produced has a temperature of 147°C while

et konvensjonelt apparat ikke kan fremstille damp ved en temperatur høyere enn 138°C. a conventional device cannot produce steam at a temperature higher than 138°C.

Claims

1. Method for the condensation of carbamate during recovery of the condensation heat, in a urea synthesis plant where a mixture with a liquid content greater than 20% is supplied to a condensation zone, consisting of a solution of ammonium carbonate, which comes from a low-pressure stage, and vapors of NH^ .

2. Process as stated in claim 1, characterized in that a horizontal tube bundle condenser is used as a horizontal tube condensation zone in which a liquid column pressure with a pressure height AH is maintained at the exit, which is overcome by the mixture of the condensed vapors of NH^., CO ^ and H20 as well as the solution of ammonium carbonate.

3. Method as stated in claim 2, characterized in that the ratio between the pressure head AH and the total diameter of the tube bundle is between 5 and 30, and preferably about 10.