NO831531L - Fremgangsmaate ved fremstilling av urea. - Google Patents

Abstract

Urea fremstilles fra ammoniakk og karbondioksyd ved forhyet temperatur og trykk i en reaksjonssone og en strippesone. I reaksjonssonen omdannes karbondioksyd og en del av ammoniakken til ammoniumkarbarnat og endel av ammoniumkarbamatet omdannes til urea og hvor den kombinerte omdannelse fører til en netto varmedan-nelse. I strippesonen blir ureaproduktstrømmen inneholdende ikke-omdannet ammoniumkarbamat oppvarmet ved varmeveksling med reaksjonssonen for å spalte en del av ammoniumkarbamatet. I reaksjonssonen får omdannelse : av ammoniumkarbamat til urea forlpe inntil mengden av blandet urea er minst 50% av den mengde urea som ville erholdes ved likevekt under de betingelser som hersker i reaksjonssonen.i

Description

FREMGANGSMÅTE VED FREMSTILLING AV UREA• .

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av urea fra ammoniakk og karbondioksyd ved forhø/de ienperaturer og trykk hvorved netto produsert varme ved urea-sy ntesereaksjonen kan utnyttes mere effektivt.

En fremgangsmåte ved fremstilling av urea som har funnet ut-bredt anvendelse er beskrevet i European Chemical News Ursa

I" ■ L

Supplement av 17. januar 1969, sidene 17-20. I den deri viste ::r|emgangsmåte dannes ureasynteseoppløsningen i en reaksjois-sone som holdes ved høyt trykk og temperatur og blir deretter underkastet en strippebehandling ved' syntesetrykket ved å Oppvarme oppløsningen og bringe den i motstrøms kontakt med

en karbondioksyd strippegass for å spalte hovedandelen av ammoniumkarbamatet i oppløsningen. Den således dannede gass-blLnding inneholdende ammoniakk og'karbondioksyd sammen med strippegassen og en mindre mengde vanndamp fjernes fra den gjenværende ureaproduktstrøm og innføres i en kondensasjohs-sone hvori den kondenseres til å gi en vandig ammoniumkårba-iliåjtoppløsning. Denne vandige karbamatoppløsning såvel som gjenværende ikke-kondenserte gassblanding resirkuleres til jreaksjonssonen for omdannelse til. urea. Kondensasjonen av denne gassblanding som føres tilbake til .reaksjonssonen tilveiebringer den nødvendige varme for omdannelse av ammoniumkarbamatet til urea og det er ikke nødvendig å tilføre ekstern varme til reaksjonssonen. j ■

i Vi armen som er nødvendig for strippebehand-lingen tilveiebringes ved kondensasjon av høytrykksdamp pa utsiden av I-!- ' i rør i en vertikal varmeveksler hvori strippingen finner sted.

I I

I henhold til den nevnte publikasjon er det nødvendig med ca. 1000 kg damp ved et trykk på ca. 25 bar pr. tonn urea.

I praksis har forbruket av høytrykksdamp (25 bar) blitt redu-sert til ca. 850 kg/tonn urea og varmen som anvendes ved strippebehandlingen kan delvis gjenvinnes ved kondensasjon kvj den resulterende gassblanding. Denne kondensasjon finn.er imidlertid sted ved et relativt lavt temperaturnivå hvilket, l fører til at damp med et trykk på kun 3-5 bar produseres,'og! denne damp har relativt liten anvendelse -enten. i prosessen som sådann eller utenfor prosessen. Av denne grunn og spesielt Lora følge av de tiltagende energipriser er det meget ønskelig å redusere forbruket av høytrykksdamp så meget som mulig, og avhengig av lokale betingelser og behov kan det også være Ønskelig å unngå eller i en vesentlig grad å redusere produk-Ljjonen av overskudds-lavtrykksdamp.

Dsh ioet m hfarr igvjæørrt es fvreemd mdet annfoerlsske jeav llkigae rbfamorat slafg ra om ammå onanivakenk de og vakrarmre-r.

-jsi ooro.nm udnenior ekr nsyøhd davrfe. ondr dig å isvtsee id lvfoesritresbilrpapg inegbime ehidai nlddeerlt tinimgd einniks. tkAe e v eføn fordt resktl jiael v lplvrigaaekrmteinsk

«anvendelse. Eksempelvis er det i britisk patent nr. 1.147.73'? vist en fremgangsmåte hvori ammoniumkarbamat og ureasyntese utføres i to påhverandre- følgende reaks jons soner. Fersk amo-kijakk og i det minste en del ferskt karbondioksyd . innmatejs i- den første reaksjonssone og varmen som frigjøres ved dan-I ■ i I ' nelse av ammoniumkarbamat i den første reaksjonssone over-føres via innebygde varmeelementer til ureasynteseoppløsningen i den ■

.son dannes i den andre reaks jonssone, ved et trykk likt ejller. lavere enn det i den første reaks jonssone, hvilket fører rtil I

spaltning av ikke omsatt ammoniumkarbamat. De således danjnede: spaltningsprodukter strippes fra den gjenværende ureaoppløsning ved hjelp av en inert gass.

U.nder utførelse av den kjente fremgangsmåte må fersk ammoriiakk og karbondioksyd forvarmes til en høy temperatur, eksempelvis, til syntesetemperaturen som holdes i den første reaksjonssone,1 for å inneholde tilstrekkelig varme for å bevirke spal-thing av ammoniumkarbamat i str ippesonen. Denne forvarmnijng

.åv reaktantene forbruker en vesentlig mengde av høytrykksi-danpen. Av overskuddsvarmen dannet ved ureasyntesen kan kjun imidlertid en liten del gjenvinnes som damp ved et trykk på

I i . ' ' I over 5 bar via et kjølesystem for den andre reaksjonssone.

En! større del av overskuddsvarmen gjenvinnes ved et relativt

j lalvt temperaturnivå i absorpsjonskolonnen som arbeider ved trykket tilsvarende det for den andre reaksjonssonen, i'hvilken kolonne ammoniakk og karbondioksyd som strippes fra urea-prbduktstrømmen separeres fra den inerte strippegas_s.

DcI aen I , s2 åblaedr eos g dadnennnede e ddamamp p fhiannr er et lrietlen ataivnt venladvet lste ryi kk prpoa seksusmen.

I en annen fremgangsmåte beskrevet i US patent nr. 3.957 .{168 iit::øres ureasyntesereaksjonen inne i skallet til en vertikal rørformet varmeveksler hvori de øvre ender av rørene munner u.t i rommet inne i skallet i varmeveksleren. Ureasyntese-oppløsningen som dannes i reaksjonssonen inne i skallet strømmer_inn og ned på innsiden av rørene hvori ammoniumkar-rjaijiat spaltes ved hjelp av varmen som overføres gjennom rør-veggene .og ammoniakk og karbondioksyd som således.frigjøres strippes fra oppløsningen.

I den hensikt å maksimalisere spaltningen av amnioniumkarbamat e|r det nødvendig å ha reaksjonsvarmen tilgjengelig ved. et så høyt temperaturnivå som mulig,., samt å sikre optimal varmeoverføring til oppløsningen som skal strippes. Forholdsreglene foreslått i det nevnte US patent for å oppnå dette innebefatter aorI ! mt erl! I uaå'drteeivat t sy2hn1tø0ye-t 2s4eNn 5°HC o j -Vg vCOesd t z- rmeipot pltifrongyrkhek on lpud å tfi ø2vr5æe0-s sk6ve0ef0 d aasetemn n .ti , embrpeibearkeahsotjouldrn, e s-iet

sonen, resirkulere en del av gassblandingen som fiernes

■| |.'. J

fra strippesonen til bunnen av reaksjonssonen sammen med en.Jkstra mengde gassblanding som holdes tilgjengelig for relir-kulasjon ved kun.å kondensere en del av den gassformige aijimo-niakk og. karbondioksyd som tilføres reaksjonssonen til amno-riiumkar.barnat. Således vil vekten av produsert urea være relativt liten i forhold til mengdene av ammoniakk og karborid:.oksyd som tilføres reaksjonssonen.

j j Pj.g.a.de høye temperaturer som anvendes ved denne prosess må. konstruksjonsmaterialet tilfredsstille høye standarder med Hensyn til korros jonsresistens. Ytterligere er relativt h^Sye .. investeringsomkostninger nødvendige for utstyret p.g.a. de I . I og . høye anvendte trykk og det er også nødvendig med en spesiell korlstruksjon for den kombinerte reaktor-stripper. Når det i tas hensyn til alle disse faktorer så utviser, denné f remgangsj-mat.e få eller ingen økonomiske fordeler i forhold til den rjeskrevet i European Chemical NewsUrea Supplement, _sqm hår

fui' nnet generell anvendelse.• !

Det©r en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en fremgangsmåte for fremstilling av urea hvori mengden av høytrykksdamp som er nødvendig for spaltning av ikke-I

omdannet ammoniumkarbamat er vesentlig nedsatt og samtid:_g unngå de ulemper som de kjente prosesser er belemret med,

I henhold til oppfinnelsen utføres kondensasjonen av ammoniakk og karbondioksyd i reaksjonssonen i nærvær av relativt store mengder urea og vann, hvilket fører til at den gjennomsnittlige temperatur i reaksjonssonen stiger betraktelig. Reaksjons-vårmen fra reaksjonssonen varmeveksles med. strippesonen hvori varmen utnyttes for å spalte ammoniumkarbamat i pro-duktstrømmen. Når prosessen utføres i henhold til oppfinnelsen vil varmen fra reaksjonssonen være tilgjengelig vea et høyt temperaturnivå og kan mere effektivt utnyttes enn i henhold til teknikkens stand for spaltning og stripping av ammoniumkarbamat i ureaproduktstrømmen.

Mere spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte ved fri emstilling av urea fra kar.bondioksyd og en overskudds-méngde av ammoniakk ved forhøyet temperatur og trykk hvori iminst en del av ureasyntesen effektueres i en reaksjonssone |Som varmeveksler med en strippesone hvori ammoniumkarbamat ispaltes og spaltningsproduktene fjernes fra ureaprodukt-istr-ømmen hvoretter den strippede ureaproduktstrøm bearbeides jtil en ureaoppløsning eller fast urea.

jlI henhold til foreliggende oppfinnelse finner ureasyntesen jsted i'en reaksjonssone i varmevekslerkontakt med strippesonen og hvor ureasyntesen . fortsettes inntil mengden av. I j iprodusert urea er minst 50% av likevektsmengden av urea som I |kå' n erholdes under reaks" jonsbetin<g>elsenesom hersker i r' ei ak-i Isjonssonen. Fortrinnsvis føres ureasyntesen i réaksjonssonen! jinintil et punkt hvor mengden av produsert urea er minst '■70% av det som kunne erholdes ved 1 ikevekt.

For''ytterligere å øke og maksimalt utnytte varmen som fri-

II i-l gj.I øres i reaks jonssonen er det ønskelig å sikre en omhyggIielig røriftg av innholdene i reaksjonssonen, hvilket fører til en havning av temperaturnivået og fremmer varmeoverføring til stjr ippesonen. For dette formål utføres strippingen på kjent Tiåte inne i rør i en vertikal varmeveksler, idet skallsiden av varmeveksleren tjener som reaksjonssone og hvor innhol!de<t>ji reaksjonssonen blandes tilstrekkelig omhyggelig slik atj Jtemperaturf or skj ellen mellom topp og bunn i reaks jonssonen

1 jer ' begrejiset til maksimalt 5 o C. Fortrinnsvis for å maksimIali-sere varmeoverf ør ingen bør denne trykkforskjell holdes på, maksimalt 2 C. I motsetning til fremgangsmåten vist i US patent nr. 3.957.868 så oppnås ved foreliggende fremgangsmåte en effektiv varmeveksling fra reaks jonssonen til strlippe-schen uten behov for ekstremt høye trykk og temperaturer, nen nærmere bestemt. under normale ureasyntesetrykk og terr.pe-raturbetingelser, såsom henholdsvis 125-250 bar og■170-2C5°C . jVeld foreliggende fremgangsmåte er det også mulig å holde 'st r ippesonen og reaks jonssonen ved det samme trykk selv om ,en forbedret varmeoverf ør ing og strippeef f ekt kari oppnås ved å la strippesonen arbeide ved et trykk som er lavere enn det for reaksjonssonen. i i Mengden av ammoniumkarbamat som fremdeles er tilstede i urea-

i synteseoppløsningen dannet i reaksjonssonen kan nedsettes [vid å anvende et . stort overskudd av ammoniakk og lange opp-i jhoI ldstider, slik at en større andel av det dannede ammonij u'm-Ikarbamat omdannes til urea. Dette krever imidlertid en. større i ■■ : ■!'■■■ reaksjonssone i forhold til ureakapasiteten, som i lys av ! IkoI nstruks]onskapasiteten for moderne • ureafremstillingsanl'egg!pa 1500-2000 tonn pr. døgn eller mere, kan føre til konsiruk-

I J i jsjons- og logistiske problemer.

i De' tte dilemma kan unn' gås ved å tillate at ureasynteseopplIøs-ningen dannet i reaksjonssonen fortsatt kan omsettes i en separat etter—reaksjonssone inntil, avhengig av de anvendte |reaksjonsbetingelser, 90-97% av likevektsmengden av urea i som kan dannes under disse betingelser, er oppnådd. Da omdan-nilseshastigheten av. karbamat til urea avtar når. man nærmer seI g likevektsb• etin■ gelsene, vil en fortsatt ureasyntese unider

de samme betingelser som anvendt i reaktorsonen kreve en lang oppholdstid og derfor en større etter-reaksjonssone. '

De ytterligere omkostninger ville oppveie fordelene ved én mindre forøkning i produsert ureamengde. Imidlertid ved a la ureasyntesen i etter -reaksjonssonén og eventuelt også i rlak-sjjonssonen finne sted ved et trykk som er høyere enn trykket veI d hvilken strippebehandlingen utføres vil karbamat-ureaj-likevekten forskyves mot ureasiden, med det resultat at urea-synteseoppløsningen vil inneholde mindre karbamat som må spaltes. Selv en liten trykkforøkelse i reaksjonssonén v:.l

I

føre til en høyere omdannelse, men hvis et høyere trykk anvendes i etter-reaksjonssonén enn i reaksjonssonén er. en trykkforskjell på 10 bar eller mer fordelaktig. I dette tilfellet anvendes fortrinnsvis 125-150 bar i reaksjonssonen mens et trykk på 160-250 bar fortrinnsvis anvendes I i

I . I

etter-reaksjonssonén • og str ippebehandlingen kan finne sted ved.trykket som anvendes i reaksjonssonén.

Hvis varmemengden som er tilgjengelig i reaksjonssonén for overføring til strippesonen er utilstrekkelig, som følge av et for lavt temperaturnivå, for å oppnå et akseptabelt n:.vå for karbamatspaltning og avdrivelse av de således dannede gai sser kan den gjenværende del av ureaproduktstrømmen . som '■! forlater strippesonen og som fremdeles inneholder ammonium-ka! rbamatunderkastes en andre strippebehandling hvor denji-nødvendige varme for spaltning av karbamatet tilføres ved hjelp av damp. Denne andre strippebehandling kan utføres i ! ■ - 1

véi-dtrykket som bibeholdes i den første strippebehandling I, eller et lavere trykk kan anvendes. Eventuelt er det bgsa mulig å behandle kun en del av ureasynteseoppløsningen i strippesonen som varmeveksler med reaksjonssonén, mens den gjenværende del føres direkte til en parallell strippebehandling hvori varmen tilveiebringes ved damp. Det er ogsa muIlig først å strippe ureasynteseoppløsningen under anvendelsejav i ' idal mpoppvarmning og. deretter innføre oppløsningen til. striIppe-jsonen i varmeveksling med reaksjonssonén. ! I j ■ med

Viei (d heunthoføld retlsie l aov ppffrienmngealnsgen småetr edn evt emd uflrig emå stfiolrløinkg e mav en•gudreean!

j I ay varme som utveksles fra reaksjonssonén til strippesonen ved å holde trykket i reaksjonen høyere enn i strippesonen. Når trykket i reaksjonssonén stiger vil kondensasjonen av karbondioksyd og ammoniakk til ammoniumkarbamat finne sted ved en høyere temperatur og følgelig vil mere varme være tilgjengelig for spaltning.av karbamatet i strippesonen. Fortrinnsvis bør trykkforskjellen mellom varmevekslings-reaksjonen og strippesonen være på minst 20 bar. På den annen side ,selv om en trykkforskjell på mer enn 120 bar teo-retisk er mulig,vil denne komplisere konstruksjonen av reaktor-strippe-apparatet. Mere foretrukket bør reaksjonssonén holdes ved et trykk på 40-60 bar høyere enn trykket i strippesonen. Dette tilveiebringer en egnet varmevekslende kraft uten behov for utstyr av mere kompleks konstruksjon og tillater at kompresjon av gass som frigjøres i strippesonen til trykket som hersker i reaksjonssonén kan utføres uten behov for mellomliggende kjøling.

i

Oppfinnelsen skal forklåres nærmere under henvisning til de vedlagte tegninger.

Fig. 1 viser en utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte] ihvori ureasynteseoppløsningen strippes i to påhverandre følgende trinn, idet det første strippetrinn mottar varme ved varmeveksling med reaksjonssonén og det andre trinn mottar varme ved hjelp av damp.

■ i . • . ■ ' ■ ■

iFig. 2 viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvori en | jdel av ureasynteseoppløsningen strippes under anvendelse av j ivarme mottatt ved varmeveksling. fra reaksjonssonén og en . i ! . ' I l gjenværende del av ureasynteseoppløsningen underkastes en separat strippebehandling hvori varmen tilføres fra dampj l '■' ' ■ ■ i ■

Fig. 3 viser en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen ! i ■ ' ■ ' • J hvori en første mindre andel av karbamatet som er. tilstede ji ureasynteseoppløsningen spaltes og utdrives ved dampopp-

' " . og utdri' ves ved -i

varmning og hoveddelen av det gjenværende ammoniumkarbamat ' i ureaoppløsningen strippes ved hjelp av varme tilført vid varmeveksling med reaksjonssonén. ■-

I I i hfvorer elaiv ggfenigdue reenke semanpgel ir er bokisltlauvsetn reA rt en som reaekt tvore-rtstirkaiplpt er skasolml!

og varmevekslerrør hvori skallsiden av varmeveksleren ut-gjør reaksjonssonén og rørene inne i varmeveksleren er strippesonen. Ytterligere i hver av tegningene angir B en' høytrykkskarbamatkondenser, C angir en etter-reaktor, D angir eli varmespalter, E angir en vaskeanordning, F angir en karbon-dioksydkompressor, G en ammoniakkvarmer, H angir en gass-ejektor»K representerer en ammoniakkpumpe og L representerer en karbamatpumpe.

Under henvisning til den første utførelsesform vist i fig. 1 v:.l ureasynteseoppløsningen erholdt fra etter-reaktoren C inineholde ikke omdannet ammoniumkarbamat og fri ammoniakk i I tillegg til urea og vann og denne oppløsning føres via. IrØrledningen 20 inn i strippesonen i reaktorstr.ipperen A hvori den oppvarmes ved.hjelp av varme utvekslet med reaktorsonen og føres motstrøms mot gassformig karbondioksyd. Denne karbondioksyd innføres i bunnen av strippesonen.vil rørledningen 1, karbondioksydkompressoren F og rørledningen |2Jeksempelvis ved et trykk på 240 bar. Luft eller annen

. joksygeninneholdende inert gassblanding tilføres til karbon-jdxoksydet for å holde de rustfrie stålmaterialer i konstruksjon som er i kontakt med karbamatinnéholdende.oppløsninger . ved høy temperatur i en passiv tilstand.. !

I!strippesonen vil varmen som avledes fra reaksjonssonén

i forårsake spaltning av. ammoniumkarbamat under dannelse av en gassformig blanding bestående av ammoniakk, karbondioksyd

■og vanndamp som utdrives fra ureasynteseoppløsningen ved

' ' ' I

strippebehandling og som sammen med ferskt tilført karbon-i ' • ' 1jdioksyd utføres fra strippesonen i reaktorstripperen A via rørledningen 4 . Den gjenværende pppløsning .inneholdende

.ureaproduktet, som fremdeles inneholder en mengde ammonium-, j rkarbamat utføres fra strippesonen via rørledningen 5, ekspan-deres 1 ekspansjonsventilen 6 til et trykk på eksempelvis lhi o bar eller lavere og innføres , i en gass-væskeseparator<j>S| hvori en gassblandingav ammoniakk, karbondioksyd og vanndamp utviklet ved ekspansjonen separeres fra den gjenværinde

, ureaproduktoppløsning. Dette gjenværende ureaprodukt føres gjjénnom rørledningen 7 til varmespalteren G, her vist son ei vertikal rørformet varmeveksler, hvori varme tilføres ved hjjelp av damp ved et trykk på 20-25 bar. I varmespalteren D vil i det vesentlige alt av det gjenværende ammoniumkarbamat i ureaproduktstrømmen spaltes til ammoniakk og karbondioksyd, som sammen med en liten mengde vann utføres som

en gassblanding gjennom rørledningen 8. Ureaproduktoppløs-ningen utføres gjennom rørledningen 9 hvoretter den kan underkastes kjente og vanlige behandlinger for å gi en kon-sentrert ureaoppløsning eller fast urea.

nI iungteføn resolm sessfkoarl mebn ehvanidstle.i s fi igde. t 1a. nidnnrfe ørsetrs iuppreeatprriondn ukttiol ppbulønns-en

mmauv rler n evamaofprolmpyttesløe stprshaønmelidtns ogevgren eejr n entD ni iol m org øvraroøermprnpee enlsmøpeaso. ntlDtisnteegrrt øeemn en r s ofmg orga ed asvtå gdompie upttuelte n ig dgroag å evsnsilene a nr gfsøatsrtrslø^srømemr--.

I det siste tilfellet kan separasjon av gassblandingen som firigjøres ved ekspansjon i ekspansjonsventilen 6.finne sied i toppen av varmespalteren D og en separat gass-væskesepa-rator S. er ikke nødvendig.

En.del av gassblandingen som utføres fra strippedelen av

réaktor-stripperen A gjennom rørledningen 4 innføres i bunnen i i på skall.siden av reaktor-stripperen A, i hvilken reaksjonssonén er .lokalisert, via rørledningen 10 og ejektoren H.j Ejektoren H drives med fersk ammoniakk som tilføres gjennom rørledningen 3 og som er bragt til det ønskede trykk av jpumpen K og den ønskede temperatur i ammoniakkoppvarmeren jG og føres deretter inn i ejektoren H via rørledningen 11.

iDen gjenværende del av gassblandingen utføres fra strippe-I I soI nen gjennom rørledningen 4 o' g innføres til ■ karbamatk.ondien<->jsatoren B via rørledningen 12 og ekspansjonsventilen 13. j. jAmmoniumkarbamatkondenseren B holdes ved det samme trykk !s6m varmespalteren D. Karbamatkondenseren B tilføres via rørledningene 8 og 15, en gassblanding utdrevet fra varme-spalteren D og eventuelt via rørledningene 14 og 15_med en

I ! ■.-li gassblanding separert fra ureaoppløsningen i gass-væskeseparatoren S-^, i de tilfeller hvor en slik separator anvendes. Disse gass-strømmer innmates til karbamatkondenseren B ogj kondenseres delvis i nærvær av karbamatoppløsningen som tjil-•føres gjennom rørledningen 16 fra yaskeanordningen E og..kon-ti ensas jonsvarmen kan gjenvinnes og anvendes for å produsere lamp eksempelvis ved et trykk på 3-6 bar. Den således danjnede

<a;rbamatoppløsning bringes til opp til trykket i reaksjoris-soknen ved hjelp av karbamatpumpen L og innføres via rørlad-ningen 17 i bunnen av reaksjonssonén i reaktor-stripperen; A. Je. n ikke kondenserte gassblanding fra karbamatkondenseren <<B som inneholder en del av de inerte gasser som ble innført

i prosessen sammen med ferskt karbondioksyd og ammoniakk føres til vaskeren E via rørledningen 18.;

1 reaksjonssonén i reaktor-stripperen A innmates en størrje aI ndel av ammoniakk og karbondioksyd via rørledningene 10 jI og ■!I II I via ejektoren H og omdannes til ammoniumkarbamat og en i del av dette ammoniumkarbamat og karbamatet som tilføres fra J xarbamatkondensen B gjennom karbamatpumpen L og rørledningen 17! omdannes til urea og vann. Kondensasjonsreaksjonen som- i danner ammoniumkarbamat er eksoterm og avgir en mengde varme,j . mens omdannelsen- av karbamat til urea og vann er endoterm og i I ■ ' !

fI ori bruker varme. Imidlertid en overskuddsvarme produseres!'ved de kombinerte reaksjonene og denne varme er tilgjengelig;

I j ' .1 foi r spaltning av ikke-omdannet karbamat 1 strippesonen 1 jIreak-;oirstripperen A. Ved at dannelse av karbamat finner sted fi nærvær av en mengde urea og vann ii'henhold til oppfinnelsen kan en høyere temperatur nåes i reaksjonssonén slik at en j større andel av overskuddsvarmen kan overføres til strippe-il ' ■ ! I sonen. Denne effekt er allerede betydelig når det i reaksjons-I I sonen dannes ca. halvparten av likevektsmengden av urea som kan erholdes under de anvendte likevektsbetingelser og effek-ten vil bli sterkere når ureaomdannelsen nærmer seg denne!

I ■! I ;

li iI kevekt. F.eks. i en utførelses; for. m av fremgangsmåten i hen-j hold- til fig. 1 vil ved et trykk pa ca. 250. bar, et molforhold mellom ammoniakk til karbondioksyd på 3,40:1 og et molforhold<1>vann til karbondioksyd på 0,46:1 ca. 50% av likevektsmengden

I ! • I

av urea dannes ved en gjennomsnittlig temperatur i reaksjons-

sonen på ca. 195°C. Med henholdsvis 60%,70%,80% og 90% av likevektsmengden av dannet urea så vil temperaturene være henholdsvis 196°C, 19.9°C, 201°C og 203°C. Temperaturstig-ningen som følge av en høyere omdannelse av ammoniumkarbamat. tjil urea og vann er betydelig med hensyn til temperatur f or-sjkjellen over varmeveksleroverflaten i reaktor-stripperen. Fortrinnsvis vil omdannelsesgraden for karbamat til urea i reaksjonssonén velges slik at det oppnås ca. 70% av like-V|ektstilstanden. En ureaomdannelse til mere enn 90% av likevektsmengden vil imidlertid kreve betydelig lengre oppholdstid som følge av den sterkt nedsatte reaks j onshastighet. Jog vil følgelig kreve et ikke ønskelig stort volum av reaksjonssonén. For et gitt trykk, mengde av overskuddsammoniakk,

molforhold E^ O/ CO^ og oppholdstid vil temperaturen som kan n|ås i reaksjonssonén være fastlagt. Også mengden av gassblandingen som kan innmates via ejektoren H er fastlagt, idet denne mengde påvirker oppholdstiden og således kan varmemengden som overføres ikke ytterligere forøkes ved å øke mengden av denne gassblanding. Ikke utnyttet varme fper-n'es fra prosessen ved å kondensere en del av gassblandingen fjernet fra strippesonen i karbamatkondensen B og vaskeajnord-ningen E og ved å kondensere en del av gassblandingen som ujtføres fra reaksjonssonén gjester reaktoren C og vaskeanord-nlingen E. Innholdet i reaksjonssonén bør blandes intenst ifor å■oppnå en mest mulig jevri varmefordeling og for å maksimalisere varmeoverføringen til strippesonen. En viss blandinp oppnås ved å la gassblandingen og karbamat oppløsningen sjtrøn-me i - opp gjennom reaksjonssonén fra bunn til topp. Imidlert1id ka! n denne blanding og følgelig også varmeoverføringen ti■.l strippesonen ytterligere forbedres ved installasjon av sperreplater, skilleplater og lignende elementer i reaksjonssonén.

D^n vandige ureaoppløsning inneholdende overskudds ammoniakk og ammoniumkarbamat dannet i reaksjonssonén, sammen med

I

ikke-kondensert gass føres via rørledningen 19 til etter<u>rsaktofen C hvori den bibeholdes ved det samme trykk som i reaksjonssonén i reaktor-stripperen A. og ureasyntesen får ij etterreakto.ren C fortsette inntil det er erholdt minstj

90% av likevektsmengden som kan erholdes under reaksjons-betingelsene. Varmen som er nødvendig for denne omdannelse av ammoniumkarbamat til urea' erholdes ved dannelse av en ytterligere mengde ammoniumkarbamat i etterreaktoren fra gassformig ammoniakk og karbondioksyd som innmates via rør-ledningen 19. Den derved erholdte ureasynteseoppløsning

fjøres via rørledningen 20 til strippesonen i reaktorstripperen Aj. Gassblandingen som forlater toppen av etterreaktoren C og som består av inerte gasser, ammoniakk, karbondioksyd og vjanndamp føres via.rørledningene 2.1 og ekspans j onsv.entilen 2i2 til vaskeanordningen E hvori ammoniakk og karbondioksyd gpenvinnes ved det samme trykk som anvendes i varmespalterer D og karbamatkondenseren B ved vasking med vann eller mel en fortynnet oppløsning av ammoniumkarbamat tilført gjennom rørledningen 23, under samtidig fjernelse av absorpsjonsj-varmen. Den gjenværende avgassblånding etter vaskeanordnjingen E utføres via rørledningen 24 og karbamatoppløsningen erholdt i vaskeren E innføres til karbamatkondenseren B gjennom rørledningen. 16. Ved utførelse av fremgangsmåten vist i fig. 1 dg som ovenfor beskrevet kan det oppnås en reduksjon i høytrykksdamp (25.bar) på ca. 10 % i forhold til.jjprosessen beskrevet i European Chamical News Urea j Supplement og den nøyaktige dampinnsparing. vil være avhengig ia<y>de valgte prosessbetingelser. I den viste utførelsesform j

behandles totalmengden av ureasynteseoppløsningen i strippe-j sdnen i reaktor-stripperen A. Imidlertid ér mengden av vkrme tilgjengelig for strippebehandling begrenset slik at kun! enj i relativt lav str ippeef f ekt kan oppnås og en betydelig mejigdej [karbamat vil fremdeles være tilstede og må spaltes og utdri-,

i I ves i varme-spalteren D.

.-i i!!I"

II utførelsesformen vist i fig. 2 deles ureasynteseoppløshin-jgén som dannes i etter-reaktoren C i to deler. En del soii ;eksempelvis utgjør 20-50% av totalmengden innmates til strip-jpesonen i reaktorstripperen A gjennom rørledningen 20 ogj ;den gjenværende del, eksempelvis 50-80% av. totalmengden føres '•'•i i igjennom rørledningen 25 til ekspansjonsventilen 26 og der-betli tanedr ibngleir n gsaom ssb-vlæe suketvseipkalreat tuornden er Se, kfspor anfsjjoernnen ing og av degn agssj-eItI-n- vI ærende ureasynteseoppløsning innføres til varme-spalter1 en D. Mengden av ureasynteseoppløsningen fra etterreaktoren C innmates direkte til strippesonen i reaktorstripperen A slik ajt en normal eller høyere enn normal strippeeffektivitet kan oppnås, tatt i betraktning av tilgjengelig varmemengde for strippebehandlingen, slik at etter ekspansjonen i ekspar-sjonsventilen 6 kan den erholdte ureaproduktstrøm ytterligere bearbeides på kjent måte sammen med en del av ureja-produktstrømmen som føres ut av varmespalteren D. I dette tilfellet vil den totale mengde ammoniakk som er nødvendjig i prosessen innmates til reaksjonssonen i strippe-reaktoren ■ A. Imidlertid om nødvendig kan en del fersk ammoniakk inn-rnates til karbamatkondenseren B gjennom rørledningen 3 9 dg ekspansjonsventilen 40.

Ved utførelse av fremgangsmåten vist i fig. 2 kan det oppnås en reduksjon i høytrykksdamp (25 bari forbruker på 20-60% i

i| forhold til prosessen beskrevet i European Chemical Nejws Uj rea Supplement, igjen vil de aktuelle dampinnsparinger være1avhengig av- de. valgte temperaturbetingelser.

■ I ■

ij utf ørelsesf ormen vist i fig. 3 blir ureaoppløsningen sjorn ui tføres fra etter-reaktoren C først . behandlet -i varmespa!jl-

teren D med damp for å spalte en initial mengde ikke omdjannet ammoniumkarbamat. I denne utførelsesform er varmespalteren skjematisk vist som en medstrøms varme-spalter, men en motstrøms varmespalter kan også anvendes. For å beskytte konstruksjons-mi aterialene mot korrosjon kan luft eller en oksygeninne• h!old--ende inert gass tilføres til•varmespalteren D gjennom rør-ledningen 38 for passivering. I varmespalteren D vil en [del ajv ammoniumkarbamatet spaltes og fjernes fra ureasyntese-sjtrømmen og en del av gassblandingen som således dannes-r'etur.neres gjennom rørledningen 27 til etter-reaktoren Cj. j Dpn gjenværende del av denne gassblånding føres til karbamatkondenseren B via rørledningen ' 35 og ekspans jonsventiilen 3j6. I denne utf ørelsesf orm holdes etter-reaktoren C ved^t høyere trykk enn det i reaksjonssonén i reaktor-stripper|en A^, idet<.'den sistnevnte holdes ved et. trykk på 125-200 ba'r. eksempelvis. 14 0 bar, mens etter-reaktorene holdes ved et'

t<j>rykk på 160-250 bar, eksempelvis 190 bar.

Ureaproduktstrømmen som forlater varmespalteren D vil frem-j d.eles inneholde en del ammoniumkarbamat og føres via rørj-ledningen 28 til ekspansjonsventilen 29 til gass-væskeseparatoren som arbeider ved trykket som hersker i strippe-spnen i reaktorstripperen A, og hvor gassblandingen som utvikles ved ekspansjonen separeres fra ureaproduktstrømmen og innføres til karbamatkondenseren B gjennom rørledningen 30.

Den gjenværende ureaoppløsning som fremdeles inneholder en . del ikke-omdannet karbamat og fri.for ammoniakk innføres via rørledningen 31 til strippesonen i reaktorstripperen aJ. Her vil nesten alt ammoniumkarbamat som fremdeles er til-sjtede i,ureaoppløsningen bli spaltet ved hjelp av varme som overføres,fra reaksjonssonén slik at- ureaoppløsningen som ujtføres gjennom rørledningen 5 kun inneholder en liten mengde gjenværende karbamat, som kan fjernes på kjent måte. I denne utf ørelsesf orm vil gassblandingen inneholdende ijkke-koi ndenserte inerte bestanddeler forlate reaksjonssonén i|ireaktor-stripperen A gjennom rørledningen 19 og 'separerejs fra ureaoppløsningen i gass-v.æskeseparatoren S-, og den gjjen-i I værende ureaoppløsning føres via rørledningen 33 til pumpen M hvori den bringes opptil det trykk som hersker i etteri-reaktoren C og innføres i denne via rørledningen 34. Gasjs-blåndingen som uttrekkes fra gass-væskeseparatoren innmates via rørledningen 32 til karbamatkondenseren B hvorji ammoniakk og karbondioksyd kondenseres ut. De inerte gasser fra karbamatkondensatoren B utført via rørledningen 37 såvel spm inerte gasser fra etterreaktoren C utført via rørled-ningen. 21. og ekspans jonsventilen 22 innføres. til vasker.én E; og hvor tilstedeværende ammoniakk og karbondioksyd i de inerte gasser fjernes ved vasking med en fortynnet karbanat-j

i oppløsning innført gjennom rørledningen 23-

'i utførelsesformen vist i fig. 3 fortsetter ureaoppløsninger r f- reI a a . krtoeraken sjC onvsesd oneén t hi øyreerake totrry-kstk reipnnpe.dreen t A i rog eakresajgonerse soni eJejt, -te.i--

I I ■ ! ...slik at en høyere omdannelsesgrad av ammoniumkarbamat tijl urea oppnås og følgelig må en mindre mengde karbamat spaltes. Diet er imidlertid også mulig å utføre etter-reaksjonen ved djet samme tr.ykk som anvendes i reaksjonssonén. Selv om epS|tørre mengde karbamat da vil måtte spaltes så oppnås den fjordel at separatorene S2 og S^ og pumpen M såvel til-hørende rørledninger, ventiler og måle- og kontrollinstru-menter kan utelates.

Eksempel Urea ble fremstilt i henhold til fremgangsmåten vist i fig.

2 som ovenfor beskrevet. For hvert tonn urea som ble fremstilt ble innmatet 567 kg ammoniakk ved en temperatur på 120 C til reaksjonssonén i reaktor-stripperen A via ammojniajjk-pjumpen K og ammoniakkoppvarmeren G og 733 kg karbondioksyd op 29 kg inert gass (hovedsakelig luft), ble innmatet til strippesonen i reaktor-stripperen A gjennom karbondioksyd-kpmpressoren F. Trykket i begge soner i reaktor-stripperlen A<j>ble holdt ved 240 bar. Til reaksjonssonén ble ytterligere innmatet, via. ejektoren H en gassblanding bestående av 212 kg ammoniakk, 651 kg karbondioksyd, 13 kg vann og 23 kg

inert gass og via karbamatpumpen L ble innført.1540 kg

ay en karbamatoppløsning- bestående av 818 kg ammoniakk,

562 kg karbondioksyd og 204 kg vann. Volumet i reaksjons-SDnen og følgelig oppholdstiden var slik at ved et trykk •i denne på 24 0 bar og med en tilhørende temperatur på ca. 2pO°C ble det dannet en gass-væskeblanding i hvilken væske-fasen bestod ay 800 kg urea, 109 kg ammoniakk, 524 kg karbondioksyd og 449 kg vann og gassfasen bestod av 135 kg ammjD-niakk, 102 kg karbondioksyd, .8 kg vanndamp og 23 kg inerjte bestanddeler.

Mengden av urea dannet i reaksjonssonén er ca. 76% av den mengde urea som kunne erho.ldes hvis omdannelsen fikk forj-løpe til likevekt. Denne gass-væskeblanding ble innført i etterreaktoren C via rørledningen 19 for ytterligere om-setning hvori en ureasynteseoppløsning bestående av 10001 kg i i urea, 913 kg ammoniakk, 393 kg karbondioksyd og 510 kg vann ble dannet. Ca.. 3 2,5 vekt% av denne ureasynteseoppløsning føres til strippesonen i reaktorstripperen A via rørledningen 20 ■ mens den gjenværende del etter ekspansjon til et trykk 1 ■il■ på 14 0 bar innmates til gass-væskeseparatoren S-^.

strippesonen vil hoveddelen av tilstedeværende karbamat .

■ tilstede i den innførte ureaoppløsning spaltes'. Ammoniakk og karbondioksyd som derved frigjøres utdrives ved stripping med karbondioksyd innført til strippesonen gjennom rørled-ningen 2, hvilket fører til utførsel _av 1124 kg av en gass-

abmr jlmaonndiinakg kg, je8n1n4 om kg rkøarrlbedonndinigoken syd4 , og 16 bkeg stvåeanndn e og av 29 26k5 g kginert

gass. Ca. 80 vekt%- av denne gassblanding innføres til reak-sgonssonen i reaktorstripperen A via rørledningen 10 og den gjenværende del, etter ekspansjon til 140 bar, føres til karbamatkondenseren B. Den gjenværende ureaproduktstrøm S3m utføres fra strippesonen i reaktorstripperen A inne- . holder i tillegg til 325 kg urea og. 150 kg vann kun, 32 ktj ammoniakk og 4 7 kg karbondioksyd.

I gass-væskeseparatoren S-^separeres 184 kg av gassblandingen spm ble utviklet ved ekspansjon av ureasynteseoppløsningen fra etter-reaktoren C fra 240 bar til 140 bar fra 1716 kg ggenværende ureaprdduktoppløsning. Denne ureaproduktopp-1 lø' sning bestod av 675 kg urea, 4 94 kg ammoniakk og 213 kgI karbondioksyd idet resten utgjordes av vann. Denne oppløs-I nlng ble oppvarmet til 210 C i medstrømsvarmespalteren D. hvilket førte til spaltning av en ytterligere mengde amnonium-karbamat og utvikling av ammoniakk og karbondioksyd i gass-f<p>rm. Den resulterende gassblanding inneholdt 268 kg ammoniakk, 163 kg karbondioksyd og 30 kg vann. Den gjenvær ende ■ ur eaj-prI oduktoppløsning som fø' res u■t av varmespalteren D bestod a-v 6p5 kg urea, 304 kg vann, 226 kg ammoniakk og 50 kg karbondioksyd. Varmen som var nødvendig for spaltning og fjerning! aj/ avgassene i varme-spalteren D tilveiebringes av 354 kb o<y>erhetet damp med en temperatur på ca. 300 C og et trykk på 26 bar. Fra kondensasjonen som finner sted-i karbamat'-koindenseren D av gassblandingene som tilføres denne fra D sjtrfripigpejøsornees nt, iglastsrse-vkkæesklieg sevpaarrmate ortein l å S-^ goi g 5v5a0 rmkg esmpaelttteerten dai mp ved et trykk på 3,5 bar.. ■•.i!.'

Claims (1)

1. il Fremgangsmåte ved fremstilling av urea fra ammoniakk og karbondioksyd ved forhøyet temperatur og trykk i en reaki sjonssone og en strippesone og hvor karbondioksyd og en del av ammoniakken i reaksjonssonén omdannes til ammoniumkarbamat og en del av ammoniumkarbamatet omdannes til uria under dannelse av et reaksjonssoneavløp inneholdende ureaprodukt, ikke-omdannet ammoniumkarbamat og et overskudd av ammoniakk, og hvor omdannelsen resulterer i netto dannelse i [! ■ [av varme og hvor ureaproduktstrømmen inneholdende ikke om-Jsatt ammoniumkarbamat i strippesonen oppvarmes for å spalte jijdet minste en del av ammoniumkarbamatet ved varmen som [utveksles med reaksjonssonén og strippes for å fjerne således dannet gassformig ammoniakk og karbondioksyd fra ureaprodukt-strømmen, karakterisert ved at omdan-

   ! . I nelsén av ammoniumkarbamat til urea i reaksjonssonén fort-

   séttes inntil det erholdes en ureamengde som er. minst 50% j

   !'.'•.. i l av den mengde urea som ville oppnås ved likevekt under reak-sjonsbetingelsene i reaksjonssonén.

   I 1, r ■ t e' i 2 J Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakter i-i sert ved at omdannelsen av ammoniumkarbamat til ;

   urea i reaksjonssonén fortsettes inntil mengden av dannet ;

   i '' i urI ea er minst . 70. % av den mengde urea som ville erholde' • s !!

   ved likevekt under reasksjonsbetingelsene som hersker i reak-^ fl-, ■

   j <Sj> ^ <onssonen.> | 3-J Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, ka ra' k teri.r sle r t ved at innholdene i reaksjonssonén blandes j 'intenst.

   i 4 i Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert jvje. d at reaksjonssonén og strippesonen er anordnet j inI n.e . i et vertikalt rør og skallvarmeveksler, idet strippI e- I sonen er lokalisert inne i rørene i varmevekslerene og reaksjonssonén forefinnes inne i skallet--i varmeveksler sonen 'og hvor temperaturforskjellen mellom topp og bunn i. reaksjonssonén holdes på maksimalt 5°C.

   v5. eFd remgaant gtsmemåptee raitfuørlgfoe rksrkajv ell4■e, n mkelalom ratopkp tog erbunin si erréatk-sjonssonen begrenses til maksimalt 2°C.

   6. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-5, karakterisert ved at reaksjonssonén holdes ved et trykk i området 125-250 bar og ved en temperatur i området 170-205°C.

   7. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-6, karakterisert , ved at trykket i reaksjonssonén holdes ved jdet samme trykk som i strippesonen.

   8. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-7, karakterisert ved at reaksjonssoneavløpet innføres til en etlter-reaksjonssone hvori en ytterligere andel ammonium-kc .rbamat omdannes til urea til å gi en ureaproduktstrøm inneholdende urea i en mengde på minst 9 0 % av den ureamengde som ville dannes ved likevekt under betingelsene som hersker i etter-reaksjonssonen.

   9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert v je d at trykket i etter-reaksjonssonen er høyere enn trykket i reaksjonssonén.

   I I ■ • i. J

   IQ. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakter is'ejr t jv je d at det i reaksjonssonén holdes et trykk i området 12 <5> -200 bar og i etter-reaksjonssonen holdes et trykk på i 160-250 bar.

   i I ■ ' ' I 11. Fremgangsmåte ifølge kravene 8-10, karakter i-j

   s je r t v e d at ureaprdduktstrømmen fra etter-reaksjons-j-

   scjnen oppvarmes til en temperatur i området 18 0-210°C hvojr- <y> ed en del av ikke omdannet ammoniumkarbamat spaltes og j

   den derved dannede gassblanding separeres fra den gjenværende.

   Ureaproduktstrø m, idet den gjenværeiide ureaproduktstrøm Jnne| holdende ikke omdannet ammoniumkarbamat . og fri aimTiqniakk Jinnj- føres i strippesonen.

   12. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-11, karakterisert ved at uréaproduktstrømmen fra strippesonen innføres i en andre strippesone hvori ytterligere ammoniumkarbamat spaltes og fjernes, fra uréaproduktstrømmen.

   13. Fremgangsmåte ifølge kravene 8-10, karakterisert ., ved at kun en del av uréaproduktstrømmen fra etter-reaksjonssonen- innføres i strippesonen og den gjenværende del av uréaproduktstrømmen fra etter-reaksjonssonen innføres i en andre strippesone hvori ammoniumkarbamat spaltes .

   1 < . Fremgangsmåte ifølge kravene 12 eller 13, karakterisert ved at den andre strippesone holdes ved et lavere trykk enn strippesonen.

   15. Fremgangsmåte ved fremstilling av urea i det. vesentlige som beskrevet og illustrert i tegningene.

   16. Fremgangsmåte ved fremstilling av urea i det vesentlige som beskrevet og forklart under henvisning, til eksemplene.

   |17. Urea og ureaoppløsninger erholdt ved fremgangsmåten i ;,hei nhold til hvilket som helst av de ■foregående krav.