NO831532L - Fremgangsmaate ved fremstilling av urea. - Google Patents

Description

i .F1 RE■ MGANGSMÅTE V- ED FREMSTILLING AV UREA ■<->'<ji>l

i

I

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved fremstilling av urea fra.ammoniakk og karbondioksyd ved for-j høyede temperaturer og trykk, hvorved netto varme produsért i ved ureasyntesereaks]onen kan utnyttes mere effektivt. j j

En fremgangsmåte for. fremstilling av urea som har funnet stor praktisk anvendelse er beskrevet i European Chemical News Drea Supplement, januar 17, 1969, sidene 17-20. I hjenhold til den beskrevne fremgangsmåte dannes ureasynte.se-oppløsriingen i en reaksjonssone som holdes ved et trykk og hjI øy temperatur og som derette' r underkastes en strippebeh'and-lji in• g ved syntesetrykket ved å oppva• rme denne • oppløsning 'pg bringe den i motstrømskontakt med en karbondioksyd strippe-gjass for å spalte hovedandelen av tilstedeværende. ammoniumkarbamat. Den'således dannede gassblanding, inneholdende<1>

I..'- 1 ammoniakk og karbondioksyd sammen med strippegassen og en jmindre mengde vanndamp, fjernes fra den gjenværende urea- | . produktstrøm og innføres i en kondensasjonssone hvori de(n i o kondenseres til å gi en vandig ammoniumkarbamatoppløsning. i Den vandige karbamatoppløsning såvel som gjenværende ikke-

kbndensert gassblanding resirkuleres- til. reaks jonssonen |for i omdannelse til urea. Kondensasjonen av denne gassblanding-! som fører tilbake til reaksjonssonen tilveiebringer den i ':

nødvendige varme for omdannelse av- ammoniumkarbarnat til i urea.og det er ikke noe behov for å tilføre reaksjonssonen j ekstern varme. Varme nødvendig for strippebehandlingen til-j .veiebringes ved kondensasjonen av h.øytrykksdampen på utsiden ay rør i en vertikal varmeveksler i hvilken strippingen • i finner sted. I henhold til den nevnte publikasjon kreves, J det ca. 1000 kg damp ved et trykk ■ på ca. 25 bar pr. tonn,:'i<u>rea. I praksis har forbruket av høytrykksdamp (25 bar) ' j1'blitt redusert til ca. 850 kg/tonn urea og varmen anvendt. ved strippebehandlingen kan delvis gjenvinnes ved kondensa-: sjon av den resulterende gassblanding. Denne kondensasjon I 1 ■ ■ o, fii nner imidlertid sted ved et relativt lavt temperaturni1 v• å, Ii hvilket fører til at det dannes damp méd et trykk pa kun

I!I

3-5 bar. For denne damp finnes det liten anvendelse ..enten ni i .'i

innen denne prosess eller utenom prosessen. Av denne grunn cg spesielt i lys av de kontinuerlig stigende energipriser

er det meget.ønskelig å nedsette forbruket av høytrykksdamp så meget som mulig og avhengig av lokale betingelser og

tlehov kan det være ønskelig både å unngå eller i vesentlig grad å redusere produksjonen av overskudd av lavtrykksdamp.

Det er fremført forskjellige forslag.for å anvende varmen

som frigjøres ved dannelse av karbamat fra ammoniakk og karbondioksyd. for å tilveiebringe i det minste en del av varmebehovet ved strippebehandlingen. Av forskjellige grun-ner har imidlertid disse forslag ikke funnet praktisk ari-véndelse. Eksempelvis er det i britisk patent nr. 1.147.] 734 Ari st en fremgangsmåte hvorved ammoniumkarbamat og ureasynte=e utføres i to påhverandre følgende reaksjonssoner. Fersk aJ m■ moniakk og i det minste del ferskt karbondioksyd i■ nnmåItes"i den første reaksjonssone og varmen som frigjøres ved | dannelse av ammoniumkarbamat i. denne første reaksjonssoAe

iverføres via innebygde varmevekslerelementer, til ureasyn-"treseoppløsningen som dannes i den andre reaksjonssone ved et trykk lik eller lavere enn det i den første reaksjbnisonje> hvilket fører til spaltning av ikke omsatt ammoniumkarbamat!. ile således dannede spaltningsprodukter strippes fra denjgjen-i ' værende ureaoppløsning ved hjelp av en inert.gass. j<1>

I 'il' Ved utførelse av denne kjente fremgangsmåte må fersk ammo- I niakk og karbondioksyd forvarmes til en høy temperatur,' i eksempelvis til syntesetemperaturen som bibeholdes i den

S I ''li' ! første reaks jonssone,. for å ha tilstrekkelig varme til a!

\ tilveiebringe spaltning av ammoniumkarbamat i strippesonen.:

I<I>' j Ebenne forvarming av reaktantene forbruker en betydelig mengde ! høytrykksdamp. Av overskuddsvarmen dannet ved ureasyntesen |<1>!

kan imidlertid kun en liten andel gjenvinnes som damp ved ei t . ' trykk på ca. 5 bar via kjøl' esysteme■ t for den andre rei ak-r1 sjonssone. En stor del av denne overskuddsvarme gjenvinnes i ved et relativt lavt temperaturnivå i absorpsjonskolonnen ;

-I i<!>som.arbeider ved trykket for den andre reaksjonssone, i.hvil-"

i • ■ .. ' i ;

ken kolonne ammoniakk og karbondioksyd strippet fra urea-_produktstrømmen separeres fra den inerte strippegass. Den

således dannede damp har et relativt lavt trykk på kun ca.

2 bar, som finner liten anvendelse i prosessen. I en annen f:remgangsmåte vist i US patent nr. 3 .957,868 utføres urea-syn teser eaks-j onen i skallet inne i en vertikal rørformetl vkrmeveksler hvori rørenes øvre ender munner ut inne i rom-met inne i skallet i varmeveksleren. Ureasynteseoppløsnihgén;

som dannes på innsiden av skallet strømmer inn i og ned på j imersidén av rørene hvori ammoniumkarbonat spaltes ved j hjelp av varmen fra reaksjonen som overføres gjennom rør-veggene og den således frigjorte ammoniakk og karbondioksyd i strippes fra oppløsningen. iJ

- i

- . i

For å maksimalisere spaltningen av ammoniumkarbamat er det nødvendig å ha reaksjonsvarmen tilgjengelig- ved et så høy<i>t temperaturnivå som mulig, samt også for å si• kre • en optimal oj/erføring av varme til oppløsningen som skal strippes. Le forholdsregler som er foreslått i dette patent for å oppnå dette innebefatter å utføre ureasyntesen og strippingen Jvéd en ! tempera2 tur i området 210-245°C og ved et trykk på 250;' - 600 kp/cm , bibeholde et relativt høyt NH3 -./C0 2 molforhol■ Id i L i ' ■-^. ■ • i j væskefasen i reaksjonen, samt å resirkulere en del av gassblandingen fjernet fra strippesonen til bunnen av reaksj<p>ns-sbnen sammen med en ekstra mengde gassblanding, som holdes i tilgjengelig for .resirkulasjon ved kondensering av kun en j del av -den gassformige ammoniakk og karbondioksyd som til-føres ammoniumkarbamatreaksjonssonen. Vekten av produsert i uri I ea vil ■ såo ledes være - lav i fo- rh• old t■ il mengdene av . amm' o- 1 In• iak!k oj karbondioksyd som tilføres reaksjonssonen. !

Som følge av de høye temperaturer som anvendes i denne' frem4 !gkj ngsmåte må kons■ truksjonsmaterialene tilfredsstille høyi e I!

kprrosjonsresistensstandarder. Ytterligere er det nødvendig | med relativt store investeringsomkostninger for utstyret ■ pj. g . a . de høye anvendte trykk, samt for den spesielle kon- j struks jon av den kombinerte reaktor-str ippeanordning.. Nåi r. ij alle disse faktorer tas i betraktning vil den kjente frem- j

gangsmåte ved praktisk utøvelse utvise liten eller ingen | J-fordel fremfor fremgangsmåten beskrevet i European Chemical !:News Urea Supplement, som har funnet, generell anvendelse.

ni r. i

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveieL bringe en fremgangsmåte ved fremstilling av urea hvori mkng-dén av høytrykksdamp som er nødvendig for spaltning av ikke-omdannet.'ammoniumkarbamat er vesentlig redusert, samtidigimad at de kjente fremgangsmåters ulemper unngås. 1

D: ,is' se hensikter o■ pp' nås i henhold til foreliggende oppfi■ nnIi-else hvori en oppløsning inneholdende ammoniumkarbamat ocj ijkke. omdannet ammoniakk i- en reaks jonssone dannes ved enj høy temperatur og høytrykket fra karbondioksyd og overskudd ajv' ammoniakk ammoniumkarbamatet delvis omdannes til u|rea,j og i det minste en del av den erholdte karbamatinrieholdei nde |i ureasynteseoppløsning underkastes en strippebehandling i! en strippesone hvori den nødvendige varme erholdes ved varme-vek.sling med reaksjonssonen hvori karbamatet dannes og den

strippede ureasynteseoppløsning bearbeides til å gi ureaj-

produktet enten som en oppløsning eller faststoff. I henhold tjil oppfinnelsen holdes strippesonen ved et lavere trykk j enn trykket i reaksjonssonen som varmeveksler med strippe- i spnen, idet reaksjonssonen bibeholdes ved et trykk på 125- J 250 bar. ]

i Kondensasjonen av ammoniakk og karbondioksyd i reaksjons- i spnen utføres fortrinnsvis i nærvær av relativt store i mengder urea og vann, hvilket forårsaker at en g'jennomsnitt-llig temperatur i reaksjonssonen stiger betydelig. Reaksjons-f vjarmen fra reaks jonssonen utveksles med strippesonen hvori varmen utnyttes for. å spalte ammoniumkarbamat i ureaprodukt-f strømmen ved et trykk mindre enn trykket som' hersker i . 1 j reaksjonssonen. Når fremgangsmåten utføres på denne måteVjil reaks j onsvarmen fra reaks jonssonen være tilgjengelig v,ed et høyt temperaturnivå og kan mere effektivt utnyttes i e|nn det som er kjent ved spaltning og stripping av ammoniumkarbamat fra ureaproduktstrømmen. j

Når trykket i reaksjonssonen øker vil kondenseringen av ' i karbondioksyd og ammoniakk til ammoniumkarbamat finne' sted.; ved høyere temperaturer og følgelig vil mere varme være ! , j tii lgjengelig for spaltning-av karbamatet i strippesonen■ .! i I! Fortrinnsvis bør det være en trykkforskjell mellom varme-l v! e"i ksler reaksjonssonen og strippesonen på minst ca. 20 bari , h1 vilket fører til en tilstrekkelig høy gjennomsnittlig temi pe-]■ I ii rI atI urforskjei1 og " således drivende kraft mellom de to sonei r j'for effektiv varmeveksling. En trykkforskjell på mere enn1 ' 11 20 i bar er teoretisk mulig men dette kompliserer konstruk-i - Ii sjpnen av reaktor-strippeapparatet. Mere fordelaktig bør | i rekksjonssonen holdes ved et trykk på 40-60 bar høyere enn j

det i strippesonen. Dette tilveiebringer en passende drivende.

kraft for varmevekslingen uten behov for utstyr av mer kom-pleks konstruksjon og ytterligere utviser den fordel fremfor anvendelse av høyere trykkforskjeller at gassblandingen som i i frigjøres i lavtrykksstrippesonen ikke behøver å komprimeres i i

til et så høyt trykk for resirkulering til reaks jonssonen1.

Når trykkdifferansen er i området 40-60 bar kan gassblandingen

komprimeres uten behov for den mellomliggende kjøling, mens i1 - r! eaks jonssonen vil varmen likevel være tilgjengelig med1<i>i!

eti tilstrekkelig høyt temperaturnivå. |

Mengden av varme som overføres fra reaksjonssonen til strippesonen kan forøkes ved å omdanne, i reaksjonssonen, en mengde! karbamat til urea og vann. Som følge av tilstedeværelsen ; , avi urea og vannet, i hvilket ammoniakk og karbondioksyd er j 1 -i absorbert og dannet ammoniumkarbamat oppløses vil temperaturen i reaksjonssonen stige en ytterligere mengde. Avhengig av trykket som bibeholdes i reaksjonssonen kan denne temperatur-<1>I o forøkelse være i omradet 10-20 C.

i ■ , For ytterligere å forøke og maksimalt utnytte varmen som frigjøres i reaksjonssonen er det ønskelig å sikre en omhyggelig blanding av innholdene i reaksjonssonen, hvilket i

har den effekt at temperaturen stiger og fremmer en forøket

varmeoverføring til strippesonen. For dette formål kan strip-

pingen utføres på kjent måte inne i rør i en vertikal varmeveksler, mens skallsiden av varmeveksleren tjener som reak-

sjonssone og innholdene av reaksjonssonen blandes tilstrekke-

lig slik at temperaturforskjellen mellom bunn og topp av : ireaksjonssonen er begrenset til maksimalt 5°. Fortrinnsvis for å maksimalisere varmeoverføringen bør denne temperatur-

I o !' forskjell holde maksimalt på ca. 2 C.

Oppfinnelsen skal beskrives ved hjelp av tegningene i fig. Fig. 1 viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvori urea| fremstilles i to trinn, hvert ved det samme trykk og hvor) er del av gassblandingen som erholdes i strippesonen til4 feires reaksjonssonen som utveksler varme med. strippesoneri. Fig..2 viser en tilsvarende utførelsesform.for fremstilling a\j urea i to trinn hvori det andre reaksjonstrinn utføres veid et lavere trykk enn for det første. j Fig. 3 viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvori strippingen utføres i to påhverandre følgende trinn. j

I

Fig. 4 viser en utførelsesform av oppfinnelsen hvori strip- j pmgen utføres i to strippesoner anordnet parallelt. | j

i ; I hver av tegningene er apparatet betegnet med. bokstaven A én reaktor-stripper vist som et vertikalt skall og varme-f | vekslerrør anordnet deri og hvor reaksjonssonen er inne-; I ' ■ ■ ■ 'i lukket inne i skallet og strippesonen er inne i rørene. \ I' hver figur angir B en karbamatkondensator, C en etter-l , reaktor, D en varmespalter, E en vasker og utstyret betegnet' . méd. bokstavene F,'G,H og K er henholdsvis en karbondioksyd- ! kompressor, en ammoniakkoppvarmer, en ejekhor og. en ammoniakk-'■ " ' ■ ■ i i jpumpe, L er en karbamatpumpe, M en gasskompressor og N en ytterligere ejektor..

: ■ i'i

i eoI mn duuatrnføneraeet sylnksetaresbfsoaemormpapet n løog asv nfirnopg i pfaimnimnnnoeehnolialsdken k envdve iia sut rrøei rafl, eigdvna. ninn1 g, einn inkkf3øe1 r- eins i' n .;j,

•li'strippesonen i reaktorstripperen A hvori den oppvarmes og føres motstrøms mot en gass-strøm av karbondioksyd. ! 'Karbondioksydet tilføres gjennom rørledningen 1, komprimert t:.l et trykk på eksempelvis 140 bar ved hjelp av kompressorenSog innføres i strippesonen via rørledningen 2. Luft eller '

annen oksygeninnholdende inert gassblanding tilføres til karbondioksydet for å holde materialene som bringes i kontakt mid de ammoniumkarbamatinneholdende oppløsninger ved høye temperaturer i en passiv tilstand. Varmen som er nødvendig for spaltning av ammoniumkarbamatet i strippesonen tilføres, ved varmeveksling fra reaksjonssonen og den således dannede gassblanding av ammoniakk og karbondioksyd, sammen med fersk; t:.Iført karbondioksyd avdrives fra synteseoppløsningen og utføres_fra strippesonen i reaktor-stripperen A via rørledningen. 4.. Den strippede ureaproduktstrøm fjernes fra. strippe-scinen via rørledningen 5 og behandles deretter på kjent måte fcjr å fjerne den lille mengde tilstedeværende ammoniumkarbamat og béarbeides ytterligere til å gi en konsentrert urea-oppløsning eller fast urea.

Gassblandingen som utføres fra strippesonen via rørledningen 4 bringes til et høyere trykk eksempelvis 190 bar ved hjelp av kompressoren M, og blir deretter delt i to deler. En

del føres via' rørledningen 10 til bunnen av reaksjonssonen inne i skallet i reaktor-stripperen A, den andre del til-føres via rørledningen 12 til karbamatkondensatoren B, som hdldes ved det samme trykk som reaksjonssonen. Ammoniakk som er nødvendig for syntesereaksjonen tilføres hovedsakelig direkte til' reaksjonssonen via rørledningen 3, pumpen K, ammoniakkvarmeren G og rørledningen 11. Imidlertid vil en dil av den nødvendige ammoniakkmengde også tilføres via rø|rledningen 39 til karbamatkondensatoren B. I karbamat-kdndensatoren B vil gassblandingen som tilføres fra strippesonen via rørledningen 12 delvis kondenseres i nærvær av åftimoniumkarbamatoppløsningen tilført gjennom rørledningen i I 16'fra vaskeanordningen E og fersk ammoniakk tilført gjennom rorledningen 3 9 og kondensasjonsvarmen fjernes og utnyttes feir fremstilling av damp, eksempelvis' ved 3-6 bar. Hvis c.et , hydrostatiske trykk er utilstrekkelig til'å transportere |karbamatoppløsninge.n fra vaskeren E til karbamatkondensatoren p Isom følge av for liten nivåforskjell mellom de to appaiat-J

. 'deier kan ejektoren E som drives av ammoniakken .tilført c jehf hom rørledningeh 139 utnyttes for å Være behjelpelig med cenns [trjansport'.. J

(H I-V i -M

Ammoniumkarbamatoppløsningen dannet i karbamatkondensatoren B føres via rørledningen 17 til bunnen av reaksjonssonen av reaktor-stripperen A. I denne reaksjonssone vil en en stor

del av ammoniakken og karbondioksydet tilføres via rørledningene 10 og 11 omdannes til ammoniumkarbamat og denne ammoniumkarbamat sammen med ammoniumkarbamat som inneholdes i karbamat-oppløsningen som tilføres gjennom rørledningen 17 blir'del-

vis omdannet til urea og vann. Denne omdannelse av ammoniakk og karbondioksyd til ammoniumkarbamat er en eksoterm reaksjon som frigjør varme, mens omdannelsen avkarbamat til urea og vann er en endoterm reaksjon som forbruker varme. Nettoreak-s;onen vil imidlertid føre til overskuddsvarme som overføres ved varmeveksling fra reaksjonssonen til strippesonen i reaktor-stripperen A.

I og med at dannelse av ammoniumkarbamat og urea i henhold

til foreliggende oppfinnelse utføres i reaktorsonen ved et trykk som ér: høyere enn det som holdes i strippesonen vi!, overskuddsvarme være tilgjengelig ved ét relativt høyt temperaturnivå. Følgelig kan en betydelig andel av ammonium-klrbamatet som er tilstede i ureaproduktoppløsningen, ti!.ført til strippesonen via rørledningen 31 spaltes uten tilførsel, av ytre varme fra en ekstern kilde..

Ytterligere ved å fortsette omdannelsen av ammoniumkarbamat, til urea og vann i reaksjonssonen inntil mer enn halvparten jav den oppnåelige likevektsmengde, under de anvendte reak-sjonsbetingelser, er dannet vil en ytterligere temperatur- i forøkning. i'reaksjonssonen oppnås og mengden av overskuddsvarme som overføres til strippesonen øker. Denne effekt ti.ltar når reaks j onsgraden i syntesesonen beveger seg yt ;er- . ligere mot likevektstilstanden. Eksempelvis i en .typisk utførelsesform av fremgangsmåten i henhold til fig. 1 et trykk på .240 bar-, et molforhold mellom ammoniakk, til karbondioksyd på'3,40:1 og et molforhold mellom vann og karbondioksyd på 0,46:1 vil ca. 50 % av likevektsmengden .av urea ib'dannes ved en midlere.temperatur i reaksjonssonen på 195 C.

For 60 %, 70 '%, 80 % og 90 % av likevektsmengden av dannet ' urea vil temperaturene henholdsvis være 196, 199, 201 ogj

•'Hi.' r-s:.

2D3°C. Temperaturøkningen som følger av denne høyere omdann-. else av ammoniumkarbamat til urea og vann er betydelig i forhold til temperaturforskjellen over varmeveksleroverflåtene i reaktorstripperen. Generelt kan betingelsene velges slik a: mengden av dannet urea er større enn ca. 7 0% av den som vil kunne erholdes ved likevekt. Imidlertid som følge av den sterkt nedsatte omdannelseshastighet når ureadannelsen nær-mer seg likevekt, så vil en' omdannelse av urea utover 90% av likeyektsmengden kreve betydelige lengre oppholdstide:: og følgelig et ikke oppnåelig stort volum i reaksjonssonen.

Ved et gitt trykk i reaksjonssonen er mengden av overskudds-ammoniakk, molforholdet l^O/CG^og oppholdstiden, temperaturen som kan oppnås i reaksjonssonen fastlagt. Mengdei

aj/ gass som tilføres gjennom rørledningen 10 og' såvel som da mengden av.denne gassblanding påvirker oppholdstiden og således vil varmeoverføringsmengden ikke lenger tilta ved å forøke mengden av gassblandingen som innføres. Den ikke utnyttede varme gjenvinnes fra prosessen ved å kondensere en del av gassblandingen som utføres fra strippesonen av riLaktor-stripperen A i karbamatkondensatoren B og vaskea:iord-nllngen E og danne damp eller varmeprosessdamp av den derved frigjorte varme.

.Det er meget ønskelig å'bibeholde en intens blanding, i r =ak-sijonssonen for å oppnå en så jevn temperaturfordeling som mulig for å maksimalisere varmeoverføringen til strippesonen. En viss blanding oppnås som følge av innstrømning"

av gassblandingene og ammoniumkarbamatoppløsningen fra bunnen til toppen gjennom reaksjonssonen. Denne blanding kan imidlertid forsterkes ved å tilveiebringe skillevegger, ledeanordninger eller lignende elementer i reaksjonssonen hvilket ytterligere forbedrer varmeoverføring.

Oppløsningen av urea, vann, ammoniakk og ikke'omdannet karbamat utføres fra reaks jonssonen i reaktorstripperen A, sa:irmen med en mengde av en gassblanding bestående av ammoniakk, karbondioksyd, vann og inert gass som føres gjennom rørledningen 19 og innføres i etterreaktoren C som holdes ved flet samme trykk som reaksjonssonen i reaktorstripperen A. Omdannelse av åmmoriiumkarbamat til urea fortsettes i etterreaktoren C inntil det er oppnådd minst 90 % av den erhold-bare likevektsmengde av urea under reaksjonsbetingelsene

som hersker i etterreaktoren. Den nødvendige varme for denne

. omdannelse oppnås ved å tilføre via rørledningen 4 0 en ikke-kondensert del av gassblandingen som tilføres karbamat-kjondénsatoren B via rørledningen 12 til etterreaktoren hvori den kondenseres og frigjør både kondensasjonsvarme og varme fremstilt ved dannelse av ammoniumkarbamat. Alternativt kLn denne ikke-kondenserte gassblanding fra karbamatkon-dsnsene B tilføres til reaksjonssonen i reaktorstripperen.

A sammen med- karbamatoppløsningen som dannes i karbamatkondensatoren B.' Imidlertid i det sistnevnte tilfelle må den nødvendige varme i etterreaktoren C oppnås på en annen måte, eksempelvis ved å tilføre en større mengde av gassblandingen fra reaktorstripperen.A til etterreaktoren og kondensere denne gassblanding i etterreaktoren.

•Ureasynteseoppløsningen dannet i etterreaktoren C ekspanderes i ekspansjonsventilen 41 til trykket i strippesonen, eksempelvis fra 190 bar til 140 bar og den således.dannede gass-væskeblanding føres til gass-væskeseparatoren S via rørledningen 20.hvori gassblandingen bestående av ammoniakk, karbondioksyd og vanndamp separeres fira den gjenværende urea-produktstrøm. Denne gassblanding tilføres via. rørledningen 42 til gassblandingen som utføres via rørledningen 4 fra

Sjtrippesonen i reaktorstripperen A. Den gjenværende urea-, produktstrøm fra gass-væskeseparatoren S innføres gjennom rorledningen' 31 til strippesonen i reaktorstripperen A.

En gassblanding bestående av inerte gasser, ammoniakk, kjarbondioksyd og vanndamp utføres fra etterreaktoren C

.otj innmate.s :gjennom rørledningen 21 til vaskeanordningen Ei som holdes, i det vesentlige ved. det samme trykk som i. reaksjonssonen i reaktorstripperen A, karbamatkondensatoren B og etterreaktoren C. I skrubbeanordning.en E gjenvinnes

ammoniakk og karbondioksyd ved vasking med vann eller en' fortynnet karbamatoppløsning tilført via rørledningen 23|

'oi pm;1 . f • i'-,

'mens absorpsjonsvarmen fjernes. Ammoniumkarbamatoppløsningen ^om således erholdes tilføres til karbamatkondensatoren B gjjennom rørledningen 16 og om nødvendig til ejektoren N, mens den gjenværende avgassblånding utføres fra vaskeanordningen E gjennom rørledningen 24. Ved denne utførelses-

form av oppfinnelsen anvendes ingen høytrykksdamp for spalt-'ning av ikke omdannet ammoniumkarbamat.

I utførelsesformen av fremgangsmåten vist i fig. 2 er det

kun reaksjonssonen i reaktorstrippen A ' som holdes ved et høyt trykk, eksempelvis på 190. bar, mens det i strippesonen, karbamatkondensatoren B, etterreaktoren C og vakseanordningen

E alle holdes ved det samme og lavere trykk på eksempelvis

. 140 bar. Det er da nødvendig å komprimere kun en del av gassblandingen som utføres fra strippesonen til det høyere reaksjonssonetrykk før det innføres.til reaksjonssonen

■gjennom rørledningen 10. Følgelig kan en mindre kompressor anvendes sammenlignet med fremgangsmåten i henhold til fig.

1. Trykket for ureaproduktoppløsningen dannet i reaktorsjorien

senkes til trykket som hersker i lavtrykksdelen av prosejssen omfattende strippeanordningen, karbamatkondensator . ettérj-reaktoren og vaskeanordningen, pumpen L anvendes for å føre karbamatoppløsningén dannet i karbamatkondensatorenj B opptil trykket for reaksjonssonen for etterølgende innføjrinc i denne. Også ved denne utførelsesform av prosessen i henhold til oppfinnelsen vil ikke-omdannet ammoniumkarbamat spaltes uben anvendelse av høytrykksdamp.

Fig. 3 viser en utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte hvor den ammoniumkarbamatinneholdende ureasyntese- j opi pløsning dannet i etterreaktoren C føres gjennom rørlej!d-ningen 4 3 til varmespalteren D hvori en del av ammonium-!

karbamatet spaltes og fjernes fra den gjenværende ureaprp-dukt<p>ppløsning. Trykket i. varm. ■ espalteren D heldes fortri!nns<->

vis ved ca.'det samme trykk som i reaksjonssonen, og i etjter-reaktoren C, men dette trykk kan også være lavere enn det i reaksjonssonen. Denne varmespalte kan være i form av enter. en medstrøms- eller motstrømsvarmer, dvs., at strømnings-i. retningene for den flytende ■ strøm og den frigjorte gassj m;| ■■f.: .■■!■,;■ fv.r.

' sj.trøm kan enten være medstrøms eller motstrøms i forhold'ti il hverandre. En liten luftmengde eller annen oksygeninne-holdende gass tilføres til varmespalteren D via rørledningen 4|4 for å passivere og nedsette korrosjonen av apparatet i

kontakt med ammoniumkarbamatoppløsningen ved den høye temperatur .

I, varmespalteren D oppvarmes ureasyntese oppløsningen til tjemperatur på eksempelvis 180-220°C ved hjelp av damp, hvorved spaltes en del av tilstedeværende ammoniumkarbarrat og en gassblanding bestående av ammoniakk, karbondioksyd, vanndamp og inert gass utvikles. Denne gassblanding utføres gjennom rørledningen 10 og innføres ved hjelp av ejektoren H til reaksjonssonen i reaktor-stripperen A. Denne ejektor drives av fersk ammoniakk som tilføres ved hjelp av pumpen K gjennom varmeanordningen G og rørledningen 11.

Ureaproduktstrømmen som forlater varmespalteren D og soir

fremdeles inneholder en mengde ammoniumkarbamat ekspanderes

■ i ekspansjonsventilen 41 og den således dannede gass-væskeblanding innføres til separatoren S via rørledningen 20

hlvori den dannede gassblanding ved hjelp av ekspansjon separeres fra ureaproduktstrømmen og føres til karbamatkondensatoren 12. Ureaproduktstrømmen fra separatoren S innmates til strippesonen og reaktorstrip--rJeren Å for spaltning av en ytterligere mengde ammonium};ar-b]amat.. Fordi en del av ammoniumkarbamatet allerede er spal-tet i varmespalteren D så kan spaltningen i strippesoner nå

lo J oppnås med et mindre varmeoverføringsareale og en mindre mI engde karbonstripp' egass kan være tilstrekkelig. Således!Man en del av den totale karbondioksydmengde som er nødven-dig for prosessen eventuelt tilføres gjennom rørledningen

45 direkte til reaksjonssonen i steden for at alt karbor-d' ioksydet innføres til prosessen gjennom strippesonen via

R! ørledningen 2.

Gi' assblandingen som forlater etterreaktoren C • føres, vi'a

ekspansjonsventilen 22 til vaskeanordningen E for gjenvin-, riing av ammoniakk og karbondioksyd. I denne utførelse vil

vaskeanordningen C arbeide ved det samme trykk som bibeholdes i strippesonen i reaktorstripperen A og i karbamatkondensatoren B.

Det er også mulig i henhold til utførelsesformen av oppfinnelsen vist i fig. 4 kun å behandle en del av ureasyntese-oppløsning dannet i etterreaktoren C i strippesonen av reaktorstripperen A, samt å behandle den gjenværende del<e1>ir .vvimaarrim<m>deeless<p>praatlil<d><tteemrrueen>nliDD<g><.>vå Fæorarne tvrdeneint dne ssvaemt ims e lavvi,,l esortm re ykti rkyest tkk rsipoi m pvebasorimbneeehnsop. alDdlteasteren

'Æ), i hvilket tilfelle gassblandingen som frigjøres kan tilføres til karbamatkondensatoren B ved hjelp av en ejek-ter som eksempelvis kan drives av en del av den tilførte ferske ammoniakkinnmatning. I denne utførelsesform er det kun nødvendig å spalte og fjerne en del av ammoniumkarbamatet som føres ut av reaktoren C, i strippesonen i reaktor-stripperen. A og det er således tilstrekkelig med et mindre varmeoverføringsareal og en mindre mengde karbondioksyd strippegass i strippesonen.

Utførlesesformene ifølge oppfinnelsen som vist i fig. 1 og 2 skal' beskrives nærmere under henvisning til de etterfølg-ende eksempler.

Eksempel 1

Urea fremstilles i henhold til fremgangsmåten ifølge prosess-konfigurasjonen vist i fig. 1. For hvert tonn urea produsert tilføres 4 00 kg ammoniakk gjennom ammoniakkpumpen K og oppvarmes til en temperatur på 110°C i varmeanordningen G cg innføres til reaksjonssonen i reaktor-stripperen A via rør-ledning 11 og 733 kg karbondioksyd og 29 kg inerte gasser (luft) innføres i strippesonen i reaktorstripperen A via Kompressoren F og rørledningen 2. Trykkene som bibeholdes

i reaksjonssonen og strippesonen i reaktorstripperen A er henholdsvis 18 6 bar og 137 bar.

Til reaktorsonen i reaktorstripperen A ble også innført via rørledningen 10 en gassblandingmed en temperaturpå 227 C

cg bestående av 513 kg ammoniakk, 721 kg karbondioksyd,

73 kg vann og 21 kg inert gass og via rørledningen 17 ble innført en karbamatoppløsning med en temperatur på 17 5°C og bestående av 6 24 kg ammoniakk, 54 0 kg karbondioksyd og l|7 3 kg vann. Volumet av reaksjonssonen i reaktorstripperen A og følgelig oppholdstiden deri var slik at ved det hersk-ejnde trykk og tilhørende temperatur på 193°C ble det dannet en gass-væskeblanding inneholdende 108 4 kg ammoniakk, 674 kg karbondioksyd, 800 kg urea, 456 kg vann og 21 kg inert gass. Denne gass-væskeblandirigen ble utført fra syn-tjiesesonen via rørledningen 19 sammen med gassblandingen ut- fjørt fra karbamatkondensatoren B gjennom rørledningen 4Q ojg omsatt i etterreaktoren C bibeholdt ved det samme trvkk som reaksjonssonen (186 bar) til å gi en synteseoppløsning med en temperatur på 169 C og bestående av 842 kg ammoniakk.

■ I

436 kg karbondioksyd, 1000 kg urea og 5.10 kg vann. Den dannede ureamengde i reaksjonssonen var ca. 76 % av den mengde som ville kunne erholdes hvis omdannelsen av ammoniumkarbamat til urea fikk løpe til likevekt.

Etter ekspansjon av denne ureasynteseoppløsningen til 12 7 bar i] ekspansjonsventilen 41 ble den dannede gassblanding bestående av 44 kg ammoniakk, 21 kg karbondioksyd og 9 kg varn-■ dparmop duksteoppaprelørt sni ingg avsesd -væen sketesmeppaerraattuorre^pn å S1, 8h8v°C ilokg et bg ea ste ån enudreea-

av 7 98 kg ammoniakk, 415 kg karbondioksyd, 1000 kg urea og 501 kg vann. Denne ureaproduktstrøm ble deretter innført, i strippesonen i reaktorstripperen A hvori den ble oppvarmet og strippet motstrøms med fersk karbondioksyd, hvilket førte til et gjenværende ureaprodukt inneholdende 1000 kg urea, 450 kg vann, 124 kg ammoniakk og 161 kg karbondioksyd.

(jassene som ble frigjort ved strippebehandlingen, sammen med den anvendte karbondioksydstrippegass danner en gassblanding inneholdende 674 kg ammoniakk, 987 kg karbondioksyd, fjl kg vanndamp og 29 kg inert gass, hvilken gass ble komprimert i kompressoren M til et trykk på 18 6 bar, sammen med.<g>assblandingen separert i gass-væskeseparatoren S. En del cv denne kombinerte og komprimerte gassblanding tilføres

til reaktorsonen i reaktorstripperen A og den gjenværende c.el bestående av 205 kg ammoniakk, 287 kg karbondioksyd,

17 kg vanndamp og 8 kg inert gass ble delvis kondensert "1 1 karbamatkondensatoren B sammen med 186 kg fersk ammoniJ akkf, samt ammoniakkkarbamatoppløsningen dannet i vaskeanordnmgen og som bestod av 227 kg ammoniakk, 271 kg karbondioksyd og "157 kg vann. Den ved kondensasjonen frigjorte varme ble

gjenvunnet og anvendt for fremstilling av 355 kg mettet camp ved trykk på 3,5 bar. Ved denne utførelsesform av oppfinnelsen var forbruket av høytrykksdamp . (20-30 bar), for spaltning av ikke omdannet karbamat lik null.

Eksempel II llrea ble fremstilt i henhold til prosesskonf iguras jonen \jist i fig. 2. For hvert tonn produsert urea ble reaktorsonen i reaktorstripperen A innmatet med 400 kg ammoniakk\jed 110°C via pumpen K ammoniakkvarmeren G og rørledningen 11. Via rørledningen 10 ble innført en gassblanding. ved 2<,>21°C bestående av 569 kg ammoniakk, 781 kg karbondioksyd, i 7]5 kg vann og 22 kg inert gass. Via rørledningen 17 ble. innført en karbamatoppløsning ved 165 C bestående av 611 kg

ammoniakk, 5l6'kg karbondioksyd og 172 kg vann. I reaktorsonen ble det ved en temperatur på ca. 193°C dannet en v!æske-gassblanding bestående av 1127 kg ammoniakk., 710 kg karbondioksyd, 800 kg urea, 4 57 kg vann og 22 kg inert i.^ass. Den dannede ureamengde i reaksjonssonen-utgj-ør-caJ Ml I ■' i I f

(|7% av den mengde urea som ville kunne erholdes hvis orne an-' nelsen av ammoniumkarbamat til urea fikk løpe til likevekts-tjilstanden. Denne gass-væskeblanding ble ekspandert til et trykk på ca. 137 bar og ble deretter, sammen med gassblandingen tilført via rørledningen 4 0 inneholdende 18 kg ammoniakk; .1.5 kg karbondioksyd, 16 kg vann og 7 kg inert gass omsatt i etterreaktoren C til å gi ytterligere 200 kg urea, hvilket _førte til 28 62 kg ureasynteseoppløsning inneholdende 100 0 kg urea. Denne ureasynteseoppløsningen med en temperatur på.

182°C og et trykk på 137 bar og som sammen med ytterligere 1000 kg urea inneholdende 883 kg ammoniakk, 469 kg karbondioksyd og 510 kg vann ble tilført direkte til strippesonen i reaktorstripperen A hvori den ble strippet ved et trykk J>å 137 bar med 733 kg karbondioksydgass som førte til en sluttureaproduktstrøm inneholdende 1000 kg urea, 450 kg

vann, 124 kg ammoniakk og 161 kg karbondioksyd.

Av gassblandingen utført fra strippesonen i reaktorstrip<p>eren A ble 1417 kg komprimert ved et trykk på 18 6 bar i kompressoren M og deretter innmatet til reaktorsonen mens den gjenværende del bestående av 190 kg ammoniakk, 260 kg karbondioksyd, 15 kg vann og 7 kg inert gass ble delvis kondensert i karbamatkondensatoren B ved hjelp av 167 kg ammoniakkdg med karbamatoppløsningen fra vaskeren E bestående av \ l2 kg ammoniakk, 271 kg karbondioksyd og 157 kg vann. Den resulterende ammoniumkarbamatoppløsning ble som ovenfor angitt innmatet i reaktorsonen i reaktorstripperen via pI umpen L og rørledning 17, og gjenværend•e, ikke kondenserte gassblanding ble innmatet til etterreaktorn, som angitt ovenfor, via rørledningen 40.

Varmen som ble frigjort i karbamatkondensatoren B ble g^en-vunnet og anvendt for produksjon av 3 27 kg mettet damp ved I ' j,

i,5 bar. Også i denne utførelsesform av oppfinnelsen ble det ikke anvendt noe høytrykksdamp (20-30 bar) for spaltning av ikke omdannet ammoniumkarbamat.

I I

Claims (1)

1 l.| Fremgangsmåte ved fremstilling av urea ved under forhøyet •k<r> ykk og temperatur omsette ammoniakk og karbondioksyd i en reaksjonssone og en strippesone og hvor karbondioksydet og I ! i ei i n; del av ammonia■ kken i reaksjonssonen omdannes til ammonii tum-karbamat. og en del av ammoniumkarbamatet omdannes til urea til å gi-et avløp fra reaksjonssonen inneholdende urea, ikke-oi m•' satt ammoniumkarbamat og overskudd av ammo'niakk, hvilken oi m's■ etning fører til netto dannelse av varme, <:> j oi g> l o■ ppvarme ureaproduktstrømmen inneholdende ikke-omsatt ammoniumkarbamat i strippesonen for å spalte i det minstelen l . di el av ammoniumk. arbamatet ved va■ rmevekslihg med reaksjons- i <j> j sIonen, og strippes for å fjerne gassformig ammoniakk og karbondioksyd som derved dannes i ureaproduktstrømmen, j karakterisert ved at reaksjonssonen, som I utveksler varme med strippesonen, holdes ved et trykk i. om- i ri ådet 125-250 bar og at det i strippesonen holdes et trykk ' '[ som er lavere enn trvkket i reaksjonssonen. j

2., Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakter ise r! t Ved at det i strippesonen holdes et trykk som er 20-120 j bi a: r lavere enn trykket som holde• s i rea- ksjonssonen. i : 1> i i 3. !F remgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vI ed at strippesonen holdes ved et trykk som e■ r 40-60 • i j !,• bar lavere enn trykket som holdes i reaksjonssonen. i 4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-3, karakterij-sert ved at i reaksjonssonen føres omdannelsen av ammoniumkarbamat til urea så langt at den dannede ureamengde er minst 5 0% av den mengde urea som kunne erholdes ved likevekt under reaksjonsbetingelsene i reaksjonssonen. ■! i i. i I ! 5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at i. reaksjonssonen føres omdannelsen av ammonium-i , |i karbamat til urea så langt at mengden av dannet urea utgjør i minst 7 0% av den mengde urea som ville erholdes ved likevekt u6n.i { dFer remrgeaakngsjsmonåtsbe etiifnøglgele seknre avei nre ea1k-s5j, onsskonaenr.akter i-- .1■ s je r t ved at innholdet i reaksjonssonen underkastas jiritens omblanding. j

[7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakteriser <;> t v |e d at reaksjonssonen og strippesonen er anordnet inne i ivertikale rør og en skallvarmeveksler, idet strippesonen er anordnet inne i rørene i varmeveksleren og reaksjonssonen jer anordnet inne i skallet av varmeveksleren og hvori tempe-j ra; t■ urdifferansen mellom topp og, bunn i reaksjonssonen begjtrenses [til maksimalt 5°C . j i y <8.> e Fd remgaant gtsmemåtpe eraiftøurlgde ifkfrearv an7se, n mk ela lom r a topk p t og e r buni n s i e rrekj t k- ;i 1 |sjonssonen begrenses til maksimalt 2 o C. I' ! i ! j -.i i i9.ji . Fremgangsmåte i■ følge kravene ■ 1-8, karakteri!1 i- ji s le r t ved at avløpet fra reaksjonssonen innføres jtil ! en etter-reaksjonssone hvori en ytterligere andel ammonium-i ' . ■ i 1 karbamat omdannes til urea til å gi en ureaproduktstrøm, i en i I • mengde tilsvarende minst 9 0% av likevektsmengden som kunne dannes under betingelsene i etter-reaksjonssonen, hvilkenj j produktstrøm sammen med ikke omsatt ammoniumkarbamat deretter! 'innføres i strippesonen. •! i I <:> ! i ;10 . , Fremgangsmåte ifølge, krav 9, k a r a k t e r i s e, r il ved at ureaproduktstrømmen fra etter-reaksjonssonen, før <1> ' i ' : i innføring i strippesonen, oppvarmes i en varmespalte hvori minst en andel av ammoniumkarbamatet spaltes ved oppvarming , til å gi en gassblanding inneholdende ammoniakk og karbondioksyd og en gjenværende ureaproduktstrøm med nedsatt ammohium-karbamatinnhold, og hvor gassblandingen innføres i reaksjons-: sonen og restureaproduktstrømmen innføres i strippesonen.' I j 11. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-9, karakterisert , ved at ureaproduktstrømmen fra strippesonen inn4 feir es i en andre strippesone hvori ytterligere åmmoniumkarba-'- mat spaltes og fjernes fra ureaproduktstrømmen. - i I 12I . Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterise■ ■ i rt! i ved at .kun en del av ureaproduktstrømmen fra etterreajk- sjonssonen innføres i strippesonen og den gjenværende del avj ureaproduktstrømmen fra etter-reaks jonssonen innføres i er. andre strippesone hvori ammoniumkarbamat spaltes til å gi en 'gassblanding inneholdende ammoniakk og karbondioksyd, hvijlker. ''!.■••■■ i ■ gassblån.ding separeres fra den gjenværende ureaproduktstrøm. i ! ■ 'i 13. Fremgangsmåte ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at den andre strippesone holdes ved det[ 'ii-- i jsamme trykk som i den første strippesone. jl4. Fremgangsmåte ved fremstilling av urea i det vesentlige jj! lsobm . Fbreesmkrgeavnget smoåg te ivlelud stfrreemrt sti illteigng niangv eunr. ea i det vesentlige |S Øm beskrevet og forklart under henvisning til eksempel li. j; <!> !16. Fremgangsmåte ved fremstilling av urea i det vesentlige s■ oii i iti beskrevet og forklart under henvisning til eksempel II.; Ji i7| . Urea og ureaoppløsninger erholdt ved fremgangsmåten i| i ihenhold til et hvilket som helst av de foregående krav..

1! i ! I