PL106455B1 - Sposob wytwarzania mocznika i amoniaku we wspolnym procesie - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 16.06.1980 1 106455 Int. Cl.2 C07C 126/02 [czytelnia] Urzedu Patentowego 1 Twórca wynalazku: Andrea Bonetti Uprawniony z patentu: Snamprogetti S.p.A., Mediolan (Wlochy) Sposób wytwarzania mocznika i amoniaku we wspólnym procesie Przdmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia mocznika i amoniaku we wspólnym procesie, w którym gazowa mieszanine zawierajaca azot, wodór i dwutlenek wegla wprowadza sie w kon¬ takt z wodnym roztworem amoniaku otrzymanym przez rozpuszczenie w wodzie amoniaku stanowia¬ cego produkt reakcji wodoru i azotu zawartych w mieszaninie gazowej. W wyniku absorpcji dwu¬ tlenku wegla w roztworze amoniaku tworzy sie karbaminian amonu, który po odwodnieniu prze¬ ksztalca sie w mocznik.

Zintegrowane procesy wytwarzania amoniaku i mocznika sa znane z róznych publikacji, na przyklad z opisu patentowego W. Brytanii nr 1247060, Szwajcarii ,nr 530380 lub NRD nr 91479.

W tym ostatnim postepuje sie nastepujaco: Surowiec gazowy zawierajacy azot, wodór, dwu¬ tlenek wegla i niewielkie ilosci skladników obo¬ jetnych takich jak argon, tlenek wegla i metan spreza sie do cisnienia syntezy amoniaku i wpro¬ wadza do absorbera wstepnego, w którym prze¬ prowadza sie selektywna absorpcje C02 przy uzy¬ ciu roztworów amoniakalnych, otrzymywanych w rózny sposób, lecz w kazdym przypadku przy wy¬ korzystaniu strumienia amoniaku opuszczajacego stopien syntezy amoniaku, w celu usuwania C02 i utworzenia karbaminianu amonowego.

Roztwór amoniakalny podaje sie do absorbera od góry i od dolu w celu mozliwie najwiekszej absorpcji C02 i ograniczenia w mozliwie naiwie- kszym stopniu parowania -amoniaku pod wply¬ wem ciepla wydzielajacego sie przy tworzeniu kar¬ baminianu.

Karbaminian amonowy nastepnie przesyla sie do strefy syntezy mocznika, gdzie zostaje odwo¬ dniony przetwarzajiac sie czesciowo w mocznik.

Mieszanke mocznika i karbaminianu amonowego opuszczajaca strefe syntezy mocznika podaje sie do strefy odpedzania, gdzie pod wplywem ciepla karbaminian przeksztalca sie w C02 i NH3. Przy uzyciu czynnika odpedzajacego zwiazki te odzy¬ skuje sie i zawraca z powrotem do strefy syntezy ^ po, lub bez, uprzedniej kondensacji.

Ze strefy odpedzania odbiera sie wodny roz¬ twór mocznika zawierajacy niewielka ilosc kar¬ baminianu. Roztwór ten Tozpreza sie. Cisnienie w strefie odpedzania roztworu mocznika jest ta¬ kie same jak przy tworzeniu karbaminianu i syn¬ tezie mocznika. Cisnienie, pod którym utrzymuje sie roztwór mocznika stopniowo obniza sie, na ogól w dwóch etapach, do cisnienia atmosferycz¬ nego. W pierwszymi etapie, na ogól przy 16 atmo¬ sferach roztwór mocznika destyluje i jako pro¬ dukty szczytowe otrzymuje sie wode, amoniak i dwutlenek wegla, które po kondensacjinrekty- fiikacji w pojedynczej kolumnie rozdziela sie na faze gazowa skladajaca sie z amoniaku oraz faze ciekla stanowiaca stezany roztwór weglanu amo¬ nowego, który przesyla sie z powrotem do strefy isvntezv mocznika. Roztwór mocznika opuszczajacy 106 455106 455 pierwszy stopien destylacji pod obnizonym cisnie¬ niem jest podawany do drugiego stopnia destylacji pod cisnieniem jeszcze bardziej obnizonym (na ogól do okolo 4 atmosfer), gdzie jako produkt szczytowy oddziela sie amoniak, wode i C02, które 5 po kondensacji tworza amoniakalny roztwór wegla¬ nu amonowego o slabym stezeniu. Ten ostatni roz¬ twór, który w dalszym ciagu opisu bedzie nazy¬ wany roztworem amoniakalnym weglanu amonu zawraca sie do kondensacji-rektyfikacji, w celu/ 10 odzyskania cieklego amoniaku i weglanu. Weglan ten zawraca sie razem z wyzej wspomnianym weglanem do strefy syntezy mocznika.

Na podstawie znanych z literatury danych fi¬ zykochemicznych, 'potwierdzonych przez wielkosci 15 doswiadczalne uzyskane w aparatach analogicz¬ nych do aparatury przemyslowej, wiadomo, ze resztkowa zawartosc CO2 w gazie opuszczajacym absorber, zalezy, pyza calkowitym cisnieniem w urzadzeniu, od skladu otrzymanego roztworu kar- 20 baminianu, od nadmiaru NH3 ponad ilosc stechio- metryczna konieczna do utworzenia karbaminianu obecnego w fazie gazowej i cieklej, od stezenia roztworu absorbujacego oraz od temperatury fazy cieklej igazowej. 25 Przy stosowaniu, jako roztworu absorbujacego dwutlenek wegla, roztworu amoniakalnego otrzy¬ manego przez absorpcje NH3 pochodzacego z syn¬ tezy amoniaku, a takze wodnych roztworów mocz¬ nika i amoniaku, resztkowa zawartosc C02 w gazie 30 pozostaje nadal wysoka, taka, ze odzyskanie czesci lub calosci zawartego w tym gazie amoniaku na drodze kondensacji przez ochladzanie, jest niemo¬ zliwe. Z tego powodu NH3 pozostaje w gazie z koniecznosci i przed usunieciem go przez absorpcje 35 wprowadzany jest do etapu, w którym usuwa sie CO.

Absorpcje te mozna przeprowadzac takze w opi^ sanym uprzednio stopniu absorpcji NH3. Powyzej ORisany sposób nie jest jednakze wolny od nie- 40 dogodnosci. Wada powyzszego procesu jest bardzo duze zuzycie wody na absorbowanie odparowa¬ nego amoniaku, znacznie przekraczajace ilosc nie¬ zbedna, potrzebna do absorpcji amoniaku po za¬ sadniczej syntezie amoniaku. Skutkiem tego ilosc 45 wody przeslanej najpierw do strefy absorpcji NH3, nastepnie do strefy absorpcji C02 i wreszcie la¬ cznie z karbaminianem do strefy syntezy mocz¬ nika, jlest stosunkowo duza i bardzo ujemnie wplywa na reakcje syntezy mocznika, odpedzanie ó0 i odzyskiwanie dwutlenku wegla i amoniaku, nie przetworzonych na mocznik w strefach znajduja¬ cych sie za strefa odpedzania. Przejlawia sie to ob¬ nizeniem stopnia przetwarzania karbaminianu na mocznik, zwiekszeniem stopnia hydrolizy mocznika 55 w strefie odpedzania i w nastepujacej dalej desty¬ lacji roztworu mocznika zwiekszeniem zuzycia pary, wody chlodzacej i energii, zwiekszeniem kosztu urzadzen w zakladzie itp.

Nieoczekiwanie stwierdzono, ze mozna wyelimi- 60 nowac niedogodnosci zwiazane z zawartym dwu¬ tlenkiem wegla i amoniakiem w gazach opuszcza¬ jacych strefe absorpcji, poprzez wykorzystanie stezonego roztworu weglanu amonowego uzyski¬ wanego w pierwszym stopniu destylacji mocznika 65 pod niskim cisnieniem oraz roztworu amoniakal¬ nego weglanu amonu, uzyskiwanego w drugim stopniu destylacji roztworu mocznika pod najniz¬ szym cisnieniem, co ponadto prowadzi do znacz¬ nego polepszenia uzysku mocznika i obnizenia kosztów produkcji.

Sposobem wedlug wynalazku stezony roztwór weglanu amonowego podaje sie nie bezposrednio do reaktora, lecz do wstepnego absorbera C02 a roztwór amoniakalny weglanu amonu do wtórnego absorbera pracujacego pod wysokim cisnieniem^ umieszczonego bezposrednio ponizej wstepnego absorbera C02, przy czym we wtórnym absorbe¬ rze zostajla zaabsorbowane w roztworze amonia¬ kalnym zasadniczo calkowicie CO2 i NHs, opusz¬ czajace wstepny absorber C02. Roztwór amonia¬ kalny po absorpcji NH3 i CO2 podaje sie od dolu do kolumny kondensacyjno-rektyfikacyjnej, gdzie oddziela sie stezony weglan amonowy.

Sposobem wedlug wynalazku uzyskuje sie na¬ stepujace korzysci. Dzieki podawaniu stezonego roztworu weglami amonowego do wstepnego ab¬ sorbera CO2 uzyskuje sie bardziej rozcienczony, niz w znanym sposobie, roztwór karbaminianu podawany do strefy syntezy mocznika co powodu¬ je mniej problemów technologicznych zwiazanych z transportem tego roztworu do reaktora, które mogly pojawiac w zwiazku z tworzeniem sie sta¬ lego karbaminianu amonowego. Ponadto we wstep¬ nym absorberze C02 zwieksza sie ilosc wody i amoniaku (ze wzgledu na stezony roztwór wegla¬ nu) i tym samym znacznie zwieksza sie absorpcja co2.

Z drugiej strony przesylanie stezonego roztworu weglanu do absorbera pozwala na podawanie ab¬ sorbujacego roztworu amoniakalnego w wiekszych ilosciach na szczyt tego samego absorbera, co w koncu prowadzi do dalszego obnizenia zawartosci co2.

Roztwór amoniakalny weglanu amonu podawany do wtórnego absorbera ponizej wstepnego absor¬ bera C02 umozliwia usuwanie calego C02 opusz¬ czajacego wstepny absorber oraz usuwanie calego nadmiaru NH3 opuszczajacego ten sam wstepny absorber, pozbawiajac w ten sposób gazy poda¬ wane do metanizatora w celu usuwania CO, ga¬ zowego NH3, który jest niepozadanym skladni¬ kiem. Ponadto unika sie w ten sposób stosowania dodatkowych ilosci wody w celu usuniecia NH3.

Obnizenie ilosci absorbujacej wody pozwala zwiekszyc uzysk mocznika, lub jesli uzysk utrzy¬ muje sie na tym samym poziomie, pozwala na zmniejszenie kosztu urzadzen w oddziale, ponie¬ waz wszelkie operacje mozna przeprowadzac w bardziej .umiarkowanych warunkach cisnienia i temperatury, zarówno w celu absorpcji C02. jak i 'przetwarzania karbaminianu na mocznik.

Roztwór amoniakalny po absorpcji NH3 i C02 przesyla sie do strefy kondensacji-rektyfikacji ga¬ zów pochodzacych z pierwszej destylacji pod ob¬ nizonym cisnieniem, umozliwiajac kondensacje wspomnianych gazów i, kosztem ciepla konden¬ sacji!, odparowanie NH3, który zostaje odzyskany w postaci cieklej i mozna go dzieki temu wy¬ korzystac ponownie w oddziale.106^ W znanych procesach kondensacyjno-rektyfika- cyjnych kondensacje przeprowadzono zraszajac ko¬ lumne cieklym amoniakiem wydzielonym jako produkt szczytowy, kosztem ciepla kondensacji gazów uzyskiwanych z destylacji. Nastepnie ciekly 5 amoniak odparowywano i wykorzystywano po¬ nownie, jak opisano powyzej. Ilosc amoniaku uzy¬ skiwanego jako produkt szczytowy byla znacznie mniejsza.

Sposób wedlug wynalazku jest przedstawiony 10 w przykladzie wykonania na zalaczonym rysunku.

Gazy surowcowe do syntezy amoniaku, sklada¬ jace sie z N2, H2, C02, Ar, CH4 i CO podaje sie przewodem 1 do wstepnego absorbera 2 dwu¬ tlenku wegla, na którego szczyt podaje sie stezo- 15 ny roztwór amoniakalny 7, uzyskany przez prze¬ mywanie w absorberze 5 amoniaku doprowadza¬ nego przewodem 3 z urzadzenia 4 do syntezy amoniaku, woda doprowadzona przewodem 6. Ga¬ zy nieczynne odprowadza sie przewodem 29. 2o Stezony roztwór weglanu amonowego pochodzacy z kolumny 9 pracujacej pod cisnieniem 16 atmo¬ sfer doprowadza sie przewodem 8 na dno absor¬ bera 2. Roztwór karbaminianu amonowego odbie¬ rany z dna absorbera 2 podajle sie przewodem 10 25 do urzadzenia 11 syntezy mocznika.

Gazy opuszczajace absorber 5 skladajace sie z N2, H2, Ar, CH4 i CO odwadnia sie przez ozie% bienie w wymienniku 12 i nastepnie wstrzykniecie cieklego amoniaku doprowadzonego przewodem 14, 30 po czym w separatorze 13 przeprowadza sie od¬ dzielenie odwodnionych gazów, które przed za¬ wróceniem do reaktora syntezy amoniaku 4 prze¬ chodza przez wymiennik 12 i oddzielenie bardzo stezonego roztworu amoniaku, który podaje sie 35 do reaktora 11 syntezy mocznika.

Mieszanine gazowa opuszczajaca wstepny absor¬ ber C02 2 podaje sie przewodem 15 do wtórnego absorbera 16, gdzie spotyka sie z plynacym w przeciwpradzie slabo stezonym amoniakalnymi roz- 40 tworem weglanu amonu doprowadzanym przewo¬ dem 17 z aparatów 18 i 19 pracujacych pod ci¬ snieniem 4 atmosfer.

Roztwór opuszczajacy wtórny absorber 16 po¬ dawany jest przewodem 20 do kolumny 9 w celu 45 kondensacji NH3, C02 i wody, pochodzacych z kolumny destylacyjnej 21, tworzac stezony roztwór weglanu amonowego, który doprowadza sie do absorbera C02 przewodem 8. Amoniak zawarty w roztworze doprowadzanym przewodem 20 uwal- 50 nia sie, pod wplywem ciepla tworzenia weglanu amonowego (weglan amonowy tworzy sie w dro¬ dze kondensacji gazów opuszczajacych szczyt ko¬ lumny .21) i jest odbierany jako produkt szczytowy z kolumny 9. Amoniak w stanie cieklym podaje 55 sie do reaktora 11 syntezy mocznika przewodem 22 i przewodem 14 do strefy odwodnienia gazów, które zawraca sie do strefy syntezy amoniaku.

Strumien gazów opuszczajacych szczyt wtórne¬ go absorbera 16 przechodzi przez aparat do me- 60 tanizacji 28, gdzie oddziela sie CO, a nastepnie la¬ czy ze strumieniem! opuszczajacym szczyt absorbera , tak, .ze mozna je odwodnic razem.

Z reaktora syntezy mocznika 11 przewodem 23 odbiera sie strumien, który jest podawany do ko- 65 6 lumny do odpedzania 24, gdzie nieprzetworzony kanbaminian zostaje rozlozony na C02 i NH3 i zawraca przewodem 25, a roztwór mocznika za¬ wierajacy nadal niewielka ilosc karbaminianu po¬ daje sie przewodem 26 do aparatu destylacyjnego 21 pracujacego pod cisnieniem 16 atmosfer, gdzie, jak juz wspomniano, zachodzi rozdzial na pro¬ dukty szczytowe NH3, C02 i H20, które zostaja nastepnie skondensowane w celu utworzenia ste¬ zonego roztworu weglanu oraz na produkt denny bedacy roztworem mocznika, który jest nastepnie destylowany w kolumnach 18 i 19, skad uzyskuje sie w koncu roztwór mocznika nie zawierajacy niepozadanych domieszek. Ze szczytu kolumny 11 odbiera sie gazy nieczynne i niewielkie ilosci C02 i NH3, które zawraca sie do kolumny 21, po*czym otworem wylotowym 30 gazów nieczynnych z ko¬ lumny 9 usuwa sie je z ukladu.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania mocznika i amoniaku we wspólnym procesie, przez wprowadzanie miesza¬ niny gazowej zawierajacej azot, wodór, dwutlenek wegla oraz niewielkie ilosci gazu obojetnego ta¬ kiego jak argon, metan, tlenek wegla do wstepnej strefy absorpcji dwutlenku wegla, gdzie usuwa sie wiekszosc C02 za pomoca stezonego roztworu amoniaku utworzonego przez absorpcje w wodzie amoniaku wytworzonego z azotu i wodoru w stre¬ fie syntezy amoniaku, przy czym tworzy sie wodny roztwór karbaminianu amonu i strumien gazowy o obnizonej zawartosci dwutlenku wegla; utwo¬ rzony wodny roztwór karbaminianu amonu wpro¬ wadza sie do strefy syntezy mocznika w celu prze¬ tworzenia go na mocznik, skad odbiera sie roz¬ twór zawierajacy mocznik, nieprzeksztalcony kar- baminian amonu, wode oraz amoniak i wprowadza do strefy odpedzania utrzymywanej pod takimi sa¬ mym cisnieniem jakie panuje w strefie syntezy mocznika uzyskujac ze strefy odpedzania jako produkt szczytowy produkty rozkladu karbami¬ nianu zlozone z amoniaku i dwutlenku wegla, które zawraca sie. z powrotem do .strefy syntezy mocznika oraz jako produkt denny wodny roz¬ twór mocznika zawierajacy jeszcze amoniak i nie¬ przeksztalcony karbaminian amonu, roztwór ten wprowadza sie do pierwszego stopnia destylacji o cisnieniu nizszym niz w strefie syntezy mocz¬ nika skad jako produkt szczytowy odbiera sie wode, amoniak i dwutlenek wegla, które po kon¬ densacji — rektyfikacji rozdziela sie na stezony roztwór weglanu amonu i ciekly amoniak a jako produkt denny pierwszej destylacji odbiera sie roztwór mocznika, który poddaje sie nastepnie destylacji w drugim stopniu destylacji pod cisnie¬ niem nizszym od cisnienia w pierwszym stopniu destylacji, uzyskujac jako produkt czysty mocznik zas jako produkt szczytowy po kondensacji, amoniakal¬ ny roztwór weglanu amonowego o stezeniu nizszym od stezenia roztworu weglanu amonu po kondensa- cjinrektyfikacji po pierwszym stopniu destylacji, znamienny tym, ze stezony wodny roztwór weglanu amonu uzyskany z pierwszego stopnia destylacji106 455 wodnego roztworu mocznika pod obnizanym ci¬ snieniem wprowadza sie do pierwszej strefy ab¬ sorpcji dwutlenku wegla skad strumien gazu za¬ wierajacy skladniki obojetne oraz zmniejszone ilosci dwutlenku wegla i amoniaku odprowadza sie do wtórnej strefy absorpcji dwutlenku wegla, do której wprowadza sie mniej stezony amonia¬ kalny roztwór weglanu amonu po drugim stopniu destylacji tak, ze roztwór ten i strumien gazu kontaktuja sie i nastepuje dalsza absorpcja dwu¬ tlenku wegla z gazu, który dalej przekazuje sie 10 8 do strefy syntezy amoniaku, zas roztwór weglanu amonu odebrany z drugiej strefy absorpcji dwu¬ tlenku wegla wprowadza sie do etapu kondensa- cji-rektyfikacji do którego dodaje sie amoniak, dwutlenek wegla i wode otrzymane jako pro¬ dukt szczytowy z pierwszego stopnia destylacji pod obnizonym cisnieniem, przy czym z etapu kondensacji-rektyfikacji otrzymuje sie jednoczesnie jako produkt szczytowy ciekly amoniak zawraca¬ ny do strefy syntezy mocznika a jako produkt dolny stezony roztwór weglanu amonu. FIG. 1_ PZGraf. Koszalin D-1672 95 egz. A-4 Cena 45 zl