Przedmiotem wynalazku jest sposób zintegrowanego wytwarzania amoniaku i mocznika.Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 349 126 znany jest sposób wytwarzania amoniaku i mocznika z gazu syntezowego skladajacego sie glównie z wodoru, azotu i dwutlenku wegla i zawierajacego niewiel¬ kie ilosci metanu i gazów obojetnych. W procesie tym tylko z czesci gazu syntezowego absorbuje sie dwutlenek wegla w wodnym roztworze amoniaku, natomiast z drugiej czesci tego gazu wyosobnia sie zwyklymi sposobami czysty dwutlenek wegla. W procesie tym wytwarzanie karbami¬ nianu amonowego i jego przeksztalcanie w mocznik pro¬ wadzi sie w oddzielnych aparatach, totez w celu utrzymania dostatecznie wysokiej temperatury w strefie syntezy mocz¬ nika, konieczne jest stosowanie co najmniej czesci dwutlenku wegla czystego, aby nie powodowac obnizenia temperatury przez pozostale skladniki gazu syntezowego. Absorpcje dwutlenku wegla z Czesci gazu syntezowego prowadzi sie pod cisnieniem nizszym od cisnienia w strefie syntezy mocznika i wodny roztwór, zawierajacy produkt rozkladu karbaminianu amonowego nie przeksztalconego w mocznik, ewentualnie z dodatkiem swiezego amoniaku, stosuje sie do absorpcji dwutlenku wegla z czesci gazu syntezowego.W opisie patentowym polskim nr 94 001 przedstawiono sposób polegajacy na zastosowaniu wodnego roztworu amoniaku, otrzymywanego w wyniku absorpcji w wodzie amoniaku wyplywajacego z reaktora syntezy amoniaku, do wytwarzania karbaminianu amonu na drodze reakcji z dwutlenkiem wegla zawartym w surowych gazach prze¬ znaczonych do syntezy amoniaku. Tak otrzymany karba- minian wprowadza sie nastepnie do reaktora syntezy mocz¬ nika, skad odprowadza sie wodny roztwór karbaminianu i mocznika. Karbaminian rozklada sie na skladniki w kolum¬ nie odpedowej amoniaku a produkty rozpadu karbaminianu wraz z gazowym amoniakiem zawraca sie w fazie gazowej do reaktora syntezy mocznika.Opisane powyzej, jak równiez wszystkie inne znane sposoby zintegrowanego wytwarzania amoniaku i mocznika maja powazna wade polegajaca na tym, ze calosc wytwarza¬ nego amoniaku stosuje sie do syntezy mocznika. Oczywiscie w takim przypadku pozadane jest wytwarzanie wiekszej ilosci amoniaku niz to jest potrzebne do wytwarzania mocz¬ nika lub trzeba wytwarzac mniejsza ilosc mocznika. Znane sposoby zintegrowanego wytwarzania amoniaku i mocznika nie pozwalaja na taka elastycznosc, tak wiec nie ma zadnej mozliwosci swobodnego zmieniania wydajnosci amoniaku lub mocznika.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu zintegrowane¬ go wytwarzania amoniaku i mocznika, który umozliwia usuniecie wad znanych sposobów co najmniej w duzym stopniu.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze czesc stru¬ mienia gazu otrzymanego przez reformowanie weglowo¬ dorów para i zawierajacego glównie C02, Hz i N2 doprowadza sie do sekcji uzupelniajacego odweglania, w której usuwa sie czesciowo C02 w ilosci zaleznej od ilosci mocznika jaka ma byc wytworzona, a nastepnie po odwegleniu wraz z czescia nieodweglonego gazu wprowadza sie bezposrednio do sekcji absorpcji C02 stanowiacej czesc instalacji do zintegrowanego wytwarzania mocznika i amoniaku, gdzie 106 566106 5 3 C02 zostaje zaabsorbowany w wodnym roztworze amoniaku, otrzymanym przez absorpcje w wodzie amoniaku, wyplywa- jacego z reaktora do syntezy amoniaku.W aparacie do absorpcji C02 wytwarza sie karbaminian amonu, który wprowadza sie do reaktora syntezy mocznika, 5 z którego odprowadza sie roztwór mocznika i który z kolei poddaje sie obróbce w znany sposób. Gazy, które nie zostaly zaabsorbowane w roztworze amoniakalnym, skla¬ dajace sie glównie z N2 i H2 kieruje sie do aparatu meta¬ nizujacego (gdzie nastepuje konwersja CO do CH4) a nas- 10 tepnie do reaktora syntezy amoniaku. Gazy opuszczajace reaktor syntezy amoniaku, skladajace sie z NH3 i nieprzere- agowanego H2 i N2, przesyla sie do urzadzenia absorbuja¬ cego NH3, otrzymujac stezony roztwór amoniakalny.Nadmiar roztworu amoniakalnego, otrzymanego przez 15 absorpcje amoniaku w wodzie, ponad ilosc potrzebna do absorpcji C02 w celu otrzymania pozadanego mocznika, przesyla sie do kolumny rektyfikacyjnej, w której otrzy¬ muje sie ciekly amoniak.Dzieki zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku mozliwe 20 staje sierównoczesne wytwarzanie cieklego amoniaku i mocz¬ nika z jednoczesna mozliwoscia zmiany wytwarzanych ilosci obu tych substancji w szerokim zakresie.W czasie pracy opisanej instalacji mozliwe jest równo¬ czesne wytwarzanie cieklego amoniaku i mocznika w ramach 25 tej samej instalacji. W tym przypadku sekcja uzupelniaja¬ cego obweglania pracuje w lagodniejszych warunkach od zwykle wystepujacych w znanych instalacjach do wyt¬ warzania amoniaku w tym sensie, ze nit trzeba absorbowac C02 do bardzo malych resztkowych ilosci a takze zmniej- 30 szone sa straty ciepla.W przypadku przerwy pracy w sekcjach mocznikowych produkcja cieklego amoniaku moze byc utrzymywania na nominalnym poziomie, podczas gdy sekcje przygotowujace gaz oraz sekcje syntezy amoniaku pracuja przy zmniejszo- 35 nym obciazeniu; Oczywiscie sekcja uzupelniajacej absorpcji C02 oraz sekcja rektyfikacji wodnego roztworu amoniakal¬ nego pracuja przy normalnym obciazeniu, a wiec calosc konwetrowanego gazu musi zostac odweglona do zawartosci okolo 1000 czesci resztkowego C02 na milion czesci gazu. 40 Jezeli nie trzeba wytwarzac cieklego amoniaku, a po¬ zadane jest wytwarzanie mocznika z 100% wydajnoscia, wówczas nalezy wylaczyc sekcje uzupelniajacego odweglania i rektyfikacji, przy zachowaniu pelnej wydajnosci w sekcjach mocznikowych: Oczywiscie, sekcja przygotowania gazu 45 i sekcja syntezy amoniaku pracuja wówczas przy zmniej¬ szonym obciazeniu.Analiza pracy sprezarki do syntezy pracujacej w róznych warunkach wykazuje, ze nie wystepuja zadne specjalne trudnosci przy regulacji i, ze moze ona pracowac przy 50 dopuszczalnej sprawnosci nawet przy zmniejszonej wydaj- - nosci. Z opisu wynika w sposób oczywisty duza wszech¬ stronnosc sposobu wedlug wynalazku.Przedmiot wynalazku zostal wyjasniony w przykladzie zastosowania na rysunku, który przedstawia schemat 55 - instalacji do wytwarzania amoniaku i mocznika.Gaz ziemny doprowadza sie przewodem 1 do sekcji :.- odpedzania siarki 2. Po oziebieniu gaz kieruje sie prze¬ wodem 3 do etapu reformingu 4 przy uzyciu pary wodnej . doprowadzanej przewodem 5, a nastepnie wprowadza sie 60 :, go przewodem 6 do etapu koncowego reformingu 8, do którego przewodem 7 doprowadzane jest powietrze.Reformowany gaz plynacy z etapu 8 po ochlodzeniu :-¦ w chlodnicy 9 przesyla sie przewodem • 10 do aparatu konta- ktowego 11, w którym nastepuje konwersja CO na C02. 65 4 - - Gaz wyplywajacy z aparatu 11 zlozony zasadniczo z CO& N2 i H2 przesyla sie po podgrzaniu w podgrzewaczu 12 przewodem 13 do ukladu absorpcji C02,'który zawiera kolumne absorpcyjna 14 oraz kolumne destylacyjna 15 do odzyskiwania rozpuszczalnika stosowanego do absorpcji.Gazy w wiekszym lub mniejszym stopniu pozbawione C02 przesyla sie przewodem 16, mieszajac je z gazem plynacym przewodem 17, a nastepnie kieruje sie je prze¬ wodem 19 poprzez sprezarke 20 do sekcji absorpcji C02 18.W sekcji absorpcji C02 (reaktor karbaminianowy) dwutlenek wegla reaguje prawie ilosciowo z amoniakiem z roztworu amoniakalnego doprowadzanego przewodem 21, a otrzymany roztwór karbaminianu amonu odprowadza sie przewodem 22 i kieruje do reaktora syntezy mocznika 23.Nieprzereagowana w sekcji absorpcji czesc C02 wyplywa z góry tej sekcji przewodem 24 razem z gazem do syntezy amoniaku i jest poddawana absorpcji w roztworze weglanu amonu nasyconego amoniakiem w sekcji absorpcji 25, w wyniku czego powstaje roztwór karbaminianu amonu, który odprowadza sie z tej sekcji i kieruje przewodem 26 do dolnej czesci sekcji absorpcji* 18.Gazy do syntezy amoniaku pozbawione C02, które wyplywaja z sekcji 25 przewodem 27, kieruje sie do aparatu metanizujacego 28, w którym CO podlega konwersji na metan.Gazy wyplywajace z aparatu metanizujacego 28 miesza sie z gazami niezaabsorbowanymi w sekcji absorpcji amo¬ niaku 29 i wyplywajacymi przewodem 30 (skladajacymi sie zasadniczo z N2 i H2), a nastepnie kieruje przewodem 31 do aparatury odwadniajacej, z której po sprezeniu przesyla sie je przewodem 32 do reaktora syntezy amoniaku 33.Z sekcji absorpcji amoniaku 29 stezony roztwór amonia¬ kalny kieruje sie czesciowo przewodem 21 do sekcji absorpcji C02, zas pozostala czesc przesyla s.ie do sekcji rektyfikacji , z której uzyskuje sie ciekly amoniak.W reaktorze syntezy mocznika 23 roztwór karbaminianu amonu miesza sie z amoniakiem plynacym przewodem 34 pod obnizonym cisnieniem z sekcji oczyszczania mocznika.Czesc amoniaku plynacego przewodem 36 z niskocisnie- niowego etapu oczyszczania roztworu mocznika stosuje sie do odwodnienia gazu do syntezy amoniaku. Nastepnie przed odprowadzeniem przewodem 37 roztwór mocznika poddaje sie dalszej obróbce.W sposobie wedlug wynalazku zaskakujacy jest fakt, ze zmniejszenie czastkowego cisnienia C02 w strumieniu kierowanym do reaktora karbaminianu w porównaniu z przypadkiem gdy calosc C02 kieruje sie do tego reaktora, nie ma wplywu na konwersje karbaminianu. Natomiast z dotychczasowego stanu technikiwynika, ze dla zwiekszenia wydajnosci reakcji konwersji trzeba zwiekszac cisnienie czastkowe C02.Sposób wedlug wynalazku jest blizej wyjasniony w przy¬ kladzie wykonania, który stanowi tylko ilustracje sposobu i w niczym nie ogranicza jego zakresu.Przyklad. Jako surowiec zastosowano CH4, zakla¬ dajac otrzymanie 400 ton/dobe cieklego NH3 i 1000ton/dobe; mocznika. 27 000 N m3/godz, gazu ziemnego rozpatrywa¬ nego jako 100% CH4 poddaje sie konwersji w znany sposób (wstepny reforming, koncowy reforming, konwersja CO w wysokiej i niskiej temperaturze) na mieszanine konwertowa¬ nego gazu plynacego pod cisnieniem 31,7 at przy natezeniu: przeplywu 146500 N m3/godz. i o nastepujacym skladzie (na suchy gaz): H2 — 61,30% objetosciowych, N2 — 20,00 % objetosciowych, CO — 0,42% objetosciowego, COa — 17,35% objetosciowych, A—0,24% objetosciowego, CH*103 56S — 0,49% objetosciowego. Czaic tego strumienia w ilosci 74500 N m3/godz. kieruje sie do sekqi uzupelniajacego odweglania 14, gdzie usuwa sie 9850 N m3/godz. C02.Uzyskuje sie czesciowo odweglony gaz, który odprowadza sie przewodem 16 przy natezeniu przeplywu 64600 N m3/godz. Gaz ten ma nastepujacy sklad: H2 — 70,65% objetosciowych, N2—23,00% objetosciowych, CO—0,48% objetosciowego, A — 0,28% objetosciowego, CH4 — 0,56% objetosciowego, C02 — 5,03% objetosciowych.Nastepnie gaz ten laczy sie z glównym strumieniem kon¬ wertowanego gazu plynacego przewodem 17, w wyniku czego otrzymuje sie surowa mieszanine gazu syntezowego o natezeniu przeplywu 136650 N m3/godz. i o skladzie H2 — 65,86% objetosciowych, N2 — 21,40% objetoscio¬ wych, CO — 0,45% objetosciowego, A — 0,26% objetos¬ ciowego, CH4— 0,53% objetosciowego, C02 — 11,50% objetosciowych. Gaz ten spreza sie do cisnienia 200 kG/cm2 i kieruje najpierw do absorberów cienkowarstwowych 18 i 25 celem absorpcji C02, a nastepnie do aparatu metani- zujacego 28. Uzyskuje sie 118000 N m3/godz. metanizowa- nego gazu o nastepujacym skladzie (na suchy gaz): H2 — 72,83% objetosciowych, N2— 24,29% objetosciowych, A — 0,29% objetosciowego, CH4 — 1,09% objetosciowych, NPJ3 — 1,50% objetosciowych. Gaz ten laczy sie z zawra¬ canym przewodem 30 do obiegu gazem pochodzacym z etapu oddzielania amoniaku, a nastepnie calosc suszy sie przez wtryskiwanie i przemywanie cieklym NH3 z prze¬ wodu 36.Dokladniej, wtryskuje sie 7750 kg/godz. cieklego NH3, z czego 93% ulega odparowaniu. W koncu otrzymuje sie W przewodzie 32 suchy gaz o natezeniu przeplywu 584000 N m3/godz. i o skladzie: H2—63,95% objetosciowych, N2 — 21,32% 'objetosciowych, A — 2,64% objetosciowych, CH4—9,46% objetosciowych, NH3—2,63% objetosciowych.Gaz ten doprowadza sie do reaktora syntezy amoniaku 33.Gazy poreakcyjne o natezeniu przeplywu 530000 N m3/godz. i o skladzie: H2 — 55,25% objetosciowych, N2 — 18,43% objetosciowych, A — 2,91% objetoscio¬ wych, CH4 ^10,41% objetosciowych, NH3 — 13,00% objetosciowych, kieruje sie do cienkowarstwowego absorbera NH3, w którym oddziela sie NH3 az do osiagniecia resztko- wej zawartosci NH3w ilosci 1% objetosciowego. Otrzymuje sie 61000 kg/godz. roztworu amoniakalnej o nastepujacym skladzie wagowym: NH3 — 80%, HaO — 20%. Czesc tego roztworu w ilosci 20900 kg/godz. przesyla sie do sekci uzupelniajacej rektyfikacji 35, z której otrzymuje sie 16700 kg/godz. cieczy plynacej przewodem 38 i zawierajacej 91,9 % NH3, co odpowiada 400 tonom NH3 na dobe.Pozostala czesc tego roztworu kieruje sie przewodem 21 do cienkowarstwowego absorbera 18, w którym wytwarza sie 71300 kg/godz. roztworu karbaminianu o nastepujacym skladzie: NH3 —45,0% wagowych,.C02 — 43,8% wago¬ wych, H20 — 41,2% wagowych.Nalezy zaznaczyc, ze w roztworze tym jest o 32% NH3 wiecej ponad ilosc zwiazana z C02 w postaci karbaminianu.W konsekwencji tej nadwyzki zmniejsza sie znacznie prez¬ nosc par karbaminianu. Otrzymany roztwór wprowadza sie do reaktora mocznika, dzialajacego wedlug sposobu opisanego w opisie patentowym nr 94 001, w wyniku czego otrzymuje sie 41670 kg/godz. mocznika, co odpowiada 1000 tonom na dobe. lflf¥15 lTO &. 38 -35 P PL PL