PL110233B1 - Method of producing urea in the process connected with ammonia manufacture - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mocznika w procesie polaczonym z wytwarzaniem amoniaku.Polaczone procesy wytwarzania amoniaku i mocz¬ nika sa znane np. z wloskiego opisu patentowego nr 907 469, w którym omówiono proces polegajacy na tym, ze amoniak wytworzony w reaktorze do syntezy amoniaku rozpuszcza sie w wodzie i w roz¬ tworze tym wytwarza karbaminian amonu, obsor- bujac w tym roztworze dwutlenek wegla zawarty w surowych gazach z syntezy amoniaku. Wytwo¬ rzony w ten sposób karbaminian wprowadza sie nastepnie do reaktora do syntezy mocznika, z któ¬ rego odprowadza sie mocznik i karbaminian amonu.Karbaminian amonu rozklada sie nastepnie, odpe¬ dza produkty tego rozkladu gazowym amoniakiem i zawraca w postaci fazy gazowej do reaktora do syntezy mocznika.- Powazna wada tego sposobu jest to, ze zawartosc amoniaku w roztworze odplywajacym z etapu roz¬ kladu jest bardzo wysoka, gdyz wynosi okolo 37%, co wymaga stosowania duzego urzadzenia i znacz¬ nych ilosci pary wodnej do odzyskiwania gazowego amoniaku za urzadzeniem do rozkladania i wymy¬ wania.Wynalazek umozliwia unikniecie tej wady zna¬ nych sposobów prowadzenia procesu wytwarzania mocznika polaczonego z wytwarzaniem amoniaku.Z opisu patentowego nr B9777 znany jest sposób wytwarzania mocznika w warunkach wysokich ii 15 temperatur (205^-245°C)^ i wysokich cisnien (223-*- 600 atm), w którym to sposobie roztwór mocznika o temperaturze eo najmniej 205°C kontaktuje sie w adiabatycznych warunkach z czynnikiem ódpa* dzajacym, takim jak np. amoniak, dwutlenek wegla i gaz do syntezy amoniaku lub azotu. W opisywa¬ nym prccesie adiabatycznemu odpedzaniu pód4sjg sie cala ilosc wodnego roztworu odprowadzanego z etapu syntezy, a koniecznosc zawracania duiy&cft ilosci roztworów..opuszczajacych strefe--rozkladu pod niskim cisnieniem wiaze sie z koniecznoscia ich sprezania, co zwieksza koszt procesu. Koszt.ten zwiekszony jest równiez w zwiazku z konieczn©.-? scia stosowania skomplikowanej aparatury wyso¬ kocisnieniowej w strefie syntezy. Ponadto wysokie temperatury sprzyjaja powstawaniu, pochodnej biu- retowej stanowiacej niepozadany produkt uboczny,.Wad tych nie wykazuje sposób wedlug wyna¬ lazku, zgodnie z którym zreszta mocznik wytwarza sie w procesie polaczonym z wytwarzaniem amo¬ niaku. Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze gazowy strumien otrzymany przez reformowanie para wodna lub czesciowe utlenienie cieklych ..lub gazowych weglowodorów, stanowiacych gaz do syn¬ tezy amoniaku i skladajacych sie glównie z CO2, H2 i N2, wprowadza sie do kolumny odpedowej w przeciwpradzie do wzbogaconego w amoniak roz¬ tworu odplywajacego z etapu rozkladu karbami- nianu. W szczególnosci, zgodnie z wynalazkiem, wspomniany wyzej gazowy strumien wprowadza 110 233mm 3 4 sie do adiabatycznej kolumny odpadowej, umiesz¬ czonej w kierunku przeplywu za rozkladaczem karbaminianu i zasilanej wzbogacanym w amoniak roztworem mocznika, plynacym z takiego rozkla- dacza karbaminianu.Wspomniany wyzej gazowy strumien wzbogacony w NHa, H2O i CO2 przeplywa przez adiabatyczna kolumne odpedowa do kolumny, w której CO2 jest absorbowany przez wodny roztwór karbaminianu amonu wzbogacony w amoniak i otrzymywany przez plukanie w kolumnie nie zaabsorbowanego gazowego strumienia o duzej zawartosci amoniaku i skladajacego sie glównie z N2 i H2, a odplywa¬ jacego z wspomnianej wyzej kolumny do absorbo¬ wania5 '©O2, razem z wodnym roztworem weglanu amonowego, odplywajacym z czesci urzadzenia do wytwarzania mocznika, pracujacej pod niskim cisni^uem.Gazy mie zaabsorfiowane w kolumnie absorpcyj¬ nej, plynace z absorbera C02 i zawierajace glównie N2 i H2 oraz slady CO i C02, kieruje sie do procesu metanizacji i nastepnie do syntezy amoniaku. Roz¬ twór karbaminianu amonu wytworzony w ko¬ lumnie do absorbowania CO2 kieruje sie do reak¬ tora do syntezy mocznika, korzystnie przez odsy- sacz strumieniowy lub inny uklad statyczny, wy¬ korzystujac cisnienie bezwodnego amoniaku i/albo amoniaku w roztworze wodnym prowadzonym przez ten odsysacz lub inny uklad do reaktora do syntezy mocznika.W reaktorze do syntezy mocznika konczy sie wy- twairzanie mocznika przez odwadnianie karbami¬ nianu i otrzymuje noztwór mocznika o duzej za¬ wartosci karbaminianu amonu. Roztwór ten kie¬ ruje sie nastepnie do rozkladacza karbaminianu, w którym okolo 50% tego karbaminianu rozklada sie na dwutlenek wegla i amoniak, które w stanie ga¬ zowym, bez uprzedniego skraplania, zawraca sie bezposrednio do reaktora do syntezy mocznika, podczas gdy roztwór mocznika odplywajacy z rpz- kladacza kieruje sie do kolumny odpedowej.Stwierdzono, ze proces odpedzania amoniaku za pomoca gazowego strumienia mozna prowadzic adiabatycznie, bez jakiegokolwiek stosowania cie¬ pla, gdyz cieplo zawarte w roztworze, który ma byc traktowany, wystarcza do odpedzania, gdy roztwór ten ulega ochlodzeniu. Razem z amoniakiem od¬ pedza sie reszte CO2 i pewna ilosc wody zawartej w roztworze pochodzacym z rozkladacza karbami¬ nianu, Gaz, który zostal wzbogacony w amoniak, wode i dwutlenek wegla, przesyla sie do absorbera CO2 w którym CO2 absorbuje sie wodnym roztwo¬ rem weglanu amonowego o duzej zawartosci amo¬ niaku. W urzadzeniu do absorbowania C02, to jest w reaktorze karbaminianu, wytwarza sie karba- minian amonu, który jak podano wyzej kieruje sie do reaktora syntezy mocznika, z którego odprowa¬ dza sie roztwór mocznika i poddaje go* procesowi w rozkladaczu karbaminianu. W urzadzeniu tym rozklada sie okolo 50% karbaminianu amonu, który nie zostal przeksztalcony w mocznik, po czym z roztworu mocznika odpedza sie amoniak i reszte CO2 gazem zawierajacym glównie CG2, H2 i N2, jak opisano wyzej.Takwiec, w porównaniu z procesem ujawnionym w opisie patentowym nr 89777 odpedzaniu adiaba¬ tycznemu poddaje sie jedynie 50% karbaminianu amonowego w przeliczeniu na ilosc karbaminianu obecna w roztworze odprowadzanym ze strefy syn¬ tezy mocznika, przy czym zastosowanie jako czyn¬ nika odpedzajacego mieszaniny CO2, H2 i N2 za¬ miast poszczególnych gazów odpedowych, pozwala na przerobienie tych 50% karbaminianu bez ko¬ niecznosci podwyzszania temperatury i cisnienia w etapie syntezy i etapie odpedzania.Prowadzac proces sposobem wedlug wynalazku, umozliwia sie wytwarzanie stezonego roztworu mocznika o malej zawartosci amoniaku, copozwala na znaczne uproszczenie sekcji odzyskiwania NH3.Sekcja ta moze skladac sie z jednego stopnia pra¬ cujacego pod cisnieniem 1—8 atm, dzieki czemu stosowana w znanych urzadzeniach sekcja posred¬ nia, pracujaca pod cisnieniem 18 atm, staje sie zbedna.Dodatkowa zaleta sposobu wedlug wynalazku jest to, ze u wylotu ze skraplacza amoniaku otrzy¬ muje sie surowy gaz z syntezy amoniaku nie za¬ wierajacy CO2 i o bardzo malej zawartosci gazo¬ wego amoniaku (okolo 2%), a to dzieki stosowaniu jako srodka absorbujacego wodnego roztworu we¬ glanu odplywajacego z sekcji odzyskiwania w urza¬ dzeniu do wytwarzania mocznika, który to roztwór zawiera amoniak.Nalezy podkreslic fakt, ze reaktor do syntezy mocznika, rozkladacz karbaminianu, kolumna do adiabatycznego odpedzania, absorber CO2 i skra¬ placz amoniaku pracuja pod zasadniczo takim sa¬ mym cisnieniem jak reaktor syntezy amoniaku.Cisnienie to wynosi 100—250 atm. Cieplo wytwa¬ rzania karbaminianu wywiazujace sie w reaktorze karbaminianu wykorzystuje sie do wytwarzania pary wodnej, która wykorzystuje sie w sekcji stezania mocznika.Powyzsze dane swiadcza o tym, ze polaczony cykl (termiczne odpedzanie w celu rozkladania karbaminianu i adiabatyczne w celu usuniecia amoniaku i reszty CO2) stanowi znaczne potanienie i uproszczenie procesu.Polaczony proces wedlug wynalazku opisano w ponizej w odniesieniu do rysunku, który przedsta¬ wia przykladowy schemat urzadzenia do prowa¬ dzenia tego procesu.Surowy gaz, otrzymany w znany sposób przez informowanie weglowodorów para wodna, sklada¬ jacy sie glównie z CO2, N2 i H2, spreza sie i prze¬ wodem 1 wprowadza do kolumny 15, w której wy¬ korzystuje sie go do adiabatycznego odpedzania amoniaku z roztworu doprowadzanego przewodem 2 z rozkladacza 16, w którym rozklada sie karbami- nian. Gazy, wzbogacone w mniejszym lub wiek¬ szym stopniu w amoniak i dwutlenek wegla, od¬ prowadza sie z kolumny 15 przewodem 3 do absor¬ bera 17, w którym absorbuje sie C02. Z absorbera 17 gazy kieruje sie prziewodem 4 do absorbera 21, w którym skrapla sie amoniak i do którego prze¬ wodem 5 wprowadza sie wodny roztwór weglanu amonowego z sekcji odzyskiwania karbaminianu i amoniaku. W absorberze 17 dwutlenek wegla reaguje prawie w calosci z amoniakiem zawartym 19 H M M 3* 40 45 10 55 OtittfcWh 6 w amoniakalnym roztworze doprowadzanym prze¬ wodem 6, przy czym otrzymuje sie roztwór karba- minianu amonowego, odprowadzany przewodem 7 i wprowadzany za pomoca odsysacza strumienio¬ wego 19 przewodem 8 do reaktora 18 do syntezy mocznika.Czesc dwutlenku wegla, która nie ulegla "reakcji w absorberze 17, odprowadza sie ze szczytu absor- sorberaf "razem z gazem do syntezy amoniaku pro¬ wadzi przewodem 4 do absorbera 21, w którym CO2 ulega "zaabsorbowaniu w roztworze weglanu amonowego o duzej zawartosci amoniaku. Absorber 21 sluzy zasadniczo^ dlo skraplania amoniaku i wy¬ twarzania roztworu karbaminianu amonowego, który odprowadza sie i przewodem 6 kieruje do dolnej czesci absorbera 17.Gaz syntezowy pozbawiony CO2 i NH3, odprowa¬ dzany z absorbera — skraplacza 21 przewodem 9, wprowadza sie do urzadzenia do metanizacji, a na¬ stepnie kieruje do reaktora do syntezy amoniaku.Wytworzony amoniak oddziela sie od nie przere- agpwanych gazów przez wymywanie woda i otrzy¬ many wodny roztwór amoniaku kieruje sie prze¬ wodem 10 do reaktora 18, w którym zachodzi syn¬ teza mocznika.Roztwór karbaminianu zmieszany w smoczku od¬ sysajacym 19 z amoniakalnym roztworem, dopro¬ wadzanym przewodem 10 z sekcji syntezy amo¬ niaku, wplywa do reaktora 18 i rozpoczyna sie re¬ akcja odwadniania karbaminianu, W wyniku której otrzymuje sie mocznik. Roztwór amoniakalny pom¬ puje sie za pomoca pompy 20 przewodem 11 do smoczka 19, który nadaje roztworowi karbaminianu plynacemu z abserbera 17 energie dostateczna do wprowadzania tego roztworu przewodem S do re¬ aktora 18 syntezy mocznika.Roztwór mocznika wytworzony w, reaktorze 18 wplywa przewodem 12 do rozkladacza 16, w któ¬ rym dzieki zastosowaniu ciepla okolo 50% nie prze- reagowanego karbaminianu ulega rozkladowi i pro¬ dukty rozkladu, to jest glównie NH3 COa i H20 zawraca sie przewodem 13 do reaktora 18. Roztwór mocznika o zwiekszonej zawartosci amoniaku kie¬ ruje sie przewodem 2 do adiabatycznej kolumny odpedowej 15, jak opisano wyzej.Jest faktem calkowicie nieoczekiwanym, ze pro¬ wadzac proces sposobem wedlug wynalazku mozna amoniak i dwutlenek wegla odpedzac z roztworu adiabatycznie, bez doprowadzania ciepla i ze spa¬ dek czastkowego cisnienia CC2 w strumieniu kie¬ rowanym do reaktora karbaminianu, w odróznieniu od procesu, w którym surowy gaz nie jest przepro¬ wadzany przez adiabatyczna kolumne odpedowa, lecz kierowany bezposrednio do reaktora karbami¬ nianu, nie ma zadnego wplywu na przemiane kar¬ baminianu. Fakt ten jest W calkowitej sprzecz¬ nosci ze znanymi dotychczas stwierdzeniami, zgod¬ nie z którymi, w celu zwiekszenia stopnia prze¬ miany na karbaminian trzeba zwiekszyc cisnienie CC2.Na rysunku nie uwidoczniono wariantu, który moze byc korzystnie stosowany przy prowadzeniu syntezy amoniaku pod cisnieniem wyzszym o 10— 400 atm od cisnienia, pod którym prowadzi sie izobarycznie synteze mocznika. Wariant ten polega i<* 11 20 3 55 na tym ze rezygnuje sie z pompowania amoniakal¬ nego roztworu za pomoca pompy 20, natomiast gazy z przewodu 9 spreza sie do cisnienia panu¬ jacego w urzadzeniu do syntezy amoniaku, wyni¬ kiem czego jest otrzymanie bezwodnego i/albo uwodnionego amoniaku, który mozna bezposrednio, bez dodatkowego pompowania, kierowac do smo¬ czka 19.Sposobem wedlug wynalazku proces moze byc prowadzony izobarycznie albo pod niejednakowym" cisnieniem. W pierwszym przypadku stosuje sie cisnienie 100—300 kG/cm2, a w drugim, "zwlaszcza - w sekcji wytwarzania mocznika, mozna stosowac cisnienie, które jak wyzej podano jest o 10—400 atm nizsze od cisnienia stosowanego w sekcji syntezy amoniaku.Wynalazek zilustrowano w podanym nizej przy¬ kladzie. W przykladzie tym, jezeli nie zaznaczono inaczej, objetosc gazów w Nm3 oznacza objetosc pod normalnym cisnieniem i w normalnej tempe¬ raturze, a procenty oznaczaja procenty objetosciowe.Przyklad. Jako produkt wyjsciowy stosuje sie metan i produkcja mocznika w postaci grudek ma wynosic 1000 ton/dobe. 16.362 Nm3 gazu ziem¬ nego, uwazanego za 100% metanu, przeprowadza sie w ciagu 1 godziny znanymi sposobami, takimi jak reformowanie pierwszego lub drugiego stopnia, konwersja CO w wysokiej albo niskiej tempera¬ turze, w mieszanine konwertowanego gazu o na¬ stepujacym skladzie w przeliczeniu na substancje w stanie suchym: cisnienie Predkosc 4* przeplywu H2 N2 CO co2 A CH4 88 297 NmVgodzine £4 120 17 600 370 15 565 (30 572 kg/gódz.) 211 431 gazu 32 atn7 61,50% : 20,00% 0,42 PL PL PL PL

Claims (4)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mocznika w procesie po¬ laczonym z wytwarzaniem amoniaku, obejmujacym zasilanie strefy syntezy mocznika strumieniem bezwodnego, amoniaku i/lub wodnego roztwoiru amoniaku oraz strumieniem zawierajacym karba¬ minian amonowy, rozkladanie karbaminianu amo¬ nowego zawartego w roztworze mocznika odplywa¬ jacym ze strefy syntezy mocznika i zawracanie w stanie gazowym dwutlenku wegla i amoniaku otrzymanych w wyniku tego rozkladu, do strefy mocznika, znamienny tym, ze odplywajacy z roz¬ kladacza roztwór mocznika, zawierajacy jeszcze okolo 50% tej ilosci karbaminianu amonowego, w jakiej karbaminian byl zawarty w roztworze od¬ plywajacym ze strefy syntezy mocznika, wprowa¬ dza sie do pracujacej w warunkach adiabatycznych strefy odpedowej, w której jako czynnik odpedza¬ jacy stosuje sie gazowy strumien skladajacy sie glównie z CO2, N2 i H2, otrzymany przez reformo¬ wanie para wodna lub czesciowe utlenianie cie¬ klych lub gazowych weglowodorów, po czym gaz odpedzajacy i gazy otrzymane przez rozklad kar-110 233 9 10 baminianu amonowego wprowadza sie do strefy absorpcji, w której dwutlenek wegla pochodzacy z gazu odpedzajacego oraz otrzymany przez roz¬ klad karbaminianu amonowego absorbuje sie za pomoca cieklego absorbentu w postaci wodnego roztworu weglanu amonowego o duzej zawartosci amoniaku, otrzymanego przez plukanie nie zaabsor¬ bowanego gazu o duzej zawartosci amoniaku i za¬ wierajacego prawie wylacznie N2 i Ha, plynacego z absorbera CO2, za pomoca wodnego roztworu weglanu amonowego odplywajacego z niskocisnie¬ niowej sekcji strefy syntezy mocznika, przy czym otrzymany w wyniku absorpcji roztwór karbami¬ nianu amonowego wprowadza sie do strefy syntezy mocznika., zas azot i wodór odplywajace z absor¬ bera kieruje sie do sekcji syntezy amoniaku.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze roztwór karbaminianu amonu wprowadza sie do strefy syntezy mocznika przez smoczek odsysajacy, w którym ciecz napedzajaca stanowi bezwodny )amoniak lub wodny roztwór amoniaku przesylany do strefy syntezy mocznika.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze proces prowadzi sie pod cisnieniem 100— 300 atm.

4. Sposób wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze w sekcji syntezy amoniaku stosuje sie cisnienie wyzsze o 10—400 atm od cisnienia w sekcji wytwa¬ rzania mocznika. 10mz& 17 9 —r 5 7 He r13 19 12 11 +16 10 -21 L3 ^V15 V 14 OZGraf. Z.P. Dz-wo, z. 94 (105+20) 5 81 Cen* 45 zt PL PL PL PL PL