PL125631B1 - Method of manufacture of urea - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mocznika z amoniaku i dwutlenku wegla.Jak wiadomo, mocznik wytwarza sie z amoniaku i dwutlenku wegla droga bezposredniej syntezy w reaktorze pracujacym pod wysokim cisnieniem (4,9—44,1 MPa) i w wysokiej temperaturze (170— 220°C). Produkt reakcji, skladajacy sie z mocznika, karbaminianu amonowego i wody, opuszcza reaktor wraz ze stosowanym w nadmiarze amoniakiem i jest kierowany do rozkladacza, który pracuje pod cis¬ nieniem zasadniczo takim samym jak stosowane do syntezy. W tym wysokocisnieniowym nzkladaczu Karbaminian zawarty w roztworze mocznika jest rozkladany na amoniak i dwutlenek wegla.Amoniak i dwutlenek wegla otrzymane w wyniku rozkladu wprowadza sie do wysokocisnieniowego skraplacza, pracujacego pod cisnieniem zasadniczo takim samym jak stosowane do syntezy.W skraplaczu tym amoniak i dwutlenek wegla ule¬ gaja skropleniu, dajac ponownie karbaminian amo¬ nowy, który zawraca sie sie do reaktora do syntezy mocznika.Roztwór mocznika pozbawiony znacznej ilosci kar¬ baminianu odprowadza sie z wysokocisnieniowego rozkladacza i kieruje do drugiego rozkladacza, pra¬ cujacego pod srednim cisnieniem. W tym drugim rozkladaczu dalsza ilosc karbaminianu ulega rozkla¬ dowi na amoniak i dwutlenek wegla, które to pro¬ dukty skrapla sie w skraplaczu pracujacym pod cis¬ nieniem zasadniczo takim samym jak panujace w sredniocisnieniowym rozkladaczu. Pod okresle¬ niem „cisnienie srednie" rozumie sie tu cisnienie 2,45—0,98 MPa, korzystnie 1,76 MPa. Skropleniu ule¬ ga przy tym glówna czesc produktów dajacych sie skraplac.Ze skraplacza sredniocisnieniowego strumien pro¬ duktów skroplonych i nie skroplonych, omówiony ponizej dokladnie, jest podawany na kolumne rek¬ tyfikacyjna, z której szczytu odprowadza sie czysty amoniak i produkty nie ulegajace skropleniu, pod¬ czas gdy z dna kolumny odprowadza sie strumien weglanu amonowego i zawraca go do wysokocisnie¬ niowego skraplacza karbaminianu. Amoniak odzys¬ kiwany w procesie rektyfikacji równiez zawraca sie do syntezy.Skladniki reakcji wprowadzane do reaktora za¬ wieraja pewna ilosc zanieczyszczen w postaci roz¬ puszczonych gazów, które pochodza z urzadzenia do wytwarzania amoniaku, jak równiez z urzadzenia do wytwarzania COz. Gazy te zawieraja glównie H2, N2, CO, CH4, Ar i He. Poza tym, do urzadzenia wytwarzania mocznika, a mianowicie do reaktora i do rozkladacza, wprowadza sie pewna objetosc po¬ wietrza lub tlenku, w celu zabezpieczenia rozklada¬ cza, skraplacza i reaktora przed korodujacym dzia¬ laniem karbaminianu amonowego.Wszystkie wyzej wymienione gazy nie ulegajace skropleniu,, zarówno te, które byly zawarte w stru¬ mieniu swiezego C02 i amoniaku, jak i te, które 30 wprowadza sie w celu ochrony przed korozja, od- 19 15 20 25 125 631125 631 3 4 prowadza sie z urzadzenia do wytwarzania mocz¬ nika i po usunieciu z nich amoniaku, stanowia mie¬ szanine wybuchowa, a to z uwagi na zawartosc tlenu, stosowanego dla wspomnianego wyzej uod¬ pornienia na korozje.Te gazy odlotowe zwykle odprowadza sie, czescio¬ wo z wysokocisnieniowego skraplacza karbaminia- nu, a nastepnie korzystnie kieruje do pracujacej pod srednim cisnieniem kolumny rektyfikacyjnej, w celu odzyskania amoniaku, przy czym w tej kolumnie mieszaja sie one ze strumieniem doplywajacym ze skraplacza karbaminianu, pracujacego pod srednim ^^ cisnieniem.* \V\ ^r^^mnfaneJ wyzej kolumny do odzyskiwania lamonfaku-amoniak odprowadza sie u szczytu razem z tymi gazafni i po skropleniu amoniaku gazy od- ** oprowadzanejstanowia opisana wyzej mieszanine wy- ^Jpuch«wa..jist rzecza oczywista, ze strumien gazów nie skraplajacych sie, majacy wlasciwosci wybucho¬ we, mozna takze odprowadzac i z innych punktów urzadzenia, ale to nie ma zadnego wplywu na pro¬ blem wybuchowosci.W celu zapobiegania wybuchom takiej mieszaniny dotychczas postepuje sie w ten sposób, ze strumien gazów o wlasciwosciach wybuchowych miesza sie z taka obojetnoscia gazów niepalnych, aby uzyskac gazowa mieszanine nie majaca zdolnosci wybucho- • wej. Jest to jednak niekorzystne, gdyz powoduje równoczesnie zmniejszanie zdolnosci tych gazów do spalania.Obecnie stwierdzono, ze sklonnosc do wybuchu mieszaniny gazów odprowadzanych z urzadzen do wytwarzania mocznika mozna usuwac bez rozcien¬ czania takiej mieszaniny gazami niepalnymi, a wiec bez zmniejszania jej zdolnosci do spalania. Miano¬ wicie, mozna to osiagnac zgodnie z wynalazkiem wykorzystujac strumienie z urzadzenia do syntezy amoniaku, które zwykle jest na miejscu w zakla¬ dach wytwarzajacych mocznik.Przy syntezie amoniaku sa do dyspozycji w szcze¬ gólnosci nastepujace strumienie. 1. Strumien gazu ziemnego, skladajacy sie glównie z metanu, kierowany do reformowania para, w celu wytworzenia gazu do syntezy amoniaku. 2. Strumien gazu odplywajacego z procesu refor¬ mowania para, skladajacy sie glównie z H2, N2, GO i CO/2. 3. Strumien gazu z procesu reformowania para, ale po usunieciu z niego COz. 4. Strumien azotu i wodoru nasycony amoniakiem i ewentualnie woda, zawierajacy Ar, He i CH4, od¬ prowadzany z urzadzenia do wytwarzania amonia¬ ku, w celu zapobiezenia zwiekszeniu zawartosci ar¬ gonu, helu i metanu w strumieniu zawracanym do syntezy amoniaku.Podane wyzej strumienie zwykle zawjeraja w sto¬ sunku objetosciowym: H2 0,1—77% N2 0,1—29% obojetne gazy (CO+C02+Ar+He) 0,1—50% CH/4 reszta do 100%.Poza tym, w podanych wyzej strumieniach 2, a i 4 stosunek molowy wodoru do azotu zwykle wynosi od 2,5 do 3,3.Wynala/zek umozliwia eliminowanie zdolnosci wy¬ buchowej gazu odprowadzanego z urzadzenia do wy¬ twarzania mocznika bez równoczesnego zmniejszania zdolnosci tego gazu do spalania.Sposób ten polega na tym, ze te odprowadzane 5 gazy odlotowe miesza sie z co najmniej jednym ze strumieni gazów, które sa do dyspozycji w urza¬ dzeniach do syntezy amoniaku, i które w stosunku objetosciowym zawieraja 0,1—77% H2, 0,1—29% N2, 0,1—50% CO, i/lub C02 i/albo Ar i/albo He, zas reszte io co 100% objetosciowych stanowi metan.' Jest faktem calkowicie nieoczekiwanym, ze poste¬ pujac zgodnie z wynalazkiem eliminuje sie sklon¬ nosc do wybuchu nie tylko przez zmiane skladu mieszaniny, ale takze, co jest szczególnie zaskaku- 15 jace, przez zawezanie strefy wybuchowosci. Poste¬ pujac zgodnie z wynalazkiem mozna przeto nie tyl¬ ko pozbawiac zdolnosci wybuchowej strumieni nie skraplajacych sie gazów z urzadzenia do wytwarza¬ nia mocznika, ale równiez umozliwiac wykorzysty- 20 wania tej mieszaniny jako paliwa gazowego w urza¬ dzenia.Na rysunku fig. 1 przedstawia uproszczony sche¬ mat fragmentu urzadzenia do wytwarzania mocz¬ nika, a fig* 1 i fig, 3 przedstawiaja wykresy z za- 25 znaczeniem granic wybuchowosci gazu.Wynalazek zilustrowano w przykladzie.Przyklad. Proces prowadzi sie stosujac urza¬ dzenie do wytwarzania mocznika, którego fragment uwidoczniono na fig. 1 Zakladajac, ze srednia zdol- 30 nosc produkcyjna tego urzadzenia wynosi 1500 ton mocznika na dobe, objetosc gazów rozpuszczonych w skladnikach reakcji w ciagu 1 godziny 410 m8 w przeliczeniu na warunki normalne, a sklad tych gazów w stosunku objetosciowym jest nastepujacy: 85 Hb 51,47% N2 40,73% 02 7,56% CO 0,12% CH4 0,12% 40 Do wysokocisnienowego rozkladacza wprowadza sie w ciagu 1 godziny 333 Nm3 powietrza pasywuja- cego.Wszystkie te gazy sa uwalniane z roztworu reak- ,45 cyjnego i odprowadzane z urzadzenia u szczytu nie uwidocznionej na rysunku kolumny do rektyfikacji amoniaku, która pracuje pod cisnieniem okolo 1,76 MPa.Gazy te prowadzi sie przewodem 12 do wymien- 50 nika 8 w celu skroplenia glównej czesci amoniaku, który oddziela sie w rozdzielaczu 1 i odprowadza przewodem 9 do wykorzystania w innych czesciach urzadzenia. Nasycone amoniakiem gazy z rozdziela¬ cza 1 maja temperature 35°C i sklad ich oraz obje- 15 tosc w Nm? w ciagu 1 godziny wynosi: H2 211,0 CH4 0,5 CO 0,5 N2+Ar 430,0 60 0(2 101,0 NH8 2977,0 Gazy te kieruje sie przewodem 2 do absorbera 6, w którym amoniak jest odzyskiwany przez absorbo¬ wanie go w wodzie doprowadzanej przewodem 7. 65 Po usunieciu amoniaku odprowadzajacego przewo-125 631 5 6 dem 10 otrzymuje sie gazowa mieszanine, której sklad w procentach objetosciowych jest nastepujacy: gazy palne 28,54% (w tym H2 = 28,40%/CH4 = 0,07% i CO = 0,07%) N2+ Ar 57,87% 02 13,59% Jak widac z wykresu na fig. 2, punkt D, odpowia¬ dajacy mieszaninie o podanym wyzej skladzie, jest wewnatrz obszaru wybuchowosci oznaczonego trój¬ katem, w którym A oznacza 100% tlenu, B oznacza 100% gazów obojetnych i C oznacza 100% gazów palnych. Mieszanina taka jest wiec wybuchowa.Jezeli, postepujac zgodnie z wynalazkiem, gazy odprowadzane przewodem 2 zmiesza sie w przewo¬ dzie 11 z gazami odprowadzanymi z obiegu syntezy amoniaku (produkcja amoniaku 865 ton/dobe), ply¬ nacymi przewodem 3<, wówczas uzyska sie przeplyw gazu w ilosci 7633 Nm3/godzine, a sklad tego gazu gazu w procentach objetosciowych jest nastepuja¬ cy: H2 = 54,86% CH4 = 10,92% N2 = 21,94% NH3 --= 12,28% 100,00% W ciagu 1 godziny przewodem 4 do absorbera 6 kieruje sie gaz o nastepujacym skladzie i w naste¬ pujacych ilosciach: H2 CH4 CO N2 +Ar o2 NH3 4398,0 Nm3 833,5 Nm8 0,5 Nm3 2105,0 Nm3 101,0 Nm3 3914,0 Nm3 11352,0 Nm3/godzine Po usunieciu amoniaku gaz ten odprowadzany prze¬ wodem 5, ma nastepujacy sklad w procentach ob¬ jetosciowych: H2 59,14% CH4 11,21% N2 +Ar 28,30% 02 1,35% Calkowita zawartosc gazów palnych wynosi 70,35% objetosciowych. Jak widac z wykresu na fig. 30 na którym symbole A, B i C maja takie samo znacze¬ nie jak na fig. 2 punkt D odpowiadajacy mieszani¬ nie gazów o wyzej podanym skladzie lezy daleko poza granicami okreslajacymi wybuchowosc gazu, a wiec mieszanina taka nie jest wybuchowa.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mocznika na drodze reak¬ cji nadmiaru amoniaku z dwutlenkiem wegla w re¬ aktorze pracujacym pod cisnieniem 4,9—44,1 MPa i w temperaturze 170—220°C, a nastepnie poddawa¬ nie produktu tej reakcji, skladajacego sie z mocz¬ nika, karbaminianu amonowego, wody i nadmiaru amoniaku, procesowi rozkladu w rozkladaczu pra¬ cujacym pod cisnieniem praktycznie równym cis¬ nieniu w reaktorze do syntezy mocznika, przy czym karbaminian amonowy ulega rozkladowi na amo¬ niak i dwutlenek wegla i amoniak skroplony pod tym cisnieniem zawraca sie do reaktora do syntezy, zas roztwór mocznika oddzielony od glównej czesci karbaminianu amonowego wprowadza sie do dru¬ giego rozkladacza, pracujacego pod cisnieniem 2,45— 0,98 MPa, w którym rozklada sie reszte karbaminia¬ nu amonowego i skrapla glówna czesc produktów tego rozkladu, po czym skropliny te oraz pozostale produkty nie skroplone, to jest wodór, azot, tlenek wegla, argon, hel i metan, stanowiace zanieczyszcze¬ nia amoniaku i dwutlenku wegla poddawanych pro¬ cesowi syntezy, jak równiez tlen albo powietrze, wprowadzane do procesu w celu hamowania koro¬ zji urzadzenia przez karbaminian amonowy, podaje sie na kolumne rektyfikacyjna, z której szczytu od¬ prowadza sie czysty amoniak i gazy obojetne, zas z dna tej kolumny odprowadza sie strumien wy¬ tworzonego weglanu amonowego, przy czym stru¬ mien ten zawraca sie do skraplacza karbaminianu amonowego pracujacego pod cisnieniem równym cisnieniu w reaktorze do syntezy mocznika, amo¬ niak z frakcji szczytowej skrapla sie, oddziela go od gazów obojetnych i zawraca do reatkora do syntezy, a obojetne gazy odprowadza sie z procesu jako gazy odlotowe, znamienny tym, ze odprowa¬ dzane gazy odlotowe miesza sie z co najmniej jed¬ nym strumieniem gazów z urzadzenia do syntezy amoniaku, zawierajacych w stosunku objetosciowym 0,1—77% H2, 0,1—29% N& 0,1—50% CO i/albo C02 i/albo Ar i/albo He, przy czym reszte do 100% sta¬ nowi metan. 2. Sposób wedlug zastrz. 1„ znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amo¬ niaku stosuje sie strumien gazu ziemnego, zawiera¬ jacy glównie metan. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amoniaku stosuje sie strumien gazu z procesu reformowania metanu para wodna, skladajacy sie glównie z H2, N2, CO i C02. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amoniaku stosuje sie strumien gazu po procesie reformowania para wodna i nie zawierajacy dwutlenku wegla. 5. Sposóib wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amo¬ niaku stosuje sie nasycony amoniakiem i ewentual¬ nie woda strumien azotu i wodoru, zawierajacy Ar, He i CH4. 10 15 20 25 30 35 40 45 50125 G31 CD ZGK 2482/1110/84 — 85 egz Cena 100 zl PL PL PL

Claims (5)

1.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mocznika na drodze reak¬ cji nadmiaru amoniaku z dwutlenkiem wegla w re¬ aktorze pracujacym pod cisnieniem 4,9—44,1 MPa i w temperaturze 170—220°C, a nastepnie poddawa¬ nie produktu tej reakcji, skladajacego sie z mocz¬ nika, karbaminianu amonowego, wody i nadmiaru amoniaku, procesowi rozkladu w rozkladaczu pra¬ cujacym pod cisnieniem praktycznie równym cis¬ nieniu w reaktorze do syntezy mocznika, przy czym karbaminian amonowy ulega rozkladowi na amo¬ niak i dwutlenek wegla i amoniak skroplony pod tym cisnieniem zawraca sie do reaktora do syntezy, zas roztwór mocznika oddzielony od glównej czesci karbaminianu amonowego wprowadza sie do dru¬ giego rozkladacza, pracujacego pod cisnieniem 2,45— 0,98 MPa, w którym rozklada sie reszte karbaminia¬ nu amonowego i skrapla glówna czesc produktów tego rozkladu, po czym skropliny te oraz pozostale produkty nie skroplone, to jest wodór, azot, tlenek wegla, argon, hel i metan, stanowiace zanieczyszcze¬ nia amoniaku i dwutlenku wegla poddawanych pro¬ cesowi syntezy, jak równiez tlen albo powietrze, wprowadzane do procesu w celu hamowania koro¬ zji urzadzenia przez karbaminian amonowy, podaje sie na kolumne rektyfikacyjna, z której szczytu od¬ prowadza sie czysty amoniak i gazy obojetne, zas z dna tej kolumny odprowadza sie strumien wy¬ tworzonego weglanu amonowego, przy czym stru¬ mien ten zawraca sie do skraplacza karbaminianu amonowego pracujacego pod cisnieniem równym cisnieniu w reaktorze do syntezy mocznika, amo¬ niak z frakcji szczytowej skrapla sie, oddziela go od gazów obojetnych i zawraca do reatkora do syntezy, a obojetne gazy odprowadza sie z procesu jako gazy odlotowe, znamienny tym, ze odprowa¬ dzane gazy odlotowe miesza sie z co najmniej jed¬ nym strumieniem gazów z urzadzenia do syntezy amoniaku, zawierajacych w stosunku objetosciowym 0,1—77% H2, 0,1—29% N& 0,1—50% CO i/albo C02 i/albo Ar i/albo He, przy czym reszte do 100% sta¬ nowi metan.

2. Sposób wedlug zastrz. 1„ znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amo¬ niaku stosuje sie strumien gazu ziemnego, zawiera¬ jacy glównie metan.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amoniaku stosuje sie strumien gazu z procesu reformowania metanu para wodna, skladajacy sie glównie z H2, N2, CO i C02.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amoniaku stosuje sie strumien gazu po procesie reformowania para wodna i nie zawierajacy dwutlenku wegla.

5. Sposóib wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako strumien gazów z urzadzenia do syntezy amo¬ niaku stosuje sie nasycony amoniakiem i ewentual¬ nie woda strumien azotu i wodoru, zawierajacy Ar, He i CH4. 10 15 20 25 30 35 40 45 50125 G31 CD ZGK 2482/1110/84 — 85 egz Cena 100 zl PL PL PL