PL152735B1 - Method for manufacturing urea - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	152 735
	Patent dodatkowy do patentu nr---	Int. Cl.5 C07C 273/04
	Zgłoszono: 88 02 23 (P. 270814)
	Pierwszeństwo: 87 0 2 24 Japonia	ctttuu
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 88 12 08	• Mi LU
RP	Opis patentowy opublikowano: 1991 07 31

Twórca wynalazku: Fuj ii Hidetsugu

Uprawniony z patentu: Toyo Engineering Corporation, Tokio (Japonia)

SPOSÓB WYTWARZANIA MOCZNIKA

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mocznika unooiiwlający przekształcenie procesu syntezy mocznika z zawracaniem roztworu nie poddanego odpędzzmiu (ten typ procesu zwany jest dalej procesem A) w proces syntezy mocznika z zawracaniem roztworu odpędzonego (ten typ procesu zwany jest dalej procesem B).

Realioowane obecnie w praktyce procesy syntezy mooznika dz±el*x się z grubsza na procesy typu A i B. Dawnej procesy te różniły się od siebie bardzo znacznie warunkami syntezy.

W procesie A stosunek molowy NH^ : CO^ w etapie syntezy mocznika wynoosł około 4, podczas gdy w procesie B wynoś! on 3 lub był niższy. Uważano, ie osiągnięcie w procesie B tak dużego stosunku NH^ : CO2 jak w procesie A jest bardzo trudne.

Niska wartość stosunku NH^ : CO^ obniża prędkość reakcji syntezy morcnika, toteż również w procesie B pożądane było uzyskanie wy^kich wartości tego stosunku molowego. Postęp technologiczny urno Uwił wprowadzenie wyższych wartości stosunku NH^ : CO^ w procesie B, przy czym do intensyfikacji odpowiednich badań przyczyniły się rosnące koszty energii. W rezultacie w pewnych przypadkach przekształcano proces A w proces B.

Jednym z probeemów związanych z takim przekształceniem była duża różnica w budowie reaktora syntezy i konfiguracji instalacji. Przy jednakowej wydajności produkcji, w obu typach procesów reaktor w procesie B musi być większy niż w procesie A, a ponadto w jego wnętrzu zamontowane są przegrody. Ponadto w procesach A i B stosuje się zupełnie irny układ przewodów doprowadzających i odprowadzających ciecz i inną konfigurację układu syntezowego.

Tak w.ęc dla przekształcenia procesu A w proces B należy zastosować wiele zmian um ożywiających wykorzystanie reaktora właściwego dla procesu A. Reaktor syntezy jest urządzeniem bardzo drogim, a więc wykorzystanie reaktora już istniejąeego jest korzystne, zwłaszcza przy zwiększaniu w^ajności produk^i. Należy wziąć także pod uw^gę, że okres unieruchomienia instalacji w celu przekształcenia procesu powinien być mooiiwie najkrótszy.

152 735

152 735

Nieoczekiwanie stwierdzono, że bardzo korzystne przekształcenie procesu Λ w proces B umożliwia sposób wytwarzania mocznika według wynnlazku, zgodnie z którym amoniak poddaje się reakoji z dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem syntezy moozihLka i w temperaturze syntezy mocznika z wytworzeniem oieozy syntezowej zawierającej moczznLk, nieprzereggcwrsmy amoodLak, nieprzereggowany dwutlenek węgla i wodę, po czym tę ciecz syntezową poddaje się pod ciśnieniem zasadniczo równym ciśnieniu syntezy moozinLka operacji odpędzona dwutlenkiem węgla, ańastępnie ciecz 'syntezową, pozbawioną w tej opefacoi» odpędzania części nieprzerea- „ gowarnęcaLmoniaku ' i części dwut lenku węgla mających postać mieszaniny gazowej, poddaje się' co najmniej jednoetapowej operacci zasadniczo pełnego oddzielania w postaci m-eszaniny gazowe;) niepr żebrowanego amoniaku i nieprze reagowano go dwutlenku węgla obecnyoh jeszcze w cieczy syntezowee, z wytworzeniem wodnego roztworu moocnika, przy czym tę operację oddzielania prowadzi się pod ciśnieniem niźssym od ciśnienia syntezy moozzri.ka, a następnie mieszaninę gazową oddzieloną pod ciśnieneem niższym nil ciśnienie syntezy mocznika przeprowadza się w roztwór absorpcyjny drogą absorpeci w medium absorpcyjnym, po czym ciśnienie tak otryrmeulegż roztworu absorpcyjnego podwyższa się zasadniozo do wartości odpowiadającej ciśnieniu syntezy mocznika i mieszaninę gazową odpędzoną w operacci odpędzania dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem zasadniczo równym ciśnieniu syntezy mocznika poddaje się operaoci kondensaaci w roztworze absorpcyjnym i tak otrzymany roztwór pokondensaoyjny zawraca się do syntezy mocznika·

Cechą sposobu według wynalazku jest to, le co najmilej część roztworu absoi^yj^^ o ciśnieniu podwyższonym do ciśnienia syntezy mocznika poddaje się dodatkowej reakoji syntezy mocznika wraz z częścią uzupełniającej ilośoi amoniaku i dwutlenku węgla, pod ciśnieniem syntezy mocznika i w temperaturze syntezy moocnika, po czym powssałą ciecz syntezową wykorzystuje się we wsponmńanej opee^cc!. kolsiθnsajji.

Dwa etapy syntezy mooznika można reaizoować różnymi drogam, np· kolejno, równolegle lub kolejno, leoz w zmienionej kolejności. W wyniku badań nad technicznymi i ekonomicznymi aspektami sposobu i biorąc pod uwagę okres postoju na czas przekształcania instalacji stwierdzono, iż korzystne jest prowadzenie etapów syntezy po kolei· Ponadto korzystne jest ustawienie reaktora syntezy mocznika, który zasilany jest roztororem absorpcyjnym oraz uzupełniającym NH^ i CO^ (tzw. synteza pierwotna) przed reaktorem syntezy mocznika p^o^ącym jak w procesie B (tzw· synteza wtórna)·

Syntezę pierwotną prowadzi się pod takim samym oiśnieneem jak syntezę wtórną, leoz w niższej temperaturze. Powodem tego jest fakt, le ilość uzupełniającego CO^ wprowadzanego do strefy syntezy pierwotnej powinna być mo Hiwie jak najniższa, tak by resztę można było zużyć w etapie odpędzania, w którym potrzebna jest mo Hiwie duża ilość C0₂· Z tej samej przyczyny do etapu syntezy pierwotnej wprowadza się część roztworu nijeΓZθrθagżwanych NH·^ i C0₂· Tak więc ioość uzupełniającego dwutlenku węgla wprowadzana do syntezy pierwotnej korzystnie wynosi 5 - 15% wagowych w przeliczeniu na całkowitą ilość uzupełniającego CO2· Tak niewielka ilość C0₂ sprawia, że stosunek molowy H₂O : C0₂ w syntezie pierwotnej jest wyższy niż zwykle, 00 prowadzi do obniżenia szybkości reakcji syntezy moocnika. W celu uniknięcia takiego obniżenia szybkości reakcji korzystne jest zwiększenie ilości uzupełniającego amoniaku wprowadzanego do syntezy pierwotnej tak, by skompensować to obniżenie. Hość ta korzystnie w/nosi 30 - 50% wagowych całkowitej ilości uzupełniającego a^c^^^^lku. W rezultacie stosunek molowy N^ : CO2 wynosi 3,5 - 5,0 w syntezie pierwotnej, zaś temperaturę tej syntezy można utrymiywać w zakresie 175 - 185° C również dzięki wstępnemu ogrzewaniu uzupełniającego amoniaku. Ciecz syntezowa otrymana w syn tezie pierwotnej w takich wartnkαżh syntezy zawiera 25 - 35% wagowych mocziu-ka.

Ciecz syntezową przesyła się do wyżsj opisanego etapu kondensaac! karbamin.anu, w którym mieszanina gazowa z etapu odpędzania ulega ko]sdθjsιaeji w tejże jiłżzy. Następne etapy, obejmujące zawracanie roztworu pokondensacyjnego do etapu syntezy, są identyczne jak w procesie B.

Wynalazek opisano poniżej w odrnesiniu do rysunku·

W reaktorze 11 zachodzi synteza pierwotna, zaś w reaktorze 12 zachodzi synteza wtórna.

W kolumnie odpędowej 13 realizuje się operaoję odpędzoiia, zaś kondensatory 14 i 14*to t

152 735 oddzielne kondensatory karbaminianu. Zawierającą mocznik ciecz syntezową otrzymaną w reaktorze 12 syntezy wtórnej (prowadzonej pod ciśnieniem 15,68 - 17,64 MPa i w temperaturze 185 - 195°C do stanu bliskiego równowwai) odprowadza się zstępującym przewodem 39 do kolnmny odpędowej 13, u której szczytu panuje ciśnienie równe ciśnieniu w reaktorze syntezy. W kolumnie odpędowej 13 ciecz styka się w trakcie ogrzewalna, z doprowadzanym w przeciwprądzie uzupełniającym gazowym dwutlenkiem węgla (80 - 95% Wsasooych),· dostarczonym przewodem 35. W ten sposób część niepreereggowsuiego amoniaku i nieprzereggwr?mego dwutlenku węgla zawwartych w cieczy syntezowej ulega oddzieleniu i w postaci mieszaniny gazowej usuwa się je wraz z wprowadzonym dwutlenkiem węgla u szczytu kolumny odpędowej 13. Ciecz wntezo^ o temperaturze 175 - 185°C, w ^której zawartość amoniaku i ^dwu tlenku węgla została obniżona do 20 - 30% wagowych, odprowadza się przewodem 40 i po obniżeniu jej ciśnienia do 1,37 - 1,96 MPa w zaworze rozprężającym 21 wprowadza się ją przewodem 41 do przestrzeni międzyrurkowej kondensatora 14*, gdzie co najmiiej część pozostałego nieprzereagowanego amoniaku i dwullenku węgla ulega dalszemu odparowaniu pod działsslrθi ciepła kondensaaji zachodzącej w rurkach. Powssałą mieszaninę ciecz-gaz rozdziela się, ewentualnie po uprzednim ogrzaniu parą wodną, dla oddzielenia siepΓZθreagoweslego amoniaku i dwutlenku węgla z cieczy syntezowej w postaci mieszaniny gazowej NirprzθΓθggOiesLr gazy oddzielone w tym etapie poddaje się absorp^^ w wysokociśnieniowym etapie absoopoci. Obróbkę cieczy syntezowej i nieprzeroagowanych gazów w operacjach prowadzonych pod ciśnieniem niższym od ciśnienia panującego w tym etapie wysokociśnienowym można realioorać dowolnymi znanymi metodami.

Roztwór absorpcyjny zawierająoy nieprzθreagow^ny amoniak i dwuilenek węgla (wodny roztwór karbaM-nianu), otrzymany w etapach oddzielania sieprzθreaiiwesegi amoniaku i dwutlenku węgla prowadzonych po etapie odpęd zaina, wprowadza się przewodem 42 do pompy 3, zwiększającej ciśnienie tego roztworu absorpcyjnego do wartości ciśnienia syntezy mocjmika. Następnie część roztworu (50 - 70%) wprowadza się do płuczki gazowej 15 przewodem 43, zaś resztę (30 - 50%) wprowadza się przewodem 44 do reaktora 11, w którym zachodzi synteza pierwotna. W tym samym czasie do reaktora 11 wprowadza się przewodami 36 i 33 odpowiednio część (5 - 15% wagowych) uzupełniającego gazowego CO^ i część (30 - 50%) uzupełniającego emonieku^{, k}tór^y został uprzetaio o^ariasy ^do 120 - 160°C za pomocą dru^egęo ^podarzewecze 17· W reaktorze 11 zachodzi synteza mocznika w uprzednio opisanych warunkach syntezy do uzyskania 90 - 96% stanu rówsowia;a. '

Ciecz syntezową otrzymaną w reaktorze 11 wprowadza się przewodem 37 do przestrzeni iθemsjI^,zrurkiiθj kondensatora 14* karbami.nianu, gdzie kontaktuje się ona z mieszaniną gazową doprowadzaną z kolumny odpędowej przewodem 48. W rezultacie co najmniej część mieszaniny gazowej ulega kIndensaeji. Powstałe ciepło kondensaeji odzyskuje się i wykoozystuje do oddzzelania sirprzereagowanego NH^ i CO^ jak to opisano po^w^żże.

Część roztworu absorbującego wprowadzona do płuczki gazowej 15 absorbuje NH^ i- C0₂, które wraz z gazem obojętrym opuściły szczyt reaktora 12 syntezy wtórnej i przewodem 46 wprowadza się ją do przestrzeni międzyrurkowej kondensatora 14 karbaminianu, gdzie co najmilej część mieszaniny gazowej z kolumny odpędowej kondensuje w powstałym roztworze, tak jak w przypadku-kondensatora 14*. Mieszaninę ciecz^as z kondensatorów 14 i 14* wprowadza się przewodem 38 u dna reaktora 12 syntezy wtórnej. W tym samym czasie resztę uzupełniającego amoniaku wprowadza się do reaktora przewodem 32. W reaktorze 12 syntezy wtórnej utrzymuje się zwykłe warunki procesu B.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku osiąga się następujące efekty:

1. Można stosować reaktor syntezy z procesu A bez żadnych jego moiyffkaeji.

2. Można stosować prostszą instalację niż nowa instalacja, która byłaby potrzebna dla przeprowadzenia procesu B.

3. Nowy reaktor syntezy do procesu B może być znacznie miejszy niż reaktor, który byłby potrzebny w zupęłnie nowej instalacji do procesu B o tej samej wdaaności (np. około 20%).

4. Kondensację w kondensatorze karbaminianu prowadzi się w wyższej temperaturze niż uzyskiwana soriaenie, dzięki powstawaniu mocznika i wody w reaktorze syntezy pierwotnej.

152 735

Wynalazek ilustruje następujący przykład.

Przykład. Instalację do produkoCi mooznika w procesie A o dziennej produkoji do 1000 t zmodyfikowano tak, by pracowała jako instalacja w procesie B o dziennej produkcji 1500 t. Oprócz zwiększonej produkcji założono wzrost ^dajności. Reaktor syntezy, któr7 ^pracował ^prz^y ciśnienzLu 24,5 MPa i “temperaturze ²⁰⁰°C, wykorzys^{tano j}a^{ko reak}“to^r syntezy pierwotnej bez ' żadnych zmian jego usytuowania, budowy, itd· Przewód odprowadzający · produkt z reaktora połączono ze szczytem jednego z kondensatorów karbaminianów, nowo zainstalowanych w ramach modyffkkcci. Orurowanie zamontowano . tak, by uzupełniająoy · amoniak był dostarczany pod ciśnieneem nie tylko do reaktora do procesu A, ale i do reaktora do procesu B, oraz by uzupełniający C0₂ zasilał pod ciśnieniem rówiież nowo zainstalowaną kolumnę odpędową. Osobne lrurooanie służyło do odprowadzania części roztworu karbaminicnu z konwencjonalnego wysoko ciśnie noowego absorbera do nowo zainstalowanej płuczki gazowej po podwyższeniu ciśnienia tego roztworu do wartości ciśnienia syntezy mooznika. Nowo zainstalowanł reaktor syntezy, kondensatory karbaminianu i kolumnę odpędową zainstsuwano w zwykle stosowanym ich położeniu względem siebie.

Pracę instalacji opisano poniżej w odniesieniu do rysunku.

Roztwór absorpcyjny o ^tempθłaturzł 103°C oy^prowa^dzany ze z^kłego w^okociśnieżowego absorbera (nie pokazanego na rysunku) i złożony z 20 t/godzinę NH?, 20,8 t/godzinę CO2 i 12,0 t/godzinę wody, przesyłano przewodem 42 do pompy 3, w której ciśnienie roztworu zwiększano do 18,62 MPa. Następnie 65,5% wagowych roztworu odprowadzano do płuczki gazowej, zaś resztę (34,% wagowych) wprowadzano do reaktora 11 syntezy pierwotnej, u jego dna. Część (10% wagow^n) uzupełniającego gazowego C0₂ (45,8 t/godzinę) o temperaturze 140°C i ciśnieniu ^po^doyższOl^ym ^przy użyciu sprężarki 2^, r^^ wprowadzano do rea^ktora 11 podczas gdy resztę (9C% wagowych) wprowadzano do kolumny odpędowej 13 u jej dna. Następnie

35.4 t/godzinę uzupełniającego ciekłego NH^ (którego ciśnienie zwiększono przy użyciu pom0 py 1) ogrzano wstępnie do 70 C przy użyciu skondensowanej pary wodnej w pie wszy m podgrzewaczu 16, po czym 65% wagowych tego NH? przesłano do reaktora 12 syntezy wtórnej, zaś resz tę · (35% wagowych) ogrzano dodatkowo parą wodną w drugim podgrzewaczu 17 i wprowadzm u dna reaktora 11. W rezultacie w reaktorze tym uzyskano stosunek molowy NH₇ : CO9 wynoszący 4,25 i temperaturę 177 C. U wylotu z tego reaktora otrzymywano ciecz syntezową złożoną z

10.5 t/godzinę moocnika, 13,5 t/godzinę NH?, 4,1 t/godzinę C0₂ i 7,5 t/godzinę ^0. Ciecz tę wprowadzono następnie do przestrzeni wewnątrznirkowe j kondensatora 14' karbaminianu *

Tu część mieszaniny gazowej z kolumny odpędowej uległa kondensaac! w cieczy syntezowej, której “temperatura wzrosła a^{ż d}o 1⁸6°C. Wyzwolone cie^pło odz^kom i w^korz^tano w niż^ej opisany sposób.

Roztwór absorpcyjny przesłany do płuczki gazowej 15 zużyto do zaabsorbowania gazowych NI? i C0₂ towarzyszących gazowi obojętnemu w mieszaninie gazowej opuszczającej górną część reaktora 12 syntezy wtórnej, a następnie wprowadzano go do przestrzeni oθłwątrziuu?kowej kondensatora 14 karbaminianu, gdzie w powstałym roztworze uległa ^ηόθΜθ^ι pozostała część mieszaniny gazowej z kolumny odpędowoi. Roztwór osiągnął podobnie wysoką temperaturę, a wyzwolone ciepło odzyskano jako nisko ciśnieniową parę w^dną. Mieszaniny gaz-cieoz po^tałe w kondensatorach 14 i 14* karbaminianu wprowadzono u dna reaktora 12 syntezy wtórnej, gdzie przez pewien czas pozostawały one razem wraz z doprowadzonym amoniakiem, w trakcie syntezy mocznika. Zawartość reaktora osiągnęła temperaturę aż 190°C, gaz obojętny ^idzce^! się i uzyskano ciecz syntezową zawierającą 67,4 t/godzinę mocziUka,

74,3 t/godzinę NH?, 23,3 t/godzinę CO2 i 38,4 t/godzinę H₂0.

Ciecz syntezową wprowadzono przewodem zstępującym 39 do kolumny odpędowej 13 u jej szczytu. W kolumnie tej ^ódzeMU się 59,3 t/godzinę M?, 7,8 t/godzinę C0₂ i 5,5 t/godzinę H20 jako mieszanina gazów, zawierająca wprowadzany do kolumny gazowy dwutlenek węgla. Odddielenie było rezultaeem ogrzewania za pomocą wysokociśnieniowej pary wodnej i działania odpędzającego gazowego CO2 wprowadzanego u dna kolumny. W rezultacie u dna kolumny odbierano ciecz syntezową o “temperaturze 176°^ z3^^ż^on^ą z 64,2 t/g^od^zi^nę moczżka, 16,8 t/godzinę NH?, 17,8 t/godzinę C0₂ i 31,9 t/godzinę H20. Ciśnienie tej cieczy obniżano natychmiast do 1,67 MPa, przed przesłaniem jej do przestrzeni międzyrurkowej kondensa152 735 tora ^'karbaminianu, gdzie z lieozy tej w^² ze lała się część obecnych w niej jeszcze HH^ i CO₂ pod wpływem ciepła generowanego w rurkach· Tak powaSałą mieszaninę gaz-ciecz poddawano znanej obróbce końcowej dla uzysk^i^zia moozzn.ka jako produktu końcowego i odzyskania nieprzereggowsniyoh NH^ ^{1 c0}2 w w*aj opisanym roztworze absorpcyjnym.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku można było użyć reaktora syntezy wtórnej o pojemności o 20% mniejszej . od pojemności reaktora, który trzeba by było zainstalować .w zupełnie nowej instalacji. Ponadto możliwe stało się uzyskanie znacznie waszej temperatury kmdensscji, dzięki czemu powierzchnię wymiany ciepła w kondensatorze karbaminianu można było zmniejszyć o 24%.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patenoowe

   1. Sposób wywarzania modcrnka, zgodnie z którym amoniak poddaje się reakcji z dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem syntezy mocznika i w temperaturze syntezy mocznika z wytworzeniem cieczy syntezowej zawierającej mocznik, nieprzo^agow^^ amoinak, niepr zaMaiowany dwuHenek węgla i wodę, po czym tę ciecz syntezową poddaje się pod ciśnieniem zasadniczo równym ciśnieniu syntezy mocz]nLka operami odpędzania dwutlenkiem węgla, a następnie ciecz syntezową, pozbawioną w tej operami odpędzania części niθprrθrcalowcmral amoniaku i części dwHenku węgla mających postać mieszaniny gazowej poddaje się co najmniej jednoetapowej operacc! zasadniczo pełnego oddzielania w postaci mieszaniny gazowej ιΙ^ι¹ żebrowanego amoniaku i nie propagowanego dwuHenku węgla obecnych jeszcze w otoczy syntezowej z wytworzeniem wodnego roztworu mocznika, przy czym tę operację oddzielania prowadzi się pod ciśnientom niższym id ciśnienia syntezy mocznika, a następnie mieszaninę gazową oddzieloną pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie syntezy mocznika przeprowadza się w roztwór absorpcyjny drogą ^Εοτρ^ί w medium absorpcyjrym, po czym ciśnienie tak otry/narnego roztworu absorpcyjnego podwyższa się zasadniczo do wartości odpowOadaCącθj ciśnieniu syntezy mocznika i mieszaninę gazową odpędzoną w operacc! odpędzania dwutlenkiem węgla pod ciśnieniem zasadniczo równym ciśnieniu syntezy mocznika poddaje się iperacci kondenss^i w roztworze absorpcyjrym i tak otrzymany roztwór pikondensacy jny zawraca się do syntezy moosmika, znamienny tym, że co najmniej część roztworu absorpcyjnego i ciśnieniu pod^ższ^iny^m do ciśnienia syntezy mocznika poddaje się dodatkowej reakcji syntezy mocznika wraz z częścią uzupeeniającej ilości amoniaku i dwutlenku węgla, pod ciśnieniem syntezy mocznika i w temperaturze syntezy mocznika, po czym powssałą ciecz syntezową wykorzystuje się we wspormńanej operacc^ kondensaci.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość uzupełniającego amoniaku i uzupełniającego dwuHenku węgla dostarczanych di dodatkowej reakcji syntezy mocznika wraz z rizwnrem absorpcyjnym o ciśnieniu podwyższonym do ciśnienia syntezy mocznika wynosi odpowiednio 5 - 15% wagowych i 30 - 50% wagowych w przeliczeniu na całkow.tą ilość uzupełniającego amoniaku i uzupełniającego dwutlenku węgla.

   152 735

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł