PL200856B1 - Sposób i instalacja do jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy sposobu jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika, jak równie z in- stalacji do realizacji tego sposobu. Sposób polega na tym, ze strumie n surowego gazu do syntezy amoniaku przepuszcza si e przez sekcje usuwania dwutlenku w egla, metanizacji i spr ezania gazu syn- tezowego, a nast epnie kieruje si e do sekcji syntezy amoniaku. Cz esc amoniaku otrzymanego w tej sekcji razem z dwutlenkiem w egla wychodz acym z sekcji usuwania dwutlenku w egla, podaje proce- sowi syntezy mocznika. Drug a czes c amoniaku w strumieniu zawieraj acym karbaminian poddaje si e reakcji cz esciowego rozk ladu, otrzymuj ac strumie n zawieraj acy amoniak i dwutlenek w egla, który kie- ruje si e równie z do sekcji syntezy mocznika. W ko ncowym etapie strumie n zawieraj acy karbaminian kieruje si e do sekcji rozk ladu karbaminianu i/lub do sekcji syntezy mocznika, a strumie n gazu zawiera- j acy wodór i azot kieruje si e do sekcji syntezy amoniaku. Instalacja do jednoczesnej produkcji amonia- ku i mocznika zawiera sekcj e wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku, sekcj e przetwarzania tlenku w egla, sekcj e usuwania dwutlenku w egla, sekcj e metanizacji, sekcj e spr ezania gazu do syntezy amoniaku, sekcj e syntezy amoniaku, sekcj e spr ezania dwutlenku w egla, sekcj e syntezy mocznika, sekcj e odzyskiwania mocznika, sekcj e syntezy karbaminianu i sekcj e rozk ladu karbaminianu. Metoda wed lug wynalazku pozwala znacznie zwi ekszy c wydajno sc produkcji oraz zmniejszy c zu zycie energii. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja do jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika.

Niniejszy wynalazek dotyczy zarówno sposobu jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika, jak również instalacji do realizacji takiego procesu.

W szczególności wynalazek odnosi się do instalacji do produkcji amoniaku, składają cej się z sekcji produkcji surowego gazu do syntezy amoniaku, zawieraj ą cego tlenek wę gla, wodór i azot, sekcji przetwarzania tlenku węgla, sekcji usuwania dwutlenku węgla, sekcji metanizacji, sekcji sprężania gazu do syntezy amoniaku i sekcji syntezy amoniaku, usytuowanych szeregowo, oraz instalacji do produkcji mocznika składającej się z sekcji sprężania dwutlenku węgla, sekcji syntezy mocznika i sekcji odzyskiwania mocznika, usytuowanych szeregowo.

Niniejszy wynalazek znajduje zastosowanie w tych przypadkach, w których sposób i instalacje do produkcji amoniaku i mocznika są ze sobą powiązane, to jest wtedy, kiedy cała lub w każdym razie znaczna część produkowanego amoniaku jest przetwarzana w mocznik, po jego przereagowaniu z dwutlenkiem węgla otrzymywanym jako produkt uboczny przy wytwarzaniu gazu do syntezy amoniaku.

Przy produkcji amoniaku i mocznika istnieje zapotrzebowanie z jednej strony na instalacje o coraz większej pojemności i wydajności operacyjnej, a z drugiej strony o coraz niższych kosztach inwestycyjnych i operacyjnych, jak również zużywających mniej energii.

W publikacji EP-0202454 ujawniono reaktor do syntezy amoniaku, którego zł o ż e katalityczne przekształcane jest z typu osiowego do typu osiowo-radialnego, w wyniku czego uzyskuje się wzrost wydajności przetwarzania reaktora, a zatem wydajności produkcji instalacji do produkcji amoniaku.

W publikacji EP-A-0796244 ujawniono natomiast instalację do produkcji mocznika, która przewiduje wprowadzenie etapu częściowego rozkładu karbaminianu w roztworze wodnym, zawracanego do obiegu reaktora syntezowego. W takiej instalacji można znacznie zredukować ilość wody zawracanej do reaktora syntezowego, a więc uzyskać wzrost wydajności przetwarzania, a zatem zdolności produkcyjnej instalacji.

Jedną z głównych trudności w jednoczesnym zwiększaniu zdolności produkcyjnej istniejących skorelowanych wzajemnie instalacji do produkcji amoniaku i mocznika jest wzrost wydajności poszczególnych reaktorów syntezowych w sekcjach związanych z początkową fazą produkcji.

W szczególności, sekcja usuwania dwutlenku węgla, metanizacji i sprężania gazu syntezowego do syntezy amoniaku, jak również sprężarki obiegów chłodzenia wewnątrz pętli syntezy amoniaku, oraz sekcja sprężania strumienia obejmującego dwutlenek węgla, podawanego do sekcji syntezy mocznika są wąskimi gardłami w zwiększeniu wydajności, ponieważ są gwałtownie przeciążane na skutek nieuniknionych wzrostów wielkości przepływów reagentów.

W przypadkach istniejących już instalacji, znanych ze stanu techniki, w celu zwiększenia całkowitej wydajności różnych sekcji poszczególnych reaktorów syntezowych, związanych z początkową fazą produkcji, proponowano jedynie zastąpienie istniejącej aparatury, aparaturą o większej wydajności lub dodanie nowej aparatury równolegle do istniejącej aparatury.

Zastosowanie tych środków ma bardzo niekorzystny wpływ zarówno na koszty inwestycji, jak i na zużycie energii. Co więcej, wdrożenie metod zgodnych z wcześ niejszym rozwiązaniem może być bardzo skomplikowane.

Technicznym zagadnieniem, będącym podstawą niniejszego wynalazku, jest dostarczenie sposobu jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika oraz instalacji do produkcji amoniaku i instalacji do produkcji mocznika, który umożliwia wzrost poszczególnych wydajności produkcji i implikuje niższe zużycie energii przy niskich kosztach inwestycji oraz jest technicznie łatwy do wdrożenia.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, zagadnienia te są rozwiązane przez sposób i instalację według wynalazku.

Sposób jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika w instalacji zawierającej sekcję wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, sekcję przetwarzania tlenku węgla, sekcję usuwania dwutlenku węgla, sekcję metanizacji, sekcję sprężania gazu do syntezy amoniaku, sekcję syntezy amoniaku, sekcję sprężania dwutlenku węgla, sekcję syntezy mocznika i sekcję odzyskiwania mocznika, charakteryzuje się tym, że pierwszą porcję amoniaku i mocznika wytwarza się w ten sposób, że strumień surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot przepuszcza się przez sekcje usuwania dwutlenku węgla, metanizacji i sprężania gazu syntezowego, otrzymując odpowiednio sprężony strumień gazu zawierającego

PL 200 856 B1 wodór i azot. Następnie tak sprężony strumień gazu zawierającego wodór i azot kieruje się do sekcji syntezy amoniaku, po czym część amoniaku otrzymanego w tej sekcji syntezy razem z dwutlenkiem węgla wychodzącym z sekcji usuwania dwutlenku węgla, podaje się do sekcji syntezy mocznika, natomiast drugą część amoniaku i mocznika wytwarza się w ten sposób, że przynajmniej część strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika, poddaje się reakcji częściowego rozkładu w sekcji rozkładu karbaminianu, otrzymując w ten sposób strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej oraz strumień zawierający rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym, po czym strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej kieruje się do sekcji syntezy mocznika, a strumień zawierający rozcień czony karbaminian w roztworze wodnym, pochodzący z etapu obróbki, kieruje się do sekcji syntezy karbaminianu. Odpowiednio sprężony strumień surowego gazu do syntezy amoniaku zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot kieruje się również do sekcji syntezy karbaminianu, zaś część strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku, kieruje się również do sekcji syntezy karbaminianu, po czym w sekcji syntezy karbaminianu przeprowadza się reakcję amoniaku z dwutlenkiem węgla, uzyskując strumień zawierający karbaminian w roztworze wodnym oraz strumień gazu zawierający wodór i azot. W końcu strumień zawierający karbaminian w roztworze wodnym kieruje się do sekcji rozkładu karbaminianu i/lub do sekcji syntezy mocznika, a strumień gazu zawierający wodór i azot kieruje się do sekcji syntezy amoniaku.

Dla sposobu według wynalazku korzystne jest, gdy strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot, przed podaniem do sekcji syntezy karbaminianu dodatkowo spręża się w dodatkowej sekcji sprężania, jak również gdy strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot, podawanego do sekcji syntezy karbaminianu, zawiera część strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, wychodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla i kierowanego do sekcji usuwania dwutlenku węgla. W korzystnych rozwiązaniach dodatkowo spala się strumień węglowodorów, otrzymując w ten sposób dodatkowy strumień surowego gazu do syntezy amoniaku zawierający tlenek węgla, wodór i azot, a dodatkowy strumień gazu do syntezy amoniaku, zawierający tlenek węgla, wodór i azot, z sekcji częściowego utleniania węglowodorów kieruje się do sekcji przetwarzania tlenku węgla. Można też wykorzystywać strumień pochodzący z sekcji syntezy amoniaku, zawierający amoniak w fazie gazowej.

Dla rozwiązania według wynalazku korzystne jest, gdy strumień wychodzący z sekcji syntezy amoniaku stanowi od 10% do 50%, najkorzystniej od 30% do 45% całkowitego strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymywanego w sekcji syntezy amoniaku. Równie korzystne, gdy część strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, wychodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla i podawanego do sekcji syntezy karbaminianu, stanowi od 10% do 50%, korzystnie od 30% do 45%, całkowitego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku wychodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla. Również do sekcji syntezy karbaminianu można dodatkowo podawać strumień zawierający wodę, pochodzący z sekcji zatężania mocznika.

Instalacja do jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika charakteryzuje się tym, że zawiera sekcję wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, sekcję przetwarzania tlenku wę gla, sekcję usuwania dwutlenku wę gla, sekcję metanizacji, sekcję sprężania gazu do syntezy amoniaku, sekcję syntezy amoniaku, sekcję sprężania dwutlenku węgla, sekcję syntezy mocznika, sekcję odzyskiwania mocznika, sekcję syntezy karbaminianu i sekcję rozkładu karbaminianu, a także przewody rurowe do podawania odpowiednio sprężonego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot do sekcji syntezy karbaminianu, przewody rurowe do podawania części strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku do sekcji syntezy karbaminianu, przewody rurowe do podawania przynajmniej części strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika, do sekcji rozkładu karbaminianu, przewody rurowe do podawania strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej otrzymanego w sekcji rozkładu, do sekcji syntezy mocznika, przewody rurowe do podawania strumienia zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym otrzymanego w sekcji rozkładu karbaminianu, do sekcji syntezy karbaminianu, przewody rurowe do podawania strumienia gazu zawierającego wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu, do sekcji syntezy amoniaku, oraz przewody rurowe do podawania strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu, do sekcji rozkładu karbaminianu i/lub do sekcji syntezy mocznika.

PL 200 856 B1

Korzystne jest, gdy instalacja według wynalazku jest wyposażona w dodatkową sekcję sprężania oraz w przewody rurowe do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do dodatkowej sekcji sprężania oraz z tej sekcji do sekcji syntezy karbaminianu. Korzystne jest również, gdy przewody rurowe do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do sekcji syntezy karbaminianu, są wyposażone w zawory regulujące do pobierania części strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku pochodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla i dostarczania do sekcji usuwania dwutlenku węgla, oraz gdy jest wyposażona w dodatkową sekcję do wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot oraz w przewody rurowe do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, otrzymanego w dodatkowej sekcji, do sekcji przetwarzania tlenku węgla.

W rozwią zaniach instalacji wedł ug wynalazku korzystne jest, gdy sekcja syntezy karbaminianu zawiera pierwszą komorę w połączeniu płynowym z przewodami rurowymi do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do sekcji syntezy karbaminianu, oraz odpowiednio z przewodami rurowymi do podawania strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu, do sekcji rozkładu karbaminianu i/lub do sekcji syntezy mocznika, drugą komorę w połączeniu płynowym z przewodami rurowymi do podawania strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku, do sekcji syntezy karbaminianu, trzecią komorę w połączeniu płynowym z przewodami rurowymi do podawania strumienia zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym, do sekcji syntezy karbaminianu, oraz odpowiednio z przewodami rurowymi do podawania strumienia gazu zawierającego wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu, do sekcji syntezy amoniaku, pierwszy absorber typu warstewkowego, umieszczony pomiędzy pierwszą i drugą komorą, zawierający wiele rur posiadających przeciwległe końce w połączeniu płynowym odpowiednio z pierwszą i drugą komorą, oraz drugi absorber typu warstewkowego, umieszczony pomiędzy drugą i trzecią komorą, zawierający wiele rur posiadających przeciwległe końce w połączeniu płynowym odpowiednio z drugą i trzecią komorą . Przy tym korzystne jest, gdy instalacja dodatkowo jest wyposażona w przewody rurowe do podawania strumienia zawierającego wodę do sekcji syntezy karbaminianu, w połączeniu płynowym z sekcją zatężania mocznika.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala znacznie zwiększyć wydajność produkcji instalacji do produkcji kolejno: amoniaku i mocznika, poprzez realizację prostych i skutecznych sposobów częściowej integracji pomiędzy dwoma instalacjami i skutkiem tego pozwala zlikwidować wąskie gardła istniejącej aparatury poszczególnych sekcji syntezy związanych z początkową fazą produkcji, które nie są istotnie zaangażowane w zwiększaniu wydajności. Innymi słowy, dzięki etapowi, w którym dostarcza się dodatkowych sekcji syntezy i rozkładu karbaminianu, połączonych odpowiednio z istniejącymi sekcjami instalacji do produkcji amoniaku i mocznika, możliwe jest zwiększenie wydajności produkcji tych instalacji bez konieczności zwiększania szybkości strumienia reagentów przepływających przez sekcje usuwania dwutlenku węgla, metanizacji i sprężania, które mogą pracować optymalnie.

W rzeczywistości, ilość reagentów potrzebna do uzyskania pożądanego wzrostu wydajności produkcji amoniaku i mocznika może być korzystnie wytwarzana w dodatkowych sekcjach syntezy i rozkładu karbaminianu, które są niezależne od istniejących sekcji usuwania dwutlenku węgla, metanizacji i sprężania. W szczególności dzięki sekcji syntezy karbaminianu uzyskiwany jest strumień gazu zawierający wodór i azot jako dodatkowe reagenty do syntezy amoniaku, podczas gdy, dzięki sekcji rozkładu karbaminianu uzyskiwany jest strumień gazu zawierający amoniak i dwutlenek węgla jako dodatkowe reagenty do syntezy mocznika.

Następną korzyścią wynikającą ze sposobu według wynalazku jest fakt, że poprzez dostarczenie dodatkowej sekcji rozkładu karbaminianu w celu poddawania obróbce częściowego rozkładu co najmniej jednej części strumienia karbaminanu w roztworze wodnym otrzymanego z sekcji odzyskiwania mocznika, można zasilać sekcję syntezy karbaminianu roztworem o dużej zawartości wody i w tym samym czasie zasilać reaktor syntezy mocznika strumieniem składającym się z amoniaku i znacznie odwodnionego dwutlenku węgla, co pozwala zmniejszyć molową proporcję H2O/CO2 w takim reaktorze, a zatem zwiększyć wydajność przemiany mocznika.

Cecha ta korzystna jest nie tylko ze względu na zwiększenie wydajności produkcji instalacji do produkcji mocznika, lecz także ze względu na znaczne zredukowanie zużycia energii z równoczesnym wzrostem wydajności przemiany. Ponadto, dzięki takiemu postępowaniu można nie tylko utrzymać niską molową proporcję H2O/CO2 w reaktorze syntezowym mocznika, lecz także wykorzystać przyPL 200 856 B1 najmniej część wody zawartej w strumieniu karbaminianu w roztworze wodnym pochodzącej z sekcji odzyskiwania mocznika, poprzez ponowne zawrócenie jej w łatwy i ekonomiczny sposób do sekcji syntezy karbaminianu w celu zwiększenia absorpcji dwutlenku węgla tak, żeby otrzymać i utrzymać karbaminian wytworzony w roztworze wodnym, przez co unika się niepożądanej jego krystalizacji.

Zgodnie z wynalazkiem, instalacje przeznaczone do wdrażania procesów do jednoczesnej produkcji amoniaku i mocznika mogą być zrealizowane zarówno „ex-novo jak i poprzez modyfikowanie istniejących instalacji w celu uzyskania wzrostu ich wydajności produkcji oraz poprawienia osiągów z ograniczeniem zuż ycia energii.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy instalacji do produkcji amoniaku i instalacji do produkcji mocznika, wzajemnie skorelowanych, według wcześniejszego rozwiązania, fig. 2 przedstawia schemat blokowy instalacji do jednoczesnej produkcji amoniaku i mocznika, wynikającą z połączenia instalacji z fig. 1 według przykładu realizacji niniejszego wynalazku, zaś fig. 3 przedstawia schematycznie szczegóły zgodnej z wynalazkiem instalacji przedstawionej przez schemat blokowy na fig. 2.

Wynalazek został przedstawiony w szczegółowym przykładzie realizacji.

Na fig. 1 przedstawiona została z najważniejszymi szczegółami zarówno instalacja do produkcji amoniaku, pokazana ogólnie jako 1 jak i instalacja do produkcji mocznika, pokazana ogólnie jako 2 konwencjonalnego typu.

Instalacja 1 do produkcji amoniaku i instalacja 2 do produkcji mocznika są konwencjonalnie wzajemnie skorelowane tak, że przynajmniej część produkowanego amoniaku i dwutlenku węgla, otrzymanego w instalacji do produkcji amoniaku jest używana jako reagenty w instalacji do produkcji mocznika. Instalacja 1 do produkcji amoniaku składa się z połączonych szeregowo: sekcji 3 do wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, sekcji 4 przetwarzania tlenku węgla, sekcji usuwania dwutlenku węgla 5, sekcji metanizacji 6, sekcji sprężania gazu do syntezy amoniaku 7 i sekcji do syntezy amoniaku 8.

Instalacja 2 do produkcji mocznika składa się z połączonych szeregowo: sekcji sprężania dwutlenku węgla 9, sekcji syntezy mocznika 10 i sekcji odzyskiwania mocznika 11.

Przy wlocie do sekcji 3, poprzez odpowiednie środki, odpowiednio: 12 i 13, podawany jest odpowiednio: strumień gazu składający się z węglowodorów i pary wodnej oraz strumień gazu składającego się z azotu, na przykład powietrza lub powietrza wzbogaconego w tlen.

Takie środki podające obejmują, na przykład, rurociągi lub przewody łączące, pompy, sprężarki, ejektory i inną aparaturę znanego typu, która zwykle stosowana jest w tego rodzaju instalacjach i dlatego, w dalszej części opisu nie będzie dodatkowo omawiana.

Mówiąc ogólnie, w niniejszym opisie oraz w zastrzeżeniach patentowych, z wyjątkiem tych miejsc, w których wyraźnie to zapisano, zakłada się, że termin „środki podające oznacza rurociągi, linie łączące, pompy, sprężarki, ejektory lub inne urządzenia znanego typu, które używane są do transportowania strumieni płynów lub gazów z jednego miejsca do drugiego w instalacjach przemysłowych.

Termin „węglowodory używany jest, aby ogólnie określić źródło wodoru i węgla jako surowców, jakim jest na przykład metan lub mieszanina ciekłych i/lub gazowych węglowodorów takich jak gaz naturalny i benzyna ciężka. Podczas gdy termin „powietrze wzbogacone w tlen przeznaczony jest do określenia powietrza o molarnej zawartości tlenu większej niż 21%, na przykład pomiędzy 22 a 80%.

Sekcja 3 obejmuje zazwyczaj: pierwszy etap reformingu, w którym na początku odbywa się rozkład węglowodorów przy pomocy pary wodnej z wytworzeniem wodoru, tlenku węgla i dwutlenku węgla i drugi etap reformingu, w którym rozkład przeprowadzany jest z dodatkiem strumienia gazu składającego się z azotu.

Przy ujściu sekcji 3 otrzymywany jest strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierający tlenek węgla, wodór i azot, który podaje się do sekcji przetwarzania tlenku węgla 4 poprzez odpowiednie środki 14.

Ze względu na zastosowanie tego wynalazku, strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, składający się z wodoru, azotu i tlenku węgla może być wytworzony w sekcji 3 według każdej innej znanej techniki, alternatywnej do reformingu węglowodorów parą wodną, na przykład poprzez prosty etap częściowego katalitycznego utleniania z dodatkiem wzbogaconego powietrza.

Sekcja 4 może obejmować wysokotemperaturowy etap przetwarzania i niskotemperaturowy etap przetwarzania tlenku węgla, obecnego w strumieniu surowego gazu do syntezy amoniaku, do dwutlenku węgla.

PL 200 856 B1

Strumień surowego gazu do syntezy amoniaku wychodzący z sekcji 4 podawany jest poprzez środki 15 do sekcji usuwania dwutlenku węgla 5, w której dwutlenek węgla jest odpowiednio wydzielany z strumienia gazu do syntezy amoniaku i podawany jest poprzez środki 16 do sekcji sprężania 9.

Strumień gazu do syntezy amoniaku zawierający wodór i azot pochodzące z sekcji usuwania dwutlenku węgla 5, przed jego dostarczeniem do sekcji syntezy amoniaku dostarczany jest poprzez elementy 17 do sekcji metanizacji 7 i sekcji sprężania 8 typu konwencjonalnego, gdzie strumień gazu podlega odpowiedniemu oczyszczeniu i sprężeniu.

W szczególności, w sekcji metanizacji 6 ewentualne ślady tlenku węgla i/lub dwutlenku węgla są odpowiednio przekształcane w metan. W sekcji sprężania, tak oczyszczony strumień gazu jest następnie sprężany do ciśnienia syntezowego, wynoszącego zazwyczaj pomiędzy 10000 a 20000 kPa.

Technologiczne warunki ciśnienia i temperatury wewnątrz sekcji 3-8 są równoważne typowym warunkom konwencjonalnej instalacji do syntezy amoniaku, są zatem dobrze znane przez znawców dziedziny.

Wysokociśnieniowa pętla do syntezy, określona przez sekcję 8, zazwyczaj obejmuje reaktor do syntezy amoniaku oraz odpowiednie środki i aparaturę do wydzielania i do ponownego zawracania nieprzereagowanego wodoru i azotu do reaktora syntezowego. Aparatura ta, obejmuje dodatkowo sprężarki obiegu chłodniczego.

Strumień składający się głównie z amoniaku, wychodzący z sekcji 8 może być podawany w całości poprzez środki 18 do sekcji syntezy mocznika 10 lub, zgodnie z zapotrzebowaniem (nawet znaczna) jego część może być uzyskiwana bezpośrednio z instalacji 1 poprzez środki 19 do wielorakich zastosowań. Jeżeli nie ma zapotrzebowania na produkcję mocznika, amoniak produkowany w sekcji 8 można zatem całkowicie wydobywać z instalacji 1 przez środek 19.

Strumień gazu składający się z dwutlenku węgla, po tym jak został odpowiednio sprężony w sekcji 9, podawany jest do sekcji 10 poprzez środki 20 i poddawany reakcji z amoniakiem, w wyniku czego otrzymuje się mieszaninę reakcyjną składającą się z mocznika, karbaminianu i wolnego amoniaku w roztworze wodnym.

Wysokociśnieniowa i temperaturowa pętla do syntezy, określona przez sekcję 11, zazwyczaj obejmuje jeden lub więcej reaktorów do syntezy mocznika i ewentualnie - zgodnie z rodzajem procesu - jedną lub więcej jednostek odpędzania rozpuszczalnika i kondensujących.

Tak otrzymana mieszanina reakcyjna podawana jest poprzez środki 21 do sekcji odzyskiwania mocznika 11, w której wyprodukowany w sekcji 10 mocznik oddzielany jest od karbaminianu i ciekłego amoniaku w roztworze wodnym i wychodzi z instalacji 2 poprzez środki 22, po tym jak zostaje dodatkowo zatężony w odpowiedniej sekcji, która nie jest pokazana.

Sekcja odzyskiwania mocznika składa się zazwyczaj z jednego lub dwóch średniociśnieniowych (około 1800 bwzgl. kPa), odpowiednio, średniociśnieniowego i niskociśnieniowego (około 400 bwzgl. kPa) aparatów do rozkładu karbaminianu oraz poszczególnych kondensatorów karbaminianu.

Karbaminian i wolny amoniak w roztworze wodnym, uzyskane w sekcji odzyskiwania mocznika 11 są ostatecznie ponownie zawracane poprzez środki 23 do sekcji syntezy mocznika 10. Jest godnym uwagi to, że ponownie zawrócony strumień podawany do sekcji syntezy mocznika 10 jest szczególnie bogaty w wodę, która obniża wydajność przemiany w takiej sekcji.

Odnośnie fig. 2, pokazany jest korzystnie schemat blokowy, przedstawiający instalację do jednoczesnej produkcji amoniaku i mocznika jako efekt realizacji instalacji z fig. 1 według przykładu realizacji niniejszego wynalazku.

Szczegóły instalacji 1 i 2 z fig. 1 na fig. 2, funkcyjnie i strukturalnie równoważne z tymi, które przedstawione są na fig. 1, będą wskazane przez te same numery i nie będą powtórnie opisywane.

Dzięki niniejszej metodzie według wynalazku można zwiększyć wydajność produkcji instalacji 1 i 2 bez przeciążania sekcji 8 i 10 związanych z początkową fazą produkcji, w szczególności sekcji 5 - 7 i 11 jak również sprężarek obiegu chłodniczego, przewidzianych w sekcji 8.

W tym celu, zgodnie z przykładem realizacji wynalazku, korzystnie przewidziane są następujące sekcje i środki, niezależnie od poniżej przytoczonego porządku:

- sekcja syntezy karbaminianu 24;

- sekcja rozkładu karbaminianu 25;

- przewody rurowe 26 do podawania odpowiednio sprężonego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot do sekcji syntezy karbaminianu 24;

- przewody rurowe 27 do podawania części strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku 8 do sekcji syntezy karbaminianu 24;

PL 200 856 B1

- przewody rurowe 28 do podawania przynajmniej części strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika 11 do sekcji rozkładu karbaminianu 25;

- przewody rurowe 29 do podawania strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej otrzymanego w sekcji rozkładu 25 do sekcji syntezy mocznika 10;

- przewody rurowe 30 do podawania strumienia zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym, otrzymanego w sekcji rozkładu karbaminianu do sekcji syntezy karbaminianu 24;

- przewody rurowe 31 do podawania strumienia gazu zawierającego wodór i azot otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu do sekcji syntezy amoniaku 8; i

- przewody rurowe 32 do podawania strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu 24 do sekcji rozkładu karbaminianu 25.

W ten sposób, poprzez częściową integrację istniejących instalacji możliwym jest zwiększenie wydajności produkcji instalacji do wytwarzania odpowiednio amoniaku i mocznika, bez przeciążania istniejących sekcji usuwania dwutlenku węgla, metanizacji i sprężania (łącznie ze sprężarkami obiegu chłodniczego sekcji syntezy amoniaku), które już zazwyczaj pracują na granicy swoich obciążeń i które są przeszkodą w zwiększeniu wzmiankowanej wydajności.

Innymi słowy, dzięki sposobowi według wynalazku, dodatkowa ilość amoniaku i mocznika, jaką zamierza się wyprodukować w istniejących instalacjach, otrzymywana jest poprzez zastosowanie w sekcjach do syntezy 8 i 10 odpowiednich ilości reagentów, które, jednakże nie są otrzymywane według opisanego powyżej konwencjonalnego sposobu z odwołaniem się do fig. 1, ale korzystnie, poprzez następujące etapy w których:

- poddaje się przynajmniej część strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika 11 (przewody rurowe 28) obróbce częściowego rozkładu w sekcji rozkładu karbaminianu 25, w ten sposób otrzymując strumień (29) składający się z amoniaku i dwutlenku węgla w fazie gazowej i strumienia (30) zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym;

- podaje się strumień (29) zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej do sekcji syntezy mocznika 10;

- podaje się strumień (30) składający się z rozcieńczonego karbaminianu w roztworze wodnym, powstały w etapie obróbki do sekcji syntezy karbaminianu 24;

- podaje się odpowiednio sprężony strumień (26) surowego gazu do syntezy amoniaku zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot do sekcji syntezy karbaminiamu 24;

- podaje się część strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku 8 (przewody rurowe 27) do sekcji syntezy karbaminiamu 24;

- przeprowadza się reakcję amoniaku z dwutlenkiem węgla w sekcji syntezy karbaminianu 24, otrzymując strumień (32) zawierający karbaminian w roztworze wodnym i strumień gazu (31) składający się z wodoru i azotu;

- podaje się strumień (32) zawierający karbaminian w roztworze wodnym do sekcji rozkładu karbaminianu 25; oraz

- podaje się strumień gazu (31) zawierający wodór i azot do sekcji syntezy amoniaku.

Dodatkowe ilości reagentów do syntezy, odpowiednio, amoniaku i mocznika są więc dostarczane do sekcji, odpowiednio 8 i 10 poprzez przewody rurowe 31 i 29.

Postępując w ten sposób, oczywistym jest to, że w metodzie według wynalazku nie ma potrzeby stosowania lub zwiększania efektywności istniejących sekcji usuwania dwutlenku węgla, metanizacji lub sprężania, które są w stanie pracować optymalnie, przy niskim zużyciu energii. Ponadto, zgodna z wynalazkiem metoda nie wymaga nawet dodawania nowych sekcji tego rodzaju, które są bardzo wymagające w kategoriach zużycia energii oraz drogie w kategoriach kosztów inwestycyjnych.

Szczególnie satysfakcjonujące wyniki w kategoriach kosztów inwestycyjnych i zużycia energii zostały osiągnięte poprzez wprowadzenie sekcji i dodatkowych środków, które zostały powyżej opisane z odnośnikami do fig. 2, aby w ten sposób otrzymać taką ilość reagentów, które umożliwiają wzrost produkcji amoniaku i odpowiednio mocznika pomiędzy 10% a 50%, korzystnie pomiędzy 30% a 45%, względem produkcji przed realizacją wynalazku.

Ponadto, jeżeli instalacje 1 i 2 zostały już przekształcone, lub powinny one jakkolwiek współpracować z sekcjami usuwania dwutlenku węgla, metanizacji i sprężania najczęściej na granicy obciążenia, to sposób według wynalazku pozwala korzystnie rozdzielić takie obciążenie na dodatkowe sekcje

PL 200 856 B1 i w ten sposób odciążyć istniejące sekcje które dzięki temu będą w stanie pracować optymalnie. W ten sposób dodatkowo zużycie energii zostanie zredukowane.

W celu maksymalizowania wydajności przemiany w sekcji syntezy mocznika 10 (przez zmniejszenie proporcji molowej H2O/CO2) i zatem zmniejszenia zużycia energii, w takiej sekcji korzystnym jest przesłanie poprzez środki 32 całego strumienia składającego się z karbaminianu w roztworze wodnym, otrzymanym w sekcji 24, do sekcji rozkładu karbaminianu 25.

To samo dotyczy strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika 11, który korzystnie przesyłany jest w całości do sekcji rozkładu karbaminianu 25.

Alternatywnie przewidziana jest w każdym razie możliwość, w której podaje się bezpośrednio do sekcji syntezy mocznika 10 poprzez środki 33 (zaznaczone na fig. 2 linią przerywaną) całość lub w każdym razie część takiego strumienia składającego się z karbaminianu, jak również poprzez środki 23 (zaznaczone na fig. 2 linią przerywaną) część strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym.

Korzystnie, strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot, podawany jest poprzez przewody rurowe 26 do sekcji syntezy karbaminianu 24 w postaci odpowiednio sprężonej, to jest pod ciśnieniem równoważnym rzeczywistemu ciśnieniu pracy sekcji 24, które zgodne jest z ciśnieniem w sekcji syntezy amoniaku 8W tym celu, zgodnie z korzystnym przykładem realizacji niniejszej metody według wynalazku, przewidywane są dalsze etapy dostarczania dodatkowych sekcji sprężania 34 i przewodów rurowych 26 do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do dodatkowej sekcji sprężania 34 oraz z niej do sekcji syntezy karbaminianu.

Sekcja sprężania 34 może obejmować jedną lub więcej jednostek sprężania konwencjonalnego typu, które umożliwiają odpowiednie sprężenie zarówno dodatkowych reagentów do syntezy amoniaku jak i dodatkowych ilości dwutlenku węgla do sekcji syntezy mocznika.

Zgodnie z przykładem realizacji tego sposobu według wynalazku pokazanego na fig. 2, przewody rurowe 26 do podawania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do sekcji syntezy karbaminianu 24 obejmują zawory regulujące (nie pokazane, na przykład zawory kontrolne) do wydobywania części strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku pochodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla 4 i dostarczania poprzez środki 15 do sekcji usuwania dwutlenku węgla 5.

Innymi słowy, strumień gazu składający się z dwutlenku węgla, wodoru i azotu aby był dostarczony do sekcji syntezy karbaminianu 24 jest w tym przypadku korzystnie wydobywany w początkowej fazie produkcji sekcji usuwania dwutlenku węgla 5.

Postępowanie w ten sposób sprawia, że strumień gazu dostarczany do sekcji 24 jest już częściowo sprężony w sekcji przetwarzania tlenku węgla 4, tak więc ograniczone jest zużycie energii potrzebnej do sprężenia go do pożądanego ciśnienia. Należy zwrócić uwagę na korzyści zarówno dla strumienia reagentów dostarczanych do sekcji syntezy amoniaku 8 jak i dla strumienia dwutlenku węgla dostarczanego do sekcji syntezy mocznika 10.

Odnośnie tego, otrzymano szczególnie zadowalające rezultaty dotyczące udziału strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, pochodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla 4 i podawanego do sekcji syntezy karbaminianu 24, wynoszące pomiędzy 10% a 50%, korzystnie pomiędzy 30% a 45%, całkowitego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku pochodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla 4.

Analogicznie, otrzymano szczególnie zadowalające rezultaty dotyczące strumienia pochodzącego z sekcji syntezy amoniaku 8 (przewody rurowe 27) odpowiadające części obejmującej pomiędzy 10% a 50%, korzystnie pomiędzy 30% a 45% całkowitego strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku 8.

Poprzez zwiększenie wydajności produkcji instalacji do produkcji amoniaku i mocznika oraz jednocześnie poprzez pobieranie dodatkowej ilości reagentów ze strumienia gazu skierowanego do istniejącej sekcji usuwania dwutlenku węgla, jak to pokazano na przykładzie na fig. 2, można korzystnie, zamiast nadmiernego przeciążania istniejących sekcji karbonizacji (w szczególności sekcji 3), dostarczyć dodatkowych sekcji do produkcji surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot.

Korzystnie, metoda realizacji według niniejszego wynalazku przewiduje zatem dalszy etap, w którym dostarcza się dodatkową sekcję 35 do produkcji surowego gazu do syntezy amoniaku zaPL 200 856 B1 wierającego tlenek węgla, wodór i azot oraz przewody rurowe 36 do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, otrzymanego w dodatkowej sekcji 35 do sekcji przetwarzania tlenku węgla.

Przykład z fig. 2 opiera się na założeniu, że sekcja przetwarzania tlenku węgla 4 jest w stanie wytrzymać nawet znaczny wzrost obciążenia. Jednakże nie przeszkadza temu, aby dostarczyć kolejną sekcję przetwarzania tlenku węgla (nie pokazana), zapobiegając tym samym przechodzeniu dodatkowego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku przez sekcję 4.

Sekcja 35 do wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot może obejmować jeden lub więcej etapów reformingu lub korzystnie etap częściowego katalitycznego utleniania.

Dodatkowy strumień tlenku węgla, wodoru i azotu otrzymany jest w wyniku podawania strumienia składającego się z węglowodorów oraz strumienia składającego się z azotu, na przykład powietrza, a korzystnie powietrza wzbogaconego w tlen do sekcji 35 poprzez środki 37 i odpowiednio 38.

Godnym uwagi jest korzystny sposób wdrażania niezależnie od sposobu w jaki dostarczany jest dodatkowy strumień dwutlenku węgla, wodoru i azotu do sekcji syntezy karbaminianu 24.

Szczegóły związane z przyłączeniami i modyfikacjami powodowanymi metodą według wynalazku są lepiej uwidocznione w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 3.

Na fig. 3 szczegóły instalacji do jednoczesnej produkcji amoniaku i mocznika, które są strukturalnie i funkcyjnie równoważne tym przedstawionym na fig. 2 będą wskazane tymi samymi cyframi i nie będą więcej opisywane.

W celu uproszczenia wyjaśnienia niniejszego wynalazku, na fig. 3 schematycznie zilustrowana jest jedynie część instalacji z fig. 2 do łączonej produkcji amoniaku i mocznika; sekcje pominięte nie są znaczące w zrozumieniu niniejszego wynalazku.

Ponadto, specyficzne odnośniki do przewodów łączących w różnych częściach instalacji opisanej poniżej i zilustrowanej na fig. 3 wykonywane będą jedynie wtedy, gdy będzie to ściśle konieczne. Przewody te są konwencjonalne „per se.

Na fig. 3 pokazane są przewody rurowe 39 do podawania strumienia zawierającego wodę, pochodzącego z sekcji zatężania (nie pokazana) instalacji do produkcji mocznika, do sekcji syntezy karbaminianu 24.

Podawanie takie (które jest całkowicie opcjonalne) jest korzystne w sytuacji zapotrzebowania na wodę w sekcji syntezy karbaminianu 24, która jest większa od tej obejmującej strumień zawierający rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym pochodzącym z sekcji rozkładu 25 (przewody rurowe 30).

Postępując w ten sposób, poprzez ponowne zawracanie wody otrzymanej w jednej z sekcji związanych z końcową fazą wytwarzania reaktora do syntezy mocznika, unika się dostarczania do sekcji 24 strumienia zawierającego wodę pochodzącą z zewnątrz procesu i otrzymuje się w ten sposób oszczędność w kosztach operacyjnych.

Zgodnie z korzystnym praktycznym przykładem realizacji niniejszego wynalazku dostarczone są przewody rurowe 27 pomiędzy sekcją syntezy amoniaku 8 a sekcją syntezy karbaminianu 24 w celu dostarczania do tej drugiej sekcji strumienia zawierającego amoniak w fazie gazowej, który natychmiast reaguje z dwutlenkiem węgla obecnym w sekcji 24, zwiększając syntezę karbaminianu.

Przed wprowadzeniem do sekcji syntezy amoniaku 8, może być korzystnym odpowiednie oczyszczenie strumienia gazu zawierającego wodór i azot, przepływającego poprzez przewody rurowe 31. W tym celu na fig. 3 pokazana jest odpowiednia konwencjonalna aparatura do metanizacji 40 i osuszania 41 takiego strumienia.

W szczególności, w aparaturze 41 osuszającej strumień gazu zawierającego wodór i azot jest odwadniany przez przemywanie go w ciekłym amoniaku tak, aby usunąć możliwe śladowe ilości wody.

Przez wzgląd na to, strumień składający się z ciekłego amoniaku prowadzi do przewodów rurowych 31 poprzez środki 42 i w ten sposób podawany jest do aparatury osuszającej 41 razem ze strumieniem gazu składającym się z wodoru i azotu.

W takiej aparaturze woda obecna w strumieniu gazu, absorbowana jest przez amoniak, dając wodny roztwór amoniaku, który poprzez środki 43 i 32 jest korzystnie ponownie zawracany do sekcji 25, podczas gdy strumień gazu składający się z wodoru i azotu, wolny od wody, podawany jest do sekcji syntezy amoniaku 8 poprzez przewody rurowe 31.

Na przykładzie z fig. 3 dostarczony jest także separator 44 pomiędzy sekcją syntezy karbaminianu 24 a sekcją rozkładu karbaminianu 25 do ekstrahowania poprzez środki 45 ze strumienia karbaminianu w roztworze wodnym wodoru i azotu porywanego przez strumień.

PL 200 856 B1

Sekcja rozkładu karbaminianu 25 może obejmować jednostkę rozkładającą (na przykład kolumnę odpędową), jak to pokazano na fig. 3, lub dwie albo więcej jednostek rozkładu połączonych szeregowo, które pracują w różnych warunkach temperatury i ciśnienia.

Korzystnie, w przykładzie na fig. 3, pojedyncza jednostka rozkładu pracuje w warunkach temperatury i ciśnienia analogicznych do tych występujących w sekcji syntezy mocznika 10.

Kolejno, sekcja syntezy karbaminianu 24 może obejmować pojedynczą komorę reakcyjną, do której prowadzą przewody rurowe 26, 27 i 30, lub kilka komór reakcyjnych rozlokowanych w odpowiednich aparaturach lub w jednej aparaturze tak jak w przykładzie zilustrowanym na fig. 3.

W tym przypadku, sekcja 24 składa się z trzech komór 46, 47 i 48 rozdzielonych przez dwa absorbery 49 i 50, na przykład typu warstewkowego.

Pierwsza komora 46 znajduje się w dolnej części sekcji 24 i jest w płynnej łączności z przewodami rurowymi 26 do podawania strumienia gazu zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot do tej sekcji, kolejno z przewodami rurowymi 32 do podawania strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym otrzymanego w sekcji 24 do sekcji rozkładu karbaminianu 25.

Druga komora 47 dostarczona jest w środkowym obszarze sekcji 24 i jest w płynnej łączności z przewodami rurowymi 27 do podawania strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, pochodzącego z sekcji syntezy amoniaku 8.

Trzecia komora 48 znajduje się w górnej części sekcji 24 i jest w płynnej łączności z przewodami rurowymi 39 i 30 do podawania strumienia zawierającego wodę, odpowiednio rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym oraz z przewodami rurowymi 31 do podawania strumienia gazu zawierającego wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu 24, do sekcji syntezy amoniaku 8.

Pierwszy absorber 49 dostarczony jest pomiędzy pierwszą i drugą komorą 46 i 47 i składa się na przykład z wielu rur, których przeciwległe końce są w płynnej łączności odpowiednio z pierwszą i drugą komorą.

Drugi absorber 50 dostarczony jest pomiędzy drugą i trzecią komorą 47, 48 i składa się na przykład z wielu rur, których przeciwległe końce są w płynnej łączności odpowiednio z drugą i trzecią komorą.

Dzięki tak zaprojektowanej sekcji syntezy karbaminiany 24 można uzyskać szybką i efektywną reakcję pomiędzy amoniakiem i dwutlenkiem węgla w prostym strukturalnie urządzeniu o ograniczonych wymiarach oraz niskich kosztach produkcyjnych i eksploatacyjnych.

Strumień składający się z rozcieńczonego karbaminianu w roztworze wodnym, pochodzący z sekcji rozkładu karbaminianu 25 jest korzystnie podawany do trzeciej komory 48 poprzez przewody rurowe 30, w pobliżu drugiego absorbera 50.

Ponadto, otrzymano zadowalające rezultaty w wyniku podawania takiego strumienia zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym do trzeciej komory 48, najbliższej górnego końca sekcji 24 lub do drugiej komory 47 najbliższej drugiego absorbera 50, jak pokazano na fig. 3 przez zakreskowanie liniami.

Korzystnie, trzecia komora 48, która pracuje raczej w warunkach adiabatycznych, składa się z wielu perforowanych palet konwencjonalnego typu, które pozwalają zwiększyć wydajność absorpcji.

Zgodnie ze specyficzną strukturą sekcji syntezy karbaminianu 24 z fig. 3, strumień zawierający wodór, azot i dwutlenek węgla podawany jest poprzez przewód 26 do pierwszej komory 46.

Z komory 46 strumień wprowadzany jest po boku cienkościennych rur do pierwszego absorbera 49, w którym przepływa on w przeciwprądzie do strumienia zawierającego amoniak i karbaminian w roztworze wodnym pochodzącego z drugiej komory 47.

W przestrzeni tej główna część dwutlenku węgla reaguje z wolnym amoniakiem, korzystnie zarówno w fazie gazowej jaki i w fazie płynnej, tworząc karbaminian, który gromadzi się w komorze 46. Strumień gazu wychodzący z pierwszego absorbera 49 miesza się w komorze 47 ze strumieniem amoniaku, wodoru i azotu, pochodzącym z sekcji syntezy amoniaku 8 poprzez przewody rurowe 27 i wchodzi po boku cienkościennych rur do drugiego absorbera 50, w którym główna część dwutlenku węgla i amoniaku w fazie gazowej jest absorbowana w rozcieńczonym amoniakalnym roztworze pochodzącym z trzeciej komory 48.

Trzecia komora 48, która zasilana jest poprzez przewody rurowe 39 i 30 strumieniem zawierającym wodę pochodzącą z sekcji zatężania mocznika, oraz kolejno strumieniem zawierającym karbaminian w roztworze wodnym pochodzącym z sekcji rozkładu karbaminianu 25, pozwala na ostateczne usunięcie resztek amoniaku i dwutlenku węgla.

PL 200 856 B1

Dzięki niniejszemu wynalazkowi można na przykład u ujścia z trzeciej komory 49 otrzymać strumień gazu zawierający wodór i azot (przewody rurowe 31) o molarnej zawartości resztek amoniaku równej około 1% oraz o molarnej zawartości resztek dwutlenku węgla równej około 0,05%.

Ciepło reakcji, które wywiązuje się w sekcji syntezy karbaminianu 24 jest korzystnie usuwane poprzez pośrednią wymianę ciepła płynem chłodzącym (na przykład wodą), który korzystnie, przepuszczany jest przez absorbery 49 i 50 po stronie płaszcza.

W ten sposób można utrzymać wewnątrz sekcji syntezy karbaminianu 24 temperaturę w takim zakresie, w którym unika się krystalizacji karbaminianu wewnątrz rur absorbera.

Na przykład wartości temperatury i ciśnienia wewnątrz sekcji syntezy karbaminianu 24 obejmują odpowiednio zakres pomiędzy 14000-20000 bzwgl. kPa (korzystnie 18000 bzwgl. kPa) i 110 - 115°C (korzystnie 130°C).

Instalacja do łączonej produkcji amoniaku i mocznika otrzymana poprzez metodę według niniejszego wynalazku może być także korzystnie zrealizowana „ex-novo.

Instalacja taka obejmuje sekcje i środki opisane z odwołaniem się do fig. 2.

Wszystkie korzyści opisane z odwołaniem się do przekształconych według wynalazku istniejących instalacji do produkcji amoniaku i mocznika występują w instalacji realizowanej „ex-novo z wyjątkiem jedynie kosztów inwestycyjnych, które są wyraźnie większe dla nowej instalacji.

Dzięki instalacji zgodnej z niniejszym wynalazkiem, otrzymanej zarówno według powyżej opisanej metody realizacji lub zrealizowanej „ex-novo, można korzystnie wdrożyć proces jednoczesnej produkcji amoniaku i mocznika.

P r z y k ł a d

Przyjęte jest założenie, że istnieje potrzeba modernizowania w tym samym czasie instalacji do produkcji amoniaku i instalacji do produkcji mocznika, których istniejące sekcje nie mogą być powiększone lub dalej rozwinięte według konwencjonalnych metod. Zasadniczo, zamierzeniem takiej realizacji jest zwiększenie wydajności tych instalacji.

Zwiększenie wydajności zdefiniowano następująco:

- instalacja do produkcji NH3: z 1300 MTD NH3 do 2000 MTD NH3;

- instalacja do produkcji mocznika z 2300 MTD mocznika do 3500 MTD mocznika.

Dzięki obecnemu wynalazkowi można korzystnie otrzymać brakujące wydajności (700 MTD NH3 i 1200 MTD mocznika) poprzez odpowiednią integrację dwóch produkcji, jedynie w odniesieniu do wymaganych dodatkowych wydajności, bez powodowania znacznych modyfikacji istniejących instalacji.

W przykładzie tym rozważane są dwa różne rodzaje instalacji do syntezy mocznika, podczas gdy instalacja do syntezy amoniaku jest zawsze tego samego typu.

- przypadek 1: instalacja do produkcji mocznika opiera się na procesie odpędzania rozpuszczalnika przy pomocy CO2;

- przypadek 2: instalacja do produkcji mocznika opiera się na procesie auto-odpędzania rozpuszczalnika (przy zastosowaniu amoniaku);

Przypadek 1: warunki operacyjne w sekcji syntezy mocznika (reaktor syntezowy) są jak następuje.

- ciśnienie: = 14000 15000 bwzgl. kPa

- temperatura: 183 * 188°C

- mol. NH3/CO2 : = 3

- mol. H2O/CO2 : = 0,5

- η : 60% (wydajność przemiany)

Roztwór mocznika wychodzący z reaktora syntezowego poddawano procesowi odpędzania rozpuszczalnika w tradycyjny sposób w kolumnie odpędowej używając CO2 jako substancji odpędzającej rozpuszczalnik. Tak otrzymane pary częściowo kondensowano w kondensatorze karbaminianu i podawano do reaktora syntezowego razem z odzyskanym wodnym roztworem karbaminianu pochodzącym z sekcji odzyskiwania mocznika.

Realizacja jednoczesnej instalacji do produkcji amoniaku i instalacji do produkcji mocznika, przedstawiona zgodnie z metodą niniejszego wynalazku, pozwoliła osiągnąć wydajność produktywną instalacji do produkcji mocznika w wysokości 3500 MTD. W procesie stosowano następujące warunki operacyjne w sekcji syntezy mocznika:

- ciśnienie: = 14000 15000 bwzgl. kPa

- temperatura: 185 189°C

- mol. NH3/CO2 : = 3

- mol. H2O/CO2 : = 0,15

PL 200 856 B1

- η : 65% (wydajność przemiany)

Korzystnie, niezależnie od znacznego wzrostu wydajności, możliwym było zwiększenie uzysku z 60% do 65%, dzięki zmniejszeniu molarnego stosunku H2O/CO2 z 0,5% do 0,15%, będącego wynikiem oszczędności w kategorii zużycia energii.

Przypadek 2: warunki operacyjne w sekcji syntezy mocznika (reaktor syntezowy) są jak następuje.

- ciśnienie: = 14000 k 15000 bwzgl. kPa

- temperatura: 185 + 190°C

- mol. NH3/CO2 : = 3,2

- mol. H2O/CO2 : = 0,5

- η : 62% (wydajność przemiany)

Roztwór mocznika wychodzący z reaktora syntezowego poddawano procesowi odpędzania rozpuszczalnika w tradycyjny sposób w kolumnie odpędowej zgodnie z warunkami auto-odpędzania. Tak otrzymane pary kondensowano w pierwszym kondensatorze i ponownie zawracano do reaktora. Roztwór wychodzący z kolumny odpędowej kolejno destylowano przy 1800 bwzgl. kPa w etapie średniociśnieniowym i przy 400 bwzgl. kPa w etapie niskociśnieniowym i przepuszczano dalej do sekcji próżniowego zatężania tak, aby otrzymać 99,7% wag. zsyntetyzowanego mocznika. Bogate w amoniak pary wychodzące z sekcji destylacji średniociśnieniowej częściowo kondensowano w drugim kondensatorze w obecności ponownie zawróconego wodnego roztworu karbaminianu i przepuszczano dalej do kolumny rektyfikacyjnej: produktem czołowym był czysty amoniak, który po skondensowaniu ponownie zawracano do reaktora; dolnym produktem był wodny roztwór karbaminianu, który wysyłano do pierwszego kondensatora i stąd do reaktora.

Realizacja właśnie opisanej instalacji do jednoczesnej produkcji amoniaku i mocznika sposobem według niniejszego wynalazku, pozwala osiągnąć wydajność produktywną instalacji do produkcji mocznika w wysokości 3500 MTD. Stosowane warunki operacyjne w sekcji syntezy mocznika były następujące:

- ciśnienie: = 14000 k 15000 bwzgl. kPa

- temperatura: 185 k 190°C

- mol. NH3/CO2 : = 3,2

- mol. H2O/CO2 : = 0,2

- η : 65% (wydajność przemiany).

W tym przypadku również, poza zwiększeniem wydajności produkcji, korzystnie nastąpił wzrost uzysku przemiany, co w konsekwencji przyniosło korzyści w mniejszym zużyciu energii.

Claims (13)

1. Sposób jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika w instalacji zawierającej sekcję wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, sekcję przetwarzania tlenku węgla, sekcję usuwania dwutlenku węgla, sekcję metanizacji, sekcję sprężania gazu do syntezy amoniaku, sekcję syntezy amoniaku, sekcję sprężania dwutlenku węgla, sekcję syntezy mocznika i sekcję odzyskiwania mocznika, znamienny tym, że pierwszą porcję amoniaku i mocznika wytwarza się w ten sposób, że strumień surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot przepuszcza się przez sekcje usuwania dwutlenku węgla (5), metanizacji (6) i sprężania (7) gazu syntezowego, otrzymując odpowiednio sprężony strumień gazu zawierającego wodór i azot, następnie tak sprężony strumień gazu zawierającego wodór i azot kieruje się do sekcji syntezy amoniaku (8), po czym część amoniaku otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku (8) razem z dwutlenkiem węgla wychodzącym z sekcji usuwania dwutlenku węgla (5) podaje się do sekcji syntezy mocznika (10), natomiast drugą część amoniaku i mocznika wytwarza się w ten sposób, że przynajmniej część strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika (11), poddaje się reakcji częściowego rozkładu w sekcji rozkładu karbaminianu (25). otrzymując w ten sposób strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej oraz strumień zawierający rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym, następnie strumień zawierający amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej kieruje się do sekcji syntezy mocznika (10), a strumień zawierający rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym, pochodzący z etapu obróbki, kieruje się do sekcji syntezy karbaminianu (24), a odpowiednio sprężony strumień, surowego gazu do syntezy amoniaku zawierający dwutlenek, węgla, wodór i azot kieruje się również do sekcji syntezy

PL 200 856 B1 karbaminianu (24), zaś część strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku (8), kieruje się również do sekcji syntezy karbaminianu (24), po czym w sekcji syntezy karbaminianu (24) przeprowadza się reakcję amoniaku z dwutlenkiem węgla, uzyskując strumień zawierający karbaminian w roztworze wodnym oraz strumień gazu zawierający wodór i azot, następnie strumień zawierający karbaminian w roztworze wodnym kieruje się do sekcji rozkładu karbaminianu (25) i/lub do sekcji syntezy mocznika (10), a strumień gazu zawierający wodór i azot kieruje się do sekcji syntezy amoniaku (8).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot, przed podaniem do sekcji syntezy karbaminianu (24) dodatkowo spręża się w dodatkowej sekcji sprężania (34).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierający dwutlenek węgla, wodór i azot, podawanego do sekcji syntezy karbaminianu (24), zawiera część strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, wychodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla (4) i kierowanego do sekcji usuwania dwutlenku węgla (5).

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że dodatkowo spala się strumień węglowodorów, otrzymując w ten sposób dodatkowy strumień surowego gazu do syntezy amoniaku zawierający tlenek węgla, wodór i azot, a dodatkowy strumień gazu do syntezy amoniaku, zawierający tlenek węgla, wodór i azot, z sekcji częściowego utleniania węglowodorów kieruje się do sekcji przetwarzania tlenku węgla (4).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się strumień pochodzący z sekcji syntezy amoniaku (8), zawierający amoniak w fazie gazowej.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień wychodzący z sekcji syntezy amoniaku (8) stanowi od 10% do 50%, korzystnie od 30% do 45% całkowitego strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymywanego w sekcji syntezy amoniaku (8).

7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że część strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, wychodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla (4) i podawanego do sekcji syntezy karbaminianu (24), stanowi od 10% do 50%, korzystnie od 30% do 45%, całkowitego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku wychodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla (4).

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do sekcji syntezy karbaminianu (24) dodatkowo podaje się strumień zawierający wodę, pochodzący z sekcji zatężania mocznika.

9. Instalacja do jednoczesnego wytwarzania amoniaku i mocznika, znamienna tym, że zawiera sekcję (3) wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, sekcję przetwarzania tlenku węgla (4), sekcję usuwania dwutlenku węgla (5), sekcję metanizacji (6), sekcję sprężania gazu do syntezy amoniaku (7), sekcję syntezy amoniaku (8), sekcję sprężania dwutlenku węgla (9), sekcję syntezy mocznika (10), sekcję odzyskiwania mocznika (11), sekcję syntezy karbaminianu (24) i sekcję rozkładu karbaminianu (25), a także przewody rurowe (26) do podawania odpowiednio sprężonego strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot do sekcji syntezy karbaminianu (24), przewody rurowe (27) do podawania części strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku do sekcji syntezy karbaminianu (24), przewody rurowe (28) do podawania przynajmniej części strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym pochodzącego z sekcji odzyskiwania mocznika (11), do sekcji rozkładu karbaminianu (25), przewody rurowe (29) do podawania strumienia zawierającego amoniak i dwutlenek węgla w fazie gazowej otrzymanego w sekcji rozkładu (25), do sekcji syntezy mocznika (13), przewody rurowe (30) do podawania strumienia zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym otrzymanego w sekcji rozkładu karbaminianu (25), do sekcji syntezy karbaminianu (24), przewody rurowe (31) do podawania strumienia gazu zawierającego wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu (24), do sekcji syntezy amoniaku (8), przewody rurowe (32) do podawania strumienia zawierającego karbaminiany w roztworze wodnym otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu (24) do sekcji rozkładu karbaminianu (25) i/lub do sekcji syntezy mocznika (10).

10. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że jest wyposażona w dodatkową sekcję sprężania (34) oraz w przewody rurowe (26) do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot do dodatkowej sekcji sprężania (34), oraz z tej sekcji do sekcji syntezy karbaminianu (24).

11. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że przewody rurowe (26) do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do sekcji

PL 200 856 B1 syntezy karbaminianu (24), są wyposażone w zawory regulujące do pobierania części strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku pochodzącego z sekcji przetwarzania tlenku węgla (4) i dostarczania do sekcji usuwania dwutlenku węgla (5).

12. Instalacja według zastrz. 11, znamienna tym, że jest wyposażona w dodatkową sekcję (35) do wytwarzania surowego gazu do syntezy amoniaku zawierającego tlenek węgla, wodór i azot oraz w przewody rurowe (36) do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego tlenek węgla, wodór i azot, otrzymanego w dodatkowej sekcji (35), do sekcji przetwarzania tlenku węgla (4).

13. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że sekcja syntezy karbaminianu (24) zawiera pierwszą komorę (46) w połączeniu płynowym z przewodami rurowymi (26) do podawania strumienia surowego gazu do syntezy amoniaku, zawierającego dwutlenek węgla, wodór i azot, do sekcji syntezy karbaminiany (24), oraz odpowiednio z przewodami rurowymi (32) do podawania strumienia zawierającego karbaminian w roztworze wodnym, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu (24), do sekcji rozkładu karbaminianu (25) i/lub do sekcji syntezy mocznika (10), drugą komorę (47) w połączeniu płynowym z przewodami rurowymi (27) do podawania strumienia zawierającego amoniak, wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy amoniaku (8), do sekcji syntezy karbaminianu (24), trzecią komorę (48) w połączeniu płynowym z przewodami rurowymi (30, 39) do podawania strumienia zawierającego rozcieńczony karbaminian w roztworze wodnym, do sekcji syntezy karbaminianu (24), oraz odpowiednio z przewodami rurowymi (31) do podawania strumienia gazu zawierającego wodór i azot, otrzymanego w sekcji syntezy karbaminianu (24), do sekcji syntezy amoniaku (8), pierwszy absorber (49) typu warstewkowego, umieszczony pomiędzy pierwszą (46) i drugą (47) komorą, zawierający wiele rur posiadających przeciwległe końce w połączeniu płynowym odpowiednio z pierwszą (46) i drugą (47) komorą, oraz drugi absorber (50) typu warstewkowego, umieszczony pomiędzy drugą (47) i trzecią (48) komorą, zawierający wiele rur posiadających przeciwległe końce w połączeniu płynowym odpowiednio z drugą (47) i trzecią (48) komorą.

20. Instalacja według zastrz. 9, znamienna tym, że dodatkowo jest wyposażona w przewody rurowe (30, 39) do podawania strumienia zawierającego wodę do sekcji syntezy karbaminianu (24), w połączeniu płynowym z sekcją zatężania