PL44325B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 29 maja 1961 r. r:i^ cafe la^od POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44325 KI. 12 o, 17/03 Stamicarbon N. V.Heerlen, Holandia Sposób wytwarzania mocznika Patent trwa od dnia 14 listopada 1959 r.Wynalazek dotyczy sposobu i urzadzenia do wytwarzania mocznika z amoniaku i dwutlenku wegla.Wytwarzanie normalnie prowadzi sie w ten sposób, ze ciekly amoniak i dwutlenek wegla wprowadza sie do autoklawu, w którym mie¬ szanine reakcyjna utrzymuje sie pod cisnieniem co najmniej 160 atm i w temperaturze 150— 200°C zachodzi reakcja z wytworzeniem kar- baminianu amonowego. Karbaminian amonowy przereagowuje w koncu na mocznik i wode, ale reakcja ta nie przebiega calkowicie, ponie¬ waz w zaleznosci od temperatury i cisnienia ustala sie równowaga, przy której reakcja za¬ chodzi w 45—55%. Równowage te mozna prze¬ sunac w kierunku tworzenia sie mocznika w ten sposób, ze do syntezy mocznika dodaje sie wie¬ cej amoniaku anizeli wynosi ilosc stechiome- tryczna, innymi slowy podczas syntezy ustala sie stosunek molowy NH3/CO2 powyzej 2. Ale i w tych warunkach nie mozna osiagnac cal¬ kowitego przefreagowania karbaminianu amono¬ wego w mocznik i wode tak, ze stop, który opuszcza autoklaw do syntezy oprócz wody i mocznika zawiera zawsze karbaminian amo¬ nowy, a przy przeróbce mieszaniny reakcyjnej o stosunku NH3/CO2 wiekszym od 2 zawiera wolny amoniak.Po rozprezeniu stopu z syntezy do dostatecz¬ nie niskiego cisnienia, np. do cisnienia 1 atm, otrzymuje sie oprócz okolo 75°/o-wego roztworu mocznika gazowa mieszanine NH3 i COt.Karbaminian amonowy, który ewentualnie moze jeszcze znajdowac sie w roztworze, moz¬ na calkowicie usunac przez odpedzenie roztwo¬ ru w kolumnie odpedowej za pomoca gazu, np. powietrza.Wobec faktu, ze z uwagi na tworzenie, sie sta¬ lego karbaminianu amonowego technicznie ciezkie do przeprowadzenia w temperaturach ponizej 150°C jest doprowadzenie mieszaniny gazu zawierajacej NHS i COg, otrzymywanej w czasie rozprezania i odpedzania, w sposób prosty z powrotem do aparatury do syntezypod cisnieniem, przez dlugi okres czasu zada¬ walano sie przeróbka mieszaniny gazu, ewen¬ tualnie to-aCsorbcjJ^ ,wqdzie na siarczan amo- nowy^4^o^h-amon«wyA«)o chlorek amonowy i wode (opisy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2056283J 2087325). Niedogodnoscia przy tym jest ^to, ze wlasciwe wytwarzanie mocznika kwiazane jest ze znaczna produkcja innego zwiazku zawierajacego azot.Azeby te niedogodnosc usuftac czyniono juz rózne propolfije, które sprowadzaja sie do ab- sorbcji mieszaniny gazu w tak malej ilosci wo¬ dy albo w innym odpowiednim do tego rozpusz¬ czalniku, ze otrzymywany stezony roztwór, ewentualnie zawiesine mozna z powrotem prze¬ pompowac do urzadzenia do syntezy bez wiek¬ szego obnizenia stopnia przereagowania kar¬ baminianu amonowego w mocznik i wode (opi¬ sy patentowe Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 1898093 i 2116881).Przy takim sposobie wystepuje problem otrzy¬ mywania z jednej strony czystego roztworu mocznika wolnego od NHS i C02t co mozliwe jest tylko przy rozprezaniu stopu mocznika do cisnienia atmosferycznego albo nieco wyzsze¬ go, a z drugiej strony zaabsorbowania w bar¬ dzo malej ilosci wody calej ilosci nieprzerea- gowanego w mocznik dwutlenku wegla z wy¬ tworzeniem amoniakalnego roztworu karbami- nianu amonowego, co jest tylko mozliwe, jezeli absorbcja nastepuje - przy stosunkowo wysokim cisnieniu, co najmniej 10 atm. Azeby to urze¬ czywistnic potrzeba oprócz wlasciwej aparatu¬ ry do syntezy mocznika jeszcze obszerna apa¬ rature pomocnicza, jak kolumne odpadowa dla nieprzereagowanego wolnego NH$, pierwsza ko¬ lumne ze skraplaczem do odpedzania karbami- nianu i druga kolumne ze skraplaczem do od¬ pedzania karbaminianu. Te kolumny ze skra¬ placzami pracuja pod róznym cisnieniem, wsku¬ tek czego równiez przewody miedzy tymi apa¬ ratami i przynaleznymi zaworami rozprezaja¬ cymi, pompy i zabezpieczenia cisnieniowe wymagaja wysokich kosztów. Oprócz tego ob¬ sluga i sterowanie ta aparatura sa bardzo skomplikowane.Wynalazek usuwa__niedogodnosci zarówno sposobu, jak tez aparatury.Odprowadzanie po syntezie mocznika nieprze¬ reagowanego w mocznik NH$ i C02 w postaci cieklego amoniaku i stezonego amoniakalnego roztworu karbaminianu amonowego prowadzi sie wedlug wynalazku w nastepujacy sposób.Mieszanine reakcyjna, która oprócz mocznika zawiera jeszcze NH* i karbaminian amonowy odpreza sie do cisnienia 10-45 atm, a ciekla mieszanine reakcyjna poddaje sie odpedzaniu pod tym cisnieniem doprowadzajac potrzebne cieplo do rozlozenia karbaminianu amonowego i w przeciwpradzie gaz pomocniczy obojetny w stosunku do . mieszaniny reakcyjnej. Otrzy-- mana w tym procesie mieszanine gazów razem z gazami, które spontanicznie powstaly przy rozprezaniu kieruje sie w przeciwpradzie do roztworu amoniaku zawierajacego niewielka ilosc wody, przy czym otrzymuje sie stezony ampnikalny roztwór karbaminianu amonowego.Mieszanine gazów NH^ + gaz obojetny nie za¬ absorbowana podczas tej obróbki, teraz jednak praktycznie wolna od C02 chlodzi sie, przy czym glówna czesc amoniaku skrapla sie do cieklego amoniaku, który czesciowo stosuje sie jako ciecz powrotna do wymywania C02l a cze¬ sciowo doprowadza znowu do syntezy moczni¬ ka, podczas gdy gaz amonikalny, jeszcze nie skroplony w ciekly amoniak, razem z gazem obojetnym wymywa sie woda. Otrzymuje sie gaz obojetny praktycznie wolny od NH$, który z powrotem doprowadza sie do procesu odpe¬ dzania, a poza tym amonikalna wode do prze¬ mywania, która przeznacza sie z powrotem do wymywania CO* CO2 korzystnie wymywa sie w ten sposób, ze mie^jcanjne gazów zawierajaca NH$, CQ2, pare wodna i gaz obdjetny doprowadza sie najpierw do amoniakalnego roztworu karbaminianu amo¬ nowego, który gromadzi sie na dole w prze¬ strzeni przewidzianej do wymywania CO2, i który zostajis stamtad odprowadzony, po czym gazy niezaabsorbowane w nim prowadzi sie w przeciwpradzie z roztworem amoniaku za¬ wierajacym niewiele wody. Dzieki takiemu po¬ stepowaniu wieksza czesc CO2 przereagówuje w karbaminian amonowy juz zaraz na dole przestrzeni do wymywania.Ilosc cieczy powrotnej, skladajacej sie z cie¬ klego NH3 przy takim wymywaniu C02i zale¬ zy od ilosci C02, która nalezy przeprowadzic w karbaminian amonowy. W przyblizeniu moz¬ na by powiedziec, ze cieplo, które uwalnia sie przy kondensacji gazowego CO? w roztwór kar¬ baminianu amonowego, musi byc pochloniete przez ciecz powrotna skladajaca sie z cieklego draoniaku, która odparowuje przy wymywaniu CO±. .*'¦ Wynalazek, który równoczesnie obejmuje urzadzenie do przeprowadzenia sposobu, objas¬ nia blizej przedstawiony schemat.Do reaktora 1 do syntezy mocznika wprowa¬ dza sie przewodami 18 lub 19 skladniki reak- — 2 —cji: NH$ i C02. Cisnienie w autoklawie do mocznika wynosi 170—300 atm. Otrzymywany stop mocznika, który zawiera oprócz tego kar¬ baminian nieprzereagowany na mocznik, roz¬ puszczony amoniak i nieco wody rozpreza sie poprzez zawór rozprezajacy 2 do cisnienia 10—45 atm., po czym produkt reakcji dopro¬ wadza sie poprzez podgrzewacz 3 do rozdziela¬ cza 4 cieczy i gazu.Z tego rozdzielacza wyplywa pod tym samym cisnieniem 10—45 atm. roztwór mocznika za¬ wierajacy karbaminian do kolumny odpedowej 5 zaopatrzonej w spirale parowe, w której roz¬ twór zostaje odpedzony za pomoca gazu obo¬ jetnego doprowadzonego od dolu kolumny prze¬ wodem 6.U dolu kolumny 5 zostaje odprowadzony przewodem 7 roztwór mocznika prawie wolny ocl karbaminianu, który przerabia sie w zwy¬ kly sposób na mocznik krystaliczny albo na ftiOcznik w postaci zestalonych kulek. Z glowi¬ cy kolumny 5 zostaje odprowadzona przewodem 10 mieszanina skladajaca sie z amoniaku, dwu¬ tlenku wegla, gazu do odpedzania i nieco wo¬ dy. Mieszanine te doprowadza sie razem z ga¬ zem plynacym przewodem 8, który to gaz wy¬ tworzyl sie spontanicznie w czasie rozprezania, do dolu kolumny 9, w której mieszanina gazów styka sie z cieklym amoniakiem, wprowadzo¬ nym przewodem 17 do góry kolumny 9, podczas gdy do tej kolumny doprowadza sie przewodem 16 oprócz tego jeszcze wode w postaci roztwo¬ ru NH4OH. Dzieki temu mozliwe jest odprowa¬ dzanie u dolu kolumny 9 stezonego roztworu zawierajacego amoniak i karbaminian amono¬ wy, który wtlacza sie za pomoca pompy 11 znowu do reaktora do otrzymywania mocznika.Z glowicy kolumny 9 uchodzi C02, wolny NHS i gaz do odpedzania. Z tego NH$ skrapla sie w skraplaczu 12. Czesc cieklego amoniaku zawraca sie do kolumny 9 jako ciecz powrotna, podczas gdy reszta wchodzi do zbiornika wy¬ równawczego nie przedstawionego na schemacie, z którego wtlacza sie amoniak przewodem 18 z powrotem do autoklawu do mocznika.Ze skraplacza 12 odchodzi dalej nieskonden- sowana mieszanina NH$ i gazu obojetnego. Do wymywania NH3 przewidziana jest kolumna wymywajaca U. Potrzebna wode doprowadza sie przewodem 15. Odprowadzany z dolu tej kolumny roztwór NH:{OH kieruje sie jako ciecz do przemywania na góre kolumny 9, a gazy obojetne doprowadzone z glowicy pluczki 15 doprowadza sie przewodem 6 i poprzez pompe 20 z powrotem do kolumny odpedowej 5. Po¬ niewaz swieze ilosci NH$ i C02 wprowadzano do autoklawu 1 do mocznika zawieraja zaw¬ sze pewna ilosc gazu obojetnego, tak ze ilosc gazu obojetnego w* obiegu stale wzrastalaby, na przewodzie 6 umieszczony jest przewód 21 od¬ ciagajacy, przez który mozna usunac z ukladu nadmiar gazu obojetnego.Przyklad. Do reaktora 1 do syntezy mocz¬ nika wprowadza sie na godzine 1035 kg NH3; 614 kg C02 w tym 11 kg gazu obojetnego i roz¬ twór karbaminianu (o skladzie 452 kg NH3, 370 kg C02 i 206 kg wody). Te mieszanine reakcyj¬ na spreza sie do cisnienia 200 atm i ogrzewa do temperatury 180°C, dzieki czemu z autokla¬ wu odprowadza sie na godzine stop skladajacy sie z 798 kg mocznika, 686 kg karbaminianu amonowego, 736 kg amoniaku i 446 kg wody.Stop ten rozpreza sie do cisnienia 17 atm i w temperaturze 120° C doprowadza poprzez podgrzewacz 3 do rozdzielacza 4 cieczy i pary.Wydzielona ciecz odpedza sie w kolumnie od¬ padowej za pomoca 123 kg azotu w tempera¬ turze okolo 110CC. U dolu kolumny odpedowej odprowadza sie roztwór mocznika skladajacy sie z 798 kg mocznika, 355 kg wody i 36 kg NHS + C02. Gazy odprowadzane z kolumny wychodza razem z gazami uchodzacymi z roz¬ dzielacza cieczy i pary. Mieszanine gazu skla¬ dajaca sie z 1016 kg NHSt 370 kg C02, £1 kg H20 i 134 kg gazu obojetnego przemywa sie w kolumnie przemywajacej 9, w której na dole panuje temperatura okolo 90°C, a na górze okolo 50CC w przeciwpradzie cieklym amonia¬ kiem zawierajacym wode. Amoniak uchodzacy z kolumny do przemywania 9 skrapla sie przez chlodzenie i zawraca czesciowo z powrotem ja¬ ko ciecz powrotna do kolumny do przemywa¬ nia 9, podczas gdy pozostala czesc stosuje sie do syntezy mocznika. Mieszanine gazu ucho¬ dzaca ze skraplacza, skladajaca sie 134 kg gazu obojetnego i 134 kg NHS, przemywa sie w kolumnie 13 do przemywania 115 kg wody; 249 kg roztworu NH^OH, otrzymanego przy przemywaniu, doprowadza sie równiez jako ciecz powrotna do kolumny 9 do przemywania.Z dolnej czesci kolumny 9 do przemywania od¬ prowadza sie roztwór karbaminianu skladajacy sie z 452 kg NH3, 370 kg C02 i 206 kg wody i przepompowuje z powrotem do reaktora do mocznika. Przewodem 19 wypuszcza sie 11 kg gazu obojetnego, podczas gdy reszte wprowa¬ dza sie powtórnie do dolu kolumny odpedowej.Jezeli postepuje sie w ten sposób, wówczas przy stosunku molowym NHs/C02 wynoszacym 3,96 i stosunku molowym H20/C02 wynoszacym — 3 —OM na mocrnik przereagowuje 40,3*/t COf, pod¬ czas gdy wszystek amoniak i COfc, który nie prsereagowfel na mocznik, doprowadza sie z:po- wmtern tlo reaktora do mocznika.Sposób wedlug wynalazku wykazuje te za¬ lete, ze odpedzanie karbaminianu ze stopu mo¬ cznika zawierajacego karbaminian i naste¬ pujace po tym skraplanie w postaci ste¬ zonego roztworu amoniaku i karbaminianu amonowego nastepuje nie w wielu stopniach przy róznym cisnieniu, lecz w jednym stopniu, w którym przez dzialanie gazu do odpedzania czastkowe cisnienie par NHS i COt nad roz¬ tworem mocznika, z którego trzeba usunac kar¬ baminian, spada stopniowo, podczas gdy uwol¬ nione ilosci NH9 i CO% skrapla sie przy sto¬ sunkowo wysokim cisnieniu w postaci amonia¬ ku zawierajacego wode. Dzieki temu stosunko¬ wo wysokiemu cisnieniu otrzymuje sie stezony roztwór karbaminianu, który mozna bez wiek¬ szego obnizenia stopnia przereagowania zasto¬ sowac z powrotem do wlasciwej syntezy mocz¬ nika w reaktorze 1. Przez pominiecie róznych stopni cisnienia w aparaturze obiegowej liczba kolumn ograniczona jest do trzech, a miano¬ wicie kolumny odpedowej 5, kolumny do prze¬ mywania 9, sluzacej dc kondensacji NHy i COt w roztwór karbaminianu amonowego i kolumny 13 do przemywania, sluzacej do wymywania amoniaku z gazów obojetnych. Poza tym ogra¬ niczona jest liczba potrzebnych zawoców do rozpaczania; jest tylko jeden zawór zamykaja¬ cy 2, zawór zamykajacy 14 w przewodzie 7 do odprowadzania mocznika i jeden zawór zamy¬ kajacy w przewodzie 21 odprowadzajacym, przy czym potrzebne sa tylko trzy proste pompy, a mianowicie pompa 11, za pomoca której otrzy¬ mywany roztwór karbaminianu amonowego wtlacza sie do reaktora do mocznika, pompa 20 do ciaglego obiegu pomocniczego gazu obo¬ jetnego i nie zaznaczona na schemacie pompa do doprowadzania wody przewodem 15 do ko¬ lumny 13 do przemywania znajdujacej sie pod cisnieniem. Poniewaz w calej aparaturze obie¬ gowej utrzymuje sie to samo cisnienie mozna zadowolic, sie prostym urzadzeniem reguluja¬ cym i sterujacym, ewentualne zaklócenia moz¬ na oprócz tego latwo usunac, tak ze otrzy¬ muje sie pewna w warunkach ruchu aparature obiegowa. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe X. Sposób wytwarzania mocznika z NHS i COa w obecnosci nadmiaru amoniaku przy cisnieniu co najmniej 156 atm i w tempera¬ turze co najmniej 150°C oraz przy doprowa¬ dzeniu z powrotem do syntezy mocznika nie- przeieagowanych w mocznik ilosci NHS i CO* w postaci cieklego amoniaku i stezonego amoniakalnego roztworu karbaminianu amo¬ nowego, znamienny tym, ze ciekla miesza¬ nine reakcyjna, zawierajaca oprócz moczni¬ ka jeszcze amoniak i karbaminian amono¬ wy, rozpreza sie do cisnienia 10—45 atm i przy tym cisnieniu poddaje procesowi od~ •pedzania, doprowadzajac potrzebne cieplo do rozlozenia karbaminianu amonowego i w przeciwpradzie pomocniczy gaz obojetny w stosunku do mieszaniny reakcyjnej, po czym otrzymana w tym procesie odpedzania mie¬ szanine gazów razem z gazami, które samo¬ rzutnie powstaly przy rozprezaniu kieruje w przeciwpradzie do roztworu amoniaku za¬ wierajacego niewiele wody, przy czyni zo¬ staje wymyty CO^ z wytworzeniem stezone¬ go amonikalnego roztworu karbaminianu amonowego, a mieszanine gazu, skladajaca sie z NJf8 i gazu obojetnego, niezaabsorbo- wana w czasie te*j obróbki, jednak juz prak¬ tycznie biorac, wolna. od COt chlodzi sie tak, iz glówna czesc amoniaku skrapla sie do cieklego amoniaku, który czesciowo sto¬ suje sie jako ciecz powrotna do wymywania COt, a czesciowo doprowadza ja znowu do syntezy mocznika, podczas gdy gaz amonia¬ kalny jeszcze nie skroplony w ciekly amo¬ niak, razem z gazem obojetnym wymywa sie woda, po czym utworzona tu wode amo¬ niakalna stosuje sie do wymywania CO^, a gaz obojetny, praktycznie biorac, wolny od zawartosci NH$, doprowadza sie z po¬ wrotem do procesu.

2. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, skladajace sie z reaktora do syn¬ tezy mocznika i urzadzenia obiegowego dla NH^ i^COt nieprzereagowanego w mocznik, znamienne tym, ze urzadzenie obiegowe skla¬ da sie z kolumny do odpedzania polaczonej z pierwsza kolumna do przemywania, skra¬ placzem i druga kolumna do przemywania w taki sposób, ze przewody odprowadzajace ciecz z pierwszej kolumny do przemywania i skraplacza polaczone sa z reaktorem do syntezy mocznika, przewód odprowadzajacy ciecz z drugiej kolumny' do przemywania, doprowadzony jest do glowicy pierwszej ko¬ lumny do przemywania, przewód odciagaja¬ cy gaz z drugiej kolumny do przemywania polaczony jest u dolu z kolumna odpedzaja- — 4 -r-ca, przewód odprowadzajacy gaz z konden¬ satora jest polaczony u dolu drugie'j kolum¬ ny do przemywania, przewód odprowadzaja¬ cy gaz z pierwszej kolumny do przemywa¬ nia polaczony jest ze skraplaczem, a prze¬ wód odprowadzajacy gaz z kolumny odpe- dowej polaczony jest u dolu pierwszej ko¬ lumny do przemywania, podczas gdy prze¬ wód odciagajacy z aparatury do syntezy mocznika polaczony jest z glowica kolumny odpedzajacej poprzez zawór rozprezajacy. Stamicarbon N. V. Zastepca: mgr inz. Adolf Towpik rzecznik patentowy ^ L—J i t£JI ^Mi PL