PL47118B1 - - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania mocznika z amoniaku i dwutlenku wegla. Jak wiadomo, te substancje wyjsciowe w odpo¬ wiednich warunkach cisnienia i temperatury reaguja* z wytworzeniem najpierw karbaminia¬ nu amonowego wedlug wzoru 1, po czyni kar- baminian amonowy przechodzi w mocznik z wy¬ dzieleniem wody, wedlug wzoru 2.Ostatnia reakcja jest calkowita; z autokla¬ wów do syntezy mocznika odprowadza sie sta¬ le stop mocznika, który zawiera jeszcze duza ilosc karbaminianu amonowego.Proponowano juz wiele metod zawracania nieprzereagowanego karbaminianu amonowego do autoklawów do syntezy mocznika, przy czym karbamiinian amonowy zostaje rozlozony przez doprowadzenie stopu mocznika do nizszego cis¬ nienia i przez ogrzanie na amoniak i dwutle¬ nek wegla, po czym gazy te absorbuje sie w mozliwie malej ilosci wody, a otrzymany roz¬ twór — ewentualnie zawiesine stalego karba-' minianu amonowego w wodzie — przepompo¬ wuje sie z powrotem do autoklawów do synte¬ zy mocznika.Pozadane jest przy tym, azeby ilosc wody wprowadzanej w ten sposób do autoklawów do syntezy mocznika byla mozliwie mala, ponie¬ waz woda wplywa ujemnie na tworzenie sie mocznika z karbaminianu amonowego wedlug wzoru 2.Problemy takiego sposobu polega na tym, ze z jednej strony pozadany jest roztwór moczni¬ ka nie zawierajacego wcale ikaribaminianu anio¬ nowego, co mozna osiagnac tylko na drodze roz¬ prezenia stopu mocznika z syntezy do cisnienia 1—2 atm, podczas gdy z drugiej sitrony pozada¬ ne jest przeprowadzic gazowy amoniak i dwu¬ tlenek wegla otrzymane przy rozlozeniu karba¬ minianu amonowego, na drodze kondensacji w roztwór karbaminianu amonowego za pomoca mozliwie malej ilosci wody, co mozna osiagnac tylko wtedy, jezeli kondensacje przeprowadzisie przy daleko wyzszym cisnieniu amizeli 1—2 aJtm, korzystnie przy cisnieniu 20 atm albo jesz¬ cze wyzszym.W celu prawie calkowitego odpedzenia kar- baminianu amonowego w postaci NH* i CO-i i przeprowadzenia kondensacji tych gazów przy zastosowaniu mozliwie malej ilosci wody, pro¬ ponowano juz rozprezac stop z syntezy mocz¬ nika do srednio wysokiego cisnienia, 10—30 atm i ten stop przy tym cisnieniu poddac procesowi odpedzania w przeciwpradzie za pomoca obie¬ gowego gazu pomocniczego, obojetnego w sto¬ sunku do stopu z syntezy, po czym odpedzone gazy kondensuje sie. Nieskondensowany gam po¬ mocniczy mozna nastepnie stosowac do nowego procesu odpedzania, podczas gdy skondensowa¬ ne gazy doprowadza sie z powrotem do auto¬ klawu do syntezy mocznika (patrz belgijski o- pis patentowy nr 581293).Wada tego znanego sposobu jest to, ze w obie¬ gu znajduje sie zawsze duza objetosc gazu po¬ mocniczego, co nie jest korzystne ze wzgledów ekonomicznych. Oprócz tego obojetny gaz po¬ mocniczy utrudnia przenoszenie ciepla przy pózniejszej kondensacji karbaminianu amono¬ wego, kiedy to nalezy odprowadzic duzo cie¬ pla.Stwierdzono, ze do procesu odpedzania za¬ miast gazu obojetnego mozna stosowac równiez CO2, a wiec jeden ze skladników reakcji, w którym 1x przypadku otrzymuje sie roztwór mocznika, który oprócz mooznika zawiera tyl¬ ko niewielka ilosc CO2 i kanbaminianu amono¬ wego. Odpedzanie za pomoca CO2 i kondensa¬ cje gazów odpedzanych w czasie takiej obrób¬ ki w celu osiagniecia ndskieij zawartosci kar¬ baminianu w koncowym roztworze mocznika l loondensacji odpedzonych gazów w imozhwie malej ilosci Wody mozna juz przeprowadzac przy cisnieniu 10 atm, jakkolwiek kondensacje prowadzi sie korzystnie przy wyzszym cisnie¬ niu np. 50 atm albo jeszcze wyzszym.W zasadzie jest jeszcze mozliwe odpedzanie roztworu mocznika za pomoca gazowego amo¬ niaku, W ten sposób osiaga sie jednak mniej korzystny wynik, poniewaz odprowadzany roz¬ twór /(roioczwlfca, z którego usunieto prawie caly karfeaminian amonowy zawiera w tym przy¬ padku wiele xmroz^Eczme& amoniaku, kto- rejpo odzyskiwanie, ajteby z powroftem dopro¬ wadzic go do syntezy mocznika, nastrecza wie¬ le trudnosci.Duza zaleta sposobu wedlug wynalazku w stosunku do znanych sposobów jest to, ze nie jest potrzebny obieg gazu odpedzajacego.Poniewaz w sposobie wedlug wynalazku do urzadzenia do syntezy mocznika doprowadza sie z jednej strony NH* i CO2, a z drugiej strony odprowadza sie roztwór mocznika nalezy za¬ sadniczo we wprowadzanych ilosciach NH^ i CO2 utrzymac stosunek molowy równy 2, co nalezy uwzglednic, jezeli substancja wyjsciowa zostaje odprowadzona w gazie obojetnym pro¬ wadzonym przez C02 i jezeli male ilosci NH* i CO2 rozpuscily sie w odprowadzanej frakcji mocznika.Przerabiana ilosc CO2 mozna czesciowo np. y^ — 3/4 doprowadzic bezposrednio do autokla¬ wu do syntezy mocznika, podczas gdy pozosta¬ la czesc znajduje zastosowanie dopiero w pro¬ cesie odpedzania, azeby w koncu w postaci roz¬ tworu karbaminianu wejsc do autoklawu do syntezy mocznika.Alternatywna odmiana wykonania wynalaz¬ ku jest sposób, w którym odpedzanie prowadzi sie w samym autoklawie do syntezy mocznika.W tym celu reagenty wprowadza sie w prze¬ ciwpradzie do autoklawu i pozwala na wyjscie z jednego konca autoklawu otrzymanego stopu mocznika, dopiero wtedy, kiedy zostal on pod¬ dany obróbce odpedzajacej za pomoca wpro¬ wadzanego CO2. W tym celu autoklaw u wyjs¬ cia zaopatrzony jest w blachy sitowe albo w wypelnienie.Sposób wedlug wynalazku jest objasniony za pomoca rysunków. Fig. 1 i 2 przedstawiaja schematycznie urzadzenia do stosowania spo¬ sobu, w którym proces odpedzania prowadzi sie na zewnatrz autoklawu do syntezy mocz¬ nika, a fig. 3 'przedstawia schemat urzadzenia, w którym odipedzanie nastepuje w samym au¬ toklawie do syntezy mocsnika.Wedlug fig. 1 reagenty KMz i CO2 doprowa¬ dzane sa w sposób ciagly przewodami 2 i 3 do autoklawu 1 do syntezy mocznika. W dolnej czesci A autoklawu reagenty te tworza naj¬ pierw karbaminian amonowy, cieplo z tej sil¬ nie egzotermicznej reakcji zostaje odprowadzo¬ ne za pomoca strawnienia wody poprzez plaszcz chlodzacy IB. Utworzony karbaminian amomo- wy przereagowuje w czered B a%utokfta«vti w 50 — 70% ma jnocmik, w zajeznoeci cd panujacych tam warunków cisnienia i temperatury. - 2 -Zwykle cisnienie i temperatura autoiklawu waha sie miedzy 160—200 atm i 160—190°C, podczas gdy czas reakcji jest rzedu 10—40 mi¬ nut. W celu utrzymania odpowiedniej tempe¬ ratury ten odcinek reaktora otoczony jest plaszczem grzejnym 19. Autoklaw na górnym koncu zaopatrzony jest w przewód odprowa¬ dzajacy 4, do usuwania gazów obojetnych obec¬ nych ewentualnie w NHz i CC^.Utworzony stop mocznika, który oprócz mocz¬ nika i wody zawiera jeszcze duza ilosc karba¬ minianu amonowego przechodni w sposób ciag¬ ly przewodem 5 do kolumny odpedowej 6, w Irtórej utrzymuje sie cisnienie wyzsze od atmo¬ sferycznego. Do (kolumny odpedowej wchodzi u dolu przewodem 8 CCh, za pomoca którego stop mocznika przeplywajacy przez te kolum¬ ne zostaje podidany obróbce odpedzajacej, przy czym obecny karbaminian amonowy rozszcze¬ pia sie na NHs i CO?, 'które to gazy uchodza gó¬ ra. Kolumna odpadowa zaopatrzona jest w spi¬ rale grzejne lub w rury grzejne (nie przed¬ stawione na rysunku).Tak wiec temperatura stopu wchodzacego do glowicy kolumny odpedowej 6 mozs wynosic 180—150°C, podczas gdy cisnienie w kolumnie jest zwykle rzedu 10—100 atm.Mieszanine gazowa powstala w kolumnie odpedowej przepompowuje sie przewodem 9, który ewentualnie zaopatrzony jest w dmucha¬ we 10 do kondensatora 11. W kondensatorze tym, w którym cisnienie jest takie same lub nieco wyzsze od cisnienia panujacego w ko¬ lumnie odpedowej wydziela sie mieszanina ga¬ zowa y postaci roztworu karbaminianu amo¬ nowego zawierajacego ewentualnie wolny amo¬ niak.W celu ulatwienia tej kondensacji mozna do- prowadzac do kondensatora przewodem 13 oie- kjy ©moniak, a przewodem U — wode; cieplo kondensacji zostaje przejete i odprowadzone przez ciecz zawarta w chlodnicy spiralnej 12.Te ciepla ciecz mozna z powrotem zuzytkowac w spiralach grzejnych lub rurach grzejnych kolumny odpedowej 6.Tejnp«ratura kondensatu w kondensatorze 11 zmienia sie swyWe od 90 do 150°C. Bósc cie¬ klego amoniaku wprowadzana do celów kon¬ densacji odpowiada zwykle 10—20* wagowych -otrzymywanego roztworu (np. kondensatu).Potrzebny NHz mozna wprowadzac zamiast dwoma przewodami 2 i 3 tylko jednym prze*- wodem 13.Wydzielony w kondensatorze 11 roztwór kanbaminianu amonowego zawiera tylko nie¬ wiele wody (np. nie wiecej anizeli 2—20% wa¬ gowych roztworu) wskutcsk stosunkowo wyso¬ kiego cisnienia np. 100—10 atm, pod którym* przebiega kondensacja. Roztwór ten doprowa* dza sie do autoklawu 1 poprzez przewód 15, pompe 16 i przewód 17.U dolu kolumny odpedowej 6 odprowadza sie przewodem 7 roztwór mocznika zawierajacy tylko male ilosci kar-baminianu (np. nie wiecej anizeli 2—$% wagowych).Fig. 2 przedstawia odmiane urzadzenia z fig. 1. W urzadzeniu wedlug fig. 2 funkcje konden¬ satora 12 wedlug fig. l przejmuje reaktor do syntezy karbaminianu. Wedlug lig. 2 NH3 i CO% wprowadza sie w sposób ciagly przewodem 2 ewentualnie 3 do reaktora A do syntezy karba¬ minianu amonowego, wykonanego w postaci rury otoczonej plaszczem chlodzacym 12 wy¬ pelnionym woda. W plaszczu chlodzacym woda przemienia sie w pare wodna na skutek ciepla wydzielajacego sie w czasie egzotermicznej re¬ akcji karbaminianu. Stop skladajacy sie z kar¬ baminianu amonowego plynie przewodem 13 do autoklawu B, gdzie karbaminian amonowy przereagowuje na mocznik.Autoklaw do syntezy mocznika wyposazony jest na glowicy w .przewód odprowadzajacy 4 do usuwania gazów obojetnych obecnych w CO2.Te gazy obojetne moina (przemywac w wie¬ zy a-aBzajacej 14 w celu odzyskania amoniaku odprowadzanego z gazami obojetnymi. Tak otrzymany roztwór amoniaku doprowadza sie z powrotem do autoklawu przewodem 15.Stop mocznika utworzony w autoklawie pro¬ wadzi sie w sposób ciagly przewodem 5 do ko¬ lumny odpedowej 6, w którym cisnienie jest korzystnie takie same jak cisnienie panujace w reaktorze karbaminianu i w autoklawie do syn¬ tezy mocznika. Przewodem S wchodzi u . dolu do kolumny odpedowej CO2, który to gaz od¬ pedza stop mocznika plynacy na dól. Kolumna odpedowa, jak to przedstawiono na rysunku moze byc wykonana w postaci kondensatora rurowego, w którym stop mocznika splywa na dól przez mry ogrzewane z zewnatrz. Miesza* - 3 -nina gazu utworzona w kolumnie odpedowej przechodzi przewodem 9 do reaktora A do syn¬ tezy kanbaimanianu.Wedlug fig. 3 WHa i COi wprowadza sie w sposób ciagly w przeciwpradzie przewodami 2 lub 3 do autoklawu 1 do syntezy mocznika.Powstawanie karbaminianu nastepuje w odcin¬ ku A, który sklada sie z wiazki równolegle ulo¬ zonych rur, chlodzonych z zewnatrz w celu utrzymania temperatury w ukladzie rur rzedu 130—180°C.Przereagowanie karbaminianu w mocznik na¬ stepuje w odcinku B na fig. 3.Odcinek B nie jest chlodzony. Utrzymuje sie temperature miedzy 170—190°C. Przewodem 22 mozna doprowadzac dalsze ilosci NH9. Stop mocznika utworzony w odcinku B -plynie do gó¬ ry miedzy rura zewnetrzna 20 i rura wewnetrz¬ na 21, a nastepnie splywa na dól przez wymie¬ niona rure wewnetrzna do nizej polozonego od¬ cinka C, gdzie karbaminian amonowy nieprze- reagowany jeszcze na mocznik rozklada sie, a gazy powstale w czasie tego procesu zostaja odpedzone przez CO2 dzialajacy jako gaz od¬ pedzajacy, który zostal wprowadzony przewo¬ dem 3.Roztwór mocznika uwolniony z wiekszej czes¬ ci karbanrinianu amonowego odprowadza sie przewodem 7.Autoklaw zaopatrzony jest w przewód 4, przez który mozna zawracac gazy gromadzace sie w glowicy autoklawu po odcinku odpedza- mia.. Przewód ten zaopatrzony jest w zaiwór od¬ puszczajacy 4a.Jakkolwiek stosunek molowy miedzy iloscia amoniaku wprowadzanego przewodami 2 i 13, a iloscia CO2 wprowadzanego przewodami 3 i 8 powinien wykazywac wartosc 2, poniewaz prze¬ wodem 7 odprowadza sie produkt reakcji o ta¬ kim wlasnie stosunku molowym, istnieje mozli¬ wosc przeprowadzenia wlasciwej syntezy mocz¬ nika, jak juz wczesniej zaproponowano, przy wyzszym lub nizszym od 2 stosunku NH3/CO2 przez wczesniejsze doprowadzenie cieklego 2VHs lub C02.W urzadzeniu przedstawionym na fig. 1 nad¬ miar ten przeplywa zawsze przez przewód 5, kolumne 6, przewód 9, kondensator 11, przewo¬ dy 15, 17 i autoklaw 1 albo pozostaje jak na fig. 3 glównie w przestrzeni A i B.. Zastosowanie podczas syntezy molowych sto^- sunków NHdCO* znacznie odchylajacych sie od 2 nie jest w sposobie wedlug wynalazku w zad¬ nym razie korzystne, a predzej nawet nieko¬ rzystne, poniewaz odpedzenie nieprzereagoiwa- nego karbaminianu i amoniaku nastrecza wiek¬ sze trudnosci. W zwiazku z tym najrozsadniej¬ sze jest dobranie takoich warunków syntezy, azeby molowy stosunek NH3/CO2 wynosil 1,5 do 3,5.Przyklad I. W urzadzeniu wedlug fig. 1 prowadzono przewodem 5 stop z syntezy o na¬ stepujacym skladzie: mocznik <+ biuiret, okolo 0,3%) 37,3% wag. woda n,2o/0 „ NHs, 27,5% „ CO2 24,0% „ do kolumny odpedowej 6, w której utrzymuje sie cisnienie 67 atm.U dolu kolumny odpedowej 6 wprowadzono 58% potrzebnego COt, podczas gdy pozostala czesc (42%) przepompowuje sie (bezposrednio do autoklawu do syntezy mocznika przewodem 3. Autoklaw pracuje przy 180°C i 125 atm. Mie¬ szanine gazów (WH3 + C02 + H20) wychodzaca u góry kolumny odpedowej 6 kondensuje sie przy cisnieniu 67 atm i w temperaturze 140°C przy czym przewodem 13 poddaje sie czesc cie¬ klego amoniaku potrzebnego do syntezy mocz¬ nika. Z kondensatora przepompowano do auto¬ klawu do syntezy mocznika roztwór o skla¬ dzie: 44% wagowych NH3 52% „ C02 1% „ H2O z kolumny odpedowej 6 mozna bylo odprowa¬ dzac w sposób ciagly przewodem 7 roztwór mocznika o nastepujacym skladzie: mocznik (+biuret, okolo 0,3%) 74,6% wag. woda 20,40/0 „ NHa 1,0% „ CO2 4,0 „ z którego przez dalsze zageszczanie i odparowa¬ nie otrzymano mocznik.Przyklad II. U dolu autoklawu do synte¬ zy mocznika wedlug fig. 3 wprowadza sie C02 pod cisnieniem 140 atm. U góry doprowadzo¬ no w sposób ciagly taka ilosc cieklego NFI3, ze stosunek molowy NH3/CO2 w przestrzeni A autoklawu wynosil 2,1. W przestrzeni A utrzy¬ mywano temperature 170°C.W przestrzeni B autoklawu utrzymywano' temperature 185°C. W dolnym odcinku C regu- - 4 -tówano temperature za pomoca pary tak, ze ztwór mocznika odprowadzany przewodem 7 temparajfcure 150°C. Roztwór ten oprócz i wody zawieral jeszcze 1,5% wago- NH3 i 4,5% wagowych C02. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe . Sposób wytwarzania mocznika z XHz j COi w autoklawie w odpowiedniich warunkach cis¬ nienia i temperatury, znamienny tym, ze stop mocznika wytworzony w czasie re¬ akcji poddaje sie procesowi odpedzania za pomoca COi pod cisnieniem co najmniej 10 atm. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze proces odpedzania prowadzi sie korzystnie pod cisnieniem co najmniej 50 atm. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze proces odpedzania prowadzi sie na zew¬ natrz autoklawu w kolumnie odpedowej przy kondensacji i recyrkulacji odpedzanych ga¬ zów w autoklawach. 4. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze proces odpedzania prowadzi sie u dolu autoklawu. S tam i car bon N. V. Zastepca: mgr inz. Adolf Towpik rzecznik patentowy r»—r1- w FIG. I 5 \9 .18 1314 _Hn U6 17 k!5 _& -16 ^0NH4 2NH,+ Cfta—C=0 NHa Wrór 4 70NH4 NH« NH2 NH2 Wzór 2Do opisu patentowego nr 47118. L-4 7 FIG. 3 FIG.

2. T^T 4^t 13 21 -15 A ^ 568. RSW „Prasa", Kielce PL