Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.V.1965 (P 109 230) 29.V.1964 Holandia 10.VIII.1968 55789 KI. 12 o, 17/03 MKP C 07 c UKD AX */ Wlasciciel patentu: Stamicarbon N.V., Heerlen (Holandia) Sposób wytwarzania mocznika Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania mocz¬ nika, polegajacego na tym, ze amoniak i dwutle¬ nek wegla poddaje sie reakcji pod cisnieniem co najmniej 160 at w temperaturze powyzej 150QC, otrzymana mieszanine reakcyjna poddaje w kilku stopniach ekspansji, z ekspandowanej mieszaniny odpedza amoniak i gazowy dwutlenek wegla, któ¬ ry calkowicie lub czesciowo zawraca sie do pro¬ cesu, a pozostaly roztwór mocznika odparowuje sie.Jak wiadomo w procesie tym powstaje najpierw karbaminian amonu, który nastepnie rozklada sie na mocznik i wode. Przemiana ta jest jednak nie¬ calkowita, tak ze otrzymana mieszanina poreak¬ cyjna tylko czesciowo sklada sie z mocznika. W celu uzyskania mocznika z mieszaniny poreak¬ cyjnej i przeprowadzenia pozostalych nieprzerea- gowanych skladników w mocznik opracowano szereg procesów.Waznym czynnikiem ekonomicznym w produkcji mocznika jest zuzycie pary. Z belgijskiego opisu patentowego nr 620227 znane jest poddawanie mie¬ szaniny reakcyjnej dwustopniowej ekspansji, przy czym zuzycie pary obniza sie przez poddanie wy¬ mianie cieplnej gazów odlotowych z rozkladu kar- baminianu amonowego otrzymanych w pierwszym stopniu z roztworem mocznika zawierajacym kar¬ baminian amonowy, w drugim stopniu. Azeby przy uzyciu wymiennika cieplnego o stosunkowo malej powierzchni umozliwic zaoszczedzenie pary, 10 15 30 nalezy w pierwszym stopniu dobrac cisnienie wyz¬ sze od zwykle stosowanego. Korzystnie w tych znanych sposobach stosuje sie w pierwszym stop¬ niu cisnienie 25—50 at, a w drugim stopniu 1—3 at.Sposób ten wykazuje te wade, ze rozklad kar- baminianu amonowego nie nastepuje w warun¬ kach optymalnych. Mianowicie im wyzsze cisnie¬ nie panuje w pierwszym stopniu, tym wiecej wody nalezy dodawac w drugim stopniu do roztworu karbaminianu amonowego, w celu unikniecia jego wykrystalizowania.Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia mocznika umozliwiajacy znaczne zaoszczedze¬ nie pary przez to, ze otrzymywany przy rozpre¬ zaniu mieszaniny poreakcyjnej z syntezy mocz¬ nika do cisnienia wynoszacego najwyzej 25 at gaz zawierajacy amoniak i C02 conajmniej czesciowo kondensuje sie przez wymiane cieplna z podda¬ wanym odparowywaniu roztworem mocznika. W czasie tej kondensacji i w wyniku tworzenia sie karbaminianu amonu, uwalnia sie znacznie ilosc ciepla, która zostaje wykorzystana do odparowy¬ wania roztworu mocznika. Mieszanine kondensatu i nieskroplonego gazu mozna poddawac dalszej obróbce w sposób znany w tego typu procesach.Wymiane cieplna prowadzona sposobem wedlug wynalazku, mozna stosowac zarówno w proce¬ sach z calkowita recyrkulacja, jak tez w proce¬ sach z czesciowa recyrkulacja amoniaku i dwu- 55789 /55789 v 3 tlenku wegla, nieprzereagowanych do mocznika.Przy calkowitej recyrk4lacji optymalne wyniki o- trzymuje sie zwykle wtedy, gdy.mieszanine pore¬ akcyjna rozpreza sie w| dwóch stopniach, a mia¬ nowicie w pierwszym stopniu przy cisnieniu 15— 25 at, a w drugim stopniu przy cisnieniu na przy¬ klad 2—5 at. Gazy odpedzone w pierwszym stop¬ niu ekspansji nadaja sie szczególnie do wymiany cieplnej z odparowywanym roztworem mocznika.Róznica cisnien miedzy mediami wymieniajacymi cieplo jest w tym przypadku rzedu 15—25 at, po- §iewaz roztwór mocznika zageszcza sie zwykle rzy cisnieniu 0,3—0,5 at. Ta róznica cisnien jest znacznie nizsza od róznicy cisnien miedzy media¬ mi wymieniajacymi cieplo w opisanych znanych sposobach, dzieki czemu wymiennik ciepla moze miec mniejsza powierzchnie wymiany cieplnej.Dalsza zaleta sposobu wedlug wynalazku jest to, ze przy optymalnym wyborze cisnienia w pierw¬ szym stopniu ekspansji, ilosc ciepla odprowadza¬ nego z tego stopnia, otrzymanego na skutek ochlo¬ dzenia i kondensacji goracej mieszaniny gazów, jest zawsze mniejsza od ilosci ciepla potrzebnej do odparowania roztworu mocznika, przez co od¬ parowywanie prowadzi sie wylacznie regulujac dodatkowy doplyw ciepla, na przyklad w postaci pary.Oprócz tego temperatura odparowywania roz¬ tworu mocznika jest nizsza od temperatury roz¬ kladu karbaminianu w drugim stadium ekspansji, jezeli cisnienie w tym stopniu ekspansji bedzie utrzymywac sie na optymalnej ze wzgledów pro¬ dukcyjnych wartosci 2—5 at. Oznacza to, ze przy wymianie cieplnej gazów odlotowych otrzymanych z pierwszego stopnia ekspansji z odparowywanym roztworem mocznika, wiecej ciepla uwalnia sie z tych gazów anizeli przy wymianie cieplnej tych gazów odlotowych z rozkladanym w drugim stop¬ niu ekspansji roztworem karbaminianu. Tak wiec mieszanina gazów zawierajaca 41,5% wagowych CO„ 43% wagowych NH3 i 15,5% wagowych H20, o cisnieniu 18 at i o temperaturze 160°C przy ochlodzeniu do temperatury 120°C dostarcza 2,4 razy wiecej kalorii anizeli w przypadku chlodze¬ nia do 130°G.Korzystnie do wymiany cieplnej z, odparowy¬ wanym, roztworem mocznika stosuje sie tylko gaz zawierajacy amoniak i dwutlenek wegla odpe¬ dzony przez ogrzewanie poddawanej rozprezaniu mieszaniny poreakcyjnej, poniewaz temperatura tego gazu jest wyzsza od temperatury gazu, który przy takim samym cisnieniu zostal uwolniony na skutek ekspansji. W przypadku tym wprawdzie przypada nieco mniej ciepla na odparowywanie roztworu mocznika, jednak powierzchnie wymiany cieplnej mozna znacznie zmniejszyc.Zalaczony rysunek wyjasnia blizej przeprowa¬ dzenie sposobu wedlug wynalazku nie ogranicza¬ jac przy tym jego zakresu.Synteze mocznika prowadzi sie w autoklawie 1, da którego przewodami 2 i 3 doprowadza sie od¬ dzielnie amoniak i dwutlenek wegla, przy czym utrzymuje sie cisnienie 200 at, temperature 190°C i stosunek molowy amoniaku do dwutlenku wegla 4:1. Mieszanine poreakcyjna odprowadzana z au- 4 r toklawu 1 poprzez zawór zamykajacy 4, rozpreza sie do cisnienia 18 at. przez co temperatura spa¬ da do 125°C. Rozprezona mieszanina poreakcyjna rozklada sie nastepnie w rozdzielaczu 5 na gazo¬ wy amoniak i dwutlenek wegla i roztwór zawie¬ rajacy mocznik. Gaz z rozdzielacza 5 doprowa¬ dza sie przewodem 6 do skrubera 7. Utworzony w rozdzielaczu 5 roztwór przechodzi do podgrze¬ wacza 8, w którym temperature cieczy podnosi sie do okolo 160°C. Powstajacy w czasie tego o- grzewania gazowy amoniak i dwutlenek wegla po oddzieleniu od cieczy w rozdzielaczu 9, odprowa¬ dza sie przewodem 10. Odprowadzany z rozdziela¬ cza 9 poprzez zawór zamykajacy 11, roztwór mocz¬ nika rozpreza sie do cisnienia 4 at, co powoduje utworzenie sie mieszaniny gazu i cieczy, która doprowadza sie do kolumny rektyfikacyjnej 12.Ciecz odprowadzona z kolumny 12, doprowadza sie przewodem 13 do podgrzewacza 14, w którym z cieczy uwalnia sie gazowy amoniak i COz. Mie¬ szanine gazu i cieczy z podgrzewacza 14 rozdziela sie w rozdzielaczu 15, po czym gaz doprowadza sie przewodem 16 do kolumny 12, a ciecz rozpreza za posrednictwem zaworu 17 i doprowadza do od- parowalnika 18. Ciecz pochodzaca z rozdzielacza 15 stanowi prawie czysty roztwór mocznika o stezeniu okolo 72% wagowych.W wyparce 18 odparowuje sie roztwór moczni¬ ka pod cisnieniem okolo 0,4 at w temperaturze 105°C. Potrzebne do tego cieplo dostarczaja gazy odlotowe z rozdzielacza 9, które o temperaturze okolo 160°C doprowadzane sa przewodem 10 do wyparki 18. Czesc tych gazów skrapla sie w wy¬ parce 18, po czym mieszanine gazu i cieczy o tem¬ peraturze okolo 25°C doprowadza sie przewodem 19 do skrubera 7. Z wyparki 18 odbiera sie roz¬ twór mocznika o stezeniu okolo 86% wagowo, któ¬ ry nastepnie dalej zateza sie w znany sposób.Postepowanie to mozna przeprowadzic w strefie odparowywania, która to strefa jest zbudowana razem z wyparka 18, posiada jednak oddzielny grzejnik.Gaz zawierajacy amoniak i C02 odprowadza sie z kolumny rektyfikacyjnej 12 przewodem 20 do kondensatora 21, w którym gaz jyykrapla sie, pra¬ wie calkowicie i dzieki dodatkowi wody powstaje amoniakalny roztwór karbaminianu amonowego.Roztwór ten przepompowuje sie nastepnie prze¬ wodem 22 do skrubera 7. Z uchodzacych w skru- berze 7 gazów wymywa sie dwutlenek wegla tak, ze skruber 7 opuszcza czysty, gazowy amoniak.Ten gazowy amoniak zostaje skroplony w chlodni¬ cy 23 i czesciowo zawrócony przewodem 24 do skrubera 7. Czesc cieklego amoniaku nie zawróco¬ nego do kolumny 7 przepompowuje sie przewodem 25 do autoklawu 1. Odplywajacy z kolumny 7 amoniakalny roztwór karbaminianu amonowego przepompowuje sie przewodem 26 do autoklawu h PL