PL84195B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania mocznika z amoniaku i dwutlenku wegla.

Znany sposób wytwarzania mocznika z amonia¬ ku i dwutlenku wegla polega na tym, ze w pierw¬ szym stadium procesu wytwarza sie karbaminian amonu, zgodnie z reakcja: 2 NHs + CO2 5: NH2COONH4 Reakcja ta jest silnie egzotermiczna i w tempera¬ turze powyzej 155°C i pod cisnieniem co najmniej $0 atm. szybko dobiega konca. Przez odwodnienie karbaminianu amonu wytwarza sie nastepnie mocz¬ nik. Reakcja ta przebiega nastepujaco: NH2COONH4 ^ NH2CONH2 + H2O Reakcja ta jest reakcja endotermiczna i stan rów¬ nowagi chemicznej ustala sie stosunkowo powoli, przesuwajac sie w prawo ze wzrostem cisnien! a i stosunku mocznika do wody.

W praktyce synteze mocznika prowadzi sie zwykle w temperaturze 160—200°C, pod cisnieniem 100—250 atm. Roztwór odplywajacy ze strefy syn¬ tezy zawiera nie przeksztalcony karbaminian amo¬ nu, wtóry usuwa sie z roztworu przewaznie roz¬ kladajac go w kilku stadiach pod róznym cisnie¬ niem na gazowy amoniak i dwutlenek wegla i od¬ dzielajac gazy razem z nadmiarem amoniaku wpro¬ wadzonego do reaktora i z para wodna w ilosci odpowiadajacej stanowi równowagi. Te mieszanine gazów przewaznie zawraca sie po skropleniu i/lub zaabsorbowaniu w wodzie lub w wodnym roztwo¬ rze we wspomianych stadiach procesu prowadzo¬ nych pod róznym cisnieniem. Przy takim sposobie zawracania nie mozna uniknac zawracania do stre¬ fy syntezy mocznika pewnej ilosci wody, która hamuje przeksztalcanie karbaminianu amonu w mocznik, totez jest rzecza pozadana, aby ilosc za¬ wracanej wody byla mozliwie mala.

Znane sposoby rozkladania nie przeksztalconego karbaminianu amonu i usuwania gazów otrzyma¬ nych przy tym rozkladzie polegaja na tym, ze roz¬ twór mocznika otrzymany w wyniku syntezy ogrze¬ wa sie pod wysokim cisnieniem, stosujac dwutle¬ nek wegla jako czynnik pluczacy, po czym usu¬ nieta mieszanine gazowa skrapla sie pod wyso¬ kim cisnieniem. Ze wzrostem cinienia wzrasta rów¬ niez temperatura skraplania i cieplo skraplania mozna odprowadzac w wyzszej temperaturze, wy¬ korzystujac je do wytwarzania pary wodnej. Poza tym, w temperaturze nizszej od 153°C, to jest od temperatury zestalania sie karbaminianu amonu, ilosc wody konieczna do utrzymania karbaminianu, amonu w roztworze (wode zawraca sie do strefy syntezy mocznika) jest tym mniejsza, im wyzsza jest temperatura. Korzystnie jest przez to prowa¬ dzic proces skraplania w temperaturze wyzszej niz 153°C, a wówczas zbedne jest dodawanie wody.

Prowadzenie procesu skraplania w mozliwie naj¬ wyzszej temperaturze jest korzystne równiez i z tego wzgledu, ze im wyzsza jest temperatura, tym 8419584145 3 - 4 wyzsza jest wydajnosc reakcji wytwarzania mocz¬ nika z karbaminianu amonu. Z drugiej zas strony, cisnienie stosowane podczas skraplania jest ogra¬ niczone maksymalnym cisnieniem, pod którym moz¬ na prowadzic proces plukania, poniewaz mieszani- 5 na gazowa nie powinna byc sprezana tak dalece, aby powstawalo niebezpieczenstwo odkladania sie stalego karbaminianu amonu w sprezarce i prze- wadach, a poza tym im wyzsze jest sprezanie, tym wieksze sa jego koszty. Najwyzsze cisnienie dopu- 10 szczalne w procesie plukania zalezy od temperatu¬ ry, w której cieplo niezbedne w procesie rozkla¬ du karbaminianu amonu moze byc dostarczane bez powodowania niepozadanej hydrolizy mocznika i wytwarzania biuretu, przy czym ta temperatura 15 jest znacznie nizsza niz odpowiadajaca cisnieniu najkorzystniejszemu w procesie syntezy.

W celu unikniecia tych niedogodnosci propono¬ wano, aby roztwór karbaminianu amonu powsta¬ jacy w strefie skraplania pompowac do strefy syn- 20 tezy mocznika pod cisnieniem korzystnym dla prze¬ prowadzenia karbaminianu amonu w mocznik..

Przy tak prowadzonym procesie, cieplo powstaja¬ ce przy wytwarzaniu roztworu karbaminianu amo¬ nu w strefie skraplania jest oddawane wodzie w 25 wymienniku ciepla. Przy stosowaniu tego sposobu uzyskuje sie jednak cieplo w niskiej temperaturze, totez mozliwosci jego wykorzystania sa ograniczo¬ ne. Poza tym, cieplo wyzwalane przy wytwarza¬ niu karbaminianu amonu ze swiezego amoniaku 30 i dwutlenku wegla równiez zostaje odprowadzone.

Inna wada tego sposobu jest to, ze trzeba dopro¬ wadzic z zewnatrz cieplo potrzebne do przemiany karbaminianu amonu w mocznik i do procesu plu¬ kania. W praktyce powodowaloby to koniecznosc przeksztalcania duzej czesci pary wodnej o wyso¬ kim cisnieniu, stosowanej jako czynnik grzejny, w pare o niskim cisnieniu, majaca mniejsza wartosc.

Wynalazek ma na celu unikniecia wad znanych sposobów i umozliwienie prowadzenia procesu wy¬ twarzania mocznika z malymi stratami ciepla. Cel ten osiaga sie prowadzac proces wytwarzania mocz¬ nika w dwóch stadiach, pod róznym cisnieniem, dobierajac te cisnienia tak, ze wydajnosc procesu jest wyzsza niz przy stosowaniu znanych sposo¬ bów.

Sposób wytwarzania mocznika przez reakcje amo¬ niaku z dwutlenkiem wegla polega wedlug wyna¬ lazku na tym, ze w strefie wytwarzania karbami¬ nianu amonu z amoniaku i dwutlenku wegla utrzymuje sie cisnienie 90—140 atm. i wytworzony karbaminian amonu przeprowadza do pierwszej strefy wytwarzania mocznika pod takim samym zasadniczo cisnieniem, az do otrzymania moczni¬ ka w ilosci co najmniej 40% tej, która odpowiada stanowi równowagi, po czym roztwór otrzymany w tej pierwszej strefie kieruje sie do drugiej strefy wytwarzania mocznika i prowadzi dalej proces syn¬ tezy mocznika pod cisnieniem co najmniej 160 atm az do uzyskania roztworu zawierajacego przynaj¬ mniej 85% ilosci mocznika odpowiadajacej stanowi równowagi. Z roztworu oddziela sie gazy i zawraca je do strefy wytwarzania karbaminianu amonu.

Roztwór otrzymywany podczas syntezy mocznika mozna czesciowo rozprezac i plukac, np. dwutlen¬ kiem wegla, w celu oddzielenia z rotworu amonia¬ ku i dwutlenku wegla.

Prowadzenie syntezy mocznika sposobem wedlug wynalazku w 2 stadiach pod nizszych cisnieniem umozliwia wytwarzanie znacznej czesci mocznika, np. wiecej niz polowy calkowitej ilosci, pod sto¬ sunkowo niskim cisnieniem, dzieki czemu cieplo potrzebne do tej czesci procesu syntezy moze byc dostarczane w temperaturze nizszej niz przy sto¬ sowaniu znanych sposobów. Cieplo to otrzymuje sie korzystnie przy skraplaniu gazów odprowadza¬ nych ze strefy plukania, przy skraplaniu w pierw¬ szej z dwóch stref wytwarzania mocznika. Cieplo to wykorzystuje sie bezposrednio, to znaczy nie trzeba go przeksztalcac w cieplo zawarte w parze o niskim cisnieniu. Zmniejsza sie w ten sposób znacznie nadmiar pary o niskim cisnieniu, co daje korzysci zwlaszcza w tych przypadkach, gdy nie ma na miejscu zapotrzebowania na te pare. Ilosc ciepla niezbedna w drugiej strefie wytwarzania mocznika uzyskuje sie korzystnie przez przeksztal¬ canie w tej strefie co najmniej czesci amoniaku i dwutlenku wegla w karbaminian amonu.

Stosujac sposób wedlug wynalazku, pierwsze sta¬ dium procesu wytwarzania mocznika, proces plu¬ kania i skraplania odprowadzonej mieszaniny ga¬ zów mozna prowadzic pod stosunkowo niskim ci¬ snieniem, co daje duze korzysci gospodarcze. Ci¬ snienie w pierwszej strefie wytwarzania mocznika jest jednak na tyle wysokie, ze cieplo skraplania gazowej mieszaniny uzyskuje sie w takiej tempe¬ raturze, ze moze byc wykorzystywane np. do wy¬ twarzania pary wodnej o ciesnieniu 2—5 atm. Cal¬ kowita objetosc urzadzenia do syntezy mocznika jest praktycznie biorac taka sama, jak przy sto¬ sowaniu znanych sposobów. Poza tym, wystarcza rozkladanie mniejszej ilosci karbaminianu amonu, poniewaz w drugiej strefie syntezy, prowadzac pro¬ ces pod wyzszym cisnieniem, uzyskuje sie wyzsza wydajnosc. Dzieki temu, jak równiez dzieki temu, * ze czesc nie przeksztalconego amoniaku i dwutlen¬ ku wegla uwalnia sie podczas rozprezania roztwo¬ ru otrzymanego w drugiej strefie syntezy moczni¬ ka pod wysokim cisnieniem, w kolumnie plucz¬ kowej wystarcza mniejsza powierzchnia wymiany ciepla i do procesu plukania potrzeba mniejszej ilosci pary o wysokim cisnieniu.

Na rysunku przedstawiono schemat urzadzenia do stosowania sposobu wedlug wynalazku.

Karbaminian amonu wytwarza sie w komorze 1 pod cisnieniem 90—140 atm, otrzymujac roztwór karbaminianu amonu zmieszany ze znaczna iloscia gazowego amoniaku i dwutlenku wegla, np. 20—40% poczatkowo wprowadzonych ilosci tych substratów.

Pod takim cisnieniem odzyskuje sie cieplo skrapla¬ nia w takiej temperaturze, ze moze ono byc wy¬ korzystywane do wytwarzania pary. Mieszanina cieczy i gazu plynie z komory 1 przewodem 16 do pierwszego reaktora 2. w którym czesc karbaminia- niu amonu przeprowadza sie w mocznik równiez pod cisnieniem 90-140 atm. Cieplo niezbedne do prowadzenia tej reakcji otrzymuje sie przez skra¬ planie gazowych substratów, których czesc jest w tej fazie procesu nadal w stanie gazowym. Ilosc gazu, który ma byc skroplony oraz czas przebywa- 40 45 50 55 6084: nia mieszaniny w reaktorze 2 dobiera sie tak, aby przy podanym wyzej cisnieniu uzyskac 40—90°/o chemicznej równowagi procesu. Mozna tez skroplic gazowa mieszanine calkowicie w komorze 1 i re¬ aktor 2 ogrzewac posrednio, stosujac system wy- 5 miany ciepla, albo tez dostarczac do reaktora 2 cieplo z zewnatrz, calkowicie lub czesciowo.

Wodny roztwór mocznika, nie przereagowanego karbaminianu amonu i nie zwiazanego amoniaku odprowadza sie z reaktora 2 przez przewód 17 z 10 przelewem, a mieszanine gazowa, zawierajaca nie skraplajace sie gazy, wprowadzone do procesu ra¬ zem ze swiezym amoniakiem, jak równiez dwutle¬ nek wegla, odprowadza sie z górnej czesci reakto¬ ra 2 przewodem 18 i prowadzi przez pluczke kolum- i5 nowa 7 w celu odzyskania reszty amoniaku i dwu¬ tlenku wegla. Pozostale skladniki gazowej miesza¬ niny odprowadza sie do atmosfery przez zawór re¬ dukujacy 13.

Roztwór zawierajacy mocznik przesyla sie za po- 20 moca pompy 3 przewodem 19 do drugiego reakto¬ ra 4 do syntezy mocznika pracujacego pod cisnie¬ niem wynoszacym co najmniej 160 atm, a korzy¬ stnie 180—200 atm. Do reaktora 4 wprowadza sie przewodem 22 swiezy amoniak, pobierany ze zbiór.- 25 nika 20 i sprezany za pomoca pomp 8 i 9 do wla¬ sciwego cisnienia. Dwutlenek wegla ze zbiornika 21 spreza sie w sprezarce 10 do odpowiedniego cisnienia i przewodem 23 wprowadza do reaktora 4. Cieplo powstajace na skutek reakcji swiezego 30 amoniaku z dwutlenkiem wegla jest potrzebne do tego, aby przy panujacym w reaktorze 4 cisnieniu i przy zalozonym czasie przebywania mieszaniny w reaktorze uzyskac w tym reaktorze co najmniej 85% stanu chemicznej równowagi. Ilosc dwutlen- 35 ku wegla niezbednego do tego celu wynosi np. 10— % calkowitej ilosci dwutlenku wegla, a ilosc amo¬ niaku np. 40—60% calkowitej ilosci amoniaku sto¬ sowanego w procesie.

Roztwór mocznika, zawierajacy karbaminian 40 amonu, wode i wolny amoniak oraz zmieszany z gazami, odprowadza sie z reaktora 4 przewodem 24, rozpreza za pomoca zaworu redukujacego 14 do cisnienia w przyblizeniu równego cisnieniu w ko¬ morze 1 i pierwszym reaktorze 2 i wprowadza do 45 górnej czesci drugiej pluczki kolumnowej 5. Roz¬ twór przeplywa w dól kolumny pionowymi rura¬ mi w przeciwpradzie do czynnika pluczacego, np. dwutlenku wegla, doprowadzanego przewodem 25 ze sredniego stopnia sprezania sprezarki 10. Rury 50 opadowe w pluczce 5 ogrzewa sie za pomoca pary wodnej o cisnieniu np. 15—25°C. Wyplukany roz¬ twór mocznika odprowadza sie z pluczki 5 prze¬ wodem 26 i po zredukowaniu cisnienia w zaworze redukujacym 12 do 2—4 atm przerabia w urzadze- 55 niu 6 w znany sposób pod niskim cisnieniem w celu usuniecia z niego resztek karbaminianu amo¬ nu. Otrzymany wodny roztwór mocznika prowadzi sie przewodem 27 do nie uwidocznionego na rysun¬ ku urzadzenia do odparowywania lub krystalizacji. 60 Otrzymany w urzadzeniu 6 rozcienczony roztwór karbaminianu amonu kieruje sie za pomoca pom¬ py 15 przewodem 28 do pluczki kolumnowej 7, w której wykorzystuje sie go jako czynnik pluczacy.

Gazowa mieszanine gromadzaca sie w górnej 65 6 czesci pluczki kolumnowej 5, skladajaca sie z amo¬ niaku, dwutlenku wegla, pary wodnej i gazów obo¬ jetnych, prowadzi sie przewodem 29 do komory 1, w której, jak wyzej wspomniano, zachodzi tylko czesciowe skraplanie. W celu umozliwienia prowa¬ dzenia procesu skraplania w mozliwie najwyzszej temperaturze, rozcienczony roztwór karbaminianu amonu odprowadzany z pluczki 7 kieruje sie prze- wadami 30, 31 do komory 1, wykorzystujac aspira- tor 14, napedzany za pomoca cieklego amoniaku, doprowadzanego za pomoca pompy 8 przez prze^ wód 33. W ten sposób w skraplaczu otrzymuje sie stosunek amoniaku do dwutlenku wegla koniecz¬ ny dla uzyskania najodpowiedniejszej temperatury skraplania. W razie potrzeby roztwór zawierajacy mocznik i karbaminian amonu moze byc pobiera¬ ny z reaktora 2 przewodami 32 i 31 za pomoca aspiratora 14 i w ten sposób mozna równiez pod¬ wyzszac temperature skraplania w komorze 1, co umozliwia wytwarzanie pary wodnej o stosunko¬ wo wysokim cisnieniu.

Przyklad. W urzadzeniu przedstawionym na rysunku, stosujac 56,6 tony amoniaku i 73,4 tony dwutlenku wegla, wytwarza sie w ciagu doby 100 ton mocznika. W komorze 1, w pierwszym reakto¬ rze 2 i w pluczce 5 stosuje sie cisnienie 110 atm, a w drugim reaktorze 4 cisnienie 180 atm. Miesza¬ nina cieczy z gazem, powstajaca w komorze 1 pod cisnieniem 110 atm w temperaturze 168°C, zawie¬ ra 123,8 tony NH3, 115,2 tony CO2, 18,0 ton H2O i skladniki obojetne. W mieszaninie tej ponad 15% NH3 i CO2 znajduje sie w stanie gazowym. W reak¬ torze 2, w którym temperatura wynosi 172°C, amo¬ niak reaguje z dwutlenkiem wegla tworzac karba¬ minian amonu i powstaje 63 tony mocznika, co od¬ powiada ponad 70% ilosci odpowiadajacej stanowi równowagi i 63% calkowitej ilosci otrzymanej.

Mieszanina powstajaca w reaktorze 2 pracuja¬ cym pod nizszym cisnieniem sklada sie z 63 ton mocznika, 75 ton amoniaku, 58,1 tony dwutlneku wegla i 36,9 ton wody. Z mieszaniny tej w reakto¬ rze 4, pracujacym pod wyzszym cisnieniem w tem¬ peraturze 195°C, otrzymuje sie 37 ton mocznika.

Cieplo niezbedne do tej reakcji otrzymuje sie wy¬ twarzajac w tym samym reaktorze karbaminian amonu ze swiezego amoniaku doprowadzanego w ilosci 29 ton i dwutlenku wegla doprowadzanego - w ilosci 11 ton.

W obu reaktorach 2 f 4 otrzymuje sie lacznie 100 ton mocznika, co stanowi ponad 95% ilosci od¬ powiadajacej stanowi równowagi. Mieszanina od¬ prowadzana przewodem 24 z reaktora 4 zawiera 100 ton mocznika, 83 tony amoniaku, 42 tony dwu¬ tlenku wegla i 48 ton wody. Mieszanina ta zawie¬ ra male ilosci gazów obojetnych oraz gazowy amo¬ niak i dwutlenek wegla. Po zredukowaniu cisnie¬ nia do 110 atm za pomoca zaworu redukcyjnego mieszanine o podanym wyzej skladzie poddaje sie procesowi plukania za pomoca 62,4 tony dwutlen¬ ku wegla, otrzymujac roztwór zawierajacy 100 ton mocznika, 10 ton amoniaku, 18 ton dwutlenku we¬ gla i 44,1 tony wody oraz mieszanine gazowa za¬ wierajaca 73,0 ton amoniaki*, 91,4 tony dwutlenku wegla, 3,9 tony wody i gazy obojetne. Z tej mie¬ szaniny 27,6 tony amoniaku wprowadza sie za po-84 195 8 mocaaspiratora 14 do komory 1, w której wytwa¬ rza sie karbaminian amonu. Aspirator zasysa roz¬ cienczony roztwór karbaminianu amonu, utworzo¬ ny w pluczce 7, skladajacy sie z 23,2 tony amonia¬ ku, 23,8 tony dwutlenku wegla i 14,1 tony wody. 5 Oba reaktory 2 i 1 pracuja w warunkach adia¬ batycznych, gdyz nie doprowadza sie do nich cie¬ pla z zewnatrz ani nie odprowadza z nich ciepla.

Pluczke 5 ogrzewa sie za pomoca nasyconej pary wodnej o cisnieniu 22 atm, w ilosci 77,5 tony. Cie- 10 plo wytworzone w komorze redukcyjnej 1 umozli¬ wia otrzymanie 100 ton pary o cisnieniu 3 atm, z czego 80—90 ton mozna wykorzystac w stadium procesu prowadzonym pod nizszym cisnieniem i w stadium prowadzonym pod cisnieniem wyzszym, to- 15 tez nadmiar pary o niskim cisnieniu wynosi 10— ton. Na wytworzenie 1 tony mocznika zuzywa sie tylko 775 kg pary o cisnieniu 25 atm, a rów¬ noczesnie uzyskuje sie 100—200 kg pary o niskim cisnieniu, która mozna uzyc do innych celów. 2o

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania mocznika przez reakcje amoniaku z dwutlenkiem wegla, znamienny tym, 25 ze karbaminian amonu wytworzony przez reakcje amoniaku z dwutlenkiem wegla pod cisnieniem 90 —140 atm poddaje sie najpierw w pierwszej stre¬ fie reakcji pod takim samym cisnieniem przeróbce na mocznik az do otrzymania mocznika w ilosci 30 co najmniej 40°/o ilosci odpowiadajacej stanowi równowagi i otrzymana mieszanine poddaje w dru¬ giej strefie reakcji przeróbce na mocznik pod ci* snieniem co najmniej 160 atm, az do otrzymania mocznika w ilosci wynoszacej co najmniej 85°/o ilosci odpowiadajacej stanowi równowagi, po czym z mieszaniny poreakcyjnej oddziela sie od roztwo¬ ru gazy i zawraca je do komory, w której prowa¬ dzi sie reakcje wytwarzania karbaminianu amonu przez reakcje amoniaku z dwutlenkiem wegla.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w pierwszej strefie reakcji wytwarza sie mocznik w ilosci wynoszacej 70—95% ilosci odpowiadaja¬ cej stanowi równowagi.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze mieszanine otrzymana w wyniku syntezy mocz¬ nika poddaje sie czesciowemu rozprezeniu i wy¬ plukuje z niej amoniak i dwutlenek wegla.

4. Sposób wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze cieplo niezbedne do prowadzenia syntezy mocz¬ nika w pierwszej strefie reakcji uzyskuje sie na drodze niecalkowitej przemiany dwutlenku . wegla w karbaminian amonu w komorze do wytwarza¬ nia karbaminianu amonu i reszte karbaminianu amonu wytwarza sie w pierwszej strefie syntezy mocznika.

5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze cieplo niezbedne do prowadzenia syntezy mocz¬ nika w drugiej strefie reakcji uzyskuje sie bez¬ posrednio przez wytwarzanie w tej strefie swieze¬ go karbaminianiu amonu ze swiezego amoniaku i dwutlenku wegla. W.Z.Graf. Z-dNr 2, zam. 788/76, A4, 110+ 15 Cena 10 zl