SE432590B - Forfarande for framstellning av karbamid i forening med ammoniaksyntes - Google Patents

Description

35 40 7714701-5 för en onödigt hög förbrukning av ånga för ammoniakåtervinnings- sektionen nedströms om karbamatsönderdelare-avdrivaren. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en integrerad ammoniak-karbamid-process av det i ingressen till det bifogade pæxymknnet l angivna slaget, vid vilken de ovan berörda nackdelarna vid den ovan beskrivna integrerade processen är eliminerade. Det i första hand speciellt utmärkande för processen enligt uppfinningen framgår av det bifogade patentkravets l kännetecknande del. Fördelaktiga vidareutvecklingar och utförings- former av denna process har de i patentkraven 2-4 angivna känne- tecknen.

Vid processen enligt uppfinningen matas den gasström som erhålles från ångreformering eller partiell oxidation av flytande eller gasformiga kolväten och som utgör rågaser för syntesen av 2 och N2, till en avdrivningskolonn i motström relativt den ammoniakanrikade lösning ammoniak och i huvudsak består av C02, H som kommer från karbamatsönderdelaren.

Närmare bestämt matas nämnda gasström, som väsentligen består av C02, H2 och N2, till en adiabatisk avdrivningskolonn, som är belägen nedströms om karbamatsönderdelare och som matas med den ammoniakanrikade karbamidlösning som kommer från denna karbamat- sönderdelare.

Från den adiabatiska avdrivaren strömmar nämnda gaström, nu anrikad med NH3, H20 och C02, till en C02-absorptionskolonn, i vilken man som absorptionsvätska använder en vattenlösning av ammoniumkarbonat anrikad med ammoniak, vilken lösning erhålles genom att man i en kolonn tvättar den icke absorberade gasström, rik på ammoniak och väsentligen innehållande N2 och H2, som kommer från nämnda C02-absorptionskolonn, tillsammans med en vattenlösning av ammoniumkarbonat som kommer från lågtryckssektionen hos karbamid- anläggningen.

De gaser som ej absorberas i absorptionskolonnen och som såf lunda avgår från C02-absorptionskolonnen och som väsentligen utgöres av N2 och H2 och spår av CO och C02, sändes till metanisering och därefter till ammoniaksyntescn.

Den lösning av ammoniumkarbamat som bildas i CO2-absorptions- kolonnen ledes till karbamidsyntesreaktorn, företrädesvis via en ejector eller ett annat statiskt pumpsystem, med utnyttjande av tryckkraften hos den vattenfria ammoniak och/eller den ammoniak- vattenlösning som matas genom ifrågavarande ejector till karbamid- 10' 15 20 25 30 35 40 77147Ü1-å syntesreaktorn.

I karbamidsyntesreaktorn fullbordas dehydratiseringen av karbamatet till karbamid och man erhåller en karbamidlösning, som är rik på ammoniumkarbamat. Denna lösning sändes därefter till en karbamatsönderdelare, i vilken cirka 50 % av karbamatet sönder- delas till C02 och NH3. Denna ammoniak och koldioxid recirkuleras direkt i gasform utan någon kondensering till karbamidsyntesreak- torn, medan den från sönderdelaren avgående karbamidlösningen ledes till avdrivaren.

Det har visat sig, att ammoniakavdrivningsoperationen medelst näwsstfimnen kan genomföras adiabatiskt utan någon tillförsel av värme, eftersom det värme som finnes i den behandlade lösningen kan ge det för avdrivningen erforderliga värmet, då lösningen avkyles.

Tillsammans med ammoniaken avdrives också resterande C02 tillsammans med en viss mängd vatten, som ingår i den från karbamatsönderdelaren kommande lösningen.

K Den från avdrivaren erhållna gasen, som har anrikats med ammoniak, vatten och koldioxid, ledes till C02-absorptionskolonnen, i vilken C02 nat, som är rik på ammoniak. absorberas medelst en vattenlösning av ammoniumkarbo- I C02-absorptionsanordningen (dvs. karbamatreaktorn) bildas ammoniumkarbamat, vilket såsom ovan nämnts ledes till en karbamidsyntesreaktor, från vilken en karbamidlösning avtappas,. som behandlas i en karbamatsönderdelare. I denna senare sönder- delas cirka 50 % av det ammoniumkarbamat som ej omvandlats till karbamid, varefter karbamidlösningen befrias från sitt innehåll av ammoniak och resterande C02 genom avdrivning medelst en gas, som väsentligen består av C02, H2 och N2, såsom ovan beskrivits.

Vid användning av förfarandet enligt uppfinningen blir det således möjligt att erhålla en koncentrerad vattenlösning av karba- mid, som är fattig på ammoniak, vilket gör det möjligt att avsevärt förenkla NH3 kan härvid bestå av ett enda steg från l till 8 atm, så att mellan- -återvinningssektionen i anläggningen. Denna senare steget om l8 atm, vilket tidigare i allmänhet krävts, kan elimine- ras.

En ytterligare fördel med förfarandet enligt uppfinningen lig- ger däri, att man vid utloppet från ammoniakkondensorn erhåller en rågas för ammoniaksyntesen, som är fri från C02 och som har en mycket låg halt av gasformig ammoniak (ca 2 %), som följd av att 10 l5 20' 25 30 35 40 7714-7Û1-5 4 man som absorptionsmedel använder ammoniaken i den vattenlösning av karbonat, som kommer från âtervinningssektionen i karbamidanlägg- 'ningen. Reduktionen av ammoniakhalten (ca 14 % vid förfarandet enligt den tidigare nämnda patentskriften) medför en större effek- tivitet hos metaniseringssektionen, som har till uppgift att avlägsna spåren av CO och C02 i rågasen för ammoniaksyntesen.

Det är viktigt att observera, att karbamidsyntesreaktorn, karbamatsönderdelaren, den adiabatiska avdrivningskolonnen, C02- absorptionskolonnen och ammoniakondensorn arbetar under väsentligen samma tryck som karbamidsyntesreaktorn, minskat med tryckfallen i kretsloppet. Detta tryck ligger inom intervallet från 100 till 250 atm. Karbamatbildningsvärmet som utvecklas i karbamatreaktorn användes för alstring av ånga, som användes i karbamidkoncentre- ringssektionerna. Av det föregående framgår det, att den kombi- nerade cykeln (termisk avdrivning för karbamatsönderdelningen och adiabatisk avdrivning för avlägsnande av ammoniak och resterande C02) ger en avsevärd förenkling och väsentlig reducerade kostnader.

I det följande skall den integrerade processen enligt uppfin- ningen närmare beskrivas i anslutning till bifogad ritning, vilken såsom exempel visar flödesschemat för en anläggning utformad enligt uppfinningen.

Rågas erhållen genom ångreformering av kolväten på konventio- nellt sätt och väsentligen bestående av CO2, N2 och H2 ledes efter komprimering genom en ledning l till en adiabatisk ammoniakavdrivare 15, som har till uppgift att avlägsna ammoniak i en lösning, som tillföres via en ledning 2 från en karbamatsönderdelare 16.

De från ammoniakavdrivaren l5 avgående gaserna, smnblbñizmer eller mindre anrikade med ammoniak, ledes via en ledning 3 till en C02-absorbator 17, från vars utlopp den återstående gasströmmen genom en ledning 4 till en ammoniakkondensor. Denna matas via en ledning 5 med en vattenlösning av ammoniumkarbonat, som kommer från karbamidanläggningens karbamat- och ammoniakåtervinningssektion.

I C02-absorbatorn 17 reagerar koldioxiden tillnärmelsevis fullständigt med den ammoniak som finnes i den via en ledning 6 från ammoniakkondensorn 21 tillförda ammoniakaliska lösningen, till att bilda en lösning av ammoniumkarbamat. Denna ammoniumkarba- matlösning tages ut genom ledningen 7 och matas in i karbamid- syntesreaktorn 18 via en ejector 19 och ledningen 8. Den andel av C02 som ej reagerar i absorbatorn 17, avgår från absorbatorns övre ända tillsammans med ammoniaksyntesgasen via ledningen 4 och absor- 10 15 20 25 30 35 40 5 7714701-5 n beras av en på ammoniak rik ammoniumkarbonatlösning i ammoniakkon- densorn 21 till att bilda en lösning av ammoniumkarbamat, som via ledningen 6 ledes in i C02-absorbatorns 17 bottensektion.

De från CO och NH 2 3 går från apparaten 21 via ledningen 9,matas till en metaniserings- befriade ammoniaksyntesgaserna, som av- apparat för att därefter ledas till en ammoniaksyntesreaktor, i vilken ammoniak alstras. Denna ammoniak tvättas bort från de orea- gerade gaserna med vatten och den resulterande vattenlösningen av ammoniak ledes via ledningen 10 till karbamidsyntesreaktorn 18.

Karbamatlösningen, som i ejektorn 19 blandas med ammoniaklös- ningen tillförd genom ledningen 10 från ammoniaksyntessektionen, kommer in i karbamidsyntesreaktorn 18, där karbamatdehydratiserings- reaktionen äger rum med åtföljande bildning av karbamid.

Ammoniaklösningen pumpas in i ejektorn 19 av en pump 20 genom ledningen ll. Ejektorn 19 ger den erforderliga drivkraften för in- matning av karbamatlösningen från apparaten 17 till karbamidreak- torn 18.

Den i reaktorn 18 bildade karbamidlösningen ledes genom en led- ning l2 till karbamatsönderdelaren 16, i vilken genom tillförsel av värme ca 50 % av det oomvandlade karbamatet sönderdelas. Sönder- delningsprodukterna, som väsentligen består av NH3, C02 och H20, recirkuleras till karbamidreaktorn 18 genom ledningen 13.

Den på ammoniak rika karbamidlösningen matas via ledningen 2' till den adiabatiska avdrivaren 15, såsom beskrivits i det före- gående.

Det är mycket överraskande, att man med förfarandet enligt uppfinningen uppnår, att avdrivningen av i lösningen ingående ammoniak och koldioxid kan skeadiabatisktutan någon tillförsel av värme, och att minskningen av C02-partialtrycket i den ström som sändes till karbamatreaktorn, jämfört med fallet då rågasen ej ledes genom en adiabatisk avdrivare utan direkt till karbamat- reaktorn, ej har någon inverkan på omvandlingen till karbamat.

Detta strider direkt mot den konventionella tekniken, enligt vilken CO karbamat. 2-trycket måste ökas för ökning av omvandlingen till En modifikation, som ej är visad i ritningen men som skulle kunna vara av väsentlig betydelse i det fallet att ammoniaksyntes- sektionen arbetar under ett tryck som med 10 - 400 atm överstiger trycket hos den isobara karbamidsynteskretsen, består däri, att man utelämnar pumpen 20 för ammoniaklösningen ocn istället kompri- 10 15 20 25 30 35 40 7714701-5 1 merar gaserna från ledningen 9 upp till det i ammoniaksyntessek- tionen rådande trycket, varigenom man erhåller vattenfri och/eller vattenhaltig ammoniak, som utan någon ytterligare pumpning kan ledas direkt till ejektorn 19.

Vad beträffar trycken kan förfarandet enligt uppfinningen vara antingen isobariskt eller icke isobariskt. I det första fallet ligger trycken inom intervallet l00 ~ 300 kp/cmz, medan i det senare fallet karbamidframställningssektionen kan drivas under ett tryck, som är l0 - 400 atm lägre än ammoniaksyntestrycket.

I det följande skall uppfinningen ytterligare illustreras medelst ett exempel.

Exempel Utgångsdata var: Råmaterial: CH4 önskad produktion: 1000 ton granulerad karbamid per dag. 16 362 Nm3/h av en naturgas, som kunde betraktas vara 100 % metan, omvandlades medelst konventionell teknik, såsom primär reformering, sekundär reformering, omvandling av CO vid hög och låg temperatur, till en blandning av omvandlade gaser med följande sammansättning, räknat på torrt tillstånd: Elëgg 88 297 NÉÉÄQ Tryck 32 atm.

H2 54 120 Nm3/h 61,50 volymprocent N2 17 600 " _ 20,00 " co 370 " 0,42 " coz 15 565 " (30 572 kg) 17,35 " A 211 " 0,24 " CH, 431 " 0,49 " Denna gasström komprimerades till 200 kp/cmz vid en tempera- tur av l45° C och sändes först till den adiabatiska avdrivaren 15 och därefter, för absorption av CO2,till C02-absorbatorn 17 och till ammoniakkondensorn 21 och slutligen till metaniseringen via ledningen 9. Gasen som lämnade avdrivningskolonnen 15 vid en tempe- ratnr av ca 1900 C hade följande sammansättning (avdrivna ämnen inkluderade): H2 54 120 Nm3/h 34,94 vo1ymprocent NZ 17 600 " 11,36 " co 370 " 0,24 " coz 19 012 " 12,27 " A 211 " 0,14 " en 431 " 0,20 " 4 10 15 20 25 30 35 7 7714701-5 NH3 54,024 Nm3/h (41 642 kg) 34,88 vo1ymprocent H20 9,124 " ( 7 336 kg) 5,89 " Totaltflöde 154 894 " Gasflödet kommer in i C02-absorbatorn 17 genom ledningen' och möter i absorbatorn absorptionslösningen med en tempera- tur av 500 C och följande sammansättning: NH3 25 511 kg/h 71,43 viktprocent C02 4 916 " 13,76 " H20 5 287 " 14,81 " Totalt flàk>35 714 " Den genom ledningen 7 uttagna och till reaktorn 18 genom ejektorn 19 recirkulerade karbamatlösningen har följande samman- sättning och flöde vid en temperatur av 1550 C: NH3 44 653 kg/h 47,23 viktprocent C02 38 588 " 40,81 " H20 ll 303 " 11,96 " Totaltflöde 94 544 " Den från C02-absorbatorn 17 utströmmande gasen, som ledes till NH3-kondensorn 21 genom ledningen 4, har följande sammansätt- ning vid en temperatur av 1550 C: H2 54 120 Nm3/h 51,32 vo1ymprocent NZ 17 600 " 16,69 " co 370 " 0,35 " coz 1,859 " (3 650 kg) 1,76 " A 211 " 0,20 " CH4 431 " 0,41 " NH3 29 220 " (22 500 kg) 17,71 " H20 1 643 " (1 320 kg) 1,56 " Totaltflöde 105 454 " I ammoniakabsorbatorn 21 möter denna gasström i motström den genom ledningen 5 tillförda karbonatlösningen med en temperatur av 400 C, vilken senare har följande sammansättning: NH3 4 167 kg/h 43 viktprocent C02 1 282 " 13 " H20 4 242 " 44 " Totaltflöde 9,591 " Den renade gasen, som ledes till metaniseringssektionen via ledningen 9, har följande sammansättning vid en temperatur av 400 C: 10 15 20 25 30 35 7714701-5 8 H2 54 120 Nm3/h 72,56 volymprocent NZ 17 600 " 23,60 " CO 370 " 0,50 " C02 8 “ (16 kg/h) 0,01 " A 211 " 0,28 '- cH4 431 " 0,58 _ '- NH3 1 500 " 2,01 " H20 342 " 0,46 " Totalt flöde 74 582 " Karbamatlösningen i ledningen 7 blandas i ejektorn 19 med följande ammoniaklösning (temperatur 400 C): NH3 5 25 767 kg/h 80,00 viktprocent H20 6 122 “ 20,00 " Totalt flöde 30 959 " varvid den så erhållna, reaktionsblandningen bildande lösningen strömmar in i reaktorn 18 genom ledningen 8 vid en temperatur av 1160 C. Denna blandning har följande sammansättning: NH3 69 420 55,31 viktprocent C02 38 588 30,75 " H20 17 495 13,94 " Totalt flöde 125 503 Från reaktorn 18 uttages en lösning, som har följande samman- sättning vid en temperatur av 1860 C: NH3 70 513 kg/h 44 viktprocent C02 16 026 10 " Karbamid 41 667 26 " H20 32 052 20 " TOtâlt flöde 160 258 Genom ledningen 12 matas denna lösning in i karbâmätsönåerdêlarên 16, från vilken man genom ledningen 2 tar ut en behandlad lösning med .sammansättningen (temperatur 2050 C): NH3 45 809 kg/h 36,50 viktprocent C02 8 032 " 6,40 " Karbamid 41 667 " 33 20 " H20 29 995 " 23,90 " Totalt flöde 125 503 " _ De i karbamatsönderdelaren 16 avdrivna gaserna, som genom led- ningen 13 recirkuleras till karbamidsyntesreaktorn 18, har följande sammansättning (temperatur 1950 C): 10 15 20 9 7714701-5 NH3 24 704 kg/h 71,08 viktprocent C02 7 994 " 23,00 " H20 2 057 " 5,92 " Totalt flöde 34 755 " Den från karbamatsönderdelaren 16 strömmande karbamidlösningen matas via ledningen 2 in i den adiabatiska avdrivaren 15, i vilken lösningen enligt föreliggande uppfinning i motström möter rågasen från ledningen l och renas, tills följande sammansättning erhålles: NH3 4 167 kg/h 6,5 viktprocent C02 l 282 " 2,0 " Karbamid 41 667 " 65,0 " H20 22 659 “ 26,5 " Totalt flöde 69 775 Den så erhållna lösningen med en temperatur om ca 900 C tages ut genom ledningen 14 och ledes till en återvinningssektion för ammoniak och koldioxid vid lågtryck, på konventionellt sätt.

I karbamatreaktorn l7 användes det värme som utvecklas vid själva karbamatbildningen för alstring av mättad vattenånga vid ett tryck av 4,5 atm i en mängd svarande mot ca 30 000 kg/h.

Claims (4)

7714701-5 , PATENTKRAV

1. l. Förfarande för framställning av karbamid i förening med ammo- niaksyntes genom gemensam tillförsel av vattenfri ammoniak eller en vatten- haltig ammoniaklösning och en ammoniumkarbamatström till en karbamidsyn- tesreaktor, sönderdelning av det fortfarande i den från karbamidsyntesreaktorn utströmmande karbamidlösningen ingående ammoniumkarbamatet i ammoniak och koldioxid och recirkulation av dessa gaser till karbamidsyntesreaktorn, kännetecknat därav,attman a) inmatar den i karbamatsönderdelaren (16) erhållna karbamidlösningen fràn karbamidsyntesreaktorn (18), vilken lösning fortfarande innehåller ca 50% karbamat, i en adibatiskt driven avdrivningskolonn (15), där den bringas l kontakt med en på sedvanligt sätt reformerad, väsentligen av väte, kväve och koldioxid bestående, i motström framförd gasström, b) inmatar den härvid erhållna avdrivningsblandningen tillsammans med de vid karbamatsönderdelningen frigjorda gaserna i en koldioxidabsorptionskolonn (17), som matas med en starkt ammoniakhaltig ammoniumkarbonatvattenlösning, som i sin tur har erhållits genom tvättning av den från absorptionskolonnen (17) avdragna ammoniakhaltiga- och praktiskt taget enbart av väte och kväve bestående strömmen av icke absorberade gaser med en ammoniumkarbonat- vattenlösning, som härrör från karbamidanläggningens lågtryckssektion, c) inmatar det på så sätt erhållna ammoniumkarbamatet i syntesreaktorn (18) och I d) matar den från ammoniakkondensorn (21) efter uttvättning av ammoniaken i ett silningstorn erhållna blandningen av väte och kväve till ammoniaksyntessek- tionen.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att man inmatar ammoniumkarbamatlösningen med hjälp av den likaledes till syntes- reaktorn (18) tillförda ammoniakvattenlösningen som drivmedel i karbamidsyn- tesreaktorn (18) via en ejektor (19).

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att man arbetar vid ett tryck av 1,013 x l07-3,039 x 107 Pa.

4. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att trycket i ammoniaksyntessektionen överstiger trycket i karbamidsyntessektionen med 1,03 x 106 - 4,052 x 107 - Pa.