SE432591B - Integrerat forfarande for framstellning av karbamid och ammoniak - Google Patents

Description

7903018-5 10 15 20 25 30 35 i vilken C02 absorberas av en ammoniakalisk lösning, varvid man får en ström innehållande ammoniumkarbamat som skall matas till karbamidsyntesreaktorn, och därefter tar ut' karbamidlösningen,'väsentligen fri från karba- mat, från strippningsapparaten och överför karbamidlöss ningen till följande behandlingar med sönderdelning under lågt tryck och koncentration under vakuum.

En brist vid detta förfarande är att innehållet av C02 i den lösning, som går från botten av den adiaba- tiska strippningsapparaten till förfarandesteget för sönderdelning under lågt tryck är förhållandevis högt '(1o% till 15% i vikt), vilket medför att detta steg måste dimensioneras mycket stort och en ökning av kon- sumtionerna i detsamma. Å andra sidan var genomförandet av den adiabatiska strippningen enligt den nämnda patentansökningen bunden till användning av C02 bland strippningsmedlen, i det att denna C02 genom sin partiella reaktion med den i karbamidlösningen förekommande ammoniaken möjliggjorde tillförsel av åtminstone en del av det värme som erford- rades för sönderdelningen av ammoniumkarbamatet i karba- midlösningen. Tyvärr blir, som ovan nämnt, C02-innehållet högt, varför det vid lågt tryck arbetande sönderdelninge- steget måste vara förhållandevis stort.

Det har nu överraskande nog visat sig att det är möjligt att slippa använda C02 som strippningsmedel och därmed få en slutprodukt som är väsentligen fri från C02, utan att man därför behöver avstå från den adiabatiska strippningen.

Detta har möjliggjorts genom att man väljer vissa förhållanden mellan H20 och C02 och mellan NH3 och CO karbamidsyntesreaktorn. 2 i Detta har möjliggjorts genom att man genomför för- farandet på sätt som framgår av de bifogade patentkraven.

Uppfinningen avser sålunda ett integrerat förfa- rande för framställning av karbamid och ammoniak, vilket innefattar följande förfarandesteg. a) Man låter den gasström som erhålls genom ång- l0 15 20 25 30 7903018-5 reformering eller partiell oxidation av flytande eller gasformiga kolväten som utgör rågasströmmen för ammoniak- syntesen och som väsentligen består av C02, N2 och H2, till en C02-absorptionsapparat, i vilken som flytande absorptionsmedel används en koncentrerad vattenlösning av ammoniak och som närmare bestämt bildas av tvâ efter varandra anordnade, skilda absorptionssteg, det första med en absorptionsvätska bestående av en koncentrerad vattenlösning av ammoniak (koncentrerad till över 70 viktprocent ammoniak, företrädesvis 80%) och det andra med en absorptionsvätska bestående av en ammoniak inne- hållande vattenlösning av ammoniumkarbonat som erhållen från det vid lågt tryck arbetande sönderdelningssteget, eller, i det fall detta inte förefinns, från det steg där karbamidlösningen sönderdelas under vakuum, b) att man från C02-absorptionsapparaten tar ut en gasström, väsentligen bestående av N2 och H2 (med even- tuella spår av NH3 och C02) tillsammans med en vätska- ström, som väsentligen består av en vattenlösning av ammoniumkarbamat, c) att man med lösningen av ammoniumkarbamat matar en karbamidsyntesreaktor, i vilken ammoniumkarbamatet är delvis omvandlat till karbamid, d) att man från karbamidsyntesreaktorn tar ut en vattenlösning av karbamid innehållande det oomvandlade ammoniumkarbamatet och överskottet på ammoniak över den stökiometriska mängden och eventuellt en gasström från reaktorns topp, vilken ström väsentligen innehåller iner- och C02, e) att man matar in den från steget d) erhållna ter med en viss mängd NH3 vattenlösningen av karbamid till en sönderdelare, i vilken ammoniumkarbamatet sönderdelas till ammoniak och koldioxid, varvid den sistnämnda utmatas från sönderde- laren tillsammans med det vatten som avângas för åter- Iöring i ângías till karbamidsyntesrcaktorn, f) att man från sönderdelaren utmatar en vatten- lösning av karbamid innehållande omkring 50% av det ur- sprungligen i den frân syntesreaktorn utmatade karbamid- l0 15 20 25 30 35 7903018-5 4 lösningen förekommande karbamatet och tillför en adiaba- tisk strippningsapparat denna lösning, där den används som strippningsmedel i gasströmmen enligt b) ovan, g) att man vid botten'av den adiabatiska stripp- ningsapparaten utmatar karbamidlösningen väsentligen fri från ammoniumkarbamat och från strippningsapparatens topp tar ut_strippningsmedlet (N2+H2) med karbamatets sönder* delningsprodukter (NH3+CO2) och det avångade vattnet, h) att man inför den gasblandning som uttas från toppen av den adiabatiska strippningsapparaten i en kon- densor, där ammoniaken och koldioxiden kondenseras genom kylning som resultat av indirekt värmeutbyte med en kall vätska i närvaro av en ammoniakhaltig lösning av ammonium- karbonat, som erhålles från det under lågt tryck arbetande sönderdelningssteget, medan strömmen med H2 och-N2 utmatas vid toppen och, efter metanisering, tillförs ammoniaksyn- tesreaktorn tillsammans med de inerta gaserna N2 och H2, som avgår från C02-absorptionsapparaten, i) att kondensatet från steget h) tillförs C02- absorptionsapparaten, l) att karbamidlösningen från steget för koncentra- 'tion under vakuum, antingen direkt eller efter ett före- gående sönderdelningssteg under lågt tryck (400 till 500 kpa), varvid från såväl toppen av lågtryckssönderdel- ningssteget som från toppen av koncentrationssteget er- hålls en gasblandning bestående av ammoniak, C02 och vatten, som, efter kondensering, utgör den ammoniakhal- tiga lösning av ammoniumkarbonat, som används för stegen a) och h) , sæntlaigt 'som smält karbamia erhålls vid botten av koncentrationssteget under vakuum.

Sättet enligt uppfinningen framgår närmare av föl- jande beskrivning av en utföringsform därav i anslutning till den bifogade ritningen. 7 Rågasen, som väsentligen består av C02, N2 och H2 matas efter kompression genom en rörledning l till en C02-absorptionsapparat 17, där absorptionsvätskan väsent- ligen består av en vattenlösning av ammoniak, vilken till- förs genom rörledningen 6 från en ammoniaksyntesreaktor. 10 l5 20 25 30 35 7903018-5 Ammoniumkarbamat från absorptionsapparaten 17 matas genom en ledning 7 till karbamidsyntesreaktorn 18.

Den avkarbonatiserade gasen avgår från absorptions- apparaten 17 genom ledningen 2 till en NH3-strippande kondensor 19, när NH3 absorberas av en vattenlösning av ammoniumkarbonat, som genom ledningen 16 kommer från en under lågt tryck arbetande vätskeâtervinningsdel medelst en pump 20.

Den ammoniakhaltiga, i kondensorn 19 bildade lös- ningen matas via ledningen l3.till absorptionsapparaten 17.

Den renade gasen förs via ledningen 3 till en adia- batisk strippningskolonn 21, som matas via ledningen 10 med den från en karbamatsönderdelare 22 erhållna karbamid- lösningen. Gasströmmen avgår genom ledningen 4 från ko- lonnen 21 till en karbamatkondensor 23, där den blandas med en vattenlösning av ammoniumkarbonat 14 från pumpen 20 via ledningen 15. Det i karbamatkondensorn 23 bildade karbamatet matas via en ledning 12 medelst en pump 24 till C02-absorptionsapparaten 17.

Den renade gasen från karbamatkondensorn 23 skickas via ledningen 5 till metanisering och därifrån till ammo- niaksyntesen, i vilken en ammoniakhaltig lösning fram- ställs, vilken matas till absorptionsapparaten 17 via led- ningen 6 som tidigare nämnt.

Karbamatlösningen matas via ledningen 7 till karba- midreaktorn 18, där dehydratiseringsreaktionen karbamat till karbamid sker. Den därvid erhållna karbamidlösningen förs genom ledningen 8 till karbamatsönderdelaren 22, där karbamatet sönderdelas till C02 och NH3 och dessa genom ledningen 9 tillförs karbamidsyntesreaktorn 18.

Karbamidlösningen och ännu inte sönderdelat karba- mat mätas via ledningen l0 till den adiabatiska stripp- ningskolonnen 21.

Den från botten av strippningskolonnen 21 avgående karbamidlösningen förs till en inte visad vakuumavång- ningsapparat, där den behandlas på vanligt sätt.

Det är mycket överraskande att det, när man arbetar 790301-8-'5 10 15 20 25 30 35 6 på det sätt uppfinningen avser, är möjligt att efter den adiabatiska strippningsapparaten få en karbamidlösning, som är så starkt koncentrerad, att den kan sändas direkt till slutlig behandling under vakuum. Härigenom uppnås den mycket stora fördelen att de dyrbara processerna med sönderdelning av osönderdelat karbamat under medeltryck (l,8 MPa) och lågtryck (450 kPa) kan undvikas och detsamma gäller återkondensationen av de alstrade ångorna.

Detta står i uppenbar kontrast till tidigare teknik, enligt vilken den lösning, som underkastas avångning under vakuum erhålls till priset av avsevärd energiförbruk- ning.

Allt det som beskrivits ovan kräver för karbamid- reaktorn ett val av förhållandet mellan H20 och C02 inom området 0,9 och 1,3, företrädesvis l,l, och förhållandet :m3 till 'coz mellan 4,5 och 6,5, företrädesvis 5,5.

En modifikation som inte visats på ritningen består i att man i stället för pumpen 24 för återföring av kar- bonatet till absorptionsapparaten 17 använder en ejektor, vars arbetsvätska är den i stort sett 80-procentiga ammo- niaklösning som kommer från ammoniaksyntesreaktorn via ledningen 6.

Vad beträffar trycken genomförs förfarandet enligt uppfinningen under tryck mellan l0 MPa och 30 MPa, ett tryck som är i stort sett lika med det vid vilket ammo- niaksyntesreaktorn arbetar, och i sådant fall kan en pump vara nödvändig för att mata ammoniaklösningen från ammoniaksyntesreaktorn till den ovan beskrivna cykeln eller under ett tryck som är från l MPa till 10 MPa under det tryck, vid vilket ammoniaksyntesreaktorn arbetar, i vilket fall pumpen kan undvaras.

Uppfinningen illustreras ytterligare av följande exempel.

EXEMPEL Följande tabeller l och 2 anger, med hänvisning i översta tabellraden till ledningar i figuren med motsva- rande sifferbeteckningar, koncentrationer och mängder hos flödena. 7903018"5 ~ 4 4 m m < P Cop @@«Nm_ QOF OWNNNP oo. NQNNN oc. NONNN oo. NNmNm_ OO, NNNNN oo, Nwwmw ~N<>QH NP.@N N@@~« M w QH= N«.@N NNmNm . N.N. NN@m_ ON Nwfim M ON: m@.«« æN__N m.@m Nmmwm ON @N@mN NN NNNN W «.@« NNNNN OF NNNN »Iz _N.N ~mQ«_N @.QN NONNN M «.N NNNN W N, Nmqmp Nog . NN NNNNm _ N.NN NNNNN W NN NNNNN NN NNNNN N: NN NN~N_ m.NF NN~N_ W NN mNFN_ ON NN_N_ NZ.

»NW> pNW> N¥w> .F°> ;\NE ._o> =\mE W .~°> .~°> =\mE w :\m¥ x =\m¥ x =\m¥ w .ELoc & .ELo= 4 x .s;o= w .ELo= »¥H> N@bNm »¥H> NQDNN H¥H> N@@NN .No> NQDNL .No> N=@N@ f .No> NQ@NN .N°> NQDNL Q.QN N«.N_=c N«.N_ »N mN.N_ Q.ON mm: NQNLP NN. cv. n mm MNF QQ .QENP QZHZNNN QZHZNDN QZHZNDN N12 MI: Nog -QH=w wm + w<@mNhz>w N>H==@H=Nm N N Q m N N _ .=»WL Na NZ 79030 'i 8- 5 .Éïow O@_ Nwwm OOF ßmofiw oQ_ mmæmm oo. omm-_ oo_ @_@@m W ~.m@ ~@@_< qm ßmwww @H= Qw ßmw.. ~.m_ mmmw W _.~m m-_N W MN ~w_w~ m.__ @wm< ON: Nå @«m_ @.mß -«w< H m.m NNFN N Nm m«mm< ON mmwmm mïz W ¶ . wF omm _.F_ Qwoß «.~ mmm w mmmß ~.w_ wmmm Nog ¶ NI . Nz ä ;\m¥ & =\m¥ § =\@x ä =\@¥ x =\@¥ P¥H> m@n4m P¥H> wQ@4m F¥H> NQDJL h¥H> m=@4m H¥H> mQD4@ m.mF m@.@_ ml: xuägh om O_F QPN m@_ Oo .gewh .zw@4»»==@H=Jm m_ ~_ W PF O, Q .=»W> mn Lz N ._._mm<

Claims (4)

7903018-5 Patentkrav

1. Integrerat förfarande för framställning av karbamid och ammoniak, k ä n n e t e c k n a t därav, att man a) matar en gasström (l) erhållen från ångreformering eller partiell oxidation av flytande eller gasformiga kolväten, innehållande H2, N2 och C02, till en C02- absorptionsapparat (17), i vilken C02 absorberas av en koncentrerad vattenlösning av ammoniak, b) från C02-absorptionsapparaten (17) tar ut en gasström (2) väsentligen bestående av H2 och N2 och en vätske- ström (7), väsentligen bestående av en vattenlösning av ammoniumkarbamat, c) med vattenlösningen av ammoniumkarbamat matar en kar- bamidsyntesreaktor (18), där karbamatet partiellt omvand- las till karbamid, i c) från karbamidsyntesreaktorn (l8) utmatar en vattenlös- ning av karbamid innehållande det oomvandlade ammoniumkar- bamatet och överskottet på ammoniak i förhållande till den stökiometriska mängden, e) matar den oomvandlat karbamat innehållande karbamid- lösningen (8) till en karbamatsönderdelare (22), där om- kring 50 % av mängden karbamat sönderdelas termiskt, ut- matar från karbamatsönderdelaren en karbamidlösning (10) innehållande karbamat och sönderdelningsprodukter (9), vilka sistnämnda återförs i ångfas till karbamidsyntes- reaktorn (18), f) sönderdelar det karbamat, som förefinns i den lösning av karbamid som avgår från karbamatsönderdelaren (22) i steget e) i en adiabatisk strippningsapparat (21), i vil- ken gasströmmen (3) i steget b) används som strippnings- medel, varvid vid botten av strippningsapparaten erhålls en karbamidlösning väsentligen fri från karbamat, medan sönderdelníngsprodukter, strippningsmedlet och avångat vatten tas ut (4) vid strippningsapparatens topp, g) kondenserar (23) sönderdelningsprodukterna och det av- ångade vattnet i närvaro av en ammoniakhaltig lösning av ammoniumkarbonat (15) genom indirekt värmeväxling med ett 7903018- 5 lo kallt fluidum, varvid inerta gaser (H2+N2) som skall an- vändas för ammoniaksyntesen efter metanisering avlägsnas vid kondensorns topp, h) matar det i steget g) bildade kondensatet till C02- absorptionsapparaten (17), i) överför vid botten av den adiabatiska strippnings- napparaten (21) uttagen lösning av karbamid, eventuellt efter sönderdelning vid lågt tryck, till ett koncentra- tionssteg, från vilket smält karbamid utmatas.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att C02-absorptionen enligt steg a) genomförs i -två steg, varvid absorptionsvätskan i det första steget är en koncentrerad vàttenlösning av amoniak innehållande minst 70 viktprocent ammoniak, och i det andra steget är en ammoniakhaltig vattenlösning av ammoniumkarbonat.

3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att man i karbamidreaktorn håller förhållandet H20 till C02 mellan 0,9 och 1,3 och förhållandet NH3 till C02 mellan 4,5 och 6,5.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t elc k n a t 'därav, att förhållandet H20 till C02 är l,l och förhållan- det NH3 till C02 är 5,5.