NL8104040A - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

r i . 4 > _ UNIE VAN KUNSTMESTFABRIEKEN B.V.

Uitvinders: Petrus J.M. VAN NASSAU te Munstergeleen Andreas J. BIERMANS te Urmond Kees JONCKERS te Born Mario G.R.T. DE COOKER te Beek 1 PN 3318

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum.

Een veelvuldig toegepaste werkwijze voor de bereiding van ureum is beschreven in European Chemical News Urea Supplement van 17 5 januari 1969 bladzijden 17-20. Hierbij wordt de in een reactiezone bij hoge druk en temperatuur gevormde ureumsyntheseoplossing bij synthe-sedruk onderworpen aan een stripbehandeling door de oplossing onder toevoer van warmte in tegenstroom in contact te brengen met gasvormig CO2, zodat het grootste deel van het in de oplossing aanwezige car-10 bamaat wordt ontleed in NH3 en CO2, en worden deze ontledingsprodukten gasvormig uit de oplossing afgedreven en samen met een geringe hoeveelheid waterdamp en de voor het strippen gebruikte CO2 afgevoerd.

Het aldus afgevoerde gasmengsel wordt vervolgens in een conden-satiezone voor het grootste gedeelte gecondenseerd, waarna zowel de 15 hierbij gevormde waterige carbamaatoplossing als het niet geconden-seerde gasmengsel naar de reactiezone voor de ureumvorming wordt gevoerd. Door verdere condensatie van het gasmengsel wordt hier de voor de omzetting van carbamaat in ureum benodigde warmte verkregen en behoeft geen warmte van buitenaf te worden toegevoerd. De voor de 20 stripbehandeling benodigde warmte wordt verkregen door condensatie van hogedrukstoom aan de buitenzijde van de pijpen van de verticale warm-tewisselaar waarin de stripbehandeling plaatsvindt. Volgens genoemde publicatie is per ton ureum ongeveer 1000 kg stoom van ongeveer 26 bar nodig. In de praktijk is het verbruik aan hogedrukstoom (25 bar) 25 Inmiddels teruggebracht tot circa 850 kg per ton ureum. De bij de stripbehandeling gebruikte warmte wordt weliswaar bij de condensatie van het door de stripbehandeling afgescheiden gasmengsel gedeeltelijk teruggewonnen, doch gezien het temperatuurniveau waarop deze conden- 8104040 . ‘l ^ 2 satie plaatsvindt kan hiermee slechts stoom van 3-5 bar worden gevormd, waarvoor in het proces zelf en vaak ook daarbuiten niet voldoende toepassingsmogelijkheden aanwezig zijn. Om deze reden, maar vooral met het oog op de steeds stijgende energieprijzen is het nood-5 zakelijk het verbruik van hogedrukstoom zoveel mogelijk te verminderen en kan het, afhankelijk van locale situaties, gewenst zijn een overschot aan lagedrukstoom te vermijden of sterk te beperken.

Er zijn reeds verscheidene voorstellen gedaan om de bij de vorming van carbamaat uit NH3 en CO2 vrijkomende warmte te gebruiken 10 om de warmtebehoefte bij de stripbehandeling te dekken. Om uiteenlo-pende redenen zijn deze voorstellen tot nu toe niet in praktijk gebracht. Zo is uit het Britse octrooischrift 1 147 734 een werkwijze bekend waarbij de ureumvorming plaatsvindt in twee opeenvolgende reac-tiezones aan de eerste waarvan de verse NH3 en althans een deel van de 15 verse CO2 worden toegevoerd. De in deze reactiezone vrijkomende reac-tiewarmte wordt via ingebouwde warmtewisselingselementen overgedragen aan de ureumsynthesepplossing die in de tweede reactiezone bij een druk gelijk aan of lager dan die in de eerste reactiezone is gevormd. De ontledingsprodukten van het in de oplossing aanwezige carbamaat die 20 hierbij worden gevormd worden met behulp van een inert gas uit de oplossing gestript. Bij deze werkwijze is het noodzakelijk de verse NH3 en CO2 voor te verhitten tot een hoge temperatuur, bijvoorbeeld de synthesetemperatuur in de eerste reactiezone, teneinde over voldoende warmte te beschikken voor de ontleding van carbamaat in de stripzone* 25 Ook hiervoor is hogedrukstoom nodig* Van het bij dit proces gevormde warmteoverschot komt via een koelsysteem voor de tweede reactiezone slechts een gering deel ter beschikking in de vorm van stoom van ongeveer 5 bar, het grootste deel komt op een laag temperatuurniveau vrij in de bij de druk van de tweede reactiezone werkende absorp-30 tiekolom waarin de in de stripzone afgedreven NH3 en CO2 worden gescheiden van het inerte stripgas en is dus slechts geschikt.voor de produktie van stoom van ongeveer 2 bar, waarvoor vrijwel geen toepassingsmogelljkheden in het proces aanwezig zijn.

Voorts is het uit de ter inzage gelegde Nederlandse octrooi-35 aanvrage 7307036 bekend de carbamaat- en de ureumvorming te doen plaatsvinden in de mantelruimte van een verticale buizenwarmtewis- 8104040 ί * 3 selaar waarvan de buizen aan de boveazijde in verbinding staan met de mantelruimte. De in de mantelruimte gevormde ureumsyntheseoplossing stroomt in de buizen naar beneden, waarbij de bij de ontleding van carbamaat met behulp van de via de wand van de buizen overgedragen 5 reactiewarmte vrijkomende NH3 en CO2 uit de oplossing worden gestript.

Om het carbamaat zo volledig mogelijk te ontleden is het noodzakelijk de reactiewarmte op een zo hoog mogelijk temperatuurniveau beschikbaar te krijgen en optimaal aan de te strippen oplossing over te dragen. De hiertoe voorgestelde maatregelen omvatten onder meer het uitvoeren van 10 de ureumsynthese en de stripbehandeling bij een temperatuur van 210 tot 245°C en een druk van 250 tot 600 bar, handhaving van een relatief hoge NH3/C02“inolverhouding in de vloeistoffase in de reactiezone en naast gedeeltelijke recirculatie van het uit de stripzone afgevoerde gasmengsel, circulatie van een hoeveelheid extra gasmengsel, dat hier-15 voor beschikbaar wordt gehouden door in de reactiezone slechts een deel van de toegevoerde gasvormige NH3 en CO2 te condenseren. Hierdoor is de gewichtshoeveelheid ureum laag ten opzichte van de toegevoerde hoeveelheden NH3 en CO2· Met het oog op de hoge temperaturen dienen de toe te passen constructiematerialen ten aanzien van de corrosiebesten-20 digheid aan hoge eisen te voldoen. De hogere druk en de bijzondere constructie van de gecombineerde reactor-stripper vergen hoge investeringen. Hierdoor is deze werkwijze slechts weinig of niet eco-nomischer dan de in de praktijk toegepaste werkwijze volgens het boven genoemde artikel in European Chemical News Urea Supplement.

25 De uitvinding heeft nu tot doel een werkwijze te verschaffen waarbij de voor de ontleding van niet omgezet carbamaat benodigde hoeveelheid hogedrukstoom aanzienlijk wordt verminderd, zonder dat hierbij de nadelen van de bovengenoemde bekende werkwijzen optreden.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door de condensatie van ammo-30 niak en kooldioxide in de reactiezone te laten geschieden in de aan-wezigheid van relatief grote hoeveelheden ureum en water. De gemiddelde temperatuur in de reactiezone stijgt hierdoor aanmerkelijk, zodat de reactiewarmte op een zodanig hoog temperatuurniveau beschikbaar komt, dat bij de stripbehandeling het gewenste afdrijfrendement 35 wordt bereikt.

8104040 4 1.-.

^ v

De uitvinding heeft dus betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum waarbij men bij hoge druk en temperatuur uit kooldioxide en een overmaat ammoniak een carbamaat en vrije ammoniak bevattende syntheseoplossing vormt, althans een deel van de ureum-5 vorming laat plaatsvinden in een reactiezone die warmte uitwisselt met een stripzone waarin de ureumsyntheseoplossing aan een stripbehan-deling wordt onderworpen en de gestripte ureumsyntheseoplossing ver-werkt tot een ureumoplossing of vast ureum. Deze werkwijze is hierdoor gekenmerkt, dat men in de reactiezone de ureumvorming voortzet tot 10 tenminste 50% van het bij de gekozen reactieomstandigheden bereikbare evenwichtsgehalte aan ureum is gevormd. Bij voorkeur zet men de ureumvorming zover voort, dat tenminste 80% van de weg naar het evenwicht is afgelegd.

Ter verdere verhoging van het temperatuurniveau in de reac-15 tiezone en tevens ter verbetering van de warmteoverdracht van de reactiezone naar de stripzone kan de reactiezone worden uitgevoerd als een doorgemengde reactor. Hiertoe kan men de stripbehandeling op op zich-zelf bekende wijze uitvoeren in de pijpen van een verticale pijpen-warmtewisselaar waarvan de mantelruimte als reactiezone dienst doet en 20 beperkt men het temperatuurverschil tussen top en bodem van deze zone tot ten hoogste 5eC. Bij voorkeur houdt men dit temperatuurverschil op ten hoogste 2°C.

De werkwijze volgens de uitvinding vereist niet de toepassing van extreem hoge drukken en temperaturen, maar kan worden uitgevoerd 25 onder gebruikelijke omstandigheden van druk en temperatuur namelijk 125-250 bar respectievelijk 170-205eC en tevens kan men in de reactiezone en de stripzone dezelfde druk toepassen.

De hoeveelheid carbamaat die nog aanwezig is in de ureumsyntheseoplossing die in de reactiezone is gevormd kan worden 30 verminderd door toepassing van een grote overmaat NH3 en van langere verblijftijden, zodat een groter deel van de totale hoeveelheid gevormd carbamaat wordt omgezet in ureum. Laatstgenoemde maatregel vereist echter een grotere reactiezone, hetgeen bij de capaciteiten van moderne inrichtingen voor de bereiding van ureum, die 1500-2000 35 ton per dag en zelfs meer bedragen, constructieve en logistieke problemen kan geven. Deze problemen kunnen worden vermeden door de in 8104040

I I

5 de reactiezone gevormde ureumsyntheseoplossing in een afzonderlijke nareactiezone verder te laten reageren, tot, afhankelijk van de hierin toegepaste reactieomstandigheden, 90-97 % van de bereikbare even-wichtshoeveelheid ureum is gevormd. In het algemeen heeft verdere 5 voortzetting van de uretimvorming onder gelijkblijvende omstandigheden geen zin, daar de kosten wegens de dan nog slechts lage omzet-tingssnelheid van carbamaat in ureum en de als gevolg hiervan nood-zakelijke lange verblijftijd het voordeel van een met enkele procenten toenemende hoeveelheid ureum zouden overtreffen. Door nu in de nareac-10 tiezone en eventueel in de reactiezone de ureumvorming te laten verlo-pen bij een druk hoger dan die waarbij de stripbehandeling plaatsvindt bereikt men dat het evenwicht carbamaat-ureum naar de ureumzijde verschuift en de ureumsyntheseoplossing dus minder te ontleden carbamaat bevat. Een geringe verhoging van de druk in de reactiezones 15 resulteert reeds in een hogere conversie, doch indien men in de nareactiezone een hogere druk toepast dan in de reactiezone is het aan te bevelen een drukverschil van 10 bar of meer aan te houden. Bij voorkeur wordt dan in de reactiezone een druk van 125-150 bar en in de nareactiezone een druk van 160-250 bar toegepast. De stripbehandeling 20 kan dan plaatsvinden bij de druk die in de reactiezone wordt toegepast.

Indien bij deze uitvoering van de werkwijze volgens de uit-vinding de hoeveelheid warmte die in de reactiezone beschikbaar komt voor de stripbehandeling wegens een te laag temperatuurniveau niet 25 voldoende is om bij de stripbehandeling een aanvaardbaar afdrijfren-dement te bereiken kan men de in de stripzone behandelde ureum en carbamaat bevattende oplossing aan een tweede stripbehandeling onderwerpen waarbij de voor de ontleding van het carbamaat benodigde warmte door middel van stoom wordt toegevoerd. Deze tweede stripbehan-30 deling kan worden uitgevoerd bij de druk van de eerste stripbehandeling of bij een lagere druk. In plaats daarvan kan men een deel van de te behandelen ureumsyntheseoplossing rechtstreeks aan de stripbehandeling met stoomverhitting onderwerpen. Voorts kan men de ureumsyntheseoplossing eerst strippen onder verhitting met stoom en 35 vervolgens strippen onder gebruikmaking van de in de reactiezone vrij-komende warmte.

8104040 \ c 6

Volgens de uitvinding kan men de hoeveelheid voor de strip-behandeling bruikbare warmte voorts verhogen door de druk in de reac-tiezone hoger te kiezen dan de druk waarbij de stripbehandeling plaatsvindt, daar dan de condensatie van NH3 en CO2 tot carbamaat in 5 de reactiezone bij hogere temperatuur geschiedt. Bij voorkeur kiest men het drukverschil dan tussen 20 en 120 bar. Een drukverschil tussen 40 en 60 bar heeft echter het voordeel, dat voldoende warmte kan wor-den overgedragen terwljl het gasmengsel uit de stripzone, dat op de druk van de reactiezone moet worden gebracht als gevolg van de lage 10 compressiefactor kan worden gecomprimeerd zonder dat tussenkoeling noodzakelijk is en de constructie van de inrichting die de reactiezone en de stripzone bevat eenvoudig kan zijn.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegde tekening. Hierin heeft figuur 1 betrekking op een uit-15 voeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding waarbij de stripbehandeling in twee ppeenvolgende stappen wordt uitgevoerd. Figuur 2 geeft scheraatisch eep' uitvoeringsvorm wear waarbij een deel van de te behandelen ureumsyntheseoplossing wordt gestript met behulp van de in een gelntegreerde reactorstrippereenheid beschikbare warmte en het 20 overige deel aan een afzonderijke stripbehandeling wordt onderworpen. Figuur 3 geeft een uitvoeringsvorm weer waarbij uit de ureumsyntheseoplossing eerst een deel van het aanwezige carbamaat wordt afgedreven door verhitting met stoom en vervolgens met behulp van in een geint-egreerde reactor-strippereenheid beschikbare warmte het grootste deel 25 van het dan nog aanwezige carbamaat uit de ureumoplossing wordt gestript.

In de figuren stelt A een reactor-stripper voor, waarin de reactiezone zich in de mantelzijde en de stripzone zich in de pijpen van een verticale pijpenwarmtewisselaar bevinden. Met B is een 30 hogedrukcarbamaatcondensor aangeduid, met C een nareactor, met D een verhitter-ontleder en met E een wasinrichting. F, G, Η, K en L geven respectievelijk een C02-compressor, een NH3-verhitter, een gasejecteur, een NH3-pomp en een carbamaaatpomp aan.

In de uitvoeringsvorm volgens figuur 1 wordt de via 20 aangevoerde 35 ureumsyntheseoplossing, die naast ureum en water niet omgezet carbamaat en niet gebonden NH3 bevat, in de stripzone van reactor-stripper A in tegenstroom behandelt met gasvormig CO2 dat wordt 8104040 : * 7 aangevoerd via 1 en door compressor F onder een druk van bijvoorbeeld 240 bar via 2 onder in de stripzone wordt geleid. Aan de CO2 wordt lucht of een ander zuurstof bevattend inert gasmengsel toegevoegd om de materialen die bij hoge temperaturen in aanraking komen met car-5 bamaat bevattende oplossingen in passieve toestand te houden. In de stripzone wordt onder toevoer van warmte uit de reactiezone een gasmengsel gevormd dat bestaat uit de toegevoerde verse CO2 en de door de stripbehandeling uit de ureumsyntheseoplossing afgedreven NH3, CO2 en H2O. Dit gasmengsel wordt via 4 uit reactor-stripper A 10 afgevoerd. De gestripte ureumsyntheseoplossing, die nog een hoeveelheid ammoniumcarbarnaat bevat, wordt afgevoerd via 5 na verlaging van de druk in expansieafsluiter 6 tot bijvoorbeeld 140 bar. Desgewenst kan de druk verder worden verlaagd. Na afscheiding van het hierbij vrijkomende eveneens uit NH3, CO2 en H2O bestaande gasmengsel 15 in gas-vloeistofscheider S^, wordt de overblijvende ureumoplossing via 7 in verhitter-ontleder D geleid, die is uitgevoerd als een verticale pijpenwarmtewisselaar, en waarin de warmte wordt toegevoerd door mid-del van stoom van 20-25 bar. Hierin wordt vrijwel al het nog aanwezige carbamaat ontleed in NH3 en CO2· Deze worden samen met een geringe 20 hoeveelheid waterdamp in de vorm van een gasmengsel van de ureumoplossing gescheiden en afgevoerd via 8. De ureumoplossing wordt via 9 afgevoerd, waarna zij op op zichzelf bekende wijze wordt onder-worpen aan verdere bewerkingen om het resterende carbamaat en ammoniak te verwijderen en verwerkt te worden tot een geconcentreerde oplossing 25 of vast ureum.

In de hier weergegeven uitvoeringsvorm wordt de te behandelen ureumoplossing onder in de verhitter-ontleder D geleid en stromen oplossing en vrijkomende gassen in gelljkstroom door de pijpen. Het is 00k mogelijk de ureumoplossing boven in de verhitter te leiden en deze 30 in tegenstroom met de afgedreven gassen in de pijpen naar beneden te laten stromen. In dat geval kan de afscheiding van het door de druk-verlaging in expansieafsluiter 6 vrijkomende gasmengsel in de kop van verhitter-ontleder D plaatsvinden en Is een af2onderlijke gas-vloeistofscheider S, overbodig.

35 Van het via 4 uit reactor-stripper A afgevoerde gasmengsel wordt een gedeelte via 10 en ejecteur 11 onder in de mantelruimte van 8104040 8 reactor-stripper A, waarin zich de reactiezone bevindt, geleid. Ejec-teur H wordt aangedreven met behulp van de verse NH3 die wordt aange-voerd via 3, door pomp K op de vereiste druk en in NH3~verhitter G op de gewenste temperatuur wordt gebracht en vervolgens via 11 wordt 5 toegevoerd. Het overige deel van het via 4 afgevoerde gasmengsel wordt via 12 en expansieafsluiter 13 naar carbamaatcondensor B geleid. De druk hierin is gelijk aan de druk waaronder verhitter D werkt. Tevens wordt aan carbamaatcondensor B via 8 en 15 het in verhitter-ontleder D afgedreven gasmengsel en via 14 en 15 het gasmengsel dat eventueel in 10 gas-vloeistofscheider Si van de ureumoplossing is gescheiden toegevoerd. In carbamaatcondensor B wordt het toegevoerde gas in aan-wezigheid van via 16 uit wasser D aangevoerde carbamaatoplossing gedeeltelijk gecondenseerd onder vorming van stoom van bijvoorbeeld 3-6 bar. De hierbij gevormde carbamaatoplossing wordt door middel van 15 carbamaatpomp L op de in de stripzone toegepaste druk gebracht en via 17 onder in de reactiezone van reactor-stripper A geleid. Het niet gecondenseerde gasmengsel, dat een deel van de met de verse CO2 en NH3 in het proces ingevoerde inerte gassen bevat, stroomt via 18 naar wasser E.

20 In de reactiezone wordt een groot deel van de NH3 en CO2 die via 10 en 11 en ejecteur H worden toegevoerd omgezet in carbamaat en dit carbamaat en het carbamaat dat door carbamaatpomp L en 17 uit carbamaatcondensor B wordt aangevoerd wordt gedeeltelijk omgezet in ureum en water. Bij de carbamaatvorming komt een hoeveelheid warmte vrij, 25 terwijl bij de omzetting van carbamaat in ureum en water warmte wordt verbruikt. Er is echter een warmteoverschot beschikbaar voor de ontleding van niet omgezet carbamaat in de stripzone. Door nu volgens de uitvinding de vorming van carbamaat te laten plaatsvinden in de aanwezigheid van een hoeveelheid ureum en water wordt in de reac-30 tiezone een hogere temperatuur bereikt, zodat een groter deel van het warmteoverschot naar de stripzone wordt overgedragen. Dit effect is reeds van invloed indien in de reactiezone ongeveer de helft van de bij de toegepaste reactieomstandigheden bereikbare evenwichtshoeveel-heid ureum wordt gevormd en neemt toe naarmate een groter gedeelte van 35 de weg naar het evenwicht wordt afgelegd. In het algemeen zal men dit gedeelte daarom boven 70 % kiezen. Ureumvorming boven 90 % van de 8104040 9 evenwichtshoeveelheid vereist wegens de sterk afnemende reac-tiesnelheid aanmerkelijk langere verblijftijden en hierdoor een onaantrekkelijk groot volume van de reactiezone.

Bij gegeven druk in de reactiezone, overmaat NH3, molaire 5 verhouding H2O/CO2 en verblijftijd ligt de in de reactiezone bereik-bare temperatuur vast. Ook de hoeveelheid via ejecteur H toe te voeren gasraengsel is dan bepaald daar de verblijftijd hiervan afhankelijk is en de hoeveelheid warmte die wordt overgedragen door vergroting van de hoeveelheid gas niet meer toeneemt. De niet gebruikte warmte wordt uit 10 het proces afgevoerd door een deel van het uit de stripzone afgevoerde gasmengsel in carbamaatcondensor B en wasinrichting E te condenseren en door een deel van het uit de reactiezone afgevoerde gasmengsel te condenseren in nareactor C en wasinrichting E. De reactiezone dient intensief te worden doorgemengd, teneinde een zo gelijkmatig mogelijke 15 temperatuurverdeling en zo goed mogelijke warmteoverdracht te berei-ken. Dit wordt reeds in zekere mate verkregen door het gasmengsel en de carbamaatoplossing van beneden naar boven door de reactiezone te laten stromen. Door het aanbrengen van schotten, leidplaten of derge-lijke elementen wordt de doormenging en hiermee de warmteoverdracht 20 verder verbeterd.

In de reactiezone wordt een oplossing van ureum, water, NH3 en carbamaat gevormd welke samen met het niet gecondenseerde gas via 19 wordt geleid naar nareactor G waarin dezelfde druk heerst als in reactor-stripper A en de ureumvorming wordt voortgezet tot ten-25 minste 90 % van de hierin toegepaste reactiecondlties bereikbare even-wichshoeveelheid ureum is gevormd. De hiervoor benodigde warmte wordt verkregen door carbamaatvorming uit de via 19 toegevoerde gasvormige NH3 en C02· De verkregen ureumsyntheseoplossing stroomt via 20 naar de stripzone in reactor-stripper A, terwijl uit de top van de nareactor 30 een gasmengsel bestaande uit inerte gassen, NH3, CO2 en H2O via 21 en expansieafsluiter 22 naar de wasser E wordt gevoerd, waarin bij dezelfde druk als toegepast in verhitter D en carbamaatcondensor B door wassen met via 23 aangevoerd water of verdunde carbamaatoplossing onder afvoer van absorptiewarmte NH3 en CO2 worden teruggewonnen.- Het 35 overblijvende spuigasmengsel wordt via 24 afgevoerd, de verkregen oplossing wordt via 16 naar carbamaatcondensor B geleid.

8104040 * 10

Met de bovenbeschreven uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvlndlng kan ten opzichte van het In de inleiding bespro-ken bekende werkwijze afhankelljk van de gekozen procesconditles een vermindering van het hogedrukstoomverbruik (25 bar) van circa 10 % 5 worden berelkt. Hierbij wordt de totale hoeveelheld ureum- syntheseoplossing in de stripzone van reactor-stripper A behandeld. De hoeveelheld voor de stripbehandeling beschikbare warmte is evenwel beperkt, zodat slechts een relatief laag striprendement kan worden bereikt en nog een aanzienlijke hoeveelheld carbamaat In verhitter-10 ontleder D moet worden ontleed en afgedreven.

In de uitvoeringsvorm volgens Figuur 2 wordt de in nareactor C gevormde ureumsyntheseoplossing gesplitst in een gedeelte, bijvoor-beeld 20-50 % van de totale hoeveelheld, dat via 20 aan de stripzone in reactor-stripper A wordt toegevoerd, en een gedeelte, bijvoorbeeld 15 50-80 % van de totale hoeveelheld, dat via 25 en expansieafsluiter 26 via gas-vloeistofscheider naar verhitter-ontleder D wordt gevoerd, Het aan de reactor-stripper A toegevoerde gedeelte wordt zodanig gekozen, dat met de voor de stripbehandeling beschikbare warmte een normaal of hoger striprendement wordt bereikt, zodat de in 20 de stripzone behandelde ureumoplossing na verlaging van de druk in expansieafsluiter 6 met de in verhitter-ontleder D behandelde ureumoplossing op bekende wijze verder kan worden verwerkt. In dit geval wordt de gehele in het proces benodigde hoeveelheld NH3 aan de reac-tiezone in reactor-stripper A toegevoerd· Zo nodig kan evenwel een 25 deel ervan aan carbamaatcondensor B worden toegevoerd via 39 en expansieafsluiter 40. Deze uitvoeringsvorm leidt, 00k weer afhankelljk van de procesconditles, tot een besparing aan hogedrukstoom (25 bar) van 20-60 Z.

In de uitvoeringsvorm volgens Figuur 3 wordt de uit nareactor 30 C afgevoerde ureumsyntheseoplossing eerst behandeld in verhit'ter-ontleder D, hier schematisch weergegeven als een gelijkstroom-ver-hitter-ontleder. Ook hier kan evenwel een tegenstroom-verhitter-ontleder worden toegepast. Ter bescherming van de materialen tegen corrosie wordt via 38 lucht of zuurstofbevattend Inert toegevoerd. Een 35 deel van het hlerin afgedreven gasmengsel wordt via 27 teruggeleid in nareactor C die bij een hogere druk werkt dan reactor-stripper A. De 8104040 ~s «Λ 11 laatste kan dan worden bedreven bij een druk van 125-200 bar, bijvoor-beeld 140 bar en de nareactor bij een druk van 160-250 bar, bijvoor-beeld 190 bar. Het resterende deel van het afgedreven gasmengsel wordt via 35 en expansieafsluiter 36 afgevoerd naar carbamaatcondensor C. De 5 overblijvende ureumoplossing wordt via 28 en expansieafsluiter 29 in gas-vloeistofscheider S2 geleid die werkt bij de druk van reactor-stripper A. Het hierin vrijkomende gasmengsel stroomt via 30 naar carbamaatcondensor B, de ureumoplossing die nog een deel van het niet omgezette carbamaat en vrij NH3 bevat stroomt via 31 naar de stripzone 10 in reactor-stripper A. Hierin wordt vrijwel alle nog in de oplossing aanwezige carbamaat ontleed met behulp van warmte die in de reac-tiezone vrijkomt, zodat via 5 een ureumoplossing wordt afgevoerd die nog slechts een geringe hoeveelheid carbamaat bevat. Deze kan op bekende wijze worden verwijderd.

15 De in de reactiezone van reactor-stripper A gevormde ureum- syntheseoplossing wordt met een hoeveelheid niet condenseerbare inerte bestanddelen bevattend gasmengsel via 19 in gas-vloeistofscheider S3 geleid, van waaruit het afgescheiden gasmengsel via 32 naar carbamaatcondensor B wordt gevoerd waarin de NH3 en CO2 uit dit 20 gasmengsel worden gecondenseerd, terwijl de ureumsyntheseoplossing via 33, pomp M, waarin zij op de in nareactor C gewenste druk wordt gebracht, en 34 naar nareactor C wordt gevoerd. De inerthoudende gassen uit carbamaatcondensor B en nareactor C worden via 37 en 21 en expansieafsluiter 22 afgevoerd naar wasinrichting E waarin de in de 25 inerte gassen aanwezige NH3 en CO2 worden teruggewonnen door wassen met door 23 aangevoerde verdunde carbamaatoplossing. In de uit-voeringsvorm volgens Figuur 3 reageert de ureumoplossing uit de reactiezone van reactor-stripper A in nareactor C verder bij een hogere druk dan in de reactiezone waardoor een hogere conversiegraad wordt 30 bereikt en een geringere hoeveelheid carbamaat behoeft te worden ontleed. Het is evenwel 00k mogelijk de nareactie te laten verlopen bij de in de reactiezone toegepaste druk. Tegenover het nadeel van een grotere hoeveelheid te ontleden carbamaat staat dan het voordeel dat de scheiders S£ en S3 en pomp M met bijbehorende leidingen, afsluiters 35 en meet- en regelinstrumenten kunnen worden weggelaten.

8104040 V · *7 12

Voorbeeld

Voor de bereiding van ureum met behulp van de werkwijze volgens figuur 2 worden via NH3-pomp K. en NH3~verhi11er G per ton te produceren ureum 567 kg NH3 van 120 °C aan de reactiezone in reactor-5 stripper A en via (^-compressor F 733 kg CO2 en 29 kg inerte gassen, voornamelijk lucht, aan de stripzone in reactor-stripper A toegevoerd. De druk in beide zones is 240 bar. Aan de reactiezone worden voorts via ejecteur H een gasmengsel bestaande uit 212 kg NH3, 651 kg C02,

13 kg H2O en 23 kg inert en via carbamaatpomp L 1584 kg car-10 bamaatoplossing bestaande uit 818 kg NH3, 562 kg CO2 en 204 kg H2O

toegevoerd. De inhoud van de reactiezone, en hiermee de verblijftijd, is zodanig gekozen, dat uit de toegevoerde stromen bij de gekozen druk van 240 bar en de hiermee samenhangende temperatuur van circa 200 °C een gas-vloeistofmengsel wordt gevormd waarvan de vloeistoffase is 15 samengesteld uit 800 kg ureum, 1009 kg NH3, 524 kg CO2 en 449 kg H2O en de gasfase bestaat uit 135 kg NH3, 102 kg CO2, 8 kg H2O en 23 kg inerte bestanddelep·

Uip dit gas-vloeistofmengsel wordt in nareactor C een uit 1000 kg ureum, 913 kg NH3, 393 kg CO2 en 510 kg H2O bestaande ureum-20 syntheseoplossing gevormd, waarvan ongeveer 32,5 gew.-% in de strip-zone van reactor-stripper A wordt geleid, terwijl het resterende deel na verlaging van de druk tot 140 bar aan gas-vloeistofscheider Si wordt toegevoerd. In de stripzone wordt het grootste deel van het in de toegevoerde oplossing aanwezige carbamaat ontleed en de vrij— 25 komende NH3 en CO2 worden met de toegevoerde gasvormige CO2 afgedreven, zodat via 4 1124 kg gasmengsel bestaande uit 265 kg NH3, 814 kg C02> 16 kg H2O en 29 kg inert wordt afgevoerd. Hiervan wordt ongeveer 80 gew.-% naar de reactiezone geleid, het resterende deel gaat na expansie tot 140 bar naar carbamaatcondensor B. Dit de 30 stripzone wordt een ureumoplossing afgevoerd die naast 325 kg ureum en 150 kg H2O nog slechts 32 kg NH3 en 47 kg CO2 bevat.

In gas-vloeistofscheider Sj^ worden 184 kg bij de druk-verlaging van 240 bar tot 140 bar vrijgekomen gasmengsel gescheiden van 1716 kg oplossing die uit 675 kg ureum, 494 kg NH3, 213 kg CO2» 35 rest H2O bestaat. Uit deze oplossing wordt door verhitting tot 210 °C in gelijkstroom-verhitter-ontleder D verder carbamaat ontleed, waarbij 8104040 13 NH3 en CO2 als gas vrijkomen. Het aldus vrijkoraende gasmengsel bevat naast 268 kg NH3 en 163 kg CO2 30 kg H2O. De resterende ureumoplossing bestaat uit 675 kg ureum, 304 kg H2O, 226 kg NH3 en 50 kg C02· De in verhitter-ontleder D benodigde warmte wordt geleverd door 354 kg over-5 verhitte stoom van circa 300 eC en 26 bar.

Bij de condensatie van de uit de stripzone, gas-vloeistof-scheider S]_ en verhitter-ontleder D aangevoerde gasmengsels in car-bamaatcondensor B komt een hoeveelheid warmte vrij waarmee 550 kg verzadigde stoom van 3,5 bar wordt geproduceerd.

8104040

Claims (17)

1. Werkwljze voor de bereidlng van ureum waarbij men bij hoge druk en teraperatuur ult kooldloxlde en een overmaat ammoniak een carbamaat en vrije ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing vormt, althans een deel van de ureumvorming laat plaatsvinden in een reactiezone 5 die warmte uitwisselt met een stripzone waarin althans een deel van de ureumsyntheseoplossing aan een stripbehandeling wordt onderworpen, en de gestripte ureumsyntheseoplossing verwerkt tot een ureumoplossing of vast ureum, met het kenmerk, dat men in de reactiezone de ureumvorming voortzet tot tenminste 50% van de blj 10 de gekozen reactieomstandigheden bereikbare evenwichtshoeveelheid ureum is gevormd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de ureumvorming in de reactiezone voortzet tot tenminste 70% van de bereikbare evenwichtshoeveelheid ureum is gevormd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men in de reactiezone voor intensieve doormenging van de inhoud zorgt.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat men de stripbehandeling uitvoert in de pijpen van een verticale pijpenwarm-tewisselaar waarvan de mantelruimte als reactiezone dienst doet en 20 het temperatuurverschil tussen top en bodem van de reactiezone beperkt tot ten hoogste 5°C.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat men het temperatuurverschil tussen top en bodem van de reactiezone beperkt tot ten hoogste 2°C.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat men in de reactiezone een druk van 125-250 bar en een temperatuur van 170—205°C toepast.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men in de reactiezone en de stripzone dezelfde druk toepast.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat men aan de stripzone een ureumsyntheseoplossing toevoert die is ver-kregen door in een nareactiezone' de ureumvorming in de oplossing uit de reactiezone voort te zetten tot tenminste 90% van de bij de hierin toegepaste reactieomstandigheden bereikbare evenwichts- 35 hoeveelheid ureum is gevormd. 8104040

9. Werkwljze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat men in de nareactiezone een hogere druk toepast dan in de react!ezone.

10. Werkwljze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat men in de reactiezone een druk van 125-200 bar en de in de nareactiezone een 5 druk van 160-250 bar toepast.

11. Werkwljze volgens een der conclusies 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat men de ureumoplossing uit de nareactiezone verhit tot een tem-peratuur van 180-210°C, het hierbij vrijkomende gasmengsel afscheidt en de overblijvende carbamaat en vrije ammoniak bevat- 10 tende waterige ureumoplossing aan de stripbehandeling onderwerpt.

12. Werkwljze volgens een der conclusies 1-11, met het kenmerk, dat men in de uit de stripzone afgevoerde oplossing nog aanwezig carbamaat ontleedt door een tweede stripbehandeling in een tweede stripzone.

13. Werkwljze volgens conclusie 8, 9 of 10, met het kenmerk, dat men de ureumoplossing uit de nareactiezone splitst in twee stromen, een hiervan behandelt in de met de reactiezone warmteuitwisselende stripzone en de andere behandelt in een tweede stripzone.

14. Werkwljze volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat men in 20 de tweede stripzone een lagere druk toepast dan in de met de reac tiezone warmteuitwisselende stripzone.

14 PN 3318

15. Werkwljze voor de bereiding van ureum zoals beschreven en toege-licht aan de hand van de tekening.

16. Werkwljze voor de bereiding van ureum zoals beschreven en toege- 25 licht aan de hand van het voorbeeld.

17* Ureum en ureumoplossingen bereld onder toepassing van de werkwljze volgens een of meer der voorgaande conclusies. WR/JL 8104040