NL1009516C2 - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

- 1 -

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde.

Ureum kan worden bereid door ammoniak en kooldioxyde onder een geschikte druk (bijvoorbeeld 12-10 40 MPa) en bij geschikte temperatuur (bijvoorbeeld 160- 250 °C) in een synthesezone te leiden, waarbij eerst ammoniumcarbamaat wordt gevormd volgens de reactie: nNH3 + C02 -> H2N-CO-ONH? + (n-2)NH3 15

Uit het gevormde ammoniumcarbamaat ontstaat vervolgens door dehydratatie ureum volgens de evenwichtsreactie: 20 H2N-CO-ONH4 -> H2N-CO-NH2 + H20

De mate waarin deze reacties verlopen, is onder meer afhankelijk van de temperatuur en de overmaat ammoniak die wordt gebruikt. Als 25 reactieprodukt wordt hierbij een oplossing verkregen in hoofdzaak bestaande uit ureum, water, niet gebonden ammoniak en ammoniumcarbamaat. Het ammoniumcarbamaat en de ammoniak dienen uit de oplossing te worden verwijderd en worden bij voorkeur teruggevoerd naar de 30 synthesezone. Naast bovengenoemde oplossing ontstaat in de synthesezone ook een gasmengsel van niet omgezet 1009516 - 2 - ammoniak en kooldioxide tezamen met inerte gassen. Uit dit gasmengsel wordt ammoniak en kooldioxide verwijderd en deze worden bij voorkeur eveneens teruggevoerd naar de synthesezone. De synthesezone kan bestaan uit 5 afzonderlijke zones voor de vorming van ammoniumcarbamaat en ureum. Deze zones kunnen echter ook in één apparaat verenigd zijn.

Er worden in de praktijk verschillende bereidingswijzen voor ureum toegepast. Aanvankelijk 10 werd ureum bereid in zogenaamde conventionele hogedruk ureumfabrieken welke echter eind zestiger jaren werden opgevolgd door processen welke uitgevoerd worden in zogenaamde ureumstripfabrieken.

Met de thans nog in bedrijf zijnde 15 conventionele hogedruk ureumfabrieken worden ureumfabrieken bedoeld waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de gebruikelijke overmaat ammoniak bij een wezenlijk lagere druk geschied dan de druk in de 20 synthesereactor zelf. De synthesereactor wordt in een conventionele hogedruk ureumfabriek doorgaans bedreven bij een temperatuur van 180-250 °C en een druk van 15-40 MPa. Verder worden bij een conventionele hogedruk ureumfabriek ammoniak en kooldioxyde direct aan de 25 ureumreactor toegevoerd. De molaire NH3/C02 verhouding (= N/C verhouding) in de ureumsynthese ligt in een conventioneel hogedruk ureumproces tussen 3 en 6.

Met een ureumstripfabriek wordt bedoeld een ureumfabriek waarbij de ontleding van het niet in ureum 30 omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de

1 0 o 9 51 R

- 3 - gebruikelijke overmaat ammoniak voor het grootste deel plaats vindt bij een druk welke in wezen nagenoeg gelijk is aan de druk in de synthesereactor. Deze ontleding/afdrijving gebeurt in een of meerdere na de 5 synthesereactor geplaatste stripper(s) met behulp van een stripgas, zoals bijvoorbeeld kooldioxyde en/of ammoniak, en onder toevoer van warmte. Ook is het mogelijk thermisch strippen toe te passen. Thermisch strippen wil zeggen dat uitsluitend door middel van 10 warmtetoevoer ammoniumcarbamaat wordt ontleed en de aanwezige ammoniak en kooldioxyde uit de ureumoplossing worden verwijderd. De uit de stripper vrijkomende ammoniak en kooldioxyde bevattende gasstroom wordt in een hogedruk carbamaatcondensor gecondenseerd en als 15 een ammoniumcarbamaat bevattende stroom teruggevoerd naar de reactor.

Het gasmengsel dat in de ureumsynthese niet gereageerd heeft, wordt via een spuistroom uit de synthesesektie verwijderd. Dit gasmengsel (reactor 20 spuigas) bevat naast de condenseerbare ammoniak en kooldioxide tevens inerte gassen zoals bijvoorbeeld stikstof, zuurstof en eventueel waterstof. Deze inerte gassen zijn afkomstig van de grondstoffen en van de luchtsuppletie in bijvoorbeeld de kooldioxidevoeding 25 naar de synthese ter bescherming tegen corrosie van de materialen waarvan de apparatuur is vervaardigd. Het spuien van deze gasstroom uit de synthesesektie gebeurt, afhankelijk van de gekozen procesroute, bijvoorbeeld na de reactor of na de hogedruk 30 carbamaatcondensor. De condenseerbare componenten

1 0 0 9 5 1 R

- 4 - (ammoniak en kooldioxide) kunnen bijvoorbeeld in een hogedruk scrubber onder synthesedruk worden geabsorbeerd alvorens de inerte gassen worden gespuid. In zo'n hogedruk scrubber worden bij voorkeur de 5 condenseerbare componenten, ammoniak en kooldioxide, uit het reactor spuigas geabsorbeerd in de carbamaatstroom van lage druk die in de verdere opwerking ontstaat. De carbamaatstroom uit de hogedruk scrubber met de daarin uit het reactor spuigas 10 geabsorbeerde ammoniak en kooldioxide wordt via de hogedruk carbamaatcondensor teruggevoerd naar de synthese. Ook is het mogelijk de scrubber te voorzien van een inrichting om warmte te onttrekken zoals bijvoorbeeld een warmtewisselaar. Een combinatie van 15 warmtewisseling en absorptie is eventueel ook mogelijk of alleen warmtewisseling. Reactor, hogedruk scrubber, stripper en hogedruk carbamaatcondensor vormen de belangrijkste onderdelen van het hogedruk gedeelte van een ureumstripfabriek.

20 De synthesereactor wordt in een ureumstripfabriek bedreven bij een temperatuur van 160-240 °C en bij voorkeur bij een temperatuur van 170-220 °C. De druk in de synthesereactor bedraagt 12-21 MPa en bij voorkeur 12,5-19 MPa. Het stoomverbruik in een 25 ureumstripfabriek bedraagt circa 925 kg stoom per ton ureum. De N/C verhouding in de synthese bij een stripfabriek ligt tussen 2,5 en 5. Het is mogelijk de synthese uit te voeren in één of twee reactoren. Bij gebruik van twee reactoren kan men de eerste reactor 30 bedrijven met nagenoeg verse grondstoffen en de tweede

1 0 0 95 1 R

- 5 - met geheel of gedeeltelijk, bijvoorbeeld vanuit de ureumopwerking, gerecirculeerde grondstoffen.

Een veelvuldig toegepaste uitvoeringsvorm voor de bereiding van ureum volgens een stripproces is 5 het Stamicarbon C02-stripproces zoals beschreven in

European Chemical News, Urea Supplement van 17 januari 1969, bladzijden 17-20. Hierbij wordt de in de synthesezone bij hoge druk en temperatuur gevormde ureumsyntheseoplossing bij synthesedruk onderworpen aan 10 een stripbehandeling door de oplossing onder toevoer van warmte in tegenstroom in contact te brengen met gasvormig kooldioxyde. Hierbij wordt het grootste deel van het in de oplossing aanwezige ammoniumcarbamaat ontleed in ammoniak en kooldioxyde. Deze 15 ontledingsprodukten worden gasvormig uit de oplossing verdreven en samen met een geringe hoeveelheid waterdamp en de voor het strippen gebruikte kooldioxyde afgevoerd. Het bij de stripbehandeling verkregen gasmengsel wordt voor het grootste gedeelte 20 gecondenseerd en geadsorbeerd in een hogedruk carbamaatcondensor, waarna de hierbij gevormde hogedruk ammoniumcarbamaatstroom naar de synthesezone voor de ureumvorming wordt teruggevoerd. Het strippen van de ureumsyntheseoplossing met een stripmedium kan in meer 25 dan één stripper geschieden.

De hogedruk carbamaatcondensor wordt bij voorkeur uitgevoerd als een zogenaamde verdronken condensor zoals beschreven in NL-A-8400839. Hierbij wordt het te condenseren gasmengsel geleid in de 30 mantelruimte van een pijpenwisselaar, in welke 1 0095 1 6 - 6 - mantelruimte tevens een verdunde carbamaatoplossing wordt geleid afkomstig van de hogedruk scrubber. De hierbij vrijkomende oplos- en condensatiewarmte wordt afgevoerd met behulp van een door pijpen stromend 5 medium, bijvoorbeeld water, dat daarbij wordt omgezet in lagedruk stoom. De verdronken condensor kan horizontaal ofwel verticaal opgesteld worden. Het biedt echter bijzondere voordelen de condensatie uit te voeren in een horizontaal opgestelde verdronken 10 condensor (een zogenaamde poolcondensor; zie bijvoorbeeld Nitrogen No 222, Juli-Augustus 1996, blz 29-31), aangezien in vergelijking met andere uitvoeringen van deze condensor de vloeistof als regel een grotere verblijftijd heeft in de poolcondensor.

15 Hierdoor treedt in de poolcondensor extra ureumvorming op hetgeen kookpuntsverhogend werkt, zodat het temperatuursverschil tussen de ureumbevattende oplossing en het koelmedium groter wordt, waardoor een betere warmteoverdracht wordt verkregen. De hoeveelheid 20 ureum welke in de poolcondensor wordt gevormd ligt boven 30% van de theoretisch mogelijke hoeveelheid gevormd ureum.

Na de stripbewerking wordt de gestripte ureumsynthese-oplossing in de ureumopwerking ontspannen 25 tot een lage druk en ingedampt waarna ureum wordt vrijgemaakt. Afhankelijk van de mate waarin men reeds in de stripper(s) carbamaat heeft afgedreven, wordt deze ureumopwerking in één of meerdere druktrappen uitgevoerd. Hierbij ontstaat in de opwerking een 30 carbamaatstroom van lage druk. Deze carbamaatstroom van i 1009^1« - 7 - lage druk wordt bij voorkeur via de hogedruk scrubber teruggevoerd naar de onder synthesedruk werkende sektie. In de hogedruk scrubber wast deze carbamaatstroom van lage druk niet omgezet ammoniak en 5 kooldioxide uit het gasmengsel dat uit de onder synthesedruk werkende sektie wordt gespuid ter verwijdering van de niet condenseerbare gassen uit de synthesesektie.

In de poolcondensor wordt de gasstroom uit 10 de stripper gecondenseerd in de uit de hogedruk scrubber komende carbamaatstroom. Aangezien in de poolcondensor ureumvorming optreedt, wordt in de poolcondensor een ureumsyntheseoplossing verkregen. De uit de poolcondensor komende ureumsyntheseoplossing 15 wordt tezamen met de voor de reactie benodigde ammoniak naar de synthesereactor overgebracht. De synthesereactor en de poolcondensor worden doorgaans boven de stripper geplaatst om gebruik te kunnen maken van de zwaartekracht bij het recirculeren van de 20 hogedruk stripperafgassen naar de reactor.

Gevonden werd met de huidige vinding dat een verbeterde werkwijze kan worden verkregen door als hogedruk carbamaatcondensor een verdronken condensor toe te passen en de uit de verdronken condensor komende 25 ureumsyntheseoplossing door middel van een ejecteur naar de reactor over te brengen. Bij voorkeur wordt als verdronken condensor een poolcondensor toegepast. De ejecteur wordt bij voorkeur aangedreven met de voor de reactie benodigde ammoniak. Het gebruik van een 30 ejecteur resulteert in een extra opvoerhoogte van 0,25 1009516 - 8 - MPa waardoor de poolcondensor en de synthesereactor op de begane grond kunnen worden geplaatst. Dit heeft niet alleen een voordeel vanuit het oogpunt van bedienings-en onderhoudsgemak maar betekent tevens een geringere 5 investering aan hogedruk, corrosiebestendig leidingwerk.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt zowel de uit de stripper komende gasstroom als het reactor spuigas in de verdronken 10 condensor gecondenseerd waarna de uit de verdronken condensor komende ureumsyntheseoplossing via een ejecteur naar de reactor wordt overgebracht. In het bijzonder wordt hierbij gebruik gemaakt van een poolcondensor. De ejecteur wordt bij voorkeur 15 aangedreven met de voor de reactie benodigde ammoniak. Als stripper wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een C02-stripper waarin de uit de reactor komende stroom wordt gestript met kooldioxide. Het is hierbij mogelijk dat de uit de stripper komende gasstroom en het reactor 20 spuigas afzonderlijk aan de poolcondensor worden toegevoerd. Het is echter ook mogelijk de beide stromen samen te voegen alvorens deze aan de poolcondensor toe te voeren. In deze voorkeursuitvoeringsvorm is het van voordeel dat een hogedruk scrubber geplaatst wordt in 25 de spuistroom welke uit de poolcondensor komt. Deze hogedruk scrubber werkt bij voorkeur als een adiabatisch werkende absorbeur of als een warmtewisselaar. Het is ook mogelijk een combinatie van absorbeur en warmtewisselaar toe te passen.

30 In een bijzondere uitvoeringsvorm van de ï 009516 - 9 - onderhavige vinding worden de functies van reactor, poolcondensor en hogedruk scrubber gecombineerd in één of twee hogedruk vaten, waarbij de functionaliteit van deze processtappen gescheiden wordt door, voor geringe 5 drukverschillen ontworpen, lagedruk "internals" in deze hogedruk vaten. Dit levert als bijzonder voordeel dat aanzienlijke besparingen in de investeringen kunnen worden gerealiseerd doordat er veel minder hogedruk leidingwerk behoeft te worden geïnstalleerd. Bovendien 10 verhoogt dit de bedrijfszekerheid van de installatie aangezien er veel minder lekkage-gevoelige hogedruk verbindingen tussen leidingen en apparaten ontstaan. Voorbeelden van deze bijzondere uitvoeringsvormen zijn: - poolcondensor combineren met een horizontale reactor 15 - scrubber integreren in poolcondensor - scrubber integreren in reactor - scrubber en poolcondensor en reactor combineren in één apparaat.

De vinding leent zich uitstekend om te 20 worden gecombineerd met mogelijkheden ter reducering van het energieverbruik. Indien bijvoorbeeld gebruik wordt gemaakt van een warmtewisseling tussen de afgassen van de eerste op de stripbewerking volgende dissociatie trap (dus de afgassen van een deel van de 25 dissociatie-verwerkingseenheid) en de indampingseenheid van de ureumfabriek, dan werd verrassenderwijs gevonden dat het totale stoomverbruik in de ureumproduktie daalt tot circa 564 kg stoom per ton geproduceerde ureum. Dit synergetisch effect wordt mogelijk gemaakt door het 30 toepassen van een poolcondensor in combinatie met een 1009516 - 10 - hogedruk C02-stripper en een met NH3 aangedreven ejecteur geplaatst op een plaats in het proces waar reeds meer dan 30% van de theoretisch mogelijke hoeveelheid ureum gevormd wordt. Het zal voor de 5 doorsnee vakman duidelijk zijn dat er nog meer mogelijkheden zijn om dit synergetisch effect uit te buiten in varianten van deze uitvoering, door bijvoorbeeld een deel van de toegevoerde C02 naar de reactor te leiden, of door bijvoorbeeld de plaats en de 10 uitvoering van de inert spuistroom nader te optimaliseren. Dit soort variaties op de onderhavige vinding worden bepaald door lokale voorkeuren (meer bedieningsgemak, lagere investeringen, lager energieverbruik), welke in het gebruikelijke 15 optimalisatieproces in de ontwerpfase van een project door de vakman worden toegepast.

Verder werd gevonden dat deze werkwijze zeer geschikt is om te worden toegepast bij een methode voor het verbeteren en optimaliseren van bestaande 20 ureumfabrieken. Zowel conventionele ureumfabrieken als ureumstripfabrieken kunnen met zeer goede resultaten worden gedebottleneckt door het bijplaatsen van een verdronken condensor, bij voorkeur een poolcondensor, en een ejecteur.

25 De uitvinding wordt hierna bij wijze van voorbeeld nader toegelicht aan de hand van de volgende figuren waarbij Figuur 1 de stand der techniek weergeeft en Figuyr 2 een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding voorstelt.

30 1009516 - 11 -

Figuur 1: Een schematische weergave van een gedeelte van een ureumstripfabriek volgens het Stamicarbon C02-stripproces Figuur 2: Een schematische weergave van een gedeelte 5 van een ureumstripfabriek volgens het

Stamicarbon C02-stripproces met poolcondensor en ejecteur

In Figuur 1 stelt R een reactor voor in een 10 Stamicarbon C02-stripfabriek waarin kooldioxide en ammoniak worden omgezet in ureum. De uit de reactor komende ureumsyntheseoplossing (USS) wordt gevoerd naar een C02-stripper (S) waarin de USS wordt omgezet in een gasstroom (SG) en een. vloeistofstroom (SUSS) door de 15 USS te strippen met C02. De uit de C02-stripper komende gasstroom (SG) bestaat in hoofdzaak uit ammoniak en kooldioxide en de SUSS is de gestripte USS. De stroom bevattende de gestripte ureumsyntheseoplossing SUSS wordt overgebracht naar de ureumopwerking (UR) waar 20 ureum (U) wordt vrijgemaakt en water (W) wordt afgevoerd. In de UR wordt een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) verkregen welke wordt toegevoerd aan de hogedruk scrubber (SCR). In deze scrubber wordt de LPC in contact gebracht met de uit de reactor 25 komende gasstroom (RG) die in hoofdzaak bestaat uit ammoniak en kooldioxide maar die daarnaast de in de kooldioxidevoeding en ammoniakvoeding aanwezige inerten (niet condenseerbare componenten) bevat. De uit de SCR komende verrijkte carbamaatstroom (EC) wordt 30 overgebracht naar de hogedruk carbamaatcondensor (C) 1 η η Q ς 1 r - 12 - waarin de SG stroom wordt gecondenseerd met behulp van EC. De resulterende hogedruk carbamaatstroom (HPC) wordt teruggevoerd naar de reactor. De verse ammoniak wordt in dit voorbeeld toegevoerd aan de hogedruk 5 carbamaatcondensor (C), maar kan natuurlijk ook op een andere plaats in de loop R —» S -» C —> R, of in de loop R -» SCR —>· C —» R worden toegevoerd.

In Figuur 2 is schematisch een mogelijkheid weergegeven om een poolcondensor (PLC) en een extra 10 ejecteur (J) op te nemen in een Stamicarbon C02- stripfabriek. In Figuur 2 stelt R een reactor voor waarin kooldioxide en ammoniak worden omgezet in ureum. De uit de reactor komende ureumsyntheseoplossing (USS) wordt gevoerd naar een C02-stripper (S) waarin de USS 15 wordt omgezet in een gasstroom (SG) en een vloeistofstroom (SUSS) door de USS te strippen met C02. De uit de C02-stripper komende gasstroom (SG) bestaat in hoofdzaak uit ammoniak en kooldioxide en de SUSS is de gestripte USS. De stroom bevattende de gestripte 20 ureumsyntheseoplossing SUSS wordt overgebracht naar de dissociatie-verwerkingseenheid (D) waar de SUSS wordt omgezet in een ureumoplossing (USOL) en het bij de dissociatie ontstane, in hoofdzaak uit ammoniak en kooldioxyde bestaande, gasmengsel (DG). De USOL wordt 25 overgebracht naar de indampingseenheid (E) waar ureum (U) wordt vrijgemaakt en water (W) wordt afgevoerd. Het gasmengsel DG wordt gecondenseerd in de lagedruk-verwerkingseenheid (LD). In de LD wordt een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) verkregen 30 welke wordt toegevoerd aan de scrubber (SCR). In deze 1009516 - 13 - scrubber wordt de LPC in contact gebracht met de uit de poolcondensor (PLC) komende gasstroom (PG) die in hoofdzaak bestaat uit ammoniak en kooldioxide maar die daarnaast de in de kooldioxidevoeding en 5 ammoniakvoeding aanwezige inerten (niet condenseerbare componenten) bevat, welke met het reactor spuigas (RG) via de poolcondensor in PG is opgenomen. De uit de SCR komende verrijkte carbamaatstroom (ELC) wordt teruggevoerd naar de poolcondensor waar de SG en RG 10 stromen worden gecondenseerd met behulp van ELC. De resulterende ureumsyntheseoplossing, welke al een aanzienlijke hoeveelheid in de poolcondensor gevormd ureum bevat, wordt via een met ammoniak aangedreven ejecteur (J) teruggevoerd naar de reactor. De verse 15 ammoniak wordt via pomp (P) en verhitter (H) toegevoerd aan de ejecteur (J). Het uit de scrubber komende gasmengsel SCG, in hoofdzaak bestaande uit inerte gassen en een weinig ammoniak en kooldioxyde, wordt in LD gecondenseerd waarna de inerte gassen worden 20 afgevoerd. Voor het bereiken van een optimale N/C verhouding in de natrein kan aan LD ammoniak of koolzuur worden toegevoerd. In de poolcondensor (PLC) ontstaat tijdens de condensatie warmte welke bijvoorbeeld kan worden gebruikt in de dissociatie-25 verwerkingseenheid (D). De condensatiewarmte welke ontstaat in de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) kan bijvoorbeeld in de indampingseenheid (E) worden gebruikt.

1009516 - 14 -

De uitvinding wordt verder nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden:

Voorbeeld 1 5 In een ureumfabriek zoals schematisch weergegeven in Figuur 2 werd ammoniak en kooldioxide omgezet in ureum volgens de onderstaande werkwijze. Van een C02-voedingsstroom bestaande uit 46060 kg C02, 230 kg water, 1468 kg stikstof en 215 kg zuurstof werd 10 37869 kg overgebracht naar de C02-stripper (S) en 8191 kg naar de reactor (R). De temperatuur van deze C02 -voeding was 120 °C en de druk 14 MPa. De NH3-voedingsstroom bestaande uit 35609 kg NH3 en 143 kg water, werd gesplitst in twee stromen waarvan de 15 kleinste (1940 kg) werd overgebracht naar de lagedruk-verwerkinseenheid (LD) en 33669 kg naar de ammoniakverhitter (H). In deze verhitter werd de NH3 verwarmd van 4 0 °C tot 135 °C en naar de ejecteur (J) gevoerd om daar als aandrijfgas te dienen. Aan deze 20 ejecteur werd de ureumsyntheseoplossing uit de poolcondendor (PLC) bestaande uit 39070 kg ureum, 125 kg biureet, 53 815 kg NH3, 54419 kg C02 en 35087 kg water toegevoerd en vanuit de ejecteur met behulp van het NH3 aandrijfgas naar de reactor overgebracht. Deze 25 totaalstroom (HPC) naar de reactor had de volgende samenstelling: 39070 kg ureum, 125 kg biureet, 87484 kg NH3, 54419 kg C02 en 35222 kg water. Uit deze totaalstroom tezamen met de kleine C02-voedingsstroom naar de reactor werd ureum gevormd bij een temperatuur 30 van 183 °C en een druk van 14 MPa. De ontstane 1 00951 6 - 15 - ureumsynthese oplossing (USS) bevatte 69465 kg ureum, 222 kg biureet, 68692 kg NH3, 39100 kg C02 en 44302 kg water en werd in de C02-stripper (S) gestript met bovengenoemde 3 7869 kg C02. De temperatuur in de C02-5 stripper bedroeg gemiddeld 184 °C en de druk was 14 MPa. De gestripte ureumsynthese oplossing (SUSS) met de samenstelling 64141 kg ureum, 240 kg biureet, 15012 kg NH3, 17636 kg C02, 37972 kg water, 24 kg N2 en 7 kg 02 werd overgebracht naar de dissociatie-10 verwerkingseenheid (D). In de dissociatie- verwerkingseenheid (D) werd de gestripte ureumsynthese oplossing gesplitst in een gasvormige stroom (DG) en in een ureumoplossing (USOL) bestaande uit 62575 kg ureum, 240 kg biureet en 19227 kg water bij een temperatuur 15 van 135 °C en een druk van 0,33 MPa. De gasvormige stroom (DG) bevatte 42 kg ureum, 17816 kg NH3, 18752 kg C02, 18296 kg H20, 24 kg N2 en 7 kg 02 en werd overgebracht naar de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) om daar tezamen met een klein gedeelte van de NH3-20 voedingsstroom (1940 Kg) en de gasstroom (SCG) uit de hogedruk scrubber te worden omgezet in de carbamaatstroom van lage druk (LPC). De uit de dissociatie-verwerkingseenheid (D) komende ureumoplossing werd overgebracht naar de 25 indampingseenheid (E) en daar gesplitst in 62575 kg ureum (U), 240 kg biureet en 19227 kg water (W). De temperatuur in de verdamper bedroeg 13 3 °C en de druk 0,03 MPa. Het uit de ureumreactor komende reactor spuigas (RG) had devolgende samenstelling: 1505 kg NH3, 30 1154 kg C02, 114 kg H20, 261 kg N2 en 38 kg 02. Het uit 1009516 - 16 - de C02-stripper komende gas (SG) bestond uit 56690 kg NH3> 63219 kg C02, 4927 kg H20, 1183 kg N2 en 170 kg 02. Deze stroom werd gecombineerd met het reactor spuigas (RG) en gecondenseerd in de poolcondensor (PLC). De 5 temperatuur in de poolcondensor was 173 °C en de druk 14 MPa. De uit de poolcondensor komende ureumsyntheseoplossing werd via de ejecteur overgebracht naar de reactor. Het poolcondensor spuigas (PG) bestond uit 2979 kg NH3, 10455 kg C02/ 239 kg H20, 10 1444 kg N2 en 208 kg 02 en werd in de hogedruk scrubber opgenomen in de carbamaatstroom van lage druk (LPC) . De carbamaatstroom van lage druk bevatte 42 kg ureum, 18046 kg NH3, 22690 kg C02 en 18321 kg H20. Uit de hogedruk scrubber werd de gasstroom (SCG) overgebracht 15 naar de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) en de hogedruk carbamaatstroom (ELC) teruggevoerd naar de poolcondensor. De gasstroom (SCG) bevatte 229 kg NH3, 3937 kg C02> 24 kg h20, 1444 kg N2 en 208 kg 02. Vanuit de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) werden stikstof en 20 zuurstof als inert gespuit. De hogedruk carbamaatstroom (ELC) bevatte 42 kg ureum, 20795 kg NH3, 29207 kg C02 en 18535 kg H20.

Bij dit voorbeeld was de N/C verhouding in de ureumreactor 3,1, de C02 conversie in de ureumreactor 25 56,6% en in de poolcondensor 34,4%. Het verbruik aan hogedrukstoom bedroeg 910 kg stoom per ton geproduceerd ureum.

1009516 - 17 -

Voorbeeld 2

In een ureumfabriek zoals schematisch weergegeven in Figuur 2 werd ammoniak en kooldioxide omgezet in ureum volgens de onderstaande werkwijze. Van 5 een C02-voedingsstroom bestaande uit 46060 kg C02, 230 kg water, 1468 kg stikstof en 215 kg zuurstof werd 37849 kg overgebracht naar de C02-stripper (S) en 8210 kg naar de reactor (R). De temperatuur van deze C02 -voeding was 120 °C en de druk 17,2 MPa. De NH3-10 voedingsstroom bestaande uit 35613 kg NH3 en 143 kg water werd overgebracht naar de ammoniakverhitter (H). In deze verhitter werd de NH3 verwarmd van 40 °C tot 135 °C en naar de ejecteur (J) gevoerd om daar als aandrijfgas te dienen. Aan deze ejecteur werd de 15 ureumsyntheseoplossing uit de poolcondendor (PLC) bestaande uit 42412 kg ureum, 136 kg biureet, 56257 kg NH3, 35128 kg C02 en 32464 kg water toegevoerd en vanuit de ejecteur met behulp van het NH3 aandrijf gas naar de reactor overgebracht. Deze totaalstroom (HPC) naar de 20 reactor had de volgende samenstelling: 42412 kg ureum, 136 kg biureet, 91869 kg NH3, 35128 kg C02 en 32606 kg water. Uit deze totaalstroom tezamen met de kleine C02-voedingsstroom naar de reactor werd ureum gevormd bij een temperatuur van 191 °C en een druk van 17,5 MPa. De 25 ontstane ureumsynthese oplossing (USS) bevatte 67160 kg ureum, 215 kg biureet, 76147 kg NH3, 24471 kg C02 en 39930 kg water en werd in de C02-stripper (S) gestript met bovengenoemde 37849 kg C02. De temperatuur in de C02-stripper bedroeg gemiddeld 183 °C en de druk was 30 17,2 MPa. De gestripte ureumsynthese oplossing (SUSS) 1009516 - 18 - met de samenstelling 64165 kg ureum, 218 kg biureet, 19906 kg NH3, 22010 kg C02, 32267 kg water, 25 kg N2 en 7 kg 02 werd overgebracht naar de dissociatie-verwerkingseenheid (D). In de dissociatie-5 verwerkingseenheid (D) werd de gestripte ureumsynthese oplossing gesplitst in een gasvormige stroom (DG) en in een ureumoplossing (USOL) bestaande uit 62601 kg ureum, 218 kg biureet en 19227 kg water bij een temperatuur van 155 °C en een druk van 0,18 MPa. De gasvormige 10 stroom (DG) bevatte 20770 kg NH3, 23126 kg C02, 12582 kg H20, 25 kg N2, 7 kg 02 en 41 kg ureum en werd overgebracht naar de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) om daar tezamen met de gasstroom (SCG) uit de hogedruk scrubber te worden omgezet in de carbamaatstroom van 15 lage druk (LPC). Aan de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) werd in dit voorbeeld geen ammoniak toegevoerd. De uit de dissociatie-verwerkingseenheid (D) komende ureumoplossing werd overgebracht naar de indampingseenheid (E) en daar gesplitst in 62601 kg 20 ureum (U), 218 kg biureet en 19227 kg water (W). De temperatuur in de indampingseenheid bedroeg 133 °C en de druk 0,03 MPa. Het uit de ureumreactor komende reactor spuigas (RG) had de volgende samenstelling: 1647 kg NH3, 665 kg C02, 168 kg H20, 262 kg N2 en 38 kg 02. Het uit de 25 C02-stripper komende gas (SG) bestond uit 57938 kg NH3, 42502 kg C02, 6955 kg H20, 1182 kg N2 en 170 kg 02. Deze stroom werd gecombineerd met het reactor spuigas (RG) en gecondenseerd in de poolcondensor (PLC). De temperatuur in de poolcondensor was 185 °C en de druk 30 17,2 MPa. De uit de poolcondensor komende 1009516 - 19 - ureumsyntheseoplossing werd via de ejecteur overgebracht naar de reactor. Het poolcondensor spuigas (PG) bestond uit 5422 kg NH3, 3810 kg C02, 370 kg H20, 1443 kg N2 en 208 kg 02 en werd in de hogedruk scrubber 5 opgenomen in de carbamaatstroom van lage druk (LPC) . De carbamaatstroom van lage druk bevatte 21184 kg NH3, 23436 kg C02, 12597 kg H20 en 41 kg ureum. Uit de hogedruk scrubber werd de gasstroom (SCG) overgebracht naar de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) en de hogedruk 10 carbamaatstroom (ELC) teruggevoerd naar de poolcondensor. De gasstroom (SCG) bevatte 413 kg NH3, 3 09 kg C02, 13 kg H20, 1443 kg N2 en 208 kg 02. Vanuit de lagedruk-verwerkingseenheid (LD) werden stikstof en zuurstof als inert gespuit. De hogedruk carbamaatstroom 15 (ELC) bevatte 41 kg ureum, 26193 kg NH3, 26936 kg C02 en 12953 kg H20.

Bij dit voorbeeld was de N/C verhouding in de ureumreactor 4,0 de C02 conversie in de ureumreactor 66,8% en in de poolcondensor 47%. Het verbruik aan 20 hogedrukstoom bedroeg 564 kg stoom per ton geproduceerd ureum.

1009516

Claims (15)

1. Werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxide, met het kenmerk dat als hogedruk 5 carbamaatcondensor een verdronken condensor wordt toegepast en de uit de verdronken condensor komende ureumsyntheseoplossing door middel van een ejecteur naar de reactor wordt overgebracht.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat 10 als verdronken condensor een poolcondensor wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk dat de ejecteur met de voor de reactie benodigde ammoniak wordt aangedreven.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk dat zowel de uit de stripper komende gasstroom als het reactor spuigas in de verdronken condensor wordt gecondenseerd waarna de uit de verdronken condensor komende 20 ureumsyntheseoplossing via een ejecteur naar de reactor wordt overgebracht.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat als verdronken condensor een poolcondensor wordt toegepast.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 4-5, met het kenmerk dat de ejecteur met de voor de reactie benodigde ammoniak wordt aangedreven.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 4-6, met het kenmerk dat als stripper een C02-stripper wordt 30 toegepast. 1009516 - 21 -

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk dat een hogedruk scrubber is opgenomen in de spuistroom welke uit de poolcondensor komt.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat 5 de hogedruk scrubber een adiabatisch werkende absorbeur is.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de hogedruk scrubber een warmtewisselaar is.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat 10 de hogedruk scrubber een combinatie is van absorbeur en warmtewisselaar.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 1-11, met het kenmerk dat de functies van reactor, poolcondensor en hogedruk scrubber gecombineerd zijn in één of 15 twee hogedruk vaten, waarbij de functionaliteit van deze processtappen gescheiden wordt door lagedruk internals in deze hogedruk vaten.

13. Methode voor het verbeteren en optimaliseren van een bestaande ureumfabriek, met het kenmerk dat 20 een ejecteur en een verdronken condensor worden bijgeplaatst.

14. Methode volgens conclusie 13, met het kenmerk dat als verdronken condensor een poolcondensor wordt toegepast.

15. Werkwijze en methode zoals in hoofdzaak is omschreven in de beschrijving en de voorbeelden. 1009516