NL8502227A - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

JL/WP/ag

Cnie van Kunstmestfabrieken 3.7.

> Uitvinders: Jozef H. Meessen te Wijlre

Rudolf Sipkema te Geleen -1- PN 3651

WERKWIJZE 700R DE BEREIDING VAN UREUM

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

Indien ammoniak en kooldioxide onder een geschikte druk (bijvoorbeeld 125-350 atm) en bij geschikte temperatuur (bijvoorbeeld 5 170-250 °C) in een synthesezone worden geleid wordt eerst ammonium- carbamaat gevormd, volgens de reactie: 2 SH3 + C02—*· H2M-CO-ONH4

Uit het gevormde ammoniumcarbamaat ontstaat vervolgens door dehydratatie ureum volgens de evenwichtsreactie: io H2N-C0-0NH4 h2n-co-nh2 + h2o

De mate waarin de omzetting tot ureum verloopt is onder meer afhankelijk van de temperatuur en de overmaat ammoniak die wordt gebruikt. Als reactieprodukt wordt hierbij een oplossing verkregen in hoofdzaak bestaande uit ureum, water, ammoniumcarbamaat en niet gebon-15 den ammoniak. Het ammoniumcarbamaat en de ammoniak dienen uit de oplossing te worden verwijderd en worden in de meeste gevallen teruggevoerd naar de synthesezone. De synthesezone kan bestaan uit afzonderlijke zones voor de vorming van carbamaat en ureum. Deze zones kunnen echter ook In één apparaat verenigd zijn.

20 Een veelvuldig toegepaste uitvoeringsvorm voor de bereiding van ureum Is 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 een stripbehandeling door de oplossing 25 onder toevoer van warmte in tegenstroom in contact te brengen met gas-vormig kooldioxide, zodat het grootste deel van het in de oplossing aanwezige carbamaat wordt ontleed in ammoniak en kooldioxide, en worden deze ontledingsprodukten gasvormig uit de oplossing afgedreven en ^ ' - '7 v 7 'w J *·· tta - ___-- -2- samen met een geringe hoeveelheid waterdamp en de voor het strippen gebruikte kooldioxide afgevoerd. De voor de stripbehandeling benodigde warmte wordt verkregen door condensatie van hogedrukstoom van 15-25 bar aan de buitenzijde van de pijpen van de verticale warmtewisselaar 5 waarin de stripbehandeling plaatsvindt. Het bij de stripbehandeling verkregen gasmengsel wordt in een eerste condensatiezone voor het grootste gedeelte gecondenseerd en geabsorbeerd in een waterige oplossing afkomstig van de verdere behandeling van de ureum bevattende oplossing, waarna zowel de hierbij gevormde waterige carbamaat-10 oplossing als het niet gecondenseerde gasmengsel naar de synthesezone voor de ureumvorming worden gevoerd. Door verdere condensatie van het gasmengsel wordt hier de voor de omzetting van carbamaat in ureum benodigde warmte verkregen.

De gestripte ureumsyntheseoplossing wordt vervolgens ontspan-15 nen tot een lage druk van bijvoorbeeld 3-6 bar en door middel van stoom verhit, teneinde in de gestripte ureumoplossing nog gedeeltelijk als carbamaat aanwezige ammoniak en kooldioxide uit de oplossing te verwijderen. Het bij deze bewerkingen verkregen gasmengsel, dat tevens waterdamp bevat, wordt gecondenseerd en geabsorbeerd in een waterige 20 oplossing in een bij lage druk werkende tweede condensatiezone en de hierbij gevormde verdunde carbamaatoplossing wordt teruggepompt naar het hogedruk gedeelte van de ureumsynthese en uiteindelijk in de synthesezone geleid. De resterende ureum bevattende oplossing wordt verder in druk verlaagd en opgewerkt tot een ureumoplossing of -smelt 25 die eventueel verder wordt verwerkt tot vast ureum. Hiertoe wordt de waterige ureumoplossing gewoonlijk in twee indamptrappen ingedampt en de hierbij verkregen ureumsmelt verwerkt tot korrels of de ureumoplossing wordt gekristalliseerd. De bij het indampen of kristalliseren verkregen gassen die naast waterdamp, onder meer ammoniak, 30 kooldioxide en meegevoerde fijne ureumdruppeltjes bevatten, worden gecondenseerd onder vorming van zogenaamd procescondensaat. Een deel van het procescondensaat wordt gebruikt als absorptiemiddel voor het gasmengsel in de tweede condensatiezone. Het resterende deel kan worden behandeld met hogedruk stoom, teneinde erin aanwezige ureum te 35 ontleden tot ammoniak en kooldioxide en deze ontledingsprodukten met :002227 ;Γλ' -3- da als zodanig reeds aanwezige ammoniak en kooldioxide terug te winr nen.

Sr is reeds voorgesteld om in een dergelijk proces een extra ontleedtrap aan te brengen waarin verdere hoeveelheden carbamaat, die 5 nog in de gestripte ureumsyntheseoplossing aanwezig zijn, bij een druk van 12-25 kg/cm^ ontleed worden (zie het Amerikaanse octrooischrlft 4.354.040). Een bezwaar dat gepaard gaat met het aanbrengen van een dergelijke extra ontleedtrap is, dat de molaire verhouding van de niet in ureum omgezette ammoniak en kooldioxide in de uit deze extra 10 ontleedtrap afgevoerde ureumhoudende oplossing relatief hoog is. Het gevolg hiervan is dat ook in het gasmengsel dat gevormd wordt bij de ontleding van nog aanwezig carbamaat in de tweede van de verdere ontleedtrappen deze verhouding relatief hoog zal zijn. Voor de volledige condensatie van dergelijke gasmengsels tot een kristalvrije car-15 bamaatoplossing zijn aanzienlijke hoeveelheden water of waterhoudende absorbentia vereist die uiteindelijk naar de synthesezone worden teruggevoerd, hetgeen een nadelige invloed heeft op de conversie van ammoniak en kooldioxide in ureum. Wanneer men zoals in de beschreven werkwijze aan de laatste ontleedtrap een deel van de in de synthese 20 benodigde kooldioxide toevoert, bereikt men dat het in deze trap verkregen gasmengsel een voor de volledige condensatie onder de heersende omstandigheden meer gunstige molaire NH3/(^-verhouding verkrijgt. Bij deze condensatie komt de condensatiewarmte echter vrij op het lage temperatuumiveau behorend bij deze ontledingstrap, als 25 gevolg waarvan men voor deze vrijkomende warmte vrijwel geen nuttige gebruiksmogelijkheden heeft en deze warmte afgevoerd moet worden middels koelwater.

Doel van de uitvinding is te voorzien in een ureumbereidings-proces waarbij bovengenoemd nadeel wordt vermeden.·Dit wordt volgens 30 de uitvinding bereikt wanneer men het gasmengsel en de overblijvende oplossing, die verkregen worden bij het ontspannen van de gestripte ureumsyntheseoplossing, een speciale behandeling doet ondergaan. De gestripte ureumsyntheseoplossing bevat tengevolge van de stripbehan-deling met kooldioxide relatief veel kooldioxide. Het gasmengsel dat 35 verkregen wordt bij het ontspannen van deze oplossing bevat derhalve 3502227 _ . ,i ♦· '* -4- eveneens relatief veel kooldioxide. Wanneer men dit gasmengsel in con-tact brengt met de overblijvende oplossing, nadat men verdere hoeveelheden hierin nog aanwezig carbamaat heeft ontleed en de daarbij gevormde gassen afgescheiden, wordt de molaire tTHg/CC^—verhouding in 5 de oplossing aanmerkelijk verlaagd en in het gasmengsel verhoogd.

Tengevolge van deze behandeling wordt ook in de erop volgende ontleed-trap een gasmengsel verkregen dat zonder verdere corrigerende maatregelen, zoals toevoegen van extra kooldioxide, en zonder toevoeging van excessief grote hoeveelheden water gecondenseerd kan worden bij een 10 relatief hoge temperatuur die een nuttig gebruik van de condensatiewarmte mogelijk maakt.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum waarbij men - in een hogedrukgedeelte in een synthesezone bij een molaire

15 NH3/C02~verhouding tot 4 :1, een temperatuur van tenminste 175°C

en de hierbij behorende druk een carbamaat en vrije ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing vormt, in een eerste ontleedtrap bij synthesedruk of lagere druk door een stripbehandeling met kooldioxide onder verwarming een deel van de 20 carbamaat ontleedt en het hierbij verkregen gasmengsel althans ten dele condenseert en het condensaat en het eventueel niet gecondenseerde deel van het gasmengsel terugvoert naar de synthesezone, - in ten minste twee verdere ontleedtrappen een verder deel van de nog aanwezige carbamaat ontleedt en het gevormde gasmengsel 25 afscheidt, waarbij men in de eerste van de verdere ontleedtrappen een druk van 12-30 bar handhaaft en warmte toevoert, - en de resterende ureumbevattende oplossing door indampen verder verwerkt tot een geconcentreerde ureumoplossing en desgewenst vaste ureum.

30 Deze werkwijze is hierdoor gekenmerkt, dat men het gas mengsel, dat gevormd wordt bij het ontspannen van de gestripte ureumsyntheseoplossing tot een druk die gelijk is aan of groter is dan de druk in de eerste van de verdere ontleedtrappen, in een contactzone in direct contact brengt met de oplossing die overblijft nadat men hierin 35 verdere hoeveelheden nog aanwezig carbamaat heeft ontleed en de daar- 850 2 2 2 / ·<* y* * -5- » bij gevormde gassen heeft afgescheiden, waarna men het overblijvende gasmengsel uit de contactzone afvoert en condenseert en het condensaat terugvoert naar het hogedrukgedeelte van de ureumsynthese.

De ontleding van de verdere hoeveelheden nog in de ontspannen 5 gestripte ureumsyntheseoplossing aanwezig carbamaat kan plaatsvinden door verhitting van de oplossing. Bij voorkeur voert men de ontleding van de verdere hoeveelheden nog in de ontspannen gestripte ureum-syntheseoplossing aanwezig carbamaat uit door deze oplossing in indirecte warmtewisseling te leiden met het condenserende gasmengsel .

10 in een eerste condensatiezone. Wanneer men in de eerste condensatie-zone de omstandigheden zodanig kiest dat uit het bij de condensatie gevormde carbamaat tevens een aanzienlijke hoeveelheid, bijvoorbeeld tenminste 30 % van de onder de reactieomstandigheden bereikbare even-wichtshoeveelheid, ureum wordt gevormd, komt de warmte op een dusdanig 15 temperatuurniveau vrij, dat een aanzienlijk deel van de in de gestripte ureumsyntheseoplossing nog aanwezige carbamaat ontleed wordt in ammoniak en kooldioxide. Als regel zal er zelfs een overschot aan warmte voorhanden zijn. Deze warmte kan dan worden afgevoerd in een tweede hogedrukcondensatiezone met behulp van. ketelvoedingwater dat 20 daarbij omgezet wordt in lagedrukstoom van 4-9 bar. Door het instellen van de stoomdruk in deze tweede hogedrukcondensatiezone kan men de hoeveelheid gasmengsel die men wil condenseren en de hoeveelheid die men aan de synthesezone wil toevoeren regelen. Dit biedt de mogelijkheid om de temperatuur in de synthesezone binnen zekere grenzen te 25 regelen. Het gasmengsel dat bij de carbamaatontleding tengevolge van de warmtewisseling met het condenserend gasmengsel in de eerste condensatie wordt gevormd, wordt van de resterende oplossing afgescheiden, alvorens men volgens de uitvinding deze oplossing in direct contact brengt met het gasmengsel dat bij de ontspanning tot 30 een druk van 12-30 bar van de gestripte ureumsyntheseoplossing wordt verkregen. De oplossing die verkregen wordt in de eerste van de ver- dere ontleedtrappen heeft een relatief hoge molaire NH3/(^-verhouding, die hoger is dan de N^/COj-verhouding van de gestripte ureumsyntheseoplossing. Wanneer men deze oplossing in con-35 tact brengt met het kooldioxiderijke gasmengsel dat ontstaat bij de 7 ^ w Sh >mi ·* ...............

♦ *’ · .

-6- ontspanning van de gestripte ureum syntheseoplossing, dan wordt de molaire NÏÏ3/C02“ve'rhouding van de oplossing verlaagd tot een zodanige waarde, dat ook het gasmengsel dat verkregen wordt bij het ontleden van carbamaat in de verdere ontleedtrap(pen) zonder toevoer van 5 excessieve hoeveelheden water kan worden gecondenseerd. Het gasmengsel dat gevormd is bij de indirecte warmtewisseling in de eerste conden-satiezone en het gasmengsel dat resteert na het directe contact kunnen worden samengevoegd en gecondenseerd. Bij voorkeur voert men de condensatie uit met behulp van de carbamaatoplossing die verkregen wordt 10 bij de verdere verwerking van de gestripte ureumsyntheseoplossing in een bij een druk van bijvoorbeeld 1-10 bar bedreven ontledingstrap, welke carbamaatoplossing dan eerst door middel van een pomp op de heersende druk in het druktraject van 12-30 bar gebracht wordt. De condensatiewarmte kan men dan verkrijgen op een niveau van 145-U0°C, 15 hetgeen aanmerkelijk hoger is dan bij de werkwijze volgens het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 4.354.040. De bij de condensatie vrijkomende warmte kan men bijvoorbeeld nuttig gebruiken door warmtewisseling met de in te dampen ureumoplosing. Wanneer men daarbij de in te dampen ureumoplossing in tegenstroom leidt met het condenserende 20 gasmengsel en de carbamaatoplossing toevoert op een punt tusen de toevoer van de te concentreren ureumoplossing en de toevoer van het te condenseren gasmengsel, kan men bijvoorbeeld de ureumoplossing bij temperaturen tussen 85 en 130°C concentreren van een ureumconcentratie van ca. 70 gew.% tot ca. 95 gew.%. Deze waarden corresponderen groten-25 deels met de concentratie die men bij de boven besproken uit European Chemical News bekende werkwijze normaliter in de eerste indamptrap bereikt.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft ten opzichte van deze bekende werkwijze het voordeel dat voor het condenseren van de in 30 de verschillende ontleedtrappen verkregen gasmengsels geen excessief grote hoeveelheden water vereist zijn, hetgeen een gunstige invloed heeft op het syntheserendement. Doordat geen kooldioxide toegevoerd wordt aan de lagedruktrap kan de totale hoeveelheid in de synthese benodigde kooldioxide voor de stripbehandeling worden gebruikt en kan 35 ook de condensatiewarmte van deze kooldioxide nuttig worden gebruikt as227 VL» kJ V.· ua t— U. >» -7- voor verhitting van de gestripte ureumsyntheseoplossing en de vorming van stoom. Voor het ontleden van de verdere hoeveelheden carfaamaat en het uitdrijven van de daarbij gevormde gasmengsels in de bij 12-30 bar bedreven ontledingstrap is geen extra hoeveelheid hogedrukstoom 5 vereist, zoals in de bekende werkwijze, maar maakt men gebruik van de warmte-inhoud van het in de stripbewerking verkregen gasmengsel voor deze carbamaatontleding. Bovendien kan de warmte-inhoud van het gasmengsel uit de bij 12-30 bar bedreven ontledingstrap op geschikte wijze benut worden bij het concentreren door indampen van de verkregen 10 ureumoplossing tot een ca. 95 gewichtsprocentige oplossing.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de figuur en het voorbeeld, zonder echter hiertoe beperkt te zijn.

In de figuur is een synthesezone aangegeven met 1, een strip-zone met 2, een eerste en tweede hogedrukcondensatiezone respec-15 tievelijk met 3 en 4 en een waszone met 5. Met 6, 7 en 9 zijn aangeduid inrichtingen voor het scheiden van vloeistoffen en gassen. Een zone voor het in contact brengen van vloeistoffen en gassen is voorgesteld door 8. Met 10 is een warmtewisselaar en met 11 een bij lage druk bedreven carbamaatcondensatiezone weergegeven. De verhit-20 tingszone van de eerste en tweede concentreringstrap zijn voorgesteld door respectievelijk 12 en 13, de bij deze verhittingszones behorende inrichtingen voor het afscheiden van de bij het concentreren gevormde waterdamp met respectievelijk 14 en 15. Een carbamaatpomp is aangeduid met 16; 17, 17a, 18 en 18a zijn expansieafsluiters.

25 De in de ureumsynthesezone 1 bij een druk van 125-250 bar, een temperatuur van 175-220°C en een molaire N^/COj-verhouding van 2,7-4,0, bijvoorbeeld 140 bar, 183°C en een molaire NH3/C02-verhouding van 3,2 gevormde ureumsyntheseoplossing welke naast ureum en water nog vrije ammoniak en niet-omgezet ammoniumcarbamaat bevat, wordt via 21 toege-30 voerd aan de stripzone 2. Aan deze stripzone wordt in tegenstroom met de ureumsyntheseoplossing via 22 kooldioxide toegeleid, dat in een niet-weergegeven compressie-inrichting tot synthesedruk is gecomprimeerd en waaraan desgewenst passiveringslucht is toegevoegd. De stripzone 2 wordt bij voorkeur uitgevoerd als een verticale pijpenwarmte-35 wisselaar. De in de stripbehandeling benodigde warmte wordt verkregen _3 * ? 2 2 2 7 ----- ld -8- door condensatie van hogedrukstoom van bijvoorbeeld 14-40 bar in de mantelzijde van de warmtewisselaar. Het afgedreven gasmengsel dat naast ammoniak en kooldioxide evenwichtshoeveelheden waterdamp bevat, wordt met het voor de stripbehandeling benodigde kooldioxide via 23 5 geleid in de eerste condensatiezone 3, in de figuur weergegeven als een horizontaal opgestelde verdronken condensor en in deze zone gedeeltelijk gecondenseerd tot een carbamaatoplossing. Aan de eerste condensatiezone 3 wordt via 26 een verdunde carbamaatoplossing toegevoerd, die verkregen is bij het uitwassen van ammoniak en kooldioxide 10 uit de inerte gassen die via 28 uit de synthesezone 1 afgevoerd zijn. De bij de vorming van deze verdunde carbamaatoplossing ontwikkelde warmte wordt benut om de via 27 toegevoerde vloeibare ammoniak voor te verwarmen. Hiertoe kan een warmtewisselaar 19 aangebracht worden waarin de in de waszone 5 vrijkomende warmte via een circuit 20 wordt 15 overgedragen. De verblijftijd van het reactiemengsel in de eerste condensatiezone 3 wordt zodanig gekozen, dat in deze zone uit carbamaat, tevens tenminste 30 % van de onder de heersende omstandigheden mogelijke evenwichtshoeveelheid ureum, bijvoorbeeld 20 gew.%, wordt gevormd. De in de eerste condensatiezone 3 vrijkomende warmte kan 20 benut worden om verdere hoeveelheden carbamaat te ontleden welke nog aanwezig zijn in de gestripte ureumsyntheseoplossing. Hiertoe wordt de via 24 uit de stripzone 2 afgevoerde oplossing met behulp van expan-sieafsluiter 17 ontspannen tot een druk van 12-30 bar, bijvoorbeeld 29,5 bar, en het gevormde mengsel geleid in de gas-vloeistof-scheider 25 6. De hierbij gevormde vloeistoffase, in hoofdzaak een waterige ureum- oplossing die ook nog biureet, ammoniak en kooldioxide bevat, wordt afgevoerd via 25 en de gasfase, een mengsel dat in hoofdzaak ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevat, via 34. De via 25 uit de gas-vloeistof-scheider 6 afgevoerde vloeistoffase wordt vervolgens bij een 30 druk die gelijk is aan of lager is dan de druk waarbij de expansie heeft plaatsgevonden, bijvoorbeeld 18,5 bar, via expansieafsluiter 17a in warmtewisseling gevoerd met de carbamaatoplossing die gevormd wordt in de eerste condensatiezone 3, waarbij verdere hoeveelheden carbamaat aanwezig in de ontspannen gestripte ureumsyntheseoplossing ontleed 35 worden in ammoniak en kooldioxide. Het is eveneens mogelijk de warmte «o n Λ *' - λ i / (

v<: ^ V

«.

' V*» -9- die vrij komt in de eerste condensatiezone 3 af te voeren met behulp van andere processtromen of met water dat daarbij omgezet wordt in lagedrukstoom. Uit de eerste condensatiezone 3 wordt via 29 het niet-gecondenseerde deel van het aan deze zone toegevoerde gasmengsel en 5 via 30 de in deze zone gevormde carbamaatoplossing afgevoerd en geleid in de tweede hogedrukcondensatiezone 4. In deze zone vindt verdere condensatie tot carbamaatoplossing van het via 29 toegevoerde gasmengsel plaats. De hierbij vrijkomende warmte wordt afgevoerd door middel van water dat daarbij wordt omgezet in lagedrukstoom van 4-9 10 bar. De In deze tweede hogedrukcarbamaatcondensatiezone 4 verkregen carbamaatoplossing en het eventueel niet-gecondenseerde deel van het toegevoerde, ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevattende gasmengsel worden via 31 in de synthesezone 1 geleid.

Het gas-vloeistof-mengsel dat verkregen wordt bij de warmtewisseling 15 in de eerste hogedrukcondensatiezone 3 en via 32 afgevoerd wordt, wordt geleid in gas-vloeistof-scheider 7, van waaruit de gevormde gasfase, een ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevattend gasmengsel, afgevoerd wordt via 36 en de gevormde vloeistoffase, een carbamaat bevattende ureumoplossing, via 33. Bij de in de figuur weergegeven 20 uitvoeringsvorm wordt de via 33 verkregen vloeistoffase in contactzone 8 in aanraking gebracht met de uit gas-vloeistof-scheider 6 via 34 afgevoerde gasfase, waarbij de overmaat aan ammoniak die aanwezig is in de vloeistoffase door het kooldioxiderijke gasmengsel wordt uitgedreven, waardoor via 35 uit de contactzone een vloeistoffase 25 wordt verkregen die relatief minder rijk is aan ammoniak.

De uit contactzone 8 afgevoerde ureumbevattende oplossing welke nog carbamaat bevat wordt via 35 en expansieafsluiter 18, waarin de druk van de oplossing verlaagd wordt tot 1-10 bar, bijvoorbeeld 5 bar, naar de gas-vloeistof-scheider 9 gevoerd. Via 40 wordt hieruit een ureum-30 bevattende oplossing afgevoerd. Hierin nog aanwezig carbamaat wordt ontleed in warmtewisselaar 10, welke verhit wordt met lagedrukstoom, waarna de ureumoplossing via 41 en expansieafsluiter 18a aan de verhittingszone 12 van de eerste concentreringsstap toegevoerd wordt.

De verhittingszone 12 kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden als een ver-35 ticale pijpenwarmtewisselaar. De te concentreren ureumoplossing wordt gsn 9 o *> 1 v ‘W «· *» —* * __-* (.

-10- daarbij door de pijpen geleid.

De in gas-vloeistof-scheider 9 verkregen gasfase, een ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevattend gasmengsel, wordt samengevoegd met het in de warmtewisselaar 10 verkregen via 42 afgevoerde ammoniak, 5 kooldioxide en waterdamp bevattende gasmengsel, waarna de verenigde gasmengsels met molaire NH3/(^-verhoudingen tussen 2,0 en 4,5, bijvoorbeeld 4,1, via 43 naar de lagedrukcondensatiezone 11 worden gevoerd en in deze zone gecondenseerd met een via 44 aangevoerde waterige oplossing, bijvoorbeeld procescondensaat. De in de lagedruk-10 condensatiezone 11 verkregen carbamaatoplossing wordt via 45 geleid in de mantelruimte van de verhittingszone 12. Aan deze mantelruimte wordt tevens via 38 toegevoerd het ammoniak, kooldioxide en waterdampbevat-tend gasmengsel dat verkregen is door samenvoegen van de stromen 36 en 37. In 12 stromen de condenserende gasmengsels tegengesteld aan de in 15 te dampen ureumoplossing. Bij het condenseren van het via 38 toegevoerde gasmengsel met behulp van de via 45 toegevoerde carbamaatoplossing komt voldoende warmte vrij om te voorzien in de warmtebehoefte van de eerste concentreringstrap, waarin de via 41 toegevoerde ureumoplossing, welke 70-75 gew.Z ureum bevat, wordt gecon-20 centreerd tot een ureumgehalte van 85-95 gew.Z.

De bij de condensatie van het gasmengsel in de mantelzijde van de warmtewisselaar van de eerste concentreringsstap 12 gevormde carbamaatoplossing wordt afgevoerd via 46, door middel van carbamaatpomp 16 onder synthesedruk getracht en via 47 geleid in waszone 5. De 25 waterdamp uit het uit de eerste concentreringstrap via 48 afgevoerde mengsel van geconcentreerde ureumoplossing en waterdamp wordt in de waterdampafscheider 14 via 49 afgescheiden, de geconcentreerde ureumoplossing via 50 naar de verhittingszone van de tweede concentreringstrap 13 gevoerd. Het hierin gevormde mengsel van practisch watervrije 30 ureumsmelt en waterdamp wordt via 51 naar de waterdampafscheider 15 geleid, van waaruit via 52 de waterdamp afgevoerd wordt en via 53 de practisch watervrije ureumsmelt.

Voorbeeld

Met behulp van de beschreven werkwijze wordt ureum bereid 3 S η 9 ? 9 7 V·/ 4» ·η w ¢- ' ' -11- volgens de uitvoeringsvorm zoals weergegeven in de figuur in een installatie met drie ontleedtrappen met een productiecapaciteit van 1000 ton per dag. De hoeveelheden zijn aangegeven in kg per uur. De toegepaste druk in het hogedrukdeel van de installatie bedraag 139 5 bar, na de expansie in expansieafsluiter 17 29,5 bar, in de tweede ontleedtrap na de expansieafsluiter 17a 18,5 bar en in de laatste ontleedtrap 5 bar.

Aan de hogedrukcondensatiezone 3 wordt 23.611 kg NH3 van 40 °C toegevoerd en 31.402 kg van een carbamaatoplossing met een temperatuur van 10 117°C die 13.598 kg CO2, 11.727 kg NH3 en 6.077 kg H2O bevat. De tem peratuur in de reactiezone 1 bedraagt 183°C en de molaire NH3/CO2-verhouding 3,2. Aan de stripzone 2 wordt 118.548 kg ureumsynthese-oplossing toegevoerd welke oplossing onder toevoer van warmte wordt gestript met 30.556 kg CO2· Dit de stripzone wordt via 24 een 15 oplossing afgevoerd die 41.876 kg ureum, 13.445 kg CO2, 11.608 kg NB3 en 18.640 kg H2O bevat en via 23 een gasmengsel bestaande uit 36.005 kg CO2» 25.990 kg NH3 en 1.540 kg H2O. De druk van de gestripte ureumsyntheseoplossing wordt vervolgens verlaagd tot 29.5 bar. In de gas-vloeistof-scheider 6 wordt hierdoor 4.444 kg van een gasmengsel 20 verkregen dat 3.561 kg C02> 730 kg NH3 en 153 kg H2O bevat dat afgevoerd wordt via 34. Daarnaast resteert 81.124 kg van een vloeistof-fase, welke 41.876 kg ureum, 9.883 kg CO2, 10.878 kg NH3 en 18.487 kg H2O bevat.

Het uit de stripzone via 23 afgevoerde gasmengsel wordt 25 gedeeltelijk gecondenseerd in de eerste hogedrukcondensatiezone 3, waarbij 79.713 kg van een carbamaatoplossing gevormd worden. De verblijftijd van het mengsel in deze zone wordt zodanig gekozen dat in deze oplossing tevens 15.943 kg ureum gevormd worden en de oplossing daarnaast nog 23.194 kg CO2, 28.980 kg NH3 en 11.596 kg H2O bevat. Een 30 verder deel van het niet-gecondenseerde, via 29 afgevoerde, gasmengsel wordt gecondenseerd in de tweede hogedrukcondensatiezone 4, zodat aan de synthesezone 1 een oplossing die 33.752 kg C02> 41.419 kg NH3, 12.250 kg H20 en 15.943 kg ureum, en een gasmengsel dat 6.600 kg CO2, 15.222 kg NH3 en 451 kg H2O bevat, wordt toegevoerd.

35 In de eerste hogedrukcondensatiezone 3 wordt de vrijkomende •5 s λ 2 2 2 7 -12- warmte afgevoerd door middel van vloeistofstroom 25, waarbij verdere ontleding van in deze stroom aanwezig carbamaat in NH3 en CO2 plaatsvindt. Nadat men het hierbij verkregen reactiemengsel een gasvloeistof scheiding heeft doen ondergaan, wordt bij een druk van 18.5 5 bar met een temperatuur van 155°C via 36 een gasstroom verkregen bestaande uit 7,559 kg COj, 5.374 kg NH3 en 1.472 kg H20, en via 33 een oplossing die naast 41,667 kg ureum nog 2.478 kg CO2, 5.622 kg NH3 en 16.952 kg H2O bevat. De oplossing wordt in contactzone 8 in tegenstroomcontact gebracht met de via 34 afgevoerde gasstroom. Door 10 dit contact wordt via 37 een gasstroom verkregen die 3.006 kg CO2, 1.536 kg NH3 en 470 kg H20 bevat en een temperatuur heeft van 154°C, en via 35 een oplossing die naast 41.667 kg ureum, 3.033 kg CO2, 4.816 kg NH3 en 16.634 kg H20 bevat.

Deze ureum bevattende oplossing wordt bij'een druk van 5 bar 15 verder behandeld ter ontleding van nog in de oplossing aanwezig carbamaat. Hierbij wordt via 43 een gasmengsel verkregen dat 2.368 kg CO2, 2.781 kg NH3 en 1.289 kg H20 bevat. Voor de condensatie van dit gasmengsel worden 5.546 kg procescondensaat dat 665 kg CO2 ea 2.035 kg NH3 bevat via 44 toegevoerd. De in 10 verkregen ureumoplossing 20 bestaande uit 41.667 kg ureum 665 kg CO2» 2.035 kg NH3 en 15.345 kg H2O die een temperatuur heeft van 130°C, wordt via 41 en expansie-afsluiter 18a naar de verhittingszone 12 van de eerste indamptrap geleid. Bij de expansie in expansiaafsluiter 18a daalt de temperatuur tot 75°C. De voor het concentreren benodigde warmte wordt verkregen 25 door in de mantelzijde van de verhittingszone 12 de samengevoegde gasstromen 36 en 37 in tegenstroom met de ureumoplossing te condenseren met behulp van de in de lagedruktrap verkregen, via 45 aange-voerde, carbamaatoplossing die 3.033 kg CO2, 4.816 kg NH3 en 4.134 kg water bevat en een temperatuur heeft van 50°C. Uit de verhittingszone 30 12 wordt een gas-vloeistof-mengsel naar gas-vloeistof-scheider 14 af gevoerd, waaruit bij een druk van 0.38 bar en een temperatuur van 130°C via 50 43.872 kg ureumoplossing in water wordt verkregen welke 41.667 kg ureum, 2.194 kg H2O en 12 kg NH3 bevat.

Aan de stripzone 2 wordt per ton geproduceerde ureum 437 kg 35 verzadigde stoom van 19,6 bar en 211°C toegevoerd. In de tweede 3 ü 9097 \V -J· —s* α * -13- hogedrukcondensatiezone 4 wordt 445 kg lagedrukstoom van 5 bar per ton ureum geproduceerd. Van deze hoeveelheid wordt 82 kg gebruikt in de warmtewisselaar 10 en 63 kg in de verhittingszone 13 van de tweede concentreringstrap. De resterende hoeveelheid wordt benut voor het 5 onderhouden door middel van stoomejecteurs van het benodigde vacuum in de waterdampaischeiders 14 en 15 en in de niet-weergegeven afvalwater-reinigingsinstallatie.

-'2227

Claims (6)

1. Werkwijze voor de bereiding van ureum waarbij men - in een hogedrukgedeelte in een synthesezone bij een molaire NÏÏ3/C02~verhouding tot 4 :1, een temperatuur van tenminste 175°C en de hierbij behorende druk een carbamaat en vrije 5 ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing vormt, - in een eerste ontleedtrap bij synthesedruk of lagere druk door een stripbehandeling met kooldioxide onder verwarming een deel van de carbamaat ontleedt en het hierbij verkregen gasmengsel althans ten dele condenseert en het condensaat en 10 het eventueel niet gecondenseerde deel van het gasmengsel terugvoert naar de synthesezone, - in ten.minste twee verdere ontleedtrappen een verder deel van de nog aanwezige carbamaat ontleedt en het gevormde gasmengsel afscheidt, waarbij men in de eerste van de verdere 15 ontleedtrappen een druk van 12-30 bar handhaaft en warmte toevoert, - en de resterende ureumbevattende oplossing door indampen verder verwerkt tot een geconcentreerde ureumoplossing en desgewenst vaste ureum, 20 met het kenmerk, dat men het gasmengsel, dat gevormd wordt bij het ontspannen van de gestripte ureumsyntheseoplossing tot een druk die gelijk is aan of groter is dan de druk in de eerste van de verdere ontleedtrappen, in een contactzone in direct contact brengt met de oplossing die overblijft nadat men hierin verdere 25 hoeveelheden nog aanwezig carbamaat heeft ontleed en de daarbij gevormde gassen heeft afgescheiden, waarna men het overblijvende gasmengsel uit de contactzone afvoert en condenseert en het condensaat terugvoert naar het hogedrukgedeelte van de ureumsynthese.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de 30 ontleding van de verdere hoeveelheden in de ontspannen gestripte ureumsyntheseoplossing nog aanwezig carbamaat uitvoert door de oplossing in indirecte warmtewisseling te leiden met het condenserende gasmengsel in de eerste condensatiezone. 3102 2 2 7 -15-

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de condensatie van het uit de contactzone afgevoerde gasmengsel uitvoert bij een temperatuur van 145-110°C door indirecte warmtewisseling met de bij een temperatuur van 75-130°C te concentreren 5 ureumoplossing.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men de na de indirecte warmtewisseling tussen de in druk verlaagde gestripte ureumsyntheseoplossing en het condenserende gasmengsel in de eerste condensatiezone afgescheiden gassen, samen met het 10 uit de contactzone afgevoerde gasmengsel condenseert.

5. Werkwijze voor de bereiding van ureum zoals beschreven en toegelicht aan de hand van de figuur en het voorbeeld.

6. Ureum en ureumoplossingen bereid onder toepassing van de werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies. > -w ^ A Λ Λ „ i .s /