NL8300891A

NL8300891A - Werkwijze voor het bereiden van ureum.

Info

Publication number: NL8300891A
Application number: NL8300891A
Authority: NL
Original assignee: David Mikhailovich Gorlovsky V
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-10-01

Description

* '* 23030/Vk/mbi •j

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van ureum.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van ureum uit ammoniak en kooldioxide door: 5 a) ureum te bereiden uit de uitgangsstoffen in twee opeenvolgende zones in de ureumsynthese, waarbij de temperatuur wordt gehouden op de ten minste 160 °C en de druk op ten minste 140 ata in elke zone, onder de vorming van een smelt van het bereide ureum, b) scheiden van de smelt van bereid ureum door destillatie hiervan 10 ter vorming van een ureum-oplossing in water en gasstromen die ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevatten, c) recirculatie van ammoniak en kooldioxide verkregen in stap b) als gas of als waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat naar stap a) voor de synthese van ureum, 15 d) dehydratie van de ureumoplossing, die is afgescheiden van ammoniak en kooldioxide, gevolgd door omzetting van ureum tot een vast produkt.

Ureum wordt op grote schaal toegepast, vooral in de landbouw als stikstofhoudende kunstmest, en als toevoegsel voor voedingsstoffen voor 20 dieten voor herkauwende dieren. Verder wordt ureum toegepast voor het bereiden van kleefmiddelen op basis van synthetische polymeren, plastics, pharmaceutische stoffen, hygiënische middelen en cosmetica, evenals voor de bereiding van cyanuurzuur en esters hiervan, melamine, cyanaten, hydrazine en bepaalde kleurstoffen.

25 Er zijn meer dan 50 verschillende manieren bekend voor het bereiden van ureum. Bij het op grote schaal bereiden van ureum wordt echter in hoofdzaak gebruik gemaakt van de bereiding van ureum door uit te gaan van ammoniak en kooldioxide onder vorming van ammoniumcarbamaat welke reactie als volgt kan worden weergegeven: 30 2 NH3 + C02 -—> NH4C02NH2 j—-» C0(NH2)2 + H20

Ook zijn werkwijzen bekend voor het bereiden van ureum uit ammoniak en kooldioxide waarbij alle vloeistof wordt gerecirculeerd van de niet gereageerde uitgangsstoffen in de vorm van een ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat in water, zoals beschreven in "Chem. Processing", 35 1962, v. 25, No. 16, bladzijden 19-23 door: if * -2- 23030/Vk/mbi a) ureum te bereiden door uit te gaan van de bovenvermelde uitgangsstoffen onder de vorming van een smelt van bereid ureum bestaande uit een ammoniakoplossing in water van ureum en ammoniumcarbamaat, b) afscheiden van de smelt van bereid ureum door destillatie hier-5 van onder vorming van een ureumoplossing in water en gasstromen die ammoniak, kooldioxide en waterdamp bevatten.

c) recirculeren van ammoniak en kooldioxide, afgescheiden uit stap b) als waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat naar de ureumsynthese en 10 d) dehydratie van de ureumoplossing die is afgescheiden van ammoniak en kooldioxide, gevolgd door de omzetting van ureum tot een vast produkt.

Het water dat aanwezig is in de waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat, dat wordt gerecirculeerd naar de synthesezone 15 verlaagt de omzetting van C0„ tot ureum (X %) en de specifieke ^ 3 produktiviteit van het reactievolume (G, kg/m uur), hetgeen resulteert in slechtere technische en economische karakteristieken van het proces en maakt het noodzakelijk om synthesekolommen toe te passen met een groot reactievolume. Zo is bijvoorbeeld de apparatuur voor het bereiden 20 van ureum met een vloeistofrecirculatie bij een molaire verhouding van ^0:002 (W) in het mengsel van de reagerende stoffen bij de toevoer van de kolom 0,7 tot 1,0; X = 60-64% en G = 300-400 kg/m^ uur.

De noodzaak voor het ontwikkelen van mogelijkheden voor het verhogen van de G-waarde wordt door verschillende factoren bepaald. Ten 25 eerste wordt tegenwoordig gestreefd naar een hogere produktiviteit van de apparatuur voor het bereiden van ureum tot 2000-3000 ton/dag.

Deze waarde voor de produktie, waarbij rekening wordt gehouden met de bovenvermelde G-waarde, maakt het noodzakelijk om reactoren te ge-bruiken met een werkzaam volume van 200 tot 300 m . Los van het 30 kostenaspect met betrekking tot het vervaardigen van dergelijke reactors moet worden opgemerkt dat het vervaardigen van dergelijke hogedruk apparatuur met de bovenvermelde inhoud en het transport hiervan naar de plaats waar de reactor wordt gebruikt tamelijk moeilijk is. Verder geldt dat met een toeneming van de G-waarden 35 ten aanzien van de produktie-apparatuur voor ureum die hierna volgt _ _^1^— -3- 23030/Vk/mbi * .....» * * een voorwaarde is voor het verhogen van de af te voeren produkten zonder enige van belang zijnde kapitaalsinvestering.

Hierbij moet worden opgemerkt dat bij het grootste deel van de fabrieken voor het bereiden van ureum de synthese-reactoren holle 5 cylinders zijn. Omdat het systeem, verkregen bij de synthese van ureum: NH^ “ CO2 ~ 00(^2)2 “ H2O een tweefasen systeem is (vloeistof-gas) werken dergelijke holle reactoren onder omstandigheden van een lage intensiteit, nabij die van de ideale menging. Na intensivering van de werkwijze in dergelijke apparatuur kan de G-waarde slechts worden 10 verhoogd bij een gelijktijdige verlaging van de X-waarde en een hiermee corresponderende toeneming van het energieverbruik, hetgeen niet als doelmatig kan worden beschouwd. Er zijn werkwijzen bekend voor het· bereiden van ureum, waarbij, ter verhoging van de bewerkingseffectiviteit, thermodynamische factoren moeten worden geoptimaliseerd. Zodoende is 15 een werkwijze verkregen voor.het bereiden van ureum, bestaande uit de synthese hiervan in twee evenwijdig geplaatste zones met een toevoer ! aan de eerste zone van alleen vers NH^ en CO2» zodat in deze zone W ongeveer 0 is, terwijl de gerecirculeerde stoffen worden toegevoerd aan de tweede zone, waarbij W ongeveer 0,2 is (zie Brits octrooi 1.217.560). j 20 Aan de tweede zone wordt een mengsel toegevoerd van NH^ en CO2, gewonnen uit een waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat, na de rectificatie hiervan onder een druk die gelijk is aan die in de tweede zone voor de synthese van ureum. Bij deze werkwijze bij relatief lage waarden voor G (tussen 350 en 450 kg/m^ .uur) kunnen waarden voor X worden bereikt van 25 ongeveer 70%. Naast de lage G waarden is een van belang zijnd nadeel bij deze werkwijze het hoge energieverbruik door de zuivering van de waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat onder druk.

Een werkwijze en inrichting waarbij minder energie wordt verbruikt is een andere uitvoeringsvorm voor de bereiding van ureum in twee 30 evenwijdige zones zoals beschreven in het Amerikaanse octrooi 3.091.673.

Bij deze werkwijze wordt de synthese uitgevoerd in de eerste zone op zodanige wijze dat alleen verse NH^ en CO2 worden toegepast (te weten bij W=0) en bij een molaire verhouding tussen NH^ en CO2 (L) in het reactiemengsel van 4:1 tot 10:1, onder een druk die gelegen is tussen 35 140 en 420 ata en bij een temperatuur tussen 160 en 220 °C. De -4- 23030/Yk/mbi s ψ * waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat wordt alleen in de tweede zone van de ureumsyntb.ese uitgevoerd, waaraan verse NH^ en ΟΟ^ eveneens wordt toegevoerd. Deze werkwijze vereist een lager energieverbruik dan de eerder genoemde werkwijze, terwijl de 5 parameters voor G en X dicht gelegen zijn bij die van de eerder genoemde werkwijze.

De bekende werkwijze voor de bereiding van ureum, die het meest lijkt op die volgens de onderhavige werkwijze, is de synthese van ureum zoals beschreven in het Duitse octrooi 2.026*608, het 10 Franse octrooi 2.051.080 en het Britse octrooi 1.273*913·

Deze werkwijze voor het bereiden van ureum uit ammoniak en kooldioxide bij een verhoogde temperatuur en onder een hoge druk, wordt uitgevoerd in twee achtereenvolgende zones met het recirculeren van niet gereageerde verbindingen zodat de totale hoeveelheid 15 kooldioxide enten minste een deel van de ammoniak worden toegevoerd aan de eerste zone, aangegeven als de warmte-afvoerende zone.

De molaire verhouding tussen en CO^ (l) in deze zone is lager dan 4· Het .reactiemengsel uit de zone voor de warmteafvoer, wordt toegevoerd aan de twee zone, aangegeven als de zone waarin de 20 synthese van ureum plaatsheeft, waarbij de resterende hoeveelheid ammoniak eveneens wordt toegevoerd. De temperatuur in de zone voor de synthese van ureum wordt gehouden op een constant niveau door het instellen van de temperatuur en/of relatieve hoeveelheden ammoniak die worden toegevoerd aan de zone waarin warmte wordt 25 afgevoerd en de synthesezone voor ureum. De uitgevoerde werkwijze » in de eerste zone is in hoofdzaak de werkwijze voor de bereiding van ammoniumcarbamaat. Bij deze werkwijze wordt de temperatuur in de zone waarin de bereiding van ureum plaats heeft geregeld, zodat deze op een constant niveau wordt gehouden. Een nadeel 30 van detZc bakende werkwijze, evenals bij de eerder, besproken werkwijzen, bestaat hieruit, dat het niet mogelijk is om een aanzienlijke invloed uit te oefenen op de waarden van de parameters G en X.

35 % i « -5- 23030/Yk/mbi •

Bij de bekende werkwijzen voor de bereiding van ureum bedraagt de verblijftijd van de reagerende stoffen bij de synthese van ureum 30 tot 40 minuten en de gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel wordt gehouden op ongeveer 0,01 m/sec., 5 op basis van de overwegingen om metaal te besparen bij het vervaardigen van de reactoren.

Een van de doelstellingen volgens de uitvinding is de verhoging van de effectiviteit van de synthese, te weten een verhoging van de convertiegraad van COg tot het gewenste produkt en de 10 specifieke produktiviteit van het reactievolume van de synthese- zone, evenals het verlagen van het metaalverbruik en het verlagen j van de grootte van de apparatuur van de synthese-eenheid, evenals een verlaging van het energieverbruik voor het terugwinnen van de niet-gereageerde verbindingen uit de synthesesmelt en het recirculeren 15 hiervan naar de syntheses tap.

i

Om deze doelstelling te bereiken is het noodzakelijk om het probleem op te lossen ten aanzien van de keuze van de omstandigheden voor de synthese van ureum uit ammoniak en kooldioxide, zodat een maximaal gebruik wordt verzekerd van het reactievolume in de synthese-20 apparatuur en ter verkrijging van een maximale omzettingsgraad van COg tot ureum· De doelstelling volgens de uitvinding is bereikt door het toepassen van een werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxide, hieruit bestaande dat: a) de synthese van ureum uit de bovenvermelde uitgangsstoffen 25 plaatsheeft in twee opeenvolgende zones voor de ureumsynthese, waarbij in elke zone de temperatuur ten minste 160°0 is en de druk niet minder dan 140 ata, onder de vorming van een smelt van de bereide ureum, b) de afscheiding van de smelt van de bereide ureum door 30 destillatie hiervan onder vorming van een waterige oplossing van ureum en gasvormige stromen van ammoniak, kooldioxide en waterdamp, c) recirculatie van ammoniak en kooldioxide, afgescheiden in stap b) in gasvormige toestand of als waterige ammoniakoplossingen 35 van ammoniumcarbamaat naar de synthesestap van ureum, V i -6- 23030/Vk/mbi d) dehydratie van de ureumoplossing die is afgescheiden uit ammoniak en kooldioxide, gevolgd door omzetting van ureum in een vast produkt, welke werkwijze hierdoor wordt gekenmerkt, dat in de eerste synthesezone voor ureum de verblijftijd van het reactie-5 mengsel wordt gehouden op 0,5 tot 10 min. bij een gemiddelde lineaire snelheid hiervan van 0,11 tot 0,3 m/seo*

Bij een bewegingssnelheid van het reactiemengsel in de eerste synthesezone, lager dan 0,11 m/s, is het onmogelijk om stabiele omstandigheden te verzekeren voor een ideale verplaatsing 10 in deze zone. Om de waarden van de snelheid te handhaven boven 0,3 m/sec. is het noodzakelijk om een bepaald ontwerp voor de reactieapparatuur te gebruiken waarin de synthese plaatsheeft, waardoor een hoger me taal verbruik noodzakelijk is voor het vervaardigen van de reactor, hetgeen resulteert in een verlaagde effectiviteit van de werkwijze 15 als geheel.

Bij een verblijftijd van het reactiemengsel in de eerste zone voor de synthese lager dan 0,5 min. is de conversiegraad van de uitgangsstoffen laag en wordt de doelstelling volgens de uitvinding niet bereikt. Bij een verblijftijd van het reactiemengsel in deze 20 zone hoger dan 10 min., moet apparatuur worden toegepast van een zodanige grootte in de eerste zone, dat dit onredelijk groot wordt, hetgeen ook resulteert in een verlaagde effectiviteit van de werkwijze.

Het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding maakt 25 het moge lijk om de specifieke produktiviteit te verkrijgen ten aanzien van het reactievolume bij de synthese met een waarde van 1700-1800 kg/m^.uur, met een omzettingsgraad van kooldioxide tot ureum van 75-78/¾.

Volgens een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding wordt bij de 30 tweede van de twee opeenvolgende synthesezones de werkwijze uitgevoerd bij een temperatuur van 180-200°C onder een druk van 180-210 ata. De temperatuur en de druk in de eerste synthesezone kan afwijkend zijn. In de eerste synthesezone is het mogelijk om de druk gelijk te houden aan die van de waarden in de tweede 35 zone, zoals een druk van 180-210 ata en een temperatuur van 160- -7- 23030/Vk/mbi 210°C. De werkwijze volgens deze uitvoeringsvorm is eenvoudig en kan worden uitgevoerd met een laag energieverbruik.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt in de eerste zone voor de synthese de druk 5 gehouden boven de waarde in de tweede zone, te weten binnen een drukwaarde van 210-600 ata. en bij een temperatuur van 160-230°C. Daarbij zal door een niet significante toeneming van het energieverbruik geen additionele intensivering van de werkwijze in de eerste zone worden bereikt, wat resulteert in een kleiner volume 10 van de reactiezone en daarom in een verlaagd verbruik aan metaal voor het vervaardigen van de reactor.

In deze uitvoeringsvorm verdient het de voorkeur om enkele controlemaatregelen op te nemen voor de synthese van ureum, omdat de druk in de eerste synthesezone voor ureum wordt geregeld in 15 afhankelijkheid van de totale stroomsnelheid van de uitgangsstoffen en de gerecirculeerde stoffen die worden toegevoerd aan deze zone, terwijl de’ temperatuur in deze zone wordt geregeld in afhankelijkheid van de druk in deze zone· Deze controlemaatregelen maken het mogelijk om willekeurige variaties toe te passen van de stroom-20 snelheid van de reagentia, om een minimale druk te verkrijgen in de eerste zone en zodoende een zodanige temperatuur die noodzakelijk is voor de maximale intensivering van de werkwijze in deze zone, zodat een overmatig energieverbruik kan achterwege blijven voor het op verhoogde druk brengen van de reagerende stoffen.

25 Bij een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding worden de reagerende stoffen in de eerste synthesezone niet op een constante temperatuur gehouden, maar op een temperatuur die hoger wordt in afhankelijkheid van de lengte van de zone, zodat het toevoer-gedeelte van de zone een temperatuur van 160-170 °C heeft en de afvoer 30 van de zone een temperatuur van 190-230°C. Deze omstandigheden geven een additionele intensivering van de werkwijze in de eerste zone.

De volgende uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding hebben betrekking op de wijze van toevoer van de 35 reagerende stoffen aan de eerste en de tweede synthesezones.

y* t -8- 23030/Vk/mbi

Volgens een van deze uitvoeringsvormen worden alle reagentia» te weten ammoniak en kooldioxide waarvan wordt uitgegaan, evenals de gerecirculeerde stoffen, toegevoerd aan de eerste synthesezone van ureum, zodat een zo groot mogelijke interactie wordt verzekerd 5 van de hoeveelheden reagerende stoffen onder de versterkte procesomstandigheden.

Volgens een andere uitvoeringsvorm wordt ten minste 75f° van het kooldioxide waarvan wordt uitgegaan toegevoerd aan de tweede synthesezone, terwijl men de resterende hoeveelheid kooldioxide waarvan 10 wordt uitgegaan, ammoniak waarvan wordt uitgegaan en gerecirculeerde stoffen toevoert aan de eerste synthesezone. Deze verdeling van de reagentia maakt het mogelijk om het gehalte aan ureum te verhogen en het gehalte aan niet-gereageerde stoffen in de verkregen smelt van het bereide ureum dat wordt afgevoerd uit de synthese-15 zone te verminderen en zodoende het verbruik te verlagen aan energie voor het terugwinnen en re circuleren van de niet-gereageerde stoffen.

De bovenvermelde uitvoeringsvormen van de werkwijze volgens de uitvinding moeten niet worden opgevat als een beperking. Met 20 name is het mogelijk om in de tweede niet alleen kooldioxide toe te voeren, maar ook een deel van de ammoniak en gerecirculeerde stoffen. Verdere doelstellingen en voordelen van de werkwijze volgens de uitvinding zullen duidelijker worden uit de volgende, meer gedetailleerde beschrijving van de werkwijze voor de bereiding 25 van ureum, uit de voorbeelden en uit de toelichting ten aanzien van de bijgevoegde tekening, waarin: fig. 1 schematisch een blokschema is van de werkwijze voor de bereiding van ureum,uitgevoerd in twee achtereenvolgende zones, waarbij de toevoer van alle reagentie plaatsheeft aan de eerste 30 zone, fig. 2 schematisch een blokdiagram is van de werkwijze voor de bereiding van ureum, uitgevoerd in twee achtereenvolgende zones, waarbij de bewerkingstemperatuur en druk worden geregeld zoals aangegeven in deze fig. en 35 ----1 -9- 23030/Vk/mbi fig. 3 schematisch, een blokschema is van de werkwijze voor de bereiding van ureum, uitgevoerd in twee achtereenvolgende zones, met de toevoer van kooldioxide aan de tweede zone.

Met betrekking tot fig. 1 geldt dat aan de eerste synthese-5 zone ammoniak wordt toegevoerd via leiding 2, kooldioxide via leiding 3 en gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammonium-carbamaat via leiding 4·

De bereide ureumsmelt wordt af gevoerd uit de eerste zone 1 via leding 5 naar de tweede zone 6, van waaruit deze via leiding 10 7 wordt toegevoerd aan scheidingsstap 8, waarbij de scheiding plaatsheeft van de bereide ureumsmelt. In stap 8 waar de scheiding van de smelt plaatsheeft wordt een waterige ureumoplossing gewonnen door destillatie, samen met een gasstroom bestaande uit ammoniak, kooldioxide en waterdamp. Ammoniak en kooldioxide worden afgescheiden 15 in stap 8 in gasvormige toestand of als waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat en worden gerecirculeerd via leiding 4 naar de eerste 'synthesezone 1. De waterige ureumoplossing wordt via leiding 9 toegevoerd aan de dehydratiezone 10, waarbij water hieruit wordt verwijderd als damp, af gevoerd via leiding 11. De ge- j 20 dehydrateerde ureumsmelt wordt verder toegevoerd aan een verwerking, ter verkrijging van een vast produkt via leiding 12.

De afmetingen van de reactiezone 1 moeten zodanig worden gekozen dat de gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van de reagerende stoffen in deze zone is gelegen tussen 0,11 en 0,30 m/sec.

25 en dat de verblijftijd wordt gehouden op 0,5-10 min. Wanneer deze parameters worden gehouden binnen de bovenvermelde grenzen wordt het mogelijk om 'de hydrodynamische omstandigheden van de werkwijze te optimaliseren en nagenoeg zodanige omstandigheden te verkrijgen dat deze dicht zijn gelegen bij de ideale verplaatsing, 30 De omzetting van de uitgangsstoffen tot ureum heeft plaats bij een maximaal mogelijke snelheid, karakteristiek voor de beginperiode van de reactie voor de ureumsynthese, verkregen bij apparatuur met een ideale verplaatsing.

55 -10- 23030/Vk/mbi

Het is gebleken dat in een synthesereactor op laboratoriumschaal van een statisch model tijdens 0,5-10 min. onder isotherme omstandigheden een opbrengst aan ureum kan worden verkregen van 30-90$ van de waarde hiervan bij evenwicht. Dit feit is van juiste waarde ge-5" bleken bij de nabootsing hiervan op grote schaal. Bij een commerciële opzet voor de bereiding van ureum werd voor de synthesekolom met een inhoud van 31 m^ sen eerste reactor geplaatst met een inhoud 3 van 0,835 m , waarin de bewegingssnelheid van het reactiemengsel werd gehouden binnen een waarde van 0,15 tot 0,3 m/sec. ïïit 10 experimenten is gebleken dat bij een temperatuur van 176-185°C, onder een druk van 185-190 ata de waarde van L gelegen is tussen 2,54 en 3»35» van W tussen 0,49 en 0,88 en de waarde van X in deze eerste reactie gelijk is aan 20-45$» hetgeen volledig in overeenstemming is met de resultaten op laboratoriumschaal. De 15 waarde van 0 in de eerste zone is hoog, te weten 12.600 kg/m^.uur. Zodoende is een belangrijk en betrouwbaar bewijs verkregen van de doelmatigheid en de praktische effectiviteit van de werkwijze volgens de uitvinding, leidend tot een proces dat op grote schaal kan worden toegepast voor de bereiding van ureum in twee achtereen-20 volgende zones met een beperkte verblijftijd van het reactiemengsel in de eerste zone van 0,5 tot 10 min. en een gemiddelde lineaire bewegingssnelheid in deze zone van 0,11 tot 0,3 m/sec.

Door het handhaven van deze parameters binnen de bovenvermelde grenzen bevat het reactiemengsel bij de afvoer van de eerste zone 25 een in hoofdzaak homogene stroom, omdat de gewiohtshoeveelheid aan gas in dit mengsel zeer klein is. Dit geeft de mogelijkheid om de werkwijze uit te voeren onder zeer intensieve omstandigheden met betrekking tot de ideale verplaatsing, ook in de tweede synthese-zone. De verblijftijd van de reagerende stoffen in de tweede zone 30 wordt bepaald door de omzettingsgraad van kooldioxide, die dicht gelegen moet zijn bij de evenwichtswaarde. Afhankelijk van de f omzettingsgraad van CÖ^ tot ureum, die in de eerste zone wordt bereikt kan de noodzakelijke verblijftijd in de tweede zone worden gevarieerd binnen 10 tot 30 minuten. De lineaire bewegings-35 snelheid van de'reagerende stoffen in de tweede synthesezone is t -11- 23030/Vk/mbi niet van aanzienlijke invloed op de effectiviteit van de werkwijze.

De verblijftijd in de tweede ζοηφ, gekozen op basis van de bovenvermelde overwegingen bepaalt ondubbelzinnig het volume van deze zone. De grootte van de apparatuur voor het uitvoeren 5 van deze werkwijze wordt gekozen op basis van een minimaal metaalverbruik voor het vervaardigen van de apparatuur. Bij deze appratuur is de bewegingssnelheid van de reagerende stoffen gelegen op een niveau van 0,01 m/sec.} hoewel dit ook hoger kan zijn.

10 In de synthesezones 1 en 6 wordt een temperatuur gehandhaafd van ten minste 160°C en een druk van ten minste 140 ata.

In zone 1 verdient het de voorkeur om de temperatuur te houden tussen 160 en 230°C en de druk tussen 180 en 600 ata.

De keuze van de temperatuur en druk binnen de bovenvermelde grenzen 15 wordt bepaald op basis van overwegingen van praktisch gebruik. j i

In sommige' gevallen verdient het de voorkeur om deze parameters te houden op het gebruikelijke niveau, te weten een temperatuur tussen 160 en 210°C en een druk tussen 180 en 200 ata. In andere gevallen kan het de voorkeur verdienen om hogere temperaturen en 20 drukken te handhaven zoals een temperatuur tot 230°G en een druk tot 600 ata. De druk wordt op dit niveau ingesteld zodat bij de bepaalde temperatuur onder evenwichtsomstandigheden een nagenoeg volledige omzetting van de reagerende stoffen wordt verkregen tot de vloeibare fase. De bovengrens van de bovenvermelde druk, 25 te weten 600 ata komt overeen met de kritische temperatuur van ongeveer 235°C waarboven de omzetting van de reagerende stoffen tot de vloeibare stoffen onmogelijk is.

De temperatuur in de eerste synthesezone kan worden gehouden op een nagenoeg constante waarde over de lengte van deze zone.

30 Het verdient echter de voorkeur om een zodanige temperatuur in deze zone in te stellen dat deze hoger wordt over de -zonelengte op een zodanige wijze dat bij het invoergedeelte van de zone de temperatuur een waarde heeft van 160-170°C en bij het af voer-gedeelte van de'zone de temperatuur 190-230°0 is, afhankelijk 35 van de druk. Deze temperatuur bij het toevoergedeelte van de zone -12- 23030/Vk/mbi maakt het mogelijk om de gasvormige reagerende stoffen sterk te condenseren ter vorming van ammoniumcarbamaat. Bij een geleidelijke verhoging van de temperatuur zal de omzetting van ammoniumcarbamaat tot ureum ook worden verhoogd· Be ophoping 5 van ureum in de vloeibare fase versnelt een verdere conversie van de gasvormige stoffen tot de vloeibare fase· Tenslotte verzekert de maximale hoge temperatuur bij de afvoer van de synthesezone een significante conversiegraad van ammoniumcarbamaat tot ureum.

10 De temperatuur bij de toevoer van de eerste synthesezone op een niveau van 160-170°C kan autothermisch worden gehandhaafd door het instellen van corresponderende temperatuurwaarden van de uitgangsstoffen voordat deze worden toegevoerd aan deze zone. Wanneer de enthalpie van de uitgangsstoffen gelegen is 15 boven de waarde die is vereist voor het handhaven van de bovenvermelde temperatuur bij de toevoer van de eerste synthesezone wordt de temperatuur van 1é0-170°C gehandhaafd door het verwijderen •van de overmatige hoeveelheid warmte met behulp van een koelmiddel·

In de tweede synthesezone 6, bedoeld voor het beëindigen 20 van de werkwijze, verdient het de voorkeur om de procesparameters te handhaven op de meer conventionele waarden voor de synthese van ureum, te weten een temperatuur van ongeveer 180-200°C en een druk van 180-210 ata·

De temperatuur en de druk in de synthesezones 1 en 6 worden 25 gehandhaafd op de eerder vermelde waarden onder toepassing van conventionele maatregelen, te weten regelaars voor het regelen van de verhouding tussen ammoniak en kooldioxide en regelkleppen in de leidingen van de smelt van de bereide ureum.

Volgens fig. 2 wordt in de eerste synthesezone voor ureum 30 verse ammoniak toegevoerd via leiding 2, kooldioxide via leiding 3 en de gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammonium- carbamaat via leiding 4· Be smelt van de bereide ureum wordt toegevoerd uit de eerste zone 1 via leiding 5 naar de tweede zone 6, waarbij dit wordt toegevoerd via leiding 7 aan de 35 scheidingsstap 8 voor de bereide ureumsmelt. Bij stap 8 wordt -13- 23030/Tk/mbi . 1 uit de smelt van de bereide ureum door destillatie een waterige oplossing van ureum verkregen en gasstromen die worden gewonnen, bestaande uit ammoniak, kooldioxide en waterdamp, die worden onderworpen aan een absorptie-condensatie na een contact met 5 waterige absorptiemiddelen en gerecirculeerd als waterige i ammoniakoplossingen van ammoniumcarbamaat via leiding 4 naar de eerste synthesezone 1. De waterige oplossing van ureum uit stap 8 wordt via leiding 9 toegevoerd aan zone 10 voor de dehydradatie, waarbij water wordt verwijderd als damp, afgevoerd 10 via leiding 11. De gedehydrateerde ureumsmelt wordt via leiding 12 toegevoerd aan een verdere bewerkingseenheid ter verkrijging van een vast produkt*

De drukinstelling in de eerste zone 1 voor de synthese wordt uitgevoerd met behulp van een regelorgaan 13 dat een 15 klep 14 beïnvloedt. Het programma voor de drukregelaar 13 wordt ingesteld door de berekeningseenheid 15» waaraan signalen worden toegevoerd vanuit de flowmeters 16, 17 en 18, ter i berekening van de optimale druk in de eerste synthesezone 1.

De regeling van de temperatuur in de eerste synthesezone 1 wordt 20 bewerkstelligd door middel van een regelaar 19» die het signaal corrigeert dat wordt toegevoerd aan regelorgaan 20 voor de temperatuur van de vloeibare ammoniak die wordt toegevoerd aan de eerste synthesezone 1. Deze laatste varieert de toevoersnelheid van het verwarmingsmiddel (verwarming door stoom) met behulp van 25 een klep 21 via leiding 22 en een voorverwarmingsorgaan 23.

Het correctie signaal voor de temperatuurregelaar 19 wordt gevormd door een rekeneenheid 24 afhankelijk van de heersende drukwaarde in de apparatuur van de eerste synthesezone 1. Het stabiliseren van de druk in de apparatuur van de tweede synthese-30 zone 6 wordt bewerkstelligd met behulp van een regelorgaan 25 dat een klep 26 bekrachtigt. Het stabiliseren van de temperatuurs-omstandigheden in de tweede synthesezone 6 wordt uitgevoerd met behulp van een regelorgaan 27 dat de toevoersnelheid verandert van de vloeibare ammoniak via leiding 28 naar de tweede synthese-35 zone 6 door het bekrachtigen van een klep 29· -14- 23030/Yk/mbi

De rekeneenheden 15 en 24 vormen de outputsignalen die pro gramma-instructies geven voor de regelorganen 13 en 19 volgens de vergelijkingen voor de druk (ata) en de temperatuur (°C) weergegeven door de vergelijking: q n Q τ 5 I . 200 ♦ 350 [ΐ-ΘΧρ 0,0364 (57 ƒ waarbij: Qc0 en Q ^ de massasnelheden zijn voor de toevoer van ammoniak,^kooldioxide en een oplossing van ammonium-carbamaat aan de eerste synthesezone (t/uur) en V het re act ie volume is van de eerste synthesezone (m^) en 10 t - 158 + 15,446P - 2.691.

Bij het uitvoeren van de werkwijze volgens het schema weergegeven in fig· 2 werkt de procesregeling als volgt. Na ' variering van de toevoersnelheid van de reagentia aan de eerste synthesezone 1, zoals na de toeneming hiervan en de corresponderende 15 verlaging van de verblijftijd van het reactiemengsel in de zones 1 en 6 zal de omzettingsgraad van de stoffenmarvan wordt uitgegaan bij de afvoer van zone 6 beginnen te dalen. Het signaal van de toeneming van de toevoersnelheid afgeleid uit de flowmeters 16, 1J en 18 wordt toegevoerd aan de rekeneenheid 15» waardoor de waarde 20 van het eerst ingestelde command© aan de drukregelaar 13 in de eerste zone 1 wordt vergroot, waardoor de druk in zone 1 wordt verhoogd. Het signaal van de drukverhoging in zone 1 wordt toegevoerd aan de rekeneenheid 24, waardoor het eerst ingestelde commando aan de temperatuurregelaar 19 van de eerste zone 1 wordt 25 verhoogd, waardoor de temperatuur in de eerste synthesezone 1 wordt verhoogd door correctie van het commando aan het regelorgaan 20 voor de temperatuur van de vloeibare ammoniak, waardoor de stroomsnelheid van de verwarmde stoom aan de voorverwarmer 23 wordt vergroot. Door het verhogen van de temperatuur en de druk in de 30 eerste synthesezone 1 wordt de conversiegraad in deze zone verhoogd zodat de conversiegraad in de tweede zone 6 de evenwichts-waarde bereikt. Daarom nemen de temperatuur en druk toe in de eerste zone 1, hetgeen een compensatie is voor een mogelijke verlging van de,conversiegraad door een kortere verblijftijd 35 van het reactiemengsel in de synthese-eenheid te weten de ' .. & -15- 23030/vk/mbi zones 1 en 6 na het verhogen van de toevoersnelheid en dit verzekert een aanzienlijke toeneming van de specifieke produktiviteit van de synthese-eenheid. Op dezelfde wijze zal na het verlagen van de toevoersnelheid de druk en ,de temperatuur in de eerste synthese-5 zone 1 worden verlaagd tot het niveau waarbij de conversiegraad in de synthese op een waarde blijft nabij die van het evenwicht» hetgeen wordt bereikt door het verhogen van de verblijftijd van het reactiemengsel in de zones 1 en 6. Als resultaat van de verlaging van de temperatuur en druk in de eerste zone zal het ver-10 bruik aan energie voor het verwarmen en het verhogen van de druk van de uitgangsstoffen ook worden verminderd. Zodoende worden bij een lager to taal verbruik aan uitgangsstoffen de verlaagde temperatuur en druk vastgesteld in de eerste synthesezone. Bij het verhogen van het totale verbruik aan de uitgangsstoffen zullen de tempera-15 tuur en druk in de eerste synthesezone worden verhoogd.

Het produktiesohema zoals weergegeven in fig. 2 kan worden aangepast. Het signaal dat de variatie weergeeft van het totale verbruik aan uitgangsstoffen en gevormd door eenheid 15 kan gelijktijdig worden toegepast voor het corrigeren van de commando's 20 aan de drukregelaar 13 en de temperatuurregelaar 19· Het is ook mogelijk om dit signaal te gebruiken voor het corrigeren van het commando aan de temperatuurregelaar 19 en het commando aan de drukregelaar 13 kan worden gekoppeld, afhankelijk van de temperatuur, veranderd door regelorgaan 19· 25 Volgens het schema dat is weergegeven in fig. 3 wordt de werkwijze nagenoeg op dezelfde wijze uitgevoerd als aangegeven in fig. 1 onder toepassing van twee synthesezones 1 en 6, stap 8 voor het afscheiden van de smelt van het bereide ureum en stap 10 voor de dehydratatie van de ureumoplossing. Het verschil 30 bestaat hieruit dat een deel van de stoom (ten minste 75$) van kooldioxide waarvan wordt uitgegaan wordt toegevoerd via leiding 30 aan de tweede synthesezone 6, waarbij de overmaat aan warmte wordt verwijderd met behulp van een warmtewisselorgaan 31· In deze uitvoeringsvorm is een voeler 32 aangebraoht voor 35 het meten van de temperatuur in zone 1, welke voeler is verbonden

-16- 23030/Vk/mM

met een regelklep 34 in leiding 3> voor de CO^-toevoer aan zone 1.

Indien de temperatuur in de eerste synthesezone 1 de tevoren bepaalde waarde overschrijdt wordt na het signaal uit sensor 32 door regelorgaan 33 de mate van opening van klep 34 in leiding 3 5 voor de CO^-toevoer verlaagd en zodoende de temperatuur in de synthesezone 1 verlaagd. Wanneer de temperatuur in synthesezone 1 lager is dan de tevoren bepaalde waarde zal na het signaal uit sensor 32 regelorgaan 33 de mate van opening van klep 34 vergroten, waardoor de stroomsnelheid van CO^ via leiding 3 zal 10 worden verhoogd en de temperatuur zal tot de normale waarde terugkeren.

Bij deze uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding in de eerste synthesezone wordt een overmaat aan gehandhaafd, hetgeen verantwoordelijk is voor een hoge mate van conversie van 15 COg. In de tweede synthesezne 6 is de molaire verhouding tot ΟΟ^ (in alle vormen) nabij de stoechiometrische waarde door de toevoer van kooldioxide. In deze zone 6 is een kleine overmaat aan CO^ toegestaan omdat gebleken is dat bij speciale onderzoekingen bij een verhoging van de CO^-overmaat (tot een bepaalde grens) 20 de conversie van tot ureum wordt verhoogd. In de tweede synthesezone 6 wordt de warmte voor het oplossen van COg in de smelt van het bereide ureum afgevoerd en een additionele hoeveelheid ureum wordt gevormd. Hierdoor wordt de conversiegraad van de hoeveelheid ammoniak die aanwezig is in de eerste zone 1 ver-25 hoogd. Zodoende heeft de smelt van het bereide ureum bij de afvoer van de tweede synthesezone 6 een hoog gehalte aan ureum, hetgeen wijst op een verhoogde omzetting van de uitgangsstoffen tot het gewenste produkt. Hierdoor wordt een verlaagd verbruik verkregen aan energie voor het terugwinnen van de niet-gereageerde stoffen 30 uit de smelt van het bereide ureum en voor het recirculeren naar de syntheses tap.

Be stroom van de niet-gereageerde stoffen na het terugwinnen hiervan uit de smelt van het bereide ureum wordt gere-circuleerd naar de eerste synthesezone 1 via leiding 4 in, gas— 35 vormige of vloeibare toestand. In het laatste geval kan een -17- 23030/vk/mbi gebrek aan warmte worden opgemerkt in de eerste synthesezone 1.

Om dit tekort op te heffen wordt, zoals hierboven is vermeld, de toevoer van een deel van de C0o uitgevoerd via leiding 3 aan deze zone. De hoeveelheid COg toegevoerd aan de eerste synthese-5 zone 1 wordt ingesteld door het handhaven van de tevoren bepaalde temperatuur in deze zone met behulp van regelorgaan 33 en klep 34·

Hierbij moeten de additionele voordelen worden onderstreept met betrekking tot de uitvoeringsvorm volgens de uitvinding. Ten eerste is in de smelt van het bereide ureum, afgevoerd voor een 10 verdere bewerking uit de tweede synthesezone 6, de verhouding HH^iCOg nabij de stoechiometrische waarde of zelfs is een kleine overmaat 00^ aanwezig. Dit vergemakkelijkt de zelf-strippende werking van de smelt, te weten een destillatieprooede, dat vergelijkbaar is met een stripbewerking van de niet-gereageerde 15 stoffen in een CO^-stroom. Het voordeel van de zelf-strippende werking bestaat hieruit, dat het niet noodzakelijk is om speciale ! apparatuur te gebruiken van een ingewikkeld ontwerp voor destillatie-apparatuur, waardoor een strikt gelijkmatige verdeling wordt verkregen van gasvormig CO^ binnen de vloeistof. Ten tweede zal 20 bij het reoirculeren van de niet-gereageerde stoffen via leiding 4 door adiabatische saraendrukking van het gasmengsel de toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding het mogelijk maken om de compressietemperatuur van de gerecirculeerde gassen te verlagen, hetgeen hoger is naarmate de concentratie van ÏÏH^ 25 in een mengsel met CO^ hoger is. De verlaging van de vereiste compressietemperatuur vereenvoudigt het probleem bij het vervaardigen van een hiervoor noodzakelijke compressie-eenheid en verlaagt de produktiekosten hiervan.

De bewerkingstemperatuur en druk in beide synthesezönes 30 kunnen gelijk worden gesteld als bij de werkwijze die wordt uitgevoerd in het produktieschema zoals wordt weergegeven in fig. 1. De doelmatige verhouding NH^rCO,, in de eerste synthesezone 1 is niet beperkt en kan worden gekozen op basis van gebruikelijke berekeningen voor het minimale energieverbruik 35 -18- 23030/Vk/mbi afhankelijk van de gevolgde werkwijze voor het destilleren van de smelt van het bereide ureum en organen voor het recirculeren van de niet-gereageerde stoffen. De verhouding HH^rCO^ in de tweede synthesezone 6 wordt bepaald door de 5 waarde van deze verhouding in de synthese smelt uit de eerste zone 1, evenals door de stroom kooldioxide die geheel of gedeeltelijk wordt toegevoerd aan de tweede zone 6. Als resultaat hiervan kan in de tweede zone 6 een bepaalde overmaat GOg worden gevormd. Hoe hoger deze overmaat is, hoe 10 gunstiger de omstandigheden zullen zijn die worden verkregen voor de zelfstippende bewerking. Tenslotte worden de verhoudings-waarden HH^iCO^ in de beide synthesezones 1 en 6 automatisch geregeld ten opzichte van de temperatuur die wordt gehandhaafd op het tevoren bepaalde niveau in de eerste synthesezone 1.

15 De voordelen volgens de werkwijze van de uitvinding zullen duidelijker worden op basis van de volgende voorbeelden voor het uitvoeren van de werkwijzen met behulp van de apparatuur zoals weergegeven in de schema’s van de tekening. In de voorbeelden zijn de hoeveelheden van de stromen en de componenten uitgedrukt 20 in kg/uur.

Voorbeeld I

Zoals weergegeven in fig. 1 wordt aan de eerste synthesezone 1 met een reactievolume van 0,76 m^ via leiding 2 30.897 kg/uur ammoniak toegevoerd en via leiding 3 17*600 kg/uur kooldioxide 25 en via leiding 4 22.811 kg/uur gerecirculeerde waterige ammoniak-oplossing van ammoniumcarbamaat (bevattende 9.103 8.282 CO^, 3*308 ureum en 2.118 water). De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 195 ata en bij een temperatuur van 190°C. De gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel is 30 0,3 m/s en de verblijftijd hiervan is 0,5 min. Onder deze omstandigheden is de conversiegraad van 00^ in de eerste zone 1 35de specifieke produktiviteit van het reactievolume is 16.347 kg/m^ uur.

35 » - * -19- 23030/Vk/mbi

De stroom die -wordt afgevoerd via leiding 5 uit de eerste reactiezone 1 naar de tweede reactiezone 6 bevat 3300 ΛΉ-, 16.823 CO^j 15-661 00(3^2)2^ 5*824 water (totale hoeveelheid van de componenten is 71*508 kg/uur). De procesparameters in de 5 tweede sone 6 zijn: druk 195 ata, temperatuur 190°C, gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel 0,011 m/s en verblijftijd 15 min. Het volume van de reactor van de tweede 3 zone is 22,7 m *

Uit de tweede zone 6 wordt de bereide ureum afgevoerd via 10 leiding 7» waarbij het HH^-gehalte 26.4ΟΟ is, C02 8.282, C0(nH2)2 is 27*308 en het HgO-gehalte is 9*318. De conversiegraad aan.

002 in de tweede zone 6 is 68$, de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de tweede zone 6 is 5M kg/m^.uur en de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de twee zones 15 1 en 6 is 1.024 kg/m^.uur.

De smelt van de bereide ureum wordt toegevoerd via leiding 7 aan de scheidingsstap 8, waarbij door destillatie een waterige oplossing van ureum en niet-gereageerd NII^ en CO2 worden teruggewonnen. Deze laatste componenten worden onderworpen aan adsorptie-20 condensatie onder de vorming van een waterige ammoniak-oplossing van ammoniumcarbamaat die via leiding 4 wordt gerecirculeerd naar reactiesone 1. De waterige oplossing van ureum, bereid bij stap 8, wordt toegevoerd via leiding 9 aan de dehydratiezone 10, waarbij de oplossing wordt gedehydrateerd ter winning van water, dat 25 wordt gespuid in de atmosfeer als waterdamp via leiding 11.

Zodoende wordt een geconcentreerde oplossing van ureum gevormd, die via leiding 12 wordt afgevoerd ter verdere bewerking tot een vast produkt.

Voorbeeld 2 (ter vergelijking) 30 In dit voorbeeld dat dient ter vergelijking met voor beeld I en andere voorbeelden, wordt een synthese-eenheid beschreven bestaande uit een enkelvoudige zone, welk voorbeeld buiten de beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding valt.

35 -20- 23030/Vk/mbi 3

Aan een synthesekolom met een reactievolume van 71»5 m worden toegevoerd 31·θ6θ ammoniak, 17*600 kooldioxide en aan gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat een hoeveelheid van 29*220 (bevattende II.440 NH^, 9,900 C02 5 en 7*880 water). De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 195 ata en bij een temperatuur van 190°C. De gemiddelde bewegingssnelheid van het reactiemengsel is 0,01 m/s, de verblijftijd 44*1 minuten en onder deze omstandigheden is de omzettingsgraad aan CO 64$» de specifieke produktivitext van 10 het reactievolume is 336 kg/m .uur.

Voorbeeld Hl

Zoals aangegeven in fig, 1 wordt aan de eerste synthese- 3 zone 1 met een reactievolume van 1,5 m toegevoerd via leiding 2 31*710 ammoniak, via leiding 3 17*600 kooldioxide, via leiding 4 15 29*500 gereoirouleerde waterige ammoniakoplossing van ammonium- carbamaat (bevattende 11.800 NH^, 8.590 C02 en 9.110 water), De werkwijze wordt uitgevoerd on een druk van 195 ata en bij een temperatuur van 178°C, waarbij de gemiddelde lineaire bewegings-snelheid van het reactiemengsel 0,12 m/s is en de verblijftijd 20 0,9 min. Onder deze omstandigheden is de conversiegraad van C02 in zone 1 25*9$ en de specifieke produktiviteit van het reactie volume 6.167 kg/m^.uur.

De stroom die wordt afgevoerd via leiding 5 uit de eerste zone 1 naar de tweede zone 6 voor de synthese bevat 38.270 NH^, 25 19*410 C02, 9*250 C0(WÏÏ2)2, 11.880 HgO, waarbij de totale hoeveel heid 78*810 is. De procesparameters in de tweede zone 6 zijn de volgende: druk 195 ata, temperatuur 192°C, gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel 0,016 m/s, verblijftijd 26,3 minuten.

30 Het volume van de tweede zone 6 is 41*2 m^. Uit zone 6 wordt via leiding 7 de smelt af gevoerd van het bereide ureum, waarbij aanwezig is 29*910 M^, 8.590 COg, 24.000 C0(HH2)2, '16.3IO HgO, waarbij de totale hoeveelheid 78.810 is. De omzettingsgraad van COg in de tweede zone 6 is 68$, de specifieke produktiviteit 35 van het reactievolume van de tweede zone 6 is 358 kg/m^.uur, -21- 23030/Vk/mbi en de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de twee zones 1 en 6 is 562 kg/m^.uur.

De smelt van het bereide ureum, afgevoerd via leiding 7» wordt in dit voorbeeld bewerkt en in alle verdere voorbeelden 5 op een wijze die vergelijkbaar is als beschreven in voorbeeld I.

Voorbeeld IV

Zoals weergegeven in fig· 1 wordt aan de eerste synthesezone 1 met een reactievolume van 1,5 ^ toegevoerd via leiding 2 30.897 ammoniak, via leiding 3 17*600 kooldioxide en via leiding 10 4 22.811 gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat (bevattende 9.103 ÏTH^» 8.282 00^, 3*308 ureum en 2.118 L0), De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 570 ata» bij een temperatuur van 230 C, waarbij de lineaire . bewegingssnelheid van het reactiemengsel 0,17 m/s is, bij een ! 15 verblijftijd van 1 minuut. Onder deze omstandigheden is de omzettings-graad van 00^ in de eerste zone 60,5$ en de specifieke produktiviteit van het reactievolume 14*127 kg/m^.uur.

Via leiding»5 wordt uit de eerste synthesezone 1 afgevoerd naar de tweede synthesezone 6 een stroom van de smelt die 20 29.9ΟΟ HH , 10.223 C02, 24*661 C0(NH2)2 en 8.524 water bevat, overeenkomende met een totale hoeveelheid van 71.308. De procesparameters in de tweede synthesezone 6 zijn de volgende: druk 200 ata, temperatuur 190°C, gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel 0,02 m/s en de verblijftijd z 25 is 8,3 min. Het volume van de tweede synthesezone 6 is 12,5 “ · ïïit de zone 6 wordt een smelt afgevoerd via leiding 7 die bevat 26.4ΟΟ ÏÏH , 8.282 C02, 27.308 C0(M2)2 en 9.318 water. De conversie-graad van CO^ is 68$. De specifieke produktiviteit van het reactievolume van de tweede zone 6 is 211 kg/m^.uur en de specifieke 30 produktiviteit van het reactievolume van de twee zones 1 en 6 is 1.707 kg/m^.uur.

Voorbeeld V

Volgens het schema vermeld in fig. 1 wordt aan de eerste synthesezone 1 met een reactievolume van 1,5 m^ via leiding 2 35 toegevoerd 30.897 ammoniak, via leiding 3 17*600 kooldioxide en • <k -22- 23030/Vk/mbi via leiding 4 gerecirculeerde -waterige ammoniakoplossing van ammo-niumcarbamaat in een hoeveelheid van 22*811 (bevattende 9· 103 , 8*282 3-308 ureum en 2.118 water). De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 380 ata en bij een temperatuur 5 van 220°C. De gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel is 0,17 m/s en de verblijftijd is 1 min. Onder deze omstandigheden is de omzetting in de eerste synthesezone 1 58,5/o en de specifieke produktiviteit van het reactievolume is 13.660 kg/m^ .uur.

10 Dit de eerste synthesezone wordt via leiding 5 een stroom §fgevoerd van de smelt in de hoeveelheid van 71-308 en deze bevat 28.300 NH^, 10.741 C02, 23.995 C0(HH2)2 en 8.312 H20 en deze stroom wordt toegevoerd aan de tweede zone 6. De procesparameters in de tweede synthesezone 6 zijn: druk 200 ata, 15 temperatuur 190°C, gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel 0,018 m/s, en verblijftijd 9 min. De inhoud van de tweede synthesezone 6 is 13,6 m^. Uit zone 6 wordt een smelt afgevoerd via leiding 7» welke smelt 26.400 NH^, 8.282 C02, 27.308 C0(HH2)2 en 9*318 H20 bevat. De conversiegraad van co? 20 is 68/, de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de tweede synthesezone 6 is 246 kg/m^.uur en de specifieke produktiviteit van het reactievolume van het gehele synthese-systeem, te weten van de twee zones 1 en 6, is 1.585 kg/ra^.uur.

Voorbeeld VI

25 Als weergegeven in fig. 1, wordt aan de eerste synthesezone 1 met een reactievolume van 1,5 via leiding 2 toë'gevoerd 30.897 ammoniak, via leiding 3 wordt 17.600 C02 toegevoerd en via leiding 4 een gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammonium- carbamaat van 22.811 en deze bevat 9-103 NH_, 8.282 CO , 3.308 ✓ * 30 ureum en 2.118 water. De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 250 ata bij een temperatuur van 215°C. De gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel is 0,17 m/s. bij een verblijftijd van 1 minuut. Onder deze omstandigheden is de omzettingsgraad van C02 57*5Z» de specifieke produktiviteit 35 van het reactievolume 13.426 kg/m^.uur.

a -r -23- 23030/Vk/mbi Ïïit de eerste synthese zone 1 wordt via leiding 5 een stroom afgevoerd van de smelt in een hoeveelheid van 71 «308» die 28.500 NH^, 11.000 CO^f 23.602 0θ(ΐ®2)2 en 8.206 water bevat. De procesparameters in de tweede synthesezone 6 zijn een druk van 200 ata, 5 een temperatuur van 190°C, een gemiddelde lineaire bewegings- snelheid van het reactiemengsel van 0,017 m/s en een verblijftijd van 10 minuten. De inhoud van de tweede zone 6 is 15,1 m^. ïïit de synthesezone 6 wordt via leiding 7 een smelt afgevoerd die 26.400 HHj, 8.282 C02, 27.308 Goeiig en 9.318 water bevat.

10 De conversiegraad van COis 68$, de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de tweede synthesezone 6 is 245 kg/m?.uur en de specifieke produktiviteit van het reactievolume in de twee synthesezones 1 en 6 is 1.443 kg/m^.uur.

Voorbeeld VU

15 Volgens het schema weergegeven in fig. 1 wordt aan de eerste x synthesezone 1 met een reactievolume van 1,95 ® via leiding 2 ! ammoniak toegevoerd in de hoeveelheid van 40.200, via leiding 3 m * kooldioxide in de hoeveelheid van 22.900 en via leiding 4 een gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat 20 in de hoeveelheid van 29.600, welke oplossing 11.800 NH^, 10.800 COg, 4.3ΟΟ ureum en 2.700 water bevat. De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 460 ata. De temperatuur van het reactiemengsel bij de toevoer van de eerste synthesezone 1 is 170°C, en bij de afvoer hiervan is de temperatuur gelijk aan 230°C (door 25 additioneel verwarmen), waarbij de gemiddelde lineaire bewegings-snelheid van het reactiemengsel 0,17 m/s is en de verblijftijd hiervan is 1 minuut. Onder deze omstandigheden is in de eerste synthesezone 1 de orazettingsgraad aan C02 60,5$ en de specifieke produktiviteit van het reactievolume is 14.100 k-g/m^.uur.

30 ïïit de eerste reactiezone 1 wordt aan de tweede synthesezone 6 via leiding 5 een stroom van de smelt toegevoerd die 36.300 lïH^, I3.3OO C02, 32.000 C0(ïïH2)2 en 11.100 water bevat, waarbij de totale hoeveelheid 92.700 is. De procesparameters in de tweede synthesezone 6 geven een druk van 200 ata, een temperatuur van 35 190°C, een gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactie- % -24- 23030/Vk/mbi mengsel van' 0,02 m/s en een verblijftijd van 8,3 min. De inhoud van de tweede synthesezone 6 is 16,3 m^. Uit de synthesezone 6 wordt een smelt afgevoerd via leiding 7 dia 34*300 10.800 ΟΟ^, 35*500 CO^Hg^ en. 12.100 water bevat. De conversiegraad 5 aan CO^ is 68$ en de specifieke produktiviteit van het reactie- volume van de tweede synthesezone 6 is 210 kg/m^.uur. De specifieke produktiviteit van het reactievolume in de twee zones 1 en 6 is gelijk aan 1.710 kg/m^.uur.

Voorbeeld VIII

10 Zoals weergegeven in fig. 1 wordt aan de eerste synthesezone 3 1 met het reactievolume van 1,95 m toegevoerd via leiding 2 ammoniak in een hoeveelheid van 40.200, via leiding 3 kooldioxide in een hoeveelheid van 22.$00 en via leiding 4 gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat in een hoeveel-15 heid van 29*600, die 11.800 NH^, 1P.800 00^, 4*300 ureum en 2.700 water bevat. De werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 320 ata. De temperatuur van het reactiemengsel bij de toevoer van de eerste synthesezone 1 is 165°C en bij de afvoer van de eerste zone 220°C (door additionele verwarming), waarbij de gemiddelde 20 lineaire bewegingssnelheid van het reactiemengsel 0,17 m/s is en de verblijftijd hierin 1 minuut. Onder deze omstandigheden is de conversiegraad van CO in synthesezone 1 58,5$ en de specifieke produktiviteit van het reactievolume 13*700 kg/m.uur.

Uit de eerste synthesezone 1 wordt via leiding 5 aan de 25 tweede zone 6 een smeltstroom toegevoerd die 36.800 14.ΟΟΟ 00«>, 31.100 00(1^2)2 en 10.800 water bevat, waarbij de totale hoeveelheid van de smelt 92.700 is. De procesparamters in de tweede synthesezone 6 zijn: een druk van 200 ata, een tempera tuur van 190°C, een gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het reactie- 30 mengsel van 0,018 m/sec., waarbij de verblijftijd 9 min. is.

3

Het volume van de tweede zone 6 is 17»7 m · Uit de tweede synthesezone 6 wordt via leiding 7 een smelt afgevoerd die 34*300 NH^, 10.800 COg, 35*500 ureum en 12.100 water bevat. De conversie van C02 is 68$, de 'specifieke produktiviteit van het reactievolume 35 van de twwede synthesezone 6 is 250 kg/m^.uur en dé specifieke • - ' -25- 23030/Vk/mbx produktiviteit van het reactievolume in de beide zones 1 en 6 is gelijk aan 1.590 kg/m^.uur.

Voorbeeld ιχ

Volgens het schema weergegeven in fig. 1 wordt aan de 5 eerste synthesezone 1 met een reactievolume van 1,95 ^ toegevoerd via leiding 2 ammoniak in de hoeveelheid van 40.200, via leiding 3 00^ in een hoeveelheid van 22.900 en via leiding 4 gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat in een hoeveelheid van 29.600 en deze bevat 11.800 NH^, 10.800 10 CO^, ^»300 ureum en 2.700 water. Be werkwijze wordt uitgevoerd onder een druk van 210 ata. Be temperatuur van het reactiemengsel bij de toevoer van de eerste synthesezone 1 is 160°C en bij de afvoer van deze zone is de temperatuur 195°0, door additioneel verwarmen. Be gemiddelde lineaire bewegingssnelheid van het 15 reactiemengsel is 0,17 m/s en de verblijftijd van het reactiemengsel in de eerste synthesezone 1 is 1 minuut.. Onder deze omstandigheden is de omzettingsgraad van CO^ in zone 1 45,5$ en de specifieke produktiviteit van het reactievolume van zone 1 is 10.600 kg/m^.uur. Uit de eerste synthesezone 1 wordt via 20 leiding 5 aan de tweede synthesezone 6 een stroom afgevoerd van een smelt in de hoeveelheid van 92.700 en deze bevat 39*900 JfH^, 18.000 COg, 25.600 ureum en 9*200 water. Be procesparameters in de tweede synthesezone 6 zijn een druk van 210 ata, een temperatuur van 190°C, een gemiddelde lineaire bewegingssnelheid 25 van het reactiemengsel van 0,017 m/s en een verblijftijd van het reactiemengsel in de tweede synthesezone 6 van 13,8 min.

7

De inhoud van de tweede zone 6 is 25,9 m · Uit de tweede synthesezone 6 wordt een smelt afgevoerd via leiding 7 en deze bevat 10.800 COj» 34*300 35*500 ureum en 12.100 water. Be omzettingsgraad van CO^ 30 is 68$, de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de tweede synthesezone 6 is 380 kg/m^.uur en de specifieke produktiviteit van het reactievolume van de twee zones 1 en 6 is 1.120 kg/m^.uur» 35 J « -26- 23030/Vk/mbi

Voorbeeld X

De werkwijze wordt uitgevoerd volgens een schema weergegeven in fig. 1 op een wijze die vergelijkbaar is met die beschreven in voorbeeld VII, behalve dat de bewegingssnelheid van het reactie-5 mengsel in de synthesezone 1 0,3 m/s bedraagt (in dit geval is de diameter van de apparatuur van de eerste zone 1 een factor 1,3 kleiner). De conversiegraad van CO,, tot het produkt en de waarden van de specifieke produktiviteit van de reactiezones zijn vergelijkbaar met de waarden die zijn aangegeven in voorbeeld VII.

10 Voorbeeld XI

Volgens het schema weergegeven in fig. 3 wordt aan de eerste synthesezone 1 met een temperatuur van 197°C en een druk van 25Ο ata toegevoerd via leiding 2 vloeibare ammoniak in een hoeveelheid van 119,2, via leiding 4 399,8 gerecirculeerde 15 waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat die 167,8 KH^, 172,5 C02, 28 ureum en 31,5 water bevat. Klep 34 wordt volledig gesloten,·zodat geen cOj toevoer via leiding 3 plaatsheeft. ïïit de eerste synthesezone 1 wordt aan de tweede zone 6 via leiding 5 toegevoerd 519 synthesesmelt, die 194,3 NH^, 52,5 C02, 191,6 20 ureum en 80,6 water bevat. De verhouding tussen de totale hoeveelheid ureum (191,6) en de totale hoeveelheid CO2 in alle vormen (met inbegrip van 52,5 niet-omgezette CO^ tot ureum) in de synthesesmelt komt overeen met de conversiegraad aan CO^ die gelijk is aan 73$· Ervan uitgaande dat 28 kg/uur ureum 25 toegevoerd aan zone 1 met de stroam van gerecirculeerde middelen niet wordt meegeteld,is de omzettingsgraad aan CO^ gelijk aan 69,6$.

In de tweede synthesezone 6, waarin de werkwijze wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 190 °C en bij 30 een druk van 250 ata, wordt via de smelt uit de eerste zone 1 toegevoerd 154,2 kg/uur kooldioxide via leiding 30. Uit de tweede zone 6 wordt via leiding 7 voor verdere bewerking afgevoerd 673,3 synthesesmelt, die 167,9 172,5 COg, 238,3 ureum en 94,6 water bevat. Zonder rekening te houden met 28 kg/uur 35 gereoirculeerdë ureum is de conversiegraad van CO,,, toegevoerd ' -27- 23030/Vk/mbi aan de eerste synthesezone, gelijk aan 74,6$.

Voorbeeld XII

Volgens het schema weergegeven in fig.3 wordt aan de eerste synthesezone 1 die werkt bij een temperatuur van 197°0 5 onder een druk van 250 ata via leiding 2, 119»2 vloeibare ammoniak, via leiding 4 399»8 gerecirculeerde waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat die 167»8 172,5 00^, 28 ureum en 31 »5 water bevat. Om de temperatuur in de eerste zone te houden op een tevoren bepaalde waarde van 197°^» in afhankelijkheid van het 10 signaal uit sensor 32, wordt met behulp van regelorgaan 33 de klep 34 enigszins open gehouden, terwijl via leiding 3 aan de eerste synthesezone 1 34,2 00^ wordt toegevoerd. Uit zone· 1 wordt aan de tweede synthesezone 6 via leiding 5 afgevoerd 553,2 synthesesmelt die 194,3 ammoniak, 86,7 COg, 191,6 ureum en 80,6 15 water bevat.

Aan de tweede synthesezone 6, waarbij de werkwijze wordt uitgevoerd bij een ‘temperatuur van 190°C onder een druk van 25Ο ata wordt 120 COg toegevoerd via leiding 30, samen met de synthesesmelt uit de eerste synthesezone 1. Via leiding 7 20 wordt uit de tweede synthesezone 6 afgevoerd voor het bewerkstelligen van de scheiding, dehydratatie en verdere bewerking 673.3 synthesesmelt, die 167,9 172,5 00^, 238,3 ureum en 94,6 water bevat.

Voorbeeld XIII

25 Volgens het schema weergegeven in fig. 3 wordt aan de eerste synthesezone 1 die werkt bij een temperatuur van 205°C onder een druk van 375 ata toegevoerd via leiding 2 268,6 vloeibare ammoniak, via leiding 4 815,4 gerecirculeerde stoffen die 411.4 ammoniak en 440,0 GO^ bevatten. Klep 34 wordt volledig 30 gesloten, zodat geen GO^ wordt toegevoerd via leiding 3· Dit de eerste synthesezone 1 wordt aan de tweede zone 6 via leiding 5 een synthesesmelt af gevoerd die 428,4 114,4 CO^, 44¾ en 133,2 water bevat. Be totale hoeveelheid van deze smelt is 1120. De conversie graad van CO,, in de eerste synthesezone 1 is 35 74$· Aan de tweede synthesezone 6, waarin de werkwijze wordt * ϊ ^ -28- 23030/Vk/mbi uitgevoerd bij een temperatuur van 190°C onder een druk van 375 ata wordt samen met de synthesesmelt uit de eerste synthesezone 1 via leiding 30 toegevoerd 347»6 kooldioxide· Via leiding 7 wordt uit de tweede synthesezone afgevoerd ter verdere bewerking 5 een synthesesmelt die 411,4 M^, 440,0 CO,,, 474 C0(lH2)2 en 142,2 water bevat, waarbij de totale hoeveelheid van de smelt 1.467,6 bedraagt. De conversiegraad van COg, toegevoerd aan de eerste synthesezone 1 is 79$·

Voorbeeld XIV

10 Zoals weergegeven in fig. 3 wordt aan de eerste synthesezone 1 die werkt bij een temperatuur van 185°C onder een druk van 185 ata via leiding 2 toegevoerd 221 vloeibare ammoniak, via leiding 4. een waterige ammoniakoplossing van ammoniumcarbamaat in een hoeveelheid van 922, welke oplossing 374 440 COg en 108 15 water bevat. Klep 34 is volledig gesloten, zodat geen COg wordt toegevoerd via leiding 3· Uit de eerste zone 1 wordt aan de tweede· zone 6 via leiding 5 een synthesesmelt afgevoerd in een hoeveelheid van 1.143, die bevat 391 NH^, 176 COg, 360 ureum en 216 water.

De omzettingsgraad van C02 in de eerste synthesezone 1 is 60$.

20 Aan de tweede synthese© ne 6 bij een temperatuur van 165°C en een druk van 185 ata wordt samen met de smelt uit de eerste zone 1 via leiding 30 286 C02 toegevoerd. Via leiding 7 wordt uit de tweede synthesezone 6 een synthesesmelt afgevoerd voor verdere bewerking die 374 NH^, 440 COg, 39Ο C0(NH2)2 en 225 water bevat, 25 waarbij de totale hoeveelheid 1.429 is· De conversiegraad van CÖ2, toegevoerd aan de eerste zone is gelijk aan 65$·

Uit de bovenvermelde voorbeelden volgt dat bij de werkwijze volgens de uitvinding het mogelijk is om de specifieke produktiviteit van de synthese-eenheid voor ureum met een factor 1,5 tot 3 te 30 verhogen met gelijktijdig een verhoogde conversiegraad. Dit geeft ruime mogelijkheden voor het verlagen van het metaalver-bruik en een lagere investering voor de synthese. Wanneer de -29- 23030/Vk/mbi werkwijze wordt toegepast op bestaande fabrieken maakt de onderhavige uitvinding het mogelijk om deze werkwijze te intensiveren, om de produktiviteit te verhogen en de kostprijs van de verkregen produkten te verlagen.

5 i conclusies *

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van ureum uit ammoniak en kooldioxide door: a) ureum te bereiden uit de uitgangsstoffen in twee 5 opeenvolgende zones in de ureumsynthese, waarbij de temperatuur wordt gehouden op ten minste 160°C en de druk op ten minste 140 ata in elke zone onder de vorming van een smelt van bereide ureum, b) scheiden van de smelt van bereid ureum door destillatie hiervan door vorming van een ureumoplossing in water en gasstromen die 10 ammoniak} kooldioxide en waterdamp bevatten} c) recirculatie van ammoniak en kooldioxide verkregen in stap b) als gas of als waterige ammoniakoplossing van ammonium-carbamaat naar stap a) voor de synthese van ureum en d) dehydratie van de ureumoplossing die is afgescheiden 15 van ammoniak en kooldioxide, gevolgd door omzetting van ureum tot een vast produkt, met het kenmerk dat in de eerste zone voor de bereiding van ureum de verblijftijd van het reactiemengsel wordt gehouden op 0,5 - 10 minuten bij een gemiddelde lineaire snelheid hiervan 20 van 0,11 tot 0,3 m/sec.

2<, Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de tweede synthesezone voor ureum de temperatuur wordt gehouden tussen 180 en 200°C en de druk tussen 180 en 210 ata.

3. Werkwijze volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat 25 in de eerste synthesezone voor ureum de temperatuur wordt gehouden tussen 1β0 en 210°C en de druk op een waarde die ongeveer gelijk is aan die in de tweede zone voor de ureumsynthese.

4. Werkwijze volgens conclusies 1*2, met het kenmerk, dat in de eerste zone voor de ureumsynthese de temperatuur wordt 30 gehouden op 1ö0-230°C en de druk op een waarde tussen 210-600 ata.

5· Werkwijze volgens conclusie 4> met het kenmerk, dat de temperatuur in de eerste zone voor de ureumsynthese wordt ingesteld i in afhankelijkheid van de druk in deze zone, terwijl de druk wordt geregeld in afhankelijkheid van de totale toevoer van de 35 uitgangsstoffen en gerecirculeerde stoffen die aan deze zone "31" 23030/vk/mbi worden toegevoerd.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-4» met het kenmerk, dat in het toevoergedeelte van de eerste zone van de ureumsynthese de temperatuur wordt gehouden op 1óO-170°C en de temperatuur in het afvoergedeelte van deze zone wordt gehouden op 190-230°C.

7· Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de gerecirculeerde stoffen worden toegevoerd aan de eerste zone van de ureumsynth.ese.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat ammoniak en kooldioxide waarvan wordt uitgegaan alleen worden toegevoerd aan de eerste zone voor de ureumsynthese.

9. Werkwijze volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat ten minste 75/» van de hoeveelheid kooldioxide waarvan wordt | uitgegaan wordt toegevoerd aan de tweede zone voor de synthese j van ureum, terwijl de resterende hoeveelheid van de kooldioxide waarvan wordt uitgegaan en de ammoniak waarvan wordt uitgegaan wordt toegevoerd aan de eerste zone voor de ureumsyn these. Eindhoven» 10 maart 1983