NL8700888A

NL8700888A - Concn. of soln. of urea obtd. from carbon di:oxide and ammonia - by stepwise decomposition of carbamate, and evapn. using heat from condensn. of gas from decomposition step

Info

Publication number: NL8700888A
Application number: NL8700888A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1988-11-01
Also published as: CN88102271A

Abstract

In concentrating a urea soln. by evapn. of water from the soln., where (i) a urea soln. contg. carbamate and free NH3 is prepd. from CO2 and an excess of NH3 in a synthesis zone at 125-350 bar and the corresp. temp., (ii) part of the carbamate is decomposed in a 1st decomposition step at not above the synthesis pressure, with addn. of heat, and the gas mixt. obtd. is (partly) condensed in a 1st condensation zone, and the condensate is recycled to the synthesis zone, (iii) a further part of the carbamate still present is decomposed in 1 or more further decomposition steps, maintaining a pressure of 4-40 bar and applying heat in the first of these further steps, and carrying out heat-exchange in the 1st condensation zone between the condensed gas mixt. and (part of) the stripped urea synthesis soln. reduced in pressure in the first of these further decomposition steps, and (iv) the remaining urea-contg. soln. is conc. by evapn., obtg. the heat (partly) by condensation of the gas mixt. obtd. in the first of the further decomposition steps, the novelty is that a gas stream of constant size is fed from the first of the further decomposition steps to the evapn. step, the heat requirement of the evapn. step is supplied (partly) by condensation of (part of) this gas stream, and if necessary the temp. of the urea soln. withdrawn is regulated by condensation of a low pressure stream.

Description

m v JL/WP/ag em v JL / WP / ag e

Stamicarbon B.V.Stamicarbon B.V.

Uitvinder; Kees Jonckers te Susteren -1- (13) PN 5668Inventor; Kees Jonckers at Susteren -1- (13) PN 5668

WERKWIJZE VOOR HET CONCENTREREN VAN EEN UREUMOPLOSSINGMETHOD FOR CONCENTRATING A UREA SOLUTION

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het concentreren van een ureumoplossing door verdampen van water uit de ureumoplossing.The invention relates to a method for concentrating a urea solution by evaporating water from the urea solution.

Bij de bereiding van ureum uit kooldioxide en een overmaat 5 ammoniak wordt in het synthesegedeelte eerst een carbamaat en vrije ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing gevormd. De carbamaat wordt ontleed in ammoniak en kooldioxide en de ontledingsprodukten samen met een deel van de in de oplossing aanwezige ammoniak en water in een aantal trappen uit de oplossing verwijderd. Hierbij wordt uiteindelijk 10 een ureumoplossing in water verkregen welke ongeveer 70-75 gewichts-procent ureum bevat en waarin nog ammoniak en kooldioxide aanwezig zijn. Voor bemestingsdoeleinden en toepassing in de harsenfabri cage is deze oplossing niet geschikt. Ze moet als regel eerst verwerkt worden tot vaste ureum. Hierbij worden de ca. 25-30 gewichtsprocent water en 15 de nog aanwezige ammoniak en kooldioxide tenminste grotendeels verwijderd door indampen, ofwel men laat ureum uit de oplossing uitkristalliseren en smelt de kristallen, waarna de verkregen ureumsmelt omgezet wordt in korrelvorm. Aangezien bij het blootstellen van ureum- oplossingen aan hoge temperaturen ontleding van ureum en vorming van 20 biureet optreden, welk biureet zowel bij toepassing van ureum voor bemestingsdoeleinden alsook voor harsenfabricage ongewenst is, voert men als regel het indampen van ureumoplossingen uit onder verlaagde druk om excessief hoge indamptemperaturen te vermijden. Bovendien voert men op economische gronden het indampproces veelal uit in twee 25 of meer trappen, waarbij in de eerste trap(pen) bij een matig verlaagde druk het merendeel van het aanwezige water wordt verwijdert}, waarna het indampen in de laatste trap onder een aanmerkelijk sterker verlaagde druk wordt voortqezet tot een practisch watervrije ureumsmelt wordt verkregen welke minder dan 0,5 gewichtsprocent water * * -2- (13) PN 5668 bevat. Het is echter eveneens mogelijk de in de eerste indamptrap verkregen oplossing, welke als regel een ureumconcentratie heeft van 90-97 gew.%, zonder verdere concentratie te verwerken, bijvoorbeeld in een granuleerproces.In the preparation of urea from carbon dioxide and an excess of ammonia, a carbamate and free ammonia-containing urea synthesis solution is first formed in the synthesis part. The carbamate is decomposed into ammonia and carbon dioxide and the decomposition products are removed from the solution in several steps together with part of the ammonia and water contained in the solution. In the end, an urea solution in water is obtained which contains about 70-75% by weight of urea and in which ammonia and carbon dioxide are still present. This solution is not suitable for fertilization purposes and for use in the resin manufacture. As a rule, it must first be processed into solid urea. The approximately 25-30% by weight of water and the ammonia and carbon dioxide still present are at least largely removed by evaporation, or urea is allowed to crystallize from the solution and the crystals are melted, after which the urea melt obtained is converted into granular form. Since, when exposing urea solutions to high temperatures, decomposition of urea and formation of biuret occur, which biuret is undesirable both when using urea for fertilization purposes and for resin manufacture, the evaporation of urea solutions is generally carried out under reduced pressure to avoid excessive avoid high evaporation temperatures. Moreover, for economic reasons, the evaporation process is usually carried out in two or more stages, whereby in the first stage (s) at a moderately reduced pressure the majority of the water present is removed}, after which the evaporation in the last stage under a considerable a more reduced pressure is continued until a practically anhydrous urea melt is obtained which contains less than 0.5 weight percent water * * -2- (13) PN 5668. However, it is also possible to process the solution obtained in the first evaporation step, which as a rule has a urea concentration of 90-97% by weight, without further concentration, for example in a granulation process.

5 Veelvuldig wordt bij het indampen in de praktijk gebruik gemaakt van verdampers waarbij de te concentreren oplossing door de pijpen van een verticale pijpenbundel worden gevoerd en de voor het indampen benodigde warmte wordt verkregen door condensatie van lagedrukstoom in de mantelruimte die rondom de pijpenbundel is 10 aangebracht.In practice, evaporators frequently use evaporators in which the solution to be concentrated is passed through the pipes of a vertical pipe bundle and the heat required for evaporation is obtained by condensation of low-pressure steam in the jacket space arranged around the pipe bundle. .

Er is reeds voorgesteld om bij het concentreren van ureum-oplossingen de warmte te benutten welke gegenereerd kan worden uit tijdens de ureumsynthese verkregen gasvormige en vloeibare processtromen, zie bijvoorbeeld de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooi-15 aanvrage 8602770. De in deze octrooiaanvrage beschreven werkwijze betreft een ureumsynthese, waarbij men in een synthesezone bij een druk tussen 125 en 350 bar eerst een ureumsynthese-oplossing vormt die naast ureum en water nog carbamaat en vrije ammoniak bevat, deze ureumsynthese-oplossing in een aantal ontleedt rappen, waaronder een 20 eerste trap bij synthesedruk of lagere druk en een tweede trap bij 4-40 bar behandelt om carbamaat te ontleden en de ontledingsprodukten samen met de aanwezige vrije ammoniak en een hoeveelheid water uit de oplossing te verwijderen en men tenslotte de resterende oplossing concentreert in twee indampt rappen. De in de eerste indamptrap benodigde 25 warmte wordt verkregen door condensatie van het in de tweede ontleed-trap bij een druk van 4-40 bar verkregen gasmengsel, welk gasmengsel gevormd is bij het ontspannen van de gestripte ureumsyntheseoplossing en de aansluitende warmtewisseling van het ontspannen reactiemengsel met het tot carbamaat condenserende gasmengsel uit de eerste ontleed-30 trap. Wanneer de bij de condensatie vrijkomende warmte niet voldoende is om de warmtebehoefte van deze indamptrap te dekken, dan suppleert men een extra hoeveelheid warmte door aanvullende condensatie van lagedrukstoom.It has already been proposed to utilize the heat which can be generated from gaseous and liquid process streams obtained during the urea synthesis when concentrating urea solutions, see for example the non-prepublished Dutch patent application 8602770. The method described in this patent application relates to a urea synthesis, in which in a synthesis zone at a pressure between 125 and 350 bar a urea synthesis solution is first formed which besides urea and water also contains carbamate and free ammonia, this urea synthesis solution is decomposed in a number of steps, including a first stage at synthesis pressure or lower pressure and a second stage at 4-40 bar to decompose carbamate and to remove the decomposition products together with the free ammonia present and an amount of water from the solution and finally the remaining solution is concentrated in two evaporated steps. The heat required in the first evaporation stage is obtained by condensation of the gas mixture obtained in the second decomposition stage at a pressure of 4-40 bar, which gas mixture is formed upon the relaxation of the stripped urea synthesis solution and the subsequent heat exchange of the relaxed reaction mixture. with the gas mixture condensing to carbamate from the first decomposed stage. If the heat released during the condensation is not sufficient to cover the heat requirement of this evaporation stage, an additional amount of heat is supplemented by additional condensation of low-pressure steam.

Wanneer in het vervolg de term 'indamptrap' gebruikt wordt is 35 steeds bedoeld de concentreringsstap waarin de in de ureumsynthese : . . >, ’ 'é w -3- (13) PN 5668 verkregen ureumoplossing geconcentreerd wordt tot een concentratie van maximaal ca. 97 gew.% ureum.When the term "evaporation step" is used hereinafter, it is always meant the concentration step in which in the urea synthesis:. . > Ur-3- (13) PN 5668 solution obtained is concentrated to a concentration of up to about 97% by weight urea.

Gebleken Is, dat bij een gegeven constante druk in de bij 4-40 bar bedreven tweede carbamaatontleedtrap en een gegeven verwar-5 mend oppervlak bij de warmtewisseling tussen de tot deze druk ontspannen gestripte ureumsyntheseoplossing met het tot carbamaat condenserende gasmengsel in de eerste condensatiezone, de uit deze trap afgevoerde ureumbevattende oplossing een nagenoeg constante samenstelling heeft. Deze samenstelling is. vrijwel onafhankelijk van de 10 mate van afstrippen in de stripzone van het in de ureumsynthese- optossing aanwezige carbamaat. Derhalve is de som van de hoeveelheden toegevoerde warmte aan de ureumbevattende oplossing in de stripzone en bij de warmtewisseling in de eerste condensatiezone constant. Dit betekent tevens, daar de verdampingswarmte in beide gevallen nagenoeg 15 gelijk is, dat de som van de hoeveelheden dissociatiegas die tengevolge van de warmtetoevoer zijn gevormd in de stripzone en in de eerste condensatiezone eveneens constant is. Aangezien verder de in de stripzone verkregen gasstroom gecondenseerd wordt in de eerste condensatiezone en de bij de warmtewisseling in de eerste condensatiezone 20 verkregen gasstroom in de indamotrap, is de warmtetoevoer aan de stripzone benalend voor de grootte van de gasstroom naar de indamptrap. Derhalve kan men men door variëren van de druk van de aan de stripzone toegevoerde stoom de grootte van de gasstroom naar de indamptrap regelen.It has been found that at a given constant pressure in the second carbamate decomposition stage operated at 4-40 bar and a given heating surface during the heat exchange between the stripped urea synthesis solution relaxed to this pressure with the gas mixture condensing to carbamate in the first condensation zone, the urea-containing solution discharged from this step has a substantially constant composition. This composition is. virtually independent of the degree of stripping in the stripping zone of the carbamate present in the urea synthesis solution. Therefore, the sum of the amounts of heat supplied to the urea-containing solution in the stripping zone and at the heat exchange in the first condensation zone is constant. This also means that since the heat of evaporation is almost the same in both cases, the sum of the amounts of dissociation gas generated as a result of the heat supply in the stripping zone and in the first condensation zone is also constant. Furthermore, since the gas stream obtained in the stripping zone is condensed in the first condensation zone and the gas stream obtained in the heat condensation zone in the first condensation zone 20 in the indamo stage, the heat supply to the stripping zone determines the magnitude of the gas stream to the evaporation stage. Therefore, by varying the pressure of the steam supplied to the stripping zone, one can control the magnitude of the gas flow to the evaporation step.

25 Bij het uitvoeren van de ureumsynthese is het voor een storingsvrije bedrijfsvoering en het verkrijgen van een goed eindprodukt gewenst dat de temperatuur en de concentratie van de ureumoplossing die uit de indamptrap afgevoerd wordt, op een constante waarde worden gehouden, bijvoorbeeld een concentratie van 95 gew.% en 30 een temperatuur van 130nc. Tijdens de ureumbereiding en in het bijzonder bij het indampen van de verkregen ureumoplossing kan een groot aantal factoren deze waarden beinvloeden, zoals bijvoorbeeld terugvoer van vast produkt of ureumoplossing naar de te concentreren oplossing, of fluctuaties in het gebezigde vacuum. Als regel kan men fluctuaties 35 in de concentratie en/of temperatuur van de ureumoplossing in de t*When performing the urea synthesis, for trouble-free operation and obtaining a good end product, it is desirable that the temperature and concentration of the urea solution discharged from the evaporation step be kept at a constant value, for example a concentration of 95 wt. and a temperature of 130 ° C. During the urea preparation and in particular when evaporating the urea solution obtained, a large number of factors can influence these values, such as, for example, return of solid product or urea solution to the solution to be concentrated, or fluctuations in the vacuum used. As a rule, fluctuations in the concentration and / or temperature of the urea solution in the t *

VV

-4- (13) PN 5668 indamptrap corrigeren door middel van een aanpassing van de warmtetoevoer aan deze indamptrap.-4- (13) PN 5668 evaporation stage correct by adjusting the heat input to this evaporation stage.

Wanneer men bij het indampen van een ureumoplossing, waarbij de warmte geleverd wordt door condensatie van een NH3-, CO2- en l^O-bevattend 5 gasmengsel, aangevuld door condensatie van lagedrukstoom, zoals gesuggereerd in bovengenoemde Nederlandse octrooiaanvrage 8602770, de hoeveelheid stoom minimaal houdt, dan zal men correcties in de warmtetoevoer moeten verwezenlijken door aanpassen van de hoeveelheid te condenseren gasmengsel. In de praktijk betekent dit dat men de stoom-10 druk van de aan de stripzone toegevoerde stoom zal moeten variëren.When evaporating a urea solution, in which the heat is supplied by condensation of a NH 3, CO2 and 10-containing gas mixture, supplemented by condensation of low-pressure steam, as suggested in the above-mentioned Dutch patent application 8602770, when the amount of steam is minimal , adjustments in the heat supply will have to be made by adjusting the amount of gas mixture to be condensed. In practice this means that the steam pressure of the steam supplied to the stripping zone will have to be varied.

Een dergelijke handelswijze heeft het nadeel dat storingen in de indampstap repercussies hebben op de procesvoering in het hogedrukdeel van de ureumsynthese, waardoor een onrustige bedrijfsvoering ontstaat.Such a procedure has the drawback that disturbances in the evaporation step have repercussions on the processing in the high-pressure part of the urea synthesis, which leads to a troubled operation.

Doel van de uitvinding is te voorzien in een werkwijze waar-15 bij bovengenoemde bezwaren worden vermeden en waarin fluctuaties in de warmtebehoefte van de indamtrap op eenvoudige wijze kunnen worden opgevangen zonder dat dit repercussies heeft voor de procesvoering in het hogedrukdeel van de ureumsynthese. Heer in het bijzonder is het doel ervoor te zorgen dat de procesvoering in de indamptrap onafhanke-20 lijk bedreven kan worden van de procesvoering in voorafqaande stappen van de ureumsynthese waarin de gasstroom uit de eerste van de verdere ontleedtrappen gegenereerd wordt. Dit kan volgens de uitvinding worden bereikt door een combinatie van maatregelen. Hierbij zorgt men in eerste instantie voor een constante gasstroom naar de indamptrap, 25 onafhankelijk van de warmtebehoefte in deze trap. Verder zorgt men er voor dat bij een wisselende warmtebehoefte in de indamptrap een passend deel van de gasstroom gecondenseerd wordt, hetgeen bijvoorbeeld kan geschieden door het aanpassen van de druk tijdens de condensatie door middel van een drukregelklep in de gasafvoerleiding. Boven-30 dien voorziet men de indamptrap van een stoomverhittingszone waarin zonodig door condensatie van lagedrukstoom een aanvullende hoeveelheid warmte gesuppleerd kan worden. Door de combinatie van deze maatregelen verkrijgt men een mogelijkheid om op eenvoudige wijze de indamptrap te bedrijven en te regelen.The object of the invention is to provide a method in which the aforementioned drawbacks are avoided and in which fluctuations in the heat requirement of the evaporation step can be easily absorbed without this having repercussions for the processing in the high-pressure part of the urea synthesis. In particular, the aim is to ensure that the process in the evaporation stage can be independently operated from the process in preceding steps of the urea synthesis in which the gas stream is generated from the first of the further decomposition steps. According to the invention, this can be achieved by a combination of measures. In the first instance, a constant gas flow to the evaporation stage is ensured, irrespective of the heat requirement in this stage. Furthermore, it is ensured that with a varying heat requirement in the evaporation stage a suitable part of the gas flow is condensed, which can for instance be done by adjusting the pressure during the condensation by means of a pressure regulating valve in the gas discharge pipe. In addition, the evaporation stage is provided with a steam heating zone in which an additional amount of heat can be supplemented if necessary by condensation of low-pressure steam. The combination of these measures provides an opportunity to operate and control the evaporation step in a simple manner.

35 De uitvinding betreft derhalve een werkwijze voor het con- ! C'iThe invention therefore relates to a method for the C'i

\ W\ W

-5- (13) PN 5668 centreren van een ureumoplossing door verdampen van water uit de ureumoplossing waarbij men eerst - in een synthesezone bij een druk van 125-350 bar en de daarbij behorende temperatuur uit kooldioxide en een overmaat ammoniak een 5 carbamaat en vrije ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing vormt, - in een eerste ontleedtrap bij synthesedruk of Lagere druk onder toevoer van warmte een deel van de carbamaat ontleedt en het hierbij verkregen gasmengsel in een eerste condensatiezone althans ten 10 dele condenseert en het condensaat terugvoert naar de synthese zone, - in één of meer verdere ontleedtrappen een verder deel van de nog aanwezige carbamaat ontleedt en het gevormde gasmengsel afscheidt, waarbij men in de eerste van de verdere ontleedtrappen een druk 15 van 4-40 bar handhaaft en warmte toevoert, en men in de eerste condensatiezone een warmte-uitwisseling laat plaatsvinden van het condenserende gasmengsel met althans een qedeelte van de in de eerste van de verdere ontleedtrappen in druk verlaagde gestripte ureumsyntheseoplossing, 20 - de resterende ureumbevattende oplossing door indampen con centreert, waarbij men de benodigde warmte althans ten dele verkrijgt door condensatie van het in de eerste van de verdere ontleedtrappen verkregen gasmengsel.-5- (13) PN 5668 centering of a urea solution by evaporating water from the urea solution, first - in a synthesis zone at a pressure of 125-350 bar and the corresponding temperature of carbon dioxide and an excess of ammonia a 5 carbamate and free urea synthesis solution containing ammonia forms, - in a first decomposition stage at synthesis pressure or lower pressure under heat supply, a part of the carbamate decomposes and at least partly condenses the resulting gas mixture in a first condensation zone and returns the condensate to the synthesis zone, - in one or more further decomposition steps, a further part of the carbamate still present decomposes and the gas mixture formed is separated, whereby a pressure of 4-40 bar is maintained in the first of the further decomposition steps and heat is supplied, and a heat is introduced in the first condensation zone exchange takes place of the condensing gas mixture with at least a part of the one in the first of the decomposition stages, pressure-reduced stripped urea synthesis solution, the remaining urea-containing solution is concentrated by evaporation, the heat required being obtained at least in part by condensation of the gas mixture obtained in the first of the further decomposition stages.

De werkwijze heeft als kenmerk, dat men een gasstroom van constante 25 grootte voert van de eerste van de verdere ontleedtrappen naar de indamptrap, in de warmtebehoefte van de indamptrap ten minste grotendeels voorziet door condensatie van althans een deel van de gasstroom en de temperatuur van de af te voeren ureumoplossing zonodig regelt door condensatie van lagedrukstoom.The process is characterized in that a gas stream of constant magnitude is fed from the first of the further decomposition stages to the evaporation stage, at least largely meeting the heat requirement of the evaporation stage by condensing at least a part of the gas flow and the temperature of the urea solution to be discharged if necessary by condensation of low-pressure steam.

30 Een geschikte manier voor het verzorgen van een continue gas stroom van constante grootte naar de indamptrap kan men verkrijgen wanneer men in de gastoevoerleiding naar de indamptrap een drukregel-klep aanbrengt, en deze op een geschikte waarde instelt.A suitable way of providing a continuous gas flow of constant size to the evaporation stage can be obtained by installing a pressure control valve in the gas supply line to the evaporation stage and adjusting it to an appropriate value.

{- -6- (13) PN 5668{- -6- (13) PN 5668

Bij fluctuaties in de warmtebehoefte van de eerste indamptrap zal men het warmteaanbod aanpassen, bijvoorbeeld door vergroten of verkleinen van de hoeveelheid uit de eerste van de verdere ontleedtrappen afkomstig gasmengsel die men laat condenseren. Het aanpassen van de 5 hoeveelheid gasmengsel die condenseert kan men op eenvoudige wijze regelen door variëren van de druk van het te condenseren gasmengsel.In the event of fluctuations in the heat requirement of the first evaporation stage, the heat supply will be adjusted, for example by increasing or decreasing the amount of gas mixture from the first of the further decomposition stages which is allowed to condense. Adjusting the amount of gas mixture that condenses can be easily controlled by varying the pressure of the gas mixture to be condensed.

De druk wordt bij voorkeur geregeld door middel van een drukregelklep welke kan worden aangebracht in de gasafvoerleiding van de indamptrap. Men zal de gewenste afvoertemperatuur en -concentratie van de ureum-10 oplossing in de indamptrap, tenminste grotendeels trachten te verwezenlijk met behulp van de warmte die vrijkomt bij de condensatie van het gasmengsel uit de eerste van de verdere ontleedtrappen. Als regel zal de hoeveelheid gasmengsel die beschikbaar is voor de condensatie toereikend zijn om te voorzien in de warmte die nodig is om de ureum-15 oplossing te concentreren tot bijvoorbeeld 95 gew.% en af te voeren met een temperatuur van 130«C. Bij voorkeur zal men echter er zorg voor dragen dat niet de totale hoeveelheid gasmengsel condenseert, maar een groot deel ervan, bijvoorbeeld tenminste 90 %.The pressure is preferably regulated by means of a pressure regulating valve which can be arranged in the gas discharge pipe of the evaporation stage. The desired discharge temperature and concentration of the urea solution in the evaporation stage will be at least largely attempted to be realized with the aid of the heat released during the condensation of the gas mixture from the first of the further decomposition stages. As a rule, the amount of gas mixture available for the condensation will be sufficient to provide the heat required to concentrate the urea solution to, for example, 95% by weight and discharge at a temperature of 130 ° C. Preferably, however, care will be taken to ensure that not the total amount of gas mixture condenses, but a large part of it, for example at least 90%.

Voor het bereiken van de gewenste temperatuur en concentratie van de 20 af te voeren ureumoplossing, laat men dan aansluitend een hoeveelheid lagedrukstoom condenseren. Hiertoe zal men dan bij voorkeur het benedendeel van de mantelruimte als een stoomverhittingszone construeren. Wanneer men niet de gehele hoeveelheid gasmengsel laat condenseren dan kan men het overblijvende deel naar een condensatiezone behorende bij 25 een volgende trap van de verdere ontteedtrappen voeren.To achieve the desired temperature and concentration of the urea solution to be discharged, an amount of low-pressure steam is then condensed. For this purpose it will then preferably be constructed the lower part of the jacket space as a steam heating zone. If the entire amount of gas mixture is not allowed to condense, the remaining part can be led to a condensation zone belonging to a next stage of the further stripping stages.

Men kan binnen het kader van de uitvinding de temperatuur en de concentratie van de uit de indamptrap af te voeren ureumoplossing regelen door condensatie van een constant deel van de gasstroom uit de eerste van de verdere ontleedtrappen en een variabele hoeveelheid 30 lagedrukstoom. Het is uiteraard ook mogelijk de temperatuur en de concentratie van de ureumoplossing te regelen door condensatie van een constante hoeveelheid lagedrukstoom en een variabele hoeveelheid van de gasstroom. Men zal echter als regel prefereren een zo groot mogelijk deel van de gasstroom, bijvoorbeeld 90-98 %, te benutten voor 35 genoemde condensatie en de hoeveelheid lagedrukstoom die men aan- h / U !* o b -7- (13) PN 5668 * vullend moet condenseren daaraan aangepast zo klein mogelijk houden.Within the scope of the invention, the temperature and concentration of the urea solution to be discharged from the evaporation step can be controlled by condensation of a constant part of the gas stream from the first of the further decomposition steps and a variable amount of low-pressure steam. It is of course also possible to control the temperature and concentration of the urea solution by condensing a constant amount of low-pressure steam and a variable amount of the gas flow. However, it will generally be preferred to utilize as much of the gas flow as possible, for example 90-98%, for said condensation and the amount of low-pressure steam that is supplied to h / U! * Ob -7- (13) PN 5668 * filling should keep condensation adapted to it as small as possible.

Bij voorkeur zal men een zodanig deel kiezen dat een eventueel nodige aanpassing van de hoeveelheid te condenseren gasmengsel, binnen zekere grenzen, steeds mogelijk blijft.Preferably, such a part will be chosen that any necessary adjustment of the amount of gas mixture to be condensed remains possible within certain limits.

5 De werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast bij het bereiden van geconcentreerde ureumoplossingen in één indamptrap.The method according to the invention can be used in the preparation of concentrated urea solutions in one evaporation step.

Ze kan ook deel uitmaken, als eerste indamptrap, van een meertraps indampproces voor het maken van een practisch watervrije ureumsmelt.It can also be part, as the first evaporation stage, of a multi-stage evaporation process for making a practically anhydrous urea melt.

Eveneens kan de werkwijze onderdeel zijn van een bereidingsproces van 10 ureumkristallen, waarbij de ureumoplossing eerst gedeeltelijk wordt geconcentreerd, bijvoorbeeld tot ca. 75-85 gew.%, alvorens ze aan kristallisatie wordt onderworpen.Also, the process may be part of a preparation process of 10 urea crystals, in which the urea solution is first partially concentrated, for example to about 75-85% by weight, before it is subjected to crystallization.

De uitvinding zal nu beschreven en toegelicht worden aan de hand van de figuur en de voorbeelden, zonder echter hiertoe beperkt te 15 zijn.The invention will now be described and elucidated on the basis of the figure and the examples, without, however, being limited thereto.

In de figuur stelt A een stripzone voor en B een bij synthesedruk bedreven condensatiezone. In de condensatiezone is een pijpenbundel F aangebracht waarin een verder deel van het nóg aanwezige carbamaat wordt ontleed en welke een bij 4-40 bar bedreven 20 tweede ontleedtrap voorstelt. C is een bij deze tweede ontleedtrap behorende gas-vloeirtof-scheider en D een onder vacuum bedreven indamptrap. Deze indamptrap is uitgevoerd als een door een mantel-ruimte omgeven verticale pijpenwarmtewisselaar waarbij in het bovendeel van de mantelruimte, de verhittingszone D-j, de warmtetoevoer 25 geschiedt door condensatie van het gasmengsel afkomstig uit de tweede ontleedtrap en in het benedendeel, de stoomverhittingszone D2, door condensatie van lagedrukstoom. E stelt een niveauvat voor waaraan vanuit verhittingszone D·} de gevormde carbamaat en het niet-gecondenseerde deel van het gasmengsel worden toegevoerd.In the figure, A represents a stripping zone and B a condensation zone operated at synthesis pressure. In the condensation zone, a pipe bundle F is arranged in which a further part of the still present carbamate is decomposed and which represents a second decomposition stage operating at 4-40 bar. C is a gas-liquid separator associated with this second decomposition step and D is a vacuum-operated evaporation step. This evaporation stage is designed as a vertical pipe heat exchanger surrounded by a jacket space, wherein in the top part of the jacket room, the heating zone Dj, the heat is supplied by condensation of the gas mixture originating from the second decomposition stage and in the bottom part, the steam heating zone D2, by condensation of low pressure steam. E represents a level vessel to which the carbamate formed and the non-condensed part of the gas mixture are fed from heating zone D ·}.

30 Via 1 wordt de in een niet-weergegeven synthesezone bij hoge druk (P 1 125-350 bar) en de daarbij behorende temperatuur gevormde ureumsyntheseoplossing in de stripzone A onder toevoer van warmte gestript in tegenstroom met kooldioxyde, toegevoerd via 2. Het bij de stripbewerking verkregen gasmengsel wordt via 3 naar de condensatie-35 zone B, bijvoorbeeld uitgevoerd als een verdronken condensor, gevoerd - f. C' ? V V.Via 1, the urea synthesis solution formed in a non-shown synthesis zone at high pressure (P 1 125-350 bar) and the associated temperature is stripped in the stripping zone A with supply of heat in countercurrent with carbon dioxide, supplied via 2. stripping operation of the gas mixture is supplied via 3 to the condensation zone B, for example, executed as a drowned condenser - f. C '? V V.

\> . i.. Su -8- (13) PN 5668\>. i .. Su -8- (13) PN 5668

VV

en daar althans gedeeltelijk gecondenseerd. Het in B gevormde reactie-mengsel wordt via 5 afgevoerd en teruggeleid naar de synthesezone. De gestripte ureumsyntheseoplossing wordt via leiding 4, welke voorzien is van een ontspanklep waarin de druk verlaagd wordt tot 4-40 bar, 5 geleid in de pijpenbundel F in warmtewisseting met het condenserende gasmengsel in de condensatiezone B. Hierbij worden verdere hoeveelheden nog in de gestripte ureumsyntheseoplossing aanwezig carbamaat ontleed. Het reactiemengsel wordt via 6 in de gas-vloeistof-scheider C geleid. Het hierin verkregen NH3-, C02*" en H20-bevattende gasmengsel 10 wordt via 7 naar de verhittingszone D-j gevoerd. Aan de verhittingszone D1 wordt tevens via 10 een hoeveelheid water of waterige carbamaat-oplossing toegevoegd om het dauwpunt van het te condenseren gasmengsel te verhogen. De uit de gas-vloeistof-scheider C afgevoerde 70-75 gew.%-ige ureumoplossing wordt via 9 naar de pijpzijde van de indamp-15 trap D gevoerd en onder een matig vacuum, bijvoorbeeld ca. 0,3 bar, geconcentreerd tot een 90-97 gew.%-ige, bijvoorbeeld 95 gew.%-ige ureumoplossing. De geconcentreerde ureumoplossing wordt via 11 afgevoerd. De in de verhittingszone D-j gevormde carbamaatoplossing en het niet-gecondenseerde deel van het gasmengsel worden via 12 afgevoerd en 20 geleid in niveauvat E, van waaruit de carbamaatoplossing via 15 en het gasmengsel via 13 naar niet-weergegeven onderdelen van het ureum-bereidingsproces. In de gastoevoerleiding 7 is een drukregelklep 8 aangebracht welke een continue toevoer van het gasmengsel onder een constante druk aan de verhittingszone D<| garandeert. In de gasaf-25 voerleiding 13 is een drukregelklep 14 aangebracht waarmee de mate van condensatie van het gasmengsel in de verhittingszone D-j, door middel van variatie van de druk in deze zone, wordt geregeld. De temperatuur van de via 11 af te voeren ureumoplossing kan op de gewenste waarde worden ingesteld door condensatie van de aan de stoomverhittingszone 30 Dj toegevoerde hoeveelheid lagedrukstoom. De regeling van de stoomtoevoer kan via een relais gekoppeld zijn met de drukregelklep 14.and at least partially condensed there. The reaction mixture formed in B is discharged via 5 and returned to the synthesis zone. The stripped urea synthesis solution is led via line 4, which is provided with a release valve in which the pressure is reduced to 4-40 bar, into the pipe bundle F in heat exchange with the condensing gas mixture in the condensation zone B. Here, further quantities are still added in the stripped urea synthesis solution present carbamate decomposed. The reaction mixture is introduced via 6 into the gas-liquid separator C. The NH3, CO2 * and H2O-containing gas mixture 10 obtained herein is fed via 7 to the heating zone Dj. To the heating zone D1, an amount of water or an aqueous carbamate solution is also added via 10 to reduce the dew point of the gas mixture to be condensed. The 70-75 wt.% urea solution discharged from the gas-liquid separator C is fed via 9 to the pipe side of the evaporation stage D and concentrated under a moderate vacuum, for example about 0.3 bar. up to 90-97% by weight, for example 95% by weight, of urea solution The concentrated urea solution is discharged via 11. The carbamate solution formed in the heating zone Dj and the non-condensed part of the gas mixture are discharged via 12 and 20 passed into level vessel E, from which the carbamate solution via 15 and the gas mixture via 13 to parts of the urea preparation process (not shown) In the gas supply line 7, a pressure control valve 8 is provided which provides a continuous supply of the gas mixture under a constant pressure at the heating zone D <| guarantees. A pressure control valve 14 is arranged in the gas discharge pipe 13, with which the degree of condensation of the gas mixture in the heating zone D-j is controlled, by varying the pressure in this zone. The temperature of the urea solution to be discharged via 11 can be adjusted to the desired value by condensation of the amount of low-pressure steam supplied to the steam heating zone 30 Dj. The control of the steam supply can be coupled via a relay to the pressure control valve 14.

Een optredende storing komt bijvoorbeeld tot uiting in een daling van de temperatuur van de via 11 uit de indamptrap af te voeren ureumoplossing. De temperatuurregeling aangebracht in 11 (aangegeven 35 met TT, TC, TV), zal leiden tot een grotere stoomtoevoer naar de e / o r* ~'?i -9- ¢13) PN 5668 stoomverhittingszone D2, De stoomhoeveelheid op D2 zal middels een cascaderegeting (FT, CAS), welke streeft naar een bepaalde gewenste stoomhoeveelheid op D2, in eerste instantie het instelpunt Caangegeven als SP) van de drukregelklep 14 en daarmee de druk in de verhittings-5 zone D-j (middels de regelorganen PT, PC, PV) verhogen. Hierdoor zal meer gasmengsel in de verhittingszone condenseren en minder gasmengsel via de klep 14 ontwijken, waardoor de verhittingszone D2 weer ontlast wordt tot op het punt van voor de storing.A disturbance that occurs is reflected, for example, in a drop in the temperature of the urea solution to be discharged from the evaporation step via 11. The temperature control fitted in 11 (indicated 35 with TT, TC, TV) will lead to an increased steam supply to the e / or * ~ '? -9- ¢ 13) PN 5668 steam heating zone D2, The steam quantity on D2 will be cascade control (FT, CAS), which strives for a certain desired amount of steam on D2, initially the set point Ca indicated as SP) of the pressure control valve 14 and thus the pressure in the heating zone 5 Dj (by means of the control elements PT, PC, PV ) to increase. As a result, more gas mixture will condense in the heating zone and less gas mixture will escape via the valve 14, so that the heating zone D2 is relieved to the point before the failure.

Het zou kunnen gebeuren dat de storing om zoveel extra warmte 10 vraagt dat de stoomtoevoer naar de stoomverhittingszone D2 volledig dreigt open te gaan, waardoor de cascaderegeting het instelpunt van de drukregelklep 14 zo hoog opvoert, dat deze klep geheel dicht loopt. In dat geval wordt er een onvoldoende hoeveelheid gasmengsel gegenereerd in de tweede ontleedtrap. Men zat dan de stoomdruk in de stripzone A 15 een weinig moeten verlagen, waardoor er meer carbamaat in de ureum-oplossing in stroom 4 achterblijft, welke in de tweede ontleedtrap tot een grotere hoeveelheid gasmengsel zal leiden, die via de Leiding 7 en de drukregelklep 8 naar de verhittingszone D-] zal stromen.It could happen that the malfunction requires so much extra heat 10 that the steam supply to the steam heating zone D2 threatens to open completely, as a result of which the cascade regulation raises the set point of the pressure control valve 14 so high that this valve closes completely. In that case, an insufficient amount of gas mixture is generated in the second decomposition stage. The steam pressure in the stripping zone A 15 then had to be slightly reduced, so that more carbamate remains in the urea solution in stream 4, which in the second decomposition stage will lead to a larger amount of gas mixture, which passes via the Line 7 and the pressure control valve 8 will flow to the heating zone D-].

De werkwijze volgens de uitvinding heeft het grote voordeel 20 dat door de aanwezigheid van de drukrregelklep 8 in de gasafvoer- leiding 7 van de gas-vloeistof-scheider C van de tweede ontleedtrap, in deze ontleedtrap, bij constante stoomdruk op stripzone A, een constante hoeveelheid gasmengsel wordt genereerd. Doordat tevens een constante hoeveelheid van het gasmengsel in de condensatiezone B con-25 denseert, blijft de druk in het synthesedeel constant. De drukregelklep 14 en de cascaderegeting rond deze klep zorgt ervoor dat storingen in de indamptrap D worden opgevangen.The method according to the invention has the great advantage that, due to the presence of the pressure control valve 8 in the gas discharge pipe 7 of the gas-liquid separator C of the second decomposition stage, in this decomposition stage, at constant steam pressure on stripping zone A, a constant amount of gas mixture is generated. Since a constant amount of the gas mixture also condenses in the condensation zone B, the pressure in the synthesis part remains constant. The pressure control valve 14 and the cascade control around this valve ensure that faults in the evaporation stage D are absorbed.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de voorbeelden.The invention will be elucidated on the basis of the examples.

30 Voorbeeld 130 Example 1

Bij de bereiding van ureum in een installatie met een capaciteit van 1500 ton per dag werd de druk in het hogedrukdeet van de synthese gehandhaafd op 140 bar en werd de gestripte ureumsynthese- oplossing onder een druk van 17,7 bar in warmtewisseling geleid in de -10- (13) PN 5668 eerste condensatiezone B met het condenserende gasmengsel, afkomstig van de stripbewerking.In the preparation of urea in a plant with a capacity of 1500 tons per day, the pressure in the high-pressure section of the synthesis was maintained at 140 bar and the stripped urea synthesis solution was led in heat exchange under a pressure of 17.7 bar. 10- (13) PN 5668 first condensation zone B with the condensing gas mixture from the stripping operation.

De hoeveelheden zijn aangegeven in kg per uur.The amounts are indicated in kg per hour.

Via 7 werd een hoeveelheid van 32.484 kg gasmengsel met een tem-5 peratuur van 158,6oc verkregen die naast 17.090 kg CO2, 11.180 kg NH3 en 4,183 kg HjO nog 31 kg inerte gassen bevatte, en via 9 een hoeveelheid van 103.358 kg oplossing waarin zich naast 62.530 kg ureum en 208 kg biureet nog 3.439 kg CO2, 6.843 kg NH3 en 29.337 kg water bevonden. Deze oplossing werd bij een druk van 0,33 bar geconcentreerd tot een 10 95 gew.%-ige ureumoplossing van 130nc in de indamptrap D. Met de druk- regelkleppen 8 en 14 werd een constante gastoevoer en gasafvoer verzekerd en de druk in de verhittingszone D-| ingesteld op 17,6 bar. In de verhittingszone D<| werd de gasstroom 7 grotendeels gecondenseerd, onder toevoeging van via 10 toegevoerde carbamaatoplossing (23.797 kg, 15 welke 5.768 kg C02 en 8.211 kg NH3 bevatte). Voor het bereiken van de gewenste eindconcentratie van 95 gew.% en -temperatuur van 13Qac moesten aan de stoomverhittingszone D2 nog 136 kg lagedrukstoom van 4 bar (145«C) toegevoerd worden. Via 13 werd een hoeveelheid van 1.819 kg gasmengsel (1.138 kg C02/ 587 kg NH3, 63 kg H2O en 31 kg inert) 20 afgevoerd naar een lagedruktrap van het proces.Via 7, an amount of 32,484 kg of gas mixture with a temperature of 158,6 ° C was obtained, which in addition to 17,090 kg of CO2, 11,180 kg of NH3 and 4,183 kg of HjO, also contained 31 kg of inert gases, and via 9, an amount of 103,358 kg of solution in which in addition to 62,530 kg urea and 208 kg biuret, there were 3,439 kg CO2, 6,843 kg NH3 and 29,337 kg water. This solution was concentrated at a pressure of 0.33 bar to a 95% by weight urea solution of 130 ° C in the evaporation stage D. With the pressure control valves 8 and 14, a constant gas supply and gas discharge were ensured and the pressure in the heating zone D- | set at 17.6 bar. In the heating zone D <| the gas stream 7 was largely condensed, adding carbamate solution supplied via 10 (23,797 kg, 15 containing 5,768 kg CO2 and 8,211 kg NH3). In order to achieve the desired final concentration of 95% by weight and temperature of 13Qac, 136 kg of low-pressure steam of 4 bar (145 ° C) had to be supplied to the steam heating zone D2. Via 13, an amount of 1,819 kg gas mixture (1,138 kg CO2 / 587 kg NH3, 63 kg H2O and 31 kg inert) was discharged to a low-pressure stage of the process.

Vervolgens werd de druk in de verhittingszone D1 gebracht oo resp.Then the pressure was brought into the heating zone D1, respectively.

16,7 en 15,9 bar. De invloed hiervan op de in stoomverhitter D2 benodigde hoeveelheid lagedrukstoom en de grootte van stroom 13 is te zien in Tabel I.16.7 and 15.9 bar. The influence of this on the amount of low-pressure steam required in steam heater D2 and the magnitude of flow 13 is shown in Table I.

25 TABEL I25 TABLE I

Proef No. Druk in D-| Hoeveelheid stoom Grootte stroom 13 _(bar)_4 bar in P? (kg/h)_kg/h 1 17,6 135 1.818 2 16,7 918 2.779 30 3 15,9 1700 3.680Taste No. Press D- | Quantity of steam Size of flow 13 _ (bar) _4 bar in P? (kg / h) _kg / h 1 17.6 135 1,818 2 16.7 918 2,779 30 3 15.9 1700 3,680

Uit bovenstaande volgt dat een geringe verlaging van de druk in verhittingszone Dj tot gevolg heeft dat een aanzienlijk grotere $ '7 Γ, " pFrom the above, it follows that a slight drop in pressure in heating zone Dj results in a significantly larger $ 7 Γ, "p

V : .· VV:. · V

-11- (13) PN 5668 c hoeveelheid stoom In stoomverhitter D2 nodig Is en tevens een grotere hoeveelheid gasmengsel In een lagedruktrap van het proces moet worden gecondenseerd.-11- (13) PN 5668 c amount of steam In steam heater D2 is required and also a larger amount of gas mixture In a low pressure stage of the process must be condensed.

Voorbeeld 2 5 In een volgend drietal proeven, weer betrekking hebbend op een ureumproduktie van 1500 ton per dag en waarbij de ureumoplossing uit de indamptrap afgevoerd werd als 95 gew.%~ige oplossing van 130bc, werd de druk in de tweede ontleedtrap C op een constante waarde van 17,2 bar gehouden en werd de grootte van de gasstroom 7 afkomstig uit 10 deze tweede ontleedtrap telkens 500 kg verkleind. Verminderingen van de grootte van de gasstroom 7 konden slechts worden bereikt door de druk van de stoom die toegevoerd werd aan de stripzone A te vergroten.Example 2 In a further three tests, again relating to a production of urea of 1500 tons per day and in which the urea solution was removed from the evaporation step as 95 wt.% Solution of 130bc, the pressure in the second decomposition stage C was kept a constant value of 17.2 bar and the size of the gas flow 7 from this second decomposition step was each time reduced by 500 kg. Reductions in the size of the gas stream 7 could only be achieved by increasing the pressure of the steam supplied to the stripping zone A.

Dit effect, en de effecten op de temperatuur van de te concentreren oplossing, de druk in verhittingszone Dj en de grootte van stroom 13 15 zijn weergegeven in Tabel II.This effect, and the effects on the temperature of the solution to be concentrated, the pressure in heating zone Dj and the magnitude of flow 13 are shown in Table II.

TABEL IITABLE II

Proef No. Grootte P stoom op Temp. P in ver- Grootte stroom 7 stripper A stroom 9 hitter D1 stroom 13 _Ckg/h) (bar)_(nC) (bar) (kg/h) 20 4 33.055 15,1 155 16,7 3.524 5 32.555 15,2 155,5 16,6 3.058 6 32.055 15,3 156 16,5 2.620Taste No. Size P steam at Temp. P in size Flow 7 stripper A flow 9 hitter D1 flow 13 _Ckg / h) (bar) _ (nC) (bar) (kg / h) 20 4 33,055 15.1 155 16.7 3,524 5 32,555 15.2 155.5 16.6 3,058 6 32,055 15.3 156 16.5 2,620

Uit deze tabel kan men afleiden dat, uitgaande van een constante druk in de tweede ontleedtrap en bij nagenoeg constante temperatuur en 25 daardoor nagenoeg constante samenstelling van de afloop (stroom 9) uit deze trap, variatie van de druk van de stoom op de stripzone de oorzaak is van de variatie in grootte van de gasstroom 7. Bij afnemen van de grootte van stroom 7 zal ook de druk in de verhittingszone Dj en de grootte van stroom 13 afnemen.From this table it can be deduced that, starting from a constant pressure in the second decomposition stage and at a substantially constant temperature and thereby a substantially constant composition of the run-off (stream 9) from this stage, variation of the pressure of the steam on the stripping zone causes the variation in size of the gas flow 7. As the size of flow 7 decreases, the pressure in the heating zone Dj and the size of flow 13 will also decrease.

P - -. :-2P - -. : -2

Claims

A method for concentrating a urea solution by evaporating water from the urea solution, first - in a synthesis zone at a pressure of 125-350 bar and the associated temperature consisting of carbon dioxide and an excess of ammonia containing a carbamate and free ammonia urea synthesis solution forms, in a first decomposition step at synthesis pressure or lower pressure under the addition of heat, a part of the carbamate decomposes and at least partly condenses the resulting gas mixture in a first condensation zone and returns the condensate to the synthesis zone, - in one or more further decomposition steps, decompose a further part of the carbamate still present and separate the formed gas mixture, maintaining a pressure of 4-40 bar in the first of the further decomposition steps and applying heat, and in the first condensation zone allows a heat exchange of the condensing gas mixture with at least a part of the in the e first of the further decomposition stages, pressure-reduced stripped urea synthesis solution, the residual urea-containing solution is concentrated by evaporation, the required heat being obtained at least in part by condensation of the gas mixture obtained in the first of the further decomposition stages, characterized in that that a gas stream of constant size is fed from the first of the further decomposition stages to the evaporation stage, at least largely satisfies the heat requirement of the evaporation stage by condensing at least a part of this gas stream and, if necessary, controls the temperature of the urea solution to be discharged. condensation of low pressure steam. “Γ &, - ··. ; V: ΐ -13- ¢ 13) ΡΝ 5668

2. Process according to claim 1, characterized in that the gas flow of constant size is obtained by means of a pressure control valve in the gas supply pipe from the first of the further decomposition steps to the evaporation step.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the degree of condensation of the gas stream during the heat exchange with the urea solution to be concentrated in the evaporation step is controlled by means of a pressure regulating valve in the gas discharge pipe.

4. Process according to claim 3, characterized in that the non-condensed part of the gas stream is condensed in a next step of the further decomposition steps.

5. Process according to any one of claims 1-4, characterized in that at least 90 X of the required heat in the evaporation step is obtained by condensation of the gas mixture from the first of the further decomposition steps.

6. Process according to any one of claims 1-5, characterized in that the temperature and concentration of the urea solution to be discharged from the evaporation step is controlled by condensation of a constant part of the gas stream from the first of the further decomposition steps 20 and a variable amount of low-pressure steam.

7. Process according to any one of claims 1-5, characterized in that the temperature and concentration of the urea solution to be discharged from the evaporation step is controlled by condensation of a variable amount of the gas stream from the first of the further decomposed pedaling and a variable amount of low pressure steam.

A method according to claim 7, characterized in that the variable amount of the gas flow is determined depending on the pressure in the heating zone of the evaporation step.

9. Process according to claim 7 or 8, characterized in that 90-98% by weight of the gas stream is condensed from the first of the further decomposition steps.

10. A method for concentrating a urea solution as described and illustrated by the figure and examples.

Concentrated urea solutions prepared by the method according to one or more of the preceding claims. r '' - - f *