NL8702530A - Werkwijze voor de bereiding van ureum en water uitgaande van ammoniak en kooldioxide. - Google Patents

Description

JL/WP/kck

V

STAMICARBON B.V.

Uitvinder: Cornells Verweet te Geleen -1-(8) PN 5665

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM EN WATER UITGAANDE VAN AMMONIAK EN KOOLDIOXYDE

De uitvinding heeft betrekking op de bereiding van ureum en water uitgaande van ammoniak en kooldioxyde.

Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op het bereiden van ketelvoedingwater uit het bij de ureumbereiding gevormde reactie- 5 water.

Bij de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde vormt men bij hoge temperatuur en de hierbij behorende druk een ureum-syntheseoplossing die nog een belangrijke hoeveelheid vrije ammoniak en niet omgezet ammoniumcarbamaat bevat. Het carbamaat wordt in een of 10 meer trappen ontleed in ammoniak en kooldioxide die voor het grootste deel met de aanwezige vrije ammoniak worden afgedreven en gewoonlijk gerecirculeerd. De voor de carbamaatontleding benodigde warmte wordt meestal verkregen door condensatie van stoom van voldoende druk- en temperatuurniveau. Het gevormde condensaat is weer geschikt als 15 ketelvoedingwater. In de laatste ontledingstrap wordt een waterige ureumoplossing verkregen die nog opgeloste hoeveelheden ammoniak en kooldioxyde bevat welke vervolgens door ontspannning tot atmosferische of lagere druk worden verwijderd. De waterige ureumoplossing wordt geconcentreerd door indampen en/of kristalliseren en verder verwerkt.

2Q Bij het indampen en het kristalliseren wordt een gasmengsel gevormd dat naast waterdamp meegesleepte fijne ureumdruppels en verder nog ammoniak en kooldioxyde bevat. Dit gasmengsel wordt evenals het bij de ontspanning van de ureumoplossing na de laatste ontledingstrap afgescheiden gasmengsel, gecondenseerd. Aldus wordt een zogenaamd pro-25 cescondensaat verkregen, dat gedeeltelijk in het proces wordt terugge-vaerd voor het absorberen van het uit de laatste ontledingstrap afgevoerde gasmengsel. Het overblijvende deel wordt als regel gespuid. In het procescondensaat is ook het water opgenomen dat in het proces is 8702 53 Ö ·« -2- (3) PN 5665 ingevoerd als stoom voor het bedrijven van de ejecteurs in de indamp-en/of kristallisatiesectie, waswater, spoelwater op de pakkingsbussen van de carbamaatpompen enz. Bij de ureumbereiding wordt per mol ureum een mol water gevormd. In een ureumfabriek met een capaciteit van 1000 5 ton ureum per dag wordt dus 300 ton water per dag gevormd. Daarnaast wordt ongeveer 315 ton water per dag ingevoerd, zodat per dag in totaal ruwweg 615 ton water moet worden afgevoerd.

Gewoonlijk bevat dit water nog 2-9 gew.-% NH3, 0,8-6 gew.-% CO2 en 0,3-1,5 gew.-% ureum. Alvorens het water te spuien, wint men 10 deze niet onbelangrijke hoeveelheden grondstoffen en produkt terug, enerzijds om de verliezen aan grondstoffen en produkt te beperken, anderzijds om te voorkomen dat zij het oppervlaktewater waarin dit afvalwater zou worden gespuid belasten in een mate die in vele landen door de overheid niet meer is toegestaan.

15 Een veelvuldig toegepaste methode om de in het procesconden saat aanwezige hoeveelheid ammoniak en ureum nagenoeg volledig te verwijderen voordat het procescondensaat als afvalwater wordt gespuid is bekend uit het Europese octrooischrift 53.410. Volgens de in deze publikatie beschreven werkwijze wordt de hydrolyse van de ureum in 20 het, met behulp van lagedrukstoom reeds van een deel van de van NH3 en CO2 bevrijde, procescondensaat uitgevoerd in tegenstroom met hoge-drukstoom in een reactiekolom waarbij in de bodem van de kolom een temperatuur van 180-23QHC en in de top van de kolom een temperatuur van 170-220UC gehandhaafd wordt. Door de hydrolyserende en strippende 25 werking van de hogedrukstoom kan men ammoniak en ureum uit de afvalwaterstroom verwijderen tot gehalten van 10 ppm of minder alvorens deze stroom te lozen. De aanwezigheid van een hoeveelheid van ca. 10 ppm ureum is echter niet toelaatbaar in ketelvoedingwater voor hogedrukstoom, aangezien in de stoomketel de ureum ontleedt in NH3 en C02, en 30 er strenge normen gesteld zijn ten aanzien van de aanwezigheid van CO2 in ketelvoedingwater. Onder hogedrukstoom wordt begrepen stoom met een druk van tenminste 12 bar.

In de laatste decennia zijn ureumbereidingsinstallaties gerealiseerd in gebieden waar het in het ureumproces benodigde water 35 niet in ruime mate voorhanden is, dan wel beschikbaar is in een 870253Ö

V

£ -3- (8) PN 5665 toestand die kostbare bewerkingen noodzakelijk maakt om het water voor gebruik in stoomketels geschikt te maken. Dit is bijvoorbeeLd het geval wanneer ketelvoedingwater bereid moet worden uit zeewater.

Doel van de uitvinding is te voorzien in een werkwijze waar-5 bij de uit de ureumsynthese af te voeren afvalwaterstroom geschikt gemaakt wordt voor gebruik als ketelvoedingwater. Opgemerkt wordt, dat het uit het Amerikaanse octrooischrift 3.922.222 reeds bekend is om ureumhoudend procescondensaat te behandelen ten einde dit geschikt te maken als ketelvoedingwater. Volgens de beschreven werkwijze wordt het 10 procescondensaat in een stoomketel of warmtewisselaar bij lage druk volledig verdampt, waarbij het in het condensaat aanwezige ureum en biureet ontleed wordt in NH3 en C02- De gevormde damp wordt gecondenseerd en uit het condensaat de NH3 en CO2 grotendeels afgestript. Uit de resterende vloeistof, die nog ca. 1500 ppm NH3 bevat, wordt het 15 merendeel van de NH3 verwijderd door verhitten met stoom in een deaerator, waarna deze kan worden gebruikt als ketelvoedingwater.

De beschreven werkwijze heeft het nadeel dat de uit dit ketelvoedingwater bereide stoom z.g. vuile stoom is, welke blijkens de publikatie ca. 300 ppm NH3 bevat. Dergelijke stoom kan slechts in 20 beperkte mate worden toegepast.

De uitvinding voorziet nu in een werkwijze waarbij het in de ureumsynthese verkregen procescondensaat wordt omgezet in ketelvoedingwater waarbij bovengenoemd bezwaar wordt vermeden. Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door het procescondensaat, nadat hieruit 25 ureum en NH3in hoge mate zijn verwijderd en dat nog slechts sporen van deze verbindingen bevat, tenminste gedeeltelijk om te zetten in vuile lagedrukstoom, deze lagedrukstoom te benutten waar mogelijk in het ureumproces en uit het hieruit gevormde condensaat eventueel nog aanwezig CO2 door ftashen te verwijderen.

30 De verwijdering van ureum en NH3 in hoge mate uit het proces condensaat kan op iedere geschikte manier geschieden, bijvoorbeeld op de wijze zoals beschreven is in het Europese octrooischrift 53.410.

Het is echter daarbij niet perse noodzakelijk de verwijdering van ureum en NH3 door te voeren tot de in deze publikatie genoemde extreem 35 lage waarden van 6 ppm NH3 en 8 ppm ureum, maar men kan zonder bezwaar 870253Ó -4- (8) PN 5665 4 % volstaan met een minder rigoreuze verwijdering bijvoorbeeld tot 50-100 ppm.

Bij het flashen van het uit de vuile lagedrukstoom gevormde condensaat wordt het merendeel van de in sporenhoeveelheden aanwezige 5 NH3 en CO2 verwijderd. Belangrijk is dat met name de hoeveelheid CO2 terug gebracht wordt tot een zeer lage waarde, bijvoorbeeld tot minder dan 1 ppm, in verband met gevaar voor corrosie in de stoomketel waarin dit condensaat wordt omgezet in stoom. Eventuele aanwezigheid van enige ppm NH3 is hiervoor minder bezwaarlijk. Het na de flashbehan-10 deling resterende condensaat kan worden afgevoerd en is geschikt om gebruikt te worden voor het maken van hogedrukstoom. De uitvinding betreft derhalve een werkwijze voor de bereiding van ureum waarbij men uit NH3 en C02 een ureum- en carbamaatbevattende ureumsynthese-oplossing vormt, 15 - carbamaat door warmtetoevoer door middel van hogedrukstoom ontleedt en de ontleedprodukten uit de ureumsyntheseoplossing verwijdert, waarbij stoomcondensaat gevormd wordt, - de verkregen ureumbevattende oplossing door indampen concentreert, produkt-ureum wint en de hierbij verkregen dampfase condenseert 20 tot procescondensaat, - het procescondensaat behandelt ter ontleding van aanwezig ureum en uitdrijving van NH3 en C02/ waarbij een afvalwaterstoom wordt verkregen welke sporen ureum en NH3 bevat. De uitvinding heeft als kenmerk, dat men de afvalwaterstroom 25 althans voor een deel omzet in vuile lagedrukstoom, deze lagedrukstoom benut in het ureumproces waarbij vuil condensaat wordt gevormd, dit condensaat aan een flashbehandeling onderwerpt en het na de flash-behandeling resterende condensaat afvoert en benut als ketelvoeding-water. Als regel bevat het na de flashbehandeling resterende conden-30 saat minder dan 1 ppm CO2 en is vrij van ureum.

Bij voorkeur zal men het na de flashbehandeling resterende condensaat samen met het stoomcondensaat omzetten in hogedrukstoom. Tenminste een deel van de vuile lagedrukstoom kan men benutten voor het desorberen van NH3 en CO2 uit het procescondensaat bij het bereiden van de 35 afvalwaterstroom. Ook kan men een deel van de vuile lagedrukstoom 8702530 * * -5- (8) ΡΝ 5665 benutten voor het bedrijven van de vacuumejecteurs bij het indampen van de ureumopLossing en/of toepassen bij indirekte warmtewisselingen in het ureumbereidingsproces. Desgewenst kan men het na de flashbehan-deling resterende condensaat, alvorens dit om te zetten in hogedruk-5 stoom, onderwerpen aan een behandeling met ionenwisselaars, waardoor men eventueel aanwezige vreemde verbindingen, welke aan ionenwisselaars gebonden kunnen worden, kan verwijderen.

De werkwijze volgens de uitvinding heeft het grote voordeel dat het grootste deel van de in de ureumsynthese benodigde hoeveelheid water 10 weer verkregen wordt uit het afvalwater en het gevormde stoom- condensaat. Slechts een fractie van de benodigde hoeveelheid, meestal minder dan 5%, moet worden gesuppleerd. Zonder toepassing van de maatregelen volgens de uitvinding kan men alleen beschikken over het stoomcondensaat als ketelvoedingwater en moet men een hoeveelheid van 15 40-50% suppleren.

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

De weergegeven leidingen stellen voor stoom- en waterstromen in een ureumfabriek werkend volgens het Stamicarbon CO2- stripproces, 20 zoals bijvoorbeeld is beschreven in European Chemical News Urea Supplement p. 17-20 van 17 Januari 1969.

Via 1 wordt aan de ureumfabriek hogedrukstoom, met een druk van bijvoorbeeld 20 bar, toegevoerd welke gebruikt wordt als warmtebron in een stripinrichting 2, en als hydrolyse- en stripmedium in 25 de hydrolyseinrichting 3 voor het hydrolyseren van ureum in het procescondensaat en het uitdrijven van de gevormde hydrolyseproducten NH3 en CO2. Het condensaat verkregen in 2 wordt geëxpandeerd in een stoomreservoir 4, dat onder een druk van bijvoorbeeld 9 bar wordt gehouden, en hierin omgezet in stoom. De gevormde stoom wordt 30 verbruikt in apparatuur 5, bijvoorbeeld een indampverhitter voor het concentreren van de geproduceerde ureumoplossing. Condensaat wordt gevoerd naar een stoomcondensaatreservoir 6 en wordt vervolgens via 7 afgevoerd om te worden hergebruikt voor de stoomvorming. Aan het stoomcondensaatreservoir 6 wordt ook toegevoegd het in stoomreservoir 35 4 ontstane condensaat.

8702530 f 4 -6- (8) PN 5665

Het bij de ureumreactie gevormde water wordt als verontreinigde waterdamp uit de indampsectie verwijderd en via 8, samen met de voor het handhaven van het vacuum in de indampsectie door middel van ejecteurs 9 gebruikte stoom, toegevoerd aan een conden-5 satieinrichting 10 en gecondenseerd tot procescondensaat. Het procescondensaat wordt op de manier bekend uit het Europese octrooi-schrift 53.410 behandeld, waarbij uit de hydrolyserichting 3 via 11 een afvalwaterstroom welke minder dan 10 ppm ureum en NH3 bevat en via 18 een dampmengsel dat NH3, c02 en waterdamp bevat, afgevoerd wordt. 10 De afvalwaterstroom 11 wordt toegevoerd aan het lagedrukstoomreservoir 12, waarin een druk van bijvoorbeeld 4,5 bar wordt gehandhaafd. De in 12 gevormde NH3-houdende lagedrukstoom, kan worden gebruikt in het ureumproces zelf, bijvoorbeeld als warmtebron (apparatuur 13), als desorptiemiddel via 14 voor het verwijderen van NH3 en C02 uit het 15 procescondensaat voorafgaande aan de behandeling ervan in de hydroly-seinrichting 3 en voor het onderhouden van vacuum in de ejecteurs 9. Het in 13 gevormde, eventueel nog NH3~houdende, condensaat wordt verzameld in tank 15. Desgewenst wordt een deel gerecirculeerd naar reservoir 12, het restant wordt via 17 afgevoerd en ontspannen tot een 20 lagere, bijvoorbeeld atmosferische druk. Bij de ontspanning ontwijken nog aanwezig NH3 en CO2, waarna ketelvoedingswater dat vrij is van ureum en minder dan 1 ppm CO2 bevat resteert.

Voorbeeld a) Voor het bedrijven van een ureumfabriek met een capaciteit van 25 1000 ton per dag zijn nodig 761 ton hogedrukstoom. Bij de ureum- bereiding wordt per dag 300 ton water gevormd. Voor het opwerken van het procescondensaat en het bedrijven van de ejecteurs zijn 314 ton stoom nodig. Zonder toepassing van de maatregelen van de uitvinding kan een hoeveelheid stoomcondensaat worden verkregen 30 van 761-314 = 447 ton. Als afvalwater ontstaat 300 + 314 = 614 ton.

b) Voor het bedrijven van dezelfde fabriek, met toepassing van de maatregelen volgens de uitvinding, wordt bij het ontspannen van het stoomcondensaat naar atmosferische druk 31 ton water verdampt. 35 Als stoomcondensaat wordt nu verkregen 761 -31 = 730 ton. Als afvalwater, dat nu gebruikt kan worden als ketelvoedingwater, wordt verkregen 300 + 31 = 331 ton.

8702530

Claims (7)

1. Werkwijze voor de bereiding van ureum waarbij men - uit NH3 en CO2 een ureum- en carbamaatbevattende ureum syntheseoplossing vormt/ carbamaat door warmtetoevoer door middel van hogedrukstoom 5 ontleedt en de ontleedprodukten uit de ureumsyntheseoplossing verwijdert, waarbij stoomcondensaat gevormd wordt, - de verkregen ureumbevattende oplossing door indampen concentreert, produkt-ureum wint en de hierbij verkregen damp-fase condenseert tot procescondensaat, 10. het procescondensaat behandelt ter ontLeding van aanwezig ureum en uitdrijving van NH3 en CO2, waarbij een afvalwaterstroom wordt verkregen welke sporen ureum en NH3 bevat, met het kenmerk, dat men de afvalwaterstoom althans voor een deel omzet in vuile lagedrukstoom, deze lagedrukstoom benut in het 15 ureumproces waarbij vuil condensaat gevormd wordt, dit condensaat aan een flashbehandeling onderwerpt en het na de flashbehandeling resterende condensaat afvoert en benut als ketelvoedingwater.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men het na de flashbehandeling resterende condensaat samen met het stoomconden- 20 saat omzet in hogedrukstoom.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat men tenminste een deel van de vuile lagedrukstoom benut voor het desor-beren van NH3 en C02 uit het procescondensaat bij het bereiden van de afvalwaterstroom.

4. Werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men een deel van de vuile lagedrukstoom benut voor het bedrijven van de vacuumejecteurs bij het indampen van de ureumoplossing en/of bij indirecte warmtewisselingen in het ureum-bereidingsproces.

5. Werkwijze volgens een of meer der conclusie 1-4, met het kenmerk, dat men het na de flashbehandeling resterende condensaat alvorens dit in hogedrukstoom om te zetten onderwerpt aan een behandeling met ionenwisselaars. 8702530 -8- (8) PN 5665

6. Werkwijze voor de bereiding van ureum en het maken van ketel-voedingwater zoals beschreven en toegelicht.

7. Ketelvoedingwater verkregen met de werkwijze volgens een of meer der conclusies 1-5. 8702530