DE1081447B

DE1081447B - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Harnstoffherstellung

Info

Publication number: DE1081447B
Application number: DEU4669A
Authority: DE
Inventors: Hans Himmelrich
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1957-07-24
Filing date: 1957-07-24
Publication date: 1960-05-12
Also published as: FR1200634A

Description

Zur Herstellung von Harnstoff werden bekanntlich die Komponenten Kohlendioxyd und Ammoniak in möglichst reiner Form kontinuierlich einem Druckbehälter unter ISO bis 200 at zugeführt. In diesem Druckbehälter wird zunächst Ammoniumcarbaminat gebildet, welches sich zu etwa 50 °/₀ in Harnstoff und Wasser umlagert. Nach erfolgter Reaktion wird das Reaktionsgemisch aus Wasser, Harnstoff und Ammoniumcarbaminat über ein Entspannungsventil in einem Vorzersetzer entspannt.

In diesem Behälter wird das nicht zu Harnstoff umgesetzte Ammoniumcarbaminat bei einem Druck von 5 bis 20 at teilweise in Kohlendioxyd und Ammoniak zersetzt. Das flüssige Reaktionsgemisch aus Harnstoff, Wasser und restlichem unzersetztem Ammoniumcarbaminat wird einem Nachzersetzer und anschließend einer Kristallisations- oder Prillanlage zugeführt. In dem Nachzersetzer zerfällt das Arnmoniumcarbaminat weiter.

Bisher wurde der Druck des Vorzersetzers ohne Ausnutzung der Energie entspannt. Andererseits ist die Zersetzung des Ammoniumcarbaminates in dem Nachzersetzer eine wesentlich schnellere und vollständigere, wenn in dem Nachzersetzer ein Unterdruck herrscht.

Erfindungsgemäß wird dieser Unterdruck dadurch erreicht, daß der Druck des Vorzersetzers zur Erzeugung des Unterdruckes im Nachzersetzer ausgenutzt wird. In der näheren Ausführung wird der Unterdruck durch einen Dampfstrahlsauger erzeugt, dessen Düse mit dem Gefäß der ersten Zersetzungsstufe und dessen Mischraum mit dem Gefäß für die zweite Zersetzungsstufe verbunden ist.

Dieses hat außerdem den Vorteil, daß in der Flüssigkeit gelöstes Kohlendioxyd und Ammoniak abgesaugt werden. Durch den Unterdruck wird die Harnstofflösung durch Absaugen der genannten Komponenten und Verdampfen von Wasser außerdem stärker konzentriert. Die Konzentration ist für eine anschließende Prillierung oder Kristallisation von Wichtigkeit.

Im Falle einer Kristallisation wird die aus dem Kristallisator abgeschiedene Mutterlauge in den Nachzersetzer zurückgeführt und wieder aufkonzentriert.

Da bei der Entspannung der Gase aus dem Vorzersetzer sich der Dampfstrahlsauger eventuell zu schnell abkühlen kann und sich dadurch Ammoniumcarbaminat absetzt, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Dampfstrahlsauger heizbar.

Die Unterkühlung des Ammoniumcarbaminates kann auch dadurch verhindert werden, daß die Treibgase aus dem Vorzersetzer überhitzt werden. Es ist auch möglich, daß sowohl die Treibgase vor dem Dampfstrahlsauger als auch der Dampfstrahlsauger selber beheizt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 ein Schema des Verfahrens mit Kristallisation der Harnstofflösung,

Verfahren und Vorrichtung
zur kontinuierlichen Harnstoffherstellung

Anmelder:

Friedrich Uhde G.m.b.H.,
Dortmund, Deggingstr. 10/12

Hans Hünnielrich, Dortmund,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 2 eine Skizze des Dampfstrahlsaugers.

In einen Druckbehälter 1 werden die sorgfältig gereinigten Komponenten Kohlendioxyd und Ammoniak mit einem Überschuß von Ammoniak kontinuierlich eingeführt. Der Druck beträgt in diesem Behälter 180 bis 220 at bei einer Temperatur von 180 bis 200° C. Die Bildung von Harnstoff erfolgt unter diesen Bedingungen über die Zwischenstufe von Ammoniumcarbaminat, das sich zu Harnstoff und Wasser umlagert.

Nach erfolgter Reaktion wird das Gemisch aus Harnstoff, Wasser und Ammoniumcarbaminat über eine Leitung 2 mit Entspannungsventil 3 einem Vorzersetzer 4 zugeführt.

In diesem Vorzersetzer herrscht ein Druck von etwa 5 bis 20 at bei einer Temperatur von etwa 120° C.

Unter diesen Bedingungen zersetzt sich das Ammoniumcarbaminat zu Kohlendioxyd und Ammoniak. Da die Verfahrensweise kontinuierlich erfolgt und die Zersetzung des Ammoniumcarbaminates nicht vollständig ist, wird ein unzersetzter Anteil des Carbaminates mit gebildetem Harnstoff und Wasser über eine Leitung 5 mit Druckhalteventil 6 einem Nachzersetzer 7 zugeführt, in dem das restliche Ammoniumcarbaminat zersetzt wird.

Von dem Nachzersetzer 7 wird über eine Leitung 8 der Harnstoff einem Kristallisator 9 zugeführt und die von den Kristallen abgetrennte Lösung über eine PumpelO und Leitung 11 dem Nachzersetzer 7 zur Aufkonzentration zugeleitet. Durch die Kristallisation geht nämlich die Konzentration der Lösung zurück, während im Nachzersetzer, wie im vorstehenden ausgeführt, eine Aufkonzentration erfolgt.

Von dem Vorzersetzer 4 führt weiterhin eine Leitung 12 mit Druckhalteventil 13 zu einem Dampfstrahlsauger 14.

Dieser Dampfstrahlsauger 14, der in Fig. 2 noch einmal gesondert dargestellt ist, ist mit dem Nachzersetzer 7 über eine Leitung 15 verbunden. Hierdurch wird in dem Nachzersetzer ein Unterdruck erzeugt.

M9 509/419

Claims

3 4

Die aus dem Dampfstrahlsauger austretenden Gase Ausbildung des Überganges Mischraum—Diffusor zu

können in irgendeiner Weise weiterverarbeitet werden, erreichen ist, in eine unterkritische Geschwindigkeit

z. B. zu irgendwelchen Ammoniak-Düngemitteln, oder umzuformen. Es ergibt sich für die Geschwindigkeit im

sie können auch mittels eines bekannten Absorptions- Diffusor v_ä = 125 m/sec bei einer Temperatur t_ä = 85° C.

Desorptions-Verfahrens in ihre Ausgangskomponenten 5 Der Gegendruck am Austritt des Diffusors ist dann

aufgearbeitet werden. 1,87 ata (Wirkungsgrad des Diffusors η = 0,7) bzw.

Der Dampfstrahlsauger 14 besteht, wie Fig. 2 zeigt, 1,6 ata (η =0,6).

aus Düse 14a, Mischraum 14 δ und Diffusor 14c. Da Durch die adiabatische Expansion in der Düse tritt eine

wegen der Entspannung der Gase aus dem Vorzersetzer starke Abkühlung des Treibgases auf. Bei diesen Tem-

hier leicht zu niedrige Temperaturen entstehen können, io peraturen besteht die Gefahr, daß sich festes Carbaminat

sind alle Teile des Dampfstrahlsaugers beheizbar aus- an den Wänden des Mischraumes und der Düse abscheidet,

geführt. Berechnet man den Dampf Strahlsauger unter der Voraus-

Außerdem treten die Gase aus dem Diffusor 14 c noch setzung, daß die Temperatur des Treibdampfes auch nach

mit einem bestimmten Überdruck aus, wodurch sie über der Expansion über der Zersetzungstemperatur des

lange Leitungen weiteren Verbindungszwecken zugeführt 15 Carbaminates (110° C) hegt, so ist eine Vorwärmung des

werden können. Treibdampfes auf 466° C erforderlich. Andererseits kann

Anstatt den Dampfstrahlsauger beheizbar zu machen, der Dampfstrahlsauger so konstruiert werden, daß der

ist es auch möglich, die Gase vor dem Dampf Strahlsauger Mischraum und die Düse beheizbar sind; dabei muß die

in einem besonderen Heizgerät zu überhitzen, so daß im Wandtemperatur so hoch liegen, daß eine sofortige

Dampfstrahlsauger noch immer eine genügende Tem- 20 Zersetzung des sich eventuell abscheidenden Carbaminates

peratur herrscht. erfolgt.

Beispiel Patentansprüche:

An Hand des nachfolgenden Beispiels soll kurz skizziert 1. Verfahren zur kontinuierlichen Harnstoffwerden, nach welchen Daten ein Dampf Strahlsauger 25 herstellung, bei dem die Ammonoiumcarbaminatauszulegen ist. zersetzung in zwei Stufen erfolgt, dadurch gekeiin-

Die Zusammensetzung des aus dem Vorzersetzer zeichnet, daß der Druck der im Vorzersetzer (4)

abfließenden Treibgases ist gegeben: freigesetzten Dämpfe zur Erzeugung eines Unter-

PQ 437 4 kg/h druckes im Nachzersetzer (7) ausgenutzt wird.

jq-jj " ' 4835 kg/h ³⁰ ^" Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

TT Q 7g*7 y?iIy₁ zeichnet, daß der Unterdruck durch einen Dampf-

² ' Strahlsauger (14) erzeugt wird, dessen Düse (14«) mit

bei einem Druck von 7 ata und einer Temperatur von dem Gefäß der ersten Zersetzungsstufe (4) und dessen

125° C. Mischraum (14 δ) mit dem Gefäß für die zweite Zer-

Die Zusammensetzung des aus dem Nachzersetzer 35 setzungsstufe (7) verbunden ist.

abzusaugenden Gases war: 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, bei

PQ 7 7 k μ dem die im Nachzersetzer (7) anfallende Harnstoff-

JXTT cgc Wj₁ lösung einem anschließenden Kristallisator (9) zu-

TT Q cq'q V(Wh. geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der

² ' 40 Kristallisation zurückbleibende, verarmte Lösung

bei einem Druck von 0,6 ata und einer Temperatur von wieder in den Nachzersetzer (7) zurückgeführt wird.

130° C. Als weitere Annahme kommt hinzu, daß der 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da-

Druck im Mischraum 0,4 ata betragen soll. durch gekennzeichnet, daß die Treibgase aus dem Vor-

Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich, daß die zersetzer (4) vor dem Dampfstrahlsauger (14) überGeschwindigkeit des Treibdampfes in der Düsenöffnung 45 hitzt werden.

v_t = 774 m/sec und im Mischraum v_m = 750 m/sec be- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, trägt. Die entsprechenden Temperaturen sind t_t = —66° C dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Treibgase und t_m = —47° C. Die Strahlgeschwindigkeit nach der vor dem Dampfstrahlsauger (14) als auch der Dampf-Mischung liegt demnach im überkritischen Bereich Strahlsauger (14) erhitzt werden.
(vjcrit =306 m/sec). 50 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Diese überkritische Geschwindigkeit ist durch einen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich-

Verdichtungsstoß, der durch geeignete konstruktive net, daß der Dampfstrahlsauger (14) heizbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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