PL108056B1 - Method of producing urea from pure carbon dioxide sposob wytwarzania mocznika z czystego dwutlenku wand ammonia egla i amoniaku - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia mocznika z czystego dwutlenku wegla i amo¬ niaku.Zgodnie ze znanymi sposobami wytwarzania mocznika dwutlenek wegla poddaje sie reakcji z gazowym amoniakiem, otrzymywanym droga roz¬ kladu karbaminianu amonowego, przy czyrn gazo¬ wy amoniak jest uprzednio wykorzystywany jako czynnik odpedzajacy podczas odpedzania lotnych skladników z roztworu mocznika. Gazowa miesza¬ nine zawierajaca dwutlenek wegla i amoniak, otrzymane w wyniku dysocjacji, chlodzi sie za pomoca wody obiegowej, wytwarzajac karbami- nian, który przesyla sie do reaktora syntezy, w celu ulatwienia odszczepiania wody prowadzacego do powstania moczniika. Z reaktora mieszanine przeznaczona do syntezy przesyla sie do kolum¬ ny odpedowej, w celu odpedzenia dwutlenku wegla i amoniaku, wytworzonych podczas ter¬ micznego rozkladu karbaminianu. Odpedzanie zachodzi w urzadzeniu do dysocjacji, przez którego dno wprowadza sie gazowy amoniak, pod¬ czas gdy od góry wprowadza sie mieszanine prze¬ znaczona do syntezy. Urzadzenie do dysocjacji opuszczaja dwa strumienie, to jest strumien roz¬ tworu mocznika zawierajacego nadal pewna ilosc karbaminianu oraz strumien gazów otrzymanych w wyniku dysocjacji i amoniaku, który jak po¬ dano powyzej, kieruje sie do skraplacza. Glówna wada tego procesu jest wysokie stezenie karba- 10 15 20 25 30 minianu amonowego w wytworzonym roztworze, obnizajace wydajnosc procesu otrzymywania mocz¬ nika. Wada ta wynika z koniecznosci stosowania stalych wartosci stosunku NHS:C02 w skraplaczu i reaktorze. Wydajnosc procesu prowadzonego zna¬ nymi sposobami wynosi zwykle 30°/o wydajnosci teoretycznej.Nieoczekiwanie odkryto, ze z dwutlenku wegla i amoniaku mozna wytwarzac mocznik z wydaj¬ noscia wynoszaca co najmniej 32P/& wydajnosci te¬ oretycznej, stosujac zamiast skraplacza w postaci wezownicy absorber, zwlaszcza absorber warstew¬ kowy, ktÓTego dzialanie opisano ponizej oraz wpro¬ wadzajac oprócz igazowego aimoniaku doprowadzo¬ nego u dina kolumny odpedowej równiez cielkly amoniak, kierowany czesciowo do absorbera i czes¬ ciowo do reaktora syntezy w takiej ilosci, aby w obu tycfh urzadzeniach molowy stosunek NH8:C02 byl irmy, a mianowicie, aby w reaktorze wynosil on .2,5—7, a w absorberze 2—4.Sposób wedlug wynalazku opisano szczególowo ponizej przy zalozeniu, ze calkowite cisnienie wy¬ nosi P, wartosc stosunku HfO:COa jest okreslona, podobnie jak ustalona jest wartosc stosunku NH8: :C02, która jest stosunkowo wysoka w reaktorze i kolumnie odpedowej, a stosunkowo niska w ab¬ sorberze.Zalaczony rysunek przedstawia schemat instala¬ cji do realizacji sposobu wedlug -wynalazku.Cala ilosc dwutlenku wegla oraz czesc cieklago 108 056108 056 3 amoniaku wprowadza sie u dna aibsorbera 1 prze¬ wodem 4, podczas gdy u szczytu absorbera 1 wprowadza sie przewodem 5 obiegowy roztwór ab¬ sorbujacy, bedacy wodno-amoniakalnym roztwo¬ rem weglanu amonowego. Wartosc ogólnego sto¬ sunku NH3:C02 reguluje sie kontrolujac predkosc przeplywu cieklego amoniaku u dna absorbera.W dolnej czesci absorbera 1 dwutlenek wegla re¬ aguje w warunkach adiabatycznych z amoniakiem, z wytworzeniem karbaminianu amonowego. Nagro¬ madzone cieplo powoduje podwyzszenie tempera¬ tury mieszaniny do wartosci zaleznej od calkowite¬ go cisnienia P, zawartosci wody i stosunku NH3: ; Sstz^f Jj#^ntaJa££ &iQ; z kapieli adiabatycznej i pozostajace z nia iw tej temperaturze w stanie równowagi chemicznej,. ulegaja czesciowo absorp- 'CJ^Sr' jEBB&o&BfP ifoztworze splywajacym w po- ^^¦^^^wtaiwka^ejszczytowej czesci absorbera 1.Te czesc gazu, która nie ulegla absorpcji, odpro¬ wadza sie z absorbera 1 przewodem 6 i laczy z gazowym amoniakiem, plynacym do kolumny od¬ pedowej przewodem 7. Cieplo absorpcji odbierane jest przez wode plynaca w plaszczu absorbera, a poniewaz mieszaniny gazu i cieczy absorbuja¬ cej pozostajace w calym absorberze w stanie rów¬ nowagi wykazuja stosunek NH3:C02, przy którym cieplo jest uwalniane w wysokiej temperaturze, przeto mozliwe jest wytwarzanie z wody chlo¬ dzacej pary wodnej o poziomie cieplnym dosta¬ tecznie wysokim na to, aby mozna bylo te pare wykorzystywac w dalszych czesciach instalacji.Karbaminian przesyla sie nastepnie przewodem 8 do reaktora 2, w którym zachodzi odszczepianie wody prowadzace do wytwarzania mocznika. War¬ tosc stosunku NH3:C02 i temperature w reaktorze reguluje sie w mniejszym stopniu natezeniem do¬ plywu cieklego amoniaku doprowadzanego do dna reaktora 2 przewodem 9, a glównie natezeniem doplywu (gazów opuszczajacych przewodem 10 ko¬ lumne odpedowa 3. W reaktorze 2 utrzymuje sie wyzszy stosunek NH8:C02 niz w absorberze 1, dzieki czemu zwieksza sie stopien przemiany dwu¬ tlenku wegla W mocznik.Wartosci stosunku NH8:C02, temperature i pred¬ kosc reakcji reguluje sie tak, aby cieplo absorpcji i kondensacji gazu z kolumny odpedowej 3 po¬ zwolilo na uzyskanie równowagi cieplnej w reak¬ torze 2 przy utrzymaniu stalej, z góry okreslonej wartosci calkowitego cisnienia. Umozliwia to wzrost wydajnosci w reaktorze przy obnizonym zuzyciu pary wodnej w kolumnie odpedowej i zwiekszonej zawartosci ciepla w parze wodnej wytwarzanej w absorberze.Poniewaz cisnienie w "Ukladzie reaktor — kolum¬ na odpedowa jest zasadniczo jednakowe, reguluje sie je odprowadzajac ze szczytu reaktora obojetne gazy pochodzace z dna kolumny odpedowej i z absorbera dwutlenku wegla. Cisnienie to moze byc nizsze lub wyzsze od cisnienia w absorberze, w zaleznosci od tego czy karbaminian jest dostar¬ czony droga zasysania czy za pomoca pomp.Ze wzgledu na bardzo wysoka wydajnosc prze¬ miany zachodzacej w reaktorze oraz fizykoche¬ miczne wlasciwosci roztworu opuszczajacego re¬ aktor przewodem 11, ilosc dwutlenku weglami wody oddzielonych w ^kolumnie odpedowej jest bardzo mala w.-jpor-ównaniu z iloscia amoniaku. 5 Ponadto ilosc ciepla, która nalezy doprowadzic do ukladu nie jest duza, gdyz roztwór mocznika znaj¬ duje sie w warunkach ; zblizonych do. warunków krytycznych, dzieki czemu mozna latwi£ddesty- lowac amoniak. •'/¦'•',"¦'*. 10 Temperatura krytyczna maleje ze wzrostem war¬ tosci stosunku NH3:G03 i spadkiem-- zawartosci wody, wiec powierzchnia wymiany w kolumnie odpedowej moze byc mniejsza niz w znanych spo¬ sobach, a ponadto mozrjia stosowac nizsze tempe- 15 ratury w wymienniku ciepla, co umozliwia sto¬ sowanie pary wodnej o nizszej zawartosci ciepla, a tym samym i obnizenie kosztów eksploatacji.Ponizszy przyklad ilustruje sposób wedlug wy¬ nalazku, nie stanowiac jednak zadnego ogranicze- 20 nia- Przyklad. W celu wytworzenia 72550 kg/go¬ dzine mocznika, do absorbera 1 wprowadza sie 53167 kg/godzine C02 w temperaturze 150°C i 2B 32853 kg/godzine PSTH3 w temperaturze 50°C, oraz obiegowy weglan doprowadzany na szczyt absor¬ bera w temperaturze 76°C, majacy nastepujacy sklad w procentach wagowych: NH3 27323 kg/godzine 47,62% 30 C02 10127 kg/godzine 17,65% H20 19926 kg/godzine 34,73% Cisnienie w absorberze, podobnie jak w calej instalacji do syntezy mocznika, wynosi 180 kG/cm2.C02 i NH3 reaguja w absorberze, a cieplo reakcji 35 wykorzystuje sie do wytwarzania pary wodnej.Z dna absorbera odplywa roztwór karbaminianu o temperaturze 180°C i nastepujacym skladzie w procentach wagowych: NH3 50794 kg/godzine 42,23% C02 50794 kg/godzine 42,23% H20 18699 kg/godzine 15,54% Roztwór ten przesyla sie do reaktora 2.Nie skroplone pary opuszczajace szczyt absor¬ bera 1 w temperaturze 180°C maja nastepujacy 45 sklad w procentach wagowych: NH3 9382 kg/godzine 40,60% C02 12500 kg/godzine 54,09% H20 1277 kg/godizine 5,31% Pary te wprowadza sie u dna kolumny odpedo- 50 wej 3.Do reaktora 2 wprowadza sie oprócz roztworu karbaminianu równiez 47840 kg/godzine amoniaku w temperaturze 100°C oraz pary opuszczajace szczyt kolumny 3, majace temperature 190°C i 55 nastepujacy sklad w procentach wagowych: NH3 50218 kg/godzine 59,10% C02 26259 kg/godzine 30,90% H20 8497 kg/godzine 10,00% Roztwór opuszczajacy reaktor przesyla sie w temperaturze 185°C do kolumny odpedowej 3.Roztwór ten ma nastepujacy sklad w procentach wagowych: mocznik 72500 kg/godzine 28,64% 65 NHS 107768 kg/godzine 42,58% 40 60108 056 6 C02 23886 kg/godzine 9,44% H20 48946 kg/godzine 19,34% Dno kolumny odpadowej opuszcza strumien o temperaturze 210°C, przesylany nastepnie do zna¬ nego urzadzenia skraplajacego. Sklad strumienia 5 w procentach wagowych jest nastepujacy: mocznik 72500 kg/godzine 37,91% NH8 66932 kg/godzine 35,00% C02 10127 kg/godzine 5,30% H20 41676 kg/godzine 21,79% 10 Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mocznika z czystego dwu¬ tlenku wegla i amoniaku, obejmujacy poddawa- 15 nie reakcji obu reagentów, rozklad karbaminianu amonowego zawartego w roztworze mocznika o- puszczajacym reaktor isyntezy, odpedzanie produk¬ tów rozkladu karbaminianu za pomoca gazowe¬ go amoniaku, skraplanie produktów rozkladu i 20 odpedzanie amoniaku, znamienny tym, ze czesc cieklego amoniaku wraz z cala iloscia dwutlenku wegla przeznaczonego do syntezy mocznika wpro¬ wadza sie do strefy absorpcji, a pozostala czesc do strefy syntezy, przy czym stosunek molowy NH3:C02 wynosi w strefie absorpcji 2—4, a w strefie reakcji 2,5—7. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze absorpcje prowadzi sie w absorberze warstewko- wym, na którego szczyt wprowadza sie obiegowy roztwór bedacy wodno-amoniakalnym roztworem karbaminianu amonowego, podczas gdy u dna wprowadza sie dwutlenek wegla i czesc cieklego amoniaku, przy czym reakcja dwuitlenku wegla z amoniakiem zachodzi w warunkach adiabatycz¬ nych. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako czynnik odpedzajacy stosuje sie gazowy amo¬ niak, stanowiacy produkt górny w absorberze dwutlenku wegla. -*-.-*- 10 11 PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mocznika z czystego dwu¬ tlenku wegla i amoniaku, obejmujacy poddawa- 15 nie reakcji obu reagentów, rozklad karbaminianu amonowego zawartego w roztworze mocznika o- puszczajacym reaktor isyntezy, odpedzanie produk¬ tów rozkladu karbaminianu za pomoca gazowe¬ go amoniaku, skraplanie produktów rozkladu i 20 odpedzanie amoniaku, znamienny tym, ze czesc cieklego amoniaku wraz z cala iloscia dwutlenku wegla przeznaczonego do syntezy mocznika wpro¬ wadza sie do strefy absorpcji, a pozostala czesc do strefy syntezy, przy czym stosunek molowy NH3:C02 wynosi w strefie absorpcji 2—4, a w strefie reakcji 2,5—7.
2. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze absorpcje prowadzi sie w absorberze warstewko- wym, na którego szczyt wprowadza sie obiegowy roztwór bedacy wodno-amoniakalnym roztworem karbaminianu amonowego, podczas gdy u dna wprowadza sie dwutlenek wegla i czesc cieklego amoniaku, przy czym reakcja dwuitlenku wegla z amoniakiem zachodzi w warunkach adiabatycz¬ nych.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako czynnik odpedzajacy stosuje sie gazowy amo¬ niak, stanowiacy produkt górny w absorberze dwutlenku wegla. -*-.-*- 10 11 PL