DD203715A5 - Verfahren zur herstellung von harnstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid. Ziel der Erfindung ist es, die erforderliche Menge Hochdruckdampf zu senken. Die Harnstoffsynthese erfolgt bei gesteigerter Temperatur und gesteigertem Druck, wobei zumindest ein Teil der Harnstoffsynthese in einer Reaktionszone erfolgt, welche sich in Waermeaustauschbeziehung zu einer Abstreifzone befindet, in welcher Ammoniumkarbamat zersetzt wird und die Zersetzungsprodukte aus einem Harnstoff-Produktstrom abgefuehrt werden und d. abgestreifte Harnstoff-Produktstrom verarbeitet wird. Erfindungsgemaesz findet die Harnstoffsynthese in einer Reaktionszone statt, die mit der Abstreifzone in Waermeaustauschverbindung steht, wobei die Synthese so lange fortgesetzt wird, bis die Menge des erzeugten Harnstoffs mindestens 50%, vorzugsweise 70% der Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der Reaktionszone vorherrschenden Reaktionsbedingungen erzielbar ist.

Description

Berlin, 16. 2. 1983 AP G 07 C/242 879/2 61 319 18

Verfahren zur Herstellung von Harnstoff

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid bei gesteigerten Temperaturen und Drücken, wobei die durch die Harnstoff-Synthesereaktion erzeugte Hettowänne in gesteigertem Maße effizient und wirtschaftlich genutzt werden kann·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eines der inzwischen in der Praxis weithin angewendeten Verfahren zur Erzeugung von Harnstoff ist in "European Chemical Hews Urea Supplement" vom 17« Januar 1969 auf den Seiten 17 bis 20 beschrieben. In dein dort offengelegten Verfahren wird die Harnstoff-Syntheselösung in einer bei hohem Druck und hoher Temperatur gehaltenen Reaktionszone gebildet und danach einer Abstreifbehandlung unter Synthesedruck ausgesetzt, indem diese Lösung erhitzt und im Gegenstrom mit einem Kohlendioxid-Abstreifgas in Berührung gebracht wird,um auf diese Weise einen Hauptteil des darin enthaltenen Ammoniumkarbamats zu zersetzen· Das so gebildete und aus Ammoniak und Kohlendioxid gemeinsam mit Abstreifgas und einer kleinen Menge Wasserdampf bestehende Gasgemisch wird vom zurückbleibenden Harnstoff-Produktstrom abgeführt und in eine Kondensationszone eingeleitet, in welcher es zwecks Bildung einer wäßrigen Ammoniumkarbamat-Lösung gekühlt wird· Diese

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wäßrige Karbamatlösung wie auch das verbleibende nicht kondensierte Gasgemisch wird der Reaktionszone zur Umwandlung in Harnstoff erneut eingespeist. Die Kondensation dieses zur Reaktions'zone zurückgeführten Gasgemisches liefert die Wärmeenergie, welche zur Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff benötigt wird, so daß keinerlei Wärmeenergie von außen der Reaktionszone zugeführt werden muß.

Die für die Abstreifbehandlung benötigte Wärmeenergie wird durch die Kondensation von Hochdruckdampf an der Außenseite von Röhren in einem vertikalen Wärmeaustauscher, in welchem das Abstreifen stattfindet, bereitgestellt»

Dieser Veröffentlichung zufolge werden ungefähr 1000 kg Dampf bei einem Druck von etwa 25 bar pro Tonne Harnstoff benötigt. Praktisch ist der Verbrauch von Hochdruckdampf (25 bar) auf etwa 850 kg pro Tonne Harnstoff vermindert worden, wobei die zur Abstreifbehandlung eingesetzte Wärmeenergie teilweise durch Kondensation des resultierenden Gasgemisches zurückgewonnen werden muß. Diese Kondensation findet indes auf einem verhältnismäßig niedrigen Temperaturniveau mit dem Ergebnis statt, daß Dampf von lediglich 3 bis 5 bar erzeugt wird, für welchen es sowohl innerhalb als auch außerhalb des Verfahrens nur verhältnismäßig geringe Verwendungsmöglichkeiten gibt. Aus diesem Grunde und insbesondere auch angesichts der kontinuierlich steigenden Energiekosten ist es in hohem Maße wünschenswert, den Verbrauch an Hochdruckdampf in größtmöglichem Maße einzuschränken, wobei es - abhängig

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auch von lokalen Bedingungen und Bedarfssituationen gleichermaßen wünschenswert sein kann, die Erzeugung von zusätzlichem Hiederdruckdampf zu erübrigen oder doch wenigstens in großem Maße zu reduzieren.

Es sind bereits verschiedene Torschläge unterbreitet worden, die bei der Bildung von Karbamat aus Ammoniak und Kohlendioxid freigesetzte Wärme zu nutzen, um damit zumindest einen Teil des für die Abstreifbehandlung benötigten Wärmebedarfes zu decken. Aus verschiedenen Gründen haben diese Torschläge indes keine praktische Anwendung gefunden. So ist beispielsweise in der GB-PS 1 147 734 ein Verfahren offengelegt, bei welchem die Ammoniumkarbamat- und Harnstoffsynthese in zwei aufeinanderfolgenden Reaktionszonen durchgeführt wird. Frisches Ammoniak und zumindest ein Teil des frischen Kohlendioxids werden in die erste Reaktionszone eingespeist, und die in dieser Reaktionszone durch die Bildung von Ammoniumkarbamat freigesetzte Wärme wird über eingebaute Wärmeaustauscher mit einem Druck der in der zweiten Reaktionszone gebildeten Harnstoff-Syntheseiösung zugeführt, welcher jenem Druck entspricht bzw. jenen Druck unterschreitet, welcher in der ersten Reaktionszone herrscht; dies resultiert in der Zersetzung des nicht in Reaktion gegangenen Ammoniumkarbamats* Die auf diese Weise gebildeten Zersetzungsprodukte werden vermittels eines inerten Gases von der verl)leibenden Harnstofflösung abgestreift.

Bei der Durchführung dieses bekannten Verfahrens müssen das frische Ammoniak und das frische Kohlendioxid auf eine hohe Temperatur - beispielsweise auf die in der ersten

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Reaktionszone aufrechterhaltene Synthesetemperatür - vorgewärmt werden, um ausreichend Wärmeenergie zur Durchführung der Zersetzung von Ammoniumkarbamat in der Abstreifzone zur Verfügung zu haben· Dieses Vorwärmen der Reaktionsteilnehmer verbraucht eine beträchtliche Menge an Hochdruckdampf· Von der bei der Harnstoffsynthese gebildeten überschüssigen ?/ärme kann indes nur ein kleiner Anteil als Dampf mit einem Druck von etwa 5 bar vermittels eines Kühlungssystems für die zweite Reaktionszone gewonnen werden* Ein größerer Anteil dieser überschüssigen Wärme wird auf einem verhältnismäßig niedrigen Temperaturniveau in der mit dem Druck der zweiten Reaktionszone arbeitenden Absorptionssäule zurückgewonnen; in dieser Säule werden das vom Harnstoff-Produktstrom abgestreifte Ammoniak und Kohlendioxid von dem inerten Abstreifgas separiert· Der so erzeugte Dampf hat einen verhältnismäßig niedrigen Druck von lediglich etwa 2 bar, wobei hierfür innerhalb des Verfahrens nur geringe Verwendungsmöglichkeiten bestehen·

In einem anderen Verfahren, wie es in der US-PS 3 957 868 beschrieben wird, erfolgt die Harnstoff-Synthesereaktion in der Mantelseite eines vertikal angeordneten röhrenförmigen Wärmeaustauschers, bei dem sich die Spitzen der Röhren in den Mantelseitenraum des Wärmeaustauschers öffnen· Die in der Mantelseiten-Reaktionszone gebildete Harnstoff-Syntheselösung fließt in die Innenseite der Röhren und in diesen hinunter, wobei in den Röhren das Ammoniumkarbamat vermittels jener Reaktionswärme zersetzt wird, die durch die Röhrenwandungen übertragen wird; das auf diese Weise freigesetzte Ammoniak und Kohlendioxid werden von der Lösung abgestreift«

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Um die Zersetzung von Ammoniumkarbamat maximieren zu können, ist es erforderlich, die Reaktionswärme auf einem höchstmöglichen Temperaturniveau zur Verfügung zu haben und eine optimale Wärmeübertragung zu der zu strippenden Lösung zu gewährleisten. Die diesbezüglich zur Erreichung dieses Zieles vorgeschlagenen Maßnahmen beinhalten ein Durchführen der Harnstoffsynthese und des Abstreifens bei einer !Temperatur von 210 bis 245 C und einem Druck von 250 bis 600 Atmosphären unter Aufrechterhaltung eines verhältnismäßig hohen molaren BH-/OO₂-Verhältnisses in der Flüssigphase der Reaktionszone sowie die Zurückführung eines Teiles der aus der Abstreifzone abgeführten Gasmischung gemeinsam mit einer Estramenge an Gasgemisch in den Bodenteil der Reaktionszone, wobei die genannte Estramenge in Gasgemisch dadurch für den Umlauf verfügbar gehalten wird, daß lediglich ein Teil des der Reaktionszone zugeleiteten gasförmigen Ammoniaks ,und Kohlendioxids zu Ammoniumkarbamat kondensiert wird.

Auf diese Weise wird die Masse des erzeugten Harnstoffes im Verhältnis zu den der Reaktionszone zugeführten Mengen an Ammoniak und Kohlendioxid niedrig sein.

Auf Grund der in diesem Verfahren genutzten hohen Temperaturen müssen die hierbei eingesetzten Konstruktionsmaterialien hohen Ansprüchen in bezug auf Korrosionsfestigkeit genügen. Darüber hinaus macht sich auf Grund des eingesetzten höheren Druckes sowie der speziellen Bauweise des kombinierten Reaktor-Abstreifers ein verhältnismäßig hoher Kapitaleinsatz für die Ausrüstung erforderlich. Werden alle diese Paktoren in Betracht gezogen, so weist dieses bekannte Ver-

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fahren in seiner praktischen Anwendung einen nur geringen oder sogar keinen ökonomischen Vorteil gegenüber dem weit verbreitet angewendeten Verfahren auf, welches in den "European Chemical Uews Urea Supplement" beschrieben ist·

Ziel der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Harnstoff, bei welchem die Menge des für die Zersetzung von nicht umgewandeltem Ammoniumkarbamat erforderlichen Hochdruckdampfes wesentlich verringert ist, während gleichzeitig die Uachteile der oben erwähnten bereits bekannten Verfahrenslösungen vermieden werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den technologischen Ablauf des Verfahrens so zu lenken, daß die Reaktionswärme aus der Reaktionszone auf einem hohen Temperaturniveau verfügbar ist und somit effektiver und effizienter eingesetzt werden kann#

Erfindungsgemäß erfolgt die Kondensation von Ammoniak und Kohlendioxid in der Reaktionszone unter Anwesenheit relativ großer Mengen von Harnstoff und Wasser, was zu einem beträchtlichen Ansteigen der Durchschnittstemperatur in der Reaktionszone führt. Die Reaktionswärme aus der Reaktionszone wird mit der Abstreifzone getauscht, in welcher sie zur Zersetzung des Ammoniumkarbamats im Produktstrom

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genutzt wird« Bei erfindungsgemäßer Durchführung ist die Reaktionswärme aus der Reaktionszone auf einem hohen Tem«« peraturniveau verfügbar und kann in wirksamerer und effizienterer Weise bei der Zersetzung und beim Abstreifen von Ammoniumkarbamat im Harnstoff-Produktstrom eingesetzt werden, als dies bei den Verfahren nach dem bisherigen Stand der Technik möglich ist.

Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung von Harnstoff aus Kohlendioxid und einer Überschußmenge Ammoniak bei gesteigerter Temperatur und gesteigertem Druck, wobei zumindest ein Teil der Harnstoff-Synthese in einer Reaktionszone erfolgt, welche sich in Y/ärmeaustauschbeziehung zu einer Abstreifzone befindet, in welcher Ammoniumkarbamat zersetzt wird und die Zersetzungsprodukte aus einem Harnstoff-Produktstrom abgeführt werden und wobei der abgestreifte Harnstoff-Produktstrom zu einer Harnstofflösung oder zu festem Harnstoff verarbeitet wird· Erfindungsgemäß findet die Harnstoffsynthese in jener Reaktionszone statt, welche mit der Abstreifzone in Wärmeaustauschverbindung steht, wobei die Synthese solange fortgesetzt wird, bis die Menge des erzeugten Harnstoffes mindestens 50 % jener Gleichgewichtsmenge Harnstoff entspricht, die unter den in der Reaktionszone vorherrschenden Reaktionsbedingungen erzielbar ist. Vorzugsweise wird die Harnstoffsynthese in der Reaktionszone bis zu jenem Punkt fortgeführt, an'dem die Menge des erzeugten Harnstoffes mindestens 70 % jener Menge ausmacht, die bei Gleichgewichtsbedingungen zu erzielen gewesen wären·

Um die in dieser Reaktionszone freigesetzte Wärmeenergie

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weiter zu steigern und maximal nutzen zu können, ist es wünschenswert, ein intensives Vermischen des Reaktionszoneninhaltes zu gewährleisten; dies bewirkt ein Ansteigen des Temperatumiveaus und fördert eine gesteigerte Wärmeübertragung zur Abstreifzone. Sodann kann das Abstreifen in bekannter Weise innerhalb der Röhren eines vertikal angeordneten Wärmeaustauschers durchgeführt werden, wobei die Mantelseite des Austauschers als Reaktionszone dient; der Inhalt der Reaktionszone ist dabei so ausführlich zu vermischen, daß die Temperaturdifferenz zwischen der Spitze und dem Boden der Reaktionszone auf höchstens 5 ⁰C begrenzt bleibt· Um die Wärmeübertragung-zu mazimieren, sollte diese Temperaturdifferenz vorzugsweise auf höchstens etwa 2 ⁰C gehalten werden·

Im Gegensatz zu dem oben erwähnten, in der US-PS 3 957 beschriebenen Verfahren beinhaltet das vorliegende Verfahren einen effektiven und effizienten Wärmeaustausch von der Reaktionszone zur Abstreifzone, ohne daß hierbei ein Bedarf an extrem hohen Drücken und Temperaturen, wohl aber an üblicheren Harnstoff-Synthesedruck- und Temperaturbedingungen wie beispielsweise von 125 bis 250 bar bzw· 170 bis 205 ⁰C besteht· Es ist auch möglich, bei der Anwendung dieses Verfahrens die Abstreifzone und die Reaktionszone bei gleichem Druck zu halten, wenngleich auch die Beschleunigung der Wärmeübertragung und der Ab st reif *- wirkung bei einem Druck der Abstreifzone realisiert werden kann, welcher unter dem Druck liegt, wie er in der Reaktionszone herrscht·

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Die Aimaoniumkarbamat-Menge, welche noch in der din der Reaktionszone gebildeten Harnstoff-Syntheseiösung vorhanden ist, kann durch Einsatz eines großen Ammoniak-Überschusses und längere Verweilzeiten vermindert werden, so daß ein größerer Anteil des gebildeten Ammoniumkarbamats zu Harnstoff umgewandelt wird« Dies erfordert allerdings eine größere Reaktionszone pro Einheit Harnstoff-Produktionsvermögen, was mit Blick auf die projektierten Kapazitäten moderner Harnstoffsyntheseanlagen von 1500 bis 2000 Tonnen pro Tag und darüber bauliche und logistische Probleme aufwerfen kann«

Dieses Dilemma kann vermieden werden, indem es der in der Reaktionszone gebildeten Harnstoff-Syntheselösung gestattet wird, in einer separaten Nach-Reaktionszone weiter zu reagieren, bis - in Abhängigkeit von den gewählten Reaktionsbedingungen - 90 bis 97 % einer Gleichgewicht smenge an Harnstoff gebildet worden sind, die unter diesen Bedingungen erreichbar ist· Da die Umwandlungsgeschwindigkeit von Karbamat zu Harnstoff bei Annäherung an Gleichgewichtsbedingungen abnimmt, würde das Portsetzen der Harnstoffsynthese unter den gleichen Bedingungen, wie sie in der Reaktionszone genutzt wurden, eine lange Verweilzeit und folglich eine große Hach-Reaktionszone erfordern· Die zusätzlichen Kosten könnten dann den Vorteil einer geringen Steigerung der Menge an' erzeugtem Harnstoff aufheben· Durch ein Ausführen der Harnstoffsynthese in der Uach-Reaktionszone wie auch möglicherweise in der Reaktionszone - bei einem Druck, welcher über jenem Druck liegt, bei dem die Abstreifbehandlung erfolgt - verschiebt sich jedoch das Karbamat-Harn-

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stoff-Gleichgewicht mit dem Ergebnis nacJi der Harnstoffseite, daß die Harnstoff-Syntheselösung weniger Karbamat enthält, welches zersetzt werden muß· Selbst eine geringfügige Steigerung des Druckes in den Reaktionszonen wird eine höhere Umwandlung zum Ergebnis haben; wird jedoch in der Hach-Reaktionszone ein höherer Druck als in der Reaktionszone eingesetzt, dann ist ein Druckdifferentiai von 10 bar oder mehr ratsam· In diesem Falle wird in der Reaktionszone vorzugsweise ein Druck von 125 "bis 150 bar angelegt, wohingegen in der Uach-Reaktionszone vorzugsweise ein Druck von 16O bis 250 bar eingesetzt wird; die Abstreifbehandlung kann dann bei dem in der Reaktionszone herrschenden Druck stattfinden·

Reicht die in der Reaktionszone verfügbare Wärmemenge für eine Übertragung zur Abstreifzone infolge eines zu niedrigen Temperaturniveaus nicht aus, um ein akzeptables Uiveau der Karbamatzersetzung sowie der Abstreifung der auf diese Weise gebildeten Gase zu erreichen, so kann der die Abstreifzone verlassende und noch Ammoniumkarbamat enthaltende restliche Harnstoff-Produktstrom einer zweiten Abstreifbehandlung unterzogen werden, bei der die zur Zersetzung des Karbamats erforderliche Wärmeenergie durch Dampfzulieferung bereitgestellt wird· Diese zweite Abstreifbehandlung kann bei jenem Druck vorgenommen werden, wie er bei der ersten Abstreifbehandlung aufrechterhalten wurde, es kann aber auch ein niedrigerer Druck gewählt werden. Andererseits ist es möglich, lediglich einen Teil jener Harnstoff-Syntheselösung in der Abstreifzone zu behandeln, welche sich im Wärmeaustausch mit der Reaktionszone befindet, während die Restmenge direkt einer parallelen Abstreifbehandlung zugeführt wird, bei der die Wärme-

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energie durch Dampf bereitgestellt wird· Des weiteren ist es möglichj die Harnstoff-Syntheselösung zunächst durch Anwendung von Dampf-Wärmeenergie zu strippen und sie daraufhin in jene Abstreifzone einzuleiten, welche im Wärmeaustausch mit der Reaktionszone steht.

Bei der erfindungsgemäßen Weise der Harnstofferzeugung kann die Menge der von der Reaktionszone zur Abstreifzone übertragenen Wärme dadurch gesteigert werden, daß der Druck in der Reaktionszone höher als der Druck in der Abstreifzone gehalten wird· Bei steigendem Druck in der Reaktionszone findet die Kondensation von Kohlendioxid und Ammoniak zu Ammoniumkarbamat bei höheren Temperaturen statt, wodurch demzufolge mehr Y/ärme für die Zersetzung von Karbamat in der Abstreifzone zur Verfügung stehen wird* Vorzugsweise sollte eine Druckdifferenz zwischen den wärmeaustauschenden Reaktionszonen und Abstreifzonen von mindestens etwa 20 bar hergestellt werden· Andererseits kompliziert eine Druckdifferenz von mehr als 120 bar - obwohl theoretisch möglich - die bauliche Gestaltung der Reaktor-Stripper-Anlage· In der am meisten bevorzugten Variante sollte die Reaktionszone bei einem Druck gehalten werden, der um 40 bis 50 bar über dem der Abstreifzone liegt· Dies verschafft eine geeignete Treibkraft für den Wärmeaustausch ohne die Notwendigkeit einer Ausrüstung von komplizierter Bauweise; dies gestattet weiter die Kompression des in der Abstreifzone freigesetzten Gases auf den in der Reaktionszone herrschenden Druck ohne die Notwendigkeit einer dazwischenliegenden Kühlung·

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

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1.veranschaulicht eine erfindungsgemäße Verkörperung des Verfahrens, bei der die Harnstoff-Syntheselösung in zwei aufeinanderfolgenden Schritten abgestreift wird; der erste Abstreifschritt erhält Wärmeenergie aus dem Wärmeaustausch mit der Reaktionszone, der zweite Schritt erhält seine Wärme durch Zufuhr von Dampf·

Pig· 2 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Verkörperung, bei der ein Teil der Harnstoff-Syntheselösung unter Verwendung von Wärme abgestreift wird, welche aus dem Wärmeaustausch mit der Reaktionszone abgeleitet wurde, und ein verbleibender Teil der Harnstoff-Syntheselösung wird eirar separaten Abstreifbehandlung unterzogen, bei der die Wärmeenergie aus Dampf bezogen wird·

3 veranschaulicht eine weitere Verkörperung der Erfindung, bei der ein erster, kleinerer Anteil des in der Harnstoff-Syntheselösung vorhandenen Karbamats durch Erhitzen mit Dampf zersetzt und ausgetrieben wird und in der ein Hauptteil des noch in der Harnstoff-Syntheselösung befindlichen Ammoniumkarbamats mit Hilfe von Wärme abgestreift wird, welche aus dem Wärmeaustausch mit der Reaktionszone stammt ·

In allen Figuren entspricht die mit dem Buchstaben A gekennzeichnete Anlage einem Reaktor-Stripper, welcher hier beispielsweise als vertikaler Röhrenwärmeaustauscher dargestellt ist, bei dem die Mantelseite des Wärmeaustauschers die Reaktionszone und die Röhrenseite des Austauschers die Abstreifzone ist· Des weiteren bezeichnet in allen Piguren der Buchstabe B einen Hochdruck-Karbamatkondehsor, C be-

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zeichnet einen Nach-Reaktor, D kennzeichnet einen Heizer-Zersetzer, E bezeichnet eine Waschkolonne, P bezeichnet einen Kohlendioxid-Kompressor, G bezeichnet einen Ammoniakerhitzer, H bezeichnet einen Gasejektor, K bezeichnet eine Ammoniakpumpe, und L bezeichnet eine Karbamat-Pumpe.

Was nun die in Pig· 1 dargestellte Verkörperung betrifft, so wird die vom Fach-Reaktor C gewonnene Harnstoff-Syntheselösung, welche nicht konvertiertes Ammoniumkarbamat und freies Ammoniak zusätzlich zu Harnstoff und Wasser enthält, über Leitung 20 in die Abstreifzone des Reaktorstrippers A geleitet, in welcher sie vermittels Wärmeaustausch mit der Reaktionszone erwärmt und im Gegenstrom mit gasförmigem Kohlendioxid geleitet wird. Dieses Kohlendioxid wird in den Unterteil der Abstreifzone vermittels Leitung 1, vermittels des Kohlendioxid-Kompressors P und vermittels Leitung 2 bei einem Druck von beispielsweise 240 bar eingeführt. Dem Kohlendioxid wird Luft oder irgendein anderes sauerstoffhaltiges reaktionsloses Gasgemisch beigegeben, um die aus rostfreiem Stahl bestehenden Bauteile, die unter hohen Temperaturen mit den karbamathaltigen Lösungen in Berührung kommen, in einem passiven Zustand zu halten.

In der Abstreifzone bewirkt die aus der Reaktionszone hergeleitete "/arme die Zersetzung von Ammoniumkarbamat zwecks Bildung eines Gasgemisches aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf, welches vermittels der Abstreifbehandlung aus der Harnstoff-Syntheseiösung ausgetrieben und gemeinsam mit dem frisch zugeführten Kohlendioxid über Leitung 4 aus

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der Desorptionszone des Reaktor-Strippers A ausgetragen wird· Die restliche Produkt-Harnstoff enthaltende Lösung, welche auch noch eine gewisse Menge Ammoniumkarbamat enthält, wird über Leitung 5 aus der Abstreifzone ausgetragen, im Druckreduzierventil 6 auf einen Druck von beispielsweise 140 bar oder darunter expandiert und in den Gas-FLüssigkeits-Abscheider S₁ eingeleitet, in welchem ein durch die Expansion entstandenes Gasgemisch aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf von der übrigen Harnstoff-Produktlösung abgeschieden wird« Dieses übrige Harnstoff-Produkt wird über Leitung 7 dem Heizer-Zersetzer D (hier als vertikaler Röhrenwärmeaustauscher dargestellt) zugeführt, welcher durch 20- bis 25-bar-Dampf erwärmt wird* Im Heizer-Zersetzer D wird im wesentlichen das gesamte restliche, noch im'Harnstoff-Produktstrom vorhandene Ammoniumkarbamat in Ammoniak und Kohlendioxid zerlegt und wird - gemeinsam mit einer kleinen Menge Wasserdampf - als Gasgemisch über Leitung 8 ausgetragen· Die Harnstoff-Produktlösung wird über Leitung 9 ausgetragen, sie kann anschließend weiteren bekannten und herkömmlichen Behandlungen zwecks Bildung einer konzentrierten Harnstofflösung oder auch zwecks Bildung von festem Harnstoff unterzogen werden.

In der in Pig· 1 dargestellten Verkörperung wird die im zweiten Abstreifschritt zu behandelnde Harnstoff-Produktlösung in den Bodenteil des Heizer-Zersetzers D eingeführt, wobei die Lösung und die sich entwickelnden Gase im Gleichstrom durch die Röhren fließen· Es ist aber auch möglich, die Harnstofflösung dem Heizer von oben zuzuführen und sie im Gegenstrom zu den ausgetriebenen Gasen abwärts durch die Röhren fließen zu lassen· Im letzteren Falle

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kann die Abscheidung der durch die Druckreduzierung im Druckreduzierventil 6 freigesetzten Gasmischung im Kopf des Heizer-Zersetzers D stattfinden, wodurch ein separater Gas-Flüssigkeits-Abscheider S^ nicht notwendig wird·

Ein Teil des durch Leitung 4 aus dem Desorptionsabschnitt des Reaktor-Strippers 4 ausgetragenen Gasgemisches wird in den Bodenteil der Mantelseite des Reaktor-Strippers A eingelassen, in welcher sich die Reaktionszone befindet· Dies erfolgt über Leitung 10 und Ejektor H· Der Ejektor H wird durch frisches Ammoniak angetrieben, welches über Leitung 3 herangeführt, vermittels Pumpe K auf den gewünschten Druck sowie vermittels des Ammoniak-Heizers G auf die gewünschte Temperatur gebracht wird und sodann über Leitung 11 in den Ejektor H eintritt·

Der restliche Teil des über Leitung 4 aus der Abstreifzone ausgetragenen Gasgemisches wird über Leitung 12 und Druckreduzierventil 13 in den Karbamat-Kondensor B eingeleitet· Der Ammoniumkarbamat-Kondensor B wird auf dem gleichen Druck wie der Heizer-Zersetzer D gehalten· Auch der Karbamat-Kondensor B wird über die Leitungen 8 und 15 mit der aus dem Heizer-Zersetzer D ausgetriebenen Gasmischung gespeist; gegebenenfalls wird auch über die Leitungen 14 und 15 die im Gas-Flüssigkeits-Abscheider S- aus der Harnstofflösung abgeschiedene Gasmischung eingespeist, sofern ein solcher Abscheider genutzt wird· Diese dem Karbamat-Kondensor B zugeführten Gasströme werden teilweise in Anwesenheit der durch Leitung 16 von der Waschkolonne E angelieferten Karbamatlösung kondensiert, wobei die Wärme der Kondensa-

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tion zurückgewonnen und zur Erzeugung von Dampf mit einem Druck von beispielsweise 3 "bis 6 bar verwendet werden kann· Die so gebildete Karbamatlösung wird vermittels der Karbamatpumpe L auf den in der Reaktionszone herrschenden Druck gebracht und über Leitung 17 in den Bodenteil der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingeführt. Das nicht kondensierte Gasgemisch aus dem Karbamat-Kondensor B, welches einen Teil des mit dem frischen Kohlendioxid und dem Ammoniak in das Verfahren eingeleiteten inerten Gases enthält, fließt über Leitung 18 zur Waschkolonne E·

In der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A wird ein großer Anteil des durch die Leitungen 10 und 11 über Ejektor H eingespeisten Ammoniaks und Kohlendioxids zu Ammoniumkarbamat umgewandelt, und ein Teil dieses Ammoniumkarbamats sowie des über die Karbamatpumpe L und Leitung 17 vom Karbamat-Kondensor B angelieferten Karbamats wird zu Harnstoff und Wasser umgewandelt» Die Ammoniumkarbamat bildende Kondensationsreaktion ist. exotherm, bildet also eine bestimmte Menge an Wärme, wohingegen die Umwandlung von Karbamat zu Harnstoff und ?/asser endothermen Charakter trägt und demzufolge Wärme verbraucht· nichtsdestoweniger wird durch die kombinierten Reaktionen ein Wärmeüberschuß erzeugt, welcher für die Zersetzung von nicht umgewandeltem Karbamat in der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A zur Verfügung steht· Infolge des erfindungsgemäßen Stattfindend der Karbamatbildung in Anwesenheit einer gewissen Menge von Harnstoff und Wasser wird in der Reaktionszone eine höhere Temperatur erreicht, so daß ein größerer Anteil der Überschußwärme zur Abstreifzone übertragen werden kann.

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Dieser Effekt stellt bereits dann eine nennenswerte Größe dar, wenn in der Reaktionszene etwa die Hälfte der unter den gewählten Reaktionsbedingungen erreichbaren Gleichgewichtsmenge an Harnstoff gebildet ist, und dieser Effekt wird in dem'Maße stärker hervortreten, in dem sich die Harnstoff-Konversion dem Gleichgewicht annähert. Werden beispielsweise in einer typischen Verkörperung des 7erfahrens gemäß Pig« 1 bei einem Druck von etwa 240 bar, einem molaren Verhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid von 3,40 : 1 und einem molaren Verhältnis von Wasser zu Kohlendioxid von 0,46 : 1 etwa 50 % der Harnstoff-Gleichgewichtsmenge gebildet, so wird die durchschnittliche Temperatur in der Reaktionszone etwa 195 ⁰C betragen· Bei 60, 70, 80 und 90 % der gebildeten Harnstoff-Gleichgewichtsmenge wird die Temperatur entsprechend 196, 199, 201 bzw· 203 ⁰C betragen.

Die Temperatursteigerungen infolge höherer Umwandlungsraten von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff und Wasser sind hinsichtlich des Temperaturunterschiedes über die Wärmeaustauschflächen im Reaktor-Stripper beträchtlich· Vorzugsweise wird der Grad der Umwandlung von Karbamat zu Harnstoff in der Reaktionszone so ausgewählt, daß er sich einem Betrag von etwa 70 % der Gleichgewichtsmenge nähert· Eine Harnstoffbildung von mehr als 90 % der Gleichgewichtsmenge erfordert hinwiederum auf Grund der stark abnehmenden Reaktionsgeschwindigkeit eine beträchtlich längere Verweilzeit, woraus sich folgerichtig die Notwendigkeit der Schaffung eines unvorteilhaft großen Volumens in der Reaktionszone ergibt.

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Bei gegebenem Druck, gegebener Menge an Überschuß-Ammoniak, gegebenem molarem Verhältnis von HpO/CCU und gegebener Verweilzeit stellt die in der Reaktionszone erreichbare (Temperatur einen bestimmbaren festen Wert dar. Auch die über den Ejektor H einspeisbare Menge an Gasgemisch ist dadurch bestimmt, da diese die Verweilzeit beeinfluß, wodurch die Menge der übertragenen Wärme durch Steigern der Menge dieses Gasgemisches nicht weiter erhöht werden kann« Die nichtgenutzte Wärme wird aus dem Verfahren abgeführt, indem ein Teil des von der Abstreifzone abgeleiteten Gasgemisches im Karbamat-Kondensor 8 und in der Waschkolonne E kondensiert wird und indem ein Teil des aus der Reaktionszone ausgetragenen Gasgemisches im Kach-Reaktor G und in der Waschkolonne E kondensiert wird·

Der Inhalt der Reaktionszone sollte intensiv vermischt werden, um die höchstmöglich gleichmäßige Wärmeverteilung zu erreichen und die Wärmeübertragung zur Abstreif zone zu maximieren· Ein gewisses Vermischen wird bereits dadurch erreicht, daß das Gasgemisch und die Karbamatlösung von unten nach oben durch die Reaktionszone fließen. Dieser Mischeffekt und demzufolge auch die Wärmeübertragung zur Abstreifzone kann darüber hinaus durch das Einbauen von Pralifläehen, Leitplatten oder ähnlichen Elementen in die Reaktionszone verbessert werden.

Die in der Reaktionszone gebildete, einen Ammoniak-Überschuß und Ammoniumkarbamat enthaltende wäßrige Harnstofflösung wird gemeinsam mit dem nicht kondensierten Gas über Leitung 19 dem Nach-Reaktor G zugeleitet, welcher auf dem

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gleichen Druck wie die Reaktionszone im Reaktor-Stripper A gehalten wird· Dort wird die Harnstoffsynthese fortgesetzt, bis mindestens etwa 90 % der Gleichgewichtsmenge an Harnstoff, die unter den gegebenen Reaktionsbedingungen gewonnen werden kann, gebildet worden sind. Die für diese Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff benötigte Wärme wird durch die Bildung einer zusätzlichen Menge Ammoniumkarbamat im Uach-Reaktor aus dem durch Leitung 19 eingespeisten gasförmigen Ammoniak und Kohlendioxid gewonnen. Die so erlangte Harnstoff-Syntheselösung wird sodann über Leitung 20 der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A zugeführt. Die das Oberteil des Hach-Reaktors C verlassende und aus inerten Gasen, Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserdampf bestehende Gasmischung wird über Leitung 21 sowie Entspannungsvent.il 22 der Waschkolonne B zugeleitet, in welcher das Ammoniak und das Kohlendioxid durch Waschen mit Wasser oder einer verdünnten, über Leitung 23 zugeführten Ammoniumkarbamatlösung bei dem gleichen Druck zurückgewonnen werden, wie er im Heizer-Zersetzer D und dem Karbamat-Kondensor B herrscht; gleichzeitig wird die Absorptionswärme abgeführt. Das restliche, nach der Waschkolonne E verbleibende Abgasgemisch wird über Leitung 24 ausgetragen, und die in der Waschkolonne E gewonnene Karbamatlösung wird über Leitung 16 in den Karbamat-Kondensor B eingeleitet.

Bei der Durchführung der in Pig· 1 dargestellten Verkörperung der Erfindung in der oben beschriebenen Weise kann eine Reduzierung des Hochdruckdampfverbrauches (25 bar)

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von etwa 10 % gegenüber dem in "European Chemical ÜFews Urea Supplement" beschriebenen und weiter oben diskutierten Verfahren erzielt werden; die genauen Dampfeinsparungen richten sich nach den gewählten Verfahrensbedingungien· In der vorliegenden Verkörperung wird die Gesamtmenge der Harnstoff-Syntheselb'sung in der Abstreifzone des Reaktor-Strippers behandelt* Die für die Abstreifbehandlung verfügbare Wärmemenge ist jedoch begrenzt, so daß nur eine verhältnismäßig geringe Abstreifeffizienz erreicht werden kann* Hinzu kommt, daß noch eine beträchtliche Menge Karbamat zum Zersetzen und zum Austreiben in den Heizer-Zersetzer übrig bleibt·

In der in Pig* 2 dargestellten Verkörperung wird die im Nach-Reaktor G gebildete Harnstoff-Syntheselösung in zwei feilmengen aufgeteilt» Die eine Teilmenge, beispielsweise 20 bis 50 % der Gesamtmenge, wird über Leitung 20 der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A eingespeist; die verbleibende Teilmenge, beispielsweise 50 bis 80 % der Gesamtmenge, wird über Leitung 25 zum Entspannungsventil 26 und daran anschließend zwecks Beseitigung des während der Expansion entstandenen Gasgemisches zum Gas-Flüssigkeits-Abscheider S^ geleitet; die restliche Harnstoff-Syntheselösung wird dem Heizer-Zersetzer D zugeführt. Es wird eine solche Menge an Harnstoff-Syntheselösung vom Hach-Reaktor C direkt der Abstreifzone im Reaktor-Stripper A zugeführt, daß eine normale oder übernormale Abstreifeffizienz erzielt werden kann* Dabei ist die Menge der für die Abstreifbehandlung verfügbaren Wärme dergestalt zu berücksichtigen, daß nach der Expansion im Entspannungsventil 6 der resul-

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tierende Harnstoff-Produktstrom in irgendeiner bekannten Weise gemeinsam mit jenem Teil des Harnstoff-Produktstromes weiterverarbeitet werden kann, welcher den Heizer-Zersetzer D verläßt· In diesem Pail wird die im Verfahren benötigte Gesamtmenge an Ammoniak in die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingespeist· Erforderlichenfalls kann jedoch ein Teil des frischen Ammoniaks über Leitung 39 und Entspannungsventil 40 in den Karbamat-Kondensor B eingespeist werden.

Bei Praktizierung der in Pig· 2 dargestellten Verkörperung in der oben beschriebenen ?/eise kann gegenüber dem in "European Chemical News Urea Supplement" beschriebenen und weiter oben bereits erörterten Verfahren eine Verringerung des Hochdruckdampfverbrauches (25 bar) von etwa 20 bis 60 % erzielt werden; erneut gestalten sich die exakten Dampfeinsparungen in Abhängigkeit von den gewählten Verfahrensbedingungen·

In der in Pig· 3 dargestellten Verkörperung wird die aus dem Nach-Reaktor C ausgetragene Harnstofflösung zunächst im Heizer-Zersetzer D mit Dampf behandelt, um auf diese Weise eine anfängliche Menge an nicht umgewandeltem Ammoniumkarbamat zu zersetzen· In dieser Verkörperung wird der Heizer-Zersetzer D schematisch als Gleichstrom-Heizer-Zersetzer dargestellt; es kann indes ebenso ein Gegenstrom-Heizer-Zersetzer angewandt werden· Um die Bauteile der Anlage vor Korrosion zu schützen, kann zwecks Passivierung Luft oder ein sauerstoffhaltiges reaktionsloses Gas über Leitung 38 dem Heizer-Zersetzer D zugeführt werden·

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Im Heizer-Zersetzer D wird ein Teil des Ammoniumkarbamats zerlegt und vom Harnstoff-Synthesestrom abgeführt; ein (Teil der auf diese Weise gebildeten Gasmischung wird über Leitung 27 zu dem Hach-Reaktor C zurückgeführt. Der restliche Teil dieses Gasgemisches wird über leitung 35 und Entspannungsventil 36 in den Karbamat-Kondensor B abgegeben· In dieser Terkörperung wird der Nach-Reaktor C bei höherem Druck als die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A gehalten; die letztgenannte Zone wird bei einem Druck von 125 bis 200 bar - beispielsweise von 140 bar - gehalten, und der Uach-Reaktor wird bei einem Druck von I60 bis bar - beispielsweise von 190 bar - gehalten.

Der den Heizer-Zersetzer D verlassende Harnstoff-Produktstrom, v/elcher noch einen Teil Ammoniumkarbamat enthält, wird über Leitung 28 und durch das Entspannungsventil 29 in den Gas-Plüssigkeits-Abscheider Sp geleitet, welcher bei dem gleichen Druck arbeitet wie er auch in der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A herrscht· In diesem Abscheider S₂ wird das durch die Expansion entstandene Gasgemisch vom Harnstoff-Produktstrom abgeschieden und über Leitung 30 dem Karbamat-Kondensor B zugeführt· Die restliche Harnstofflösung, die noch einen Teil des nicht umgewandelten Karbamats sowie freies Ammoniak enthält, wird über Leitung 31 in die Desorptionszone des Reaktor-Strippers A eingeführt« Hier wird im wesentlichen das gesamte, noch in der Harnstofflösung vorhandene Ammoniumkarbamat unter Zuhilfenahme der aus der Reaktionszone übertragenen Wärme zerlegt, so daß der über Leitung 5 ausgetragenen Harnstofflösung nur noch eine kleine Karbamatmenge verbleibt, welche in

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irgendeiner der bekannten Techniken beseitigt werden kann.

In dieser Yerkörperung wird die die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A über leitung 19 verlassende und nicht kondensierte inerte Bestandteile enthaltende Gasmischung im Gas-Flüssigkeits-Abscheider S, von der Harnstofflösung getrennt, und die restliche Harnstofflösung wird über leitung 33 zur Pumpe 1 geführt, in welcher sie auf den im Siach-Reaktor C herrschenden Druck gebracht wird; diesem Hach-Reaktor G wird sie dann über Leitung 34 zugeführt. Das aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider S, abgeführte Gasgemisch wird über leitung 32 dem Karbamat-Kondensor B zugeführt, in welchem das Ammoniak und das Kohlendioxid auskondensiert werden. Die inerten Gase vom Karbamat-Kondensor B werden über Leitung 37 und die inerten Gase vom lach-Reaktor C werden über Leitung 21 sowie Entspannungsventil 22 der Waschkolonne E zugeleitet, in welchem das in den inerten Gasen noch vorhandene Ammoniak und Kohlendioxid durch Waschen mit einer über Leitung 23 zugeführten verdünnten Karbonatlösung zurückgewonnen wird·

In der in Fig. 3 dargestellten und oben beschriebenen Yerkörperung setzt sich das Reagieren der Harnstofflösung aus der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A imUach-Reaktor C bei einem höheren Druck als in der Reaktionszone fort, so daß ein höherer Grad an Umwandlung von Ammoniumkarbamat zu Harnstoff erreicht wird, wodurch wiederum eine kleinere Menge an Karbamat zersetzt werden muß. Es ist allerdings auch möglich, die Hachreakticn bei dem gleichen Druck durchzuführen wie er in der Reak-

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tionszone herrscht· Obwohl dann eine größere Karbamatmenge zersetzt werden muß, besteht dann der Vorteil, daß die Abscheider S₂ "^d. S^ sowie die Pumpe M gemeinsam mit den dazugehörigen Leitungen, Ventilen, Meß- und Steuereinrichtungen eingespart werden können.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert«

In Übereinstimmung mit dem in Pig· 2 veranschaulichten und oben beschriebenen Verfahren wurde Harnstoff hergestellt.

Für jede Tonne zu erzeugenden Harnstoffes wurden 567 kg Ammoniak bei einer Temperatur von 120 ⁰C der Reaktionszone des Reaktor-Strippers A über die Ammoniakpumpe K und den Ammoniake.rhitζer C eingespeist; desgleichen wurden der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A über den Kohlendioxid-Kompressor i¹ 733 kg Kohlendioxid und 29 kg inerte Gase (vorwiegend Luft) eingeleitet. Der Druck wird in beiden Zonen des Reaktor-Strippers A bei 240 bar gehalten· Zusätzlich wird die Reaktionszone über den Ejektor H mit einem Gasgemisch aus 212 kg Ammoniak, 651 kg Kohlendioxid, 13 kg Wasser und 23 kg Inertgas sov/ie über die Karbamat-Pumpe L mit 1584 kg einer Karbamat-Lösung aus 818 kg Ammoniak, 562 kg Kohlendioxid und 204 kg Wasser beschickt. Das Volumen der Reaktionszone und dementsprechend die Verweilzeit werden dergestalt eingerichtet,

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daß bei einem in der Reaktionszone aufrechterhaltenen Druck von 240 bar und der mit diesem Druck verbundenen Temperatur von etwa 200 ⁰C ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch gebildet wird, bei dem sich die Flüssigphase aus 800 kg Harnstoff, 1009 kg Ammoniak, 524 kg Kohlendioxid und 449 kg Wasser zusammensetzt und bei dem die Gasphase aus 135 kg Ammoniak, 102 kg Kohlendioxid, 8 kg Wasserdampf und 23 kg inerten Bestandteilen besteht·

Die Quantität des in der Reaktionszone gebildeten Harnstoffes macht etwa 76 % jener Harnstoffmenge aus, die bei einer Durchführung der Umwandlung bis zum Gleichgewichtszustand erreicht worden wäre.

Diese Gas-Flüssigkeits-Mschung wird über Leitung 19 zur weiteren Reaktion in den Hach-Reaktor C eingeführt, in welchem eine Harnstoff-Syntheselösung aus 1000 kg Harnstoff, 913 kg Ammoniak, 393 kg Kohlendioxid und 510 kg Wasser.gebildet wird« Etwa 32,5 Gew.-% dieser Harnstoff-Syntheselösung werden über Leitung 20 der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A zugeführt, während der übrige Anteil nach einer Entspannung auf einen Druck von 140 bar dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider S-. eingespeist wird.

In der Abstreifzone wird ein großer Teil des in der hierhinein eingespeisten. Harnstofflösung vorhandenen Karbamats zersetzt. Das dadurch freigesetzte Ammoniak und Kohlendioxid werden durch Abstreifen mit Kohlendioxid ausgetrieben, welche über Leitung 2 in die Abstreifzone eingeleitet

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wurden. Dies resultiert in einem über Leitung 4 erfolgenden Austrag von 1124 kg eines Gasgemisches, bestehend aus 265 kg Ammoniak, 814 kg Kohlendioxid, 16 kg Wasserdampf und 29 kg inertem Gas· Etwa 80 Hasse-% dieses Gasgemisches v/erden über leitung 10 in die Reaktionszone des Reaktor-Strippers A eingeführt; der restliche Anteil wird nach einer Druckreduzierung auf 140 bar dem Karbamat-Kondensator 8 zugeführt. Der restliche, aus der Abstreifzone des Reaktor-Strippers A ausgetragene Harnstoff-Produktstrom enthält zusätzlich zu 325 kg Harnstoff und 150 kg Wasser lediglich 32 kg Ammoniak und 47 kg Kohlendioxid·

Im Gas-Plüssigkeits-Abscheider S₁ werden 184 kg Gasgemisch, die durch Expansion auf Harnstoff-Syntheselösung aus dem Hach-Reaktor C von 240 bar auf 140 bar entwickelt wurden, von 1716 kg verbleibender Harnstoff-Produktlösung abgeschieden· Diese Harnstoff-Produktlösung, die aus 675 kg Harnstoff, 494 kg Ammoniak, 213 kg Kohlendioxid und der Bilanzmenge Wasser besteht, wird im Gleichstrom-Heizer-Zersetzer D auf 210 ⁰C erhitzt, was die Zersetzung einer zusätzlichen Menge Ammoniumkarbamat sowie die Entwicklung von gasförmigem Ammoniak und Kohlendioxid zur Folge hat. Die resultierende Gasmischung enthält 268 kg Ammoniak, 163 kg Kohlendioxid und 30 kg Wasser. Die restliche, den Heizer-Zersetzer D verlassende Harnstoff-Produktlösung besteht aus 675 kg Harnstoff, 304 kg Wasser, 226 kg Ammoniak und 50 kg Kohlendioxid. Die zur Zerlegung und Beseitigung der Abgase im Heizer-Zersetzer D benötigte Wärmeenergie wird durch 354 kg überhitzten Dampfes mit einer Temperatur von etwa 300 ⁰C und einem Druck von 26 bar geliefert. Durch die im Karbamat-Kondensor B stattfindende Kondensation der aus der Abstreifzone, aus dem Gas-Flüssigkeits-Abscheider S₁ und aus dem Heizer-Zersetzer D angelieferten Gasmischungen wird genügend Wärme freigesetzt, um 550 kg von gesättigtem Dampf mit einem Druck von 3>5 bar zu bilden.

Claims (14)

61 319 18 - 2£Γ- Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Herstellung von Harnstoff aus Ammoniak und Kohlendioxid bei einer erhöhten Temperatur und einem erhöhten Druck unter Nutzung einer Reaktionszone und einer Abstreifzone, v/obei in der genannten Reaktionszone Kohlendioxid und ein Teil des genannten Ammoniaks zu Ammoniumkarbamat und ein Teil des genannten Ammoniumkarbamats zu Harnstoff umgewandelt wird, um ein aus der Reaktionszone abfließendes Medium aus Produkt-Harnstoff, nicht umgesetztem Ammoniumkarbamat und Überschuß-Ammoniak zu bilden, wobei die genannten Umwandlungen unter Bildung von ITettowärme ablaufen, und in der genannten Abstreifzone ein Harnstoff-Produktstrom aus nicht umgesetztem Ammoniumkarbamat zwecks Zersetzung zumindest eines Teiles des genannten Ammoniumkarbamates vermittels Wärmeaustausch mit der genannten Reaktionszone erhitzt und zwecks Beseitigung des somit aus dem genannten Harnstoff-Produktstrom gebildeten gasförmigen Ammoniaks und Kohlendioxids abgestreift wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Umwandlung von Ammoniumkarbamat zur Harnstoff in der genannten Reaktionszone fortgesetzt wird, bis die Quantität des gebildeten Harnstoffes mindestens 50 % jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre·

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff in der genannten Reaktionszone fortgesetzt wird, bis die Quanti-

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tat des gebildeten Harnstoffes mindestens 70 % jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre·

3» Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Inhalt der genannten Reaktionszone intensiv vermischt wird.

4· Verfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß sich die genannte Reaktionszone sowie die genannte Abstreifzone innerhalb eines vertikalen Röhrenwärmeaustauschers befinden, wobei sich die genannte Abstreifzone innerhalb der Röhren des genannten Wärmeaustauschers befindet und wobei sich die genannte Reaktionszone innerhalb des Gehäuses des genannten Wärmeaustauschers befindet und wobei schließlich die Temperaturdifferenz zwischen dem Ober- und dem Unterteil der genannten Reaktionszone auf höchstens 5 C begrenzt ist.

5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Temperaturdifferenz zwischen dem Ober- "und dem Unterteil der genannten Reaktionszone auf höchstens 2 ⁰C begrenzt ist.

6. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Reaktionszone in einem Druckbereich von etwa 125 bis 250 bar und in einem Temperaturbereich von etwa 170 bis 205 ⁰O gehalten wird.

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7· Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck in der genannten Reaktionszone den gleichen Betrag aufweist wie der Druck in der genannten Abstreifzone·

8· Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß das aus der Reaktionszone abfließende Medium in eine Hach-Reaktionszone eingeleitet wird, in welcher ein zusätzlicher Anteil Ammoniumkarbamat zwecks Bildung eines harnstoffhaltigen Harnstoff-Produkt stromes umgewandelt wird und wobei die Umwandlung von Ammoniumkarbamat in Harnstoff in einer Menge erfolgt, welche mindestens SO % jener Harnstoffmenge entspricht, die unter den in der genannten Uach-Reaktionszone gegebenen Reaktionsbedingungen bei Vorliegen des Gleichgewichtszustandes erreicht worden wäre·

9· Verfahren nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Druck in der genannten Nach-Reaktionszone über dem Druck in der genannten Reaktionszone liegt»

10. Verfahren nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß in der genannten Reaktionszone ein Druck von etwa 125 bis 200 bar und in der genannten Nach-Reaktionszone ein Druck von etwa 16O bis 250 bar aufrechterhalten wird.

11. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 8, 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß der Harnstoff-Produktstrom aus der genannten IJach-Reaktionszone auf eine Temperatur von etwa 180 bis 210 ⁰C erhitzt wird, wodurch ein Teil des genannten, nicht umgewandelten Ammoniumkarba-

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mats zersetzt wird, die dadurch, entwickelte Gasmischung vom übrigen Harnstoff-Produktstrom abgeschieden und der noch unkonvertiertes Ammoniumkarbamat und freies Ammoniak enthaltende übrige Harnstoff-Produktstrom in die genannte Abstreif zone -eingeleitet wird'·

12. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 1 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß der Harnstoff-Produktstrom aus der genannten Abstreifzone in eine zweite Abstreifzone eingeleitet wird, in welcher eine zusätzliche Menge Ammoniumkarbamat zersetzt und vom Harnstoff-Produktstrom abgeführt wird.

13. Verfahren nach irgendeinem der Punkte 8, 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß lediglich ein Teil des Harnstoff-Produktstromes aus der genannten Hach-Reaktionszone in die genannte Abstreifzone eingeleitet wird und daß eine restliche Menge des Harnstoff-Produktstromes aus der genannten Nach-Reaktionszone in eine zweite Abstreifzone eingeleitet wird, in welcher eine Zersetzung von Ammoniumkarbamat erfolgt.

14· Verfahren nach Punkt 12 oder 13j gekennzeichnet dadurch, daß die genannte zweite Abstreifzone unter einem geringeren Druck als die genannte Abstreifzone gehalten wird·

BierzoSl-Seiien Zeichnungen