DE69606672T2

DE69606672T2 - Verfahren und Apparat zur Gewinnung von kondensierbaren Stoffen aus dem Dampf von einem Vakuumverdampfer der Harnstoffsynthese

Info

Publication number: DE69606672T2
Application number: DE69606672T
Authority: DE
Inventors: Thomas Anthony Czuppon; Vishnu Deo Singh; Richard Bruce Strait
Original assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Current assignee: Kellogg Brown and Root LLC
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1996-05-09
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: NO962854L; AU5211996A; CA2174016A1; US5744009A; AU702000B2; EP0752416B1; ES2141995T3; NO962854D0; KR970005335A; CA2174016C; KR100407370B1; EP0752416A1; DE69606672D1; MX9602588A; JPH0920747A; GR3033336T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Harnstoffgewinnungsverfahren und insbesondere ein Harnstoffgewinnungsverfahren, bei dem kondensierbare Stoffe in einem Dampfstrom, der oben von einer Harnstoff- Vakuumverdampfer/Konzentriervorrichtung entfernt werden, unter Verwendung eines Kontaktkühlers kondensiert werden.

Hintergrund der Erfindung

Harnstoff wird typischerweise durch direktes Vereinigen von Ammoniak und Kohlendioxid hergestellt, wobei Ammoniumcarbamat gebildet wird. Das Ammoniumcarbamat wird dann dehydratisiert, wobei Harnstoff als wäßrige Lösung gebildet wird. Der wäßrige Harnstoff-enthaltende Strom wird in einer Reihe von Druckabbau- und Vakuumverdampfungsstufen behandelt, um nicht umgesetzte Komponenten abzutrennen und das Harnstoffprodukt zu konzentrieren. In den Vakuumverdampfungsstufen entwickelter Dampf, der hauptsächlich Wasser, Ammoniak, Kohlendioxid und mitgeschleppten Harnstoff umfaßt, wird dann gekühlt, um ein wäßriges Kondensat herzustellen, das für verschiedene Anlagenzwecke recyclisiert werden kann. Gleichzeitig werden nicht kondensierbare Gase, welche hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff umfassen, behandelt, um vor dem Entlüften restlichen Ammoniak zu entfernen. US-A-4 256 662 und EP-A-0 463 484 beschreiben solche Verfahren des Standes der Technik.
Der erzeugte Dampf wird typischerweise durch indirekte Oberflächenaustauscher gekühlt, die im allgemeinen für einen Betrieb bei einem Subatmosphärendruck entwickelt sind. Im allgemeinen werden mehrere Kühlstufen verwendet. Das in jeder Stufe gebildete wäßrige Kondensat wird typischerweise zu einem zentralen Vorratsbehälter geleitet. Da die Kühlstufen bei einem höheren Druck als eine stromaufliegende Verdampfungsstufe oder eine stromabliegende Ammoniakbehandlungsstufe betrieben werden können, können Saugstrahlpumpen (Ejektoren) erforderlich sein, um den Druck der Einlaß- und Auslaßgasströme zu erhöhen.
Röhrenkühler, die zum Kondensieren der Dampfströme verwendet werden, können oftmals verschmutzt werden, da in den Dampfströmen mitgeschleppter Harnstoff und festes Carbamat sich an den Oberflächen der Röhren aufbauen kann. Wenn die Kühler nicht effizient funktionieren, können Vakuumverdampfer, die einen höheren als den vorgesehenen Druck aufweisen, in einem Harnstoffprodukt resultieren, das eine übermäßige Wasserkonzentration aufweist. Dies kann für den Harnstoffhandhabungsbereich der Anlage und insbesondere im Fall einer Produktspezifikation von sprühkristallisiertem Harnstoff nachteilig sein.
Den Anmeldern ist nicht bekannt, daß Kontaktkühler zuvor zur Gewinnung von kondensierbaren Stoffen in Dampf verwendet worden sind, der in Entspannungsdruckabbau- und Vakuumverdampfungs/Konzentrierungs- Stufen eines Harnstoffgewinnungsverfahren erhalten wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt ein wirksamer Direktkontaktkühler mehrere teure Röhrenkühler, die zuvor bei der Vakuumkonzentrierung des Harnstoffprodukts und der Kondensation der freigesetzten Dämpfe verwendet wurden.
Als erste Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von kondensierbaren Stoffen in Dampf aus einem Harnstoffvakuumverdampfer bereit. Als Schritt (a) wird der Dampf von einem Harnstoffvakuumverdampfer unterhalb einer Absorptionszone einer Absorbereinheit eingebracht. Als Schritt (b) wird ein Dampfstrom von oberhalb der Absorptionszone abgezogen, um einen Subatmosphärendruck in der Absorbereinheit aufrechtzuerhalten. In Schritt (c) wird ein wäßriger Strom in die Absorbereinheit oberhalb der Absorptionszone eingebracht. Als Schritt (d) wird der in Schritt (a) eingebrachte Dampf in der Absorptionszone mit dem in Schritt (c) eingebrachten wäßrigen Strom in Kontakt gebracht, um in den wäßrigen Strom Wasser zu kondensieren, Ammoniak und Carbamat zu absorbieren und Harnstoff zu waschen. In Schritt (e) wird der wäßrige Strom von Schritt (d) gesammelt. Als Schritt (f) wird das in Schritt (e) gesammelte Wasser gekühlt und zum Einbringschritt (c) rezirkuliert.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt der Verdampfer die Konzentriervorrichtungen einer ersten und zweiten Stufe in Reihe und der in Schritt (a) eingebrachte Dampf umfaßt jeweils einen ersten und zweiten Dampfstrom davon. Der erste und zweite Dampfstrom werden bevorzugt in eine Zufuhrzone unterhalb der Absorptionszone eingebracht. Die Absorptionszone kann eine obere und eine untere Stufe umfassen, in welchem Fall das Verfahren bevorzugt die Schritte des Einbringens des ersten Dampfstroms von der Konzentriervorrichtung der ersten Stufe in eine untere Zufuhrzone unterhalb der unteren Absorptionsstufe und des Einbringens des zweiten Dampfstroms von der Konzentriervorrichtung der zweiten Stufe in eine obere Zufuhrzone zwischen der oberen und der unteren Absorptionsstufe umfaßt, worin die obere Zufuhrzone in fluider Verbindung mit der oberen und der unteren Absorptionsstufe für das Durchströmen nach oben und nach unten von jeweils Dampf und Flüssigkeit steht. Der zweite Dampfstrom wird bevorzugt aus der Konzentriervorrichtung der zweiten Stufe in die obere Zufuhrzone unter Verwendung von Dampf als Treibfluid herausgeleitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zwischen der Absorbereinheit und einem Behälter zur Aufnahme des in Schritt (e) gesammelten wäßrigen Stroms eine Vakuumdichtung aufrechterhalten. Die Vakuumdichtung umfaßt einen Wasser gefüllten Schenkel, der sich von unterhalb des Flüssigkeitsniveaus im Behälter zu einer oberen Höhe unterhalb der Absorptionszone erstreckt. Der Abzugsschritt (b) umfaßt bevorzugt das Ausstoßen von Dampf aus der Absorbereinheit mit Dampf als Treibfluid. Ein Teil des gesammelten wäßrigen Stroms von Schritt (e) wird bevorzugt zur Harnstoffhydrolyse und andere Verfahrensverwendungen abgezogen.
Als weitere Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung eine Harnstoffkonzentriereinheit bereit. Als erstes Element werden Harnstoffvakuumverdampfer einer ersten und zweiten Stufe in Reihe bereitgestellt. Als zweites Element wird eine Absorptionssäule, die eine Absorptionszone umfaßt, bereitgestellt. Leitungen werden bereitgestellt, um Dampfströme von den Vakuumverdampfern in die Absorptionssäule unterhalb der Absorptionszone einzubringen. Eine Überkopfleitung von der Absorptionssäule wird bereitgestellt, um Dampf von oberhalb der Absorptionszone abzuziehen, um einen Subatmosphärendruck in der Absorptionssäule aufrecht zu halten. Ein Behälter wird bereitgestellt, um wäßrige Flüssigkeit von der Absorptionssäule aufzunehmen, die Ammoniak, Carbamat und Harnstoff enthält. Eine Pumpe und eine Leitung werden bereitgestellt, um Wasser von dem Behälter zu der Absorptionssäule oberhalb der Absorptionszone zu rezirkulieren. Ein Wärmetauscher wird an der Rezirkulationsleitung bereitgestellt, um das rezirkulierte Wasser zu kühlen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Zufuhrzone unterhalb der Absorptionszone in fluider Verbindung mit jeder der Dampfleitungen von der ersten und zweiten Stufe der Vakuumverdampfung bereitgestellt. Die Absorptionszone hat bevorzugt eine obere und eine untere Absorptionsstufe, eine untere Zufuhrzone unterhalb der unteren Absorptionsstufe in fluider Verbindung mit der Dampfleitung von dem Vakuumverdampfer der ersten Stufe und eine obere Zufuhrzone zwischen der oberen und der unteren Absorptionsstufe in fluider Verbindung mit der Dampfleitung von dem Vakuumverdampfer der zweiten Stufe. Die obere Zufuhrzone steht in fluider Verbindung mit der oberen und der unterer Absorptionsstufe für den jeweiligen Strom nach oben und nach unten von Dampf und Flüssigkeit dadurch. Die Wasserrezirkulationsleitung ist in fluider Verbindung mit der oberen Absorptionsstufe benachbart zu derem oberen Ende. Eine Dampfsaugstrahlpumpe (Eduktor) wird bevorzugt in der Dampfleitung von dem zweiten Vakuumverdampfer zu der oberen Zufuhrzone bereitgestellt, um Dampf von dem zweiten Vakuumverdampfer zu komprimieren, um den Druck der oberen Zufuhrzone zu erreichen. Eine Vakuumdichtung wird bevorzugt zwischen dem Behälter und der Absorptionszone bereitgestellt, welche einen Flüssigkeitsschenkel umfaßt, der sich von unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter zu einer oberen Höhe unterhalb der Absorptionszone erstreckt. Eine Dampfsaugstrahlpumpe wird bevorzugt in der Überkopfleitung von der Absorptionseinheit bereitgestellt. Der Wärmetauscher ist bevorzugt ein Platten-Rippenwärmetauscher, der ein kühlseitiges Fluid umfassend Kühlwasser aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 veranschaulicht ein Verfahrensblockdiagramm einer · Ausführungsform des Harnstoffgewinnungsverfahrens der vorliegenden Erfindung, worin das Harnstoffprodukt granuliert wird.
Fig. 2 veranschaulicht ein schematisches Detail des Verfahrens von Fig. 1, wobei ein zentraler Absorptionsturm der vorliegenden Erfindung mit einer einzelnen Stufe gezeigt wird.
Fig. 3 veranschaulicht ein Verfahrensblockdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin das Harnstoffprodukt sprühkristallisiert wird.
Fig. 4 veranschaulicht ein schematisches Detail des Verfahrens von Fig. 3, wobei ein zentraler Absorptionsturm der vorliegenden Erfindung mit zwei Stufen gezeigt wird.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Mehrere Kondensatoren mit großer Oberfläche (z. B. Röhrenkondensatoren), die bisher verwendet wurden, um Dämpfe zu kühlen, die in einem Harnstoff-Vakuumverdampfungs/Konzentrier-Schritt eines Harnstoffverfahrens freigesetzt werden, werden durch einen einfachen Kontaktabsorptionsturm ersetzt, um beträchtliche Einsparungen an Kapital und Betriebsmitteln zu erhalten.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 4, worin gleiche Zahlen gleiche Teile bezeichnen, wird Harnstoff in einem Verfahren 10, 10' der vorliegenden Erfindung hergestellt, indem Ammoniak und Kohlendioxid bei erhöhter Temperatur (180 bis 195ºC) und Druck (14 bis 20 MPa) umgesetzt werden. Ein flüssiger Ammoniakstrom, der über die Leitung 12 eingebracht wird, und ein Kohlendioxidstrom, der über die Leitung 14 eingebracht wird, werden direkt in einer Reaktionsstufe 16 kombiniert, um Ammoniumcarbamat zu bilden, gefolgt von einer Dehydratisierung des Carbamats auf kontinuierliche Weise zu Harnstoff und Wasser. Das Verhältnis von Ammoniak zu Kohlendioxid variiert von etwa 2,8 bis 3,6 : 1, abhängig von dem verwendeten Verfahren, z. B. Stamicarbon oder Snamprogetti. Die Durchlaufumsetzung liegt typischerweise im Bereich von 50 bis 70 Gew.-% des Kohlendioxids, welches der begrenzende Reaktant ist.
Ein wäßriger Harnstoffproduktstrom, der durch die Carbamatdehydratisierung in der Reaktionsstufe 16 gebildet wird, wird über die Leitung 18 zu einer Hochdruck-Stripperstufe 20 geleitet, worin der Produktstrom bei hohem Druck unter Verwendung eines hereinkommenden Reaktantenstromes, wie etwa CO&sub2;, das durch die Leitung 22 eingebracht wird, gestrippt wird, um einen ersten Teil des restlichen CO&sub2; und NH&sub3; davon abzutrennen. Der Efluent der Hochdruck-Stripperstufe 20 wird dann über Leitung 24 zu einer Niederdruck-Stripperstufe 26 heruntergeführt, um die Masse des verbleibenden restlichen CO&sub2; und NH&sub3; abzutrennen und eine wäßrige Harnstoffrohlösung herzustellen, die auf etwa 70 bis 80 Gew.-% Harnstoff konzentriert ist. Die Niederdruck-Stripperstufe 26 verwendet typischerweise einen Abziehdampf, der durch Kochen eines Teils des angesammelten Harnstoffrohprodukts erzeugt wird.
Dampf aus der Niederdruck-Stripperstufe 26, der hauptsächlich aus NH&sub3;, CO&sub2; und H&sub2;O besteht, wird über die Leitung 28 entfernt und in einer Carbamatkondensierstufe 30 gekühlt, um eine wäßrige Lösung von Carbamat zu bilden. Falls gewünscht kann das Kondensat der Kondensationsstufe 30 über die Leitung 31 zugeführt werden. Ein Zweiphasenstrom, der Carbamatkondensat enthält, wird über Leitung 32 zu einer Scheidetrommel 34 geleitet und das Carbamatkondensat wird zur Harnstoffreaktionsstufe über Leitung 36 zurückgeführt. Abhängig von den Verfahrensdesignkriterien wird ein Dampfstrom, der hauptsächlich Ammoniak, Wasser, CO&sub2; und inerte nicht kondensierbare Stoffe enthält, über Leitung 38 von der Carbamatkondensatortrommel 34 zur Wasserkondensation und Ammoniakentfernung gemäß der Granulationsausführungsform der Fig. 1-2 oder über Leitung 38' zur Kondensation und Aufreinigung in einem Atmosphärenabsorber (nicht gezeigt) gemäß der Sprühkristallisations-Ausführungsform der Fig. 3-4 entfernt.
Die wäßrige Harnstoffrohlösung, die in der Niederdruck-Stripperstufe 26 gebildet wird, wird adiabatisch über die Leitung 40 in eine Entspannungstrommel 42 entspannt, die bei einem Atmosphären- oder Subatmosphärendruck gehalten wird. Die entspannte Harnstofflösung umfaßt typischerweise 74,2 Gew.-% Harnstoff, 0,5 Gew.-% CO&sub2;, 0,7 Gew.-% NH&sub3; und 24,6 Gew.-% Wasser. Wie gut bekannt ist, kann der Druck der Entspannungstrommel 42 und der Weg der anschließenden Harnstoffkonzentrierschritte abhängig von der gewünschten Konzentration des Harnstoffendprodukts variieren.
Wenn ein Harnstoffprodukt mit einer Konzentration von etwa 96 Gew.-% zur Granulierung gewünscht ist, wird z. B. der Druck der Trommel 42 typischerweise bei etwa 100 bis 120 kPa(a) gehalten. Wie man in Fig. 1 sieht, umfaßt Dampf, der von der entspannten Harnstofflösung ausgetrieben wird, hauptsächlich Ammoniak, Wasser und CO&sub2;, und wird über die Leitung 44 zur Kondensation und Aufreinigung, wie für den Dampfstrom 38 oben erwähnt, geleitet. Eine Harnstofflösung wird über Leitung 46 zu einer Vorkonzentrierstufe 48 abgezogen. Von der Stufe 48 hergestellter Dampf wird über Leitung 50 zur Wasserkondensierung und Aufreinigung, wie für die Dampfströme 38, 44 oben erwähnt, entfernt. Ein Harnstofflösungseffluent wird aus der Vorkonzentrierstufe 48 über die Leitung 52 zu einem Vorratsbehälter 54 abgezogen und dann über Leitung 56 zu einer Primärkonzentrationsstufe 58 abgezogen, die unter partiellem Vakuum betrieben wird, um Wasser aus der Produktlösung zu verdampfen. Dampf, der Ammoniak, Wasser, CO&sub2; und mitgeschleppten Harnstoff (z. B. mitgerissen und/oder gelöst) umfaßt, wird über Kopf über die Leitung 49 zur Kondensation und Reinigung, ähnlich den Dampfströmen 38, 44, 50 entnommen. Ein so konzentriertes Harnstoffprodukt wird über Leitung 60 von der Konzentrationsstufe 58 zu einer Endbearbeitungsstufe 62 zur Granulierung in eine Form entnommen, die zur Handhabung und zum Versand geeignet ist. Das Harnstoffprodukt wird über Leitung 64 entnommen.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung können die Dampfströme 38, 44, 50, 59, die von der Harnstofflösung in den verschiedenen oben erwähnten Reinigungs- und Konzentrierungsstufen 26, 42, 48, 58 entstehen, durch direkten Kontakt in einer zentralen Absorptionsstufe 100 gekühlt werden, die unter partiellem Vakuum betrieben wird, anstelle von Oberflächenkontakt, um das Wasser zu kondensieren und gleichzeitig Ammoniak, CO&sub2;, Inertstoffe und mitgeschleppten Harnstoff davon zu absorbieren.
Wie man in Fig. 2 sieht, wird der Harnstoffstrom 46 adiabatisch in der Vorverdampfungsstufe 48 auf etwa 37 kPa(a) und 85ºC entspannt und dann auf etwa 90ºC durch eine Vorverdampfer-Heizvorrichtung 102 erwärmt, um die Lösung in einem Separator 104 zu konzentrieren. Das partielle Vakuum in der Vorverdampferstufe 48 wird durch kontinuierliche Kondensation des gebildeten Dampfes aufrechterhalten, der durch Leitung 50 zu einem Absorptionsturm 101 entnommen wird.
Die Heizvorrichtung 102 hat bevorzugt die Form eines Röhrenaustauschers, der integral mit dem Vorverdampferseparator 104 ausgebildet ist. Die Verdampfungswärme der Vorverdampferstufe 48 wird bevorzugt durch in der Harnstoffbildungsstufe 16 erzeugte Wärme über temperiertes Wasser, das der Heizvorrichtung 104 auf einer Schalenseite durch Leitung 106 zugeführt wird und durch Leitung 108 zurückgeführt wird, geliefert.
Nach der Vorkonzentrierung wird die Harnstofflösung in dem Separator 104, die auf etwa 90 Gew.-% Harnstoff konzentriert ist, durch die Primärverdampfungsstufe 58 über den Vorratsbehälter 54, wie oben erwähnt, gepumpt. In der Primärverdampfungsstufe 58 wird der Harnstoffstrom 56 auf etwa 133ºC durch eine Primärverdampfungs- Heizvorrichtung 110 erwärmt, um die Lösung in einem Separator 112 zu konzentrieren. Der Subatmosphärendruck in der Verdampfungsstufe 58 wird durch kontinuierliche Kondensation des gebildeten Dampfes aufrechterhalten, der durch Leitung 59 zum Absorptionsturm 101 entnommen wird.
Die Heizvorrichtung 110 hat bevorzugt die Form eines Röhrenaustauschers, der integral mit dem Primärverdampfungsseparator 112 ausgebildet ist. Die Verdampfungswärme der Primärverdampfungsstufe 54 wird bevorzugt durch Niederdruckkondensieren von Dampf geliefert, der auf eine Schalenseite der Heizvorrichtung 110 durch die Leitung 114 eingebracht wird. Dampfkondensat wird über die Leitung 116 entnommen. Das konzentrierte Harnstoffprodukt wird aus dem Separator 112 über die Leitung 60 zur Granulation entnommen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Dampfströme 38, 44, 50, 59, die durch die Harnstoffkonzentrierungsschritte 26, 48, 58 des Granulierungsverfahrens 10 gebildet werden, im Absorptionsturm 101 bei einem Druck von etwa 27,8 kPa(a) unter Verwendung einer kalten wäßrigen Absorbensflüssigkeit behandelt, die über Leitung 118 eingebracht wird. Die Dampfströme 38, 44, 50, 59 werden über eine Zufuhrleitung 119 in den Absorptionsturm 101 in eine Zufuhrzone 120 unterhalb einer Absorptionszone 122, welche geeignete Dampf-Flüssigkeits-Kontaktelemente umfaßt, eingebracht. In der Absorptionszone 122 werden das meiste der Wasser-, Ammoniak- und CO&sub2;- Dämpfe und alle mitgeschleppten Harnstoffeststoffe aus dem Zufuhrstrom 119 absorbiert und durch den Absorbensstrom 118 gekühlt.
Der Absorbens-Flüssigkeitsstrom 118 wird von der Absorbenszone 122 zu einem Haltebehälter 66 über einen Schenkel 124 zirkuliert, der unter das Niveau des wäßrigen Absorbens in dem Tank 66 eingetaucht ist, um eine Vakuumdichtung zwischen dem Absorptionsturm 101 und dem Behälter 66 aufrechtzuerhalten. Ein Subatmosphärendruck in dem Turm 101 wird durch Abziehen von nicht kondensierten Gasen über Kopf über eine Leitung 126 aufrechterhalten. Der Dampfstrom 126 verläßt den Absorber 101 bei einem Druck von etwa 24,5 kPa(a), wird durch einen Ejektor 128 auf Atmosphärendruck erhöht, wobei ein Niederdruckdampf, der über Leitung 130 eingebracht wird, als Treibfluid verwendet wird, und über Leitung 132 einem Atmosphärenabsorber (nicht gezeigt) zugeleitet, um jeglichen verbleibenden Ammoniak darin zu behandeln.
Absorbensflüssigkeit, die hauptsächlich Ammoniak-enthaltendes Wasser umfaßt, wird aus dem Tank 66 über eine Leitung 134 abzogen, durch eine Pumpe 136 über Leitung 138 durch einen Kühler 140 zur Abgabe der Kondensationswärme gegen Kühlwasser zirkuliert, dem Turm 101 über Leitung 11 8 zugeführt und zu anderen Verwendungen über Leitung 146 geschickt. Der Kühler 140 umfaßt bevorzugt einen Platten- Rahmenaustauscher und kühlt die Absorbensflüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 35ºC. Ein kleinerer Teil der Absorbensflüssigkeit kann durch die Leitung 148 durch eine Pumpe 150 für andere Verwendungen in dem Verfahren 10 zirkuliert werden, wie etwa z. B. zur Carbamatkondensationsstufe 30 über Leitung 31.
Für ein Harnstoffprodukt, das eine Konzentration von bis zu etwa 99,7 Gew.-% zum Sprühkristallisieren aufweist, wird z. B. die Trommel 42 bevorzugt bei einem Subatmosphärendruck von etwa 45 bis 55 kPa(a) gehalten und es wird ein Dampfstrom 44' hergestellt, wie man in Fig. 3 sieht kann. Eine Harnstofflösung wird direkt über Leitung 68 zum Vorratsbehälter 54 geleitet und dann über Leitung 70 einer im allgemeinen zweistufigen Harnstoffkonzentriereinheit 72 zugeführt, die bei partiellem Vakuum betrieben wird, um Wasser aus der Produktlösung wie oben erwähnt zu verdampfen. Ein Harnstoffprodukt mit hoher Konzentration wird über Leitung 74 aus der Konzentrierungsstufe 72 zur Endbearbeitungsstufe 62' zum Sprühkristallisieren entnommen. Das Harnstoffprodukt wird über Leitung 64' entnommen. Dampf, der Ammoniak, Wasser und mitgerissenen Harnstoff umfaßt, wird über Kopf über die Leitung(en) 76, 78· zur Kondensierung und Aufreinigung entnommen.
Wie man am besten aus Fig. 4 sehen kann, wird der Harnstofflösungsstrom von der Trommel 42 zur Harnstoffkonzentrierungsstufe 72 geleitet, welche zwei Subatmosphären- Verdampfungseinheiten 202, 204 aufweist, die in Reihe betrieben werden, um Wasser von der Produktlösung zu verdampfen.
Der Harnstofflösungsstrom 70 wird aus dem Vorratsbehälter 54 zu der Harnstoffkonzentriereinheit 202 der ersten Stufe gepumpt, die bei einem Subatmosphärendruck von etwa 37 kPa(a) betrieben wird und dann auf etwa 120ºC durch eine Heizvorrichtung 206 der ersten Stufe erwärmt, um die Lösung in einem Separator 208 auf etwa 95 Gew.-% Harnstoff zu konzentrieren. Der Subatmosphärendruck in der ersten Verdampfungsstufe 202 wird durch kontinuierliche Kondensation des gebildeten Dampfes aufrechterhalten, der durch Leitung 76 zu einem Absorptionsturm 201 entnommen wird.
Die Heizvorrichtung 206 hat bevorzugt die Form eines Röhrenaustauschers, der integral mit dem ersten Verdampferseparator 208 ausgebildet ist. Die Verdampfungswärme der ersten Verdampfungsstufe 202 wird bevorzugt durch Kondensieren von Dampf geliefert, der in die Heizvorrichtung 206 auf einer Schalenseite durch die Leitung 210 zugeführt wird und Dampfkondensat wird durch Leitung 212 entfernt.
Nach der ersten Konzentrierungsstufe 202 wird die Harnstofflösung in dem Separator 208 adiabatisch über Leitung 214 zur Einheit 204 der zweiten Stufe entspannt, die bei einem Subatmosphärendruck von etwa 3,33 kPa(a) betrieben wird. In der zweiten Konzentrierungsstufe 204 wird die Harnstofflösung von der ersten Stufe 202 auf etwa 134ºC durch eine Heizvorrichtung 216 der zweiten Stufe erwärmt, um die Lösung in einem Separator 218 auf etwa 99,7 Gew.-% Harnstoff zu konzentrieren. Der Subatmosphärendruck in der zweiten Verdampfungsstufe 204 wird durch kontinuierliche Kondensation des gebildeten Dampfes aufrechterhalten, der durch Leitung 78 zum Absorptionsturm 201 entnommen wird.
Ähnlich zu den anderen Heizvorrichtungen der Verdampfungsstufen, hat die Heizvorrichtung 216 bevorzugt die Form eines Röhrenaustauschers, der integral mit dem Primärverdampfungsseparator 218 ausgebildet ist. Verdampfungswärme der zweiten Verdampfungsstufe 204 wird bevorzugt durch Niederdruckkondensieren von Dampf geliefert, der in die Heizvorrichtung 216 auf der Schalenseite durch Leitung 220 eingebracht wird. Dampfkondensat wird über die Leitung 222 entnommen. Das gereinigte Harnstoffprodukt wird aus dem Separator 218 über Leitung 74 zum Sprühkristallisieren in der Bearbeitungsstufe 62' (siehe Fig. 3) entnommen.
Die Dampfströme 44', 76, 78, die durch die Harnstoffkonzentrierungsschritte 26, 72 der Sprühkristallisierungsroute hergestellt werden, werden in dem Absorptionsturm 201 bei einem Druck von etwa 10,0 kPa(a) unter Verwendung einer kalten wäßrigen Absorbensflüssigkeit behandelt, die über die Leitung 224 eingebracht wird. Die Dampfströme mit relativ höherem Druck 44', 76 werden bevorzugt kombiniert und über die Leitung 226 dem Absorptionsturm 201 bei einer unteren Zufuhrzone 228 unterhalb einer unteren Absorptionsstufe 230 zugeführt. Der Dampfstrom 78 hat einen geringeren Druck als der Absorber 201 und wird bevorzugt durch einen Ejektor 232, der Niederdruckdampf, der über die Leitung 233 eingebracht wird, als Treibfluid verwendet, druckerhöht. Der druckerhöhte Dampfstrom aus dem Niederdruckseparator 218 wird bevorzugt über die Leitung 234 einer oberen Zufuhrzone 236 unterhalb einer oberen Absorptionsstufe 238 zugeführt.
Die untere und obere Absorptionsstufe 230, 238 umfassen typischerweise geeignete Dampf-Flüssigkeits-Kontaktelemente. In den Absorptionsstufen 230, 238, kühlt und absorbiert der Absorbensstrom 224 das meiste der Wasser-, Ammoniak- und CO&sub2;-Dämpfe und mitgerissenen Harnstoffeststoffe von den Zufuhrströmen 226, 234. Der Absorbensflüssigkeitsstrom 224 wird von den Absorbensstufen 230, 238 zum Haltebehälter 66 über einen Schenkel 240 zirkuliert, der unter das Niveau des wäßrigen Absorbens in dem Behälter 66 eingetaucht ist, um eine Vakuumdichtung zwischen dem Absorptionsturm 201 und dem Behälter 66 aufrechtzuerhalten.
Der Subatmosphärendruck in dem Turm 201 wird durch Abziehen von nicht kondensierten Gasen über Kopf über die Leitung 224 aufrechterhalten. Der nicht-absorbierte Strom 242 vom oberen Teil des Absorptionsturmes 201 wird auf etwa Atmosphärendruck durch einen Ejektor 242 druckerhöht, wobei ein Niederdruckstrom, der über Leitung 246 eingebracht wird, als Treibfluid verwendet wird, und zu einem Atmosphärenabsorber (nicht gezeigt) über Leitungs 248 geleitet, um jeglichen verbleibenden Ammoniak darin zu behandeln.
Absorbensflüssigkeit, die hauptsächlich Ammoniak-enthaltendes Wasser umfaßt, wird aus dem Behälter 66 über die Leitung 250 abgezogen, durch eine Pumpe 252 über die Leitung 254 durch einen Kühler 256 zur Abgabe der Kondensationswärme gegen Kühlwasser zirkuliert und dem Turm 201 über die Leitung 224 zugeführt und zum Behälter 66 über die Leitungen 258, 152 rezirkuliert. Der Kühler 256 umfaßt bevorzugt einen Platten- Rahmenaustauscher und kühlt die gekühlte Absorbensflüssigkeit auf eine Temperatur von etwa 30ºC. Ein kleinerer Teil der Absorbensflüssigkeit kann durch Leitung 260 durch die Pumpe 150 für andere Verwendungen in dem Verfahren 10' zirkuliert werden.

BEISPIEL

Die Wirkung des Ersetzens von Vakuumoberflächenkühlern und Zusatzgeräten, die zur Harnstoffgewinnung verwendet wurden, durch einen Kontaktkühler der vorliegenden Erfindung wird durch Computersimulation analysiert. Eine Harnstoffanlage mit Sprühkristallisation mit 1500 metrischen Tonnen pro Tag (MTPD) und eine Harnstoffanlage mit Granulierung mit 2000 MTPD werden als Grundlage für die Berechnungen verwendet. Eine Materialbilanz für die Absorbertürme 101, 201 der vorliegenden Erfindung ist in Tabelle 1 dargestellt. Standardkostenabschätzungsprogramme werden verwendet, um die möglichen Kosteneinsparungen an Betriebsmitteln und Hauptausstattung zu berechnen.
Die Übernahme der vorliegenden Erfindung übt keine negative Wirkung auf den Betrieb der Harnstoff- oder damit verbundenen Ammoniakherstellungseinheiten aus. Es gibt eine gleichzeitige Verringerung der gesamten Investitionskosten für die Kesselherstellung und der damit verbundenen Edelstahlrohrleitungen, Verbindungsstücke, Ventilstützstruktur und ähnliche Verfahrensausrüstungsgegenstände, da mehrere Einheiten durch eine einzelne Einheit ersetzt werden können. Zusätzlich verringert das Ersetzen von Oberflächenkondensatoren die Wahrscheinlichkeit eines Verschmutzens der Kondensatorröhren und der Herstellung eines sprühkristallisierten Produkts geringer Qualität.
Die verbesserte Kühleffizienz der vorliegenden Kontakt- und Platten- Rippenkühler verringert die notwendige Kühlwasserrezirkulationsgeschwindigkeit. Als Folge kann der Wasserverbrauch der Harnstoffgewinnungseinheit verringert werden. Zusätzlich ermöglichen verringerte Rezirkulationsgeschwindigkeiten, daß das Kühlwassersystem der Anlage, einschließlich der Einlaß- und Rückleitungsverteilerköpfe, Leitungen oberhalb und unterhalb der Erde, Zirkulationspumpen u. dgl. eine kleinere Größe hat. Es wird auch eine Verringerung des Nachfüllwassers für den Kühlturm aufgrund einer verringerten Zirkulation und eines verringerten Ausblasens aus dem Kühlturm (nicht gezeigt) erhalten.
Weiterhin kann Verfahrenskondensat (vom Behälter 76) verwendet werden, um ein Absorbens mit geringerer Temperatur den Niederdruck (4 bar)- und Atmosphärenabsorbern (nicht gezeigt) zuzuführen, um die Ammoniakabsorption zu erhöhen und die Emissionen der Anlage zu verringern. Es kann auch die Oberfläche von anderen verfahrensweiten Kühlern (nicht gezeigt), die Gebrauchskühlwasser der Anlage verwenden, aufgrund der Verfügbarkeit von Gebrauchskühlwasser bei geringerer Temperatur verringert werden.
In der Anlage mit Sprühkristallisierung können mehrere Ejektoren, die ansonsten erforderlich sind, um den Druck der Dampfströme zu den Oberflächenkondensatoren zu erhöhen, eliminiert werden, was eine Einsparung an Niederdruckdampf ergibt. Der Zusatz der Kontaktkühler- Rezirkulierungspumpe 136 erhöht den Gesamtbedarf an elektrischer Leistung, was durch die anderen Einsparungen mehr als kompensiert wird. Tabelle 1
Betriebsmitteleinsparungen in dem vorliegenden Verfahren sowohl für den Sprühkristallisierungs- als auch Granulierungsweg sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Die Kapitalkosteneinsparung beträgt 3 bis 5% der Harnstoffanlagen- Innenanlagengrenzen, abhängig vom Sprühkristallisierungs- oder Granulierungsweg.
Das vorliegende Harnstoffgewinnungsverfahren wird mittels der vorstehenden Beschreibung und der Beispiele veranschaulicht. Die vorgehende Beschreibung ist als nicht-begrenzende Veranschaulichung vorgesehen, da den Fachleuten bei deren Durchsehen viele Variationen ersichtlich werden.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von kondensierbaren Stoffen in Dampf aus einem Harnstoffvakuumverdampfer, umfassend die Schritte:

(a) Einbringen des Dampfes aus einem Harnstoffvakuumverdampfer unterhalb einer Absorptionszone einer Absorbereinheit;

(b) Abziehen eines Dampfstroms von oberhalb der Absorptionszone, um in der Absorbereinheit einen Subatmosphärendruck aufrechtzuerhalten;

(c) Einbringen eines wäßrigen Stroms in die Absorbereinheit oberhalb der Absorptionszone;

(d) Inkontaktbringen des in Schritt (a) in die Absorptionszone eingebrachten Dampfes mit dem in Schritt (c) eingebrachten wäßrigen Strom, um in den wäßrigen Strom Wasser zu kondensieren, Ammoniak und CO&sub2; zu absorbieren und Harnstoff zu waschen;

(e) Sammeln des wäßrigen Stroms von Schritt (d);

(f) Kühlen und Rezirkulieren von in Schritt (e) gesammelter wäßriger Lösung zum Einbringschritt (c).

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Verdampfer Konzentriervorrichtungen einer ersten und zweiten Stufe in Reihe umfaßt und der in Schritt (a) eingebrachte Dampf jeweils eine ersten und einen zweiten Dampfstrom davon umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der erste und zweite Dampfstrom in eine Zufuhrzone unterhalb der Absorptionszone eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Absorptionszone eine obere und eine untere Stufe enthält, umfassend:

Einbringen des ersten Dampfstroms von der

Konzentriervorrichtung der ersten Stufe in eine untere Zufuhrzone unterhalb der unteren Absorptionsstufe;

Einbringen des zweiten Dampfstroms von der Konzentriervorrichtung der zweiten Stufe in eine obere Zufuhrzone zwischen der oberen und der unteren Absorptionsstufe, worin die obere Zufuhrzone in fluider Verbindung mit der oberen und der unteren Absorptionsstufe für das Durchströmen nach oben und nach unten von jeweils Dampf und Flüssigkeit steht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, umfassend das Herausleiten des zweiten Dampfstromes aus der Konzentriervorrichtung der zweiten Stufe in die obere Zufuhrzone unter Verwendung von Dampf als Treibfluid.

6. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Aufrechterhalten einer Vakuumdichtung zwischen der Absorbereinheit und einem Behälter zur Aufnahme des in Schritt (e) gesammelten wäßrigen Stroms, welche einen Wasser gefüllten Schenkel umfaßt, der sich von unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter zu einer oberen Höhe unterhalb der Absorptionszone erstreckt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Abzugsschritt (b) das Ausstoßen von Dampf aus der Absorbereinheit mit Dampf als Treibfluid umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Abziehen eines Teils des gesammelten wäßrigen Stroms aus Schritt (e) zur Harnstoffhydrolyse.

9. Harnstoffkonzentriereinheit, umfassend:

Harnstoffvakuumverdampfer einer ersten und zweiten Stufe in Reihe;

eine Absorptionssäule einschließlich einer Absorptionszone; Leitungen zum Einbringen von Dampfströmen aus den Vakuumverdampfern in die Absorptionssäule unterhalb der Absorptionszone;

eine Überkopfleitung von der Absorptionssäule zum Abziehen von Dampf von oberhalb der Absorptionszone, um einen Subatmosphärendruck in der Absorptionssäule aufrecht zu halten;

einen Behälter zum Aufnehmen von wäßriger Flüssigkeit aus der Absorptionssäule, umfassend Ammoniak, Carbamat und Harnstoff;

eine Pumpe und eine Leitung zum Rezirkulieren von Wasser von dem Behälter zur Absorptionssäule oberhalb der Absorptionszone;

einen Wärmetauscher an der Rezirkulationsleitung zur Kühlung der rezirkulierten wäßrigen Lösung.

10. Harnstoffkonzentriereinheit nach Anspruch 9, umfassend eine Zufuhrzone unterhalb der Absorptionszone in fluider Verbindung mit jeder der Dampfleitungen von der ersten und zweiten Stufe der Vakuumverdampfung.

11. Harnstoffkonzentriereinheit nach Anspruch 9, worin die Absorptionszone eine obere und eine untere Absorptionsstufe, eine untere Zufuhrzone unterhalb der unteren Absorptionsstufe in fluider Verbindung mit der Dampfleitung von dem Vakuumverdampfer der ersten Stufe und eine obere Zufuhrzone zwischen der oberen und unteren Absorptionsstufe in fluider Verbindung mit der Dampfleitung von dem Vakuumverdampfer der zweiten Stufe umfaßt, worin die obere Zufuhrzone in fluider Verbindung mit der oberen und unteren Absorptionsstufe für den jeweiligen Strom nach oben und nach unten von Dampf und Flüssigkeit dadurch steht, und worin die Wasserrezirkulationsleitung in fluider Verbindung mit der oberen Absorptionsstufe, benachbart zu derem oberen Ende steht.

12. Harnstoffkonzentriereinheit nach Anspruch 11, umfassend eine Dampfsaugstrahlpumpe in der Dampfleitung vom zweiten Vakuumverdampfer zur oberen Zufuhrzone zum Komprimieren von Dampf vom zweiten Vakuumverdampfer, um den Druck der oberen Zufuhrzone zu erreichen.

13. Harnstoffkonzentriereinheit nach Anspruch 9, umfassend eine Vakuumdichtung zwischen dem Behälter und der Absorptionszone, umfassend einen Flüssigkeitsschenkel, der sich von unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in dem Behälter zu einer oberen Höhe unterhalb der Absorptionszone erstreckt.

14. Harnstoffkonzentriereinheit nach Anspruch 9, umfassend eine Dampfsaugstrahlpumpe in der Überkopfleitung von der Absorptionseinheit.

15. Harnstoffkonzentriereinheit nach Anspruch 9, worin der Wärmetauscher ein Platten- und Rahmenwärmetauscher ist, der ein kühlseitiges Fluid aufweist, das Kühlwasser umfaßt.