DK145081B - Fremgangsmaade til fremstilling af urinstof ud fra ammoniak og carbondioxid - Google Patents

Description

i 145081

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af urinstof.

Det er kendt, at det ved fremstilling af urinstof ud fra ammoniak og carbondioxid er muligt at opnå total 5 omsætning af reaktanterne ved recirkulation af de reaktanter, som ikke er blevet omsat, i et eller flere trin.

I nogle kendte processer, der arbejder efter dette princip, gennemføres den totale recirkulation af de uomdan^ nede reaktanter i to eller flere recirkulationstrin, der 2 10 opererer ved faldende tryk i området fra 40 kg pr. cm ned til atmosfæretryk.

Dette er blevet forbedret ved en fremgangsmåde, i hvilken det uomsatte carbamat recirkuleres fuldstændigt til urinstofsyntesereaktoren i et enkelt trin ved 15 højt tryk.

I denne fremgangsmåde sker dekomponeringen af car-bamatet ved syntesetrykket, idet den gennemføres i nærværelse af en strøm af enten gasformig ammoniak eller gasformig carbondioxid, som er ført ind i reaktoren.

20 Selv ved disse forbedrede fremgangsmåder bliver imidlertid små mængder ammoniumcarbamat og betydelige mængder stripningsmiddel i den urinstofholdige opløsning, der kommer ud af stripperen. Yderligere rensning af urinstofopløsningen finder almindeligvis sted derefter i.

25 flere trin med trykområder på fra 15-30 atmosfærer ned til atmosfæretryk.

Det tilsigtes med den foreliggende opfindelse at tilvejebringe en fremgangsmåde, som ikke kræver en serie kostbare og komplicerede apparater, sådan som det 30 er nødvendigt ved de fremgangsmåder, der for tiden berettes til adskillelse af de uomsatte forbindelser fra urinstofopløsningen.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen til fremstilling af urinstof ud fra ammoniak og carbondioxid 35 omsætter man ammoniak og carbondioxid til fremstilling af en urinstofopløsning indeholdende uomsat carbamat, dekomponerer det uomsatte carbamat og stripper dekom-poneringsprodukterne med inert gas, såsom nitrogen og 2 1 <45 O 8 1 hydrogen, og det ejendommelige ifølge opfindelsen er, at dannelsen af urinstofopløsningen udføres i to separate reaktorer, idet al ammoniak og carbondioxid, der fødes til processen, i den første reaktor reagerer under 5 dannelse af ammoniumcarbamat, og ammoniumcarbamatet i den anden reaktor overføres i urinstof og vand, hvorhos ammoniumcarbamats dekomponeringsprodukter og den til stripningen anvendte inerte gas recirkuleres til den første reaktor, hvorfra den inerte gas sendes tilbage 10 til stripningsoperationen.

Fremgangsmåden ifølge den foreliggende opfindelse kan give et urinstofudbytte, som er forbedret i forhold til dem,der er kendt i teknikken, (baseret på omsætningsudbytte pr. passage i urinstofsyntesezonen), under 15 reduktion af i hvert fald vandindholdet i syntesekredsløbet.

En hovedfordel ved fremgangsmåden skyldes den kendsgerning, at det er tilstrækkeligt at benytte blot én pumpe eller kompressor i hele urinstofsyntesekreds-20 løbet, som omfatter den totale recirkulation af de uom-dannede reaktanter, som det vil fremgå af den følgende beskrivelse.

En anden fordel er muligheden for at benytte carbondioxid ved et tryk, der er lavere end trykket i 25 urinstofreaktoren, med den deraf følgende reduktion af den nødvendige kompressionsenergi.

Ved gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen føres effluentet fra urinstofsyntesereaktoren almindeligvis til toppen af et strippertårn, hvori det 30 strømmer nedad i modstrøm med den inerte gas under egnede temperatur- og trykforhold for dekomponering af carbamatet og fraskillelse af det, tilligemed den frie ammoniak, fra urinstofopløsningen. Bundeffluentet fra stripperen er en urinstofopløsning med et vandindhold, 35 der er mindst lig med den støkiometriske mængde. Dette væskeformige effluent koncentreres derpå sædvanligvis, praktisk talt uden tab ved omdannelse til carbondioxid og ammoniak. Det ses således, at alle de tidligere be- 3 U5081 nyttede trin til carbamatdekomponeringen, til genvindingen og til recirkuleringen til urinstofreaktoren af uom-satte forbindelser, ved forskellige tryk, kan elimineres.

Det gasformige effluent fra toppen af stripperen 5 består af inerte gasser, carbondioxid, ammoniak og vand (i gasfase) og recirkuleres til den første reaktor og holdes på strippertrykket og ved en egnet temperatur.

Det gasformige effluent kan imidlertid, før det sendes til carbamatreaktoren, kondenseres delvis for at genvin-10 de dets varme. De inerte gasser, der kommer ud i praktisk talt ren form fra carbamatreaktoren, kan ved hjælp af en recirkulationsblæser føres frem til carbamatsynte-sereaktoren.

I den ovenfor beskrevne udførelsesform føres det 15 væskeformede effluent fra carbamatreaktoren til urinstof syntesereaktoren ved hjælp af en pumpe. Trykket i den anden reaktor, urinstofreaktoren, er i dette tilfælde højere end i den første reaktor, carbamatreaktoren, hvorhos det sidstnævnte tryk sædvanligvis ligger 20 i området 45-250 atmosfærer.

Det er imidlertid også muligt at udføre opfindelsen under opretholdelse af et højere tryk i carbamat-syntesereaktoren end i urinstofsyntesereaktoren.

Særligt egnet til udførelse heraf er en udførel-25 sesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der består i, at gasstrømmen, der kommer fra toppen af stripperen, først sendes til en kondensator for kondensation af vand og carbamat, og derpå til en vaskekolonne for absorption af det resterende carbondioxid i ammoniak, 30 hvorhos den således opnåede væske indføres ved foden af carbamatreaktoren, medens gasfasen fra vaskekolonnen blandes med carbondioxidtilførslen til reaktoren.

Valget af tryk i carbamatsyntesereaktoren afhænger af det effektive tryk af C02/ nemlig partialtrykket af 35 carbondioxid i tilfælde af, at det ikke er en praktisk talt ren gas. I tilfælde af, at trykket i carbamatsyntesereaktoren er højere end i urinstofsyntesereaktoren, kan det gasformige effluent fra stripperen, for at lette 4 145081 recirkuleringen af de inerte gasser til carbamatsyntese-reaktoren, føres til delvis kondensering i den nævnte kondensator, under genvinding af varme, og derpå til vaskekolonnen, hvor strømmen vaskes med ammoniak. Den 5 del af effluentet fra vaskekolonnen, der er flydende, føres ved hjælp af en pumpe til carbamatsyntesereakto-ren, mens det gasformige effluent bestående af inerte gasser og af ammoniak ved hjælp af en blæser føres til carbamatsyntesereaktoren.

10 Den foreliggende opfindelse kan anvendes på en yderst interessant måde, hvis der som inert gas for stripningen benyttes en blanding af ammoniaksyntese-gasserne, nemlig nitrogen og hydrogen. I dette tilfælde sendes carbondioxidet til carbamatsyntesereaktoren sam-15 men med en blanding for ammoniaksyntesen. Den gas, der kommer fra fremstillingszonen for ammoniaksyntesegas-serne, sendes således til carbamatreaktoren umiddelbart efter omdannelsen til carbondioxid og hydrogen af car-bonmonooxid, der eventuelt måtte være indeholdt i denne 20 syntesegas, under egnede tryk- og temperaturforhold.

En anden nyttig mulighed er at benytte det gasformige udtag fra ammoniaksyntesen som inerte gasser for stripningen. I dette tilfælde opnås der en delvis forenkling af ammoniaksyntesens kølesystem, og de tab 25 af ammoniak, som altid forekommer med dette gasformige udtag, elimineres.

Ammoniumcarbamatsyntesen kan f.eks. udføres ved de temperaturer, der sædvanligvis benyttes. Sædvanligvis gennemføres syntesen ved en temperatur i området 30 100-200°C, fortrinsvis i området 110-160°C.

Omdannelsen af ammoniumcarbamat til urinstof udføres sædvanligvis ved en temperatur i området 150-300°C, fortrinsvis i området 180-250°C.

Opfindelsen forklares nærmere ved hjælp af den 35 medfølgende tegning, som viser eksempler på udførelsesformer for opfindelsen.

Fig. 1 viser skematisk et anlæg til gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen og 5 145081 fig. 2 et andet anlæg for gennemførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Idet der først henvises til fig. 1, vises der en ammoniumcarbamatsyntesereaktor 1, til hvilken der føres 5 ammoniak gennem en ledning 2, vand gennem en ledning 3 og carbondioxid gennem en ledning 4. Desuden føres der til reaktor 1 gennem en ledning 5 en gasformig strøm fra toppen af et strippertårn 6, hvilken strøm består af inert gas, ammoniak, carbondioxid og vand.

10 Den gasfase, som forlader toppen af reaktoren 1 via en ledning 7, består i det væsentlige af den inerte gas. Denne gas recirkuleres til den nedre del af stripperkolonnen 6 ved hjælp af en blæser 8 og en ledning 9.

15 En væskeformig fase bestående af ammoniumcarbamat, ammoniak og vand forlader bunden af reaktoren 1 gennem en ledning 10 og presses ved hjælp af en pumpe 11 gennem en ledning 12 til en opvarmer 13 og derfra til bundregionen af en urinstofsyntesereaktor 14. I 20 urinstofsyntesereaktoren 14 omsættes det meste af am-moniumcarbamatet til urinstof. De gasformige produkter fra denne reaktor 14, nemlig urinstof, uomsat ammoniumcarbamat, ammoniak og vand, forlader toppen af reaktoren 14 gennem en ledning 15 og passerer gennem et 25 ekspansionsorgan eller en reguleringsventil 16 ind i topregionen af stripperkolonnen 6.

I stripperen 6 dekomponeres det uomsatte ammoniumcarbamat i det væsentlige fuldstændigt til ammoniak og carbondioxid. Disse dekomponeringsprodukter, tillige-30 med inert gas, noget vand og den ammoniak, som kom ind i stripperkolonnen 6 via ledningen 15, forlader toppen af kolonnen 6 gennem ledningen 5 og recirkuleres til carbamatsyntesereaktoren 1. Dekomponeringen af det uomsatte ammoniumcarbamat i kolonnen 6 lettes ved den 35 opadgående strøm af inert gas, som kommer ind gennem ledningen 9. Det strippede urinstof forlader bunden af kolonnen 6 via en ledning 17 i form af en vandig opløsning.

145081 6

Idet der nu henvises til tegningens fig. 2, vises der et anlæg, som på mange måder ligner det i fig. 1 viste. For tydelighedens skyld angiver referencetal, der er ligesom de i fig. 1 viste, tilsvarende komponen-5 ter. I modsætning til anlægget ifølge fig. 1 er trykket i carbamatsyntesereaktoren 1 i anlægget i fig. 2 højere end i urinstofsyntesereaktoren 14. Følgelig er det muligt i anlægget ifølge fig. 2 at udelade kompressorerne 8 og 11 og ekspansionsorganet 16, som er vist i 10 fig. 1.

En anden hovedforskel mellem de to anlæg er, at i det i fig. 2 viste anlæg føres gasfasen, der kommer ud fra toppen af stripperkolonnen 6, i en ledning 18 til en kondensator 19, hvor der kondenseres vand, og der 15 kommer også carbamat i kondensatet, hvorpå det hele via en ledning 20 føres til en kolonne 21, hvor eventuelt ukondenseret carbondioxid absorberes i ammoniak, som føres ind i kolonnen 21 via en ledning 22, som udgrener sig fra ledning 2.

20 Væskefasen fra kolonne 21 føres gennem en led ning 23 og en pumpe 24 til den lavere region af reaktor 1. Gasfasen fra kolonne 21, som omfatter de inerte gasser, ammoniak og noget carbondioxid, føres gennem en ledning 25 til en recirkulationsblæser 26 og derfra 25 til ledningen 4, hvor den følger det tilførte carbondioxid.

Der er gjort foranstaltning, i form af en ledning 27, for at noget af de inerte gasser, der passerer gennem ledningen 7, kan slippes ud af systemet.

30 Opfindelsen forklares nærmere i de efterfølgende eksempler, hvor strømmængdeforholdene er baseret på 1 mol produceret urinstof.

Eksempel 1

Fremstillingen af urinstof blev i dette eksempel 35 udført i et anlæg af den i fig. 1 viste type.

Et mol CO2 blev gennem ledningen 4 ved et tryk på 80 absolutte atmosfærer ført ind i carbamatreaktoren 145081 7 1, hvor det blev absorberet af en modgående strøm af 2 mol NH3, som kom ind gennem ledningen 2, og 0,2 mol H2O, som blev indført gennem ledningen 3. Desuden blev der i reaktoren 1 indført stripperstrømmen, der kom 5 fra stripperen 6 og bestod af 3,3 mol inerte gasser, 3,71 mol NH3, 0,831 mol CO2 og 0,635 mol vand. Ud af reaktoren 1 strømmede en væskefase og en gasfase. Væskefasen kom ud ved en temperatur på 130°C og bestod af 1,831 mol ammoniumcarbamat, 2,048 mol NH3 og 1,835 mol 10 vand. Den blev komprimeret til et tryk på 153 absolutte atmosfærer, opvarmet til en temperatur på 210°C og derpå ført ind i urinstofreaktoren 14. Den gasformige fase fra reaktoren 1 bestod i det væsentlige af 3,3 mol inerte gasser, som kom fra stripperen, og som blev 15 recirkuleret til denne ved hjælp af kompressoren 8. I urinstofsyntesereaktoren omdannedes det carbamat, som kom fra carbamatreaktoren 1 via ledning 10, pumpe 11 og opvarmer 13, delvis til urinstof; effluentet fra urinstofreaktoren 14 bestod af 1 mol urinstof, 0,831 20 mol ammoniumcarbamat, 1,835 mol vand og 2,048 mol NH3 og blev via ledning 15 ført til stripperkolonnen 6, hvori de 0,831 mol carbamat, som ikke var blevet omdannet til urinstof, blev dekomponeret til gasformig NH3 og CC>2. De 2,048 mol fri ammoniak gik også i gasfasen.

25 Ammoniumcarbamatdekomponeringen fremmes ved reduktion af partialtrykkene af CO2 og NH3·

Denne reduktion blev opnået ved såvel ekspandering af blandingen, således at dens tryk faldt til 80 absolutte atmosfærer, som ved i bunden af stripperen at 30 tilføre de inerte gasser bestående af den gasfase, der kommer ud fra carbamatreaktoren 1, til hvilken der var blevet sat mere inert gas for at erstatte eventuelle tab. Udfra stripperen 6 kom der gennem ledningen 17 en væskefase, som bestod af 1 mol urinstof og 1,2 mol 35 vand, og gennem ledningen 5 en gasfase bestående af 6,5 mol af de inerte strippergasser Indeholdende 0,831 mol C02 og 3,71 mol NH3· Denne strøm blev sendt til carbamatreaktoren 1, hvor C02 NH3 atter blev bragt 145081 8 til reaktion som allerede beskrevet i det foregående.

Eksempel 2

Den i dette eksempel beskrevne fremgangsmåde blev udført i et anlæg ligesom det i fig. 2 beskrevne. I det-5 te tilfælde var trykket i carbamatreaktoren højere end i urinstofreaktoren. Den gasformige strøm i ledning 4 bestod af 1 mol carbondioxid og af inerte gasser, i dette tilfælde af hydrogen og nitrogen; den blev blandet med den recirkulerede gas, og den resulterende blanding 10 bestående af inerte gasser, carbondioxid og ammoniak blev ført til bunden af carbamatsyntesereaktoren 1, hvor der blev opretholdt et tryk på 151 absolutte atmosfærer. Til carbamatreaktoren blev der også ført ammoniak i en mængde på 2 mol gennem ledningen 2 og 15 vand i en mængde på 0,2 mol gennem ledningen 3. Udfra bunden af reaktor 1 kom der en carbamatopløsning, som via ledningen 10 kom ind i opvarmeren 13 og efter opvarmning til 210°C blev ført til urinstofsyntesere-aktoren uden anvendelse af nogen pumpe.

20 Urinstofsyntesereaktoren 14 blev holdt på et tryk på 150 absolutte atmosfærer. Ud af denne reaktor kom gennem ledning 15 en opløsning indeholdende 1 mol urinstof, 0,831 mol carbamat, 2,048 mol fri ammoniak og 1,835 mol vand; denne opløsning blev ført til strip-25 peren 6, hvor det carbamat (0,831 mol), som ikke var blevet omsat til urinstof, blev spaltet i NH^ og CO2 og overført til den gasformige fase, der kom ud via ledningen 18, fulgt af de 2,048 mol fri ammoniak.

Dekomponeringen af carbamatet fremmes ved reduk-30 tion af partialtrykkene af CO2 og NH^. Denne reduktion blev opnået ved til bunden af stripperen 6 at føre den inerte gasstrøm bestående af H2 og Nj i en mængde på 6,5 mol. Ud af toppen af stripperen 6 kom en gas-formig strøm bestående af 6,5 mol af de inerte gasser 35 H2 og N2 , 3,71 mol ammoniak, 0,831 mol C02 og 0,635 mol E^O. Fra bunden af stripperen 6 kom gennem ledningen 17 en opløsning bestående af 1 mol urinstof og 1,2 mol

Claims (2)

145081 h2o. Den gasformige strøm i ledningen 18 kom ind i kondensatoren 19, hvor en stor del af carbamatet og af vandet blev kondenseret. Carbondioxidet, som ikke var 5 kondenseret, blev absorberet i ammoniak i kolonnen 21. Det væskeformige effluent fra kolonnen 21 blev ved hjælp af pumpen 24 sendt til carbamatreaktoren 1. De gasser, der kom ud fra kolonne 21, bestod af nitrogen, hydrogen og ammoniak og blev ført til re-10 cirkulationskompressoren 26, hvor de blev komprimeret og sendt videre for at følge den strøm af gasser, der kom ind i reaktor 1 gennem ledningen 4, som beskrevet i det foregående. Den gasformige strøm, som forlod toppen af reaktoren 1 via ledningen 7, bestod af 15 nitrogen og hydrogen og blev sendt til stripperen 6; en del af denne gasformige strøm blev sluppet ud gennem ledningen 27 for at opveje den inerte gas, som kom ind gennem ledningen 4.

1. Fremgangsmåde til fremstilling af urinstof ud fra ammoniak og carbondioxid, ved hvilken man omsætter ammoniak og carbondioxid til fremstilling af en urinstofopløsning indeholdende uomsat carbamat, dekompone-rer det uomsatte carbamat og stripper dekomponerings-25 produkterne med inert gas, såsom nitrogen og hydrogen, kendetegnet ved, at dannelsen af urinstof-opløsningen udføres i to separate reaktorer, idet al ammoniak og carbondioxid, der fødes til processen, i den første reaktor reagerer under dannelse af ammonium-30 carbamat, og ammoniumcarbamatet i den anden reaktor overføres i urinstof og vand, hvorhos ammoniumcarbamats dekomponeringsprodukter og den til stripningen anvendte inerte gas recirkuleres til den første reaktor, hvorfra den inerte gas sendes tilbage til stripningsoperationen.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg net ved, at gasstrømmen, der kommer fra toppen af stripperen, først sendes til en kondensator for konden-