JPS6058228B2 - 尿素の製造と水の純化とを実施する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は尿素の製造と水の純化とを実施する方法に関す
るものである。

更に詳しくは、本発明は、動力消費量が低減さ・れ、し
かもプラントから排出される水が何ら汚染問題を生じな
いような尿素の製造法に関するものである。

従来、尿素合成法としては多数の方法が知られている。

これらの方法のうちのいくつかのものでは、等圧ループ
の後に低圧域を設け、カルバミン酸アンモニウム及び遊
離アンモニアの形で含まれているアンモニア及び炭酸ガ
ス成分を蒸留により尿素溶液から除去している。従来法
では、高圧ループからの尿素溶液を蒸留するにあたり、
外部からの高価な生蒸気が使用される。

この事実は、尿素製造プラントの運転費を増大させるか
なり重大な因子であることは明らかである。

更に、従来公知の方法において生する廃水は下水溝に排
出されるが、一般に高尿素含量及び高アンモニア含量で
あるため、重大な汚染源となつている。

従来の尿素製造プラントの欠点は本発明方法によつて克
服できる。

本発明の要旨は、次の諸工程による尿素の製造及び水の
回収を行なう方法に関するものである。

すなわち、（ａ） 高圧尿素合成反応器に、炭酸ガス及
び化学量論量より過剰量の液体アンモニアを供給してカ
ルバミン酸アンモニウムを含む尿素溶液を生成する工程
、（ｂ）尿素倉成圧と実質的に同じ圧力下の分解器（高
圧分解器）において、含酸素不活性ガス流をストリツピ
ング剤として、前記尿素溶液に含まれるカルバミン酸ア
ンモニウムを炭酸ガス及びアンモニアに分解する工程（
なお蒸留器は好ましくはフィルム型のものである）、（
Ｃ）カルバミン酸アンモニウムの分解生成物を、尿素含
成圧と実質的に同じ圧力の凝縮器に供給し、ここでカル
バミン酸アンモニウムの生成を行なう工程、（ｄ）分離
器において、カルバミン酸アンモニウムを、ストリツピ
ング剤として前記中圧分解器に供給される含酸素不活性
ガスから分離する工程、（ｅ）前記高圧分解器からの尿
素溶液を中圧分解器（一般的には約１８気圧の圧力が好
適である）に供給すると共に、前記カルバミン酸アンモ
ニウムストリッパーで分離された含酸素不活性ガスを、
この尿素溶液に対して向流方向で底部から供給する工程
、（ｆ）中圧分解器を操作するに要する熱を、高圧分解
器を加熱するために使用した水蒸気から得られる熱い凝
縮物によつて供給する工程、（ｇ）中圧分解器からのカ
ルバミン酸アンモニウムの分解生成物を、プラントの低
圧域からのカルバミン酸アンモニウム溶液と共に、中圧
凝縮器（中圧凝縮器の圧力は前記中圧分解器の圧力と実
質的に同一である）に供給する工程を包含する。

本発明の１つの特徴によれば、中圧凝縮器は、いかなる
液体も存在しない場合に作動する。

中圧凝縮器からの凝縮物を精留塔に送り、ここで、アン
モニアを塔頂生成物として分離すると共に、炭酸アンモ
ニウム溶液を塔底生成物として得る。得られた炭酸アン
モニウム溶液を高圧カルバミン酸アンモニウム凝縮器に
再循環する。一方、塔頂生成物のアンモニアガスを尿素
合成反応器に再循環する。中圧分解器の底部からの尿素
溶液については、これを低圧分解器に送り、ここで、な
お残留アンモニア（２ないし３重量％）及び炭酸ガス（
１％ないし１．５％（重量）を含む尿素水溶液が得られ
るように操作する。

この際、塔頂にはアンモニア、炭酸ガス及び水の蒸気が
存在する。これらの蒸気は、液が存在しない低圧凝縮器
ではあまり凝縮されないが、生成した凝縮物を前記中圧
凝縮器に循環する。低圧分解器から排出された尿素溶液
を、真空濃縮システムにおいて水を蒸発させることによ
つて濃縮する。

得られた尿素（溶融尿素）については、要求に応じて大
粒状又は小粒状化する。一方、蒸気（水、アンモニアお
よび炭酸ガス）については、これらを凝縮した後、加水
分解段階に供給し、ここで温度１７０℃ないし２５０℃
、好ましくは約１９０′Ｃにおいて３紛ないし８０分、
好ましくは４紛ないし６紛間、空気中で操作する。次に
、加水分解した溶液を精留塔に送り、塔底生成物として
水を分離すると共に、塔頂生成物として、低濃度で炭酸
アンモニウムを含むアンモニア性溶液（凝縮後）を得る
。

このようにして得られた塔頂生成物の一部をこの精留塔
の頂部に還流物としてフイードバツクスさせると共に、
一部を尿素合成の低圧凝縮器にフィードバックさせる。
一方、分離された水は実質的に純粋である。本発明方法
では、熱回収に関連して述べたこととは全く別に、含酸
素不活性ガスを、ストリツピング剤として高圧分解器に
供給し、次に高圧凝縮器に供給し、さらにカルバミン酸
アンモニウムを除去した後、中圧分解器用のストリツピ
ング剤として使用し、このようにして高圧及び中圧処理
を行なうようにしていることが重要な点である。実際、
ついで不活性ガスを中圧凝縮器、つづいて精留塔を通過
させ、最終的にアンモニア（凝縮され、塔頂生成物とし
て回収される）から分離している。この事実は、本発明
による方法の独創的な特徴である。

さらに、中圧凝縮器及び低圧凝縮器は、これらの内部に
いかなる液体も存在しない状態で操作されるものであり
、両者には、各々の上流側の凝縮器からの蒸気以外に炭
酸アンモニウム溶液が供給されることは注目に値するこ
とである。特に、低圧凝縮器には、加水分解器で得られ
た蒸気の凝縮により、及び加水分解器からの水溶液を精
留するための精留塔からの蒸気の凝縮により得られた炭
酸アンモニウム溶液が供給され、一方、中圧凝縮器には
、低圧凝縮器で得られた凝縮物が供給される。臨界条件
は、２つの中圧及び低圧凝縮器に供給される炭酸アンモ
ニウム溶液に対する蒸気の最大重量比が２．５より高く
なく、冷媒の最低温度が３０℃であることてある。

低圧凝縮器では過度の分解反応を生じさせず、ａアンモ
ニア及び炭酸ガスが相互に結合したカルバミン酸アンモ
ニウムの形でなお比較的多量尿素溶液中に残存している
こと、及び尿素、アンモニア及び炭酸ガスを含む水の加
水分解が空気存在下で行なわれることも興味深い点であ
る。

本発明の上記特徴及び他の特徴は、本発明の特定の具体
例を説明している添付図面から明らかであるが、これに
限定されるものではない。

最後に、本発明方法ては、従来技術により通常行なわれ
る普通の精留処理ではなく、中圧凝縮器Ｊを精留塔に組
合わせることにより、中圧分解器からの生成物を凝縮し
、炭酸アンモニウムの溶液を含む液相及び実質的に純粋
なアンモニアを含む液相に分離していることも興味深い
。

このようにすることによつて、プラントをより多目的に
操作することが可能となり、しかも同時に、高圧分解器
で得られた凝縮物によつて中圧分解器を作動させること
が可能になる。本発明の方法については、第１ａ図及び
第１ｂ図からさらに明確に理解されるであろう。

しかし、図面は本発明の好適な一具体例を示したものて
あり、本発明はこれに限定されるものではない。１５０
ｋｇＩｃｒｉ及び１９０℃で作動する尿素合成反応器１
に、コンプレッサ３によりＣＯ２２を、及びポンプ５に
よりＮＨ３４を供給する。

アンモニア４には、反応器１に入る前に、工セクタ−６
を介して、再循環されるカルバミン酸アンモニウム溶液
７を加える。反応器１からの尿素溶液８を高圧分解器（
又はストリッパー）９に送る。

この高圧分解器は２６気圧（絶対圧）、２２５℃の水蒸
気を使用する。ストリッパー９の頂部からのアンモニア
、炭酸ガス及び水の蒸気１０を、高圧ループの下流に位
置する域からの炭酸アンモニウム溶液と共に、カルバミ
ン酸アンモニウム凝縮器１１に送る。ここで蒸気は熱を
放出して凝縮する。凝縮器１１で発生する熱を、４．５
気圧（絶対圧）、１４ＴＣの水蒸気を生成することを介
して回収する。

この水蒸気を、後述する如く、高圧ループの下流に位置
する部位で使用する。凝縮させたカルバミン酸アンモニ
ウム溶液１３を分離器１４に供給し、ここで、５８に供
給された非凝縮性の含酸素ガスを分離し、分離器１４か
ら溶液を導管７を介して工セクタ−６によつて反応器１
に循環させる。

ストリッパー９の底部から排出され、下流域での処理に
供される尿素溶液１５は、次の特性を有する。

っいで、ストリッパー９からの２６ｋ９ノＤｌ２２５の
凝縮水蒸気を加熱流体として使用する中圧分解器１６に
、溶液１５を供給する。

分解器１６では、水蒸気凝縮物は１６０℃に冷却され、
この間に生じた熱はストリッパー９からの尿素溶液に与
えられ、これにより、その中に含まれるアンモニア及び
炭酸ガスの大部分が除去される。

中圧分解器１６の底部から排出される溶液１７は、次の
性質を有する。

なお、分解器１６の底部には、分離器１４からの不活性
ガス１８を、尿素溶液１５に対して向流方向で供給する
。

これにより、ストリツピング効果を増進させることがで
き、生蒸気の代りに凝縮物を熱媒体として使用する際の
比較的低い温度（１５５℃）での操作の場合でさえも、
ＮＨ３及びＣＯ２の残留量が低い利点が得られ、しかも
不活性ガス流中に酸素が存在する限り、分解器１６を不
動化できる利点がある。分解器１６の圧力及びアンモニ
ア及び炭酸ガスの最良の蒸留が達成されるように尿素溶
液を加熱する際の温度は、分解器１６で発生する蒸気を
回収、循環するシステムによつて制約される。

出来るだけ低い圧力で操作することがのぞましいが、圧
力の下限は精留塔２０の頂部凝縮器１９て使用される冷
却媒体の温度によつて決定される。分解器１６の頂部か
らのアンモニア、炭酸ガス及び水でなる蒸気を、１８ｋ
９′Ｄｌ７Ｏ℃て作動する凝縮器２１に供給する。更に
、低圧循環域からの炭酸アンモニウムの稀溶液２２を凝
縮器２１に供給する。

この凝縮器２１からの非凝縮物質（不活性ガス、アンモ
ニア、炭酸ガス及び残留する水から成る）を、凝縮物と
共に導管２３を経て精留塔２０に供給する。ここで、純
粋なアンモニアの塔頂還流によつて、ＣＯ２及びＨ２Ｏ
が完全に吸収され、同時に純粋なアンモニア２４が塔頂
生成物として得られる。精留塔２０の底部からは、炭酸
アンモニウム溶液１２が排出され、これをポンプ２５に
よつて高圧ループのカルバミン酸アンモニウム凝縮器１
１にフィードバックさせる。

炭酸アンモニウム溶液は次の性質を有する。

一方、この塔２０の塔頂から、温度４３℃、圧力１７．
５ｋ９１ｃＩｔにおいて、純粋なアンモニアガス（残留
物として、炭酸ガス及び水を数Ｐｐｍ含有する）及び不
活性ガスが導管２４から排出される。精留塔２０からの
ガスを凝縮器１９に送る。ここで大部分のアンモニアが
凝縮する。凝縮したアンモニアを、プラントに供給され
る新しいアンモニア４と共に貯蔵タンク２６に集める。
このタンク２６から、液体アンモニアの大部分を導管２
７及びポンプ２８及び５を介して反応器１に供給すると
共に、一部をポンプ２８を介して精留塔２０の塔頂に供
給する。上記の如く、分解器１６は最も低い圧力で操作
されることが絶対条件てあり、しかも本発明では、凝縮
器２１を内部にいかなる液体をも存在しない状態で作動
させることが必要である。

通常の方法では、上記の結果を得ること、すなわち、空
のカルバミン酸アンモニウム凝縮器を使用して操作する
ことは不可能であり、アンモニア、炭酸ガス及び水の蒸
気のための凝縮器は、処理液（カルバミン酸アンモニウ
ム及び炭酸アンモニウムの溶液）が充満している場合に
作動して、溶液を均質なものとし、かつ結晶化現象を防
止して、その結果、装置の閉鎖及びプラントの停止を防
ぐのが通常であると推考される。

分別的に凝縮されたアンモニア、炭酸ガス及び水の蒸気
の混合物は、液体の存在しない状態の凝縮器（空の凝縮
器）内では、局部的に高炭酸ガス濃度の域を生じ、かく
して結晶化の問題が起る。

この問題点は、本発明方法では、次の条件により防止さ
れる。すなわち、希炭酸アンモニウム溶液に対する蒸気
の最大重量比を２．５より高くないものとし、冷媒の最
低温度を３０℃とすることである。分解器１６からの液
流１７を、圧力約４．５気圧、温度約１３８゜Ｃ（塔底
温度）で作動する分解器２９に供給する。

この分解器２９は、尿素溶液中においてアンモニア及び
炭酸ガスの残留含量を比較的高い値に維持するように作
動される。

これにより、次の利点が得られる。（１）尿素溶液が低
温であり、４．５気圧（１４ＴＣ）の経済的に許容され
る水蒸気の使用が可能となる。

（２）最終処理工程（真空中における濃縮及び結晶化）
に供給される尿素溶液中にアンモニアが存在するため、
尿素の分解現象を最小限に抑制できる。

分解器２９の出口における尿素溶液は、次の組成を有す
る。

この段階で、尿素溶液の非常に厳密な精製（ＮＨ３ｌ％
以下）が実施される通常の方法では、同じ圧力条件下に
おいて、１５０℃以上の温度で操作することが必要で、
従つて、カルバミン酸アンモニウム凝縮器からの低圧水
蒸気の使用が不可能になる。

分解器２９の塔頂からのアンモニア、炭酸ガス及び水の
蒸気（流れ３０）は、？縮器３１において完全に凝縮さ
れる。

このようにして得られた炭酸アンモニウム溶液を導管３
２を介してタンク３３に送り、さらにポンプ３５及び導
管３４，３６を介して凝縮器２１に循環させる。プラン
トのこの後者の区域においても、分解器２９の操作圧力
ができるだけ低いことが重要である。これは、圧力が、
凝縮器３１内の冷媒の温度及び結晶化現象に対して対策
をたてることなく凝縮器３１内で達成てきる最低温度に
よつて決定されるからである。この場合にも、凝縮器３
１は空であり、廃水処理域からの希アンモニア性溶液３
７を凝縮器３１に供給し、蒸気の完全な凝縮を促進する
。

分解器２９からの尿素溶液３８を最終真空濃縮処理装置
（１例を図面に示す）に供給して、水を含まない尿素を
得る。アンモニア、炭酸ガス及び尿素で汚染された水蒸
気を導管３９及び４０を介して真空域４１及び４２に導
入し、ここで凝縮させ、プラントからの廃水とする。

これらを容器４３で集め、後述の如く適当に処理する。
容器４３からの廃水は、次の組成を有する―ノＪ＼
１υυｌυ
▼５ハコブＵ！Ａ刀〜かかる廃水を熱交換器４５及び４
６で加熱した後、ポンプ４４を介して、少なくとも１８
０℃、１８気圧て作動する加水分解器４７に供給する。

この加水分解器４７では、加水分解を促進するためアン
モニア及び炭酸ガスの分圧を減少させる目的で空気を導
管４８から導入すると共に、導管４７からたえす除去す
る。水溶液を加水分解器４７内に１６９℃て４０ないし
６０分間残留させ、存在する尿素を実質的に完全に加水
分解させる（残渣含量は２００ｐｐｍ以下である）。加
水分解器内では、通常の如く水蒸気により水溶液を加熱
する。

加水分解された溶液を導管４９を介して加水分解器４７
から排出し、交換器４６に送り、加水分解器に供給され
る溶液を約１７３℃に予熱するための熱源として利用す
る。

次に、溶液を導管５０を介して精留塔５１に供給し、こ
こで該溶液に含まれるアンモニア及び炭酸ガスを除去す
る。この精留塔５１は水蒸気で加熱される塔底リボイラ
５２を備えている。アンモニア、炭酸ガスおよび水の混
合物て成る塔頂蒸気５３を凝縮器５４に送る。なお、こ
の凝縮器には、加水分解器４７からの蒸気５５をも供給
する。一方、精留塔５１で処理され、その底部から出る
水は、以下の残留不純物を含む。ＮＨ３２６−５０ｐｐ
ｍ 尿素 １００−２００〃 ついで、この水を利用して、熱交換器４５において、加
水分解器４７に供給される水を予熱する。

凝縮器５４で得られたアンモニア性溶液をタンク５６で
集め、ポンプ５７を介して、ここから一部を精留塔５１
の頂部に還流させ、一部を凝縮器３１に還流させる。空
気については、タンク５６から導管５８を介して排出す
る。

図面に示す実施例では、精留塔５１からの水を、前記の
如く熱を回収した後、尿素ダスト回収装置５９に送り、
ここで得られた尿素水溶液６０を、尿素回収のため、真
空濃縮工程に供給している。

なお、溶融尿素６１については、濃縮工程から粒状化塔
６２に供給する。

尿素ダストが回収されない場合には、精留塔５１からの
水を廃棄する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図及び第１ｂ図は本発明の適当な具体例を示す系
統図である。 １・・・・・・反応器、３・・・・・圧縮器、６・・・
・・・工セクター、９・・・・・・ストリッパー、１４
・・・・分離器、１６・・中圧分解器、２０・・・・・
・精留塔、２９・・・・分解器、４１，４２・・・・・
真空域、４３・ ・・容器、４５，２６・・・・・・熱
交換器、４７・・・・・・加水分解器、５１・・・・・
・精留塔、５２・・・・・再生器、５９・・・・・・尿
素ダスト回収装置、６２・・・・・・粒状化塔、２，４
，７，８，１０，１２，１３，１５，１７，１８，２２
，２３，２４，２７，３０，３２，３４，３６，３７，
３９，４０，４８，４９，５０，５３，５５，６０，６
１・ ・・導管。 １１，１９，２１，３１，５４・・・・・・凝縮器、２
６，３３，５６・・・・・・タンク、５，２５，２８，
３５，４４，５７・・・・・・ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭酸ガス及び化学量論量より過剰量の液体アンモニ
   アを高圧下の尿素合成反応器に供給してカルバミン酸ア
   ンモニウムを含む尿素溶液を生成し、尿素合成圧と実質
   的に同じ圧力下の分解器（高圧分解器）において、含酸
   素不活性ストリツピング剤を用いて前記尿素溶液に含ま
   れるカルバミン酸アンモニウムをアンモニア及び炭酸ガ
   スに分解し、尿素合成圧と実質的に同じ圧力下の凝縮器
   （高圧凝縮器）において、前記アンモニア及び炭酸ガス
   を凝縮し、得られた凝縮物を前記尿素合成反応器に再循
   環し、なおカルバミン酸アンモニウム及び溶解したアン
   モニアを含有する尿素溶液を前記分解器から取出して該
   分解器よりも低い圧力の中圧分解器へ供給し、該中圧分
   解器から排出されたガス状生成物を中圧凝縮器に供給し
   て炭酸アンモニウムから成る液相及び実質的に純粋なア
   ンモニアから成る液相に分離し、前記炭酸アンモニウム
   より成る液相を前記高圧凝縮器に再循環すると共に、前
   記実質的に純粋なアンモニアから成る液相を前記尿素合
   成反応器に供給し、一方、前記中圧分解器からの尿素溶
   液を、該中圧分解器よりも低い圧力の低圧分解器に供給
   して、塔頂生成物としてアンモニア、炭酸ガス及び水を
   得ると共に、塔底生成物としてなおアンモニア及び炭酸
   ガスを含む尿素溶液を得て、前記塔頂生成物を低圧凝縮
   器で凝縮し、一方、この低圧分解器からの尿素水溶液を
   真空濃縮器に供給して溶融尿素とアンモニア及び炭酸ガ
   スを含む水蒸気とを得て、後者を凝縮させてなる尿素の
   製造と水の純化とを実施する方法において、（ａ）前記
   中圧分解器からのガス状生成物の分離を、前記中圧分解
   器と実質的に同圧の凝縮器において該ガス状生成物を凝
   縮させることにより行ない、得られた液状生成物及び数
   種の残留物を精留塔に供給して、ここから塔頂生成物と
   して実質的に純粋なアンモニアを得ると共に、塔底生成
   物として炭酸アンモニウム溶液を得る工程、（ｂ）前記
   高圧分解器においてストリツピング剤として使用した含
   酸素不活性ガスを、分離器において、高圧下で凝縮させ
   たカルバミン酸アンモニウムから分離し、ついで前記中
   圧分解器においてストリツピング剤として使用し、その
   後、前記中圧凝縮器を通過させた後、精留塔に供給し、
   塔頂生成物として、生成した凝縮アンモニアから分離す
   る工程、（ｃ）前記中圧分解器を作動させるために必要
   な熱を、前記高圧分解器を作動させるために使用した水
   蒸気を凝縮させることによつて得る工程、（ｄ）前記中
   圧凝縮器及び前記低圧凝縮器を、それらの底部にいかな
   る液体をも存在させないで、かつ、両凝縮器に、これら
   凝縮器の上流側に配置された同圧で作動する分解器から
   の蒸気と共に炭酸アンモニウム溶液を蒸気／炭酸アンモ
   ニウム溶液の重量比が２．５を越えない量で供給すると
   共に、冷媒の最低温度を３０℃として作動させる工程、
   （ｅ）前記低圧分解器の出口における尿素水溶液を、ア
   ンモニア含量２％ないし３％（重量）及び炭酸ガス含量
   １％ないし１．５％（重量）に維持する工程、（ｆ）前
   記真空濃縮器からの蒸気を凝縮させて得られた水、アン
   モニア及び炭酸ガスでなる凝縮物を加水分解し、ついで
   分解生成物の分離を行ない、実質的に純粋な水を得ると
   共に、炭酸アンモニウム溶液を前記中圧凝縮器又は前記
   低圧凝縮器のいずれか、又は両者に再循環する工程を包
   含することを特徴とする、尿素の製造と水の純化とを実
   施する方法。 ２ 前記（ｆ）工程の炭酸アンモニウム溶液が、加水分
   解器からの蒸気の凝縮物及び前記加水分解器からの液流
   が供給される精留塔からの塔頂生成物の凝縮物であるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記（ｆ）工程の炭酸アンモニウム溶液を低圧凝縮
   器に再循環すると共に、該低圧凝縮器で凝縮物として得
   られた炭酸アンモニウム溶液を中圧凝縮器に再循環する
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の方法。 ４ 加水分解を、１７０℃ないし２５０℃、好ましくは
   １９０℃において、３０分ないし８０分、好ましくは４
   ０分ないし６０分で実施することを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ５ 加水分解を空気の存在下で実施することを特徴とす
   る、特許請求の範囲第１項記載の方法。