NL1019848C2 - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

- 1 -

5 WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM

De uitvinding betreft een werkwijze voor de bereiding van ureum uit kooldioxide en ammoniak in een ureumsynthesereactor middels een ureum-10 stripproces.

Een dergelijk proces wordt bijvoorbeeld beschreven in GB- 1.542.371.

Volgens dit proces wordt een in de ureumsynthesereactor verkregen ureumsyntheseoplossing thermisch gestript in een hogedruk stripper. In 15 een hogedruk stripper wordt het in de ureumsyntheseoplossing aanwezige ammoniumcarbamaat en de nog aanwezige ammoniak door middel van warmtetoevoer uit de ureumsyntheseoplossing verwijderd. De gasvormige producten, die tijdens het strippen zijn verkregen, worden vervolgens gecondenseerd in een hoge-druk condensor. De gestripte 20 ureumsyntheseoplossing wordt verder geleid naar een midden-druk ontleder, waarin het nog aanwezige ammoniumcarbamaat wordt ontleed in C02 en NH3. De warmte die voor de middendrukontleding nodig is, wordt geleverd door het stoomcondensaat, dat wordt gevormd tijdens het hogedruk strippen van de ureumsyntheseoplossing.

25 Onder hoge druk wordt hier en hierna een druk van 12,5 - 20 MPa verstaan en onder middden druk wordt hier en hierna^een druk van 1,5-5 MPa verstaan.

Verrassenderwijs is nu gevonden dat, wanneer in het bovengenoemde proces, als hogedruk condensor een verdronken condensor 30 wordt toegepast, de stoom A, gevormd in de hogedruk condensor, van een zodanige temperatuur en druk is, dat deze in combinatie met het stoomcondensaat voor de middendrukontleding van de ammoniumcarbamaat in ureumsyntheseoplossing kan worden toegepast.

Het toepassen van een combinatie van het stoomcondensaat 35 en stoom A heeft als voordeel dat tenminste een deel van het stoomcondensaat beschikbaar komt voor andere doeleinden. Het stoomcondensaat heeft namenlijk een aanmerkelijk hogere temperatuur en druk dan is vereist voor toepassing in de middendrukontleding. Het stoomcondensaat zou met meer voordeel elders binnen 1019848 -2- of buiten het ureumproces toegepast kunnen worden. Het stoomcondensaat zou, voor toepassing binnen het ureumproces, bijvoorbeeld van druk afgelaten kunnen worden tot circa 1,2 MPa en dan kunnen worden toegepast voor het aandrijven van een vacuumejecteur of voor de aandrijving van bijvoorbeeld de C02 5 compressor, de NH3- of de carbamaatpompen.

De hoeveelheden van het stoomcondensaat en van stoom A, die worden toegepast, zijn afhankelijk van de temperatuur en druk van de stoom die voor de middendrukontleding nodig is. Bij een hogere gewenste temperatuur en druk bij de middendrukontleding is er meer stoomcondensaat nodig dan bij een 10 lagere gewenste temperatuur en druk. Ook is de hoeveelheid van het stoomcondensaat en van stoom A afhankelijk van de toepassingsmogelijkheden van het stoomcondensaat in de ureumfabriek of daarbuiten. Indien het stoomcondensaat voor diverse andere toepassingen gebruikt kan worden, is het natuurlijk van voordeel om de hoeveelheid van stoom A zo groot mogelijk te laten 15 zijn.

Bij voorkeur wordt enkel stoom A toegepast voor de middendrukontleding van de ammoniumcarbamaat in de ureumsyntheseoplossing. Dit is mogelijk daar stoom A in het merendeel van de gevallen, bij toepassing van een verdronken condensor, een zodanige 20 temperatuur en druk bezit dat deze toegepast kan worden voor de middendrukontleding. Op deze manier is het tevens mogelijk het stoomcondensaat in zijn geheel elders in te zetten.

Ureum kan worden bereid door een overmaat ammoniak en kooldioxide onder een geschikte druk (bijvoorbeeld 12-40 MPa) en bij geschikte 25 temperatuur (bijvoorbeeld 160-250 °C) in een synthesezone te leiden, waarbij eerst ammoniumcarbamaat wordt gevormd volgens de reactie: 2NH3 + C02 -> H2N-CO-ONH4 30 Uit het gevormde ammoniumcarbamaat ontstaat vervolgens door dehydratatie ureum volgens de evenwichtsreactie: H2N-CO-ONH4 <-> H2N-CO-NH2 + H20 1 0 1 9fi ift -3-

De mate waarin deze reacties verlopen, is onder meer afhankelijk van de temperatuur en de overmaat ammoniak die wordt gebruikt. Als reactieprodukt wordt hierbij een oplossing verkregen in hoofdzaak bestaande uit ureum, water, niet gebonden ammoniak en ammoniumcarbamaat. Het 5 ammoniumcarbamaat en de ammoniak dienen uit de oplossing te worden verwijderd en worden bij voorkeur teruggevoerd naar de synthesezone.

Naast bovengenoemde oplossing ontstaat in de synthesezone ook een gasmengsel van niet omgezet ammoniak en kooldioxide tezamen met inerte gassen. Uit dit gasmengsel worden ammoniak en kooldioxide verwijderd en deze 10 worden bij voorkeur eveneens teruggevoerd naar de synthesereactor.

Ureum wordt, onder andere, bereid middels een ureumstripproces. Met een ureumstripproces wordt bedoeld een proces voor de productie van ureum waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de gebruikelijke overmaat ammoniak 15 voor het grootste deel plaats vindt bij een druk welke in wezen nagenoeg gelijk is aan de druk in de synthesereactor. Deze ontleding/afdrijving gebeurt in een of meerdere na de synthesereactor geplaatste stripper(s), bijvoorbeeld onder toevoer van warmte. Dit laatste wordt thermisch strippen genoemd. Thermisch strippen wil zeggen dat uitsluitend door middel van warmtetoevoer 20 ammoniumcarbamaat wordt ontleed en de aanwezige ammoniak en kooldioxyde uit de ureumoplossing worden verwijderd. De uit de stripper vrijkomende ammoniak en kooldioxyde bevattende gasstroom wordt in een hogedruk carbamaatcondensor gecondenseerd en als een ammoniumcarbamaat bevattende stroom teruggevoerd naar de reactor.

25 In ureumstripprocessen worden meestal twee uitvoeringsvormen van een hoge-druk condensor toegepast voor de condensatie van de stripgassen.

In een eerste uitvoeringsvorm wordt het te condenseren gasmengsel, al dan niet in combinatie met een geschikt oplosmiddel (bijvoorbeeld 30 een gerecirculeerde ammoniumcarbamaatoplossing in water), door verticale pijpen geleid, waarbij het gecondenseerde gasmengsel, eventueel in combinatie met het oplosmiddel, een vallende film op de pijpenwand vormt.

In een tweede uitvoeringsvorm, die bijvoorbeeld wordt beschreven in GB-1.542.371, stromen de te condenseren gassen, tesamen met 35 het oplosmiddel door horizontaal geplaatste pijpen, waarin het condensatieproces 1019848 -4- plaatsvindt.

In beide, hierboven beschreven, uitvoeringsvormen vindt de benodigde koeling plaats door een geschikt koelmedium aan de buitenzijde rond deze pijpen te voeren. Als koelmedium wordt doorgaans water toegepast.

5 Een nadeel van condensatie in een van de twee bovengenoemde uitvoeringsvormen van een hoge-druk condensor is dat de vloeistofverblijftijd in de pijpen kort is. Als gevolg van deze korte verblijftijd vindt er in de condensoren volgens de twee bovengenoemde uitvoeringsvormen nauwelijks ureumvorming plaats.

10 Een derde type condensor is een zogenaamde verdronken condensor. Een verdronken condensor wordt onder andere beschreven in EP-155735-A1. In een verdronken condensor wordt het te condenseren gasmengsel geleid in de mantelruimte van een pijpenwisselaar, in welke mantelruimte tevens een verdunde carbamaatoplossing kan worden geleid, 15 bijvoorbeeld afkomstig van de hogedruk scrubber. De hierbij vrijkomende oplosen condensatiewarmte wordt afgevoerd met behulp van een door pijpen stromend medium, bijvoorbeeld water, dat daarbij wordt omgezet in stoom A. De hoge-druk scrubber wast in een ureumfabriek de niet bij de reactie omgezette grondstoffen, die tesamen met inerte gassen de top van de reactor verlaten, uit de inertstroom. 20 De inertstroom wordt dan gespuid. Dit wassen gebeurt met behulp van een verdunde carbamaatstroom die in de ureumopwerksectie ontstaat.

De verdronken condensor kan horizontaal ofwel verticaal opgesteld worden. Het biedt echter bijzondere voordelen de condensatie uit te voeren in een horizontaal opgestelde verdronken condensor (een zogenaamde poolcondensor; zie 25 bijvoorbeeld Nitrogen No 222, Juli-Augustus 1996, blz 29-31), aangezien in vergelijking met andere uitvoeringen van deze condensor de vloeistof als regel een aanmerkelijk grotere verblijftijd heeft in de poolcondensor. Hierdoor treedt in de poolcondensor, naast de vorming van een carbamaatoplossing, extra ureumvorming op. Deze ureum wordt met de carbamaatoplossing teruggevoerd 30 naar de ureumreactor.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van een verdronken condensor is te vinden in een poolreactor. Een dergelijke reactor omvat een horizontaal opgestelde condensatiezone en warmtewisselaar, die zijn uitgevoerd als een verdronken condensor. Hierbij wordt een deel van het te condenseren 35 gasmengsel geleid in de mantelruimte van een pijpenbundelwarmtewisselaar, in 1019848 -5- welke mantelruimte tevens de ammonia en een verdunde carbamaatoplossing wordt geleid, en de vrijkomende oplos- en condensatiewarmte wordt afgevoerd met behulp van een door de pijpen stromend medium, meestal water, dat daarbij wordt omgezet in stoom A.

5 Een poolreactor heeft als voordeel dat de warmtewisselaar/condensor is geïntegreerd in de reactor waardoor een ureumfabriek met lagere investeringskosten kan worden gebouwd.

Een poolreactor is nader beschreven in US-5,767,313.

De condensatiezone in de poolreactor heeft in wezen dezelfde voordelen als een 10 verdronken condensor. Ook in deze condensatiezone vindt een aanmerkelijk deel van de ureumvorming reeds in het condensatiedeel plaats, waardoor een betere warmteoverdracht wordt verkregen, met als gevolg dat in de condensatiezone een stoom A kan worden geproduceerd van een zodanige druk en temperatuur dat deze kan worden toegepast in de middendrukontleding.

15 Stoom A heeft een temperatuur van 150-175 °C, bij voorkeur van 160-170 °C.

De stoom A heeft een druk van 0,3-1 MPa, bij voorkeur van 0,4-0,8 MPa en bij bijzondere voorkeur van 0,6-0,8 MPa.

De toepassing van een verdronken condensor, een 20 poolcondensor of een poolreactor is mogelijk wanneer een nieuwe ureumfabriek zal worden gebouwd, die een thermisch stripproces omvat.

Het is echter ook goed mogelijk in een bestaande ureumstripfabriek, die een thermisch stripproces omvat, de bestaande condensor te vervangen door een verdronken condensor. Dit kan plaatsvinden tijdens een normale onderhoudsstop 25 van de fabriek. De bestaande condensor kan tevens worden vervangen door een poolcondensor. Ook is het mogelijk in een bestaande ureumstripfabriek zowel de reactor als de condensor te vervangen door een poolreactor.

Een voorbeeld van een ureumstripproces is het proces zoals dat wordt beschreven in GB-1.542.371.

30 Voor het bij hoge druk strippen van de ureumsyntheseoplossing wordt in het ureumstripproces, zoals beschreven in GB-1.542.371, stoom toegepast met een druk van 26 atm en een temperatuur van 225°C. Deze stroom wordt toegepast in de middendrukontleding. De stoom die geproduceerd wordt door de hogedrukcondensor is in dit stripproces niet geschikt voor gebruik in de 35 middendrukontleding, omdat deze stoom maar een druk heeft van 0,45 MPa en 101984a - -6 - een temperatuur van 147°C. De middendrukontleding vindt namenlijk plaats bij een druk van circa 1,8 MPa en een temperatuur van circa 155°C.

Indien in het bovenbeschreven proces een verdronken condensor wordt toegepast kan stoom A worden geproduceerd met een 5 temperatuur van 160-170°C en een druk van 0,6-0,8 MPa. Deze stoom A is wel geschikt voor toepassing in de middendrukontleding bij een druk van 1,8 MPa en een temperatuur van 155°C.

I019848

Claims (12)

1. Werkwijze voor de bereiding van ureum uit kooldioxide en ammoniak middels een ureum-stripproces, waarbij het stoomcondensaat, dat wordt 5 gevormd tijdens het hoge druk strippen van de ureumsyntheseoplossing, wordt toegepast voor de middendrukontleding van de ammoniumcarbamaat in de ureumsyntheseoplossing, met het kenmerk, dat voor de middendrukontleding een combinatie wordt toegepast van het stoomcondensaat en een stoom A, gevormd in de hoge-druk condensor, 10 waarbij de hoge-druk condensor een verdronken condensor is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als verdronken condensor een poolcondensor wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat voor de middendrukontleding enkel stoom A wordt toegepast.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoge-druk condensatie plaatsvindt in een poolreactor.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat stoom A een temperatuur bezit van 160-170 °C.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat stoom A 20 een druk bezit van 0,6-0,8 MPa.

7. Werkwijze voor de verbetering van een ureumfabriek, omvattende een thermisch stripproces en een condensor, met het kenmerk, dat de bestaande condensor wordt vervangen door een verdronken condensor.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de verdronken 25 condensor een poolcondensor is.

9. Werkwijze voor de verbetering van een ureumfabriek, omvattende een thermisch stripproces, een condensor en een ureumreactor, met het kenmerk, dat de bestaande condensor en de bestaande ureumreactor worden vervangen door een poolreactor.

10. Ureumfabriek, omvattende een thermisch stripproces, met het kenmerk, dat de ureumfabriek een verdronken condensor bevat.

11. Ureumfabriek, volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de verdronken condensor een poolcondensor is.

12. Ureumfabriek, omvattende een thermisch tripproces, met het kenmerk, 35 dat de ureumfabriek een poolreactor bevat. - ifnasAft