SE409203B - Integrerat forfarande for framstellning av karbamid - Google Patents

Description

7'1'1i'1 146-.2 2 koldioxid som bildas genom regenerering av lösningsmedlet upp till karbamidsyntestrycket, och separationssteget genom kondensation av ammoniaken från de från syntesreaktorn utgående oreagerade gaserna.

De genom ett sådant reaktionsschema uppnådda fördelarna är föl- ¿ jande: å besparing av värmeenergi som krävs av den konventionella dekar- boniseringsanläggningen;, Q - besparing av värme- eller mekanisk energi i samband med ammoni- akens separering från de oreagerade gaserna; - besparing av anläggníngskostnaderna för elimineringen av oammoniakseparationssteget; - besparing av den för koldioxidens kompression erforderliga mekaniska energin; - besparing av anläggningskostnaderna för koldioxidens kompressiona: Att inordna ammoniakproduktionen i karbamidsyntesförfarandet kan till synes anses som en negativ aspekt av det integrerade förfarandet.

Det har sagts "till synes", eftersom det integrerade schemat i själva verket endast kan accepteras i de fall där hela mängden eller åtminstone en stor del av den producerade ombildas till karbamid.

I dessa typer av anläggningar måste ammoniaken då betraktas som en mellanprodukt.

De integrerade processerna för karbamidframställning är välkända.

Enligt ett av dessa komprimeras rågaserna för ammoniaksyntesen och transporteras till en kolonn, vars övre del utnyttjas för absorption av C02 av karbamat, medan den nedre delen utnyttjas för det bildade karbamatets med hjälp av ammoniaklösningar och efterföljande bildning omvandling till karbamid.

Den stora värmemängd som utvecklas vid bildningen av karbamatet, och närvaron av inertgašër'(H2 + NZ), som'minskar"partialtrycket av NH3 och C02, gör det nödvändigt att arbeta vid höga tryck (ca 250-kP/cdö 'för att reaktanterna skall hållas i vätskefas. I schemat för en sådan process har inga åtgärder vidtagits för bortledning av sådant värme efter hand som det bildas, och balansen erhålls genom införing av kalla, absorptionslösningar. Omvandlingen av karbamatet till karbamid åstad- : 'kommes i samma apparat, och närmare bestämt i dess nedre del. Som nämnts ovan, gör det svåra avlägsnandet av värmet och närvaron av inert- gaserna H2 + NZ det nödvändigt att arbeta vid förhållandevis höga tryck för att koldioxiden skall kunna hållas vid tillräckligt partialtryck.

Den absörberande lösningenfbildas av vattenfri ammoniak, till få vilken sätts'en vattenlösning av det oomvandlade karbamatets sönderdel-Ü: produkter. En sådan sönderdelning genomförs vid lågt tryck. ßf-. v j e?1111§s-2 .i Efter absorption av koldioxiden och andra behandlingar matas de ll* råa ammoniaksyntesgaserna till ammoniaksyntesen under högt tryck, näm~ 1 ligen mellan 400 och S00 kp/cmz. ~ ' I __' _ ,'¿ Eftersom den för erhållande av den vattenhaltiga absorptionslös- f ningen framställda ammoniaken från början är vattenfri måste den, även_ på grund av sitt höga syntestryck, separeras från avgaserna genom kyl- ning med vatten och 'med förángande ammoniak. _ _ K I en annan integrerad process leds inte alla syntesrågaserna till l, absorptionen av den däri närvarande koldioxiden, utan en del av dessa *lf behandlas pà känt sätt för erhållande av ren C02. Detta har gjorts _? emedan karbamatets framställning och omvandling till karbamid genomförs i två olika apparater och man för upprätthållande av den erforderliga- temperaturen i karbamidbildningszonen till denna matat ammoniak och koldioxid, som vid omsättning till karbamat levererar det härför nöd- vändiga värmet. fy _ _ ' ' _ Absorptionen av C02 från de råa syntesgaserna för framställningen av karbamatet genomförs vid lägre tryck än det som användes vid karbamid syntesen. Vattenlösningar, som innehåller karbamatets sönderdelnings- . produkter, ombildas inte till karbamid, och tillfälliga tillsatser av ammoniak används. _ Därefter tvättas karbamatets sönderdelningsprodukter, partiellt i den kolonn till vilken de råa syntesgaserna för absorption av C02 leds, och partiellt till en andra kolonn, till vilken en utspädd ammoniak- lösning ledssom absorptionsmedel.Den från den andra kolonnen utgående lösningen leds som absorptionsmedel till den första kolonnen. _ Efter avlägsnandet av koldioxiden och de efterföljande kända be- handlingarna matas de råa syntesgaserna till ammoniaksyntesen. V ' 7 Enligt- uppfinningen åstadkommas nu ett integrerat förfarande_för' framställning av karbamid som gör.det möjligt att på ett helt nytt sätt uppnå de ovannämnda fördelarna och andra, för det nya förfarandet spe- ciella fördelar. ' i ' Förfarandet enligt uppfinningen, som erhållit de i patentkravet 1 angivna kännetecknen, uppvisar följande huvudegenskaper: - användningen av speciella typer av apparater i de fall där det utom ett materialutbyte också är mycket viktigt att åstadkomma ett värmeutbyte,-givetvis utan att utesluta användningen av någon för detta ändamål lämplig apparat;» K _ _ _ - en speciell metod för dehydratisering av de gaser som skall le- das till ammoniaksyntesen, vilket å andra sidan redan är känt från det 1taL1ènska patenret 891998, ifiLämnat den 15 november 1969, och dess tillägg, patentet 953035, ínLämnat den 2? augusti V 1970 av samma sökande; 7111146-2 _Ji¿ 4' - ammoniakenaseparering från avgaserna från ammoniaksyntesreak-l torn genom vattenabsorption och den direkta användningen av den på detta sätt erhållna ammoniaklösningen för dekarbonatisering av den konverterade gasen under bildning av karbamat; _ _V - direkt matning av lösningen, som innehåller all den tillförda koldioxiden, till karbamidreaktorn; y - en ny isobarisk cykel för karbamatets ombildning till karbamid, vilken cykel också innefattar det oomvandlade karbamatets sönderdel- 'ning till karbamid, vilket sönderdelningssteg är delvis känt från de' italienska patentskrifterna 694.929 och 812.030 av-samma sökande.

De fördelar som uppnås genom de speciella lösningarnas användning vid fiörfarandet enligt uppfinningen kommer att förklaras närmare i dets följande. ' _ ' Av den följande beskrivningen framgår att förfarandet enligt upp- finningen möjliggör en påtaglig minskning_av investeringskostnaderna, emedan det under i övrigt lika betingelser kräver ett mindre antal apparater och lägre driftkostnader, emedan förbrukningen av mekanisk . energi och värmeenergi per ton producerad karbamid blir väsentligt mindre. _ _ O Vid det enligt_uppfinningen föreslagna integrerade förfarandet för framställning av karbamid går man så tillväga, att rågaserna.frân ammoniaksyntesen, som kommer från en ângreformering eller från pro- dukter på annat brukligt sätt, och i vilka koloxiden konverterats 7 nästan fullständigt, komprimeras till ett tryck, som ligger obetydligt högre än det vid karbamidsyntesen använda trycket; och att man efterli kompression av gasströmmen, som fortfarande innehåller all den för karbamidframställningen nödvändiga koldioxiden, inmatar gasströmmen i bottnen av en vertikal rörvärmeväxlare, där den inuti rören i motström möter en film av ammoniaklösning under bildning av karbamatr Reaktions-V värmet avlägsnas.genom utvändig kylning av rören med hjälp av en kyl- lvätska, t.ex. matarvattnet för ångpannorna. Valet av denna typ av apparat är givetvis inte begränsande, utan varje annan typ.av lämplig apparat~kan användas för ändamålet. _ ' I I Karbamatet avtappas från värmeväxlarens botten med en temperatur varierande mellan 100 och 2S0°C och ett tryck av mellan l0O ooh 250 kp/cmz i form av en mycket koncentrerad lösning, som därefter matas till karbamidsyntesreaktorn. En sådan omvandling av karbamatet till karbamid skall beskrivas i det följande. Utom att matas till värme-_ växlarens topp, kan den absorberande lösningen också matas.till dess botten. Den från koldioxid befriade gasströmmen, som är mättad med S' ¿ s 1 var e?111146-2 ammoniak, bortleds från vàrmeväxlarons topp och inmatas_i en kylare¿W där en del av ammoníaken kondenseras och åter matas till värmeväila- ren, företrädesvis till dess botten. ' _ Den kylda gasen leds till .metaniseríngcn efter att på lämpligt sätt ha värmts i lämpliga värmeväxlare. Vid metaníseringsstegets ut- lopp transporteras gasen, efter àtervinningen av det genom kylningen erhållna värmet¿ till en annan vertikal rörvärmeväxlare, där den i motström möter en film av utspädd ammoniaklösning, som absorberar den inne i gaserna närvarande ammoniaken. Även denna fílmvärmeväxlare kyls av en kylvätska, som bringas att strömma längs mantelns sida på sådant sätt att temperaturen i värmeväxlaren hålls i området 10 - ÖOOC och trycket i området 100 « 250 kp/omg. Inte heller i detta fall är valet av denna typ av apparat begränsande, eftersom vllken annan lämp- lig apparat som helst kan användas för ändamålet. De från ammoníaÉf syntesen utgående gaserna matas till denna värmevdxlare och möter även i motström vatten eller en utspädd ammoníaklösníng, som absorbe- rar praktiskt taget all den i gaserna närvarande ammoniakenf Från bottnen av denna andra värmeväxlare avtappas en mycket konf centrerad ammoniaklösning {b.ex. 75l~ 85%), vilken som absorptlons- medel leds till den första värmeväxlaren, där den absorberar det ' C02~producerande karbamatet. ~ I I ¿ 'a Från toppen av den andra värmeväxlaren bortleds en del av gas- strömmen från ammoniaksyntesen_för undvikande av ackumulering av inertgaserna, I ' I _ V Den på detta sätt erhållna, med vatten mättade gasblandníngen leds därefter till dehydratíserlngssteget, som genomförs genom kylning med ammoniak på det sätt som beskrivits i. det 'ïtaLiEnSka pate-Ifiíetrr- 891098, som i'nLämnats den 15 november 196-9; och dess ”cíLsL- Läggspatent 953035, som inlämnats den 27 august1'_1_97Q_ avs sökanden. Därvid dehydratiseras gaserna genom att flytande ammoniak, som blandas grundligt med dessa och partiellt Éörångas, inmatas i en apparat, som är lämplig för ástadkommande av en stor utbytesyta mellan gas och ammoniak. _ ' l Både kondensationen på grund av den kylning som orsakas genom den adiabatiska ångningen av en del av ammoniaken och npnlösníngen av själva ammoniaken, som underlättats genom den stora utbytesytan mellan gasen och ammoníaken, fidv till följd att de sista spåren av vattnet avlägsnas från gaserna, vilket avlägsnande redan till stor del åstad- kommíts i en värmeväxlaro, där en del av kylenheterna.från den dehvdra- tiserade gasen átervinns och gasen bríngas att strömma i motström i förhållande till den gas som innu skall behandlas. í/ s% ¿/;;oN“Ã,ee ' QEAUT 11111ne-2 D .ssg¿6l Omedelbart nedströms om det ovannämnda ammoniak-gas~utbytet, som exempelvis kan genomföras i ett Venturirör, finnes en gas-vätske-sepa-' rator, från vilken de kylda gaserna leds till den ovannämnda värmeväx- laren och en mycket koncentrerad ammoniaklösning, som Eöreträdesvis_ sätts till den från karbamatsönderdelaren nedströms från karbamidreak- torn utgående karbamidlösningen, såsom skall förklaras närmare i det följande. U I I i .

Till en sådan separerad lösning sätts företrädesvis oékså den sva- "ga ammoniaklösning som bildas i den värmeväxlare i vilken den dehydrati- serade gasens kylenheter âtervinns.

De på detta sätt behandlade gaserna komprimeras till ammoniak- ; syntestrycket som ligger i området 100 - 250 kp/cmz, och matas därefter till den motsvarande reaktornÄ K " - ' ' Efter kylning av de_från den ovannämnda reaktorn utgående gaserna 'leds dessa till ammoniakabsorptionen och till de efterföljande behand- lingarna på det tidigare beskrivna sättet. _ Den nya karbamatlösningen leds tillsammans med det i kretslopp ledda karhamatet och ammoniaken till karbamidreaktorns botten i samma zon där den från karbamatsönderdelaren utgående ångan injekteras; dessa ångar kondenseras och levererar det nödvändiga värmet för reaktorns värmebalans. Temperaturen, som kan regleras genom mängden av de i reakt-_ orn ínmatade ångorna, kan variera från 150 till ZSOÛC; och trycket från 100 till 250 kp/cmz. Den från reaktorns topp utgående lösningen av _ammoniak, karbamat och karbamid leds genom tyngdkraftens verkan eller*7 med hjälp av andra lämpliga medel_till karhamatsönderdelaren, i vilken den upphettas med hjälp av den kondenserande ångan. Det är också möj- ligt att använda den förângade ammoniak som strömmar i motström och i. spelar róllen av avdrivningsmedel, varvid en del av karhamatet och det mesta av den upplösta ammoniaken under dessa betingelser avdrivs och återleds till reaktorn. Den på detta sätt erhållna.karbamidlösningen egpanderar och leds, liksom de från reaktorn bortledda inengaserna, till fortsatta i och för sig kända behandlingarl' I ' Framhållas bör emellertid att förfarandet enligt uppfinningen inte utesluter möjligheten att genomföra ammoniaksyntesen vid högre tryck, även om det angivna tryckområdet är det föredragna; Framhållas bör vida-- re att man, om så befinnes lämpligt, mellan de ovannämnda två filmvärme-, ~ växlarna kan införa en fraktionerad destillatipn, i det att den kon- 'centrerade ammoníaklösningen, som bildas i den första värmeväxlaren, innan den som absorberande lösning leds till den vârmeväxlare där karba- matet bildas, kan underkastas fraktionerad destillation på ett för sig' känt sätt för erhållande av vätskefermig.ammoniak och vatten eller en 7 7111146-'2 mycket utspädd ammoniaklösning. Den vätskeformiga ammoniaken leds där- efter företrädesvis till den andra filmvärmeväxlarens botten, och vatt- ' net eller den utspädda ammoniaklösníngen leds till dess topp för att strömma i motström inuti rören som film för att möta den gas, från vil- ken koldioxid skall avlägsnas.

Det är uppenbarligen också möjligt att endast använda en del av förfarandet enligt uppfinningen, när en C02-rik gas är tillgänglig i stället för de från ammoniaksyntesen utgående gaserna. Bortsett från ammoniaksyntesen och de för den ovannämnda syntesen använda gasbehand- lingarna, är det enligt uppfinningen i själva verket möjligt att ut- nyttja karbamidbildningssteget, det steg i vilket karbamatet dehydra- tiseras till karbamid, och det steg i vilket det odehydratiserade karbametet sönderdelas, i det fall då det gäller framställningen av karbamid.

Vid förfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att arbeta vid väsentligt lägre tryck vid ammoniaksyntesen. Vid ammoniaksyntesen vid lågt tryck har man i de flesta fall separerat själva ammoniaken från de avgående reaktionsgaserna genom kondensering av ammoniaken i de av förångande ammoniak kylda värmeväxlarna. Det effektiva dehydratiserings- systemet med användning av kretsloppsgasen enligt uppfinningen möjlig- gör ammoniakens avlägsnande från de bortgående reaktionsgaserna pä ett mycket billigare och effektivare sätt, genom att man på detta sätt kan använda en apparat som samtidigt över en enda yta ger ett mycket gott värme- och materialutbyte. Detta möjliggör bland annat användningen av dubbla den i kretsloppet införda vattenmängden, först och främst för att absorbera ammoniak och sedan för att bilda den koncentrerade _karbamatlösning som därefter skall ombildas till karbamid. _ En annan mycket viktig aspekt av uppfinningen är att ammoniak- syntesreaktorn kan fungera som processens huvudapparat, medan de övriga i systemet ingående apparaterna, nämligen absorptionsapparaten för den från ammoniaksyntesreaktorn utgående ammoniaken, den C02-absorptions- apparat, i vilken karbamatet bildas, den konversionsreaktor, i vilken karbamatet ombildas till karbamid, och sönderdelningsapparaten förs det till karbamid oomsatta karbamatet, kan arbeta i huvudsak vid samma tryck av 100 - 150 atm med alla de därav betingade fördelarna. Det är emellertid inte uteslutet att man kan arbeta vid olika tryck i de olika stegen. I ett sådant fall kan tryckomràdet fastställas mellan 30 och 300 atm: Vidare gör arbetsproceduren, vad beträffar karbamidsektionen vid förfarandet enligt uppfinningen och därefter injektionen av de i karbamatsönderdelaren producerade ångorna direkt i karbamidsyntes- reaktorns botten, det möjligt att inte endast lösa de termiska proble- 11111ß6-2' H men hos en sådan reaktor, utan också att eliminera ammoniakkondensorn, som alltid är en kritisk punkt i karbamidanläggningar även med hänsyn till de i en sådan apparat rådande korrosionsproblemen. Som redan nämnts kan absorptionen av ammoniak från ammoniaksyntesgaserna och avlägsnan- det av koldioxiden från de råa ammoniaksyntesgaserna under bildning av karbamat genomföras i vilken lämplig typ av apparat som helst. Emeller- tid föredras att den svåra operationen vid karbamatproduktionen genom- förs i en filmvärmeväxlare, dvs en apparat som gör det möjligt att åstadkomma ett effektivt värme- och materialutbyte på en enda yta. Detta gäller även för ammoniakabsorptionen.

Karbamatets bildningsvärme kan till största delen återvinnas, t.ex. genom förvärmning av àngpannematarvatten, som man låter strömma över värmeväxlarrörens utsidor i medström i förhållande till vätskefilmen för att hålla denna vid en högre temperatur än den temperatur, vid vil- ken karbamatet bringas att kristallisera.

Torkningen av de våta syntesgaserna genomförs genom användning av en del av den för återledning till karbamidsektionen avsedda ammonia- ken, varigenom man spar den energi som krävs för ammoniakseparationen, och på sådant sätt eliminerar injektionspumpen. Det är önskvärt att gestalta karbamidkretsloppet på sådant sätt att negativa faktorer eli- mineras, såsom avsaknaden av karbamatets bildníngsvärme i reaktorn och injekteringen av en större mängd vatten i kretsloppet" På grund av av- saknaden av karbamatets bildningsvärme i reaktorn måste dennas ter- -miska nivå upprätehålias med. hjälp av en yvwe vävmekäua. Det ßekvä- trycket. mare sättet att leverera sådant värme är att utnyttja värmeinnehållet i de från karbamatsönderdelaren utgående ångorna genom att injektera dem direkt i reaktorn. På detta sätt elimineras både förvärmningssteget för reagenserna och kondenseríngssteget för karbamatet, genom väsentlig förenkling av karbamidsyntesgàngen, som endast begränsas till reaktorn och karbamatsönderdelaren. Den reagerade karbamidens termiska nivå kan om så önskas varieras genom variering av den mängd av ångorna från karbamatets sönderdelning, som återleds till själva reaktorn. Injekte- ringen av det för bildningen av ammoniaklösningen, och följaktligen den nya karbamatlösningen, erforderliga prooessvattnet i karbamidcykeln in- nebär dessutom en minskning av reaktionsutbytet, under förutsättning att NH3/C02-förhållandet och temperaturen är konstanta. En sådan minsk- ning av reaktionsutbytet uppträder emellertid inte när enligt det nya förfarandet den större vattenmängden i reaktorn används för att på V lämpligt sätt öka ammoniakëverskottet utan att väsentligt öka system- I ett kretslopp, företrädesvis isobariskt i likhet med det enligt “ß 7111146-'2 föreliggande förfarande, är det i själva verket möjligt att åstadkomma stora ammoniakcirkulationer i en sluten krets mellan sönderdelare och reaktor, med en ringa mängd värme som behöver tillföras, varvid ammoniak lösningens betingelser ligger mycket nära de kritiska betingelserna.

Sådana betingelser gör det möjligt att i reaktorn upprätthålla höga NH3/C02-förhållanden i området 2:1 till 12:1 (företrädesvis 4:1 till 8:1), och följaktligen mycket höga utbyten, och att minska tillförseln av högvärdigt värme. Av det föregående framgår att det integrerade ammoniak-karbamid-förfarandet enligt uppfinningen gör det möjligt att uppnå alla de fördelarsomintegreringen av två processer kan ge, vilka fördelar innebär en väsentlig minskning av karbamidens produktionsÄ kostnader. ' I det följande skall ges ett exempel på en möjlig utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen under hänvisning till det mera gene- rella fall där de- behandlade gaserna är den från ammoniaksyntesen kom- mande rågasen. _ 7 Under hänvisning till bifogade ritning komprimeras den råa syntes- gasen, som fortfarande innehåller all den koldioxid som erfordras för V karbamidframställningen, till ett tryck, som ligger obetydligt högre än det vid karbamidsyntesen använda trycket, och injekteras därefter genom en ledning 1 till bottnen av en ufibytare 2. Denna apparat är huvudsak-' ligen en filmutbytare, i vilken den transformerade gasen, som strömmar på rörens insida, kommer i kontakt med en film av en ammoniaklösning och därvid bildar karbamat. Reaktionsvärmet avlägsnas exempelvis genom att ångpannematarvatten bringas att strömma på rörens utsida. Detta vatten inmatas genom ett inlopp 32 och utmatas genom ett utlopp 33. En mycket koncentrerad karbamatlösning framställs, som genom en ledning 23 inmatas i karbamidreaktorn.

Den från koldioxid befriade gasen, som innehåller spår av C02 0Ch som genom kontakten med ammoniaklösningen blivit mättad med ammoniak, matas genom en ledning 3 till en kylare 4, i vilken en del av ammoniaken kondenseras, som genom en ledning 27 leds tillbaka till ,utbytaren 2.

Den kylda gases leds därefter till ett metaniseringssteg för att de närvarande CO- och C02-gaserna, som är gifter för den vid ammoniaksyn- tesen använda katalysatorn, på känt sätt skall ombildas till metan¿ Gasen matas därvid genom en ledning 5 till en förvärmare 6, i vilken den upphettas med den metaniserade gasen, och efter en ytterligare för- värmning i en värmeväxlare 7 inmatas gasen i en reaktor 8, där metani- seringsreaktionen genomförs. Efter värmeåtervinning i värmeväxlaren 6 kyla den metaniserade gasen i en kylare 9 och leds, tillsammans med den från syntesreaktorn 20 utmatade och i en kylare 22 kylda gasen, in i 'H111lf6-2 g w en filmabsorptionsapparat, i vilken den i gasen närvarande ammoniaken absorberas i en film av vatten eller en utspädd ammoniaklösníng, som strömmar ned längs rörens insida och inmatas i absorptionsapparaten 12 genom en ledning 28. Reaktionsvärmet avlägsnas med kylvatten, som genom ett inlopp 30 inmatas i rören och lämnar dessa genom ett utlopp 31. Den från ammoniak befriade gasen skickas genom en ledning 13 till köldåtervinningsapparaten 14, där kondensationen av en utspädd ammoniak- lösning äger rum, vilken ammoniaklösning genom ledningar 49 och 50 inmatas i en ledning 47 och kyls ytterligare och torkas i ett Venturi- rör 15 genom injektering av vätskeformig ammoniak genom ett inlopp 24.

Det närvarande vattnet avlägsnas av ammoniaken och utmatas i form av en koncentrerad ammoniaklösning genom ett utlopp 25 från separatorn 16. En sådan koncentrerad ammoniaklösning inmatas i ledningen 47 genom en ledning 50; Från köldåtervinningsapparaten 14 matas den torkade ga- sen genom en ledning 17 till kompressorer 18 och från dessa genom en ledning 19 till syntesreaktorn 20. Från dennas topp 12 avlägsnas av- loppsgaserna genom en ledning 29.

Den från filmutbytaren 2 utgående koncentrerade karbamatlösningen blandas med en genom ledningar 48 och 34 i kretslopp återledd karbonat- lösning, varefter blandningen matas till reaktorns 35 botten.

Till reaktorns botten matas även ammoniak, som återletts i krets- lopp från andra delar av anläggningen genom en ledning 43. Ammoniak- strömmen uppdelas i två delströmmar, av vilka den ena genom inloppet 24' inmatas i Venturi-röret 15 och underkastas den dehydratiserande kyl- ningen, medan den andra genom en ledning 42 leds till en värmeväxlare 41 och förångas i denna, och därifrån dels matas genom en ledning 39 till karbamatsönderdelaren 38, i vilken NH3 användes som avdrivnings- medel, och dels genom en ledning 40 till reaktorns 35 botten.

Från reaktorns topp bortleds inertgaserna genom ett utlopp 36, och genom ett utl0PP 37 avtappas en vattenlösning av karbamid och-karbamat med ett stort överskott av ammoniak, vilken vattenlösning leds till karbamatsönderdelaren 38 och rinner ned genom rören och i motström mö- ter förångad ammoniak, som inmatas i reaktorns 38 botten genom inlop- pet 39. Från mantelsidan inmatas ett lämpligt upphettningsmedel genom ett inlopp 45 och utmatas genom ett utlopp 46. Därvid sönderdelas det mesta av det närvarande karbamatet både på grund av den förångade ammoniakens avdrivningsverkan och på grund av det värme som avgetts till den från reaktorn kommande lösningen, och den vid karbamatets sönder- delning bildade gasblandningen av NH3 och C02, tillsammans med stora mängder ammoniakånga, inmatas ledningen 44 i reaktorns 35 botten. Den- N 1* 0 1111146-2 vattenhaltiga karbamidlösningen, som innehåller ammoniak i jämviktskon- ¿ centration och är praktiskt taget karbamatfri, avtappas genom en ledf F ning 47 och leds till fortsatta behandlingar. I det nämnda fallet, då det inte är nödvändigt att inmata förångad ammoniak som avdrivningsmedel ' till sönderdelaren 38, skall ledningen 39 utelâmnas.

För belysande av fördelarna med föreliggande uppfinning skall i det följande ges ett sifferexempel under hänvisning till bifogade ritning, utan att uppfinningen för den skull får anses begränsad därav.

Exempel I detta exempel anges driftdata för en anläggning med en kapacitet motsvarande 1000 t/d ammoniak, varav 990 t/d ombildas till ammbnium- karbamat, som i sin tur skall ombildas till 1700 t/d karbamid, medan en mängd av 10 t/d blir tillgänglig för andra användningar.

I utbytaren 2 inmatas: genom inloppet 1 rå syntesgas med följande data: volymen-öm 151 .9oo Nm3/h 'tryck _ 200 kp/emz abs. temperatur 125 °C Sammansättning: H2 61,22 volymprooent co o , 38 H C02 17,71 H 2 19,95 " CH4 g _ 0,50 " Å _ 0,24 " genom inloppet 26 ammoniaklösning med följande data: masström 78350 kg/h Sammansättning: I NH3 78,8 viktprocent H20 21,2 N temperatur 0 45 °C genom ledningen 27 vätskeformig ammoniak med följande data: masscröm 8500 kg/h * temperatur 40 OC Från samma utbytare 2 utmatas: genom ledningen 27 en ammoniakhaltig karbamatlösning med följande data: temperatur 150 °C masström - 117050 kg/h Sammansättning: NHZCOONH4 80,00 viktprocent NH3 5,90 " H 0 14,10 H 2 11101106-2 e 12 genom ledningen 3 utmatas en från C02'befríad gas med följande datazy 154.900 -Nm3/h volymström temneratur 75 °C tryck ~ I 199,9 kp/cmz abs.

Sammansättning: H2 60,02 volymprocent co H _ 0 0,38 H _Nz 0 ' 19,58 H °“4 . ,_ 0,49 ' H g A 0,23 _ H NH3 19,30 H Reaktionsvärmet, 14.500.000 kcal/h, återvanns genom förvärmning av àngpannematarvatten till 140°C.

'I filmabsorptionsapparaten 12 inmatades: genom ledningen 11 gaser från syntesreaktorn med följande data: 466.000 nmf/h volymström tryck - 198 kg/cmz abs- temperatur 40°C ' Sammansättninga H2 56,12 volymorocenthg N2 18,71 H CH4 8,77 " 'A . * 2,40 H N33 ' . 14, oo ' H genom ledningen 10 metaniserad gas med följande data: 0 141.960 Nm3/h 'volymström tryck 198 ata temperatur I 040 °C Sammansättning: H2 N" I I . 64,26 volymprocent NZ ¿ 21,37 H CH4 - _ 0,94 H Å ,§ °Ä?5 " N33 ' ' -H 1&É8 H genom inloppet 28 vatten med följande data: masström 16290 kg/h temperatur 40 OC š . 0711111622 13 _' v Från samma utbytare 12 utmatas: I genom ledningen 13 syntesgas med följande data: volymström 513600 Nm3/h tryck 197,8 ata temperatur 45 °C Sammansättning: _ H2 67,01 volymprocent NZ 22,34 “ CH4 7,97 " A 2,18 fl N53 o, so H vatten ~ zoo kg/h genom ledningen 29 avloppsgas med följande data: volymström 13100 Nm3/h Sammansättning: H2 6H,93 volymprocent M2 . 21,61+ H cnu 10,15 " A 2,78 n NH3 0,50 " Den fuktiga syntesgasen kyles i 1% till -8°C (genom #9 avlägsnas 325 kg/h ammoniakalisk lösning innehållande #0 viktprocent ammoniak) och kyles ytterligare ned till -1700 genom injektion av 61Ä5 kg/h vätskeformig ammoniak, som nästan fullständigt förångas i gasmassan (de sista spåren vatten avlägsnas via 25 i form av 68 kg/h ammonia- kalisk lösning innehållande 87 viktprocent ammoniak. En torr gas med följande egenskaper lämnar separatorn 16: volymström 521000 Nma/h tryck 195 kg/emz ans. temperatur -17 OC Sammansättning: H2 66,00 viktprocent NZ 22,00 I' CH4 7,85 “ A 2,15 n Nils 2:00 n H 0 3 PPm É 71111lr6-2 114- Efter köldâtervinning i apparaten 14 komprimeras denna gas till 207 kp/cmz abs. med hjälp av kompressorn 18 och matas till-syntesreaktorn20 Till den vid ett tryck av 195 kp/cmz abs. drivna karbamatdehydratise- ringsreaktorn 35, med förmåga att ge 70 % konversion, matas: genom ledningen 23 den ovannämnda ammoniakhaltiga karbamatlösningen; genom ledningen 48 den i kretslopp återledda karbonatlösningen med följande data: ' i masström 39950 kg/h temperatur 100 °C Sammansättning: . f C02 30,9 viktprocent NH3 39,0 " H20 30,1 " genom inloppet 40 ammoniak med följande data: masström 34780 kg/h temperatur 140 OC genom ínloppet 44 den från sönderdelaren 38 utgående ångblandningen med följande data: massa-am _. 117370 _ ka/ h temperatur 190 OC Sammansättning: C02 7,9 viktprocent NH 85,3 " 3 H20 6, 8 “ Från samma reaktor avtappas genom ledningen 37 en karbamidlösning med fö1jande_data:.- masström k 309545 kg/h temperatur ' 180 OC Sammansättning: C02 7,2 viktprocent NH3 - - 51,3 " H20 “ 18, 5 " karbamid ' 23,0 ¿ " Från sönderdelaren 38 avtappas genom ledningen 47 en karhamidlösníng, som måste skickas till den slutliga behandlingen, och som har följande data: _111114s-2 15 massa-öm 192 175 - kg/h temperatur 220 °C l Sammansättning: C02 6,8 viktprocent NH3 30,5 " H20 25,7 _" karbamid 37,0 ' " Sönderdelarens 38 värmebehov täcks genom att 55000 kg/h ånga av 40 kp/cmz matas genom ledningen 95. -3 I detta exempel leddes inte förångad NH3 till sönderdelaren 38 genom ledningen 39.

Claims (10)

?111146'2 16 Patentkrav

1. Integrerat förfarande för framställning av karhamid, varvid NH syntetiseras i ett NH -syntessteg och omsättes med koldioxiden i en râgasblandning, som erhållits genom ångreformering av kolväten _ eller genom annan känd metod, och som därvid dekarboniseras till den väsentligen väte och kväve innehållande utgångsblandningen till nämnda NH3-syntessteg, k ä n n e t e c k n at av att följande steg ingår: ' a) avgaserna från NH3-syntesen absorptionshehandlas med vatten eller utspädd NH3-lösning i en filmkontaktapparat, varvid en kon- centrerad NH3-lösning erhålles; ' b) nämnda rågasblandning absorptionsbehandlas med den kon- centrerade NH3-lösningen från steg a) i en filmkontaktapparat, var- vid koldioxid avlägsnas ur râgasen och en koncentrerad ammonium- karbamatlösning erhålles; I ' c) karbamatlösningen från b) behandlas i en karbamídbildnings- cykel, varvid en karbamidlösning erhålles och fortfarande ej sönder- delat karbamat sönderdelas.

2. Integrerat förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att filmkontaktapparaten i steg a) och/eller steg b) är en vertikal rörvärmeväxlare, där en film av absorberande lösning strömmar ned längs rörens insidor i motströmskontakt med de uppåt- strömmande gaserna, medan en kylvätska bringas att strömma över värmeväxlarrörens utsidor för avlägsnande av reaktionsvärmet.

3. Integrerat förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t av att NH -innehållet i de dekarboniserade râgaserna, som efter steg b) är mättade med NH3, avlägsnas genom att nämnda gaser efter att ha behandlats i ett metaniseringssteg absorptions- behandlas tillsammans_med avgaserna från NH3-syntesen i den vid steg-a) användaffílmkontaktapparaten. Ä. .

4. I Integrerat förfarande{enligt något av kraven 1 - 3, k ä n - n e t e c k n a t av att ammoniaksyntesen, steg a), steg b) samt steg c) genomföras vid samma eller i huvudsak samma, i omrâdet 1oo - 250 kp/cmz liggande, tryck.

5. Integrerat förfarande enligt något av kraven 1 - H, k ä n - n e t e c k n a t av att karbamidbildningscykeln c) utgöres av tvâ separata steg, varvid i ett första steg karbamatet huvudsakligen dehydratiseras till karbamid, företrädesvis i närvaro av NH3- -71111lr6-'2 17 . överskott, i en reaktor, där önskad reaktionstemperatur upprätt- hålles genom användande av det sensibla och latenta värmet hos sönderdelningsprodukterna i den från reaktorn avgående lösningen, vilket värme tillvaratages genom att man till reaktorn recirkulerar sönderdelningsprodukterna från ett andra steg, i vilket det från första steget ej sönderdelade karbamatet sönderdelas genom värme- tillförsel och eventuell inmatning av förångádßammoniak i motström i förhållande till lösningen, sönderdelningsprodukterna i gas- fasen recirkuleras till nämnda reaktor för att där, såsom nämnts, upprätthålla dehydratiseringstemperaturen, och den erhållna karbamid~ lösningen ledes vidare till efterföljande konventionella behand- lingar.

6. Integrerat förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att temperaturen i den för karbamatets dehydratisering till karbamid använda reaktorn inställs genom reglering av den i reaktorn inmatade mängden av de ångor från karbamatets sönderdelning, som inte ombildats till karbamid, varvid nämnda temperatur hålles i området 15o-25o°»c.

7. Intregrerat förfarande enligt något av kraven 1 - 6, k ä n - n e t e c k n a t av att avgaserna från steg a), som väsentligen består av oreagerade gaser från NH3-syntesen och av de dekarboniserade rågaserna, komprimeras och torkas innan de recirkuleras till NH3- syntesen, varvid torkningen åstadkommas genom att gaserna injiceras tillsammans med flytande NH3 i ett vätske-gas-kontaktrum och varvid nämnda flytande NH3 utgör en del av den till karbamidsyntesreaktorn recirkulerade ammoniaken, som erhålls från den karbamidlösning, som lämnar karbamatsönderdelaren.

8. Integrerat förfarande enligt något av kraven 2 - 7, k ä n - nte t e c k n a t _av att avlägsnandet av reaktionsvärmet från rör- värmeväxlaren i steg b), där karbamatet bildas, regleras genom att temperaturen av den av karbamatlösningen bildade vätskefilmen hålls vid nivåer, som stiger från toppen och nedåt på sådant sätt, att vätskefilmens temperatur alltid ligger högre än ammoniumkarbamatets kristallisationstemperatur, varvid kylvätskan, som företrädesvis består av ångpannematarvatten, i detta syfte bringas att strömma utanför värmeväxlarrören i medström i förhållande till vätskefilmen.

9. Integrerat förfarande enligt något av föregående krav, k ä n - n e t e c k n a t av att den från koldioxid befriade gasströmmen, 'l1_11146-2 -. 18 _ som lämnar toppen av filmkontaktapparaten i steg b) och är mättad på NH , inmatas i en kylare, i vilken en del NH kondenseras och återleds till filmkontaktapparaten, företrädesvis till dennas botten.

10. Integrerat förfarande enligt något av föregående krav, k ä n f n e t e c k n a t av att den i steg a) producerade ammoniaklös- ningen innan den som absorptionsmedel matas till steg b), där karba- matet bildas, på i och för sig känt sätt underkastas fraktionering' för erhållande av vätskeformig ammoniak och vatten eller en utspädd vattenlösning av ammoniak, och att man därefter till toppen av film- kontaktapparaten, företrädesvis alltid som absorptionsmedel; matar vattnet eller den utspädda vattenlösningen av ammoniak, medan ammoniaken matas till filmkontaktapparatens botten. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Sverige patentansökan 4 640/70, 220 099 (12 0:17/03), 402 280 (CO7C 126/02) Frankrike 1 356 508 ~ Storbritannien 1 185 944 Andra publikationerá Encyclopedia of chemical technology. Ed. by Kirk 8 D F Othmer. Vol. 1. New York 1947, p. 789-803.