WO2017043391A1 - 尿素製造方法及び尿素製造装置 - Google Patents
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Definitions
- urea ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ) are reacted to form ammonium carbamate (NH 2 COONH 4 ).
- a method is employed in which urea (NH 2 CONH 2 ) and water (H 2 O) are obtained by dehydration reaction of ammonium carbamate.
- urea NH 2 CONH 2
- H 2 O water
- NH 2 COONH 4 ⁇ NH 2 CONH 2 + H 2 O Although all reactions are equilibrium reactions, the reaction of formula (1) is an exothermic reaction, whereas the reaction of formula (2) is an endothermic reaction, so that ammonia and carbon dioxide as raw materials are converted into urea.
- Various devices for increasing the conversion rate of slag have been studied.
- the urea synthesis solution obtained by the stripper B is discharged from the urea synthesis solution line 4a connected to the bottom of the stripper B, and decompressed by the control valve 13 to become a gas-liquid mixture (decompression step).
- the pressure is usually reduced to 15 to 20 bar (for example, 17 bar), and a gas-liquid mixture at 130 to 140 ° C. is obtained.
- the concentrations of ammonia and carbon dioxide contained in the gas-liquid mixture are preferably 10 to 15% by weight, respectively.
- a device for heating the obtained gas-liquid mixture may be installed.
- a part of the cracked gas separated by the stripper B is introduced into the reactor A through the cracked gas lines 4b and 4d and the raw material introduction line 1a (decomposed gas introduction step).
- the reactor A can be heated.
- the condensate introduction line 6a and the cracked gas line 4d are connected to the same ejector 12a, and are introduced into the reactor A through the same raw material introduction line 1a, but are not limited thereto.
- the condensate introduction line 6a and the cracked gas line 4d may be connected to different ejectors 12a and 12b and introduced into the reactor A through different raw material introduction lines 1a and 1b.
- the ejector 12b preferably uses at least a part of the raw material ammonia as a driving fluid.
- the crack gas line 4d is not necessarily introduced into the reactor A by the ejector 12b.
- a Reactor B Stripper C Purification system D
- Condenser 1 Ammonia introduction line 1a Raw material introduction line 1b Raw material introduction line 2 Carbon dioxide introduction line 2a Carbon dioxide introduction line 2b Carbon dioxide introduction line 3a Synthesis mixture line 4a Urea synthesis liquid line 4b Decomposition gas line 4c Decomposed gas line 4d Decomposed gas line 5a Urea aqueous solution line 5b Unrecovered product line 6a Condensate introduction line 6b Off-gas line 11
- Ammonia preheater 12a Ejector 12b Ejector 13 Control valve 21 Stripper heating medium introduction line 22 Stripper heating medium discharge line 31 Condenser Cooling medium introduction line 32 Condenser cooling medium discharge line
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Abstract
Description
2NH3+CO2→NH2COONH4 (1)
NH2COONH4→NH2CONH2+H2O (2)
いずれの反応も平衡反応であるが、式(1)の反応は発熱反応であるのに対して、式(2)の反応は吸熱反応であることから、原料であるアンモニアと二酸化炭素から尿素への転化率を上げる工夫が種々検討されている。
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入工程;
前記リアクターで二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得る合成工程;
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得る分解工程;
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製工程;
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入工程;
前記分解ガスの残りを、前記精製工程で回収された未反応物の少なくとも一部とともにコンデンサーで凝縮させて、凝縮液を得る凝縮工程;並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入工程;
を有する。
二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得るリアクター;
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入ライン;
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得るストリッパー;
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製システム;
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入ライン;
前記分解ガスの残りを、前記精製システムで回収された未反応物の少なくとも一部とともに凝縮させて、凝縮液を得るコンデンサー;並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入ライン;
を有する。
図1に示す装置を用いて、尿素の合成を行った。合成系(リアクターA、ストリッパーB)の圧力を160barに設定し、リアクターAでのNH3成分とCO2成分のモル比(N/C)が3.7、H2O成分とCO2成分のモル比が0.58となる条件に設定した。なお、H2O成分は、実際に存在する水から、尿素合成に伴い生成した水を除いたものであり、H2O成分のモル量は、水のモル量から尿素のモル量を減じた値となる。
ストリッパーBからの分解ガスの80重量%をコンデンサーDのシェル側に送り、残りの20重量%をエジェクター12aにより凝縮液と共にリアクターAに送ったこと以外は、実施例1と同様に実施した。その結果、リアクターAの温度は4℃上昇した。さらに、運転圧力を165barまで上げたところ、リアクターAの温度は8℃上昇した。これにより、二酸化炭素の尿素への転化率が2%上昇し、ストリッパーBでのスチーム(20bar)消費量は尿素1トン当たり0.1トン(約15重量%)減少した。
B ストリッパー
C 精製システム
D コンデンサー
1 アンモニア導入ライン
1a 原料導入ライン
1b 原料導入ライン
2 二酸化炭素導入ライン
2a 二酸化炭素導入ライン
2b 二酸化炭素導入ライン
3a 合成混合物ライン
4a 尿素合成液ライン
4b 分解ガスライン
4c 分解ガスライン
4d 分解ガスライン
5a 尿素水溶液ライン
5b 回収未反応物ライン
6a 凝縮液導入ライン
6b オフガスライン
11 アンモニア予熱器
12a エジェクター
12b エジェクター
13 制御弁
21 ストリッパー加熱媒体導入ライン
22 ストリッパー加熱媒体排出ライン
31 コンデンサー冷却媒体導入ライン
32 コンデンサー冷却媒体排出ライン
Claims (8)
- 原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入工程;
前記リアクターで二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得る合成工程;
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得る分解工程;
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製工程;
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入工程;
前記分解ガスの残りを、前記精製工程で回収された未反応物の少なくとも一部とともにコンデンサーで凝縮させて、凝縮液を得る凝縮工程;並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入工程;
を有する尿素製造方法。 - 前記分解ガス導入工程において、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターを用いる請求項1に記載の方法。
- 前記アンモニア導入工程において、前記精製工程で発生したスチームコンデンセイト及び/又は前記凝縮工程での凝縮熱により発生せしめたスチームを用いて前記原料アンモニアを加熱する請求項1又は2に記載の方法。
- 前記アンモニア導入工程において、前記原料アンモニアを70~140℃まで加熱する請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分解ガス導入工程において、前記分解ガスの5~20重量%を前記リアクターに導入する請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得るリアクター;
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入ライン;
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得るストリッパー;
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製システム;
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入ライン;
前記分解ガスの残りを、精製システムで回収された未反応物の少なくとも一部とともに凝縮させて、凝縮液を得るコンデンサー;並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入ライン;
を有する尿素製造装置。 - 前記分解ガス導入ラインには、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターが接続されている請求項6に記載の装置。
- 前記アンモニア導入ラインにおいて、前記精製システムで発生したスチームコンデンセイト及び/又は前記コンデンサーで発生せしめたスチームを用いて前記原料アンモニアを加熱可能である請求項6又は7に記載の装置。
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