DE1568348A1

DE1568348A1 - Verfahren zur Herstellung von Harnstoff

Info

Publication number: DE1568348A1
Application number: DE19661568348
Authority: DE
Inventors: Cook Lucien Harry
Original assignee: Chemical Construction Corp
Current assignee: Chemical Construction Corp
Priority date: 1965-11-08
Filing date: 1966-11-08
Publication date: 1970-02-12
Also published as: US3301897A; NL6615686A; BE689419A; FR1498842A; GB1121900A

Description

Verfahren zur Herstellung von Harnstoff

Die Erfindung betrifft die Heroteilung von Harnstoff durch Umsetzung von Ammoniak und Kohlendioxyd bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck. En wird eine verbooaerte vollständige AbgasrecycliBierungsprotiePiolße geschaffen* gemäß der das vom Hauptverfahrensstrom erzeugte gemischte Abgas bei einem niedrigeren Druck adicibatioch ßum nächst höheren Druck komprimiert und dabei auf eine aehr erhKiite Temperatur erhitab viird. Das sich ergebend« heiße Abgas wird mit dem flüssigen Yerfahrenssti'oiii hei der näohe höheren Druckstufe gemischt und dabei wird der flüssige Verfahrensstrom unter gleichzeitiger Versetzung von Arunoniumcarbnmat erhitzt. Die Anwesenheit des heißen AbgasoB in Berührung mit dem flüssigen Verfahrensstrom ist auch bei der Abtrennung von weiterem Abgas von der flüssigen Phase während einar anschließenden indirekten Erhitzungostufe nützlich, in der der flüssige Verfahrensstrom durch Wärmeaustausch mit einem heißen Pluidum_p wie Dampf„ erhitzt wird» Die sich ergebende Abkühlung des im

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Zyklus befindlichen Abgasstromes schafft zusätzlich eine verbesserte Wirksamkeit bei der anschließenden weiteren Kompression des Abgases vor der Recyclisierung zum Harnstoffsynthesereaktor.

Die Herstellung von Harnstoff wird technisch durch Umsetzung von Aamoniak und Kohlendioxyd bei erhöhter Temperatur und Druok erreicht» Bei den meisten Anlagen ist ein vollständiges Reoyclislerunge- oder Gesamtumsetzungsverfahren erwünscht und demzufolge werden unumgesetzte Verfahrenskomponenten ziun Synthese-Autoklaven oder Synthesereaktor zur weiteren Umsetzung recycliaiert. In diesem Pail enthält der Verfahrensetrom für den. Reaktor Beschickungsströme auB Ammoniak und Kohlendloxyd zusammen mit recyclisierten Verfahrenskomponenten. Die anfängliche Reaktion zwischen Ammoniak und Kohlendioxyd führt zur Bildung von Ammoniumcarbamat. Die Ammoniumcarbamatbilaung findet sehr schnell statt und die Reaktion geht praktisch bis zur Vollständigkeit. Die anschließende Dehydratisierung des Ammoniumcarbaraats zum Harnstoff ist eine Gleiehgewichtsreaktion und eine vollständige Umsetzung zu Harnstoff wird in der Praxis nicht erreicht. So enthält der Abstrom aus dem Synthesereaktor Harnstoff, Ammoniumcarbamat, Wasser und überschüssiges freies Ammoniak, Der Ammoniaküberschuß wird gewöhnlich verwendet, um eine höhere Gleichgewichtsumwandlung zum Harnstoff hin durch einen Dehydratationseffekt zu erreichen.

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Der Reaktor abs tr om wird gewöhnlich in mehreren Stufen mit ov.k« seesir vermindertem Hruck erhitzt, um das Ammoniumearbamat zv zersetzen und bei jeder Stufe ein gemischtes Abgas zu erzeugen·, das Ammoniak, Kohlendioxyd und Wasserdampf enthält» Die unumgesetzten Verfahrenekomponenten in dem Abgas mUseen zur Harnstoffherstellung recyclisiert werden, um ein vollständiges Recyclisierungsverfahrenr mit einer vollständigen Umsetzung der Reaktionsteilnehmer zu schaffen. Es wurden zahlreiche Verfahren für die Recyclisierung von unumgewandelten Verfahrenskomponenten bei der Harnetoffherstellung entwickelt oder vorgeschlagen. So ist vorgeschlagen worden, diese Komponenten 2U dem HarnstoffSynthesereaktor als wässrige Ammoniak/Ammoniumcarbamatlösung oder -aufschlämmung zu recyclisieren. Ein anderes Verfahren beruht auf der Verwendung eines Kohlenwasserstofföleε als Aufsetalämmimgsmittel für Ammoniumcarbamate Zn anderen Arbeitsweisen gehört die Trennung des gemischten Abgases in getrennte Ammoniak- und Kohlendioxydatröme, beispielsweise durch Waschen des Abgases mit einem selektiven Lösungsmittel» wie Monoäiihanolamin, und anschließende individuelle Reoyclisierung des abgetrennten Ammoniaks bzw« Kohlendioxyds als getrennte Ströme·

ist ebenfalls bereits vorgeschlagen worden, das gemischte Abgas ale heißen Gasstrom, der bei erhöhter Temperatur komprimiert wird, zu recyclisieren. Bei einer derartigen Arbeitsweise ist es notwendig, den Gasstrom oberhalb der temperatur zu halten, bei der

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sich festes oder flüssiges Ammoniiuncarbainat kondensiert, um übermäßige Abnutzung des Kompressors aufgrund von Abrieb oder Korrosion su verhindern. Dieee grundsätzliche Verfahrensfolge ist in der TJB-Pa tent schrift 1 429 483 beschrieben. Eine Diskussion einer technischen Anwendung dieses Verfahrens in Deutschland ist außerdem im Fiat Final Report No. 889 gegeben, die auch als P.B.-Report Ir. 47 775 veröffentlicht ist. Eine jüngere Verbesserung dieses grundlegenden Verfahrens, bei der die heißen zu recyclisierenden Abgase bei sehr erhöhter Temperatur unter Verwendung praktisch adiabatlsoher Kompressionsvorrichtungen komprimiert werden, 1st in der US-Patentschrift 3 200 148 beschrieben. Weitere Verbesserungen hinsichtlich der adiabatischen oder im wesentlichen adiabatischen Kompression von zu reoyclisierenden Abgasen sind in der britischen Patentschrift 1 032 440 "beschrieben»

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Verfahrensfolge geliefert, bei der der gemischte Abgasstrom vor der Recycli-Bierung in wesentlichen adiabatisch komprimiert wird. Wie oben bereits diskutiert, wird der Abstrom aus dem Harnstoffherstellungsreaktor gewöhnlich in mehreren Stufen bei sukzessiv vermindertem Druck erhitzt, um das Ammoniumcarbamat zu zersetzen und um bei jeder Stufe ein gemischtes Abgas zu erzeugen. Es wurde nun gefunden, daß das Verfahren verbessert wird, wenn daα vom Verföhrenshauptstrom erzeugte gemischte Abgas bei einer niedrigeren Druckhöhe auf die nächst höhere Druckhöhe in im wesentlichen adiabati-

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echen Konipressionseinrichtungen komprimiert und dabei auf eine hoch erhöhte Temperatur erhitzt wird. Der sich ergehende heiße Abgasβtrom wird mit dem flüssigen Verfabrensstrom bei der nächst höheren Druckhöhe gemischt und dabei wird der flüssige Verfahrenaetrom erhitzt, wobei gleichzeitig bei dieser höheren Druckhöhe Ammoniumcarbamat zersetzt und weiteres Abgao entwickelt wird. Das eich ergebende Abgas wird dann von der flüssigen Phase getrennt und vor der eventuellen Reeyclisierung zur Harnstoffsynthese weiter komprimiert.

Gemäß der Erfindung wird ein Harnstoffsyntheseverfahren geschaffen, bei dem Ammoniumcarbamat in dem flüssigen Produktatrom in einer Vielaahl von Stufen bei sukzessiv niedrigeren Drucken unter Bildung einer Reihe von Abgasen zersetzt wird, wobei jedes Abgas von jeder Stufe adiabatisch auf den D_rU0k der nächst höheren Stufe komprimiert und ait dem flüssigen Produktatrom bei dieser Stu fe gemischt wird; daa eich ergebende Gas wird von dem flüssigen Strom als Abgas von dieser Stufe abgetrennt, wobei dieses Gas aus der höchsten Kompressionsstufe direkt aur HamBtoffsynthese geliefert wird.

Dieses Verfahren liefert mehrere bedeutende Vorteile. Da das heiSe komprimierte Abgas mit dem flüssigen Verfahrensstrom bei der höheren Druckhöhe in direktem Kontakt gemiocht wird, wird ein Teil des Wärmeiniialts dee Abgases bei der weiteren Aflttioriiumcarbam^tVersetzung nutzbar gemacht. Außerdem wird dieser ϊβίΐ des Wärmein-

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halts des Abgases wegen dem Mischen in direktem Kontakt in hoch wirksamer Weise verwendet, verglichen mit dem indirekten Wärmeaustausch oder der Wärmeübertragung, wenn ein intermediäres Wärmeübertragungsmittel vorgesehen ist· Wie oben bereits erwähnt, ist das Vorliegen des heißen Abgases in Kontakt mit dem flüssigen Verfahrenes trom auch bei der Entwicklung und Abtrennung von weiterem Abgas aus der flüssigen Phase während einer anschließenden indirekten Erhitzungestufe nützlich, bei der der flüssige Verfahrensetrom durch Wärmeaustausch mit einem heißen Pluidum, wie Dampf, erhitzt wird, indem in der flüssigen Phase eine Durchwirbelung, erreicht wird. Schließlich ist die eich ergebende Abkühlung des Umlaufebgas-Btromee vorteilhaft, da sie eine verbesserte Wirksamkeit bei der anschließenden weiteren Kompression des Abgases vor der Recyclieierung zum Harnstoffsynthesereaktor liefert, da der Gasstrom kühler ist·

Ee wird nun eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, die ein Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt· Dabei wird der Ammoniakbesehickungestrora 1, der gewöhnlich aus flüssigem Ammoniak besteht, in Pumpe 2 geleitet und wl··-¹ auf HarnstoffBynthesedruck komprimiert, für den ein Bereich von 140 bis 420 kg/cm typisch ist. Der sich ergebende komprimierte Ammoniakstrom 3 wird zu dem komprimierten flüssigen od r teil wt iee gasförmigen Verfahrensstrom 4 gegeben, der Ammoniak, Kohlendioxyd

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und Wasserdampf enthält» Wie aus dem Nachfolgenden deutlich wird, besteht der Strom 4 aus dem Abgas dea Gesamtverfahrene₉ das von der AmmoniumoailaBiateereetzung herkommt _β vorzugsweise vereinigt mit einem gasförmigen Kohlenöioxydbeschiokungßstrom.

Der gemischte Verfahrensstrom 5₉ der durch-die Vereinigung öer Ströme 3 und 4 gebildet worden ist, wird mm in den Harnstoffsyn» thesereaktor oder -autoklaven 6 geleitet und wird bei einer erhöhten Temperatur für die ein Bereich von 150 bis 25O⁰O typisch ist, und bei erhöhtem Druck„ für den der oben erwähnte Bereich von 140 bis 420 kg/cm typisch ist, umgesetzt, um dureh die anfängliche Reaktion zwischen Ammoniak und Kolilendioxyö Ammoniumcarbamat zu bilden und um ein Teil des gebildeten Ammoniumearbamats zu dehydratisieren, wobei Harnstoff erhalten wird. Der Verfahrensstrom in dem Reaktor 6 wird gewöhnlich während der Reaktion gekühlt, vorzugsweise durch Wärmeaustausch mit flüssigem Wasser, das unter Bildung von üblichem Arbeitsdarapf verdampft wird. So wird der flüssige Wasserstrom 7 in die Schlange 8 innerhalb des Reaktors 6 geleitet und wird unter Bildung eines Arbeitßdampfstromes 9 verdampft»

Der aus dem Reaktor 6 stammende Syntheseabstrom 10 enthält Harnstoff, Ammoniumcarbamat, überschüssiges freies Ammoniak und Wasser und gewöhnlich zusätzlich noch eine geringe Menge von Inertstoffen, wie Stickstoff. Um eine mögliche Ansammlung der InertstofI-

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konzentration in der vollständigen /.bgasreoyolicierungsfol^.. bu verhindern, wird der Abstrom 19 vorzugsweise in den. Yerweilbeliälter 11 geleitet, der unter einem Innendruck gehalten wird, der im wesentlichen dem Eigendruck von Strom 10 entspricht» Der Behälter 11 ist mit einem oberen Wärmeaustausche"bschnitt 12 versahen, durch den ein Kühlmittel über die Ströme 13 und 14 geleitet wird. Das Kühlmittel 13 besteht vorzugsweise aus flüssigem Ammoniak, das in dem Abschnitt 12 mindestens teilweise verdampft wird, wobei in diesem Fall der Strom 14 aus Ammoniakdampf besteht. Die in dem Behälter 11 aufsteigende Gasphase passiert oben den WärmeaustauBchabschnitt 12 und die Ammoniak-, Kohlendioxyd- und Wasserdampf bestand teile der Gasphase werden zu einer Flüssigkeit ^onciensiert, die im Behälter 11 abwärts strömt und eich mit dem flüsaigen HauptverfahrensatroEi 15 im unteren Teil des Behälters 11 vereinigt. So werden die inert-an Gasbestandteile des Stromes 10 ai\H dem oberen Teil des Behälters 11 über Strom 16 entfernt, wobei 8ie praktisch frei von Yerfohrensbestondteilen sind. Der Inertetoffstrom 16 wird durch daa »ruckregelungsventil 17 geleitet und über Strom 18 in die Atmosphäre austreten gelassen.

Der sich ergebende flüssige Verfahreneistrom 19, der nun iia wesentlichen frei von Inertstoffen ist» wird aus dem Behälter 11 abgezogen und durch das Druckreduaierventil 20 geleitet. ))er sich ergebende Verfahrensstrom 21_r der nun bei einem verminderten Druck vorliegt, wofür ein Bereich von 50 bis 110 kg/cm² typisch ist,

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und der eine Temperatur gewöhnlich im Bereich von 50 bis 25O⁰C aufweist, wird mit dem heißen Recyelisierungsabgasatroa 22 gemischt, der von einer niedrigeren Druckstufe, wie nachfolgend be-

stammt
schrieben ,/und der eine Temperatur aufweist, für die ein Bereich von 300 bis 550⁰C typiech ist. Der Strom 22 dient so zur Erwärmung von Strom 21 und fördert die Zersetzung des Ammoniumcarbamate in dem vereinigten Verfahr ens strom 23, wie oben beschrieben· Strom 23 wird in den Wärmeaustauscher 24 geleitet, der mil Innenrohren 25 versehen ist, die von außen durch einen heißen fluiden Strom 26 erhitzt werden. Strom 26 besteht vorzugsweise aus Dampf, wobei in dem Fall der sich ergebende gekühlte fluide Strom 27 aus kondensiertem Wasser beeteht« Das Erhitzen in Strom 23 in den Rohren 25 ergibt eine weitere Zersetzung des Ammoniumcarbamats und eine Urzeugung von Abgas, das aus Ammoniak und Kohlendioxyd, zusammen mit Wasserdampf, beeteht. Wie oben bereits angegeben, dient die Anwesenheit des gasförmigen ReoyclisierungestromeB 22 in den Rohren 25 dazu, die Abgasentwicklung und die Trennung des Abgases aus der flüssigen Phase zu fördern. Der sich ergebende gemischte Oae/Plüssigstrom 28 wird, ausgespeist aus Einhei : 24, in den Gaa/Flüssig-Trenner 29 geleitet, der eine mit Leitblechen versehene Torrichtung oder eine Zyklonvorrichtung üblicher Art zur Abtrennung der Gasphase von der Flüssigphase darstellt_o Der sich ergebende vereinigte Abgasstrom 30, der aus dem Abscheider entfernt wird, enthält aufi dem Strom 22 stammende Ammoniak-, Kohlendioxid- und Wasserdampfbestandteile sowie ähnliche Bestandteile, die von der ZersetBung des Ammonlumcarbamai-s und der Ver-

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-10 -dampfung von Wasser aus Strom 21 stammen»

Strom 30 wird nun zur Harnstoffsyntheae recyclinierto Strom 30 wird dabei in den Glaskompressor 31 geleitet, der vorzugsweise aus einer im wesentlichen adiabatiechen Kompressionsvorrichtung besteht, wie sie in der US-Patentochrift 3 200 148 beschrieben ist, und der Gasstrom wird in der Einheit 30 auf den erhöhten Harnstoffsynthesedruck und eine sehr erhöhte Temperatur komprimiert, für die ein Bereich von 300 bis 55O⁰O typisch ist. Der sich ergebende heiße Gasstrom 32 vird, auegespeist aus der Einheit 31» durch die Schlange 33 in den Wärmeaustauscher 34 geleitet und v/ird auf eine geeignete Temperatur für die anschließende Harnstoffsynthese gekühlt. Aufgrund der Kühlung in der Schlange kann eine teilweise oder totale Kondensation des Gasstromr? zur flüssigen Phase stattfinden. Der aus der Schlange 33 ausgespeiste Recyclisierungsverfahrenestrom 4 wird, wie oben beschrieben, für eine weitere Harnetoffsynthese herangezogen. Ein fluider Wärmeaustauschstrom 35 wird in die Einheit 34 geleitet und dient zur Kühlung der Schlange 33· Der sich ergebende erhitzte fluide Strom wird aus der Einheit 34 als Dampf 36 ausgeepeist. In den meisten Pällen besteht der Strom 35 aus flüssigem Wasser und der Strom aus verwendbarem Arbeitsdampf.

Aus dem Abscheider 29 wird die aus d em Strom 28 stammende restliche flüssige Phase ale Strom 37 entfernt und durch das

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Druckreduzierventil 38 .geleitet» Der sich ergebende Verfahrens«- strom 39, der nun einen verminderten !Druck auf v/ei st, wofür der Bereich von Io bis 40 kg/cir. typisch ist, und eine Temperatur hat, die gewöhnlich im Bereich von von 50 bis 250⁰O liegt, wird mit dem heißen Recyclisierungsabgasstrom 40 gemischt, der von der Stupfe mit dem niedrigsten Druck stammt, wie nachfolgend beschrieben, und für den eine Temperatur im Bereich von 300 Ms 55O⁰O typisch ist. Strom 40 dient so zur Erhitzung von Strom 39 und fördert die Zersetzung von Ammoniumcarbamat in dem vereinigten Verfahrensetrom 41, wie oben beschrieben J Einheit 42 ist-mit Innenrohren 4> versehen, die von außen durch einen heißen fluiden Strom 44 erhitzt werden. Strom 44 besteht vorsugsweiße aus Dampf_{ in diesem Fall besteht d er sich ergebende gekühlte fluide Strom 45 atis Kondenswasser. Das Erhitzen von Strom 41 in den Rohren 43 liefert eine weitere Zersetzung von Arainoniumcarbamat und Erzeugung von Abgas, das aus Ammoniak und Kohlendioxyd, zusammen mit Wasserdampf, besteht. Wie oben bereits erwähnt,.dient die Anwesenheit des gasförmigen Recyclisierungsstronies 40 innerhalb der Rohre 43 dazu_s die Abgasentwicklung und die 'Abtrennung des Abgases von der flüssigen Phase zu fördern. Der «ich ergebende gemischte Gas/KLüssigstrom 46 wird, ausgespeist sue Einheit 42, in den Gas/]?lü8£?igal)-scheider 47 geleitet, der feine Einheit darstellt, die hinsichtlich Aufbau und Wirkung der oben beschriebenen Einheit 29 ähnlich ist» Der aus dem Abscheider 47 entfernte vereinigte Abgasstrom 48 enthält aus Strom 40 stammende Ammoniak-„ Kohlendioxid- und Wassere-

+)Strom 41 wird in- den Wärmeaustauscher 42 geleitet, der der oben beschriebenen Einheit 24 ähnlich it

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danpfbestandteile, sowie ähnliche Bestandteile, äie von der Zersetzung Ton Ammoniumcarbamat und der Verdampfung von Wasser aus Strom 39 stammen.

Der Strom 48 wird nun auf einen erhöhten Druck, für den ein Bereich von 50 bis 110 kg/cm typisch ist, in des im wesentlichen adiebatiechen Gaskompressor 49 komprimiert, der aus einer Kompreseionsvorriohtung besteht, wie sie in der US-Patent schrift 3 200 1.48 beschrieben ist· Der Gasstrom wird so auf eine sehr erhöhte Temperatur erhitzt, für die ein Bereich von 300 bis 35O⁰O typisoh ist, wird aus d er Einheit 49 ausgeapeist und als Strom 22 recyclisiert.

Aue dem Abscheider 47 wird die aus dem Strom 46 stammende restliche flüssige Phase als Strom 50 entfernt, der durch das DruokredUBierventil 51 geleitet wird» Der sich ergebende Verfahrenestrom 52, der nun bei einem vermindertem Druck vorliegt, für den ein Bereich von 0,35 bis 3«5 kg/cm typisch ist, und der gewöhnlich eine Temperatur im Bereich von 50 Mb 25O⁰O aufweist, wird in den Wärmeaustauscher 53 geleitet, der der oben beschriebenen Einheit 24 ähnlich ist. Die Einheit 53 ist mit Innenrohren 54 Tersehen, die von außen durch einen heißen fluiden Strom 55 erhitzt werden. Strom 55 besteht vorzugsweise aus Dampf, in diesem Fall besteht der sich ergebende gekühlte fluide Strom 56 aus Kondenswasser· Das Erhitzen von Strom 52 in den Rohren 54 führt zur endgültigen Zersetzung von Ammoniumcarbamat und zur Erzeugung von

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Abgas, das aus Ammoniak und Kohlendioxyd, zusammen mit YfeLserdampf, besteht. Der sich ergebende gemischte Gas/Flüssigstrom 57 wird, ausgespeist aus Einheit 53, in den Gae/Plüssigabscheider 58 geleitet, der hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweiee der oben beschriebenen Einheit 29 ähnlich ist. Die aus dem Strom 57 stammende restliche flüssige Phaee wird aus der Einheit 58 ale Strom 59 entfernt, der aus einer wässrigen Harnstofflösung besteht, die im wesentlichen frei von Ammoniak und Kohlendioxyd ist. Der Strom 59 wird zur Produktverwertung geleitet, wobei er beispielsweise durch Eindampfen konzentriert wird, wobei sich fester kristalliner Harnstoff bildet, oder es wird konzentriert und anschließend unter Bildung von festen Harnstoffklümpchen sprühkristallisiort«

Aus dem Abscheider 58 wird ein Abgasstrom 60 mit niedrigem Druck entfernt, der aus dem Strom 57 stammende Ammoniak-, Kohlendiöxyd- und Wasserdampfbestandteile enthält» Der Strom 60 wird nun vorzugsweise mit dem Kohlendioxydbeschickungsstrom 61, wie oben bereits erwähnt, gemäß der US=Patentanmeldung 491 675« vereinigt. Der sich ergebende vereinigte gasförmige Strom 62 wird auf einen erhöhten Druck, für den ein Bereich von 10 bis 40 kg/cm typisch ist, in einea im wesentlichen adiabätischen Gaskompressor 63 komprimiert, der aus einer Konipressionsvorriohtung besteht, wie sie in der US-Patentschrift 3 200 148beschrieben ist* Der Geostrom wird so auf eine sehr erhöhte Temperatur erhitzt, für die ein Bereich von 300 bis 55O⁰C typisch ist, aus Einheit 63 ausgespeist und als Strom 40 recyclisiert,

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PUr den Fachmann liegen im liahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Alternativen auf der Hand. So stellt der oben angegebene Bereich der Verfahrensvariablen, wie der Temperatur und dee Drucks, nur einen bevorzugten Bereich dieser Variablen für optimale Anwendung der Konzeption des erfindungsgemäßen Verfahrens dar und es ist klar, daß das Verfahren auch unter anderen Tenperatur- und Druckverföbrenebedingungen als oben angegeben, durchführbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf jedes Harnstoff synthese verfahren anwendbar, bei dem eine AmmoniumcarbamateerSetzung in mehreren Stufen bei sukzessiv vermindertem Druck durchgeführt wird, wenn auch die optimale Wirksamkeit in den meisten Fällen erreicht wird, wenn die Aiaooniuracarbamatzersetzung und die Abgaserzeugung in drei oder mehr Stufen bei sukzessiv reduziertem Druck durchgeführt wird, da auf diese Weise wegen der Erhaltung des Druckniveaus des Abgases die Anforderungen an die Kompressionsleistung gering sind«

Der Inertgasreiniger 11 kann auch eine alternative Anordnung ähnlich der Einheit 71, die in der bereits erwähnten britischen Patentschrift 1 032 440 beschrieben ist^Anrfere alternative Anordnungen oder Vorrichtungen zur. Entfernung des Inertgases aus dem System, wie periodisches Heinigen eines Teils des Umlaufabgases nach dem in der US-Patentschrift 2 214 068 beschriebenen Verfahren, liegen für den Fachmann auf der Hand· Das Verfahren der US-Patentschrift 3 172 911 kann in Verbindung mit der vor·

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liegenden Erfindung Anwendung finden. Xn diesem Pail werden die Verfahrensströme 21 oder 39 anfangs zu einem Gas/Plüssighilfetrenner ähnlich der Einheit 29 geleitet, um die gasförmige Phase, die durch adiabatieche Sohnellexpansion auf die niedrigere Druckhöhe zurückgeführt worden ist, getrennt zu entfernen. Diese gasförmige Phase wird dann zu den Abgasströmen 30 bzw. 48 zur Recyclisierung zur Harnstoffeynthese zugegeben und die übrigbleibende flüssige Phase wird mit heißem Recyclisiferungsabgasetrom 22 oder 40 gemäß der vorliegenden Erfindung gemischt.

In manchen Fällen kann größere Wirksamkeit bei der Abgaskompression und -recyclisierung erreicht werden, wenn der Druck von Strom 19 anfangs auf einen Zwischendruck oberhalb dem Druck von Strom 21 erniedrigt und ein anfängliches Abgas abgetrennt wird,, das durch adiabatische Schnellexpansion erzeugt wurde. Die Druckhöhe der zurückbleibenden flüssigen Phase wird dann unter Bildung von Strom 21 weiter vermindert. In diesem Pail wird Strom 32 bei einer Druckhöhe gebildet, die der des anfänglichen Abgases gleich ist und die zwei Gasströme werden vereinigt und auf Harnstoffsynthesedruck komprimiert und zur Schlange 33 geleitet. Alternativ kann der Strom 32 bei Harnistoffsynthesedruek gebildet und das anfängliche Abgas kann getrennt auf Harnstoffsynthesedruck komprimiert und mit dem Strom 32 vereinigt \verden und der vereinigte Gasstrom wird dann zur Schlange 33 geleitet.

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Uk eine genaue Temperaturkontrolle zu ermöglichen! ist es in manchen Fällen erwünscht, den Strom 22 in zwei Teile zu teilen, wo» ▼on einer mit dem Strom 21, wie oben beschrieben, gemischt und der andere Teil direkt dem Strom 30 zur weiteren Kompression zugesetzt wird· Ähnliche Betrachtungen lassen eich auf Strom 40 anwenden, so kann in der Praxis der Strom 40 in zwei Seile geteilt werden, wovon einer mit dem Strom 39» wie oben beschrieben, gemischt und der andere Teil direkt dem Strom 48 zur weiteren Kompression sugesetzt wird.

line Alternativanordnung kann in der Praxis durchgeführt werden, tu die günstigen erfindungsgemäßen Ergebnisse hinsichtlich der WÖraegewinnung und der AbgaskUhlung zu erhalten, wenn die Größe der Anmonlumcarbamatzersetzer wegen verminderter Gasbesohiokung verringert wird· Diese alternative Modifizierung der vorliegenden Erfindung besteht darin, den heißen Recyclisierungsabgasstroa 22 in die Flüssigkeit im Abscheider 29 einzuspritzen, einzubrausen oder in anderer Weise damit zu mischen, um in der.Einheit 29 3ine Gas/Plüeaigaischung und Gleichgewicht zu erreichen, anstatt den Strom 22 mit Strom 21 zu mischen, wie es oben beschrieben ist. In diesem Pail ist Strom 23 mit Strom 21 identisch und Voltmen, Zusammensetzung, Temperatur und Druck von Strom 30 sind im wesentlichen die gleichen, wie oben beschrieben. Ähnliche Betrachtungen sind auf Strom 40 anwendbar, der alternativ injiziert, eingebraust oder in anderer Weise mit der Flüssigkeit in dem Abschei-

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der 47 gemischt werden kann« anstatt ihn mit dem Strom 39 zu mischen.

In Abhängigkeit von den relativen Mengen der Ströme 3 und 32 kann Einheit 34 weggelassen und der Strom 32 alternativ direkt ala Strom 4 ohne vorherige Kühlung reoyolisiert werden« da die Zugabe des flüssigen Ammoniakstrome 3 zu dem gasförmigen VerfahrensetroB eine Kühlwirkung liefert. Jedoch ist in den meisten Fällen erwünschtt den Strom 52 in Einheit 34 vor der Ammoniaksynthese vorher abzukühlen, um einen Teil der Bildungswärme des Ammoniumcarbamate zu entfernen und W eine optimale Harnstoffeynthesetem-Peratür zu erreichen. Die Ströme 9 und 36, die aus verwendbarem Arbeitedampf bestehen, können insgesamt oder teilweise als Erhitzungsdampf für die Ammoniumcarbamatzersetzung verwendet werden« in diesem Fall leiten sich die Ströme 26, 44 und 55 von den Strömen 9 oder 36 ab.

Der gasförmige Kohlendioxydbeschickungsstrom 61 stammt gewöhnlich ▼on einer Verfahrensquelle, bei der Kohlendioxyd bei relativ niedrigem Druck gebildet wird« beispielsweise ale Nebenprodukt bei der Herstellung von Ammoniaksynthesegas. In diesem Fall wird das anfange nur Verfugung stehende Kohlendioxyd in einer zusätzlichen Kompreeeorvorrichtung vor der Zugabe zu Strom 60 als Strom 61 komprimiert. Für den Fachmann sind zahlreiche andere Alternativzugabepunkte für Strom 61 aufier dem Verfahren offensichtlich·

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8o kann in Manchen fällen der gasförmige Kohlendioxydbescniokungsstroa 61 mit erhöhtem Temperaturniveau zur Verfügung stehen. In diesem fall kann ein Teil von Strom 61 oder der gesamte Strom 61 su dem flüssigen Strom 52 gegeben werden, wobei vorteilhafte Ergebnisse ähnlich den verbesserten Ergebnissen der vorliegenden Erfindung erhalten werden, die sich bei der Zugabe der heißen gasförmigen Ströme 22 oder 40 zu den flüssigen Strömen 21 bau. 39 einstellen.

In manchen fällen kann der Kohlendioxydbeaohickungsstrom 61 anfangs Mit erhöhtem Druck sur Verfügung stehen. Unter diesen umständen kann der Strom 61 su den Strömen 48 oder 30 gegeben werden· Zn anderen fällen kann Strom 61 mit erhöhtem Druck und hoher Temperatur rar Verfugung stehen, in diesem fall kann er den Strömen 40 oder 22 sugefügt werden. Strom 61 kann auch getrennt auf Harnstoffsynthesedruok komprimiert und direkt dem Rtoyolisierungsstrom 4 angegeben werden, wie es in d er U3-Ba tent schrift 3 200 148 beschrieben ist· In «Ilen d erartigen fällen, wenn der Strom 61 mit erhöhtem Druck «ur Verfügung steht oder getrennt vor der Zugabe sum Verfahren komprimiert wird, besieht der Recyclieierungsgasstrom 62 mit niedrigem Druck lediglich aus dem Abgasstrom 60, der von der Amnoaliimearoameteersetzung im Strom 52 herstammt. In diesen fällen wird, um ein ausreichendes Volumen an Abgas für eine wirksame Komprimierung in der Einheit 63 zu schaffen, ein höherer Druckabfall durch Gasventil 51 vorgesehen, um bei den niedrigsten

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Druckniveau in Einheit 53 mehr Ammoniumcarbamatzersetzung bu erreichen, wobei gleichzeitig ein größeres Volumen dee AbgasstromB 60 erzeugt wird» ·

Für den Fachmann liegen zahlreiche andere Alternativen im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf der Hand. Nachfolgend wird ein Beispiel einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Industriellem Maßstab beschrieli@ao

Beispiel

BBsnsec

Die Konzeption des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Konstruktion einer Harnstoffanlage mit 1000 Tageetonnen angewendet. Die Verbesserung der Wirksamkeit wird im Vergleiöh mit der zum Stand der Technik gehörenden Eeaktionsf©ige.gezeigt, gemäß der Strom 40 direkt mit dem Abgas gemischt wird* daa ausschließlich aus der Anunoniumcarbamatzersetzung bein nächst höheren Druckniveau stammt, und anschließend eine weitere Gaskompression durchgeführt wird. Dieae zum Stand der Technik gehörende Verfahrensfolge, die im wesentlichen darin besteht, den Strom 40 zum Strom 46 zuzugeben, wird ale Fall "A" bezeichnet» Die erfindungsgemäße Verfahrensfolge, bei der der Strom 40 mit dein Strom 39 gemischt wird, wird als Pall "B" bezeichnet. Nachfolgend ist eine tabellarische Aufstellung der einschlägigen Arbeitsbedingungen und der Energieerfordernisse für beide Fälle angegeben:

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Geeamtabgaefluß zum Kompressor 49, Mol/Std.

Abgas-Einlaßtemperatur beim Kompressor 49

Pall A

1937

160

PUr den Kompressor 49 benötigte

PS (HP) 1880 (1860)

Pur den Zersetzer 42 benötigter Dampf, Millionen Kcal/Std. (Millionen BTU/hr)

?all B

1937 125 1700 (1682)

2,113 (8,386) 1,565 (6,216)

E8 ist ersichtlich, daß die verbesserte Verfahrensfolge von Pall B zu einer Energieeinsparung von 9» 55 i^a beim Betrieb von Kompressor 49 führt, verglichen mit Pall A. Zusätzlich erreicht der Fall 3 beim Vergleich mit dem Fall A eine Dampfeinsparung von 14 f> beim Betrieb des Zersetzers 42.

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Claims

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Patentansprüche

T, Verfahren zur Herstellung von Harnstoff, bei dem Ammoniumcarbamat in dem Produktstrom in mehreren Stufen durch Erhitzen bei sukzessiv niedrigeren Drucken unter Bildung einer Reihe von Abgasen zersetzt wird, wobei jedes Abgas von jeder Stufe adiabatisch zur nächst höheren Druckstufe komprimiert und "bei dieser Stufe zu dem Abgas zugefügt wird und das Abgas von der höchsten Zersetaungsstufe direkt ir. die Hernstoffsynthese geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein komprimiertes Abgas mit dem flüssigen Verfahrensstrom bei dieser Druckstufe gemischt wird, um den Strom zu erhitzen, wobei sich so ein vereinigter Abstrom ergibt, der Bestandteile dee vorigen Abströme und Zersetzungsprodukte aus dem flüssigen Strom enthält«
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlendioxyd dem Abgas aus der letzten Zersetzung beim niedrigsten Druck vor der Kompression zugegeben wird.
3· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Gas und Verfahrensflüssigkeit vor der Abtrennung des Abgases weiter erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung durch Dampf, der von der Kühlung des komprimierten Schlußgases oder durch Dampf, der von der Kühlung der Harnstoffsynthese oder durch Dampf, der von beiden stammt, durchgeführt ^wird· 909887/1603

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