DE3109744A1

DE3109744A1 - "verfahren zum abstreifen von nicht-umgesetzten materialien im harnstoffsyntheseverfahren"

Info

Publication number: DE3109744A1
Application number: DE19813109744
Authority: DE
Inventors: Hidetsugu Mobara Chiba Fujii; Akito Inba Chiba Fukui; Haruyuki Funabashi Chiba Morikawa; Hiroshi Fujisawa Kanagawa Ono
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc; Toyo Engineering Corp
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc; Toyo Engineering Corp
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1981-03-13
Publication date: 1982-01-07
Anticipated expiration: 2001-03-14
Also published as: JPS6234033B2; FR2478089B1; US4321410A; IT1141993B; BR8101467A; GB2072170A; JPS56128749A; NL8101209A; IN153897B; GB2072170B; IT8120226A0; FR2478089A1; CA1150312A; DE3109744C2

Description

MITSUI TOATSU CHEMICALS, INC. und TOYO ENGINEERING CORPORATION Tokio/Japan

Verfahren zum Abstreifen von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstreifen (Strippen) von nicht-umgesetzten Materialien aus einem Harnstoffsyntheseabstrom , der als Zwischenprodukt in einem Harnstoffsyntheseverfahren aus Ammoniak und Kohlendioxid erhalten wurde. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Abstreifen (Strippen) von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren, bei dem zuerst ein Harnstoffsyntheseabstrom, der als Zwischenprodukt aus Ammoniak und Kohlendioxid erhalten wurde, mit einem Gas, das Kohlendioxid enthält, unter adiabatischen Bedingungen, oder einem geringen Kühlen in Kontakt gebracht wird, worauf das übliche Kohlendioxidabstreif- (bzw. -stripp)-verfahren folgt.

Die Harnstoffsynthesereaktion aus Ammoniak und Kohlendioxid wird normalerweise unter Temperaturbedingungen von 170 bis 210⁰C und Druckbedingungen von 127 bis 294 bar (130 bis 300 kg/cm ) (überdruck usw.) und bei einem Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis von 2,5 bis 6,0 durchgeführt, wodurch 40 bis 80 % des Kohlendioxids zu Harnstoff umgesetzt werden und der Rest in der Form von Ammoniumcarbamat verbleibt, überschüssiges Ammoniak und Ammoniumcarbamat, das in einer

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erhaltenen Harnstoffsynthese-Zusammensetzung enthalten ist, die aus Harnstoff, Wasser, überschüssigem Ammoniak und Ammoniumcarbamat besteht (im folgenden als Harnstoffsyntheseabstrom bezeichnet) , werden zuerst als Ammoniakgas und Kohlendioxidgas abgetrennt/ und eine geringe Menge an verbleibendem Ammoniak und Ammoniumcarbamat, die in der wässrigen Harnstofflösung enthalten sind, werden ebenfalls in der folgenden Stufe abgetrennt.

So abgetrenntes Ammoniak und Kohlendioxid werden in gasförmigem Zustand oder in der Form eines Kondensats oder einer Lösung davon absorbiert in Wasser, einer verdünnten wässrigen Ammoniumcarbonatlösung, einer wässrigen Harnstofflösung oder dgl. zur Recyclisierung zur Harnstoffsynthese, gewonnen.

Einige Verfahren zur Abtrennung von überschüssigem Ammoniak und Ammoniumcarbamat aus dem Harnstoffsyntheseabstrom, als Ammoniakgas und Kohlendioxidgas, wurden zum Zwecke der Wiedergewinnung beschrieben. Das sogenannte Kohlendioxidabstreifverfahren oder Kohlendioxidstrippverfahren, bei dem der Harnstoffsyntheseabstrom in Gegenstromkontakt mit Kohlendioxidgas unter Erwärmen gebracht wird, wird als ein typisches Beispiel für die üblichen Verfahren beschrieben.

Beim Kohlendioxidabstreifverfahren können überschüssiges Ammoniak und Ammoniumcarbamat in einem gasförmigen Zustand bei einer Temperatur, die nicht extrem hoch ist, selbst unter relativ hohem Druck, beispielsweise dem Harnstoffsynthesedruck, abgetrennt werden, so daß das gev/onnene Ammoniak und Kohlendioxid direkt zur Harnstoffsynthese im gasförmigen Zustand zurückgeführt werden können.

Zusätzlich zu der leichten Recyclisierungsverfahrensweise des abgetrennten Gases kann eine Wärmegewinnung unter dem Harnstoffsynthesedruck vollzogen werden, die den Temperaturgehalt vorteilhaft macht. Andererseits kann das abge-

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trennte Gas auch zur Harnstoffsynthese zurückgeführt werden entweder nach seiner Kondensation oder nach-seinem Absorbieren in einem Lösungsmittel, wie Wasser, einer verdünnten wässrigen Ammoniumcarbonatlösung oder einer wässrigen Harnstofflösung. Die Absorption unter relativ hohem Druck, wie dem vorstehenden, erfordert eine geringere Menge an Lösungsmittel, wenn die Absorption bei gleicher Temperatur durchgeführt wird, oder erfordert etwa die gleiche Menge an Lösungsmittel, selbst wenn die Absorption bei einer gering höheren Temperatur im Vergleich mit der Absorption bei der Abtrennverfahrensweise unter relativ geringerem Druck durchgeführt wird, so daß sowohl die Recyclxsierungsverfahrensweise, als auch die Wärmewirtschaftlichkeit vorteilhaft sind, selbst wenn, wie vorstehend erwähnt, jegliche Absorptionstemperatur gewählt werden kann.

Jedoch kann bei dem Kohlendioxidabistreifverfahren eine innige Beziehung zwischen der Abstreifstufe und der Zusammensetzung des abzustreifenden Harnstoffsyntheseabstroms dieses Verfahren unwirksam machen, je nach der Zusammensetzung des Harnstoffsytheseabstroms.

Ist beispielsweise die Ammoniakkonzentration in dem abzustreifenden Harnstoffsyntheseabstrom zu hoch,führt der Kontakt des Harnstoffsyntheseabstroms mit Kohlendioxid unter Erwärmen zuerst zur Absorption von Kohlendioxid in dem Harnstoffsyntheseabstrom anstelle der Zersetzung von Ammoniumcarbamat. Selbstverständlich wird das Abstreifen durch Gegenstromkontakt des Harnstoffsyntheseabstroms mit Kohlendioxid bewirkt, und beim fortschreitenden Abstreifverfahren wird die Menge an in dem Harnstoffsyntheseabstrom absorbiertem Kohlendioxid allmählich auf ein derartiges Ausmaß verringert, daß die Zersetzung von Ammoniumcarbamat schließlich erfolgt. Jedoch erfordert die Zersetzungsstufe einen wesentlich längeren in Betracht zu ziehenden Zeitraum, was zur Notwendigkeit führt, das Abstreifgefäß bzw. den Stripper zu vergrößern, wodurch sich Verfahrensnachteile und wirtschaftliche Nachteile ergeben.

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Um dieses Problem auszuschalten, ist es notwendig, einen Harnstoffsyntheseabstrom mit einer geringen Ammoniakkonzentration zu verwenden, d. h. einen Harnstoffsyntheseabstrom, der durch Harnstoffsynthese unter den Bedingungen eines geringen Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnisses erhalten wurde.

Jedoch wird bei der HarnstoffSynthesereaktion, die durch folgende Gleichung dargestellt wird:

2NH₃ + CO₂ Z* NH₂ CONH₂ + H₃O

bei Erhöhen des Ammoniaküberschusses die Umwandlung von Kohlendioxid zu Wasserstoff verstärkt, und umgekehrt wird bei Verringerung des Ammoniaküberschusses die Umwandlung von Kohlendioxid in Harnstoff verringert. Dementsprechend führt die Verringerung des Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnisses zur Verringerung der Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff und zur Erhöhung der Menge an Ammoniumcarbamat-Nebenprodukt,basierend auf der erhaltenen Harnstoffmenge, was zu einer verstärkten Belastung des Strippers zur Zersetzung von Ammoniumcarbamat und zur Vergrößerung der dafür erforderlichen Wärmemenge führt. Zwar ist die zur Zersetzung von Ammoniumcarbamat erforderliche Wärme meist als Niederdruck-Dampf wiedergewinnbar, jedoch führt die Tatsache, daß der wertvollere Hochdruck-Dampf, der im Stripper verwendet wird, nur als weniger wertvoller Niederdruck-Dampf zurückgewonnen wird, zu wirtschaftlichen Nachteilen.

Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verfahrenstechnisch und wirtschaftlich vorteilhaften Verfahrens zum Abstreifen bzw. Strippen von nicht umgesetzten Materialen aus einem Harnstoffsyntheseabstrom unter Verwendung einer Abstreifvorrichtung bzw.eines Strippers, die bzw. der so klein wie möglich ist.

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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines wärmewirtschaftlich vorteilhaften Verfahrens zum Abstreifen bzw. Strippen von nicht umgesetzten Materialien aus einem Harnstoffsyntheseabstrom, ohne das Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis in der HarnstoffSynthesereaktion zu verringern.

Um die vorstehenden Ziele zu erreichen, wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Abstreifen bzw. Strippen von nicht umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren bereitgestellt, das darin besteht, zuerst den Harnstoffsyntheseabstrom in Kontakt mit dem abgetrennten Gas, das aus der vorstehend erwähnten Stufe abgezogen wurde, unter adiabatischen Bedingungen oder geringem Kühlen, zu bringen, vor der üblichen Abstreif- bzw. Strippstufe von nicht umgesetzten Materialien in dem Harnstoffsyntheseabstrom, durch Gegenstromkontakt mit Kohlendioxid unter Erwärmen.

Im folgenden werden die Zeichnungen erläutert:

Die Fig. 1 zeigt eine Abstreif- bzw. Stripperkolonne (bzw. -säule), enthaltend ein oberes Kontaktteil, das aus einem Plattenturm besteht und ein unteres Fallfilm-Abstreif- bzw. -Stripperteil. Die Fig. 2 zeigt eine Abstreif- bzw. Stripperkolonne (bzw. -säule), enthaltend ein oberes Kontaktteil, bestehend aus einem gepackten bzw. gefüllten Bett und ein unteres Fallfilm-Abstreif- bzw. -Stripperteil. Die Fig. 3 zeigt eine Abstreifkolonne bzw. eine Stripperkolonne, die ein oberes Kontaktteil, bestehend aus einer Kolonne bzw. Säule mit benetzter Wandung und ein unteres Fallfilm-Abstreif- bzw. -Stripperteil enthält.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wird ein Harnstoffsyntheseabstrom, der erhalten wurde durch Harnstoffsvnthesereaktion bei einem hohen Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis und dementsprechend einen hohen Anteil an Ammoniak aufweist, direkt dem Abstreifen

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von Kohlendioxid unterzogen, so treten Probleme auf, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Es wurde jedoch gefunden, daß der Kontakt des Harnstoffsyntheseabstroms mit einem Kohlendioxid enthaltenden Gas zu einer teilweisen Absorption von Kohlendioxid in dem Harnstoffsyntheseabstrom und zu einem gleichzeitigen Verdampfen von Ammoniak in einer Menge, entsprechend etwa, der Menge der Absorptionswärme davon, führt, und anschließend kann der Harnstoffsyntheseabstrom direkt demAbstreifen mit Kohlendioxid unterzogen werden, mit dem gleichen Ergebnis wie im Falle eines Harnstoffsyntheseabstroms mit einem geringen Ammoniakgehalt. Die Absorptionsrate von Kohlendioxid und die der gleichzeitigen Verdampfung von Ammoniak sind so groß bei geringer oder keiner Temperaturänderung, daß nur ein geringer oder kein Unterschied zwischen der Menge der zur Abtrennung von überschüssigem Ammoniak und zur Zersetzung von Ammoniumcarbamat erforderlichen Wärmemenge und der für den Fall besteht, daß der Harnstoffsyntheseabstrom durch Erwärmen abgetrennt wird, anstelle ihn dem Abstreifverfahren zu unterziehen. So kann ein Harnstoffsyntheseabstrom, der erhalten wurde, bei einem hohen Ammoniakzu-Kohlendioxid-Molverhältnis und dementsprechend einen großen Überschuß an Ammoniak enthält, auch dem Kohlendioxid-Abstreifen unterzogen werden, ohne jegliche Nachteile der Wärmewirtschaftlichkeit.

Auf diese Weise wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Abstreifen von nicht umgesetzten Materialien bereitgestellt, das darin besteht, zuerst einen Harnstoffsyntheseabstrom in Gegenstromkontakt mit einem abgetrennten Gas, das in einer Abstreifstufe erhalten wird, unter adiabatischen Bedingungen oder einem geringen Kühlen, vor der Abstreifstufe zu bringen, in der der Harnstoffsyntheseabstrom, der durch Reaktion von Ammoniak mit Kohlendioxid erhalten wurde, unter vorbestimmten Bedingungen in Gegenstromkontakt mit Kohlendioxid unter Erwärmen gebracht wird, um den. Hauptanteil des überschüssigen Ammoniaks und von Ammoniumcarbamat abzustreifen und die

wässrige Harnstofflösung, die eine geringe Menge an Ammoniak und Ammoniumcarbamat enthält und das abgetrennte Gas zu erhalten, das aus Ammoniak, Kohlendioxid und Wasser besteht.

Im folgenden werden die Bedingungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die Harnstoffsynthesetemperatur ist nicht von besonderer Bedeutung, sie liegt normalerweise bei 170 bis 210⁰C als dem üblichen Harnstoffsynthese-Temperaturbereich, vorzugsweise bei 180 bis 200°C. Liegt die Harnstoffsynthesetemperatur unter 170⁰C, so wird die Reaktionsgeschwindigkeit beträchtlich verringert, und man benötigt einen Harnstoffsyntheseautoklaven mit einem großen Fassungsvermögen. Liegt andererseits die Temperatur über 21O⁰C, so wird der Gleichgewichtsdruck des Harnstoffsyntheseabstroms derart erhöht, daß ein HarnstoffSyntheseautoklav mit einer größeren Druckbeständigkeit benötigt wird. Das Molverhältnis von Wasser zu Kohlendioxid ist nicht speziell begrenzt, jedoch liegt es normalerweise im Bereich von 0,2 bis 1,5, vorzugsweise von 0,3 bis 1,0. Das Molverhältnis unter 0,2 erschwert das Recyclisierungsverfahren der wiedergewonnenen nicht umgesetzten Materialien zur Harnstoffsynthese. Andererseits verringert das Molverhältnis über 1,5 die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff bei der HarnstoffSynthesereaktion sehr.

Das Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis als eine Harnstoffsynthesebedingung liegt vorzugsweise im Bereich von 3,0 bis 6,0, besonders bevorzugt von 3,5 bis 4,5, und im vorstehenden Molverhältnisbereich wird die Menge des Harnstoffsyntheseabstroms, basierend auf der so erhaltenen Harnstoffmenge, auf ein Minimum herabgesetzt. Wenn das Molverhältnis unter 3,0 liegt, so wird die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff verringert, und die Menge an zum Abstreifen von nicht umgesetztem Kohlendioxid erforderlichem Dampf wird vergrößert. Wenn das Molverhältnis über 6,0 liegt, so.wird der Gehalt an Ammoniak in dem Harnstoffsyntheseabstrom übermäßig vergrößert, und die Menge an Dampf, die zum Abstreifen erforderlich ist, wird ebenfalls vergrößert.

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Bei der Durchführung der Erfindung sind der Harnstoffsynthesedruck, der Druck unter dem das Abstreifen durchgeführt wird und Druck unter dem das abgetrennte Gas in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom in der Abstreif- bzw. Strippzone gebracht wird, besonders wichtig. Der Harnstoffsynthesedruck wird in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Ammoniak-zuKohlendioxid-Mo !.verhältnis und anderen Bedingungen bestimmt, jedoch entspricht er im wesentlichen dem gleichen Druck, wie dem, den die Harnstoffsynthese-Zusammensetzung bei deren Gleichgewicht ausübt oder wenig höher. Der erfindungsgemäße Harnstoffsynthesedruck liegt vorzugsweise im Bereich von

137 bis 245 bar (140 bis 250 kg/cm ) oder besonders bevorzugt von 147 bis 196 bar (150 bis 200 kg/cm²).

Der Druck, unter dem das Strippen bewirkt wird, sollte ein derartiger Druck sein, daß es möglich wird, die Gesamtmenge des durch Abstreifen abgetrennten Gases zur Harnstoffsynthese zurückzuführen, ohne eine große Absorbensmenge, wie Wasser, eine verdünnte wässrige Ammoniumcarbonatlösung oder eine wässrige Harnstofflösung, zu verwenden. Der vorstehende Druck kann normalerweise im Bereich von 14,7 bis 245 bar (15 bis 250 kg/cm ) liegen; jedoch ist es in der Praxis besonders bevorzugt, wenn es der gleiche Druck ist, wie der Harnstoffsynthesedruck, wegen der Vorteile des RecyclisierungsVerfahrens des durch Abstreifen abgetrennten Gases in die Harnstoff synthese und zur Gewinnung der Wärme, die bei der Kondensation des abgetrennten Gases oder bei dessen Absorption in Wasser, einer verdünnten wässrigen Ammoniumcarbonatlösung oder einer wässrigen Harnstofflösung, erzeugt wird.

Der Druck, unter dem das abgetrennte Gas in Kontakt gebracht wird mit dem Harnstoffsyntheseabstrom, kann gewählt werden zwischen dem Harnstoffsynthesedruck um dem Druck, unter dem das Abstreifen bewirkt wird, jedoch ist es vorzugsweise der gleiche Druck, wie der Druck, unter dem das Abstreifen bewirkt wird, um ein Aufdrücken des durch Strippen abgetrennten

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Gases auszuschalten. Wenn der Harnstoffsynthesedruck und der Druck, unter dem das Abstreifen bewirkt wird, gleich sind, wird der Druck, unter dem das abgetrennte Gas in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom gebracht wird, so eingestellt, daß er damit identisch ist.

Der Kontakt des abgetrennten Gases mit dem Harnstoffsyntheseabstrom kann unter Anwendung jeglicher üblichen Gas-Flüssigkeits-Kontakteinrichtungen, wie ein Blasenturm, ein Plattenturm, ein gepacktes bzw. gefülltes Bett, eine Säule mit benetzter Wandung, einem Sprühturm, einer Einrichtung zur Führung von sowohl Gas als auch Flüssigkeit durch die gleiche Rohrleitung,/ausgerüstet mit Prallplatten, zur Förderung der Vermischung von Gas mit Flüssigkeit darin, durchgeführt werden. Jedoch werden der Plattenturm, die Kolonne mit gepacktem bzw. gefülltem Bett und benetzter Wandung gewöhnlich verwendet, um die Wirksamkeit durch Gegenstromkontakt zwischen dem abgetrennten Gas und dem Harnstoffsyntheseabstrom groß zu machen. Darüber hinaus ist es betriebstechnisch und wirtschaftlich vorteilhaft, diese Säulen bzw. Kolonnen so auszurüsten, daß das abgetrennte Gas in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom vor der Abstreifstufe in einer einzigen Einheit zusammen mit dem Stripper bzw. Abstreifer kommt, so daß beide Stufen darin durchgeführt werden können. J oder einer Einrichtung zum Leiten von Gas und Flüssigkeit

durch die gleiche Rohrleitung,
Eine weitere wichtige Bedingung der Stufe des Inkontaktbringens des abgetrennten Gases mit dem Harnstoffsyntheseabstrom liegt darin, diese Stufe unter adiabatischen Bedingungen oder einem geringen Kühlen durchzuführen, um die Absorptionsrate an Kohlendioxid in ^den Harnstoffsyntheseabstrom und gleichzeitig die Verdampfungsrate von Ammoniak zu erhöhen, wodurch die Auflösungsrate von Kohlendioxid erhöht wird, um die erforderliche Kontaktzeit des abgetrennten Gases mit dem Harnstoffsyntheseabstrom zu verkürzen und die Hydrolyse von Harnstoff zu Ammoniumcarbamat und die Bildung von Biuret als Nebenprodukt können unterdrückt werden.

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Wie vorstehend beschrieben, wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Abstreifen bzw. Strippen der nicht umgesetzten Materialien in dem Harnstoffsyntheseabstrom bereitgestellt, das darin besteht, zuerst das Kohlendioxid enthaltende Gas, abgetrennt in einer Abstreifstufe, in Kontakt zu bringen mit dem überschüssiges Ammoniak enthaltenden Harnstoffsyntheseabstrom, der unter der Bedingung eines hohen Ammoniak-zuKohlendioxid-Molverhältnisses erhalten wurde und unter adiabatischen Bedingungen oder einem geringen Kühlen, bevor der Harnstoffsyntheseabstrom der Kohlendioxidstrippstufe unterzogen wird, die im Gegenstrom unter Erwärmen betrieben wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Harnstoffsynthese unter einem hohen Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis durchgeführt, und daher wird die Umwandlung von Kohlendioxid zu Harnstoff vergrößert, und die Menge an Nebenprodukt-Ammoniumcarbamat, basierend auf der so gebildeten Harnstoffmenge, wird verringert, was dazu führt, daß die Belastung zu deren Zersetzung in der Abstreifstufe verringert wird und somit Einsparungen beim Wärmeverbrauch hierfür erzielt werden können. Darüber hinaus ist die Stufe bei der Kohlendioxid enthaltendes Gas, abgetrennt in der Abstreifstufe, in Kontakt mit dem Harnstoffsyntheseabstrom gebracht wird, eines der Merkmale der Erfindung, und da die Absorption von Kohlendioxid und die Verdampfung von Ammoniak gleichzeitig und rasch darin durchgeführt werden, kann der resultierende Harnstoffsyntheseabstrom leicht einem Abstreifen mit Kohlendioxid unter Erwärmen unterzogen werden, was zu einer Verkürzung der Zeit führt, die in der Abstreifstufe benötigt wird, sowie zu einer Verringerung der Größe der Vorrichtung und zu einer Einsparung der erforderlichen Wärme.

So weist das erfindungsgemäße Verfahren beträchtliche günstige Auswirkungen im Vergleich mit dem üblichen Kohlendioxid-Abstreifverfahren auf, wie die Eignung zur Erzielung einer Verringerung der Größe der Vorrichtung, die Einsparung von be-

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nötigter Wärme und Verbesserungen der Verfahrensstabilität; sie ist auch dazu geeignet, die sekundär erzeugte Wärme leicht wiederzugewinnen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1,2 und 3 werden spezielle Ausführungsformen der Erfindung genauer erläutert.

Die Fig. 1 zeigt.eine Abstreifkolonne, die ein oberes Kontaktteil 11 enthält, das aus einem Plattenturm besteht und ein unteres Fallfilm-Abstreifteil 10. Der Harnstoffsyntheseabstrom wird in das Kontaktteil 11 aus einer Leitung 1 eingeführt und fließt abwärts durch den Plattenturm zum Eintritt in das Abstreifteil 10, während das darin enthaltene Ammoniak mit dem abgetrennten Gas abgestreift wird und nach oben aufsteigt. Anschließend erreicht der Harnstoffsyntheseabstrom den Boden der Abstreifkolonne, während ein Hauptanteil des Ammoniumcarbamats, das in dem Harnstoffsyntheseabstrom enthalten ist, unter Entwicklung von Ammoniak und Kohlendioxid zersetzt wird, die über die Leitung 2 zur folgenden Stufe geführt werden. Einerseits wird Kohlendioxid in den Stripperanteil 10 durch die Leitung 3 eingeführt, und gleichzeitig wird ein Hochdruckdampf zur Erwärmung aus der Leitung 21 eingeführt, und das resultierende Kondensat wird durch Leitung 22 abgezogen. Andererseits steigen Ammoniak und Kohlendioxid, die in dem Stripperteil 10 abgetrennt werden, durch das Kontakteil 11 auf und gelangen durch die Leitung 4 zur folgenden Stufe.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einem Kontaktteil 11', aus einem gepackten Bett bzw. gefüllten Bett anstelle des Kontaktteils 11, bestehend aus dem Plattenturm der Fig. 1, und das Kontaktteil 11' und das Abstreif- bzw. Strippteil sind getrennt voneinander angeordnet, so daß sie unabhängige Säulen bzw. Kolonnen bilden. Der Harnstoffsyntheseabstrom wird in das Kontaktteil 11' durch die Leitung 1 eingeführt, fließt abwärts durch das gepackte Bett zur Erreichung des Bodens der Kolonne, während darin enthaltenes Ammoniak beim

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Kontakt mit dem abgetrennten Gas, das über die Leitung 6 aus dem Abstreifteil 10 aufsteigt, entwickelt wird, und tritt in das Abstreifteil 10 über die Leitung 5 ein. Anschließend wird die gleiche Verfahrensweise, wie für Fig. 1 beschrieben, wiederholt.

Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, in der das Kontaktteil 11 aus dem Plattenturm der Fig. 1 ersetzt ist durch ein Kontaktteil 11", bestehend aus einer Kolonne mit benetzter Wandung. Es werden die gleichen Verfahrensweisen wie in der Vorrichtung, die in der Fig. 1 gezeigt wird, wiederholt, wobei jedoch das Kontaktteil 11" gekühlt wird durch Leiten eines Kühlmittels von der Leitung 23 zur Leitung 24.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel

Eine HarnstoffSynthesereaktion wird unter den Bedingungen eines Drucks von 171,5 bar (175 kg/cm ), einer Temperatur von 195 C, einem NH₃ zu CO^-Molverhältnis von 3,9 und einem H_O zu CO₂-Molverhältnis von 0,51 betrieben, unter Erzielung von 171,4 t/Tag Harnstoffsyntheseabstrom, bestehend aus 60 t/Tag Harnstoff, 61,0 t/Tag NH₃, 19,2 t/Tag CO₂ und 31,2 t/Tag H₃O.

Der Harnstoffsyntheseabstrom wird zu einem Abstreifer geleitet, der ein Kontaktteil, bestehend aus einem Plattenturm und ein Fallfilm-Abstreifteil, enthält, wie in der Fig. 1 gezeigt, und unter einem Druck betrieben wird, der im wesentlichen gleich dem Harnstoffsynthesedruck ist und andererseits werden 44 t/Tag CO₂ von unten in das Abstreifteil eingeführt. Als Ergebnis wird der Harnstoffsyntheseabstrom in

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adiabatischen Gegenstromkontakt mit 97/0 t/Tag des abgetrennten Gases gebracht, das aus dem Abstreifteil resultiert und besteht aus 28,4 t/Tag NH₃, 62,3 t/Tag CO₂ und 6,3 t/Tag H₂O, unter Bildung von Ammoniak, während Kohlendioxid absorbiert wird, und es wird in 156 t/Tag einer Flüssigkeit umgewandelt, die aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 39,9 t/Tag NH₃, 25,8 t/Tag CO₃ und 30,3 t/Tag H₀O besteht und in das AbStreifteil fließen soll. So werden 103,0 t/Tag Harnstofflösung bei 190⁰C, bestehend aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 11,5 t/Tag NH₃, 7,5 t/Tag CO₂ und 24,0 t/Tag H₃O vom Boden des Abstreifteils erhalten, urid andererseits werden 112,4 t/Tag Gas, bestehend aus 49,5 t/Tag NH₃, 55,7 t/Tag CO₃ und 7,2 t/Tag H₃O vom oberen Teil bzw. Kopf des Kontaktteils abgezogen.

Das vorstehende gewonnene Gas wird in einer wiedergewonnenen Lösung absorbiert, die aus der Absorption in Wasser von Ammoniak und Kohlendioxid resultiert, erhalten durch Vakuumdestillation der Harnstofflösung, die aus dem Boden des Abstreifteils abgezogen wird und aus 46,0 % NH₃, 30 % CO₂ und 24 % H₂O besteht und anschließend zur Harnstoffsynthese zusammen mit 34 t/Tag frischem bzw. aufbereitetem flüssigem Ammoniak zurückgeführt wird. Entsprechend dem vorstehenden Materialgleichgewicht wird ein kontinuierlicher Betrieb des Harnstoffsyntheseverfahrens durchgeführt.

Der Verbrauch an Dampf von 24,5 bar (25 kg/cm ) in dem Abstreifteil dieses Beispiels beträgt 0,72 t pro 1 t des erhaltenen Harnstoffs.

Das Materialgleichgewicht dieses Beispiels wird in der folgenden Tabelle veranschaulicht.

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Vergleichsversuch

Eine Harnstoffsynthesereaktion wird unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel durchgeführt, wobei jedoch ein NH₃ zu C0₂-Molverhältnis von 2,8 und ein H₃O zu C0₂-Molverhältnis von 0,50 angewendet werden, unter Erzielung von 170,6 t/Tag Harnstoffsyntheseabstrom, bestehend aus 60,0 t/Tag Harnstoff, 46,7 t/Tag NH₃, 30,6 t/Tag CO₂ und 33,3 t/Tag Wasser.

Der Harnstoffsyntheseabstrom wird durch das Fallfilm-Abstreifteil unter Ausschluß des Kontaktteils der Vorrichtung der Fig.1 geführt, unter den gleichen Bedingungen, wie im Beispiel, unter Erzielung von 105,7 t/Tag Harnstofflösung bei 190°C, bestehend aus 60,0 t/Tag Harnstaoff, 11,3 t/Tag NH₃, 7,6 t/Tag CO₂ und 26,8 t/Tag H~0, vom Boden des Abstreifteils und andererseits 108,9 t/Tag Gas, bestehend aus 35,4 t/Tag NH,, 67,0 t/Tag CO₀ und 6,5 t/Tag H₃O, abgezogen vom oberen Teil bzw. Kopf des Abstreifteils.

Der Verbrauch von Dampf von 24,5 bar (25 kg/cm ) im Abstreifteil des Versuchs beträgt 0,90 t pro 1 t des erhaltenen Harnstoffs. Der Vergleich der Dampfeinheit, wie vorstehend mit der Dampfheit von 0,72 t des Beispiels zeigt, daß der Dampfverbrauch beim erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich mit dem üblichen Verfahren 20 % geringer liegt.

Das Materialgleichgewicht für den Vergleichsversuch ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

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Tabelle

	Harnstoff	Beispiel	171,5 bar	Temperatur	195°C	Vergleichsversuch	(175	171,5 bar	60,0
	synthese abs t rom	Druck	(175 kg/cm²)	NH₃/CO₂-		Druck	Temperatur	kg/cm²)	46,7
Harnstoff	(t/Tag)		Molverhältnis	3,9	NH₃/CO₂-	195°C	30,6
synthese			H₂OZCO₂-			33,3
bedingungen ■		Molverhältnis	0_f51	Molverhältnis 2,8	170,6
	Harnstoff	Harnstoff	60,0	H₂O/CO₂-
	lösung am	NH₃	61,0
I j	Auslaß des	co₂	19,2	Molverhältnis 0,50
I	Kontaktteils	H₂O	31,2	Harnstoff
(t/Tag)	insgesamt	171,4	NH₃
	Harnstoff	60,0	CO₂
Harnstoff	MfT		H₂O	60,0
lösung, ab			insgesamt	11,3
gezogen vom	co₂	25,8
Abstreifer	H₂O	30,3		7,6
(t/Tag)	insgesamt	156,0		26,8
	Harnstoff	60,0		105,7
	NH₃	11,5

CO₀	7,5	Harnstoff
	24,0	NH₃
insgesamt	103,0
	CO₀
	2 H₂O
insgesamt

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	Beispiel	49,5	Vergleichsversuch	35,4
Gas abgezogen	NH₃	55,7	NH-,	67,0
vom Abstreifer (t/Tag)	^C02	7,2	j CO₀	6,5
	H₂O	112,4	H₂O	108,9
	insgesamt	61,0	insgesamt	46,7
Menge an	NH₃	63,2	NH₃	74,6
Recyclisat zur Harn	co₂	13,2	CO₂	15,3
stoff synthese	H₅O	137,4	H₂O	136,6
(t/Tag)	insgesamt	95,0	insgesamt	80,7
Menge an	NH-	63,2	NH-.	74,6
Beschickung zur Harn	i co₂	13,2	co₂	15,3
stoffsynthese	H₀O	171,4	H₉O	170,6
(t/Tag)	insgesamt	60,0	insgesamt	60,0
Harnstoff	Harnstoff	0	Harnstoff	0
lösung nach Vakuum	NH₃	0	NH₃	0
destillation	co₂	18,0	C0_o	18,0
(t/Tag)	H₂O	78,0	2 H₂O	78,0
	insgesamt	insgesamt

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - t>r- E. Assrnanci -Or. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-Ing. F. Klin'gsBiSen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE eooo München 2 ■ BrouhnusetraOe 4 ■ Telefon Sammel-Nr. S2S341 · Telegramme Zumpat ■ Telex 029870 FMTC-307 12/nc P a t e η t a η s p. r ii c. h e

1.(Verfahren zum Abstreifen von nicht-umgesetzten Materialien im Harnstoffsyntheseverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Harnstoffsyntheseabstrom, erhalten durch Reaktion von Ammoniak mit Kohlendioxid, in dem Harnstoffsyntheseverfahren einer Abstreifstufe unterzieht, in der der Harnstoffsyntheseabstrom in Gegenstrom-Kontakt mit Kohlendioxid unter Erwärmen gebracht wird, unter Erzielung einer wässrigen Harnstofflösung, die eine geringe Menge Ammoniak und Ammoniumcarbamat enthält, wobei zuerst der Harnstoffsyntheseabstrom in Kontakt mit einem abgetrennten Gas, das in der Abstreifstufe entwickelt wurde, unter adiabatischen Bedingungen oder unter Kühlen, vor der Abstreifstufe, gebracht wird.

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoffsyntheseabstrom bei einem Ammoniak-zu-Kohlendioxid-Molverhältnis von 3,0 bis 6,0 gebildet wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harnstoffsyntheseverfahren unter einem überdruck von 137 bis 245 bar durchgeführt und die Abstreifstufe und

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die Kontaktstufe des Harnstoffsyntheseabstroms mit dem abgetrennten Gas unter Oberdrücken von 14,7 bis 245 bar durchgeführt werden, die im wesentlichen gleich sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harnstoffsyntheseverfahren, die Abstreifstufe und

' die Kontaktstufe des Harnstoffsyntheseabstroms mit dem abgetrennten Gas unter Drücken durchgeführt werden, die im wesentlichen gleich sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kontaktstufe des Harnstoffsyntheseabstroms mit dem abgetrennten Gas im Gegenstrom in einem Kontaktteil durchführt, das aus einem Plattenturm, einem gepackten Bett oder einer Säule mit benetzter Wandung besteht.

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