NO312545B1 - Fremgangsmåte ved fremstilling av urea - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte som angitt i krav

l's ingress for fremstilling av urea, i hvilken gasstrømmen som frigjøres under syntesen av melamin og i alt vesentlig består av ammoniakk og karbondioksid, brukes til syntesen av urea.

En slik prosess er blant annet beskrevet i GB-A-1,309,275.

I den sistnevnte er det beskrevet en fremstilling av urea i hvilken avgassen som hovedsakelig består av ammoniakk og karbondioksid og er oppnådd ved fremstillingen av melamin i en høytrykks melaminprosess, brukes til syntesen av urea.

I denne prosessen overføres gasstrømmen fra gass/væske-separatoren i melaminanlegget som i alt vesentlig består av ammoniakk og karbondioksid, til en lavtrykks seksjon i et konvensjonelt høytrykks melaminanlegg. I nevnte lavtrykks-seksjon reagerer ammoniakken og karbondioksiden som er oppstått i melaminanlegget, i en ekstra reaktor til å danne en urea-oppløsning. Nevnte urealøsning får deretter en økning i trykk og overføres til høyt rykks-seksjonen i det samme ureaanlegget.

Urea kan fremstilles ved å la ammoniakk og karbondioksid

ved et hensiktsmessig trykk (for eksempel 12,5 - 35 Mpa) og en passende temperatur (for eksempel 160 - 250°C) passere en syntesesone hvor ammoniumkarbamat først dannes i henhold til reaksjonen

Fra det dannete ammoniumkarbamat dannes deretter urea ved dehydrering i samsvar med likevektsreaksjonen:

Graden i hvilken denne omsetningen fortsetter, er avhengig

av blant annet temperaturen og overskuddet av ammoniakk som er brukt. I denne prosessen, oppnås det en oppløsning som i alt vesentlig består av urea, vann, ammoniumkarbamat og

ureagert ammoniakk som reaksjonsprodukter. Ammoniumkarbamaten og den ureagerte ammoniakken må fjernes fra opp-løsningen og blir i de fleste tilfeller matet tilbake til syntesesonen. Syntesesonen kan omfatte separate soner for dannelsen av ammoniumkarbamat og urea. Disse sonene kan imidlertid, også kombineres i ett apparat.

Et konvensjonelt høytrykks ureaanlegg forstås å være et ureaanlegg i hvilket dekomponeringen av ammoniumkarbamaten som ikke er overført til urea, og utblåsingen av det van-lige overskuddet av ammoniakk, finner sted ved et vesentlig lavere trykk enn trykket i syntesereaktoren selv. I et konvensjonelt høytrykks ureaanlegg kjøres syntese-reaktoren vanligvis ved en temperatur på 180- 210°C og et trykk på 18- 30 Mpa. I et konvensjonelt høytrykks ureaanlegg mates de ureagerte reaktantene tilbake, etter ekspansjon, dis-sosiasjon og kondensering til ureasyntesen ved et trykk på mellom 1,5 og 10 Mpa. I tilfellet med et konvensjonelt høy-trykks ureaanlegg mates videre ammoniakk og karbondioksid direkte til ureareaktoren. Det molare NH3/C02- forholdet (=N/C-forholdet) i ureasyntesen er mellom 3 og 5 i en kon-vensjonell høytrykks ureaprosess.

Ulempen med prosessen beskrevet i GB-A-1,309,275 er at en ekstra reaktor er nødvendig fordi gasstrømmen som mates inn fra melaminanlegget og som hovedsakelig består av ammoniakk og karbondioksid , er ved et for lavt trykk, selv i tilfellet med en høytrykks melaminprosess, til å kunne brukes direkte i et konvensjonelt høytrykks ureaanlegg. Videre krever prosessen i henhold til GB-A- 1,3 09,275 en ekstra pumpe som overfører ureaen som produseres ved lavt trykk til høytrykksdelen.

Hensikten med oppfinnelsen er å finne en prosess som ikke har disse ulempene. Dette oppnås ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del, nemlig ved at gasstrømmen som oppstår i en høytrykks melaminprosess og hovedsakelig består av ammoniakk og karbondioksid, kondenseres ved et trykk praktisk talt likt trykket i melaminreaktoren, i hvilken prosess det hovedsakelig dannes vannfritt ammoniumkarbamat, etter hvilken nevnte ammoniumkarbamat mates inn i høytrykksdelen på et urea strippinganlegg. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-8.

Et urea strippinganlegg er forstått å være et ureaanlegg hvor dekomponeringen av ammoniumkarbamatet som ikke er omdannet til urea, og utblåsingen av det normale overskuddet av ammoniakk, finner sted for det meste ved et trykk som praktisk talt er nesten likt trykket i syntesereaktoren. Denne dekomponeringen/ utblåsingen finner sted i en stripper, valgfritt ved tilsetning av et strippemedium. I en strippingprosess kan karbondioksid og/ eller ammoniakk brukes som strippemedium før nevnte komponenter doseres til reaktoren. Nevnte stripping finner sted i en stripper plassert nedstrøms for reaktoren hvor løsningen som oppstår i ureareaktoren og som i tillegg til urea inneholder ammoniumkarbamat, vann, ammoniakk og karbondioksid, strippes ved tilførsel av varme. Det er også mulig å bruke varm stripping her. Varm stripping betyr at ammoniumkarbamat dekomponeres og ammoniakken og karbondioksiden til stede fjernes fra urea-oppløsningen utelukkende ved hjelp av tilført varme. Strømmene som frigjøres fra stripperen og som inneholder ammoniakk og karbondioksid, mates tilbake til reaktoren via en høytrykks karbamatkondensator. Reaktoren, stripperen og karbamat-kondensatoren utgjør de vik-tigste komponentene i høytrykksdelen av et urea strippinganlegg. I et urea strippinganlegg kjøres syntesereaktoren fortrinnsvis ved en temperatur på 160 -220 °C og et trykk på 12,5 -17,5 MPa. I tilfellet med et stripper-anlegg er N/C-forholdet i syntesen mellom 2,5 og 4.

Den i alt vesentlige vannfrie karbamatstrømmen fra kondensatoren fra høytrykks melaminprosessen mates inn i høy-trykksdelen på et strippinganlegg for urea og kan for eksempel, innmates i en ureareaktor, i en stripper, i en høytrykks karbamatkondensator eller i ledninger til stede mellom disse. Fortrinnsvis mates den i alt vesentlige vannfrie karbamaten fra høytrykks melaminprosessen direkte inn i ureareaktoren.

Kondensasjonen kan utføres i en kondensator som arbeider ved et trykk som i alt vesentlig er likt trykket i melaminreaktoren. Fortrinnsvis er kondensatoren utformet som en varmeveksler. I dette tilfelle mates et kjølemiddel inn på mantelsiden, og gasstrømmen som består av karbondioksid og ammoniakk, mates inn gjennom bunten av rør. Det er også mulig å mate inn gasstrømmen gjennom mantelen og kjøle-væsken gjennom rørbunten. Siden kondensasjons temperaturen i nevnte kondensator ligger mellom 100 og 23 0 °C, kan føde-vann til en dampkjele brukes som kjølemiddel, noe som har den ekstra fordelen at kondensasjonsvarmen med fordel kan brukes til å produsere lavtrykks damp (0,3 til 1,0 Mpa) . Hvis det ikke foreligger noen lønnsom utnyttelse av nevnte lavtrykksdamp i anleggets omgivelser, kan kjølevann, natur-ligvis også benyttes som kjølemiddel.

Fordelen med bruken av en karbamatstrøm fra høytrykks melaminanlegget er at en karbamat som i alt vesentlig er vannfri, frembringes for urea strippe-anlegget noe som, som en følge av dens hovedsakelige vannfrie natur, sikrer en for-bedret effektivitet i ureaanlegget sammenlignet med et ureaanlegg som får en vannholdig karbamatstrøm fra melaminanlegget. En ekstra fordel kan oppnås ved å mate den hovedsakelig vannfrie karbamatstrømmen direkte inn i ureareaktoren .

Trykket av karbamatstrømmen som oppstår fra kondensatoren i i høytrykks melaminanlegget ligger mellom 5 og 80 MPa, foretrukket mellom 8 og 4 0 MPa. Spesielt er trykket i kar-bamatstrømmen som stammer fra høytrykks melaminanlegget 0-10 MPa, mer spesielt, 0-2 MPa høyere enn trykket i ureareaktoren. Temperaturen i nevnte karbamatstrøm er mellom 100 og 230°C, fortrinnsvis mellom 140 og 200°C.

Urea syntese

En ofte benyttet utførelse av fremstillingen av urea ved hjelp av en strippeprosess er beskrevet i European Chemical News, Urea Supplement fra 17 Januar 1969, sidene 17-20. I denne prosessen blir urea synteseløsningen som er dannet ved et høyt trykk og en høy temperatur, utsatt for en strippende behandling ved syntesetrykket ved å bli brakt i kontakt med gassformig karbondioksid i motstrøm ved til-førsel av varme. I denne prosessen dekomponeres den største delen av karbamatet til stede, i ammoniakk og karbondioksid. Disse nedbrytningsproduktene ledes i gassform bort fra løsningen og fjernes sammen med en liten mengde vanndamp og karbondioksiden brukt ved strippingen.

I tillegg til å utføre en slik strippende behandling med karbondioksid som beskrevet i denne publikasjonen, er det også mulig å utføre strippingen termisk eller med gassformig ammoniakk som strippegass eller med en blanding av nevnte gasser. Gassblandingen oppnådd ved strippebe-handlingen blir for en stor del kondensert og adsorbert i en høytrykks karbamatkondensator, og etter denne blir ammoniumkarbamatet dannet i denne prosessen matet inn i syntesesonen for dannelse av urea. Det er mulig å gjennom-føre syntesen i en eller to reaktorer. Strippingen av synteseoppløsningen av urea med et strippemedium kan også finne sted i mer enn en stripper.

Høytrykks karbamatkondensatoren kan, for eksempel, kon-strueres som en såkalt "overfylt" kondensator som beskrevet i NL-A-8400839. I dette tilfelle mates gass-blandingen som skal kondenseres, inn i mantelrummet på en rørvarmeveksler, i hvilket mantelrum det også mates inn en fortynnet karba-matoppløsning, og den frigjorte varmen fra oppløsningen og kondensasjonen fjernes ved hjelp av et kjølemiddel som strømmer gjennom rørene, for eksempel vann, som i denne prosessen overføres til lavtrykks damp. Den over-fylte kondensatoren kan monteres horisontalt eller vertikalt. Spesielle fordeler tilbys imidlertid ved å utføre kondensasjonen i en overfylt kondensator som er oppstilt horisontalt (en såkalt "basseng"-kondensator; se,for eksempel, Nitrogen No. 222, Juli-August 1996, sidene 29-31) siden væsken generelt har en lengre oppholdstid i kondensatoren sammenlignet med en vertikalt oppstilt overfylt kondensator. Som et resultat oppstår det en dannelse av urea, noe som har den effekt at kokepunktet øker slik at temperatur-forskjellen mellom den urea-inneholdende karbamatløsningen og kjølemidlet blir større, noe som resulterer i at det oppnås en bedre varmeoverføring. Det er også mulig å inkor-porere kondensasjonssonen og syntesesonen i en apparatur som beskrevet, for eksempel i NL-A-1000416. I dette tilfelle gjennomføres dannelsen av ammoniumkarbamat og urea fra ammoniakk og karbondioksid ved et trykk på 12,5- 35 MPa i en ureareaktor. Nevnte ureareaktor omfatter en horisontalt arrangert kondensasjonssone og en varmeveksler ( en såkalt bassengreaktor; se, for eksempel, Nitrogen No.222, juli-august 1996, sidene 29-31) hvor ammoniakk og karbondioksid mates inn i reaktoren og for en stor del adsorberes i urea synteseløsningen.En vesentlig del av varmen utviklet ved kondensasjonen fjernes med hjelp av varmeveksleren. Oppholdstiden for urea synteseoppløsningen i reaktoren velges slik at minst 85 % den teoretiske mengden urea som kan oppnås, blir fremstilt, hvoretter synteseløsningen av urea behandles videre for å få en oppløsning av urea eller urea i fast form.

Etter strippingprosessen slippes den strippede syntese-løsningen av urea ned til et lavt rykk og fordampes, og ureasmelten som er frembrakt i denne prosessen, fullstendig eller delvis overføres til melaminanlegget.

Melaminsyntese

Fremstillingen av melamin starter fortrinnsvis med urea som råstoff, og foretrukket i form av en smelte. Ammoniakk og karbondioksid er biprodukter ved fremstillingen av melamin som følger følgende reaksjonsligning:

Fremstillingen kan gjennomføres ved et trykk på mellom 5 og 80 MPa uten nærvær av noen katalysator. Temperaturen under reaksjonen er mellom 300 og 500°C og fortrinnsvis mellom 350 og 425°C.

En anordning for fremstilling av melamin som er velegnet for foreliggende oppfinnelse kan bestå av for eksempel, en melaminskrubber, en reaktor, valgfritt kombinert med en gass/væske-separator eller med en separat gass/væske-separator, valgfritt en etter-reaktor eller et aldringskar plassert nedstrøms for reaktoren og en produktkj øler/ avdeling for opparbeidelse av produktet. Plassert nedstrøms for melaminskrubberen er det en kondensator for omdanning av gasstrømmen som har sitt opphav i melaminskrubberen, til i alt vesentlig vannfri ammoniumkarbamat.

I en utførelse av prosessen fremstilles melamin fra urea i en anordning som omfatter, for eksempel, en kondensator, en melaminskrubber, en reaktor for produksjon av melamin, valgfritt en etter-reaktor eller et aldringskar og en produktkjøler. I dette tilfelle mates ureasmelten inn fra ureaanlegget til en melaminskrubber ved et trykk på 5- 80 MPa, fortrinnsvis 8-40 MPa, og ved en temperatur over smeltepunktet for urea.Nevnte melaminskrubber kan utstyres med en kappe for å få ekstra kjøling i skrubberen. Melaminskrubberen kan også være utstyrt med innvendige kjølende gjenstander. I melaminskrubberen kommer væskeformig urea i kontakt med reaksjonsgassene fra melaminreaktoren eller fra en separat separator plassert nedstrøms for reaktoren. Reaksjonsgassene består hovedsakelig av karbondioksid og ammoniakk og også en viss mengde melamindamp. Den smeltede ureaen vasker melamindampen ut av avgassen og fører nevnte melamin tilbake til reaktoren.

Avgassene som hovedsakelig består av ammoniakk og karbondioksid, fjernes fra toppen av melaminskrubberen, omdannes til ammoniumkarbamat i en kondensator og sendes tilbake til høytrykksdelen i ureaanlegget, hvor urea produseres ved hjelp av en strippingprosess for å brukes der som råstoff for produksjon av urea.

Trykket av nevnte karbamatstrøm er nesten det samme som trykket i melaminreaktoren og er mellom 5 og 80MPa, fortrinnsvis mellom 8 og 40 MPa. Mer spesielt, er trykket 0-10 MPa høyere enn trykket i ureareaktoren og enda mer spesielt 0-2 MPa høyere enn trykket i ureareaktoren.

Temperaturen på nevnte karbamatstrøm er fortrinnsvis mellom 140 og 200°C.

Forvarmet urea fjernes fra melaminskrubberen og mates sammen med skrubbet melamin, ved hjelp av, for eksempel, en høyt rykk spumpe inn i reaktoren som holdes på et trykk på fra 5 til 80 MPa, og fortrinnsvis på fra 8 til 40 MPa. Overføringen av ureasmelten til melaminreaktoren kan også skje ved hjelp av tyngdekraften ved å plassere melaminskrubberen over reaktoren.

I reaktoren oppvarmes smeltet urea til en temperatur på 3 00 til 500°C, fortrinnsvis på ca 350 til 425°C, ved et trykk på fra 5 til 80 MPa, fortrinnsvis på 8 til 40 MPa, ved hvilke betingelser urea omdannes til melamin, karbondioksid og ammoniakk.

En viss mengde ammoniakk kan doseres til reaktoren. Den tilsatte ammoniakken kan eksempelvis tjene som et spyle-middel for å hindre blokkering av reaktorens bunn og til å unngå dannelse av kondensasjonsprodukter av melamin, slik som melam, melem og melon eller å fremme blandingen i reaktoren. Mengden ammoniakk som innmates i reaktoren, er 0-10 mol pr. mol urea, fortrinnsvis brukes 0-5 mol og spesielt 0-2 mol ammoniakk pr. mol urea. Karbondioksiden og ammoniakken som produseres ved reaksjonen og også den ekstra tilførte ammoniakken, samles opp i separasjonsdelen, for eksempel på toppen av reaktoren, men en separat separator plassert nedstrøms for reaktoren er også mulig, og fjernes i gassform fra den væskeformige melaminen. Gass-blandingen sendes til melaminskrubberen for å fjerne melamindamp og for å forvarme ureasmelten. Melamin i væskefase fjernes fra reaktoren og overføres i denne utførelsen, for eksempel, til en etter-reaktor, men det er også mulig å overføre denne direkte til en produktkjøler.

Hvis en etter-reaktor eller et aldringskar brukes, bringes væskeformig melamin i kontakt med 0,01-10 mol ammoniakk pr. mol melamin og, fortrinnsvis 0,1- 2 mol ammoniakk pr. mol melamin. Kontakttiden i etter-reaktoren eller aldringskaret er mellom 1 minutt og 10 timer. Temperaturen og trykket i etter-reaktoren eller aldringskaret er nesten de samme som i reaktoren i hvilken urea omdannes til melamin. Melamin i væskefase til stede i etter-reaktoren eller aldringskaret, fjernes fra etter-reaktor eller aldringskar og overføres til en produktkjøler. I produktkjøleren nedkjøles væskeformig melamin ved å bringe den i kontakt med et kjølemiddel. Fortrinnsvis velges ammoniakk og spesielt flytende ammoniakk som kjølemiddel. I denne prosessen overføres mel-aminet til pulverform og fjernes fra kjøleenheten fra bun-nen av produktkjøleren.

I enda en annen utførelse av prosessen i henhold til oppfinnelsen, er det inkludert et fordampingstrinn mellom reaktoren eller muligens etter-reaktoren og produktkjøleren. I nevnte fordampingstrinn omdannes flytende melamin til melamin i gassfase, i hvilken prosess biproduktene som for eksempel, melam, blir tilbake i reaktoren. Fordelen med dette er at mengden biprodukter i melaminen reduseres. På denne måten kan det oppnås en melamin med en meget høy grad av renhet. Det er også mulig å dosere inn ekstra ammoniakk under fordampingen. I samsvar med denne prosessen kjøles deretter gassformig melamin med ammoniakk i produkt-k j øleren.

Oppfinnelsen beskrives i mer detalj med henvisning til de følgende eksemplene.

Eksempel 1:

En gasstrøm på 53,6 kg/time overføres fra melaminskrubberen til en kondensator. Trykket av nevnte gasstrøm er 8 MPa og temperaturen er 186°C. Sammensetningen er som følger:

50,3 vekt% ammoniakk,

49,3 vekt% karbondioksid,

0,2 vekt% vann,

0,2 vekt% urea.

Trykket i kondensatoren holdes på nesten 8 MPa og temperaturen reduseres. Ved en temperatur på 144°C skjer en nesten fullstendig kondensering av gasstrømmen. Den flytende blandingen som produseres, overføres med en pumpe til høytrykksdelen for en ureasyntese.

Eksempel 2

En gasstrøm på 60 kg/time overføres fra melaminskrubberen til en kondensator. Trykket av nevnte gasstrøm er 15 MPa og temperaturen er 202°C. Sammensetningen er som følger:

50,3 vekt% ammoniakk,

49,2 vekt% karbondioksid,

0,3 vekt% vann,

0,2 vekt% urea.

Trykket i kondensatoren holdes praktisk talt på 15 MPa og temperaturen reduseres. Ved en temperatur på 166°C skjer nesten fullstendig kondensasjon av gasstrømmen. Den flytende blandingen som produseres, overføres direkte til høytrykksdelen for en ureasyntese, og mates der til inn-løpet av høytrykks karbamatkondensatoren.

Eksempel 3

En gasstrøm på 51,2 kg/time overføres fra melaminskrubberen til en kondensator. Trykket av nevnte gasstrøm er 20 MPa og temperaturen 207°C. Sammensetningen er som følger:

50,4 vekt% ammoniakk,

49,2 vekt% karbondioksid,

0,2 vekt% vann,

0,2 vekt% urea.

Trykket i kondensatoren holdes på nesten 20 MPa, og temperaturen reduseres. Ved en temperatur på 175°C skjer nesten fullstendig kondensering av gasstrømmen mens det samti-dig produseres damp med 0,3 MPa. Den flytende blandingen som produseres, overføres direkte til høytrykksdelen for en ureasyntese og mates der til føde-ledningen i ureareaktoren .

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av urea i hvilken gasstrømmen som frigjøres ved syntesen av melamin og hovedsakelig består av ammoniakk og karbondioksid, brukes til å syntetisere urea, karakterisert ved at gasstrømmen som oppstår i en høytrykks melaminprosess og hovedsakelig består av ammoniakk og karbondioksid, kondenseres ved et trykk praktisk talt likt trykket i melaminreaktoren, i hvilken prosess det hovedsakelig dannes vannfritt ammoniumkarbamat, etter hvilken nevnte ammoniumkarbamat mates inn i høy-trykksdelen på et urea strippinganlegg.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at karbamat st rømmen som oppstår i høytrykks melamin-prosessen, mates inn i en ureareaktor, en stripper, en høytrykks- karbamatkondensator eller til ledninger mellom disse.

3. Fremgangsmåte i henhold til kravene 1-2, karakterisert ved at syntesereaktoren i ureaanlegget kjøres ved en temperatur på 160-220°C.

4. Fremgangsmåte i henhold til kravene 1-3, karakterisert ved at syntesereaktoren i ureaanlegget kjøres med et trykk på 12,5- 17,5 MPa.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 1-4, karakterisert ved at karbamatstrømmen fri-gjort fra melaminprosessen er ved en temperatur på mellom 140 og 200°C.

6. Fremgangsmåte i henhold til kravene 1-5, karakterisert ved at karbamatstrømmen fri-gjort fra melaminprosessen har et trykk på mellom 8 og 40 MPa.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert ved at karbamat st rømmen fri-gjort fra melaminprosessen har et trykk som er 0-10 MPa høyere enn trykket i ureareaktoren.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 7, karakterisert ved at karbamatstrømmen fri-gjort fra melaminprosessen har et trykk som er 0-2 MPa høyere enn trykket i ureareaktoren.