JPS6110546A - 尿素製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 この発明は尿素合成および未反応物の分離回収工程の改
良に関る、。即ち熱エネルギー所要量の少ない、ストリ
ッピング分解法を使用した尿素製造法に関る、。

［従来技術］ 熱エネルギー所要量の少ない尿素の製造法として、スト
リッピンクプロセスが知られている。このプロセスは尿
素合成液中の未反応アンモニュームカーバメートおよび
過剰アンモニア（以下未反応物と称る、）を、尿素合成
圧力と等しい圧力下に、原料として供給さるべき二酸化
炭素またはアンモニアをもって、加熱媒体（通常２５に
Ｑ／ＣｄＱ以上の高圧スチームが使用される）によって
加熱しながら、ストリッピングを行い分解分離る、もの
である。分離されたアンモニアおよび二酸化炭素、なら
びに未反応物の分解分離に用いられた二酸化炭素または
アンモニアからなる混合ガスは、はぼ同じ圧力の下で凝
縮され、この時発生る、凝縮熱は、尿素液の加熱分解に
使用されたり、あるいは低圧スチームとして回収される
。

このように未反応物の相当部分が合成圧力と略等しい圧
力の下で回収され、また分離した混合ガスから凝縮熱を
有効に引き出すことができるので、この方法はエネルギ
ー所要量の少ない方法として優れたものである。

ストリッピングに使用る、ガスとしては二酸化炭素また
はアンモニアが使用される。通常はこのガスの１つ（二
酸化炭素が使用される場合が多い）が使用される。

しかしまたこの２つのガスを同時に使用る、方法も知ら
れている。この場合はストリッピング分解工程を２つに
分け、第１段階ではアンモニアによって、第２段階では
二酸化炭素によってストリッピングを行うものである。

第１段階から流出した分解ガスは、そのまま尿素合成工
程に循環され、第２段階からの分離ガスは、通常の二酸
化炭素によるストリッピングの場合と同様に、カーバメ
ート凝縮工程において凝縮されてから、尿素合成工程に
循環される。

このように２段階にストリッピングる、ことにより、蒸
気原単位はかなり向上る、が、しかしいずれのストリッ
ピング分解器においても、高圧スチームによって加熱を
行っているので、高圧スチームの所要量が依然としてか
なり多い。

我々がここに提供る、方法は、この蒸気の所要量、特に
高圧スチームの所要量を著しく減少る、ものである。

［発明の開示］ 我々の方法は、尿素合成工程から流出る、尿素合成液を
、２段階にストリッピング分解に付しく始めアンモニア
、次に二酸化炭素による）、始めのストリッピング分解
工程は略合成圧力で、次の分解工程はこれよりかなり下
った圧力の下にストリッピングを行う。そして１段目の
分解加熱は高圧スチームによるが、この２段目の分解加
熱は１段目からの分離ガスの凝縮熱によって行うもので
ある。即ち１段目の分解工程から流出る、分離ガスは、
２段目のストリッピング分解器の高圧側に導入され、カ
ーバメート凝縮器から圧送された吸収媒体によって略合
成圧力で凝縮させる。この時発生る、凝縮熱によって第
２段目のストリッピングに要る、熱量をまかなうもので
ある。

通常の方法のように２段階の分解工程を同圧で行えば、
この凝縮温度とストリッピング温度に温度差がとれない
が、２段目をかなり低い圧力で行うことにより、熱交換
に充分な温度差がとれる。

２段目のストリッピング分解器から流出る、分離ガスは
、カーバメート凝縮器において吸収媒体によって凝縮さ
れる。ここで得られる吸収媒体は２段目の高圧側に導入
され、１段目からの分離ガスと接触して凝縮る、。しか
しこの２段目の高圧側は、カーバメート凝縮器より圧力
が高いので、ポンプで圧入る、。

このようにる、ことによって２段目のストリッピング分
解器の熱源は、１段目で分離されたガスの凝縮熱によっ
てまかなわれ、高圧スチームが著しく減少る、。

第１１にこの発明のフローシートを示す。

尿素合成管１０１にはアンモニア１、二酸化炭素５およ
び吸収媒体６が供給され、合成反応を終えて７から流出
し、第１ストリッピング分解器１０２の上部に供給され
る。一方アンモニアの一部分は、アンモニア加熱器１０
５で加熱され、ガス状になって１０２の下部から流入る
、。第１ストリッピング分解器は加熱媒体（通常高圧ス
チーム）１０によって間接的に加熱される。ここで分離
されたガスは第２ストリッピング分解器の高圧部に（ラ
イン９）、尿素液は多少減圧されてこの分解器の低圧側
に（ライン８）に導入される。

第２ストリッピング分解器の高圧側には、第１分解器か
らの分離ガスと、カーバメート凝縮器からの吸収媒体２
４が流入される。低圧側には上からは第１分解器から流
出した尿素液、下からは二酸化炭素４が流入される。

高圧側においては分離ガスと吸収媒体が接触し、カーバ
メート生成反応を起しつつ凝縮し、多量の熱を発生る、
。この熱は低圧側に与えられ、ストリッピング分解の熱
源となる。

第２ストリッピング分解器においては、このように高圧
側から低圧側に熱量が充分流れてはじめて両側の反応が
順調に進行る、。即ち両側の反応温度に充分の温度差が
あることが必要なのである。

両側の温度はいずれも圧力が高いと温度は高くなり、圧
力が低くなれば温度は低くなる。即ち両側の温度差は、
両側に圧力差をつけることによって確保されるのである
。

第２ストリッピング分解器から流出る、分離ガス１３は
カーバメート凝縮器１０４に流入る、。

一方回収工程からの吸収媒体は２２から流入る、。

そして両者は接触して凝縮る、。この時発生る、凝縮熱
は間接的に分解工程の尿素液、ボイラー水などの熱媒体
、あるいはこの両者に与えられる。

熱媒体が２以上の場合は、設計によっては別々の凝縮器
とる、こともあり得る。この場合はそれらをまとめた１
組をもって１つの凝縮器の意味とる、。

この凝縮器で発生る、熱は、全量他に有効に利用される
。この凝縮工程の圧力はその凝縮温度によって決る。そ
の温度が高いと圧力も高くならざるを得ない。我々の場
合は第１、第２ストリツピング工程の間の圧力差が必要
であり、第２の圧力が高くなると、第１の圧力、従って
尿素合成圧力も高くならざるを得なくなる。

この凝縮温度（従って圧力）を下げるためには、熱を与
えられる方の（熱媒体の）温度を下げることが有効であ
る。このためのユニークな方法とし。

て、分解工程の尿素液を利用る、方法を開発した。

これは我々の発明の一部分をなすものであるが、これに
ついては後で述べる。

ざてカーバメート凝縮器で凝縮した吸収媒体は、第２ス
トリッピング分解器の高圧側にその吸収媒体として送ら
れる。しかし圧力が高いのでポンプによって圧送る、。

当然動力が必要となるわけであるが、我々は外部からの
動力を不要とる、方法を開発した。これも我々の発明の
一部分をなすものであるが、後で述べる。

以上が我々の発明の概要であるが、これによってストリ
ッピングに要る、高圧蒸気が従来のプロセスに比し半減
る、、極めて省エネルギー的なものである。

この尿素製造法はストリッピングを２段階に行ない、か
つその間にかなりの圧力差を持たせる点に特徴がある。

２段目−のストリッピング工程はなるべく圧力を低（る
、ことが望ましいが、限度があるので、勢い尿素合成の
圧力はかなり高いものにならざるを得ない。従ってこの
方法はどちらかと言えばアンモニア過剰率の高い、合成
圧力の高い製造法に向いている。即ち合成工程に供給さ
れる全アンモニア／全二酸化炭素のモル比としては３．
５〜５．０が好適である。この場合合成圧力（従って第
１ストリッピング分解工程、第２ストリツピングの高圧
側吸収工程の圧力）は１８０〜２５０ｋｇ１０Ｉ１ｇが
好適である。１８０ｋｇ／ｃｗｆｏ以下では合成反応が
充分に行われず、２５０ｋａ／ＣＩＩＱ以上はその必要
がない。このプロセスに特に適当な圧力は１９０〜２３
０ｋａ／ｃＷｌｃＩである。

また第２ストリツピング工程、カーバメート凝縮工程の
圧力としては１３０〜２００ｋｇ／Ｃ１／ｇが望ましい
。１３０に９／ｃｎｆｇ以下では凝縮温度が低過ぎ、凝
縮熱の有効な利用が計れず、また２００ｋＱ　／　ｃ−
＋＋ｆ　０以上では温度が高過ぎ、その必要がないから
である。特に望ましい圧力は１４０〜１８０ｋＧｌ　／
　ＣＩＩＩ　ｇである。

第１と第２ストリッピング分解圧力の間には圧力差が必
要であるが、その圧力差としては２５〜７５ｋｇ／ｃｍ
が望ましい。２５ｋａ／ｃｍ以下では第２ストリッピン
グ分解器の高圧側と低圧側の温度差が充分取れず、７５
ｋａ／ｃｍでは大ぎ過ぎる。最も望ましい圧力差は４０
〜６０に９／ｃｍである。

２つのストリッピング分解工程における、アンモニア、
二酸化炭素の送入量とししては、第１においてはアンモ
ニアが、この尿素合成における原料アンモニアの０〜５
０％、第２においては原料二酸化炭素の６０〜１００％
が適当である。

第１ストリッピング分解工程においては、ストリッピン
グガスを送入しない場合もあり得るわけで、この場合は
加熱のみによってガスを分離る、ことになる。

第１ストリッピング分解工程において送入る、アンモニ
アの代りに、尿素合成装置からパージされるガスをもっ
て代用る、ことができる。このパージガスはほとんどア
ンモニアであり、二酸化炭素および水分を少」含む。こ
のガスをストリッピングガスとして使用る、のである。

パージされるガスの量がそれ程多くなく、またこのパー
ジガスはイナートガスのパージのため行われるので、全
量を使用る、のは不可であるので、送入量としては限度
がある。しかしその分だけ新アンモニアからの送入量が
減少る、。

次に前に述べたカーバメート凝縮器の圧力を下げるため
の具体的な方法を述べる。

カーバメート凝縮器の凝縮圧力を低下せしめる方法とし
て、我々は分解工程の尿素液を熱媒体として使用る、。

分解工程は中圧おＪ：び低圧のカーバメート分解工程か
らなっているが、我々はこの両方の工程の尿素液を熱媒
体として使用る、。

以上述べたように、カーバメート凝縮器の熱媒体として
、中圧および低圧分解工程からの尿素液を用いることに
よって、凝縮器の圧力は大いに低下させることができる
。

この凝縮器としては、上下２つの部分に区分し、高圧の
吸収媒体およびストリッピング分解ガスは上部から流し
、低圧側は、上部には中圧分解尿素液を、下部には低圧
分解尿素液を流すようにる、のが望ましい。低圧分解尿
素液は充分温度が低いので、この液を下の部分に流すこ
とは、この凝縮器における凝縮を完結させるのに好適で
ある。

我々のプロセスでは、ストリッピングにおいて分離され
たガス量の約半分が第２ストリッピング分解器の高圧側
で凝縮る、ので、このカーバメート凝縮器で凝縮る、量
は、残りの半分と、送入された二酸化炭素である。従っ
て通常の１段ストリッピングの場合に比し、その量は約
２／３となる。

従って発生る、熱量も略それに比例る、。この熱量は中
圧、低圧のガス分解分離に要る、熱量よりやや多いよう
に思われるが、温度差が充分にあり、伝熱が充分に行わ
れるので、熱量が多すぎる場合は濃縮がそれだけ進むこ
とによりバランスし、問題とはならない。

さて我々のプロセスにおいては、吸収媒体の臂圧ポンプ
等、動力消費を増加せしめるものが取入れられている。

我々はこれに対し、減圧しつつある尿素液のエネルギー
を有効に利用る、ことによって、外部からの動力の増加
なしで、このプロセスを実現る、のに成功した。

即ち動力回収用の水力タービンを使用し、高圧の尿素液
（我々の場合は第２ストリッピング分解器から流出る、
尿素液）が次の分解工程（中圧の分解器）に減圧る、場
合のエネルギーで、吸収媒体の昇圧ポンプ１１１を駆動
る、ものである。

この動力回収タービンの出力は、後者を駆動る、のに充
分なものである。これらの組み合せの１例を第２図に示
す。

中間に電動機をはさみ、一方にタービン、他方にポンプ
が連結されている。電動機はスタートの時に用いられる
が、通常は無負荷で回転している。

運転状態の変動により動力不足の時は、電動機から自動
的に動力が供給される。即ちガバナーとして最も適当で
ある。

なおこのタービンの耐蝕材料としては、尿素の高圧部分
に使用される、高級ステンレス鋼、チタン、ジルコニュ
ーム等が適当である。

［実施例］ 合成工程 圧力　　　２１０ｋＱ／Ｃｎｆｇ 温度　　　１９０℃ 全アンモニア／全二酸化炭素モル比　４．０第１ストリ
ッピング分解工程 圧力　　　２１０に＋！／ＣＴｌ１ｇ 温度　　　２００℃ 加熱蒸気圧力　２５ｋｇ／ｃｍ。

第２ストリッピング分解工程 高圧側　圧力　２１０ｋＧ／ｃ＋＋Ｎ］温度　１８５℃ 低圧側　圧力　１６０ｋＧｌ／ｃｄ！Ｊ温度　１７０℃ カーバメート凝縮工程 高圧側　圧力　１６０ｋＱ／Ｃｎｆ（１温度　１５０℃ 低圧側　上部　圧力　１５ＫＯ／ａｌｌｆｇ瀉度　１４
０℃ 下部　圧力　１ｋｇ／ｃｄｇ 温度　１２０℃ 中圧分解工程　　圧力１５ｋａ／ｃｍＱ温度　１４０℃ 低圧分解工程　　圧力１に９／ｃｙ＋ｆｇ温度　１２０
℃ 蒸気使用量　圧力（２５ｋｏ／ｃｎｆｇ）本発明法　　
　　　従来法 ５００　　　　９００ｋＣＩ／トン尿素

【図面の簡単な説明】

第１図　本発明主要部分フローシート 第２図　動力回収組み合せ説明図 第３図　本発明実施例フローシート １０１　　尿素合成管 １０２　第１ストリッピング分解器 １０３　　第２ストリツピンク分解器 １０４　カーバメート凝縮器 １０４Ｕ　上部　１０４Ｌ　下部 １０５　　アンモニア加熱器 １０６．１０７　　気液分離器 １０８　　回収塔 １１１　吸収媒体昇圧ポンプ　１１２　動力回収タービ
ン １　アンモニア合成管入口 ２　ストリッピングアンモニア入口 ３　パージガス ４　ストリッピング二酸化炭素入口 ５　二酸化炭素合成管入口 ６　吸収媒体合成管入口 ア　尿素合成液出口　８　第１分解尿素液出口９　第１
分解分離ガス出口　１０　高圧スチーム１１　第２分解
尿素液出口 １２　尿素気液分離器入口 １３　第２分解器分離ガス出口 １４．１５．１６．１７．１８　尿素液１９、中圧分解
ガス

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成の圧力およ
   び温度下に尿素合成工程において反応せしめ、得られた
   尿素合成液から未反応アンモニュームカーバメートおよ
   び過剰アンモニアの大部分を、アンモニアおよび二酸化
   炭素の混合ガスとして分離し、分離された混合ガスは吸
   収媒体に吸収せしめて、尿素合成工程に循環せしめ、一
   方分離によって得られた尿素液は、後続の分解工程にお
   いてさらにアンモニア、二酸化炭素および水分を分離し
   、これらの分離されたガスは回収工程において凝縮回収
   され、該混合ガス吸収工程にその吸収媒体として循環さ
   れる尿素製造法において、 該尿素合成工程に続く流れに、２つのストリッピング分
   解器と１つのカーバメート凝縮器を設け、（第１工程）
   第１のストリッピング分解器においては、一方の側（高
   圧側）には、上部からは該尿素合成液が、下部からはア
   ンモニアガスが、合成工程と実質的に同じ圧力で送入さ
   れ、他方の側（低圧側）には加熱媒体が流通せしめられ
   、高圧側において得られた分離ガスは、実質的に同じ圧
   力で次の第２のストリッピング分解器の高圧側に、得ら
   れた尿素液は多少減圧して、その第２の分解器の低圧側
   に流入させ、 （第２工程）第２のストリッピング分解器においては、
   一方の側（低圧側）には、上部からは第１工程からの尿
   素液が、下部からは二酸化炭素が送入され、他方の側（
   高圧側）には、第１工程において得られた分離ガスと、
   次に述べる第３工程から送られた吸収媒体が送入され、
   この両者を接触させ、これによって発生する凝縮熱によ
   って低圧側を加熱し、生じた吸収媒体は尿素合成工程に
   循環せしめ、低圧側において得られた分離ガスは、次の
   第３工程に、得られた尿素液は減圧して後続の中圧分解
   工程に流入させ、 （第３工程）カーバメート凝縮器においては、一方の側
   （低圧側）には後続の分解工程の尿素液、第３の熱媒体
   あるいはその両者が夫々流通され、他方の側（高圧側）
   には、第２工程から流入した分離ガスと、中圧回収工程
   において得られた吸収媒体が送入され、この両者を接触
   させ、これによって発生する凝縮熱によって低圧側を加
   熱し、得られた吸収媒体は昇圧して第２工程の高圧側に
   送入する、 ことを特徴とする、尿素製造法。
2. （２）尿素合成工程における全アンモニア／全二酸化炭
   素モル比３．５〜５．０、合成工程、第１工程ストリッ
   ピング分解（高圧側）および第２工程ストリッピング分
   解（高圧側）の圧力１８０〜２５０ｋｇ／ｃｍ＾２ｇ、
   第２工程ストリッピング分解（低圧側）および第３工程
   カーバメート凝縮（高圧側）の圧力１３０〜２００ｋｇ
   ／ｃｍ＾２ｇ、および両者の圧力差２５〜７５ｋｇ／ｃ
   ｍ＾２を操業条件とする、特許請求の範囲第１項に記載
   の尿素製造法。
3. （３）第１工程ストリッピング分解におけるアンモニア
   の送入量が、原料アンモニアの０〜５０％、第２工程ス
   トリッピング分解における二酸化炭素の送入量が、原料
   二酸化炭素の６０〜１００％を操業条件とする、特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の尿素製造法。
4. （４）第１工程ストリッピング分解に送入するアンモニ
   アの代りに、尿素合成工程から排出されるパージガスの
   一部分を送入する、特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の尿素製造法。
5. （５）第３工程のカーバメート凝縮器として、上下２つ
   の部分からなり、高圧側の流体は、上の部分では中圧分
   解工程の尿素液と、下の部分では低圧分解工程の尿素液
   と間接的に接触する、特許請求の範囲第１項ないし第４
   項のいずれかに記載の尿素製造法。
6. （６）第２工程ストリッピング分解から流出する尿素液
   を動力源とする動力回収タービンによって、第３工程カ
   ーバメート凝縮において得られた吸収媒体を昇圧するポ
   ンプを駆動する、特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれかに記載の尿素製造法。