Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia mocznika w procesie polaczonym z wytwarza¬ niem amoniaku.Wytwarzanie mocznika w procesie polaczonym z wytwarzaniem amoniaku jest znane. Jeden ze zna¬ nych sposobów prowadzenia takiego procesu polega na tym, ze do reaktora do syntezy mocznika wpro¬ wadza sie bezwodny amoniak i/albo wodny roztwór amoniaku oraz .strumien zawierajacy karbaminian amonu i prowadizi w tym reaktorze reakcje dwu¬ tlenku wegla z amoniakiem.Z reaktora odprowadza sie roztwór mocznika, za¬ wierajacy nie przeksztalcony karbaminian amonu i co najmniej polowe karbaminianu zawartego w tym roztworze rozklada sie pod dzialaniem ciepla, oddziela produkty rozkladu i zawraca je do reaktora do syntezy mocznika, a pozostaly w roztworze mo¬ cznika karbaminian anionu rozklada sie adiabatycz-- nie, to jest bez doprowadzenia ciepla z zewnatrz.Ten adiabatyczny rozklad karbaminianu prowadzi sie w kolumnie odpedowej, w której jako czynnik odpedzajacy stosuje sie gazowy strumien otrzyma¬ ny przez reformowanie para wodna lub czesciowe utlenianie cieklych albo gazowych weglowodorów, skladajacy sie glównie z C02, N2 i H2 i stosowany zwykle do syntezy amoniaku.Z odpedowej kolumny odprowadza sie C02 i NH8, otrzymane w wyniku rozkladu karbaminianu amo¬ nowego znajdujacego sie jeszcze w roztworze mocz¬ nika, jak równiez gaz odpedzajacy i otrzymana ga- 2 zówa mieszanine wprowadza sie do absorbera, w któ¬ rym C02 jest pochlaniany przez amoniakalny roz¬ twór. Wytworzony w absorberze strumien, zawiera¬ jacy karbaminian amonu, wprowadza sie do reak- 3 tora do syntezy mocznika. Z kolumny do adiabaty¬ cznego odpedzania odprowadza sie takze roztwór mocznika zasadniczo nie zawierajacy karbaminianu amonu i kieruje do dalszej obróbki w celu oddzie¬ lenia mocznika i odzyskania NH3 i C02 przez roz- ió klad pod niskim cisnieniem.Ten znany sposób ma wprawdzie szereg zalet, ale ma tez i wade. Mianowicie, roztwór odprowadzany z dolnej czesci kolumny do adiabatycznego odpe¬ dzania do urzadzenia do rozkladania pod niskim !5 cisnieniem zawiera dosc duzo dwutlenku wegla, to jest .10—li5i% wagowych, totez urzadzenie do rozkla¬ dania powinno miec znaczna wielkosc. Z drugiej zas strony, w stosowanym w tym procesie adiaba¬ tycznym odpedzaniu trzeba stosowac gaz odpedza- 20 jacy zawierajacy dwutlenek wegla, gdyz ten, reagu¬ jac z amoniakiem zawartym w roztworze moczni¬ ka, dostarcza co najmniej czesc ciepla niezbednego do rozkladu karbaminianu amonu, zawartego rów¬ niez w tym roztworze. Jednakze, ze wzgledu na 25 wspomniana wyzej duza zawartosc C02 konieczne jest stosowanie urzadzenia do rozkladu pod niskim cisnieniem o niekorzystnie duzych wymiarach.Nieoczekiwanie stwierdzono, ze nie rezygnujac ¦ z adiabatycznego procesu odpedzania mozna uniknac *• stosowania CC2 w gazie odpedzajacym, a tym sa- 116 665116 665 3 4 mym uzyskiwac produkt zasadniczo nie zawieraja¬ cy dwutlenku wegla.Zgodnie z wynalazkiem osiaga sie to dobierajac w reaktorze odpowiedni stosunek H20 do C02 i NH3 do C02.Wedlug wynalazku proces prowadzi sie w ten sposób, ze gazowy strumien, otrzymany przez refor¬ mowanie para wodna lub czesciowe utlenianie cie¬ klych lub gazowych weglowodorów, stanowiacy pro¬ dukt wyjsciowy do syntezy amoniaku i zawieraja¬ cy glównie H2, N2 i C02, wprowadza sie do urza¬ dzenia do absorpcji C02 za pomoca stezonego roz¬ tworu wodnego amoniaku. Roztwór ten wprowadza sie do absorbera u góry, w przeciwpradzie do stru¬ mienia gazów, przy czym w miare opadania w dól absorbera zwieksza sie zawartosc C02 w roztworze i wytwarzany jest karbaminian amonu, totez absor¬ pcja zachodzi faktycznie w wodnym roztworze kar- baminianu amonu.W cel unikniecia strat amoniaku w gazie odpro¬ wadzanym z absorbera do reaktora do syntezy mo¬ cznika mozna proces absorpcji prowadzic dwustop¬ niowo, a mianowicie w pierwszym stopniu jako ciecz absorbujaca stosuje sie stezony roztwór wodny amoniaku, zawierajacy powyzej 70%, a korzystnie 80% wagowych amoniaku, a w drugim stopniu ciecz absorbujaca stanowi wodny roztwór weglanu amo¬ nowego zawierajacy amoniak, to jest roztwór otrzy¬ mywany w procesie rozkladu pod niskim cisnie¬ niem.Jezeli nie stosuje sie takiego procesu, to do ab¬ sorpcji w drugim stopniu mozna stosowac roztwór uzyskiwany przez rozkald roztworu mocznika pod cisnieniem nizszym od atmosferycznego.Z urzadzenia do absorpcji C02 odprowadza sie strumien gazu skladajacego sie zasadniczo tylko z azotu i wodoru, ewentualnie ze sladami NH3 i C02, jak równiez strumien cieczy, bedacy zasadniczo wo¬ dnym roztworem karbaminianu amonu. Ten ciekly strumien wprowadza sie do reaktora do syntezy mocznika, w którym czesc karbaminianu amonu zo¬ staje przeksztalcona w mocznik. Z reaktora tego odprowadza sie wodny roztwór mocznika zawiera¬ jacy nie przereagowany karbaminian amonu i nad¬ miar amoniaku ponad ilosc wynikajaca z obliczen stechiometrycznych i z wierzcholka reaktora ewen¬ tualnie odprowadza sie gazowy strumien, zawiera¬ jacy gazy obojetne (azot) i pewna ilosc NH3 i C02.Wodny roztwór mocznika odprowadzany z reak¬ tora kieruje sie do rozkladacza, w którym 50%. kar¬ baminianu amonu zawartego w tym roztworze roz¬ klada sie na amoniak i dwutlenek wegla, pod dzia¬ laniem ciepla, przy czym dwutlenek wegla odpro¬ wadza sie z rozkladacza razem z woda, która od¬ parowala i zawraca w postaci fazy gazowej do re¬ aktora do syntezy mocznika.Z rozkladacza odprowadza sie równiez wodny roztwór mocznika, zawierajacy okolo 50% karba¬ minianu zawartego w roztworze mocznika opusz¬ czajacym reaktor do syntezy i wprowadza go do adiabatycznie pracujacego urzadzenia do odpedza¬ nia, w którym jako czynnik odpedzajacy stosuje sie gazowy strumien odprowadzany z wspomnianego wyzej urzadzenia do absorpcji.Z urzadzenia do odpedzania odprowadza sie przez dno roztwór mocznika zasadniczo nie zawierajacy karbaminianu amonu, a z wierzcholka tego urza¬ dzenia odprowadza sie czynnik odpedzajacy (N2+H2) wraz z produktami rozkladu karbaminianu (NH3 f + C02) i odparowana woda. Te gazowa mieszanine kieruje sie do skraplacza, w którym amoniak i dwu¬ tlenek wegla, ochladzane przez posrednia wymiane ciepla z zimna ciecza korzystnie za pomoca wody o temp. okolo 25—30°C w obecnosci zawierajacego amoniak roztworu weglanu amonowego naplywaja¬ cego z urzadzenia do rozkladu pod niskim cisnie¬ niem, ulegaja skropleniu, podczas gdy odprowadza¬ ny z wierzcholka rozkladacza strumien gazowego H2 i N2 uzupelnia sie metanem i zawraca do reak¬ tora do syntezy amoniaku razem z N2 i H2 odpro¬ wadzanymi z urzadzenia do absorpcji C02. Ciecz otrzymana w skraplaczu kieruje sie do urzadzenia do absorpcji C02.Roztwór mocznika odprowadzany z urzadzenia do odpedzania kieruje sie do urzadzenia stezajacego, pracujacego pod cisnieniem nizszym od atmosfery¬ cznego, przy czym roztwór wprowadza sie do tego urzadzenia bezposrednio lub przez wspomniane wy¬ zej urzadzenie do rozkladu, pracujace pod niskim cisnieniem wynoszacym zwykle mniej niz 3000 kPa (400—500 kPa). W obu tych przypadkach jako pro¬ dukt górny otrzymuje sie gazowa mieszanine amo¬ niaku, C02 i pary wodnej, przy czym po skrople¬ niu mieszanine te jako zawierajacy amoniak roz¬ twór weglanu amonowego wykorzystuje sie w dru¬ gim stadium wspomnianego wyzej procesu absorbo¬ wania C02 i do chlodzenia NH3 i C02 odprowadza¬ nych ze skraplacza, jak opisano wyzej. Stopiony mocznik odprowadza sie z dna urzadzenia stezaja¬ cego.Wynalazek zilustrowano ponizej w odniesieniu do rysunku, przedstawiajacego schemat przebiegu pro¬ cesu.Sprezony surowy gaz, zawirajacy zasadniczo C02, N2 i H2, wprowadza sie przewodem 1 do absorbera 17, w którym jako ciecz absorbujaca C02 stosuje sie wodny roztwór glównie amoniaku,, doplywajacy przewodem 6 z reaktora do syntezy amoniaku, nie uwidocznionego na rysunku. Roztwór karbaminianu amonu z absorbera 17 prowadzi sie przewodem 7 do reaktora 18 do syntezy mocznika. Gaz pozbawiony C02 kieruje sie z absorbera 17 przewodem 2 do urzadzenia 19, w którym amoniak jest absorbowa¬ ny przez wodny roztwór weglanu amonowego, do¬ plywajacy przewodem 16 z pompa 20 z nie uwi¬ docznionego na rysunku urzadzenia do odzyskiwania cieczy pod niskim cisnieniem. Wytworzony w urza¬ dzeniu 19 roztwór zawierajacy weglan amonowy i amoniak kieruje sie przewodem 13 do absorbera 17.Oczyszczony gaz wprowadza sie przewodem 3 do kolumny 21 do adiabatycznego odpedzania do któ¬ rej równoczesnie przewodem 10 doprowadza sie roz¬ twór mocznika z rozkladacza 22, w którym prowa¬ dzi sie proces rozkladania karbaminianu amonu.Z kolumny 21 gazowy strumien wprowadza sie przewodem 4 do skraplacza 23, w którym miesza sie on z wodnym roztworem weglanu amonowego, do¬ prowadzanym przewodem 14, przez pompe 20 i prze¬ wodem 15 z urzadzenia do odzyskiwania cieczy pod 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60116 665 \ niskim cisnieniem. Karbaminian amonu wytworzony w skraplaczu 23 kieruje sie. przewodem 12 z pom¬ pa 24 do absorbera 17.Oczyszczone gazy ze skraplacza 23 wprowadza sie przewodem 5 do nie uwidocznionego na rysun¬ ku urzadzenia do metanizacji i dalej do reaktora do syntezy amoniaku, z którego roztwór zawierajacy amoniak wprowadza sie przewodem 6 do absorbera 17, jak opisano wyzej.Roztwór karbaminianu kieruje sie przewodem 7 do reaktora 18 do syntezy mocznika, w którym przez odwodnienie karbaminianu wytwarza sie mo¬ cznik. Otrzymany wodny roztwór mocznika wplywa przewodem 8 do rozkladacza 22, w którym karbami¬ nian zawarty w tym roztworze ulega rozlozeniu na C02 i NH3, przy czym gazy te zawraca sie przewo¬ dem 9 do reaktora 18..Roztwór mocznika z reszta nie rozlozonego kar¬ baminianu kieruje sie przewodem 10 do opisanej wyzej kolumny 21. Z dna tej kolumny roztwór mo¬ cznika kieruje sie do nie uwidocznionego na rysun¬ ku urzadzenia do odparowywania pod cisnieniem nizszym od atmosferycznego i dalej przerabia w znany sposób.Jest faktem calkowicie nieoczekiwanym, ze pro¬ wadzac proces sposobem wedlug wynalazku. moz¬ na u wylotu z urzadzenia do adiabatycznego odpe¬ dzania otrzymywac roztwór mocznika tak wysoce stezony, ze mozna go kierowac bezposrednio do osta¬ tecznego stezenia pod cisnieniem^ nizszym od atmo¬ sferycznego. Dzieki temu mozna zrezygnowac z ko¬ sztownych operacji rozkladania nie rozlozonego kar¬ baminianu amonu pod cisnieniem srednim (1800 kPa) i pod cisnieniem nisikim (450 kPa) jak równiez z po¬ nownego skraplania wytworzonych przy tym par.Fakt ten zaprzecza znanym twierdzeniom, zgodnie z którymi roztwór kierowany do odparowywania pod cisnieniem nizszym od atmosferycznego otrzymuje sie przy powaznym zapotrzebowaniu energii. 10 15 20 25 30 35 Warunkiem uzyskania wyzej opisanych efektów jest zachowanie w reaktorze do syntezy mocznika stosunku HzO : C02 wynoszacego 0,91: 1 do 1(,3 :1, ko¬ rzystnie 1,1:1 oraz stosunku NH3: C02 wynoszace¬ go 4,5 :1 do 6,5 : 1, korzystnie, 5,5 : 1.Modyfikacja procesu wedlug wynalazku, nie uwi¬ doczniona na rysunku, polega na tym, ze zamiast pompy 24 do zawracania weglanu amonowego do absorbera 17 stosuje sie strumieniowy odsysacz, w którym jako ciekly czynnik stosuje sie roz¬ twór amoniaku o stezeniu 80% wagowych, doply¬ wajacy przewodem 6 z urzadzenia do syntezy amo¬ niaku.W procesie prowadzonym sposobem wedlug wy¬ nalazku stosuje sie cisnienia ,10—30 MPa, to jest praktycznie biorac takie same, jakie sa stosowane w procesie syntezy amoniaku. * Jezeli cisnienie w urzadzeniu do syntezy amo¬ niaku nie jest wyzsze, wówczas do przesylania roz¬ tworu amoniaku z reaktora do syntezy amoniaku do urzadzenia do wytwarzania mocznika trzeba sto¬ sowac pompe, a jezeli w reaktorze do syntezy mocz¬ nika cisnienie jest np. o 1—10 MPa nizsze od cis¬ nienia w reaiktorze do syntezy amoniaku, wówczas pompa taka jest zbedna.Przyklad. Proces prowadzono w urzadzeniu przedstawionym schematycznie na rysunku i w ta¬ belach 1 i 2i podano sklad i ilosc substancji prze¬ plywajacych przez urzadzenie w poszczególnych eta¬ pach procesu w jednostce czasu oraz parametry pro¬ cesu, to jest temperature i cisnienie.W tabelach numery poszczególnych czesci urza¬ dzenia sa oznaczone tak jak na rysunku. Ilosc ga¬ zów przeplywajacych w jednostce czasu sa podane w przeliczeniu na m3 pod cisnieniem liOl kPa na 1 godzine, a sklad gazów podano w procentach obje¬ tosciowych. Ilosci cieczy przeplywajacych podano w kg/godzine, a ich sklad w procentach wagowych. ¦_.Numer czesci urzadzenia Rodzaj cieczy lub gazu .. . N2 H2 co2 NH3 H20 Mocznik Razem ¦ ' '31 Gaz syn¬ tezowy +co2 Przeplyw mV /go¬ dz¬ ine 17173 532137 15458 85868 . 20 62 18 100 3 ¦ Gaz syn¬ tezowy +NH3 Przeplyw m3/ /go¬ dzi¬ ne 17,173 53237 7&23 78233 22 68 10' 100 Tabe 4 z glowicy 21 Przeplyw mV /go¬ dzi¬ ne ,17173 53237 3247 63882 ¦- 137539 % 12,5 38,7 2,4 46„4 100 La 1 5 Gaz syn¬ tezowy Przeplyw m3/ /go¬ dzi¬ ne 17173 53237 2998 73408 % 23 73 4 • 100 6 Wodny roztwór zawiera¬ jacy amo¬ niak Przeplyw kg/ /go¬ dzi¬ ne 25926 6483 32400 % 80 20 100 ^ 7 Roztwór karbami- ndainu amoniu Przeplyw kg/ /go¬ dzi¬ ne 37909 68954 15687 122550 % 30,9 56,3 12,8 100 8 Roztwór mocznika Przeplyw kg/ /go¬ dzi¬ ne 1(4051 71178 32573 41*667 159400 % 1 8,81 44,63 20,43 26,1(3 100116 665 7 8 Tabela 2 Numer czesci urza¬ dzenia Rodzaj cieczy lub gazu Tempera¬ tura °C Cisnienie MPa Na H2 co2 NH3 H20 Mocznik Razem 9 Z glowicy 22 195 Przeplyw m3/go- dzine 6,69/8 215835 4386 36912 % 18,1 70 11,9 1/00 10 Roztwór mocznika 210 19,9 Przeplyw kg/go- dzdne 7353 45343 28187 4.1667 1212550 % 6 37 23 34,0 100 11 Roztwór mocznika _ 110 Przeplyw kg/go¬ dzine 933 2177 21119 41667 65896 % 1,4 3,3 32,1 . 63,2 100 1:2 Roztwór weglanu amonowego 60 19,7 * Przeplyw kg/go¬ dzine 7080 48422 8535 64087 % 11,1 ' 75,6. 13,3 100 15 Roztwór weglanu amonowego Przeplyw kg/go¬ dzine 660 , 1540 1467 3667 % 18 42 40 100 dzialaniem ciepla, przy czym wytwarzane podczas procesu gazy zawierajace glównie amoniak i dwu¬ tlenek wegla zawraca sie do reaktora do syntezy mocznika, utrzymujac w tym reaktorze stosunek H20 : C02 wynoszacy od 0,9:1 do 1,3:1, korzyst¬ nie 1,1: 1 i stosunek NH3: C02 wynoszacy od 4,5 : 1 do 6,5:1, a odprowadzany z rozkladacza roztwór mocznika zawierajacy reszte karbaminianu amonu poddaje sie procesowi adiabatycznego odpedzania, stosujac jako czynnik odpedzajacy gazowy strumien odprowadzany z absorbera i odpedzone produkty wraz z odparowana woda odprowadza sie z glowi¬ cy urzadzenia do odpedzania, chlodzi je w przepo¬ nowym skraplaczu za pomoca zimnej cieczy, korzy¬ stnie za pomoca wody o temperaturze wynoiszacej okolo 25—.ciO°C i z glowicy skraplacza odprowadza oddzielone gazy obojetne (H2tN2), uzupenda je me¬ tanem i zawraca do syntezy amoniaku, a skropliny otrzymane w skraplaczu, stanowiace wodny roztwór produktów reakcji dwutlenku wegla z amoniakiem, to jest weglan amonu i glównie karbaminianu amo¬ nu, zawraca sie do wspomnianej wyzej absorpcji C02, zas wodny roztwór mocznika, odprowadzany z dna urzadzenia do adiabatycznego odpedzania, po ewentualnym rozlozeniu go pod niskim cisnieniem, wynoszacym zwykle mniej niz 3000 kPa, kieruje sie do urzadzenia do zatezania, w którym otrzymuje sie stopiony mocznik.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania mocznika w procesie po- 40 laczonym z wytwarzaniem amoniaku, to jest dro¬ ga syntezy amoniaku, reakcji amoniaku z dwutlen¬ kiem wegla i przeprowadzenie wytworzonego kar¬ baminianu amonowego w mocznik oraz oddzielenie roztworu mocznika od nie przereagowanych sub- 45 stratów przez cieplny rozklad nie przereagowane- go karbaminianu amonowego i odpedzanie amonia¬ ku i dwutlenku wegla, znamienny tym, ze gazowy strumien, otrzymany [przez reformowanie para wo¬ dna lub czesciowe utlenianie cieklych lub gazo- 50 wych weglowodorów, zawierajacy H2, N2 i C02, wprowadza sie do absorbera, w którym absorbuje sie C02 za pomoca stezonego wodnego roztworu amoniaku, z absorbera tego odprowadza sie gazowy strumien skladajacy sie glównie z H2 i N2 oraz cie- 55 kly strumien bedacy zasadniczo wodnym roztworem karbaminianu amonu i wprowadza -sie. ten ciekly strumien do reaktora do syntezy mocznika, w któ¬ rym karbaminian ulega czesciowo przeksztalceniu w mocznik i otrzymany wodny roztwór mocznika, 60fc zawierajacy nie przeksztalcony karbaminian amonu oraz nadmiar amoniaku ponad ilosc wynikajaca z obliczen stechiometrycznych, wprowadza sie do . rozkladacza, w którym okolo 50% karbaminianu za¬ wartego w tym roztworze ulega rozkladowi pod 65116665 9 10 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze absorpcje C02 prowadzi sie w urzadzeniu obejmu¬ jacym dwa stopnie absorpcji, przy czym w pierw¬ szym stopniu jako ciecz absorbujaca stosuje sie ste¬ zony roztwór wodny amoniaku, zawierajacy powy¬ zej 70% wagowych amoniaku, a w drugim stopniu ciecz absorbujaca stanowi wodny roztwór weglanu amonowego zawierajacy amoniak.116 665 ^ rS-17 U-i, L19 Ll3 [*7 -£- 2U -ó- £x .16 K A 2x 18- K) 8 9 5 23v-\ r^J 12 W 22 10 21 Y\ T 15 i 2 ^ ZGK 1022/1100/82 90 Cena 100 zl PL PL PL PL PL PL PL