NL1017990C2 - Werkwijze voor de bereiding van ureum. - Google Patents

Description

- 1 - WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN UREUM 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxide.

Ureum kan worden bereid door overmaat ammoniak tezamen met kooldioxide bij hoge druk (bijvoorbeeld 12-40 MPa) en verhoogde 10 temperatuur (bijvoorbeeld 160-250 °C) in een synthesezone te leiden, waarbij eerst ammoniumcarbamaat wordt gevormd volgens de reactie: 2NH3 + C02 -> H2N-CO-ONH4 15 Uit het gevormde ammoniumcarbamaat ontstaat vervolgens door dehydratatie ureum volgens de evenwichtsreactie: H2N-CO-ONH4 o H2N-CO-NH2 + h2o 20 De theoretisch haalbare omzetting van ammoniak en kooldioxide in ureum wordt bepaald door de thermodynamische ligging van het evenwicht en is afhankelijk van bijvoorbeeld de Ntycc^-verhouding (N/C-verhouding), de H20/C02-verhouding en de temperatuur. Uit bovenstaande reactievergelijkingen is af te leiden dat het toepassen van een overmaat water in de synthesezone een 25 negatieve invloed heeft op de theoretisch maximaal haalbare omzetting.

Bij de omzetting in de synthesezone van ammoniak en kooldioxide in ureum wordt uit de synthesezone als reactieprodukt een ureumsyntheseoplossing verkregen in hoofdzaak bestaande uit ureum, water, ammoniumcarbamaat en niet gebonden ammoniak.

30 Naast een ureumsyntheseoplossing kan in de synthesezone ook een gasmengsel ontstaan van niet omgezet ammoniak en kooldioxide tezamen met inerte gassen, het zogenaamde synthesegas. De in het synthesegas aanwezige inerte gassen zijn doorgaans afkomstig van een luchtdosering aan de ' installatie teneinde de installatie beter corrosiebestendig te maken. Uit het 35 synthesegas worden ammoniak en kooldioxide in een scrubberzone verwijderd alvorens het synthesegas naar de atmosfeer wordt gespuid. Deze ammoniak en kooldioxide worden bij voorkeur teruggevoerd naar de synthesezone.

1017990· -2-

De synthesezone kan bestaan uit afzonderlijke zones voor de vorming van ammoniumcarbamaat en ureum. Deze zones kunnen echter ook in één apparaat verenigd zijn. Het is mogelijk de synthese uit te voeren in één of twee reactoren. Bij gebruik van twee reactoren kan men bijvoorbeeld de eerste 5 reactor bedrijven met nagenoeg verse grondstoffen en de tweede met geheel of gedeeltelijk elders in het proces vrijgekomen grondstoffen die naar de synthesezone worden gerecirculeerd.

De omzetting van ammoniumcarbamaat in ureum en water in de synthesezone kan worden bewerkstelligd door te zorgen voor een voldoende 10 lange verblijftijd van het reactiemengsel in deze zone. De verblijftijd zal in het algemeen meer zijn dan 10 min, bij voorkeur meer dan 20 min. De verblijftijd zal in het algemeen korter zijn dan 3 uur, bij voorkeur korter dan 1 uur.

Ureumbereidingsinstallaties worden ontworpen voor een bepaalde capaciteit. Vergroting van de capaciteit van een bestaande 15 ureumbereidingsinstallatie door vergroten van de hoeveelheden uitgangsmateriaal en door vergroten van de doorvoer van processtromen is als regel slechts in beperkte mate mogelijk. Wil men door vergroten van de doorvoer van de processtromen de capaciteit van een installatie uitbreiden, dan dient men er zorg voor te dragen dat met de vergrote processtromen in de respectievelijke 20 processtappen goede rendementen worden behaald. Dit geldt met name voor de processtappen die worden uitgevoerd in het hogedruk gedeelte van de ureumbereidingsinstallatie.

Het hogedruk gedeelte van een ureumbereidingsinstallatie welke werkt volgens het zogenaamde stripprocedé bestaat in hoofdzaak uit een 25 synthesezone waarin de ureumsyntheseoplossing wordt bereid, een stripzone waar de ureumsyntheseoplossing in tegenstroom gestript wordt met een der grondstoffen en/of warmte, een condensatiezone waar de in de stripzone vrijkomende gassen worden gecondenseerd en een scrubberzone waar ammoniak en kooldioxide uit het synthesegas wordt verwijderd.

30 Knelpunten in dit hogedruk gedeelte kunnen in het bijzonder zijn de stripbehandeling van de ureumsyntheseoplossing in de stripzone en de condensatie in de condensatiezone van de gassen die bij de stripbewerking verkregen zijn. Immers, wordt de vloeistofbelasting van de stripzone te hoog opgevoerd, dan gaat de stripwerking grotendeels verloren onder andere ten 35 gevolge van ‘flooding’. ‘Flooding’ wil zeggen dat de vloeistoffilm aan de f 017990* -3- binnenkant van de pijpen in de stripper wordt afgebroken en de vloeistof voor een gedeelte met de uittredende gasstroom wordt meegevoerd. Hierdoor treedt een sterk verminderd striprendement op. De vergroting van de hoeveelheden uitgangsmaterialen heeft weing effect op de capaciteit van de synthesezone. De 5 als gevolg van de grotere doorzet mindere verblijftijd heeft wel tot gevolg dat het ammoniumcarbamaatgehalte in de ureumsyntheseoplossing een weinig toeneemt waardoor in de stripzone meer stoom nodig is om het ammoniumcarbamaat te ontleden. De stripzone is dan ook eerder een beperking dan de synthesezone.

In de condensatiezone bij de condensatie van het bij de 10 stripbewerking verkregen gasmengsel moet het mogelijk blijven dat met het bestaande warmtewisselend oppervlak, ook bij het verhoogde aanbod van de hoeveelheid gasmengsel, de vrijkomende warmte omgezet kan worden in bruikbare stoom die toegepast kan worden elders in het ureumproces. Het blijkt echter dat een verhoogd aanbod van te condenseren gassen een te lage 15 stoomdruk tot gevolg heeft waardoor deze stoom niet meer bruikbaar is elders in het ureumproces.

De genoemde knelpunten zijn er grotendeels de oorzaak van dat uitbreiding van de capaciteit van een bestaande installatie, zonder dat men kostbare hogedruk apparatuur moet aanpassen of vervangen, slechts in beperkte 20 mate mogelijk is. In het bijzonder treden deze knelpunten op bij de toepassing van zogenaamde combinatiereactoren voor de ureumbereiding. Combinatiereactoren zijn reactoren waarin synthesezone en/of condensatiezone en/of scrubberzone in één vat zijn ondergebracht. Bekende voorbeelden zijn combinatiereactoren zoals beschreven in US-A-5767313, US-A-5936122 en WO 00/43358.

25 In NL-A-8900152 is een werkwijze voor de bereiding van ureum weergegeven waarbij het mogelijk is de capaciteit van een ureumbereidingsinstallatie welke werkt volgens een stripprocedé te vergroten zonder dat men aanpassingen in het hogedruk gedeelte van de ureumsynthese behoeft door te voeren.

30 Dit wordt in NL-A-8900152 bereikt door ureum te bereiden volgens een werkwijze waarbij uit kooldioxyde en ammoniak in een synthesezone een ureum, ammoniumcarbamaat en niet omgezette ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing wordt gevormd waarbij een deel van de ureumsyntheseoplossing naar een middendruk behandelingszone wordt 35 overgebracht. In deze middendruk behandelingszone wordt bij een druk van 1,5 - 1017990a -4- 2,5 MPa (middendruk) deze hoeveelheid ureumsyntheseoplossing in contact gebracht met een hoeveelheid kooldioxyde. Het in deze middendruk behandelingszone ontstane gasmengsel wordt in NL-A-8900152 bij middendruk gecondenseerd in een middendruk condensatiezone waarbij de warmte die bij 5 deze condensatie ontstaat, wordt gebruikt voor het indampen van de ureumoplossing in de ureumopwerksectie. De uit de middendruk behandelingszone komende resterende ureumsyntheseoplossing wordt in NL-A-8900152 overgebracht naar een lagedruk opwerksectie (0,2 - 0,6 MPa) waar het nog aanwezige ammoniumcarbamaat grotendeels ontleedt en het gevormde 10 gasmengsel wordt afgescheiden.

Verrassenderwijs werd nu gevonden dat het mogelijk is de capaciteit van een ureumbereidingsinstallatie te vergroten zonder dat men aanpassingen in het hogedruk gedeelte van de ureumbereidingsinstallatie behoeft door te voeren en tevens de ureumconversie in de synthesezone te verhogen. Dit 15 is des te opmerkelijk aangezien bij vergroting van de doorzet in een ureumbereidingsinstallatie doorgaans de meerproduktie voor een deel weer verloren gaat doordat de ureumconversie een weinig afneemt.

Dit voordeel wordt bereikt door ureum te bereiden volgens een werkwijze waarbij 20 - uit kooldioxyde en ammoniak in een synthesezone een ureum, ammoniumcarbamaat en niet omgezette ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing wordt gevormd - een deel van de ureumsyntheseoplossing vanuit de synthesezone naar een bij een druk van 1-3 MPa, bij voorkeur 1,5- 2,5 MPa, werkende middendruk 25 behandelingzone wordt overgebracht en waarbij de werkwijze gekenmerkt wordt doordat een gasstroom uit de middendruk behandelingzone wordt geabsorbeerd in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de ureumopwerksectie. Met lage druk wordt hier bedoeld een druk van 0,1-1 MPa, in het bijzonder 0,2-0,7 MPa. In het bijzonder wordt 10-60 gew.% van 30 de ureumsyntheseoplossing naar de middendruk behandelingszone gevoerd, meer in het bijzonder 15-45 gew.%. Bij voorkeur wordt de stroom uit de middendruk behandelingszone die ontstaan is na absorptie van de gasstroom uit de middendruk behandelingszone in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de opwerksectie overgebracht naar de hogedruk scrubber.

35 Er werd gevonden dat bij het condenseren van de gasstroom uit 1017990« -5- de middendruk behandelingszone in de ammoniumcarbamaatoplossing uit de ureumopwerkingsectie in deze middendruk condensatiezone de ammoniumcarbamaatoplossing uit de ureumopwerksectie met een watergehalte van 25-35 gew.% kan worden geconcentreerd tot een 5 ammoniumcarbamaatoplossing welke tot 10 gew.% minder water bevat, bijvoorbeeld 15-25 gew.%. Aangezien deze ammoniumcarbamaatoplossing via de hogedruk scrubberzone en hogedruk condensatiezone naar de synthesezone wordt overgebracht, betekent dit dat minder water naar de synthesezone wordt gerecirculeerd hetgeen resulteert in een toename van het rendement van de 10 synthesezone. In de middendruk condensatiezone ontstaat warmte als gevolg van de ammoniumcarbamaatvorming in deze zone. Deze warmte kan elders in het proces door directe of indirecte warmtewisseling worden gebruikt voor het verhitten van processtromen of voor het indampen van de ureumoplossing in de ureumopwerksectie. Ook kan deze warmte met behulp van koelwater worden 15 afgevoerd.

Met de werkwijze volgens de uitvinding werd verrassenderwijze bereikt dat men de capaciteit van een bestaande ureumbereidingsinstallatie kan uitbreiden tot ongeveer 120 a 150 % van de oorspronkelijke capaciteit, zonder dat het noodzakelijk is de hogedruk apparatuur te moeten uitbreiden of aanpassen 20 terwijl de conversie in de ureumsynthese toenam met 0,5 - 3 %, afhankelijk van de overige procescondities. Een dergelijke vergroting van de capaciteit vraagt wel de installatie van een extra behandelingszone met bijbehorend leidingwerk, maar de hiervoor benodigde apparaten zijn relatief goedkoop vergeleken met de kosten van hogedruk apparatuur. Deze extra behandelingszone omvat in hoofdzaak een 25 middendruk dissociatiezone, een middendruk stripzone en een middendruk condensatiezone. Het is hierbij mogelijk dat twee of drie van deze zones in één vat zijn ondergebracht. Met de werkwijze volgens dé uitvinding bereikt men dat de bovengenoemde knelpunten, namelijk het optreden van ‘flooding’ in de stripzone en het gevaar van te lage druk van de gewonnen stoom in de condensatiezone 30 worden vermeden.

De werkwijze volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd in een ureumbereidingsinstallatie welke werkt volgens het stripprocedé. Hieronder wordt verstaan een ureumbereidingsinstallatie waarbij de ontleding van het niet in ureum omgezette ammoniumcarbamaat en de afdrijving van de gebruikelijke 35 overmaat ammoniak voor het grootste deel plaats vindt bij een druk welke in 1017990· -6- wezen nagenoeg gelijk is aan de druk in de synthesezone. Deze ontleding/afdrijving gebeurt in een stripzone al dan niet onder toevoeging van een stripgas. Bij een stripproces kunnen kooldioxide en/of ammoniak gebruikt worden als stripgas alvorens deze componenten aan de synthesezone toe te voeren. Dit 5 strippen gebeurt in een na de synthesereactor geplaatste stripper waarbij de uit de synthesereactor komende ureumsyntheseoplossing in tegenstroom wordt gestript met het stripgas onder toevoeging van warmte. Ook is het mogelijk hier thermisch strippen toe te passen. Thermisch strippen wil zeggen dat uitsluitend door middel van warmtetoevoer ammoniumcarbamaat wordt ontleed en de 10 aanwezige ammoniak en kooldioxide uit de ureumoplossing wordt verwijderd. Ook is het mogelijk het strippen uit te voeren in twee of meerdere stappen. Zo is bijvoorbeeld een werkwijze bekend waarin eerst uitsluitend thermisch wordt gestript, waarna een C02 stripstap onder verdere toevoer van warmte plaatsvindt. De uit de stripper vrijkomende ammoniak en kooldioxide bevattende gasstroom 15 wordt teruggevoerd naar de synthesezone. Het strippen van de ureumsyntheseoplossing met een stripmedium kan in meer dan één stripper geschieden. Bij processen waarbij gebruik gemaakt wordt van meer dan één stripper, kan de ureumsyntheseoplossing die gebruikt wordt als voeding naar de middendruk behandelzone worden onttrokken aan de uitlaat van de synthesezone 20 of aan de vloeistofoplossing tussen deze strippers.

De synthesereactor wordt in een ureumbereidingsinstallatie welke werkt volgens het stripprocedé bedreven bij een temperatuur van 160-240 °C en bij voorkeur bij een temperatuur van 170-220 °C. De druk in de synthesereactor bedraagt 12-21 MPa en bij voorkeur 12,5-19,5 MPa. De N/C-25 verhouding in de synthesezone bij een ureumstripfabriek ligt tussen 2,5 en 4.

Indien de omzetting naar ureum in twee of meer gescheiden synthesezones wordt uitgevoerd waarbij aan één synthesezone bij voorkeur verse grondstoffen worden toegevoerd en aan een tweede synthesezone bij voorkeur gerecirculeerde grondstoffen worden toegevoerd, dan leent de onderhavige uitvinding zich bij 30 uitstek om het rendement in deze tweede synthesezone te verbeteren.

Een veelvuldig toegepaste uitvoeringsvorm voor de bereiding van ureum volgens een stripproces is het Stamicarbon C02-stripproces zoals bijvoorbeeld beschreven in Uhlmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, blz. 344 - 346,1996. Het bij de stripbehandeling verkregen gasmengsel 35 wordt voor het grootste gedeelte gecondenseerd en geadsorbeerd tezamen met »017990· - 7- de voor het proces benodigde ammoniak in een condensatiezone, bijvoorbeeld in een hogedruk carbamaatcondensor, waarna de hierbij gevormde ammoniumcarbamaat naar de synthesezone voor de ureumvorming wordt overgebracht.

5 De hogedruk carbamaatcondensor kan bijvoorbeeld uitgevoerd worden als een zogenaamde verdronken condensor zoals beschreven in NL-A-8400839. De verdronken condensor kan horizontaal ofwel verticaal opgesteld worden. Het biedt echter bijzondere voordelen de condensatie uit te voeren in een horizontaal opgestelde verdronken condensor (een zogenaamde poolcondensor; 10 zie bijvoorbeeld Nitrogen No 222, Juli-Augustus 1996, blz 29-31), aangezien in vergelijking met andere uitvoeringen van deze condensor de vloeistof als regel een grotere verblijftijd heeft in de poolcondensor. Hierdoor treedt extra ureumvorming op hetgeen kookpuntsverhogend werkt, zodat het temperatuursverschil tussen de ureumbevattende ammoniumcarbamaatoplossing 15 en het koelmedium groter wordt, waardoor een betere warmteoverdracht wordt verkregen.

De functies van reactor, hogedruk cabamaatcondensor en hogedruk scrubber kunnen gecombineerd worden in één of twee hogedruk vaten, waarbij de functionaliteit van deze processtappen gescheiden wordt 20 door, voor geringe drukverschillen ontworpen, tussenschotten in deze hogedruk vaten. Dit levert als bijzonder voordeel dat aanzienlijke besparingen in de investeringen kunnen worden gerealiseerd doordat er veel minder hogedruk leidingwerk behoeft te worden geïnstalleerd.

Bovendien verhoogt dit de bedrijfszekerheid van de installatie aangezien er 25 veel minder lekkage gevoelige hogedruk verbindingen tussen leidingen en apparaten ontstaan. Bekende voorbeelden hiervan zijn de reeds genoemde combinatiereactoren zoals beschreven in US-A-5767313, US-A-5936122 en WO 00/43358. Een voorkeursuitvoeringsvorm hiervan is het combineren van de poolcondensor met een horizontale reactor zoals bescheven in US-30 A-5767313 waarin een zogenaamde poolreactor is weergegeven.

Na de stripbewerking wordt de gestripte ureumsyntheseoplossing in de ureumopwerksectie ontspannen tot een lage druk en ingedampt waarna ureum wordt vrijgemaakt en een ammoniumcarbamaatstroom van lagedruk naar de synthesesectie wordt 35 gerecirculeerd. Afhankelijk van het type stripproces kan de opwerking van deze KOI 7990« -8- ammoniumcarbamaat in één enkele, dan wel in meerdere, bij verschillende druk werkende, processtappen worden uitgevoerd. Bij alle varianten worden de voordelen met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding bereikt.

In een bijzondere uitvoeringsvorm wordt ureum bereid volgens 5 een werkwijze waarbij in de hogedruksectie de reactor en hogedruk carbamaatcondensor zijn ondergebracht in één vat en waarbij een deel van de ureumsyntheseoplossing wordt afgevoerd naar een bij een druk van 1-3 MPa, bij voorkeur1,5 -2,5 MPa, werkende middendruk behandelingszone. De synthesezone en hogedrukcarbamaatcondensor kunnen hierbij ondergebracht zijn 10 in een horizontaal of verticaal vat. Bij voorkeur worden de synthesezone en hogedruk carbamaatcondensor ondergebracht in een horizontaal opgesteld vat, een zogenaamde poolreactor. Het voordeel van de werkwijze volgens de uitvinding is dat een investeringsvoordeel in de hogedruk sectie wordt verkregen.

In deze bijzonder uitvoeringsvorm wordt ureum bereid volgens 15 een werkwijze waarbij - uit kooldioxyde en ammoniak in een synthesezone van een combinatiereactor een ureum, ammoniumcarbamaat en niet omgezette ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing wordt gevormd waarbij - een deel van de ureumsyntheseoplossing vanuit de ureumsynthesezone naar 20 een bij een druk van 1-3 MPa, bij voorkeur1,5 -2,5 MPa, werkende behandelingstrap wordt overgebracht en waarbij een gasstroom uit de middendruk behandelingstrap wordt geabsorbeerd in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de ureumopwerksectie. Lage druk wil hier zeggen een druk van 0,1-1 MPa, in het bijzonder 0,2 - 0,7 MPa. 25 In het bijzonder wordt 10-60 gew.% van de ureumsyntheseoplossing naar de middendruk behandelingszone gevoerd, meer in het bijzonder 15-45 gew.%.. Bij voorkeur wordt als combinatiereactor een verticaal opgestelde combinatiereactor of een poolreactor toegepast. Bij meer voorkeur wordt een poolreactor toegepast. De stroom uit de middendruk behandelingszone die 30 ontstaan is na absorptie van de gasstroom uit de middendruk behandelingszone in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de opwerksectie wordt bij voorkeur overgebracht naar de hogedruk scrubber.

De werkwijze volgens de onderhavige werkwijze wordt uitgevoerd in een ureumbereidingsinstallatie die werkt volgens het stripprocedé 35 waarbij 1017990· -9- - uit kooldioxyde en ammoniak in een synthesezone een ureum, ammoniumcarbamaat en niet omgezette ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing wordt gevormd - in een hogedruk stripzone door een stripbehandeling met een stripgas onder 5 verwarming een deel van de ammoniumcarbamaat in de ureumsyntheseoplossing ontleedt en het hierbij verkregen gasmengsel althans ten dele condenseert in een condensatiezone en het condensaat en het eventueel niet gecondenseerde deel terugvoert naar de synthesezone - in een lagedruk opwerksectie bij een druk van 0,1 -1 MPa, bij voorkeur 0,2 - 10 0,7 MPa de nog aanwezige ammoniumcarbamaat in de resterende ureumsyntheseoplossing althans grotendeels ontleedt en het gevormde gasmengsel afscheidt waarna de resterende ureumbevattende oplossing door indampen verder verwerkt tot een geconcentreerde ureumoplossing en desgewenst vaste ureum 15 - het gevormde gasmengsel in de lagedruk opwerksectie wordt gecondenseerd waarbij een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk wordt verkregen welke wordt teruggevoerd in het proces - een deel van de ureumsyntheseoplossing voert vanuit de synthesezone naar een bij een druk van 1-3 MPa, bij voorkeur 1,5 - 2,5 MPa, werkende 20 behandelingzone, aan deze behandelingszone een hoeveelheid kooldioxyde en eventueel ammoniak toevoert overeenkomend met de voor de bereiding van het toegevoerde deel van de ureumsyntheseoplossing benodigde hoeveelheid en de uit de behandelingszone afgevoerde oplossing verder verwerkt in de lagedruk opwerksectie en waarbij de gasstroom uit de 25 middendruk behandelingzone wordt geabsorbeerd in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de ureumopwerksectie.

In het bijzonder bereikt men grote voordelen bij nieuw te bouwen ureumbereidingsinstallatieen (‘groene weide’) en in het bijzonder bij fabrieken met grote capaciteiten. Onder fabrieken met grote capaciteiten worden fabrieken 30 verstaan met een capaciteit van 1,5.10® kilogram tot 5.106 kilogram product per dag. Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen met name de hogedruk carbamaatcondensor en de hogedruk stripper in de synthesesectie van de ureumbereidingsinstallatie veel kleiner worden ontworpen in vergelijking met het gebruikelijke ontwerp. Ook het hogedruk leidingwerk in deze sectie wordt met 35 deze werkwijze aanzienlijk kleiner hetgeen ook leidt tot lagere investeringen. Voor IV017990· - 10- ‘groene weide fabrieken’ kan dit een besparing op de investering opleveren van 5-10 %. Verder betekent de onderhavige uitvinding dat in ‘groene weide’ projecten de toegepaste hogedruk apparatuur nog van een grootte is die door de apparatenbouwers nog gemakkelijk maakbaar is en van een grootte zodat deze 5 apparatuur nog gemakkelijk vervoerbaar is over grote afstanden.

Als verder voordeel werd gevonden dat de werkwijze bijzonder geschikt ter verlaging van het energieverbruik in de vorm van hogedruk stoom. Voor 'groene weide' projecten is de beparing van hogedruk stoom circa 30 tot 100 kg per 1000 kilogram geproduceerd product ten opzichte van het standaard 10 Stamicarbon CO2 -strip proces.

Omdat de turn-down ratio van een stripfabriek bepaald wordt door de grootte van de hogedruk stripper, is de flexibiliteit en dus ook de turndown ratio van een fabriek volgens bovenstaande werkwijze veel groter in vergelijking tot de tum-down ratio's van standaard ureum stripfabrieken. De tum-15 down ratio van een fabriek is de minimale belasting waarop een fabriek bedreven kan worden zonder uitval. De minimale belasting kan nodig zijn indien de grondstoffenaanvoer stokt of sterk vermindert. Het voordeel van de onderhavige uitvinding is hierbij dat de middendruk behandelingszone een parallelle sectie is die kan worden uitgeschakeld. Bijvoorbeeld een ureumbereidingsinstallatie met 20 een capaciteit van 3.106 kilogram per dag en een turn-down ratio van 60 % kan bedreven worden op een minimale capaciteit van 1,8.10® kilogram per dag. Bij een ureumbereidingsinstallatie van dezelfde capaciteit en dezelfde turn-down ratio wordt indien 1.10® kilogram per dag wordt afgevoerd via de middendruk behandelingszone, de minimale capaciteit waarop de installatie nog bedreven kan 25 worden 1,2.10® kilogram per dag.

Met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding kan de caoaciteit worden vergroot van alle bestaande ureumprocessen welke werken volgens het stripprocedé door een gedeelte van de ureumsyntheseoplossing toe te voeren aan een extra middendruk behandelingszone omvattende een 30 middendruk dissociatiezone, een middendruk stripzone en een middendruk condensatiezone.

Voorbeelden van ureumstripprocessen waarin de werkwijze onder andere kan worden toegepast zijn het Stamicarbon C02-Strip proces, het Ammonia-Strip proces, het Selfstripping proces, het ACES proces (Advanced 35 process for Cost and Energy Saving) en het IDR (Isobaric-Double-Recycle) T017990· -11 - proces. Deze processen zijn beschreven in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 27, 1996, biz. 344 - 350.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van Figuren 1 tot en met 4.

5 Figuur 1 stelt schematisch een ureumproces volgens het

Stamicarbon C02 stripproces voor.

Figuur 2 stelt schematisch een ureumproces volgens het Stamicarbon C02 stripproces voor waarin een gedeelte van ureumsyntheseoplossing via een bypass wordt behandeld in een middendruk 10 behandelingszone.

Figuur 3 stelt schematisch een Stamicarbon C02 stripproces voor met poolreactor volgens US-A-5767313.

Figuur 4 stelt schematisch een Stamicarbon C02 stripproces voor met poolreactor volgens US-A-5767313 waarin een gedeelte van 15 ureumsyntheseoplossing via een bypass wordt behandeld in een middendruk behandelingszone.

Figuur 1

De ureumoplossing (USS) die de ureum reactor (URE) verlaat 20 wordt naar de hogedruk stripper (HST) gestuurd. In deze hogedruk stripper wordt niet omgezette ammoniumcarbamaat met behulp van hogedruk stoom en kooldioxide gedissocieerd waarbij gasvormige strippergas (STG) ontstaat in hoofdzaak bestaande uit ammoniak en kooldioxide. De ureum oplossing die de hogedruk stripper verlaat (SUSS), wordt naar een lagedruk opwerksectie (LPR) 25 gevoerd waar een verdere zuivering van de ureumoplossing plaatsvindt. De vrijkomende ammoniak en kooldioxide in deze opwerksectie wordt gecondenseerd en teruggevoerd als ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) naar de hogedruk scrubber (HSCR) in de synthesesectie. De gasvormige ammoniak en kooldioxide die de hogedruk stripper (HST) verlaat wordt in een 30 hogedruk carbamaatcondensor (HCC) gecondenseerd. Tijdens de condensatie van ammoniak en kooldioxide tot ammoniumcarbamaat komt warmte vrij waarmee lagedruk stoom wordt geproduceerd. De hoeveelheid geproduceerde lagedruk stoom is voldoende om de verbruiken hiervan in de ureumopwerksectie te voorzien. De hogedruk carbamaatcondensor (HCC) kan een verdronken 35 condensor zijn volgens alle uitvoeringen danwel een 'falling film' type van elk HOI 7990« - 12- ontwerp. Beide uitvoeringsvormen zijn bij de vakman bekend. De in de HCC gevormde ammoniumcarbamaat oplossing (HPC) tezamen met nog vrij aanwezige ammoniak en kooldioxide worden naar de ureum reactor (URE) gevoerd. Ook de verse NH3 wordt via de hogedruk carbamaatcondensor 5 toegevoerd. Tijdens de synthesereactie komt in de reactor een gasstroom, het synthesegas (RG), vrij welke stroom gevoerd wordt naar de HSCR. Het synthesegas bestaat in hoofdzaak uit ammoniak, kooldioxide en inerte gassen die aan de synthese zijn toegevoerd teneinde als anticorrosiemiddel te werken. Deze inerte gassen (lucht) worden doorgaans via de kooldioxidevoeding in het proces 10 gebracht. In de hogedruk scrubber wordt het synthesegas (RG) geabsorbeerd in de uit de ureumopwerksectie komende ammoniuumcarbamaatstroom van lage druk (LPC). Hierbij ontstaat een carbamaatstroom (SHPC) die wordt overgebracht naar de hogedruk carbamaatcondensor. Vanuit de hogedruk scrubber wordt het inert naar de atmosfeer gespuit, eventueel na nog een extra zuivering van nog 15 aanwezig ammoniak.

Figuur 2

De ureumoplossing (USS) die de ureum reactor (URE) verlaat wordt voor een deel naar de hogedruk stripper gestuurd (HST). In deze hogedruk 20 stripper wordt niet omgezette ammoniumcarbamaat met behulp van hogedruk stoom en een deel van de kooldioxide voeding gedissocieerd in gasvormige ammoniak en kooldioxide. De ureum oplossing die de hogedruk stripper verlaat (SUSS), wordt naar een lagedruk opwerksectie (LPR) gevoerd waar een verdere zuivering van de ureumoplossing plaatsvindt. De vrijkomende ammoniak en 25 kooldioxide in deze lagedruk opwerksectie wordt gecondenseerd en als een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) via een met de hogedruk stripper parallel geschakelde middendruk behandelingszone (MCC) teruggevoerd naar de hogedruk scrubber (HSCR) in de synthesezone. De bij het condenseren vrijkomende warmte kan gebruikt worden voor het concentreren van de 30 ureumoplossing in de opwerksectie. De gasvormige ammoniak en kooldioxide die de hogedruk stripper (HST) verlaat, het strippergas (STG), wordt in een hogedruk carbamaatcondensor (HCC) gecondenseerd. Tijdens de condensatie van ammoniak en kooldioxide tot ammoniumcarbamaat komt warmte vrij waarmee lagedruk stoom wordt geproduceerd. De hoeveelheid geproduceerde lagedruk 35 stoom is voldoende om de verbruiken hiervan in de ureumopwerksectie te 1017990· - 13- voorzien. De hogedruk carbamaatcondensor (HCC) kan een verdronken type zijn volgens alle uitvoeringen danwel een 'falling film' type van elk ontwerp. De gevormde ammoniumcarbamaat oplossing tezamen met nog vrij aanwezige ammoniak en kooldioxide worden naar de ureum reactor (URE) gevoerd.

5 Één deel van de ureumoplossing (USS) die de hogedruk reactor verlaat wordt naar een middendruk behandelingszone gestuurd die bedreven wordt bij een druk van circa 2 MPa. Deze middendruk behandelingszone omvat een middendruk dissociatiezone (MDIS), een middendruk stripzone (MST) en een middendruk condensatiezone (MCC). De niet omgezette ammoniumcarbamaat in 10 de USS wordt in een middendruk dissociatiezone (MDIS) onder invloed van warmte ontleed in gasvormige ammoniak en kooldioxide. De ureumoplossing die deze middendruk dissociatiezone verlaat (DUSS) en relatief veel ammoniak bevat kan in een middendruk kooldioxide stripper (MST) met verse kooldioxide worden gestript. De ureumoplossing die de MST verlaat, wordt afgevoerd naar de 15 lagedruk recirculatie sectie (LPR). De afgassen (MDG) van de middendruk dissociatiezone (MDIS) tezamen met de afgassen (MSG) van de middendruk kooldioxide stripper (MST) worden in een middendruk carbamaatcondensor (MCC) gecondenseerd in de ammoniumcabamaatstroom van lage druk (LPC) uit de opwerksectie waarbij een geconcentreerde middendruk 20 ammoniumcarbamaatstroom (MPC) wordt verkregen die naar de hogedruk scrubber (HSCR) wordt verpompt. Op deze wijze wordt de lagedruk ammoniumcarbamaat (LPC) die circa 30 % water bevat in de middendruk behandelingszone geconcentreerd tot ammoniumcarbamaat (MPC) die slechts 20 % water bevat. Met deze gegevens wordt de verdeling tussen de hoeveelheid 25 ureumoplossing naar de hogedruk stripper (HST) en naar de middendruk dissociatiezone (MDIS) berekend waarbij ervoor gezorgd wordt dat de hoeveelheid water die via het middendruk ammoniumcarbamaat naar de hogedruk scrubber wordt gestuurd minder is dan of gelijk is aan de hoeveelheid water die in een standaard ureum stripfabriek naar zo'n hogedruk scrubber wordt 30 gestuurd. Als gevolg van de relatief minder grote te behandelen ureum oplossing in de hogedruk stripper, de bij een lagere druk gedissocieerde ureumoplossing in de middendruk dissociatiezone die dus minder energie vraagt en een kleiner danwel gelijkblijvende water toevoer die via de ammoniumcarbamaatstroom (MPC) naar de hogedruk scrubber wordt gestuurd, is het hogedruk stoomverbruik 35 in fabrieken volgens deze werkwijze lager dan in ureum standaard C02 »017990· -14- stripfabrieken. Indien gewenst wordt de voor het proces benodigde NH3 naar rato toegevoerd via de MCC en HCC. Het in de middendruk carbamaatcondensor niet gecondenseerde gasmengsel wordt als gasstroom (MCG) overgebracht naar de lagedruk opwerksectie en daar verder verwerkt. Het synthesegas (RG) wordt 5 geabsorbeerd in de middendruk ammoniumcarbamaatstroom in de hogedrukscrubber waarbij een verdere ammoniumcarbamaatstroom ontstaat. Vanuit de hogedruk scrubber wordt deze ammoniumcarbamaatstroom (SHPC) overgebracht naar de hogedruk carbamaatcondensor. De inerte gassen worden vanuit de hogedruk scrubber gespuid, eventueel na een extra zuiveringsstap voor 10 het nog aanwezige NH3.

Figuur 3

De ureumoplossing (USS) die de ureum poolreactor (URE + HCC) verlaat wordt naar de hogedruk stripper gestuurd (HST). In deze hogedruk 15 stripper wordt niet omgezette ammoniumcarbamaat met behulp van hogedruk stoom en kooldioxide voeding gedissocieerd in gasvormige ammoniak en kooldioxide. De ureum oplossing (SUSS) die de hogedruk stripper verlaat, wordt naar een lagedruk opwerksectie (LPR) gevoerd waar een verdere zuivering van de ureumoplossing plaatsvindt. De vrijkomende ammoniak en kooldioxide in deze 20 lagedruk recirculatie sectie wordt gecondenseerd en als een ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) teruggevoerd naar de hogedruk scrubber (HSCR) in de synthesesectie. In deze scrubber vindt absorptie plaats van ammoniak en kooldioxyde uit het synthesegas (RG) waarna een inertstroom wordt gespuit en een in de scrubber gevormde hogedruk carbamaatstroom 25 (SHPC) naar de poolreactor overgebracht. De gasvormige stroom (STG) die in hoofdzaak ammoniak en kooldioxide bevat die de hogedruk stripper (HST) verlaat wordt in een hogedruk carbamaatcondensor (HCC) gedeelte van de poolreactor gecondenseerd. Tijdens de condensatie van ammoniak en kooldioxide tot ammoniumcarbamaat komt warmte vrij waarmee lagedruk stoom wordt 30 geproduceerd. De hoeveelheid geproduceerde lage druk stoom is voldoende om de verbruiken hiervan in de ureumopwerksectie te voorzien. De hogedruk carbamaatcondensor (HCC) is van een zogenaamde verdronken type en bevindt zich in de poolreactor. De voor het proces benodigde NH3 wordt direct aan de poolreactor toegevoerd.

35 1017990« - 15-

Fiquur 4

De ureumoplossing (USS) die de ureum poolreactor (URE + HCC) verlaat wordt voor een deel naar de hogedruk stripper gestuurd (HST). In deze hogedruk stripper wordt niet omgezette ammoniumcarbamaat met behulp 5 van hogedruk stoom en een deel van de kooldioxide voeding gedissocieerd in gasvormige ammoniak en kooldioxide. De ureumoplossing (SUSS) die de hogedruk stripper verlaat, wordt naar een lagedruk opwerksectie (LPR) gevoerd waar een verdere zuivering van de ureumoplossing plaatsvindt. De vrijkomende ammoniak en kooldioxide in deze lagedruk opwerksectie wordt gecondenseerd en 10 als ammoniumcarbamaatstroom van lage druk (LPC) via een met de hogedruk stripper parallel geschakelde middendruk behandelingszone teruggevoerd naar de hogedruk scrubber (HSCR) in de synthesesectie. De middendruk behandelingszone omvat een middendruk dissociatiezone (MDIS), een middendruk stripzone (MST) en een middendruk condensatiezone (MCC). De 15 gasvormige ammoniak en kooldioxide bevattende stroom (STG) die de hogedruk stripper (HST) verlaat, wordt in een hogedruk carbamaatcondensor (HCC) gedeelte van de poolreactor gecondenseerd. Tijdens de condensatie van ammoniak en kooldioxide tot ammoniumcarbamaat komt warmte vrij waarmee lagedruk stoom wordt geproduceerd. De hoeveelheid geproduceerde lagedruk 20 stoom is voldoende om de verbruiken hiervan in de ureumopwerksectie te voorzien. De hogedruk carbamaatcondensor (HCC) is van een zogenaamde verdronken type en bevindt zich in de poolreactor. Een deel van de ureumoplossing (USS) die de hogedruk poolreactor verlaat wordt naar een middendruk behandelingszone gestuurd die bedreven wordt bij een druk van circa 25 2 MPa. De niet omgezette ammoniumcarbamaat wordt in een middendruk dissociatiezone (MDIS) onder invloed van warmte ontleed in gasvormige ammoniak en kooldioxide. De ureumoplossing die deze middendruk dissociatiezone verlaat (DUSS) en relatief veel ammoniak bevat kan in een middendruk kooldioxide stripper (MST) met een deel van de verse kooldioxide 30 worden gestript. De ureum oplossing die de middendruk kooldioxide stripper verlaat, wordt afgevoerd naar de lagedruk opwerksectie (LPR). De afgassen van de middendruk dissociatiezone (MDG) tezamen met de afgassen van de middendruk kooldioxide stripper (MSG) worden in een middendruk carbamaatcondensor (MCC) gecondenseerd tot in de 35 ammoniumcarbamaatstroom (LPC) van lage druk die in de opwerksectie is 1017990· -16- verkregen. De condensatiewarmte die in deze MCC vrijkomt wordt nuttig gebruikt door directe warmtewisseling met de ureumoplossing in de opwerksectie waardoor de ureumoplossing wordt geconcentreerd. De ammoniumcarbamaat die de middendruk carbamaatcondensor verlaat wordt naar de hogedruk scrubber 5 (HSCR) verpompt. Op deze wijze wordt de lagedruk ammoniumcarbamaat die circa 30 % water bevat in de middendruk behandelingszone geconcentreerd tot ammoniumcarbamaat die slechts 20 % water bevat. Met behulp van deze gegevens wordt ook de verdeling tussen de hoeveelheid ureumoplossing naar de hogedruk stripper (HST) en naar de middendruk dissociatiezone (MDIS) berekend 10 waarbij ervoor gezorgd wordt dat de hoeveelheid water die via het middendruk ammoniumcarbamaat naar de hogedruk scrubber wordt gestuurd minder is dan of gelijk is aan de hoeveelheid water die in een standaard ureum stripfabriek naar zo'n hogedruk scrubber wordt gestuurd. Als gevolg van het verhoogde syntheserendement is er relatief minder te behandelen ureumoplossing in de 15 hogedruk stripper. Dientengevolge zal deze stripper minder stoom verbruiken. Het in de middendruk carbamaatcondensor (MCC) niet gecondenseerde gasmengsel wordt als gasstroom (MCG) overgebracht naar de lagedruk opwerksectie (LPR).

In de hogedruk scrubber (HSCR) wordt het synthesegas (RG) geabsorbeerd in de middendruk ammoniumcarbamaatstroom (MPC) waarbij een geconcentreerde 20 ammoniumcarbamaatstroom (SHPC) wordt verkregen die wordt overgebracht naar de poolreactor. Vanuit de HSCR worden de inerte gassen uit het systeem verwijderd.

\ \ 1017990·

Claims (10)

1. Werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxyde waarbij uit kooldioxyde en ammoniak in een synthesezone een ureum, ammoniumcarbamaat en niet omgezette ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing wordt gevormd waarbij een deel van de ureumsyntheseoplossing vanuit de synthesezone naar een bij een druk 10 van 1 - 3 MPa, werkende middendruk behandelingzone wordt overgebracht, met het kenmerk, dat een gasstroom uit de middendruk behandelingzone wordt geabsorbeerd in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de ureumopwerksectie.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de druk in de 15 middendruk behandelingszone 1,5-2,5 MPa bedraagt

3. Werkwijze volgens conclusies 1-2, met het kenmerk , dat 10-60 gew.% van de ureumsyntheseoplossing naar de middendruk behandelingszone wordt gevoerd.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de stroom uit de 20 middendruk behandelingszone die ontstaan is na absorptie van de gasstroom uit de middendruk behandelingszone in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de opwerksectie wordt overgebracht naar de hogedruk scrubber.

5. Werkwijze voor de bereiding van ureum uit ammoniak en kooldioxide 25 waarbij uit kooldioxyde en ammoniak in een synthesezone van een combinatiereactor een ureum, ammoniumcarbamaat en niet omgezette ammoniak bevattende ureumsyntheseoplossing wordt gevormd, met het kenmerk, dat een deel van de ureumsyntheseoplossing vanuit de ureumsynthesezone naar een bij een druk van 1-3 MPa werkende 30 behandelingstrap wordt overgebracht en waarbij een gasstroom uit de middendruk behandelingstrap wordt geabsorbeerd in de ammoniumcarbamaatoplossing van lage druk uit de ureumopwerksectie

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de druk in de middendruk behandelingszone 1,5 - 2,5 MPa bedraagt

7. Werkwijze volgens conclusies 5-6 met het kenmerk dat 10 - 60 gew.% 1017990« - 18- van de ureumsyntheseoplossing naar de middendruk behandelingszone wordt gevoerd.

8. Werwijze volgens conclusies 5-7, met het kenmerk, dat als combinatiereactor een verticaal staande combinatiereactor of een 5 poolreactor wordt toegepast

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat als combinatiereactor een poolreactor wordt toegepast.

10. Methode voor vergroten van de capaciteit van bestaande ureumprocessen door een gedeelte van de ureumsyntheseoplossing toe 10 te voeren aan een extra bijgeplaatste middendruk behandelingszone omvattende een dissociatiezone, een middendruk stripzone en een middendruk condensatiezone. 1017990«