171341. lajstromszámú szabadalom • Eljárás karbamid előállítására
3 171341 4 A karbamát karbamiddá történő átalakítása ugyanezen készülék alsó részében folyik le. Mint említettük, a hőelvezetési nehézségek és a közömbös gázok (H2 + N 2 ) jelenléte miatt a C02 kellő parciális nyomásának biztosítása céljából meglehetősen nagy nyomást kell alkalmazni. Az elnyelető oldatot vízmentes ammóniából állítják elő, melyhez hozzáadják az átalakulatlan karbamát bomlástermékeinek (C02 + NH 3 ) vizes oldatát. A nem-reagált karbamát elbontását kis nyomáson hajtják végre. A nyers ammóniaszintézis-gázokat a C02 elnyeletése után a nagy nyomáson — 400—500 kg/cm2 — lejátszódó ammónia-szintézishez továbbítják. Abból a tényből, hogy a vizes elnyelető oldat előállításához vízmentes ammóniát állítanak elő és használnak fel, arra lehet következtetni, hogy az ammóniát a szintézis maradékgázaitól alkalmas módon választják el kifagyasztás és elpárologtatás útján. Egy másik egyesített eljárás szerint nem az egész nyers szintézisgázt használják fel a benne levő C02 elnyeletésére, hanem a gáz egy részét hagyományos módon kezelik tiszta C02 előállítása céljából. Ennek az a magyarázata, hogy a karbamátképzést és a karbamát karbamiddá való átalakítását két különböző készülékben hajtják végre és hogy fenntartsák annak a zónának a kívánt hőmérsékletét, ahol a karbamid elfogadható menynyiségben képződik, ammóniát és szén-dioxidot vezetnek be, melyek karbamátot képezve megfelelő hőt szolgáltatnak. A karbamát-képzéshez a szén-dioxidot kisebb nyomáson abszorbeáltatják, mint aminőt a karbamidszintézishez alkalmaznak; a karbamiddá át nem alakult karbamát bomlástermékeinek vizes oldatát — adott esetben hozzáadott ammóniával — használják a C02 elnyeletésére. Utána a karbamát bomlástermékeit kimossák, részben abban a kolonnában, ahol a nyers szintézisgázokkal a szén-dioxidot elnyeletik, részben egy második kolonnában, ahova abszorbensként híg ammóniaoldatot vezetnek be. A második oszlopból kijövő oldatot használják elnyelető közegként az első oszlopban. A nyers szintézisgázokat a C02 eltávolítása és ezt követő ismert kezelések után az ammónia-szintézishez továbbítják. Azt találtuk, hogy a találmány tárgyát képező, karbamid-előállításra szolgáló egyesített eljárással teljesen eredeti módon biztosíthatók a korábban említett előnyök az eljárásra jellemző más előnyökkel együtt. A találmány szerinti eljárás alapvető jellemzői a következők: —- sajátos típusú készülékek használata olyan esetekben, amikor az anyagcsere mellett igen fontos a hőcsere is, természetesen anélkül, hogy kizárnánk az ilyen célra alkalmas bármely más készülék használatát; — sajátos módszer az ammónia-szintézishez továbbítandó gázok víztelenítésére, amely már ismeretes a 891-098 és a 953*035 számú olasz szabadalomból; — az ammónia-szintézis reaktorából távozó gázokból az NH3 elválasztása vízben való elnyeletés útján és a kapott ammóniaoldat közvetlen felhasználása a konvertált gáz (a gáz CO-tartalmát vízgőzzel C02 -dá konvertáljuk) szén-dioxidjának abszorbeálására és ezzel karbamátképzésre; — a tápgázok összes szén-dioxidját tartalmazó oldat közvetlen továbbítása a karbamid-reaktorhoz; — a karbamát karbamiddá való átalakítására szolgáló eredeti izobár körfolyamat, amelymagábanfoglalja a bejelentő 694.929 és a 812.030 számú olasz szabadalmi leírásból részben már ismert, a karbamiddá át nem alakult karbamát elbontására szolgáló műveletet is. A találmány szerinti eljárásban alkalmazott sajátos megoldásból származó előnyöket a találmány más jelleg-5 zetességeivel együtt az alábbiakban közelebbről ismertetjük. A leírás következő részéből kiviláglik, hogy a találmány szerinti eljárás egészében a beruházási költségek jelentős csökkentését vonja maga után, mivel — más 10 tényezők változatlanul maradása mellett — kevesebb készüléket és alacsonyabb üzemi költséget igényel, az 1 tonna karbamid előállítására fordítandó mechanikai energia és hőenergia jelentős csökkentésével. A leírás további része és az alábbiakban közölt példa 15 még inkább megvilágítja a találmányt és az alkalmazásával járó előnyöket. A találmány tárgyát képező, karbamid-előállításra szolgáló eljárásban az ammónia-szintézis gőzreformálásból vagy egyéb szokványos termékekből származó gázait — melyeknek CO-tartalmát szinte 20 teljes egészében C02 -dá konvertáltuk — a karbamidszintézisnél alkalmazott nyomásnál kissé nagyobb nyomásra komprimáljuk; a karbamid-képzéshez szükséges C02 -ot még teljes egészében tartalmazó gáz komprimálása után a gázt függőleges, csöves hőcserélő alsó részébe 25 vezetjük, ahol az a csövek belsejében ellenáramban ammóniaoldat-filmmel érintkezik és karbamát képződik; a reakcióhő elvezetése céljából a film-hőcserélő köpenyében hűtőfolyadékot—például melegvíztárolók táplálására használt vizet — folyatunk. Természetesen a ké-30 szülék nem korlátozódik erre a fajta megoldásra, hanem minden erre a célra alkalmas készülék használható. A képződött karbamátot tömény oldat alakjában elvezetjük a hőcserélő alsó részéből — ahol a hőmérséklet 100—250 °C és a nyomás 100—250 kg/cm2 között vál-35 tozik — és karbamiddá alakítjuk át. Ezt az átalakítást a későbbiekben ismertetjük. Az elnyelető oldat a hőcserélő felső részén kívül annak alsó részébe is bevezethető. A szén-dioxid-mentes, ammóniával telített gázáram a hőcserélő felső részén távozik és hűtőbe kerül, ahol az 40 NH3 egy része lecsapódik, melyet újra a hőcserélőbe vezetünk be, előnyösen annak alsó részébe. Megfelelő előmelegítés után a lehűlt gázokat alkalmas hőcserélőben metánosítjuk (a később ismertetendő okok miatt). A metánosító szakaszból távozó gázt — a hő 45 hűtés útján való elvezetése után — másik függőleges, csöves hőcserélőbe vezetjük be, ahol ellenáramban híg vizes ammóniaoldat-filmmel érintkezik, amely elnyeli a gázokban levő ammóniát; ezt a film-hőcserélőt is hűtjük, a hőcserélő köpenyoldalán végigfolyó hűtőfolyadék 50 segítségével, olyan módon, hogy a hőcserélőben a hőmérséklet 10—60 °C legyen; a nyomás 100—250 mg/cm2 között változik. A készülék megválasztásánál ebben az esetben sem szorítkozunk az ilyen típusú megoldásra, bármely megfelelő készülék alkalmazható. Az ammónia-55 szintézisből jövő gázok a hőcserélőbe jutnak és ellenáramban szintén vízzel vagy híg ammóniaoldattal találkoznak, amely gyakorlatilag a gázokban jelenlevő öszszes ammóniát elnyeli. 60 E második hőcserélő alsó részéből igen tömény (például 75—85 súly%-os) ammóniaoldat távozik, melyet elnyelető közegként az első film-hőcserélőbe továbbítunk, ahol az a szén-dioxidot elnyeli és karbamátot képez. 65 A második hőcserélő felső részén kiengedjük az am-2
