199779. lajstromszámú szabadalom • Eljárás karbamid-oldat előállítására ammóniából és szén-dioxidból
1 HU 199779 B 2 A találmány tárgya eljárás karbamid-oldat előállítására ammóniából és szén-dioxidból, melynek során ammóniát és szén- dioxidot reagáltatunk (110— 250)xl05 Pa nyomáson és 165-220°C hőmérsékleten, a karbamid-szintézis oldatot melegítés közben sztrippeljük ammóniával és/vagy szén-dioxiddal, egy első bontási zónában, ahonnan egy gázelegy távozik, melyet ismét karbamáttá, karbamiddá és vízzé alakítunk, míg a sztrippeléssel kapott és még karbamátot tartalmazó karbamid-oldatból eltávozó gázelegyet a második bontási zónába, vezetjük (l-25)xl(P Pa nyomáson, melegítés közben, így egy, főként karbamáttól mentes karbamid- oldatot nyerünk. A legtöbb ismert eljárás keretében az egymást követő lépésekben kivált, gázalakú ammóniát, széndioxidot és vízgőzt tartalmazó keverékeket abszorbeáltatják, kondenzáltalak és vizes oldat formájában visszavezetik a karbamid-szintézis zónájába. Az át nem alakult ammónia és szén-dioxid oldat alakjában való visszavezetése azonban azzal a hátránnyal jár, hogy a víz kedvezőtlenül befolyásolja a karbamát karbamiddá váló átalakulását. Ennek következtében nagyobb mennyiségű karbamátot kell elbontani és több gőzre van szükség a bontási szükséges hő biztosítására. Ezért korábban már javasolták, hogy a kihajtott gázelegyekben jelenlevő ammóniát és szén-dioxidot különítsék el, a szén-dioxid például monoetanol-amin-oldat alkalmazásával végzett szelektív abszorpciójával (669 314 sz. NSZK-beli szabadalmi leírás). Ismert továbbá az a megoldás (6 706 135 sz. közzétett holland bejelentés), amely szerint az ammónia és a szén-dioxid gázalakú elegyét vízben vagy egy vizes oldatban abszorbeáltatják, a szabad ammóniát ebből az oldatból környezeti nyomáson desztillációval eltávolítják, majd (5-20)xl03 Pa nyomáson a szén-dioxidot frakcionált desztillációval különítik el. Ezek az eljárások valóban azzal az eredménnyel járnak, hogy az ammónia és a szén- dioxid külön áll rendelkezésre, úgy, hogy lehetővé válik a visszacirkuláltatás, víz nélkül, és kompresszorok segítségével. Az első módszernek azonban hátránya az, hogy a abszorbeált szén- dioxidot hevítéssel ismét el kell távolítani az abszorbeáló közegből, míg az utolsóként említett eljárás esetében a gázelegyet először atmoszféranyomásra kell expandáltatni, majd az ammónia ledesztillálása után a visszamaradt oldatot (5- 20)xl(T Pa nyomásra kell komprimálni. Ha a széndioxid desztilláció után visszamaradt oldatot ismét felhasználjuk friss gázelegy abszorpciójára, ezt ismét atmoszféranyomásra kell expandáltatni. Továbbá: az ammónia környezeti nyomáson szabadul fel, így a karbamid-szintézísbe való visszavezetése többlet- energiát igényel. A találmány szerinti eljárás tehát karbamid előállítására vonatkozik, ammóniából és szén-dioxidból, nagy nyomáson [(110—250)x 105 Pa] és nagy hőmérsékleten (165-220°C). A karbamid-szintézis oldatot, mely karbamid és víz mellett ammónium-karbamátot és szabad ammóniát is tartalmaz - a karbamát ammóniává és szén-dioxiddá bontása érdekében kezeljük, és ezeket a vegyületeket a szabad ammóniával és a víz egy részével együttesen eltávolítjuk. Az ammóniát és szén-dioxidot vissza kell cirkuláltatni a karmabidszintézis lépésébe. A visszacirkuláltatással kapcsolatos gyakorlati probléma, hogy az ammónia és szén-dioxid elegye szilárd vegyületeket képez, amelyek eldugaszolják a vezetékeket és zavarják az egyszerű, folyamatos eljárást. így, ha ammóniát és szén-dioxid elegyet kell visszacirkuláltatni, általános szabály, hogy ezeket az elegyeket vízben oldják és oldat formájában vezetik vissza. Víz jelenléte azonban a karbamid előállítás során negatív irányba befolyásolja a szintézis hozamát, ezért a víz jelenlétét csökkenteni kell. A gyakorlatban a karbamid-szintézis oldatot - mely nagy nyomáson és hőmérsékleten képződött - a szintézis zónában, sztrippelő kezelésének vetik alá a szintézis nyomásán, ellenáramban érintkeztetve az oldatot szén-dioxid gázzal és/vagy gázalakú ammóniával, hőközlés közben, úgy, hogy az oldatban lévő karbamát ammóniává és szén-dioxiddá bomlik, és ezek a bomlástermékek gáz formában válnak ki az oldatból és távoznak a vízgőz kis mennyiségével és szén-dioxiddal és/vagy sztrippeléshez használt szén-dioxiddal és/vagy ammóniával együtt. A sztrippelő kezeléssel nyert gázelegy továbbmegy az első kondenzációs zónába, fenntartva a karbamid-szintézis nyomást és kondenzálódik és abszorbeálódik - a nagy nyomás következtében - a vizes oldat viszonylag kis mennyiségében mely a karbamid tartalmú oldat további kezeléséből ered, az így keletkezett karbamát-oldatot visszavezetik a szintéziszónába, karbamid képzésre. A sztrippelt karbamid-szintézis oldatot következésképpen kis nyomásra, (1—25)xl05 Pa nyomásra expandáltatják és a gőzt hevítik fel, a sztrippelt karbamid-oldatban karbamátként még részben jelen lévő ammóniát és szén-dioxidot eltávolítják. A sztrippeléssel kapott oldatból eltávolított gázelegy viszonylag kis, (l-iSjxlO5 Pa nyomása következtében a kondenzáció és abszorpció viszonylag nagymennyiségű vizet vagy vizes oldatot kíván, híg vizes karbamátoldatot eredményezve. Ilyen híg oldatnak a reakciózónába való visszacirkuláltatása nagymértékben befolyásolná a szintézis hozamát. Felismertük, hogy jelentősen csökkenthető a gőzfogyasztás, gazdaságosabbá és egyszerűbbé válik a karbamid előállítás, ha ezt a második gázelegyet alkotóiként különítjük el, melynek eredményeként elszaparálva, gyakorlatilag tiszta ammónia gázt, tiszta szén-dioxid gázt és tiszta vizet kapunk. Az ammónia és szén-dioxid külön visszavezethető a szintézisbe, víz hozzáadása nélkül. Ezt az eredményt á következő lépések teszik elérhetővé: a) a második karbamát elbontó zónában keletkező gázelegyet szén- dioxid elválasztó oszlopba vezetjük, hígító vizzel együtt, (5—20) : 1 víz/gáz tömeg arányban, így a szén-dioxid elválasztó oszlop alján egy folyadék fázist képezünk, amely ammóniát, szén- dioxidot és vizet tartalmaz, és külön eltávolítjuk belőle a hulladékgázt, az ammónia-mentes szén-dioxidot és a folyadék fázist; b) a szén-dioxid elválasztó oszlop alján kilépő folyadék fázist deszorpciós oszlopba vezetjük és külön eltávolítjuk belőle a hulladékgázt, amely ammóniát, szén-dioxidot és vízgőzt tartalmaz, és az ammóniát és szén-dioxidot tartalmazó folyadékfázist; c) a deszorpciós oszlopból távozó hulladékgázt ammónia mosó oszlopba vezetjük és külön eltávolítjuk belőle az ammóniát, mely lényegében szabad szén5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
