<Desc/Clms Page number 1>
S TAM I CARBON N.V., verblijf houdende te HEERLEN (Nederland) .
WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR DE CONTINUE BEREIDING VAN UREUM.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor de continue bereiding van ureum uit NH3 en CO2, waarbij de synthese plaats vindt via het ammoniumcarbamaat.
Bij de vorming van dit ammoniumcarbamaat komt veel warmte vrij, welke warmte nuttig zou kunnen worden gebruikt voor de voorverwarming van de NH3 en CO2,die bij hoge druk en lage temperatuur worden toegevoerd.
Men heeft daarom reeds voorgesteld (zie bijvoorbeeld Nederlands octrooischrift No. 67175) de ureumsynthese uit te voeren in een buizensys- teem, bestaande uit de aparte toevoerbuizen voor NH2 en CO2, welke buizen overgaan in een gemeenschappelijke buis, waarbij de vorming van ammonium- carbamaat in het eerste deel en de omzetting van het carbamaat in ureum en water in het tweede deel van deze gemeenschappelijke buis plaats vindt,ter- wijl het gehele buizensysteem zich bevindt in een gemeenschappelijk oliebad; de olie neemt daarbij de warmte op van het buisgedeelte, waarin de exother- me reactie 2 NH3 + CO2# H2N- COONH4 plaats vindt ; deze opgenomen warm- te wordt weer afgestaan aan de leidingen waardoor NH2 en CO2 worden toege- voerd en op deze wijze voorverwarmd.
Aan het gebruik van een oliebad kleven evenwel enkele nadelen. Olie is een vrij matige warmtegeleider, zodat de door de exotherme reactie vrijgekomen warmte niet snel getransporteerd wordt naar het buizengedeelte, dat warmte behoeft.
Bovendien bedraagt de -temperatuur ban het oliebad steeds 150 - 1700 C; bij deze temperatuur zal de olie een weinig ontleden en afzettingen geven op de buizen, waardoor de warmteoverdracht vermindert.
Mocht de temperatuur van het oliebad door onvoorziene omstandig- heden te veel dalen of te hoog oplopen, dan is het niet mogelijk - ondanks aangebrachte koel - of verwarmingsspiralen - de temperatuur snel te corri- geren.
<Desc/Clms Page number 2>
Bij de werkwijze en inrichting volgens de uitvinding worden boven- genoemde nadelen vermeden doordat het buizensysteem is ondergebracht in een met kokende vloeistof en damp gevuld gesloten reservoir en wel zodanig, dat het buisgedeelte waarin de exotherme reactie, namelijk de vorming van ammo- niumcarbamaat plaats vindt, is gelegen onder het vloeistofniveau, terwijl de leidingen waardoor NH3 en CO2 stromen zijn gelegen boven het vloeistofni- veau en omgeven door de damp van de kokende vloeistof.
Op deze wijze is een zeer effectieve en snelle warmteoverdracht mogelijk, doordat telkens damp condenseert tegen de te verwarmen buizen ; de gecondenseerde vloeistof wordt onder in het reservoir weer in damp omge- zet. Een tijdens de ureumsynthese eventueel te hoog oplopen van de tempera- tuur in het reservoir kan eveneens snel gecorrigeerd worden door suppletie van koud water op een in de dampruimte extra aangebracht koelspiraal.
Als warmteoverdragend medium kunnen in het algemeen die stoffen gebruikt worden, waarvan - bij de temperatuursomstandigheden waarbij de ureum- synthese plaats vindt - vloeistofphase en dampphase onder niet al te hoge druk naast elkaar kunnen voorkomen.
Als geschikte warmteoverdragende media kunnen in dit verband bij- voorbeeld water, tolueen, pyridine , amylalcohol genoemd worden.
Indien water gebruikt wordt, verdient het aanbeveling dit eerst te ontharden, om afzetting van ketelsteen te voorkomen.
Aan de hand van de tekening, waarop een toestel voor het uit= voeren van de werkwijze schematisch is afgebeeld, wordt de uitvinding nader verduidelijkt.
In deze tekening stelt 1 een gesloten reservoir in doorsnede voor, 2 is het vloeistofniveau, 3 peilglas, 4 suppletieleiding met afsluiter, 5 spui-leiding met afsluiter, 6 leiding met een veiligheidsklep.
Met 7 en 8 zijn respectievelijk de toevoerleidingen voor NH3 en CO aangegeven, die in een mengruimte 9 uitmonden.Vanuit deze mengruimte gaat het gasmengsel door een of meer spiraalvorming gewonden buizen 10, waarin de vorming van ammoniumcarbamaat plaats vindt , deze buizen gaan over in de buis 11, waarin het carbamaat zich splitst in ureum en water.
Daar de splitsing van carbamaat in ureum en water vrijwel zon- der warmteafgifte of opname verloopt en bij deze reactie alleen een hoge temperatuur gewenst is, kan het buisgedeelte 11, waarin zich deze reactie afspeelt, zowel gelegen zijn in de met vloeistof als in de met damp gevulde ruimte.
Door afsluiter 12 kan het reactiemengsel bestaande uit ureum, water, niet gesplitst carbamaat, NH3 en CO2 ontspannen worden, waarna het via leiding 13 kan worden afgevoerd om op bekende wijze verder te worden verwerkt.
Essentieel voor de werkwijze volgens de uitvinding is, dat de buizen 7 en 8,. dus de buisgedeelten die warmte behoeven, zijn gelegen in de dampruimte, terwijl de buizen 10, waar zich een exotherme reactie afspeelt, omgeven zijn door de kokende vloeistof.
De ureumsynthese verloopt als volgt in de buizen 7 en 8 wordt de onder druk van 175 atm. aangevoerde vloeibare NH3 en CO2 opgewarmd tot een temperatuur van ongeveer 13000 ; de aldus voorgewsrmde NH3 en CO2 vere- nigen zich in de buizen 10 tot ammoniumcarbamaat,.de hierbij ontstane warm- te wordt aan de omringende vloeistof afgegeven, waardoor deze vloeistof gaat koken.
De druk in het reservoir wordt bij gebruik van water als warmte- overdragend medium op 6,5 - 7,5 ata gehandhaafd.
De vorming van ammoniumcarbamaat verloopt snel in tegenstelling
<Desc/Clms Page number 3>
tot de reactie, waarbij carbamaat zich splitst in ureum en water. Het reactiemengsel kan dus snel door de buizen 10 worden gevoerd maar moet geruime tijd verblijven in de buis 11, waarin de ureum plaats vindt. In verband hiermede en in verband met de gewenste warmteoverdracht is de ver- houding uitwendig oppervlak tot het volume voor de buizen 10 veel groter dan voor de buis 11 ; de buizen 10 zijn dus nauw en de buis 11 is wijd.
Het volume van buis 11 is verder zodanig gekozen, dat het door de buis 11 stromende carbamaatmengsel voldoende tijd heeft om zich te splitsen de temperatuur van de kokende vloeistof wordt op ongeveer 165 C gehouden.
Het is van belang, dat de temperatuur in de buizen, die gemaakt zijn van Cr-N1 staal, niet stijgt boven 170 C, omdat tot deze temperatuur vrij- wel geen corrosie optreedt. Bij temperaturen boven 170 C gaan de buizen aanzienlijk corroderen.Vanzelfsprekend kan men in plaats van Cr-Ni staal ook andere corrosiebestendige metalen of alliages toepassen.
<Desc / Clms Page number 1>
S TAM I CARBON N.V., residing in HEERLEN (Netherlands).
METHOD AND ESTABLISHMENT FOR THE CONTINUOUS PREPARATION OF UREA.
The invention relates to a method and apparatus for the continuous preparation of urea from NH3 and CO2, the synthesis taking place via the ammonium carbamate.
During the formation of this ammonium carbamate a lot of heat is released, which heat could be used usefully for the preheating of the NH3 and CO2, which are supplied at high pressure and low temperature.
It has therefore already been proposed (see, for example, Dutch Patent No. 67175) to carry out the urea synthesis in a tube system, consisting of the separate supply tubes for NH2 and CO2, which tubes merge into a common tube, whereby the formation of ammonium carbamate in the first part and the conversion of the carbamate to urea and water takes place in the second part of this common pipe, while the entire pipe system is in a common oil bath; the oil absorbs the heat from the pipe section in which the exothermic reaction 2 NH3 + CO2 # H2N-COONH4 takes place; this absorbed heat is returned to the pipes through which NH2 and CO2 are supplied and preheated in this way.
However, the use of an oil bath has some drawbacks. Oil is a fairly moderate heat conductor, so that the heat released by the exothermic reaction is not rapidly transported to the pipe section, which requires heat.
Moreover, the temperature of the oil bath is always 150-1700 C; at this temperature the oil will slightly decompose and deposit on the pipes, reducing heat transfer.
If the temperature of the oil bath falls too much or rises too high due to unforeseen circumstances, it will not be possible - despite having cooling or heating coils installed - to correct the temperature quickly.
<Desc / Clms Page number 2>
In the method and device according to the invention, the above-mentioned drawbacks are avoided in that the pipe system is accommodated in a closed container filled with boiling liquid and vapor, in such a way that the pipe section in which the exothermic reaction, namely the formation of ammonium carbamate takes place. , is located below the liquid level, while the lines through which NH3 and CO 2 flow are located above the liquid level and surrounded by the vapor of the boiling liquid.
In this way a very effective and fast heat transfer is possible, because each time vapor condenses against the pipes to be heated; the condensed liquid is converted back to vapor at the bottom of the reservoir. A possibly too high temperature in the reservoir during the urea synthesis can also be quickly corrected by supplementing cold water on an additional cooling coil in the vapor space.
The heat transfer medium which can generally be used is those substances of which - at the temperature conditions at which the urea synthesis takes place - liquid phase and vapor phase can co-exist under not too high a pressure.
Suitable heat-transferring media in this connection include, for example, water, toluene, pyridine, amyl alcohol.
If water is used, it is recommended to soften it first to prevent scale deposits.
The invention will be further elucidated with reference to the drawing, which schematically shows an apparatus for carrying out the method.
In this drawing, 1 represents a closed reservoir in cross section, 2 is the liquid level, 3 gauge glass, 4 make-up line with shut-off valve, 5 blowdown line with shut-off valve, 6 line with a safety valve.
7 and 8 respectively indicate the supply lines for NH3 and CO, which discharge into a mixing space 9. From this mixing space the gas mixture passes through one or more spirally wound tubes 10, in which the formation of ammonium carbamate takes place, these tubes merge into the tube 11, in which the carbamate splits into urea and water.
Since the cleavage of carbamate into urea and water takes place virtually without heat release or uptake, and only a high temperature is desired in this reaction, the tube portion 11 in which this reaction takes place can be located in the liquid as well as in the medium. vapor-filled space.
The reaction mixture consisting of urea, water, non-cleaved carbamate, NH3 and CO2 can be expanded through valve 12, after which it can be discharged via line 13 for further processing in a known manner.
It is essential for the method according to the invention that the tubes 7 and 8 ,. thus the tube portions requiring heat are located in the vapor space, while the tubes 10, where an exothermic reaction is taking place, are surrounded by the boiling liquid.
The urea synthesis proceeds as follows in the tubes 7 and 8, the pressure is 175 atm. supplied liquid NH3 and CO2 heated to a temperature of approximately 13000; the NH3 and CO2 thus pre-formed combine in the tubes 10 to form ammonium carbamate, the heat generated in this process being released to the surrounding liquid, causing this liquid to boil.
The pressure in the reservoir is maintained at 6.5-7.5 bar when water is used as heat transfer medium.
In contrast, the formation of ammonium carbamate proceeds quickly
<Desc / Clms Page number 3>
to the reaction where carbamate splits into urea and water. The reaction mixture can thus be passed quickly through the tubes 10 but must remain in the tube 11 in which the urea takes place for a considerable time. For this reason and for the desired heat transfer, the external surface area to volume ratio for the tubes 10 is much greater than for the tube 11; thus the tubes 10 are narrow and the tube 11 is wide.
The volume of tube 11 is further chosen such that the carbamate mixture flowing through tube 11 has sufficient time to split and the temperature of the boiling liquid is maintained at about 165 ° C.
It is important that the temperature in the tubes, which are made of Cr-N1 steel, does not rise above 170 ° C, because up to this temperature there is virtually no corrosion. At temperatures above 170 ° C the pipes will corrode considerably. It goes without saying that other corrosion-resistant metals or alloys can be used instead of Cr-Ni steel.