(57)【要約】  本発明は、尿素転化率を高め、スチーム消費量を減らすことが可能な尿素の製造方法及び製造装置を提供する。本発明では、原料アンモニアの全量をリアクターに導入し、かつストリッパーから得られる分解ガスの一部をリアクターに導入することで、リアクターの温度を上げる。原料アンモニアは、精製工程で発生したスチームコンデンセイト及び／又は凝縮工程での凝縮熱により発生せしめたスチームを用いて加熱することが好ましく、その温度は７０〜１４０℃であることが好ましい。
2017043391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入工程；
前記リアクターで二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得る合成工程；
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得る分解工程；
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製工程；
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入工程；
前記分解ガスの残りを、前記精製工程で回収された未反応物の少なくとも一部とともにコンデンサーで凝縮させて、凝縮液を得る凝縮工程；並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入工程；
を有する尿素製造方法。
【請求項２】
前記分解ガス導入工程において、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターを用いる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アンモニア導入工程において、前記精製工程で発生したスチームコンデンセイト及び／又は前記凝縮工程での凝縮熱により発生せしめたスチームを用いて前記原料アンモニアを加熱する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記アンモニア導入工程において、前記原料アンモニアを７０〜１４０℃まで加熱する請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記分解ガス導入工程において、前記分解ガスの５〜２０重量％を前記リアクターに導入する請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得るリアクター；
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入ライン；
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得るストリッパー；
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製システム；
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入ライン；
前記分解ガスの残りを、精製システムで回収された未反応物の少なくとも一部とともに凝縮させて、凝縮液を得るコンデンサー；並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入ライン；
を有する尿素製造装置。
【請求項７】
前記分解ガス導入ラインには、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターが接続されている請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記アンモニア導入ラインにおいて、前記精製システムで発生したスチームコンデンセイト及び／又は前記コンデンサーで発生せしめたスチームを用いて前記原料アンモニアを加熱可能である請求項６又は７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、尿素の製造方法及び製造装置に関する。より詳しくは、本発明は、尿素転化率を高め、スチーム消費量を減らすことが可能な尿素の製造方法及び製造装置である。
【背景技術】
【０００２】
尿素の製造に関しては、まず、下記式（１）で示すように、アンモニア（ＮＨ３）と二酸化炭素（ＣＯ２）を反応させてアンモニウムカーバメイト（ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４）とし、さらに、下記式（２）で示すように、アンモニウムカーバメイトの脱水反応により尿素（ＮＨ２ＣＯＮＨ２）と水（Ｈ２Ｏ）とする手法が採られている。
２ＮＨ３＋ＣＯ２→ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４    （１）
ＮＨ２ＣＯＯＮＨ４→ＮＨ２ＣＯＮＨ２＋Ｈ２Ｏ    （２）
いずれの反応も平衡反応であるが、式（１）の反応は発熱反応であるのに対して、式（２）の反応は吸熱反応であることから、原料であるアンモニアと二酸化炭素から尿素への転化率を上げる工夫が種々検討されている。【０００３】
特許文献１には、尿素合成域においてアンモニアと二酸化炭素とを尿素合成温度および圧力において反応させ、得られた尿素、未反応アンモニア、未反応二酸化炭素および水からなる尿素合成液をストリッピング域において原料二酸化炭素の少なくとも一部と該尿素合成圧力にほぼ等しい圧力において加熱下に接触させて該未反応アンモニアおよび該未反応二酸化炭素をアンモニア、二酸化炭素および水の混合ガスとして分離し、未分離の未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を含有する尿素合成液をさらに処理して尿素を得、一方該ストリッピング域において分離された混合ガスを縦型凝縮域（コンデンサー）の底部に導入して吸収媒体と冷却下に接触させ、それによって該混合ガスを凝縮させ、得られた凝縮液を尿素合成域（リアクター）に導入する尿素合成方法が開示される。【０００４】
特許文献１の実施例３では、原料のアンモニアが熱交換器において１７５℃に加熱された後にエジェクターに導入されている。エジェクターはコンデンサーからの凝縮液を昇圧してリアクターに送る役目を持っている。二酸化炭素（ＣＯ２）はリアクターとストリッパーに導入されている。コンデンサーの液は１８５℃に調整されており、その液がエジェクターを通りリアクターに導入されている。リアクターではアンモニウムカーバメイトの脱水反応により尿素が合成されるが、この反応は吸熱反応であるため、原料アンモニアの温度を１７５℃まで上げ、リアクターの温度を１８５℃に維持している。【０００５】
一方、特許文献２には、ストリッピング域から排出されたガス混合物の少なくとも一部を反応域に導入して凝縮させることで、尿素合成を行う反応域の温度を上げることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１８２５８７号公報
【特許文献２】欧州特許出願公開第０３２９２１５号明細書
【特許文献３】特開昭６１−１０９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、リアクターの温度が高いほど、アンモニウムカーバメイトの尿素への転化率が高くなり、未反応物が減少する。アンモニウムカーバメイトはスチーム加熱により分解するので、アンモニウムカーバメイトが少ないほど未反応物の分離に必要なスチーム量が少なくなる。また、リアクターの温度が高いほどストリッパーへの入熱が大きくなるので、ストリッパーで消費するスチームを減ずるのに有効である。【０００８】
特許文献１の実施例３において、リアクターの温度をさらに上げるために、原料アンモニアの温度を上げる方法が考えられる。しかし、すでに原料アンモニアの温度は１７５℃と高く、さらに温度を上げるには、高圧スチームによる加熱が考えられるが、スチーム消費量が増加してしまう。【０００９】
二酸化炭素の一部をリアクターに導入してリアクターの温度を上げる方法も考えられる。しかし、その分ストリッパーへの二酸化炭素量は減少する。二酸化炭素の量が減るとストリッパーでのアンモニウムカーバメイトの分解と未反応物の分離性能が低下してしまい、ストリッパー底部から出る尿素合成液にはより多くの未反応物が残ってしまう。ストリッパー底部から出る尿素合成液は下流の精製工程で分解され、分解されて得られた未反応物は水に吸収されて回収液となる。ストリッパー底部から出る尿素合成液に多くの未反応物が含まれると、未反応物を吸収させるためにより多くの吸収溶媒としての水が必要となる。その結果、回収液が増えるとともに、回収液としてリアクターに戻る水が増加してしまう。水の存在は、合成平衡上尿素への転化率を低下せしめることになるので、リアクターに戻る水は、できるだけ少ない方が好ましい。その意味で、ストリッパー底部からの尿素合成液に含まれるアンモニウムカーバメイトはできるだけ少ない方が好ましく、ストリッパーに導入する二酸化炭素は多い方が好ましい。ストリッパーに入れる二酸化炭素を減少させることは、尿素転化率の低下による未反応物の増加に伴い、尿素製造でのスチーム消費量の増加になる。また、ストリッパーでのアンモニウムカーバメイトの分解・分離によって発生するガスが少なくなり、コンデンサーでの凝縮熱が減少するため、凝縮熱によるスチーム発生の量も減ってしまう。すなわち、アンモニアの温度を高い温度まで加熱することなく、またストリッパーに導入する二酸化炭素をできるだけ減ずることなく、リアクターの温度を高める方法は存在しなかった。【００１０】
本発明は、尿素転化率を高め、スチーム消費量を減らすことが可能な尿素の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明に係る尿素製造方法は、
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入工程；
前記リアクターで二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得る合成工程；
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得る分解工程；
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製工程；
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入工程；
前記分解ガスの残りを、前記精製工程で回収された未反応物の少なくとも一部とともにコンデンサーで凝縮させて、凝縮液を得る凝縮工程；並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入工程；
を有する。【００１２】
また、本発明に係る尿素製造装置は、
二酸化炭素とアンモニアをアンモニア過剰条件下で反応させて、尿素、アンモニウムカーバメイト、水、未反応アンモニア及び未反応二酸化炭素を含む合成混合物を得るリアクター；
原料アンモニアの全量をリアクターに導入するアンモニア導入ライン；
前記合成混合物を加熱することで前記アンモニウムカーバメイトを分解し、少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスと、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液とを得るストリッパー；
前記尿素合成液からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物を回収する精製システム；
前記分解ガスの一部を前記リアクターに導入する分解ガス導入ライン；
前記分解ガスの残りを、前記精製システムで回収された未反応物の少なくとも一部とともに凝縮させて、凝縮液を得るコンデンサー；並びに
前記凝縮液を、前記原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクターにより前記リアクターに導入する凝縮液導入ライン；
を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、尿素転化率を高めスチーム消費量を減らすことが可能な尿素の製造方法及び製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る尿素製造装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る尿素製造装置の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る尿素製造装置の構成例を図１に示す。図１に示す装置は、リアクターＡと、ストリッパーＢと、精製システムＣと、コンデンサーＤを有している。
【００１６】
リアクターＡでは、アンモニア（ＮＨ３）と二酸化炭素（ＣＯ２）を反応させてアンモニウムカーバメイトを生成させ、さらにアンモニウムカーバメイトの脱水反応により尿素と水を生成させる（尿素合成工程）。尿素合成工程は、得られる合成混合物の平衡圧力の関係からアンモニア過剰にて行われる。尿素合成工程におけるＮＨ３成分とＣＯ２成分のモル比（Ｎ／Ｃ）は、３．０〜４．０とすることが好ましく、３．５〜４．０（例えば３．７）とすることがより好ましい。
【００１７】
なお、ＮＨ３成分は、実際に存在するアンモニアに加え、アンモニウムカーバメイトに転化したアンモニアおよび尿素に転化したアンモニアも含む。したがって、ＮＨ３成分のモル量は、尿素のモル量の２倍と、アンモニウムカーバメイトのモル量の２倍と、アンモニアのモル量との合計値である。また、ＣＯ２成分は、実際に存在する二酸化炭素に加え、アンモニウムカーバメイトに転化した二酸化炭素および尿素に転化した二酸化炭素も含む。したがって、ＣＯ２成分のモル量は、尿素のモル量と、アンモニウムカーバメイトのモル量と、二酸化炭素のモル量との合計である。
【００１８】
尿素合成工程で行われる２段階の反応はいずれも平衡反応であるため、この尿素合成工程において、尿素（微量のビウレットを含む）、アンモニウムカーバメイト、水及び未反応アンモニアを含む合成混合物が得られる。合成混合物に含まれるアンモニウムカーバメイトは次の分解工程で分解することになり、また未反応原料は分離する必要があるので、リアクターＡでの尿素への反応率が高いほど好ましく、そのためリアクターＡでは、一般には高温（１７５〜２００℃）・高圧（１３０〜２００ｂａｒ）で運転される。
【００１９】
原料であるアンモニアは、アンモニア導入ライン１を通じてリアクターＡ内に導入される（アンモニア導入工程）。原料である二酸化炭素は、二酸化炭素導入ライン２及び２ａを通じてリアクターＡ内に導入される。二酸化炭素は、通常、原料として必要な量の１０重量％程度を導入する。二酸化炭素及びアンモニアの一部は、後述するコンデンサーＤから凝縮液導入ライン６ａ及び原料導入ライン１ａを通じても供給される。さらに、二酸化炭素及びアンモニアの一部は、後述するストリッパーＢで分離された分解ガスの一部として、分解ガスライン４ｂ及び４ｄ、並びに原料導入ライン１ａを通じても供給される。凝縮液導入ライン６ａ及び分解ガスライン４ｄは、アンモニア導入ライン１から導入される原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクター１２ａが接続されている。
【００２０】
本発明では、原料アンモニアの全量を、アンモニア導入ライン１を通じてリアクターＡに導入する。こうすることで、Ｎ／Ｃをより高くすることができ、その結果としてＣＯ２の尿素への転化率が大きくなり、ストリッパーＢで分解ガスを分離する際のスチーム消費量が減少する。
【００２１】
本発明では、エジェクター１２ａを利用することで、アンモニア導入ライン１及びコンデンサーＤを高い位置に設置する必要がなくなり、また運転がより安定する。原料アンモニアの全量を、エジェクター１２ａを利用せずにリアクターＡに導入する場合には、凝縮液のリアクターＡへの送入を重力により行う必要が生じるため、コンデンサーＤをリアクターＡの塔頂部より少なくとも５ｍ以上、好ましくは１０ｍ高く設置しなければならない。また、この場合には、運転変動がリアクターＡとコンデンサーＤの圧力バランスに影響するため、凝縮液のリアクターＡへの導入に影響がでることがあり、運転が安定しないという問題が発生する。そのような問題を本発明により解決することができる。
【００２２】
本発明では、アンモニア予熱器１１により、リアクターＡに導入する前の原料アンモニアを加熱することが好ましい。こうすることで、リアクターＡ内の温度を高めることができ、その結果としてＣＯ２の尿素への転化率が大きくなり、ストリッパーＢで分解ガスを分離する際のスチーム消費量が減少する。原料アンモニアの加熱は、精製工程で発生したスチームコンデンセイト（精製工程での加熱及び／又は精製された尿素水溶液を加熱濃縮する濃縮工程に使用されるスチームが凝縮してできたスチームコンデンセイト）及び／又は凝縮工程での凝縮熱により発生せしめたスチーム（ＬＰスチーム）を用いることが好ましい。
【００２３】
原料アンモニアは、７０〜１４０℃まで加熱することが好ましい。より具体的には、スチームコンデンセイトにより７０〜９０℃程度まで加熱し、必要に応じて更にＬＰスチームにより１２０〜１４０℃程度まで加熱することが好ましい。
【００２４】
リアクターＡで得られた合成混合物は、合成混合物ライン３ａを通じてストリッパーＢに導入される。ストリッパーＢでは、合成混合物を加熱することでアンモニウムカーバメイトをアンモニア及び二酸化炭素に分解し、さらに少なくとも一部の原料二酸化炭素を助剤としてストリッピングすることで、アンモニア及び二酸化炭素を含む分解ガスを分離する（分解工程）。ただし、ストリッパーＢでアンモニア及び二酸化炭素の全てを合成混合物中の尿素と水から分離することはできないので、アンモニア、二酸化炭素、水及び尿素を含む尿素合成液が得られることになる。二酸化炭素はアンモニアと反応したアンモニウムカーバメイトとして尿素合成液に含まれており、通常、ストリッパーＢからの尿素合成液はアンモニウムカーバメイトとしてのアンモニアも含めてアンモニアを１０〜１５重量％程度含んでいる。
【００２５】
ストリッピングの助剤となる二酸化炭素は、二酸化炭素導入ライン２及び２ｂを通じてストリッパーＢ内に導入される。ストリッパーＢ内は、ストリッパー加熱媒体導入ライン２１から導入される加熱媒体により加熱され、当該加熱媒体はストリッパー加熱媒体排出ライン２２から排出される。加熱媒体としては、通常、スチーム（水蒸気）が用いられる。スチームの圧力は、例えば２０ｂａｒに設定される。
【００２６】
ストリッパーＢで得られた尿素合成液は、ストリッパーＢの底部に接続された尿素合成液ライン４ａから排出され、制御弁１３により減圧されてガス液混合物となる（減圧工程）。制御弁１３では、通常１５〜２０ｂａｒ（例えば１７ｂａｒ）に減圧され、１３０〜１４０℃のガス液混合物が得られる。ガス液混合物に含まれるアンモニア及び二酸化炭素の濃度は、それぞれ１０〜１５重量％とすることが好ましい。得られたガス液混合物を加熱する装置が設置されていてもよい。
【００２７】
ガス液混合物は、精製システムＣに導入される。精製システムＣでは、ガス液混合物からアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離して尿素水溶液を得るとともに、分離された未反応物が回収される（精製工程）。
【００２８】
精製システムＣでは、ガス液混合物をアンモニア、二酸化炭素及び水を含む未反応物を分離するのに適した圧力まで下げて、さらにスチームにて加熱することで実質的な尿素水溶液を得る。一般に、ガス液混合物に残留するアンモニアと二酸化炭素の量の合計が約１５重量％以上の場合には、例えば特許文献３に記載されるような１５〜２０ｂａｒ（例えば１７ｂａｒ）の中圧分解塔と２〜５ｂａｒ（例えば２．５ｂａｒ）の低圧分解塔の２段階システムとし、残留量の合計が１５重量％未満の場合には低圧分解塔のみのシステムとする。
【００２９】
精製システムＣでは、ガス液混合物に残留するアンモニアと二酸化炭素を除去するが、その際に必要な熱は、後述するコンデンサーＤで発生したＬＰスチームを利用することができる。ＬＰスチームの圧力は、コンデンサーＤの運転温度から決定される。合成系の運転圧力が高いほどコンデンサーＤの温度が高くなるので、発生するＬＰスチームの圧力も高くなるが、一般的には４〜６ｂａｒ（１５１〜１６４℃）である。精製システムＣでは、このＬＰスチームを加熱に使うが、中圧分解塔及び低圧分解塔（特に中圧分解塔）で上げられる温度には限界があり、スチームの飽和温度とプロセス温度の差を１０℃とすると、５ｂａｒのＬＰスチームの場合で中圧分解塔を１４１℃まで、６ｂａｒのＬＰスチームの場合で１５４℃まで上げるのが適当である。さらに温度を上げることはできるが、加熱器の伝熱面積が大きくなり経済的な点から採用されない。中圧分解塔の温度を上げると、中圧分解塔から出る尿素水溶液に含まれる未反応残留物のアンモニウムカーバメイト、アンモニアが減少し、下流の低圧分解塔の負荷が下がる。
【００３０】
精製システムＣで得られた尿素水溶液は、わずかにアンモニア及び二酸化炭素を含む。尿素水溶液は、尿素水溶液ライン５ａを通じて尿素濃縮工程に送られ、真空の状態での加熱により濃縮してもよい。濃縮された尿素水溶液は製品化工程に送られ、最終的な製品である固体尿素を製造してもよい。
【００３１】
中圧分解塔及び低圧分解塔で分離されたアンモニア及び二酸化炭素は、それぞれの中圧吸収器及び低圧吸収器にて溶媒としての水に吸収させることで回収する。低圧吸収器で得られた回収液は、圧力がより高い条件では吸収能力があるので、中圧吸収器に送られ吸収溶媒として使われる。中圧吸収器において中圧分解塔で分離されたアンモニア及び二酸化炭素を吸収して得られた回収液は、必要な圧力まで昇圧された上で、コンデンサーＤに送られる。コンデンサーＤに回収液として送られる水は少ないほど尿素への転化率が上がることから、低圧吸収器に送られる水の量は少ない方が好ましい。低圧吸収器に送られる水を減らすには、低圧分解塔で分離する未反応物を少なくすることが有効であるが、そのため中圧分解塔での未反応物の分離を多くするのが好ましく、それは中圧分解塔での温度を上げることで達成される。中圧分解塔の温度を上げて未反応物をできる限り除去することは、尿素合成には好都合であり、尿素合成工程で発生したスチームを使わずに中圧分解塔を加熱する方法が採られることもある。
【００３２】
精製システムＣで回収された未反応物（回収液）は、回収未反応物ライン５ｂを通じてコンデンサーＤに導入される。また、ストリッパーＢで分離された分解ガスの一部（好ましくは８０〜９５重量％）が、分解ガスライン４ｂ及び４ｃを通じてコンデンサーＤに導入される。分解ガスコンデンサーＤでは、未反応物及び分解ガスを冷却媒体により冷却して凝縮させることで、凝縮液が得られる（凝縮工程）。コンデンサーＤで得られる凝縮液中のＮ／Ｃは、２．５〜３．５とすることが好ましく、２．８〜３．２とすることがより好ましい。
【００３３】
コンデンサーＤでアンモニア及び二酸化炭素は反応してアンモニウムカーバメイトになり、さらにアンモニウムカーバメイトの一部は脱水反応により尿素となることから、コンデンサーＤで凝縮された凝縮液は一定時間（例えば２５分）滞留させることが好ましい。コンデンサーＤとしては、滞留時間が十分取れることから、気泡塔タイプの縦型凝縮反応器（凝縮器とも呼ぶ）を用いることが好ましい。この縦型凝縮反応器としては、例えば特許文献１に開示されている縦型凝縮器を好適に利用できる。
【００３４】
コンデンサーＤの冷却媒体としては、例えば水を用いることができる。コンデンサー冷却媒体導入ライン３１に水を供給することで、コンデンサー冷却媒体排出ライン３２からＬＰスチーム（４〜６ｂａｒ）が排出される。前述のように、ＬＰスチームは、中圧分解塔及び低圧分解塔の加熱に利用されるのが一般的であるが、本発明では、アンモニア予熱器１１での原料アンモニアの加熱に用いることが好ましい。
【００３５】
コンデンサーＤからの凝縮液は、まだ未反応原料を多く含んでいることから、凝縮液導入ライン６ａ及び原料導入ライン１ａを通じてリアクターＡに導入される（凝縮液導入工程）。この凝縮液の導入は、前述のとおり、原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体としたエジェクター１２ａにより行われる。コンデンサーＤから発生するオフガス（凝縮しなかったガスで、主にアンモニア、二酸化炭素及びイナートからなる）は、オフガスライン６ｂを通じて精製システムＣに戻される。
【００３６】
一方、ストリッパーＢで分離された分解ガスの一部は、分解ガスライン４ｂ及び４ｄ、並びに原料導入ライン１ａを通じて、リアクターＡに導入される（分解ガス導入工程）。分解ガスの一部をリアクターＡに直接導入することで、リアクターＡを加熱することができる。
【００３７】
このとき、分解ガスの５〜２０重量％をリアクターＡに導入することが好ましい。リアクターＡに導入する分解ガスの割合が２０重量％以下であれば、分解ガスが凝縮してリアクターＡの温度を上昇させる効果が大きくなる。リアクターＡに導入する分解ガスの割合が５重量％以上であれば、それによりリアクターＡの温度が効率よく上昇し、尿素への転化率がより高まり、スチーム消費量を効率よく減らすことが可能となる。
【００３８】
図１の装置では、凝縮液導入ライン６ａ及び分解ガスライン４ｄが同じエジェクター１２ａに接続されており、同じ原料導入ライン１ａを通じてリアクターＡに導入されているが、それに限定されない。図２の装置のように、凝縮液導入ライン６ａ及び分解ガスライン４ｄが異なるエジェクター１２ａ及び１２ｂに接続され、異なる原料導入ライン１ａ及び１ｂを通じてリアクターＡに導入されてもよい。このとき、エジェクター１２ｂは、原料アンモニアの少なくとも一部を駆動流体とすることが好ましい。なお、分解ガスライン４ｄのリアクターＡへの導入は、必ずしもエジェクター１２ｂによらなくてもよい。
【００３９】
以上のような本発明によれば、原料アンモニアの温度をあまり高い温度まで加熱することなく、またストリッパーＢに導入する二酸化炭素の量をできるだけ減ずることなく、リアクターＡの温度を高めることができる。その結果として、本発明は、尿素転化率を高め、スチーム消費量を減らすことが可能となる。
【実施例】
【００４０】
＜実施例１＞
図１に示す装置を用いて、尿素の合成を行った。合成系（リアクターＡ、ストリッパーＢ）の圧力を１６０ｂａｒに設定し、リアクターＡでのＮＨ３成分とＣＯ２成分のモル比（Ｎ／Ｃ）が３．７、Ｈ２Ｏ成分とＣＯ２成分のモル比が０．５８となる条件に設定した。なお、Ｈ２Ｏ成分は、実際に存在する水から、尿素合成に伴い生成した水を除いたものであり、Ｈ２Ｏ成分のモル量は、水のモル量から尿素のモル量を減じた値となる。【００４１】
リアクターＡに、原料として必要な二酸化炭素の１０重量％を導入し、かつ原料アンモニアの全量を温度１４０℃まで加熱して導入することで、リアクターＡの運転温度を１８２℃に維持して反応を行った。リアクターＡで得られた合成混合物をストリッパーＢに送り、２０ｂａｒのスチームで加熱しながら残りの原料二酸化炭素でストリッピングして尿素合成液と分解ガスを分離した。ストリッパーＢでのスチームの消費量は、尿素１トン当たり０．６６トンであった。【００４２】
ストリッパーＢからの分解ガスの９０重量％を縦型サブマージタイプのコンデンサーＤのシェル側に送り、精製システムＣからの回収液の存在のもとで凝縮させて、凝縮液を得た。凝縮熱は、チューブに水を流してスチームを発生することで除去した。発生したスチームは、精製工程及びその後の尿素濃縮工程に必要な加熱用スチームとして使用した。コンデンサーＤで生成した凝縮液は原料のアンモニアを１４０℃まで加熱して駆動流体としたエジェクターに１２ａによりリアクターＡに戻した。【００４３】
さらに、ストリッパーＢからの分解ガスの残り（１０重量％）をエジェクター１２ａにより凝縮液と共にリアクターＡに送ったところ、リアクターＡの温度は４℃上昇した。これにより、二酸化炭素の尿素への転化率が１％上昇し、ストリッパーＢでのスチーム（２０ｂａｒ）消費量は尿素１トン当たり０．０４５トン（約７重量％）減少した。【００４４】
＜実施例２＞
ストリッパーＢからの分解ガスの８０重量％をコンデンサーＤのシェル側に送り、残りの２０重量％をエジェクター１２ａにより凝縮液と共にリアクターＡに送ったこと以外は、実施例１と同様に実施した。その結果、リアクターＡの温度は４℃上昇した。さらに、運転圧力を１６５ｂａｒまで上げたところ、リアクターＡの温度は８℃上昇した。これにより、二酸化炭素の尿素への転化率が２％上昇し、ストリッパーＢでのスチーム（２０ｂａｒ）消費量は尿素１トン当たり０．１トン（約１５重量％）減少した。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ      リアクター
Ｂ      ストリッパー
Ｃ      精製システム
Ｄ      コンデンサー
１      アンモニア導入ライン
１ａ    原料導入ライン
１ｂ    原料導入ライン
２      二酸化炭素導入ライン
２ａ    二酸化炭素導入ライン
２ｂ    二酸化炭素導入ライン
３ａ    合成混合物ライン
４ａ    尿素合成液ライン
４ｂ    分解ガスライン
４ｃ    分解ガスライン
４ｄ    分解ガスライン
５ａ    尿素水溶液ライン
５ｂ    回収未反応物ライン
６ａ    凝縮液導入ライン
６ｂ    オフガスライン
１１    アンモニア予熱器
１２ａ  エジェクター
１２ｂ  エジェクター
１３    制御弁
２１    ストリッパー加熱媒体導入ライン
２２    ストリッパー加熱媒体排出ライン
３１    コンデンサー冷却媒体導入ライン
３２    コンデンサー冷却媒体排出ライン
【図１】
2017043391.tif 000003
【図２】
2017043391.tif 000004
【国際調査報告】
2017043391.tif 000005
2017043391.tif 000006
2017043391.tif 000007
2017043391.tif 000008