(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、こうして得られた凝縮液を尿素合成域に循環する尿素合成方法において、下方に尿素合成域が、その上方に縦型凝縮域が設置され、かつ、該凝縮域の頂部および該尿素合成域の底部にそれぞれ開口を有し、該凝縮域と該尿素合成域とを連通するための第１のダウンパイプが設置され、該凝縮液は該凝縮域の頂部から該ダウンパイプを通って該尿素合成域の底部に重力により流下し、流下した凝縮液は該尿素合成域を上昇しながら尿素合成反応に付せられ、生成した尿素合成液を該尿素合成域の頂部に開口を有する第２のダウンパイプを通して該ストリッピング域の頂部に重力で流下させることを特徴とする改良された尿素合成方法。
【請求項２】
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とにほぼ等しい圧力において加熱下に接触させて未反応アンモニアおよび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、こうして得られた凝縮液を尿素合成域に循環する尿素合成方法において、原料液体アンモニアを１５０〜３００バールの圧力において予熱してエジェクターに供給し、該液体アンモニアをエジェクターの吐出圧力と吸い込み圧力との差圧が２〜１０バールとなるようにエジェクターを通して膨張させ、それによって該縦型凝縮器の頂部からの凝縮液を吸引し、該エジェクターからの該液体アンモニアと該凝縮液の混合物を該尿素合成域の底部に導入し、導入された該混合物は該尿素合成域を上昇しながら尿素合成に付せられ、生成した尿素合成液を該尿素合成域の頂部から該ストリッピング域の頂部へ供給することを特徴とする改良された尿素合成方法。
【請求項３】
該尿素合成域および該凝縮域が、下部が尿素合成域で、上部が凝縮域であり、これらの両域の間にこれらを仕切るための隔壁を有し、そして該凝縮域の頂部および該尿素合成域の底部のそれぞれに開口を有し、かつ該凝縮域と該尿素合成域とを連通するための第１のダウンパイプを有して一体化されている請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該尿素合成域および該凝縮域が、尿素合成域と、その上部に別個に設置されるが、該尿素合成域と一体化された凝縮域と、これらの両方を連通し、該凝縮域の頂部および該尿素合成域の底部とのそれぞれに開口を有する第１のダウンパイプとからなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該尿素合成域、該ストリッピング域および該凝縮域が地上に設置される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
該尿素合成域および該凝縮域が、下部が尿素合成域、上部が凝縮域であり、これらの両域の間にこれらを仕切るための隔壁を有し、そして該凝縮域の頂部に開口を有し、かつ該凝縮域と該エジェクターとを連結するための第１ダウンパイプを有して一体化されている請求項２に記載の方法。
【請求項７】
該尿素合成域および凝縮域が、尿素合成域と、その上部に別個に設置されるが、該尿素合成域と一体化された凝縮域と、該凝縮域の頂部に開口を有し、該凝縮域と該エジェクターとを連結する第１のダウンパイプとからなる請求項２に記載の方法。
【請求項８】
該凝縮域における凝縮液の温度は１６５℃〜１９０℃に調整され、Ｎ／Ｃ（アンモニアと二酸化炭素のモル比）が２．５〜４．５、Ｈ／Ｃ（水と二酸化炭素のモル比）が１．０以下、滞留時間が１０〜３０分とされる請求項１、３または４に記載の方法。
【請求項９】
該凝縮域における圧力は１３０〜２５０バール、凝縮液の温度は１６５〜１９０℃に調整され、Ｎ／Ｃ（アンモニアと二酸化炭素のモル比）が２．５〜３．５、Ｈ／Ｃ（水と二酸化炭素のモル比）が１．０以下、滞留時間が１０〜３０分とされる請求項２および５〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
該凝縮域において凝縮液の二酸化炭素基準で２０〜６０％の合成率で尿素合成反応が行われる請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
該尿素合成域において、該凝縮域から第１のダウンパイプを経て流下する凝縮液に原料二酸化炭素の一部または原料アンモニアが添加され、凝縮液の温度は１７０℃〜２００℃に調整され、Ｎ／Ｃが３．５〜４．５、Ｈ／Ｃが１．０以下、滞留時間が１０分〜４０分とされる請求項１、３、４、８および９のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
該尿素合成域において、該凝縮域から第１のダウンパイプを経て流下する凝縮液に原料二酸化炭素の一部または原料アンモニアが添加され、尿素合成域の温度は１８０〜２００℃に調整され、Ｎ／Ｃが３．５〜５．０、Ｈ／Ｃが１．０以下、滞留時間が１０〜４０分とされる請求項２、５〜７および９のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
尿素合成域において二酸化炭素基準で６０％〜７５％の全尿素合成率が達成される請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
該尿素合成域、該凝縮域および該ストリッピング域の相対的位置関係が、地上から該凝縮域頂部まで高さを１００％としたとき、該凝縮域底部までの高さが５０〜８０％、該ストリッピング域頂部までの高さが２０〜５０％、該合成域底部までの高さが５〜３０％、該ストリッピング域底部までの高さが３〜１０％で、該凝縮部底部とストリッピング頂部の高さの差が１０〜６０％である請求項３、４、６または７のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
（ａ）縦型の尿素合成塔、（ｂ）該尿素合成塔の上方に設置した、冷却器を有する縦型の凝縮器、（ｃ）該尿素合成塔からの尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を原料二酸化炭素によるストリッピングによりアンモニアと二酸化炭素と水との混合ガスとして分離するためのストリッパー、（ｄ）該凝縮器の頂部および該尿素合成塔の底部のそれぞれに開口を有し、かつ該凝縮器と該尿素合成塔とを連通して該凝縮器の頂部から凝縮液を該尿素合成塔の底部へ重力により流下させるための第１のダウンパイプ、（ｅ）該尿素合成液の底部に原料アンモニアまたは原料二酸化炭素を導入するための配管、（ｆ）該尿素合成塔の頂部に開口を有し、尿素合成液を該ストリッパーの頂部に重力により導入するための第２のダウンパイプ、（ｇ）該凝縮器の底部に該ストリッパーから該混合ガスを導入するための配管、（ｈ）該凝縮器の底部に吸収媒体または吸収媒体と原料アンモニアとを導入するための配管、（ｉ）該凝縮器の頂部に接続されたイナートガスを排出するための配管、（ｊ）該ストリッパーの底部に接続された、原料二酸化炭素の少なくとも一部を導入するための配管、および（ｋ）該ストリッパーの底部から、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水溶液をさらに処理するために排出するための配管からなる尿素合成装置。
【請求項１６】
（ａ）地上に設置された縦型の尿素合成塔、（ｂ）地上に設置された、冷却器を有する縦型凝縮器、（ｃ）該尿素合成塔からの尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を原料二酸化炭素によるストリッピングによりアンモニアと二酸化炭素と水との混合ガスとして分離するためのストリッパー、（ｄ）原料液体アンモニアを予熱するための熱交換器、（ｅ）予熱された原料液体アンモニアを駆動流体とし、該凝縮器からの凝縮液を被駆動流体とするエジェクター、（ｆ）該凝縮器の頂部に開口し、該凝縮液をエジェクターに供給するためのダウンパイプ、（ｇ）該原料液体アンモニアを熱交換器を通してエジェクターに供給するための配管、（ｈ）エジェクターからの原料液体アンモニアと凝縮液との混合物を該尿素合成管の底部に供給するための配管、（ｉ）該尿素合成塔から尿素合成液を該ストリッパーに供給するための配管、（ｊ）原料二酸化炭素を該ストリッパーおよび所望により該尿素合成塔に供給するための配管、（ｋ）該ストリッパーで分離された混合ガスを該凝縮器底部に供給するための配管、（ｌ）該ストリッパーの底部から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水溶液を、さらに処理するために排出するための配管、および（ｍ）該凝縮器の底部に吸収媒体を供給するための配管からなる尿素合成装置。
【請求項１７】
（ａ）縦型の尿素合成塔、（ｂ）該尿素合成塔の上方に設置した、冷却器を有する縦型凝縮器、（ｃ）該尿素合成塔からの尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を原料二酸化炭素によるストリッピングによりアンモニアと二酸化炭素と水との混合ガスとして分離するためのストリッパー、（ｄ）原料液体アンモニアを予熱するための熱交換器、（ｅ）予熱された原料液体アンモニアを駆動流体とするエジェクター、（ｆ）該凝縮器の頂部に開口を有し、該凝縮器の頂部から凝縮液をエジュクターの吸い込み側に供給するための第１のダウンパイプ、（ｇ）エジェクターの吐出側から該尿素合成塔の底部に原料液体アンモニアと該凝縮液とを導入するための配管、（ｈ）該尿素合成塔の頂部に開口を有し、尿素合成液を該ストリッパーの頂部に導入するための第２のダウンパイプ、（ｉ）該凝縮器の底部に該ストリッパーからの該混合ガスを導入するための配管、（ｊ）該凝縮器の底部に吸収媒体または吸収媒体と原料アンモニアとを導入するための配管、（ｋ）該凝縮器の頂部に接続されたイナートガスを排出するための配管、（ｌ）該ストリッパーの底部に接続された、原料二酸化炭素の少なくとも一部を導入するための配管、および（ｍ）該ストリッパーの底部から、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水溶液をさらに処理するために排出するための配管からなる尿素合成装置。
【請求項１８】
該尿素合成塔と該凝縮器とが一体となって縦型凝縮合成反応装置を形成し、下部の尿素合成塔の機能を有する尿素合成域と上部の凝縮器の機能を有する凝縮域との間に、これらを仕切る隔壁を設けた請求項１５または１７に記載の尿素合成装置。
【請求項１９】
該尿素合成塔の上方に該凝縮器が別個に設置され、かつ尿素合成塔と凝縮器とが一体化される請求項１５または１７に記載の尿素合成装置。
【請求項２０】
該凝縮器が、その内部に気液接触を良好にするためのバッフルプレートを有する請求項１５〜１９のいずれかに記載の尿素合成装置。
【請求項２１】
該尿素合成塔が、その内部に気液接触を良好にするためのバッフルプレートを有する請求項１５〜２０のいずれかに記載の尿素合成装置。
【請求項２２】
該尿素合成塔、該凝縮器およびストリッパーの相対的位置関係が、地上から該凝縮器頂部までの高さを１００％としたとき、該凝縮器底部までの高さが５０〜８０％、該ストリッパー頂部までの高さが２０〜５０％、該合成域底部までの高さが５〜３０％、該ストリッパー底部までの高さが３〜１０％、凝縮器底部とストリッパー頂部との高さの差が１０〜６０％である請求項１６および１８〜２０のいずれかに記載の尿素合成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、未反応アンモニアおよび二酸化炭素を尿素合成圧とほぼ等しい圧力において二酸化炭素によりストリッピングを行って分離することを含む尿素合成法において、合成塔等を地上置きすることが可能な、改良された尿素合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニアと二酸化炭素とを尿素合成圧力および尿素合成温度下の尿素合成域で反応させ、得られた尿素合成液から未反応のアンモニウムカーバメートをアンモニアおよび二酸化炭素の混合ガスとして分離し、この混合ガスを吸収媒体に吸収して尿素合成域に循環し、一方、アンモニウムカーバメートを分離した尿素合成液から尿素溶液を得る方法は、良く知られているところであり、種々の尿素合成方法に関する提案がある。
【０００３】
ところで、尿素合成方法および生産規模によっても異なるが、尿素プラントは、合成塔、カーバメートコンデンサーおよびストリッパーからなり、これらのうち、合成塔およびカーバメートコンデンサーは、これらの底部が地上から２０〜３０ｍの高さに設置されることがあった。地上から２０〜３０ｍの高さに設置される場合、鉄骨等の構造物のみで該機器を支える構造を採用することはなく、基礎であるコンクリート等をこの高さまで築くか、あるいは鉄骨構造物との組み合わせが用いられていた。このような背景から、機器の設置および補修に手間がかかること等の理由で、尿素合成塔等を地上置きにする尿素合成プロセスが開発されるようになってきた。
【０００４】
地上置きを示唆するプロセスの一例として、特開昭５３−１４９９３０号公報に開示される尿素の改良合成法が挙げられる。この方法によると、アンモニアと二酸化炭素を高いアンモニア／二酸化炭素モル比（以下、Ｎ／Ｃと略記する）によって反応させ、合成生成物を合成圧と実質上同じ圧力でストリッピング剤の存在下に熱処理し、残留物質と、合成生成物から遊離される過剰の物質とを二つの別個の流れとして等圧で再循環させることからなる、中間体アンモニウムカーバメートを伴って尿素を合成するための等圧複再循環方法において、
（１）尿素合成生成物の処理を尿素合成圧と等圧である二つの連続的な段階で行い、その第一段階では上記生成物を加熱して残留アンモニウムカーバメートの実質上全部を分解させ、かつ、その分解生成物を過剰アンモニアの一部とともに排出させるようにして、そして第二段階では過剰アンモニアの残りの部分を補足的な熱の供給および二酸化炭素流れの注入により排出させるようにし、
（２）第一段階でストリッピングされた気相を合成に直ちに循環し、そして第二段階でストリッピングされた気相を凝縮および残留ガスパージ処理に付してから合成に液体状態で再循環する。
【０００５】
なお、合成圧力は、１００〜２５０ｋｇ／ｃｍ2 、好ましくは１８０〜２２５ｋｇ／ｃｍ2 、合成温度は、１７０℃〜２０５℃、好ましくは１８０〜２００℃である。
【０００６】
合成部は、二つの合成管を別々に連続した２段にするか一つの合成管中の下方に完全に上下を仕切る仕切板が設けて２段とする。上方に位置する合成管（以下、第１帯域と称す）と下方に位置する合成管（以下、第２帯域と称す）における合成条件は、第１帯域のＮ／Ｃより第２帯域のＮ／Ｃが常に大となるようにされる。第１帯域においてＮ／Ｃは４〜７、第２体域においてＮ／Ｃは６〜８である。一方、ストリッパーは、二つ設けられ、液相に溶解されたアンモニアの過剰量が二つのストリッピング段階の第１段階で回収されて、第１帯域に供給され、ストリッピング段階の第２段階でストリッピングされた気相を凝縮および残留ガスパージ処理をしてから凝縮液を第１帯域に循環する。
【０００７】
この方法の付随的効果として、上記公報の６頁左上欄に、上下２つの部分をもつ反応器の使用により、反応器を高所に設置するのに通常必要とされる大規模で取り扱いにくい足場の設置を回避できる、と記載されており、自立式であることを示唆している。
【０００８】
地上置きを示唆するプロセスの別の例として、ヨーロッパ特許ＥＰ−０３２９２１５Ａ１が挙げられる。この特許公報は、カーバメート凝縮器を高所に置き、ストリッパーガスの一部をエジェクターを使用することにより、合成部に導くプロセスを開示しており、合成塔、ストリッパー等を地上に直に設置できることを示唆している。
【０００９】
上記２件の従来技術は、合成塔、ストリッパー等を地上に直に設置できることを示唆するが、カーバメート凝縮器を高所に置くことが必要であり、また、エジェクターを用いることが必要とされる場合もある。
【００１０】
次に、特開昭６０−２０９５５５号公報に開示される尿素の製法について説明する。上記２件の従来技術とは異なり、この方法は、高い尿素合成率の達成、ストリッピング処理で得られるガス混合物の凝縮熱の回収を小さい熱交換面積で可能にするものである。この方法においては、アンモニムカーバメートおよび遊離アンモニア（過剰アンモニア）を含む尿素合成溶液を１２５〜３５０バールの圧力の合成ゾーンで二酸化炭素および過剰のアンモニアから形成し、尿素合成溶液中に存在するアンモニウムカーバメートの少なくとも一部を合成ゾーンの圧力以下の圧力のストリッピングゾーンで熱の供給およびストリッピングガスとの向流接触によって分解し、アンモニウムカーバメート分解生成物を過剰のアンモニアの一部およびストリッピングガスとともにガス混合物としてストリッピングゾーンから除去し、得られたガス混合物の少なくとも一部を凝縮ゾーンで凝縮させ、ストリップした尿素合成溶液を尿素溶液または固体尿素を得るために処理して尿素を製造するに当って、凝縮ゾーンにおいても反応条件下に達成しうる尿素の平衡量の少なくとも３０％を形成させ、アンモニウムカーバメートおよび尿素を含む混合物を合成ゾーンへ供給する。なお、凝縮ゾーンの凝縮は、合成圧または合成圧より低いストリッピング処理の圧力で実施する。また、凝縮は浸漬凝縮器、特に、水平に配置した管熱交換器の胴側で行う。さらに、凝縮を反応ゾーンと一体の凝縮ゾーンで実施することもできる。
【００１１】
ところで、この公報の４ページ左上の欄において浸漬凝縮器は、水平または垂直に配置することができること、凝縮を水平浸漬凝縮器で実施するのが特によいことが記載されている。また、垂直凝縮ゾーンを適用する場合、合成ゾーンおよび凝縮ゾーンを１つの装置内に収容することができるので、コンパクトな構造が得られる、との記載がある。しかしながら、垂直凝縮ゾーンを適用する例すなわち、合成ゾーンおよび凝縮ゾーンを１つの装置内に収容することを示唆しているのみである。
【００１２】
さらに、水平配置の浸漬凝縮器を使用すると、直接作業床に配置できるので、装置の高さが減少し、装置費用が低下し、組立および分解が簡単である、との記載もあるが、この記載は、装置類の地上置きを示すものではない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、尿素合成圧と等しい圧力における未反応アンモニアおよび二酸化炭素の原料二酸化炭素によるストリッピング工程およびストリッピング工程からの混合ガスの凝縮工程を含む尿素合成法において、装置を地上置きが可能な改良方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によって、下記の尿素合成方法およびそのための装置が提供される。
【００１５】
本発明の改良された尿素合成方法は、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、こうして得られた凝縮液を尿素合成域に循環する尿素合成方法において、下方に尿素合成域が、その上方に縦型凝縮域が設置され、かつ、該凝縮域の頂部および該尿素合成域の底部にそれぞれ開口を有し、該凝縮域と該尿素合成域とを連通するための第１のダウンパイプが設置され、該凝縮液は該凝縮域の頂部から該ダウンパイプを通って該尿素合成域の底部に重力により流下し、流下した凝縮液は該尿素合成域を上昇しながら尿素合成反応に付せられ、生成した尿素合成液を該尿素合成域の頂部に開口を有する第２のダウンパイプを通して該ストリッピング域の頂部に重力で流下させことを特徴とする改良された尿素合成方法とするものである。
【００１６】
また、本発明の尿素合成装置は、（ａ）縦型の尿素合成塔、（ｂ）該尿素合成塔の上方に設置した、冷却器を有する縦型の凝縮器、（ｃ）該尿素合成塔からの尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を原料二酸化炭素によるストリッピングによりアンモニアと二酸化炭素と水との混合ガスとして分離するためのストリッパー、（ｄ）該凝縮器の頂部および該尿素合成塔の底部のそれぞれに開口を有し、かつ該凝縮器と該尿素合成塔とを連通して該凝縮器の頂部から凝縮液を該尿素合成塔の底部へ重力流下させるための第１のダウンパイプ、（ｅ）該尿素合成塔の底部に原料アンモニアまたは原料二酸化炭素を導入するための配管、（ｆ）該尿素合成塔の頂部に開口を有し、尿素合成液を該ストリッパーの頂部に重力により導入するための第２のダウンパイプ、（ｇ）該凝縮器の底部に該ストリッパーから該混合ガスを導入するための配管、（ｈ）該凝縮器の底部に吸収媒体または吸収媒体と原料アンモニアとを導入するための配管、（ｉ）該凝縮器の頂部に接続されたイナートガスを排出するための配管、（ｊ）該ストリッパーの底部に接続された、原料二酸化炭素の少なくとも一部を導入するための配管、および（ｋ）該ストリッパーの底部から、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水溶液をさらに処理するために排出するための配管からなるものである。
【００１７】
さらに、本発明の改良されたいま一つの尿素合成方法は、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とにほぼ等しい圧力において加熱下に接触させて未反応アンモニアおよび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、こうして得られた凝縮液を尿素合成域に循環する尿素合成方法において、原料液体アンモニアを１５０〜３００バールの圧力において予熱してエジェクターに供給し、該液体アンモニアをエジェクターの吐出圧力と吸い込み圧力との差圧が２〜１０バールとなるようにエジェクターを通して膨張させ、それによって該縦型凝縮器の頂部からの凝縮液を吸引し、該エジェクターからの該液体アンモニアと該凝縮液の混合物を該尿素合成域の底部に導入し、導入された該混合物は該尿素合成域を上昇しながら尿素合成に付せられ、生成した尿素合成液を該尿素合成域の頂部から該ストリッピング域の頂部へ供給することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明による尿素合成装置は、（ａ）地上に設置された縦型の尿素合成塔、（ｂ）地上に設置された、冷却器を有する縦型凝縮器、（ｃ）該尿素合成塔からの尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を原料二酸化炭素によるストリッピングによりアンモニアと二酸化炭素と水との混合ガスとして分離するためのストリッパー、（ｄ）原料液体アンモニアを予熱するための熱交換器、（ｅ）予熱された原料液体アンモニアを駆動流体とし、該凝縮器からの凝縮液を被駆動流体とするエジェクター、（ｆ）該凝縮器の頂部に開口し、該凝縮液をエジェクターに供給するためのダウンパイプ、（ｇ）該原料液体アンモニアを熱交換器を通してエジェクターに供給するための配管、（ｈ）エジェクターからの原料液体アンモニアと凝縮液との混合物を該尿素合成管の底部に供給するための配管、（ｉ）該尿素合成塔から尿素合成液を該ストリッパーに供給するための配管、（ｊ）原料二酸化炭素を該ストリッパーおよび所望により該尿素合成塔に供給するための配管、（ｋ）該ストリッパーで分離された混合ガスを該凝縮器底部に供給するための配管、（ｌ）該ストリッパーの底部から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水溶液を、さらに処理するために排出するための配管、および（ｍ）該凝縮器の底部に吸収媒体を供給するための配管からなるものである。
【００１９】
また、本発明によるいま一つの尿素合成装置は、（ａ）縦型の尿素合成塔、（ｂ）該尿素合成塔の上方に設置した、冷却器を有する縦型の凝縮器、（ｃ）該尿素合成塔からの尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび未反応二酸化炭素を原料二酸化炭素によるストリッピングによりアンモニアと二酸化炭素と水との混合ガスとして分離するためのストリッパー、（ｄ）原料液体アンモニアを予熱するための熱交換器、（ｅ）予熱された原料液体アンモニアを駆動流体とするエジェクター、（ｆ）該凝縮器の頂部に開口を有し、該凝縮器の頂部から凝縮液をエジュクターの吸い込み側に供給するための第１のダウンパイプ、（ｇ）エジェクターの吐出側から該尿素合成液の底部に原料液体アンモニアと該凝縮液とを導入するための配管、（ｈ）該尿素合成塔の頂部に開口を有し、尿素合成液を該ストリッパーの頂部に導入するための第２のダウンパイプ、（ｉ）該凝縮器の底部に該ストリッパーからの該混合ガスを導入するための配管、（ｊ）該凝縮域の底部に吸収媒体または吸収媒体と原料アンモニアを導入するための配管、（ｋ）該凝縮器の頂部に接続されたイナートガスを排出するための配管、（ｌ）該ストリッパーの底部に接続された、原料二酸化炭素の少なくとも一部を導入するための配管、および（ｍ）該ストリッパーの底部から、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水溶液をさらに処理するために排出するための配管からなるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明において、二酸化炭素基準での尿素合成率とは、全二酸化炭素モル量のうち尿素に転化した二酸化炭素モル量のパーセンテージである。以下単に尿素合成率という。またイナートガスとは、尿素合成塔、ストリッパー、凝縮器等の腐食を防止するために導入された空気と、原料二酸化炭素中に元々含まれている不純物との総称である。
【００２１】
縦型の凝縮器とは、胴側にアンモニウムカーバメート液および合成液を流す型の熱交換器、例えばシェル・アンド・チューブ型熱交換器であり、縦に設置されるものをいう。
【００２２】
図１および２は、本発明の実施形態を示すフローシートであり、凝縮器、尿素合成塔、ストリッパー等の各設置位置（地上からの高さ）を示している。各機器については、後に詳述するが、これらの実施態様において各機器が地上置きできる理由について以下に説明する。
【００２３】
尿素合成塔ＡからストリッパーＣへ液を重力のみで落下させるためにはヘッド差がなければ、液は流れない。従来、合成塔の底部からストリッパー頂部に液を流す場合、合成塔の位置、とりわけ、合成塔の底部およびストリッパーの頂部、とりわけ、ストリッパーへの供給部の位置の差が上記ヘッド差となっていた。通常、尿素生産量１０００ｔ／ｄ〜１７００ｔ／ｄのプロセスでは上記ヘッド差としては１０ｍ〜１５ｍが採用されていた。なお、生産量の規模が異なってもヘッド差が大きく異なることはない。
【００２４】
上記ヘッド差を得るため、まず、凝縮器Ｂと合成塔Ａとを一体化させて、両者に直結する第１のダウンパイプ３を有する一体型の縦型凝縮合成反応装置とした。また、合成塔では内部仕切板（合成塔のライニング材と同材質、例えば、３１６ＬＳＳ改良型からなる。）３０近傍の下方に設けた第２のダウンパイプ４０は、合成部においてストリッパーＣの頂部に設けられた供給口より下方の位置まで浸され、その位置からストリッパーの頂部に設けられた供給口に連結する構造としている。この構造を採ることにより、上記第２のダウンパイプがシールの役目をなし１０ｍ〜１５ｍのヘッド差を確保できるため、地上置きが可能となった。
【００２５】
この縦型凝縮合成反応装置において、内部仕切り板の位置は、尿素の生産量によっても多少異なるが、地上から１０ｍ〜３０ｍが選択される。例えば、生産量１７００ｔ／ｄのプラントでは地上から約２７ｍに設置される。
【００２６】
本発明においては縦型凝縮器が用いられるが、この理由は以下のとおりである。二酸化炭素ストリッピングを用いる尿素合成プロセスにおいて、凝縮器に供給されるものは、吸収媒体としてのアンモニムカーバメート溶液およびストリッパーから流入するストリッピングガスである二酸化炭素、過剰のアンモニア、アンモニウムカーバメートが分解して生成する二酸化炭素、アンモニア、水およびイナートガスからなる混合ガスである。凝縮器においては、その運転温度、運転圧力等の条件にもよるが、上記アンモニウムカーバメート溶液および凝縮器において凝縮した液が、凝縮器に供給される上記混合ガスを吸収することでＮ／Ｃを上げることでしか高い尿素合成率（二酸化炭素基準）で尿素を生成することはない。また、滞留時間を長くとることが、尿素を合成するために必要となる。
【００２７】
このような観点から、胴側に上記液を流される縦型凝縮器は、設置面積が小さいことに加え、ガス吸収に必要な液深を確保できること、縦型凝縮器の胴側ではその底部から上記混合ガスが供給され上昇流の気液並流となるため、邪魔板等を設置すること、により該気液の接触時間を長くとることができる。したがって、より多くの尿素が生成するように滞留時間を長くとることができることになる。
【００２８】
さらに、凝縮器の頂部でイナートガスを分離することにより、後述する合成塔Ａでのガスの占める割合が大幅に減少し、本来、液相反応である尿素合成反応が進行し易くなる。また、凝縮器で防食空気と上記アンモニウムカーバメート溶液および凝縮器において凝縮した液が充分混合されるため、イナートガスを分離しても合成塔での防食に必要な溶存酸素が該液中に存在し、合成塔の腐食が防止できる。
【００２９】
ダウンパイプについて記載する。凝縮器Ｂで尿素合成率２０％〜６０％の尿素、未反応アンモニア、未反応二酸化炭素等を含む合成液は、オーバーフローして第１のダウンパイプ３を通り重力によって流下し、合成塔Ａに導入される。
【００３０】
また、第１のダウンパイプを合成塔の下部の充分に深いところまで到達させることにより液シールを形成し、液およびガスの逆流を防止する。第１のダウンパイプの材質は、尿素合成塔のライニングと同材質、通常３１６ＬＳＳ改良型が選択される。
【００３１】
なお、このダウンパイプは機器の外部を通る配管でもよい。この場合、高圧のステンレス配管を用いることで充分である。
【００３２】
合成塔Ａ中には、液シール効果を持たせるため、仕切り板３０近傍の下方に開口を有する第２のダウンパイプが４０設置される。この第２のダウンパイプを経てストリッパーへ重力で尿素合成液が流れる。
【００３３】
なお、合成塔では、１８０℃〜２００℃になるように原料アンモニアまたは原料二酸化炭素を供給することができる。合成塔に上記原料が供給されると、凝縮器から合成塔に流下してきた液と、合成塔を上昇する気液混相流体との間に密度差（以下、ドラフト力と称す）が生ずる。このドラフト力について、図１において、原料アンモニアライン１を経て合成塔に供給する場合を例にとって説明する。原料液体アンモニアは熱交換器Ｄにて予熱され合成塔に供給される。このとき、合成塔においては、前記凝縮器でのＮ／Ｃ（２．５〜４．５）より高いＮ／Ｃ（３．５〜４．５）に保たれ、合成塔での液密度は概ね８７０ｋｇ／ｍ3 である。凝縮器での液の密度は概ね１０００ｋｇ／ｍ3 であり、この密度の差がドラフト力となる。このドラフト力により、重力による流動をさらに促進し、凝縮器とストリッパーの高低差を小さくすることができる。
【００３４】
図１および２の実施態様において、後に詳述する凝縮器と合成塔との容積比は、概ね３：７〜５：５に選択される。尿素の生産量にもよるが、凝縮器の容積が合成塔と凝縮器の容積の和の３０％未満であると、凝縮器での滞留時間が不充分である場合があり、５０％を越えると合成塔での滞留時間が不充分である場合がある。
【００３５】
図１および２の実施態様における凝縮器、尿素合成塔およびストリッパーの相対的位置関係を一般的に示すと、凝縮器頂部の地上高を１００とした場合に、凝縮器底部の地上高は５０〜８０、ストリッパー頂部の地上高は２０〜５０、尿素合成塔底部の地上高は５〜３０、ストリッパー底部の地上高は３〜１０、凝縮器底部とストリッパー頂部との高さの差は１０〜６０とされる。このような相対的位置関係をとることによって、凝縮器で生成する凝縮液の尿素合成塔への導入、尿素合成塔Ａから尿素合成液のストリッパーＣへの導入およびストリッパーＣから混合ガスの凝縮器Ｂへの導入が重力によって円滑に行われ、エジェクターの使用、尿素合成塔を高所に放置する等の必要がない。
【００３６】
なお、後述の実施例１と参考例１に示すように、同一尿素合成条件（同一尿素生産量）で、合成塔のみで反応させる従来の方法の合成塔容積を１とすると、本発明の凝縮器と合成塔との容積の和は１未満であり、総容積として減少している。
【００３７】
以上のように、図１および２の実施態様では合成塔と凝縮器が一体化され、凝縮器も尿素合成機能を有するため、合成塔でのみ尿素を合成していた従来法に比較して明らかにプロセスとして単純化され、同時に装置も小型化される。
【００３８】
図１および２を参照して、ヘッド差のみで液、ガスを凝縮器Ｂ、合成塔Ａ、ストリッパーＣに循環する場合の本発明を詳細に説明する。これらの図面および後記の図３および４において、用いる符号は共通である。
【００３９】
図１および２において尿素合成塔Ａの上に、凝縮器Ｂが設置され、これらは仕切板３０で仕切られ、第１のダウンパイプ３は、凝縮器Ｂの頂部から合成塔Ａの底部へ練通するよう設置されている。また、合成塔Ａ中には、液シール効果をもたせるため、仕切板３０の下方の近傍に開口を有する独立した第２のダウンパイプ４０が設置されている。
【００４０】
なお、図１および２には凝縮器Ｂと尿素合成塔Ａとが両者の間を仕切る隔壁を介して一体となった装置が示されているが、尿素合成塔の上方に別個に凝縮器を設置してもよく、あるいはこれら別個に設けられた凝縮器と尿素合成塔を、例えば円筒体（耐圧を要求されない）で連結して一体化することもできる。
【００４１】
図１のプロセスについて説明するとこの図に記載されていない工程において未反応アンモニア、二酸化炭素をアンモニウムカーバメート水溶液として回収した回収液の一部はライン７からライン８、ライン１１を通り凝縮器Ｂに供給され、一方、残部はライン９を通りスクラバーＦに供給される。縦型凝縮器Ｂに供給された回収液は後述のストリッパーＣからライン５を通り凝縮器Ｂに供給された二酸化炭素、アンモニア、イナートガス等の混合ガスと接触・混合され、二酸化炭素およびアンモニアを吸収する。
【００４２】
凝縮器Ｂにおいて、運転圧力は、後述の合成塔の運転圧力と同一圧力であり、Ｎ／Ｃは２．５〜４．５、Ｈ／Ｃは０．０〜１．０、滞留時間は１０分〜３０分である。運転温度は、１７０℃〜１９０℃に調整され、以上の条件で尿素合成率２０％〜６０％を達成することができる。
【００４３】
Ｎ／Ｃが２．５未満であると、アンモニウムカーバメート溶液の二酸化炭素分圧の上昇による凝縮率の低下およびアンモニウムカーバメート固結温度の上昇のため、また、Ｎ／Ｃが４．５を越えると、アンモニア蒸気圧の上昇により凝縮率が低下するので、いずれも避けるのが好ましい。Ｈ／Ｃが１．０を越えると、尿素の平衡合成率が低下するので、避けるのが好ましい。滞留時間が１０分未満であると、尿素合成率の低下による蒸気圧の上昇と凝縮率の低下のため、また、３０分を越えても時間をかける割には尿素合成率の顕著な向上が望めないので、いたずらに、凝縮器の容積が大きくなりすぎるため、いずれも避けるのが好ましい。運転温度が、１７０℃未満であると、尿素合成率が低下するため、また、１９０℃を越えると、蒸気圧の上昇に伴う凝縮率の低下および機器材料の腐食を招くため、いずれも避けるのが好ましい。
【００４４】
なお、スクラバーＦに供給された上記回収液は、ライン６を経てスクラバーＦに導入される少量のアンモニア、二酸化炭素等を含むイナートガス中のアンモニア、二酸化炭素を吸収し、再びスクラバーＦに循環される。アンモニア、二酸化炭素を吸収して増量した分に相当する回収液はライン１０を経てエジェクターＥで昇圧されライン１１を経て凝縮器Ｂに導入される。一方、イナートガスは、スクラバーＦの塔頂から大気に放出される。
【００４５】
この図ではエジェクターＥを使用する例を示したが、本発明は、言うまでもなくこれに限られるものではない。このエジェクターＥを使用する場合、該回収液は、スクラバーＦとエジェクターＥに半分ずつ分配され、一方はスクラバーＦの充填層においてイナートガスの洗浄に、他方はスクラバーＦの出口のエジェクターＥによる昇圧に用いられる。なお、スクラバーＦを凝集器Ｂより上の位置に設置すれば、上記エジェクターＥは不要となることは言うまでもないことである。
【００４６】
一方、原料二酸化炭素の一部はライン２を通りストリッパーＣに供給される。なお、この図には記載されていないが、防食用の空気もストリッパーＣに供給される。ストリッパーＣには、合成塔Ａ中の第２のダウンパイプ４０から尿素、アンモニウムカーバメート、アンモニア等からなる合成液が供給され、加熱下に二酸化炭素でストリッピングされる。運転条件は、通常、圧力１４０バール〜２００バール、温度１６０℃〜２００℃である。原料二酸化炭素の残部は、この図には記載されていないが、例えば、低圧分解塔に供給される。尿素と未反応のアンモニアおよび二酸化炭素を含む液はストリッパーの底部から抜き出され、ライン１２を経て低圧分解工程に送られる。
【００４７】
原料液体アンモニアは例えば７０℃〜９０℃に予熱され、ライン１から導入され、スクラバーＦ、熱交換器Ｄを通ってさらに予熱され、合成塔Ａの下部に供給される。合成塔Ａでは、この液体アンモニアは、凝縮器Ｂから第１のダウンパイプ３を通り重力流下した合成液と合流する。合流した液は、合成塔の塔頂へと移動し、合成塔中に設けられた第２のダウンパイプ４０からライン４を通りストリッパーＣへ供給される。
【００４８】
合成塔の運転圧力は、通常のプロセスのように１３０バール〜２５０バールが選択される。Ｎ／Ｃは３．５〜５．０、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０分〜４０分が選択される。運転温度は１８０℃〜２００℃に調整され、以上の条件下で６０％〜７５％の尿素合成率を達成する。
【００４９】
Ｎ／Ｃは３．５未満であると、平衡合成率が低いため、また、５．０を越えるとアンモニアのガス化を招き蒸気圧が上がるため、避けるのが好ましい。Ｈ／Ｃが１．０を越えると合成率の低下をきたすため、避けるのが好ましい。滞留時間は、１０分未満であると、平衡合成率近傍に達するのに不充分であり、また、４０分を越えても既に充分平衡合成率近傍に達しているため、避けるのが好ましい。
【００５０】
図２のプロセスについて説明すると、図１に示したプロセスを以下のように代えたものである。すなわち、図１においては原料液体アンモニアを合成塔に、原料二酸化炭素をストリッパーを経て凝縮器にそれぞれ供給しているが、図２のプロセス例では原料液体アンモニアを凝縮器に供給し、原料二酸化炭素の一部をストリッパーを通り凝縮部に、そして残りを合成部に供給している点で相違している。これらの図において基本的に大きく異なる点は、凝縮器および合成塔での運転条件、とりわけ、Ｎ／Ｃが異なることである。
【００５１】
図２のプロセスでは、凝縮器での運転条件は、Ｎ／Ｃが３．０〜４．５、Ｈ／Ｃが１．０以下、温度が１６０℃〜１８０℃、圧力が合成塔と同一であり、合成塔での運転条件としては、Ｎ／Ｃが、３．０〜４．０、Ｈ／Ｃが、１．０以下、温度が、１８０℃〜２００℃、圧力が１３０バール〜２５０バールである。
【００５２】
次に、本発明の別の実施態様である凝縮液を合成塔へ導入するためにエジェクターを使用するプロセスを図３および４を参照して詳細に説明する。図３のプロセスにおいて、原料液体アンモニアは、ライン１から１５０〜３００バールの圧力で熱交換器Ｄに入り、ここで、１００〜２００℃に予熱されて駆動流体としてエジェクターＧに入る。エジェクターの吐出圧力と吸い込み圧力との差圧が２〜１０バールとなるよう原料液体アンモニアはエジェクターを通って膨張され、これによって縦型凝縮器Ｂのダウンパイプ３を通ってエジェクターの吸い込み側に供給される凝縮液が吸引されて昇圧され、駆動流体である原料液体アンモニアとの混合物として尿素合成塔Ａの底部に導入される。原料二酸化炭素のうち、未反応アンモニアおよび二酸化炭素のストリッピングに必要とされる量はライン２および２ｂを経てストリッパーＣの底部に供給され、残りの量はライン２ａを経て尿素合成塔Ａの底部に供給されるか、または図示されない低圧分解工程に供給される。
【００５３】
エジェクターＧからの原料液体アンモニアと、凝縮液の混合物と、所望ならばライン２ａから供給される二酸化炭素は尿素合成塔Ａを上昇しながら反応し、６０〜７５％の全尿素合成率が達成される。尿素合成塔Ａの圧力は１３０〜２５０バール、Ｎ／Ｃは３．５〜５．０、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０〜４０分、温度は１８０〜２００℃とするのが好ましい。
【００５４】
Ｎ／Ｃが３．５未満では平衡合成率が低いため、また５．０を越えるとアンモニアのガス化を招き蒸気圧が上昇するため、これらのＮ／Ｃは避けるのが好ましい。滞留時間が１０分未満では平衡合成率の近傍に到達するのに不充分であり、また４０分を越えても既に平衡合成率の近傍に達しているので、それ以上の合成率の上昇が期待できないので、これらの滞留時間は避けるのが好ましい。
【００５５】
尿素合成塔Ａで生成した尿素、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は合成塔の頂部から抜き出され、ライン４を経て合成塔の圧力と実質的に等しいか、やや低い圧力のストリッパーＣの頂部に供給される。この尿素合成液はストリッパーＣを流下しながらライン２ｂを経てストリッパーＣの底部に供給される原料二酸化炭素と加熱下に接触せしめられて未反応アンモニアおよび二酸化炭素がアンモニア、二酸化炭素、イナートガスおよび水の混合ガスとして分離される。この混合ガスはストリッパーＣの頂部からライン５を経て凝縮器Ｂの底部に導入される。ストリッパーＣには装置防食用の空気も導入される。
【００５６】
ストリッパーの運転条件は、圧力は１３０〜２５０バール、特に１４０〜２００バール、温度１６０〜２００℃とされる。ストリッパーＣに供給される原料二酸化炭素と尿素合成塔Ａまたは低圧分解工程に供給される二酸化炭素の量は、ストリッパーＣで分離すべき未反応アンモニアおよび二酸化炭素の量等の諸条件を勘案して適宜に決定される。
【００５７】
ストリッパーＣの底部からは、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む尿素水溶液がライン１２を経て抜き出され、低圧分解工程に送られて処理され尿素が得られる。
【００５８】
凝縮器Ｂの頂部にはスクラバーＦが一体化されている。もちろんスクラバーＦは凝縮器Ｂとは別個に設けることができる。スクラバーＦの頂部にはライン７を経て低圧回収工程（図示されない）からの回収液が吸収媒体として供給される。この吸収媒体は凝縮器Ｂからのイナートガスと接触して同伴するアンモニアおよび二酸化炭素を吸収して除去する。イナートガスはライン１５を経て放出される。
【００５９】
一方、スクラバーＦからの吸収液（アンモニアおよび二酸化炭素を吸収した吸収媒体）はスクラバーＦの底部に設けられた受器１６に流下し、ダウンパイプ１１を経て凝縮器Ｂの底部にストリッパーからの混合ガスの吸収媒体として流下する。流下した吸収媒体は、１３および１４で示される冷却器による冷却下に上記混合ガスと接触してこれを凝縮する。生成した凝縮液は凝縮器内を上昇し、頂部に開口を有するダウンパイプ３を経てエジェクターＧの吸い込み側に供給され、前記のとおり原料液体アンモニアとともに合成塔Ａの底部に供給される。
【００６０】
凝縮器Ｂの運転圧力は、ストリッパーＣのそれとほぼ同じであって１４０〜２５０バールから選ばれ、温度は１３０〜２５０℃、特に１７０〜１９０℃に調整される。また、凝縮器ＢにおけるＮ／Ｃは２．５〜３．５、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０〜３０分とされ、以上の条件で２０〜６０％の尿素合成率を達成することができる。
【００６１】
凝縮器Ｂにおいて、Ｎ／Ｃが２．５未満では凝縮液の二酸化炭素分圧が上昇し、凝縮率が低下し、かつ、凝縮液の固結温度が上昇し、またＮ／Ｃが３．５を越えるとアンモニア蒸気圧の上昇して凝縮率が低下するので、これらのＮ／Ｃはいずれも避けるのが好ましい。Ｈ／Ｃが１．０を越えると尿素の平衡合成率が低下するので、これらのＨ／Ｃは避けるのが好ましい。滞留時間が１０分未満では、凝縮器における尿素合成率が低いので蒸気圧が上昇して凝縮率が低下し、また、３０分を越えても時間を延長した割には凝縮器における尿素合成率の顕著な上昇が望めず、凝縮器の容積が増大するのみなので、これらの条件はいずれも避けるのが好ましい。運転温度が１７０℃未満では尿素合成率が低下し、また１９０℃を越えると蒸気圧の上昇に伴う凝縮率の低下および装置の腐食が増大、するので、いずれも避けるのが好ましい。
【００６２】
図３に示したプロセスによれば、合成塔Ａ、凝縮器ＢおよびストリッパーＣをすべて地上置きすることが可能である。凝縮器ＢおよびストリッパーＣの圧力を合成管の圧力よりやや低く選択し、かつストリッパーから凝縮器へ混合ガスが流れる程度にストリッパーと凝縮器との間に圧差を設けても、凝縮器からより高圧の合成塔への凝縮液の導入がエジェクターによって可能となるからである。
【００６３】
次に図４に示したプロセスについて説明する。このプロセスでは、図１および２のプロセスにおけるように、縦型凝縮器Ｂを尿素合成塔Ａの上方に、両者が一体化されるように設けた装置を用いる。本来、このような装置を用いると、装置を地上置きしても重力により尿素合成塔Ａ、ストリッパーＣおよび凝縮器間を液およびガスを循環できるのであるが、凝縮器からの凝縮液を、原料液体アンモニアで駆動するエジェクターＧにより吸引、昇圧して合成塔Ａに送ることにより、合成塔Ａ、ストリッパーＣおよび凝縮器Ｂの圧力配合をより自由に決定することができる。
【００６４】
図４において、図示されていない工程において未反応アンモニア、二酸化炭素をアンモニウムカーバメート水溶液として回収した回収液の一部はライン７からライン８、ライン１１を通り縦型凝縮器Ｂに吸収媒体として供給され、一方、残部はライン９を通りスクラバーＦに供給される。
【００６５】
縦型凝縮器Ｂに供給された上記回収液は後述のストリッパーＣからライン５を通り凝縮器Ｂに供給された二酸化炭素、アンモニア、イナートガスおよび水の混合ガスと接触せしめられ、二酸化炭素およびアンモニアを吸収する。
【００６６】
凝縮器の運転圧力は、後述の合成塔の運転圧力と実質的に同一か、やや低い圧力で１３０〜２５０バールから選択される。Ｎ／Ｃは２．５〜３．５、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０〜３０分から選択される。運転温度は１３０〜２５０℃、特に１７０〜１９０℃に調整され、以上の条件で凝縮器Ｂにおいて尿素合成率２０〜６０％を達成することができる。
【００６７】
凝縮器ＢにおいてＮ／Ｃが２．５未満であると、アンモニウムカーバメート溶液の二酸化炭素分圧の上昇による凝縮率の低下およびアンモニウムカーバメート固結温度の上昇のため、また、Ｎ／Ｃが３．５を越えると、アンモニア蒸気圧の上昇による凝縮率の低下のため、いずれのＮ／Ｃも避けるのが好ましい。Ｈ／Ｃが１．０を越えると、尿素の平衡合成率低下のため、１．０以上のＨ／Ｃは避けるのが好ましい。滞留時間が１０分未満であると、低尿素合成率による蒸気圧上昇と凝縮率低下のため、また、３０分を越えても時間をかける割には尿素合成率の顕著な向上が望めず、凝縮器の容積が大きくなりすぎるため、いずれの条件も避けるのが好ましい。運転温度が１７０℃未満であると、尿素合成率が低下するため、また、１９０℃を越えると、蒸気圧の上昇に伴う凝縮率低下および機器材料の腐食を招くため、これらの条件は避けるのが好ましい。
【００６８】
なお、スクラバーＦに供給された回収液は、ライン６を経てスクラバーＦに導入される少量のアンモニア、二酸化炭素等を含むイナートガス中のアンモニア、二酸化炭素を吸収し、図示されないが、再びスクラバーＦに循環される。一方、イナートガスは、スクラバーＦの塔頂からライン１５を経て大気に放出される。
【００６９】
図４ではエジェクターＥを使用する例を示したが、本発明は、言うまでもなくこれに限られるものではない。このエジェクターＥを使用する場合、上記回収液は、スクラバーＦとエジェクターＥに半分ずつ分配され、一部はスクラバーＦの充填層においてイナートガスの洗浄に用いられ、残部はスクラバーＦの出口のエジェクターＥによる昇圧に用いる。なお、スクラバーＦを凝縮器Ｂより上の位置に設置すれば、上記エジェクターＥは不要となることは言うまでもないことである。
【００７０】
原料二酸化炭素の一部はライン２を通りストリッパーＣに供給される。なお、この図には記載されていないが、防食用の空気もストリッパーＣに供給される。ストリッパーＣには、合成塔Ａ中の第２のダウンパイプ４０およびライン４から尿素、アンモニウムカーバメート、アンモニア等からなる合成液が供給され、加熱下に二酸化炭素でストリッピングされる。ストリッパーＣの運転条件は、通常、圧力が合成塔Ａと実質的に同一か、やや低い圧力であって、１４０〜２００バールから選ばれ、温度が１６０〜２００℃から選ばれる。原料二酸化炭素の残部は、この図には記載されていないが、例えば、低圧分解塔に供給される。尿素と未反応のアンモニアおよび二酸化炭素を含む液はストリッパーの底部から抜き出され、ライン１２を経て低圧分解工程に送られて処理され、尿素が得られる。
【００７１】
原料液体アンモニアは例えば７０〜９０℃に予熱され、ライン１から導入されスクラバーＦの冷却器を通り、さらに１５０〜３００バールにおいて熱交換器Ｄを通って１００〜２００℃に予熱され、エジェクターＧに駆動流体として供給される。一方、凝縮器Ｂの頂部から第１のダウンパイプ３を通り重力で流下した凝縮液はエジェクターＧの吸い込み側に供給され、昇圧されて駆動流体である原料液体アンモニアとともに合成塔Ａの底部に供給され尿素合成に付される。合成塔Ａの頂部から、前記のとおり第２のダウンパイプ４０およびライン４を経て尿素合成液がストリッパーＣの頂部に供給される。
【００７２】
合成塔Ａの運転圧力は、通常のプロセスのように１３０〜２５０バールが選択される。また、Ｎ／Ｃは３．５〜５．０、Ｈ／Ｃは１．０以下、滞留時間は１０〜４０分の範囲から選択される。運転温度は１８０〜２００℃に調整され、以上の条件下で６０〜７５％の全尿素合成率が達成される。
【００７３】
合成塔Ａにおいて、Ｎ／Ｃが３．５未満であると、平衡合成率が低いため、また、５．０を越えるとアンモニアのガス化を招き蒸気圧が上がるため、これらの条件は避けるのが好ましい。尿素合成率の低下をきたすため、１．０を超えるＨ／Ｃは避けるのが好ましい。滞留時間は、１０分未満であると、平衡合成率近傍に達するのに不充分であり、また、４０分を越えても既に充分平衡合成率近傍に達しているため、これらの条件は避けるのが好ましい。
【００７４】
なお、合成温度を１８０〜２００℃になるように、ストリッパーに供給する原料二酸化炭素の残りの部分の全部または一部を合成塔Ａに供給することができる。
【００７５】
図４に示したプロセスにおいて用いられる、尿素合成塔と凝縮器とが一体となった装置は、エジェクターが設けられている以外は、図１において用いられたものと同様である。
【００７６】
【実施例】
さらに本発明を詳細に実施例を用いて説明する。なお、本発明は、以下に記載の実施例のみに制限されることがないのは、言うまでもないことである。
【００７７】
実施例１
図１に示す日産１４００トンの地上置きの装置を用いる改良された尿素合成プロセスで尿素合成を実施した。
【００７８】
ライン１から原料アンモニア７９１ｔ／ｄが、またライン２から原料二酸化炭素１０２５ｔ／ｄが供給される。熱交換器Ｄにおいてスチーム凝縮水で１７５℃に加熱された原料アンモニアは、ライン１から合成塔Ａの底部に、原料二酸化炭素９６９ｔ／ｄと防食用空気約１７ｔ／ｄがライン２からストリッパＣの底部に、また残りの原料二酸化炭素は、この図に記載されていない低圧分解塔に供給された。一方、ライン７からの吸収媒体としての回収液１３１４ｔ／ｄは、下記組成を有し、１０８℃、１９０バールに昇圧され、スクラバーＦとエジェクターＥに半分づつ分配される。
【００７９】
尿素                ０．４％
アンモニア        ３４．８％
二酸化炭素        ４０．０％
水                ２４．４％
スクラバーＦに供給された回収液は充填層においてイナートガスの洗浄に用いられ、エジェクターに供給された回収液はスクラバー出口液（ライン１０）のエジェクターＥによる昇圧に用いた。スクラバーＦは、１７５バール、１７５℃で運転された。スクラーバ出口液（ライン１０）とエジェクター駆動用回収液（ライン８）は、エジェクターＥで混合され、ライン１１から凝縮器Ｂの底部に供給された。
【００８０】
ストリッパーＣで分離されたアンモニア、二酸化炭素および水からなる混合ガスは、ライン５を経て凝縮器Ｂの底部に送られた。凝縮器Ｂの胴側は、前記回収液と凝縮によって生じたアンモニウムカーバメートで満たされており、この液により上記混合ガスが吸収される。なお、吸収熱は、ライン１３およびライン１４で示される冷却器で除熱される。混合ガスを吸収した液は、１５分の滞留時間後、第１のダウンパイプ３を重力で流下して合成塔Ａに供給され、凝縮器Ｂの塔頂では、ライン６を通りイナートガスが抜き出された。
【００８１】
合成塔Ａの底部に供給された凝縮液は、ライン１からの前記１７５℃に加熱された液体アンモニアと混合され、ゆっくりと合成塔を上昇しながらさらに尿素合成反応をがすすんだ。その際の滞留時間は２５分であった。なお、尿素合成塔Ａの内部には、邪魔板が設置されガス分散を促進するとともに液の逆混合を防いでいる。
【００８２】
合成塔Ａから第２のダウンパイプ４０およびライン４を通りストリッパーＣに供給された合成液は、アンモニウムカーバメートの加熱分解およびアンモニア、二酸化炭素ガスとしての分離がなされる。ストリッパーＣは、塔頂温度１９１℃、下部温度１７９℃、圧力１７５バールで運転された。
【００８３】
以上述べたように、気体および液が凝縮器Ｂ、合成塔ＡならびにストリッパーＣ間で循環されて運転された。凝縮器Ｂ、合成塔Ａ、およびストリッパーＣの運転条件および組成を表１に記載する。
【００８４】
参考例１（図１のプロセスに対応）
従来の尿素合成プロセス（凝縮器を合成塔の上部に設置せず凝縮器および合成塔は、それぞれ地上３０ｍおよび２８ｍの位置に設置した。）において実施例１と運転条件をあわせて実施した。ここで、合成塔の容積を１としてこれを実施例１の凝縮器と合成塔との総容積を比較した。結果を表１に併記する。
【００８５】
実施例２
図２に示す尿素合成プロセスを、表１に記載した凝縮器Ｂ、合成塔ＡおよびストリッパーＣの運転条件により実施した。
【００８６】
【表１】
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【００８７】
実施例３
図３に示す日産１４００トンの地上置きの装置を用いる改良された尿素合成プロセスで尿素合成を実施した。
【００８８】
ライン１から原料アンモニア７９２ｔ／ｄが、またライン２から原料二酸化炭素１０２５ｔ／ｄが供給される。ライン１から導入され熱交換器Ｄにおいてスチーム凝縮水で１７５℃に加熱された、２５０バールの圧力の原料液体アンモニアは、エジェクターＧを通って尿素合成塔Ａの底部に、また原料二酸化炭素９６９ｔ／ｄと防食用空気約１７ｔ／ｄ尿素は、それぞれライン２および２ｂを経てストリッパＣの底部に、さらに残部原料二酸化炭素は、この図に記載されていない低圧分解塔に供給された（ライン２ａからの原料二酸化炭素の量を０とした。）。一方、ライン７からの吸収媒体としての回収液１３１４ｔ／ｄは、下記組成を有し、１０８℃の温度で、１９０バールに昇圧され、スクラバーＦに供給される。
【００８９】
尿素                ０．４％
アンモニア        ３４．８％
二酸化炭素        ４０．０％
水                ２４．４％
スクラバーＦは、１７５バール、１７５℃で運転された。スクラーバ出口液は、受器１６およびダウンパイプ１１を経て凝縮器Ｂの底部に供給された。一方、スクラバーＦの塔頂からライン１５を経てイナートガスが放出された。
【００９０】
ストリッパーＣで分離されたアンモニア、二酸化炭素、水およびイナートガスからなる混合ガスは、ライン５を経て凝縮器Ｂの底部に送られた。凝縮器Ｂの胴側は、前記回収液と凝縮によって生じたアンモニウムカーバメートで満たされており、この液により上記混合ガスが吸収される。なお、吸収熱は、ライン１３およびライン１４で示される冷却器で除熱される。混合ガスを吸収した凝縮液は、１５分の滞留時間後、ダウンパイプ３を重力で流下し、エジェクターＧにて昇圧後、合成塔Ａの底部に供給された。
【００９１】
合成塔Ａの底部に供給された原料液体アンモニアと凝縮液とは、合成塔を上昇しながら、さらに尿素合成反応をすすめた。その際の滞留時間は２５分であった。なお、合成塔Ａの内部には、邪魔板が設置されガス分散を促進するとともに液の逆混合を防いでいる。
【００９２】
合成塔Ａの頂部からライン４を経てストリッパーＣに供給された合成液は、アンモニウムカーバメートの加熱分解およびアンモニア、二酸化炭素の混合ガスとしての分離がなされる。ストリッパーＣは、塔頂温度１９１℃、下部温度１７９℃、頂部圧力１７７バールで運転された。以上述べたように、気体および液が凝縮器Ｂ、合成塔ＡならびにストリッパーＣ間で循環され運転された。このためのドライビングフォースとして用いられる、原料液体アンモニアを駆動流体とするエジェクターの吐出側と吸い込み側の差圧は約３バールであった。凝縮器Ｂ、合成塔Ａ、およびストリッパーＣの運転条件および組成を表１に記載する。
【００９３】
実施例４
図４に示す尿素合成プロセスを表２に記載した、凝縮器Ｂ、合成塔Ａ、およびストリッパーＣの運転条件によって実施した。
【００９４】
実施例５
図３に示す日産１７２５トンの地上置き装置を用い、表２に記載した凝縮器Ｂ、合成塔ＡおよびストリッパーＣの運転条件により尿素合成を実施した。
【００９５】
【表２】
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【００９６】
【発明の効果】
本発明の改良された尿素合成方法によれば、以下に記載の効果が達成される。
【００９７】
（１）合成塔、凝縮器およびストリッパーを地上に設置するプロセスが達成できたため、従来必要としていたコンクリート、鉄骨構造物が不要である。
【００９８】
（２）縦型凝縮器と合成塔を一体化した場合、プロセスの単純化が図れる。
【００９９】
（３）凝縮液の尿素合成塔への供給に原料液体アンモニアを駆動流体とするエジェクターを用いるので、ストリッパーおよび凝縮器の設置位置および圧力配分の自由度が増大する。
【０１００】
（４）凝縮器を原料ガス等が充分吸収されてアンモニウムカーバメートが生成し易い縦型凝縮器とし、液を胴側に流す構造を採用したため、凝縮器の容積を調整することで凝縮器で尿素が生成する。
【０１０１】
（５）また、尿素合成塔と凝縮器とが一体化された場合、凝縮器と合成塔で尿素が合成できるため、これらの装置の総容積は従来の合成塔および凝縮器の総容積に比較して小さくてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示すフローシートであり、各装置の地上高を示す。
【図２】本発明の別の実施態様を示すフローシートである。
【図３】本発明のさらに別の実施態様をを示すフローシートである。
【図４】本発明のなお別の実施態様を示すフローシートである。
【符号の説明】
Ａ    （尿素）合成塔
Ｂ    （縦型）凝縮器
Ｃ    ストリッパー
Ｄ    熱交換器
Ｅ    エジェクター
Ｆ    スクラバー
Ｇ    エジェクター
３    第１のダウンパイプ
３０    仕切板
４０    第２のダウンパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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