(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と該尿素合成圧力に実質的に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凝縮合成域に導入して吸収媒体および原料液体アンモニアと冷却下に接触させて該混合ガスを凝縮させると共に尿素合成を行わせる尿素合成方法において、該凝縮合成域として縦型凝縮合成域を用い、該混合ガスおよび該吸収媒体を該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該原料液体アンモニアを該縦型凝縮合成域の底部と中間部とに供給し、生成した尿素合成液を該縦型凝縮合成域の頂部から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尿素合成方法。
【請求項２】
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と該尿素合成圧力に等しいか、やや低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凝縮合成域に導入して吸収媒体および原料液体アンモニアと冷却下に接触させて該混合ガスを凝縮させると共に尿素合成を行わせる尿素合成方法において、該凝縮合成域として縦型凝縮合成域を用い、該混合ガスを０．０５〜５MPa昇圧させて該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該吸収媒体を該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該原料液体アンモニアを該縦型凝縮域の底部と中間部とに供給することを特徴とする尿素合成方法。
【請求項３】
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と該尿素合成圧力と実質的に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凝縮合成域に導入して吸収媒体および原料液体アンモニアと冷却下に接触させて該混合ガスを凝縮させると共に尿素合成を行わせる尿素合成方法において、該凝縮合成域として縦型凝縮合成域を用い、該吸収媒体を該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該原料液体アンモニアを該縦型凝縮域の底部と中間部とに供給し、生成した尿素合成液を該縦型凝縮合成域の頂部から該ストリッパーの頂部に０．０５〜０．５ＭＰａ昇圧して供給することを特徴とする尿素合成方法。
【請求項４】
該縦型凝縮合成域および該ストリッピング域を地上置きする請求項２または３に記載の尿素合成方法。
【請求項５】
該縦型凝縮合成域の底部から、原料液体アンモニアが供給される中間部までの部分が冷却されてその部分の液体の温度が１６５〜１９０℃、アンモニア／二酸化炭素モル比が２.５〜４.５、水／二酸化炭素モル比が１.０以下に保たれ、この中間部から上の部分中の液体は原料液体アンモニアの供給によって、温度が１７０〜２００℃、アンモニア／二酸化炭素モル比が３.５〜５.０、水／二酸化炭素モル比が１以下に保たれ、かつ該縦型凝縮合成域における圧力および滞留時間がそれぞれ１３〜２５MPaGおよび２０〜７０分である請求項１または２または３に記載の尿素合成方法。
【請求項６】
該縦型凝縮合成域が、内部に気液接触を良好にさせるための手段を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の尿素合成方法。
【請求項７】
（a）底部から中間部までの部分に冷却器を有する縦型凝縮合成塔、（b）該縦型凝縮合成塔からの尿素合成液に含有さ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、（c）該縦型凝縮合成塔の底部および中間部に原料液体アンモニアを供給するための配管、（d）該縦型凝縮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配管、（e）該縦型凝縮反応塔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、（f）該縦型凝縮合成塔の頂部に設けられ、該縦型凝縮反応塔において尿素合成液から分離したガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収するためのスクラバー、（g）該スクラバーの頂部から未吸収ガスを排出するための配管、（h）該スクラバーにおいてアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した該吸収媒体を該縦型凝縮合成塔の底部に導入するための配管、（i）該ストリッパーの底部に原料二酸化炭素を導入するための配管、および（j）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排出するための管からなる尿素合成装置。
【請求項８】
（a）底部から中間部までの部分に冷却器を有する、地上に設置された縦型凝縮合成塔、（b）該縦型凝縮合成塔からの尿素合成液に含有さ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、地上に設置されたストリッパー、（c）該縦型凝縮合成塔の底部および中間部に原料液体アンモニアを供給するための配管、（d）該縦型凝縮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、中間に昇圧手段を有する配管、（e）該縦型凝縮合成塔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、（f）該縦型凝縮合成塔の頂部に設けられ、該縦型凝縮反応塔において尿素合成液から分離したガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収するためのスクラバー、（g）該スクラバーの頂部から該イナートガスを排出するための配管、（h）該スクラバーにおいてアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した該吸収媒体を該縦型凝縮合成塔の底部に導入するための配管、（i）該ストリッパーの底部に原料二酸化炭素を導入するための配管、および（j）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排出するための管からなる尿素合成装置。
【請求項９】
(a)底部から中間部までの部分に冷却器を有する、地上に設置された縦型凝縮合成塔、(b)該縦型凝縮合成塔からの尿素合成液に含有さ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、地上に設置されたストリッパー、(c)該縦型凝縮合成塔の底部および中間部に原料液体アンモニアを供給するための配管、(d)該縦型凝縮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配管、(e)該縦型凝縮合成塔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、中間に昇圧手段を有する配管、(f)該縦型凝縮合成塔の頂部に設けられ、該縦型凝縮合成塔において尿素合成液から分離したガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収するためのスクラバー、(g)該スクラバーの頂部から該イナートガスを排出するための配管、(h)該スクラバーにおいてアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した該吸収媒体を該縦型凝縮合成塔の底部に導入するための配管、(ｉ)該ストリッパーの底部に原料二酸化炭素を導入するための配管、および(j)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排出するための管からなる尿素合成装置。
【請求項１０】
該縦型凝縮合成塔が、内部に気液接触を良好にするための手段を有する請求項７ないし９のいずれか１項に記載の尿素合成装置。
【請求項１１】
気液接触を良好にするための該手段が、中央部に該混合ガスが通過するための小孔を有し、周辺の一箇所に液が通過するための通路を有するバッフルプレートであり、このバッフルプレートは該液がジグザグに流れるように多段に設置される請求項７ないし９のいずれか１項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未反応二酸化炭素を尿素合成圧力と実質的に等しい圧力において原料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方法における改良に関する。
【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、よ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】
一般的に、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る。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使用することはなく、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】
本出願人は、先に装置の地上置きが可能な、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を含む改良された尿素合成方法を提案した。この方法は、ストリッパーからの混合ガスを吸収媒体と冷却下に接触させて凝縮させるための縦型凝縮器を尿素合成塔の上方に設け、この凝縮器の頂部とこの合成塔の底部とを連通する第１のダウンフローパイプを設けて生成した凝縮液を合成塔の底部に重力で流下させ、この凝縮液をここに供給される原料アンモニアまたは二酸化炭素の一部と共に尿素合成に付し、合成塔の頂部に開口する第２のダウンフローパイプを経て生成した尿素合成液を重力によりストリッパーに導入し、未反応アンモニアおよび二酸化炭素を原料二酸化炭素の残部により上記混合ガスとして分離して上記凝縮器の底部に導入して凝縮させるか、あるいは縦型凝縮器からの凝縮液を予熱した原料液体アンモニアを駆動流体とするエジェクターにより吸引して尿素合成塔の底部に導入して尿素合成に付することからなる（特開平１０―１８２５８７号）。
【０００５】
しかしながら、上記の方法によれば、アンモニアおよび二酸化炭素を含む凝縮器頂部で分離されたガスが尿素合成塔の底部に供給されることなくスクラバーにおいて吸収媒体に吸収されるので、尿素合成塔の温度の上昇に寄与しない（尿素合成塔でのアンモニアと二酸化炭素との反応によるアンモニウムカーバメートの生成熱が発生しない。）。そのため、原料二酸化炭素の一部を尿素合成塔に導入することによりアンモニウムカーバメートを生成させ、その反応熱で尿素合成塔の温度を上昇させる必要がある。
【０００６】
また、横型の凝縮器と横型の尿素合成管とを一体化することにより、ストリッパーからのアンモニアと二酸化炭素を含む混合ガスを凝縮させてアンモニウムカーバメートを生成させ、その際の生成熱を回収すると共に、未凝縮のガスの吸収、尿素合成をも一基の横型機器で行う尿素合成方法もスタミカーボン社により提案されている。
【０００７】
しかしながら、この方法によれば、液が横方向、ガスが上方向にしか流れないために、気液接触が不十分であり、ガスの凝縮率が低い。また、理想に近いプラグフローが得られないので尿素合成率が低く、単位生産量当たりのこの横型機器の必要容積が大きくなる。また、横型機器を用いるので、機器の設置面積が大きくなる。さらに、ガスを横長の装置内に均一に流すため、圧力損失の大きいガス分散機を必要とする。その上に、気液分離のための空間が大きいという種々の問題点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、未反応アンモニアおよび二酸化炭素の混合ガスと液との接触が十分に行われ、単位生産量当たりの機器必要容積が小さい、該混合ガスの凝縮と尿素合成とが一体化された尿素合成方法を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、また上記方法を実施するための尿素合成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の、その他の目的は以下の記載から明らかであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は以下に記載する尿素合成方法および装置によって達成される。
【００１２】
（１）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と該尿素合成圧力に実質的に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凝縮合成域に導入して吸収媒体および原料液体アンモニアと冷却下に接触させて該混合ガスを凝縮させると共に尿素合成を行わせる尿素合成方法において、該凝縮合成域として縦型凝縮合成域を用い、該混合ガスおよび該吸収媒体を該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該原料液体アンモニアを該縦型凝縮合成域の底部と中間部とに供給し、生成した尿素合成液を該縦型凝縮合成域の頂部から該ストリッピング域の頂部に重力で流下させることからなる尿素合成方法。
【００１３】
（２）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と該尿素合成圧力と等しいか、やや低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凝縮合成域に導入して吸収媒体および原料液体アンモニアと冷却下に接触させて該混合ガスを凝縮させると共に尿素合成を行わせる尿素合成方法において、該凝縮合成域として縦型凝縮合成域を用い、該混合ガスを０．０５〜５MPa昇圧させて該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該吸収媒体を該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該原料液体アンモニアを該縦型凝縮域の底部と中間部とに供給することからなる尿素合成方法。
【００１４】
（３）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と該尿素合成圧力と実質的に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凝縮合成域に導入して吸収媒体および原料液体アンモニアと冷却下に接触させて該混合ガスを凝縮させると共に尿素合成を行わせる尿素合成方法において、該凝縮合成域として縦型凝縮合成域を用い、該吸収媒体を該縦型凝縮合成域の底部に供給し、該原料液体アンモニアを該縦型凝縮域の底部と中間部とに供給し、生成した尿素合成液を該縦型凝縮合成域の頂部から該ストリッパーの頂部に０．０５〜０．５ＭＰａ昇圧して供給することからなる尿素合成方法。
【００１５】
（４）（a）底部から中間部までの部分に冷却器を有する縦型凝縮合成塔、（b）該縦型凝縮合成塔からの尿素合成液に含有さ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、（c）該縦型凝縮合成塔の底部および中間部に原料液体アンモニアを供給するための配管、（d）該縦型凝縮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配管、（e）該縦型凝縮反応塔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、（f）該縦型凝縮合成塔の頂部に設けられ、該縦型凝縮反応塔において尿素合成液から分離したイナートガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収するためのスクラバー、（g）該スクラバーの頂部から該イナートガスを排出するための配管、（h）該スクラバーにおいてアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した該吸収媒体を該縦型凝縮合成塔の底部に導入するための配管、（i）該ストリッパーの底部に原料二酸化炭素を導入するための配管、および（j）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排出するための管からなる尿素合成装置。
【００１６】
（５）（a）底部から中間部までの部分に冷却器を有する、地上に設置された縦型凝縮合成塔、（b）該縦型凝縮合成塔からの尿素合成液に含有さ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、地上に設置されたストリッパー、（c）該縦型凝縮合成塔の底部および中間部に原料液体アンモニアを供給するための配管、（d）該縦型凝縮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、中間に昇圧手段を有する配管、（e）該縦型凝縮塔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、（f）該縦型凝縮合成塔の頂部に設けられ、該縦型凝縮反応塔において尿素合成液から分離したイナートガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収するためのスクラバー、（g）該スクラバーの頂部から該イナートガスを排出するための配管、（h）該スクラバーにおいてアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した該吸収媒体を該縦型凝縮合成塔の底部に導入するための配管、（i）該ストリッパーの底部に原料二酸化炭素を導入するための配管、および（j）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排出するための管からなる尿素合成装置。
【００１７】
（６）（a）底部から中間部までの部分に冷却器を有する、地上に設置された縦型凝縮合成塔、（b）該縦型凝縮合成塔からの尿素合成液に含有さ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、地上に設置されたストリッパー、（c）該縦型凝縮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配管、（d）該縦型凝縮合成塔の底部および中間部に原料液体アンモニアを供給するための配管、（e）該縦型凝縮合成反応塔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、中間に昇圧手段を有する配管、（f）該縦型凝縮合成塔の頂部に設けられ、該縦型凝縮反応塔において尿素合成液から分離したイナートガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体に吸収するためのスクラバー、（g）該スクラバーの頂部から該イナートガスを排出するための配管、（h）該スクラバーにおいてアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した該吸収媒体を該縦型凝縮合成塔の底部に導入するための配管、（i）該ストリッパーの底部に原料二酸化炭素を導入するための配管、および（j）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排出するための管からなる尿素合成装置。
【００１８】
本発明においては、凝縮器と合成塔を一体化した縦型凝縮合成塔を用い、原料液体アンモニアの一部、ストリッパーからのアンモニアと二酸化炭素の混合ガス、吸収媒体を縦型凝縮合成塔の底部に供給するので、凝縮器と合成塔が分離されている場合と比較して、凝縮器の頂部から排出されていたのに相当するアンモニアと二酸化炭素が有効に縦型凝縮合成塔において、利用されるので、原料二酸化炭素の一部を合成塔に供給してアンモニアとの反応熱により合成塔温度を維持する必要がなくなる。したがって、原料二酸化炭素の全量をストリッピングに用いることができるので、ストリッピング率が上昇し、下流側の回収率の負担が小さくてすむ。
【００１９】
また、凝縮合成塔を縦型としたことにより、液相容量係数（KLa、ガスが液に溶け込む速度）が横型の場合の約２倍になるので尿素合成率が上昇する。したがって、ストリッパーの負担が軽減する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明においては、縦型凝縮合成塔の底部には、原料液体アンモニアの一部、吸収媒体、およびストリッパーからの混合ガスが導入され、中間部には原料液体アンモニアの残部が導入される。その底部から、中間部までの部分にはU字管の管束が設けられ、このU字管には、例えば水が流されてスチームが発生し、冷却が行われる。この部分は、従来の方法における凝縮器の機能を果たす凝縮部である。
【００２１】
縦型凝縮合成塔における中間部より上の部分は、尿素合成塔の機能を果たす合成部である。合成部には、凝縮部において生成されたアンモニウムカーバメートを含む凝縮液が若干の未凝縮ガスを伴って上昇してくる。合成部には原料液体アンモニアが供給され、未凝縮ガス中の二酸化炭素と反応してアンモニウムカーバメートを生成する。
【００２２】
合成部の頂部には、生成した尿素合成液をストリッパーの頂部に送るための配管の開口が設けられている。合成部の頂部の液面から上の部分は尿素合成液からの未凝縮ガスの分離を行う気液分離部であり、その上部には分離されたガスを吸収媒体で洗浄して吸収するためのスクラビング部が設けられる。吸収媒体としては、ストリッパーから排出される尿素液中に含まれる未反応アンモニアおよび二酸化炭素を回収して得られるアンモニウムカーバメートを含む回収液および吸収部からイナートガスと共に排出されるアンモニアおよび二酸化炭素を回収して得られるアンモニウムカーバメート溶液が用いられる。
【００２３】
スクラビング部でアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した吸収媒体は配管を流下して縦型凝縮合成塔の底部に導入される。
【００２４】
縦型凝縮合成塔の全容積に占める凝縮部、合成部、分離部およびスクラビング部の、それぞれの容積は、４０〜５０％、４０〜５０％、３．０〜７．０％および１．０〜５．０％であるのが好ましい。縦型凝縮合成塔の中間部に導入される原料液体アンモニアは原料液体アンモニアの１．０〜５０．０％であるのが好ましい。
【００２５】
縦型凝縮合成塔の圧力は１３〜２５MPaG（ゲージ圧）が好ましい。凝縮部の液体は、温度が１６５〜１９０℃、アンモニアと二酸化炭素のモル比（N／Cと略記する）が２.５〜４.５、水と二酸化炭素のモル比（H／Cと略記する）が１.０以下に保たれるのが好ましく、合成部の液体は、温度が１７０〜２００℃、N／Cが３.５〜５.０、H／Cが１.０以下に保たれるのが好ましい。
【００２６】
縦型凝縮合成塔において、上記条件により６０〜７５％の尿素合成率を達成し得る。
【００２７】
縦型凝縮合成塔の内部には、気液接触を良好にするために、少なくとも凝縮部にバッフルプレートを設けるのが好ましい。
【００２８】
ストリッパーは尿素合成圧と実質的に等しいか、やや低い圧力で好ましくは温度１６０〜２００℃に保たれてストリッピングが行われる。ストリッピングには原料二酸化炭素の全量を用いるのが、未反応アンモニアおよび二酸化炭素のストリッピング率を上げるために好ましい。
【００２９】
縦型凝縮合成塔の頂部からの尿素合成液は重力によってストリッパー頂部に流下させるか、尿素合成液をポンプで０．０５〜０．５MPa昇圧してストリッパー頂部に導入するか、あるいはストリッパーからの混合ガスをブロワーにより０．０５〜５MPa昇圧して縦型凝縮合成塔の底部に導入する。
【００３０】
以下に添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は本発明の一実施態様を説明するためのフローシートである。図１において縦型凝縮合成塔１の底部および中間部にライン２から供給される原料液体アンモニアが、それぞれライン３および４を経て導入される。縦型凝縮合成塔１の底部にはストリッパー２１において分離されたアンモニア、二酸化炭素および水の混合ガスがライン２２を経て、またライン５を経て、後記する吸収媒体が導入される。
【００３１】
縦型凝縮合成塔１の凝縮部（底部から中間部までの部分）Aには、冷却管６が設けられる。冷却管６は逆U字管の管束からなるのが好ましい。冷却管には冷却剤として水が通され、冷却部Aで生成されるアンモニウムカーバメートの生成熱をスチームの形で回収することができる。生成したアンモニウムカーバメートは、未凝縮のアンモニウムおよび二酸化炭素と共に凝縮部Aを上昇して縦型凝縮合成塔１の合成部（中間部から頂部の液面までの部分）Bに入る。なお、凝縮部Aにおける運転条件は、好ましくは圧力が１３〜２５MPaG、N／Cが２.５〜４.５、H／Cが１.０以下、温度が１６５〜１９０℃、滞留時間が１０〜３０分であり、尿素合成率２０〜６０％を達成することができる。  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分を越えても尿素合成率の顕著な向上が望めず、いたずらに、凝縮部A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。
【００３２】
縦型凝縮合成塔１の凝縮部Aから合成部Bに入った凝縮液はライン４を経て導入された原料液体アンモニアと混合され、それによって未凝縮のアンモニアおよび二酸化炭素からアンモニウムカーバメートが生成され、その生成熱によってアンモニウムカーバメートから尿素への吸熱反応の反応熱をまかないつつ尿素合成反応が進む。なお、合成部Bにおける温度は１８０〜２００℃、N／Cは３.５〜５.０、H／Cは１.０以下、滞留時間は１０〜４０分が好ましく、このような条件により６０〜７５％の尿素合成率が達成される。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、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おり、それ以上の合成率の上昇は期待しがたいため、避けるのが好ましい。
【００３３】
縦型凝縮合成塔１の合成部Bの頂部には、生成した尿素合成液をストリッパー２１に導入するための、好ましくは縦型凝縮合成塔の内部に設けられたライン７の上端が開口しており、それより上の位置に液面が形成されている。その液面の上は、気液分離部Cとなっており、尿素合成液からイナートガス（原料二酸化炭素中に含有されてる水素および窒素、ならびに装置の腐食防止のために導入した空気）およびそれに随伴するアンモニアおよび二酸化炭素を分離する機能を果たす。
【００３４】
縦型凝縮合成塔１の最頂部には気液分離部Cで分離されたガス中のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収媒体で洗浄吸収する機能を有するスクラビング部Dが設けられる。上記の吸収媒体としては、後記するように、ストリッパーからの尿素液中の未反応アンモニアおよび二酸化炭素を回収して得られるアンモニウムカーバメートを含有する回収液がライン８からスクラビング部Dの頂部に導入される。導入された吸収媒体は充填層９において気液分離部Cから上昇してくるガスと接触し、アンモニアおよび二酸化炭素の一部を吸収し、チムニー部１０に開口するライン５を通り縦型凝縮合成塔１の底部に流下する。ライン５は縦型凝縮合成塔１の内部に設けるのが好ましいが、外部に設けることも可能である。
【００３５】
縦型凝縮合成塔１の、少なくとも凝縮部Ａにはバッフルプレートを設けて気液接触を良好にするのが好ましい。バッフルプレートとしては公知の種々のものが使用可能である。一つの例は、図３に示されたガスと液とを分離して流すタイプのものである。図３において、ガスは冷却管６の周辺で中心に近い場所に穿った複数の小孔３１を通って冷却管に沿って冷却されながら上昇し、液はバッフルプレート３０の周縁部に設けられた液通路３３（その上または下のバッフルプレートでは対称の位置に液通路が設けられている）を通って、ガスのフローとクロスフローで流れてジグザグに上昇する。なお、バッフルプレートの中央部には凸部３２を設けるがガスを複数の小孔３１に集めるために好ましい。いうまでもないが、凸部３２を設けないものも使用することができる。
【００３６】
スクラビング部Dの頂部のライン１５から排出されるアンモニアおよび二酸化炭素を含む未吸収ガスは水により洗浄されてアンモニアおよび二酸化炭素が回収される。
【００３７】
縦型凝縮合成塔１の合成部Bの頂部からライン７を通って流下する尿素合成液は、ライン１１、制御弁１２を経てストリッパー２１の頂部に導入される。導入された尿素合成液はストリッパー２１内の加熱器（ライン２３からスチームが導入されライン２４から凝縮水が排出される。）を流下しながらライン１３からストリッパー２１の底部に導入される原料二酸化炭素と接触し、含有する未反応のアンモニアおよび二酸化炭素の大部分が分離され、原料二酸化炭素との混合ガスとしてライン２２を通って縦型凝縮合成塔１の底部に供給される。
【００３８】
ストリッパー２１の運転条件は、特に好ましくは、圧力１４〜２０MPaG、温度１６０℃〜２００℃である。原料二酸化炭素の全量をストリッパー２１に供給するのが好ましい。この図には記載されていないが、一部を例えば、低圧分解塔に供給することもできる。
【００３９】
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２５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。この未反応アンモニアおよび二酸化炭素は、水、稀アンモニア水などに吸収されて回収液が得られ、この回収液は前記したように吸収媒体として縦型凝縮合成塔１のスクラビング部Dに供給される。
【００４０】
図２は縦型凝縮合成塔１とストリッパー２１の両者を地上置きした実施態様を説明するためのフローシートである。図１の場合との相違点はストリッパー２１からの混合ガスのライン２２の途中に混合ガスを０．０５〜５MPa昇圧させるためのブロワー２６が設けられているか、または尿素合成液のライン１１に尿素合成液を０．０５〜０．５MPa昇圧させるためのポンプ１４を設けられている点のみである。なお、ブローワー２６とポンプ１４とは併用されることはない。
【００４１】
【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、いうまでもないことである。
【００４２】
実施例１
尿素日産１７２５トンの図１に示すプロセスによる例を以下に示す。
【００４３】
予熱器２０で７５℃に予熱した液体アンモニアが、ライン２を経て二分割され、ライン３から２５.４８トン／日が縦型凝縮合成塔１の底部に、またライン４から９５０.１３トン／日が中間部に導入された。
【００４４】
ストリッパー２１の頂部からの、アンモニア１６０８.３２トン／日、二酸化炭素１６３７.９１トン／日および水１５０.５７トン／日の混合ガスがライン２２から縦型凝縮合成塔１の底部に導入され、スクラビング部Ｄの頂部へは、ストリッパーからの尿素液に含有される未反応アンモニアおよび二酸化炭素を分離、回収して得られた尿素５.１７トン／日、アンモニア３８９.６８トン、二酸化炭素４８２.６３トン／日および水３２０.４２トンからなる回収液がライン８から供給されて未凝縮のガス中のアンモニアおよび二酸化炭素が吸収され、得られた吸収液がライン５を通って縦型凝縮合成塔１の底部に流下した。
【００４５】
縦型凝縮合成塔１の圧力は１５MPaに保たれ、凝縮部Aの温度は、冷却管６によって冷却され１８０℃に保たれ、アンモニアと二酸化炭素からアンモニウムカーバメートが生成した。アンモニウムカーバメートを含む凝縮液は、未凝縮アンモニアおよび二酸化炭素を伴って合成部Bに上昇し、ライン４から導入された原料液体アンモニア、未凝縮アンモニアと未凝縮二酸化炭素との反応による発熱によって反応熱を補い尿素合成反応が進行した。縦型凝縮合成塔における滞留時間は４０分であった。
【００４６】
生成した尿素合成液は気液分離部Cにおいて、なおも凝縮しないアンモニアおよび二酸化炭素を分離してライン７、１１および制御弁１２を経てストリッパー２１の頂部に導入された。なお、尿素合成液の組成は、尿素１８５３.９０トン／日、アンモニア１８８１.６９トン／日、二酸化炭素７４４.７４トン／日、水１０２３.４１トン／日およびビウレット４.３１トン／日であった。
【００４７】
ストリッパー２１にはライン１３から原料二酸化炭素１２１１.５９トンが供給され、頂部から流下する尿素合成液と圧力１５MPaG、温度１８５℃において接触し、尿素合成液中の未反応アンモニアおよび二酸化炭素を駆逐して前記の混合ガスが得られた。
【００４８】
一方、気液分離部Cで分離されたアンモニアおよび二酸化炭素を含むガスはスクラビング部Dにおいて、ストリッパー２１からの尿素液中に含まれる未反応アンモニアおよび二酸化炭素を分離・回収して得られた回収液（アンモニウムカーバメート水溶液）に吸収されて、前記の吸収媒体が得られた。
【００４９】
スクラビング部Dの頂部からはアンモニア４１.２５トン／日、二酸化炭素１７.３４トン／日および水３.６８トン／日を含むガスが排出され、回収工程へ送られてアンモニアと二酸化炭素が回収された。
【００５０】
ストリッパー２１の底部からは、尿素１７６４.２３トン／日、アンモニア３２２.７７トン／日、二酸化炭素３８１.６３トン／日および水８４６.９７トン／日およびビウレット７.２４トン／日の尿素液が排出され、この尿素液は未反応アンモニアおよび二酸化炭素回収工程および尿素溶液濃縮工程に送られて処理され、尿素１７２５トン／日が得られた。
【００５１】
比較例１
凝縮器と合成塔から別個に設けられた装置を用いた尿素日産１７２５トンの例を実施例１との比較のために図４を参照して以下に示す。
【００５２】
尿素合成塔１７に凝縮器１６からの、尿素１２１６.８８トン／日、アンモニア１３５８.１５トン／日、二酸化炭素１０７５.６９トン／日、水８５６.２６トン／日およびビウレット２.３１トン／日からなる凝縮液が、１５０℃に予熱されたライン３からの原料液体アンモニア９５０.１３トンで駆動されるエジェクター２７により昇圧され、ライン１３、１８からの原料二酸化炭素１７１.３６トン／日と共に供給され、圧力１５MPaG、温度１８５℃で滞留時間２０分の条件で反応させた。
【００５３】
合成塔１７の頂部からの、尿素１８５３.８８トン／日、アンモニア１９４５.８６トン／日、二酸化炭素７７８.７９トン／日、水１０４７.９５トン／日およびビウレット４.３１トン／日からなる尿素合成液は、ライン１１および制御弁１２を経てストリッパー２１に導入されて加熱下にライン１９からの原料二酸化炭素１０４０.２３トン／日と接触せしめられ、尿素合成液に含まれる未反応アンモニアおよび二酸化炭素がアンモニア１５９８.５８トン／日、二酸化炭素１４６９.４６トン／日、および水１５４.６３トン／日からなる混合ガスとして分離された。
【００５４】
また、ストリッパー２１の底部からは、ライン２５を通って尿素１７６４.２２トン／日、アンモニア３９６.６９トン／日、二酸化炭素４１２.７６トン、水８６７.４５トン／日、およびビウレット７.２４トン／日からなる尿素液が取り出され、含有されるアンモニアおよび二酸化炭素が分離され、濃縮されて尿素１７２５トン／日が得られた。
【００５５】
ライン２２からの前記混合ガスとライン４からの原料液体アンモニア２５.４８トン／日とは凝縮器１６の底部に、また、未反応アンモニアおよび二酸化炭素の分離・回収工程からの、尿素５.７５トン／日、アンモニア４５２.６１トン／日、二酸化炭素５４５.４３トン／日、および３４１.２８トン／日からなる回収液はライン８から凝縮器１６の頂部のスクラビング部Dの頂部に供給された。スクラビング部Dの底部からの、未凝縮のアンモニアおよび二酸化炭素を吸収した吸収媒体はダウンフローパイプ５を通って凝縮器１６の底部に吸収媒体として供給された。凝縮器１６は冷却管６により冷却され温度１８０℃、圧力１５MPaGに保たれた。また、滞留時間は２０分であった。
【００５６】
生成された凝縮液は凝縮器底部から上昇し、頂部からダウンフローパイプ７を通って前記エジェクター２７により昇圧され合成塔１７に導入された。
【００５７】
凝縮器１６の頂部のスクラビング部Dのライン１５からは未吸収の、アンモニア３０.５９トン／日、二酸化炭素４９.４５トン／日、および水３.８８トン／日の混合ガスが排出され、回収工程でアンモニアおよび二酸化炭素が回収された。
【００５８】
実施例と比較すると、この比較例の場合は、尿素合成率が低下するのでストリッパーの負荷が増加し、ストリッパーからの尿素液中の未反応アンモニアおよび二酸化炭素の残存量が増加した。また凝縮塔のスクラビング部から排出されるガス量も増加した。
【００５９】
比較例２
横型凝縮合成装置を用いた尿素日産１７２５トンの例を実施例との比較のために以下に示す。
【００６０】
この横型凝縮合成装置４０は、一端から中間部までの間に冷却管が設けられて凝縮部Aとなり、凝縮部Aの上部には未凝縮ガスの吸収のためのスクラビング部Dが設けられている。また、この横型凝縮合成装置４０の内部には、バッフルプレート４１が設置されている。
【００６１】
この横型凝縮合成装置４０の凝縮部Aの冷却管６の入口に近い部分にライン２、３を経て原料液体アンモニアの一部２５.４８トン／日が、また凝縮部Aと合成部Bの境界部には、予熱器２０で予熱された７５℃の原料液体アンモニア９５０.１３トン／日がライン４から導入された。また、上記のスクラビング部Dの頂部へは、ストリッパーからの尿素液に含有される未反応アンモニアおよび二酸化炭素を分離・回収して得られた、尿素５.２３トン／日、アンモニア４７０.６６トン／日、二酸化炭素５２７.８８トン／日、および水３４２.５２トン／日からなる回収液がライン８から供給されて未凝縮のガス中のアンモニアおよび二酸化炭素が吸収され、得られた吸収液が冷却部に流下した。スクラビング部Dの頂部からはアンモニア６７.６４トン／日、二酸化炭素２８.０２トン／日、および水５.９４トン／日からなる混合ガスがライン１５から排出され、回収工程においてアンモニアおよび二酸化炭素が回収された。横型凝縮合成装置４０の圧力は１５MPaGに保たれ、凝縮部の温度は１８０℃に保たれた。冷却部で得られた凝縮液は、横型凝縮合成装置４０の合成部B（中間部から尿素合成液の出口までの部分）に入り、ここでライン４から導入された原料液体アンモニアおよびストリッパー２１から導入された後記の混合ガスならびに未凝縮のアンモニアおよび二酸化炭素からアンモニウムカーバメートが生成され、その反応熱により合成部Bの温度は１８５℃に保たれて尿素合成が行われた。横型凝縮合成装置４０の滞留時間は４０分であった。
【００６２】
横型凝縮合成装置４０において得られた、尿素１８５３.９０トン／日、アンモニア１９５６.４０トン／日、二酸化炭素７９８.３７トン／日、水１０５２.９６トン／日、およびビウレット４.３１トン／日からなる尿素合成液がライン１１および制御弁１２を経てストリッパー２１に導入され、ここで導入される原料二酸化炭素１２１１.５８トン／日と接触せしめられ、アンモニア１６２８.４２トン／日、二酸化炭素１６５６.９１トン／日および水１６０.２９トン／日からなる混合ガスがストリッパー２１の頂部からライン２２およびガス分散器４２を経て横型凝縮合成装置４０に導入された。
【００６３】
ストリッパー２１の底部からライン２５を経て尿素１７６４.２３トン／日、アンモニア３７７.３８トン／日、二酸化炭素４１６.２４トン／日、水８６６.７９トン／日、およびビウレット７.２４トン／日からなる尿素液が取り出されて、未反応アンモニアおよび二酸化炭素が分離回収され、尿素１７２５トン／日が得られた。
【００６４】
実施例に比較すると、この比較例では、尿素合成率が低下するのでストリッパーの負荷が増加し、ストリッパー底部からの尿素液中のアンモニアおよび二酸化炭素も増加するので低圧分解回収工程の負荷が増加した。また、凝縮合成塔のスクラビング部から排出されるガス量も増加した。
【００６５】
【発明の効果】
本発明においては、縦型凝縮器の機能と縦型合成塔の機能とを一体化した縦型凝縮合成塔を用いることにより、以下の効果を奏し得る。
【００６６】
第一に、機器数が少なくなるので、機器の据え付け、および運転が簡単になる。
【００６７】
第二に、凝縮器と合成塔を分離した場合に比して縦型凝縮合成塔に原料二酸化炭素を供給する必要がないので、原料二酸化炭素の全量をストリッパーに供給し得る。したがって、ストリッピング効率が上昇し、ストリッパー底部からの尿素液中のアンモニアおよび二酸化炭素の量が減少する。その結果、低圧で回収すべき未反応アンモニアおよび二酸化炭素の量が少なくなり、縦型凝縮合成塔でのH／Cが小さくなり、尿素合成率が向上する。
【００６８】
第三に、液相容量係数（KLa）が横型凝縮合成装置を用いる場合に比して約２倍になるので、合成率が大となる。また、縦型凝縮合成塔の頂部のスクラバーからの排出ガス量が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を説明するためのフローシートである。
【図２】本発明の縦型凝縮合成塔とストリッパーの両者を地上置きした実施態様を説明するためのフローシートである。
【図３】本発明において用いられるバッフルプレートの一例を示す概略図である。
【図４】比較例１のプロセスを説明するためのフローシートである。
【図５】比較例２のプロセスを説明するためのフローシートである。
【符号の説明】
１    縦型凝縮合成塔
６    冷却管
９    充填層
１０    チムニー部
１２    制御弁
１４    ポンプ
１６    凝縮器
１７    合成塔
２０    予熱器
２１    ストリッパー
２６    ブロワー
２７    エジェクター
３０、４１    バッフルプレート
３１    小孔
３２    バッフルプレートの凸部
３３    液通路
４０    横型凝縮合成装置
４１    バッフルプレート
４２    ガス分散器
２、３、４、５、７、８、１１、１３、１５、１８、１９、２２、２３、２４、２５      ライン
A    凝縮部
B    合成部
C    気液分離部
D    スクラビング部
【図１】
0004191879.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004191879.tif 000004
【図４】
0004191879.tif 000005
【図５】
0004191879.tif 000006