Optimierte Betriebsweise des Hochdrucksystems zur Herstellung von Urea durch Kohlendioxid-Strippverfahren

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Die wichtigsten Faktoren, die das Gleichgewicht der Reaktion beeinflussen, sind Temperatur, N/C, H/C sowie der Betriebsdruck. Deshalb sollte man in diesen Bereichen optimieren: 1. Eine angemessene Erhöhung der Reaktionstemperatur trägt dazu bei, die Umwandlungsrate von Urea zu erhöhen. Allerdings darf die Temperatur nur geringfügig unter dem Gleichgewichtsdruck des Systems bei dem Betriebsdruck liegen – andernfalls kann die Auskleidung des Syntheseturms leicht korrodieren. 2. Eine angemessene Erhöhung des Ammoniak-Kohlenstoff-Verhältnisses fördert den Übergang in Richtung der Produkte und erhöht somit die Umwandlungsrate von Kohlendioxid. Allerdings sollte das Ammoniak-Kohlenstoff-Verhältnis nur bei der maximalen Urea-Produktionsrate gewählt werden. Im Prozess der Kohlendioxid-Stripping-Methode ist ein Ammoniak-Kohlenstoff-Verhältnis von etwa 2,9 am geeignetsten. Andernfalls kann ein zu hohes Ammoniak-Kohlenstoff-Verhältnis dazu führen, dass das Gleichgewicht gestört wird – die Reaktionstemperatur sinkt und die Umwandlungsrate nimmt ab. 3. Wenn das Verhältnis von Wasser zu Kohlenstoff zu hoch ist, steigen die Ausgangstemperaturen des Kältemittels sowie des Syntheseturms. Gleichzeitig sinkt der Synthesedruck und auch die Umsetzungsrate nimmt ab. Zudem erhöht sich die Menge an Methanammon, das im Streckerturm zerlegt wird, wodurch der Dampfverbrauch zunimmt. Dadurch wird die Belastung des Niedrigdruck-Rückgewinnungssystems erhöht. Um das Verhältnis von Wasser zu Kohlenstoff zu kontrollieren, muss man den Wassergehalt der Methanammonlösung regulieren. Dies kann nur durch eine umfassende Anpassung des Niedrigdruck-Rückgewinnungssystems sowie des Hydrolyse- und Desorptionsystems erreicht werden. Daher ist es eine gute Lösung, die Menge des Rückgewinnungssystems zu erhöhen und somit die Konzentration der Methanammonlösung zu steigern. 4. Die Urea-Synthesereaktion ist eine Reaktion mit Volumenabnahme. Eine angemessene Erhöhung des Drucks fördert die Urea-Synthese. Auch die Umwandlungsrate von Urea nimmt mit steigendem Druck zu. Wenn die Umwandlungsrate einen bestimmten Wert erreicht hat, ist ein weiterer Anstieg des Drucks nutzlos. Deshalb ist ein Betriebsdruck von etwa 2–3 Mpa über dem Gleichgewichtsdruck am geeignetsten. 5. Die Urea-Synthesereaktion bezeichnet die Dehydratation von Methylammonium zu Urea. Die Geschwindigkeit der Dehydratation von Methylammonium nimmt mit steigender Temperatur sowie bei einem höheren Ammoniak-Kohlenstoff-Verhältnis zu. Damit die Dehydratationsreaktion möglichst vollständig abläuft, muss das Material im Syntheseturm ausreichend lange verweilen. Eine angemessene Verlängerung der Verweilzeit trägt zur Erzeugung von Urea bei.