Способ получения мочевины

 

СООЗ СОВЕТСНИХ ОВИ ЛИФ

РЕСПУБЯИН (5Р С 07 С 126/02!

ГОО)ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f30 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ъ ю., И IlATEHTv (21 )" 1998275/23-04 (22) 13.02.74 (31) 48-17518 (32) 14.02.73 (33) Япония (46). 30.12.83 Бюл. 9 48 (72) Сигеру Иноуи и Тецуо Кимура (Япония ) (71) Мицуи Тоацу Кемикалз, Инкорпорейтед (Япония) (53) 661.717.5.07(088.8) (56) 1. Патент США э 3573173, кл. 203-21, опублик. 1971 (прототип). (54) (57 ) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЧЕВИНЫ иэ двуокиси углерода и аммиака, включающий три последовательных стадии разложения непрореагировавшего карбамата аммония при давлении 40120 кг/см, 10-25 кг/см и от атмосферного до 5 кг/см соответственно с образованием отходящего газа на каждой .стадни, поглощаемого адсорбентом с образованием раствора карбамата аммония и охлаждением непоглощенного газообразного аммиака в регенери„.SU „„1064863 А рованный жидкий аммиак с рециркуляцией раствора карбамата аммония и регенерированного жидкого аммиака в зону синтеза мочевины, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса, газ, отходящий на первой стадии раз- ложения, адсорбируется при давлении

40-120 кг/см2 адсорбентом, содержащим карбамат аммония и имеющим состав, вес.%: мочевина 11-12,7, аммиак, 35,4-36, двуокись углерода 27,732, остальное вода, с удалением тепла адсорбции наружным теплообменом со смесью 1 вес.ч. регенерированного жидкого аммиака и 1,4-2,4 вес.ч. дополнительного жидкого аммиака и I последующим взаимодействйем смеси образовавшегося раствора карбамата аммония и жидкого аммиака с двуокисью углерода в количестве, компенсирующем двуокись углерода, находящуюся в растворе карбамата аммония с од- Ф новременным отведением тепла реак-, ции наружным теплообменом.

4Р

1064863

Изобретение относится к получению мочевины иэ двуокиси углерода и аммиака.

Известен способ получения мочевины из ИН и СО>, включающий три последовательные стадии разложения непрореагировавшего карбамата аммония при давлении 40-1?О кг/см

10-25 кг/см и от атмосферного до

5 кг/см соответственно с образованием отходящего газа на каждой ста- . 10 дии, поглощаемого адсорбентом с образованием раствора карбамата аммония и охлаждением непоглощенного газообразного аммиака в регенери.оованный жидкий аммиак и рециркуля- 1Я цией раствора карбамата аммония и регенерированного жидкого аммиака в зону синтеза мочевиныГ13.

Недостатками известного способа являются эакупоривание или коррозия холодильника при сжижении газообраз ного КН конденсатором в случае неполного удаления двуокиси углерода, а также невысокая температура пара, извлекаемая со стадии адсорбции (давление пара 2 кг/см

) Цель изобретения — повышение эффективности процесса.

Поставленная цель достигается согласно способу получения мочеви- ны из аммиака и двуокиси углерода, включающему три последовательные стадии разложения непрореагировавшего карбамата аммония при давлении

40-120 кг/см, 10-25 кг/cM и атмосферного до 5 кг/см соответственно с образованием отходящего газа на каждой стадии, поглощаемого адсорбен том с образованием раствора карбамата аммония и охлаждением непоглоще 40 ,ного газообразного аммиака в регенерированный жидкий аммиак с рециркуляцией раствора карбамата аммония и регенерированного жидкого аммиака в зону синтеза мочевины, гаэ, отхо- 45 дящий на первой стадии разложения, адсорбируется при давлении 40120 кг/см адсорбентом, содержащим карбамат аммония и имеющим состав, вес.%: мочевина 11-12,7, аммиак

35,4-36, двуокись углерода 27,7-32 и остальное вода, с удалением.теп.ла адсорбции наружным теплообменом со смесью 1 вес. регенерированного . жидкого аммиака и 1,4-2,4 вес. дополнительного жидкого аммиака и последующим взаимодействием смеси образовавшегося раствора карбамата аммония и жидкого аммиака с двуокисью углерода в количестве, компенсирунщем двуокись углерода, находящуюся в 60 растворе карбамата аммония с одновременным отведением тепла реакции наружным теплообменом.

На чертеже показана установка для осуществления способа.

Способ осуществляют следующим образом.

Двуокись углерода, линия 1, (см. чертеж ) которую подцерживают при давлении синтеза мочевины (предпочтительно давление 150-300 кг/см жидкий аммиак, линия 2, который также поддерживают при давлении синтеза мочевины и предварительно подогревают, а также регенерированный раствор карбамата аммония, линия 3, при давлении синтеза мочевины направляют соответственно в зону 4 рекуцерации тепла. Последняя снабжена холодильником 5 для извлечения избыточной теплоты реакции в целях получения пара с манометрическим,давлением 2-6 кг/см . Количество тепла, отводимого в зоне 5 рекуперации тепла, зависит от температуры в зоне б

1синтеза. Реакционную смесь из зоны 4 рекуперации тепла подают затем в зону 6 синтеза мочевины для превращения карбамата аммония в мочевину.

В зоне 6 синтеза мочевины подцерживают температуру от 160 до 210 С при молярном соотношении общего количества аммиака и общего количества двуокиси углерода, подаваемых в зону б синтеза.

Давление получающегося после синтеза мочевины потока, который состоит иэ мочевины, воды, избыточного аммиака и непрореагировавшего карбамата аммония, доводят до 40-120 кг/см

2 через понижающий клапан 7. Затем по линии 8 его подают в сепаратор 9 высокого давления. Поток после синтеза мочевины в. сепараторе высокого давления 9 поддерживают при температуре выше 130 С и предпочтительно от 140 до 180 С путем нагревания при помощи нагревателя 10, если это необходимо. В сепараторе 9 часть избыточного аммиака и непрореагировавшего карбамата аммония отделяют от потока, выходящего со стадии синтеза мочевины, в виде газообразной смеси, содержащей аммиак, двуокись углерода и водяной пар (отходящий газ ), при этом непрореагировавший карбамат аммония разлагается.

Давление истощенного потока от синтеза мочевины из сепаратора 9 высоКого давления понижают при помощи понижающего клапана 11 до 1025 кг/см, затем поток вводят в отгоночную колонну 12 .среднего давления по линии 13. В колонне 12 поток от синтеза мочевины нагревают до 140-170 С при помощи нагревателя 14 для разложения большей части негрореагировавшего карбамата аммония и отделения из этого потока отходящегося газа, содер>.ащего аммиак, .двуокись углерода и водяной пар.

Раствор мочевины иэ колонны 12 все

1064863 еще содержит непрореагировавший кар= бамат аммония в количестве менее

10 вес.Ъ Его давление дополнительно понижают при помощи понижающего клапана 15 до манометрического давления 0-5 кг/см Раствор мочевины 5

; при сниженном давлении пропускают по линии 16 и подвергают обычной перегонке при пониженном давлении (не показано )для отделения оставшегося карбамата аммония с одновре- 10 менным его разложением от раствора мочевины до получения раствора .мочевины, не содержащего карбамата аммония и отходящего газа, содержащего аммиак, двуокись углерода и 15 водяной пар. Полученный таким образом раствор мочевины обрабатыва от любым известным способом до получения мочевины в виде кристаллов или.окомкованного продукта.

Параллельно отходящий газ, который выделяется в отгоночной колонне

12 среднего давления, подают по ли нии 17 в абсорбер 18 среднего давления. В абсорбер 18 вводят абсорбент (который может представлять собой продукт абсорбции водой, водным раствором аммиака или водным раствором мочевины отходящего газа в процессе отгонки низкого давления) по линии 19 для поглощения отходящего газа. Давление абсорбции практичес.ки то же самое, что и в отгоночной колонне среднего давления. Температуру абсорбции в основании колонны 18 поддерживают равной 90-110 С 35 при помощи холодильника 20. Газообразный избыточный аммиак, непоглощенный абсорбентом, подают затем по линии 21 в аммиачный конденсатор 22, .в котором газообразный аммиак смеши- 40 вают с жидким аммиаком, который вводят в аммиачный конденсатор 22 по линии 23. Смесь охлаждают водой до

20-50 С-путем конденсации. Часть жидкого аммиака, который образуется в аммиачной конденсаторе 22,можно циркулировать наверх абсорбционной колонны 18 среднего давления для уменьшения температуры вверху колонны. Оставшийся жидкий аммиак снижают до давления, при котором ведут синтез мочевины, при помощи насоса 24 и затем пропускают через холодильник 25 абсорбционной колонны 26 высокогд давления. Жидкий аммиак предварительно подогревают. и затем подают в эо-, 55 ну 4 рекуперации тепла по линии 2.

Газ, выходящий из сепаратора 9 высокого давления направляют в аб-. сорбционную колонну 26 высокого дав-.

Ления по линии 27. В абсорбционную . 60 колонну 26 вводят продукт абсорбции, имеющий состав; вес.Ъ: мочевина 1112,7, аммиак 35,4-36, двуокись углерода 27,7-32, остальное вода, который выводят из абсорбера 18 среднего давления и доводят до давления колонны 26 (например давления, соответствующего давлению в сепараторе 9 высокого давления) при помощи насоса 28, вследствие чего почти весь отходящий газ поглощается этим продуктом абсорбции. Теплоту абсорбции, выделившуюся на этой стадии, удаляют, пропуская жидкий аммиак иэ конденсатора 22 через холодильник

25, тем самым подогревая аммиак.

Благодаря этому охлаждению температура абсорбционной колонны высокого давления держится на уровне 120180 С, предпочтительно 130-160 С, в то время как температура жидкого аммиака растет от 100 до 160 С, предпочтительно от 110 до 140 С.

Сверху колонны-абсорбера 26 высокого давления выходят инертные газы вместе с небольшим количеством аммиака и двуокиси углерода. Выходящие газы отводят по линии 29 и вводят в абсорбционную колонну 18 среднего давления для извлечения либо аммиака, либо двуокиси углерода. Абсорбционная колонна 26 представляет собой, например, теплообменник вертикального типа или сочетание теплообм лника горизонтального типа и насадочной колонны. При вертикальном типе теплообменника не требуется насадочной колонны. Более того, вертикальный теплообменник отличается высокой эффективностью абсорбции, что очень выгодно, так как при вертикальном типе возможен больший температурный перепад между двумя теплообменными средами, чем при горизонтальном типе.

Давление продукта абсорбции из основания колонны 30 абсорбции высокого давления увеличивают до давления процесса синтеза мочевины, и продукт абсорбции под этим давлением подают по линии 3 в зону 4 рекуперации тепла.

Пример 1. Поток после синтеза мочевины из эоны 6 синтеза мо" чевины при 200 С и манометрическом давлении 200 кг/см, содержащий, кг/ч: мочевину 1153, аммиак

1150, двуокись углерода 340 и воду 550, пропускают через понижающий клапан 7 и линию 8 и испаряют в сепараторе 9 высокого давления, работающем под давлением

65 кг/см2. В сепараторе 9 из потока выделяют отходящий газ, содержащий, кг/ч, аммиак 370, двуокись углерода 55 и воду 22. Истощенный поток, содержащий, кг/ч: мочевину 1150, аммиак 782, двуокись углерода 285 и воду 527, подают из основания сепаратора 9 через редукционный .клапан 11 и линию 13 в отгоночную колонну 12 среднего давления, которая работает под ма1064863 нометрическим давлением 17 кг/см

При этом выделяют большую часть непрореагировавшего карбамата аммон,я в риде газа, содержащего NH и СО2 ° Отделение из истощенного по тока происходит путем отгонки. Поду- 5 чающийся раствор мочевины с остатрчным карбаматом аммония направляют через редукционный клапан 15 и линию 16 в отгоночную колонну низкого давления (не показан), в которой остаточный карбамат аммония отделяют от раствора мочевины путем перегонки при атмосферном давлении.

В основании отгоночной колонны ,-низкого давления подают часть ис- 5 ходной двуокиси углерода для того, чтобы ускорить. отделение небольшего количества NH>, остававшегося в растворе мочевины на днище.

Отделенный таким образом раствор 2О мочевины концентрируют и подвергают кристаллизации до получения кристаллической мочевины путем выделения ее из маточного раствора. Отходящие газы, выделяющиеся на стадиях отгонки низкого и среднего давлений, поглощаются получившейся маточной жидкостью сначала в абсорбционной ко-. лонне низкого давления (не показана1 и затем в абсорбционной колонне 18 среднего давления до получения npdдукта абсорбции, содержащего, кг/ч: мочевину 114 11 вес.%, аммиак 370 (36,0 вес.Ъ), двуокись углерода 333 (32 вес.Ъ) и воду 216.

В то же время непоглощенный газо- З5 образный аммиак получают в коли-. честве 418 кг/ч.

Газообразный аммиак,. непоглощенный в абсорбционной колонне 18 среднего давления, подают по линии 21 40 в конденсатор 22 и смешивают с

581 -кг/ч (весовое отношение 1,4:11 дополнительного аммиака, который вводят по линии 23. Смесь охлаждают для сжиже"ия, s To ape как давле- 45 ние продукта абсорбции, полученного в абсорбционной колонне 18 среднего давления, увеличивается до манометрического давления 65 кг/см . Продукт абсорбцни c sTHM tIGBHtt1BBBHMдавлением;- 50 вводят в абсорбционную колонну 26

- 5 высокого давления дня поглощения, всего отходящего rasa, подаваемого из сепаратора 9 по линии 27.

Таким образом получают регенерированный раствор карбамата аммония при 130ОС из 114 кг/ч мочевины, 740 кг/ч аммиака, 385 кг/ч двуокиси углерода и 238 кг/ч воды. Теплоту абсорбции отводят, пропуская через. холодильник 25 регенерированный жид- 60 кий аммиак из отгоночнойколонны 9 вы" сокого давления. Этот регенерирован- . ный жидкий аммиак сжижают в аммиачном конденсаторе 22 и сжимают до (анометрического давления 230 кг/см 65 насосом 24. При помощи теплоты абсорбции жидкий аммиак нагревают до 110 . 11олучающийся регенерированный раствор карбамата аммония под давлением, увеличенным до 230 кг/см при помощи насоса 30, подают по линии

3 в зону 4 рекуперации тепла, в то время как нагретый жидкий аммиак подают по линии 2. Кроме того, 717 кг/ч СО сжимают до манометрического давления 230 кг/см и подают по линии 1 в зону 4 рекуперации тепЛа. Последняя снабжена холодильииком 5, при помощи которого получают пар с манометрическим давлением

4 кг/см2 в количестве 0,2 кг на 1 кг мочевины для рекуперации части теплоты образования карбамата аммония, вследствие чего температура в зоне

4 рекуперации тепла поддерживается на уровне 178 С. Реакционную смесь из зоны 4 рекуперации тепла вводят в зону синтеза для превращения карбамата аммония в мочевину.

Пример 2. Реакционную смесь для синтеза мочевины, полученную в условиях примера 1, содержащую, кг/ч: мочевину 1153, аммиак 1150, двуокись углерода 340, воду 550, подвергают мгновенному испарению, пропуская ее через понижающий клапан 7 и трубопровод 8 в сепаратор 9 высокого давления, работающий при давлении 120 кг/см благодар чему отделяют отходящий газ, содержащий кг/ч, аммиак 424, двуокись углерода 127 и воду 32, а раствор для синтеза мочевины, содержащий кг/ч: мочевину .1150„ аммиак 728, двуокись углерода 215 и воду 517 отбирают из нижней части сепаратора 9 высокого. давления. После этого раствор подвергают обработкам, аналогичным примеру 1, для разделения .с целью регенерации аммиака и двуокиси углерода и получения мочевины в форме кристаллов, Таким образом, используя абсор- бер 18, работающий s условиях умеренного давления, получают поглотительную жидкость с температурой

100 С, содержащую кг/ч: мочевину

114 (12,7 вес.Ч, аммиак 320 (35, 6 вес. Ц, двуокись углерода

258 (28,7.вес.Ъ). и воду 206, в то время как из конденсатора 22 для амьщака получают жидкий аммиак в количестве 995 кг/ч, который. представляет собой смесь регенерированного аммиака и добавляемого аммиака в количестве 581 кг/ч (весовое отношение 1,4г1 ). Поглотительную жидкость из абсорбера 18 среднего давления после доведения давления до

120 кг/см2 вводят в абсорбционную колонну 26 высокого давления, в которой поглощаются все отходящие газы, поступающие из сепаратора

1064863 высокого давления по линии 27. В результате этого, получают регенерированную жидкость, содержащую кг/ч: мочевину 114, аммиак 744, двуокись углерода 385 и воду 238. Теплота поглощения на этой стадии отводится 5 путем пропускания со скоростью

995 кг/ч жидкого аммиака, поступающего иэ конденсатора для аммиака, давление которого доведено до давления процесса синтеза, через холо- 10 дильник 25,абсорбционной колонны -26 высокого давления. Благодаря этому, жидкий аммиак поступает в количестве 995 кг/ч и подогревается .до 140ОС. Полученную при этом регенерированную жидкость доводят до давления синтеза насосом 28 и подают в зону 4 рекуперации тепла, в которую подают также предварительно подогретый жидкий аммиак и 717 кг/ч, двуокиси углерода, давление которой также дове- дено до давления синтеза. Вследствие этого, на 1 кг мочевины вырабатывается 0,36.кг/ч насыщенного водяного пара с давлением 5 кг/см, в связи с чем температура в трубопроводе ддя синтеза мочевины (выходное отверо стие 1поддерживается на уровне 200 С.

Пример 3. Раствор мочевины, синтезированный в условиях примера 1 содержащий кг/ч: мочевину 1153 „ 30 аммиак 1150, двуокись углерода 343 и воду 550, вводят в сепаратор 9 высокого давления при стандартном давлении 40 кг/см через понижающий клапан 7 и линию 8. В сепараторе ухо-35 дящий газ, содержащий, кг/ч: 586 аммиак, двуокись углерода 80 и воду

32,1, отделяют от раствора и температуру раствора понижают до 140 С.

С дна сепаратора 9 высокого давления 4О выгружают реакционный раствор, содержащие, кг/ч:: мочевину 1150, аммиак 568, двуокись углерода 252, и воду 516,9. Раствор подвергают обработке аналогичной примеру 1„ где 45 аммиак и воду разделяют и регенерируют, а мочевину получают в виде кристаллов.

Таким образом, регенерированный раствор, имеющий температуру 100 С, о содержащий, кг/r: мочевину 114 (11,9 вес.Ъ), аммиак 338 (33,4 вес.4 ь двуокись углерода 295 (30,0 вес.% ), воду 205,9 получают в абсорбционной колонне 18 среднего давления, а 815 кг/ч жидкого аммиака, содержа щего регенерированный аммиак в смеси с 581 кг/ч новой порции аммиака (весовое соотношение 2,5:1), получают в конденсаторе 22 аммиака . Давление раствора в абсорбционной колонне 26 высокого давления, где раствором поглощают весь отработанный газ, подаваемый по линии 27 из сепаратора высокого давления, поддерживают таким образом, чтобы получить регенерированный раствор, имеющий температуру 115 С и содержащий кг/ч: мочевину 114, аммиак 924, двуокись углерода 385 и воды 288.

Теплоту абсорбции; выделяющуюся при этом, поглощают пропусканием

815 кг/ч жидкого аммиака из аммиачного конденсатора и давление доводят до стандартного с помощью пропускания 1247 кг/ч жидкого аммиака из бака для хранения жидкого аммиака (не показан )через холодильник 25 в абсорбционную колонну 26 высокого давления, где жидкий аммиак предварительно нагревают до 110 С о и указанные 1247 кг/ч -аммиака используют для последующего теплообмена. Полученный в результате этого регенерированный раствор вводят в зону 4 рекуперации тепла вместе с

815 кг/ч предварительно нагретого жидкого аммиака. В результате температуру на выходном патрубке поддерживают равной 200ОС генерированием насыщенного пара, имеющего давление 5 кг/см в количестве 0,12 кг/ч на 1 кг мочевины.

Преимуществом предлагаемого способа является эффективное использование тепла -адсорбции, а также то, что процесс можно осуществлять в относительно простой системе, которая имеет сепаратор высокого давления и абсорбционную колонну высокого давления.

1064863

Составитель В.Жестков

Техред О.Неце. Корректор М.Шаооши

Редактор А.Курах

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10367/61 Тираж 418

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5